[发明专利]基于激光点火系统的诊断

说明书

本申请涉及基于激光点火系统的诊断，公开了提供以使用发动机激光点火系统执行发动机的可视检查并且根据发动机方位测量诊断不同汽缸组件和状况的方法和系统。激光脉冲可以在进气冲程和/或排气冲程期间以较低的功率水平发射，以便照明汽缸内部，同时光电探测器捕获汽缸内部的图像。此外，激光脉冲可以较高的功率水平发射以便起始汽缸燃烧，同时光电探测器使用汽缸燃烧期间生成的光来捕获汽缸内部的图像。

技术领域

本申请涉及使用激光点火系统的组件诊断发动机的方法和系统。

背景技术

发动机组件(例如汽缸气门、曲轴、凸轮轴、活塞、燃料喷射器等等)可以被间断地诊断出发动机运转期间受到的损伤。诊断可涉及可视检查组件损伤(如，失准(misalignment)或扭曲)，例如，通过移除火花塞并且获得孔视野以观察汽缸内部。曲轴和/或凸轮轴的损伤能够导致在确定它们的方位(position)(以便识别发动机和活塞方位)过程中的变化。同样地，在发动机重启以使发动机内火花正时和燃料输送协调期间要求凸轮/活塞的方位。因此，在方位确定中的任何误差能够导致在实现并且维持快速同步、可靠燃烧以及减少排放的过程中的能力的降低。进一步地，在识别发动机方位中的任何延迟也能够延迟发动机启动。

发明内容

本发明人在此已经认识到可视检查发动机组件的上述途径能够增加大量的诊断时间、成本以及复杂度。特别地，大部分以上途径要求熟练的技术人员、复杂的诊断工具、具体的实验室设施以及耗时的发动机拆卸。鉴于这些问题，本发明人已经意识到在配置有激光点火能力的发动机系统中，激光点火系统的组件能够有利地用于诊断各种发动机系统组件。

在一个示例中，可以通过一种方法诊断发动机，该方法包括：在发动机周期期间，运转每个发动机汽缸内的激光点火装置；根据该运转识别每个汽缸内的活塞方位；以及根据每个汽缸的活塞方位指示发动机曲轴的退化。在另一示例中，可以根据该运转识别每个汽缸内的汽缸气门方位；并且根据每个汽缸的气门方位指示凸轮轴的退化。在又一示例中，基于激光照明的活塞方位测量可以被用于确定曲轴的方位，同时基于激光照明的进气门或排气门方位测量可以被用于确定凸轮轴的方位。根据曲轴相对于凸轮轴的相对定位，失准误差可以被识别。

例如，激光点火装置可以在汽缸的进气冲程期间以较低的功率等级运转，以便将激光脉冲迅速地引导到汽缸内并且执行汽缸的平面扫掠(sweep)。根据从发射激光脉冲起和从活塞表面反射之后检测到激光脉冲所逝去的持续时间，给定汽缸内活塞的方位可以被确定。此外，该持续时间可以被用于推断汽缸气门是打开的还是关闭的。例如，根据在进气冲程内发射激光脉冲之后所估计的逝去的持续时间，可以确定进气门是打开还是关闭，并且进而排气门的方位可以被推断。可替换地，根据在排气冲程内发射激光脉冲之后所估计的逝去的持续时间，可以确定排气门是打开还是关闭，并且进而进气门的方位可以被推断。通过比较每个汽缸相对于彼此的活塞方位，曲轴对准误差可以被确定。例如，通过比较每个汽缸的估计的方位与每个汽缸的期望方位(根据汽缸点火顺序，发动机配置等等)，可以确定曲轴方位是否偏离了本位，并且由于扭曲或损坏导致的曲轴退化可以被指示。同样地，通过比较每个汽缸相对于彼此的进气门或排气门方位，凸轮轴对准误差可以被确定。例如，通过比较每个汽缸的进气门和进而进气凸轮的估计的方位与每个汽缸的进气门和进气凸轮的期望方位(根据汽缸点火顺序、发动机配置、汽缸冲程等等)，可以确定凸轮轴方位是否偏离了本位，并且由于扭曲或损坏导致的凸轮轴退化可以被指示。更进一步地，通过比较估计的曲轴方位与估计的凸轮轴方位，失准误差可以被确定。

用这种方式，基于发动机方位的诊断能够被加速并且简化，而不必须发动机拆卸。特别地，可以使用活塞方位和汽缸气门方位估计(如使用发动机激光点火系统确定的)来确定曲轴和/或凸轮轴对准误差。通过利用激光点火系统来估计活塞和气门方位，方位信息能够被更快并且更可靠地采集。通过使用方位信息来诊断曲轴和凸轮轴，减少了与组件的可视检查相关联的时间和成本。总之，发动机检查能够被简化而不降低检查准确度。