СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ДВИГАТЕЛЯ

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.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка относится к способам и системам для точного определения положения двигателя с использованием лазерной системы зажигания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
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.
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.
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.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
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.
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.
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.
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.
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.
Упомянутый способ дополнительно содержит настройку топливоснабжения и зажигания у цилиндра во время перезапуска двигателя на основании логически выведенного положения.
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.
В упомянутом способе диапазон второй схемы измерения времени является по существу таким же, как разрешение первой схемы измерения времени.
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.
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.
В упомянутом способе вторая схема измерения времени запускается через задержку после запуска первой схемы измерения времени.
В упомянутом способе задержка основана на выходных данных первой схемы измерения времени.
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.
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.
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.
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.
В упомянутом другом способе настройка рабочего параметра двигателя заключается в том, что настраивают топливоснабжение и установку момента зажигания цилиндра на основании узнанного положения двигателя.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематическое изображение примерного транспортного средства с гибридным приводом.
Фиг. 2 показывает принципиальную схему примерного двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 3 показывает принципиальную схему примерного цилиндра двигателя.
Фиг. 4 показывает примерный четырехцилиндровый двигатель, остановленный в произвольном положении в своем ездовом цикле.
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.
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.
Фиг. 7 показывает примерный способ для настройки работы двигателя на основании режима работы транспортного средства и условий выключения холостого хода.
Фиг. 8 показывает примерный способ для запуска или перезапуска двигателя во время работы примерного ездового цикла транспортного средства.
Фиг. 9 показывает примерный способ для эксплуатации лазерной системы зажигания двигателя для определения положения двигателя.
Фиг. 10 показывает примерный способ для логического вывода положения поршня на основании выходного сигнала многочисленных схем измерения времени отличающегося разрешения.
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.
Фиг. 14-15 показывают примерные структурные схемы вариантов осуществления способа для использования многочисленных схем измерения времени по фиг. 11-12, чтобы определять положение поршня.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
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.
Со ссылкой на фиг. 1, фигура схематически изображает транспортное средство с гибридной силовой установкой 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.
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).
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
x
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 NO, 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
6
3
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 10 элементов схемы, может иметь разрешение 0,001 пс наряду с тем, что вторая схема измерения времени, имеющая 10элементов схемы, может иметь разрешение 1 пс. Кроме того, количество элементов схемы может настраиваться, так чтобы диапазон (то есть, верхнее пороговое значение или максимальные
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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 может
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.