激光点火系统的效率提高专利检索-激光点火点火系统内燃机引擎专利检索查询-专利查询网

激光 点火系统的效率提高

阅读：128发布：2020-05-19

专利汇可以提供激光点火系统的效率提高专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及激光点火系统的效率提高。提供用于加快进气门加热以改善发动机起动性的方法和系统。在发动机开始之前和期间操作发动机激光点火系统以加热进气门从而改善燃料蒸发。该点火系统还被操作以启动汽缸空气/燃料燃烧。，下面是激光点火系统的效率提高专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于发动机的方法，其包括：
利用从用于启动汽缸点火的水平调节的输出操作激光点火装置，所述输出基于进气门温度被调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述进气门温度调节所述输出的功率水平、脉冲频率、焦点和脉冲宽度中的每个，并且其中所述调节包括从用于启动汽缸点火的所述水平降低所述输出。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机联接在车辆中，并且其中操作所述激光点火装置包括响应于用于车辆解锁的信号，操作所述激光点火装置，在所述发动机中的第一燃烧事件之前启动所述激光点火装置的所述操作。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在所述第一燃烧事件期间和之后，在燃烧循环的进气冲程期间，利用较低水平的所述输出操作所述激光点火装置，并且在所述燃烧循环的动力冲程期间利用用于启动汽缸点火的所述水平的所述输出操作所述激光点火装置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中基于包括发动机转速、发动机负荷和环境温度的发动机工况，建模所述进气门温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中调节所述激光点火装置的所述输出以将所述建模的进气门温度升高到目标气门温度以上，所述目标气门温度基于发动机温度、排气微粒物质负荷和经由相对于直接喷射的进气道喷射输送的燃料的分流比中的每个。
7.根据权利要求6所述的方法，其中随着经由相对于直接喷射的进气道喷射输送的燃料的分流比提高，所述目标气门温度升高，并且其中所述进气门联接在进气道中的进气道喷射器的下游。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述建模的进气门温度进一步基于在激光点火装置操作期间产生的激光热量、在汽缸燃烧期间产生的燃烧热量和进气热量的传递速率。
9.根据权利要求2所述的方法，其中当所述进气门关闭时，来自所述激光点火装置的激光能量被引导到进气门的底部表面上，并且其中当所述进气门打开时，所述激光能量被引导到所述进气门的顶部表面上。
10.一种用于发动机的方法，其包括：
响应于推断的进气门温度低于阈值，在进气冲程期间操作激光点火装置以扫描汽缸的进气门，直到所述进气门温度高于所述阈值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述进气冲程期间扫描所述进气门包括当所述进气门关闭时扫描所述进气门的底部表面，以及当所述进气门打开时扫描所述进气门的顶部表面。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：在所述汽缸的动力冲程期间操作所述激光点火装置以点燃空气-燃料混合物，其中在所述进气冲程期间操作时的激光输出低于在所述动力冲程期间操作时的所述激光输出。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述进气冲程期间操作所述激光点火装置包括以激光脉冲发射的较低能量水平、较低频率并且以引导到所述汽缸的所述进气门上的激光脉冲操作，并且其中在所述动力冲程期间操作所述激光点火装置包括以激光脉冲发射的较高能量水平、较高频率并且以引导到所述汽缸的活塞上的所述激光脉冲操作。
14.根据权利要求12所述的方法，其中基于发动机转速、发动机负荷、发动机温度和在所述激光点火装置的所述操作期间产生的热量中的每个，对所述推断的进气门温度进行建模。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述阈值基于环境空气温度、排气微粒物质负荷以及经由相对于直接喷射的进气道喷射输送到所述汽缸的燃料的分流比中的每个，随着所述分流比提高，随着所述微粒物质负荷增加以及随着所述环境空气温度降低，所述阈值升高。
16.一种车辆系统，其包括：
发动机，其包括具有进气门的汽缸；
进气道喷射器，其在所述进气门上游联接到所述汽缸；
直接喷射器，其联接到所述汽缸；
激光器，其联接到所述汽缸；以及
控制器，其具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：
响应于发动机起动请求，在所述发动机起动的第一燃烧事件之前以第一模式操作所述激光器以加热所述进气门；
在所述发动机起动的所述第一燃烧事件之后将所述激光器转换到第二模式以点燃所述汽缸中的空气-燃料混合物；以及
响应于在汽缸燃烧期间的推断的进气门温度，以第三模式操作所述激光器以点燃所述汽缸中的所述空气-燃料混合物并且加热所述进气门。
17.根据权利要求16所述的系统，其中以所述第一模式操作包括以较低功率水平操作，其中所述激光器聚焦在所述进气门的底部表面上，其中以所述第二模式操作包括在所述汽缸的动力冲程期间以较高功率水平操作，其中所述激光器聚焦在汽缸活塞表面上，并且其中以所述第三模式操作包括在进气冲程期间以所述较低功率水平操作所述激光器，其中所述激光器在所述气门关闭时聚焦在所述进气门的所述底部表面上，并且在所述气门打开时聚焦在所述进气门的顶部表面上，以及在所述动力冲程期间以所述较高功率水平操作所述激光器，其中所述激光器聚焦在所述活塞表面上。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令，用于：将操作维持在所述第三模式中，直到所述推断的进气门温度高于阈值，并且然后从所述第三模式转换到所述第二模式，其中所述推断的进气门温度根据发动机转速、发动机负荷、发动机温度和燃烧热量进行建模，并且其中所述阈值基于环境空气温度、排气微粒物质负荷和经由相对于直接喷射的进气道喷射输送到所述汽缸的燃料的分流比中的每个。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括进一步的指令，用于：
响应于驾驶员需求的下降，停止汽缸燃料喷射并且使所述发动机减速；以及响应于汽缸燃料喷射停止长于阈值持续时间，以所述第一模式操作所述激光器。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述车辆是进一步包括电动马达的混合动力车辆，并且其中所述控制器包括进一步的指令，用于响应于经由所述电动马达的车辆推进达长于阈值持续时间而以所述第一模式操作所述激光器。

说明书全文

激光点火系统的效率提高

技术领域

[0001] 本申请涉及用于激光点火系统的方法和系统。

背景技术

[0002] 在配置有进气道喷射的发动机中，在发动机起动以及发动机预热期期间，存在冷进气门会导致不良的燃料蒸发。这会导致不良的尾气排放、发动机停顿(hesitations)以及不良的发动机起动稳健性。在其中发动机在延长的时间段维持关闭的混合动力车辆中问题可能会加剧。为了补偿排放，可能需要昂贵的排放控制系统，诸如包括提高的贵金属水平的催化剂，或者甚至使排气催化剂能够被电加热的专门系统。包括重火花延迟使用或增加的燃料喷射的其他方法导致浪费的燃料经济性。

[0003] 本发明人已经认识到燃料蒸发和产生的尾气排放对进气门温度高度敏感。特别地，燃料喷射器在进气门的后侧附近喷射到进气歧管中。然后当进气门打开时，随着燃料被吸入室中，燃料通过进气门。该接近使得进气门温度影响燃料蒸发和产生的排放。因此，由于进气门与燃料直接接触，并且由于其质量低，所以其能够比发动机燃烧室壁或进气歧管更快地加热。

发明内容

[0004] 内燃发动机也可以配置有包括联接到每个发动机汽缸的激光点火装置的激光系统。激光系统可以用于各种方法，诸如通过改变引导到发动机中的激光脉冲的能量水平而启动汽缸燃料燃烧并控制引燃喷射。作为另一示例，激光点火系统的光电检测器可以用于确定汽缸内部的活塞的位置。本发明人已经认识到能够利用激光点火系统加速进气门加热。特别地，能够使用激光束扫描(sweep)进气门表面并提高进气门温度。在一个示例中，通过用于发动机的方法可以减少特别是在进气道喷射发动机中的与不良燃料蒸发相关的排放，该方法包括：利用从用于启动汽缸点火的水平调节(例如，低于该水平)的输出对激光点火装置进行操作，该输出基于进气门温度进行调节。

[0005] 作为一个示例，在发动机起动之前，诸如当车辆由操作者解锁时，可以基于一个或多个发动机传感器的输出来估计和/或推断进气门温度。然后基于环境条件(诸如环境温度、大气压力)以及包括燃料箱中可用燃料的辛烷含量的燃料条件确定目标气门温度。然后，发动机的激光点火装置即使在要求发动机起动之前，也可以以(与启动汽缸点火所需的功率水平相比的)较低功率水平操作，以加快气门升温。激光装置的输出(包括激光束的脉冲频率)可以基于估计的气门温度和目标气门温度之间的差进行调节。例如，可以基于估计的气门温度和目标气门温度之间的差，将用于气门加热的功率水平从用于汽缸点火的功率水平以一定程度减小。这允许激光输出充分地加热气门而不损坏气门。此外，可以调节激光束的目标以执行进气门的平面扫描。然后，在进气门温度的阈值上升已经发生之后，随着恢复汽缸燃料喷射，可以起动发动机。一旦发动机起动，则激光器在汽缸进气冲程期间继续以较低功率水平操作，直到获得目标气门温度。在一个示例中，如果加热气门的益处超过了立即起动发动机的益处，则控制器可以选择延迟第一发动机起动，诸如在其中车辆可以由电动马达推进同时气门正在预热的混合动力车辆中的发动机。例如，可以调节光束轨迹，使得当气门在进气冲程开始处关闭时，光束横扫进气门的底部，并且然后跟随在进气冲程过程期间位于激光器的视线内的进气门的顶部的部分。在一些条件下，在诸如其中激光器可能不具有足够的时间或能量在发动机起动之前加热整个进气门的非常冷的环境条件，激光束可以用于加热进气门的较小面积以产生热点。因此，在发动机已经起动之后，除了在压缩冲程期间以较高功率水平的激光器操作以使汽缸燃烧之外，还执行用于加热进气门的激光器操作。一旦到达目标气门温度，则可以禁用用于气门加热的较低功率激光器操作。然后在发动机操作期间可以继续监测气门温度，如果气门温度下降，诸如在延长的DFSO条件期间，则可以恢复用于气门加热的以较低功率模式的激光器操作。

[0006] 以这种方式，可以通过使用现有的发动机部件(诸如现有的激光点火系统)使汽缸进气门升温，而不增加成本。通过在起动发动机期间或之前预热进气门，可以增加燃料蒸发，改善发动机起动性能，特别是在经由进气道喷射供给燃料的发动机中。此外，进气门的预热可以减少发动机冷起动排放。通过甚至在DFSO条件期间或者在以电动模式的长时间的混合动力车辆操作期间维持进气门温热，减少发动机停顿。

[0007] 应当理解，提供上述发明内容是为以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这不意味着确认所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由随附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上面或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方案。附图说明

[0008] 图1示出联接在混合动力车辆系统中的内燃发动机的示例燃烧室。

[0009] 图2示出扫描发动机汽缸的活塞的激光脉冲的示例。

[0010] 图3示出扫描发动机汽缸的进气门的激光脉冲的示例。

[0011] 图4示出用于操作激光点火装置以维持汽缸进气门的温度的方法的高级流程图。

[0012] 图5示出使用用于提高发动机起动质量的激光点火装置的示例进气门加热操作。

具体实施方式

[0013] 提供用于利用激光点火系统(诸如图1的系统)的部件在发动机操作之前或期间使汽缸进气门升温的方法和系统。如图2至图3所示，可以使用从激光点火系统发射的较低功率的激光脉冲扫描汽缸的内部和进气门的表面。以较高强度的激光脉冲发射也可以用于启动燃烧。发动机控制器可以经配置执行控制例程，诸如图4的示例例程，以基于进气门温度调节较低功率激光脉冲的输出和轨迹从而改善燃料蒸发。参考图5示出用于进气门加热的示例激光器操作。

[0014] 转到图1，示出了示例混合动力推进系统10。混合动力推进系统可以配置在乘客道路车辆(诸如混合电动车辆100)中。混合动力推进系统10包括内燃发动机20。发动机可以联接到变速器(未示出)，所述变速器诸如手动变速器、自动变速器或其组合。进一步地，可以包括各种附加部件，诸如液力变矩器和/或其它齿轮诸如最终驱动单元等。混合动力推进系统还包括能量转换装置152，能量转换装置152可以包括马达、发电机等以及其组合。可以操作能量转换装置以从车辆运动和/或发动机吸收能量，并且将吸收的能量转换成适于在能量存储装置处存储的能量形式。能量转换装置还可以被操作以向发动机20提供输出(功率、功、扭矩、速度等)，以便增加发动机输出。应当理解，在一些实施例中，能量转换装置可以包括马达、发电机或马达和发电机两者，以及用于在能量存储装置和车辆驱动轮和/或发动机之间提供适当的能量转换的各种其它部件。

[0015] 发动机20可以是多汽缸内燃发动机，其中的一个汽缸在图1中详细描绘。发动机20可以至少部分地由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130的来自车辆操作器132的输入进行控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。

[0016] 发动机20的燃烧汽缸30可以包括具有定位在其中的活塞36的燃烧汽缸壁32。活塞36可以联接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统联接到推进系统10的至少一个驱动轮。燃烧汽缸30可以经由进气通道43从进气歧管45接收进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管45和排气通道48能够经由相应的进气门52和排气气门54选择性地与燃烧汽缸30连通。在一些实施例中，燃烧汽缸30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气气门。

[0017] 发动机20可以可选地包括凸轮位置传感器55和57。然而，在所示的示例中，进气门52和排气气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动进行控制。凸轮致动系统51和53可以各自包括一个或多个凸轮，并且可以利用可由控制器12操作以改变气门操作的凸轮轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。为了能够检测凸轮位置，凸轮致动系统51和53可以具有齿轮。
进气门52和排气气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在替代实施例中，进气门52和/或排气气门54可以通过电动气门致动进行控制。例如，汽缸30可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气气门。

[0018] 燃料喷射器66被示出为直接联接到燃烧汽缸30，用于将燃料与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地直接喷射到燃烧汽缸30中。以这种方式，燃料喷射器66提供所谓的到燃烧汽缸30中的燃料的直接喷射。燃料喷射器可以例如安装在燃烧汽缸的侧面上或燃烧汽缸的顶部中。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料输送系统(未示出)输送到燃料喷射器66。燃料喷射器67被示出为布置在进气通道43中，燃料喷射器67处于提供所谓的到燃烧汽缸30上游的进气道中的燃料的进气道喷射的配置。燃料喷射器67将燃料与经由电子驱动器69从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例地输送到进气道中。以这种方式，燃料喷射器67提供所谓的到燃烧汽缸30中的燃料的进气道喷射。

[0019] 本发明人已经认识到，在发动机起动和预热期间，当进气门是冷的时，特别是当经由进气道喷射输送燃料时，燃料蒸发可能为差。为了改善进气道燃料蒸发，在发动机起动之前以及发动机操作期间，可以监测进气门温度，并且可以调节发动机的激光点火装置(LCU 90)的操作，以将进气门温度维持在或高于基于发动机工况选择的目标温度。如这里所阐述的，在这些条件期间，可以操作LCU 90以将低功率激光脉冲输送到进气门的顶部和/或底部表面上，从而加快气门预热。

[0020] 进气通道43可以包括充气运动控制阀(CMCV)74和CMCV板72，并且还可以包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的位置可以由控制器12经由提供给被包括在节气门62中的电动马达或致动器(一种可以被称为电子节气门控制(ETC)的配置)的信号而改变。以这种方式，可以操作节气门62以改变提供给燃烧汽缸30等其它发动机燃烧汽缸的进气。进气通道43可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。

[0021] 排气传感器126被示出为联接到催化转化器70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排气系统可以包括起燃催化剂和底部催化剂以及排气歧管、上游和/或下游空气/燃料比传感器。在一个示例中，催化转化器70能够包括多个催化剂砖。在另一示例中，能够使用多个排放控制装置，其各自具有多个砖。在一个示例中，催化转化器70能够是三元催化剂。

[0022] 控制器12在图1中被示出为微型计算机，包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特定示例中被示为只读存储器芯片(ROM)106)、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)109和数据总线。控制器12可以接收来自联接到发动机20的传感器的各种信号和信息，除了先前论述的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；在一些示例中，可以可选地包括来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。霍尔效应传感器118可以可选地被包括在发动机20中，因为其以类似于本文所述的发动机激光系统的能力起作用。存储介质只读存储器106能够用表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据进行编程，以执行下面描述的方法及其变体。

[0023] 激光系统92包括激光激励器88和激光控制单元(LCU)90。LCU 90使激光激励器88产生激光能量。LCU 90可以从控制器12接收操作指令。激光激励器88包括激光振荡部分86和聚光部分84。聚光部分84将由激光振荡部分86产生的激光会聚在燃烧汽缸30的激光器焦点82上。在一个示例中，聚光部分84可以包括一个或多个透镜。

[0024] 光电检测器94可以位于汽缸30的顶部中作为激光系统92的一部分，并且可以从活塞36的顶部表面接收返回脉冲。光电检测器94可以包括具有透镜的照相机。在一个示例中，照相机是电荷耦合装置(CCD)。该CCD照相机可以经配置检测并读取由LCU 90发射的激光脉冲。在一个示例中，当LCU发射在红外线频率范围内的激光脉冲时，CCD照相机可以操作并接收在红外线频率范围内的脉冲。在这样的实施例中，照相机也可以被称为红外照相机。在其他实施例中，照相机可以是能够在可见光谱以及红外光谱中操作的全光谱CCD照相机。照相机可以包括用于聚焦检测到的激光脉冲并产生汽缸内部的图像的透镜。在一个示例中，透镜是创建汽缸内部的宽全景或半球形的图像的鱼眼透镜。在从LCU 90发射激光之后，激光在汽缸30的内部区域内进行扫描。在一个示例中，在汽缸激光点火期间以及在当汽缸活塞位置将要被确定时的条件期间，激光可以扫描在激光器焦点82处的汽缸的内部区域。在另一示例中，在操作LCU以用于进气门升温时的条件期间，激光可以在位于进气门52的顶部表面上的焦点处扫描汽缸的内部区域。从活塞36反射的光能可以由光电检测器94中的照相机检测。光电检测器94还可以捕获汽缸的进气门和内部的图像。

[0025] 应当理解，虽然激光系统92被示出为安装到汽缸的顶部，但是在替代示例中，激光系统可以配置有安装在汽缸的侧面上(基本上面对气门)的激光激励器。

[0026] 激光系统92经配置基于四冲程燃烧循环的发动机位置，在具有每个操作的正时和输出的多于一个能力中操作。例如，激光能量可以用于在发动机的动力冲程期间(包括在发动机起动转动、发动机预热操作和预热发动机操作期间)点燃空气/燃料混合物。由燃料喷射器66喷射的燃料可以在进气冲程的至少一部分期间形成空气/燃料混合物，其中用由激光激励器88产生的激光能量点燃空气/燃料混合物开始不可以其他方式燃烧的空气/燃料混合物的燃烧，并向下驱动活塞36。此外，在汽缸燃烧事件期间产生的光可以由光电检测器94使用以捕获汽缸内部的图像，并且评估燃烧事件的进展(例如，用于监测火焰前缘进程)。

[0027] 在第二操作能力中，LCU 90可以将低功率的脉冲输送到汽缸。低功率的脉冲可以用于在四冲程燃烧循环期间确定活塞和气门的位置。另外，在从怠速停止条件重新启动发动机时，可以利用激光能量监测发动机的位置、速度等，以便使燃料输送和气门正时同步。此外，在较低功率下由激光脉冲发射产生的光可以用于在汽缸燃烧事件发生之前(诸如在进气冲程期间)捕获汽缸内部的图像。

[0028] 例如，耦合到光电检测器94的激光点火装置可以将光脉冲传输到汽缸30中，而光电检测器94(包括装备有鱼眼透镜的红外照相机)产生图像，该图像被无线地传输到发动机控制器并且在车辆的显示器上可见。

[0029] 如图3至图4所示，LCU 90还可以在发动机起动之前以及在DFSO模式下的发动机操作期间输送低功率脉冲，以加热进气门并将进气门维持在允许改善的燃料蒸发和减少的尾气排放的阈值温度以上。其中，可以调节激光脉冲的输出和正时以及激光束的轨迹(和焦点)以扫描进气门。此外，使用由激光脉冲发射产生的光捕获的进气门的图像可以用于气门控制。此外，为了改善经由激光的进气门加热的效率，在一些示例中，进气门可以以偏离水平轴线的更陡的角度安装。

[0030] 根据工况，LCU 90可以引导激光激励器88将激光能量聚焦在不同的位置。例如，激光能量可以聚焦在远离汽缸30的内部区域内的汽缸壁32的第一位置处，以便点燃空气/燃料混合物。在一个实施例中，第一位置可以接近动力冲程的上止点(TDC)。进一步地，LCU 90可以引导激光激励器88产生被引导到第一位置的第一多个激光脉冲，并且来自其余的第一燃烧可以从激光激励器88接收激光能量，该激光能量大于被输送到第一位置用于随后燃烧的激光能量。作为另一示例，激光能量可以朝向最靠近汽缸的进气道的汽缸壁聚焦在第二位置处，以便判断喷射器喷雾模式或进气流动模式。

[0031] 作为另一示例，LCU 90可以将激光激励器88引导到进气门的顶部表面上的第三位置，以加热进气门并将气门温度维持在阈值温度以上。在其中环境温度非常冷的一个示例中，可以选择第三位置以在进气门上创建热点，以在非常冷的发动机起动期间加快气门升温，从而改善发动机起动期间的燃料蒸发。

[0032] 控制器12控制LCU 90并且具有包括代码的非暂时性计算机可读存储介质，以基于温度(例如ECT)调节激光能量输送的位置。激光能量可以被引导在汽缸30内的不同位置。控制器12还可以结合用于确定发动机20的操作模式的附加或替代的传感器，包括附加的温度传感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测发动机转速、空气量和燃料喷射量的传感器。另外或替代地，LCU 90可以直接与用于确定发动机20的操作模式的各种传感器(诸如用于检测ECT的温度传感器)通信。

[0033] 如上所述，图1示出了多汽缸发动机20中的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自身组的进气门/排气气门、燃料喷射器、激光点火系统等。

[0034] 控制器12从图1的各种传感器接收信号，并且采用图1的各种致动器，以基于接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令调节发动机和车辆操作。例如，响应于低于阈值进气门温度，当基于来自各种进气温度和压力传感器的输入进行建模时，控制器可以调节LCU 90的输出，诸如通过操作激光激励器，以在进气冲程期间气门打开和关闭时，发射指向进气门的顶部表面较高频率的低能量脉冲。作为另一示例，响应于车辆解锁的指示，并且在接收到来自车辆操作者的发动机起动请求之前，控制器可以操作激光激励器以加热所有发动机汽缸的进气门。

[0035] 图2至图3示出激光系统92如何将脉冲发射到以上参考图1所述的汽缸30中。应当理解，在图1中介绍的部件在图2至图3中类似地标号并且没有被重新介绍。

[0036] 在汽缸燃烧期间，高能量激光脉冲(诸如脉冲202)可以指向活塞36的顶部表面213。在汽缸的动力冲程期间可以产生多个激光脉冲202，以在汽缸中启动燃烧事件。激光脉冲302可以经配置扫描汽缸活塞以触发燃烧。可以基于发动机转速和燃烧空气/燃料比，选择包括激光脉冲的能量水平和激光脉冲的频率/正时的激光输出。例如，较稀的空气/燃料混合物可以以比较不稀或更富的空气/燃料混合物更高的激光能量水平操作，以便更有效地燃烧稀的空气/燃料混合物，并且较低的发动机转速可与空气和燃料的不良混合相关联，并因此也可以与较高的发动机转速相比从较高的激光能量水平获益，以便改善燃烧。

[0037] 在发动机位置确定条件期间，LCU 90使激光激励器88产生指向活塞36的顶部表面213的低功率的激光脉冲202。在发射之后，光能可以被反射离开活塞，并且由光电检测器94检测。脉冲202可以从活塞的顶部表面反射，并且可以由激光系统92接收返回脉冲(例如脉冲204)，激光系统92可以用于确定活塞36在汽缸30内的位置。在一些示例中，可以使用具有重复线性频率缓升(ramp)的调频激光束，通过频率调制方法确定活塞的位置。替代地，可以使用相移方法确定距离。通过观察多普勒频移或通过比较在两个不同时间的样本位置，可以推断活塞位置、速度和发动机转速信息(RPM测量)。当汽缸标识(CID)与活塞位置相组合时，发动机的位置可以被确定并且用于使燃料输送和气门正时同步。发动机的这种位置状态可以基于经由激光器确定的活塞位置和CID。

[0038] LCU 90可以从控制器12接收操作指令诸如功率模式。例如，在点火期间，所使用的激光脉冲可以以高能量强度快速脉冲以点燃空气/燃料混合物。相反，为了确定发动机位置，控制器可以将激光系统引导到在低能量强度的扫频以确定活塞位置。例如，对具有重复线性频率缓升的激光器进行频率调制可以允许确定发动机中的一个或多个活塞位置。检测传感器94可以位于汽缸的顶部中作为激光系统的一部分，并且可被校准以接收从活塞36的顶部表面213反射的返回脉冲204。

[0039] 在需要进气门升温的条件期间，低能量激光脉冲(诸如脉冲302)可以被指向进气门52的顶部表面313。特别地，可以在汽缸的进气冲程期间产生多个激光脉冲302以扫描进气门。脉冲占空比可以达到100％，其中激光保持开启，并且输送到气门上的任何一个点的热能的量可以由激光器扫描的速度控制。例如，控制器可以更快地扫描激光器以更多地分配热量。当进气门关闭时，光束横扫气门的底部。然后，随着进气门在进气冲程期间通向室时，光束跟随在激光器视线范围内的进气门的顶部表面313的部分。在一个示例中，可以在发动机系统中改善进气门加热，该发动机系统配置有定位在汽缸侧面上的激光器和以偏离汽缸的水平轴线的更陡角度安装的进气门。因此，在进气冲程期间，当气门52通向室时，激光器对气门具有更好的视线以加热气门。

[0040] 也可以在汽缸燃烧事件期间，例如基于活塞36相对于TDC的位置，调节激光能量输送的角度和最终位置。在一个示例中，触发燃料燃烧的点火事件可以通过将激光脉冲聚焦到活塞36的顶部表面213上的限定区域上而实现。作为另一示例，在气门升温期间，激光脉冲可以被聚焦到进气门52的顶部表面313的限定区域上。

[0041] 控制器12还可以包括用于确定发动机20的操作模式的附加或替代传感器，其包括附加的温度传感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测发动机转速、空气量和燃料喷射量的传感器，如上面参考图1所述。另外或替代地，LCU 90可以直接与各种传感器(诸如霍尔效应传感器118)(其包含物是可选的)通信，用于确定发动机20的操作模式。

[0042] 现在转向图4，示出了用于操作图1的激光系统的示例方法，图1的激光系统用于进气门加热，以及用于启动汽缸燃烧。用于执行方法400的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如上面参考图1所述的传感器)接收的信号执行。根据下述方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器调节发动机操作。

[0043] 在402处，该方法包括确定是否已经接收到用于解锁车辆的请求。这可以包括车辆操作者按下车钥匙上的解锁按钮，经由钥匙解锁车门或打开车门。如果没有接收到，那么在404处，发动机的激光点火装置被维持为禁用。

[0044] 在406处，可以确定是否已经请求发动机起动。如果没有请求发动机起动，则响应于车辆被解锁以开始使进气门升温(如下文详述)，该例程可以直接移动到410。这使得进气门在发动机起动时，特别是当发动机在发动机起动时被供以至少一些进气道喷射的燃料时能够被升温，从而减少冷起动排放并且提高发动机起动性。应当理解，在替代示例中，进气门升温可以响应于发动机起动之前的替代车辆预处理而启动，诸如在预处理被调度结束之前的时间或包括该预处理被调度结束的时间的一段时间。车辆预处理可以包括例如在操作者进入车辆内部之前的客舱冷却或加热的需求。

[0045] 在另一些示例中，当车辆由于顾客接近车辆而“唤醒”时，可以启动进气门升温。一些车辆可以在睡眠模式下操作处理器，并且当顾客接近车辆时“唤醒处理器”。因此，这可能与车辆解锁或车辆预处理有关，但与其并不相同。

[0046] 如果确认发动机起动，则在408处，该方法包括诸如经由起动马达起动转动发动机，并且恢复汽缸燃料输送。此外，恢复汽缸燃料燃烧。如下所述，基于进气门温度，发动机系统的激光装置可以被操作同时用于气门加热和点火。换句话说，控制器可以在激光点火不是立即有效的四个发动机冲程的任何部分期间使用激光器进行气门加热。然而，通过在发动机起动之前启动气门加热，并且在发动机起动期间继续气门加热，能够实现更大的温度上升。

[0047] 在410处，该方法包括估计进气门温度。在一个示例中，可以确定其中将要发生燃烧事件的汽缸(即下一个点燃的汽缸)的进气门的温度。在另一示例中，可以确定所有发动机汽缸的进气门温度。进气门温度(IVT)可以基于从一个或多个现有的发动机传感器接收的输入(诸如基于进气温度、歧管气流、发动机转速和排气温度)进行建模。应当理解，进气门温度可以被间歇地建模，诸如每当过去阈值时间量(例如秒)或阈值燃烧事件量时。

[0048] 在操作激光装置以加热气门以及启动汽缸燃烧的条件期间，建模的进气门温度还可以考虑激光热量和燃烧热量以及进气热传递。作为示例，沿着空气路径的发动机部件温度可以用作用于控制器的模型的输入，以确定气门温度，该模型使用具有针对特定发动机设计而确定的可校准参数的方程式。用于气门温度的方程式或模型可以是变量的函数，该变量诸如环境温度、从发动机起动的第一燃烧事件开始计数的燃烧事件数、发动机起动后过去的时间、浸泡时间或发动机停止(或关闭事件)以来的时间、空气质量流速和/或发动机负荷、火花正时和空气-燃料比中的一个或多个。可校准常数可以包括气门质量、经验发动机部件温度表或温度方程式中的经验常数。气门温度模型可以通过确定在给定事件上添加的附加热量进行积分，并从而计算自上次更新以来对进气门的相应温度变化。然后将计算出的温度变化加到上一次更新，以获悉最当前的气门温度估计值。例如，可以根据以下方程式获悉气门温度：

[0049] 气门温度＝上次更新期间计算的气门温度+根据基于上述列出的所有参数的气门传热变量的温度变量。

[0050] 在412处，该方法包括根据发动机工况确定期望的或目标进气门温度(IVT)。例如，可以根据发动机转速和负荷、驾驶员扭矩需求、在发动机起动时的发动机温度以及在发动机起动时的环境温度，确定期望的IVT。作为示例，随着发动机温度和/或发动机转速/负荷增加，目标IVT可增加。在另外的示例中，期望的IVT可以根据尾气排放、发动机起动稳健性和停顿灵敏度概率确定。例如，随着预期的尾气排放量增加(或者随着排气过滤器的微粒物质负荷增加时)，目标IVT可增加。作为另一示例，当在发动机起动时经由进气道喷射(相对于直接喷射)输送的燃料的百分比增加时，可以增加目标IVT。应当理解，针对每个燃烧事件，还可以根据自发动机起动的第一燃烧事件以来的燃烧数量调节目标IVT。

[0051] 例如，对于完全浸泡车辆情况下的20°F环境温度条件，IVT可以在20°F加上来自激光器的温度升高处开始。然后当每个燃烧事件对该汽缸发生时，燃烧热量加上附加的激光热量将导致气门的温度升高。例如，激光热量可能在第一燃烧事件时将气门温度升高到50°F。然后，如果通常温度升高2°F的每个燃烧事件和添加的激光热量将气门温度提高一个附加程度，则气门将在每次后续的燃烧事件中升温3°F。然后当气门接近稳定的温度时，该增加可以减小。

[0052] 在414处，该方法包括以从汽缸点火所需的功率水平调节的功率水平操作激光点火装置，基于所需的气门加热程度调节功率水平。这包括降低功率水平并以较低功率水平操作激光点火装置，以平面横扫进气门，从而加快进气门加热。平面扫描进气门包括，在415处，当气门关闭时，横扫进气门的底部。在一个示例中，气门在每个汽缸中的进气冲程的开始和结束处关闭。作为另一示例，当在发动机起动已经开始之前实现气门加热时，气门关闭。平面扫描进气门进一步包括，在416处当进气门打开时诸如在进气冲程期间，横扫进气门的顶部，特别是在激光器视线内的进气门的顶部的一部分。平面扫描进气门进一步包括，在418处至少在进气冲程期间，基于相对于期望气门温度的建模的进气门温度调节用于操作激光点火装置的激光脉冲参数。同时，可以调节输出以将气门加热至足够的水平，而不会损坏进气门。作为示例，包括脉冲能量水平的脉冲输出可以随着建模的进气门温度和期望的气门温度之间的差的增大而增大。作为另一示例，随着建模的进气门温度和期望的气门温度之间的差增大，可以调节脉冲的正时以增加脉冲的频率。

[0053] 在一个示例中，控制器可以使用模型或控制算法，该模型或控制算法基于建模的进气门温度和期望的气门温度之间的差确定期望的加热程度，并且基于该差选择激光输出以施加气门加热。替代地，控制器可以使用利用该差作为输入的查找表来产生激光点火功率输出。然后，控制器可以选择提供激光点火输出的激光功率水平、激光脉冲频率和激光器焦点的组合。在一个示例中，随着差增大，激光器可以以较高频率在较低功率水平下操作。在另一示例中，当气门冷却时，气门可需要全激光功率快速加热，其中激光器以更高频率在用于汽缸点火的水平下操作。如果太多的局部加热产生，则控制器可以在扫描期间更快地移动激光束，或者将光束不聚焦到更大面积。替代地，控制器可以再成形激光输出，使得接触表面从针点型光束变化成线或平面。

[0054] 在420处，该方法包括在每个汽缸的动力冲程期间以较高功率水平操作激光点火装置，以启动汽缸燃烧。可以根据发动机转速和燃烧空气/燃料比调节包括在动力冲程期间的脉冲能量水平的脉冲输出。作为示例，输出可以在较高的发动机转速下增加。作为另一示例，可以调节脉冲的正时以随着发动机转速的增大而提高脉冲的频率。以这种方式，激光点火装置可以被操作以加热进气门，同时还启动汽缸燃烧。

[0055] 根据建模IVT调节脉冲参数可以包括基于建模IVT和目标IVT之间的差异的确定，控制器确定控制信号(诸如信号的脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率/正时)以发送到激光器激励器。控制器可以通过直接考虑建模的IVT的确定而确定脉冲宽度和正时，诸如增加脉冲宽度或增加脉冲频率，同时增大建模IVT和目标IVT之间的差异。控制器可以替代地基于使用具有建模的IVT作为输入和脉冲宽度作为输出的查找表的计算而确定脉冲宽度。

[0056] 应当理解，在非常冷的条件期间，诸如当发动机在环境温度或发动机温度非常冷(例如，低于阈值)时起动时)，激光装置可能不具有足够的能量或时间快速加热气门。在寒冷的条件下，在发动机预热之前，很少的燃料会蒸发。此时，将燃料的任何部分蒸发能够提供显著的效益。因此，在此类条件期间，激光器可以被操作以加热进气门的较小的预定区域，以创建将蒸发足够燃料以改善发动机起动和预热的升温点(或热点)。以这种方式，激光脉冲的轨迹可以根据建模的IVT变化。

[0057] 在422处，可以确定建模的IVT是否处于或高于期望的IVT。也就是说，可以确定进气门是否已经被充分地升温。如果没有，则在426处，该方法包括维持用于进气门温度控制的较低功率激光点火装置操作，同时也继续使用激光点火装置启动汽缸燃烧。如果已经达到或超过目标IVT，则在424处，该方法包括停止用于进气门温度控制的较低功率激光点火装置操作，而继续使用激光点火装置启动汽缸燃烧。然后该例程结束。

[0058] 应当理解，即使在达到目标IVT之后，控制器也可以继续间歇地建模IVT并且基于建模的IVT在进气冲程期间调节激光器操作，使得进气门能够被维持充分地升温，即使在发动机工况改变时。例如，如果在发动机正在燃烧时气门温度发生变化(例如下降)，则可以恢复进气门加热。例如，这可能由于发动机减速燃料切断(DFSO)事件、在电力模式中的混合动力车辆操作的瞬时转变，或者在轻负荷下扩展的发动机操作而发生。在此类情况下，由于进气门未完全升温，可以诸如通过以在进气冲程期间以较低水平/输出输送激光脉冲用于进气门加热，并且在动力冲程期间以较高水平/输出输送激光脉冲用于汽缸点火的模式操作激光点火装置，进而恢复进气门加热。作为示例，在发动机起动的第一燃烧事件之前，响应于发动机起动请求可以以第一模式操作激光器，以加热进气门。然后，在发动机起动的第一燃烧事件之后，激光器可以转换到第二模式，以点燃汽缸中的空气-燃料混合物。进一步地，响应于在汽缸燃烧期间的推断的进气门温度(下降到目标温度以下)，激光器可以以第三模式操作，以点燃汽缸中的空气-燃料混合物并加热进气门。其中，当在第一模式下操作时，激光器在较低功率水平下操作，其中激光以针点型光束聚焦在进气门的底部表面上，而当在第二模式下操作时，该激光器以较高功率水平操作，其中激光器在汽缸的动力冲程期间聚焦在汽缸活塞表面上。当在第三模式下操作时，在进气冲程期间以较低功率水平操作激光器，其中当气门关闭时激光器聚焦在进气门的底部表面上，并且当气门打开时激光器聚焦在进气门的顶部表面上，并且在动力行程期间以较高功率水平操作激光器，其中激光器聚焦在活塞表面上。然后可以维持第三模式，直到推断的进气门温度高于阈值，并且然后激光器可以从第三模式转换到第二模式。如前所述，推断的进气门温度根据发动机转速、发动机负荷、发动机温度和燃烧热量进行建模，并且阈值基于环境空气温度、排气微粒物质负荷和经由相对于直接喷射的进气道喷射输送到汽缸的燃料的分流比(split ratio)中的每个。

[0059] 在一个示例中，响应于驾驶员需求的下降，发动机控制器可以停止汽缸燃料喷射并使发动机减速；并且然后响应于汽缸燃料喷射停止长于阈值持续时间，以第一模式操作激光器。作为另一示例，在发动机联接在包括电动马达的混合动力车辆中的情况下，响应于经由电动马达的车辆推进长于阈值持续时间，控制器可以以第一模式操作激光器。

[0060] 在执行气门加热的所有模式期间，响应于气门被加热得太快，控制器可以使光束不聚焦，使得光束从气门表面上的针点改变成线或巷道线(lane)。另外或可选地，控制器可以更快地在进气门上扫描光束。

[0061] 以这种方式，进气门加热可以用来改善发动机起动性、冷起动尾气排放和燃料蒸发。

[0062] 现在转向图5，关于在发动机起动期间的燃烧循环，用于汽缸燃烧和进气门加热的激光点火系统(诸如图1的激光系统)的示例操作在映射图500中示出。图5中的发动机操作包括在请求发动机起动之前的进气门预热(PH)操作、在起动转动操作期间的第一燃烧或点火(IG)，随后是发动机转速增加。起动转动操作可以涉及发动机经由起动马达的使用达到阈值转速，诸如高达50rpm，随后是第一燃烧事件IG，其中燃料在该驱动循环中首次被喷射和燃烧。在第一燃烧IG之后，发动机10可以在安定到怠速之前具有一个或多个燃烧。以下是在给定的驱动循环内在发动机操作的不同阶段中激光器操作的详细论述。映射图500描绘了相对于阈值进气门温度503(虚线)在曲线502处建模的进气门温度。包括每个激光脉冲的频率、幅度和宽度的激光点火装置操作在曲线504处示出。

[0063] 在t1之前，车辆关闭并且激光点火装置被禁用。由于较冷的环境温度，建模的IVT低于阈值温度503。在t1处，从车辆操作者接收车辆解锁请求(诸如响应于车辆操作者解锁车辆以启动车辆预处理，例如，将客舱冷却或加热至目标客舱温度)。

[0064] 响应于车辆解锁请求，激光点火装置以第一预热模式(PH)操作。在t1和t2之间，激光系统的激光激励器由LCU指示，以产生第一多个较低功率激光脉冲，激光脉冲聚焦在关闭的进气门的底部表面上的第一位置处，以加快气门加热，图5所示的脉冲的数量或频率只是说明性的。实际脉冲的频率可超过1000Hz。由于激光器操作，建模的IVT开始上升。

[0065] 在t2处，接收到发动机起动请求。响应于发动机起动请求，发动机经由起动马达起动转动，并且启用激光点火装置。在发动机已经起动转动一段时间之后，在驱动循环的第一燃烧事件(IG)期间，恢复发动机燃料供应并且以第二非加热模式操作激光点火装置。当在第二非加热模式下操作时，在t2和t3之间激光激励器由LCU指示，以产生第二多个较高功率激光脉冲，激光脉冲聚焦在活塞表面上的第二位置处以开始燃烧。例如，激光脉冲可以在动力冲程(P)的上止点附近聚焦，而激光激励器在进气(I)、压缩(C)和排气(E)冲程期间保持休眠。

[0066] 在t3之后，激光点火装置返回到第一操作模式，用于在进气冲程期间加热进气门(由于建模的IVT仍然低于阈值503)，并且然后转换到第三操作模式，用于在每个燃烧循环的动力冲程期间启动汽缸燃烧。在第三操作模式中，激光激励器由LCU指示以产生第三多个较高功率激光脉冲，激光脉冲聚焦在活塞表面上的第三位置处以开始燃烧。第三多个激光脉冲可以在动力冲程P期间以能量水平(其低于用于第一燃烧IG的能量水平但高于用于进气门加热的能量水平)产生。当在第一燃烧事件上启动燃烧时，第三位置也可能不同于脉冲聚焦的第二位置。例如，在第一燃烧事件上，激光激励器可以将激光能量聚焦在动力冲程(P)的上止点附近。相比之下，当在第一次燃烧事件之后启动燃烧时，激光激励器可以将激光能量聚焦在汽缸壁上。

[0067] 在进气冲程I再次开始之前，燃烧循环以进气冲程I、压缩冲程C、动力冲程P和排气冲程E的顺序继续，同时激光激励器在进气冲程I期间产生第一多个较低功率激光脉冲用于进气门加热，并且在动力冲程P期间产生第三多个较高功率激光脉冲用于燃烧。

[0068] 第三多个激光脉冲的能量水平可以根据发动机转速和空气/燃料比而从动力冲程P到动力冲程P变化。例如，更稀的空气/燃料混合物可以以比较稀或较富的空气/燃料混合物相对较高的激光能量水平进行操作，以便更有效地燃烧稀的空气/燃料混合物，并且较低的发动机转速可以与空气和燃料的不良混合相关联，并且因此也可以从比较高的发动机转速更高的激光能量水平中受益，以便改善燃烧。

[0069] 在t4之前，建模的IVT可超过阈值503，并且因此在进气冲程中用于进气门加热的激光器操作停止，而在动力冲程中继续用于燃烧启动的激光器操作。在t4和t5之间，发动机仅在动力冲程中用激光点火操作。

[0070] 在t5之前不久，由于发动机工况发生变化，发动机进入减速燃料切断(DFSO)模式，其中为了燃料经济性的目的，暂时禁用发动机燃料供应。作为DFSO的结果，气门温度开始下降。在t5处，响应于气门温度的下降，恢复用于进气门加热的激光器操作。在t5之后不久，恢复发动机燃料供应。用于进气门加热的激光器操作继续直到t6，其中由于激光气门加热以及来自汽缸燃烧的热量，气门温度充分升高。在t6处，停止在进气冲程中用于进气门加热的激光器操作，并且此后仅在动力冲程中用激光点火操作发动机。

[0071] 以这种方式，激光点火系统可以有利地使用激光器来点燃空气/燃料混合物并加热汽缸的进气门二者。通过减少与冷进气门相关联的燃料损失，诸如在冷启动期间，燃烧效率以及燃料经济性提高。在冷起动期间加热进气门以改善燃料蒸发的技术效果在于，减少与进气道喷射的燃料输送相关联的发动机起动性问题。通过在发动机起动的预期中启动对发动机进气门的加热，减少了发动机预热时间。此外，发动机冷起动尾气排放和发动机停顿减少，改善了发动机性能。虽然广泛适用于具有在车辆冷起动程序开始时起动的发动机的车辆，但是所公开的方法对于与在冷起动程序开始时不运转的发动机相关联的车辆(诸如在混合动力车辆的情况下)附加地有益。

[0072] 用于发动机的一个示例方法包括：利用低于用于启动汽缸点火的水平的输出操作激光点火装置，该输出基于进气门温度被调节。在前述示例中，另外或可选地，基于进气门温度，调节输出的功率水平、脉冲频率、焦点和脉冲宽度中的每个。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，发动机联接在车辆中，并且其中操作激光点火装置包括响应于用于车辆解锁的信号操作激光点火装置，激光点火装置的操作在发动机中的第一燃烧事件之前启动。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，该方法进一步包括在第一燃烧事件期间和之后，在燃烧循环的进气冲程期间利用以较低水平的输出操作激光点火装置，并且在燃烧循环的动力冲程期间利用以用于启动汽缸点火的水平的输出操作激光点火装置。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，基于包括发动机转速、发动机负荷和环境温度的发动机工况，对进气门温度进行建模。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，激光点火装置的输出被调节以将建模的进气门温度升高到目标气门温度以上，目标气门温度基于发动机温度、排气微粒物质负荷以及经由相对于直接喷射的进气道喷射输送的燃料的分流比中的每个。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，当经由相对于直接喷射的进气道喷射输送的燃料的分流比提高时，目标气门温度升高，并且其中进气门联接在进气道中的进气道喷射器的下游。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，建模的进气门温度进一步基于在激光点火装置操作期间产生的激光热量、在汽缸燃烧期间产生的燃烧热量和进气热量的传递速率。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，当进气门关闭时，来自激光点火装置的激光能量被引导到进气门的底部表面上，并且其中当进气门打开时激光能量被引导到进气门的顶部表面上。

[0073] 用于发动机的另一示例方法包括：响应于推断的进气门温度低于阈值，操作激光点火装置以在进气冲程期间扫描汽缸的进气门，直到进气门温度高于阈值。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，在进气冲程期间扫描进气门包括当进气门关闭时扫描进气门的底部表面，并且当进气门打开时扫描进气门的顶部表面。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，该方法进一步包括：操作激光点火装置以在汽缸的动力冲程期间点燃空气-燃料混合物，其中在进气冲程期间操作的激光输出低于在动力冲程期间操作的激光输出。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，在进气冲程期间操作激光点火装置包括以激光脉冲发射的较低能量水平、较低频率并且以被引导到汽缸的进气门上的激光脉冲进行操作，以及其中在动力冲程期间操作激光点火装置包括以激光脉冲发射的较高能量水平、较高频率并且以被引导到汽缸的活塞上的激光脉冲进行操作。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，基于发动机转速、发动机负荷、发动机温度以及在激光点火装置的操作期间产生的热量中的每个，对推断的进气门温度进行建模。在任何或全部前述示例中，另外地或可选地，阈值基于环境空气温度、排气微粒物质负荷以及经由相对于直接喷射的进气道喷射输送到汽缸的燃料的分流比中的每个，随着分流比提高、随着微粒物质负荷增加并且随着环境空气温度降低，该阈值升高。

[0074] 另一示例车辆系统包括：发动机，其包括具有进气门的汽缸；进气道喷射器，其在进气门上游联接到汽缸；直接喷射器，其联接到汽缸；激光器，其联接到汽缸；以及控制器。该控制器可以经配置具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：响应于发动机起动请求，在发动机起动的第一燃烧事件之前以第一模式操作激光器以加热进气门；在发动机起动的第一燃烧事件之后将激光器转换到第二模式以点燃汽缸中的空气-燃料混合物；以及响应于在汽缸燃烧期间推断的进气门温度的下降，以第三模式操作激光器以点燃汽缸中的空气-燃料混合物并且加热进气门。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，以第一模式操作包括以较低功率水平操作，其中激光聚焦在进气门的底部表面上，其中以第二模式操作包括以较高功率水平操作，其中激光在汽缸的动力冲程期间聚焦在汽缸活塞表面上，并且其中以第三模式操作包括在进气冲程期间以较低功率水平操作激光器，其中激光在气门关闭时聚焦在进气门的底部表面上，并且当气门打开时聚焦在进气门的顶部表面上，以及在动力冲程期间以较高功率水平操作激光器，其中激光器聚焦在活塞表面上。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，控制器包括进一步的指令，用于：将操作维持在第三模式中，直到推断的进气门温度高于阈值，并且然后从第三模式转换到第二模式，其中推断的进气门温度根据发动机转速、发动机负荷、发动机温度和燃烧热量进行建模，并且其中阈值基于环境空气温度、排气微粒物质负荷和经由相对于直接喷射的进气道喷射输送到汽缸的燃料的分流比中的每个。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，控制器包括进一步的指令，用于：响应于驾驶员需求的下降，停止汽缸燃料喷射并且减速发动机；以及响应于汽缸燃料喷射停止长于阈值持续时间，以第一模式操作激光器。在任何或全部前述示例中，另外或可选地，车辆是进一步包括电动马达的混合动力车辆，并且其中控制器包括进一步的指令，用于响应于经由电动马达的车辆推进达长于阈值持续时间而以第一模式操作激光器。

[0075] 应注意，本文中包括的示例控制和估计例程能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器的控制系统执行。本文中描述的特定例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按照所示的顺序执行、并行执行或在一些情况下被省略。同样地，处理的顺序不是实现本文所描述的示例实施例的特征和优点所必须要求的，而是为了便于说明和描述而提供。根据所使用的特定策略，可以重复地执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件的系统中的指令执行。

[0076] 应该理解，本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性能的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

[0077] 所附权利要求特别地指出被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。此类权利要求应当被理解为包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或性能的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而要求保护。此类权利要求，无论是与原始权利要求相比范围更宽、更窄、相等或不同，都被认为包括在本公开的主题内。

标题	发布/更新时间	阅读量
用于激光点火控制的方法和系统	2020-05-20	625
高效激光点火装置	2020-05-15	134
耐高压可调温激光点火实验装置	2020-05-23	948
激光点火系统	2020-05-12	167
激光点火设备	2020-05-13	935
可控延时激光点火装置	2020-05-15	309
激光点火设备	2020-05-11	652
激光点火系统的效率增强	2020-05-22	346
激光点火装置	2020-05-12	1009
激光点火装置	2020-05-13	574

激光点火系统的效率提高

激光点火系统的效率提高

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：