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技术领域

本申请涉及具有激光点火和测量的发动机。

背景技术

在混合动力电动车辆（HEV）和停止-起动的车辆中，在选择的状况期间 内燃发动机（ICE）可以关闭或停用。关闭发动机可以通过避免诸如怠速状况 等某些状况而节省燃料。当这种情况发生时，发动机的曲轴和凸轮轴可以在 发动机循环的未知位置中停止。为了重新起动发动机，可以确定凸轮/活塞的 位置以便可以提供顺序和准确的加注燃料和火花正时，以实现可靠的低排放 起动。因此，在起动期间精确和实时地知道发动机活塞位置和凸轮位置可以 实现发动机的火花正时和燃料传输的协同。

活塞或发动机位置确定的一些方法依赖于具有有限的齿和一个间隙的曲 轴正时轮，以提供与曲轴测量协同的同步。由于曲轴位置信息通常利用具有 缺少齿的齿轮来产生，发动机控制模块可以确定对每个汽缸的相对的发动机 位置。曲轴在每个发动机循环中旋转两次，以便与汽缸身份（CID）相结合地 独特识别用于曲轴的发动机位置信息。因此当重新起动发动机时，在开始顺 序地燃料喷射之前，发动机控制模块通常等待发动机位置的确定，这引起重 新启用处理的时间延迟。一个示例由US7765980示出，其中发动机位置通过 曲轴角度传感器来识别。

本文的发明人已经认识到利用这种方法的问题。例如，根据发动机温度， 相对于凸轮轴位置识别曲轴位置的时间量能够变化。确定凸轮轴和曲轴之间 的相对定位（为了识别发动机和活塞位置）的这种可变性能够导致实现和保 持快速同步、可靠的燃烧和减少的排放物的能力的降低。而且，识别发动机 位置的任何延迟也能够延迟发动机起动。当响应于车辆发动要求而重新起动 发动机时，这种延迟于是变换成车辆响应的延迟，降低了客户的满意度。

发明内容

在一种示范性的方法中，上述一些问题可以通过以下方法来解决，该方 法包括操作发动机汽缸中的激光点火装置并且基于激光感测的发动机位置使 燃料传输同步；和用该激光点火装置点火汽缸中的空气和燃料混合物。以这 种方式，例如在发动机起动期间，能够利用激光点火系统来增加发动机位置 识别（通过凸轮和活塞位置测量）的精确度。例如，这种方法可以更快和更 准确地提供关于发动机/活塞位置、速度等的信息。通过在发动机起动转动期 间（或甚至在起动转动之前）更早地识别这种信息，能够实现与曲轴的更快 的同步，产生较早的燃料传输和发动机燃烧。本发明上述方面的优点是更快 的平均发动机起动时间以及提高的客户满意度、提高的燃料经济性和减少的 排放物。

在另一个示例中，使燃料传输同步包括根据激光操作独特地识别发动机 位置。

在另一个示例中，独特地识别发动机位置包括确定发动机活塞位置和汽 缸阀位置以识别发动机的汽缸冲程。

在另一个示例中，用于第一燃料喷射的汽缸选择是基于该发动机位置的。

在另一个示例中，独特地识别发动机位置包括在低功率模式中由激光进 行的至少一次脉冲测量；和用可重复的线性频率斜升频率调制所述激光；并 且基于频率的偏移表示的距离而确定活塞位置，所述频率的偏移由感测的活 塞对激光的反射而测量；以及基于汽缸中的光确定阀位置。

在另一个示例中，独特地识别发动机位置包括识别由活塞反射的并且由 连接到汽缸的传感器测量的多普勒频移。

在另一个示例中，该方法还包括根据经由激光点火装置识别的多个发动 机位置指示发动机转速。

在另一个示例中，该方法包括：通过操作连接到发动机汽缸的激光点火 装置使从静止的发动机起动的第一点火事件同步，以响应于在该汽缸中感测 的光而识别发动机位置；以及以根据识别的发动机位置的点火正时用该激光 点火装置点火该汽缸中的空气和燃料混合物。

在另一个示例中，该方法还包括响应于识别的发动机位置喷射燃料以产 生混合物。

在另一个示例中，燃料被直接喷射到该汽缸中。

在另一个示例中，燃料在进入发动机汽缸之前被喷射到进气歧管中以产 生所述混合物。

在另一个示例中，根据凸轮轴和曲轴位置进一步识别发动机位置。

在另一个示例中，该方法包括响应于怠速停止状况而关闭发动机；通过 操作发动机汽缸中的激光点火装置和响应于在该汽缸中感测的光而识别发动 机位置，使自发动机重新起动关闭的第一燃烧事件同步；以及以用激光点火 装置点火汽缸中的空气和燃料混合物，而且点火正时基于识别的发动机位置。

应当明白，提供上面的概述是为了以简单的形式介绍选择的概念，所述 概念将在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着确定要求保护的主题的 关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。而且， 要求保护的主题不限于解决上面指出的或在本公开的任意部分中指出的任何 缺点的实施方式。

附图说明

图1示出示范性的混合动力车辆的示意图。

图2示出示范性的内燃发动机的示意图。

图3a和3b示出示范性的发动机的汽缸的示意图。

图4示出停止在其行驶周期中的随机位置的示范性的四汽缸发动机。

图5示出在示范性的发动机循环期间激光系统的两种操作模式和利用激 光系统独特地识别发动机位置的示范性的数据。

图6示出气门正时和相对于示范性的直接喷射发动机的发动机循环期间 的发动机位置的活塞位置的示范性的曲线图。

图7示出气门正时和相对于示范性的进气道燃料喷射发动机的发动机循 环期间的发动机位置的活塞位置的示范性的曲线图。

图8示出用于在车辆行驶周期的发动机操作期间完成各种车载诊断程序 的示范性方法。

图9示出在示范性车辆行驶周期的操作期间用于起动或重新起动发动机 的示范性方法。

图10示出用于根据内燃发动机的操作状态以两种模式操作激光系统的示 范性方法。

图11示出用于根据激光的两种检测模式同步燃料传输的示范性方法。

图12示出根据本发明的用于识别发动机衰退的示范性方法。

具体实施方式

提供用于提高诸如图1所示的混合动力车辆的发动机起动效率的方法和 系统。在一个示例中，在发动机起动顺序中利用诸如图2-4所示的连接到发动 机系统的激光点火系统可以更快和更早地实现凸轮和活塞位置确定和精确 度。例如，为了提高凸轮正时感测信息的数据速率，当优化燃料传输时，反 馈控制调节可以基于在发动机汽缸内的激光脉冲，作为确定凸轮和活塞位置 的手段。于是，根据相对于曲轴位置的凸轮位置的反馈，控制器将气门正时 保持在期望值。图5示出在示范性的发动机循环期间激光系统的两种检测模 式和用于利用该激光系统独特地识别该发动机位置的示范性的数据。图6-7 分别示出直接喷射发动机和进气道燃料喷射发动机的活塞位置和气门正时的 曲线图。对于图4的采样的发动机位置，这些曲线图示出了连接到控制器的 激光系统如何可以在发动机行驶周期期间以两种功率模式操作。例如，低功 率模式可以用来确定发动机的位置，而高功率模式可以用来点火空气/燃料混 合物。该系统根据图8-12中所示的各种程序由控制器控制。这些附图示出用 于提高可以由图1-2的发动机的控制系统进行的发动机起动的效率的各种示 范性的控制程序。

参考图1，其示意地示出了具有混合动力推进系统10的车辆。混合动力 推进系统10包括连接到变速器16的内燃发动机20。变速器16可以是手动变 速器、自动变速器或其组合。而且，可以包括各种附加的部件，例如，液力 变矩器和/或诸如主减速器单元的其他档位等。变速器16还被示出连接到可以 接触道路表面的驱动轮14。

在这个示范性实施例中，混合动力推进系统还包括能量转换装置18，其 可以包括马达、发电机等其他装置及其组合。能量转换装置18还被示出为连 接到能量储存装置22，其可以包括蓄电池、电容器、飞轮、压力容器等。能 量转换装置可以操作以吸收来自车辆运动和/或发动机的能量，并且将该吸收 的能量转换成适合于由能量储存装置储存的能量形式（换句话说，提供发电 机操作）。能量转换装置也可以操作以提供对驱动轮14和/或发动机20的输出 （功率、做功、扭矩、速度等）（换句话说，提供马达操作）。应当明白，在 一些实施例中，能量转换装置可以包括马达和/或发电机以及用于在能量储存 装置和车辆驱动轮和/或发动机之间提供合适的能量转换的各种其他组件。

所示的发动机20、能量转换装置18、变速器16和驱动轮14之间的连接 可以表示机械能从一个组件到另一个组件的传输，而能量转换装置18和能量 储存装置22之间的连接可以表示诸如电能、机械能等各种能量形式的传输。 例如，扭矩可以从发动机20传递以经由变速器16驱动车辆驱动轮14。正如 上面所描述的，能量储存装置22可以构造成操作在发电机模式和/或马达模式 中。在发电机模式中，系统10可以吸收来自发动机20和/或变速器16的一些 或全部输出，这可以减少传输到驱动轮14的驱动输出的量。而且由能量转换 装置接收的该输出可以用来充电能量储存装置22。可替换地，能量储存装置 22可以接收来自诸如插电到主电源的外部能量源24的电荷。在马达模式中， 能量转换装置可以例如通过利用储存在电池中的电能而向发动机20和/或变 速器16提供机械输出。

混合动力推进实施例可以包括完全混合动力系统，其中车辆能够只依靠 发动机运行，只依靠能量转换装置（例如，马达）运行或依靠其组合运行。 也可以采用辅助或适度的混合动力结构，其中发动机是主要的扭矩源，其中 混合动力推进系统用来选择性地传输增加的扭矩，例如在踩加速器踏板或其 他状况期间。还有，也可以用起动机/发电机和/或智能交流系统。

从上面可见，应当理解示范性混合动力推进系统能够具有各种操作模式。 例如，在第一种模式中，发动机20接通并且用作向驱动轮14提供动力的扭 矩源。在这种情况下，车辆以“发动机接通”模式操作并且燃料从燃料系统 100供给到发动机20（图2中详细示出）。燃料系统100包括燃料蒸气回收系 统110，用以储存燃料蒸气并且减少来自混合动力车辆推进系统10的排放物。

在另一种模式中，推进系统可以利用作为推动车辆的扭矩源的能量转换 装置18（例如，电动马达）来操作。在制动、低速期间，在交通灯等处停止 时，可以采用“发动机关闭”模式操作。在可以叫做“辅助”模式的又一种 模式中，可以提供可替换的扭矩源，并且扭矩源以与由发动机20提供的扭矩 协同的方式动作。正如上面所指出的，能量转换装置18也可以发电机模式操 作，在该模式中，来自发动机20和/或变速器16的扭矩被吸收。而且，在不 同的燃烧模式之间在发动机20转换期间（例如，在火花点火模式和压缩点火 模式之间的转换期间），能量转换装置18可以用来增加或吸收扭矩。

上面参考图1描述的各种组件可以由车辆控制系统41控制，该车辆控制 系统包括控制器12，控制器12具有用于执行调节车辆系统、多个传感器42 和多个执行器44的各种程序和子程序的计算机可读指令。

图2示出多汽缸内燃发动机20的示范性汽缸的示意图。发动机20可以 至少部分地由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作者 132的输入控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成比 例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。

发动机20的燃烧汽缸30可以包括其中设置有活塞36的燃烧汽缸壁32。 活塞36可以连接到曲轴40，以便将活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。 曲轴40可以经由中间变速器系统连接到车辆的至少一个驱动轮。燃烧汽缸30 可以经由进气道43接收来自进气歧管45的进气并且可以经由排气道48排出 燃烧气体。进气歧管45和排气道48可以经由各自的进气门52和排气门54 选择性地与燃烧汽缸30连通。在一些实施例中，燃烧汽缸30可以包括两个 或两个以上的进气门和/或两个或两个以上的排气门。

发动机20可以任选地包括凸轮位置传感器55和57。但是，在所示的示 例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮驱动系统51和53通过凸 轮驱动被控制。凸轮驱动系统51和53中的每个可以包括一个或多个凸轮并 且可以利用可以由控制器12操作的凸轮廓线变换（CPS）系统、可变凸轮正 时（VCT）系统、可变气门正时（VVT）系统和/或可变阀门升程（VVL）系 统中的一个或多个，从而改变阀/气门操作。为了能够实现凸轮位置的检测， 凸轮驱动系统51和53可以具有齿轮。进气门52和排气门54的位置可以分 别由位置传感器55和57来确定。在可替换的实施例中，进气门52和/或排气 门54可以由电动气门驱动来控制。例如，汽缸30可以可替换地包括经由电 动气门驱动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮驱动控制的 排气门。

燃料喷射器66被示出为直接连接到燃烧汽缸30，以便经由电子驱动器 68与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃 烧汽缸中。以这种方式，燃料喷射器66提供到燃烧汽缸30中的已知的燃料 的直接喷射。例如，该燃料喷射器可以安装在燃烧汽缸的侧面上或燃烧汽缸 的顶部中。燃料可以经由包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的燃料传输系统（未 示出）传输到燃料喷射器66。在一些实施例中，燃烧汽缸30可以可替换地或 附加地包括设置在进气道43中的燃料喷射器，其构造成提供到燃烧汽缸30 上游的进气道中的已知的燃料的进气道喷射。

进气道43可以包括充气运动控制阀（CMCV）74和CMCV板72，并且 还可以包括具有节流板64的节气门62。在这个具体的示例中，节流板64的 位置可以经由提供给电动马达或包括节气门62的执行器的信号而由控制器12 改变，该构造可以叫做电子节气门控制（ETC）。以这种方式，节气门62可以 操作以改变在其他发动机燃烧汽缸中提供给燃烧汽缸30的进气。进气道43 可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，以用于向控制 器12提供相应的信号MAF和MAP。

排气传感器126被示出为连接到催化转化器70上游的排气道48。传感器 126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感 器或UEGO（通用或宽域排气氧）传感器、双态氧传感器或EGO、HEGO（加 热的EGO）、NOx、HC或CO传感器。该排气系统可以在空燃比传感器的上 游和/或下游包括起燃催化剂和车身底部催化剂以及排气歧管。在一个示例中， 催化转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以使用每个具有 多个催化剂砖的多个排放控制装置。在一个示例中，催化转化器70可以是三 元催化剂。

在图2中将控制器12示出为微型计算机，包括：微处理器单元102、输 入/输出端口104、在这个具体的示例中示为只读存储器芯片106的用于可执 行程序和校正值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器（KAM） 109和数据总线。控制器12可以接收来自连接到发动机20的传感器的各种信 号和信息，除了上面提到的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感 器120的进气质量空气流量（MAF）的测量；来自连接到冷却套管114的温 度传感器112的发动机冷却剂温度（ECT）；在一些示例中，可以选择性地包 括来自连接到曲轴40的霍尔效应传感器118（或其他类型）的表面点火感测 信号（PIP）；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP）；以及来自传感器122 的绝对歧管压力信号MAP。霍尔效应传感器118可以任选地包括在发动机20 中，因为它以类似于在本文中所述的发动机激光系统的能力起作用。存储介 质只读存储器106可以用表示由处理器102可执行的指令的计算机可读数据 编程，以用于执行在下面描述的方法及其变体。

激光系统92包括激光辐射器/激发器88和激光控制单元（LCU）90。LCU 90使激光辐射器88产生激光能量。LCU90可以接收来自控制器12的操作指 令。激光辐射器88包括激光振荡部分86和光汇聚部分84。该光汇聚部分84 将由激光振荡部分86产生的激光光线汇聚在燃烧汽缸30的激光焦点82上。

激光系统92构造成以多于一种能力操作，其中每种操作的正时均是基于 四冲程燃烧循环的发动机位置的。例如，在发动机的做功冲程期间，包括发 动机起动转动、发动机暖机操作和已经暖机的发动机操作期间，激光能量可 以用来点火空气/燃料混合物。在进气冲程的至少一部分期间，由燃料喷射器 66喷射的燃料可以形成空气/燃料混合物，其中以激光辐射器88产生的激光 能量点火空气/燃料混合物开始在其他情况下非可燃烧的空气/燃料混合物的 燃烧，并且向下驱动活塞36。在第二操作能力中，在四冲程燃烧循环期间， LCU90可以传输低功率的脉冲以确定活塞和阀位置。例如，当从怠速停止状 态重新启用发动机后，激光能量可以用来监控发动机的位置、速度等，以便 使燃料传输和气门正时同步。

LCU90可以引导激光辐射器88根据工况将激光能量聚焦在不同的位置。 例如，激光能量可以聚焦在汽缸30的内部区域中远离汽缸壁32的第一位置， 以便点火空气/燃料混合物。在一个实施例中，该第一位置可以靠近做功冲程 的上止点（TDC）。而且，LCU90可以引导激光辐射器88以产生指向该第一 位置的第一多个激光脉冲，并且自静止的第一燃烧可以接收来自激光辐射器 88的激光能量，该激光能量大于传输到第一位置以用于后面的燃烧的激光能 量。

控制器12控制LCU90并且具有非瞬变的计算机可读储存介质，该计算 机可读储存介质包括编码用以根据温度，例如ECT，调节激光能量传输的位 置。激光能量可以被引导到汽缸30内的不同位置。控制器12还可以包括用 于确定发动机20的操作模式的附加的或可替换的传感器，包括附加的温度传 感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测发动机旋转速度、空气量和燃料喷 射量的传感器。附加地或可替换地，LCU90可以直接与各种传感器通信（例 如用于检测ECT的温度传感器）以用于确定发动机20的操作模式。

如上所述，图2示出了多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以同 样包括其自己的进气门/排气门组、燃料喷射器、激光点火系统等。

当不用高功率点火空气/燃料混合物时，激光系统92可以放射低功率脉冲 以精确地测量从汽缸顶部到活塞的距离，或用于CID以确定进气门和/或排气 门是处于打开还是关闭位置。例如，两个现货供应的激光产品精确地测量从 两英寸到大于100英尺的距离，精确到1/8英寸内（Johnson Level&Tool Mfg. Col,Inc.,梅库恩市（Mequon）,威斯康辛州;和DeWalt Industrial Tool Col,巴 尔的摩市,马里兰州）。图3a和3b示出了激光系统92的示范性操作，该激光 系统92包括激光辐射器88、检测系统94和LCU90。LCU90使激光辐射器 88产生用302示出的低功率激光脉冲，其可以被引导朝向活塞36的顶表面 313。在放射之后，光能可以反射离开活塞并且被传感器94检测。LCU90可 以从控制器12接收诸如功率模式的操作指令。例如，在点火期间，所用的激 光脉冲可以高能量密度快速地脉动，以点火空气/燃料混合物。相反，为了确 定发动机位置，控制器可以引导激光系统以低能量密度扫描（sweep）频率， 以确定活塞位置并且识别一个或多个阀位置。例如，用可重复的线性频率斜 升频率调制激光可以允许确定发动机中的一个或多个活塞位置。检测传感器 94可以作为激光系统的部件设置在汽缸的顶部中，并且可以被校准以接收从 活塞36的顶表面313反射的返回脉冲304。

图3a和3b示出激光系统92如何可以在上面参考图2所述的汽缸30中的 活塞36的方向上放射脉冲。由激光系统92放射的脉冲，例如图3a所示的脉 冲302，可以引导朝向活塞36的顶表面313。脉冲302可以从活塞的顶表面 反射，并且例如脉冲304的返回脉冲可以被激光系统92接收，其可以用来确 定活塞36在汽缸30内的位置。

在一些示例中，活塞的位置可以通过频率调制方法使用以可重复的线性 频率斜升的频率调制的激光束来确定。可替换地，可以用相位偏移方法确定 该距离。通过观察多普勒频移或通过比较在两个不同的时间的采样位置，可 以断定活塞位置、速度和发动机转速信息（RPM测量）。进气门352和/或排 气门354的位置也可以利用激光系统确定。当CID与活塞位置结合时，发动 机的位置可以被确定并用于使燃料传输和气门正时同步。发动机的这种位置 状态可以基于活塞位置和通过激光确定的CID。

控制器12还可以控制LCU90并且包括非瞬变的计算机可读储存介质， 该储存介质包括编码，用以根据工况例如基于活塞36相对于TDC的位置而 调节激光能量传输的位置。控制器12也可以包括用于确定发动机20的操作 模式的附加的或可替代的传感器，正如上面关于图2所描述的，包括附加的 温度传感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测发动机旋转速度、空气量和 燃料喷射量的传感器。附加地或可替换地，LCU90可以与各种传感器直接通 信，例如，霍尔效应传感器118，其被任选地包括，以用于确定发动机20的 操作模式。

激光系统可以用来测量凸轮位置，例如通过在发动机循环的某些冲程期 间阻挡放射的脉冲而测量。例如，在一个实施例中，激光系统92可以设置为 靠近进气门352，以便在行驶周期的进气冲程期间防止在汽缸内的活塞位置的 测量。在进气冲程期间，阀352通向燃烧室内并且阻挡放射的激光脉冲反射 离开活塞的顶表面313。例如，在图3b中，由于激光系统92设置为非常靠近 进气门352，当汽缸30处在其进气冲程时，阀352通向燃烧室中并且阻挡激 光脉冲（例如激光脉冲306）到达活塞的顶表面313。控制器12还可以被编 程以说明检测的信号，以便确定凸轮的位置。例如，在这个示例中，控制器 可以处理由传感器94接收的信号的缺失，以指示进气门352处于打开位置。 这个信息和发动机的几何形状可以由控制器进一步处理，以确定发动机在其 行驶周期内的位置。虽然图3b举例说明了放射的脉冲如何可以被进气门352 阻挡，但是其他结构也是可能的。例如，激光系统可以设置成非常靠近排气 门而不是进气门。当设置在这个位置时，放射的脉冲可以改为在行驶周期的 排气冲程期间被阻挡。考虑到这种差别可以校正控制器。正如在下面详细地 描述的，控制器12可以处理在行驶周期期间收集的数据以确定发动机位置。

光脉冲302的放射和由检测传感器94进行的反射的光脉冲304的检测之 间的时间差还可以与时间阈值进行比较，所述时间阈值作为判断激光装置的 衰退是否已经发生的手段。例如，在内燃发动机中，燃烧室可以是三至四英 寸长。根据这个估测和真空中的光速（c=3.0×10⁸m/s），由激光系统92放射 的从活塞的顶表面313反射的光脉冲可以在皮秒的时间范围内被检测。明显 超过预期的皮秒时间范围的时间阈值（例如1纳秒）因此可以用作指示激光 系统的衰退的参考。例如，由传感器94检测的长于1纳秒的激光系统92放 射的脉冲可以指示激光系统未被对准。

在一些示例中，发动机系统20可以包括在如下的车辆中，其被开发以便 当满足怠速停止状况时进行怠速停止，并且当满足重新起动状况时自动重新 起动发动机。这种怠速停止系统可以增加燃料节省，减少排气排放、噪声等。 在这样的发动机中，发动机操作可以终止在行驶周期内的任意位置。当开始 重新启用发动机的过程后，激光系统可以用来确定发动机的具体位置。根据 这种估计，激光系统可以进行关于哪个汽缸将首先被加注燃料的判断，以便 从静止开始发动机重新启用过程。在构造成进行怠速停止操作的车辆中，其 中发动机停止和再起动在驱动操作中重复多次，可以为更多的可重复的起动 提供在希望的位置处停止发动机，并且因此当发动机从旋转减速到静止时， 在关闭期间（在燃料喷射、火花点火等重新启用之后）激光系统可以用来测 量发动机位置，使得可以响应于测量到的活塞/发动机位置而将马达扭矩或其 他阻力扭矩可变地施加于发动机，以便将发动机停止位置控制在希望的停止 位置。

在另一个实施例中，当车辆因为马达关闭或者因为车辆决定以电动模式 操作而关闭其发动机时，发动机的汽缸可以最终相对于活塞36在燃烧汽缸30 中的位置以及进气门352和排气门354的位置而以不受控的方式停止。对于 具有四个或四个以上汽缸的发动机，当曲轴处于静止时，总是可以存在位于 排气门关闭（EVC）和进气门关闭（IVC）之间的汽缸。作为一个示例，图4 示出能够将燃料直接喷射到燃烧室的直列四缸发动机的示例，其停止在行驶 周期的任意位置，并且示出了激光点火系统如何可以提供能够在各汽缸间进 行比较以识别潜在的衰退的测量。应当明白，图4所示的示范性的发动机位 置在性质上是示范性的，并且其他的发动机位置也是可能的。

在所述附图中413处插入的是示范性的直列式发动机汽缸体402的示意 图。在该汽缸体内是四个独立的汽缸，其中汽缸1-4分别用404、406、408 和410标注。汽缸的截面图被示出为根据以415示出的示范性行驶周期中的 所述汽缸的点火次序而排列。在这个示例中，发动机位置是使得汽缸404处 在行驶周期的排气冲程中的位置。排气门412因此处在打开位置，而进气门 414关闭。由于接下来汽缸408在所述循环中点火，所以它处在其做功冲程并 且因此排气门416和进气门418都处在关闭位置。汽缸408中的活塞位于靠 近BDC。汽缸410处在压缩冲程中，并且因此排气门420和进气门422都处 在关闭位置。在本示例中，汽缸406最后点火，并且因此其处于进气冲程位 置。因此，在进气门426打开时，排气门424关闭。

发动机中的每个独立的汽缸可以包括与该汽缸连接的激光系统，如上面 描述的图2所示，其中激光系统92连接到汽缸30。正如在本文中所描述的， 这些激光系统既可以用来为汽缸点火，也可以用来确定凸轮和该汽缸内的活 塞的位置。例如，图4示出了连接到汽缸404的激光系统451，连接到汽缸 408的激光系统453，连接到汽缸410的激光系统457，以及连接到汽缸406 的激光系统461。

如上所述，激光系统可以用来测量阀位置以及在燃烧室内的活塞的位置。 例如，在图3b中所示的发动机位置中，来自激光系统92的光可以至少部分 地被阻挡到达汽缸30中的活塞的顶表面313。因为与当放射的脉冲不被阻挡 时反射离开活塞顶表面的光的量相比反射的光的量减少，所以控制器12可以 被编程以考虑这种差别，并且利用该信息来确定进气门352是打开的。根据 在该行驶周期内的阀操作的顺序，控制器12还确定排气门354是关闭的。由 于所给出的示例是基于四汽缸发动机的，所以其中一个汽缸将在所有的时间 中均处在进气冲程。因此，控制器可以被编程以处理来自所有激光系统的数 据，以便识别汽缸处于其进气冲程中。基于这种确定并且利用发动机的几何 形状，可以利用该激光系统识别发动机的位置。可替换地，如将在下面进一 步详细描述的，控制器也可以被编程以处理来自作为识别发动机位置的手段 的连接到汽缸的单个激光检测器的一系列测量。

活塞在汽缸中的位置可以相对于任何合适的参考点测量，并且可以利用 任何合适的比例因数。例如，汽缸的位置可以相对于汽缸的TDC位置和/或该 汽缸的BDC位置来测量。例如，图4示出了在TDC位置通过汽缸的横截面 的直线428和在BDC位置通过汽缸的横截面的直线430。虽然在活塞位置的 确定期间多个参考点和比例尺均是可行的，但是这里示出的示例是基于活塞 在汽缸内的位置的。例如，可以使用基于与燃烧室内的已知位置相比较的测 量偏移的比例尺。换句话说，相对于以428示出的TDC位置和以430示出的 BDC的位置，图4中以432示出的活塞顶表面的距离可以用来确定活塞在汽 缸中的相对位置。为了简单起见，示出了用于从激光系统到活塞的距离的校 准的采样比例尺。基于这个比例尺，原点428表示为X（其中X=0对应于TDC）， 并且对应于由活塞行进的最大线性距离的距激光系统最远的活塞的位置430 被表示为xmax（其中X=xmax对应于BDC）。例如，在图4中，从TDC428 （其可以取作原点）到汽缸404中的活塞的顶表面432的距离471可以与从 TDC428到汽缸410中的活塞的顶表面432的距离475基本相同。距离471 和475可以小于（相对于TDC428）从TDC428分别到汽缸408和406中的 活塞的顶表面的距离473和477。

该活塞可以周期性地操作，并且因此它们在汽缸内的位置可以通过相对 于TDC和/或BDC的单个量度而相关。一般而言，在该图中到达432的这个 距离可以表示为ΔX。激光系统可以测量每个活塞在其汽缸内的这个变量，并 且然后利用该信息来确定是否进行其他的动作。例如，如果该变量在两个或 更多个汽缸中相差达阈值量，则激光系统可以向控制器发送信号，以指示发 动机性能衰退超过可允许的阈值。在这个示例中，控制器可以将该编码解释 为诊断信号，并且产生指示衰退已经发生的消息。该变量X被理解成表示可 以由所述系统测量的多个量度，其中的一个示例在上面已经描述。所给出的 示例是基于由激光系统测量的距离的，其可以用来识别活塞在其汽缸内的位 置。

参考图4，控制器可以被编程以利用各种方法确定发动机的位置。例如， 控制器可以被编程以处理从单个激光系统例如汽缸406中的激光系统461收 集的一系列数据，以确定发动机的位置。为了确定在示范性发动机循环期间 的进气门正时和相对于发动机位置的活塞位置，以两种低功率模式操作的激 光系统的示例性图示在图5中示出并且在下面描述。可替换地，控制器可以 被编程以处理从两个或更多个激光系统收集的数据，以确定发动机的位置。 图6-7示出了在用于直接燃料喷射的发动机和进气道燃料喷射的发动机两者 的示范性的发动机循环期间的气门正时和相对于发动机位置的活塞位置的示 例性曲线图。

图5示出了对于具有1-3-4-2的点火次序的四汽缸发动机的发动机循环的 四个冲程（进气、压缩、做功和排气）内的示例性气门正时和相对于发动机 位置（曲轴角度）的活塞位置的曲线图500。根据用于选择第一点火汽缸的准 则，发动机控制器可以构造成识别区域，正如在本文中所描述的，在所述区 域中，第一点火汽缸可以基于由通过活塞反射的激光脉冲测量的发动机位置 而定位。

在图5中，曲线图500示出了进气门正时和活塞位置曲线，以及激光系 统的两个示范性检测模式。为了确定发动机的位置，激光系统例如在图4中 连接到汽缸406的激光系统461能够在整个发动机循环中放射一系列低功率 脉冲，但是基于气门位置和汽缸内的活塞位置而检测两个不同的光信号。参 考图4所示的示例，当进气门关闭时，激光系统461可以检测在行驶周期的 压缩、做功和排气冲程期间反射离开活塞的顶表面的光能。在下文中，图5 中用506示出的这种检测模式称为低功率检测模式1（或LD1）。虽然激光检 测器以LD1检测从活塞的顶部反射的光能，但是它可以不感测进气门426相 对于排气门424的位置。相反，当发动机汽缸进入行驶周期的进气冲程时， 激光检测器461可以检测减小的信号，这是由于其放射至少部分地被打开的 进气门阻挡。这种检测模式用508示出，并且被称为低功率检测模式2（或 LD2）。当在LD2中时，激光检测器可以例如感测进气门位置，但是不感测活 塞在汽缸的燃烧室内的位置。由于发动机位置的确定是从CID和活塞位置两 者进行的，因此在这个模式期间，控制器可以处理来自第二激光系统例如连 接到汽缸410的激光系统457的信息，以测量活塞在汽缸内的位置。控制器 于是可以利用这个信息和发动机的几何形状以识别发动机位置。

在502处，示出了进气门426的气门升程轮廓线。在进气冲程开始时， 该轮廓线示出了气门打开，并且然后在活塞从TDC移动到BDC时关闭。虽 然没有示出排气门例如排气门424的气门升程轮廓线，但是类似的轮廓线可 以任选地被包括，以示出排气门打开并且然后在发动机行驶周期的排气冲程 期间在活塞从BDC移动到TDC时关闭。

在504处，示出了行驶周期的四个冲程的活塞的周期性性质。例如，活 塞从TDC逐渐向下移动，在该进气冲程的末尾达到底部的BDC。然后在压缩 冲程的末尾，活塞返回到顶部的TDC。在做功冲程期间，活塞再一次朝着BDC 向下移动返回，在排气冲程的末尾返回到其原始的在TDC处的顶部位置。如 上所述，该曲线图以曲轴角度（CAD）示出了发动机沿着X轴的位置。对于 所给出的该示范性的曲线，没有示出在进气冲程期间的活塞位置，从而说明 了由于被充分阻挡的激光脉冲（例如，90%以上被阻挡）而减小的信号。

由激光系统461收集的一系列数据可以用来识别发动机的位置。例如， 认为发动机在汽缸406位于位置P1时停止。例如，这可以在怠速停止车辆将 发动机模式转换到电动操作模式或车辆辅助操作模式时发生。在控制器发送 信号以停止发动机之后，例如，通过发送电信号到节气门以通知该节气门关 闭，可以限制到该汽缸的气流，以便停止发动机。作为响应，在到达P1处的 停止之前，发动机可以点火一些更多的循环。为了在发动机重新启用过程期 间使燃料传输和气门正时在重新接合发动机之前同步，控制器12可以确定发 动机的位置。

采样数据组用510和512示出，以说明如何可以由激光系统收集不同的 数据组以及该不同的数据组如何可以用于识别行驶周期内的发动机位置。例 如，在发动机达到位置P1处的静止之前完成其最后的一些循环时，激光系统 461可以响应于发动机关闭命令而开始收集数据。由于P1位于进气冲程中， 所以510示出了由激光检测器收集的信号可以被进气门中断。当所述气门打 开时，放射的脉冲被至少部分地阻挡，这可以导致明显减小的信号。控制器 12可以处理这种信号以识别打开的进气门，并且利用连接到另一个汽缸的激 光系统，例如连接到汽缸410的激光系统457，以便测量其活塞位置。作为识 别发动机位置的手段，发动机的几何形状可以用来与所有的变量相关。

在行驶周期的某些部分期间，由于行驶周期的动作实质上是周期性的， 所以可以收集第二数据组，其初始曲线形状可以与510所示曲线形状基本相 同。为了使这两个区域彼此区别并且独特地识别发动机的位置，控制器可以 被编程以处理一系列数据，从而根据曲线形状确定发动机位置。在行驶周期 的压缩冲程期间，当汽缸406中的活塞接近TDC时，示出在512处的第二曲 线。然而，由于在压缩和做功冲程期间进气门都保持关闭，所以不发生激光 信号的阻挡，并且检测到平滑的数据组。控制器可以被编程以处理这些数据， 并且利用该曲线的形状以及发电机的几何形状，从而识别发动机的位置。一 旦确定了发动机位置，则可以识别下一个点火汽缸，并且按计划同步燃料传 输和气门正时。

可替换地，控制器可以被编程以处理来自多个激光系统的信息，从而确 定发动机的位置。例如，在图6中，气门正时和活塞位置轮廓线相对于图4 所示的发动机位置示出。激光的两种操作状态也根据图5示出，从而举例说 明如何可以利用多个激光系统来确定发动机位置。

在602示出了在常规发动机操作期间的进气门升程轮廓线。在进气冲程 开始时或开始之前，进气门可以被打开，并且至少可以保持打开到开始随后 的压缩冲程。如在上面关于图2-5所描述的，发动机控制器12可以构造成识 别第一点火汽缸，在发动机从怠速停止状况重新启用期间在该汽缸中开始燃 烧。例如，如在上面在图4中所描述的，作为确定发动机的位置的手段，可 以利用激光系统测量气门位置和汽缸中的活塞位置来确定该第一点火汽缸。 图6所示的示例与直接喷射发动机（DI）有关，其中第一点火汽缸可以被选 择成设置在EVC之后，但是在随后的排气门打开（EVO）之前（一旦识别了 发动机位置并且将活塞位置与识别的凸轮轴位置同步）。为了比较，图7示出 了进气道燃料喷射的发动机（PFI）的第一点火汽缸，其中该第一点火汽缸可 以选择成定位在IVC之前。

在本文中图6参考图4以进一步详细说明了如何进行关于当发动机重新 启用后哪个汽缸首先点火的判断，以及激光如何可以协同行驶周期的四个冲 程内不同功率模式的正时。对于图4所示的示范性的结构，发动机的位置可 以在图6所示的直线P1处由激光系统检测。在这个示例中，在P1，汽缸404 处在排气冲程中。因此，对于这个示范性的发动机系统，汽缸408处在做功 冲程中，汽缸410处在压缩冲程中，而汽缸406处在进气冲程中。一般而言， 在发动机开始重新启用过程之前，一个或多个激光系统可以点火在图6中的 610和612处所示的低功率脉冲，以确定发动机的位置。例如，激光脉冲610 可以在其汽缸内的活塞的顶表面处被点火。由于在示出脉冲610的汽缸内关 闭了两个气门，所以激光系统检测活塞在该汽缸室内的位置（图5中的LD1）。 相反，因为在汽缸406中的进气门426打开，所以激光脉冲612的放射至少 部分地被该打开的气门阻挡。在这个汽缸中的激光检测器因此可以处理明显 减小的信号，以便识别该汽缸中的打开的进气门（图5中的LD2）。控制器12 于是可以利用这个信息和来自其他激光检测系统（例如图4中的分别连接到 汽缸404、408和410的激光系统451、453和457）的活塞位置数据，以确定 发动机的位置。而且，由于在这个示例中利用了DI发动机，因此在进气门打 开之后（IVO），燃料可以喷射到汽缸室中。喷射轮廓线由604-607给出。例 如，在图6中所示的示范性发动机循环期间，在图6中604处的方块示出了 燃料何时喷射到汽缸404中，方块605示出了燃料何时喷射到汽缸408中， 方块606示出燃料何时喷射到汽缸410中，而方块607示出燃料何时喷射到 汽缸406中。

当汽缸已经被识别为下一个点火汽缸时，在空气/燃料混合物已被引进汽 缸中并且关联的活塞已经受压缩之后，连接到识别的下一个点火汽缸的激光 器可以产生高功率脉冲以点燃该汽缸中的空气/燃料混合物，从而发生做功冲 程。例如，在图6中，在燃料喷射604到汽缸404中之后，激光系统，例如 激光系统451，产生616处的高功率脉冲以点火该汽缸中的燃料。同样，在汽 缸点火顺序中在汽缸404之后的下一个的汽缸408接收来自激光系统例如激 光系统453的高功率脉冲618，以点火在605处喷射到汽缸408中的燃料。在 汽缸408之后的下一个点火汽缸是汽缸410，其接收来自激光系统例如激光系 统457的随后的高功率脉冲620，以点燃在606处喷射到汽缸410中的燃料， 等等。

在图7中，为了比较提供了类似于图6所示的DI发动机的PFI发动机轮 廓线的示范性的PFI发动机轮廓线。DI发动机和PFI发动机之间的一个区别 涉及燃料是否被直接喷射到燃烧室中或者燃料是否在进入燃烧室之前被喷射 到进气歧管中以与空气混合。在图2-4中所示的DI系统中，在汽缸的进气冲 程期间，燃料被直接喷射到燃烧室中并且因此与空气混合。PFI系统在排气冲 程期间可替换地将燃料喷射到进气歧管中，以便空气和燃料在被喷射到汽缸 室之前混合。由于这种区别，发动机控制器可以基于在该系统中存在的燃料 喷射系统的类型而发送不同的指令组。

在图7所示的PFI发动机轮廓线中，在时刻P1之前，一个或多个激光系 统可以点火低功率脉冲610和612，以确定发动机的位置。由于该发动机是 PFI，燃料可以在IVO之前被喷射到进气歧管中。在时刻P1，控制器通过激 光测量而识别发动机活塞位置并且识别凸轮轴位置，使得可以按计划同步燃 料传输。基于被传输的燃料量，控制器可以在IVO之前识别下一个将被加注 燃料的汽缸，使得能够提供进气道喷射的燃料的关闭的气门喷射。该喷射轮 廓线以图7中的702-704示出。

例如，参考图4，但是关于PFI发动机而不是DI发动机，702处的方块 示出了在发动机重新启用之后燃料何时可以被喷射到第一点火汽缸的进气歧 管（在图2-3中用45大致示出）中。如图7所示，汽缸408是能够被加注燃 料的下一个汽缸，并且因此燃料喷射702按计划进行，使得当经由激光点火 脉冲706点燃时，汽缸408是从静止点火的第一个汽缸。在重新启用后，由 于汽缸410是点火顺序中的下一个汽缸，因此根据该顺序燃料喷射703可以 在IVO之前发生。在EVO之前，高功率脉冲708可以从激光系统457传输以 点燃混合物。在所述顺序中的下一个点火汽缸是汽缸406，其随后在IVO之 前喷射燃料704。尽管没有示出，但是来自激光系统461的高功率激光脉冲可 以用来点燃这个空气/燃料混合物。燃料喷射的量可以根据自第一汽缸燃烧事 件的燃烧计数而逐渐减少。

现在转向图8，其示出了用于在车辆行驶周期的发动机操作期间完成各种 车载诊断程序的示例性方法800。

在步骤802，车辆工况可以被估计和/或推断。如上所述，控制系统12可 以接收来自与车辆推进系统组件关联的一个或多个传感器的传感器反馈，例 如，来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量（MAF）的测量值、 发动机冷却剂温度（ECT）、节气门位置（TP）等。估测的工况可以包括，例 如车辆驾驶员请求的输出或扭矩（例如，基于踏板位置）的指示、燃料箱的 燃料水平、发动机燃料使用率、发动机温度、车载能量储存装置的充电状态 （SOC）、包括温度和湿度的环境状况、发动机冷却剂温度、气候控制请求（例 如，空气调节或加热请求）等。

在步骤804，基于估测的车辆工况，可以选择车辆操作模式。例如，可以 确定车辆是操作在电动模式（其中车辆利用来自车载系统能量储存装置例如 蓄电池的能量而被推动）、发动机模式（其中车辆利用来自发动机的能量而被 推动）、还是辅助模式（其中车辆利用来自蓄电池的至少一些能量和来自发动 机的至少一些能量而被推动）。

在步骤806，方法800包括确定是否以电动模式操作车辆。例如，如果发 动机处于怠速的时间段大于阈值，则控制器可以任选地确定车辆应当以电动 模式操作。可替换地，如果发动机扭矩请求小于阈值，则车辆可以转换到电 动操作模式。

如果方法800在步骤806确定车辆以电动模式操作，则方法800进行到 步骤808。在步骤808，方法800包括以电动模式操作车辆，其中系统蓄电池 用于推动车辆并且满足驾驶员扭矩请求。在一些示例中，即便在步骤808选 择了电动模式，该程序也可以继续监控车辆扭矩要求和其他车辆工况，以便 检查是否将进行发动机模式（或发动机辅助模式）的突然转换。具体说，当 处在电动模式时，在步骤810，控制器可以确定是否请求了对发动机模式的转 换。

然而，如果在步骤806，确定车辆未以电动模式操作，则方法800进行到 步骤812。在步骤812，车辆可以发动机模式操作，其中发动机被用来推动车 辆并且满足驾驶员扭矩要求。可替换地，车辆可以辅助模式操作（未示出）， 其中车辆推进力归因于来自蓄电池的至少一些能量和来自发动机的一些能 量。

如果在步骤812请求发动机模式，或如果在步骤810发生了从电动模式 到发动机模式的转换，则步骤814示出了车辆可以起动或重新起动发动机。 图9中示出了在车辆行驶周期的操作期间用于起动或重新起动发动机的一种 示范性方法900。

在步骤902，方法900包括确定是否执行发动机冷起动。例如，当排气起 燃催化剂低于阈值温度（例如起燃温度）或发动机温度（从发动机冷却剂温 度推断）低于阈值温度时，响应于发动机从静止的起动，可以确认发动机冷 起动。在一个示例中，在行驶周期期间的第一次发动机起动可以是冷起动。 也就是说，当发动机起动以开始发动机模式的车辆操作时，从静止到起动转 动的发动机的第一数量的燃烧事件可以处在较低的温度并且可以构成冷起 动。作为另一个示例，车辆可以电动模式起动并且然后转换到发动机模式。 在本文中，在给定的车辆行驶周期中，在从电动模式到发动机模式的转换期 间，第一次发动机起动可以是冷起动。

如果在步骤902确认发动机冷起动，则方法900进行到步骤908以接合 发动机起动机。例如，发动机控制器可以发送信号到起动机作为开始起动活 动的手段。在一些实施例中，由于至少一个活塞总是处在行驶周期中的做功 冲程的开始，因此可以任选地包括发动机起动机。对于这些车辆，控制器可 以利用连接到汽缸的激光系统，以识别下一个点火汽缸，并且通过将燃料直 接喷射到用于点火的汽缸中而开始发动机重新启用。

在步骤910，方法900包括确定发动机位置。例如，基于选择的准则，发 动机控制器可以构造成在发动机启用期间确定发动机的位置，以便识别并定 位第一点火汽缸，从而开始燃烧。例如，如上所述，每个汽缸可以连接到能 够产生高或低能量光学信号的激光系统。当以高能量模式操作时，激光可以 用作点火系统以点火空气/燃料混合物。在一些示例中，高能量模式也可以用 来加热汽缸，以便减少汽缸中的摩擦。当以低能量模式操作时，也包括能够 捕获反射光的检测装置的激光系统除了可以用来确定活塞的位置之外，还可 以用来确定汽缸内的阀位置。例如，进气门352和排气门354的位置可以由 激光系统92确定。在一些实施例中，发动机20的每个汽缸可以包括设置在 汽缸的上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。发动机还可 以包括凸轮位置传感器，其数据可以与激光系统传感器合并以确定发动机位 置和凸轮正时。在一些操作模式期间，例如，当发动机运行时，反射光可以 产生其他有利的光学信号。例如，当来自激光系统的光被反射离开运动的活 塞时，该光将具有相对于初始放射的光的不同的频率。这种可检测的频率偏 移已知为多普勒效应并且与活塞的速度具有已知的关系。活塞的位置和速度 可以用来协同点火事件的正时和空气/燃料混合物的喷射。位置信息还可以用 来确定在起动活动期间哪个汽缸首先点火。

在步骤912，方法900包括识别在循环中哪个汽缸首先点火。例如，活塞 和阀位置信息可以由控制器处理，以便确定发动机处在其行驶周期中的哪个 位置。一旦确定了发动机位置，则控制器可以在重新启用后识别哪个汽缸首 先点火。

在步骤914，方法900包括按计划进行燃料喷射，并且基于确定的发动机 位置调节燃料喷射。例如，控制器可以处理发动机位置和凸轮正时信息，以 在行驶周期中计划将喷射燃料的下一个汽缸。在步骤916，方法900包括按计 划进行燃料点火。例如，一旦燃料喷射按计划进行到点火顺序中的下一个汽 缸，则控制器可以随后通过连接到下一个点火汽缸的激光系统而按计划进行 空气/燃料混合物的点火，以便开始发动机操作。

返回到步骤902，如果不确认发动机冷起动，则该程序进行到步骤904， 以确定是否存在发动机热起动。例如，当排气起燃催化剂处在阈值温度（例 如起燃温度）或高于阈值温度时，或当发动机温度（从发动机冷却剂温度推 断）处在或高于阈值温度时，响应于从静止的发动机起动可以确认发动机热 起动。在一个示例中，发动机可以起动从而以发动机模式开始车辆操作，并 且在车辆操作的持续时间之后，发动机可以暂时停止以进行发动机怠速停止 或以电动模式继续车辆操作。然后，在以电动模式操作的持续时间之后，或 当满足从怠速停止重新起动的条件时，可以重新起动发动机（例如，从静止） 从而以发动机模式重新开始车辆操作。在这些状态期间，从静止到起动转动 的发动机的第一多个燃烧事件可以处于更高温度（由于在先的发动机操作） 并且可以构成热起动。

如果在步骤904没有基于从控制系统接收的信息而确认热起动，则方法 900进行到步骤906以继续发动机的操作。例如，响应于对车辆推进系统在发 动机模式中起作用的确定，则发动机操作可以在车辆行驶周期期间被继续监 控。

图10示出了用于基于内燃发动机20的操作状态而以两种功率模式操作 激光系统92的示范性的方法1000。如图10的示范性方法所示，激光系统可 以两种功率模式操作。例如，连接到汽缸的激光点火系统可以低功率模式操 作以测量CID和活塞位置、速度等，并且可以高功率模式操作以点火喷射到 燃烧室30中的空气/燃料混合物。在所示的实施例中，控制器可以用来确定发 动机处在其行驶周期中的哪个位置。在处理发动机位置信息之后，信号可以 被发送到激光系统，以便传送该信息。该信号在性质上可以是电气的或者其 可以通过光学、机械或一些其他装置发送。

在步骤1002，方法1000包括利用至少一个激光系统来监控发动机位置。 例如，在图4中，除了汽缸404中的活塞的位置之外，激光系统451还可以 用来确定进气门414的位置和/或排气门412的位置。

在步骤1004，方法1000包括确定是否将进行激光点火。例如，激光系统 92可以接收来自控制器的信息并且利用该信息来确定将使用哪种操作模式。

如果在步骤1004，确定将进行激光点火，则方法1000进行到步骤1006， 在步骤1006，方法1000包括在发动机的汽缸中以高功率模式脉动激光。如在 上面参考图2-4所述，发动机控制器可以构造成识别第一点火汽缸，在该第一 点火汽缸中，在从怠速停止状况的发动机重新启用期间开始燃烧。例如，如 果控制器12确定高功率脉冲应该被传输到汽缸室404，则在步骤1006，激光 系统451可以产生高功率脉冲以点火该汽缸室中的空气/燃料混合物。在发动 机重新启用之后，激光系统可以之后用来监控发动机位置。

但是，如果在步骤1004确定不进行激光点火，则方法1000进行到步骤 1008。在步骤1008，方法1000包括确定是否要求活塞位置。例如，如果控制 器12确定不需要高能量脉冲，则在步骤1008，可以任选地决定激光系统是否 应该产生低能量脉冲，从而在从冷起动状况重新启用之前测量例如发动机的 位置。

如果在步骤1008请求测量发动机位置，则方法1000进行到步骤1010。 例如，在步骤1010，低功率脉冲可以由激光系统451传输，以确定凸轮的位 置和汽缸404内的活塞的位置。同样，激光系统453、457和461也可以传输 低功率脉冲，以分别确定凸轮的位置和汽缸408、410和406内的活塞的位置。

在步骤1012，方法1000包括利用激光系统确定活塞在其汽缸内的位置信 息。例如，该活塞的位置可以利用以可重复的线性频率斜升的频率调制的激 光束通过频率调制方法确定。

在步骤1014，方法1000包括利用激光系统使用气门照明测量来确定进气 门或排气门的位置信息。例如，在图5所示的示例中，控制器12处理在发动 机行驶周期期间由激光系统461收集的数据，以确定进气门424是打开的。 控制器还基于例如在行驶周期期间的发动机操作来确定排气门426是关闭的。 即，如果进气门是打开的，则排气门是关闭的。

在步骤1016，方法1000包括利用凸轮和活塞位置信息来确定发动机的位 置。例如，在图6中，发动机控制器12根据从多个激光系统接收的数据进行 一系列计算，以计算发动机的位置。该收集的数据可以进一步被处理以计算 其他系统信息，例如，曲轴40的曲轴角度。可替换地，控制器可以利用发动 机位置以确保发动机内的燃料传输是同步的。

在步骤1018，方法1000包括识别哪个汽缸在该循环中被首先点火。例如， 在图6-7的描述中，控制器利用激光系统来测量凸轮位置和活塞在其汽缸内的 位置。然后，这些信息用来确定发动机的位置。从所识别的发动机的位置， 控制器能够识别并按计划安排在行驶周期中将被点火的下一个汽缸。

在步骤1020，方法1000包括判断是否继续以激光监控发动机。一旦识别 了下一个点火的汽缸，则控制器可以确定是否用激光系统监控发动机性能。 如果控制器决定不利用激光系统来监控发动机位置，则在步骤1022，控制器 可以例如任选地利用曲轴传感器118或凸轮位置传感器55和57，以便监控发 动机的位置。

图11示出了用于根据在行驶周期内不同信号的检测使燃料传输同步的示 例性方法1100。例如，方法1100可以由控制系统41实施。该方法包括在低 功率模式中利用激光系统监控发动机的位置。该激光系统还可以包括传感器 以确定活塞在汽缸中的位置和/或包括传感器以识别在发动机行驶周期中的阀 位置。然后在发动机循环的各冲程期间收集的数据可以由控制器处理并且用 于同步燃料传输并按计划安排燃料传输。

在步骤1102，控制器可以启用激光系统以便监控发动机位置。例如，如 果发动机已经怠速的时间周期大于阈值，则控制器可以任选地确定车辆应该 以电动模式操作。发动机可以随后停止操作并且在到达最终的静止位置之前 完成数个连续的循环。在这个周期中，控制器可以构造成启用激光系统，以 便监控发动机的位置，作为识别发动机的最终静止位置的手段。可以识别第 一点火汽缸，在该汽缸中，在从怠速停止状况起的发动机重新启用期间开始 燃烧。

在步骤1104，控制器可以被编程以利用启用的激光系统进行低功率扫描， 以便根据在该汽缸内感测的光响应而确定发动机的位置。如果发动机的位置 被确定，则在步骤1106，激光系统可以低功率模式操作，以放射能够由激光 检测器检测的低能量脉冲。例如，在图5中，一系列低能量脉冲由激光系统 放射，并且随后反射离开汽缸内的活塞的顶部。于是，激光检测器检测在LD1 中反射的脉冲，以确定活塞相对于TDC的位置。

在识别活塞位置之后，在步骤1108，控制器还可以利用激光系统来判断 气门正时信息是否应该被收集。返回到图5所示的示例中，在LD2中的激光 系统监控例如进气门426的位置。当与根据第一操作模式确定的活塞位置信 息结合时，控制器能够识别发动机的位置。在步骤1108，如果由激光系统收 集的数据采样不能确定进气冲程或发动机位置，则步骤1112示出了该系统可 以继续以低功率模式收集数据，直到识别出进气冲程或发动机位