RU152800U1 - ENGINE POSITION CONTROL SYSTEM - Google Patents

ENGINE POSITION CONTROL SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
RU152800U1
RU152800U1 RU2014117942/06U RU2014117942U RU152800U1 RU 152800 U1 RU152800 U1 RU 152800U1 RU 2014117942/06 U RU2014117942/06 U RU 2014117942/06U RU 2014117942 U RU2014117942 U RU 2014117942U RU 152800 U1 RU152800 U1 RU 152800U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
engine
laser
time measurement
piston
Prior art date
Application number
RU2014117942/06U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дуглас Рэймонд МАРТИН
Кеннет Джеймс МИЛЛЕР
Original Assignee
ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/888,162 external-priority patent/US20140149023A1/en
Application filed by ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи filed Critical ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи
Application granted granted Critical
Publication of RU152800U1 publication Critical patent/RU152800U1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00Other ignition
    • F02P23/04Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F02D2041/0092Synchronisation of the cylinders at engine start

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

1. Система двигателя, содержащая:цилиндр двигателя;лазерную систему зажигания, присоединенную к цилиндру, лазерная система зажигания включает в себя лазерный излучатель и лазерный детектор;первую схему измерения времени более низкого разрешения, имеющую первое, меньшее количество элементов схемы;вторую схему измерения времени более высокого разрешения, имеющую второе, большее количество элементов схемы; иконтроллер со считываемыми компьютером инструкциями для,перед перезапуском двигателя,эксплуатации излучателя для испускания лазерного импульса более низкой энергии в цилиндр;в ответ на испускание, запуска каждой из первой и второй схем измерения времени,детектирования испущенного лазерного импульса вслед за отражением от поршня цилиндра;в ответ на детектирование, остановки каждой из первой и второй схем измерения времени; илогического вывода положения поршня в цилиндре на основании комбинированных выходных данных первой и второй схем измерения времени.2. Система по п. 1, в которой контроллер включает в себя дополнительные инструкции для,во время перезапуска двигателя,настройки топливоснабжения и установки момента зажигания уцилиндра на основании логически выведенного положения поршня в цилиндре.3. Система по п. 2, в которой контроллер включает в себя дополнительные инструкции для, во время перезапуска двигателя, воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре посредством эксплуатации излучателя для испускания лазерного импульса более высокой энергии в цилиндр.4. Система по п. 1, в которой разрешение второй схемы измерения времени основано на втором количестве элементов схемы, разрешение повыша1. An engine system comprising: an engine cylinder; a laser ignition system attached to a cylinder; a laser ignition system includes a laser emitter and a laser detector; a first lower resolution time measurement circuit having a first, fewer circuit elements; a second time measurement circuit higher resolution, having a second, larger number of circuit elements; and a controller with computer-readable instructions for, before restarting the engine, operating the emitter to emit a laser pulse of lower energy into the cylinder; in response to emitting, starting each of the first and second time measurement circuits, detecting the emitted laser pulse following reflection from the cylinder piston; in response to detecting, stopping each of the first and second time measurement circuits; the logical derivation of the position of the piston in the cylinder based on the combined output of the first and second time measurement circuits. 2. The system according to claim 1, in which the controller includes additional instructions for, during engine restart, tuning the fuel supply and setting the ignition timing of the cylinder based on the inverted position of the piston in the cylinder. 3. The system of claim 2, wherein the controller includes additional instructions for, during engine restart, igniting the air-fuel mixture in the cylinder by operating the emitter to emit a laser pulse of higher energy into the cylinder. The system of claim 1, wherein the resolution of the second time measurement circuit is based on the second number of circuit elements, the resolution is increased

Description

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки на выдачу патента США под порядковым номером 13/689,601, поданной 29 ноября 2012 года, полное содержание которой включено в материалы настоящей заявки посредством ссылки во всех отношениях.This application is a partial continuation of the application for the grant of a US patent under serial number 13 / 689,601, filed November 29, 2012, the full contents of which are incorporated into the materials of this application by reference in all respects.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящая заявка относится к способам и системам для точного определения положения двигателя с использованием лазерной системы зажигания.This application relates to methods and systems for accurately determining the position of an engine using a laser ignition system.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

На транспортных средствах с электрическим гибридным приводом (HEV) и транспортных средствах с пуском-остановом в частности, двигатель внутреннего сгорания (ICE) может глушиться или выводиться из работы во время выбранных условий, таких как во время условий выключения холостого хода. Глушение двигателя дает преимущества экономии топлива и пониженных выбросов. Однако, во время глушения или вывода из работы, коленчатый вал и распределительные валы двигателя могут останавливаться в неизвестных положениях цикла двигателя. Во время последующего перезапуска двигателя, для достижения быстрого набора оборотов двигателем, требуется точное и своевременное знание положения поршней двигателя, с тем чтобы давать возможность координирования установки момента зажигания и подачи топлива в двигатель.On vehicles with an electric hybrid drive (HEV) and vehicles with start-stop in particular, the internal combustion engine (ICE) may be muffled or shut down during selected conditions, such as during idle shutdown conditions. Engine silencing offers the benefits of fuel economy and lower emissions. However, during jamming or decommissioning, the crankshaft and engine camshafts may stop at unknown positions in the engine cycle. During a subsequent restart of the engine, in order to achieve a fast set of engine revolutions, accurate and timely knowledge of the position of the engine pistons is required in order to enable coordination of the setting of the ignition moment and fuel supply to the engine.

Способы определения положения поршней или двигателя типично полагаются на колесо синхронизации коленчатого вала с конечным числом зубьев и промежутков для обеспечения синхронизации в координации с измерениями распределительных валов. Один из примеров такого способа показан в US 7,765,980 Двигатель внутреннего сгорания и способ для эксплуатации двигателя внутреннего сгорания посредством лазерного блока зажигания (опуб. 3 августа 2010 года), где положение коленчатого вала идентифицируется посредством датчика угла поворота коленчатого вала.Methods for determining the position of pistons or an engine typically rely on a crankshaft timing wheel with a finite number of teeth and gaps to provide timing in coordination with camshaft measurements. One example of such a method is shown in US 7,765,980 an internal combustion engine and a method for operating an internal combustion engine by means of a laser ignition unit (publ. August 3, 2010), where the position of the crankshaft is identified by a crankshaft angle sensor.

Однако, изобретатели в материалах настоящей заявки осознали проблемы у таких подходов. В качестве примера, в зависимости от температуры двигателя, может меняться время, требуемое для идентификации положения коленчатого вала относительно положения распределительного вала. Такое непостоянство определения относительного положения между распределительным валом и коленчатым валом (для того чтобы идентифицировать положения двигателя и поршней) может приводить к уменьшенной способности достижения и поддержания быстрой синхронизации, надежного сгорания и сниженных выбросов. Кроме того, задержки, навлекаемые при идентификации положения двигателя, в таком случае, могут задерживать запуск двигателя, ухудшая быстроту реагирования транспортного средства. В качестве еще одного примера, вышеприведенный подход для определения положения поршня может иметь ограниченное разрешение, которое ведет к дополнительной изменчивости положения двигателя.However, the inventors in the materials of this application have recognized the problems with such approaches. As an example, depending on engine temperature, the time required to identify the position of the crankshaft relative to the position of the camshaft may vary. This inconsistency in determining the relative position between the camshaft and the crankshaft (in order to identify the position of the engine and pistons) can lead to a reduced ability to achieve and maintain fast synchronization, reliable combustion and reduced emissions. In addition, delays incurred in identifying the position of the engine, in this case, may delay the start of the engine, impairing the responsiveness of the vehicle. As another example, the above approach for determining the position of the piston may have a limited resolution, which leads to additional variability in the position of the engine.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИESSENCE OF A USEFUL MODEL

Для решения вышеуказанных проблем уровня техники в первом аспекте настоящей заявки на полезную модель обеспечена система двигателя, содержащая: цилиндр двигателя; лазерную систему зажигания, присоединенную к цилиндру, лазерная система зажигания включает в себя лазерный излучатель и лазерный детектор; первую схему измерения времени более низкого разрешения, имеющую первое, меньшее количество элементов схемы; вторую схему измерения времени более высокого разрешения, имеющую второе, большее количество элементов схемы; и контроллер со считываемыми компьютером инструкциями для: перед перезапуском двигателя, эксплуатации излучателя для испускания лазерного импульса более низкой энергии в цилиндр; в ответ на испускание, запуска каждой из первой и второй схем измерения времени, детектирования испущенного лазерного импульса вслед за отражением от поршня цилиндра; в ответ на детектирование, остановки каждой из первой и второй схем измерения времени; и логического вывода положения поршня в цилиндре на основании комбинированных выходных данных первой и второй схем измерения времени.To solve the above problems of the prior art, in a first aspect of the present application for a utility model, an engine system is provided comprising: an engine cylinder; a laser ignition system attached to the cylinder; a laser ignition system includes a laser emitter and a laser detector; a first lower resolution time measurement circuit having a first, fewer circuit elements; a second higher resolution time measurement circuit having a second, larger number of circuit elements; and a controller with computer-readable instructions for: before restarting the engine, operating the emitter to emit a laser pulse of lower energy into the cylinder; in response to emitting, triggering each of the first and second time measurement circuits, detecting the emitted laser pulse following reflection from the cylinder piston; in response to detecting, stopping each of the first and second time measurement circuits; and inferring the position of the piston in the cylinder based on the combined output of the first and second time measurement circuits.

Контроллер системы может включать в себя дополнительные инструкции для, во время перезапуска двигателя, настройки топливоснабжения и установки момента зажигания у цилиндра на основании логически выведенного положения поршня в цилиндре.The system controller may include additional instructions for, during engine restart, adjusting fuel supply and setting the ignition timing of the cylinder based on the inverted position of the piston in the cylinder.

Кроме того, контроллер системы включает в себя дополнительные инструкции для, во время перезапуска двигателя, зажигания топливо-воздушной смеси в цилиндре посредством эксплуатации излучателя для испускания лазерного импульса более высокой энергии в цилиндр.In addition, the system controller includes additional instructions for, during engine restart, ignition of the fuel-air mixture in the cylinder by operating the emitter to emit a laser pulse of higher energy into the cylinder.

Разрешение второй схемы измерения времени основано на втором количестве элементов схемы, разрешение повышается по мере того, как возрастает второе количество, и при этом, диапазон второй схемы измерения времени основан на разрешении первой схемы измерения времени.The resolution of the second time measurement circuit is based on the second number of circuit elements, the resolution increases as the second number increases, and the range of the second time measurement circuit is based on the resolution of the first time measurement circuit.

Во втором аспекте настоящей заявки обеспечен способ для двигателя, состоящий в том, что: эксплуатируют лазерное устройство зажигания для подачи лазерного импульса в цилиндр; и логически выводят положение поршня цилиндра на основании времени, требуемого для детектирования лазерного импульса, требуемое время основано на каждой из первой схемы более грубого измерения времени и второй схемы более точного измерения времени.In a second aspect of the present application, there is provided a method for an engine, comprising: operating a laser ignition device for supplying a laser pulse to a cylinder; and the cylinder piston position is inferred based on the time required for detecting the laser pulse, the required time is based on each of the first coarser time measurement circuit and the second more accurate time measurement circuit.

Упомянутый способ дополнительно содержит настройку топливоснабжения и зажигания у цилиндра во время перезапуска двигателя на основании логически выведенного положения.The said method further comprises adjusting the fuel supply and ignition of the cylinder during engine restart based on a logically inferred position.

В упомянутом способе вторая схема измерения времени включает в себя множество элементов схемы, и при этом, разрешение второй схемы измерения времени основано на количестве элементов схемы во второй схеме измерения времени.In said method, the second time measurement circuit includes a plurality of circuit elements, and wherein, the resolution of the second time measurement circuit is based on the number of circuit elements in the second time measurement circuit.

В упомянутом способе диапазон второй схемы измерения времени является по существу таким же, как разрешение первой схемы измерения времени.In said method, the range of the second time measurement circuit is essentially the same as the resolution of the first time measurement circuit.

В упомянутом способе требуемое время, основанное на каждой из первой схемы более грубого измерения времени и второй схемы более точного измерения времени, включает в себя требуемое время, основанное на сумме выходных данных первой схемы измерения времени и выходных данных второй схемы измерения времени.In said method, the required time based on each of the first coarser time measurement circuit and the second more accurate time measurement circuit includes the required time based on the sum of the output of the first time measurement circuit and the output of the second time measurement circuit.

Упомянутый способ дополнительно состоит в том, что, в ответ на эксплуатацию лазерного устройства зажигания, запускают каждую из первой схемы измерения времени и второй схемы измерения времени.Said method further comprises that, in response to the operation of the laser ignition device, each of the first time measurement circuit and the second time measurement circuit are started.

В упомянутом способе вторая схема измерения времени запускается через задержку после запуска первой схемы измерения времени.In the aforementioned method, the second time measurement circuit is started after a delay after the start of the first time measurement circuit.

В упомянутом способе задержка основана на выходных данных первой схемы измерения времени.In the aforementioned method, the delay is based on the output of the first time measurement circuit.

В упомянутом способе эксплуатация лазерного устройства зажигания для подачи лазерного импульса заключается в том, что эксплуатируют лазерное устройство зажигания во время состояния покоя двигателя и до первого события сгорания перезапуска двигателя.In the aforementioned method, the operation of the laser ignition device for delivering a laser pulse is that the laser ignition device is operated during a standstill of the engine and before the first combustion event of the engine restart.

В упомянутом способе эксплуатация лазерного устройства зажигания для подачи лазерного импульса заключается в том, что подают лазерный импульс, имеющий более низкую мощность, чем лазерный импульс, подаваемый в цилиндр для зажигания топливо-воздушной смеси в цилиндре.In the aforementioned method, the operation of a laser ignition device for supplying a laser pulse consists in supplying a laser pulse having a lower power than the laser pulse supplied to the cylinder for igniting the fuel-air mixture in the cylinder.

В третьем аспекте настоящей заявки обеспечен другой способ для двигателя, состоящий в том, что: настраивают рабочий параметр двигателя во время перезапуска двигателя на основании узнанного положения двигателя, положение двигателя основано на времени, требуемом для детектирования лазерного импульса, испущенного лазерным устройством зажигания в цилиндр двигателя, требуемое время основано на каждой из первой схемы более грубого измерения времени и второй схемы менее грубого измерения времени.In a third aspect of the present application, there is provided another method for the engine, comprising: adjusting the engine operating parameter during engine restart based on the recognized engine position, the engine position is based on the time required to detect the laser pulse emitted by the laser ignition device into the engine cylinder , the required time is based on each of the first scheme of a rougher time measurement and the second scheme of a less coarse time measurement.

В упомянутом другом способе узнавание положения двигателя на основании требуемого времени заключается в том, что определяют положение поршня и такт цилиндра для каждого цилиндра двигателя.In the other method, the recognition of the position of the engine based on the required time consists in determining the position of the piston and the cylinder stroke for each cylinder of the engine.

В упомянутом другом способе настройка рабочего параметра двигателя заключается в том, что настраивают топливоснабжение и установку момента зажигания цилиндра на основании узнанного положения двигателя.In said other method, setting the engine operating parameter is to adjust the fuel supply and setting the ignition timing of the cylinder based on the recognized position of the engine.

В упомянутом другом способе настройка рабочего параметра двигателя заключается в том, что выбирают цилиндр для выполнения первого события сгорания во время перезапуска двигателя на основании такта цилиндра.In said other method, adjusting an engine operating parameter is to select a cylinder for performing a first combustion event during engine restart based on a cylinder stroke.

В упомянутом другом способе узнавание положения двигателя заключается в том, что узнают положение двигателя во время состояния покоя двигателя, после вывода из работы двигателя во время глушения двигателя и перед первым событием сгорания во время перезапуска.In the other method, recognizing the position of the engine is to find out the position of the engine during the engine idle state, after the engine has been shut down during engine shutdown, and before the first combustion event during restart.

В упомянутом другом способе узнавание положения двигателя заключается в том, что: в ответ на испускание лазерного импульса в цилиндр лазерным устройством зажигания, запускают каждую из первой и второй схемы измерения времени; в ответ на детектирование испущенного лазерного импульса, останавливают каждую из первой и второй схемы измерения времени; преобразуют сумму первых выходных данных времени первой схемы измерения времени и вторых выходных данных времени второй схемы измерения времени в расстояние; и логически выводят положение поршня в цилиндре и такт цилиндра на основании расстояния.In the other method, the recognition of the position of the engine is that: in response to the emission of a laser pulse into the cylinder by a laser ignition device, each of the first and second time measurement circuits is started; in response to detecting the emitted laser pulse, each of the first and second time measuring circuit is stopped; converting the sum of the first time output data of the first time measurement circuit and the second time output data of the second time measurement circuit into a distance; and logically inferring the position of the piston in the cylinder and the stroke of the cylinder based on the distance.

Таким образом, в одном из примерных подходов, некоторые из проблем, указанных в разделе Уровень техники, могут быть разрешены способом, содержащим: эксплуатацию лазерного устройства зажигания для подачи импульса лазерного импульса в цилиндр, и логический вывод положения поршня цилиндра на основании времени, требуемого для детектирования лазерного импульса, требуемое время основано на каждой из первой схемы более грубого измерения времени и второй схемы более точного измерения времени. Таким образом, существующая лазерная система зажигания может преимущественно использоваться для определения положения двигателя и поршней точно и достоверно.Thus, in one exemplary approach, some of the problems indicated in the Prior Art section can be solved by a method comprising: operating a laser ignition device to deliver a laser pulse to the cylinder, and inferring the position of the cylinder piston based on the time required for detecting a laser pulse, the required time is based on each of the first scheme for a rougher time measurement and the second scheme for a more accurate time measurement. Thus, the existing laser ignition system can mainly be used to determine the position of the engine and pistons accurately and reliably.

В качестве примера, система двигателя может быть сконфигурирована лазерной системой зажигания. Во время условий без сгорания, лазерная система зажигания может эксплуатироваться для испускания маломощного лазерного импульса внутрь цилиндра двигателя. Лазерный импульс может отражаться от верхней поверхности поршня цилиндра, и отраженный лазерный импульс может детектироваться фотодетектором лазерной системы зажигания. Лазерная система зажигания может включать в себя две схемы измерения времени для оценки времени, истекшего между испусканием лазерного импульса и детектированием отраженного лазерного импульса. Две схемы измерения времени могут иметь разные количества элементов схемы и разные разрешения. Например, система может включать в себя первую схему измерения времени, имеющую меньшее количество элементов схемы и более низкое разрешение (например, в наносекундном диапазоне), и вторую схему измерения времени, имеющую большее количество элементов схемы и более высокое разрешение (например, в пикосекундном диапазоне). Обе схемы измерения времени могут запускаться, когда испускается лазерный импульс, и обе схемы могут останавливаться, когда детектируется отраженный импульс. Сумма выходных данных двух схем затем может использоваться для точного определения истекшего времени. Например, комбинирование более грубых выходных данных первой схемы измерения времени с более точными выходными данными второй схемы измерения времени может использоваться для узнавания более точной оценки времени, требуемого для детектирования лазерного импульса. Алгоритм затем может преобразовывать значение времени в значение расстояния, чтобы точнее определять положение поршня. Информация о положении поршня (например, информации о такте цилиндра) может использоваться во время последующего перезапуска двигателя для выбора цилиндра, в котором следует инициировать первое событие сгорания.As an example, an engine system may be configured with a laser ignition system. During non-combustion conditions, the laser ignition system can be operated to emit a low-power laser pulse inside the engine cylinder. The laser pulse can be reflected from the upper surface of the piston of the cylinder, and the reflected laser pulse can be detected by a photo detector of the laser ignition system. The laser ignition system may include two time measurement circuits for estimating the elapsed time between emitting a laser pulse and detecting a reflected laser pulse. Two time measuring circuits may have different numbers of circuit elements and different resolutions. For example, a system may include a first time measurement circuit having fewer circuit elements and lower resolution (e.g., in the nanosecond range), and a second time measurement circuit having a larger number of circuit elements and higher resolution (e.g., in the picosecond range ) Both time measurement circuits can be triggered when a laser pulse is emitted, and both circuits can stop when a reflected pulse is detected. The sum of the output of the two circuits can then be used to accurately determine the elapsed time. For example, combining the coarser output of the first time measurement circuit with the more accurate output of the second time measurement circuit can be used to recognize a more accurate estimate of the time required to detect a laser pulse. The algorithm can then convert the time value to a distance value to more accurately determine the position of the piston. Information about the position of the piston (for example, cylinder cycle information) can be used during subsequent engine restart to select the cylinder in which the first combustion event should be triggered.

Таким образом, многочисленные схемы измерения времени могут быть присоединены к лазерной системе зажигания для предоставления более быстрой и более точной информации о положении, скорости двигателя/поршня, и т.д. Посредством более ранней идентификации такой информации во время проворачивания коленчатого вала двигателя (или даже до проворачивания коленчатого вала), и с более высокой степенью разрешения, положение поршня может определяться точнее и с более высокой достоверностью. Посредством использования информации о положении поршня более высокого разрешения для выбора цилиндра для начального события сгорания, могут улучшаться перезапуски двигателя.Thus, numerous time measuring circuits can be connected to a laser ignition system to provide faster and more accurate information about position, engine / piston speed, etc. By earlier identifying such information during cranking of the engine (or even before cranking), and with a higher degree of resolution, the position of the piston can be determined more accurately and with higher reliability. By using higher resolution piston position information to select a cylinder for an initial combustion event, engine restart can be improved.

Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая приложена к подробному описанию. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен реализациями, которые разрешают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.It should be clear that the essence of the utility model given above is provided to familiarize yourself with the simplified form of the selection of concepts that are further described in the detailed description. It is not intended to identify key or essential features of the claimed subject matter of a utility model, the scope of which is uniquely determined by the utility model formula, which is attached to the detailed description. Moreover, the claimed subject matter of the utility model is not limited to implementations that resolve any of the drawbacks noted above or in any part of this disclosure.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1 показывает схематическое изображение примерного транспортного средства с гибридным приводом.FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary hybrid vehicle.

Фиг. 2 показывает принципиальную схему примерного двигателя внутреннего сгорания.FIG. 2 shows a circuit diagram of an exemplary internal combustion engine.

Фиг. 3 показывает принципиальную схему примерного цилиндра двигателя.FIG. 3 shows a circuit diagram of an example engine cylinder.

Фиг. 4 показывает примерный четырехцилиндровый двигатель, остановленный в произвольном положении в своем ездовом цикле.FIG. 4 shows an exemplary four-cylinder engine stopped at an arbitrary position in its driving cycle.

Фиг. 5 показывает примерную многомерную характеристику установки фаз клапанного распределения и положения поршня относительно положения двигателя во время примерного цикла двигателя для двигателя с непосредственным впрыском.FIG. 5 shows an exemplary multidimensional characteristic of setting valve distribution phases and piston position relative to engine position during an exemplary engine cycle for a direct injection engine.

Фиг. 6 показывает примерную многомерную характеристику установки фаз клапанного распределения и положения поршня относительно положения двигателя во время примерного цикла двигателя для двигателя с оконным впрыском топлива.FIG. 6 shows an exemplary multidimensional characteristic of setting valve distribution phases and piston position relative to engine position during an exemplary engine cycle for a windowed fuel injection engine.

Фиг. 7 показывает примерный способ для настройки работы двигателя на основании режима работы транспортного средства и условий выключения холостого хода.FIG. 7 shows an exemplary method for adjusting engine operation based on a vehicle operating mode and idle shutdown conditions.

Фиг. 8 показывает примерный способ для запуска или перезапуска двигателя во время работы примерного ездового цикла транспортного средства.FIG. 8 shows an example method for starting or restarting an engine during operation of an example vehicle driving cycle.

Фиг. 9 показывает примерный способ для эксплуатации лазерной системы зажигания двигателя для определения положения двигателя.FIG. 9 shows an exemplary method for operating a laser engine ignition system to determine engine position.

Фиг. 10 показывает примерный способ для логического вывода положения поршня на основании выходного сигнала многочисленных схем измерения времени отличающегося разрешения.FIG. 10 shows an exemplary method for inferring the position of a piston based on an output signal of multiple different resolution time measurement circuits.

Фиг. 11-12 и 13 показывают примерные варианты осуществления схем измерения времени системы временного детектирования, которая может быть присоединена к лазерной системе зажигания по фиг. 2-3.FIG. 11-12 and 13 show exemplary embodiments of time measuring circuits of a time detection system that can be coupled to the laser ignition system of FIG. 2-3.

Фиг. 14-15 показывают примерные структурные схемы вариантов осуществления способа для использования многочисленных схем измерения времени по фиг. 11-12, чтобы определять положение поршня.FIG. 14-15 show exemplary block diagrams of embodiments of a method for using the multiple time measuring circuits of FIG. 11-12 to determine the position of the piston.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

Предусмотрены способы и системы для повышения точности определения положения поршня, тем самым, улучшения эффективности запуска двигателя в транспортном средстве с гибридным приводом, таком как транспортное средство по фиг. 1. В частности, определение положения поршня может достигаться раньше и с более высоким разрешением в последовательности запуска двигателя с использованием лазерной системы зажигания, такой как система по фиг. 2-4. Контроллер может выполнять процедуру управления, такую как примерные процедуры по фиг. с 7 по 10, для эксплуатации лазерной системы зажигания в режиме более высокой мощности для зажигания топливо-воздушной смеси, когда требуется сгорание в цилиндре, и в режиме более низкой мощности для определения положения поршня цилиндра, когда сгорание в цилиндре не требуется. Логически выведенное положение поршня может использоваться контроллером для выбора цилиндра, в котором следует инициировать первое событие сгорания во время перезапуска двигателя. Фиг. 5-6 показывают многомерные характеристики положения поршня и установки фаз клапанного распределения для двигателей с непосредственным впрыском и оконным впрыском, соответственно. Фиг. 11-12 и 13 изображают примерные схемы измерения времени отличающегося разрешения, которые могут быть присоединены к лазерной системе зажигания для определения положения поршня. Выходные данные схем измерения времени могут комбинироваться, и комбинированное выходное значение может преобразовываться в значение расстояния с использованием надлежащих алгоритмов, чтобы точно и достоверно определять положение поршня в цилиндре, как показано на фиг. 10 и 14-15. Посредством увеличения точности определения положения поршня, улучшается способность перезапускаться двигателя.Methods and systems are provided to improve the accuracy of determining the position of the piston, thereby improving the engine starting efficiency in a hybrid vehicle, such as the vehicle of FIG. 1. In particular, piston position determination can be achieved earlier and with a higher resolution in the engine start sequence using a laser ignition system, such as the system of FIG. 2-4. The controller may perform a control procedure, such as the example procedures of FIG. 7 to 10, for operating the laser ignition system in a higher power mode for igniting a fuel-air mixture when combustion in a cylinder is required, and in a lower power mode for determining the position of a cylinder piston when combustion in a cylinder is not required. The inferred piston position can be used by the controller to select the cylinder in which the first combustion event should be triggered during engine restart. FIG. 5-6 show multidimensional characteristics of the position of the piston and the installation of the valve distribution phases for engines with direct injection and window injection, respectively. FIG. 11-12 and 13 depict exemplary time resolution patterns of differing resolution that can be coupled to a laser ignition system to determine the position of the piston. The output of the time measurement circuits can be combined, and the combined output value can be converted to a distance value using appropriate algorithms to accurately and reliably determine the position of the piston in the cylinder, as shown in FIG. 10 and 14-15. By increasing the accuracy of determining the position of the piston, the ability to restart the engine is improved.

Со ссылкой на фиг. 1, фигура схематически изображает транспортное средство с гибридной силовой установкой 10.With reference to FIG. 1, the figure schematically depicts a vehicle with a hybrid power plant 10.

Гибридная силовая установка 10 включает в себя двигатель 20 внутреннего сгорания, присоединенный к трансмиссии 16. Трансмиссия 16 может быть ручной трансмиссией, автоматической трансмиссией или их комбинацией. Кроме того, могут быть включены в состав различные дополнительные компоненты, такие как гидротрансформатор, и/или другие зубчатые передачи, такие как звено главной передачи, и т.д. Трансмиссия 16 показана присоединенной к ведущему колесу 14, которое может контактировать с поверхностью дороги.The hybrid propulsion system 10 includes an internal combustion engine 20 connected to a transmission 16. The transmission 16 may be a manual transmission, an automatic transmission, or a combination thereof. In addition, various optional components, such as a torque converter, and / or other gears, such as a final drive link, etc., may be included. A transmission 16 is shown attached to a drive wheel 14, which may be in contact with a road surface.

Двигатель 20 может быть сконфигурирован для лазерного зажигания, как конкретизировано на фиг. 2. Более точно, двигатель 20 может включать в себя лазерную систему зажигания с лазерным излучателем, выполненным с возможностью испускать лазерные импульсы более высокой мощности внутрь цилиндра двигателя во время условий сгорания, тем самым, зажигая топливо-воздушную смесь в цилиндре. Лазерный излучатель также может использоваться во время условий без сгорания (например, когда двигатель выведен из работы), чтобы испускать лазерный импульс более низкой мощности внутрь цилиндра. Лазерный импульс более низкой мощности может впоследствии детектироваться детектором лазерной системы зажигания. Время, истекшее между испусканием и детектированием лазерного импульса, может использоваться для точного определения положения (например, такта цилиндра) поршня в каждом цилиндре. Информация о положении поршня затем может использоваться для выбора цилиндра двигателя для инициирования сгорания, когда двигатель впоследствии подвергается возобновлению работы. Двигатель 20 может включать в себя систему 14 временного детектирования для точного определения времени, требуемого, чтобы детектировался лазерный импульс. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 3 и 11-12, система 14 временного детектирования может включать в себя множество схем измерения времени, каждая схема измерения времени включает в себя разное количество элементов схем, а потому, разное разрешение. Посредством комбинирования выходных данных времени первой схемы более грубого измерения времени с выходными данными времени второй схемы более точного измерения времени, время, истекшее между испусканием и детектированием лазерного импульса, может определяться точнее (например, в пикосекундном диапазоне).The engine 20 may be configured for laser ignition, as specified in FIG. 2. More precisely, the engine 20 may include a laser ignition system with a laser emitter configured to emit higher power laser pulses into the engine cylinder during combustion conditions, thereby igniting the fuel-air mixture in the cylinder. The laser emitter can also be used during non-combustion conditions (for example, when the engine is shut down) to emit a laser pulse of lower power inside the cylinder. A laser pulse of lower power can subsequently be detected by a laser ignition system detector. The time elapsed between the emission and detection of a laser pulse can be used to accurately determine the position (e.g., cylinder stroke) of the piston in each cylinder. The piston position information can then be used to select the engine cylinder to initiate combustion when the engine is subsequently resumed. The engine 20 may include a time detection system 14 for accurately determining the time required for a laser pulse to be detected. As specified with reference to FIG. 3 and 11-12, the time detection system 14 may include a plurality of time measuring circuits, each time measuring circuit includes a different number of circuit elements, and therefore, a different resolution. By combining the time output of the first circuit with a coarser time measurement with the time output of the second circuit with a more accurate time measurement, the time elapsed between the emission and detection of the laser pulse can be determined more accurately (for example, in the picosecond range).

В примерном варианте осуществления по фиг. 1, гибридная силовая установка также включает в себя устройство 18 преобразования энергии, которое, среди прочего, может включать в себя электродвигатель, генератор и их комбинации. Устройство 18 преобразования энергии дополнительно показано присоединенным к устройству 22 накопления энергии, которое может включать в себя батарею, конденсатор, маховик, баллон высокого давления, и т.д. Устройство преобразования энергии может приводиться в действие, чтобы поглощать энергию от движения транспортного средства и/или двигателя и преобразовывать поглощенную энергию в форму энергии, пригодную для хранения устройством накопления энергии (другими словами, обеспечивать работу генератора). Устройство преобразования энергии также может приводиться в действие, чтобы подавать выходную мощность (мощность, работу крутящий момент, скорость, и т.д.) на ведущее колесо 14 и/или двигатель 20 (другими словами, обеспечивать работу электродвигателя). Должно быть принято во внимание, что устройство преобразования энергии, в некоторых вариантах осуществления, может включать в себя электродвигатель, генератор или оба, электродвигатель и генератор, в числе различных других компонентов, используемых для обеспечения надлежащего преобразования энергии между устройством накопления энергии и ведущими колесами и/или двигателем транспортного средства.In the exemplary embodiment of FIG. 1, the hybrid propulsion system also includes an energy conversion device 18, which, among other things, may include an electric motor, a generator, and combinations thereof. The energy conversion device 18 is further shown connected to an energy storage device 22, which may include a battery, a capacitor, a flywheel, a high pressure cylinder, etc. The energy conversion device may be driven to absorb energy from the movement of the vehicle and / or engine and convert the absorbed energy into a form of energy suitable for storage by the energy storage device (in other words, to provide generator operation). The energy conversion device can also be driven to supply output power (power, work torque, speed, etc.) to the drive wheel 14 and / or motor 20 (in other words, to provide electric motor operation). It will be appreciated that the energy conversion device, in some embodiments, may include an electric motor, a generator, or both, an electric motor and a generator, among various other components used to ensure proper energy conversion between the energy storage device and drive wheels, and / or vehicle engine.

Изображенные соединения между двигателем 20, устройством 18 преобразования энергии, трансмиссией 16 и ведущим колесом 14, могут указывать передачу механической энергии с одного компонента на другой, тогда как соединения между устройством 18 преобразования энергии и устройством 22 накопления энергии могут указывать передачу многообразия форм энергии, таких как электрическая, механическая, и т.д. Например, крутящий момент может передаваться с двигателя 20, чтобы приводить в движение ведущее колесо 14 транспортного средства, через трансмиссию 16. Как описано выше, устройство 22 накопления энергии может быть выполнено с возможностью работать в режиме генератора и/или режиме электродвигателя. В режиме генератора, система 10 может поглощать некоторую или всю выходную мощность из двигателя 20 и/или трансмиссии 16, что может уменьшать величину приводной выходной мощности, подаваемой на ведущее колесо 14. Кроме того, выходная мощность, принимаемая устройством преобразования энергии, может использоваться для зарядки устройства 22 накопления энергии. В качестве альтернативы, устройство 22 накопления энергии может принимать электрический заряд из внешнего источника 24 энергии, такого как штепсельное соединение для источника сетевого питания. В режиме электродвигателя, устройство преобразования энергии может подавать механическую выходную мощность на двигатель 20 и/или трансмиссию 16, например, используя электрическую энергию, накопленную в электрической батарее.The connections shown between the engine 20, the energy conversion device 18, the transmission 16 and the drive wheel 14 may indicate the transfer of mechanical energy from one component to another, while the connections between the energy conversion device 18 and the energy storage device 22 may indicate the transfer of a variety of forms of energy, such like electrical, mechanical, etc. For example, torque can be transmitted from the engine 20 to drive the drive wheel 14 of the vehicle via a transmission 16. As described above, the energy storage device 22 may be configured to operate in a generator mode and / or an electric motor mode. In generator mode, system 10 can absorb some or all of the output power from engine 20 and / or transmission 16, which can reduce the amount of drive output power supplied to drive wheel 14. In addition, the output power received by the energy conversion device can be used to charging the energy storage device 22. Alternatively, the power storage device 22 may receive an electric charge from an external power source 24, such as a plug connection for a power source. In electric motor mode, the energy conversion device can supply mechanical output to the engine 20 and / or transmission 16, for example, using electrical energy stored in an electric battery.

Варианты осуществления с гибридной силовой установкой могут включать в себя полностью гибридные системы, в которых транспортное средством может передвигаться только на двигателе, только устройстве преобразования энергии (например, электродвигателе) или комбинации того и другого. Также могут применяться вспомогательные или умеренные гибридные конфигурации, в которых двигатель является основным источником крутящего момента с гибридной силовой установкой, действующей, чтобы избирательно выдавать добавочный крутящий момент, например, во время увеличения нагрузки на двигатель при постоянном числе оборотов или других условий. Кроме того еще, также могут использоваться системы стартера/генератора и/или генератора переменного тока с развитой логикой.Embodiments with a hybrid propulsion system may include fully hybrid systems in which a vehicle can only be driven by an engine, only an energy conversion device (eg, an electric motor), or a combination of the two. Auxiliary or moderate hybrid configurations may also be used in which the engine is the main source of torque with a hybrid power plant operating to selectively provide additional torque, for example, during an increase in engine load at a constant speed or other conditions. In addition, starter / alternator and / or alternator systems with advanced logic can also be used.

Из вышеприведенного, должно быть понятно, что примерная гибридная силовая установка способна к различным режимам работы. Например, в первом режиме, двигатель 20 включен и действует в качестве источника крутящего момента, приводящего в движение ведущее колесо 14. В этом случае, транспортное средство эксплуатируется в режиме «включенного двигателя», и топливо подается в двигатель 20 (изображено подробнее на фиг. 2) из топливной системы 100. Топливная система 100 включает в себя систему 110 восстановления паров топлива для накопления паров топлива и снижения выбросов из силовой установки 10 транспортного средства с гибридным приводом.From the above, it should be clear that an exemplary hybrid powerplant is capable of various modes of operation. For example, in the first mode, the engine 20 is turned on and acts as a source of torque driving the drive wheel 14. In this case, the vehicle is operated in “on engine” mode and fuel is supplied to the engine 20 (shown in more detail in FIG. 2) from the fuel system 100. The fuel system 100 includes a fuel vapor recovery system 110 for accumulating fuel vapor and reducing emissions from a hybrid vehicle power plant 10.

В другом режиме, силовая установка может действовать с использованием устройства 18 преобразования энергии (например, электродвигателя) в качестве источника крутящего момента, приводящего в движение транспортное средство. Этот режим «выключенного двигателя» может применяться во время торможения, низких скоростей, в то время как останавливается на светофорах, и т.д. В еще одном другом режиме, который может указываться ссылкой как режим «содействия», альтернативный источник крутящего момента может дополнять и действовать совместно с крутящим моментом, выдаваемым двигателем 20. Как указано выше, устройство 18 преобразования энергии также может работать в режиме генератора, в котором крутящий момент поглощается из двигателя 20 и/или трансмиссии 16. Более того, устройство 18 преобразования энергии может действовать для усиления или поглощения крутящего момента во время переходов двигателя 20 между разными режимами сгорания (например, во время переходов между режимом искрового зажигания и режимом зажигания от сжатия).In another mode, the power plant may operate using an energy conversion device 18 (eg, an electric motor) as a source of torque driving the vehicle. This “engine off” mode can be applied during braking, low speeds, while stopping at traffic lights, etc. In yet another mode, which may be referred to as an “assist” mode, an alternate torque source can complement and act in conjunction with the torque provided by the engine 20. As indicated above, the energy conversion device 18 can also operate in a generator mode in which torque is absorbed from the engine 20 and / or transmission 16. Moreover, the energy conversion device 18 may act to amplify or absorb torque during the transitions of the engine 20 between different Combustion Mode (e.g., during a transition between spark ignition mode and compression ignition mode).

Различные компоненты, описанные выше со ссылкой на фиг. 1, могут управляться системой 41 управления транспортным средством, которая включает в себя контроллер 12 со считываемыми компьютером инструкциями для выполнения программ и подпрограмм для регулирования систем транспортного средства, множество датчиков 42 и множество исполнительных механизмов 44. Различные процедуры и подпрограммы обсуждены ниже.The various components described above with reference to FIG. 1 can be controlled by a vehicle control system 41, which includes a controller 12 with computer-readable instructions for executing programs and routines for regulating vehicle systems, a plurality of sensors 42, and a plurality of actuators 44. Various procedures and subroutines are discussed below.

Фиг. 2 показывает принципиальную схему примерного цилиндра многоцилиндрового двигателя 20 внутреннего сгорания. Двигатель 20 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала РР положения педали.FIG. 2 shows a circuit diagram of an example cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine 20. The engine 20 may be controlled, at least in part, by a control system including a controller 12, and input signals from the vehicle driver 132 through the input device 130. In this example, the input device 130 includes an accelerator pedal and a pedal position sensor 134 for generating a proportional pedal position signal PP.

Цилиндр 30 сгорания двигателя 20 может включать в себя стенки 32 цилиндра сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Цилиндр 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 45 через впускной канал 43 и могут выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 45 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с цилиндром 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.The combustion cylinder 30 of the engine 20 may include walls 32 of the combustion cylinder with a piston 36 located therein. The piston 36 may be coupled to the crankshaft 40 so that the reciprocating motion of the piston is converted into rotational motion of the crankshaft. The crankshaft 40 may be coupled to the at least one drive wheel of the vehicle via an intermediate transmission system. The combustion cylinder 30 may receive intake air from the intake manifold 45 through the inlet channel 43 and may release gaseous products of exhaust gas combustion through the exhaust channel 48. The intake manifold 45 and the exhaust channel 48 may selectively communicate with the combustion cylinder 30 through the respective intake valve 52 and exhaust valve 54. In some embodiments, the combustion cylinder 30 may include two or more intake valves and / or two or more exhaust valves.

В этом примере, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (WT) и/или регулируемого подъема клапана (WL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Чтобы давать возможность выявления положения кулачков, системы 51 и 53 кулачкового привода должны иметь зубчатые колеса. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством приведения в действие клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.In this example, the intake valve 52 and exhaust valve 54 can be controlled by actuating the cams through respective cam drive systems 51 and 53. Each of the cam drive systems 51 and 53 may include one or more cams and may use one or more of a cam profile changeover (CPS), cam phase adjustment (VCT), variable valve timing (WT) and / or adjustable valve lift (WL), which can be controlled by a controller 12 to change the operation of the valves. To enable cam position detection, cam drive systems 51 and 53 must have gears. The position of the intake valve 52 and exhaust valve 54 may be detected by position sensors 55 and 57, respectively. In alternative embodiments, the inlet valve 52 and / or the exhaust valve 54 may be controlled by driving an electromagnetic control valve. For example, cylinder 30, alternatively, may include an inlet valve controlled by actuating a solenoid valve, and an exhaust valve controlled through a cam drive including CPS and / or VCT systems.

Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в цилиндр 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку цилиндра сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую - распределитель топлива. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном канале 43, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно как впрыск топлива во впускное окно, выше по потоку от цилиндра 30 сгорания.The fuel injector 66 is shown connected directly to the combustion cylinder 30 for injecting fuel directly into it in proportion to the pulse width of the FPW signal received from the controller 12 through the electronic driver 68. Thus, the fuel injector 66 provides what is known as direct fuel injection into the cylinder 30 combustion. A fuel nozzle, for example, can be mounted on the side of the combustion cylinder or on top of the combustion chamber. Fuel may be supplied to fuel injector 66 by a fuel system (not shown) including a fuel tank, a fuel pump, and a fuel dispenser rail. In some embodiments, the combustion cylinder 30, alternatively or additionally, may include a fuel nozzle arranged in the inlet channel 43 in a configuration that provides what is known as injecting fuel into the inlet upstream of the cylinder 30 combustion.

Впускной канал 43 может включать в себя клапан 74 управления движением заряда (CMCV) и заслонку 72 CMCV, и также может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, включенный дросселем 62, конфигурацией, которая может указываться ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие, чтобы регулировать всасываемый воздух, выдаваемый в цилиндр 30 сгорания, среди других цилиндров сгорания двигателя. Впускной канал 43 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.The inlet 43 may include a charge control valve (CMCV) 74 and a CMCV damper 72, and may also include a throttle 62 having a throttle valve 64. In this particular example, the position of the throttle valve 64 may be controlled by the controller 12 by means of signals issued to an electric motor or actuator included by inductor 62, a configuration that may be referred to as an electronic inductor control (ETC). Thus, the throttle 62 may be actuated to regulate the intake air discharged into the combustion cylinder 30, among other combustion cylinders of the engine. The inlet channel 43 may include a mass air flow sensor 120 and a manifold air pressure sensor 122 for providing respective MAF and MAP signals to the controller 12.

Датчик 126 отработавших газов показан присоединенным к выпускному каналу 48 выше по потоку от каталитического нейтрализатора 70 отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (подогреваемый EGO), датчик содержания NOx, НС, или СО. Система выпуска может включать в себя розжиговые каталитические нейтрализаторы и каталитические нейтрализаторы низа кузова, а также выпускной коллектор, расположенные выше по потоку и/или ниже по потоку датчики топливо-воздушного соотношения. Каталитический нейтрализатор 7 0 отработавших газов может включать в себя многочисленные блоки нейтрализатора в одном из примеров. В еще одном примере, могут использоваться многочисленные устройства снижения токсичности выбросов, каждое с многочисленными брикетами. Каталитический нейтрализатор 70 отработавших газов, в одном из примеров, может быть каталитическим нейтрализатором трехкомпонентного типа.An exhaust gas sensor 126 is shown connected to an exhaust channel 48 upstream of the exhaust gas catalyst 70. Sensor 126 may be any suitable sensor for reading the fuel / air ratio in the exhaust gas, such as a linear oxygen sensor or UEGO (universal or wide-range oxygen sensor for exhaust gases), a dual-mode oxygen sensor or EGO, HEGO (heated EGO), content sensor NO x , HC, or WITH. The exhaust system may include ignition catalytic converters and catalytic converters of the bottom of the body, as well as an exhaust manifold located upstream and / or downstream of the fuel-air ratio sensors. The catalytic converter 7 0 of the exhaust gas may include multiple converter units in one example. In yet another example, multiple emission control devices may be used, each with multiple briquettes. The catalytic converter 70 of the exhaust gas, in one example, may be a three-way catalytic converter.

Контроллер 12 показан на фиг. 2 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 109 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы и информацию с датчиков, присоединенных к двигателю 20, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; в некоторых примерах, сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40, может быть по выбору включен в состав; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Датчик 118 на эффекте Холла по выбору может быть включен в двигатель 20, поскольку он действует в рабочем объеме, подобном лазерной системе двигателя, описанной в материалах настоящей заявки. Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано считываемыми компьютером данными, представляющими собой инструкции, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, описанных ниже, а также их вариантов.Controller 12 is shown in FIG. 2 as a microcomputer including a microprocessor unit 102, input / output ports 104, an electronic storage medium for executable programs and calibration values, shown as a read-only memory chip 106 in this particular example, random access memory 108, standby memory 109, and data bus. The controller 12 may receive various signals and information from sensors connected to the engine 20, in addition to those signals discussed previously, including the measurement of input mass air flow (MAF) from the mass air flow sensor 120; engine coolant temperature (ECT) from a temperature sensor 112 connected to the cooling pipe 114; in some examples, a Profile Ignition Reading (PIP) signal from a Hall effect sensor (or other type) 118 connected to the crankshaft 40 may optionally be included; throttle position (TP) with throttle position sensor; and an absolute manifold pressure signal, MAP, from sensor 122. The Hall effect sensor 118 can optionally be included in engine 20 because it operates in a working volume similar to the laser engine system described herein. The read-only memory device 106 of the storage medium may be programmed with computer-readable data representing instructions executed by the processor 102 to perform the methods described below, as well as their variants.

Двигатель 20 дополнительно включает в себя лазерную систему 92 зажигания. Лазерная система 92 зажигания включает в себя задающий генератор 88 лазерного излучения и блок 90 управления лазером (LCU). LCU 90 побуждает задающий генератор 88 лазерного излучения вырабатывать энергию лазерного излучения. LCU 90 может принимать операционные инструкции из контроллера 12. Задающий генератор 88 лазерного излучения включает в себя часть 86 лазерной накачки и часть 84 сведения излучения. Часть 84 ведения излучения сводит лазерное излучение, выработанное частью 86 накачки лазера, в фокусной точке 82 лазера цилиндра 30 сгорания.The engine 20 further includes a laser ignition system 92. The laser ignition system 92 includes a laser driver 88 and a laser control unit (LCU) 90. The LCU 90 causes the laser driver 88 to generate laser energy. The LCU 90 may receive operational instructions from the controller 12. The laser driver 88 includes a laser pumping portion 86 and a radiation information portion 84. The radiation conducting part 84 reduces the laser radiation generated by the laser pumping part 86 at the focal point 82 of the laser of the combustion cylinder 30.

Лазерная система 92 зажигания выполнена с возможностью работать в большем, чем один рабочий объем, с синхронизацией каждой операции на основании положения двигателя по четырехтактному циклу сгорания. Например, энергия лазерного излучения может использоваться для зажигания топливо/воздушной смеси во время рабочего такта двигателя, в том числе, во время проворачивания коленчатого вала двигателя, операции прогрева двигателя и работы прогретого двигателя. Когда используется для зажигания топливо-воздушной смеси в цилиндре, лазерная система зажигания может эксплуатироваться в режиме более высокой мощности с испусканием лазерных импульсов более высокой интенсивности энергии. Топливо, впрыскиваемое топливной форсункой 66, может формировать топливо/воздушную смесь во время по меньшей мере части такта впуска, где воспламенение топливо/воздушной смеси энергией лазерного излучения, вырабатываемой задающим генератором 88 лазерного излучения, начинает сгорание негорючей в ином случае топливо/воздушной смеси и вытесняет поршень 36 вниз.The laser ignition system 92 is configured to operate in more than one working volume, with the synchronization of each operation based on the position of the engine in a four-cycle combustion cycle. For example, laser radiation energy can be used to ignite the fuel / air mixture during the engine’s operating cycle, including while cranking the engine, the operation of warming up the engine and the operation of the warm engine. When used to ignite a fuel-air mixture in a cylinder, the laser ignition system can be operated in a higher power mode with the emission of laser pulses of higher energy intensity. The fuel injected by the fuel injector 66 may form a fuel / air mixture during at least a portion of the intake stroke, where the ignition of the fuel / air mixture by the laser radiation generated by the laser driver 88 causes the combustion of the otherwise non-combustible fuel / air mixture and forces piston 36 down.

В качестве еще одного примера, лазерная система 92 зажигания может эксплуатироваться для определения положения поршня в цилиндре во время условий, когда двигатель выведен из работы, и сгорание в цилиндрах не происходит. Когда используется для определения положения поршня, лазерная система зажигания может эксплуатироваться в режиме более низкой мощности с испусканием лазерных импульсов более низкой интенсивности энергии. Система 14 временного детектирования, включающая в себя по меньшей мере первую схему измерения времени с более низким разрешением и вторую схему измерения времени с более высоким разрешением, может быть присоединена к лазерной системе зажигания и может использоваться для точной оценки времени, истекшего после испускания лазерного импульса лазерным излучателем, и детектированием лазерного импульса, сопровождающего отражение от верхней поверхности поршня цилиндра, детектором 94. Выходные данные схем измерения времени могут преобразовываться в значение расстояния для точной идентификации положения поршня.As another example, the laser ignition system 92 can be used to determine the position of the piston in the cylinder during conditions when the engine is out of operation and combustion in the cylinders does not occur. When used to determine the position of the piston, the laser ignition system can be operated in a lower power mode with the emission of laser pulses of lower energy intensity. A time detection system 14 including at least a first lower resolution time measuring circuit and a second higher resolution time measuring circuit can be connected to a laser ignition system and can be used to accurately estimate the time elapsed after a laser pulse is emitted by a laser the emitter, and detecting the laser pulse accompanying the reflection from the upper surface of the piston of the cylinder by the detector 94. The output of the time measuring circuits can transform Use the distance value to accurately identify the position of the piston.

LCU 90 может управлять задающим генератором 88 лазерного излучения, чтобы фокусировать энергию лазерного излучения в разных местоположениях в зависимости от условий эксплуатации. Например, энергия лазерного излучения может фокусироваться в первом местоположении в стороне от стенки 32 цилиндра в пределах внутренней области цилиндра 30, для того чтобы воспламенять топливо/воздушную смесь. В одном из вариантов осуществления, первое местоположение может находиться возле верхней мертвой точки (ВМТ, TDC) рабочего такта. Кроме того, LCU 90 может направлять задающий генератор 88 лазерного излучения, чтобы вырабатывать первое множество импульсов лазерного излучения, направленных в первое местоположение, и первое сгорание от состояния покоя может принимать энергию лазерного излучения из задающего генератора 88 лазерного излучения, которая является большей, чем энергия лазерного излучения, выдаваемая в первое местоположение для более поздних сгораний.The LCU 90 may control the laser driver 88 to focus the laser energy at different locations depending on operating conditions. For example, laser energy can be focused at a first location away from the cylinder wall 32 within the interior of the cylinder 30 in order to ignite the fuel / air mixture. In one embodiment, the first location may be near the top dead center (TDC) of the work cycle. In addition, the LCU 90 may direct the laser driver 88 to generate a first plurality of laser pulses directed to the first location, and the first combustion from the rest state can receive laser energy from the laser driver 88, which is greater than the energy laser radiation emitted to a first location for later burnings.

Контроллер 12 управляет LCU 90 и имеет несъемный считываемый компьютером запоминающий носитель, включающий в себя компьютерную программу для настройки местоположения подачи энергии лазерного излучения на основании температуры, например, ЕСТ. Энергия лазерного излучения может направляться в разные местоположения внутри цилиндра 30. Контроллер 12 также может заключать в себе дополнительные или альтернативные датчики для определения режима работы двигателя 20, в том числе, дополнительные датчики температуры, датчики давления, датчики крутящего момента, а также датчики, которые выявляют частоту вращения двигателя, количество воздуха и величину впрыска топлива. Дополнительно или в качестве альтернативы, LCU 90 может поддерживать прямую связь с различными датчикам, такими как датчики температуры для выявления ЕСТ, для определения режима работы двигателя 20.The controller 12 controls the LCU 90 and has a non-removable computer-readable storage medium including a computer program for adjusting the location of the laser energy supply based on temperature, for example, ECT. Laser energy can be directed to different locations within the cylinder 30. The controller 12 can also include additional or alternative sensors to determine the operating mode of the engine 20, including additional temperature sensors, pressure sensors, torque sensors, as well as sensors that reveal the engine speed, the amount of air and the amount of fuel injection. Additionally or alternatively, the LCU 90 may communicate directly with various sensors, such as temperature sensors to detect ECT, to determine the operating mode of the engine 20.

Как описано выше, фиг. 2 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, лазерную систему зажигания, и т.д.As described above, FIG. 2 shows only one cylinder of a multi-cylinder engine, and each cylinder may likewise include its own set of intake / exhaust valves, fuel injector, laser ignition system, etc.

Фиг. 3 иллюстрирует, каким образом лазерная система 92 может испускать импульсы в направлении поршня 36 в цилиндре 30, описанном выше со ссылкой на фиг. 2. Импульсы, испускаемые лазерной системой 92, например, импульс 302, показанный на фиг. 3, могут направляться в направлении верхней поверхности 313 поршня 306. Импульс 302 может отражаться от верхней поверхности 313 поршня, и обратный импульс, например, импульс 304, может приниматься лазерной системой 92, который затем может использоваться для определения положения поршня 36 внутри цилиндра. Импульсы, испускаемые лазерной системой 92, могут иметь разные энергии, которые являются результатом разных режимов мощности лазера. Например, лазерные импульсы, испускаемые, когда лазерное устройство эксплуатируется в режиме более высокой мощности, или режиме зажигания, могут иметь более высокие энергии, наряду с тем, что лазерные импульсы, испускаемые, когда лазерное устройство эксплуатируется в режиме более низкой мощности, или режиме определения положения, могут иметь более низкие энергии. Лазерная система зажигания с многочисленными режимами работы дает особые преимущества, поскольку лазер может приводиться в действие в режиме с высокой мощностью для зажигания топливо/воздушной смеси или в режиме низкой мощности для контроля положения, скорости, и т.д., поршня.FIG. 3 illustrates how the laser system 92 can emit pulses in the direction of the piston 36 in the cylinder 30 described above with reference to FIG. 2. The pulses emitted by the laser system 92, for example, the pulse 302 shown in FIG. 3 can be directed towards the upper surface 313 of the piston 306. The pulse 302 can be reflected from the upper surface 313 of the piston, and a reverse pulse, for example, a pulse 304, can be received by a laser system 92, which can then be used to determine the position of the piston 36 inside the cylinder. The pulses emitted by the laser system 92 may have different energies, which are the result of different laser power modes. For example, laser pulses emitted when the laser device is operated in a higher power mode or ignition mode can have higher energies, while laser pulses emitted when the laser device is operated in a lower power mode or detection mode positions may have lower energies. A laser ignition system with multiple operating modes offers particular advantages since the laser can be driven in high power mode to ignite the fuel / air mixture or in low power mode to control the position, speed, etc. of the piston.

Фиг. 3 показывает примерную работу лазерной системы 92, которая включает в себя задающий генератор 88 лазерного излучения, систему 94 обнаружения и LCU 90. LCU 90 побуждает задающий генератор 88 лазерного излучения вырабатывать энергию лазерного излучения, которая затем может направляться на верхнюю поверхность 313 поршня 36, как показано на 302. LCU 90 может принимать операционные инструкции, такие как режим мощности, из контроллера 12. При не воспламенении топливно/воздушной смеси на высокой мощности, лазерная система 92 может испускать импульс низкой мощности для точного измерения расстояния от верха цилиндра до поршня. Например, во время зажигания, используемый лазерный импульс может подвергаться быстрой пульсации с высокой энергоемкостью, чтобы воспламенять топливо/воздушную смесь. Наоборот, во время определения положения поршня, используемый лазерный импульс может раскачивать частоту с низкой энергоемкостью, чтобы определять положение поршня. Например, частотная модуляция лазера с периодически повторяющимся линейным изменением частоты может использоваться для определения положений одного или более поршней в двигателе. Датчик 94 обнаружения может быть расположен в верхней части цилиндра в качестве части лазера и может принимать обратный импульс 304, отраженный от верхней поверхности 313 поршня 36. После испускания лазерного излучения, световая энергия, которая отражена от поршня, может детектироваться датчиком.FIG. 3 shows an example operation of a laser system 92, which includes a laser driver 88, a detection system 94 and an LCU 90. The LCU 90 causes the laser driver 88 to generate laser radiation, which can then be directed to the upper surface 313 of the piston 36 as shown in 302. LCU 90 can receive operational instructions, such as power mode, from controller 12. If the fuel / air mixture is not ignited at high power, laser system 92 can emit a low power pulse and to accurately measure the distance from the top of the cylinder to the piston. For example, during ignition, the laser pulse used can undergo rapid pulsation with high energy intensity to ignite the fuel / air mixture. Conversely, during the determination of the position of the piston, the laser pulse used can swing the frequency with low energy intensity to determine the position of the piston. For example, a frequency modulated laser with a periodically repeating ramp can be used to determine the position of one or more pistons in an engine. The detection sensor 94 may be located in the upper part of the cylinder as part of the laser and may receive a return pulse 304 reflected from the upper surface 313 of the piston 36. After emitting laser radiation, the light energy that is reflected from the piston can be detected by the sensor.

Разность времени между испусканием лазерного импульса и детектированием отраженного импульса детектором может определяться системой 14 временного детектирования, присоединенной к LCU. Система временного детектирования может включать в себя схемы измерения времени, которые запускаются, когда лазерный импульс испускается, и останавливаются, когда лазерный импульс детектирован. Многочисленные схемы измерения времени могут быть сконфигурированы отличающимся количеством элементов схемы, которые, тем самым, оказывают влияние на разрешение схемы. Например, схема измерения времени с большим количество элементов схемы и более высоким разрешением может давать оценку времени в пикосекундном временном диапазоне наряду с тем, что схема измерения времени с меньшим количество элементов схемы и более низким разрешением может давать оценку времени в наносекундном временном диапазоне. Посредством комбинирования выходных данных двух схем, могут получаться более точные выходные данные времени, которые затем могут преобразовываться в более точное значение расстояния с использованием одного или более алгоритмов преобразования времени в расстояние.The time difference between the emission of the laser pulse and the detection of the reflected pulse by the detector can be determined by the time detection system 14 connected to the LCU. A time detection system may include time measuring circuits that start when a laser pulse is emitted and stop when a laser pulse is detected. Numerous time measurement circuits can be configured with a different number of circuit elements, which thereby affect the resolution of the circuit. For example, a time measurement circuit with a large number of circuit elements and a higher resolution can give an estimate of the time in the picosecond time range, while a time measurement circuit with a smaller number of circuit elements and a lower resolution can give an estimate of the time in the nanosecond time range. By combining the output of the two circuits, more accurate time output can be obtained, which can then be converted to a more accurate distance value using one or more time to distance conversion algorithms.

В альтернативных примерах, расположение поршня может определяться способами модуляции частоты f с использованием частотно модулированных лазерных пучков с периодически повторяющимся линейным изменением частоты. В качестве альтернативы, способы фазового сдвига могут использоваться для определения расстояния. Например, посредством обнаружения доплеровского сдвига или посредством сравнения образцовых положений в два разных момента времени, может логически выводиться информация о положении, скорости поршня и числе оборотов двигателя (измерение RPM). Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 в таком случае может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно, для того чтобы идентифицировать фактическое положение двигателя. Как только положение и/или скорость каждого поршня в двигателе были определены, контроллер, например, контроллер 12, может обрабатывать информацию, чтобы определять позиционное состояние или режим работы двигателя. Такие позиционные состояния двигателя, основанные на положениях поршней, определенных посредством лазеров, дополнительно могут быть основаны на геометрии двигателя. Например, позиционное состояние двигателя может зависеть от того, является ли двигатель V-образным двигателем или рядным двигателем. Сигналы же относительного положения двигателя указывают, что двигатель был синхронизирован. Кроме того, информация о системе также может использоваться для определения угла поворота кривошипа и положения кулачков, для того чтобы находить информацию для ВМТ и нижней мертвой точки (НМТ, BDC) для каждого поршня в двигателе.In alternative examples, the location of the piston may be determined by modulating the frequency f using frequency modulated laser beams with a periodically repeating ramp. Alternatively, phase shift methods may be used to determine the distance. For example, by detecting a Doppler shift or by comparing model positions at two different points in time, information about the position, piston speed, and engine speed (RPM measurement) can be logically displayed. The position of the intake valve 52 and exhaust valve 54 can then be detected by position sensors 55 and 57, respectively, in order to identify the actual position of the engine. Once the position and / or speed of each piston in the engine has been determined, the controller, for example, controller 12, can process information to determine the positional state or operation of the engine. Such positional states of the engine, based on the positions of the pistons determined by the lasers, can further be based on the geometry of the engine. For example, the positional state of an engine may depend on whether the engine is a V-engine or an in-line engine. Signals of the relative position of the engine indicate that the engine has been synchronized. In addition, system information can also be used to determine crank angle and cam position in order to find information for TDC and bottom dead center (BDC) for each piston in the engine.

Например, контроллер 12 может управлять LCU 90 и может включать в себя постоянный считываемый компьютером запоминающий носитель, включающий в себя управляющую программу для настройки местоположения подачи энергии лазерного излучения на основании условий эксплуатации, например, на основании положения поршня 36 относительно ВМТ. Энергия лазерного излучения может направляться в разные местоположения внутри цилиндра 30, как описано ниже со ссылкой на фиг. 4. Контроллер 12 также может заключать в себе дополнительные или альтернативные датчики для определения режима работы двигателя 20, в том числе, дополнительные датчики температуры, датчики давления, датчики крутящего момента, а также датчики, которые выявляют частоту вращения двигателя, количество воздуха и величину впрыска топлива, как описано выше со ссылкой на фиг. 2. Дополнительно или в качестве альтернативы, LCU 90 может непосредственно поддерживать связь с различными датчикам, такими как датчики 118 на эффекте Холла, для определения режима работы двигателя 20.For example, the controller 12 may control the LCU 90 and may include a permanent computer-readable storage medium including a control program for adjusting the location of the laser energy supply based on operating conditions, for example, based on the position of the piston 36 relative to TDC. Laser energy can be directed to different locations within the cylinder 30, as described below with reference to FIG. 4. The controller 12 may also include additional or alternative sensors for determining the operating mode of the engine 20, including additional temperature sensors, pressure sensors, torque sensors, as well as sensors that detect the engine speed, air amount and injection amount fuel as described above with reference to FIG. 2. Additionally or alternatively, the LCU 90 can directly communicate with various sensors, such as Hall effect sensors 118, to determine the operating mode of the engine 20.

В некоторых примерах, система 20 двигателя может быть включена в транспортное средство, разработанное для выполнения выключения холостого хода, когда удовлетворены условия выключения холостого хода, и автоматического перезапуска двигателя, когда удовлетворены условия перезапуска. Такие системы выключения холостого хода могут повышать экономию топлива, снижать выбросы в отработавших газах, шум, и тому подобное. В таких двигателях, работа двигателя может прекращаться в произвольном положении в пределах ездового цикла.In some examples, the engine system 20 may be included in a vehicle designed to perform an idle shutdown when the idle shutdown conditions are met, and automatically restart the engine when the restart condition is satisfied. Such idle shutdown systems can increase fuel economy, reduce exhaust emissions, noise, and the like. In such engines, engine operation may be stopped at an arbitrary position within the driving cycle.

По началу процесса для возобновления работы двигателя, лазерная система может использоваться для определения специфичного положения двигателя. На основании этой оценки, лазерная система может производить определение в отношении того, какой цилиндр должен снабжаться топливом первым, для того чтобы начинать процесс возобновления работы двигателя из состояния покоя. В транспортных средствах, выполненных с возможностью выполнять операции выключения холостого хода, в которых остановки и перезапуски двигателя повторяются много раз во время операции вождения, остановка двигателя в требуемом положении может предусматривать запуски с более высокой повторяемостью, и таким образом, лазерная система может использоваться для измерения положения двигателя во время выключения (после выведения из работы впрыска топлива, искрового зажигания, и т.д.), в то время как двигатель прекращает вращение до состояния покоя, так что крутящий момент электродвигателя или другой момент сопротивления могут переменно прикладываться к двигателю в ответ на управление положением останова двигателя в требуемое положение останова.At the beginning of the process to resume engine operation, the laser system can be used to determine the specific position of the engine. Based on this assessment, the laser system can determine which cylinder should be first supplied with fuel in order to start the process of restarting the engine from a standstill. In vehicles configured to perform idle shutdown operations in which engine stops and restarts are repeated many times during the driving operation, stopping the engine at the desired position may include starts with higher repeatability, and thus the laser system can be used to measure engine position during shutdown (after deactivation of fuel injection, spark ignition, etc.), while the engine stops rotation to the state of oya, so that the torque of the motor or other resistance torque can be variably applied to the motor in response to the engine stop position control to the desired stop position.

В еще одном варианте осуществления, когда транспортное средство глушит свой двигатель, так как электродвигатель выключается, или так как транспортное средство решает работать в электрическом режиме, цилиндры двигателя могут в конечном счете останавливаться неуправляемым образом, что касается положения поршня 36 в цилиндре 30 сгорания и положений впускного клапана 52 и выпускного клапана 54.In yet another embodiment, when the vehicle shuts off its engine because the electric motor is turned off, or since the vehicle decides to operate in electric mode, the engine cylinders may ultimately stop in an uncontrolled manner with regard to the position of the piston 36 in the combustion cylinder 30 and the positions inlet valve 52 and exhaust valve 54.

Для двигателя с четырьмя или более цилиндров, всегда может быть цилиндр, расположенный между закрыванием выпускного клапана (EVC) и закрыванием впускного клапана (IVC), когда коленчатый вал находится в состоянии покоя.For an engine with four or more cylinders, there can always be a cylinder located between closing the exhaust valve (EVC) and closing the intake valve (IVC) when the crankshaft is idle.

Далее, с обращением к фиг. 11-12, показаны примерные варианты осуществления системы (14) временного детектирования по фиг. 1-3. Система применяет многочисленные схемы измерения времени, каждая использует цепочку элементов схемы. Посредством использования импульсного способа для измерения с преобразованием времени в расстояние с помощью тактового генератора, который запускается пусковым импульсом, а останавливается обратным импульсом, могут достигаться выходные данные времени высокого разрешения. В таком случае, посредством преобразования измерения времени в измерение расстояния с использованием уравнения или алгоритма, который включает в себя скорость света, разрешение системы измерения времени существенно улучшается, например, с грубых выходных данных в наносекундном диапазоне до точных выходных данных в пикосекундном диапазоне. В варианте осуществления по фиг. 11, система 1100 временного детектирования включает в себя первую, грубую схему 1120 измерения времени и вторую, точную схему 1121 измерения времени. Первая и вторая схемы измерения времени могут иметь разные разрешения. В изображенном примере, первая схема 1120 измерения времени является схемой более грубого измерения времени (имеющей более низкое разрешение) наряду с тем, что вторая схема 1121 измерения времени является схемой более точного измерения времени (имеющей более высокое разрешение). Грубая схема измерения времени используется для измерения длинных периодов времени (например, больших, чем 1 нс) наряду с тем, что схема более точного измерения времени используется для выполнения точных измерений времени в пределах одиночного такта (например, в пределах 1 нс, таких как в пикосекундном диапазоне).Next, with reference to FIG. 11-12, exemplary embodiments of the time detection system (14) of FIG. 1-3. The system uses numerous time measurement schemes, each using a chain of circuit elements. By using a pulse method for measuring time-to-distance measurement using a clock that is triggered by a trigger pulse and stopped by a reverse pulse, high-resolution time output can be achieved. In this case, by converting the time measurement into a distance measurement using an equation or algorithm that includes the speed of light, the resolution of the time measurement system is significantly improved, for example, from coarse output in the nanosecond range to accurate output in the picosecond range. In the embodiment of FIG. 11, the time detection system 1100 includes a first, crude time measurement circuit 1120 and a second, accurate time measurement circuit 1121. The first and second time measurement schemes may have different resolutions. In the illustrated example, the first time measurement circuit 1120 is a coarser time measurement circuit (having a lower resolution), while the second time measurement circuit 1121 is a more accurate time measurement circuit (having a higher resolution). A rough time measurement scheme is used to measure long periods of time (for example, longer than 1 ns), while a more accurate time measurement scheme is used to make accurate time measurements within a single clock cycle (for example, within 1 ns, such as picosecond range).

Каждая из первой и второй схемы 1120, 1121 измерения времени может поддерживать связь с контроллером 12, которым может быть ЦПУ. В одном из примеров, первая схема 1120 измерения времени может быть внутренней по отношению к контроллеру 12 (или ЦПУ) наряду с тем, что вторая схема 1121 измерения времени присоединена с возможностью связи к контроллеру.Each of the first and second time measuring circuits 1120, 1121 may communicate with a controller 12, which may be a CPU. In one example, the first time measurement circuit 1120 may be internal to the controller 12 (or CPU), while the second time measurement circuit 1121 is communicatively coupled to the controller.

Каждая из первой и второй схем измерения времени может содержать множество элементов схемы. В некоторых вариантах осуществления, первая и вторая схемы измерения времени могут иметь отличающееся количество элементов схемы. Например, схема измерения времени с более высоким разрешением может иметь большее количество элементов схемы, чем схема измерения времени с более низким разрешением. В частности, разрешение второй схемы измерения времени может быть основано на количестве элементов схемы во второй схеме измерения времени. Например, по мере того, как увеличивается количество элементов схемы во второй схеме измерения времени, разрешение второй схемы измерения времени может повышаться. Например, вторая схема измерения времени, имеющая 106 элементов схемы, может иметь разрешение 0,001 пс наряду с тем, что вторая схема измерения времени, имеющая 103 элементов схемы, может иметь разрешение 1 пс. Кроме того, количество элементов схемы может настраиваться, так чтобы диапазон (то есть, верхнее пороговое значение или максимальныеEach of the first and second time measuring circuits may comprise a plurality of circuit elements. In some embodiments, the first and second time measuring circuits may have a different number of circuit elements. For example, a higher resolution time measuring circuit may have more circuit elements than a lower resolution time measuring circuit. In particular, the resolution of the second time measurement circuit may be based on the number of circuit elements in the second time measurement circuit. For example, as the number of circuit elements in the second time measurement circuit increases, the resolution of the second time measurement circuit may increase. For example, a second time measurement circuit having 10 6 circuit elements may have a resolution of 0.001 ps, while a second time measurement circuit having 10 3 circuit elements may have a resolution of 1 ps. In addition, the number of circuit elements can be adjusted so that the range (i.e., the upper threshold value or maximum

выходные данные) второй схемы измерения времени был по существу таким же, как разрешение первой схемы измерения времени (то есть, нижние пороговые или минимальные выходные данные первой схемы). Например, максимальные выходные данные второй схемы измерения времени могут иметь значение 1 нс наряду с тем, что минимальные выходные данные первой схемы измерения времени могут иметь значения 1 нс.the output) of the second time measurement circuit was essentially the same as the resolution of the first time measurement circuit (i.e., lower threshold or minimum output of the first circuit). For example, the maximum output of the second time measurement circuit may have a value of 1 ns, while the minimum output of the first time measurement circuit may have a value of 1 ns.

Как конкретизировано ниже, множество элементов схемы второй схемы 1222 измерения времени может быть присоединено к соответственным триггерам-защелкам. Посредством выборки выходных данных триггеров-защелок, может производиться определение положения высокого разрешения. Как конкретизировано на фиг. 10 и фиг. 15, контроллер сначала может эксплуатировать только первую схему измерения времени и использовать выходные данные первой схемы измерения времени, чтобы определять, когда следует запускать вторую схему измерения времени. Например, если первая схема измерения времени дает начальные грубые выходные данные времени, указывающие значение времени между 10 нс и 11 нс, то на последующем проходе, каждая из первой и второй схем измерения времени могут эксплуатироваться с второй схемой измерения времени, запускаемой с задержкой, соответствующей 10 нс (например, когда первая схема измерения времени достигла метки 10 нс). Выходные данные обеих схем затем могут комбинироваться для узнавания значения времени высокого разрешения.As specified below, a plurality of circuit elements of the second time measuring circuit 1222 may be coupled to respective latch triggers. By sampling the output of the latch triggers, a high resolution position can be determined. As specified in FIG. 10 and FIG. 15, the controller may initially operate only the first time measurement circuit and use the output of the first time measurement circuit to determine when the second time measurement circuit should be started. For example, if the first time measurement circuitry gives an initial rough time output indicating a time value between 10 ns and 11 ns, then in a subsequent pass, each of the first and second time measurement circuits can be operated with a second time measurement circuit that starts with a delay corresponding to 10 ns (for example, when the first time measurement circuit reached 10 ns). The output from both circuits can then be combined to find out the high resolution time value.

Фиг. 12 показывает альтернативный вариант осуществления системы 1250 временного детектирования, включающей в себя первую, грубую схему 1220 измерения времени и вторую, точную схему 1222 измерения времени. В материалах настоящей заявки, вторая схема измерения времени с более высоким разрешением включает в себя две полутактовых точных схемы 1224а и 1224b измерения времени. Две полутактовых схемы измерения времени вместе покрывают длительность одиночного такта первой схемы 1220 измерения времени. Как конкретизировано ниже, каждый из двух полутактовых компонентов второй схемы измерения времени включает в себя множество элементов схемы, присоединенных к соответственным триггерам-защелкам. Посредством выборки выходных данных триггеров-защелок, может производиться определение положения высокого разрешения. Если бы измеренный сигнал не был измерен в пределах времени, которое требуется, чтобы полностью зарядить всю цепочку элементов схемы полутактовой схемы измерения времени, цепочке было бы необходимо очищаться посредством сброса заряда конденсаторов. Поскольку ограничитель тока ограничительной схемы побуждал бы операцию очистки также занимать существенное время, предусмотрена вторая полутактовая схема измерения времени. Это проставляет второй полутактовой схеме измерения времени возможность использоваться, в то время как очищается первая полутактовая схема измерения времени. Таким образом, две полутактовых схемы измерения времени используются поочередно или взаимоисключающе.FIG. 12 shows an alternative embodiment of a time detection system 1250 including a first, rough time measurement circuit 1220 and a second, accurate time measurement circuit 1222. In the materials of this application, the second higher resolution time measurement circuit includes two half-cycle accurate time measurement circuits 1224a and 1224b. Two half-cycle time measuring circuits together cover a single clock duration of the first time measuring circuit 1220. As specified below, each of the two half-cycle components of the second time measuring circuit includes a plurality of circuit elements coupled to respective latch triggers. By sampling the output of the latch triggers, a high resolution position can be determined. If the measured signal had not been measured within the time it takes to fully charge the entire chain of circuit elements of a half-cycle time measurement circuit, the circuit would need to be cleaned by resetting the capacitor charge. Since the current limiter of the restriction circuit would cause the cleaning operation to also take a substantial amount of time, a second half-cycle time measurement circuit is provided. This affords the second time-lapse clock measurement scheme the ability to be used, while the first time-lapse time measurement circuit is cleared. Thus, two half-cycle time measuring circuits are used alternately or mutually exclusive.

Как у варианта осуществления по фиг. 11, в варианте осуществления по фиг. 12, первая и вторая схемы измерения времени могут иметь разные разрешения, причем, первая схема 1220 измерения времени сконфигурирована в качестве схемы более грубого измерения времени (имеющей более низкое разрешение), а вторая схема 1222 измерения времени (включающая в себя каждую из первой и второй полутактовых схем измерения времени) сконфигурирована в качестве схемы более точного измерения времени (имеющей более высокое разрешение). Грубая схема измерения времени используется для измерения длинных периодов времени (например, больших, чем 1 нс) наряду с тем, что каждая полутактовая схема измерения времени используется, чтобы производить точные измерения времени в пределах одиночного такта (например, в пределах 1 нс).As with the embodiment of FIG. 11, in the embodiment of FIG. 12, the first and second time measurement circuits may have different resolutions, wherein the first time measurement circuit 1220 is configured as a coarser time measurement circuit (having lower resolution), and the second time measurement circuit 1222 (including each of the first and second half-cycle time measurement circuits) is configured as a more accurate time measurement circuit (having a higher resolution). A rough time measurement circuit is used to measure long periods of time (e.g., greater than 1 ns), while each half-cycle time measurement circuit is used to make accurate time measurements within a single clock cycle (e.g., within 1 ns).

Каждая из первой и второй схемы 1220, 1222 измерения времени может поддерживать связь с контроллером 12, которым может быть ЦПУ. В одном из примеров, первая схема 1220 измерения времени может быть внутренней по отношению к контроллеру 12 (или ЦПУ) наряду с тем, что вторая схема 1222 измерения времени присоединена с возможностью связи к контроллеру.Each of the first and second time measuring circuits 1220, 1222 may communicate with a controller 12, which may be a CPU. In one example, the first time measurement circuit 1220 may be internal to the controller 12 (or CPU), while the second time measurement circuit 1222 is communicatively coupled to the controller.

По существу, каждый вариант осуществления второй схемы измерения времени дает измерениям времени с высокой разрешающей способностью возможность производиться наряду с обеспечением дополнительных преимуществ. Например, вариант осуществления по фиг. 11, где вторая схема измерения времени сделана из одиночного компонента, может давать преимущества сокращения компонентов и затрат. В дополнение, вариант осуществления может использоваться, когда частота выборки отсчетов высока, и когда может быть меньший шаг выходных данных грубой схемы измерения времени. В сравнение, вариант осуществления по фиг. 12, где вторая схема измерения времени сделана из двух полутактовых компонентов, может использоваться, когда частота выборки отсчетов низка, и когда может быть больший шаг выходных данных грубой схемы измерения времени.Essentially, each embodiment of the second time-measuring scheme provides high-resolution time measurements with the possibility of being performed while providing additional benefits. For example, the embodiment of FIG. 11, where the second time measurement circuit is made of a single component, can provide the advantages of reducing components and costs. In addition, an embodiment may be used when the sampling frequency of the samples is high, and when there may be a smaller step in the output of the rough time measurement circuit. In comparison, the embodiment of FIG. 12, where the second time measurement circuit is made of two half-cycle components, can be used when the sampling frequency of the samples is low, and when there may be a larger output step of the rough time measurement circuit.

По существу, более грубый таймер может использоваться для определения приблизительного времени, за которое происходит возврат, а на последующем измерительном импульсе, первый таймер запускается во время тактового интервала, в котором ожидается обратный импульс. В качестве примера, если обратный импульс встречался в другом тактовом интервале (например, на 3 импульса раньше, чем ожидается), то такая информация может использоваться для более точного предвидения прибытия следующего такта (например, раньше на 3 грубых такта). Для объектов, которые медленно перемещаются относительно грубого таймера (то есть, перемещение является таким, что обратный импульс может ожидаться в пределах правильного тактового интервала грубого таймера), пригоден подход, использующий одиночный компонент или схему в быстром таймере. Иначе, есть потенциальная возможность для потери показания высокой разрешающей способности на высоком проценте импульсов. Преимущество быстрого таймера с двумя (полутактовыми) схемами состоит в том, что высокая разрешающая способность достигается у каждого импульса измерения, и нет ограничения на величину перемещения объекта между смежными грубыми тактовыми импульсами. Поскольку некоторый период слепоты может возникать непосредственно вслед за сгоранием, и лазер может переключаться на выполнение других задач, таких как подогрев стенок цилиндра или испарение топлива, это может быть преимуществом.Essentially, a coarser timer can be used to determine the approximate time for which a return occurs, and on a subsequent measuring pulse, the first timer starts during the clock interval in which a reverse pulse is expected. As an example, if the reverse pulse occurred in another clock interval (for example, 3 pulses earlier than expected), then this information can be used to more accurately anticipate the arrival of the next clock cycle (for example, 3 coarser clock cycles before). For objects that move slowly relative to the coarse timer (that is, the movement is such that a reverse pulse can be expected within the correct clock interval of the coarse timer), an approach that uses a single component or circuit in a fast timer is suitable. Otherwise, there is the potential for loss of high resolution readings at a high percentage of pulses. The advantage of a fast timer with two (half-cycle) circuits is that a high resolution is achieved for each measurement pulse, and there is no restriction on the amount of movement of an object between adjacent coarse clock pulses. Since a certain period of blindness can occur immediately after combustion, and the laser can switch to other tasks, such as heating cylinder walls or evaporating fuel, this can be an advantage.

Как конкретизировано на фиг. 10 и фиг. 14, контроллер может эксплуатировать каждую из первой схемы измерения времени и второй схемы измерения времени совместно, чередуя работу каждого полутактового таймера каждую 1 нс. Например, во время первой наносекунды, контроллер может эксплуатировать грубый таймер и первый полутактовый таймер, затем, во время второй наносекунды, в то время как первый полутактовый таймер очищается, контроллер может эксплуатировать грубый таймер и второй полутактовый таймер. Затем, во время третьей наносекунды, грубый таймер может эксплуатироваться с (теперь очищенным) первым полутактовым таймером, в то время как второй полутактовый таймер очищается. Когда схемы измерения времени остановлены (обратным импульсом), выходные данные обеих схем могут комбинироваться для узнавания значения времени высокого разрешения.As specified in FIG. 10 and FIG. 14, the controller may operate each of the first time measurement circuit and the second time measurement circuit together, alternating each 1-tick timer every 1 ns. For example, during the first nanosecond, the controller can operate the coarse timer and the first half-cycle timer, then, during the second nanosecond, while the first half-cycle timer is cleared, the controller can operate the coarse timer and the second half-cycle timer. Then, during the third nanosecond, the coarse timer can be operated with the (now cleared) first half-cycle timer, while the second half-cycle timer is cleared. When the time measurement circuits are stopped (by a reverse pulse), the output of both circuits can be combined to find out the high resolution time value.

Детализированный вариант осуществления схемы измерения времени высокого разрешения по фиг. 11-12 приведен на фиг. 13. По существу, схема 200 по фиг. 13 изображает вторую схему 1121 измерения времени высокой разрешающей способности по фиг. 11, а также каждый полутактовый таймер (1224а и 1224b) высокой разрешающей способности по фиг. 12. Будет принято во внимание, что две таких схемы могут иметься в распоряжении в варианте осуществления системы временного детектирования, показанной на фиг. 12. Как обсуждено со ссылкой на фиг. 11-12, схема 1300, как проиллюстрировано, управляет таймером высокой разрешающей способности, который является частью большей системы временного детектирования, с использованием ЦПУ и основанного на тактовом генераторе таймера.A detailed embodiment of the high resolution time measurement circuit of FIG. 11-12 is shown in FIG. 13. Essentially, the circuit 200 of FIG. 13 depicts a second high resolution time measurement circuit 1121 of FIG. 11, as well as each half-clock timer (1224a and 1224b) of the high resolution of FIG. 12. It will be appreciated that two such circuits may be available in the embodiment of the time detection system shown in FIG. 12. As discussed with reference to FIG. 11-12, a circuit 1300, as illustrated, controls a high-resolution timer, which is part of a larger time-detection system, using a CPU and a clock-based timer.

Элементы 1310а-1310n схемы второй схемы измерения времени включают в себя цепочку конденсаторов (входов с Са по Cn КМОП), которые заряжаются передним фронтом импульса запуска. Ограничители тока (или резисторы с Ra по Rn) размещены между каждым конденсатором со значением сопротивления, выбранным, чтобы заставлять последний конденсатор в цепочке достигать положительного порогового значения на 1 нс (то есть, разрешения первой грубой схемы измерения времени).Elements 1310a-1310n of the circuit of the second time measurement circuit include a chain of capacitors (inputs from Ca to Cn CMOS) that are charged by the leading edge of the trigger pulse. Current limiters (or Ra to Rn resistors) are placed between each capacitor with a resistance value selected to cause the last capacitor in the circuit to reach a positive threshold value of 1 ns (that is, the resolution of the first coarse time measuring circuit).

Как обсуждено со ссылкой на фиг. 10, контроллер может определять положение поршня на основании времени, истекшего между испусканием лазерного импульса внутрь цилиндра двигателя лазерным устройством зажигания и детектированием лазерного импульса вслед за отражением от верхней поверхности поршня в цилиндре. Требуемое время может быть основано на выходных данных каждой из первой схемы 1120 или 1220 более грубого измерения времени и второй схемы более точного измерения времени (1121 или 1222). В частности, требуемое время может быть основано на сумме выходных данных первой схемы измерения времени и выходных данных второй схемы измерения времени.As discussed with reference to FIG. 10, the controller can determine the position of the piston based on the time elapsed between emitting a laser pulse inside the engine cylinder by the laser ignition device and detecting the laser pulse following reflection from the upper surface of the piston in the cylinder. The required time can be based on the output of each of the first coarser time measurement circuit 1120 or 1220 and the second more accurate time measurement circuit (1121 or 1222). In particular, the required time may be based on the sum of the output of the first time measurement circuit and the output of the second time measurement circuit.

Сигнал 1302 запуска (например, лазерный импульс) измеряется или оценивается контроллером. Сигнал запуска, например, может включать в себя подтверждение, что лазерный импульс низкой мощности был испущен лазерным устройством зажигания внутрь цилиндра. Сигнал 1302 запуска инициирует работу схемы, более точно, заставляет цепочку конденсаторов (входов с Са по Cn КМОП) заряжаться посредством переднего фронта импульса запуска. Каждый вход КМОП элементов с 1310а по 1310n схемы присоединен к соответственному триггеру-защелке с 1308а по 1308n. Триггер-защелка по существу является «входом блокирования» в схеме сбора данных, которая делает поведение элемента подобным триггеру-защелке. Триггеры-защелки предоставляют линиям данных возможность считываться и обрабатываться.A trigger signal 1302 (e.g., a laser pulse) is measured or evaluated by the controller. The trigger signal, for example, may include confirmation that a low-power laser pulse was emitted by a laser ignition device inside the cylinder. The trigger signal 1302 initiates the operation of the circuit, more precisely, causes the chain of capacitors (inputs Ca through Cn CMOS) to be charged by the leading edge of the trigger pulse. Each CMOS input of the elements 1310a through 1310n of the circuit is connected to a corresponding trigger latch 1308a through 1308n. A latch trigger is essentially a “blocking input” in a data acquisition circuit that makes the behavior of an element similar to a latch trigger. Latch triggers allow data lines to be read and processed.

Ограничители тока (с Rl по Rn) размещены между каждым конденсатором со значениями, выбранными, чтобы заставлять последний конденсатор в цепочке (Cn) достигать уровня положительного порогового напряжения за 1 нс. Например, если цепочка имеет 1000 конденсаторов (где Cn=С1000), в момент времени 1 нс, последний конденсатор в цепочке (С1000) будет достигать уровня положительного напряжения за 1 нс.Current limiters (Rl through Rn) are placed between each capacitor with the values selected to cause the last capacitor in the circuit (Cn) to reach the positive threshold voltage level in 1 ns. For example, if the chain has 1000 capacitors (where Cn = C1000), at 1 ns, the last capacitor in the chain (C1000) will reach the positive voltage level in 1 ns.

Обратный сигнал, в материалах настоящей заявки также указываемый ссылкой как измеренный сигнал 1303, инициирует, чтобы подвергались выборке выходные данные (с Dl по Dn) цепочки триггеров-защелок(с 1308а по 1308n) КМОП. Измеренный сигнал, например, может включать в себя подтверждение, что лазерный импульс низкой мощности был детектирован детектором, присоединенным к лазерному устройству зажигания, вслед за отражением от поверхности поршня цилиндра. По существу, если триггеры-защелки приводятся в действие мгновенно, цепочка триггеров-защелок показывала бы, насколько далеко лазерный импульс распространился в цепочке, тем самым, указывая время, истекшее между импульсом запуска и измеренным импульсом, с разрешением, определенным длиной цепочки. Например, с использованием тактового импульса в 1 нс, цепочка из 1000 элементов (С1000) давала бы разрешение 1 пикосекунду (пс). В качестве еще одного примера, цепочка из 1000000 элементов давала бы разрешение в 0,001 пс. Поскольку триггеры-защелки требуют конечного времени (например, X пс) для защелкивания своих входных сигналов, импульс запуска задерживается (задержка 1304) на одинаковое время (например, X пс). По существу, задержка 1304 устанавливается, чтобы соответствовать времени, требуемому для блокирования входных сигналов в схемах сбора данных. Это синхронизирует местоположение зарядного конденсатора в цепочке с работой соответствующего триггера-защелки.The feedback signal, also referred to as a measured signal 1303 in the materials of this application, initiates the output data (from Dl to Dn) of the CMOS trigger latch chain (1308a to 1308n) to be sampled. The measured signal, for example, may include confirmation that a low-power laser pulse was detected by a detector connected to the laser ignition device, following reflection from the surface of the cylinder piston. Essentially, if the latch triggers are actuated instantly, the chain of latch triggers would show how far the laser pulse has spread in the chain, thereby indicating the time elapsed between the trigger pulse and the measured pulse, with a resolution determined by the chain length. For example, using a 1 ns clock, a chain of 1000 elements (C1000) would give a resolution of 1 picosecond (ps). As another example, a chain of 1,000,000 elements would give a resolution of 0.001 ps. Since latch triggers require a finite time (for example, X ps) to snap their input signals, the trigger pulse is delayed (delay 1304) for the same time (for example, X ps). Essentially, a delay 1304 is set to correspond to the time required to block the input signals in the data acquisition circuits. This synchronizes the location of the charging capacitor in the chain with the operation of the corresponding trigger-latch.

Если измеренный сигнал 1303 не появляется в пределах периода в 1 нс, цепочка, будучи полностью заряженной, нуждалась бы в том, чтобы очищаться (тоже на 1303) посредством сброса заряда конденсаторов для подготовки к еще одному импульсу запуска. Ограничители тока (резисторы с Rl по Rn) настраиваются, так чтобы они побуждали операцию очистки также занимать ~1 нс. Более точно, значения RC элементов схемы установлены, чтобы давать разность времени 1 нс между тем, чтобы первый элемент в цепочке и последний элемент в цепочке переходили выше положительного порогового значения. Ввиду времени, требуемого для очистки цепочки, вторая цепочка (или полутактовый таймер) предусмотрена для выполнения измерения времени, в то время как первая цепочка очищается. Таким образом, две цепочки чередуются, будучи используемыми каждую 1 нс.If the measured signal 1303 does not appear within a 1 ns period, the chain, being fully charged, would need to be cleaned (also at 1303) by resetting the capacitors to prepare for another trigger pulse. The current limiters (resistors Rl to Rn) are tuned so that they encourage the cleaning operation to also take ~ 1 ns. More precisely, the values of the RC elements of the circuit are set to give a time difference of 1 ns between the first element in the chain and the last element in the chain passing above a positive threshold value. In view of the time required to clear a chain, a second chain (or half-cycle timer) is provided to take a time measurement while the first chain is cleared. Thus, the two chains alternate, being used every 1 ns.

Будет отмечено, что, если сопротивление было установлено, чтобы быть нулевым (то есть, если R=0), разность времени также была бы нулевой. Поэтому, R устанавливается, чтобы быть очень малым, чтобы давать очень небольшую разность времени между повышением напряжения каждого элемента. Учитывая этот момент, цепочка элементов схемы могла бы быть расширена до 1 миллиона, чтобы давать разрешение 0,001 пс.It will be noted that if the resistance were set to be zero (i.e., if R = 0), the time difference would also be zero. Therefore, R is set to be very small in order to give a very small time difference between the increase in voltage of each element. Given this point, the chain of circuit elements could be expanded to 1 million to give a resolution of 0.001 ps.

Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 10 и 14, в ответ на эксплуатацию лазерного устройства зажигания, контроллер может запускать каждую из первой схемы измерения времени и второй схемы измерения времени. Вторая схема измерения времени запускается через задержку после запуска первой схемы измерения времени, задержка основана на выходных данных первой схемы измерения времени, оцененных ранее. Лазерное устройство зажигания эксплуатируется, чтобы подавать лазерный импульс низкой мощности внутрь цилиндра двигателя во время состояния покоя двигателя и до первого события сгорания перезапуска двигателя. Более точно, схема измерения времени запускается посредством испускания лазерного импульса, имеющего более низкую мощность, чем лазерный импульс, подаваемый в цилиндр для зажигания топливо-воздушной смеси в цилиндре во время условий сгорания.As specified with reference to FIG. 10 and 14, in response to the operation of the laser ignition device, the controller may start each of the first time measurement circuit and the second time measurement circuit. The second time measurement circuit is started after a delay after the start of the first time measurement circuit, the delay is based on the output of the first time measurement circuit estimated previously. The laser ignition device is operated to deliver a low power laser pulse into the engine cylinder during the engine idle state and before the first engine restart combustion event. More specifically, the time measurement circuit is triggered by emitting a laser pulse having a lower power than the laser pulse supplied to the cylinder to ignite the fuel-air mixture in the cylinder during combustion conditions.

Фиг. 4 показывает пример рядного четырехцилиндрового двигателя, способного к непосредственному впрыску топлива в камеру, остановленного в произвольном положении в своем ездовом цикле, и каким образом лазерная система зажигания может выдавать измерения, которые могут сравниваться между цилиндрами для идентификации потенциально возможного ухудшения характеристик. Будет принято во внимание, что примерное положение двигателя, показанное на фиг. 4, является примерным по природе, и что возможны другие положения двигателя.FIG. 4 shows an example of an in-line four-cylinder engine capable of directly injecting fuel into a chamber, stopped at an arbitrary position in its driving cycle, and how the laser ignition system can produce measurements that can be compared between cylinders to identify potential impairment. It will be appreciated that the approximate engine position shown in FIG. 4 is exemplary in nature, and that other engine positions are possible.

Врезка на фигуре под 412 является схемой примерного блока 402 цилиндров рядного двигателя. В пределах блока находятся четыре отдельных цилиндра, где цилиндры 1-4 помечены 404, 406, 408 и 410, соответственно. Виды в поперечном разрезе цилиндров показаны скомпонованными согласно своему порядку работы цилиндров в примерном ездовом цикле, показанном на 415. В этом примере, положение двигателя является таким, что цилиндр 404 находится в такте выпуска ездового цикла. Выпускной клапан 413, поэтому, находится в открытом положении, а впускной клапан 414 закрыт.Так как цилиндр 408 работает последним в цикле, он находится в своем рабочем такте и, таким образом, выпускной клапан 416 и впускной клапан 418 находятся в закрытом положении. Поршень в цилиндре 408 расположен около НМТ. Цилиндр 410 находится в такте сжатия и, таким образом, выпускной клапан 420 и впускной клапан 422 также оба находятся в закрытом положении. В этом примере, цилиндр 406 работает последним, поэтому, находится в положении такта впуска. Соответственно, выпускной клапан 424 закрыт наряду с тем, что впускной клапан 426 открыт.The inset in the figure under 412 is a diagram of an exemplary in-line engine block 402. Within the block are four separate cylinders, where cylinders 1-4 are labeled 404, 406, 408 and 410, respectively. The cross-sectional views of the cylinders are shown arranged according to their order of operation of the cylinders in the exemplary driving cycle shown at 415. In this example, the position of the engine is such that the cylinder 404 is in a stroke cycle of the driving cycle. The exhaust valve 413, therefore, is in the open position and the intake valve 414 is closed. Since the cylinder 408 is the last to operate in a cycle, it is in its working cycle and thus the exhaust valve 416 and the intake valve 418 are in the closed position. A piston in cylinder 408 is located near the BDC. The cylinder 410 is in a compression stroke and, thus, the exhaust valve 420 and the intake valve 422 are also both in the closed position. In this example, cylinder 406 is the last to operate, therefore, is in the intake stroke position. Accordingly, the exhaust valve 424 is closed while the intake valve 426 is open.

Каждый отдельный цилиндр в двигателе может включать в себя лазерную систему зажигания, присоединенную к нему, как показано на фиг. 2, описанной выше, на которой лазерная система 92 зажигания присоединена к цилиндру 30. Эти лазерные системы могут использоваться как для зажигания в цилиндре, так и определения положения поршня в пределах цилиндра, как описано в материалах настоящей заявки. Например, фиг. 4 показывает лазерную систему 451, присоединенную к цилиндру 404, лазерную систему 453, присоединенную к цилиндру 408, лазерную систему 457, присоединенную к цилиндру 410, и лазерную систему 461, присоединенную к цилиндру 406.Each individual cylinder in the engine may include a laser ignition system attached to it, as shown in FIG. 2 described above, on which a laser ignition system 92 is connected to the cylinder 30. These laser systems can be used both for ignition in the cylinder and for determining the position of the piston within the cylinder, as described in the materials of this application. For example, FIG. 4 shows a laser system 451 attached to a cylinder 404, a laser system 453 attached to a cylinder 408, a laser system 457 attached to a cylinder 410, and a laser system 461 connected to a cylinder 406.

Как описано выше, лазерная система может использоваться для измерения положения поршня. Положения поршней в цилиндре могут измеряться относительно любых пригодных опорных точек и могут использовать любые пригодные масштабные коэффициенты. Например, положение цилиндра может измеряться относительно положения ВМТ цилиндра и/или положения НМТ цилиндра. Например, фиг. 4 показывает линию 428 через поперечные сечения цилиндров в положении НМТ и линию 430 через поперечные сечения цилиндров в положении ВМТ. Хотя множество опорных точек и масштабов могут быть возможными во время определения положения поршня, примеры, показанные здесь, основаны на расположении поршня внутри камеры. Например, может использоваться масштаб, используемый в измеренном смещении, сравниваемом с известными положениями внутри камеры. Другими словами, расстояние от верхней поверхности поршня, показанного под 432 на фиг. 4, относительно положения ВМТ, показанного под 428, и положения НМТ, показанного под 430, может использоваться для определения относительного положения поршня в цилиндре. Ради простоты, показан образцовый масштаб, калиброванный для расстояния от лазерной системы до поршня. В этом масштабе, начало 428 отсчета представлено в качестве X (причем, Х=0 соответствует ВМТ), а расположение 430 поршня, самое дальнее от лазерной системы, соответствующее максимальному линейному расстоянию, пройденному поршнем, представлено в качестве xmax (причем, Х=xmax соответствует НМТ). Например, на фиг. 4, расстояние 471 от ВМТ 428 (которая может быть взята в качестве начала отсчета) до верхней поверхности 432 поршня в цилиндре 404 может быть по существу таким же, как расстояние 432 от ВМТ 428 до верхней поверхности 432 поршня в цилиндре 410. Расстояния 471 и 432 могут быть меньшими (относительно ВМТ 428), чем расстояния 473 и 477 от ВМТ 428 до верхних поверхностей поршней в цилиндрах 408 и 406, соответственно.As described above, a laser system can be used to measure the position of the piston. The positions of the pistons in the cylinder can be measured relative to any suitable reference points and can use any suitable scale factors. For example, the position of the cylinder may be measured relative to the position of the TDC of the cylinder and / or the position of the BDC of the cylinder. For example, FIG. 4 shows a line 428 through the cross sections of the cylinders in the BDC position and a line 430 through the cross sections of the cylinders in the BDC position. Although many reference points and scales may be possible during the determination of the position of the piston, the examples shown here are based on the location of the piston inside the chamber. For example, the scale used at the measured offset compared to known positions within the camera can be used. In other words, the distance from the upper surface of the piston shown under 432 in FIG. 4, with respect to the TDC position shown under 428 and the BDC position shown under 430, can be used to determine the relative position of the piston in the cylinder. For simplicity's sake, an exemplary scale is shown calibrated for the distance from the laser system to the piston. On this scale, the origin 428 is represented as X (moreover, X = 0 corresponds to TDC), and the piston location 430 farthest from the laser system, corresponding to the maximum linear distance traveled by the piston, is represented as xmax (moreover, X = xmax corresponds to BDC). For example, in FIG. 4, the distance 471 from TDC 428 (which can be taken as a reference) to the piston top surface 432 in the cylinder 404 can be substantially the same as the distance 432 from TDC 428 to the piston top 432 in the cylinder 410. Distances 471 and 432 may be smaller (relative to TDC 428) than the distances 473 and 477 from TDC 428 to the upper surfaces of the pistons in cylinders 408 and 406, respectively.

Поршни могут работать циклически, и таким образом, их положения внутри камеры могут могут быть связаны через единый показатель относительно ВМТ и/или НМТ. В целом, это расстояние, 432 на фигуре, может быть представлено в качестве АХ. Лазерная система может измерять эту переменную для каждого поршня в пределах его цилиндра, а затем, использовать информацию для определения, обязательно ли дополнительное действие. Например, лазерная система могла бы отправлять сигнал в контроллер, указывающий ухудшение характеристик двигателя сверх допустимого порогового значения, если переменная отличается на пороговую величину среди двух или более цилиндров. В этом примере, контроллер может интерпретировать управляющую программу в качестве диагностического сигнала и вырабатывать сообщение, указывающее, что произошло ухудшение характеристик. Понятно, что переменная X должна представлять множество показателей, которые могут измеряться системой, один из примеров которых описан выше. Приведенный пример основан на расстоянии, измеренном лазерной системой, которое может использоваться для идентификации расположения поршня внутри его цилиндра.Pistons can operate cyclically, and thus, their positions inside the chamber can be connected through a single indicator with respect to TDC and / or BDC. In general, this distance, 432 in the figure, can be represented as AX. The laser system can measure this variable for each piston within its cylinder, and then use the information to determine if additional action is necessary. For example, a laser system could send a signal to a controller indicating engine degradation in excess of an acceptable threshold value if the variable differs by a threshold value among two or more cylinders. In this example, the controller can interpret the control program as a diagnostic signal and generate a message indicating that a degradation has occurred. It is clear that the variable X should represent many indicators that can be measured by the system, one example of which is described above. The above example is based on the distance measured by the laser system, which can be used to identify the location of the piston inside its cylinder.

Фиг. 5 показывает график 500 примерные установку фаз клапанного распределения и положение поршня, что касается положения двигателя (градусов угла поворота кривошипа) в пределах четырех тактов (впуска, сжатия, рабочего и выпуска) цикла двигателя для четырехцилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2. На основании критериев для выбора первого работающего цилиндра, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью идентифицировать области, в которых может быть расположен первый рабочий цилиндр, на основании положения двигателя, измеренного отраженными лазерными импульсами с помощью поршня, как описано в материалах настоящей заявки. Поршень постепенно перемещается вниз от ВМТ, доходя до низшей точки в НМТ к концу такта впуска. Поршень затем возвращается вверх, в ВМТ, к концу такта сжатия. Поршень затем вновь перемещается обратно вниз, по направлению к НМТ, в течение рабочего такта, возвращаясь в свое исходное верхнее положение в ВМТ к концу такта выпуска. Как изображено, многомерная характеристика иллюстрирует положение двигателя по оси х в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD).FIG. 5 shows a graph 500 of an exemplary setting of valve distribution phases and piston position as regards engine position (degrees of crank angle) within four cycles (intake, compression, working and exhaust) of the engine cycle for a four-cylinder engine with cylinder operation 1-3-4 -2. Based on the criteria for selecting the first working cylinder, the engine controller may be configured to identify areas in which the first working cylinder may be located based on the position of the engine measured by reflected laser pulses using a piston, as described herein. The piston gradually moves down from the TDC, reaching the lowest point in the BDC by the end of the intake stroke. The piston then returns up to TDC at the end of the compression stroke. The piston then again moves back down towards the BDC, during the working cycle, returning to its original upper position in the TDC by the end of the exhaust cycle. As depicted, a multidimensional characteristic illustrates the position of the engine along the x axis in degrees of the crankshaft angle of rotation (CAD).

Кривые 502 и 504 изображают профили подъема клапанов во время нормальной работы двигателя для выпускного клапана и впускного клапана, соответственно. Выпускной клапан может открываться как только поршень доходит до нижней точки в конце рабочего такта. Выпускной клапан затем может закрываться, в то время как поршень завершает такт выпуска, оставаясь открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начался следующий такт впуска последующего цикла. Таким же образом, впускной клапан может открываться в или раньше начала такта впуска и может оставаться открытым по меньшей мере до тех пор, пока не начался следующий такт сжатия.Curves 502 and 504 depict valve lift profiles during normal engine operation for the exhaust valve and intake valve, respectively. The exhaust valve can open as soon as the piston reaches a low point at the end of the stroke. The exhaust valve may then close while the piston completes the exhaust cycle, remaining open at least until the next intake cycle of the subsequent cycle has begun. In the same way, the inlet valve may open at or before the start of the intake stroke and may remain open at least until the next compression stroke has begun.

Как описано выше со ссылкой на фиг. 2-4, контроллер 12 двигателя может быть выполнен с возможностью идентифицировать первый работающий цилиндр, в котором следует инициировать сгорание во время возобновления работы двигателя из условий выключения холостого хода. Например, на фиг. 4, первый работающий цилиндр может определяться с использованием одной или более схем измерения времени, присоединенных к лазерной системе зажигания, для измерения времени, требуемого для детектирования отраженного лазерного импульса, а потому, для измерения расположения поршней в цилиндрах в качестве средства определения положения двигателя. Это определенное положение двигателя может использоваться для определения положения первого работающего цилиндра. Пример, показанный на фиг. 5, относится к двигателю с непосредственным впрыском (DI), при этом, первый работающий цилиндр может выбираться расположенным после EVC, но до последующего EVO (как только идентифицировано положение двигателя, и идентифицировано, что положение поршня синхронизировано с распределительным валом). Для сравнения, фиг. 6 показывает первый работающий цилиндр двигателя с оконным впрыском топлива (PFI), при этом, первый работающий цилиндр может выбираться расположенным до IVC.As described above with reference to FIG. 2-4, the engine controller 12 may be configured to identify a first working cylinder in which combustion should be initiated during the resumption of engine operation from an idle shutdown condition. For example, in FIG. 4, the first working cylinder can be determined using one or more time measurement circuits connected to the laser ignition system to measure the time required to detect the reflected laser pulse, and therefore, to measure the location of the pistons in the cylinders as a means of determining the position of the engine. This specific engine position can be used to determine the position of the first working cylinder. The example shown in FIG. 5 relates to a direct injection engine (DI), wherein the first working cylinder can be selected located after the EVC, but before the subsequent EVO (as soon as the position of the engine is identified and it is identified that the position of the piston is synchronized with the camshaft). For comparison, FIG. 6 shows a first working cylinder of a windowed fuel injection engine (PFI), wherein the first working cylinder may be selected located prior to the IVC.

Фиг. 5 в материалах настоящей заявки ссылается на фиг. 4, чтобы дополнительно конкретизировать, каким образом производится определение в отношении того, какой цилиндр работает первым при возобновлении работы двигателя, и каким образом лазер может координировать временные характеристики разных режимов мощности в пределах четырех тактов ездового цикла. Для примерной конфигурации, показанной на фиг. 4, положение двигателя может выявляться лазерной системой на линии Р1, показанной на фиг. 5. В этом примере, на Р1, цилиндр 404 находится в такте выпуска. Соответственно, для этой примерной системы двигателя, цилиндр 408 находится в рабочем такте, цилиндр 410 находится в такте сжатия, а цилиндр 406 находится в такте впуска. Вообще, до того, как двигатель начинает процесс возобновления работы, одна или более лазерных систем могут зажигать импульсы низкой мощности, показанные под 510 на фиг. 5, чтобы определять положение двигателя. Кроме того, поскольку в этом примере, используется двигатель с DI, топливо может впрыскиваться в камеру цилиндра после IVO. Профиль впрыска задан посредством 506-509. Например, прямоугольники под 506 на фиг. 5 показывают, когда топливо впрыскивается в цилиндр 404, прямоугольники 507 показывают, когда топливо впрыскивается в цилиндр 408, прямоугольники 508 показывают, когда топливо впрыскивается в цилиндр 410, и прямоугольник 509 показывает, когда топливо впрыскивается в цилиндр 406, во время примерного цикла двигателя, показанного на фиг. 5.FIG. 5 refers to FIG. 4 to further specify how a determination is made as to which cylinder is the first to operate when the engine resumes operation, and how the laser can coordinate the temporal characteristics of different power modes within four cycles of the driving cycle. For the exemplary configuration shown in FIG. 4, the position of the engine can be detected by the laser system on line P1 shown in FIG. 5. In this example, on P1, cylinder 404 is in a release stroke. Accordingly, for this exemplary engine system, cylinder 408 is in operation, cylinder 410 is in compression, and cylinder 406 is in inlet. In general, before the engine starts the resume operation, one or more laser systems can ignite the low power pulses shown at 510 in FIG. 5 to determine the position of the engine. In addition, since a DI engine is used in this example, fuel can be injected into the cylinder chamber after IVO. The injection profile is defined by 506-509. For example, the rectangles under 506 in FIG. 5 show when fuel is injected into cylinder 404, rectangles 507 show when fuel is injected into cylinder 408, rectangles 508 show when fuel is injected into cylinder 410, and rectangle 509 shows when fuel is injected into cylinder 406, during an example engine cycle, shown in FIG. 5.

Когда цилиндр был идентифицирован в качестве следующего работающего цилиндра, после того, как топливо/воздушная смесь была введена в цилиндр, и ассоциативно связанный поршень испытал сжатие, лазер, присоединенный к идентифицированному следующему работающему цилиндру, может формировать импульс высокой мощности, чтобы воспламенять топливо/воздушную смесь в цилиндре для вызова рабочего такта. Например, на фиг. 5, после впрыска 506 топлива в цилиндр 404, лазерная система, например, лазерная система 451, вырабатывает импульс высокой мощности на 512, чтобы воспламенять топливо в цилиндре. Подобным образом, цилиндр 408, который является следующим в последовательности работы цилиндров после цилиндра 404, принимает импульс высокой мощности из лазерной системы, например, лазерной системы 453, чтобы воспламенять топливо, впрыснутое на 507 в цилиндр 408. Следующий работающий цилиндр после цилиндра 408 является цилиндром 410, который принимает последующий импульс высокой мощности из лазерной системы, например, лазерной системы 457, чтобы воспламенять топливо, впрыснутое на 508 в цилиндр 408, и так далее.When the cylinder has been identified as the next working cylinder, after the fuel / air mixture has been introduced into the cylinder and the associated piston has been compressed, a laser attached to the identified next working cylinder can generate a high power pulse to ignite the fuel / air mixture in the cylinder to call a working cycle. For example, in FIG. 5, after fuel is injected 506 into cylinder 404, a laser system, such as laser system 451, generates a high power pulse of 512 to ignite the fuel in the cylinder. Similarly, cylinder 408, which is the next in the sequence of cylinders after cylinder 404, receives a high power pulse from a laser system, such as laser system 453, to ignite fuel injected 507 into cylinder 408. The next working cylinder after cylinder 408 is a cylinder 410, which receives a subsequent high power pulse from a laser system, for example, laser system 457, to ignite fuel injected 508 into cylinder 408, and so on.

На фиг. 1, примерный профиль двигателя с PFI, подобный показанному на фиг. 5 для двигателя с DI, предоставлен для сравнения. Одно из различий между двигателем с DI и двигателем с PFI относится к тому, впрыскивается ли топливо непосредственно в камеру, или впрыскивается ли топливо во впускной коллектор для предварительного смешивания с воздухом перед впрыском в камеру. В системе с DI, показанной на фиг. 2-4, воздух вводится непосредственно в камеру и, таким образом, смешивается с воздухом во время такта впуска двигателя. Наоборот, система с PFI впрыскивает топливо во впускной коллектор во время такта выпуска, поэтому, воздух и топливо предварительно смешиваются перед впрыском в камеру цилиндра. Вследствие этого различия, контроллер двигателя может отправлять разный набор инструкций в зависимости от типа системы впрыска топлива, представленной в системе.In FIG. 1, an exemplary PFI engine profile similar to that shown in FIG. 5 for an engine with DI, provided for comparison. One of the differences between a DI engine and a PFI engine relates to whether fuel is injected directly into the chamber, or whether fuel is injected into the intake manifold for premixing with air before being injected into the chamber. In the DI system shown in FIG. 2-4, air is introduced directly into the chamber and is thus mixed with air during the engine intake stroke. Conversely, a PFI system injects fuel into the intake manifold during the exhaust stroke, therefore, air and fuel are pre-mixed before being injected into the cylinder chamber. Due to this difference, the engine controller may send a different set of instructions depending on the type of fuel injection system provided in the system.

В профиле двигателя с PFI, показанном на фиг. 6, перед моментом Р1 времени, одна или более лазерных систем могут зажигать импульсы 510 низкой мощности для определения положения двигателя. Так как двигатель представляет собой PFI, топливо может впрыскиваться во впускной коллектор до IVO. В момент Р1 времени, контроллер идентифицировал положение поршней двигателя посредством лазерных измерений и идентифицировал положение распределительного вала, так что может планироваться синхронизированная подача топлива. На основании количества топлива, которое должно подаваться, контроллер может идентифицировать следующий цилиндр, который должен снабжаться топливом до IVO, так чтобы мог обеспечиваться впрыск топлива с оконным впрыском при закрытом клапане. Профили впрыска показаны под 606-608 на фиг. 6.In the PFI engine profile shown in FIG. 6, before time P1, one or more laser systems can ignite low power pulses 510 to determine the position of the engine. Since the engine is a PFI, fuel can be injected into the intake manifold up to IVO. At time P1, the controller identified the position of the engine pistons by laser measurements and identified the position of the camshaft so that a synchronized fuel supply can be planned. Based on the amount of fuel to be supplied, the controller can identify the next cylinder, which must be supplied with fuel up to IVO, so that window injection fuel can be provided with the valve closed. Injection profiles are shown under 606-608 in FIG. 6.

Например, со ссылкой на фиг. 4, но что касается двигателя с PFI вместо двигателя с DI, прямоугольник под 606 показывает, когда топливо может впрыскиваться во впускной коллектор (в целом показанный как 45 на фиг. 2 и 3) первого работающего цилиндра после возобновления работы двигателя. Как показано посредством фиг. 6, цилиндр 408 является следующим цилиндром, который может снабжаться топливом, и таким образом, впрыск 606 топлива планируется, из условия чтобы цилиндр 408 был первым цилиндром для работы от состояния покоя, когда подвергается воспламенению посредством импульса 618 лазерного зажигания. При возобновлении работы, поскольку цилиндр 410 является следующим в последовательности работы цилиндров, впрыск 607 топлива может происходить согласно последовательности до IVO. До EVO, импульс 620 высокой мощности может подаваться из лазерной системы 457 для зажигания смеси. Следующий работающий цилиндр в последовательности является цилиндром 406, который впоследствии впрыскивает топливо 608 до IVO. Хотя не показано, лазерный импульс с высокой мощностью из лазерной системы 461 может использоваться для зажигания этой топливо/воздушной смеси. Величина впрыска топлива может постепенно уменьшаться на основании счета сгораний от первого события сгорания в цилиндре.For example, with reference to FIG. 4, but for a PFI engine instead of a DI engine, a box under 606 indicates when fuel can be injected into the intake manifold (generally shown as 45 in FIGS. 2 and 3) of the first working cylinder after the engine resumes operation. As shown by FIG. 6, cylinder 408 is the next cylinder that can be supplied with fuel, and thus, fuel injection 606 is planned so that cylinder 408 is the first cylinder to operate from a standstill when ignited by a laser ignition pulse 618. When resuming operation, since the cylinder 410 is next in the sequence of the cylinders, fuel injection 607 can occur according to the sequence before IVO. Prior to EVO, a high power pulse 620 may be supplied from a laser system 457 to ignite the mixture. The next working cylinder in sequence is cylinder 406, which subsequently injects fuel 608 to IVO. Although not shown, a high power laser pulse from laser system 461 can be used to ignite this fuel / air mixture. The amount of fuel injection may gradually decrease based on the count of burns from the first combustion event in the cylinder.

Далее, с обращением к фиг. 7, показан примерный способ 700 для эксплуатации системы двигателя системы транспортного средства с гибридным приводом во время ездового цикла транспортного средства.Next, with reference to FIG. 7, an exemplary method 700 for operating a hybrid vehicle system of an engine system of a vehicle is shown during a vehicle driving cycle.

На 702, Условия эксплуатации транспортного средства могут оцениваться и/или логически выводиться. Как описано выше, система 12 управления может принимать обратную связь датчика с одного или более датчиков, ассоциативно связанных с компонентами силовой установки транспортного средства, например, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости двигателя (ЕСТ), положения дросселя (TP), и т.д. Оцениваемые условия эксплуатации, например, могут включать в себя указание запрошенных водителем транспортного средства выходной мощности или крутящего момента (например, на основании положения педали), уровня топлива в топливном баке, нормы потребления топлива двигателя, температуры двигателя, состояния заряда (SOC) бортового устройства накопления энергии, условий окружающей среды, в том числе, влажности и температуры, температуры охлаждающей жидкости двигателя, запроса автоматического управления климатом (например, запросов кондиционирования воздуха или отопления), и т.д.At 702, vehicle operating conditions may be evaluated and / or inferred. As described above, the control system 12 may receive sensor feedback from one or more sensors associated with the components of the vehicle power plant, for example, a measurement of the input mass air flow (MAF) from the mass air flow sensor 120, engine coolant temperature (ECT) ), throttle position (TP), etc. Evaluated operating conditions, for example, may include an indication of the power output or torque requested by the driver of the vehicle (for example, based on the position of the pedal), fuel level in the fuel tank, engine fuel consumption rate, engine temperature, charge state (SOC) of the on-board device energy storage, environmental conditions, including humidity and temperature, engine coolant temperature, request for automatic climate control (for example, air conditioning requests ation or heating air), etc.

На 704, на основании оцененных условий эксплуатации транспортного средства, может выбираться режим работы транспортного средства. Например, может определяться, следует ли эксплуатировать транспортное средство в электрическом режиме (с транспортным средством, перемещаемым с использованием энергии из бортового устройства накопления энергии системы, такого как батарея), или режиме двигателя (с транспортным средством, перемещаемым с использованием энергии из двигателя), либо режиме содействия (с транспортным средством, перемещаемым с использованием по меньшей мере некоторой энергии из батареи и по меньшей мере некоторой энергии из двигателя).At 704, based on the estimated vehicle operating conditions, a vehicle operating mode may be selected. For example, it can be determined whether the vehicle should be operated in electric mode (with a vehicle transported using energy from an on-board energy storage device such as a battery) or engine mode (with a vehicle transported using energy from an engine), or assistance mode (with a vehicle moving using at least some energy from the battery and at least some energy from the engine).

На 706, способ 700 включает в себя определение, следует или нет эксплуатировать транспортное средство в электрическом режиме. Например, если требование крутящего момента является меньшим, чем пороговое значение, транспортное средство может эксплуатироваться в электрическом режиме наряду с тем, что, если требование крутящего момента является более высоким, чем пороговое значение, транспортное средство можетAt 706, method 700 includes determining whether or not to operate the vehicle in electrical mode. For example, if the torque requirement is less than the threshold value, the vehicle may be operated in electrical mode, while if the torque requirement is higher than the threshold value, the vehicle may

эксплуатироваться в режиме двигателя. В качестве еще одного примера, если двигатель работает на холостом ходу в течение длительного периода времени, контроллер может определять, что транспортное средство должно эксплуатироваться в электрическом режиме.operate in engine mode. As another example, if the engine has been idling for a long period of time, the controller can determine that the vehicle should be operated in electric mode.

Если способ 700 определяет, что транспортное средство должно эксплуатироваться в электрическом режиме на 706, то, на 708, включает в себя эксплуатацию транспортного средства в электрическом режиме с батареей системы, используемой для приведения в движение транспортного средства и удовлетворения водительских требований крутящего момента. В некоторых примерах, даже если электрический режим выбран на 708, программа может продолжать контролировать требование крутящего момента транспортного средства и другие условия эксплуатации транспортного средства, чтобы выяснять, должно ли выполняться быстрое переключение в режим двигателя (или режим содействия двигателя). Более точно, в то время как в электрическом режиме, на 710, контроллер может определять, запрошено ли переключение в режим двигателя.If method 700 determines that the vehicle should be operated in electric mode at 706, then, at 708, it includes operating the vehicle in electric mode with a battery system used to drive the vehicle and meet driving torque requirements. In some examples, even if the electric mode is selected at 708, the program may continue to monitor the vehicle's torque requirement and other vehicle operating conditions to determine whether a quick switch to engine mode (or engine assist mode) should be performed. More specifically, while in electrical mode, at 710, the controller can determine whether switching to engine mode is requested.

Если, на 706, определено, что транспортное средство не должно эксплуатироваться в электрическом режиме, то способ 700 переходит на 712, чтобы подтверждать эксплуатацию в режиме двигателя. По подтверждению, транспортное средство может эксплуатироваться в режиме двигателя с двигателем, используемым для приведения в движение транспортного средства и удовлетворения водительских требований крутящего момента. В качестве альтернативы, транспортное средство может работать в режиме содействия (не показанном) с приведением в движение транспортного средства вследствие по меньшей мере некоторого количества энергии из батареи и некоторого количества энергии из двигателя.If, at 706, it is determined that the vehicle should not be operated in electric mode, then method 700 proceeds to 712 to confirm operation in engine mode. According to the confirmation, the vehicle can be operated in engine mode with the engine used to propel the vehicle and meet the driving requirements of the torque. Alternatively, the vehicle may operate in a assisting mode (not shown) to drive the vehicle due to at least some energy from the battery and some energy from the engine.

Более точно, если режим двигателя запрошен на 712, или если переключение из электрического режима в режим двигателя запрошено на 710, то, на 714, процедура включает в себя запуск (или перезапуск) двигателя. Примерный способ 800 для запуска или перезапуска двигателя во время ездового цикла транспортного средства обсужден со ссылкой на фиг. 8.More precisely, if the engine mode is requested at 712, or if switching from the electric mode to the engine mode is requested at 710, then, at 714, the procedure includes starting (or restarting) the engine. An exemplary method 800 for starting or restarting an engine during a vehicle driving cycle is discussed with reference to FIG. 8.

В некоторых вариантах осуществления, двигатель системы двигателя с гибридным приводом может быть выполнен с возможностью избирательно выводиться из работы, когда удовлетворены выбранные условия выключения холостого хода. Например, двигатель может выводиться из работы посредством вывода из работы топливоснабжения и искрового зажигания у двигателя. По существу, посредством вывода из работы двигателя в ответ на выключение холостого хода, к примеру когда транспортное средство остановлено на светофоре, достигаются дополнительные выигрыши экономии топлива и снижение выбросов двигателя. Соответственно, в то время как двигатель работает, на 716, может определяться, были ли удовлетворены условия выключения холостого хода. В одном из примеров, условия выключения холостого хода могут считаться удовлетворенными, если подтверждены одно или более следующих условий: состояние заряда (SOC) батареи, находящееся выше, чем пороговое значение (например, большее, чем 30%), требуемая скорость движения транспортного средства, находящаяся ниже порогового значения (например, ниже 30 миль в час), нет принимаемого запроса на кондиционирование воздуха, температура двигателя, находящаяся выше выбранной температуры, степень открывания дросселя, находящаяся ниже, чем пороговое значение, требование крутящего момента, находящееся ниже, чем пороговое значение, и т.д. Если удовлетворены любые из условий выключения холостого хода, то, на 718, двигатель выводится из работы или глушится. Иначе, на 720, поддерживается работа двигателя.In some embodiments, a hybrid engine system engine may be selectively deactivated when the selected idle shutdown conditions are satisfied. For example, an engine can be taken out of service by shutting down fuel supply and spark ignition from an engine. Essentially, by shutting down the engine in response to an idle shutdown, for example when the vehicle is stopped at a traffic light, additional fuel economy gains and reduced engine emissions are achieved. Accordingly, while the engine is running at 716, it can be determined whether the idle shutdown conditions have been met. In one example, the idle shutdown conditions can be considered satisfied if one or more of the following conditions is confirmed: a state of charge (SOC) of the battery that is higher than a threshold value (for example, greater than 30%), the required vehicle speed, below a threshold (e.g. below 30 mph), there is no accepted request for air conditioning, engine temperature above a selected temperature, throttle opening degree lower than a threshold ix torque requirement, located lower than the threshold value, etc. If any of the idle shutdown conditions are satisfied, then, at 718, the engine is shut down or shut down. Otherwise, at 720, engine operation is supported.

Если двигатель заглушен на 718, то, на 722, в то время как двигатель находится в выключении холостого хода, может определяться, были ли удовлетворены условия перезапуска двигателя. В одном из примеров, условия перезапуска могут считаться удовлетворенными, если подтверждены одно или более следующих условий: состояние заряда (SOC) батареи, являющееся меньшим, чем пороговое значение (например, меньшим, чем 30%), требуемая скорость движения транспортного средства, находящаяся выше порогового значения (например, выше 30 миль в час), принимаемый запрос на кондиционирование воздуха, температура двигателя, находящаяся в пределах выбранного температурного диапазона, степень открывания дросселя, находящаяся выше, чем пороговое значение, требование крутящего момента, находящееся выше, чем пороговое значение, и т.д. Если удовлетворены любые из условий перезапуска, процедура возвращается на 714, чтобы запускать или перезапускать двигатель. Иначе, на 712, двигатель поддерживается в состоянии выключения холостого хода до тех пор, пока не подтверждены условия перезапуска. Как конкретизировано ниже со ссылкой на фиг. 8, приведенную, при запуске или перезапуске двигателя, контроллер может выбирать цилиндр, в котором следует инициировать первое событие сгорания, на основании информации о положении поршней, определенной с использованием лазерной системы зажигания.If the engine is turned off at 718, then at 722, while the engine is idle off, it can be determined whether the conditions for restarting the engine have been met. In one example, restart conditions can be considered satisfied if one or more of the following conditions is confirmed: a state of charge (SOC) of the battery that is less than a threshold value (for example, less than 30%), the required vehicle speed above threshold value (for example, above 30 mph), received air conditioning request, engine temperature within the selected temperature range, throttle opening degree that is higher than the threshold initiation, torque requirement higher than the threshold value, etc. If any of the restart conditions are satisfied, the procedure returns to 714 to start or restart the engine. Otherwise, at 712, the engine is maintained in the idle OFF state until the restart conditions are confirmed. As specified below with reference to FIG. 8, when starting or restarting the engine, the controller can select the cylinder in which the first combustion event should be triggered, based on piston position information determined using the laser ignition system.

Далее, с обращением к фиг. 8, способ 800 изображает процедуру для запуска или перезапуска двигателя, включающий в себя выбор цилиндра, в котором следует инициировать первое событие сгорания. В одном из примеров, способ по фиг. 8 может выполняться в качестве части процедуры по фиг. 7, такой как на этапе 714.Next, with reference to FIG. 8, method 800 depicts a procedure for starting or restarting an engine, including selecting a cylinder in which to initiate a first combustion event. In one example, the method of FIG. 8 may be performed as part of the procedure of FIG. 7, such as in step 714.

На 802, способ 800 включает в себя подтверждение, были ли удовлетворены условия перезапуска. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 7, это может включать в себя подтверждение, что были удовлетворены одно или более условий выключения холостого хода. В качестве альтернативы, это может включать в себя подтверждение, что переход в режим двигателя был выбран в транспортном средстве с гибридным приводом. Если условия перезапуска не подтверждены, процедура может заканчиваться.At 802, method 800 includes confirming whether restart conditions have been met. As specified with reference to FIG. 7, this may include confirmation that one or more of the idle shutdown conditions have been met. Alternatively, this may include confirmation that the transition to engine mode has been selected in a hybrid vehicle. If the restart conditions are not confirmed, the procedure may end.

Если перезапуск двигателя подтвержден, на 808, процедура включает в себя включение стартера двигателя для инициирования проворачивания коленчатого вала двигателя. Затем, на 810, способ включает в себя определение положения двигателя. Например, на основании выбранных критериев, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью определять положение двигателя, для того чтобы идентифицировать положение первого работающего цилиндра, чтобы инициировать сгорание во время ввода в действие двигателя. Например, как описано выше, каждый цилиндр может быть присоединен к лазерной системе, способной к выработке оптического сигнала высокой или низкой энергии. При работе в режиме высокой энергии, лазер может использоваться в качестве системы зажигания, чтобы воспламенять топливо/воздушную смесь. В некоторых примерах, режим высокой энергии также может использоваться для подогрева цилиндра, для того чтобы снижать трение в цилиндре. При работе в режиме низкой энергии, лазерная система, которая также содержит в себе устройство обнаружения, способное к захвату отраженного света, может использоваться для определения положения поршня внутри цилиндра. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 11-12, положение поршня может определяться на основании времени, истекшего между испусканием лазерного импульса лазерной системой зажигания и детектированием отраженного лазерного импульса устройством детектирования. Требуемое время может оцениваться с использованием многочисленных схем измерения времени, присоединенных к лазерной системе зажигания, в том числе, по меньшей мере грубой схемы измерения времени с меньшим количеством элементов схемы и точной схемой измерения времени, имеющей большее количество элементов схемы. Посредством комбинирования выходных данных схем измерения времени и преобразования значения времени в значение расстояния, положение поршня может определяться с более высоким разрешением. Информация о положении может использоваться для определения, какой цилиндр работает первым во время перезапуска.If the engine restart is confirmed at 808, the procedure includes starting the engine starter to initiate cranking of the engine crankshaft. Then, at 810, the method includes determining the position of the engine. For example, based on the selected criteria, the engine controller may be configured to determine the position of the engine in order to identify the position of the first working cylinder to initiate combustion during engine commissioning. For example, as described above, each cylinder may be coupled to a laser system capable of generating an optical signal of high or low energy. When operating in high energy mode, the laser can be used as an ignition system to ignite the fuel / air mixture. In some examples, a high energy mode can also be used to heat the cylinder in order to reduce friction in the cylinder. When operating in low energy mode, a laser system, which also includes a detection device capable of capturing reflected light, can be used to determine the position of the piston inside the cylinder. As specified with reference to FIG. 11-12, the position of the piston may be determined based on the time elapsed between the emission of the laser pulse by the laser ignition system and the detection of the reflected laser pulse by the detection device. The required time can be estimated using numerous time measuring circuits connected to the laser ignition system, including at least a rough time measuring circuit with fewer circuit elements and an accurate time measuring circuit having more circuit elements. By combining the output of time measurement circuits and converting the time value into a distance value, the position of the piston can be determined with a higher resolution. Position information can be used to determine which cylinder is the first to operate during a restart.

Во время некоторых режимов работы, например, когда двигатель является работающим, отраженный свет может создавать другие полезные оптические сигналы. Например, когда свет из лазерной системы отражается от движущегося поршня, он будет иметь иную частоту относительно исходного испускаемого света. Этот обнаруживаемый частотный сдвиг известен как эффект Доплера и имеет известную зависимость от скорости поршня. Положение и скорость поршня могут использоваться для координации установки момента событий зажигания и впрыска топливо/воздушной смеси.During some operating modes, for example, when the engine is running, the reflected light can create other useful optical signals. For example, when light from a laser system is reflected from a moving piston, it will have a different frequency relative to the original emitted light. This detectable frequency shift is known as the Doppler effect and has a known dependence on piston speed. The position and speed of the piston can be used to coordinate the timing of the ignition events and the fuel / air mixture injection.

На 812, способ включает в себя определение положения распределительного вала. Например, положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В некоторых вариантах осуществления, каждый цилиндр двигателя 20 может включать в себя по меньшей мере два впускных тарельчатых клапана и по меньшей мере два выпускных тарельчатых клапана, расположенных в верхней области цилиндра. Двигатель дополнительно может включать в себя датчик положения кулачка, чьи данные могут объединяться с датчиком лазерной системы для определения положения двигателя и установки фаз кулачкового распределения.At 812, the method includes determining a camshaft position. For example, the position of the intake valve 52 and exhaust valve 54 may be detected by position sensors 55 and 57, respectively. In some embodiments, each cylinder of the engine 20 may include at least two inlet poppet valves and at least two outlet poppet valves located in the upper region of the cylinder. The engine may further include a cam position sensor, whose data can be combined with a laser system sensor to determine the position of the engine and set the cam distribution phases.

На 814, способ включает в себя идентификацию, какой цилиндр в цикле должен работать первым. Например, информация о положении двигателя и положении клапанов может обрабатываться контроллером, для того чтобы определять, где двигатель находится в своем ездовом цикле (например, в каком такте цилиндра находится каждый поршень в цилиндре). Как только положение двигателя было определено, контроллер может идентифицировать, какой цилиндр должен первым осуществлять зажигание при возобновлении работы. В одном из примеров, контроллер может выбирать цилиндр, имеющий поршень в такте сжатия, чтобы был цилиндром, в котором следует инициировать первое событие сгорания перезапуска двигателя, где двигатель сконфигурирован для непосредственного впрыска, и где перезапуск двигателя является не холодным запуском двигателя, но горячим перезапуском двигателя.At 814, the method includes identifying which cylinder in the cycle should work first. For example, information about the position of the engine and the position of the valves can be processed by the controller in order to determine where the engine is in its driving cycle (for example, in what cylinder stroke each piston is in the cylinder). Once the position of the engine has been determined, the controller can identify which cylinder should first ignite when resuming operation. In one example, the controller may select a cylinder having a piston in a compression stroke to be a cylinder in which to initiate a first engine restart combustion event, where the engine is configured for direct injection, and where the engine restart is not a cold start, but a hot restart engine.

На 816, способ включает в себя планирование впрыска топлива. Например, контроллер может обрабатывать информацию о положении двигателя и установке фаз кулачкового распределения для планирования, чтобы следующий цилиндр подвергался впрыску топлива в ездовом цикле. На 818, способ 800 включает в себя планирование зажигания топлива. Например, как только впрыск топлива был запланирован для следующего цилиндра в последовательности зажигания, контроллер впоследствии может планировать воспламенение топливо/воздушной смеси лазерной системой, присоединенной к следующему работающему цилиндру, для того чтобы начинать работу двигателя.At 816, the method includes scheduling fuel injection. For example, the controller may process information about the position of the engine and setting the cam distribution phases for planning so that the next cylinder is injected with fuel in a driving cycle. At 818, method 800 includes scheduling fuel ignition. For example, once a fuel injection has been planned for the next cylinder in the ignition sequence, the controller can subsequently plan the ignition of the fuel / air mixture with a laser system attached to the next working cylinder in order to start the engine.

Фиг. 9 показывает примерный способ 900 для эксплуатации лазерной системы зажигания двигателя в разных режимах мощности на основании рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания. Как конкретизировано в способе по фиг. 9, лазерная система может эксплуатироваться в режиме высокой мощности, чтобы воспламенять топливо-воздушную смесь в цилиндре во время условий сгорания, и эксплуатироваться в режиме низкой мощности для измерения положения поршня во время условий без сгорания. В показанном варианте осуществления, контроллер может использовать многочисленные схемы измерения времени отличающегося разрешения, чтобы определять время, требуемое, чтобы испущенный мощный лазерный импульс детектировался после отражения от поршня в цилиндре, и тем самым, определять где двигатель находится в своем ездовом цикле. Информация о положении двигателя может передаваться из схемы измерения времени в лазерную систему зажигания, а в ней, в контроллер посредством сигналов, которые могут быть электрическими по природе, или которые могут передаваться с помощью оптического, механического или некоторого другого средства.FIG. 9 shows an exemplary method 900 for operating a laser engine ignition system in various power modes based on an operating state of an internal combustion engine. As specified in the method of FIG. 9, the laser system can be operated in high power mode to ignite the fuel-air mixture in the cylinder during combustion conditions, and operated in low power mode to measure the position of the piston during non-combustion conditions. In the embodiment shown, the controller can use multiple different resolution time measurement circuits to determine the time required for the emitted high-power laser pulse to be detected after reflection from the piston in the cylinder, and thereby determine where the engine is in its driving cycle. Information about the position of the engine can be transmitted from the time measurement circuit to the laser ignition system, and in it, to the controller by means of signals that may be electrical in nature, or which can be transmitted by optical, mechanical or some other means.

На 901, способ 900 включает в себя использование по меньшей мере одной лазерной системы для контроля положения двигателя. Например, на фиг. 4, лазерная система 451 может использоваться для определения положения поршня в цилиндре 404. Положение впускного клапана 414 и выпускного клапана 412 в таком случае может определяться датчиками кулачков, для того чтобы идентифицировать фактическое положение двигателя. В одном из примеров, режим работы низкой мощности, где контролируется положение двигателя, может быть состоянием по умолчанию лазерной системы зажигания.At 901, method 900 includes using at least one laser system to monitor engine position. For example, in FIG. 4, the laser system 451 can be used to determine the position of the piston in the cylinder 404. The position of the intake valve 414 and exhaust valve 412 can then be detected by cam sensors in order to identify the actual position of the engine. In one example, a low power mode of operation where the position of the engine is monitored may be the default state of the laser ignition system.

На 902, способ 900 включает в себя определение, должно ли выполняться лазерное зажигание. Например, лазерная система 92 может принимать информацию из контроллера, что были удовлетворены условия зажигания. В одном из примеров, условия зажигания могут считаться удовлетворенными в ответ на запрос запуска или перезапуска двигателя от водителя или из контроллера транспортного средства. Если условия зажигания подтверждены, то, на 904, способ включает в себя подачу импульсов лазерного излучения в режиме высокой мощности в цилиндр двигателя. Как описано выше, контроллер двигателя может быть выполнен с возможностью идентифицировать первый работающий цилиндр, в котором следует инициировать сгорание во время возобновления работы двигателя из условий выключения холостого хода или инициирования работы двигателя в режиме включенного двигателя. Когда условия зажигания подтверждены контроллером 12, задающий генератор лазерного излучения лазерной системы зажигания может вырабатывать лазерный импульс высокой энергии или интенсивности, чтобы воспламенять топливо-воздушную смесь в данной камере сгорания. После возобновления работы двигателя, лазерная система может возобновлять определение поршня у поршней в цилиндрах.At 902, method 900 includes determining whether laser ignition should be performed. For example, the laser system 92 may receive information from the controller that the ignition conditions have been met. In one example, ignition conditions may be considered satisfied in response to a request to start or restart the engine from a driver or from a vehicle controller. If the ignition conditions are confirmed, then, at 904, the method includes applying laser pulses in high power mode to the engine cylinder. As described above, the engine controller may be configured to identify a first working cylinder in which combustion should be initiated during the resumption of engine operation from the conditions of shutdown of idling or initiation of engine operation in the engine on mode. When the ignition conditions are confirmed by the controller 12, the laser generator of the laser ignition system can generate a laser pulse of high energy or intensity to ignite the fuel-air mixture in this combustion chamber. After resuming engine operation, the laser system can resume piston detection for pistons in cylinders.

Если условия лазерного зажигания не подтверждены на 902, на 906, способ включает в себя определение, подтверждены ли условия определения положения поршня. Например, может определяться, требуется ли информация о положении поршня, и должна ли лазерная система эксплуатироваться для определения положения двигателя. Если условия определения положения поршня подтверждены, то, на 908, импульс низкого давления может подаваться лазерной системой 451 для определения положения поршня внутри цилиндра 404. Подобным образом, лазерные системы 453, 457 и 461 также могут подавать импульсы с низкой мощностью для определения положения поршней внутри цилиндров 408, 410 и 406, соответственно. Лазерное устройство может эксплуатироваться в режиме низкой мощности лазерными импульсами, испускаемыми с более низкой интенсивностью и с заданной частотой. Например, лазер может осуществлять раскачивание своей частоты в режиме низкой мощности. Как конкретизировано со ссылкой на фиг. 10, система временного детектирования, включающая в себя многочисленные схемы измерения времени, может эксплуатироваться в координации с работой лазера. Более точно, схемы измерения времени могут задействоваться в ответ на испускание лазерного импульса лазерным устройством внутрь цилиндра двигателя, и схемы измерения времени могут блокироваться в ответ на детектирование лазерного импульса (вслед за отражением от верхней поверхности поршня в цилиндре) детектором лазерной системы.If the laser ignition conditions are not confirmed at 902, at 906, the method includes determining whether the conditions for determining the position of the piston are confirmed. For example, it can be determined whether information about the position of the piston is required, and whether the laser system should be operated to determine the position of the engine. If the conditions for determining the position of the piston are confirmed, then, at 908, a low-pressure pulse can be supplied by a laser system 451 to determine the position of the piston inside the cylinder 404. Similarly, laser systems 453, 457 and 461 can also provide low power pulses to determine the position of the pistons inside cylinders 408, 410 and 406, respectively. The laser device can be operated in a low power mode by laser pulses emitted at a lower intensity and at a given frequency. For example, a laser may swing its frequency in a low power mode. As specified with reference to FIG. 10, a time detection system including multiple time measuring circuits can be operated in coordination with laser operation. More precisely, time measuring circuits can be activated in response to the emission of a laser pulse by a laser device inside the engine cylinder, and time measuring circuits can be blocked in response to detecting a laser pulse (following reflection from the upper surface of the piston in the cylinder) by a laser system detector.

На 910, информация о положении для двигателя может определяться на основании выходных данных многочисленных схем измерения времени. Например, как обсуждено со ссылкой на фиг. 10, контроллер 12 двигателя может выполнять последовательность вычислений для преобразования значения времени, выведенного схемами измерения времени, в значение расстояния (более точно, расстояния между лазерным устройством и верхом поршня). В дополнительных вариантах осуществления, контроллер может рассчитывать положение двигателя на основании данных, принятых из обеих схем измерения времени и датчиков положения кулачков. Таким образом, контроллер может эксплуатировать лазерное устройство зажигания для подачи лазерного импульса в цилиндр, а затем, логически выводить положение поршня цилиндра на основании времени, требуемого для детектирования лазерного импульса. В материалах настоящей заявки, требуемое время может быть основано на каждой из первой схемы более грубого измерения времени и второй схемы более точного измерения времени.At 910, position information for the engine may be determined based on the output of multiple time measurement circuits. For example, as discussed with reference to FIG. 10, the engine controller 12 may perform a series of calculations to convert the time value output by the time measurement circuits into a distance value (more precisely, the distance between the laser device and the piston top). In further embodiments, the controller may calculate the position of the engine based on data received from both time measurement circuits and cam position sensors. Thus, the controller can operate the laser ignition device to deliver the laser pulse to the cylinder, and then logically infer the position of the cylinder piston based on the time required to detect the laser pulse. In the materials of this application, the required time can be based on each of the first scheme for a rougher time measurement and the second scheme for a more accurate time measurement.

На 912, способ 900 включает в себя использование информации о положении двигателя для определения другой информации о системе. Например, собранные данные цилиндра могут дополнительно обрабатываться для расчета угла поворота кривошипа коленчатого вала 40. В качестве альтернативы, контроллер может использовать положение двигателя, чтобы гарантировать, что подача топлива в пределах двигателя синхронизирована.At 912, method 900 includes using engine position information to determine other system information. For example, the collected cylinder data can be further processed to calculate the crank angle of the crankshaft 40. Alternatively, the controller can use the engine position to ensure that the fuel supply within the engine is synchronized.

На 914, способ 900 включает в себя идентификацию, какой цилиндр в цикле должен работать первым. Например, в описании по фиг. 5 и 11-12, контроллер использует лазерную систему и схемы измерения времени для измерения положений поршней внутри их цилиндров. Эта информация дополнительно может комбинироваться с положениями впускных и выпускных клапанов, выявленными датчиками положения кулачка, для того чтобы определять положение двигателя. По идентифицированному положению двигателя, контроллер способен идентифицировать и планировать следующий цилиндр в ездовом цикле для работы. Таким образом, контроллер может логически выводить положение поршня данного цилиндра на основании выходных данных схем измерения времени и настраивать топливоснабжение и искровое зажигание у данного цилиндра во время перезапуска двигателя на основании логически выведенного положения.At 914, method 900 includes identifying which cylinder should run first in the loop. For example, in the description of FIG. 5 and 11-12, the controller uses a laser system and time measuring circuits to measure the positions of the pistons inside their cylinders. This information can additionally be combined with the positions of the intake and exhaust valves detected by the cam position sensors in order to determine the position of the engine. Based on the identified position of the engine, the controller is able to identify and plan the next cylinder in the driving cycle for operation. Thus, the controller can logically infer the piston position of a given cylinder based on the output of the time measuring circuits and adjust the fuel supply and spark ignition of the given cylinder during engine restart based on the inferred position.

Возвращаясь к фиг. 9, на 916, способ включает в себя определение, должен ли продолжаться контроль двигателя лазером. Например, может определяться, должно ли лазерное устройство поддерживаться в режиме низкой мощности. В одном из примеров, как только первый работающий цилиндр был идентифицирован с использованием лазерного устройства в режиме низкой мощности, и на основании выходных данных схем измерения времени, контроллер может определять, что дальнейший контроль положения двигателя не требуется, и что эксплуатация лазера в режиме высокой мощности требуется для зажигания топливо-воздушной смеси в цилиндрах. Если контроллер решает не использовать лазерные системы для контроля положения двигателя, на 918, контроллер, например, по выбору может использовать датчики положения коленчатого вала, чтобы контролировать положение двигателя.Returning to FIG. 9, at 916, the method includes determining whether laser monitoring of the engine should continue. For example, it can be determined whether the laser device should be maintained in low power mode. In one example, once the first working cylinder has been identified using a laser device in low power mode, and based on the output of the time measurement circuits, the controller can determine that further monitoring of the position of the engine is not required, and that the operation of the laser in high power mode required to ignite the fuel-air mixture in the cylinders. If the controller decides not to use laser systems to monitor the position of the engine, at 918, the controller, for example, can optionally use crankshaft position sensors to monitor the position of the engine.

Далее, с обращением к фиг. 10, показан способ эксплуатации системы измерения времени по фиг. 11-12 и 13, которая присоединена к лазерной системе зажигания. Способ дает положению двигателя возможность узнаваться на основании времени, требуемого для детектирования лазерного импульса, испущенного лазерным устройством зажигания в цилиндр двигателя, где требуемое время основано на выходных данных каждой из первой схемы более грубого измерения времени и второй схемы менее грубого измерения времени. В одном из примеров, процедура по фиг. 10 может выполняться в качестве части процедуры по фиг. 9, такой как на 908-910.Next, with reference to FIG. 10, a method for operating the time measuring system of FIG. 11-12 and 13, which is connected to a laser ignition system. The method allows the position of the engine to be recognized based on the time required to detect the laser pulse emitted by the laser ignition device into the engine cylinder, where the required time is based on the output of each of the first coarser time measurement circuit and the second less coarse time measurement circuit. In one example, the procedure of FIG. 10 may be performed as part of the procedure of FIG. 9, such as at 908-910.

На 1002, может испускаться первый лазерный импульс низкой мощности. В частности, лазерный импульс низкой мощности испускается в первый раз. Например, лазерное устройство зажигания у цилиндра двигателя может эксплуатироваться в режиме низкой мощности контроллером во время условий без сгорания, когда требуется контроль положения двигателя. В режиме низкой мощности, лазерное устройство может быть выполнено с возможностью подавать лазерный импульс более низкой мощности в цилиндр, чем лазерный импульс, подаваемый в цилиндр во время условий сгорания для зажигания топливо-воздушной смеси в цилиндре.At 1002, a first low power laser pulse may be emitted. In particular, a low power laser pulse is emitted for the first time. For example, a laser ignition device near an engine cylinder can be operated in a low power mode by a controller during non-combustion conditions when engine position control is required. In low power mode, the laser device may be configured to deliver a laser pulse of lower power to the cylinder than a laser pulse supplied to the cylinder during combustion conditions to ignite the fuel-air mixture in the cylinder.

На 1004, в ответ на испускание первого лазерного импульса низкой мощности, запускается первая грубая схема измерения времени. Первая грубая схема измерения времени может быть присоединена внутри контроллера двигателя или ЦПУ. В ответ на испускание лазерного импульса, контроллер может отправлять сигнал для запуска первой грубой схемы измерения времени.At 1004, in response to the emission of a first low power laser pulse, a first coarse time measurement circuit is started. The first crude time measurement circuitry may be connected inside the motor controller or CPU. In response to the emission of a laser pulse, the controller can send a signal to start the first coarse time measurement circuit.

На 1006, процедура включает в себя детектирование лазерного импульса низкой мощности, испускаемого в цилиндр вслед за отражением от верхней поверхности поршня данного цилиндра. Отраженный лазерный импульс может детектироваться устройством детектирования, присоединенным к лазерному излучателю в лазерной системе зажигания. На 1008, в ответ на детектирование, первая грубая схема измерения времени останавливается, и значение времени, выведенное цепочкой элементов схемы в первом грубом таймере, считывается и сохраняется в памяти контроллера. Контроллер также может определять значение смещения задержки, которое должно использоваться при эксплуатации первой и второй схем измерения времени в тандеме. Смещение задержки может основано на выходных данных первой схемы измерения времени. Например, когда выходные данные первой схемы измерения времени имеют значение 10 нс, значение смещения задержки может устанавливаться, чтобы иметь значение 10 нс. По существу, задержка основана на времени, требуемом, чтобы вход блокирования на микросхемах буферов преодолевал объединенную емкость группы буферов. Поскольку каждый вход имеет небольшую емкость, будет небольшая временная задержка, которая является значительно большей при измерении в пикосекундном диапазоне. В системе временного детектирования по фиг. 12, задержка для очистки требует координации с грубым измерением времени. В системе временного детектирования по фиг. 11, задержка основана на грубом измерении времени и, таким образом, может обрабатываться задержка любой величины.At 1006, the procedure includes detecting a low power laser pulse emitted into the cylinder following reflection from the upper surface of the piston of the given cylinder. A reflected laser pulse can be detected by a detection device coupled to the laser emitter in the laser ignition system. At 1008, in response to detection, the first coarse time measuring circuit is stopped, and the time value output by the chain of circuit elements in the first coarse timer is read and stored in the controller memory. The controller can also determine the value of the delay offset, which should be used when operating the first and second time measurement circuits in tandem. The delay offset may be based on the output of the first time measurement circuit. For example, when the output of the first time measurement circuit is 10 ns, the delay offset value can be set to be 10 ns. Essentially, the delay is based on the time required for the blocking input on the buffer chips to overcome the combined capacity of the buffer group. Since each input has a small capacitance, there will be a small time delay, which is much larger when measured in the picosecond range. In the time detection system of FIG. 12, the delay for cleaning requires coordination with a rough measurement of time. In the time detection system of FIG. 11, the delay is based on a rough measurement of time, and thus a delay of any magnitude can be processed.

На 1010, способ включает в себя испускание второго лазерного импульса низкой мощности, которое может быть пропущено. В частности, лазерный импульс низкой мощности, подобный импульсу, испущенному на 1002, испускается во второй раз. На 1012, как на 1004, в ответ на испускание лазерного импульса низкой мощности, (пере)запускается первая схема более грубого измерения времени. На 1014, вторая более точная схема измерения времени запускается вслед за истечение определенного времени задержки или смещения задержки после запуска первой схемы измерения времени. Другими словами, сведения из предыдущего грубого измерения используются для запуска схемы измерения времени высокой разрешающей способности, чтобы работала в течение тактового интервала, в котором ожидается обратный импульс. Таким образом, если схема измерения времени высокой разрешающей способности требует большого времени (например, 1 мс), чтобы заставлять первый элемент достигать порогового напряжения (как имело бы место с очень длинной цепочкой элементов схемы во второй схеме измерения времени), импульс запуска у второй схемы измерения времени может запускаться заранее на соответствующее время. По существу, время, чтобы первый элемент достигал порогового напряжения было бы постоянным для данной конструкции схемы.At 1010, the method includes emitting a second low power laser pulse that may be skipped. In particular, a low-power laser pulse, similar to the pulse emitted at 1002, is emitted a second time. At 1012, as at 1004, in response to the emission of a low-power laser pulse, (re) the first circuit of a rougher time measurement is started. At 1014, a second more accurate time measurement circuit is started following the expiration of a certain delay time or delay offset after the first time measurement circuit is started. In other words, the information from the previous coarse measurement is used to trigger a high-resolution time measurement circuit to operate during the clock interval in which a reverse pulse is expected. Thus, if a high-resolution time measurement circuit requires a long time (for example, 1 ms) to force the first element to reach a threshold voltage (as would be the case with a very long chain of circuit elements in the second time measurement circuit), the trigger pulse of the second circuit time measurements can be started in advance at the appropriate time. Essentially, the time for the first element to reach a threshold voltage would be constant for a given circuit design.

На 1016, как на 1006, лазерный импульс низкой мощности, испущенный в цилиндр, детектируется вслед за отражением от поршня данного цилиндра. На 1018, в ответ на детектирование, каждая из первой грубой схемы измерения времени и второй точной схемы измерения времени останавливается. Значение времени, выведенное каждой из первой схемы измерения времени более низкого разрешения и второй схемы измерения времени более высокого разрешения, считывается и комбинируется. Более точно, контроллер (или ЦПУ) может считывать линию фиксированных в защелке данных второй схемы измерения времени и прибавлять время высокой разрешающей способности к времени низкой разрешающей способности. По существу, вслед за считыванием выходных данных, для подготовки схем измерения времени к следующему импульсу, вторая схема измерения времени очищается подтягиванием линии запуска к низкому уровню. Тактовый таймер первой схемы измерения времени также сбрасывается.At 1016, as at 1006, a low-power laser pulse emitted into the cylinder is detected following reflection from the piston of the cylinder. At 1018, in response to detection, each of the first rough time measurement circuit and the second accurate time measurement circuit is stopped. The time value output by each of the first lower resolution time measurement circuit and the second higher resolution time measurement circuit is read and combined. More specifically, the controller (or CPU) can read the line of latched data from the second time measurement circuit and add the high resolution time to the low resolution time. Essentially, after reading the output to prepare the time measurement circuits for the next pulse, the second time measurement circuit is cleared by pulling the trigger line to a low level. The clock timer of the first time measurement circuit is also reset.

В одном из примеров, этапы с 1002 по 1018 повторяются некоторое количество раз, и результаты статистически сравниваются. Например, измерительные импульсы могут отправляться каждый от 10 до 100 миллисекунд, частота зависит от требуемого максимального диапазона измерения.In one example, steps 1002 through 1018 are repeated a number of times, and the results are statistically compared. For example, measuring pulses can be sent each from 10 to 100 milliseconds; the frequency depends on the required maximum measuring range.

На 1020, комбинированные значение времени, выведенное схемами, преобразуется в значение расстояния с использованием уравнений или алгоритмов преобразования времени в расстояние. В одном из примеров, контроллер может преобразовывать сумму первого значение времени, выведенного первой схемой измерения времени, и второго значения времени, выведенного второй схемой измерения времени, в значение расстояния с использованием уравнения, которое использует скорость света в качестве параметра.At 1020, the combined time value inferred by the circuits is converted to a distance value using equations or algorithms for converting time into distance. In one example, the controller may convert the sum of the first time value output by the first time measurement circuit and the second time value output by the second time measurement circuit into a distance value using an equation that uses the speed of light as a parameter.

На 1022, положение двигателя узнается на основании времени, требуемого для детектирования лазерного импульса, испущенного лазерным устройством зажигания в цилиндр двигателя, требуемое время основано на каждом из первого, более грубого таймера или схемы измерения времени, и второго, менее грубого таймере или схемы измерения времени. В частности, узнавание положения двигателя на основании требуемого времени включает в себя определение положения поршня и такт цилиндра для каждого цилиндра двигателя. Как конкретизировано на фиг. 9, контроллер затем может настраивать рабочий параметр двигателя во время последующего перезапуска двигателя на основании узнанного положения двигателя. Например, контроллер может настраивать топливоснабжение и установку момента зажигания цилиндра на основании узнанного положения двигателя. Контроллер также может выбирать цилиндр для выполнения первого события сгорания во время перезапуска двигателя на основании такта цилиндра. В одном из примеров, цилиндр, где поршень находится в такте сжатия, может выбираться для первого события сгорания во время перезапуска. По существу, положение двигателя может узнаваться во время условий без сгорания, таких как во время состояния покоя двигателя, после вывода из работы двигателя во время останова двигателя и перед первым событием сгорания во время перезапуска.At 1022, the position of the engine is recognized based on the time required to detect the laser pulse emitted by the laser ignition device into the engine cylinder, the required time is based on each of the first, rougher timer or time measurement circuit, and the second, less coarse timer or time measurement circuit . In particular, recognizing the position of the engine based on the required time includes determining the position of the piston and the stroke of the cylinder for each cylinder of the engine. As specified in FIG. 9, the controller can then adjust the operating parameter of the engine during a subsequent restart of the engine based on the recognized position of the engine. For example, the controller can adjust the fuel supply and the ignition timing of the cylinder based on the recognized position of the engine. The controller may also select a cylinder to perform the first combustion event during engine restart based on the cylinder stroke. In one example, a cylinder where the piston is in a compression stroke may be selected for a first combustion event during a restart. Essentially, the position of the engine can be recognized during non-combustion conditions, such as during a standstill of the engine, after engine shutdown during engine shutdown, and before the first combustion event during restart.

Таким образом, в ответ на испускание лазерного импульса в цилиндр лазерным устройством зажигания, контроллер может запускать каждую из первой и второй схемы измерения времени. Затем, в ответ на детектирование испущенного лазерного импульса, контроллер может останавливать каждую из первой и второй схемы измерения времени. Контроллер затем может преобразовывать сумму первых выходных данных времени первой схемы измерения времени и вторых выходных данных времени второй схемы измерения времени в расстояние, и логически выводить положение поршня в цилиндре и такт цилиндра на основании расстояния.Thus, in response to the emission of a laser pulse into the cylinder by a laser ignition device, the controller can start each of the first and second time measurement circuits. Then, in response to detecting the emitted laser pulse, the controller can stop each of the first and second time measurement circuits. The controller can then convert the sum of the first time output of the first time measurement circuit and the second time output of the second time measurement circuit to a distance, and logically display the position of the piston in the cylinder and the cylinder stroke based on the distance.

В одном из примеров, на первом проходе, грубые выходные данные времени первой схемы измерения времени могут указывать значение между 10 и 11 нс. Затем, на втором проходе, грубая схема измерения времени и точная схема измерения времени обе могут эксплуатироваться в ответ на испускание лазерного импульса в цилиндр, причем, вторая схема измерения времени запускается на метке 10 нс. Когда обе схемы измерения времени остановлены в ответ на детектирование отраженного лазерного импульса детектором, присоединенным к LCU, первая схема измерения времени по-прежнему может выдавать выходные данные между 11 и 11 нс наряду с тем, чтобы вторая схема измерения времени может выдавать выходные данные, указывающие 0,222 нс. Таким образом, контроллер может логически выводить, что значение времени высокого разрешения имеет значение 10+0,222=10,222 нс. Контроллер затем может преобразовывать значение 10, 222 не в значение расстояния, чтобы определять положение поршня в цилиндре с более высокой прецизионностью и точностью.In one example, in the first pass, the rough time output of the first time measurement circuit may indicate a value between 10 and 11 ns. Then, in the second pass, a rough time measurement circuit and an accurate time measurement circuit can both be operated in response to the emission of a laser pulse into the cylinder, and the second time measurement circuit is triggered at 10 ns. When both time measurement circuits are stopped in response to the detection of the reflected laser pulse by a detector connected to the LCU, the first time measurement circuit can still output between 11 and 11 ns, while the second time measurement circuit can output output indicating 0.222 ns Thus, the controller can logically infer that the high-resolution time value has a value of 10 + 0.222 = 10.222 ns. The controller can then convert the value 10, 222 not to a distance value to determine the position of the piston in the cylinder with higher precision and accuracy.

Фиг. 14 показывает способ по фиг. 10, эксплуатируемый в системе временного детектирования, имеющей вариант осуществления по фиг. 12 (с двумя полутактовыми компонентами) в формате структурной схемы. Как показано на фиг. 10, сигнал 1402 запуска, который выровнен по фронту тактового импульса, запускает таймер или счетчик низкой разрешающей способности. Грубые выходные данные первого таймера, в материалах настоящей заявки также указываемые ссылкой как тактовый выходной сигнал 1406, сохраняются в ЦПУ 1412 и, к тому же, подаются на первый полутактовый таймер 1408 высокой разрешающей способности. Инвертированный вариант тактового выходного сигнала 1406 (скорректированный с использованием прямоугольной волны с периодом 1 нс) также подается во второй полутактовый таймер 1310 высокого разрешения. Выходной сигнал триггера-защелки цепочки триггеров-защелок (в изображенном примере, с D1 по D500) первого полутактового таймера 1408 высокого разрешения подается в ЦПУ 1412. Выходной сигнал триггера-защелки цепочки триггеров-защелок (в изображенном примере, с D501 по D99) второго полутактового таймера 1310 высокого разрешения также подается в ЦПУ 1412. В ЦПУ, местоположение точки перехода цепочки триггеров-защелок преобразуется во время высокой разрешающей способности. ЦПУ затем комбинирует выходные данные таймера низкой разрешающей способности и таймеров высокой разрешающей способности, и выполняет алгоритм преобразования времени в расстояние, который преобразует комбинированные выходные данные времени высокого разрешения в значение расстояния высокого разрешения. Значение расстояния отражает положение поршня в цилиндре с более высокой прецизионностью, точностью и достоверностью.FIG. 14 shows the method of FIG. 10 operated in a time detection system having the embodiment of FIG. 12 (with two half-cycle components) in a block diagram format. As shown in FIG. 10, a trigger signal 1402, which is clock-aligned, triggers a timer or low resolution counter. The rough output of the first timer, also referred to as a clock output 1406 in the materials of this application, is stored in the CPU 1412 and, moreover, is provided to the first high-resolution half-clock timer 1408. An inverted version of the clock output signal 1406 (corrected using a square wave with a period of 1 ns) is also supplied to the second high-resolution half-clock timer 1310. The output signal of the trigger-latch of the chain of trigger-latches (in the shown example, from D1 to D500) of the first high-resolution half-cycle timer 1408 is supplied to the CPU 1412. The output signal of the trigger-latch of the chain of trigger-latches (in the shown example, from D501 to D99) of the second The high-resolution half-clock timer 1310 is also provided to the CPU 1412. In the CPU, the location of the transition point of the trigger-trigger chain is converted during high resolution. The CPU then combines the output of the low-resolution timer and high-resolution timers, and executes a time to distance conversion algorithm that converts the combined high-resolution time output to a high-resolution distance value. The distance value reflects the position of the piston in the cylinder with higher precision, accuracy and reliability.

Фиг. 15 показывает способ по фиг. 10, эксплуатируемый в системе временного детектирования, имеющей вариант осуществления по фиг. 11 в формате структурной схемы. Сигнал 1402 запуска, который выровнен по фронту тактового импульса, запускает таймер или счетчик низкой разрешающей способности. Сигнал запуска может включать в себя сигнал, указывающий, что лазерный импульс был испущен лазерным устройством зажигания в соответствующий цилиндр. Грубые выходные данные первого таймера (грубое время), в материалах настоящей заявки также указываемые ссылкой как тактовые выходные данные 1406, сохраняются в ЦПУ 1412. Как обсуждено со ссылкой на фиг. 10, грубый таймер может эксплуатироваться в одиночку на первом проходе, чтобы узнавать грубый выходной сигнал времени, а затем эксплуатируется на втором проходе наряду с точным таймером, чтобы узнавать выходные данные времени высокого разрешения. Поэтому, тактовые выходные сигналы 1406 также используются в качестве входного сигнала для сигнала 1402 запуска и в качестве входного сигнала в грубый таймер 1404.FIG. 15 shows the method of FIG. 10 operated in a time detection system having the embodiment of FIG. 11 in a block diagram format. A trigger signal 1402, which is clock-aligned, triggers a timer or low-resolution counter. The trigger signal may include a signal indicating that the laser pulse has been emitted by the laser ignition device into the corresponding cylinder. The rough output of the first timer (rough time), also referenced here as the clock output 1406, is stored in the CPU 1412. As discussed with reference to FIG. 10, the coarse timer can be operated alone in the first pass to recognize the coarse time output, and then operated in the second pass along with the accurate timer to recognize the output of the high resolution time. Therefore, the clock output signals 1406 are also used as input to the trigger signal 1402 and as input to the coarse timer 1404.

Сигнал запуска передается в таймер 1504 высокой разрешающей способности через ЦПУ 1412. В частности, на основании грубого выходного сигнала времени грубого таймера, ЦПУ может определять задержку или смещение, через которые сигнал запуска должен отправляться на таймер высокой разрешающей способности. В одном из примеров, сигнал запуска отправляется в таймер 1504 высокой разрешающей способности после того, как истекла длительность, соответствующая грубому выходному сигналу времени грубого таймера 1404.The trigger signal is transmitted to the high resolution timer 1504 via the CPU 1412. In particular, based on the rough output of the rough timer, the CPU can determine the delay or offset through which the trigger should be sent to the high resolution timer. In one example, a trigger signal is sent to the high resolution timer 1504 after a duration corresponding to the coarse time output of the coarse timer 1404 has expired.

Измеренный сигнал 1502 (в материалах настоящей заявки указываемый ссылкой как обратный сигнал) может выдавать входной сигнал «останова» на каждый из таймеров низкой и высокой разрешающей способности. Обратный или измеренный сигнал может включать в себя сигнал, указывающий, что лазерный импульс был детектирован лазерным устройством зажигания вслед за отражением от поверхности поршня соответствующего цилиндра.The measured signal 1502 (referenced herein as a return signal) may provide a “stop” input to each of the low and high resolution timers. The return or measured signal may include a signal indicating that the laser pulse has been detected by the laser ignition device following reflection from the piston surface of the corresponding cylinder.

В ответ на входной сигнал останова, выходной сигнал триггера-защелки цепочки триггеров-защелок (в изображенном примере, с D1 по D1000) таймера 1504 высокой разрешающей способности подается в ЦПУ 1412. В ЦПУ, местоположение точки перехода цепочки триггеров-защелок преобразуется во время высокой разрешающей способности. ЦПУ затем комбинирует выходные данные таймера низкой разрешающей способности и таймеров высокой разрешающей способности, и выполняет алгоритм преобразования времени в расстояние, который преобразует комбинированные выходные данные времени высокого разрешения в значение расстояния высокого разрешения. Значение расстояния отражает положение поршня в цилиндре с более высокой точностью и достоверностью.In response to the stop signal, the output of the latch trigger-latch of the latch-trigger chain (in the illustrated example, D1 to D1000) of the high-resolution timer 1504 is supplied to the CPU 1412. In the CPU, the location of the transition point of the latch-trigger chain is converted during high resolution. The CPU then combines the output of the low-resolution timer and high-resolution timers, and executes a time-to-distance conversion algorithm that converts the combined high-resolution time output to a high-resolution distance value. The distance value reflects the position of the piston in the cylinder with higher accuracy and reliability.

Вслед за определением положения поршня, ЦПУ может отправлять входной сигнал «сигнала очистки» на таймер высокой разрешающей способности. Это побуждает сигнал, измеренный таймером высокой разрешающей способности, стираться. Сигнал может стираться, например, посредством сброса заряда конденсаторов в цепочке элементов схемы таймера высокой разрешающей способности. По стиранию, таймер высокой разрешающей способности сбрасывается для еще одного измерения времени.Following the determination of the position of the piston, the CPU can send the input signal "signal cleaning" to the timer high resolution. This causes the signal measured by the high-resolution timer to be erased. The signal may be erased, for example, by resetting the charge of the capacitors in a chain of high-resolution timer circuit elements. By erasing, the high-resolution timer is reset for another time measurement.

В одном из примеров, система двигателя содержит цилиндр двигателя и лазерную систему зажигания, присоединенную к цилиндру. Лазерная система зажигания включает в себя лазерный излучатель и лазерный детектор, первую схему измерения времени более низкого разрешения, имеющую первое, меньшее количество элементов схемы, и вторую схему измерения времени более высокого разрешения, имеющую второе, большее количество элементов схемы. Разрешение второй схемы измерения времени может быть основано на втором количестве элементов схемы, разрешение повышается по мере того, как возрастает второе количество. Кроме того, диапазон (или верхнее пороговое значение) второй схемы измерения времени может быть основано на разрешении (или нижнем пороговом значении) первой схемы измерения времени.In one example, the engine system comprises an engine cylinder and a laser ignition system attached to the cylinder. The laser ignition system includes a laser emitter and a laser detector, a first lower resolution time measuring circuit having a first, fewer circuit elements, and a second higher resolution time measuring circuit having a second, more circuit elements. The resolution of the second time measuring circuit can be based on the second number of circuit elements, the resolution increases as the second number increases. In addition, the range (or upper threshold value) of the second time measurement circuitry may be based on the resolution (or lower threshold value) of the first time measurement circuitry.

Контроллер системы двигателя может быть сконфигурирован считываемыми компьютером инструкциями для, перед перезапуском двигателя, эксплуатации излучателя для испускания лазерного импульса более низкой мощности в цилиндр. В ответ на испускание, каждая из первой и второй схем измерения времени может запускаться. Испущенный лазерный импульс может по существу детектироваться детектором вслед за отражением от поршня цилиндра. В ответ на детектирование, каждая из первой и второй схем измерения времени может останавливаться, и положение поршня в цилиндре может логически выводиться на основании комбинированных выходных данных первой и второй схем измерения времени. Во время последующего перезапуска двигателя, контроллер может настраивать топливоснабжение и установку момента зажигания у цилиндра на основании логически выведенного положения поршня в цилиндре. В дополнение, во время перезапуска двигателя, топливо-воздушная смесь может воспламеняться в цилиндре посредством эксплуатации излучателя для испускания лазерного импульса более высокой энергии в цилиндр.The engine system controller may be configured with computer-readable instructions for, before restarting the engine, operating the emitter to emit a laser pulse of lower power into the cylinder. In response to emission, each of the first and second time measurement circuits may be triggered. The emitted laser pulse can essentially be detected by the detector following reflection from the piston of the cylinder. In response to detection, each of the first and second time measurement circuits may stop, and the position of the piston in the cylinder may be inferred based on the combined output of the first and second time measurement circuits. During a subsequent restart of the engine, the controller can adjust the fuel supply and the ignition timing of the cylinder based on the inverted position of the piston in the cylinder. In addition, during engine restart, the fuel-air mixture can ignite in the cylinder by operating the emitter to emit a laser pulse of higher energy into the cylinder.

Таким образом, основанный на тактовом генераторе таймер со схемой измерения времени, имеет цепочку RC-элементов для предоставления схемы измерения времени высокого разрешения, которая может оценивать положение поршня цилиндра с высокой точностью. Посредством испускания лазерного импульса, испускаемого лазерным устройством лазерной системы зажигания, и детектирования отраженного лазерного импульса детектором лазерной системы зажигания для запуска таймеров, время, истекшее между испусканием и детектированием лазерного импульса, может вычисляться с большей точностью. Затем, посредством преобразования значения времени в значение расстояния, положение поршня может определяться достоверно и с большей степенью доверия. Посредством предоставления информации о положении поршня возможности определяться с более высокой точностью разрешения во время проворачивания коленчатого вала двигателя (или даже до проворачивания коленчатого вала), может улучшаться выбор цилиндра для начального события зажигания во время перезапуска двигателя. В общем и целом, перезапуски двигателя делаются состоятельными в большей степени.Thus, a timer based on a clock with a time measuring circuit has a chain of RC elements to provide a high resolution time measuring circuit that can evaluate the position of the cylinder piston with high accuracy. By emitting a laser pulse emitted by the laser device of the laser ignition system and detecting the reflected laser pulse by the detector of the laser ignition system to start the timers, the time elapsed between the emission and detection of the laser pulse can be calculated with greater accuracy. Then, by converting the time value to the distance value, the position of the piston can be determined reliably and with a greater degree of confidence. By providing information about the position of the piston, the ability to determine with higher resolution accuracy when cranking the engine (or even before cranking the crankshaft), the choice of cylinder for the initial ignition event during engine restart can be improved. In general, engine restarts are made more consistent.

Будет принято во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, 1-4, 1-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.It will be appreciated that the configurations and methods disclosed herein are exemplary in nature, and that these specific embodiments should not be construed in a limiting sense, as numerous variations are possible. For example, the above technology can be applied to engine types V6, 1-4, 1-6, V-12, opposed 4-cylinder and other types of engine. The subject of this disclosure includes all the latest and not obvious combinations and subcombinations of various systems and configurations, and other features, functions and / or properties disclosed in the materials of this application.

Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.The following formula of the utility model details some combinations and subcombinations considered as the latest and most unobvious. These claims of the utility model may indicate with reference to an element in the singular either the “first” element or its equivalent. It should be understood that such claims of a utility model include combining one or more of these elements without requiring or excluding two or more of these elements. Other combinations and subcombinations of the disclosed features, functions, elements and / or properties may be claimed by the utility model formula by modifying the present utility model formula or by introducing a new utility model formula in this or a related application. Such a utility model formula, broader, narrower, equal or different in volume with respect to the original utility model formula, is also considered to be included in the subject model of the present disclosure.

Несмотря на то, что один из примеров направлен на измерение положения цилиндра двигателя, другие измерительные устройства могут быть предусмотрены в одном из примеров. Например, примерный способ может включать в себя эксплуатацию лазерного устройства зажигания для подачи импульса лазерного импульса; и логический вывод положения объекта, отражающего лазер, на основании времени, требуемого для детектирования лазерного импульса, требуемое время основано на каждой из первой схемы более грубого измерения времени и второй схемы более точного измерения времени. Схемы могут включать в себя один или более признаков примерных схем, описанных в материалах настоящей заявки, таких как что вторая схема измерения времени включает в себя множество элементов схемы, и при этом, разрешение второй схемы измерения времени основано на количестве элементов схемы во второй схеме измерения времени. Кроме того, диапазон второй схемы измерения времени может быть по существу таким же, как разрешение первой схемы измерения времени. Требуемое время, основанное на каждой из первой схемы более грубого измерения времени и второй схемы более точного измерения времени, может включать в себя требуемое время, основанное на сумме выходных данных первой схемы измерения времени и выходных данных второй схемы измерения времени. В ответ на эксплуатацию лазерного устройства зажигания, каждая из первой схемы измерения времени и второй схемы измерения времени может запускаться. Вторая схема измерения времени может запускаться через задержку после запуска первой схемы измерения времени. Задержка может быть основана на выходных данных первой схемы измерения времени. Эксплуатация лазерного устройства зажигания для подачи лазерного импульса может включать в себя подачу лазерного импульса, имеющего более низкую мощность, чем лазерный импульс, подаваемый во время режима работы без измерения расстояния.Despite the fact that one of the examples is aimed at measuring the position of the cylinder of the engine, other measuring devices can be provided in one of the examples. For example, an example method may include operating a laser ignition device for delivering a laser pulse; and inferring the position of the laser reflecting object based on the time required to detect the laser pulse, the required time is based on each of the first coarser time measurement circuit and the second more accurate time measurement circuit. Schemes may include one or more features of exemplary schemes described herein, such as that the second time measurement circuit includes a plurality of circuit elements, and wherein, the resolution of the second time measurement circuit is based on the number of circuit elements in the second measurement circuit time. In addition, the range of the second time measurement circuit may be substantially the same as the resolution of the first time measurement circuit. The required time based on each of the first coarser time measuring circuit and the second more accurate time measuring circuit may include the required time based on the sum of the output of the first time measuring circuit and the output of the second time measuring circuit. In response to the operation of the laser ignition device, each of the first time measurement circuit and the second time measurement circuit can be started. The second time measurement circuit may start delayed after the start of the first time measurement circuit. The delay may be based on the output of the first time measurement circuit. Operation of a laser ignition device for supplying a laser pulse may include supplying a laser pulse having a lower power than the laser pulse supplied during the operation mode without measuring the distance.

Claims (4)

1. Система двигателя, содержащая:1. An engine system comprising: цилиндр двигателя;engine cylinder; лазерную систему зажигания, присоединенную к цилиндру, лазерная система зажигания включает в себя лазерный излучатель и лазерный детектор;a laser ignition system attached to the cylinder; a laser ignition system includes a laser emitter and a laser detector; первую схему измерения времени более низкого разрешения, имеющую первое, меньшее количество элементов схемы;a first lower resolution time measurement circuit having a first, fewer circuit elements; вторую схему измерения времени более высокого разрешения, имеющую второе, большее количество элементов схемы; иa second higher resolution time measurement circuit having a second, larger number of circuit elements; and контроллер со считываемыми компьютером инструкциями для,a controller with computer readable instructions for, перед перезапуском двигателя,before restarting the engine, эксплуатации излучателя для испускания лазерного импульса более низкой энергии в цилиндр;operating an emitter to emit a laser pulse of lower energy into the cylinder; в ответ на испускание, запуска каждой из первой и второй схем измерения времени,in response to emitting, starting each of the first and second time measurement circuits, детектирования испущенного лазерного импульса вслед за отражением от поршня цилиндра;detecting an emitted laser pulse following reflection from a cylinder piston; в ответ на детектирование, остановки каждой из первой и второй схем измерения времени; иin response to detecting, stopping each of the first and second time measurement circuits; and логического вывода положения поршня в цилиндре на основании комбинированных выходных данных первой и второй схем измерения времени.the logical conclusion of the position of the piston in the cylinder based on the combined output of the first and second time measurement circuits. 2. Система по п. 1, в которой контроллер включает в себя дополнительные инструкции для,2. The system of claim 1, wherein the controller includes additional instructions for, во время перезапуска двигателя,during engine restart, настройки топливоснабжения и установки момента зажигания уfuel supply settings and ignition timing settings at цилиндра на основании логически выведенного положения поршня в цилиндре.cylinder based on the inferred piston position in the cylinder. 3. Система по п. 2, в которой контроллер включает в себя дополнительные инструкции для, во время перезапуска двигателя, воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре посредством эксплуатации излучателя для испускания лазерного импульса более высокой энергии в цилиндр.3. The system of claim 2, wherein the controller includes additional instructions for, during engine restart, igniting the air-fuel mixture in the cylinder by operating the emitter to emit a laser pulse of higher energy into the cylinder. 4. Система по п. 1, в которой разрешение второй схемы измерения времени основано на втором количестве элементов схемы, разрешение повышается по мере того, как возрастает второе количество, и при этом, диапазон второй схемы измерения времени основан на разрешении первой схемы измерения времени.
Figure 00000001
4. The system of claim 1, wherein the resolution of the second time measurement circuit is based on the second number of circuit elements, the resolution increases as the second number increases, and the range of the second time measurement circuit is based on the resolution of the first time measurement circuit.
Figure 00000001
RU2014117942/06U 2013-05-06 2014-05-05 ENGINE POSITION CONTROL SYSTEM RU152800U1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/888,162 2013-05-06
US13/888,162 US20140149023A1 (en) 2012-11-29 2013-05-06 Method and system for engine position control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU152800U1 true RU152800U1 (en) 2015-06-20

Family

ID=51727604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014117942/06U RU152800U1 (en) 2013-05-06 2014-05-05 ENGINE POSITION CONTROL SYSTEM

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN104141550A (en)
DE (1) DE102014207921A1 (en)
RU (1) RU152800U1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI634262B (en) * 2017-09-08 2018-09-01 光陽工業股份有限公司 Phase determination method for multi-cylinder engine
KR102085896B1 (en) * 2018-12-07 2020-03-06 현대오트론 주식회사 Power Train Engine Control Method, And Vehicle Operated Thereby
DE102019103764A1 (en) * 2019-02-14 2020-08-20 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Method for starting an internal combustion engine of a vehicle
CN115503683B (en) * 2022-11-18 2023-02-28 华侨大学 Hybrid power motorcycle and stopping method and device thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005056520A1 (en) 2005-11-28 2007-05-31 Robert Bosch Gmbh Method for operating internal combustion engine, involves fuel-injection unit and laser ignition-unit and during compression cycle of internal combustion engine, fuel is injected into combustion chamber by fuel-injection unit
GB2441145B (en) * 2006-08-22 2011-06-08 Ford Global Tech Llc Laser ignition system comprising means for detecting piston crown velocity and position
US7624712B1 (en) * 2008-05-19 2009-12-01 Ford Global Technologies, Llc Approach for engine start synchronization
US8352153B2 (en) * 2009-02-13 2013-01-08 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for engine starting

Also Published As

Publication number Publication date
CN104141550A (en) 2014-11-12
DE102014207921A1 (en) 2014-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20140149023A1 (en) Method and system for engine position control
US20140149018A1 (en) Engine with laser ignition and measurement
US8195380B2 (en) Method for starting an engine
RU2626921C2 (en) System and method of fuel injection pulse width and timing control in the internal combustion engine (versions)
RU2708082C2 (en) Method for determining air-fuel ratio imbalance (embodiments)
RU2628107C2 (en) Methods for laser ignition and measurement
RU2566665C2 (en) Higher efficiency of laser ignition system
RU142041U1 (en) ENGINE SYSTEM (OPTIONS)
US8352153B2 (en) Methods and systems for engine starting
US8297256B2 (en) Ignition control system for internal combustion engines
US10118608B1 (en) Method for engine laser ignition system
US20090173296A1 (en) Approach for adaptive control of cam profile switching for combustion mode transitions
US10161344B2 (en) Leaky injector mitigation action for vehicles during idle stop
RU152677U1 (en) LASER IGNITION CONTROL SYSTEM
RU152800U1 (en) ENGINE POSITION CONTROL SYSTEM
CN101900045A (en) The method of running explosive motor
RU2648993C2 (en) Laser ignition and misfiring monitoring
RU2638900C2 (en) Method for engine operation
US10156220B1 (en) Method and system for knock sensor diagnostic
Mithun et al. Experimental investigations on the performance and cold starting characteristics of a low compression ratio diesel engine
JP2004176569A (en) Starting control device for internal combustion engine
US10570875B2 (en) Efficiency enhancement to a laser ignition system
US9341088B2 (en) Camshaft phaser control systems and methods
WO2019069443A1 (en) Method for controlling internal combustion engine and device for controlling internal combustion engine
JP2010270708A (en) Control device for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190506