[发明专利]激光点火系统的效率提高

说明书

技术领域

本申请涉及用于激光点火系统的方法和系统。

背景技术

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。

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

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。

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。

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。

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