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技术领域

本申请涉及使用激光点火系统的组件诊断发动机的方法和系统。

背景技术

发动机系统组件(例如汽缸、气门、活塞、喷射器等等)可以被间断地 诊断出在发动机运转期间受到的损伤。组件也可被诊断以识别出退化的功能 性(如，错误的流量、泄漏等)。诊断可涉及可视地检查组件的划痕损伤，例 如，通过移除火花塞并且获得孔视野以观察汽缸内部。在另一途径中，如Yalin 等人在US2006/0037572中所述，来自汽缸点火事件和/或燃烧火焰的光被用于 诊断汽缸内的积聚物和污染物的存在。

本发明人已经认识到上述途径能够增加大量的诊断时间、成本以及复杂 度。特别地，大部分以上途径要求熟练的技术人员、复杂的诊断工具、专业 的实验室设施以及耗时的发动机拆卸。鉴于这些问题，本发明人已经了解到 在配置为具有激光点火能力的发动机系统中，激光点火系统的组件能够有利 地用于诊断不同的发动机系统组件。在一个示例中，通过一种方法，发动机 可以被诊断，该方法包括：通过运转激光点火装置启动汽缸燃烧；在运转激 光点火装置之后使用通过汽缸燃烧生成的光来生成汽缸内部的图像；以及在 车辆显示装置上向操作者(如，维护技术人员)显示生成的所述图像。操作 者可以然后根据显示的图像指示汽缸组件(如，活塞顶部、光电探测器镜头 等等)或汽缸燃烧特性(如，火焰传播(propagation)、火焰起始等等)的退化。 用这种方式，发动机汽缸诊断能够被加速和简化，而无需发动机拆卸。

例如，激光点火系统的光学器件能够被用于在燃烧事件期间诊断汽缸。 特别地，高功率光脉冲可以(例如，在压缩冲程期间)被激光点火装置发射 进汽缸中以启动汽缸燃烧。汽缸内部的图像可以然后被耦接到汽缸盖的光电 探测系统使用汽缸燃烧事件生成的光而捕获。光电探测系统可以包含摄像机 (例如，CCD摄像机)以及镜头(例如鱼眼(fish-eye)镜头)，以便检测光脉冲。 在一个示例中，光脉冲可以被激光点火装置以红外(IR)光谱发射，并且被 摄像机以IR光谱检测。燃烧期间汽缸内部状况的图像可以接着根据检测到的 脉冲而生成。图像可以指示例如活塞顶部的状况、火焰传播模式、火焰起始 位置、火焰起始模式、燃烧峰值压力的正时等等，并且可以被用于推断退化。 图像可以在发动机系统内(如，无线地)传送并且在车辆中心控制台的显示 器上向维护提供者(如，技工或车辆操作者)显示。此外，被诊断的汽缸组 件/状况的参考图像可以从控制器的存储器中被检索到并且被显示给技工以便 于比较分析。

例如，当生成的图像指示活塞顶部状况时，所显示的参考图像可以指示 期望的活塞顶部状况。图像间的差异可以被用于诊断活塞顶部(如，识别活 塞顶部熔化)。如另一示例，当生成的图像指示火焰起始位置时，所显示的参 考图像可以指示火焰起始的期望位置。图像间的差异可以被用于诊断光电探 测系统的会聚镜头。可选地，如果发动机被耦接在混合动力电动车辆内，则 电动马达可以在发动机运转期间被运转以将发动机转速载荷条件维持在参考 转速-载荷，同时汽缸内部的图像被生成。如果技工确定生成的图像明显不同 于参考图像，则技工可以确定存在组件退化并且可以通过显示装置向控制器 指示该组件退化。因此，诊断代码可以被设置在发动机的控制器上。

用这种方法，可以利用激光点火系统减少与发动机的可视检查相关的时 间和成本，而不降低检查的准确度。通过比较在汽缸内燃烧之后由光电探测 器采集的汽缸图像，不同的汽缸组件和条件能够被诊断。生成的诊断图像与 用于比较的参考图像能够向技工显示，以便技工能够识别汽缸组件退化。通 过使用已可用在配置有激光点火系统的发动机中的硬件，能够减少昂贵的、 劳动密集的以及耗时的可视检查的需要。总之，发动机检查能够被简化而不 降低检查准确度。

应该理解的是，以上发明内容被提供以用简化的形式引入将在具体实施 方式中进一步描述的选择的概念。这并不意味着确立了所要求保护的主题的 关键或必要特征，所述主题的范围被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述或本公开任何部分内提到的任何缺点的实施方 式。

附图说明

图1描绘了被耦接在混合动力车辆系统中的内燃发动机的示例性燃烧室。

图2描绘了使用图1的发动机的激光系统捕获并且显示图像的示例。

图3A-B描绘了发射到发动机汽缸的激光光脉冲的示例。

图4描绘了停止在其行驶周期内的随机位置处的示例性四汽缸发动机。

图5描绘了被用于识别发动机周期期间汽缸的活塞和进气门位置的发动 机激光点火系统的两种运转模式。

图6描绘了根据由光电探测器在进气冲程期间生成的汽缸内部的图像而 诊断一个或多个汽缸组件的退化的方法的高层次流程图。

图7描绘了根据由光电探测器使用来自汽缸燃烧事件的光生成的汽缸内 部的图像而诊断一个或多个汽缸组件的退化的方法的高层次流程图。

图8描绘了根据使用发动机激光点火系统执行的活塞位置和进气门位置 测量值而诊断一个或多个发动机组件的退化的方法的高层次流程图。

图9-10描绘了示例性燃料喷射器喷射模式诊断。

图11-13描绘了根据本公开诊断各种发动机组件的退化的示例性程序。

具体实施方式

方法和系统被提供以便使用如图1所示的激光点火系统来诊断一个或多 个发动机汽缸组件。如图2-3所示，以较低强度发射的激光光脉冲可以被用于 当光电探测器捕获汽缸内部的图像时照明汽缸的内部。以较高强度发射的激 光光脉冲也可被用于起始燃烧，同时燃烧期间生成的光被光电探测器使用以 捕获汽缸的内部的图像。生成的图像可以被用于诊断各种汽缸内组件和汽缸 燃烧参数。更进一步，使用激光光脉冲发射，如允许诊断发动机凸轮轴和曲 轴(如在图8论述的)的图4-5所示，凸轮和活塞方位确定可以被准确地执行。 发动机控制器可以被配置为执行控制程序，例如图6的程序，以根据由光电 探测器在进气冲程期间使用来自激光脉冲发射的光生成的汽缸内部的图像而 诊断一个或多个汽缸组件的退化。控制器也可执行如图7的程序的控制程序， 以根据由光电探测器使用汽缸燃烧事件期间生成的光生成的汽缸内部的图像 而诊断汽缸组件退化。所选择的发动机组件的示例诊断方法在图9-13中被详 细描述。

转向图1，示例性混合动力推进系统10被描述。混合动力推进系统可以 被配置在客运道路车辆内。混合动力推进系统10包含内燃发动机20。该发动 机可以被耦接到变速器(未描绘)，例如手动变速器、自动变速器或者其结合。 进一步地，可以包含各种另外的组件，例如液力变矩器和/或例如主减速器单 元等的其他齿轮装置。混合动力推进系统也包含能量转换装置(未示出)，其 可以包含马达、发电机、等等及其组合。能量转换装置可以被运转以从车辆 运动和/或发动机中吸收能量并且将吸收的能量转换成适于存储在能量存储装 置的能量形式。能量转换装置也可被运转以向发动机20供应输出(功率、功、 扭矩、速度等等)，以增大发动机输出。应该意识到的是，能量转换装置可以 在一些实施例中包含马达、发电机或者马达兼发电机以及被用于提供能量存 储装置和车辆驱动轮和/或发动机之间的能量的适当转换的各种其他组件。

发动机20可以是多缸内燃发动机，其中一个汽缸在图1中详细描述。发 动机20可以通过包含控制器12的控制系统和车辆操作者132通过输入装置 130的输入被至少部分地控制。在该示例中，输入装置130包含加速器踏板和 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可以包含活塞36被定位在其中的燃烧汽缸壁32。 活塞36可以被耦接到曲轴40，以便活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。 曲轴40可以通过中间变速器系统被耦接到推进系统10的至少一个驱动轮。 燃烧汽缸30可以通过进气道43从进气歧管45中接收进气，并且可以通过排 气道48排出燃烧气体。进气歧管45和排气道48能够通过各自的进气门52 和排气门54与燃烧汽缸30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧汽缸30可 以包含两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。

发动机20可以可选地包含凸轮方位传感器55和57。但是，在所示出的 示例中，进气门52和排气门54可以被凸轮致动通过各自的凸轮致动系统51 和53控制。凸轮致动系统51和53可以每个均包含一个或多个凸轮并且可以 利用可以被控制器12运转以使气门运转变化的凸轮廓线变换系统(CPS)、可 变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL) 系统中的一个或多个。为了能够检测凸轮方位，凸轮致动系统51和53可以 具有带齿的轮。进气门52和排气门54的方位可以分别被方位传感器55和57 确定。在可替换实施例中，进气门52和/或排气门54可以被电动气门致动控 制。例如，汽缸30可以可替换地包含通过电动气门致动控制的进气门和通过 凸轮致动控制的排气门，所述凸轮致动包含CPS和/或VCT系统。

燃料喷射器66被显示成直接耦接到燃烧汽缸30，以便与信号FPW的脉 冲宽度成比例地向其中直接喷射燃料，所述信号FPW被从控制器12通过电 子驱动器68接收。用这种方式，燃料喷射器66向燃烧汽缸30提供已知为燃 料的直接喷射。燃料喷射器可以被安装在燃烧汽缸的侧面上或者例如在燃烧 汽缸的顶部内。燃料可以通过燃料输送系统(未示出)被输送到燃料喷射器 66，所述燃料输送系统包含燃料箱、燃料泵以及燃料导轨。在一些实施例中， 燃烧汽缸30可以可替换地或另外地包含燃料喷射器，该燃料喷射器被布置在 进气道43中并具有向燃烧汽缸30上游的进气端口中提供已知为燃料的进气 道喷射的配置。

进气道43可以包含电荷运动控制阀(CMCV)74和CMCV板72，并且 也可以包含具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的方位 可以经由信号被控制器12改变，该信号被提供给包含节气门62的电动马达 或致动器，这是一种可以被称为电子节气门控制(ETC)的配置。用这种方式， 节气门62可以被运转以使提供给燃烧汽缸30以及其他发动机燃烧汽缸的进 气变化。进气道43可以包含质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器 122，以便向控制器12提供相应的信号MAF和MAP。

排气传感器126被显示成耦接到催化转化器70的上游的排气道48。传感 器126可以是任何适当的传感器，以便提供排气空燃比的指示，例如线性氧 传感器或者通用或宽域排气氧传感器(UEGO)、双态氧传感器或EGO、HEGO (加热型EGO)、NO_X、HC或者CO传感器。排气系统可以包含起燃催化剂 和车身底部催化剂以及排气歧管、上游和/或下游空燃比传感器。在一个示例 中，催化转化器70能够包含多个催化剂砖。在另一示例中，可以使用每个均 具有多个砖的多个排放控制装置。在一个示例中，催化转化器70能够是三元 类型的催化剂。

控制器12在图1中被显示为微型计算机，包含微型处理器单元102、输 入/输出端口104、用于可执行程序和校正值的在该特定示例中被显示为只读 存储器芯片106的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存储器109以及 数据总线。控制器12可以从被耦接到发动机20的传感器中接收各种信号和 信息，除了先前论述的那些信号外，还包含来自质量空气流量传感器120的 进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自被耦接到冷却套筒114的温度传 感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；在一些示例中，来自被耦接到曲轴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)可以被可 选地包含；来自节气门方位传感器的节气门方位(TP)；以及来自传感器122 的歧管绝对压力信号(MAP)。由于霍尔效应传感器118发挥类似于本文所述 的发动机激光系统的能力，因此该霍尔效应传感器118可以可选地被包含在 发动机20内。存储介质只读存储器106能够被用计算机可读数据编程，该计 算机可读数据表示为了执行以下所述的方法及其变体的由处理器102可执行 的指令。

激光系统92包含激光激励器88和激光控制单元(LCU)90。LCU 90导 致激光激励器88生成激光能量。LCU 90可以从控制器12中接收可运转指令。 激光激励器88包含激光振荡部分86和光会聚部分84。光会聚部分84将激光 振荡部分86生成的激光光线会聚在燃烧汽缸30的激光焦点82上。在一个示 例中，光会聚部分84可以包含一个或多个镜头。

光电探测器94可以位于汽缸30的顶部作为激光系统92的一部分并且可 以从活塞36的顶表面接收返回脉冲。光电探测器94可以包含具有镜头的摄 像机。在一个示例中，摄像机是电荷耦合装置(CCD)。CCD摄像机可以被配 置为检测并且读取LCU 90发射的激光脉冲。在一个示例中，当LCU发射在 红外频率范围内的激光脉冲时，CCD摄像机可以运转并且接收在红外频率范 围内的脉冲。在该实施例中，摄像机也可以被称为红外摄像机。在其他实施 例中，摄像机可以是能够在可视光谱以及在红外光谱中运转的全光谱CCD摄 像机。摄像机可以包含聚焦检测到的激光脉冲并且生成汽缸内部图像的镜头。 在一个示例中，镜头是产生汽缸内部的宽阔全景或半球图像的鱼眼镜头。在 从LCU 90中发射激光之后，在激光焦点82处激光在汽缸30的内部区域内扫 掠(sweep)。被活塞36反射的光能量可以被光电探测器94中的摄像机检测到。 光电探测器94也可以捕获汽缸内部的图像，正如以下详细描述的。

根据四冲程燃烧周期的发动机方位，激光系统92被配置为在每个运转的 正时以多于一种能力运转。例如，激光能量可以被用于在发动机的做功冲程 期间点燃空气/燃料混合物，包含在发动机起动转动期间、发动机暖机运转期 间以及已暖机的发动机运转期间。燃料喷射器66喷射的燃料可以在至少一部 分进气冲程期间形成空气/燃料混合物，其中采用由激光激励器88生成的激光 能量点燃空气/燃料混合物使没有燃烧的空气/燃料混合物开始燃烧并且驱动 活塞36向下。而且，在汽缸燃烧事件期间生成的光可以被光电探测器94使 用，以便捕获汽缸内部的图像。如图9详细描述的，生成的图像可以然后被 用于诊断各种汽缸内组件以及汽缸燃烧参数。

在第二工作能力中，LCU 90可以输送低功率脉冲到汽缸。低功率脉冲可 以用于确定四冲程燃烧周期期间活塞和气门方位，正如图4-7所论述的。活塞 方位和气门方位测量值可以然后被用于诊断汽缸组件(例如凸轮轴和曲轴)， 正如图10所论述的。此外，一旦从怠速-停止条件中再次激活发动机，则激光 能量可以被用于监测发动机的方位、速度等，以便使燃料输送和气门正时同 步。而且，由激光光脉冲发射以较低功率生成的光可以被用于在汽缸燃烧事 件发生之前(例如，在进气冲程期间)捕获汽缸的内部的图像。该图像也可 以在未燃烧状况期间生成，例如当在特定的诊断模式中运转时。如图8详细 描述的，生成的图像可以然后被用于诊断各种汽缸内组件。

在光电探测器94处生成的图像可以在车辆的中心控制台上被显示给技工 或维护技术人员，以便他们能够执行可视检查并且识别任何汽缸组件退化。 例如，当包含装备有鱼眼镜头的红外摄像机的光电探测器94生成被无线传送 到发动机控制器并且在车辆的显示器上被察看的图像时，被耦接到光电探测 器94的激光点火装置可以将光脉冲传送到汽缸30。在一些示例中，如参考图 2所论述的，当运转激光点火装置时，中心控制台上的操作者控制的旋钮能够 调整发动机方位。这些调整包含从允许汽缸的进一步检查以便退化指示的初 始发动机方位向前或向后转动发动机。

LCU 90可以根据工况引导激光激励器88以将激光能量聚焦在不同的位 置。例如，激光能量可以被聚焦在汽缸30的内部区域内远离汽缸壁32的第 一位置处以便点燃空气/燃料混合物。在一个实施例中，第一位置可以在做功 冲程的上止点(TDC)附近。进一步地，LCU 90可以引导激光激励器88生 成被引导到第一位置的第一多个激光脉冲，并且来自剩余激光脉冲的第一燃 烧可以从激光激励器88中接收比输送到第一位置以便稍后燃烧的激光能量更 大的激光能量。如另一示例，激光能量可以被聚焦在朝向汽缸壁最靠近汽缸 的进气端口的第二位置处，以便诊断喷射器喷射模式(spray pattern)或进气空气 流动模式。

控制器12控制LCU 90并且具有包含代码的非临时计算机可读存储介质， 所述代码根据温度例如ECT来调整激光能量输送的位置。激光能量可以被引 导在汽缸30内不同的位置处。控制器12也可并入额外的或可替换的传感器， 以便确定发动机20的运转模式，包含额外的温度传感器、压力传感器、扭矩 传感器以及检测发动机旋转速度、空气量以及燃料喷射量的传感器。另外地 或可替换地，LCU 90可以与各种传感器直接地通信以确定发动机20的运转 模式，例如与温度传感器通信以检测ECT。

如上所述，图1描绘了多个汽缸发动机20的一个汽缸，并且每个汽缸可 以相似地包含其自己的一组进气/排气门、燃料喷射器、激光点火系统等等。

图2说明了(图1的)激光系统92如何可以发射激光脉冲到汽缸30中 以便激光系统的光电探测器能够捕获汽缸内部的图像的示例性实施例200。该 图像可以被显示给车辆操作者以使能可视地检查汽缸的损坏。同样地，图1 中已经被引入的组件没有被再次引入到图2中。

图2示出了包含激光激励器88、光电探测器94和LCU 90的激光系统92。 LCU 90导致激光激励器88生成激光能量。高频激光脉冲被引导到汽缸的不 同位置，以尽可能多地扫描汽缸。例如，激光脉冲202可以被引导向汽缸壁 215、汽缸30的内部、活塞顶部表面213以及气门52和54的内表面(即， 面向汽缸的表面)。通过尽可能迅速地扫描汽缸，激光脉冲202充当能够使光 电探测器94(特别地，CCD摄像机)捕获汽缸内部的图像220的宽光束光源 或灯泡。同样地，当起到光源的作用以用于在诊断期间的图像捕获时，激光 点火系统(或激光装置)可以被认为是在投影机或照明器模式中运转，并且 LCU 90可以从控制器12中接收可运转指令，例如功率模式。当运转在选择 的诊断模式中时，激光系统92高频发射一系列低功率脉冲。相比之下，在点 火期间，激光可以采用高能量强度迅速产生脉冲以点燃空气/燃料混合物。在 一个示例中，在诊断模式期间，激光可以具有重复的线性频率斜坡的频率调 制在低能量水平产生脉冲。低功率频率的激光脉冲可以红外光谱发射。包含 具有鱼眼镜头的以红外光谱运转的CCD摄像机(如，红外CCD摄像机)的 光电探测器系统可以作为激光器的一部分位于汽缸的顶部，并且可以使用从 汽缸的内部反射的光能量捕获汽缸图像320。所捕获的图像可以包含汽缸壁 215、进气门52和排气门54的面向汽缸的表面、活塞顶部表面213以及汽缸 30的内部的图像。所捕获的图像220被光电探测器94无线传输到控制器12， 以便在车辆的中心控制台140中的显示器135上观察。

中心控制台140可以被包含在图1的混合动力推进系统10的车辆车厢内 的车辆仪表板上。中心控制台140可以是位于车辆车厢的中心部分内的(特 别地位于车辆车厢的前部的)承载控制的表面。中心控制台140可以包含各 种控制器，例如旋钮138、转盘142和按钮136。各种控制器可以被车辆操作 者致动以调整车厢条件。各种控制器可以包含，例如，被耦接到车辆的音乐 系统以便调整车厢内音乐的音量的音量控制旋钮138，被耦接到车辆的无线电 系统以便调整无线电信道选择的调谐按钮136以及被耦接到车辆的HVAC系 统以便调整车厢加热和冷却温度的温度控制转盘142。

中心控制台140也可以包含显示器135。显示器可以是使车辆操作者能够 通过触摸相互作用而选择车辆的设置的触摸感应显示器。显示器也可以被用 于显示当前车辆设置。此外，显示器可以被用于显示例如GPS的导航系统、 电话功能或者行进期间将被访问的网络应用。在当激光点火装置运转以便为 了诊断目的而捕获图像的条件期间，显示器135被用于描述汽缸30的内部的 图像，该图像由被耦接到激光检测系统92的光电探测器94获取。具体地说， 由激光检测系统的CCD摄像机获取的汽缸内部的图像被传输，例如被无线传 输到发动机控制系统并且在显示器135上显示给车辆操作者(如，技工)。根 据显示器上经由触摸相互作用所选择的操作者显示偏好，可以显示任何或所 有汽缸的汽缸内部的图像。

在一些示例中，在诊断模式期间，一个或多个旋钮138可以被激活以便 发动机方位控制(和被停用以便车厢控制)。例如，当以诊断模式运转时，音 量控制旋钮可以被激活以便发动机方位控制并且被停用以便音量控制。因此， 音量控制旋钮138的调整能够被用于从初始发动机方位调整发动机方位，以 便辅助汽缸的可视检查。例如，可以确定的是，汽缸的活塞被定位在当前被 显示在显示器135上的汽缸的顶部处或附近，进而妨碍了汽缸的内部的全景 视图。为了改进该视图，车辆操作者可以缓慢转动音量控制旋钮(如，顺时 针或逆时针)，音量控制旋钮进而通过调整发动机系统的功率分流发电机/马达 而移动发动机方位(如，向后或向前)，以便活塞被缓慢地移向汽缸的底部。 在发动机包含行星齿轮变速器的实施例中，虽然发电机(或太阳齿轮)使用 来自发电机方位的旋转变压器的反馈或者使用具有霍尔效应传感器方位系统 的60-2曲柄轮来旋转发动机以便真实的发动机方位反馈，但是马达可以保持 外环静止(其保持轮胎车轮静止)。活塞的该运动可以允许操作者接收表示汽 缸的内部的更加完整的视图的图像，并且使操作者能够做出更加精确的检查。 例如，已改进的视图可以使操作者能够检查汽缸壁的划痕损伤。进一步地， 在诊断模式期间，相同的音量控制旋钮，或者可替换的中心控制台旋钮、转 盘或按钮可以被激活，以使被显示在显示器135上的汽缸的图像能够被放大 (如，放大或缩小)。

在一个示例中，低功率光脉冲可以被激光点火装置以红外(IR)光谱发 射，并且CCD摄像机可以被配置为以IR光谱运转。在可替换的实施例中， 光电探测器94可以具有能够被调谐以配合激光的频率的全光谱CCD摄像机； 因此，摄像机能够以IR和光(如日光或灯泡)的其他光谱运转，并且具有在 非IR光被检测到的情况下使激光器禁用的功能。一旦观测到图像，则车辆操 作者(如，服务技术人员或技工)能够对活塞的方位主动地做出调整，以便 更好地观察汽缸。例如，在图像220指示活塞在汽缸的顶部附近(如，在TCD 处)的状况期间，额外的调整允许发动机被缓慢地并且精确地调谐，以便向 下移动活塞到汽缸的底部。在所描述的示例中，当活塞在视图中汽缸的顶部 附近时，操作者能够调整位于车辆的中心控制台140上的音量控制旋钮138， 以便从初始发动机方位向前或向后调谐发动机。如果发动机被从初始发动机 方位向后调谐以向下移动活塞，则控制器可以同时打开发动机的进气节气门 以减少进气歧管的膨胀。

图3A-B示出了激光系统92的示例运转。LCU 90导致激光激励器88生 成如302处所示的低功率的激光脉冲，该低功率的激光脉冲可以被引导向活 塞36的顶表面313。在发射之后，光能量可以被活塞反射并且被光电探测器 94检测到。LCU 90可以从控制器12中接收可运转指令，例如功率模式。例 如，在点火期间，所使用的激光脉冲可以采用高能量强度迅速产生脉冲以点 燃空气/燃料混合物。相反，为了确定发动机方位，控制器可以引导激光系统 至低能量强度的扫掠频率，从而确定活塞方位并且识别一个或多个气门方位。 例如，采用可重复线性频率斜坡频率调制激光器可以允许确定发动机内的一 个或多个活塞方位。检测传感器94可以作为激光系统的一部分位于汽缸的顶 部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-B说明了激光系统92如何可以在如上参考图1所述的汽缸30内的 活塞36的方向上发射脉冲。由激光系统92发射的脉冲，如图3A中所示的脉 冲302，可以被引导向活塞36的顶表面313。脉冲302可以从活塞的顶表面 反射并且返回脉冲(如脉冲304)可以被激光系统92接收，该返回脉冲可以 被用于确定活塞36在汽缸30内的方位。

在一些示例中，活塞的方位可以通过使用具有可重复线性频率斜坡的频 率调制的激光光束的频率调制方法而确定。可替换地，相移方法可以被用于 确定距离。通过观测多普勒频移或者通过比较在两个不同时间处的样本方位， 活塞方位、速率以及发动机转速信息(RPM测量值)可以被推断。还可以使 用激光系统确定进气门352和/或排气门354的方位。当汽缸身份(CID)与 活塞位置结合时，发动机的方位可以被确定并且用于使燃料输送和气门正时 同步。发动机的这种方位状态可以基于通过激光器确定的活塞方位和CID。

控制器12可以进一步控制LCU 90并且包含非临时计算机可读存储介质， 非临时计算机可读存储介质包含代码以便根据工况，例如根据活塞36相对于 TDC的方位，来调整激光能量输送的位置。控制器12也可以并入另外的或可 替换的传感器，以便确定发动机20的可运转模式，该传感器包含另外的温度 传感器、压力传感器、扭矩传感器以及检测以上关于图1所述的发动机旋转 速度、空气量以及燃料喷射量的传感器。此外或可替换地，LCU 90可以与例 如霍尔效应传感器118的各种传感器(其包含是可选的)直接通信，以便确 定发动机20的可运转或诊断模式。

通过例如阻挡在发动机周期的一些冲程期间所发射的脉冲，激光系统也 可以被用以测量凸轮方位。例如，在一个实施例中，激光系统92可以位于进 气门352附近，以便汽缸内的活塞方位的测量在行驶周期的进气冲程期间被 避免。在进气冲程期间，气门352通向燃烧室并且阻挡所发射的激光脉冲从 活塞313的顶表面反射。例如，在图3B中，由于激光系统92被放置为紧密 接近进气门352，因此，当汽缸30处于其进气冲程中时，气门352通向燃烧 室并且阻挡激光脉冲(如激光脉冲306)到达活塞313的顶表面。控制器12 可以仍然被编程以解释所检测到的信号，以便确定凸轮的方位。例如，在该 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 于打开方位中。发动机的这种信息和几何结构可以被控制器进一步处理以确 定发动机在其行驶周期内的方位。尽管图3B举例说明了所发射的脉冲如何可 以被进气门352阻挡，但是其他的配置是可行的。例如，激光系统可以放置 为紧密接近排气门而不是进气门。当被放置在该位置中时，所发射的脉冲可 以反过来在行驶周期的排气冲程期间被阻挡。控制器能够被校准以解释这种 偏差。如以下详细描述的，控制器12能够处理在行驶周期期间收集的数据以 确定发动机方位。

光脉冲302的发射和由光电探测器94对反射的光脉冲304的检测之间的 时间差能够进一步与时间阈值比较，该时间阈值作为一种确定激光装置的退 化是否已经发生的手段。例如，在内燃发动机中，燃烧室可以是三到四英寸 长。根据该估计以及光在真空中的速度(c＝3.0*10⁸m/s)，由激光系统92发射 的从活塞313的顶表面反射的光的脉冲可以在皮秒的时间范围内被检测。远 超出期望的皮秒时间范围(如1纳秒)的时间阈值可以因此被采纳作为指示 激光系统的退化的参考。例如，通过激光系统92发射的并且传感器94对其 的检测花费的时间长于1纳秒的脉冲可以指示激光系统失准。

在一些示例中，发动机系统20可以被包含在所开发的车辆内，以便当满 足怠速-停止条件时执行怠速-停止，并且当满足重新启动条件时自动重新启动 发动机。这种怠速-停止系统可以增加燃料节约，减少排气排放、噪音等等。 在这种发动机中，发动机运转可以被终止在行驶周期内的随机方位处。一旦 开始重新激活发动机的过程，则激光系统可以被用于确定发动机的具体方位。 根据该评估，激光系统可以做出关于哪个汽缸将被首先供给燃料的判断，以 便从静止开始发动机重新激活过程。在被配置为执行怠速-停止运转的车辆中， 其中发动机停止和重新启动在驱动运转期间被重复多次，使发动机停止在期 望方位可以提供多个可重复的启动，并且因此激光系统可以被用以测量当发 动机减速旋转直到静止时在停机期间(燃料喷射、火花点火等的停用之后) 的发动机方位，以便马达扭矩或其它阻力扭矩可以被变化地施加到发动机， 以响应于测量到的活塞/发动机方位，以便将发动机停止方位控制到期望的停 止方位。每个汽缸的活塞方位信息也能够被用于估计曲轴方位。如参照图10 所详细描述的，根据每个汽缸的曲轴的相对方位，(例如由于扭曲或损坏的曲 轴导致的)曲轴退化能够被可靠地识别。如其中所示，喷射模式的内部提供 了照明的指示。

在另一实施例中，当车辆停止其发动机时，无论是由于马达被关闭还是 由于车辆决定运转在电动模式，发动机的汽缸均可以相对于燃烧汽缸30内活 塞36的位置和进气门352和排气门354的方位以不受控的方式最终停止。对 于具有四个或更多个汽缸的发动机，当曲轴处于静止时，总可以有位于排气 门关闭(EVC)和进气门关闭(IVC)之间的汽缸。图4示出了直列式四缸发 动机以及激光点火系统如何可以提供能够在汽缸中被比较以识别发动机方位 的测量值的示例，该直列式四缸发动机能够将燃料直接喷射进燃烧室中，停 止在其行驶周期内的随机方位处。将意识到的是，图4中所示的示例性发动 机方位在本质上是示例性的，并且其他的发动机方位是可行的。

在附图的413处的插图是示例性直列式发动机缸体402的示意图。在方 块图内是四个独立的汽缸，其中汽缸1-4被分别标记为404、406、408以及 410。根据在415所示的示例性驱动循环中汽缸的点火顺序，汽缸的横截面视 图被如图所示地布置。在该示例中，发动机方位使得汽缸404处于行驶周期 的排气冲程中。排气门412因此处于打开方位并且进气门414被关闭。由于 汽缸408在该周期内接着点火，所以该汽缸处于其做功冲程内并且因此排气 门416和进气门418都处于关闭方位。汽缸408内的活塞位于BDC附近。汽 缸410处于压缩冲程中并且因此排气门420和进气门422也都处于关闭方位。 在本示例中，汽缸406最后点火并且因此处于进气冲程方位。因此，排气门 424被关闭，同时进气门426被打开。每个汽缸的气门方位信息也能够被用于 估计曲轴方位，正如图10所详细描述的。

发动机内的每个独立的汽缸均可以包含被耦接到其上的如上述图1所示 的激光系统，其中激光系统92被耦接到汽缸30。这些激光系统可以被用于汽 缸内的点火并且如在本文中所述的确定汽缸内的凸轮和活塞方位。例如，图4 示出了被耦接到汽缸404的激光系统451、被耦接到汽缸408的激光系统453、 被耦接到汽缸410的激光系统457以及被耦接到汽缸406的激光系统461。

如上所述，激光系统可以被用于测量气门方位以及活塞在汽缸室内的方 位。例如，在图3B中所示的发动机方位中，来自激光系统92的光可以至少 部分地被阻挡到达汽缸30内的活塞313的顶部。由于反射的光的量与当所发 射的脉冲没有被阻挡时活塞的顶表面反射的光的量相比被减少，所以控制器 12可以被编程以解释这种差值并且使用该信息确定进气门352是打开的。根 据行驶周期内气门运转的顺序，控制器12进一步确定排气门354是关闭的。 由于所给示例是基于四缸发动机的，所以汽缸之一将在所有时间均处于进气 冲程中。同样地，控制器可以被编程以处理来自所有激光系统的数据，以便 识别处于其进气冲程中的汽缸。根据该确定，并且使用发动机的几何结构， 可以使用激光系统识别发动机的方位。可替换地，如将在以下进一步详细说 明的，控制器也可以被编程以处理来自被耦接到汽缸的单个激光检测器的一 系列测量值作为识别发动机的方位的手段。

汽缸内活塞的方位可以相对于任何合适的参考点被测量并且可以使用任 何合适的比例因子。例如，汽缸的方位可以相对于汽缸的TDC方位和/或汽缸 的BDC方位被测量。例如，图4示出了在TDC方位处通过汽缸的横截面的 直线428和在BDC方位处通过汽缸的横截面的直线430。尽管在活塞方位的 确定期间多个参考点和比例尺可以是可行的，但是此处所示的示例是基于室 内活塞的位置的。例如，可以使用基于与室内已知方位相比的测量偏移量的 比例尺。换句话说，活塞的顶部表面(在图4中432处所示)相对于428处 所示的TDC方位和430处所示的BDC方位的距离可以被用于确定活塞在汽 缸内的相对方位。为简单起见，示出了针对从激光系统到活塞的距离所校准 的样本比例尺。基于该比例尺，起点428被表示为X(其中X＝0相当于TDC) 并且相当于活塞行进的最大直线距离的离激光系统最远的活塞的位置430被 表示为xmax(其中X＝xmax相当于BDC)。例如，在图4中，从TDC 428(可 以被认为是起点)到汽缸404内活塞的顶表面432的距离471可以基本等同 于从TDC 428到汽缸410内活塞的顶表面432的距离432。距离471和432 可以分别小于(相对于TDC 428)从TDC 428到汽缸408和406内活塞的顶 表面的距离473和477。

活塞可以周期性地运转并且因此其在室内的方位可以通过相对于TDC和 /或BDC的单一度量标准而相关。通常，该距离，附图中的432，可以被表示 为ΔX。激光系统可以测量其汽缸内每个活塞的该变量并且然后使用该信息以 确定是否执行进一步的动作。例如，如果在两个或多个汽缸间该变量的差值 达阈值量，则激光系统可以向控制器发送指示曲轴的退化的信号。变量X被 理解成表示可以被该系统测量的多个度量标准，如上述的一个示例。所给出 的示例是基于激光系统测量的距离的，该激光系统可以被用于识别活塞在其 汽缸内的位置。

参考图4，控制器能够被编程以使用各种方法确定发动机的方位。例如， 控制器可以被编程以处理从例如汽缸406内的激光系统461的单一激光系统 收集的一系列数据以确定每个汽缸的活塞的方位，并且进而推断发动机方位。 图5中描绘并且以下描述了激光系统的示例示意图，该激光系统运转在两种 不同的低功率模式中以确定在示例发动机周期中相对于发动机方位的进气门 正时和活塞方位。可替换地，控制器可以被编程以处理从两个或多个激光系 统中收集的数据，从而确定发动机的方位。

图5描绘了相对于点火顺序为1-3-4-2的四缸发动机的发动机周期的四个 冲程(进气、压缩、做功以及排气)内的发动机方位(曲柄角度)的示例性 气门正时和活塞方位的图表500。图表500描绘了进气门正时和活塞方位曲线 连同激光系统的两个示例性方位确定模式。激光系统，例如被耦接到图4中 的汽缸406的激光系统461能够遍历发动机周期地发射一系列低功率脉冲， 但检测两种不同的光信号以便于气门方位估计和汽缸内的活塞方位估计。参 考图4中所描绘的示例，激光系统461可以检测到当进气门关闭时行驶周期 的压缩、做功以及排气冲程期间活塞的顶表面所反射的光能。图5中在506 处所示的这种检测模式可以是第一低功率检测模式(在所描绘的图中被称为 LD1)。虽然激光检测器在LD1中感测到从活塞的顶部反射的光能，但是它不 可以感测到进气门426相对于排气门424的方位。控制器可以使用在LD1期 间生成的信息以确定每个汽缸的活塞位置。然后通过比较汽缸间的相对活塞 方位，曲轴诊断可以被执行。

相反地，当发动机汽缸进入行驶周期的进气冲程时，由于其发射至少部 分地被打开的进气门阻挡，因此激光检测器461可以检测到减小的信号。在 508处所示的这种检测模式可以是第二低功率检测模式(在所描述的图中被称 为LD2)。虽然以LD2模式，但激光检测器可以例如感测到进气门方位，但 是不可以感测到汽缸室内活塞的方位。控制器可以使用在LD2期间生成的信 息以确定每个汽缸的进气门方位。然后通过比较汽缸间的相对进气门方位， 凸轮轴诊断可以被执行。更进一步地，通过比较每个汽缸的曲轴方位和凸轮 轴方位，每个汽缸的曲轴和凸轮轴之间的失准(misalignment)可以被识别。

在502，进气门426的气门升程廓线图被显示。在进气冲程的开始，该廓 线图示出了气门打开并且然后当活塞从TDC移动到BDC时关闭。尽管气门 升程廓线图没有被描绘用于排气门，例如排气门424，但是相似的廓线图可以 可选地被包含以示出在发动机行驶周期的排气冲程期间排气门打开并且然后 当活塞从BDC移动到TDC时关闭。

在504，活塞的周期性被描绘用于行驶周期的四个冲程。例如，活塞从 TDC逐渐地向下移动，在进气冲程的末端附近的BDC处降到最低点。活塞然 后在压缩冲程的末尾返回顶部TDC。活塞接着再次在做功冲程期间往回向下 移动，向着BDC，进而在排气冲程的末尾返回到TDC处的其起始的顶部方位。 正如所描述的，该示意图说明了沿曲柄角度(CAD)中的x轴的发动机方位。 对于给出的示例曲线，活塞方位没有被显示在进气冲程期间以说明信号由于 被充分阻挡的激光脉冲(如，多于90％被阻挡)而被减小。

样本数据集被显示在510和512处以说明不同的数据集如何可以被激光 系统收集。例如，当发动机完成其在方位P1处达到静止前的最后数个周期时， 激光系统461可以在发动机关闭命令后开始收集数据。由于P1位于进气冲程 中，所以510示出了激光检测器收集的信号可以被进气门中断。当该气门打 开时，发射的脉冲至少部分地被阻挡，这可以导致充分减小的信号。控制器 12可以处理该信号以识别打开的进气门并且使用被耦接到另一汽缸的激光系 统(如，被耦接到汽缸410的激光系统457)以测量其活塞方位。发动机的几 何结构可以然后被用于关联所有的变量作为识别曲轴或凸轮轴方位的手段。

由于行驶周期的动作本质上是循环的，所以在行驶周期的某些部分期间， 第二组数据可以被收集，该第二组数据的初始曲线形状可以与510中所示曲 线形状基本相同。为了使这两个区域彼此区别并且唯一地识别发动机的方位， 控制器可以被编程以处理一系列数据，从而从曲线形状确定发动机方位。在 512处，当在行驶周期的压缩冲程期间，汽缸406内的活塞接近TDC时，第 二曲线被显示。但是，由于在压缩和做功冲程期间进气门始终关闭，所以不 发生激光信号的阻挡并且一组平稳的数据被检测到。控制器可以被编程以处 理这种数据，并且使用曲线的形状连同发动机的几何结构以识别发动机以及 汽缸曲轴和凸轮轴的方位。

现在转向图6，示例性方法600被显示用于执行诊断程序以使用由发动机 激光点火系统(例如，图1的激光系统)发射的低功率激光脉冲的光来诊断 各种汽缸内组件。图6所描述的诊断模式允许在汽缸的燃烧周期的进气冲程 期间检测各种组件。

在602，可以确认的是，发动机是开启的并且正在运转。例如，可以确认 的是，混合动力推进系统处于发动机的运转模式中。如果为否，则如果诊断 条件已经被认为满足，程序移动到604以执行发动机关闭诊断程序。如果发 动机是开启的，然后在606处，确定第一诊断模式(模式_1)是否已经被选 择。如果特定的工况被满足，则第一诊断模式可以被选择。例如，发动机燃 烧条件可以被确认。可替换地，自从第一诊断模式的最后一次迭代起，可经 过阈值持续时间或距离。当以第一诊断模式运转时，激光脉冲可以在每个汽 缸的进气冲程期间在较低功率范围中被发射。同样地，当以第一诊断模式运 转时，每个被引导到一个或多个汽缸组件的多个诊断程序可以被执行。

如果第一诊断模式没有被选择，则该程序移动到608以确定是否已经选 择了第二诊断模式(模式_2)。如果特定的工况被满足，则第二诊断模式可以 被选择。例如，发动机燃烧条件可以被确认。可替换地，自从第二诊断模式 的最后一次迭代起可经过阈值持续时间或距离。同样地，当以第一诊断模式 运转时，每个被引导到一个或多个汽缸组件的多个诊断程序可以被执行。如 果第二诊断模式条件被确认，则该程序移动到图7以执行第二模式中的诊断 程序。当以第二诊断模式运转时，激光脉冲可以在每个汽缸的压缩冲程期间 在较高功率范围中被发射。如果第一和第二诊断模式都没有被确认，则该程 序移动到610，其中激光点火装置以更高的功率等级(在阈值功率等级之上) 运转，以便点燃发动机汽缸内的空气-燃料混合物。其中，激光点火装置以更 高的功率在汽缸的压缩冲程期间运转，从而启动汽缸内的燃料燃烧。

返回到606，如果第一诊断模式被确认，接着在612处，该程序包含接收 关于选择的诊断程序的输入。如上所述，当以第一诊断模式运转时，被引导 到不同的汽缸组件的不同诊断程序可以被执行。控制器可以从车辆操作者中， 例如通过图2的显示器135，接收关于被诊断处于第一运转模式的组件的输入。 当以第一诊断模式运转时，诊断的汽缸内组件或条件可以包含(作为非限制 性示例)汽缸燃料喷射器(如，为了诊断喷射器的喷射模式)、汽缸活塞环(如， 为了诊断经过环的泄露)、汽缸碳积聚、不良的进气气流以及汽缸内外来物体 的存在。同样地，根据将被诊断的组件，激光系统的光电探测器所捕获的图 像的数量、位置以及角度和所显示的参考图像可以变化。

在614处，在接收所述输入后，该程序包含以较低功率在汽缸的进气冲 程期间运转激光点火装置(如，图1的激光系统)。以较低功率运转包含以低 于启动汽缸燃烧所要求的阈值功率的功率运转。通过在进气冲程期间以较低 的功率运转激光点火装置，激光脉冲可以被引导到汽缸中，以便在进气冲程 期间平面扫掠汽缸。通过在进气冲程期间激光快速扫掠汽缸的内部，汽缸可 以被照明，好像被灯泡照明一样，并且照明可以被用于捕获汽缸内部的图像， 进而允许操作者观测并且评估汽缸的内部，而不必移除组件以便可视检查。

在一些示例中，平面扫掠可以基于正被诊断的汽缸组件或状况。例如， 当诊断燃料喷射器的喷射模式时，激光点火装置的平面扫掠可以被取向到汽 缸燃料喷射器的喷射路径中。激光可以在进气冲程期间开始燃料喷射之后以 精确的时间在平面中扫掠到喷射器喷射的路径中。相比之下，当诊断汽缸活 塞环时，平面扫掠可以被取向为向着活塞表面。在燃料喷射器分析期间所使 用的平面扫掠可以是比活塞分析所使用的扫掠更宽的扫掠。正如以下详细描 述的，组件退化的确定可以基于操作者的输入或者可以是自动的确定。

在一些实施例中，因为发动机被耦接在混合电动车辆内，所以该程序可 以包含通过调整电动马达以维持激光点火装置的运转期间的参考发动机转速 和载荷。这允许发动机转速和载荷被精确地控制到预定的状况以用于每次诊 断测试，进而改进了结果的准确度和可靠度。这也减少了由于发动机状况的 改变引起的测试结果的变化。

在616处，该程序包含从光电探测器中接收汽缸内部的图像。具体地说， 光电探测器可以使用来自激光脉冲发射的光能以捕获汽缸内部的图像。所捕 获的图像然后被例如无线地传送到显示装置。在一些示例中，根据被诊断的 组件，在诊断模式_1的不同诊断程序期间施加的光电探测器摄像机设置可以 变化。被调整的摄像机设置可以包含，例如，快门开启持续时间、光圈设置、 图像捕获时间等。作为一个示例，在燃料喷射器分析期间，摄像机快门可以 被开启更长的持续时间，以便汽缸的若干扫掠在单一图像中被捕获。相比之 下，在汽缸壁碳积聚分析期间，摄像机快门可以被开启达更短的持续时间并 且可以基于若干扫掠而捕获多个图像。

在618，该程序包含在显示装置上向车辆操作者显示由光电探测器捕获的 一幅或多幅汽缸内部的图像。在此，车辆操作者可以是，例如，诊断发动机 的技工或维护技术人员。例如，在激光的每次平面扫掠之后，所捕获的图像 可以被自动地呈现给维护技术人员以便分析。

可选地，在620处，控制器可以在显示装置上向车辆操作者显示被诊断 的组件或状况的参考图像。参考图像可以被存储在控制器的存储器中并且可 以从控制器的存储器中被检索。而且，参考图像可以是光电探测器先前生成 的参考图像，例如在预定状况期间(如，基于当没有检测出退化时给定的诊 断程序的先前迭代)。根据关于在612处先前接收的诊断程序的输入，参考图 像可以被检索。此外，根据生成的图像，参考图像可以被选择。可替换地， 在将所捕获的一幅或多幅图像显示在显示装置上之后，参考图像可以在通过 显示装置接收操作者输入之后被检索并且显示。作为一个示例，当被诊断的 汽缸组件是汽缸燃料喷射器例如汽缸进气道燃料喷射器时，由光电探测器生 成的汽缸内部的图像可以指示燃料喷射器的喷射模式，例如进气道燃料喷射 器的喷射模式。由控制器检索的参考图像可以是来自正确发挥功能的燃料喷 射器的期望的喷射模式。这种比较的示例在此通过参考图10被论述。根据期 望的模式和真实模式之间的差值，操作者能够指示燃料喷射器退化。具体地 说，两幅图像的比较可以提供替换燃料喷射器需要的客观的证据。

在622，该程序包含接收来自车辆操作者的关于被诊断的组件或状况的健 康(health)的输入，该操作者输入是基于所显示的汽缸内部的图像和参考图像 的。例如，操作者可以比较所显示的图像与参考图像，并且根据大的差别， 操作者可以指示组件退化已经发生。

在一个示例中，被诊断的汽缸组件可以是汽缸活塞环并且生成的汽缸内 部的图像可以指示汽缸活塞环的状态。所显示的参考图像可以包含进气冲程 期间汽缸活塞的图像。如果在进气冲程期间由光电探测器捕获的汽缸内部的 图像指示了活塞处的曲轴箱蒸汽冷凝，则操作者可以指示汽缸活塞环退化并 且来自曲轴箱的蒸汽在汽缸内活塞附近冷凝。

如另一示例，被诊断的汽缸组件可以是汽缸燃烧室并且汽缸内部的图像 可以与参考图像比较以指示外来物体是否存在于燃烧室内(如在燃烧室内弹 跳)。为了检测外来物体的存在，可以使用由光电探测器捕获的静态图像和/ 或视频图像。静态图像可以包含在进气冲程和排气冲程(例如，紧接着进气 冲程之前的排气冲程)中捕获的时间推移的静态图像。如果视频图像被分析， 则分析可以包含回放在进气冲程和排气冲程期间所捕获的视频图像。视频图 像可以慢动作回放以检测可以在汽缸内弹跳的外来物体(例如，螺母、螺栓、 碎片等)。外来物体可以在之前的维修运转或发动机装配期间(例如，当进气 道被装配时)已经进入汽缸。响应于外来物体的检测，诊断代码可以被设置 以指示该物体需要从特定汽缸中移除。

如又一个示例，在进气冲程期间所捕获的汽缸内部的图像可以被分析以 评估汽缸内的碳积聚。其中，汽缸壁的图像可以被研究并且该壁的反射性可 以被标注。在捕获的图像内的汽缸壁的反射性可以与清洁汽缸的参考图像内 的汽缸壁的反射性比较。同样地，清洁汽缸可以用汽缸壁的高反射性生成光 亮的图像。相比之下，碳烟积聚的汽缸可以采用汽缸壁的低反射性生成暗淡 的或黑色的图像。因此，根据指示汽缸壁反射性降低的图像，可以确定的是， 在汽缸壁上存在过多的碳或碳烟积聚。响应于该积聚，诊断代码可以被设置 以指示碳烟积聚。控制器也可以引导发动机比化学计量更稀地运行一段时间 或者引导激光烧尽具有过多的碳积聚的区域以解决升高的汽缸碳烟等级。控 制器也可以引导诊断通过从该测试中详细检查图像而调查活塞环完整性。

同样地，分析进气冲程期间所捕获的图像以便于汽缸壁碳积聚分析可以 不同于分析排气冲程期间所捕获的图像以便于失火检测。其中，排气冲程期 间汽缸壁的高反射性可以指示能够增加失火的倾向的热点。因此，响应于排 气冲程期间观测到的高汽缸壁反射性，具有碳积聚的热点可以被确定并且碳 烟烧尽可以被请求。相比之下，响应于进气冲程期间观测到的低汽缸壁反射 性，碳积聚可以被确定并且碳烟烧尽可以被请求。

在又一示例中，在此参考图11详细描述的，被诊断的汽缸组件可以是进 气门，其中自从进气门打开起在不同时间捕获的汽缸内部的图像可以与参考 图像比较以指示冷却剂通过进气门进入或泄露到汽缸内。

如果指示退化的操作者输入被接收，那么在624，响应于操作者输入，该 程序包含设置诊断代码以指示组件退化。诊断代码也可以适当的指示组件替 换或需要修复。如果组件退化没有被操作者确定，那么在626，该程序指示所 诊断的组件或状况没有被退化并且组件处于良好的健康状况。

从624和626，该程序移动到628，其中确定了新的诊断程序请求是否已 经被接收到。例如，可以确定是否已经满足了使用来自进气冲程内低功率激 光运转的照明的另一诊断程序的条件。如果是，则该程序返回到612以接收 关于将被执行的诊断和将被诊断的组件或状况的输入。该程序然后被重复。 图6的程序被从612到628重复以完成所有的诊断程序，当以第一诊断模式 运转时，该所有的诊断程序能够被执行。如果特定诊断程序的条件不被满足， 或者如果诊断模式_1的充足数量(如，所有)的诊断程序被完成，则程序600 可以结束。

虽然以上程序描述了需要操作者分析生成的一幅或多幅图像并且指示是 否已经发生了组件退化，但是在替换实施例中，该分析可以是自动的。例如， 进气冲程内图像捕获之后，该图像可以被自动地显示在显示装置上，并且相 应的参考图像也可以被自动地显示在显示装置上。控制器可以在不要求操作 者输入的情况下比较该图像以提供诊断程序的通过/失败结果。通过/失败确定 可以基于通过更简单的更少计算密集的像素比较或者高级的更多计算密集的 图像分析的图像(即，生成的图像和参考图像)的相似度。在高级图像分析 中，图像内的物体可以被识别以便正被研究的组件或状况的更加精确的估算。

将被进一步意识到的是，虽然以上程序建议为了诊断目的使用被耦接到 发动机的激光系统，但是在替换示例中，包含激光激励器、镜头以及光电探 测器的激光系统可以被配置为移动实验室工具。其中，激光系统可以被配置 为便携式工具，该便携式工具能够被耦接到任何发动机，例如具有火花塞的 发动机，或者已经被从车辆中移除的发动机，并且被用于分析发动机。作为 一个示例，移动工具可以被放置在发动机的进气歧管中，或者进气端口中以 观察并且分析发动机的喷射器喷射模式(例如进气道喷射器喷射模式)。如另 一示例，在具有火花塞的发动机的案例中，移动工具可以有利地被用于分析 火花质量以及火花塞污垢。如又一示例，汽缸火花塞可以被移除并且移动工 具可以被放置在火花塞的方位，以便捕获汽缸的内部的图像并且分析其他的 汽缸内组件。同样地，移动工具可以提供优先于基于火花塞的工具的各种优 点。例如，通过用激光器替换火花塞，可以不因延长使用而引起火花塞污垢， 正如可以发生在实验室设置内的。如另一示例，移动工具可以包含其自己的 视频显示器单元并且处理以便在不具备激光诊断界面的显示器的车辆上使 用。

在一个示例中，混合动力车辆系统包括包含汽缸的发动机；电动马达； 车辆的车厢内的显示装置；以及被耦接到汽缸盖并且被配置为引导光脉冲进 入汽缸内的激光点火系统。发动机进一步包含被耦接到激光点火系统和汽缸 以便使用来自激光点火系统的光脉冲生成汽缸内部的图像的光电探测系统。 光电探测系统可以包含，例如，有鱼眼镜头的CCD摄像机。车辆系统可以进 一步包含附有非临时存储器和计算机可读指令的控制器，该指令用于：在进 气冲程期间以较低功率等级运转激光点火系统；在运转之后在显示装置上向 车辆操作者显示在光电探测系统处生成的汽缸内部的图像；以及在显示装置 上进一步显示从控制器的存储器中检索到的参考图像，该参考图像基于生成 的汽缸内部的图像。控制器可以通过显示装置从车辆操作者接收指示汽缸组 件退化的输入并且根据接收的输入设置诊断代码。控制器可以包含进一步的 指令以便当运转激光点火系统时调整电动马达的输出，从而维持参考发动机 转速和载荷，同时生成汽缸内部的图像。参考发动机转速和载荷可以相应于 具体诊断程序的预定状况。这允许捕获图像的工况相对于参考图像被捕获时 的工况被更好地控制。

现在转向图7，示例性方法700被描绘用于执行诊断程序以便使用来自由 发动机激光点火系统(例如，图1的激光系统)发射的高功率激光脉冲的光 诊断不同的汽缸内组件。图7中描述的诊断模式允许在汽缸燃烧事件期间检 测各种组件。

在702，确定了是否选择了第二诊断模式(模式_2)。如果具体工况被满 足，则第二诊断模式可以被选择。例如，发动机燃烧条件可以被确认。可替 换地，自从第二诊断模式的最后一次迭代起可以逝去阈值持续时间或距离。 同样地，当以第二诊断模式运转时，可以执行每个被引导到一个或多个汽缸 组件的多个诊断程序。

如果第一诊断模式没有被选择，则该程序移动到608以确定是否选择了 第二诊断模式(模式_2)。如果具体工况被满足，则第二诊断模式可以被选择。 例如，发动机燃烧条件可以被确认。可替换地，自从第二诊断模式的最后一 次迭代起可逝去阈值持续时间或距离。同样地，当以第一诊断模式运转时， 可以执行每个被引导到一个或多个汽缸组件的多个诊断程序。如果第二诊断 模式条件没有被确认，则在704处，激光点火可以被禁用。激光点火可以接 着保持禁用，直到汽缸点火被要求，或者直到模式_2的诊断程序的条件被确 认。

如果第二诊断模式被确认，则在706处，该程序包含接收关于所选诊断 程序的输入。如上所述，当以第二诊断模式运转时，被引导到不同汽缸组件 的不同诊断程序可以被执行。控制器可以从车辆操作者例如通过图2的显示 器135接收关于将被诊断处于第二运转模式的组件的输入。当以第二诊断模 式运转时被诊断的汽缸内组件或条件可以作为非限制性示例包含汽缸活塞顶 部的条件、激光系统的会聚透镜的对准、例如火焰传播的汽缸燃烧参数、火 焰起始以及空燃比控制。同样地，根据将被诊断的组件或条件，由激光系统 的光电探测器捕获的图像的数量、位置和角度以及所显示的参考图像可以变 化。

在708，在接收输入之后，该程序包含通过运转激光点火装置(如，图1 的激光系统)来启动汽缸燃烧。这可以包含以更高的功率等级，例如，比仅 仅照明汽缸的内部所要求的阈值功率更高的功率等级，运转激光点火装置。 此外，激光点火装置可以被运转以引导激光脉冲进入汽缸内，以便在汽缸的 压缩冲程期间平面地扫掠汽缸。例如，激光脉冲可以被引导在汽缸的中心以 便给出整个汽缸的从中心的点或线开始并且径向地向外移动到壁并在相同瞬 时结束的一种平稳的、均匀的并且完全的燃烧模式。此