DE102014119656A1 - Laserzündsystem gestützte Diagnostik - Google Patents

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DE102014119656A1
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur Verwendung eines Verbrennungsmotorlaserzündsystems zur Ausführung einer Sichtinspektion eines Verbrennungsmotors und zur Diagnose verschiedener Zylinderkomponenten und -bedingungen auf der Grundlage von Verbrennungsmotorpositionsmessungen bereitgestellt. Laserpulse können während eines Ansaug- und/oder Ausstoßtakts bei einem niedrigeren Leistungsniveau emittiert werden, um das Innere eines Zylinders zu beleuchten, während ein Photodetektor Bilder des Inneren des Zylinders erfasst. Zusätzlich können Laserpulse bei höheren Leistungsniveaus emittiert werden, um eine Zylinderverbrennung einzuleiten, während der Photodetektor Bilder des Inneren des Zylinders unter Verwendung des während der Zylinderverbrennung erzeugten Lichts erfasst.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren und Systeme zum Diagnostizieren eines Verbrennungsmotors unter Verwendung von Komponenten eines Laserzündsystems.
  • Hintergrund und Kurzfassung
  • Verbrennungsmotorsystemkomponenten (wie Zylinder, Ventile, Kurbelwellen, Nockenwellen, Kolben, Kraftstoffeinspritzer usw.) können intermittierend auf eine Beschädigung diagnostiziert werden, die während eines Betriebs des Verbrennungsmotors auftritt. Diagnostiken können das visuelle Inspizieren der Komponenten auf eine Beschädigung (z. B. Fehlausrichtung oder Verdrehen) einschließen, beispielsweise durch Entfernen einer Zündkerze und Erhalten einer Bohrungssichteinrichtung zur Betrachtung des Inneren des Zylinders. Eine Beschädigung an Kurbelwellen und/oder Nockenwellen kann zu Variabilität bei der Bestimmung ihrer Position (zur Identifizierung von Verbrennungsmotor- und Kolbenposition) führen. An sich ist die Position der Nocken/Kolben während eines Verbrennungsmotorneustarts zur Koordination des Zündzeitpunkts und der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor erforderlich. Somit können jegliche Fehler bei der Positionsbestimmung zu Einschränkungen bei der Erzielung und Aufrechterhaltung schneller Synchronisation, zuverlässiger Verbrennung und reduzierter Emissionen führen. Des Weiteren kann durch Verzögerungen bei der Identifizierung der Verbrennungsmotorposition auch der Verbrennungsmotorstart verzögert werden.
  • Die Erfinder haben hierin erkannt, dass die vorstehend erörterten Ansätze für visuelle Inspektion von Verbrennungsmotorkomponenten die Diagnostik zeit- und kostenaufwendiger und komplexer machen können. Insbesondere erfordern die meisten der vorstehenden Ansätze einen geschulten Techniker, komplexe Diagnosewerkzeuge, spezialisierte Laboreinrichtungen und ein zeitaufwendiges Auseinandernehmen des Verbrennungsmotors. Angesichts dieser Probleme haben die Erfinder erkannt, dass bei Verbrennungsmotorsystemen, die mit Laserzündfähigkeiten versehen sind, Komponenten des Laserzündsystems vorteilhaft verwendet werden können, um verschiedene Verbrennungsmotorsystemkomponenten zu diagnostizieren.
  • Bei einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor durch ein Verfahren diagnostiziert werden, welches Folgendes umfasst: in einem Verbrennungsmotorzyklus, Betreiben einer Laserzündvorrichtung in jedem Verbrennungsmotorzylinder; Identifizieren einer Kolbenposition in jedem Zylinder auf der Grundlage des Betreibens; und Angeben einer Verschlechterung einer Verbrennungsmotorkurbelwelle auf der Grundlage einer Kolbenposition jedes Zylinders. In einem anderen Beispiel kann eine Zylinderventilposition in jedem Zylinder auf der Grundlage des Betreibens identifiziert werden; und eine Verschlechterung einer Nockenwelle kann auf der Grundlage der Ventilposition jedes Zylinders angegeben werden. In noch einem weiteren Beispiel können auf Laserbeleuchtung basierende Kolbenpositionsmessungen zur Bestimmung der Position einer Kurbelwelle verwendet werden, während auf Laserbeleuchtung basierende Ansaug- oder Auslassventilpositionsmessungen zur Bestimmung der Position einer Nockenwelle verwendet werden können. Auf der Grundlage der relativen Positionierung der Kurbelwelle bezüglich der Nockenwelle können Fehlausrichtungsfehler identifiziert werden.
  • Eine Laserzündvorrichtung kann beispielsweise während eines Ansaugtakts eines Zylinders bei einem niedrigeren Leistungsniveau betrieben werden, um Laserpulse schnell in einen Zylinder zu richten und ein planares Abstreichen des Zylinders durchzuführen. Auf der Grundlage einer seit der Emission des Laserpulses verstrichenen Dauer und der Erkennung des Laserpulses nach dem Reflektieren von der Kolbenfläche kann die Position des Kolbens in dem gegebenen Zylinder bestimmt werden. Darüber hinaus kann die Dauer zum Ableiten, ob ein Zylinderventil geöffnet oder geschlossen ist, verwendet werden. Beispielsweise kann auf der Grundlage der geschätzten verstrichenen Dauer nach einer Laserpulsemission in einem Ansaugtakt bestimmt werden, ob das Ansaugventil geöffnet oder geschlossen ist, und dadurch kann die Position eines Auslassventils abgeleitet werden. Als Alternative dazu kann auf der Grundlage der geschätzten verstrichenen Dauer nach einer Laserpulsemission in einem Ausstoßtakt bestimmt werden, ob das Auslassventil geöffnet oder geschlossen ist, und dadurch kann die Position eines Ansaugventils abgeleitet werden. Durch Vergleichen der Kolbenposition jedes Zylinders miteinander können Kurbelwellenausrichtungsfehler bestimmt werden. Beispielsweise kann durch Vergleichen der geschätzten Position jedes Zylinders mit der erwarteten Position jedes Zylinders (auf der Grundlage der Zylinderzündordnung, der Verbrennungsmotorkonfiguration usw.) bestimmt werden, ob die Kurbelwellenposition von einer Ausgangsposition abweicht, und kann eine Kurbelwellenverschlechterung aufgrund von Verdrehung oder Bruch angezeigt werden. Ebenso können durch Vergleichen der Ansaug- oder Auslassventilpositionen jedes Zylinders miteinander Nockenwellenausrichtungsfehler bestimmt werden. Beispielsweise kann durch Vergleichen der geschätzten Position jedes Zylinderansaugventils und dadurch Ansaugnockens mit der erwarteten Position jedes Zylinderansaugventils und Ansaugnockens (auf der Grundlage der Zylinderzündordnung, der Verbrennungsmotorkonfiguration, des Zylindertakts usw.) bestimmt werden, ob die Nockenwellenposition von einer Ausgangsposition abweicht, und kann Nockenwellenverschlechterung aufgrund von Verdrehung oder Bruch angezeigt werden. Weiterhin können durch Vergleichen der geschätzten Kurbelwellenposition mit der geschätzten Nockenwellenposition Fehlausrichtungsfehler bestimmt werden.
  • Auf diese Weise kann Diagnostik auf der Grundlage der Verbrennungsmotorposition beschleunigt und vereinfacht werden, ohne dass der Verbrennungsmotor demontiert werden müsste. Insbesondere kann es möglich sein, Kolbenpositions- und Zylinderventilpositionsschätzungen, die unter Verwendung eines Verbrennungsmotorlaserzündsystems bestimmt werden, zur Bestimmung von Kurbelwellen- und/oder Nockenwellenausrichtungsfehlern zu verwenden. Durch Nutzen des Laserzündsystems zur Schätzung der Kolben- und Ventilpositionen können Positionsinformationen schneller und zuverlässiger gesammelt werden. Durch Verwenden der Positionsinformationen zur Diagnose der Kurbelwelle und der Nockenwelle wird der mit der visuellen Inspektion der Komponenten in Zusammenhang stehende Zeit- und Kostenaufwand reduziert. Insgesamt kann die Verbrennungsmotorinspektion vereinfacht werden, ohne die Inspektionsgenauigkeit zu verringern.
  • Es sei bemerkt, dass die vorstehende Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Es ist nicht vorgesehen, dass sie Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifiziert, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, die irgendwelche der vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung dargelegten Nachteile lösen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Es zeigen:
  • 1 eine als Beispiel dienende Verbrennungskammer einer mit einem Hybridfahrzeugsystem gekoppelten Verbrennungskraftmaschine,
  • 2 ein Beispiel einer Bilderfassung und -anzeige unter Verwendung eines Lasersystems des Verbrennungsmotors aus 1,
  • die 3A–B ein Beispiel einer Laserlichtpulsemission in einen Verbrennungsmotorzylinder,
  • 4 ein Beispiel eines Vierzylinderverbrennungsmotors, der an einer zufälligen Position in seinem Antriebszyklus angehalten ist,
  • 5 zwei Betriebsmodi eines Verbrennungsmotorlaserzündsystems, das für das Identifizieren von Kolben- und Ansaugventilpositionen eines Zylinders während eines Verbrennungsmotorzyklus verwendet wird,
  • 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Diagnostizieren der Verschlechterung einer oder mehrerer Zylinderkomponenten auf der Grundlage von einem Photodetektor erzeugter Bilder des Inneren des Zylinders während eines Ansaugtakts,
  • 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Diagnostizieren der Verschlechterung einer oder mehrerer Zylinderkomponenten auf der Grundlage von einem Photodetektor erzeugter Bilder des Inneren des Zylinders unter Verwendung von Licht von einem Zylinderverbrennungsereignis,
  • 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Diagnostizieren der Verschlechterung einer oder mehrerer Verbrennungsmotorkomponenten auf der Grundlage von Kolbenpositions- und Ansaugventilpositionsmessungen, die unter Verwendung eines Verbrennungsmotorlaserzündsystems ausgeführt werden,
  • die 9–10 eine als Beispiel dienende Kraftstoffeinspritzersprühmusterdiagnose und
  • die 11–13 als Beispiel dienende Routinen zum Diagnostizieren der Verschlechterung verschiedener Verbrennungsmotorkomponenten gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Es werden Verfahren und Systeme zum Diagnostizieren einer oder mehrerer Verbrennungsmotorzylinderkomponenten unter Verwendung eines Laserzündsystems, wie in 1 dargestellt, bereitgestellt. Wie in den 2–3 dargestellt ist, kann eine Laserlichtpulsemission bei niedrigeren Intensitäten für das Beleuchten des Inneren eines Zylinders verwendet werden, während ein Photodetektor Bilder des Inneren des Zylinders erfasst. Eine Laserlichtpulsemission bei höheren Intensitäten kann auch für das Einleiten der Verbrennung verwendet werden, während das Licht, das während der Verbrennung erzeugt wird, vom Photodetektor verwendet wird, um Bilder des Inneren des Zylinders zu erfassen. Die erzeugten Bilder können zum Diagnostizieren verschiedener im Zylinder vorhandener Komponenten und Zylinderverbrennungsparameter verwendet werden. Überdies können eine Nocken- und Kolbenpositionsbestimmung unter Verwendung der Laserlichtpulsemission genau ausgeführt werden, wie in den 4–5 dargestellt ist, was die Diagnose von Verbrennungsmotornockenwellen und -kurbelwellen ermöglicht, wie in 8 erörtert wird. Eine Verbrennungsmotorsteuereinrichtung kann dafür ausgelegt sein, eine Steuerroutine auszuführen, wie die Routine aus 6, um die Verschlechterung einer oder mehrerer Zylinderkomponenten auf der Grundlage durch einen Photodetektor während eines Ansaugtakts unter Verwendung von Licht einer Laserpulsemission erzeugter Bilder des Inneren des Zylinders zu diagnostizieren. Die Steuereinrichtung kann auch eine Steuerroutine in der Art der Routine aus 7 ausführen, um die Verschlechterung von Zylinderkomponenten auf der Grundlage durch einen Photodetektor unter Verwendung während eines Zylinderverbrennungsereignisses erzeugten Lichts erzeugter Bilder des Inneren des Zylinders zu diagnostizieren. Als Beispiel dienende diagnostische Verfahren für ausgewählte Verbrennungsmotorkomponenten sind in den 9–13 dargelegt.
  • 1 zeigt ein als Beispiel dienendes Hybridantriebssystem 10. Das Hybridantriebssystem kann in einem Personenstraßenfahrzeug angeordnet sein. Das Hybridantriebssystem 10 weist eine Verbrennungskraftmaschine 20 auf. Der Verbrennungsmotor kann mit einem Getriebe (nicht dargestellt) in der Art eines manuellen Getriebes, eines Automatikgetriebes oder einer Kombination davon gekoppelt sein. Ferner können verschiedene zusätzliche Komponenten aufgenommen sein, wie ein Drehmomentwandler, und/oder andere Getriebe in der Art einer Endantriebseinheit usw. Das Hybridantriebssystem weist auch eine Energieumwandlungsvorrichtung (nicht dargestellt) auf, welche unter anderem einen Motor, einen Generator und Kombinationen davon aufweisen kann. Die Energieumwandlungsvorrichtung kann betrieben werden, um Energie von der Fahrzeugbewegung und/oder vom Verbrennungsmotor zu absorbieren und die absorbierte Energie in eine für die Speicherung an einer Energiespeichervorrichtung geeignete Energieform umzuwandeln. Die Energieumwandlungsvorrichtung kann betrieben werden, um eine Ausgabe (Leistung, Arbeit, Drehmoment, Geschwindigkeit usw.) dem Verbrennungsmotor 20 zuzuführen, um die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Es sei bemerkt, dass die Energieumwandlungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen unter verschiedenen anderen Komponenten, die für das Bereitstellen der geeigneten Umwandlung von Energie zwischen der Energiespeichervorrichtung und den Fahrzeugantriebsrädern und/oder dem Verbrennungsmotor verwendet werden, einen Motor, einen Generator oder sowohl einen Motor als auch einen Generator aufweisen kann.
  • Der Verbrennungsmotor 20 kann eine Mehrzylinder-Verbrennungskraftmaschine sein, wobei ein Zylinder von dieser in 1 detailliert dargestellt ist. Der Verbrennungsmotor 20 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuereinrichtung 12 aufweist, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf.
  • Ein Verbrennungszylinder 30 des Verbrennungsmotors 20 kann Verbrennungszylinderwände 32 mit einem darin angeordneten Kolben 36 aufweisen. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit wenigstens einem Antriebsrad des Antriebssystems 10 gekoppelt sein. Der Verbrennungszylinder 30 kann Ansaugluft über einen Ansaugdurchgang 43 von einem Ansaugkrümmer 45 empfangen und Abgase über einen Auspuffdurchgang 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 45 und der Auspuffdurchgang 48 können über ein Ansaugventil 52 und ein Auslassventil 54 selektiv mit dem Verbrennungszylinder 30 kommunizieren. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Verbrennungszylinder 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen.
  • Der Verbrennungsmotor 20 kann optional Nockenpositionssensoren 55 und 57 aufweisen. Beim dargestellten Beispiel können das Ansaugventil 52 und das Auslassventil 54 jedoch durch Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken aufweisen und eines oder mehrere von einem Nockenprofilschalt-(CPS)-System, einem veränderlichen Nockenzeitsteuerungs-(VCT)-System, einem veränderlichen Ventilzeitsteuerungs-(VVT)-System und/oder einem veränderlichen Ventilhub-(VVL)-System verwenden, die von der Steuereinrichtung 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Um die Erkennung der Nockenposition zu ermöglichen, können die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 Zahnräder aufweisen. Die Position des Ansaugventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. Gemäß alternativen Ausführungsformen können das Ansaugventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein durch elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Ansaugventil und ein durch Nockenbetätigung gesteuertes Auslassventil, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, aufweisen.
  • Ein Kraftstoffeinspritzer 66 ist direkt mit dem Verbrennungszylinder 30 gekoppelt dargestellt, um Kraftstoff proportional zur Pulsbreite des von der Steuereinrichtung 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt der Kraftstoffeinspritzer 66 eine so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bereit. Der Kraftstoffeinspritzer kann beispielsweise auf der Seite des Verbrennungszylinders oder im oberen Teil des Verbrennungszylinders montiert sein. Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 66 durch ein Kraftstoffzufuhrsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffzuteiler aufweist. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Verbrennungszylinder 30 alternativ oder zusätzlich einen im Ansaugdurchgang 43 angeordneten Kraftstoffeinspritzer in einer Konfiguration aufweisen, wodurch eine so genannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugstutzen vor dem Verbrennungszylinder 30 bereitgestellt wird.
  • Der Ansaugdurchgang 43 kann ein Ladebewegungssteuerventil (CMCV) 74 und eine CMCV-Platte 72 aufweisen und auch eine Drossel 62 mit einer Drosselplatte 64 aufweisen. Bei diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselplatte 64 von der Steuereinrichtung 12 über ein Signal, das einem Elektromotor oder einem Betätigungselement zugeführt wird, das in die Drossel 62 aufgenommen ist, geändert werden, wobei es sich um eine Konfiguration handelt, die als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet werden kann. Auf diese Art kann die Drossel 62 betätigt werden, um die dem Verbrennungszylinder 30 unter anderen Verbrennungsmotor-Verbrennungszylindern bereitgestellte Ansaugluft zu ändern. Der Ansaugdurchgang 43 kann einen Luftmassenflusssensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen jeweiliger Signale MAF und MAP für die Steuereinrichtung 12 aufweisen.
  • Ein Abgassensor 126 ist wie dargestellt vor dem Katalysator 70 mit dem Auspuffdurchgang 48 gekoppelt. Der Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe des Abgas-Luft-/Kraftstoffverhältnisses in der Art eines linearen Sauerstoffsensors oder UEGO-(Universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff)-Sensors, eines Zweizustands-Sauerstoffsensors oder EGO-Sensors, eines HEGO-(Erwärmter-EGO)-Sensors, eines NOx-, HC- oder CO-Sensors sein. Das Abgassystem kann Anspringkatalysatoren und Unterkarosseriekatalysatoren sowie vor und/oder hinter dem Auspuffkrümmer, angeordnete Luft-/Kraftstoffverhältnissensoren aufweisen. Der Katalysator 70 kann bei einem Beispiel mehrere Katalysatorblöcke aufweisen. Bei einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, die jeweils mehrere Blöcke aufweisen, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann bei einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein.
  • Die Steuereinrichtung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, welcher eine Mikroprozessoreinheit 102, Ein-/Ausgabeports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, wie in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicherchip 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 109 und einen Datenbus aufweist. Die Steuereinrichtung 12 kann verschiedene Signale und Informationen von mit dem Verbrennungsmotor 20 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu den vorstehend erörterten Signalen, einschließlich der Messung des induzierten Luftmassenflusses (MAF) vom Luftmassenflusssensor 120, der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 gekoppelten Temperatursensor 112 empfangen, wobei bei einigen Beispielen ein Profilzündaufnahmesignal (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist, optional aufgenommen sein kann, und sie kann die Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor und das Absolutkrümmerdrucksignal MAP vom Sensor 122 empfangen. Der Hall-Effekt-Sensor 118 kann optional in den Verbrennungsmotor 20 aufgenommen sein, weil er in einer dem hier beschriebenen Verbrennungsmotorlasersystem ähnlichen Kapazität arbeitet. Das Speichermedium des Nurlesespeichers 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, welche durch den Prozessor 102 ausführbare Befehle darstellen, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie Variationen davon auszuführen.
  • Das Lasersystem 92 weist einen Laseranreger 88 und eine Lasersteuereinheit (LCU) 90 auf. Die LCU 90 veranlasst den Laseranreger 88, Laserenergie zu erzeugen. Die LCU 90 kann Betriebsbefehle von der Steuereinrichtung 12 empfangen. Der Laseranreger 88 weist einen Laseroszillationsabschnitt 86 und einen Lichtkonvergierabschnitt 84 auf. Der Lichtkonvergierabschnitt 84 konvergiert vom Laseroszillationsabschnitt 86 erzeugtes Laserlicht auf einem Laserbrennpunkt 82 des Verbrennungszylinders 30. Bei einem Beispiel kann der Lichtkonvergierabschnitt 84 eine oder mehrere Linsen aufweisen.
  • Ein Photodetektor 94 kann sich im oberen Teil des Zylinders 30 als Teil des Lasersystems 92 befinden und Rückkehrpulse von der oberen Fläche des Kolbens 36 empfangen. Der Photodetektor 94 kann eine Kamera mit einer Linse aufweisen. Bei einem Beispiel ist die Kamera eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD). Die CCD-Kamera kann dafür ausgelegt sein, von der LCU 90 emittierte Laserpulse zu detektieren und zu lesen. Bei einem Beispiel, wenn die LCU Laserpulse in einem infraroten Frequenzbereich emittiert, kann die CCD-Kamera arbeiten und die Pulse im infraroten Frequenzbereich empfangen. Gemäß einer solchen Ausführungsform kann die Kamera auch als eine Infrarotkamera bezeichnet werden. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Kamera eine Ganzspektrum-CCD-Kamera sein, die in einem sichtbaren Spektrum und auch im infraroten Spektrum arbeiten kann. Die Kamera kann eine Linse zum Fokussieren der detektierten Laserpulse und zum Erzeugen eines Bilds des Inneren des Zylinders aufweisen. Bei einem Beispiel ist die Linse eine Fischaugenlinse, die ein breites panoramisches oder halbkugelförmiges Bild des Inneren des Zylinders erzeugt. Nach der Laseremission von der LCU 90 schwenkt der Laser innerhalb des inneren Gebiets des Zylinders 30 am Laserbrennpunkt 82. Lichtenergie, die vom Kolben 36 reflektiert wird, kann durch die Kamera im Photodetektor 94 detektiert werden. Der Photodetektor 94 kann auch Bilder aus dem Inneren des Zylinders erfassen, wie nachfolgend dargelegt wird.
  • Das Lasersystem 92 ist dafür ausgelegt, in mehr als einer Kapazität mit der Zeitsteuerung jedes Betriebs auf der Grundlage der Verbrennungsmotorposition eines Viertaktverbrennungszyklus zu arbeiten. Beispielsweise kann Laserenergie zum Zünden eines Luft-/Kraftstoffgemisches während eines Arbeitstakts des Verbrennungsmotors, einschließlich der Zeit während des Ankurbelns des Verbrennungsmotors, eines Verbrennungsmotoraufwärmbetriebs und eines Betriebs bei aufgewärmtem Verbrennungsmotor, verwendet werden. Der durch den Kraftstoffeinspritzer 66 eingespritzte Kraftstoff kann zumindest während eines Teils eines Ansaugtakts ein Luft-/Kraftstoffgemisch bilden, wobei die Zündung des Luft-/Kraftstoffgemisches mit der vom Laseranreger 88 erzeugten Laserenergie die Verbrennung des andernfalls nicht verbrennbaren Luft-/Kraftstoffgemisches einleitet und den Kolben 36 nach unten treibt. Ferner kann während des Zylinderverbrennungsereignisses erzeugtes Licht vom Photodetektor 94 verwendet werden, um Bilder des Inneren des Zylinders aufzunehmen. Wie in 9 dargestellt ist, können die erzeugten Bilder dann für die Diagnose verschiedener Komponenten innerhalb des Zylinders sowie von Zylinderverbrennungsparametern verwendet werden.
  • In einer zweiten Betriebskapazität kann die LCU 90 dem Zylinder Niederleistungspulse zuführen. Die Niederleistungspulse können verwendet werden, um die Kolben- und Ventilposition während des Viertaktverbrennungszyklus zu bestimmen, wie anhand der 4–7 erörtert wird. Die Kolbenpositions- und Ventilpositionsmessungen können dann verwendet werden, um Zylinderkomponenten in der Art von Nockenwellen und Kurbelwellen zu diagnostizieren, wie anhand 10 erörtert wird. Zusätzlich kann bei der Reaktivierung eines Verbrennungsmotors aus Bereitschafts-Stopp-Bedingungen Laserenergie verwendet werden, um die Position, Geschwindigkeit usw. des Verbrennungsmotors zu überwachen, um die Kraftstoffzufuhr und die Ventilzeitsteuerung zu synchronisieren. Ferner kann durch die Laserlichtpulsemission bei der niedrigeren Leistung erzeugtes Licht für das Erfassen von Bildern des Inneren des Zylinders verwendet werden, bevor ein Zylinderverbrennungsereignis auftritt, wie während eines Ansaugtakts. Die Bilder können auch während Nicht-Verbrennungsbedingungen erzeugt werden, beispielsweise wenn in spezifischen Diagnosemodi gearbeitet wird. Wie anhand 8 dargelegt, können die erzeugten Bilder dann für die Diagnose verschiedener Komponenten innerhalb der Zylinder verwendet werden.
  • Die am Photodetektor 94 erzeugten Bilder können einem Mechaniker oder Wartungstechniker auf einer Mittelkonsole des Fahrzeugs gezeigt werden, so dass er eine Sichtinspektion vornehmen kann und jegliche Zylinderkomponentenverschlechterung identifizieren kann. Beispielsweise kann die Laserzündvorrichtung, die mit dem Photodetektor 94 gekoppelt ist, Lichtpulse in den Zylinder 30 übertragen, während der Photodetektor 94, einschließlich einer mit einer Fischaugenlinse versehenen Infrarotkamera, Bilder erzeugt, die drahtlos zu einer Verbrennungsmotorsteuereinrichtung übertragen werden und auf der Anzeige des Fahrzeugs betrachtet werden. Bei einigen Beispielen, wie mit Bezug auf 2 erörtert, kann ein vom Bediener gesteuerter Knopf auf der Mittelkonsole die Verbrennungsmotorposition einstellen, während die Laserzündvorrichtung betrieben wird. Diese Einstellungen schließen das Drehen des Verbrennungsmotors nach vorne oder nach hinten aus einer anfänglichen Verbrennungsmotorposition ein, wodurch eine weitere Inspektion des Zylinders auf Verschlechterungsanzeichen ermöglicht wird.
  • Die LCU 90 kann den Laseranreger 88 anweisen, Laserenergie, abhängig von Betriebsbedingungen, auf verschiedene Orte zu fokussieren. Beispielsweise kann die Laserenergie auf einen ersten Ort in einer Entfernung von der Zylinderwand 32 innerhalb des inneren Gebiets des Zylinders 30 fokussiert werden, um ein Luft-/Kraftstoffgemisch zu zünden. Gemäß einer Ausführungsform kann sich der erste Ort in der Nähe des oberen Totpunkts (TDC) eines Arbeitstakts befinden. Ferner kann die LCU 90 den Laseranreger 88 anweisen, eine erste Anzahl von Laserpulsen, die auf den ersten Ort gerichtet werden, zu erzeugen, und die erste Verbrennung aus der Ruhe kann Laserenergie vom Laseranreger 88 empfangen, die größer ist als die dem ersten Ort für spätere Verbrennungen zugeführte Laserenergie. Bei einem weiteren Beispiel kann die Laserenergie auf einen zweiten Ort zur Zylinderwand hin am nächsten zum Ansaugstutzen des Zylinders fokussiert werden, um ein Einspritzersprühmuster oder ein Ansaugluftflussmuster zu diagnostizieren.
  • Die Steuereinrichtung 12 steuert die LCU 90 und weist ein nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium auf, das Code aufweist, um den Ort der Laserenergieabgabe auf der Grundlage der Temperatur, beispielsweise der ECT, einzustellen. Laserenergie kann auf verschiedene Orte innerhalb des Zylinders 30 gerichtet werden. Die Steuereinrichtung 12 kann auch zusätzliche oder alternative Sensoren zum Bestimmen des Betriebsmodus des Verbrennungsmotors 20 aufweisen, einschließlich zusätzlicher Temperartursensoren, Drucksensoren, Drehmomentsensoren sowie Sensoren, welche die Verbrennungsmotordrehgeschwindigkeit, die Luftmenge und die eingespritzte Kraftstoffmenge detektieren. Zusätzlich oder alternativ kann die LCU 90 direkt mit verschiedenen Sensoren in der Art von Temperartursensoren zum Bestimmen der ECT kommunizieren, um den Betriebsmodus des Verbrennungsmotors 20 zu bestimmen.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, zeigt 1 einen Zylinder des Mehrzylinderverbrennungsmotors 20, und jeder Zylinder kann ähnlich seinen eigenen Satz aus Ansaug-/Auslassventilen, einem Kraftstoffeinspritzer, einem Laserzündsystem usw. aufweisen.
  • 2 zeigt eine als Beispiel dienende Ausführungsform 200 davon, wie das Lasersystem 92 (aus 1) Laserpulse in den Zylinder 30 emittieren kann, so dass ein Photodetektor des Lasersystems Bilder des Inneren des Zylinders erfassen kann. Die Bilder können einem Fahrzeugbediener gezeigt werden, um eine Sichtinspektion des Zylinders auf eine Beschädigung zu ermöglichen. Dabei werden Komponenten, die bereits in 1 eingeführt wurden, in 2 nicht erneut eingeführt.
  • 2 zeigt das Lasersystem 92, welches den Laseranreger 88, den Photodetektor 94 und die LCU 90 aufweist. Die LCU 90 veranlasst den Laseranreger 88, Laserenergie zu erzeugen. Hochfrequenzlaserpulse werden auf verschiedene Orte des Zylinders gerichtet, um so viel von dem Zylinder wie möglich abzutasten. Beispielsweise können Laserpulse 202 auf die Zylinderwände 215, das Innere des Zylinders 30, die obere Fläche 213 des Kolbens und die Innenfläche der Ventile 52 und 54 (d. h. die Fläche, welche dem Zylinder gegenübersteht) gerichtet werden. Indem er so viel vom Zylinder wie möglich so schnell wie möglich abtastet, wirkt der Laserpuls 202 als eine breite Strahllichtquelle oder eine Glühbirne, wodurch es dem Photodetektor 94 (insbesondere der CCD-Kamera) ermöglicht wird, Bilder 220 des Inneren des Zylinders zu erfassen. Wenn es dabei als eine Lichtquelle zur Bilderfassung während der Diagnostik arbeitet, kann davon ausgegangen werden, dass das Laserzündsystem (oder die Laservorrichtung) in einem Projektor- oder Beleuchtermodus arbeitet, und kann die LCU 90 Betriebsbefehle in der Art des Leistungsmodus von der Steuereinrichtung 12 empfangen. Wenn es in ausgewählten Diagnosemodi arbeitet, emittiert das Lasersystem 92 eine Reihe von Niederleistungspulsen mit hoher Frequenz. Verglichen damit kann der Laser während der Zündung schnell mit einer hohen Energieintensität gepulst werden, um das Luft-/Kraftstoffgemisch zu zünden. Bei einem Beispiel kann der Laser während des Diagnosemodus beim Niederenergieniveau mit einer Frequenzmodulation mit einer sich wiederholenden linearen Frequenzrampe gepulst werden. Die häufigen Niederleistungs-Laserpulse können im infraroten Spektrum emittiert werden. Ein Photodetektionssystem, welches eine im infraroten Spektrum arbeitende CCD-Kamera (beispielsweise eine Infrarot-CCD-Kamera) mit einer Fischaugenlinse aufweist, kann sich als Teil des Lasers im oberen Teil des Zylinders befinden und Zylinderbilder 320 unter Verwendung der vom Inneren des Zylinders reflektierten Lichtenergie erfassen. Die erfassten Bilder können Bilder der Zylinderwände 215, der dem Zylinder gegenüberstehenden Fläche der Ansaug- und Auslassventile 52 und 54, der oberen Fläche 213 des Kolbens und des Inneren des Zylinders 30 einschließen. Die aufgenommenen Bilder 220 werden zur Betrachtung auf einer Anzeige 135 in einer Fahrzeugmittelkonsole 140 vom Photodetektor 94 drahtlos zur Steuereinrichtung 12 übertragen.
  • Die Mittelkonsole 140 kann auf einem Fahrzeugarmaturenbrett innerhalb des Fahrzeugfahrgastraums des Hybridantriebssystems 10 aus 1 enthalten sein. Die Mittelkonsole 140 kann eine Steuerungen aufweisende Fläche sein, die sich in einem Mittelteil des Fahrzeugfahrgastraums, insbesondere im Vorderteil des Fahrzeugfahrgastraums, befindet. Die Mittelkonsole 140 kann verschiedene Steuerungen, wie Knöpfe 138, Wählscheiben 142 und Tasten 136, aufweisen. Die verschiedenen Steuerungen können von einem Fahrzeugbediener betätigt werden, um Fahrgastraumbedingungen einzustellen. Die verschiedenen Steuerungen können beispielsweise einen Lautstärkesteuerknopf 138, der mit einem Musiksystem des Fahrzeugs gekoppelt ist, um die Lautstärke von Musik im Fahrgastraum einzustellen, eine Abstimmtaste 136, die mit einem Radiosystem des Fahrzeugs gekoppelt ist, um die Radiokanalauswahl einzustellen, und eine Temperatursteuerwählscheibe 142, die mit dem HVAC-System des Fahrzeugs gekoppelt ist, um die Heiz- und Kühltemperaturen des Fahrgastraums einzustellen, aufweisen.
  • Die Mittelkonsole 140 kann auch eine Anzeige 135 aufweisen. Die Anzeige kann eine berührungsempfindliche Anzeige sein, die es dem Fahrzeugbediener ermöglicht, Einstellungen des Fahrzeugs durch Berührungsinteraktionen auszuwählen. Die Anzeige kann auch verwendet werden, um gegenwärtige Einstellungen des Fahrzeugs anzuzeigen. Zusätzlich kann die Anzeige verwendet werden, um ein Navigationssystem, wie GPS, Telefonfähigkeiten oder Netzanwendungen, auf die während einer Fahrt zugegriffen werden soll, anzuzeigen. Während Bedingungen, bei denen die Laserzündvorrichtung betätigt wird, um Bilder für diagnostische Zwecke zu erfassen, wird die Anzeige 135 verwendet, um Bilder des Inneren des Zylinders 30 zu zeigen, die durch den mit einem Laserdetektionssystem 92 gekoppelten Photodetektor 94 aufgenommen werden. Insbesondere werden Bilder des Inneren des Zylinders, die von einer CCD-Kamera des Laserdetektionssystems aufgenommen werden, beispielsweise drahtlos zum Verbrennungsmotorsteuersystem übertragen und auf der Anzeige 135 einem Fahrzeugbediener (beispielsweise einem Mechaniker) gezeigt. Auf der Grundlage der durch Berührungsinteraktion auf der Anzeige ausgewählten Bedieneranzeigepräferenz können Bilder des Inneren des Zylinders irgendwelcher oder aller Zylinder angezeigt werden.
  • Bei einigen Beispielen können während des Diagnosemodus ein oder mehrere Knöpfe 138 für die Verbrennungsmotorpositionssteuerung aktiviert werden (und für die Fahrgastraumsteuerung deaktiviert werden). Wenn beispielsweise in einem Diagnosemodus gearbeitet wird, kann der Lautstärkesteuerknopf für die Verbrennungsmotorpositionssteuerung aktiviert und für die Lautstärkesteuerung deaktiviert werden. Folglich können Einstellungen am Lautstärkesteuerknopf 138 verwendet werden, um die Verbrennungsmotorposition von einer anfänglichen Verbrennungsmotorposition einzustellen, um die Sichtinspektion des Zylinders zu unterstützen. Beispielsweise kann festgestellt werden, dass der Kolben des Zylinders an oder in der Nähe des oberen Teils des gegenwärtig auf der Anzeige 135 gezeigten Zylinders positioniert ist, wodurch eine Gesamtansicht des Inneren des Zylinders verhindert wird. Um die Sicht zu verbessern, kann der Fahrzeugbediener den Lautstärkesteuerknopf (beispielsweise im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn) langsam drehen, wodurch wiederum die Verbrennungsmotorposition (beispielsweise rückwärts oder vorwärts) bewegt wird, so dass der Kolben durch Einstellungen an einem Generator/Motor mit Leistungsaufteilung des Verbrennungsmotorsystems langsam zum Boden des Zylinders bewegt wird. Gemäß Ausführungsformen, bei denen der Verbrennungsmotor ein Planetengetriebe aufweist, kann der Motor den Außenring unbewegt halten (wodurch die Wagenräder unbewegt gehalten werden), während der Generator (oder das Sonnenrad) den Verbrennungsmotor unter Verwendung von einer Rückkopplung entweder eines Auflösers der Generatorposition oder unter Verwendung des 60-2-Kurbelrads mit einem Hall-Effekt-Sensorpositionssystem für eine Rückkopplung der tatsächlichen Verbrennungsmotorposition dreht. Die Bewegung des Kolbens kann es dem Bediener ermöglichen, Bilder zu empfangen, welche eine vollständigere Ansicht des Inneren des Zylinders repräsentieren, und ihn in die Lage versetzen, eine genauere Inspektion auszuführen. Beispielsweise kann es die verbesserte Ansicht dem Bediener ermöglichen, die Zylinderwände auf Kratzbeschädigungen zu inspizieren. Ferner kann während des Diagnosemodus derselbe Lautstärkesteuerknopf oder ein anderer Mittelkonsolenknopf, eine andere Wählscheibe oder eine andere Taste aktiviert werden, um zu ermöglichen, dass das auf der Anzeige 135 angezeigte Bild des Zylinders vergrößert wird (beispielsweise in es hinein gezoomt wird oder aus ihm heraus gezoomt wird).
  • Bei einem Beispiel können die Niederleistungslichtpulse im infraroten (IR) Spektrum durch die Laserzündvorrichtung emittiert werden, und die CCD-Kamera kann dafür ausgelegt sein, im IR-Spektrum zu arbeiten. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Photodetektor 94 eine Ganzspektrum-CCD-Kamera aufweisen, die abgestimmt werden kann, um mit der Frequenz des Lasers zu koordinieren, so dass die Kamera im IR-Spektrum und in anderen Spektren des Lichts (beispielsweise bei Tageslicht oder mit Glühbirnen) arbeiten kann und die Fähigkeit hat, den Laser zu deaktivieren, falls von IR verschiedenes Licht detektiert wird. Bei der Betrachtung der Bilder kann der Fahrzeugbediener (beispielsweise ein Wartungstechniker oder ein Mechaniker) aktiv Einstellungen an der Position des Kolbens vornehmen, um den Zylinder besser sehen zu können. Beispielsweise ermöglichen während Bedingungen, bei denen Bilder 220 angeben, dass sich der Kolben in der Nähe des oberen Teils des Zylinders befindet (beispielsweise am TDC), zusätzliche Einstellungen, dass der Verbrennungsmotor allmählich und genau abgestimmt wird, um den Kolben zum Boden des Zylinders hinunter zu bewegen. Beim dargestellten Beispiel kann der Bediener, wenn sich der Kolben in der Nähe des oberen Teils des betrachteten Zylinders befindet, den Lautstärkesteuerknopf 138, der sich an der Fahrzeugmittelkonsole 140 befindet, einstellen, um den Verbrennungsmotor aus einer anfänglichen Verbrennungsmotorposition nach vorne oder zurück zu drehen. Falls der Verbrennungsmotor aus der anfänglichen Verbrennungsmotorposition zurück gedreht wird, um den Kolben nach unten zu bewegen, kann die Steuereinrichtung gleichzeitig eine Ansaugdrossel des Verbrennungsmotors öffnen, um die Ausdehnung des Ansaugkrümmers zu verringern.
  • Die 3A–B zeigen als Beispiel dienende Operationen des Lasersystems 92. Die LCU 90 veranlasst den Laseranreger 88, einen bei 302 dargestellten Niederleistungslaserpuls zu erzeugen, der auf die obere Fläche 313 des Kolbens 36 gerichtet werden kann. Nach der Emission kann die Lichtenergie vom Kolben reflektiert werden und vom Photodetektor 94 detektiert werden. Die LCU 90 kann Betriebsbefehle in der Art eines Leistungsmodus von der Steuereinrichtung 12 empfangen. Beispielsweise kann der verwendete Laserpuls während der Zündung schnell mit einer hohen Energieintensität gepulst werden, um das Luft-/Kraftstoffgemisch zu zünden. Umgekehrt kann die Steuereinrichtung zum Bestimmen der Verbrennungsmotorposition das Lasersystem anweisen, die Frequenz bei einer niedrigen Energieintensität zu wobbeln, um die Kolbenposition zu bestimmen und eine oder mehrere Ventilpositionen zu identifizieren. Beispielsweise kann eine Frequenzmodulation eines Lasers mit einer sich wiederholenden linearen Frequenzrampe eine Bestimmung einer oder mehrerer Kolbenpositionen in einem Verbrennungsmotor ermöglichen. Ein Detektionssensor 94 kann sich als Teil des Lasersystems im oberen Teil des Zylinders befinden und kalibriert werden, um einen von der oberen Fläche 313 des Kolbens 36 reflektierten Rückkehrpuls 304 zu empfangen.
  • Die 3A–B zeigen, wie das Lasersystem 92 Pulse in Richtung des Kolbens 36 im Zylinder 30 emittieren kann, wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Vom Lasersystem 92 emittierte Pulse, beispielsweise der in 3A dargestellte Puls 302, können auf die obere Fläche 313 des Kolbens 36 gerichtet werden. Der Puls 302 kann von der oberen Fläche des Kolbens reflektiert werden, und ein Rückkehrpuls, beispielsweise der Puls 304, kann vom Lasersystem 92 empfangen werden, das verwendet werden kann, um die Position des Kolbens 36 innerhalb des Zylinders 30 zu bestimmen.
  • Bei einigen Beispielen kann der Ort des Kolbens durch Frequenzmodulationsverfahren unter Verwendung frequenzmodulierter Laserstrahlen mit einer sich wiederholenden linearen Frequenzrampe bestimmt werden. Alternativ können Phasenverschiebungsverfahren verwendet werden, um den Abstand zu bestimmen. Durch Beobachten der Doppler-Verschiebung oder durch Vergleichen von Probenpositionen zu zwei verschiedenen Zeiten können die Kolbenposition, die Geschwindigkeit und Verbrennungsmotorgeschwindigkeitsinformationen (U/min-Messung) abgeleitet werden. Die Positionen eines Ansaugventils 352 und/oder eines Auslassventils 354 können auch unter Verwendung eines Lasersystems bestimmt werden. Wenn die Zylinderidentität (CID) mit dem Kolbenort kombiniert wird, kann die Position des Verbrennungsmotors bestimmt werden und verwendet werden, um die Kraftstoffzufuhr und die Ventilzeitsteuerung zu synchronisieren. Solche Positionszustände des Verbrennungsmotors können auf Kolbenpositionen und CID, die durch Laser bestimmt werden, beruhen.
  • Die Steuereinrichtung 12 kann ferner die LCU 90 steuern und ein nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium aufweisen, das Code aufweist, um den Ort der Laserenergieübertragung auf der Grundlage von Betriebsbedingungen, beispielsweise auf der Grundlage der Position des Kolbens 36 in Bezug auf den TDC, einzustellen. Die Steuereinrichtung 12 kann auch zusätzliche oder alternative Sensoren aufweisen, um den Betriebsmodus des Verbrennungsmotors 20 zu bestimmen, einschließlich zusätzlicher Temperatursensoren, Drucksensoren, Drehmomentsensoren sowie Sensoren, welche die Verbrennungsmotordrehgeschwindigkeit, die Luftmenge und die eingespritzte Kraftstoffmenge detektieren, wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Zusätzlich oder alternativ kann die LCU 90 direkt mit verschiedenen Sensoren in der Art von Hall-Effekt-Sensoren 118 kommunizieren, deren Aufnahme optional ist, um den Betriebs- oder Diagnosemodus des Verbrennungsmotors 20 zu bestimmen.
  • Ein Lasersystem kann auch verwendet werden, um die Nockenposition zu bestimmen, beispielsweise indem emittierte Pulse während bestimmter Takte des Verbrennungsmotorzyklus blockiert werden. Beispielsweise kann sich das Lasersystem 92 gemäß einer Ausführungsform in der Nähe des Ansaugventils 352 befinden, so dass eine Messung der Kolbenposition innerhalb des Zylinders während des Ansaugtakts des Antriebszyklus verhindert wird. Während des Ansaugtakts öffnet sich das Ventil 352 in die Kammer und blockiert emittierte Laserpulse, so dass sie nicht von der oberen Fläche des Kolbens 313 reflektiert werden. Weil das Lasersystem 92 beispielsweise in 3B in unmittelbarer Nähe des Ansaugventils 352 angeordnet ist, öffnet sich das Ventil 352, wenn sich der Zylinder 30 in seinem Ansaugtakt befindet, in die Kammer und blockiert den Laserpuls, beispielsweise einen Laserpuls 306, so dass er nicht die obere Fläche des Kolbens 313 erreicht. Die Steuereinrichtung 12 kann noch programmiert werden, um das detektierte Signal zu interpretieren, um die Positionen der Nocken zu bestimmen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung in diesem Beispiel ein Fehlen eines vom Sensor 94 empfangenen Signals verarbeiten, um anzugeben, dass sich das Ansaugventil 352 in der offenen Position befindet. Diese Informationen und die Geometrie des Verbrennungsmotors können durch die Steuereinrichtung weiterverarbeitet werden, um die Position des Verbrennungsmotors innerhalb seines Antriebszyklus zu bestimmen. Wenngleich 3B beispielhaft zeigt, wie ein emittierter Puls durch das Ansaugventil 352 blockiert werden kann, sind auch andere Konfigurationen möglich. Beispielsweise kann sich das Lasersystem in unmittelbarer Nähe zum Auslassventil statt zum Ansaugventil befinden. Wenn es sich an diesem Ort befindet, können emittierte Pulse stattdessen während des Ansaugtakts des Antriebszyklus blockiert werden. Eine Steuereinrichtung kann kalibriert werden, um solchen Unterschieden Rechnung zu tragen. Wie nachstehend detailliert beschrieben wird, kann die Steuereinrichtung 12 während des Antriebszyklus gesammelte Daten verarbeiten, um die Verbrennungsmotorposition zu bestimmen.
  • Die zeitliche Differenz zwischen der Emission des Lichtpulses 302 und der Detektion des reflektierten Lichtpulses 304 durch den Photodetektor 94 kann weiter mit einer Zeitschwelle als Mittel zum Bestimmen, ob eine Verschlechterung der Laservorrichtung aufgetreten ist, verglichen werden. Beispielsweise kann die Verbrennungskammer bei einer Verbrennungskraftmaschine eine Länge von drei bis vier Zoll aufweisen. Auf der Grundlage dieser Schätzung und der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c = 3,0 × 108 m/s) kann ein vom Lasersystem 92 emittierter Lichtpuls, der von der oberen Fläche des Kolbens 313 reflektiert wurde, im Pikosekundenzeitbereich detektiert werden. Eine Zeitschwelle, die deutlich jenseits des erwarteten Pikosekundenzeitbereichs liegt (beispielsweise 1 Nanosekunde), kann daher als eine Referenz für das Angeben einer Verschlechterung des Lasersystems verwendet werden. Beispielsweise kann ein vom Lasersystem 92 emittierter Puls, dessen Detektion durch den Sensor 94 länger als 1 Nanosekunde dauert, ein nicht richtig justiertes Lasersystem angeben.
  • Bei einigen Beispielen kann das Verbrennungsmotorsystem 20 in ein Fahrzeug aufgenommen sein, das entwickelt wurde, um ein Bereitschafts-Stopp auszuführen, wenn Bereitschafts-Stopp-Bedingungen erfüllt sind, und um den Verbrennungsmotor automatisch neu zu starten, wenn Neustartbedingungen erfüllt sind. Solche Bereitschafts-Stopp-Systeme können Kraftstoffeinsparungen erhöhen, Abgasemissionen, Geräusche und dergleichen verringern. Bei solchen Verbrennungsmotoren kann der Verbrennungsmotorbetrieb an einer zufälligen Position innerhalb des Antriebszyklus beendet werden. Nach Beginn des Prozesses zum Reaktivieren des Verbrennungsmotors kann ein Lasersystem verwendet werden, um die spezifische Position des Verbrennungsmotors zu bestimmen. Auf der Grundlage dieser Beurteilung kann ein Lasersystem eine Bestimmung vornehmen, welcher Zylinder zuerst mit Kraftstoff zu versorgen ist, um den Verbrennungsmotorreaktivierungsprozess aus der Ruhe zu beginnen. Bei Kraftfahrzeugen, die dafür ausgelegt sind, Bereitschafts-Stopp-Arbeitsvorgänge auszuführen, wobei Verbrennungsmotor-Stoppvorgänge und Verbrennungsmotor-Neustarts während eines Antriebsvorgangs mehrere Male wiederholt werden, kann das Anhalten des Verbrennungsmotors an einer gewünschten Position besser wiederholbare Starts bereitstellen, so dass das Lasersystem verwendet werden kann, um die Verbrennungsmotorposition während des Abschaltens (nach Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung, Funkenzündung usw.) zu messen, während der Verbrennungsmotor bis zur Ruhe herunterfährt, so dass das Motordrehmoment oder eine andere Drehmomententnahme, als Reaktion auf die gemessene Kolben-Nerbrennungsmotorposition, veränderlich auf den Verbrennungsmotor angewendet werden kann, um die Verbrennungsmotorstoppposition zu einer gewünschten Stoppposition zu regeln. Die Kolbenpositionsinformationen jedes Zylinders können auch verwendet werden, um Kurbelwellenpositionen zu schätzen. Wie mit Bezug auf 10 dargelegt, kann auf der Grundlage der relativen Position der Kurbelwelle jedes Zylinders eine Kurbelwellenverschlechterung (beispielsweise infolge einer verdrehten oder gebrochenen Kurbelwelle) zuverlässig identifiziert werden. Wie hier dargestellt, stellt das Innere des Sprühmusters eine Angabe der Beleuchtung bereit.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform können die Zylinder des Verbrennungsmotors, wenn ein Fahrzeug seinen Verbrennungsmotor abschaltet, entweder weil der Motor abgeschaltet wird oder weil das Fahrzeug entscheidet, im elektrischen Modus zu arbeiten, schließlich in einer unkontrollierten Weise in Bezug auf den Ort des Kolbens 36 im Verbrennungszylinder 30 und die Positionen des Ansaugventils 352 und des Auslassventils 354 anhalten. Für einen Verbrennungsmotor mit vier oder mehr Zylindern kann sich stets ein Zylinder zwischen einem Auslassventilschließen (EVC) und einem Ansaugventilschließen (IVC) befinden, wenn die Kurbelwelle in Ruhe ist. 4 zeigt als Beispiel einen Reihen-Vierzylinderverbrennungsmotor, der in der Lage ist, Kraftstoff direkt in die Kammer einzuspritzen, der an einer zufälligen Position in seinem Antriebszyklus angehalten wird, und es wird gezeigt, wie das Laserzündsystem Messungen bereitstellen kann, die zwischen den Zylindern verglichen werden, um die Verbrennungsmotorposition zu identifizieren. Es sei bemerkt, dass die in 4 dargestellte Verbrennungsmotorposition beispielhafter Natur ist und dass auch andere Verbrennungsmotorpositionen möglich sind.
  • Bei 413 ist in die Figur eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Reihenverbrennungsmotorblocks 402 eingesetzt. Innerhalb des Blocks befinden sich vier einzelne Zylinder, wobei die Zylinder 1–4 mit 404, 406, 408 bzw. 410 bezeichnet sind. Schnittansichten der Zylinder sind entsprechend ihrer Zündreihenfolge in einem als Beispiel dienenden Antriebszyklus, der bei 415 dargestellt ist, dargestellt angeordnet. Bei diesem Beispiel ist die Verbrennungsmotorposition derart, dass sich der Zylinder 404 im Ausstoßtakt des Antriebszyklus befindet. Ein Auslassventil 412 befindet sich daher in der offenen Position, und ein Ansaugventil 414 ist geschlossen. Weil der Zylinder 408 als nächster in dem Zyklus zündet, befindet er sich in seinem Arbeitstakt, so dass sich sowohl das Auslassventil 416 als auch das Ansaugventil 418 in der geschlossenen Position befinden. Der Kolben im Zylinder 408 befindet sich in der Nähe des BDC. Der Zylinder 410 befindet sich im Kompressionstakt, so dass sich ein Auslassventil 420 und ein Ansaugventil 422 auch beide in der geschlossenen Position befinden. Bei diesem Beispiel zündet der Zylinder 406 als letztes und befindet sich so in der Ansaugtaktposition. Dementsprechend ist ein Auslassventil 424 geschlossen, während ein Ansaugventil 426 offen ist. Die Ventilpositionsinformationen jedes Zylinders können auch verwendet werden, um Kurbelwellenpositionen zu schätzen, wie in 10 dargestellt ist.
  • Jeder einzelne Zylinder in einem Verbrennungsmotor kann ein damit gekoppeltes Lasersystem aufweisen, wie in der vorstehend beschriebenen 1 gezeigt ist, wobei das Lasersystem 92 mit dem Zylinder 30 gekoppelt ist. Diese Lasersysteme können sowohl zur Zündung im Zylinder als auch zur Bestimmung der Nocken- und Kolbenposition innerhalb des Zylinders verwendet werden, wie hier beschrieben. Beispielsweise zeigt 4 ein mit dem Zylinder 404 gekoppeltes Lasersystem 451, ein mit dem Zylinder 408 gekoppeltes Lasersystem 453, ein mit dem Zylinder 410 gekoppeltes Lasersystem 457 und ein mit dem Zylinder 406 gekoppeltes Lasersystem 461.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann ein Lasersystem verwendet werden, um Ventilpositionen sowie die Position eines Kolbens innerhalb einer Zylinderkammer zu messen. Beispielsweise kann in der in 3B dargestellten Verbrennungsmotorposition Licht vom Lasersystem 92 zumindest teilweise blockiert werden und daran gehindert werden, den oberen Teil des Kolbens 313 im Zylinder 30 zu erreichen. Weil die reflektierte Lichtmenge verglichen mit der von der oberen Fläche des Kolbens reflektierten Lichtmenge verringert wird, wenn emittierte Pulse nicht blockiert werden, kann die Steuereinrichtung 12 programmiert werden, um solchen Unterschieden Rechnung zu tragen, und die Informationen verwenden, um festzustellen, dass das Ansaugventil 352 offen ist. Auf der Grundlage der Reihenfolge von Ventilbetätigungen innerhalb des Antriebszyklus stellt die Steuereinrichtung 12 ferner fest, dass das Auslassventil 354 geschlossen ist. Weil das Beispiel anhand eines Vierzylinderverbrennungsmotors gegeben ist, befindet sich stets einer der Zylinder im Ansaugtakt. Dabei kann die Steuereinrichtung programmiert werden, Daten von allen Lasersystemen zu verarbeiten, um einen Zylinder in seinem Ansaugtakt zu identifizieren. Auf der Grundlage dieser Feststellung und unter Verwendung der Geometrie des Verbrennungsmotors kann die Position des Verbrennungsmotors unter Verwendung des Lasersystems identifiziert werden. Alternativ kann eine Steuereinrichtung, wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird, programmiert werden, um eine Reihe von Messungen von einem einzigen Laserdetektor zu verarbeiten, der als Mittel zum Identifizieren der Position des Verbrennungsmotors mit einem Zylinder gekoppelt ist.
  • Die Positionen der Kolben in einem Zylinder können in Bezug auf irgendwelche geeignete Bezugspunkte gemessen werden und irgendwelche geeignete Skalierungsfaktoren verwenden. Beispielsweise kann die Position eines Zylinders in Bezug auf eine TDC-Position des Zylinders und/oder eine BDC-Position des Zylinders gemessen werden. Beispielsweise zeigt 4 eine Linie 428 durch Querschnitte der Zylinder an der TDC-Position und eine Linie 430 durch Querschnitte der Zylinder in der BDC-Position. Wenngleich mehrere Bezugspunkte und Skalen während einer Bestimmung einer Kolbenposition möglich sein können, beruhen die hier dargestellten Beispiele auf dem Ort des Kolbens innerhalb einer Kammer. Beispielsweise kann eine Skala verwendet werden, die auf einem gemessenen Versatz verglichen mit bekannten Positionen innerhalb der Kammer beruht. Mit anderen Worten kann der Abstand der oberen Fläche eines Kolbens, wie bei 432 in 4 dargestellt ist, in Bezug auf die bei 428 dargestellte TDC-Position und die bei 430 dargestellte BDC-Position verwendet werden, um eine relative Position eines Kolbens im Zylinder zu bestimmen. Im Interesse der Einfachheit ist eine für den Abstand vom Lasersystem zum Kolben kalibrierte Probenskala dargestellt. Auf dieser Skala ist der Ursprung 428 als X dargestellt (wobei X = 0 dem TDC entspricht), und ist der Ort 430 des Kolbens, der vom Lasersystem am weitesten entfernt ist und dem maximalen linearen Abstand entspricht, welcher vom Kolben durchlaufen wird, als xmax dargestellt (wobei X = xmax dem BDC entspricht). Beispielsweise kann in 4 ein Abstand 471 vom TDC 428 (der als der Ursprung angenommen werden kann) zur oberen Fläche 432 des Kolbens im Zylinder 404 im Wesentlichen gleich einem Abstand 432 vom TDC 428 zur oberen Fläche 432 des Kolbens im Zylinder 410 sein. Die Abstände 471 und 432 können (in Bezug auf den TDC 428) kleiner sein als die Abstände 473 und 477 vom TDC 428 bis zu den oberen Flächen der Kolben der Zylinder 408 bzw. 406.
  • Die Kolben können zyklisch betätigt werden, und ihre Position innerhalb der Kammer kann auf diese Weise durch eine einzige Metrik in Bezug auf den TDC und/oder den BDC in Bezug gesetzt werden. Im Allgemeinen kann dieser Abstand 432 in der Figur als ΔX dargestellt werden. Ein Lasersystem kann diese Variable für jeden Kolben innerhalb seines Zylinders messen und die Informationen dann verwenden, um zu bestimmen, ob eine weitere Tätigkeit auszuführen ist. Beispielsweise könnte ein Lasersystem ein Signal zur Steuereinrichtung senden, wodurch eine Verschlechterung der Kurbelwelle angegeben wird, falls die Variable zwischen zwei oder mehr Zylindern um einen Schwellenbetrag abweicht. Die Variable X ist als mehrere Metriken darstellend zu verstehen, die durch das System gemessen werden können, wobei ein Beispiel davon vorstehend beschrieben wurde. Das angegebene Beispiel beruht auf dem durch das Lasersystem gemessenen Abstand, der verwendet werden kann, um den Ort des Kolbens innerhalb seines Zylinders zu identifizieren.
  • Mit Bezug auf 4 kann eine Steuereinrichtung programmiert werden, um die Position des Verbrennungsmotors unter Verwendung verschiedener Verfahren zu bestimmen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung programmiert werden, um eine Reihe von einem einzigen Lasersystem gesammelter Daten, beispielsweise dem Lasersystem 461 im Zylinder 406, zu verarbeiten, um die Position des Kolbens jedes Zylinders zu bestimmen und dadurch die Verbrennungsmotorposition abzuleiten. Ein Beispiel einer Karte eines Lasersystems, das in zwei verschiedenen Niederleistungsmodi arbeitet, um die Ansaugventilzeitsteuerung und die Kolbenposition in Bezug auf eine Verbrennungsmotorposition während eines als Beispiel dienenden Verbrennungsmotorzyklus zu bestimmen, ist in 5 dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Alternativ kann die Steuereinrichtung programmiert werden, um von zwei oder mehr Lasersystemen gesammelte Daten zu verarbeiten, um die Position des Verbrennungsmotors zu bestimmen.
  • 5 zeigt einen Graphen 500 einer als Beispiel dienenden Ventilzeitsteuerung und Kolbenposition in Bezug auf eine Verbrennungsmotorposition (Kurbelwinkelgrade) innerhalb der vier Takte (Ansaugtakt, Kompressionstakt, Arbeitstakt und Ausstoßtakt) des Verbrennungsmotorzyklus für einen Vierzylinderverbrennungsmotormit einer 1-3-4-2-Zündordnung. Der Graph 500 zeigt Ansaugventilzeitsteuerungs- und Kolbenpositionskurven zusammen mit zwei als Beispiel dienenden Positionsbestimmungsmodi des Lasersystems. Ein Lasersystem, beispielsweise das mit dem Zylinder 406 in 4 gekoppelte Lasersystem 461, kann eine Reihe von Niederleistungspulsen über den Verbrennungsmotorzyklus emittieren, jedoch zwei verschiedene Lichtsignale für die Ventilpositionsschätzung und die Kolbenpositionsschätzung innerhalb eines Zylinders detektieren. Mit Bezug auf das in 4 dargestellte Beispiel kann das Lasersystem 461 von der oberen Fläche des Kolbens reflektierte Lichtenergie während eines Kompressions-, Arbeits- und Ausstoßtakts des Antriebszyklus detektieren, wenn das Ansaugventil geschlossen ist. Dieser bei 506 in 5 dargestellte Detektionsmodus kann ein erster Niederleistungsdetektionsmodus sein (in der dargestellten Figur als LD1 bezeichnet). Während der Laserdetektor vom oberen Teil des Kolbens in LD1 reflektierte Lichtenergie misst, kann er nicht die Position des Ansaugventils 426 in Bezug auf das Auslassventil 424 messen. Die Steuereinrichtung kann die während LD1 erzeugten Informationen verwenden, um die Kolbenposition jedes Zylinders zu bestimmen. Indem dann die relative Kolbenposition zwischen Zylindern verglichen wird, kann eine Kurbelwellendiagnostik ausgeführt werden.
  • Wenn der Verbrennungsmotorzylinder umgekehrt in den Ansaugtakt des Antriebszyklus eintritt, kann der Laserdetektor 461 ein verringertes Signal detektieren, weil seine Emission zumindest teilweise durch das offene Ansaugventil blockiert ist. Dieser bei 508 dargestellte Detektionsmodus kann ein zweiter Niederleistungsdetektionsmodus sein (in der dargestellten Figur als LD2 bezeichnet). Während er sich in LD2 befindet, kann der Laserdetektor beispielsweise die Ansaugventilposition aber nicht die Position des Kolbens innerhalb der Zylinderkammer messen. Die Steuereinrichtung kann die während LD2 erzeugten Informationen verwenden, um die Ansaugventilposition jedes Zylinders zu bestimmen. Durch anschließenden Vergleich der relativen Ansaugventilposition zwischen Zylindern kann eine Nockenwellendiagnostik ausgeführt werden. Ferner können durch Vergleichen der Kurbelwellenposition und der Nockenwellenposition jedes Zylinders Fehlausrichtungen zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle für jeden Zylinder identifiziert werden.
  • Bei 502 ist ein Ventilhubprofil für das Ansaugventil 426 dargestellt. Zu Beginn des Ansaugtakts zeigt das Profil, dass sich das Ventil öffnet und dann schließt, während sich der Kolben vom TDC zum BDC bewegt. Wenngleich für ein Auslassventil, beispielsweise das Auslassventil 424, kein Ventilhubprofil dargestellt ist, kann ein ähnliches Profil optional aufgenommen werden, um zu zeigen, dass sich das Auslassventil öffnet und dann schließt, während sich der Kolben beim Ausstoßtakt des Verbrennungsmotorantriebszyklus vom BDC zum TDC bewegt.
  • Bei 504 ist die zyklische Natur des Kolbens für die vier Takte des Antriebszyklus dargestellt. Beispielsweise bewegt sich ein Kolben vom TDC allmählich nach unten und erreicht am Ende des Ansaugtakts bei BDC den Boden. Der Kolben kehrt dann am Ende des Kompressionstakts beim TDC zum oberen Teil zurück. Der Kolben bewegt sich dann während des Arbeitstakts wieder nach unten zum BDC und kehrt am Ende des Ausstoßtakts beim TDC zur ursprünglichen oberen Position zurück. Wie dargestellt, zeigt die Karte eine Verbrennungsmotorposition entlang der x-Achse in Kurbelwellengrad (CAD). Für die gegebene als Beispiel dienende Kurve ist während des Ansaugtakts keine Kolbenposition dargestellt, um zu zeigen, dass das Signal infolge im Wesentlichen blockierter Laserpulse (beispielsweise mehr als 90% blockiert) verringert wird.
  • Bei 510 und 512 sind als Beispiel dienende Datensätze dargestellt, um zu zeigen, wie verschiedene Datensätze vom Lasersystem gesammelt werden können. Beispielsweise kann das Lasersystem 461 mit dem Sammeln von Daten nach einem Verbrennungsmotorabschaltbefehl beginnen, wenn der Verbrennungsmotor seine letzten paar Zyklen abschließt, bevor er an der Position P1 zur Ruhe kommt. Weil sich P1 in einem Ansaugtakt befindet, zeigt 510, dass das durch den Laserdetektor aufgenommene Signal durch das Ansaugventil unterbrochen werden kann. Wenn sich das Ventil öffnet, wird der emittierte Puls zumindest teilweise blockiert, was zu einem erheblich verringerten Signal führen kann. Die Steuereinrichtung 12 kann dieses Signal verarbeiten, um das offene Ansaugventil zu identifizieren und ein mit einem anderen Zylinder gekoppeltes Lasersystem, beispielsweise das mit dem Zylinder 410 gekoppelte Lasersystem 457, verwenden, um seine Kolbenposition zu messen. Die Geometrie des Verbrennungsmotors kann dann verwendet werden, um alle Variablen als Mittel zum Identifizieren der Kurbelwellen- oder Nockenwellenposition in Beziehung zu setzen.
  • Weil die Tätigkeit des Antriebszyklus zyklischer Natur ist, kann während bestimmter Teile des Antriebszyklus ein zweiter Datensatz gesammelt werden, dessen anfängliche Kurvenform im Wesentlichen identisch mit jener sein kann, die bei 510 gezeigt ist. Um diese beiden Gebiete voneinander zu unterscheiden und die Position des Verbrennungsmotors eindeutig zu identifizieren, kann die Steuereinrichtung programmiert werden, um eine Reihe von Daten zu verarbeiten, um die Verbrennungsmotorposition anhand der Kurvenform zu bestimmen. Bei 512 ist eine zweite Kurve dargestellt, wenn sich der Kolben im Zylinder 406 während des Kompressionstakts des Antriebszyklus dem TDC nähert. Weil das Ansaugventil jedoch sowohl während des Kompressions- als auch des Arbeitstakts geschlossen bleibt, geschieht kein Blockieren des Lasersignals, und es wird ein glatter Datensatz detektiert. Die Steuereinrichtung kann programmiert werden, um solche Daten zu verarbeiten, und die Form der Kurve zusammen mit der Geometrie des Verbrennungsmotors verwenden, um die Position des Verbrennungsmotors sowie von Zylinder-Kurbelwellen und -Nockenwellen zu identifizieren.
  • 6 zeigt nun ein als Beispiel dienendes Verfahren 600 zum Ausführen einer Diagnoseroutine für das Diagnostizieren verschiedener Komponenten innerhalb des Zylinders unter Verwendung von Licht von einem durch ein Verbrennungsmotorlaserzündsystem in der Art des Lasersystems aus 1 emittierten Niederleistungslaserpuls. Der in 6 dargestellte Diagnosemodus ermöglicht die Detektion verschiedener Komponenten während eines Ansaugtakts eines Zylinderverbrennungszyklus.
  • Bei 602 kann bestätigt werden, dass der Verbrennungsmotor eingeschaltet und in Betrieb ist. Beispielsweise kann bestätigt werden, dass sich das Hybridantriebssystem in einem Verbrennungsmotorbetriebsmodus befindet. Falls dies nicht der Fall ist, bewegt sich die Routine zu 604, um Diagnoseroutinen bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor auszuführen, falls Diagnosebedingungen als erfüllt angesehen worden sind. Falls der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, wird bei 606 bestimmt, ob ein erster Diagnosemodus (Modus_1) ausgewählt wurde. Der erste Diagnosemodus kann ausgewählt werden, falls spezifizierte Betriebsbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise können Verbrennungsmotorverbrennungsbedingungen bestätigt werden. Alternativ kann eine Schwellendauer oder ein Schwellenabstand seit der letzten Iteration des ersten Diagnosemodus verstrichen sein. Wenn im ersten Diagnosemodus gearbeitet wird, können Laserpulse in einem Niederleistungsbereich während eines Ansaugtakts jedes Zylinders emittiert werden. Dabei können mehrere Diagnoseroutinen, die jeweils auf eine oder mehrere Zylinderkomponenten gerichtet werden, ausgeführt werden, während im ersten Diagnosemodus gearbeitet wird.
  • Falls der erste Diagnosemodus nicht ausgewählt wird, bewegt sich die Routine zu 608, um zu bestimmen, ob ein zweiter Diagnosemodus (Modus_2) ausgewählt wurde. Der zweite Diagnosemodus kann ausgewählt werden, falls spezifizierte Betriebsbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise können Verbrennungsmotorverbrennungsbedingungen bestätigt werden. Alternativ kann seit einer letzten Iteration des zweiten Diagnosemodus eine Schwellendauer verstrichen sein oder ein Schwellenabstand überschritten worden sein. Dabei können mehrere Diagnoseroutinen ausgeführt werden, die jeweils auf eine oder mehrere Zylinderkomponenten gerichtet sind, während im ersten Diagnosemodus gearbeitet wird. Falls zweite Diagnosemodusbedingungen bestätigt werden, bewegt sich die Routine zu 7, um Diagnoseroutinen im zweiten Modus auszuführen. Wenn im zweiten Diagnosemodus gearbeitet wird, können Laserpulse in einem Bereich höherer Leistung während eines Kompressionstakts jedes Zylinders emittiert werden. Falls weder der erste noch der zweite Diagnosemodus bestätigt wird, bewegt sich die Routine zu 610, wo die Laserzündvorrichtung mit einem höheren Leistungsniveau betrieben wird (oberhalb eines Schwellenleistungsniveaus), um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Verbrennungsmotorzylinder zu zünden. Dabei wird die Laserzündvorrichtung während eines Kompressionstakts des Zylinders mit der höheren Leistung betrieben, um die Kraftstoffverbrennung im Zylinder einzuleiten.
  • Zu 606 zurückkehrend sei bemerkt, dass, falls der erste Diagnosemodus bestätigt wird, bei 612 die Routine eine Eingabe in Bezug auf eine ausgewählte Diagnoseroutine empfängt. Wie vorstehend erörtert wurde, können verschiedene Diagnoseroutinen, die auf verschiedene Zylinderkomponenten gerichtet sind, ausgeführt werden, während im ersten Diagnosemodus gearbeitet wird. Die Steuereinrichtung kann eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener, beispielsweise über die Anzeige 135 aus 2, in Bezug auf die zu diagnostizierende Komponente im ersten Betriebsmodus empfangen. Die Komponenten oder Bedingungen innerhalb des Zylinders, die diagnostiziert werden, während im ersten Diagnosemodus gearbeitet wird, können als nicht einschränkende Beispiele einen Zylinderkraftstoffeinspritzer (beispielsweise zum Diagnostizieren des Sprühmusters des Einspritzers), einen Zylinderkolbenring (beispielsweise zum Diagnostizieren eines Lecks über die Ringe hinweg), eine Kohlenstoffansammlung am Zylinder, einen schlechten Ansaugluftfluss und das Vorhandensein eines Fremdgegenstands im Zylinder einschließen. Dabei können auf der Grundlage der zu diagnostizierenden Komponente die Anzahl, der Ort und der Winkel der von einem Photodetektor des Lasersystems erfassten Bilder sowie ein angezeigtes Referenzbild variieren.
  • Bei 614 betätigt die Routine nach dem Empfang der Eingabe eine Laserzündvorrichtung (beispielsweise das Lasersystem aus 1) während eines Ansaugtakts eines Zylinders bei niedrigerer Leistung. Der Betrieb bei einer niedrigeren Leistung schließt einen Betrieb bei einer Leistung ein, die niedriger ist als eine Schwellenleistung, die für das Einleiten der Zylinderverbrennung erforderlich ist. Durch den Betrieb der Laserzündvorrichtung bei der niedrigeren Leistung während des Ansaugtakts können Laserpulse in den Zylinder gerichtet werden, um den Zylinder während des Ansaugtakts planar abzustreichen. Dadurch, dass der Laser das Innere des Zylinders während des Ansaugtakts schnell abstreicht, kann der Zylinder beleuchtet werden wie durch eine Glühbirne, und die Beleuchtung kann verwendet werden, um Bilder des Inneren des Zylinders zu erfassen, wodurch ermöglicht wird, dass ein Bediener das Innere des Zylinders beobachtet und beurteilt, ohne dass es erforderlich wäre, die Komponenten für die Sichtinspektion zu entfernen.
  • Bei einigen Beispielen kann das planare Abstreichen auf der Zylinderkomponente oder der Bedingung, die diagnostiziert wird, beruhen. Wenn beispielsweise ein Sprühmuster des Kraftstoffeinspritzers diagnostiziert wird, kann das planare Abstreichen der Laserzündvorrichtung in einen Sprühweg des Zylinderkraftstoffeinspritzers orientiert sein. Der Laser kann in einer Ebene in den Weg des Sprays des Einspritzers zu genauen Zeiten nach Beginn der Kraftstoffeinspritzung während des Ansaugtakts abstreichen. Verglichen damit kann, wenn ein Zylinderkolbenring diagnostiziert wird, das planare Abstreichen zur Kolbenfläche hin orientiert werden. Das planare Abstreichen, das während der Kraftstoffeinspritzeranalyse verwendet wird, kann ein breiteres Abstreichen sein als das Abstreichen, das für die Kolbenanalyse verwendet wird. Wie nachstehend dargelegt wird, kann die Bestimmung der Komponentenverschlechterung auf einer Eingabe vom Bediener beruhen oder eine automatisierte Bestimmung sein.
  • Weil der Verbrennungsmotor gemäß einigen Ausführungsformen in ein Hybridelektrofahrzeug eingebaut ist, kann die Routine das Aufrechterhalten einer Referenzverbrennungsmotorgeschwindigkeit und -last während des Betriebs der Laserzündvorrichtung durch Einstellungen an einem Elektromotor einschließen. Dies ermöglicht es, dass die Verbrennungsmotorgeschwindigkeit und -last für jeden Diagnosetest genau auf eine vorgegebene Bedingung gesteuert werden, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse verbessert werden. Dies verringert auch die Veränderlichkeit von Testergebnissen infolge von Änderungen von Verbrennungsmotorbedingungen.
  • Bei 616 empfängt die Routine Bilder des Inneren des Zylinders vom Photodetektor. Insbesondere kann der Photodetektor die Lichtenergie von der Laserpulsemission verwenden, um Bilder des Inneren des Zylinders zu erfassen. Die erfassten Bilder werden dann beispielsweise drahtlos zur Anzeigevorrichtung übertragen. Bei einigen Beispielen können Photodetektorkameraeinstellungen, die während verschiedener Diagnoseroutinen des Diagnosemodus_1 angewendet werden, auf der Grundlage der diagnostizierten Komponente geändert werden. Die eingestellten Kameraeinstellungen können beispielsweise die Verschlussöffnungsdauer, Blendeneinstellungen, die Zeit der Bilderfassung usw. einschließen. Beispielsweise kann der Kameraverschluss während einer Kraftstoffeinspritzeranalyse während einer längeren Dauer geöffnet werden, so dass mehrere Abstreichungen des Zylinders in einem einzigen Bild erfasst werden. Verglichen damit kann der Kameraverschluss während einer Zylinderwand-Kohlenstoffansammlungsanalyse während einer kürzeren Dauer geöffnet werden, und es können mehrere Bilder über die mehreren Abstreichungen erfasst werden.
  • Bei 618 zeigt die Routine das durch den Photodetektor erfasste Bild des Inneren des Zylinders bzw. die dadurch erfassten Bilder des Inneren des Zylinders einem Fahrzeugbediener auf der Anzeigevorrichtung. Hier kann der Fahrzeugbediener beispielsweise ein Mechaniker oder ein Wartungstechniker sein, der den Verbrennungsmotor diagnostiziert. Beispielsweise kann das erfasste Bild nach jedem planaren Abstreichen durch den Laser dem Wartungstechniker für die Analyse automatisch präsentiert werden.
  • Optional kann die Steuereinrichtung bei 620 ein Referenzbild der Komponente oder Bedingung, die diagnostiziert wird, dem Fahrzeugbediener auf der Anzeigevorrichtung zeigen. Das Referenzbild kann im Speicher der Steuereinrichtung gespeichert werden und daraus abgerufen werden. Ferner kann das Referenzbild ein zuvor, beispielsweise während vorgegebener Bedingungen (beispielsweise bei einer vorhergehenden Iteration der gegebenen Diagnoseroutine, wenn keine Verschlechterung erkannt wurde) durch den Photodetektor erzeugtes Referenzbild sein. Das Referenzbild kann auf der Grundlage der bei 612 zuvor empfangenen Eingabe in Bezug auf die Diagnoseroutine abgerufen werden. Zusätzlich kann das Referenzbild auf der Grundlage des erzeugten Bilds ausgewählt werden. Alternativ kann das Referenzbild abgerufen und angezeigt werden, nachdem eine Bedienereingabe durch die Anzeigevorrichtung empfangen wurde, nachdem das erfasste Bild (die erfassten Bilder) auf der Anzeigevorrichtung angezeigt wurde (wurden). Wenn die diagnostizierte Zylinderkomponente beispielsweise ein Zylinderkraftstoffeinspritzer in der Art eines Zylinderportkraftstoffeinspritzers ist, kann das vom Photodetektor erzeugte Bild des Inneren des Zylinders Sprühmuster des Kraftstoffeinspritzers angeben, wie ein Sprühmuster des Portkraftstoffeinspritzers. Das von der Steuereinrichtung abgerufene Referenzbild kann von einem erwarteten Sprühmuster eines geeignet funktionierenden Kraftstoffeinspritzers stammen. Ein Beispiel eines solchen Vergleichs wird hier mit Bezug auf 10 erörtert. Auf der Grundlage von Unterschieden zwischen dem erwarteten Muster und dem tatsächlichen Muster kann der Bediener in der Lage sein, die Kraftstoffeinspritzerverschlechterung anzugeben. Insbesondere kann der Vergleich zweier Bilder objektive Hinweise eines notwendigen Austausches des Kraftstoffeinspritzers bereitstellen.
  • Bei 622 empfängt die Routine eine Eingabe vom Fahrzeugbediener in Bezug auf die Funktionstüchtigkeit der diagnostizierten Komponente oder Bedingung, wobei die Bedienereingabe auf dem angezeigten Bild des Inneren des Zylinders und dem Referenzbild beruht. Beispielsweise kann der Bediener das angezeigte Bild mit dem Referenzbild vergleichen und auf der Grundlage einer großen Abweichung angeben, dass eine Komponentenverschlechterung aufgetreten ist.
  • Bei einem Beispiel kann die diagnostizierte Zylinderkomponente aus den Zylinderkolbenringen bestehen und kann das erzeugte Bild des Inneren des Zylinders einen Zustand der Zylinderkolbenringe angeben. Das angezeigte Referenzbild kann ein Bild des Zylinderkolbens während eines Ansaugtakts einschließen. Falls das vom Photodetektor während des Ansaugtakts erfasste Bild des Inneren des Zylinders eine Kurbelgehäusedampfkondensation am Kolben angibt, kann der Bediener angeben, dass die Zylinderkolbenringe verschlechtert sind und Dämpfe, die vom Kurbelgehäuse kommen, im Zylinder in der Nähe des Kolbens kondensieren.
  • Bei einem anderen Beispiel kann die diagnostizierte Zylinderkomponente eine Zylinderverbrennungskammer sein und kann das Bild des Inneren des Zylinders mit einem Referenzbild verglichen werden, um anzugeben, ob ein Fremdgegenstand in der Verbrennungskammer vorhanden ist (beispielsweise darin herumspringen). Für das Detektieren des Vorhandenseins von Fremdgegenständen können vom Photodetektor erfasste Standbilder und/oder Videobilder verwendet werden. Die Standbilder können zeitlich versetzte Standbildaufnahmen über einen Ansaugtakt und einen Ausstoßtakt einschließen (in der Art des Ausstoßtakts, der dem Ansaugtakt unmittelbar vorhergeht). Falls Videobilder analysiert werden, kann die Analyse das Abspielen während des Ansaugtakts und des Ausstoßtakts erfasster Videobilder einschließen. Die Videobilder können in Zeitlupe abgespielt werden, um Fremdgegenstände (in der Art einer Mutter, eines Bolzens, eines Fetzens usw.) zu detektieren, die im Zylinder herumspringen können. Der Fremdgegenstand kann während früherer Wartungsvorgänge oder der Montage des Verbrennungsmotors, beispielsweise wenn der Lufteinlass montiert wurde, in den Zylinder eingetreten sein. Als Reaktion auf die Erkennung eines Fremdgegenstands kann ein diagnostischer Code gesetzt werden, um anzugeben, dass der Gegenstand aus dem spezifischen Zylinder entfernt werden muss.
  • Als noch ein weiteres Beispiel können die während des Ansaugtakts erfassten Bilder des Inneren des Zylinders analysiert werden, um eine Kohlenstoffansammlung im Zylinder zu beurteilen. Dabei kann das Bild der Zylinderwand untersucht werden und kann der Reflexionsgrad der Wand aufgezeichnet werden. Der Reflexionsgrad der Zylinderwand im erfassten Bild kann mit dem Reflexionsgrad der Zylinderwand in einem Referenzbild eines sauberen Zylinders verglichen werden. Dabei kann ein sauberer Zylinder ein glänzendes Bild mit einem hohen Reflexionsgrad der Zylinderwand erzeugen. Verglichen damit kann ein Zylinder mit einer Rußansammlung ein mattes oder schwarzes Bild mit einem niedrigen Reflexionsgrad der Zylinderwand erzeugen. Demgemäß kann auf der Grundlage der Bilder, die einen Abfall des Reflexionsgrads der Zylinderwand angeben, festgestellt werden, dass es an der Zylinderwand eine übermäßige Ansammlung von Kohlenstoff oder Ruß gibt. Als Reaktion auf die Ansammlung kann ein diagnostischer Code gesetzt werden, um die Rußansammlung anzugeben. Die Steuereinrichtung kann den Verbrennungsmotor auch anweisen, während eines Zeitraums magerer als bei der Stöchiometrie zu arbeiten, oder den Laser anweisen, Bereiche mit einer zu hohen Kohlenstoffansammlung abzubrennen, um den zu hohen Zylinderrußniveaus zu begegnen. Die Steuereinrichtung kann die Diagnostik auch anweisen, die Unversehrtheit des Kolbenrings durch Durchsuchen der Bilder von diesem Test zu untersuchen.
  • Dabei kann eine Analyse während eines Ansaugtakts für eine Zylinderwandkohlenstoffansammlungsanalyse erfasster Bilder von einer Analyse während eines Ausstoßtakts für eine Fehlzündungsdetektion erfasster Bilder verschieden sein. Dabei kann ein hoher Reflexionsgrad der Zylinderwand während des Ausstoßtakts einen Notspot angeben, der die Anfälligkeit für Fehlzündungen erhöhen kann. Daher kann als Reaktion darauf, dass während eines Ausstoßtakts ein hoher Reflexionsgrad der Zylinderwand beobachtet wird, ein Notspot mit einer Kohlenstoffansammlung bestimmt werden, und es kann ein Abbrennen von Ruß gefordert werden. Verglichen damit kann als Reaktion auf einen während eines Ansaugtakts beobachteten niedrigen Reflexionsgrad der Zylinderwand eine Kohlenstoffansammlung bestimmt werden und ein Abbrennen von Ruß gefordert werden.
  • Bei einem weiteren Beispiel, das hier mit Bezug auf 11 erörtert wird, kann die diagnostizierte Zylinderkomponente ein Ansaugventil sein, wobei das zu verschiedenen Zeiten seit der Öffnung des Ansaugventils erfasste Bild des Inneren des Zylinders mit einem Referenzbild verglichen werden kann, um das Eintreten oder Lecken von Kühlmittel über das Ansaugventil in den Zylinder anzugeben.
  • Falls eine Bedienereingabe empfangen wird, welche eine Verschlechterung angibt, legt die Routine bei 624 als Reaktion auf die Bedienereingabe einen diagnostischen Code fest, um die Komponentenverschlechterung anzugeben. Der diagnostische Code kann auch angeben, dass ein Komponentenaustausch oder eine Komponentenreparatur erforderlich ist, je nachdem, wie es angemessen ist. Falls vom Bediener keine Komponentenverschlechterung festgestellt wird, gibt die Routine bei 626 an, dass die diagnostizierte Komponente oder Bedingung nicht verschlechtert ist und dass die Komponente eine gute Funktionsfähigkeit aufweist.
  • Von 624 und 626 bewegt sich die Routine zu 628, wo bestimmt wird, ob eine neue Diagnoseroutineanforderung empfangen wurde. Es kann beispielsweise bestimmt werden, ob Bedingungen einer anderen Diagnoseroutine, welche eine Beleuchtung von einem Niederleistungslaserbetrieb im Ansaugtakt verwendet, erfüllt worden sind. Falls dies der Fall ist, kehrt die Routine zu 612 zurück, um eine Eingabe in Bezug auf die auszuführende Diagnose und die zu diagnostizierende Komponente oder Bedingung zu empfangen. Die Routine wird dann wiederholt. Die Routine aus 6 wird von 612 bis 628 wiederholt, um alle Diagnoseroutinen abzuschließen, die ausgeführt werden können, während im ersten Diagnosemodus gearbeitet wird. Falls Bedingungen für eine bestimmte Diagnoseroutine nicht erfüllt sind oder falls eine ausreichende Anzahl (beispielsweise alle) Diagnoseroutinen des Diagnosemodus_1 abgeschlossen wurde, kann die Routine 600 enden.
  • Wenngleich die vorstehende Routine die Notwendigkeit zeigt, dass ein Bediener das erzeugte Bild (die erzeugten Bilder) analysiert und angibt, ob eine Komponentenverschlechterung aufgetreten ist, kann die Analyse gemäß alternativen Ausführungsformen automatisiert werden. Beispielsweise kann das Bild nach einer Bilderfassung im Ansaugtakt automatisch auf der Anzeigevorrichtung angezeigt werden, und ein entsprechendes Referenzbild kann auch automatisch auf der Anzeigevorrichtung angezeigt werden. Die Steuereinrichtung kann die Bilder dann vergleichen, ohne eine Bedienereingabe zu fordern, um ein Bestanden/Nicht-bestanden-Ergebnis der Diagnoseroutine bereitzustellen. Die Bestanden/Nicht-bestanden-Bestimmung kann auf der Ähnlichkeit der Bilder (d. h. zwischen dem erzeugten Bild und dem Referenzbild) durch einen einfacheren, weniger rechenintensiven Pixelvergleich oder auf einer kochentwickelten, rechenintensiveren Bildanalyse beruhen. Bei der hochentwickelten Bildanalyse können Objekte innerhalb des Bilds für eine genauere Beurteilung der untersuchten Komponente oder Bedingung identifiziert werden.
  • Es sei ferner bemerkt, dass, wenngleich die vorstehende Routine die Verwendung des mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Lasersystems für diagnostische Zwecke nahe legt, bei alternativen Beispielen das Lasersystem, welches den Laseranreger, die Linsen und den Photodetektor aufweist, als ein mobiles Laborwerkzeug ausgelegt sein kann. Dabei kann das Lasersystem als ein tragbares Werkzeug ausgelegt sein, das mit einem Verbrennungsmotor in der Art eines Verbrennungsmotors mit Zündkerzen oder eines Verbrennungsmotors, der aus einem Fahrzeug entfernt wurde, gekoppelt werden kann, und für die Analyse des Verbrennungsmotors verwendet werden kann. Beispielsweise kann das mobile Werkzeug im Ansaugkrümmer oder Ansaugstutzen eines Verbrennungsmotors angeordnet werden, um das Einspritzersprühmuster (in der Art des Saugrohreinspritzersprühmusters) für den Verbrennungsmotor zu betrachten und zu analysieren. Bei einem anderen Beispiel kann das mobile Werkzeug im Fall von Verbrennungsmotoren mit Zündkerzen vorteilhaft verwendet werden, um die Funkenqualität sowie das Verderben der Zündkerzen zu analysieren. Bei einem weiteren Beispiel kann eine Zylinderzündkerze entfernt werden und kann das mobile Werkzeug an der Position der Zündkerze angeordnet werden, um Bilder des Inneren des Zylinders zu erfassen und andere Komponenten innerhalb des Zylinders zu analysieren. Dabei kann das mobile Werkzeug verschiedene Vorteile gegenüber zündkerzenbasierten Werkzeugen bereitstellen. Beispielsweise kann durch das Ersetzen der Zündkerze durch einen Laser nicht das Verderben der Zündkerze bei einer längeren Verwendung herbeigeführt werden, wie es in einer Laborumgebung geschehen kann. Bei einem weiteren Beispiel kann das mobile Werkzeug seine eigene Videoanzeigeeinheit und Verarbeitung für eine Verwendung an Fahrzeugen aufweisen, welche die Laserdiagnostikschnittstellenanzeige nicht besitzen.
  • Bei einem Beispiel umfasst ein Hybridfahrzeugsystem einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, einen Elektromotor, eine Anzeigevorrichtung im Fahrgastraum des Fahrzeugs sowie ein Laserzündsystem, das mit einem Zylinderkopf gekoppelt ist und dafür ausgelegt ist, Lichtpulse in den Zylinder zu richten. Der Verbrennungsmotor weist ferner ein Photodetektionssystem auf, das mit dem Laserzündsystem und dem Zylinder gekoppelt ist, um Bilder des Inneren des Zylinders unter Verwendung der Lichtpulse vom Laserzündsystem zu erzeugen. Das Photodetektionssystem kann beispielsweise eine CCD-Kamera mit einer Fischaugenlinse aufweisen. Das Fahrzeugsystem kann ferner eine Steuereinrichtung mit einem nicht flüchtigen Speicher und computerlesbaren Befehlen aufweisen, um Folgendes auszuführen: Betreiben des Laserzündsystems während des Ansaugtakts bei einem niedrigeren Leistungsniveau, Anzeigen eines am Photodetektionssystem erzeugten Bilds des Inneren des Zylinders nach dem Betrieb für einen Fahrzeugbediener auf der Anzeigevorrichtung und ferner Anzeigen eines aus dem Speicher der Steuereinrichtung abgerufenen Referenzbilds auf der Anzeigevorrichtung, wobei das Referenzbild auf dem erzeugten Bild des Inneren des Zylinders beruht. Die Steuereinrichtung kann eine Eingabe vom Fahrzeugbediener über die Anzeigevorrichtung empfangen, welche eine Zylinderkomponentenverschlechterung angibt, und einen diagnostischen Code auf der Grundlage der empfangenen Eingabe festlegen. Die Steuereinrichtung kann ferner Befehle zum Einstellen einer Ausgabe des Elektromotors aufweisen, wenn das Laserzündsystem betrieben wird, um eine Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl und -Last aufrechtzuerhalten, während das Bild des Inneren des Zylinders erzeugt wird. Die Referenz-Verbrennungsmotor- Drehzahl und -Last können vorgegebenen Bedingungen für die spezifischen Diagnoseroutinen entsprechen. Dies ermöglicht eine bessere Kontrolle über die Betriebsbedingungen, unter denen die Bilder erfasst werden, gegenüber jenen, als das Referenzbild erfasst wurde.
  • 7 zeigt nun ein als Beispiel dienendes Verfahren 700 zum Ausführen einer Diagnoseroutine zum Diagnostizieren verschiedener Komponenten innerhalb des Zylinders unter Verwendung von Licht von einem durch ein Verbrennungsmotorlaserzündsystem in der Art des Lasersystems aus 1 emittierten Hochleistungslaserpuls. Der in 7 dargestellte Diagnosemodus ermöglicht die Detektion verschiedener Komponenten während eines Zylinderverbrennungsereignisses.
  • Bei 702 wird bestimmt, ob ein zweiter Diagnosemodus (Modus_2) ausgewählt wurde. Der zweite Diagnosemodus kann ausgewählt werden, falls spezifizierte Betriebsbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise können Verbrennungsmotorverbrennungsbedingungen bestätigt werden. Alternativ kann eine Schwellendauer oder ein Schwellenabstand seit der letzten Iteration des zweiten Diagnosemodus verstrichen sein. Dabei können mehrere Diagnoseroutinen, die jeweils auf eine oder mehrere Zylinderkomponenten gerichtet werden, ausgeführt werden, während im zweiten Diagnosemodus gearbeitet wird.
  • Falls der erste Diagnosemodus nicht ausgewählt wird, bewegt sich die Routine zu 608, um zu bestimmen, ob ein zweiter Diagnosemodus (Modus_2) ausgewählt wurde. Der zweite Diagnosemodus kann ausgewählt werden, falls spezifizierte Betriebsbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise können Verbrennungsmotorverbrennungsbedingungen bestätigt werden. Alternativ kann seit einer letzten Iteration des zweiten Diagnosemodus eine Schwellendauer verstrichen sein oder ein Schwellenabstand überschritten worden sein. Dabei können mehrere Diagnoseroutinen ausgeführt werden, die jeweils auf eine oder mehrere Zylinderkomponenten gerichtet sind, während im ersten Diagnosemodus gearbeitet wird. Falls Bedingungen des zweiten Diagnosemodus nicht bestätigt werden, kann die Laserzündung bei 704 deaktiviert werden. Die Laserzündung kann dann deaktiviert bleiben, bis eine Zylinderzündung erforderlich ist oder bis Bedingungen für eine Diagnoseroutine von Modus_2 bestätigt wurden.
  • Falls der zweite Diagnosemodus bestätigt wird, empfängt die Routine bei 706 eine Eingabe in Bezug auf eine ausgewählte Diagnoseroutine. Wie vorstehend erörtert wurde, können verschiedene Diagnoseroutinen, die auf verschiedene Zylinderkomponenten gerichtet sind, ausgeführt werden, während im zweiten Diagnosemodus gearbeitet wird. Die Steuereinrichtung kann eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener, beispielsweise über die Anzeige 135 aus 2, in Bezug auf die zu diagnostizierende Komponente im zweiten Betriebsmodus empfangen. Die Komponenten oder Bedingungen innerhalb des Zylinders, die diagnostiziert werden, während im zweiten Diagnosemodus gearbeitet wird, können als nicht einschränkende Beispiele die Bedingungen eines Zylinderkolbenkopfs, die Ausrichtung einer konvergierenden Linse des Lasersystems und Zylinderverbrennungsparameter in der Art der Flammenausbreitung, der Flammeneinleitung sowie des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einschließen. Dabei können auf der Grundlage der zu diagnostizierenden Komponente oder der zu diagnostizierenden Bedingungen die Anzahl, der Ort und der Winkel durch einen Photodetektor des Lasersystems erfasster Bilder sowie eines angezeigten Referenzbilds variieren.
  • Bei 708 leitet die Routine nach dem Empfang der Eingabe die Zylinderverbrennung durch Betätigen einer Laserzündvorrichtung ein (beispielsweise das Lasersystem aus 1). Hierbei kann die Laserzündvorrichtung bei einem höheren Leistungsniveau betrieben werden, wie bei einem Leistungsniveau, das höher ist als eine Schwellenleistung, die nur für das Beleuchten des Inneren des Zylinders erforderlich ist. Zusätzlich kann die Laserzündvorrichtung betrieben werden, um Laserpulse in den Zylinder zu richten, um den Zylinder während eines Kompressionstakts des Zylinders planar abzustreichen. Beispielsweise können die Laserpulse auf das Zentrum des Zylinders gerichtet werden, um ein glattes, gleichmäßiges und vollständiges Verbrennungsmuster mit dem gesamten Zylinder, ausgehend von einem Punkt oder einer Linie im Zentrum und sich radial zu den Wänden nach außen bewegend, zum gleichen Zeitpunkt endend, zu erhalten. Zusätzlich können Zwischenräume einen zusätzlichen Treffer erhalten. Auf diese Weise kann das Licht von der Zündflamme für eine Verbrennungsflammenanalyse verwendet werden. Dadurch, dass der Laser das Innere des Zylinders während des Kompressionstakts schnell abstreicht, kann die Zylinderverbrennung eingeleitet werden und kann der Zylinder wie durch eine Glühbirne unter Verwendung des von der Zylinderverbrennung erzeugten Lichts beleuchtet werden. Die Beleuchtung kann verwendet werden, um Bilder des Inneren des Zylinders zu erfassen, wodurch es einem Bediener ermöglicht wird, das Innere des Zylinders zu beobachten und zu beurteilen, ohne dass eine Entfernung der Komponenten für die Sichtinspektion erforderlich wäre. Bei einigen Beispielen, wie zuvor erörtert wurde, kann das planare Abstreichen auf der Zylinderkomponente oder der Bedingung, die diagnostiziert wird, beruhen. Weil die Flamme dabei die Ansicht der Zylinderteile während der Verbrennung behindern kann, wird die Glühbirnenwirkung bereitgestellt, indem nur mit einem niederenergetischen Laser abgestrichen wird, wenn die Flamme abgeklungen ist.
  • Weil der Verbrennungsmotor gemäß einigen Ausführungsformen in ein Hybridelektrofahrzeug eingebaut ist, kann die Routine das Aufrechterhalten einer Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl und -Last während des Betriebs der Laserzündvorrichtung durch Einstellungen an einem Elektromotor einschließen. Dies ermöglicht es, dass die Verbrennungsmotor-Drehzahl und -Last für jeden Diagnosetest genau auf eine vorgegebene Bedingung gesteuert werden, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse verbessert werden. Dies verringert auch die Veränderlichkeit von Testergebnissen infolge von Änderungen von Verbrennungsmotorbedingungen.
  • Bei 710 empfängt die Routine Bilder des Inneren des Zylinders vom Photodetektor. Insbesondere kann der Photodetektor das durch die Zylinderverbrennung (nach der Laserzündung) erzeugte Licht verwenden, um Bilder des Inneren des Zylinders zu erfassen. Die erfassten Bilder werden dann, beispielsweise drahtlos, zur Anzeigevorrichtung übertragen.
  • Bei 712 zeigt die Routine das durch den Photodetektor erfasste Bild des Inneren des Zylinders (die dadurch erfassten Bilder des Inneren des Zylinders) einem Fahrzeugbediener auf einer Fahrzeuganzeigevorrichtung. Hierbei kann der Fahrzeugbediener beispielsweise ein Mechaniker oder ein Wartungstechniker sein, der den Verbrennungsmotor diagnostiziert. Beispielsweise kann das erfasste Bild nach jedem Verbrennungsereignis automatisch dem Wartungstechniker für die Analyse präsentiert werden. Alternativ kann ein Bild jeder Laserabstreichung dem Bediener nach jedem Verbrennungsereignis gesendet werden.
  • Optional kann die Steuereinrichtung bei 714 ein Referenzbild der Komponente oder Bedingung, die diagnostiziert wird, dem Fahrzeugbediener auf der Anzeigevorrichtung zeigen. Das Referenzbild kann im Speicher der Steuereinrichtung gespeichert werden und daraus abgerufen werden. Ferner kann das Referenzbild ein zuvor vom Photodetektor während vorgegebener Bedingungen erzeugtes Referenzbild einschließen, beispielsweise bei einer vorhergehenden Iteration der gegebenen Diagnoseroutine, wenn keine Verschlechterung erkannt wurde. Das Referenzbild kann auf der Grundlage der bei 706 zuvor empfangenen Eingabe in Bezug auf die Diagnoseroutine abgerufen werden. Zusätzlich kann das Referenzbild auf der Grundlage des erzeugten Bilds ausgewählt werden. Alternativ kann das Referenzbild abgerufen und angezeigt werden, nachdem eine Bedienereingabe durch die Anzeigevorrichtung empfangen wurde, nachdem das erfasste Bild (die erfassten Bilder) auf der Anzeigevorrichtung angezeigt wurde (wurden).
  • Wenn die diagnostizierte Zylinderkomponente beispielsweise ein Kolben ist, kann das vom Photodetektor erzeugte Bild des Inneren des Zylinders einen Kolbenkopf angeben. Das von der Steuereinrichtung abgerufene Referenzbild kann ein funktioneller (d. h. nicht verschlechterter) Kolbenkopf eines ähnlichen Alters sein. Auf der Grundlage der Unterschiede zwischen dem Referenzbild und dem aktuellen Bild kann der Bediener in der Lage sein, die Verschlechterung des Kolbenkopfs, in der Art eines Schmelzens des Kolbenkopfs, abzugeben. Insbesondere kann der Vergleich zweier Bilder objektive Hinweise eines notwendigen Austausches des Kolbens bereitstellen.
  • Bei 716 empfängt die Routine eine Eingabe vom Fahrzeugbediener in Bezug auf die Funktionstüchtigkeit der diagnostizierten Komponente oder Bedingung, wobei die Bedienereingabe auf dem angezeigten Bild des Inneren des Zylinders und dem Referenzbild beruht. Beispielsweise kann der Bediener das angezeigte Bild mit dem Referenzbild vergleichen und auf der Grundlage einer Diskrepanz angeben, dass eine Komponentenverschlechterung aufgetreten ist.
  • Bei einem Beispiel kann der diagnostizierte Zylinderverbrennungsparameter die Zylinderverbrennungsflammenausbreitung sein. Das angezeigte erfasste Bild kann zeitversetzte Bilder der Flammenfront, einschließlich Bildern der Flammenausbreitung vom Zentrum des Zylinders nach außen, einschließen. Die Bilder können zu genauen Zeiten unter Einschluss des Laserzündereignisses und danach erfasst werden. Das angezeigte Referenzbild kann ebenso zeitlich verzögerte Bilder der Flammenfront, wie erwartet, vom Zentrum des Zylinders nach außen zu den entsprechenden Zeiten in einem gut bekannten Zylinder einschließen. Falls die Form und/oder die Intensität der Flamme bei ihrer Ausbreitung im erfassten Bild nicht mit der erwarteten Form und Intensität übereinstimmt, wie sich im Referenzbild zeigt, kann eine Verschlechterung der Flammenausbreitung festgestellt werden. Die Flammenfront im Referenzbild kann beispielsweise eine kugelartige Form bilden. Falls das erfasste Bild keine Flammenfront mit einer kugelartigen Form zeigt, kann eine ungeeignete Flammenausbreitung festgestellt werden. Bei einem anderen Beispiel kann, falls die Flammenfront im erfassten Bild eine geringere Intensität hat als die Flammenfront des Referenzbilds, eine ungeeignete Flammenausbreitung festgestellt werden. Als Reaktion auf die Angabe einer Flammenfrontverschlechterung kann ein diagnostischer Code festgelegt werden. Falls die restlichen Laserdiagnostiken alle bestanden werden (d. h. keine Verschlechterung festgestellt wird), kann angegeben werden, dass eine weitere Analyse des Kraftstoffs oder der Kompression erforderlich ist. Andernfalls wird die verschlechterte Zylinderkomponente oder das Lasersteuersystem durch die restliche Diagnostik mit einem eindeutigen diagnostischen Code identifiziert.
  • Als ein weiteres Beispiel kann der diagnostizierte Verbrennungsparameter die Flammeneinleitung aufweisen. Dies reflektiert den Ort, von dem die Flammenfront ausgeht. Beispielsweise können die erzeugten Bilder einen Ort am Kolbenkopf angeben, wo die Flammenfront eingeleitet wird. Weil die Verbrennung durch Laserzündung eingeleitet wird, korreliert der Ort der Flammenfronteinleitung mit dem Ort, an dem Linsenkonvergenzen eine ausreichende Laserintensität erzeugen, um eine Verbrennung im Gemisch hervorzurufen, oder wo der Laser im Zylinder auftreffen kann. Das heißt, dass das erfasste Bild eine Orientierung von Laserpulsen angibt, die von der Laserzündvorrichtung ausgegeben werden. Das Referenzbild kann einen Ort am Kolbenkopf angeben, wo erwartet wird, dass die Flammenfront eingeleitet wird, und erwartet wird, dass ihn der Laser zuerst trifft. Falls das erfasste Bild angibt, dass der Ort der Flammeneinleitung schräg in Bezug auf den erwarteten Ort ist (beispielsweise eine Sehne bildet), kann eine Verschlechterung angegeben werden. Insbesondere kann eine inkorrekte Orientierung oder ein inkorrektes Zielen des Lasers angegeben werden. Als Reaktion auf die Angabe einer inkorrekten Orientierung kann ein diagnostischer Code festgelegt werden, um die Ausrichtung der Laservorrichtung zu fixieren.
  • Die erzeugten Bilder eines Orts am Kolbenkopf, wo die Flammenfront eingeleitet wird, kann auch einen Brennpunkt einer Linse (in der Art einer konvergierenden Linse) angeben, die mit der Laserzündvorrichtung gekoppelt ist. Weil der Ort der Flammenfronteinleitung mit dem Ort korreliert, an dem die Intensität des auftreffenden Lasers am höchsten ist, korreliert der Ort der Flammeneinleitung unter der Annahme, dass die Ausrichtung der Laservorrichtung richtig ist, mit dem Brennpunkt der konvergierenden Linse. Ferner korreliert der Ort, an dem die Flammenfrontintensität am höchsten ist, mit dem Brennpunkt der konvergierenden Linse, der genau im Zentrum des Zylindervolumens oder am Kolbenkopf liegen kann. Falls das erfasste Bild angibt, dass der Ort der Flammeneinleitung schräg in Bezug auf den erwarteten Ort ist (beispielsweise eine Sehne bildet), kann eine Verschlechterung angegeben werden. Insbesondere können eine inkorrekte Orientierung der Linse und eine inkorrekte Flammeneinleitung angegeben werden. Alternativ kann das erfasste Bild verwendet werden, um einen Abstand vom Laser zu berechnen, wo der Funke aufgetreten ist und die Flamme eingeleitet wurde. Falls der berechnete Abstand von dem auf der Grundlage des Referenzbilds berechneten Abstand verschieden ist, kann eine inkorrekte Orientierung der Linse festgestellt werden. Als Reaktion auf die Angabe einer inkorrekten Orientierung der Linse kann ein diagnostischer Code festgelegt werden, um die Ausrichtung der Linse zu fixieren.
  • Es sei bemerkt, dass bei einigen Beispielen eine Analyse des Orts der Flammeneinleitung eine spezifische Orientierung der Photodetektorkamera in Bezug auf den Laser erfordern kann. Beispielsweise kann die Photodetektorkamera lateral zum Laser sein (beispielsweise auf einer Seite oder Kante davon liegen), statt auf dem Laser ausgerichtet zu sein. Wie nachstehend erörtert wird, kann diese Konfiguration in mobilen Werkzeuganwendungen des Lasersystems erreicht werden.
  • Als ein weiteres Beispiel kann die diagnostizierte Komponente innerhalb des Zylinders ein Zylinderkolbenkopf sein. Dabei kann das abgetastete Bild des Kolbenkopfs mit einem gespeicherten Referenzbild eines Kolbenkopfs ähnlichen Alters ohne Verschlechterung verglichen werden. Durch Vergleichen der Bilder kann ein geschmolzener Kolbenkopf erkannt werden und kann ein Kolbenaustausch vom Bediener objektiv festgelegt werden.
  • Bei einem weiteren Beispiel kann die spektrale Analyse für die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) der Verbrennung verwendet werden. Hier kann die Diagnoseroutine als Teil verschiedener Verbrennungsmotor-Borddiagnose-(OBD)-Routinen ausgeführt werden. Die spektrale Analyse kann für die AFR-Steuerung unabhängig von einer auf dem UEGO-Sensor basierten AFR-Steuerung verwendet werden. Alternativ kann die spektrale Analyse verwendet werden, um die UEGO-basierte AFR-Steuerung zu ergänzen oder zu überprüfen. Dabei kann das erzeugte Bild des Inneren des Zylinders (können die erzeugten Bilder des Inneren des Zylinders) einen Ort oder einen Zeitpunkt eines stöchiometrischen Verbrennungspunkts angeben. Dabei kann es zu einer gegebenen Zeit des Verbrennungsmotorbetriebs wenigstens einen Zylinder geben, der besser (oder schlechter) arbeitet als alle anderen. Hier kann das erfasste Bild verwendet werden, um den Lambda-Wert für jedes Zylinderverbrennungsereignis anzugeben. Die Bilder können erfasst und für jedes einzelne Verbrennungsereignis oder jeden einzelnen Zylinder analysiert werden. Auf der Grundlage des erfassten Bilds kann eine zylinderspezifische genaue Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ausgeführt werden. Der stöchiometrische Punkt für jeden Zylinder kann gelernt und für das Vermindern von AFR-Fehlern verwendet werden. Insbesondere können die Luftmassenzufuhr und die Kraftstoffeinspritzzeit für jeden Zylinder fein abgestimmt werden. Indem ermöglicht wird, dass jeder Zylinder bei einem Lambda-Wert genauer arbeitet, statt zu reich oder zu mager zu arbeiten, kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Verbrennungsmotors insgesamt verbessert werden.
  • Falls eine Bedienereingabe empfangen wird, die eine Verschlechterung angibt, legt die Routine bei 718, als Reaktion auf die Bedienereingabe, einen diagnostischen Code fest, um eine Komponenten- oder Bedingungsverschlechterung anzugeben. Der diagnostische Code kann auch angeben, dass ein Komponentenaustausch oder eine Komponentenreparatur erforderlich ist, je nachdem, wie es angemessen ist. Falls vom Bediener keine Komponentenverschlechterung festgestellt wird, gibt die Routine bei 720 an, dass die diagnostizierte Komponente oder Bedingung nicht verschlechtert ist und dass die Komponente eine gute Funktionsfähigkeit aufweist.
  • Von 718 und 720 bewegt sich die Routine zu 722, wo bestimmt wird, ob eine neue Diagnoseroutineanforderung empfangen wurde. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob Bedingungen für eine andere Diagnoseroutine, welche die Beleuchtung von einem Hochleistungslaserbetrieb während und nach dem Zündereignis verwendet, erfüllt wurden. Falls dies der Fall ist, kehrt die Routine zu 706 zurück, um eine Eingabe in Bezug auf die auszuführende Diagnose und die zu diagnostizierende Komponente oder Bedingung zu empfangen. Die Routine wird dann wiederholt. Die Routine aus 7 wird von 706 bis 722 wiederholt, um alle Diagnoseroutinen abzuschließen, die ausgeführt werden können, während im zweiten Diagnosemodus gearbeitet wird. Falls Bedingungen für eine bestimmte Diagnoseroutine nicht erfüllt sind oder falls eine ausreichende Anzahl (beispielsweise alle) Diagnoseroutinen des Diagnosemodus_2 abgeschlossen wurde, kann die Routine 700 enden.
  • Wenngleich die vorstehende Routine die Notwendigkeit zeigt, dass ein Bediener das erzeugte Bild (die erzeugten Bilder) analysiert und angibt, ob eine Komponentenverschlechterung aufgetreten ist, kann die Analyse gemäß alternativen Ausführungsformen automatisiert werden. Beispielsweise kann das Bild nach einer Bilderfassung automatisch auf der Anzeigevorrichtung angezeigt werden, und ein entsprechendes Referenzbild kann auch automatisch auf der Anzeigevorrichtung angezeigt werden. Die Steuereinrichtung kann dann automatisch die Bilder vergleichen, ohne dass eine Bedienereingabe erforderlich wäre, um ein Bestanden/Nicht-bestanden-Ergebnis der Diagnoseroutine bereitzustellen. Die Bestanden/Nicht-bestanden-Bestimmung kann auf der Ähnlichkeit der Bilder (d. h. zwischen dem erzeugten Bild und dem Referenzbild) durch einen einfacheren, weniger rechenintensiven Pixelvergleich oder auf einer kochentwickelten, rechenintensiveren Bildanalyse beruhen. Bei der hochentwickelten Bildanalyse können Objekte innerhalb des Bilds für eine genauere Beurteilung der untersuchten Komponente oder Bedingung identifiziert werden.
  • Es sei ferner bemerkt, dass, wenngleich die vorstehende Routine die Verwendung des mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Lasersystems für diagnostische Zwecke nahe legt, bei alternativen Beispielen das Lasersystem, welches den Laseranreger, die Linsen und den Photodetektor aufweist, als ein mobiles Laborwerkzeug ausgelegt sein kann. Dabei kann das Lasersystem als ein tragbares Werkzeug ausgelegt sein, das mit einem Verbrennungsmotor in der Art eines Verbrennungsmotors mit Zündkerzen oder eines Verbrennungsmotors, der aus einem Fahrzeug entfernt wurde, gekoppelt werden kann, und für die Analyse des Verbrennungsmotors verwendet werden kann. Beispielsweise kann das mobile Werkzeug im Ansaugkrümmer oder Ansaugstutzen eines Verbrennungsmotors angeordnet werden, um die Flammenfronteinleitung zu betrachten und zu analysieren. Hierbei können die Lasersystemkomponenten getrennt werden und können der Laser und der Photodetektor für eine gegebene Diagnoseroutine an verschiedenen Orten des Ansaugstutzens angeordnet werden.
  • Auf diese Weise wird ein Verfahren zur Sichtinspektion von Verbrennungsmotorkomponenten bereitgestellt, ohne dass ein Auseinanderreißen des Verbrennungsmotors erforderlich wäre. Bei dem Verfahren wird eine Laserzündvorrichtung während eines Kompressionstakts betätigt, um eine Zylinderverbrennung einzuleiten, wird ein Bild des Inneren des Zylinders, das nach dem Betätigen der Laserzündvorrichtung erzeugt wurde, zu einer Fahrzeuganzeigevorrichtung übertragen, wobei das Bild durch einen Photodetektor des Zylinders unter Verwendung durch die Zylinderverbrennung erzeugten Lichts erzeugt wird, und wird auf der Grundlage einer von einem Bediener empfangenen Eingabe ein eine Verschlechterung angebender diagnostischer Code festgelegt. Hier ist der Photodetektor mit dem Zylinder gekoppelt, wobei der Photodetektor eine Linse und eine Kamera aufweist. Das erfasste Bild des Inneren des Zylinders ist ein Bild einer Zylinderkomponente oder eines Verbrennungsparameters. Bei dem Verfahren wird ferner ein Referenzbild dem Bediener auf der Fahrzeuganzeigevorrichtung gezeigt, wobei das Referenzbild auf der Grundlage der Zylinderkomponente oder des Verbrennungsparameters ausgewählt wird. Die Angabe der Verschlechterung schließt eine Angabe einer Verschlechterung der Zylinderkomponente oder des Verbrennungsparameters, die oder der diagnostiziert wird, ein. Wenn das Bild des Inneren des Zylinders beispielsweise ein Bild der Verbrennungsflammeneinleitung ist, schließt das Angeben der Verschlechterung das Angeben der Verschlechterung der Photodetektorlinse ein.
  • Bei einem Beispiel umfasst ein Hybridfahrzeugsystem einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, einen Elektromotor, eine Anzeigevorrichtung im Fahrgastraum des Fahrzeugs, ein Laserzündsystem, das mit einem Zylinderkopf gekoppelt ist und dafür ausgelegt ist, Lichtpulse in den Zylinder zu lenken, und ein Photodetektionssystem, das mit dem Laserzündsystem und dem Zylinder gekoppelt ist, um Bilder des Inneren des Zylinders unter Verwendung der Lichtpulse vom Laserzündsystem zu erzeugen. Das Fahrzeugsystem kann eine Steuereinrichtung mit einem nicht flüchtigen Speicher und computerlesbaren Befehlen aufweisen, um das Laserzündsystem während des Kompressionstakts zu betreiben, um die Zylinderverbrennung einzuleiten, ein am Photodetektionssystem nach dem Betrieb erzeugtes Bilds des Inneren des Zylinders einem Fahrzeugbediener auf der Anzeigevorrichtung zu zeigen und ferner ein Referenzbild, das aus dem Speicher der Steuereinrichtung abgerufen wurde, auf der Anzeigevorrichtung zu zeigen, wobei das Referenzbild auf dem erzeugten Bild des Inneren des Zylinders beruht. Beim Betrieb der Zündvorrichtung während des Kompressionstakts kann das Laserzündsystem über einem Schwellenleistungspegel betrieben werden. Das Photodetektionssystem kann dann Bilder des Inneren des Zylinders während und nach dem Zündereignis unter Verwendung durch die Zylinderverbrennung erzeugten Lichts erfassen. Die Steuereinrichtung kann dann die Zylinderverbrennungsverschlechterung auf der Grundlage einer nach der Anzeige empfangenen Bedienereingabe angeben. Beispielsweise kann das Photodetektionssystem eine CCD-Kamera mit einer Fischaugenlinse aufweisen. Bei der Anzeige der Bilder können Bilder innerhalb des Fahrzeugsystems vom Photodetektionssystem zur Anzeigevorrichtung drahtlos übertragen werden. Die Steuereinrichtung kann ferner Befehle aufweisen, um eine Ausgabe des Elektromotors einzustellen, wenn das Laserzündsystem betätigt wird, um eine definierte Verbrennungsmotorgeschwindigkeit und -last beizubehalten, während das Bild des Inneren des Zylinders erzeugt wird.
  • Auf diese Weise zeigen die Routinen aus den 6–7 ein Verfahren zum Verwenden eines Laserzündsystems bei verschiedenen Leistungsniveaus und zu verschiedenen Zeiten während eines Verbrennungszyklus zum Diagnostizieren verschiedener Verbrennungsmotorkomponenten. Beispielsweise wird ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, welches Folgendes umfasst: Betreiben einer Laserzündvorrichtung während eines Ansaugtakts bei einem niedrigeren Leistungsniveau, um ein erstes Bild des Inneren des Zylinders zu erzeugen, Betreiben der Laserzündvorrichtung während eines Kompressionstakts bei einem höheren Leistungsniveau, um ein zweites Bild des Inneren des Zylinders zu erzeugen, und Zeigen sowohl des ersten als auch des zweiten Bilds des Inneren des Zylinders einem Fahrzeugbediener auf einer Anzeigevorrichtung. Bei dem Verfahren wird ferner eine Eingabe vom Fahrzeugbediener empfangen, welche eine Verschlechterung einer ersten Zylinderkomponente auf der Grundlage des ersten Bilds angibt, und eine Eingabe empfangen, welche eine Verschlechterung einer zweiten verschiedenen Zylinderkomponente auf der Grundlage des zweiten Bilds angibt. Beispielsweise kann die erste Zylinderkomponente einen oder mehrere von einem Kraftstoffeinspritzer, einem Zylinderansaugventil und einem Zylinderkolbenring einschließen, während die zweite Zylinderkomponente eine oder mehrere von einer Linse und einem Laser der Laserzündvorrichtung einschließen kann.
  • 8 zeigt nun ein als Beispiel dienendes Verfahren 800 zum Ausführen einer Diagnoseroutine für das Diagnostizieren verschiedener Komponenten innerhalb des Zylinders unter Verwendung einer beleuchtungsbasierten Positionsmessung nach einer Niederleistungslaserpulsemission durch ein Verbrennungsmotorlaserzündsystem in der Art des Lasersystems aus 1. Der in 8 dargestellte Diagnosemodus ermöglicht die Diagnose verschiedener Komponenten auf der Grundlage ihrer absoluten oder relativen Positionen.
  • Bei 802 kann bestätigt werden, dass der Verbrennungsmotor nicht verbrennt (beispielsweise Verbrennungsmotor ausgeschaltet). Es kann beispielsweise bestätigt werden, dass sich das Hybridantriebssystem in einem elektrischen Betriebsmodus befindet oder sich der Verbrennungsmotor in einem Bereitschafts-Stopp-Modus befindet. Falls dies nicht der Fall ist, bewegt sich die Routine zu 804, um Diagnoseroutinen bei eingeschaltetem Verbrennungsmotor in der Art der in den 6–7 erörterten Routinen auszuführen, falls Diagnosebedingungen nicht erfüllt wurden. Falls der Verbrennungsmotor nicht verbrennt, wird bei 806 festgestellt, ob ein dritter Diagnosemodus (Modus_3) ausgewählt wurde. Der dritte Diagnosemodus kann ausgewählt werden, falls spezifizierte Betriebsbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise können Verbrennungsmotor-Nicht-Verbrennungs-Bedingungen bestätigt werden. Alternativ kann seit der letzten Iteration des dritten Diagnosemodus eine Schwellendauer verstrichen sein oder ein Schwellenabstand überschritten worden sein. Wenn im dritten Diagnosemodus gearbeitet wird, können Laserpulse in einem Niederleistungsbereich in jeden nicht verbrennenden Zylinder emittiert werden. Dabei können mehrere Diagnoseroutinen, die jeweils auf eine oder mehrere Zylinderkomponenten gerichtet sind, ausgeführt werden, während im dritten Diagnosemodus gearbeitet wird.
  • Falls der dritte Diagnosemodus nicht ausgewählt ist, bewegt sich die Routine zu 808, um das Laserzündsystem zu deaktivieren. Falls der dritte Diagnosemodus bestätigt wird, empfängt die Routine bei 810 eine Eingabe in Bezug auf eine ausgewählte Diagnoseroutine. Wie vorstehend erörtert wurde, können verschiedene Diagnoseroutinen, die auf verschiedene Zylinderkomponenten gerichtet sind, ausgeführt werden, während im dritten Diagnosemodus gearbeitet wird. Die Steuereinrichtung kann eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener, beispielsweise über die Anzeige 135 aus 2, in Bezug auf die zu diagnostizierende Komponente im dritten Betriebsmodus empfangen. Die Komponenten oder Bedingungen innerhalb des Zylinders, die diagnostiziert werden, während im dritten Diagnosemodus gearbeitet wird, können als nicht einschränkende Beispiele eine Zylinderkurbelwelle und eine Zylindernockenwelle einschließen. Bei einigen Beispielen können auf der Grundlage der zu diagnostizierenden Komponente die Anzahl, die Frequenz, die Orientierung und das Leistungsniveau der vom Lasersystem emittierten Laserpulse variieren.
  • Bei 812 betreibt die Routine eine Laserzündvorrichtung in jedem Zylinder nach Empfang der Eingabe. Insbesondere kann eine Laserzündvorrichtung (beispielsweise das Lasersystem aus 1) während eines Ansaugtakts eines Zylinders bei einer niedrigeren Leistung betätigt werden. Zusätzlich oder optional kann die Laserzündvorrichtung während eines Ausstoßtakts jedes Verbrennungsmotorzylinders betätigt werden. Der Betrieb bei einer niedrigeren Leistung schließt einen Betrieb bei einer Leistung ein, die niedriger ist als eine Schwellenleistung, die für das Einleiten der Zylinderverbrennung erforderlich ist. Durch den Betrieb der Laserzündvorrichtung bei der niedrigeren Leistung während des Ansaugtakts können Laserpulse in den Zylinder gerichtet werden, um den Zylinder während des Ansaugtakts planar abzustreichen. Dadurch, dass der Laser das Innere des Zylinders während des Ansaugtakts schnell abstreicht, kann der Zylinder beleuchtet werden wie durch eine Glühbirne, und die Beleuchtung kann verwendet werden, um Bilder des Inneren des Zylinders zu erfassen, wodurch ermöglicht wird, dass ein Bediener das Innere des Zylinders beobachtet und beurteilt, ohne dass es erforderlich wäre, die Komponenten für die Sichtinspektion zu entfernen.
  • Bei 814 identifiziert die Routine eine Kolbenposition in jedem Zylinder auf der Grundlage des Betriebs der Laserzündvorrichtung. Beim Identifizieren der Kolbenposition in jedem Zylinder wird für jeden Zylinder von einer oberen Fläche des Kolbens reflektiertes Licht gemessen und die Kolbenposition auf der Grundlage einer zwischen dem Betrieb der Laserzündvorrichtung und dem Messen des Lichts verstrichenen Zeit geschätzt. Beispielsweise kann der Ort des Kolbens durch Frequenzmodulationsverfahren unter Verwendung frequenzmodulierter Laserstrahlen mit einer sich wiederholenden linearen Frequenzrampe bestimmt werden.
  • Bei 816 identifiziert die Routine ferner eine Zylinderventilposition in jedem Zylinder auf der Grundlage des Betriebs der Laserzündvorrichtung. Bei einem Beispiel ist das Zylinderventil ein Ansaugventil. Bei anderen Beispielen kann das Zylinderventil ein Auslassventil sei. Beim Identifizieren der Zylinderventilposition wird für jeden Zylinder vom Zylinderventil reflektiertes Licht gesendet. Wie mit Bezug auf die 4–5 dargelegt wurde, kann das Lasersystem für das Bestimmen von Ventilpositionen innerhalb eines Zylinders zusätzlich zur Position des Kolbens verwendet werden. Dabei kann die Ansaugventilöffnung als Reaktion darauf abgeleitet werden, dass Licht vom Lasersystem zumindest teilweise blockiert wird und daran gehindert wird, den oberen Teil des Zylinderkolbens zu erreichen. Weil die reflektierte Lichtmenge verglichen mit der von der oberen Fläche des Kolbens reflektierten Lichtmenge verringert ist, wenn emittierte Pulse nicht blockiert werden, kann die Steuereinrichtung solchen Unterschieden Rechnung tragen und die Informationen verwenden, um festzustellen, dass das Ansaugventil des gegebenen Zylinders offen ist. Auf der Grundlage der Reihenfolge der Ventilbetätigungen innerhalb des Antriebszyklus kann die Steuereinrichtung auch ableiten, dass das Auslassventil des Zylinders geschlossen ist. Bei alternativen Beispielen kann ein Abfall der von der Kolbenoberfläche reflektierten Lichtmenge beim Laserbetrieb während eines Ausstoßtakts verwendet werden, um ein Öffnen eines Auslassventils (und ein Schließen eines Ansaugventils) abzuleiten.
  • Gemäß Ausführungsformen, bei denen das Ansaugventil und/oder das Auslassventil mit jeweiligen Nocken gekoppelt sind, können die Beleuchtungsmessdaten auch verwendet werden, um die Position von Nocken und einer Kurbelwelle (von Kurbelwellen), die mit den Ventilen gekoppelt sind, abzuleiten. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung für jeden Zylinder das vom Zylinder reflektierte Licht messen und die Ansaugnockenposition des Zylinders auf der Grundlage der zwischen der Betätigung der Laserzündvorrichtung und dem Messen des Lichts verstrichenen Zeit schätzen.
  • Bei 818 bestimmt die Routine eine Kurbelwellenposition für den Verbrennungsmotor auf der Grundlage der in jedem Zylinder bei 814 ausgeführten Kolbenpositionsmessung. Ebenso bestimmt die Routine bei 820 eine Nockenwellenposition für den Verbrennungsmotor auf der Grundlage der für jeden Zylinder bei 816 ausgeführten Zylinderventil-(Ansaug- oder Auslassventil)- oder Nocken-(Ansaug- oder Abgasnocken)-Messung. Von 818 aus wird die Routine bei 822, 832 und 842 fortgesetzt, um eine Verschlechterung einer Verbrennungsmotorkurbelwelle auf der Grundlage der Kolbenposition jedes Zylinders (bei 822) anzugeben, um eine Verschlechterung einer Verbrennungsmotornockenwelle auf der Grundlage der Ventilposition jedes Zylinders (bei 832) anzugeben und/oder um eine Fehlausrichtung einer Kurbelwelle in Bezug auf eine Nockenwelle auf der Grundlage der Kolben- und Ventilpositionsmessungen anzugeben.
  • Insbesondere vergleicht die Routine bei 822 die relative Position von Kolben zwischen den Verbrennungsmotorzylindern (wie bei 818 bestimmt). Beispielsweise kann die Kolbenposition eines ersten Zylinders bestimmt werden und verwendet werden, um die Kolbenposition der restlichen Verbrennungsmotorzylinder (beispielsweise auf der Grundlage ihrer Zündordnung und Verbrennungsmotorkonfiguration) zu schätzen.
  • Dabei kann die relative Position statisch (wie dargestellt) oder dynamisch erfasst werden. Falls der Laser beispielsweise im Niederenergiemodus betrieben wird, während sich der Verbrennungsmotor bewegt, kann Licht vom Lasersystem vom oberen Teil eines Zylinderkolbens reflektiert werden, und das reflektierte Licht hat eine vom zunächst emittierten Licht verschiedene Frequenz. Die detektierbare Frequenzverschiebung ist als Doppler-Effekt bekannt und hat eine bekannte Beziehung zur Geschwindigkeit des Kolbens, falls sich der Kolben bewegt. Demgemäß kann die Beleuchtungsmessung verwendet werden, um die Position und die Geschwindigkeit des Kolbens zu bestimmen. Zusätzlich zur Verwendung der Positionsinformationen zum Identifizieren der Verschlechterung können die Position und die Geschwindigkeit des Kolbens auch verwendet werden, um die Zeitsteuerung von Zündereignissen und der Einspritzung des Luft-/Kraftstoffgemisches zu koordinieren. Beispielsweise können Positionsinformationen verwendet werden, um zu bestimmen, welcher Zylinder einen Verbrennungsmotorneustart aus der Bereitschafts-Stopp-Bedingung zuerst durch Zünden einleitet.
  • Bei 824 kann bestimmt werden, ob es eine Abweichung zwischen den relativen Kolbenpositionen der Zylinder gibt. Beispielsweise können die erwarteten Positionen der Zylinderkolben mit tatsächlichen geschätzten Werten verglichen werden. Dabei kann auf der Grundlage der Position eines Kolbens in einem gegebenen Zylinder die Position von Kolben in den restlichen Zylindern des Verbrennungsmotors abgeleitet werden (beispielsweise auf der Grundlage der Zylinderzündordnung und der Zylinderkonfiguration im Verbrennungsmotor). Demgemäß können die relativen Positionen und die relativen Differenzen zwischen Kolbenpositionen berechnet werden. Falls es eine Abweichung gibt, kann bei 826 eine Kurbelwellenverschlechterung angegeben werden. Bei einem Beispiel kann eine Kurbelwellenverschlechterung auf der Grundlage dessen angegeben werden, dass die Differenz zwischen der Kolbenposition eines ersten Zylinders und jener eines zweiten Zylinders größer als ein Schwellenbetrag ist. Das Angeben der Verschlechterung kann beispielsweise das Festlegen eines diagnostischen Codes zum Angeben, dass die Kurbelwelle verdreht ist, aufweisen. Bei einem alternativen Beispiel kann die Steuereinrichtung einen diagnostischen Code festlegen, um anzugeben, dass die Kurbelwelle gebrochen ist. Bei weiteren Beispielen kann eine Kurbelwellenverschlechterung infolge einer verdrehten Kurbelwelle von einer Kurbelwellenverschlechterung infolge einer gebrochenen Kurbelwelle unterschieden werden. Falls die Kurbelwelle beispielsweise gebrochen ist, kann sich die Position wenigstens einiger der Zylinder nicht ändern. Falls die Kurbelwelle verglichen damit verdreht ist, sind alle Zylinder noch in Bewegung, es kann jedoch ein unerwarteter Versatz zwischen den Zeitabläufen/Positionen aller Zylinder beobachtet werden. Falls keine Kurbelwellenverschlechterung festgestellt wird, kann die Routine enden.
  • Es sei bemerkt, dass, wenngleich die Routine aus 8 zeigt, dass sich das Fahrzeug in einem Nicht-Verbrennungsmodus befindet, dies keine einschränkende Bedingung sein kann. Gemäß einigen Ausführungsformen der Routine aus 8 können die verschiedenen positionsbasierten Diagnoseroutinen eingeleitet werden, während sich das Fahrzeug in einem verbrennenden Modus befindet. Beispielsweise kann eine Kurbelwellendiagnostik ausgeführt werden, während der Verbrennungsmotor verbrennt, so dass der Verbrennungsmotor als Teil der Diagnoseroutine gedreht werden kann, um eine verdrehte Kurbelwelle besser von einer gebrochenen Kurbelwelle zu unterscheiden.
  • Bei 832 vergleicht die Routine die relativen Positionen von Ventilen zwischen Verbrennungsmotorzylindern (wie bei 820 bestimmt). Weil die Nockenposition (beispielsweise Ansaugnockenposition) jedes Zylinders direkt mit der Position des entsprechenden Ventils (beispielsweise Ansaugventils) jedes Zylinders korreliert, kann die Routine zusätzlich die relative Nockenposition der Zylinder vergleichen (wie bei 816 bestimmt). Beispielsweise kann die Ansaugventil- oder Ansaugnockenposition eines ersten Zylinders bestimmt werden und verwendet werden, um die Ansaugventil- oder Ansaugnockenposition der restlichen Verbrennungsmotorzylinder zu schätzen (beispielsweise auf der Grundlage ihrer Zündordnung, Verbrennungsmotorkonfiguration und ihres Zylinderhubs). Dabei kann die relative Position statisch oder dynamisch erfasst werden, wie vorstehend erörtert wurde. Zusätzlich zur Verwendung der Positionsinformationen zum Identifizieren einer Verschlechterung kann eine Ventil- oder Nockenpositionsmessung auch verwendet werden, um die Zeitabläufe von Zündereignissen und der Injektion des Luft-/Kraftstoffgemisches zu koordinieren. Beispielsweise können Positionsinformationen verwendet werden, um zu bestimmen, welcher Zylinder zuerst zündet und welcher Zylinder zuerst Kraftstoff zuführt. Beispielsweise kann festgestellt werden, dass sich ein Zylinder mit einem offenen Ansaugventil in einem Ansaugtakt befindet und während eines Neustarts des Verbrennungsmotors aus der Bereitschafts-Stopp-Bedingung Kraftstoff empfangen kann.
  • Bei 834 wird bestimmt, ob es eine Abweichung zwischen den relativen Nocken- oder Ventilpositionen der Zylinder gibt. Beispielsweise kann die erwartete Position der Zylinderventile oder -nocken mit tatsächlichen geschätzten Werten verglichen werden. Dabei können auf der Grundlage der Position eines Ansaugventils in einem gegebenen Zylinder die Position von Ansaugventilen in restlichen Zylindern des Verbrennungsmotors sowie die Position von Auslassventilen in allen Zylindern des Verbrennungsmotors abgeleitet werden (beispielsweise auf der Grundlage der Zylinderzündordnung und der Zylinderkonfiguration im Verbrennungsmotor). Demgemäß können die relativen Positionen und die relativen Differenzen zwischen Ventilen oder Nocken berechnet werden. Falls es eine Abweichung gibt, kann bei 836 eine Nockenwellenverschlechterung angegeben werden. Bei einem Beispiel kann eine Nockenwellenverschlechterung auf der Grundlage davon angegeben werden, dass die Differenz zwischen der Ventilposition eines ersten Zylinders und jener eines zweiten Zylinders höher als ein Schwellenbetrag ist. Bei einem anderen Beispiel, bei dem die Ventile unabhängig betätigt werden, kann bestimmt werden, ob die gemessene Ventilposition eines gegebenen Zylinders dort liegt, wo sie liegen sollte. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob die Ventilposition ein offenes Ansaugventil angibt, wenn das Ansaugventil des Zylinders betätigt wurde, um zu öffnen. Alternativ kann bestimmt werden, ob die Ventilposition ein geschlossenes Ansaugventil angibt, wenn das Ansaugventil des Zylinders nicht betätigt wurde, um zu öffnen. Beim Angeben einer Verschlechterung kann beispielsweise ein diagnostischer Code festgelegt werden, um anzugeben, dass die Nockenwelle verdreht oder gebrochen ist. Bei einem alternativen Beispiel kann die Steuereinrichtung einen diagnostischen Code festlegen, um anzugeben, dass ein mit der Nockenwelle gekoppeltes elektrisches Nockensystem verschlechtert ist. Bei weiteren Beispielen kann eine Nockenwellenverschlechterung infolge einer verdrehten Nockenwelle von einer Nockenwellenverschlechterung infolge einer gebrochenen Nockenwelle unterschieden werden. Falls die Nockenwelle beispielsweise gebrochen ist, können zumindest einige der Zylinder kein Nockenereignis aufweisen, während dies bei anderen der Fall ist. Verglichen damit hätten, falls die Nockenwelle verdreht wurde, alle Zylinder Nockenereignisse, es kann jedoch ein unerwarteter Versatz zwischen den Nockenereigniszeitabläufen aller Zylinder beobachtet werden. Im Fall reiner Betätigungssysteme ohne Welle würde die gemessene Ansaugventilposition mit einer vorgeschriebenen Ansaugventilposition für jeden Zylinder verglichen werden, um eine Verschlechterung zu identifizieren. Falls keine Nockenwellenverschlechterung festgestellt wird, kann die Routine enden.
  • Es sei bemerkt, dass, wenngleich die Routine aus 8 zeigt, dass sich das Fahrzeug in einem Nicht-Verbrennungsmodus befindet, dies keine einschränkende Bedingung sein kann. Gemäß einigen Ausführungsformen der Routine aus 8 können die verschiedenen positionsbasierten Diagnoseroutinen eingeleitet werden, während sich das Fahrzeug in einem verbrennenden Modus befindet. Beispielsweise kann die Nockenwellendiagnostik ausgeführt werden, während der Verbrennungsmotor verbrennt, so dass der Verbrennungsmotor als Teil der Diagnoseroutine gedreht werden kann, um eine verdrehte Nockenwelle besser von einer gebrochenen Nockenwelle zu unterscheiden.
  • Bei 842 vergleicht die Routine die relative Position der Kurbelwelle mit der Position der Nockenwelle. Beispielsweise kann die auf der Grundlage der Kolbenposition aller Verbrennungsmotorzylinder bestimmte Kurbelwellenposition mit der auf der Grundlage der Ventilposition der Verbrennungsmotorzylinder bestimmten Nockenwellenposition verglichen werden. Beispielsweise kann die bei 814 bestimmte Kolbenposition für jeden Zylinder mit einer bei 816 bestimmten Ansaugventilposition für den gleichen gegebenen Zylinder verglichen werden. Zusätzlich kann auf der Grundlage der Kolbenposition für den Zylinder ein Zylinderhub und damit eine Zylinderventilposition geschätzt werden. Die tatsächlichen und erwarteten Werte können dann verglichen werden. Beispielsweise kann die Kolbenposition eines ersten Zylinders bestimmt und verwendet werden, um die Ansaugventil- oder Ansaugnockenposition des gegebenen ersten Zylinders zu schätzen.
  • Bei 844 kann bestimmt werden, ob es eine auf der Grundlage der Kolbenposition bestimmte Abweichung zwischen der geschätzten Ventilposition und der erwarteten Ventilposition gibt. Falls es keine Abweichung gibt, kann bei 846 eine Fehlausrichtung der Zylinderkurbelwelle in Bezug auf die Nockenwelle angegeben werden. Beispielsweise kann eine Fehlausrichtung auf der Grundlage einer Abweichung einer geschätzten Zylinderventilposition von einer erwarteten Ventilposition angegeben werden, wobei die erwartete Ventilposition auf einer geschätzten Kolbenposition für denselben Zylinder beruhte. Hier kann die Zylinderventilposition eine Zylinderansaugventilposition sein. Wie vorstehend erörtert wurde, wird die Zylinderkolbenposition auf der Grundlage einer Zeit identifiziert, die in Anspruch genommen wird, um ein Lasersignal zu detektieren, das an einer Laserzündvorrichtung des Verbrennungsmotors erzeugt wird und am Zylinderkolben reflektiert wird, während die Zylinderventilposition auf der Grundlage einer Zeit identifiziert wird, die in Anspruch genommen wird, um ein Lasersignal zu detektieren, das an der Laserzündvorrichtung des Verbrennungsmotors erzeugt wird und vom Zylinderventil reflektiert wird.
  • Bei einem anderen Beispiel kann eine Fehlausrichtung auf der Grundlage davon angegeben werden, dass die Differenz zwischen der geschätzten Kurbelwellenposition und der geschätzten Nockenwellenposition höher als ein Schwellenbetrag ist. Beispielsweise kann auf der Grundlage der gemessenen Ansaugventil- oder Ansaugnockenposition (beispielsweise auf der Grundlage dessen, dass sich das Ansaugventil/der Ansaugnocken an einer Ausgangsposition befindet) aller Verbrennungsmotorzylinder eine Nockenwellenposition geschätzt werden (es kann beispielsweise eine Nockenwellenausgangsposition bestimmt werden). Dann kann auf der Grundlage der Nockenwellenposition eine mit der Nockenwellenposition korrelierende Kurbelwellenposition bestimmt werden. Der Verbrennungsmotor kann eine Toleranz bis zu einem Schwellenbetrag der Änderung der Kurbelwelle gegenüber der Ausgangsposition aufweisen (beispielsweise bis zu 4 Grad). Falls die Kurbelwellenposition um mehr als 4 Grad verschoben ist, kann eine Fehlausrichtung bestimmt werden. Als Reaktion auf die Abweichung kann die Steuereinrichtung bei 846 einen diagnostischen Code festlegen. Als Reaktion auf die Angabe einer Fehlausrichtung kann die Steuereinrichtung einen Versatz auf die Nockenposition anwenden, bis die Ausrichtung der Wellen wiederhergestellt wurde.
  • Auf diese Weise können beleuchtungsbasierte Positionsmessungen verwendet werden, um eine Verbrennungsmotornockenwelle, eine Zylinderkurbelwelle, Zylinderansaugventile, Zylinderauslassventile und Zylinderansaug- oder Abgasnocken zu diagnostizieren.
  • 9 zeigt nun eine als Beispiel dienende Routine 900 für eine Einspritzersprühmusterdiagnostik. Bei einem Beispiel kann die Routine 900 eine als Teil des ersten Diagnosemodus (Modus_1) ausgeführte Diagnoseroutine sein, wie anhand 6 beschrieben.
  • Bei 902 bestätigt die Routine, dass eine Einspritzerdiagnostik ausgewählt wurde. Beispielsweise kann bestätigt werden, dass sich der Verbrennungsmotor im ersten Diagnosemodus befindet. Andernfalls kann die Routine enden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Einspritzerdiagnostik unter Verwendung des als ein mobiles Werkzeug ausgelegten Lasersystems ausgeführt werden. Wenn sie sich in der Anwendung eines mobilen Werkzeugs befindet, installiert die Routine bei 904 optional den Laser und den Photodetektor (beispielsweise die CCD-Kamera) im Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors. Die Positionierung des Lasers und der Kamera im Ansaugkrümmer kann davon abhängen, ob der diagnostizierte Kraftstoffeinspritzer ein Direktkraftstoffeinspritzer oder ein Saugrohrkraftstoffeinspritzer ist. Falls beispielsweise das Sprühmuster eines Direktkraftstoffeinspritzers diagnostiziert wird, können der Laser und die Kamera in einer Linie angeordnet werden, beispielsweise am Ort der Zündkerze. Falls demgegenüber das Sprühmuster eines Saugrohrkraftstoffeinspritzers diagnostiziert wird, können der Laser und die Kamera in einem Winkel zueinander angeordnet werden, wobei sich der Laser und die Kamera beispielsweise im Ansaugstutzen in der Sprühlinie des Einspritzers befinden. Es sei bemerkt, dass sich der Laser und die Kamera beide in einer Sichtlinie mit dem Sprühmuster des Einspritzers befinden müssen. Bei einem Beispiel kann diese Anforderung vorschreiben, dass sich ein zweiter Satz von Niederleistungslasern in den Ansaugstutzen für Verbrennungsmotoren mit Saugrohreinspritzung befindet.
  • Bei 906 stellt die Routine die Ausgangsleistung eines Elektromotors des Hybridfahrzeugs ein, wobei der Verbrennungsmotor gekoppelt ist, um eine definierte Verbrennungsmotor-Geschwindigkeit-Last-Bedingung während der Diagnoseroutine aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann die Ausgangsleistung des Motors eingestellt werden, um eine Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl-Last aufrechtzuerhalten, welche während der letzten Iteration (oder während aller vorhergehenden Iterationen) der Einspritzersprühmusterdiagnoseroutine verwendet wurde.
  • Bei 908 betreibt die Routine die Laserzündvorrichtung auf dem niedrigeren Leistungsniveau, um Laserpulse in den Zylinder zu richten und den Zylinder während seines Ansaugtakts planar mit Laserpulsen abzustreichen, die eine Leistung aufweisen, die für die Beleuchtung des Zylinders ausreicht, jedoch nicht für das Einleiten einer Zylinderverbrennung ausreicht. Bei 910 wird der Laser durch die Routine zu definierten Zeiten seit der Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer in einer Ebene abstreichend in den Sprühweg des Kraftstoffeinspritzers gerichtet. Beispielsweise kann der Laser in schneller Folge ausgelöst werden, um ein planares Abstreichen oder einen Laserbogen über den Einsprühweg des Einspritzers bereitzustellen.
  • Bei 912 kann die Steuereinrichtung vom Photodetektor (beispielsweise von der CCD-Kamera) während des Laserbetriebs erfasste Bilder empfangen. Dabei kann der Photodetektor unter Verwendung von Licht, das durch den Laserbetrieb im Niederleistungsmodus erzeugt wurde, Bilder erfasst haben. Die Bilder können einen konischen Abschnitt des Kraftstoffeinspritzersprühmusters repräsentieren. Als Beispiel dienende Kraftstoffeinspritzersprühmusterbilder sind in 10 dargestellt und werden mit Bezug auf 10 erörtert. Bei 914 können die Bilder einem Bediener in der Art eines Wartungstechnikers oder eines Mechanikers gezeigt werden. Bei einem Beispiel können die Bilder auf einer Anzeigevorrichtung auf der Mittelkonsole des Fahrzeugs angezeigt werden. Alternativ können die Bilder auf einer Anzeigevorrichtung, die mit dem mobilen Diagnosewerkzeug gekoppelt ist, angezeigt werden.
  • Bei 916 kann die Steuereinrichtung ein Referenzbild eines erwarteten Einspritzersprühmusters abrufen und anzeigen. Das Referenzbild kann auf der Grundlage des erfassten Bilds (bei 912) oder auf der Grundlage der Auswahl der Einspritzerdiagnoseroutine (bei 902) automatisch abgerufen und angezeigt werden. Alternativ kann das Referenzbild beim Empfang einer Eingabe vom Fahrzeugbediener, beispielsweise über die (berührungsinteraktive) Anzeigevorrichtung, abgerufen werden. Das Referenzbild kann ein Bild des gegebenen Kraftstoffeinspritzers einschließen, der zuvor unter den gegebenen Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl-Last-Bedingungen, wobei keine Einspritzerverschlechterung bestimmt wurde, diagnostiziert wurde. Alternativ kann das Referenzbild das Bild eines entsprechenden Kraftstoffeinspritzers (beispielsweise eines ähnlichen Saugrohr- oder Direktkraftstoffeinspritzers) einschließen, der zuvor unter den gegebenen Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl-Last-Bedingungen diagnostiziert wurde, wobei keine Einspritzerverschlechterung bestimmt wurde. Auf diese Weise können das erzeugte Bild und das Referenzbild dem Fahrzeugbediener zur vergleichenden Analyse präsentiert werden.
  • Bei 918 kann bestimmt werden, ob eine Bedienereingabe empfangen wurde, welche eine Einspritzerverschlechterung angibt. Beispielsweise kann der Bediener das erzeugte Bild mit dem Referenzbild vergleichen, um festzustellen, ob das Einspritzersprühmuster so ist, wie es sein sollte. 10 zeigt als Beispiel dienende Einspritzersprühmusterbilder, die im Laserlichtbogen durch einen mit dem Lasersystem gekoppelten Photodetektor erfasst wurden. Bei 1000 ist ein erwartetes Sprühmuster dargestellt. Insbesondere kann 1000 ein Referenzbild sein, das ein Kraftstoffeinspritzersprühmuster zeigt, das während der Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl-Last-Bedingungen erfasst wurde, während der Einspritzer nicht verschlechtert war. Verglichen damit zeigt 1002 ein verschlechtertes Einspritzersprühmuster. Weil der Sprühkegel bei 1002 nicht konisch geformt ist (verglichen mit dem konisch geformten Sprühkegel bei 1000) und weil ein Teil des konischen Abschnitts fehlt oder abgeschrägt ist, kann ein Bediener auf der Grundlage der Bilder bestimmen, dass der Kraftstoffeinspritzer verschlechtert ist. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass der Einspritzer verstopft ist.
  • Falls die Bedienereingabe eine Verschlechterung des Kraftstoffeinspritzers angibt, kann die Steuereinrichtung bei 920 einen diagnostischen Code festlegen, um die Verschlechterung anzugeben. Die Steuereinrichtung kann auch einen Austausch des Kraftstoffeinspritzers fordern. Falls keine Eingabe empfangen wird, kann die Steuereinrichtung bei 922 angeben, dass der Kraftstoffeinspritzer nicht verschlechtert ist. Falls keine Verschlechterung festgestellt wird, kann die Steuereinrichtung optional das während der gegebenen Iteration der Kraftstoffeinspritzerdiagnoseroutine erfasste Bild im Speicher der Steuereinrichtung speichern, um es während einer späteren Iteration der Diagnoseroutine als ein Referenzbild zu speichern.
  • 11 zeigt nun eine als Beispiel dienende Routine 1100 zum Diagnostizieren von Zylinderluftflussmustern. Bei einem Beispiel kann die Routine 1100 eine als Teil des ersten Diagnosemodus (Modus_1), wie in 6 beschrieben, ausgeführte Diagnoseroutine sein. Ferner kann die Diagnoseroutine unter Verwendung des als ein mobiles Werkzeug ausgelegten Lasersystems ausgeführt werden.
  • Bei 1102 bestätigt die Routine, dass eine Luftflussdiagnostik ausgewählt wurde. Beispielsweise kann bestätigt werden, dass sich der Verbrennungsmotor im ersten Diagnosemodus befindet. Andernfalls kann die Routine enden. Bei 1104 führt die Routine dem Luftansaugsystem Luft mit hoher Feuchtigkeit zu. Beispielsweise kann ein Wasserspray in das Luftansaugsystem (oder direkt in den Ansaugkrümmer) eingespritzt oder eingeleitet werden. Bei alternativen Beispielen kann dem Luftansaugsystem des Verbrennungsmotors statt Luft mit hoher Feuchtigkeit Rauch zugeführt werden.
  • Bei 1106 betreibt die Routine den Laser im Modus niedrigerer Leistung. Wie zuvor erörtert, wird das Lasersystem betrieben, um Laserpulse in den Zylinder zu richten, um den Zylinder während eines Ansaugtakts des Zylinders mit Laserpulsen planar abzustreichen, deren Leistung ausreicht, um den Zylinder zu beleuchten, jedoch nicht ausreicht, um eine Zylinderverbrennung einzuleiten. Bei 1108 lenkt die Routine den Laser zu definierten Zeiten seit der Ansaugventilöffnung (IVO) in einer Ebene in den Weg eines Zylinderluftflusses abstreichend ab. Beispielsweise kann der Laser in schneller Folge ausgelöst werden, um ein planares Abstreichen des Zylinders während des Ansaugtakts bereitzustellen.
  • Bei einigen Beispielen kann ein Wirbelsteuerventil oder ein Ladebewegungssteuerventil im Ansaugstutzen vor dem Ansaugventil während der Einleitung der feuchten Luft oder des Rauchs betätigt werden, um die Wirbelbewegung des im Zylinder während des Ansaugtakts empfangenen Luftflusses zu verstärken.
  • Bei 1110 kann die Steuereinrichtung vom Photodetektor (beispielsweise von der CCD-Kamera) während des Laserbetriebs erfasste Bilder empfangen. Dabei kann der Photodetektor unter Verwendung von Licht, das durch den Laserbetrieb im Niederleistungsmodus erzeugt wurde, Bilder erfasst haben. Die Bilder können Luftflussmuster im Zylinder repräsentieren. Insbesondere können die Kamera- und Laserabtastung das Luftflussmuster durch Betrachten des im Zylinder kondensierenden Wasserdampfs (aus der Luft hoher Feuchtigkeit), wenn er während des Ansaugtakts auf einen niedrigen Druck trifft, beleuchten.
  • Bei 1112 können die erfassten Bilder einem Bediener in der Art eines Wartungstechnikers oder eines Mechanikers gezeigt werden. Bei einem Beispiel können die Bilder auf einer Anzeigevorrichtung auf der Mittelkonsole des Fahrzeugs angezeigt werden. Alternativ können die Bilder auf einer Anzeigevorrichtung, die mit dem mobilen Diagnosewerkzeug gekoppelt ist, angezeigt werden.
  • Bei 1114 kann die Steuereinrichtung ein oder mehrere Referenzbilder eines erwarteten Zylinderluftflussmusters abrufen und anzeigen. Das Referenzbild kann automatisch auf der Grundlage des erfassten Bilds (bei 1110) oder auf der Grundlage der Auswahl der Luftflussdiagnoseroutine (bei 1102) abgerufen und angezeigt werden. Alternativ kann das Referenzbild beim Empfang einer Eingabe vom Fahrzeugbediener, beispielsweise über die (berührungsinteraktive) Anzeigevorrichtung, abgerufen werden. Das Referenzbild kann ein zuvor erfasstes Bild des Luftflussmusters einschließen, wenn keine Verschlechterung des Ansaugventils oder des Luftflusses festgestellt wurde. Optional kann das Referenzbild während des Betriebs des Verbrennungsmotors bei einer Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl-Last-Bedingung oder bei der gleichen Verbrennungsmotor-Geschwindigkeit-Last-Bedingung, bei der die Bilder gegenwärtig erfasst werden, erfasst worden sein. Dabei kann die eingeleitete feuchte Luft oder der eingeleitete Rauch bei Abwesenheit einer Luftflussverschlechterung (beispielsweise infolge einer Ansaugventilverschlechterung) infolge der Wechselwirkung der feuchten Luft oder des Rauchs mit dem im Zylinder während des Ansaugtakts angetroffenen niedrigen Druck ein helikales Muster im Zylinder erzeugen. Demgemäß kann das Referenzbild ein helikales Muster in der Art eines Wirbels oder Kreises aufweisen. Auf diese Weise können das erzeugte Bild und das Referenzbild dem Fahrzeugbediener zur vergleichenden Analyse präsentiert werden.
  • Bei 1116 kann bestimmt werden, ob eine Bedienereingabe empfangen wurde, welche eine Luftflussverschlechterung angibt. Beispielsweise kann der Bediener das erzeugte Bild mit dem Referenzbild vergleichen, um festzustellen, ob das Luftflussmuster helikal ist, wie es sein sollte. Falls das erfasste Bild eine Turbulenz in zufälligen Teilen des Zylinders zeigt, kann der Bediener ableiten und angeben, dass der Luftfluss im Zylinder verschlechtert ist. Falls die Bedienereingabe eine Verschlechterung des Luftflusses im Zylinder angibt, kann die Steuereinrichtung bei 1118 einen diagnostischen Code festlegen, um die Verschlechterung des Luftflusses infolge einer möglichen Verschlechterung des Ansaugventils anzugeben. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung angeben, dass es eine mögliche Materialansammlung am Ansaugventil gibt. Alternativ kann die Steuereinrichtung angeben, dass das Wirbelsteuerventil verschlechtert ist. Die Steuereinrichtung kann dementsprechend fordern, dass Steueraktionen ausgeführt werden, wie das Vorziehen der Ansaugnockenzeitsteuerung, um den verschlechterten Fluss durch das Ventil zu kompensieren. Falls keine Eingabe empfangen wird, kann die Steuereinrichtung bei 1120 angeben, dass der Luftfluss (und damit das Ansaugventil) nicht verschlechtert ist. Falls keine Verschlechterung festgestellt wird, kann die Steuereinrichtung optional das während der gegebenen Iteration der Luftflussdiagnoseroutine erfasste Bild im Speicher der Steuereinrichtung speichern, um es während einer späteren Iteration der Diagnoseroutine als ein Referenzbild zu speichern.
  • 12 zeigt nun eine als Beispiel dienende Routine 1200 zum Diagnostizieren eines Kühlmittellecks in einen Zylinder. Bei einem Beispiel kann die Routine 1200 eine als Teil des ersten Diagnosemodus (Modus_1) ausgeführte Diagnoseroutine sein, wie anhand 6 beschrieben. Ferner kann die Diagnoseroutine unter Verwendung des als ein mobiles Werkzeug ausgelegten Lasersystems ausgeführt werden.
  • Bei 1202 bestätigt die Routine, dass eine Kühlmittelflussdiagnostik ausgewählt wurde. Beispielsweise kann bestätigt werden, dass sich der Verbrennungsmotor im ersten Diagnosemodus befindet. Andernfalls kann die Routine enden. Bei 1204 betreibt die Routine den Laser im Modus niedrigerer Leistung. Wie zuvor erörtert wurde, wird das Lasersystem betrieben, um Laserpulse in den Zylinder zu richten, die eine Leistung aufweisen, welche für die Beleuchtung des Zylinders ausreicht, jedoch nicht ausreicht, um eine Zylinderverbrennung einzuleiten. Bei 1206 verwendet die Routine die Laserpulse zum planaren Abstreichen des Zylinders während eines Ansaugtakts des Zylinders. Zusätzlich betreibt die Routine bei 1206 den Laser im Niederleistungsmodus, um den Zylinder nach der Zylinderverbrennung während eines Ausstoßtakts des gegebenen Zyklus des Zylinders wieder planar abzustreichen. Beispielsweise kann der Laser zu definierten Zeiten seit der Ansaugventilöffnung (IVO) und vor dem Auslassventilschließen (EVC) abstreichend in den Zylinder gerichtet werden. Beispielsweise kann der Laser in schneller Folge ausgelöst werden, um eine planare Abstreichung über den Zylinder während des Ansaugtakts und des Ausstoßtakts bereitzustellen.
  • Bei 1208 kann die Steuereinrichtung vom Photodetektor (beispielsweise von der CCD-Kamera) während des Laserbetriebs erfasste Bilder empfangen. Dabei kann der Photodetektor unter Verwendung von Licht, das durch den Laserbetrieb im Niederleistungsmodus erzeugt wurde, Bilder erfasst haben. Die im Ansaugtakt erfassten Bilder können das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Kühlmitteleintritts in den Zylinder während des Ansaugtakts nach einem Ansaugventilöffnungsereignis repräsentieren. Die im Ausstoßtakt erfassten Bilder können das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein weißen Rauchs im Abgas des Zylinders nach der Verbrennung herausgeleckten Kühlmittels repräsentieren.
  • Bei 1210 können die erfassten Bilder einem Bediener in der Art eines Wartungstechnikers oder eines Mechanikers gezeigt werden. Bei einem Beispiel können die Bilder auf einer Anzeigevorrichtung auf der Mittelkonsole des Fahrzeugs angezeigt werden. Alternativ können die Bilder auf einer Anzeigevorrichtung, die mit dem mobilen Diagnosewerkzeug gekoppelt ist, angezeigt werden.
  • Bei 1212 kann die Steuereinrichtung ein oder mehrere Referenzbilder eines erwarteten Zylinderluftflussmusters abrufen und anzeigen. Das Referenzbild kann auf der Grundlage des erfassten Bilds (bei 1208) oder auf der Grundlage der Auswahl der Kühlmittelflussdiagnoseroutine (bei 1202) automatisch abgerufen und angezeigt werden. Alternativ kann das Referenzbild beim Empfang einer Eingabe vom Fahrzeugbediener, beispielsweise über die (berührungsinteraktive) Anzeigevorrichtung, abgerufen werden. Das Referenzbild kann ein Bild des erwarteten Kühlmittelflusses und der Abgasraucherzeugung einschließen, das zuvor erfasst wurde, als kein Lecken von Kühlmittel in den gegebenen Zylinder festgestellt wurde. Optional kann das Referenzbild erfasst worden sein, während der Verbrennungsmotor bei einer Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl-Last-Bedingung oder bei der gleichen Verbrennungsmotor-Geschwindigkeit-Last-Bedingung, bei der die Bilder aktuell erfasst werden, betrieben wurde. Dabei kann bei Vorhandensein eines Kühlmitteleintritts ein Kühlmittelfluss oder Dämpfe gesehen werden, die während des Ansaugtakts vom Boden des Kolbens in den Zylinder eintreten. Es kann dann gesehen werden, dass das Kühlmittel infolge der Verbrennung des Kühlmittels während des Zylinderverbrennungsereignisses übermäßig viel weißen Rauch im Ausstoßtakt erzeugt. Auf diese Weise können das erzeugte Bild und das Referenzbild dem Fahrzeugbediener zur vergleichenden Analyse präsentiert werden.
  • Bei 1214 kann bestimmt werden, ob eine Bedienereingabe empfangen wurde, welche einen Kühlmitteleintritt angibt. Beispielsweise kann der Bediener das erzeugte Bild mit dem Referenzbild vergleichen, um festzustellen, ob Kühlmittel in den Zylinder geleckt ist. Falls die Bedienereingabe eine Verschlechterung des Zylinderluftflusses angibt, kann die Steuereinrichtung bei 1216 einen diagnostischen Code festlegen, um die Verschlechterung des Kühlmittelflusses und das Lecken von Kühlmittel in den Zylinder infolge einer möglichen Verschlechterung der Kolbenringe anzugeben. Falls keine Eingabe empfangen wird, kann die Steuereinrichtung bei 1218 angeben, dass der Kühlmittelfluss (und damit der Zylinderkolbenring) nicht verschlechtert ist. Falls keine Verschlechterung festgestellt wird, kann die Steuereinrichtung optional das während der gegebenen Iteration der Kühlmittelflussdiagnoseroutine erfasste Bild zur Verwendung als ein Referenzbild während einer späteren Iteration der Diagnoseroutine im Speicher der Steuereinrichtung speichern.
  • 13 zeigt nun eine als Beispiel dienende Routine 1300 zum Diagnostizieren einer konvergierenden Linse, die mit dem Lasersystem eines Zylinders gekoppelt ist. Bei einem Beispiel kann die Routine 1300 eine als Teil des zweiten Diagnosemodus (Modus_2) ausgeführte Diagnoseroutine sein, wie anhand 7 beschrieben. Ferner kann die Diagnoseroutine unter Verwendung des als ein mobiles Werkzeug ausgelegten Lasersystems ausgeführt werden.
  • Bei 1302 bestätigt die Routine, dass eine Linsendiagnostik ausgewählt wurde. Es kann beispielsweise bestätigt werden, dass sich der Verbrennungsmotor im zweiten Diagnosemodus befindet. Andernfalls kann die Routine enden. Bei 1304 betreibt die Routine den Laser im Modus höherer Leistung. Wie zuvor erörtert wurde, wird das Lasersystem betätigt, um Laserpulse in den Zylinder zu richten, deren Leistung ausreicht, um eine Zylinderverbrennung einzuleiten, und deren Leistung höher ist als jene, die lediglich für die Beleuchtung des Zylinders erforderlich ist. Die Laserpulse können auch zum planaren Abstreichen des Zylinders während eines Kompressionstakts des Zylinders verwendet werden.
  • Bei 1306 kann die Steuereinrichtung Bilder des Inneren des Zylinders über den Photodetektor des Lasersystems unter Verwendung während der Zylinderverbrennung erzeugten Lichts erfassen. Bei 1308 kann die Steuereinrichtung vom Photodetektor (beispielsweise von der CCD-Kamera) während des Laserbetriebs erfasste Bilder empfangen. Dabei kann der Photodetektor Bilder unter Verwendung während der Zylinderverbrennung erzeugten Lichts erfasst haben. Die Bilder können die Flammenfront während des Zylinderverbrennungsereignisses repräsentieren. Bei 1308 können die erfassten Bilder einem Bediener in der Art eines Wartungstechnikers oder eines Mechanikers gezeigt werden. Bei einem Beispiel können die Bilder auf einer Anzeigevorrichtung auf der Mittelkonsole des Fahrzeugs angezeigt werden. Alternativ können die Bilder auf einer Anzeigevorrichtung, die mit dem mobilen Diagnosewerkzeug gekoppelt ist, angezeigt werden.
  • Bei 1310 kann auf der Grundlage der erfassten Bilder ein Ort der Flammeneinleitung bestimmt werden. Beispielsweise kann auf der Grundlage der Intensität der erfassten Bilder ein Ort der Kolbenoberfläche oder der Zylinderwand, von dem die Flammenfront ausgegangen ist, bestimmt werden. Weil die Flamme durch Laserzündung eingeleitet wird und weil das Lasersystem ferner eine konvergierende Linse verwendet, um den Laserpuls für die Verbrennungseinleitung in den Zylinder zu richten, kann der Ort der Flammeneinleitung dabei auch mit dem Brennpunkt der Linse korrelieren. Demgemäß kann die Steuereinrichtung auf der Grundlage des empfangenen Bilds den Brennpunkt der mit dem Lasersystem gekoppelten Linse bestimmen.
  • Bei 1312 kann die Steuereinrichtung ein oder mehrere Referenzbilder einer erwarteten Flammenfronteinleitung und -ausbreitung abrufen und anzeigen. Das Referenzbild kann auf der Grundlage des erfassten Bilds (bei 1306) oder auf der Grundlage der Auswahl der Linsendiagnoseroutine (bei 1302) automatisch abgerufen und angezeigt werden. Alternativ kann das Referenzbild beim Empfang einer Eingabe vom Fahrzeugbediener, beispielsweise über die (berührungsinteraktive) Anzeigevorrichtung, abgerufen werden. Das Referenzbild kann ein Bild der erwarteten Flammenfronteinleitung und -ausbreitung einschließen. Optional kann das Referenzbild erfasst worden sein, während der Verbrennungsmotor bei einer Referenz-Verbrennungsmotor-Drehzahl-Last-Bedingung oder bei der gleichen Verbrennungsmotor-Geschwindigkeit-Last-Bedingung, bei der die Bilder aktuell erfasst werden, betrieben wurde. Falls die Linse dabei falsch ausgerichtet ist, kann der Ort der Flammeneinleitung zu einer Seite verschoben sein und nicht mit dem erwarteten Ort der Flammeneinleitung korrelieren. Demgemäß können das erzeugte Bild und das Referenzbild dem Fahrzeugbediener zur vergleichenden Analyse präsentiert werden.
  • Bei 1314 kann bestimmt werden, ob eine Bedienereingabe empfangen wurde, welche eine Linsenfehlausrichtung oder einen inkorrekten Ort der Flammeneinleitung angibt. Beispielsweise kann der Bediener das erzeugte Bild mit dem Referenzbild vergleichen, um festzustellen, ob die Flamme zum Rand des Zylinders hin eingeleitet wurde. Falls die Bedienereingabe eine Verschlechterung der Flammeneinleitung angibt, kann die Steuereinrichtung bei 1316 einen diagnostischen Code festlegen, um die Verschlechterung der Flammeneinleitung infolge einer möglichen Fehlausrichtung der Linse des Lasersystems anzugeben. Die Steuereinrichtung kann ferner angeben, dass eine Linseneinstellung (beispielsweise Neujustierung) erforderlich ist. Falls keine Eingabe empfangen wird, kann die Steuereinrichtung bei 1318 angeben, dass die Flammeneinleitung und die Linsenanordnung nicht verschlechtert sind. Falls keine Verschlechterung festgestellt wird, kann die Steuereinrichtung optional das während der gegebenen Iteration der Linsendiagnoseroutine erfasste Bild im Speicher der Steuereinrichtung speichern, um es während einer späteren Iteration der Diagnoseroutine als ein Referenzbild zu speichern.
  • Es sei bemerkt, dass bei weiteren Beispielen eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Routinen eingestellt werden können, um die Linse des Laserzündsystems sauber zu halten. Beispielsweise kann die Kameralinse verhältnismäßig hoch auf der Seite des Zylinders angeordnet werden, wo der Kolbenring die Linse reinigen kann. Zusätzlich könnte der Laser restlichen Ruß abbrennen. Dabei kann dieser Ansatz entweder einen Verschluss erfordern oder es erfordern, dass eine direkte Lasersichtlinie blockiert wird, um eine Beschädigung des Photodetektors (in der Art der CCD-Kamera) zu vermeiden.
  • Bei einem weiteren Beispiel können die Kamera (oder der Photodetektor) und der Laser so ausgelegt sein, dass sie sich eine Linse teilen. Dabei kann der gewöhnliche Laserbetrieb alles, was die Linse bedeckt, abbrennen, wodurch die Linse während des Laserbetriebs gereinigt wird.
  • Auf diese Weise kann ein Laserzündsystem vorteilhaft verwendet werden, um verschiedene Zylinderkomponenten und Bedingungen zu diagnostizieren. Durch die Verwendung des Lasers zum Beleuchten des Zylinders und des Photodetektors zum Erfassen von Bildern des Inneren des Zylinders unter Verwendung der Laserbeleuchtung kann eine Sichtinspektion des Zylinders ausgeführt werden, ohne dass Bohrungssichteinrichtungen, ein Auseinanderreißen des Verbrennungsmotors oder andere arbeits-, kosten- und zeitintensive Ansätze erforderlich wären. Indem es einem Mechaniker ermöglicht wird, die Bilder des Inneren des Zylinders zusammen mit relevanten Referenzbildern des gleichen Zylinders zu sehen, kann die Funktionstüchtigkeit des Verbrennungsmotors durch den Mechaniker genauer und zuverlässiger diagnostiziert werden. Durch die Verwendung existierender Verbrennungsmotorhardware zur Ausführung der Sichtinspektion können Komponenten- und Kostenverringerungsvorteile erreicht werden. Insgesamt kann die Inspektion des Verbrennungsmotors vereinfacht werden, ohne die Inspektionsgenauigkeit zu verringern.
  • Es sei bemerkt, dass als Beispiel dienende Steuer- und Schätzroutinen, die hier aufgenommen sind, mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die Steuerverfahren und Routinen, die hier offenbart sind, können als ausführbare Befehle im nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien in der Art ereignisgetriebener, interruptgetriebener, Multitasking-, Multithreading-Verarbeitungsstrategien und dergleichen darstellen. Dabei können verschiedene der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen fortgelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie dient einer einfachen Erläuterung und Beschreibung. Eine oder mehrere der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen können, abhängig von der jeweiligen verwendeten Strategie, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen graphisch einen Code darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Steuersystem des Verbrennungsmotors zu programmieren ist.
  • Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf V-6-, R-4-(I-4-), R-6-(I-6-), V-12-, Vierzylinder-Boxermotoren und andere Typen von Verbrennungsmotoren angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
  • Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden, speziell dar. Diese Ansprüche können ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder die Entsprechung davon betreffen. Diese Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, ob sie in Bezug auf den Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder verschieden sind, werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.

Claims (20)

  1. Verfahren für einen Verbrennungsmotor, das Folgendes umfasst: in einem Verbrennungsmotorzyklus, Betreiben einer Laserzündvorrichtung in jedem Verbrennungsmotorzylinder; Identifizieren einer Kolbenposition in jedem Zylinder auf der Grundlage des Betreibens; und Angeben einer Verschlechterung einer Kurbelwelle auf der Grundlage einer Kolbenposition jedes Zylinders.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren einer Kolbenposition in jedem Zylinder auf der Grundlage des Betreibens Folgendes umfasst: für jeden Zylinder, Messen des von einer oberen Fläche des Kolbens reflektierten Lichts; und Schätzen der Kolbenposition auf der Grundlage einer zwischen dem Betreiben der Laserzündvorrichtung und dem Messen des Lichts verstrichenen Dauer.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben Betreiben der Laserzündvorrichtung bei einer niedrigeren Leistung in einem Ansaugtakt oder einem Ausstoßtakt jedes Verbrennungsmotorzylinders umfasst, wobei die niedrigere Leistung unter einer Schwellenleistung liegt, die zur Einleitung der Zylinderverbrennung erforderlich ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben Betreiben der Laserzündvorrichtung bei einer höheren Leistung in einem Kompressionstakt jedes Zylinders umfasst, wobei die höhere Leistung über einer Schwellenleistung liegt, die nur für das Beleuchten des Zylinders erforderlich ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Angeben Angeben einer Kurbelwellenverschlechterung auf der Grundlage, dass eine Differenz zwischen der Kolbenposition eines ersten Zylinders und einem zweiten Zylinder höher als ein Schwellenwert ist, umfasst, wobei der zweite Zylinder auf der Grundlage des ersten Zylinders gewählt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Angeben einer Verschlechterung der Kurbelwelle Angeben, dass die Kurbelwelle verdreht ist, umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Angeben einer Verschlechterung der Kurbelwelle Angeben, dass die Nockenwelle gebrochen ist, umfasst.
  8. Verfahren für einen Verbrennungsmotor, das Folgendes umfasst: in einem Verbrennungsmotorzyklus, Betreiben einer Laserzündvorrichtung in jedem Verbrennungsmotorzylinder; Identifizieren einer Zylinderventilposition in jedem Zylinder auf der Grundlage des Betreibens; und Angeben einer Verschlechterung einer Nockenwelle auf der Grundlage einer Ventilposition jedes Zylinders.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Zylinderventil ein Zylinderansaugventil ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Identifizieren einer Ventilposition in jedem Zylinder auf der Grundlage des Betreibens Folgendes umfasst: für jeden Zylinder, Messen des von dem Zylinderventil reflektierten Lichts; und Schätzen der Nockenwellenposition auf der Grundlage einer zwischen dem Betreiben der Laserzündvorrichtung und dem Messen des Lichts verstrichenen Dauer.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Betreiben Betreiben der Laserzündvorrichtung bei einer niedrigeren Leistung in einem Ansaugtakt oder einem Ausstoßtakt jedes Verbrennungsmotorzylinders umfasst, wobei die niedrigere Leistung unter einer Schwellenleistung liegt, die zur Einleitung der Zylinderverbrennung erforderlich ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Betreiben Betreiben der Laserzündvorrichtung bei einer höheren Leistung in einem Kompressionstakt jedes Zylinders umfasst, wobei die höhere Leistung über einer Schwellenleistung liegt, die nur für das Beleuchten des Zylinders erforderlich ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Angeben Angeben einer Nockenwellenverschlechterung auf der Grundlage, dass eine Differenz zwischen der Nockenwellenposition eines ersten Zylinders und einem zweiten Zylinder höher als ein Schwellenwert ist, wobei der zweite Zylinder auf der Grundlage des ersten Zylinders gewählt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Angeben einer Verschlechterung der Nockenwelle Angeben, dass die Nockenwelle verdreht ist, umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Angeben einer Verschlechterung der Nockenwelle Angeben, dass ein mit der Nockenwelle gekoppeltes elektrisches Nockensystem verschlechtert ist, umfasst.
  16. Verfahren, das Folgendes umfasst: Betreiben einer Laserzündvorrichtung in einem Verbrennungsmotorzylinder; Identifizieren jeder Zylinderkolbenposition und einer Zylinderventilposition auf der Grundlage des Betreibens; und Angeben einer Fehlausrichtung einer Kurbelwelle bezüglich einer Nockenwelle auf der Grundlage einer Abweichung der identifizierten Zylinderventilposition von einer erwarteten Ventilposition, wobei die erwartete Ventilposition auf der identifizierten Zylinderkolbenposition basiert.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Zylinderventilposition eine Zylinderansaugventilposition umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Identifizieren Folgendes umfasst: Identifizieren der Zylinderventilposition auf der Grundlage einer Zeit, die in Anspruch genommen wird, um ein Lasersignal zu detektieren, das von einem Zylinderventil reflektiert wurde; und Identifizieren der Zylinderkolbenposition auf der Grundlage einer Zeit, die in Anspruch genommen wird, um ein Lasersignal zu detektieren, das von dem Zylinderkolben reflektiert wurde.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Betreiben der Laserzündvorrichtung Betreiben bei einem niedrigeren Leistungsniveau als eine Schwellenleistung, die zur Einleitung der Zylinderverbrennung erforderlich ist, umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Angeben einer Fehlausrichtung Festlegen eines diagnostischen Codes und, als Reaktion auf die Angabe, Vorziehen einer Ansaugnockenzeitsteuerung, um den verschlechterten Fluss durch das Zylinderansaugventil zu kompensieren, umfasst.
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