專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備和排放物生成量估計設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備，該設(shè)備估計氣體混合物的狀態(tài)(溫度等)，所述氣體混合物是通過將注入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的燃料和缸內(nèi)氣體(被吸入燃燒室的氣體)相混合而產(chǎn)生的，并且涉及用于估計排放物生成量的排放物生成量估計設(shè)備，該排放物是氣體混合物的燃燒結(jié)果所產(chǎn)生的有害物質(zhì)。

背景技術(shù)：
諸如在內(nèi)燃機(jī)(特別是柴油機(jī))的燃燒室中生成的煙灰和NOx等的排放物量，與在燃燒室中形成的氣體混合物的狀態(tài)(特別是溫度、燃料濃度等)具有較強(qiáng)的相關(guān)性(特別是點(diǎn)燃之后的氣體混合物狀態(tài))。因此，為了精確地控制和減少排放物生成量(排放量)，必須準(zhǔn)確地估計氣體混合物的狀態(tài)。
已知存在各種技術(shù)用于估計氣體混合物的狀態(tài)。在日本專利申請?zhí)亻_(kokai)第2001-254645號中公開了一種用于柴油機(jī)的燃料注入設(shè)備，其根據(jù)諸如引擎冷卻水的溫度、吸入空氣的溫度和吸入空氣的壓力等影響氣體混合物溫度的各種操作條件來估計混合氣體的溫度。
順便說一下，在燃燒室中形成的氣體混合物的狀態(tài)(溫度等)根據(jù)隨著活塞運(yùn)動而隨時改變的缸內(nèi)氣體的溫度等而連續(xù)地得到確定。進(jìn)而，氣體混合物的狀態(tài)還取決于缸內(nèi)氣體與燃料的混合程度(相應(yīng)地，根據(jù)例如氣體混合物的過高空氣比、燃料濃度等)。氣體混合物的過高空氣比是根據(jù)在注入時氣體混合物中所包含的燃料的注入壓力，以及在注入時缸內(nèi)氣體的密度來確定的值。也就是說，氣體混合物的狀態(tài)是根據(jù)在注入時氣體混合物中所包含的燃料的注入壓力，以及在注入時缸內(nèi)氣體的密度來連續(xù)地確定的。
同時，對應(yīng)于燃料注入后經(jīng)過某一時間的缸內(nèi)氣體的溫度等，會隨著燃料注入的時間點(diǎn)而改變。進(jìn)而，燃料注入時的燃料注入壓力和燃料注入時的缸內(nèi)氣體密度也隨著燃料注入的時間點(diǎn)而改變。因此，在燃燒室中形成的氣體混合物的狀態(tài)根據(jù)包含在氣體混合物中的燃料注入的時間點(diǎn)而改變。
另外，當(dāng)一定量的燃料被注入到燃燒室中時，在根據(jù)注入量而設(shè)置的注入時間段期間，燃料不斷地被注入。因此，當(dāng)在顯微鏡下觀察燃燒室中形成的氣體混合物時，在氣體混合物前面附近的部分中包含的燃料的注入早于包含在其余部分中的燃料的注入。換句話說，包含在某一部分中的燃料的注入時間點(diǎn)根據(jù)在由氣體混合物所占據(jù)的區(qū)域內(nèi)的該部分的位置(具體地說，就是沿著朝向注入開口的方向與所測量得到的氣體混合物前面位置之間的距離)而改變。
從上可以看出，當(dāng)在微觀下觀察燃燒室中形成的氣體混合物時，氣體混合物(對應(yīng)于燃料注入后經(jīng)過的時間)的狀態(tài)(溫度等)根據(jù)其位于由氣體混合物所占據(jù)的區(qū)域內(nèi)的位置而改變。因此，作為氣體混合物燃燒結(jié)果而生成的排放物生成程度會根據(jù)其在由氣體混合物所占據(jù)的區(qū)域內(nèi)的位置而改變。換句話說，由于在燃燒室中形成的氣體混合物的狀態(tài)不均勻，因此排放物生成程度也不均勻，結(jié)果在燃燒室內(nèi)生成的排放物的總生成量嚴(yán)重受到這種不均勻性的影響。
不過，由現(xiàn)有設(shè)備所估計的氣體混合物溫度(例如，氣體混合物的狀態(tài))是在假定燃料在某一時刻(幾乎與注入開始的時間點(diǎn)同時)注入的情況下所計算的值，而沒有考慮到上述注入時間段。也就是說，氣體混合物溫度是在沒有考慮上述氣體混合物的不均勻性的情況下所計算的值。因此，如果根據(jù)由現(xiàn)有設(shè)備所估計的氣體混合物溫度來估計排放物的總生成量，則所估計的總排放物生成量包含誤差，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確控制排放物生成量(排放量)的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)用于解決這種問題，并且本發(fā)明的目標(biāo)是提出一種用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備，能夠通過考慮在燃燒室內(nèi)形成的氣體混合物的非均勻性來準(zhǔn)確估計氣體混合物的狀態(tài)，以及提出一種排放物生成量估計設(shè)備，能夠通過考慮在可歸屬于氣體混合物的非均勻性的排放量生成度的非均勻性來準(zhǔn)確估計在燃燒室內(nèi)生成的排放總量。
本發(fā)明的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備的特征是包括注入燃料劃分裝置，用于將在從預(yù)定注入開始時間開始的預(yù)定注入時間期間不斷注入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的燃料劃分為多個部分；以及氣體混合物狀態(tài)估計裝置，用于在假定所劃分的注入燃料的多個部分是根據(jù)從預(yù)定注入開始時間開始逝去的時間來單獨(dú)和連續(xù)注入的情況下，單獨(dú)估計通過將注入燃料的多個部分與被吸入燃燒室的缸內(nèi)氣體相混合所形成的每一個氣體混合物的狀態(tài)。這里，氣體混合物狀態(tài)的例子包括氣體混合物的溫度，氣體混合物的燃料濃度，氣體混合物的氧氣濃度，以及氣體混合物的氮?dú)鉂舛取?br> 如上所述，氣體混合物的狀態(tài)是根據(jù)缸內(nèi)氣體與燃料相混合的程度來決定的(例如，氣體混合物的過量空氣比、燃料濃度等)。因此，優(yōu)選情況下，氣體混合物狀態(tài)估計裝置用于單獨(dú)獲得用于表示缸內(nèi)氣體與所劃分的注入燃料的每一個部分的混合程度的值，并且通過使用所得到的表示缸內(nèi)氣體與所述注入燃料的每一個部分的混合程度的值來單獨(dú)估計根據(jù)注入燃料的每一個部分所形成的氣體混合物的狀態(tài)。這里，表示缸內(nèi)氣體的混合程度的值的例子包括氣體混合物的過量空氣比率和氣體混合物的燃料濃度。
通過上述結(jié)構(gòu)，在假定所劃分的注入燃料的部分是根據(jù)從預(yù)定注入開始時間開始逝去的時間來單獨(dú)和連續(xù)注入的情況下，單獨(dú)估計根據(jù)注入燃料的每一個部分所形成的每一個氣體混合物的狀態(tài)，而相應(yīng)部分的燃料被認(rèn)為是在相應(yīng)部分的注入時間被注入的。因此，可以通過考慮根據(jù)注入燃料的各個部分所形成的氣體混合物重的非均勻性來單獨(dú)和準(zhǔn)確地估計每一個氣體混合物的狀態(tài)。
在這種情況下，優(yōu)選情況下，注入燃料劃分裝置能夠根據(jù)預(yù)定規(guī)則將預(yù)定注入時間段劃分成多個時間段，并且將注入燃料劃分為在相應(yīng)的時間段內(nèi)被連續(xù)注入的部分。
可以將所劃分注入時間段的多個(劃分?jǐn)?shù))時間段的長度設(shè)置為等于通過注入時間段除以劃分?jǐn)?shù)而得到的時間段的長度。在這種情況下，多個時間段是均勻的。在這種情況下，例如由于在注入時間段中注入壓力無法保持不變，對應(yīng)于各個時間段的注入燃料部分的燃料量可以變得不均勻。進(jìn)而，可以設(shè)置多個時間段，以便對應(yīng)于各個時間段的注入燃料部分的燃料量可以彼此相等。在這種情況下，多個時間段可以是非均勻的。
進(jìn)而，可以根據(jù)注入時間段來改變劃分?jǐn)?shù)。也就是說，可以設(shè)置劃分?jǐn)?shù)，以使得注入時間段越長(總的燃料注入量越大)，則劃分?jǐn)?shù)越大。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過根據(jù)簡單規(guī)則將注入時間段劃分為多個時間段這一簡單操作可以容易地獲得注入燃料的多個部分。
本發(fā)明的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備可以進(jìn)一步包括點(diǎn)火時刻獲得裝置，用于獲得表示氣體混合物的點(diǎn)火時刻的值，其中注入燃料劃分裝置根據(jù)表示點(diǎn)火時刻的所獲值將注入燃料劃分為在氣體混合物點(diǎn)火之前注入的部分和在氣體混合物點(diǎn)火之后注入的部分。表示點(diǎn)火時刻的值的例子包括氣體混合物自己的點(diǎn)火時刻，以及在燃料注入開始時間和氣體混合物點(diǎn)火之間的時間(下面稱之為“點(diǎn)火延遲時間”)。
一般地，已知預(yù)混合物類的燃燒主要出現(xiàn)在根據(jù)在點(diǎn)火之前注入的燃料所形成的氣體混合物中，并且擴(kuò)散類的燃燒出現(xiàn)在根據(jù)在點(diǎn)火之后注入的燃料所形成的氣體混合物中。預(yù)混合物類的燃燒和擴(kuò)散類的燃燒的反應(yīng)速度(相應(yīng)地，燃燒得到的熱量生成量)不同(下面將詳細(xì)講述)。
換句話說，根據(jù)在點(diǎn)火之前注入的燃料所形成的氣體混合物和根據(jù)在點(diǎn)火之后注入的燃料所形成的氣體混合物隨著燃料注入之后逝去的時間而在溫度增加上有不同。
上述結(jié)構(gòu)基于這種觀點(diǎn)。也就是說，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于注入燃料被劃分為氣體混合物點(diǎn)火之前注入的部分和氣體混合物點(diǎn)火之后注入的部分，因此可以單獨(dú)估計根據(jù)在點(diǎn)火之前注入的燃料所形成的氣體混合物的狀態(tài)(溫度等)和根據(jù)在點(diǎn)火之后注入的燃料所形成的氣體混合物的狀態(tài)(溫度等)。
因此，在每一個氣體混合物的狀態(tài)的估計中可以設(shè)置最佳反應(yīng)速度(相應(yīng)地為熱量生成量)。結(jié)果，可以更為準(zhǔn)確地估計每一個氣體混合物的狀態(tài)(特別是溫度)。
本發(fā)明的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備可以進(jìn)一步包括混合指數(shù)值獲得裝置，用于獲得第一部分混合指數(shù)值，它是表示缸內(nèi)氣體與所劃分的注入燃料的第一注入部分的混合程度的值(例如，上述過量空氣比率)，以便該值對應(yīng)于燃燒室內(nèi)第一注入部分的形成。氣體混合物狀態(tài)估計裝置通過利用所獲得的第一部分混合指數(shù)值來估計根據(jù)第一注入部分所形成的氣體混合物的狀態(tài)。在假設(shè)表示缸內(nèi)氣體與所劃分的注入燃料的第二或稍后注入部分的混合程度并且對應(yīng)于燃燒室內(nèi)的第二或稍后注入部分的形成的值是根據(jù)所獲得的對應(yīng)于該形成的第一部分混合指數(shù)值來確定的情況下，氣體混合物狀態(tài)估計裝置通過利用所確定的表示缸內(nèi)氣體和第二或稍后注入部分的混合程度的值來估計根據(jù)第二或稍后注入部分所形成的氣體混合物的狀態(tài)。
在這種情況下，更為優(yōu)選地，“表示缸內(nèi)氣體與所劃分的注入燃料的第二或稍后注入部分的混合程度并且對應(yīng)于燃燒室內(nèi)的第二或稍后注入部分的形成(例如注入之后逝去的時間或者與注入開口相關(guān)的位置等)的值”被確定為等于所獲得的對應(yīng)于形成的第一部分混合指數(shù)值。
通常，用于表示缸內(nèi)氣體與燃料的混合程度的值(例如過量空氣比等)通過使用非常復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)公式等進(jìn)行計算，這包括涵蓋大量計算量的功率計算等。因此，這種計算包含巨大的計算量，并且因此需要減少這種計算的次數(shù)。
上述結(jié)構(gòu)就是基于這種觀點(diǎn)。也就是說，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于“表示缸內(nèi)氣體與第二或稍后注入部分的混合程度的值”是根據(jù)上述第一部分混合指數(shù)值進(jìn)行確定的，因此沒有必要通過使用非常復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)公式等來計算“表示缸內(nèi)氣體與第二或稍后注入部分的混合程度的值”。結(jié)果，考慮到基于注入燃料的各個部分所形成的氣體混合物中的不均勻性，可以簡單和單獨(dú)估計基于注入燃料的每一個部分所形成的每一個氣體混合物的狀態(tài)，并且可以減少計算量。
本發(fā)明的排放物生成量估計設(shè)備包括排放物生成量估計裝置，用于根據(jù)由上述本發(fā)明的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備的任一個所估計的相應(yīng)氣體混合物的狀態(tài)來單獨(dú)估計作為每一個氣體混合物的燃燒結(jié)果的有害物質(zhì)的排放物的生成量。優(yōu)選情況下，排放物包括至少煙灰和NOx，減少它們的排放量是人們近年來非常想做到的。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，作為每一個氣體混合物的燃燒結(jié)果所生成的排放物的生成量(煙灰和NOx等)是根據(jù)多個氣體混合物的單獨(dú)估計狀態(tài)中的相應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行單獨(dú)估計的。因此，在考慮到排放物生成的不均勻程度的情況下可以準(zhǔn)確估計排放物的總生成量。
本發(fā)明的另一排放物生成量估計設(shè)備包括排放物生成量估計裝置，假設(shè)在點(diǎn)燃了通過被注入到燃燒室中的燃料與作為被吸入到燃燒室中的氣體的缸內(nèi)氣體相混合而形成的氣體混合物之后在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中生成了穩(wěn)定火苗的情況下，估計排放物的生成量，其中排放物生成量估計設(shè)備單獨(dú)估計作為其中燃料是過量的穩(wěn)定火苗區(qū)域中的燃燒結(jié)果而生成的有害物質(zhì)的排放量和作為其中氧氣是過量的穩(wěn)定火苗區(qū)域中的燃燒結(jié)果而生成的排放量。
當(dāng)燃料注入時間段相對較長時，在一些情況下在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之后生成所謂的穩(wěn)定火苗(或者非常類似于穩(wěn)定火苗的幀)。在這種情況下，如后所述，由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域可以被分割成其中燃料是過量的區(qū)域(相應(yīng)地為其中穩(wěn)態(tài)氧氣濃度變成零的區(qū)域)和其中氧氣是過量的區(qū)域(相應(yīng)地為其中穩(wěn)態(tài)燃料濃度變成零的區(qū)域)。
同時，如下面要講述的，已知的用于計算煙灰生成量(更為確切地說為煙灰的生成速度)的代表性經(jīng)驗(yàn)公式包括兩項(xiàng)一項(xiàng)用于獲得煙灰的形成速度(相應(yīng)地為增加速度)，該項(xiàng)包括燃料濃度值；另一項(xiàng)用于獲得煙灰的氧化速度(相應(yīng)地為減少速度)，該項(xiàng)包括氧氣濃度值。
因此，在如上述結(jié)構(gòu)中所述由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域被分割成其中穩(wěn)態(tài)氧氣濃度變成零的區(qū)域和其中穩(wěn)態(tài)燃料濃度變成零的區(qū)域的情況下，當(dāng)通過上述代表性經(jīng)驗(yàn)公式來計算每一個區(qū)域中的煙灰生成量時，兩項(xiàng)的任一項(xiàng)的值在相應(yīng)區(qū)域中總是保持為零。因此，當(dāng)計算每一個區(qū)域中的煙灰生成量時，可以省略兩項(xiàng)的任一項(xiàng)的計算，從而可以減少與計算煙灰生成量有關(guān)的計算量。
在這種情況下，優(yōu)選情況下，排放物生成量估計裝置用于單獨(dú)計算用于每一個氣體混合物或者每一個穩(wěn)定火苗區(qū)域的排放物的生成速度，并且將所計算的排放物生成速度針對時間進(jìn)行積分，從而單獨(dú)估計排放物的生成量。
通常，在計算排放物的生成量時，使用了已知的經(jīng)驗(yàn)公式等(例如上述用于獲得煙灰的生成速度的經(jīng)驗(yàn)公式等)。因此，上述結(jié)構(gòu)使得通過使用非?？煽康默F(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式等可以計算排放物的生成量。
在這種情況下，優(yōu)選情況下，排放物生成量估計裝置的結(jié)構(gòu)使得當(dāng)氣體混合物的溫度或者穩(wěn)定火苗區(qū)域之內(nèi)的溫度變得低于預(yù)定溫度時，相應(yīng)地結(jié)束排放物生成速度對時間的積分。
通常，當(dāng)氣體混合物的溫度低于反應(yīng)臨界溫度時，很難產(chǎn)生排放物。因此，在氣體混合物的溫度變得低于相應(yīng)的反應(yīng)臨界溫度的時間點(diǎn)之后，通過上述時間積分處理所獲得的排放物的總生成量一般都是相同的值，而不論是否繼續(xù)積分處理。因此，在其中排放物生成量估計裝置的結(jié)構(gòu)使得當(dāng)氣體混合物的溫度(或者穩(wěn)定火苗區(qū)域之內(nèi)的溫度)低于預(yù)定溫度(例如低于反應(yīng)臨界溫度)時就結(jié)束排放物生成速度對時間的積分的情況下，可以減少用于計算排放物的生成量所需的計算量。



圖1為示意圖，示出了其中根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的包括有用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備的排放物生成量估計設(shè)備被應(yīng)用到四缸內(nèi)燃機(jī)(柴油機(jī))的整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
圖2示意性示出了其中氣體從進(jìn)氣管被吸入到特定氣缸(氣缸內(nèi)部)并且然后被排出到排氣管的狀態(tài)。
圖3A示意性示出了當(dāng)一次注入燃料時燃料的狀態(tài)。
圖3B示意性示出了在與缸內(nèi)氣體相混合從而產(chǎn)生氣體混合物的同時呈圓錐形分散的燃料的狀態(tài)。
圖4示意性示出了根據(jù)在三個相等時間段，也就是注入時間段的前段、中段和后段中連續(xù)注入的燃料部分所分別形成的氣體混合物的狀態(tài)。
圖5為流程圖，示出了圖1所示的CPU所執(zhí)行的例程的第一部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖6流程圖，示出了圖1所示的CPU所執(zhí)行的例程的第二部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖7為流程圖，示出了圖1所示的CPU所執(zhí)行的例程的第三部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖8為流程圖，示出了圖1所示的CPU所執(zhí)行的例程的第四部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖9為流程圖，示出了圖1所示的CPU所執(zhí)行的例程的第五部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖10為表格，用于確定如圖1所示的CPU在執(zhí)行如圖5所示的例程期間所參考的指令燃料注入量。
圖11為表格，用于確定如圖1所示的CPU在執(zhí)行如圖5所示的例程期間所參考的燃料注入時刻。
圖12為表格，用于確定如圖1所示的CPU在執(zhí)行如圖5所示的例程期間所參考的基準(zhǔn)燃料注入壓力。
圖13為流程圖，示出了圖1所示的CPU所執(zhí)行的例程，用于執(zhí)行燃料注入控制。
圖14示意性示出了分別在兩個時間段也就是注入時間段的點(diǎn)燃前和點(diǎn)燃后時間段中所連續(xù)注入的燃料部分所形成的氣體混合物的狀態(tài)。
圖15為流程圖，示出了第二實(shí)施例的CPU在當(dāng)執(zhí)行如圖5所示的例程時所執(zhí)行的步驟，該步驟是不同于如圖5所示的例程的部分。
圖16為流程圖，示出了第二實(shí)施例的CPU在當(dāng)執(zhí)行如圖7所示的例程時所執(zhí)行的步驟，該步驟是不同于如圖7所示的例程的部分。
圖17為流程圖，示出了第二實(shí)施例的CPU在當(dāng)執(zhí)行如圖9所示的例程時所執(zhí)行的步驟，該步驟是不同于如圖9所示的例程的部分。
圖18示意性示出了n個氣體混合物隨時間(從注入開始到結(jié)束)的狀態(tài)變化，該n個氣體混合物是由在注入時間段的n個部分中所連續(xù)注入的n個燃料部分形成的。
圖19為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第一部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖20為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第二部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖21為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第三部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖22為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第四部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖23為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第五部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖24為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第一部分，用于計算與第i次注入相關(guān)聯(lián)的排放量(2≤i≤n)。
圖25為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第二部分，用于計算與第i次注入相關(guān)聯(lián)的排放量(2≤i≤n)。
圖26為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第三部分，用于計算與第i次注入相關(guān)聯(lián)的排放量(2≤i≤n)。
圖27為流程圖，示出了第三實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第四部分，用于計算與第i次注入相關(guān)聯(lián)的排放量(2≤i≤n)。
圖28為示意圖，示出了在其中在燃燒室中生成穩(wěn)定火苗的情況下在豐富和貧乏區(qū)域與氣體混合物傳輸距離之間的關(guān)系。
圖29示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中的過量空氣比(氣體混合物傳輸距離)和穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度升高之間的關(guān)系曲線。
圖30示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中過量空氣比(氣體混合物傳輸距離)和穩(wěn)態(tài)燃料濃度之間的關(guān)系曲線。
圖31示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中過量空氣比(氣體混合物傳輸距離)和穩(wěn)態(tài)氧氣濃度之間的關(guān)系曲線。
圖32示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中過量空氣比(氣體混合物傳輸距離)和穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛戎g的關(guān)系曲線。
圖33示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中注入后時間和過量空氣比之間的關(guān)系曲線。
圖34示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中注入后時間和穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度升高之間的關(guān)系曲線。
圖35示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中注入后時間和穩(wěn)態(tài)燃料濃度之間的關(guān)系曲線。
圖36示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中注入后時間和穩(wěn)態(tài)氧氣濃度之間的關(guān)系曲線。
圖37示出了在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中注入后時間和穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛戎g的關(guān)系曲線。
圖38為流程圖，示出了第四實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第一部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖39為流程圖，示出了第四實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第二部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖40為流程圖，示出了第四實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第三部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。
圖41為流程圖，示出了第四實(shí)施例的CPU所執(zhí)行的例程的第四部分，用于計算氣體混合物溫度等和排放量。

具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在參照附圖來講述根據(jù)本發(fā)明的包括用于內(nèi)燃機(jī)(柴油機(jī))的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備的排放物生成量估計設(shè)備的實(shí)施例。
(第一實(shí)施例) 圖1示意性示出了系統(tǒng)的整個結(jié)構(gòu)，其中根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于內(nèi)燃機(jī)的排放物生成量估計設(shè)備被應(yīng)用到四缸內(nèi)燃機(jī)(柴油機(jī))10。該系統(tǒng)包括引擎主機(jī)20，包括燃料供應(yīng)系統(tǒng)；吸氣系統(tǒng)30，用于將氣體導(dǎo)入引擎主機(jī)20的單個氣缸的燃燒室中(缸內(nèi))；排放系統(tǒng)40，用于將廢體從引擎主機(jī)20排出；EGR設(shè)備50，用于執(zhí)行排氣循環(huán)；以及電氣控制設(shè)備60。
燃料注入閥(注入閥，注入器)21置于引擎主機(jī)20的單個氣缸之上。經(jīng)由燃料線路23將燃料注入閥21連接到燃料注入泵22，該燃料注入泵連接到了未示出的燃料罐。燃料注入泵22電氣連接到電氣控制設(shè)備60。根據(jù)來自電氣控制設(shè)備60的驅(qū)動信號(與稍后要講述的指令最后燃料注入壓力Pcrfin相對應(yīng)的指令信號)，燃料注入泵22以如下方式對燃料進(jìn)行施壓，以便燃料的實(shí)際注入壓力(排放壓力)變得等于指令最后燃料注入壓力Pcrfin。
因此，從燃料注入泵22將被施加了指令最后燃料注入壓力Pcrfin的燃料供應(yīng)到燃料注入閥21。而且，燃料注入閥21電氣連接到電氣控制設(shè)備60。根據(jù)來自電氣控制設(shè)備60的驅(qū)動信號(與指令燃料注入量(質(zhì)量)Qfin相對應(yīng)的指令信號)，燃料注入閥21的每一個在注入時間段TAU期間打開，以便將指令燃料注入量Qfin的被施加了指令最后燃料注入壓力Pcrfin的燃料直接注入到相應(yīng)氣缸的燃燒室中。
吸氣系統(tǒng)30包括吸氣歧管31，被連接到引擎主機(jī)20的單個氣缸的各個燃燒室；吸氣管32，其被連接到吸氣歧管31的上游側(cè)分支部分并且與吸氣歧管31合作組成吸氣通道；節(jié)氣閥33，旋轉(zhuǎn)地固定在吸氣管32內(nèi)部；節(jié)氣閥致動器33a，用于根據(jù)來自電氣控制設(shè)備60的驅(qū)動信號來旋轉(zhuǎn)節(jié)氣閥33；中間冷卻器34，被插在位于節(jié)氣閥33的上游側(cè)上的吸氣管32中；渦輪增壓器35的壓縮機(jī)35a，其被插在位于中間冷卻器34的上游側(cè)上的吸氣管32中；以及空氣過濾器36，置于吸氣管32的末端部分。
排放系統(tǒng)40包括排放歧管41，其被連接到引擎主機(jī)20的單個汽缸；排氣管42，其被連接到排放歧管41的下游側(cè)的合并部分；渦輪增壓器35的渦輪35b，其被插在排氣管42中；以及柴油顆粒濾波器(下面將其稱為“DPNR”)43，其被插在排氣管42中。排放歧管41和排氣管42組成排氣通道。
EGR設(shè)備50包括排氣循環(huán)管51，其形成了用于循環(huán)廢氣的通道(EGR通道)；EGR控制閥52，其被插在排氣循環(huán)管51中；以及ERG冷卻器53。排氣循環(huán)管51建立了位于渦輪35b上游側(cè)上的排氣通道(排放歧管41)和位于節(jié)氣閥33下游側(cè)上的吸氣通道(吸氣歧管31)之間的連通。EGR控制閥52對來自電氣控制設(shè)備60的驅(qū)動信號做出響應(yīng)，以便改變待被循環(huán)的廢氣量(廢氣循環(huán)量，EGR氣體流動速率)。
電氣控制設(shè)備60是一種微型計算機(jī)，其包括通過總線裝置相互連接的CPU 61、ROM 62、RAM 63、備份RAM 64和接口65等。ROM 62存儲待被CPU 61執(zhí)行的程序、表格(查詢表格和映射)和常數(shù)等。RAM63允許CPU 61暫時存儲數(shù)據(jù)。備份RAM 64在其中電源為接通的狀態(tài)中存儲數(shù)據(jù)，并且甚至在斷電之后仍然保持所存儲的數(shù)據(jù)。接口65包含A/D轉(zhuǎn)換器。
接口65被連接到熱線型氣流測量器71，其置于吸氣管32中；吸入空氣溫度傳感器72，其置于吸氣通道中節(jié)氣閥33的下游和排氣循環(huán)管51連接到吸氣通道的點(diǎn)的下游；吸氣管壓力傳感器73，置于吸氣通道中節(jié)氣閥33的下游和排氣循環(huán)管51連接到吸氣通道的點(diǎn)的下游；曲柄位置傳感器74；加速器打開傳感器75；燃料溫度傳感器76，位于燃料注入泵22的排放端口附近的燃料管23中；缸內(nèi)壓力傳感器77，用于每一個氣缸并且用作注入時刻獲得裝置；以及吸入空氣氧氣濃度傳感器78，置于吸氣通道中節(jié)氣閥33的下游和排氣循環(huán)管51連接到吸氣通道的點(diǎn)的下游。接口65從這些傳感器接收各個信號，并且將所接收的信號供應(yīng)給CPU 61。進(jìn)而，接口65被連接到燃料注入閥21、燃料注入泵22、節(jié)氣閥致動器33a和EGR控制閥52；并且根據(jù)來自CPU 61的指令將相應(yīng)的驅(qū)動信號輸出到這些部件。
熱線型氣流測量器71測量穿過吸氣通道的吸入空氣的質(zhì)量流動速率(每單位時間的吸入空氣量，每單位時間的新空氣量)，并且生成表示質(zhì)量流動速率Ga的信號(空氣流動速率Ga)。吸入空氣溫度傳感器72測量被吸入引擎10的每個氣缸(也就是缸內(nèi)或每一個燃燒室)中的氣體的溫度(也就是吸入空氣溫度)，并且生成表示吸入空氣溫度Tb的信號。吸氣管壓力傳感器73測量被吸入引擎10的每一個氣缸中的氣體的壓力(也就是吸氣管壓力)，并且生成表示吸氣管壓力Pb的信號。
曲柄位置傳感器74檢測每一個氣缸的絕對曲柄角度，并且生成表示實(shí)際曲柄角度CAact和引擎速度NE，也就是引擎10的旋轉(zhuǎn)速度的信號。加速器打開傳感器75檢測加速器踏板AP所操作的量，并且生成表示加速器踏板操作量Accp的信號。燃料溫度傳感器76檢測流過燃料線路23的燃料的溫度，并且生成表示燃料溫度Tcr的信號。缸內(nèi)壓力傳感器77檢測相應(yīng)燃燒室內(nèi)的氣體的壓力(也就是上述缸內(nèi)氣體的壓力)，并且生成表示缸內(nèi)氣體壓力Pa的信號。如后所述，該缸內(nèi)壓力傳感器77只用于檢測點(diǎn)火時刻。吸入空氣氧氣濃度傳感器78檢測吸入空氣中所包含的氧氣濃度，并且生成表示吸入空氣氧氣濃度RO2in的信號。
(用于估計氣體混合物狀態(tài)的方法要點(diǎn)) 接下來講述由排放物生成量估計設(shè)備所執(zhí)行的估計氣體混合物狀態(tài)的方法(下面被稱為“本設(shè)備”)，它包括具有上述結(jié)構(gòu)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備。
圖2示意性示出了其中氣體從吸氣歧管31被吸入到特定氣缸(氣缸內(nèi)部；燃燒室)并且隨后被排出到排氣歧管41的狀態(tài)。如圖2所示，被吸入氣缸的氣體(也就是缸內(nèi)氣體)包括經(jīng)由節(jié)氣閥33從吸氣管32的頂端被吸入的新鮮空氣和經(jīng)由EGR控制閥52從排氣循環(huán)管51被吸入的EGR氣體。
所吸入EGR氣體的數(shù)量(質(zhì)量)與所吸入新鮮空氣的數(shù)量(質(zhì)量)和所吸入EGR氣體的數(shù)量(質(zhì)量)之和的比率(也就是EGR比率)根據(jù)節(jié)氣閥33的打開和EGR控制閥52的打開而變化，根據(jù)操作條件通過電子控制設(shè)備60(CPU 61)對其進(jìn)行適當(dāng)控制。
在吸入沖程期間，隨著活塞向下移動，這種新鮮空氣和EGR氣體經(jīng)由打開的吸氣閥Vin被吸入燃燒室內(nèi)，且由此產(chǎn)生的氣體混合物作為缸內(nèi)氣體。在活塞到達(dá)壓縮底部死點(diǎn)的時點(diǎn)附近關(guān)閉吸氣閥Vin時，缸內(nèi)氣體被限制在燃燒室內(nèi)，并且然后在當(dāng)活塞向上移動時在隨后的壓縮沖程中進(jìn)行壓縮。
當(dāng)活塞到達(dá)頂部死點(diǎn)的附近時(確切地說，當(dāng)?shù)搅松院笾v述的燃料注入開始時間(曲柄角度)CAinj時)，在與指令燃料注入量Qfin相對應(yīng)的注入時間段TAU期間，本設(shè)備打開相應(yīng)的燃料注入閥21，從而將燃料直接注入到燃燒室內(nèi)。結(jié)果，由于從因壓縮而變熱的缸內(nèi)氣體所發(fā)散的熱量，從燃料注入閥21的注入開口所注入的(液體)燃料立刻變成燃料蒸氣。隨著時間的流逝，燃料蒸氣在燃燒室內(nèi)呈圓錐形分布，同時與缸內(nèi)氣體相混合以生成氣體混合物。
如上所述，實(shí)際上，指令燃料注入量為Qfin的燃料在從燃料注入開始時間CAinj開始的注入時間段TAU期間是連續(xù)注入的。不過，為了方便起見，在假設(shè)指令燃料注入量為Qfin的燃料是在燃料注入開始時間CAinj處一次性(瞬間)注入的情況下繼續(xù)進(jìn)行講述。
圖3A示意性示出了在從燃料注入閥21的注入開口一次性地注入燃料時的時點(diǎn)(也就是注入后時間t＝0)處的指令燃料注入量(質(zhì)量)為Qfin(與注入時間段TAU相對應(yīng))的燃料(燃料蒸氣)的狀態(tài)。圖3B示意性示出了在注入之后的某一個時點(diǎn)(任意注入后時間t)處如圖3A所示的質(zhì)量為Qfin的燃料蒸氣的狀態(tài)。
如圖3B所示，在燃料注入開始時刻CAinj(也就是注入后時間t＝0)被注入之后，質(zhì)量為Qfin的燃料蒸氣以噴射角為θ呈圓錐形分散，同時與缸內(nèi)氣體相混合。這里，假設(shè)在任意注入后時間t處，質(zhì)量為Qfin的燃料蒸氣與質(zhì)量為G的缸內(nèi)氣體相混合，其為注入后時間t的函數(shù)(下面，缸內(nèi)氣體可以被稱為“形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物”)，從而形成質(zhì)量為(Qfin+G)的氣體混合物。
本設(shè)備估計任意注入后時間t的氣體混合物的狀態(tài)。作為氣體混合物的狀態(tài)，包括所估計的氣體混合物的溫度Tmix、氣體混合物中所包含的燃料濃度[Fuel]mix、氣體混合物中所包含的氧氣濃度[O2]mix和氣體混合物中所包含的氮?dú)鉂舛萚N2]mix，他們對于估計排放物的生成量來說都是必需的，將在稍后進(jìn)行講述。首先，講述在任意注入后時間t處獲得過量空氣比λ的方法，這對于估計氣體混合物的狀態(tài)是必需的。
[獲得過量空氣比率λ] 注入后時間t處的過量空氣比λ是由以下方程(1)來確定的。在方程(1)中，stoich表示燃燒單位質(zhì)量的燃料所需的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量(下面將其稱為“缸內(nèi)氣體理論空氣燃料比率stoich”)。由于缸內(nèi)氣體理論空氣燃料比率stoich被認(rèn)為是根據(jù)吸入空氣中所包含的氧氣濃度而變化的，因此根據(jù)其中上述吸入空氣氧氣濃度RO2in被用作自變量的預(yù)定函數(shù)可以獲得缸內(nèi)氣體理論空氣燃料比率stoich。
例如，根據(jù)以下方程式(2)和方程式(3)，可以獲得上述定義的過量空氣比率λ作為注入后時間t的函數(shù)，該方程式是YutaroWAGURI、Masaru FUJII、Tatsuo AMIYA和Reijiro TSUNEYA在Transactions of the Japaneses Society of Mechanical Engineers在25-156(1959)的第820頁的“Study on Injected Fuel Travel Distance in DieselEngine”中所引入的經(jīng)驗(yàn)公式。
在方程式(3)中，t表示上述注入后時間，并且dλ/dt表示作為注入后時間t的函數(shù)的燃料稀釋比率。進(jìn)而，c表示收縮系數(shù)，d表示燃料注入閥21的注入開口的直徑，ρf表示(液體)燃料的密度，并且L表示理論稀釋氣體量，這些都是常數(shù)。
在方程式(3)中，ΔP表示有效注入壓力，這是通過從注入開始時刻(也就是注入后時間t＝0)處的缸內(nèi)氣體壓力Pg0中減去上述最終燃料注入壓力Pcrfin所得到的值。在假設(shè)缸內(nèi)氣體的狀態(tài)在吸氣閥Vin關(guān)閉之后(也就是其上缸內(nèi)氣體被限制的時點(diǎn)(下面將其稱為“IVC”))的壓縮沖程(和擴(kuò)張沖程)中絕熱地變化的情況下，缸內(nèi)氣體壓力Pg0可以根據(jù)以下方程式(4)來得到。
在方程式(4)中，Pgivc表示處于IVC的缸內(nèi)氣體壓力。由于如上所述IVC在壓縮底部死點(diǎn)的附近，因此在IVC處，缸內(nèi)氣體壓力被看作是近似等于吸氣管壓力Pb。因此，通過IVC處的吸氣管壓力傳感器73所檢測的吸氣管壓力Pb可以被用作Pgivc。Vg(CAivc)表示與IVC處的曲柄角度CA相對應(yīng)的缸內(nèi)體積。Vg(CAinj)表示與注入后時間t＝0處的曲柄角度CA相對應(yīng)的缸內(nèi)體積。由于根據(jù)引擎10的設(shè)計明細(xì)可以將缸內(nèi)體積Vg視為曲柄角度CA的函數(shù)Vg(CA)，因此也可以獲得Vg(CAivc)和Vg(CAinj)的值。K表示缸內(nèi)氣體的特定熱比(在本例子中為常數(shù))。
在方程式(3)中，θ表示如圖3B所示的噴射角。由于噴射角θ被看作是根據(jù)上述處于注入開始時刻(也就是注入后時間t＝0)的缸內(nèi)氣體的有效注入壓力ΔP和密度ρg0而變化的，因此根據(jù)用于定義缸內(nèi)氣體密度ρg0、有效注入壓力ΔP和噴射角θ之間關(guān)系的表格Mapθ來獲得噴射角θ。缸內(nèi)氣體密度ρg0可以通過用于注入后時間t為零的時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg除以上述缸內(nèi)體積Vg(CAinj)來得到。缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg可以根據(jù)以下方程式(5)來得到，所述方程式(5)基于IVC處的狀態(tài)方程式。在方程式(5)中，Tgivc表示IVC處的缸內(nèi)氣體溫度。由于IVC在壓縮底部死點(diǎn)的附近，因此在IVC處，缸內(nèi)氣體溫度被看作是近似等于吸入空氣溫度Tb。因此，通過IVC處的吸入空氣溫度傳感器72所檢測到的吸入空氣溫度Tb被用作Tgivc。R表示缸內(nèi)氣體的氣體常數(shù)(在本例子中為常數(shù))。
在方程式(3)中，ρg表示注入后時間t處的缸內(nèi)氣體的密度，并且通過在注入后時間t處用缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg除以上述缸內(nèi)體積Vg(CA)，可以被獲得作為注入后時間t的函數(shù)。
如上所述，一旦以上述方式得到有效注入壓力ΔP和噴射角θ，通過使用注入后時間t和作為注入后時間t的函數(shù)的缸內(nèi)氣體密度ρg，根據(jù)方程式(3)，燃料稀釋比率dλ/dt可以被獲得作為注入后時間t的函數(shù)。然后，通過根據(jù)上述方程式(2)將燃料稀釋比率dλ/dt相對于時間進(jìn)行積分(累積)，可以獲得從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt(例如0.1msec)的注入后時間t處的過量空氣比率λ，其中針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt獲得了燃料稀釋比率dλ/dt。
由于從方程式(3)得到的燃料稀釋比率dλ/dt總是正的，因此從方程式(2)得到的過量空氣比率λ隨著注入后時間t而增加。因此，從方程式(1)可以看出，形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G隨著注入后時間t而增加。這對應(yīng)于缸內(nèi)氣體(相應(yīng)地，形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物)量的增加，由于燃料蒸氣在注入之后呈圓錐形分散，因此該缸內(nèi)氣體與(被吸入的)燃料蒸氣相混合。
<獲得氣體混合物溫度Tmix> 接下來講述通過使用以上述方式得到的過量空氣比率λ來在任意注入后時間t處獲得氣體混合物溫度Tmix的方法。通常，氣體混合物的熱能(熱函)Hmix可以由使用了氣體混合物溫度Tmix的以下方程式(6)來表示。
Hmix＝Mmix.Cmix·Tmix (6) 在方程式(6)中，Mmix表示氣體混合物的總質(zhì)量(氣體混合物質(zhì)量)，并且Cmix表示氣體混合物的常壓比熱。因此，通過獲得(更新)針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物的氣體混合物的熱函Hmix、氣體混合物質(zhì)量Mmix和常壓比熱Cmix，可以根據(jù)以下方程式(7)獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物溫度Tmix。首先，講述獲得氣體混合物質(zhì)量Mmix的方法。
<<氣體混合物質(zhì)量Mmix>> 如上所述，在任意注入后時間t處，質(zhì)量為Qfin的燃料蒸氣與質(zhì)量為G的形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物相混合，以形成質(zhì)量為(Qfin+G)的氣體混合物。因此，任意注入后時間t處的氣體混合物質(zhì)量Mmix為(Qfin+G)。由于從上述方程式(1)中可以推導(dǎo)出關(guān)系“G＝stoich·λ·Qfin”，因此氣體混合物質(zhì)量Mmix可以由使用了過量空氣比率λ的以下方程式(8)來表示。
Mmix＝(1+stoich·λ)·Qfin(8) 因此，通過將方程式(8)應(yīng)用到針對注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt而得到的過量空氣比率λ，可以獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物質(zhì)量Mmix。
<<氣體混合物的常壓比熱Cmix>> 下面來講述獲得氣體混合物的常壓比熱Cmix的方法。通常，氣體混合物的常壓比熱Cmix被視為主要取決于在氣體混合物中包含的氧氣濃度[O2]mix和氣體混合物溫度Tmix。如將要描述的，可以得到針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的在氣體混合物中所包含的氧氣濃度[O2]mix。因此，如果可以得到針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物溫度Tmix，則根據(jù)以下方程式(9)可以得到針對每一個微小時間Δt的氣體混合物的常壓比熱Cmix。
Cmix＝funcCmix([O2]mix，Tmix) (9) 在方程式(9)中，funcCmix是用于獲得氣體混合物的常壓比熱Cmix的函數(shù)，同時使用氣體混合物氧氣濃度[O2]mix和氣體混合物溫度Tmix作為自變量。注意，用于通過方程式(9)來獲得針對每一個微小時間Δt的氣體混合物的常壓比熱Cmix的自變量[O2]mix和Tmix的值與處于比當(dāng)前時點(diǎn)(也就是注入后時間t)超前了微小時間Δt的時點(diǎn)處的值是相對應(yīng)的。
<<氣體混合物的熱函Hmix>> 接下來講述獲得氣體混合物的熱函Hmix的方法。這里，針對其中處于注入后時間(t-Δt)處的氣體混合物的熱函Hmix(t-Δt)是已知的情況，考慮在從注入后時間(t-Δt)和注入后時間t之間的微小時間Δt期間氣體混合物的熱函增加ΔHmix。該氣體混合物的熱函增加ΔHmix是由于在微小時間Δt期間被新吸入氣體混合物的缸內(nèi)氣體的熱能ΔHg和作為在微小時間Δt期間在氣體混合物中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果而生成的反應(yīng)熱Hr所引起的。
首先，缸內(nèi)氣體的熱能ΔHg可以用以下方程式(10)來表示。在方程式(10)中，g表示在微小時間Δt期間被新吸入氣體混合物的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量。該質(zhì)量g是通過從注入后時間t處形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量減去注入后時間(t-Δt)處形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量而得到的值。因此，質(zhì)量g可以通過使用了上述關(guān)系“G＝stoich·λ·Qfin”的以下方程式(11)來得到。在方程式(11)中，λ(t)和λ(t-Δt)分別表示注入后時間t和(t-Δt)處的過量空氣比率，其可以從上述方程式(2)和(3)中來得到。
ΔHg＝g·Cg·Tg(10) g＝stoich·(λ(t)-λ(t-Δt))·Qfin (11) 進(jìn)而，在方程式(10)中，Tg表示注入后時間t處的缸內(nèi)氣體的溫度，并且在假設(shè)在IVC之后缸內(nèi)氣體的狀態(tài)絕熱地改變的情況下，可以根據(jù)以下方程式(12)來獲得Tg。在以下方程式(12)中，Tgivc表示IVC處的缸內(nèi)氣體的溫度，并且Vg(CAivc)表示IVC處與曲柄角度CA相對應(yīng)的缸內(nèi)體積。進(jìn)而，Vg(CA)表示當(dāng)前時點(diǎn)(也就是注入后時間t)的缸內(nèi)體積。
進(jìn)而，在方程式(10)中，Cg表示注入后時間t處的缸內(nèi)氣體的常壓比熱，并且可以根據(jù)以下方程式(13)來獲得，所述方程式(13)類似于用于獲得氣體混合物的常壓比熱Cmix的上述方程式(9)。在以下方程式(13)中，funcCg為用于獲得缸內(nèi)氣體的常壓比熱Cg的函數(shù)，同時使用吸入空氣氧氣濃度[O2]in和缸內(nèi)氣體溫度Tg作為自變量。
Cg＝funcCg([O2]in，Tg)(13) 注意，由吸入空氣氧氣濃度傳感器78所檢測的吸入空氣氧氣濃度RO2in被用作自變量[O2]in的值，其用于通過方程式(13)來獲得針對每一個微小時間Δt的缸內(nèi)氣體的常壓比熱Cg。進(jìn)而，當(dāng)前時點(diǎn)(也就是注入后時間t)處的缸內(nèi)氣體溫度被用作自變量Tg的值。由于上述方程式(10)的右側(cè)的所有項(xiàng)都可以通過上述計算來得到，因此缸內(nèi)氣體的熱能ΔHg可以根據(jù)方程式(10)來得到。
接下來，作為在微小時間Δt期間在氣體混合物中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果而生成的反應(yīng)熱Hr可以由以下方程式(14)來表示。在以下方程式(14)中，Hf表示預(yù)定常數(shù)，并且qr表示在微小時間Δt期間在氣體混合物中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)所消耗的燃料量。
Hr＝Hf·qr (14) 與燃料消耗量qr有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)不僅包括點(diǎn)燃反應(yīng)(熱焰反應(yīng))和低溫氧化反應(yīng)(冷焰反應(yīng))，而且包括各種其他的化學(xué)反應(yīng)。由于燃料消耗量qr被視為主要取決于氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix和氣體混合物溫度Tmix，因此燃料消耗量qr可以用以下方程式(15)來表示。
qr＝funcqr([O2]mix，[Fuel]mix，Tmix) (15) 在方程式(15)中，funcqr為用于獲得燃料消耗量qr的函數(shù)，同時使用了氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix和氣體混合物溫度Tmix作為自變量。與氣體混合物氧氣濃度[O2]mix的情況一樣，如后所述，可以獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix。通過方程式(15)來獲得針對每一個微小時間Δt的燃料消耗量qr的自變量[O2]mix和[Fuel]mix的值與處于比當(dāng)前時點(diǎn)(也就是注入后時間t)超前了微小時間Δt的時點(diǎn)處的值是相對應(yīng)的。
進(jìn)而，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物溫度Tpre被用作方程式(15)的自變量Tmix(氣體混合物溫度)的值。在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物溫度Tpre指的是，在由上述方程式(11)計算的質(zhì)量為g的缸內(nèi)氣體在被新吸入氣體混合物中之后，但是在從注入后時間(t-Δt)到注入后時間t的時間段中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的時點(diǎn)處的氣體混合物溫度，并且可以通過以下方程式(16)來獲得。
在方程式(16)中，Mmix(t-Δt)和Cmix(t-Δt)分別表示注入后時間(t-Δt)處的氣體混合物的質(zhì)量和氣體混合物的常壓比熱，并且可以分別通過上述方程式(8)和(9)來獲得。進(jìn)而，注入后時間(t-Δt)處的氣體混合物的熱函Hmix(t-Δt)是已知的。因此，可以得到在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物溫度Tpre。由于上述方程式(15)的右側(cè)的所有自變項(xiàng)的值都可以得到，因此根據(jù)方程式(14)和(15)可以得到通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱Hr。
通過上述計算，針對其中注入后時間(t-Δt)處的氣體混合物的熱函Hmix(t-Δt)是已知的情況，獲得了從注入后時間(t-Δt)和注入后時間t之間的微小時間Δt期間的氣體混合物的熱函增加ΔHmix(＝ΔHg+Hr)。因此，可以得到注入后時間t處的氣體混合物(＝Hmix(t-Δt)+ΔHmix)的熱函Hmix(t)。
而且，在當(dāng)注入后時間t為零的時點(diǎn)處，氣體混合物處于其中氣體混合物還沒有吸入缸內(nèi)氣體中的狀態(tài)，也就是說，氣體混合物只包括燃料蒸氣(見圖3A)。因此，當(dāng)時的氣體混合物的熱函Hmix(0)可以通過以下方程式(17)來獲得。在方程式(17)中，Cf表示燃料(蒸氣)的常壓比熱(在本例子中為常數(shù))。
Hmix(0)＝Qfin·Cf·Tf (17) 進(jìn)而，Tf表示燃料蒸氣本身的溫度，在考慮到在緊接著其注入之后當(dāng)液體燃料變成燃料蒸氣時的時點(diǎn)處每單位質(zhì)量的比潛熱Qvapor的情況下，可以通過以下方程式(18)來得到Tf。在以下方程式(18)中，Tcr表示在注入后時間t等于零的時點(diǎn)處由燃料溫度傳感器76所檢測的液體燃料的溫度。αcr表示校正系數(shù)，用于考慮當(dāng)燃料通過燃料管23從燃料注入泵22的排放端口附近到燃料注入閥21時所產(chǎn)生的熱損失。
因此，還可以獲得注入后時間t為零的時點(diǎn)處的氣體混合物的熱函Hmix(0)。通過上述計算，可以獲得針對注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物熱函Hmix。
由于以上述方式獲得了針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物的熱函Hmix、氣體混合物的質(zhì)量Mmix和氣體混合物的常壓比熱Cmix，因此可以根據(jù)上述方程式(7)獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物溫度Tmix。
<獲得氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix> 接下來講述用于獲得在氣體混合物中所包含的燃料的濃度(質(zhì)量濃度)[Fuel]mix。注入后時間t處的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix為，“注入后時間t處氣體混合物中所存在的燃料質(zhì)量”與通過上述方程式(8)所得到的注入后時間t處的氣體混合物質(zhì)量Mmix的比。
“注入后時間t處氣體混合物中所存在的燃料質(zhì)量”是通過如下方式所獲得的值，即，從當(dāng)注入后時間t為零時所注入的燃料量(指令燃料注入量Qfin)減去在從注入到當(dāng)前時點(diǎn)(注入后時間t)的時間段期間化學(xué)反應(yīng)所消耗的燃料量。因此，注入后時間t處的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix可以由以下方程式(19)來表示。
在方程式(19)中，“∑qr”表示燃料消耗量qr的值的總和，并且根據(jù)上述方程式(15)在從注入到當(dāng)前時點(diǎn)(注入后時間t)的時間段中的每一個微小時間Δt中對其進(jìn)行獲得和更新。以上述方式，通過獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的燃料消耗量qr和氣體混合物質(zhì)量Mmix，可以根據(jù)方程式(19)來獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix。
<獲得氣體混合物氧氣濃度[O2]mix> 接下來講述用于獲得在氣體混合物中所包含的氧氣的濃度(質(zhì)量濃度)[O2]mix的方法。注入后時間t處的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix為，“注入后時間t處氣體混合物中所存在的氧氣質(zhì)量”與注入后時間t處的氣體混合物質(zhì)量Mmix的比。
“注入后時間t處氣體混合物中所存在的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量”是通過如下方式所獲得的值，即，從注入后時間t處形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G中減去在從注入到當(dāng)前時點(diǎn)(注入后時間t)的時間段期間化學(xué)反應(yīng)所消耗的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量。氣體混合物在微小時間Δt內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)中所消耗的缸內(nèi)氣體的消耗量gr和燃料的消耗量qr(在微小時間Δt內(nèi))可以用以下方程式(20)來表示。
gr＝stoich·qr (20) 因此，“注入后時間t處氣體混合物中所存在的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量”可以表示成“G-∑gr”。這里，∑gr表示缸內(nèi)氣體消耗量gr的值的總和，根據(jù)上述方程式(20)，在從注入到當(dāng)前時點(diǎn)(注入后時間t)的時間段中的每一個微小時間Δt中獲得和更新缸內(nèi)氣體消耗量gr。
“注入后時間t處氣體混合物中所存在的氧氣質(zhì)量”可以通過用“注入后時間t處氣體混合物中所存在的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量”乘以缸內(nèi)氣體中的氧氣濃度(相應(yīng)地，上述吸入空氣氧氣濃度[O2]in)來得到。因此，注入后時間t處的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix可以用以下方程式(21)來表示。
以上述方式，通過獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G、缸內(nèi)氣體消耗量gr和氣體混合物質(zhì)量Mmix，可以根據(jù)方程式(21)來獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix。
<獲得氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix> 接下來講述用于獲得在氣體混合物中所包含的氮?dú)鉂舛?質(zhì)量濃度)[N2]mix。注入后時間t處的氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix為“注入后時間t處氣體混合物中所存在的氮?dú)赓|(zhì)量”與注入后時間t處的氣體混合物質(zhì)量Mmix的比。
缸內(nèi)氣體中的氮?dú)鉃槎栊詺怏w，并且在從注入到當(dāng)前時點(diǎn)(注入后時間t)的時間段期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中，不消耗氣體混合物中的氮?dú)?。因此，通過用注入后時間t處形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G乘以缸內(nèi)氣體中的氮?dú)鉂舛?相應(yīng)地，吸入空氣氮?dú)鉂舛萚N2]in)而獲得“注入后時間t處氣體混合物中所存在的氮?dú)赓|(zhì)量”。因此，注入后時間t處的氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix可以用以下方程式(22)來表示。
以上述方式，通過獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G和氣體混合物質(zhì)量Mmix，根據(jù)方程式(22)，可以獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix。上面講述了用于獲得氣體混合物溫度Tmix、氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix、氣體混合物氧氣濃度[O2]mix和氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix的方法，它們都是估計排放物生成量所需要的。
(估計排放物生成量的方法) 接下來講述用于通過本設(shè)備來估計排放物生成量的方法。在本例子中，煙灰生成量和NO生成量被估計為排放物生成量。首先來講述煙灰生成量的估計。
<煙灰生成量> 煙灰生成量可以通過使用在氣體混合物中所包含的煙灰濃度[Soot]mix的變化速率(下面將其稱為“煙灰生成速度d[Soot]mix/dt”)來得到，這可以以下方程式(23)來獲得，方程式(23)是在Transactionsof the Japanese Society of Mechanical Engineers(book B)，vol 48和No.432(以下稱為非專利文獻(xiàn)2)中的“Combustion Model ofDirect-Injection-Type Diesel Engine and Performance Prediction”中所公開的經(jīng)驗(yàn)公式。
在方程式(23)中，dmsf/dt表示由于氣體混合物內(nèi)煙灰的形成而引起的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix的增加速度(下面將其稱為“煙灰形成速度”)，并且dmso/dt表示由于氣體混合物內(nèi)煙灰被氧化而引起的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix的減少速度(下面將其稱為“煙灰氧化速度”)。這些速度分別用以下方程式(24)和(25)來表示。
在方程式(24)和(25)中，Af和Ao都是常數(shù)，并且Esf和Eso為活化能量(在本例子中為常數(shù))。進(jìn)而，Pg表示缸內(nèi)氣體的壓力，在假設(shè)缸內(nèi)氣體的狀態(tài)在IVC之后絕熱地改變的情況下，可以通過以下方程式(26)來得到Pg。在以下方程式(26)中，Pgivc表示在IVC處缸內(nèi)氣體的壓力，并且Vg(CAivc)表示與上述IVC處的曲柄角度CA相對應(yīng)的缸內(nèi)體積。進(jìn)而，Vg(CA)表示當(dāng)前時點(diǎn)(也就是注入后時間t)處的缸內(nèi)體積。
上述方程式(24)顯示，氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix、氣體混合物溫度Tmix和缸內(nèi)氣體壓力Pg越大，則煙灰形成速度越大(對應(yīng)地為煙灰形成越容易)。進(jìn)而，上述方程式(25)顯示，氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix、氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、氣體混合物溫度Tmix和缸內(nèi)氣體壓力Pg越大，則煙灰氧化速度越大(對應(yīng)地為煙灰的氧化和消除越容易)。
通過在每一個微小時間Δt內(nèi)將針對注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt可以得到的氣體混合物溫度Tmix、氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix和氣體混合物氧氣濃度[O2]mix應(yīng)用到方程式(23)至(25)，可以獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的煙灰生成速度d[Soot]mix/dt。
因此，通過將從注入后時間t為零的時點(diǎn)處開始的每一個微小時間Δt處獲得的煙灰生成速度d[Soot]mix/dt相對于時間進(jìn)行積分(累積)，可以在從注入后時間t為零的時點(diǎn)處開始的每一個微小時間Δt內(nèi)對注入后時間t處的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix進(jìn)行更新。如果可以以上述方式獲得注入后時間t處的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix，則通過用氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix乘以氣體混合物質(zhì)量Mmix可以得到注入后時間t處的煙灰生成量。
<NO生成量> 接下來講述NO生成量的估計。NO生成量可以通過利用在氣體混合物中所包含的NO濃度[NO]mix的變化速率(下面將其稱為“NO生成速度d[NO]mix/dt”)來得到，例如，這可以通過基于Yukio MIZUTANI，Morikita Publishing Co.，Ltd的“Combustion Engineering”中引入的擴(kuò)展Zel’dovich機(jī)制的以下方程式(27)來得到。
在方程式(27)中，An為常數(shù)，En表示活化能量(本例子中的常數(shù))。進(jìn)而，kfo(Tmix)表示根據(jù)氣體混合物溫度Tmix所確定的均衡常數(shù)。上述方程式(27)顯示，氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix和氣體混合物溫度Tmix越高，則NO生成速度越大(對應(yīng)地為NO的生成越容易)。
通過在每一個微小時間Δt內(nèi)將針對注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt可以得到的氣體混合物溫度Tmix、氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix和氣體混合物氧氣濃度[O2]mix應(yīng)用到方程式(27)，可以獲得針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的NO生成速度d[NO]mix/dt。
因此，通過將從注入后時間t為零的時點(diǎn)處開始的每一個微小時間Δt內(nèi)獲得的NO生成速度d[NO]mix/dt相對于時間進(jìn)行積分(累積)，可以在從注入后時間t為零的時點(diǎn)處開始的每一個微小時間Δt內(nèi)對注入后時間t處的氣體混合物NO濃度[NO]mix進(jìn)行更新。如果可以以上述方式來獲得注入后時間t處的氣體混合物NO濃度[NO]mix，則通過用氣體混合物NO濃度[NO]mix乘以氣體混合物質(zhì)量Mmix可以得到注入后時間t處的NO生成量。
(注入燃料的劃分，氣體混合物的劃分) 如圖3A和3B所示，以這種方式獲得的氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)和排放物生成量都是在假設(shè)指令燃料注入量為Qfin的燃料是在燃料注入開始時刻CAinj處一次性(瞬時)注入的情況下獲得的值。也就是說，假設(shè)在燃料注入開始時刻CAinj之后，質(zhì)量為Qfin的所有燃料都以上述噴射角θ呈圓錐形分散(見圖3B)，從而形成“單個氣體混合物”，這里噴射角θ是根據(jù)燃料注入開始時刻CAinj處的有效注入壓力ΔP和燃料注入開始時刻CAinj處的缸內(nèi)氣體密度ρg0確定的。
不過，如上所述，實(shí)際上指令燃料注入量為Qfin的燃料在從燃料注入開始時刻CAinj的注入時間段TAU上是連續(xù)注入的。因此，當(dāng)在顯微鏡下觀察燃燒室內(nèi)的氣體混合物的進(jìn)展時，越是接近氣體混合物的底部，相對于燃料注入開始時刻Cainj的燃料注入中所包含的延遲就越大。換句話說，在特定部分中所包含的燃料的注入時點(diǎn)是根據(jù)在由氣體混合物所占據(jù)的區(qū)域內(nèi)的特定部分的位置所改變的。
同時，與在燃料注入之后所過去的時間相對應(yīng)的缸內(nèi)氣體的狀態(tài)(溫度Tg和密度ρg等)是根據(jù)燃料的注入時點(diǎn)而變化的。另外，燃料注入時點(diǎn)處的有效注入壓力ΔP和燃料注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體密度ρg0(對應(yīng)的，噴射角θ)也是根據(jù)燃料的注入時點(diǎn)而變化的。換句話說，燃燒室內(nèi)的氣體混合物的狀態(tài)的進(jìn)展根據(jù)氣體混合物中所包含的燃料的注入時點(diǎn)而變化。
從上面我們知道，氣體混合物(對應(yīng)于在燃料注入之后所過去的時間)的狀態(tài)(溫度等)是根據(jù)氣體混合物所占據(jù)的區(qū)域中的位置而變化的。因此，氣體混合物內(nèi)所生成的排放物的量也是根據(jù)氣體混合物所占據(jù)的區(qū)域中的位置而變化的。也就是說，由于燃燒室內(nèi)的氣體混合物進(jìn)展的不均勻性，氣體混合物內(nèi)所生成的排放物的量也變得不均勻。
考慮到氣體混合物的不均勻性和排放物生成量的不均勻性，為了準(zhǔn)確估計氣體混合物的狀態(tài)和排放物生成量，可以采用其中注入時間段TAU被分成多個子時間段并且指令燃料注入量為Qfin的燃料被分成在相應(yīng)的子時間段中被依次注入的多個部分的方法。然后，單獨(dú)估計由各燃料部分所形成的氣體混合物。
在本實(shí)施例中，如圖4所示，注入時間段TAU被均等分成三個子時間段也就是“前1/3 TAU時間段”、“中間1/3 TAU時間段”和“后1/3 TAU時間段”，并且在前1/3 TAU時間段、中間1/3 TAU時間段和后1/3 TAU時間段依次并且單獨(dú)注入質(zhì)量分別為Q(1)、Q(2)和Q(3)的燃料部分。
更為確切地說，在燃料注入開始時刻CAinj處一次性注入了在與第一注入有關(guān)的注入時間段“前1/3 TAU時間段”內(nèi)的質(zhì)量為Q(1)的燃料部分；在第一注入已經(jīng)過去了1/3 TAU時一次性注入與第二注入有關(guān)的注入時間段“中間1/3 TAU時間段”的質(zhì)量為Q(2)的燃料部分；并且在第二注入已經(jīng)過去了1/3 TAU時一次性注入與第三注入有關(guān)的注入時間段“前1/3 TAU時間段”的質(zhì)量為Q(3)的燃料部分。注意，雖然“Q(1)+Q(2)+Q(3)＝Qfin”仍然成立，但是例如由于注入壓力Pcr在注入時間段TAU內(nèi)并不是保持不變的，因此Q(1)、Q(2)和Q(3)并非彼此相等。
本設(shè)備單獨(dú)處理作為第一注入的結(jié)果而形成的氣體混合物(第一氣體混合物)、作為第二注入的結(jié)果而形成的氣體混合物(第二氣體混合物)和作為第三注入的結(jié)果而形成的氣體混合物(第三氣體混合物)；并且對于每一個氣體混合物，按照上述流程單獨(dú)估計氣體混合物狀態(tài)(溫度Tmix等)和排放物生成量。
因此，考慮到氣體混合物在如下方面的差別，可以單獨(dú)估計氣體混合物狀態(tài)和排放物生成量，所述方面是與燃料注入之后過去的時間相對應(yīng)的缸內(nèi)氣體狀態(tài)、在燃料注入時的有效注入壓力ΔP和燃料注入時的缸內(nèi)氣體密度ρg(對應(yīng)的，噴射角θ)。
因此，本設(shè)備通過對每一個氣體混合物所估計的排放物生成量進(jìn)行求和，從而估計總的排放物生成量(確切地說為總的煙灰生成量Soot和總的NO生成量NO)。通過這種程序，在考慮到上述排放物生成量的不均勻性的情況下可以準(zhǔn)確地估計總的排放物生成量。
(燃料注入控制的要點(diǎn)) 緊接著確定了缸內(nèi)氣體的量的IVC之后，本設(shè)備開始進(jìn)行與氣體混合物狀態(tài)的估計和排放物生成量的估計有關(guān)的上述計算，并且在燃料注入開始時刻CAinj到來之前完成總的排放物生成量(確切地說為總的煙灰生成量Soot和總的NO生成量NO)的估計。
本設(shè)備根據(jù)引擎的操作條件來獲得目標(biāo)排放物生成量(確切地說為目標(biāo)煙灰生成量Sootter和目標(biāo)NO生成量NOter)，當(dāng)所估計的總的煙灰生成量Soot和總的NO生成量NO中的一個充分大于相應(yīng)的目標(biāo)生成量時，并且對燃料注入壓力進(jìn)行反饋控制，以便使總的生成量下降。
確切地說，當(dāng)通過用所估計的總的煙灰生成量Soot減去目標(biāo)煙灰生成量Sootter所得到的值大于預(yù)定值時，本設(shè)備將燃料注入起始壓力從基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase增大預(yù)定量。因此，控制以減少煙灰生成量。同時，當(dāng)通過用所估計的總的NO生成量NO減去目標(biāo)NO生成量NOter所得到的值大于預(yù)定值時，本設(shè)備將燃料注入起始壓力從基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase減少預(yù)定量。因此，控制以減少NO生成量。上述為燃料注入控制的要點(diǎn)。
(實(shí)際操作) 接下來講述用于具有上述結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的排放物生成量估計設(shè)備的實(shí)際操作。
<氣體混合物溫度等和排放量的計算> CPU 61以預(yù)定間隔重復(fù)執(zhí)行由圖5～9中的一系列流程圖所示的例程，并且用于計算氣體混合物的溫度等和排放量。因此，當(dāng)已經(jīng)到達(dá)預(yù)定時刻時，CPU 61從步驟500開始處理，并且進(jìn)行到步驟505，以便確定吸氣閥Vin是否從打開狀態(tài)變成關(guān)閉狀態(tài)(也就是是否到達(dá)了IVC)。當(dāng)CPU 61判斷為“否”時，直接進(jìn)展到步驟595，并且結(jié)束當(dāng)前本例程的執(zhí)行。
這里，假設(shè)在特定氣缸中到達(dá)了IVC。在這種情況下，當(dāng)進(jìn)展到步驟505時，CPU 61判斷為“是”，然后進(jìn)展到步驟510。在步驟510中，CPU 61將從曲柄位置傳感器74獲得的當(dāng)前實(shí)際曲柄角度CAact存儲為IVC處的曲柄角度CAivc，將從吸氣管壓力傳感器73獲得的當(dāng)前吸氣管壓力Pb存儲為IVC處的缸內(nèi)氣體壓力Pgivc，將從吸入空氣溫度傳感器72獲得的當(dāng)前吸入空氣溫度Tb存儲為IVC處的缸內(nèi)氣體溫度Tgivc，并且將從吸入空氣氧氣濃度傳感器78獲得的當(dāng)前吸入空氣氧氣濃度RO2in存儲為吸入空氣氧氣濃度
in。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟515，以便根據(jù)IVC處的缸內(nèi)氣體壓力Pgivc、IVC處的缸內(nèi)氣體溫度Tgivc和上述方程(5)獲得缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟520，并且根據(jù)從加速器打開傳感器75獲得的當(dāng)前加速器打開Accp、從曲柄位置傳感器74獲得的當(dāng)前引擎速度NE和如圖10所示的表格(映射)MapQfin來獲得指令燃料注入量Qfin(也就是燃料注入時間段TAU)。在ROM 62中所存儲的表格MapQfin確定了加速器打開Accp和引擎速度NE以及指令燃料注入量Qfin之間的關(guān)系。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟525，并且根據(jù)指令燃料注入量Qfin、引擎速度NE和如圖11所示的表格MapCAinj來確定燃料注入開始時刻CAinj。在ROM 62中所存儲的表格MapCAinj確定了指令燃料注入量Qfin和引擎速度NE以及指令燃料注入量Qfin之間的關(guān)系。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟530，以便根據(jù)指令燃料注入量Qfin、引擎速度NE和如圖12所示的表格MapPcrbase來確定基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase。在ROM 62中所存儲的表格MapPcrbase確定了指令燃料注入量Qfin和引擎速度NE以及基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase之間的關(guān)系。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟535，并且根據(jù)通過將燃料注入時間段TAU除以3所獲得的值“TAU/3”、所獲得的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase和函數(shù)funcPcr來獲得用于第一、第二和第三注入的燃料注入壓力Pcr(1)、Pcr(2)和Pcr(3)。如上所述，假設(shè)在燃料注入開始時刻CAinj處一次性執(zhí)行第一注入(質(zhì)量Q(1))，在第一注入之后過去了1/3 TAU時一次性執(zhí)行第二注入(質(zhì)量Q(2))，并且在第二注入之后過去了1/3 TAU時一次性執(zhí)行第三注入(質(zhì)量Q(3))。
在將注入壓力調(diào)整為在燃料注入開始時刻CAinj處所獲得的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase的狀態(tài)下，當(dāng)從燃料注入開始時刻CAinj的燃料注入時間段TAU上連續(xù)注入燃料時，函數(shù)funcPcr在考慮到注入壓力的改變(下降)的情況下確定燃料注入壓力Pcr(1)、Pcr(2)和Pcr(3)。確切地說，通過上述判斷，用于第一注入的燃料注入壓力Pcr(1)被設(shè)置為等于基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase的值，并且用于第二和第三注入的燃料注入壓力Pcr(2)和Pcr(3)的每一個被設(shè)置為比基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase小預(yù)定量的值。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟540，并且根據(jù)所獲得的燃料注入時間段TAU、值“TAU/3”、所獲得的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase和函數(shù)funcQ來獲得第一、第二和第三注入的各個燃料量(質(zhì)量)Q(1)、Q(2)和Q(3)。該步驟540對應(yīng)于注入燃料劃分裝置。
在其中將注入壓力調(diào)整為在燃料注入開始時刻CAinj處所獲得的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase的狀態(tài)下，當(dāng)從燃料注入開始時刻CAinj起的燃料注入時間段TAU上連續(xù)注入燃料時，函數(shù)funcQ在考慮到注入壓力的改變(下降)的情況下確定燃料量Q(1)、Q(2)和Q(3)。確切地說，通過上述判斷，設(shè)置燃料量(質(zhì)量)Q(1)、Q(2)和Q(3)，從而使關(guān)系“Qfin＝Q(1)+Q(2)+Q(3)”成立。不過，燃料量Q(1)、Q(2)和Q(3)不會變成彼此相等。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟545，并且根據(jù)值“TAU/3”、當(dāng)前引擎速度NE、燃料注入開始時刻CAinj和函數(shù)funcCAinj來獲得用于第一、第二和第三注入的各個注入時刻的曲柄角度CAinj(1)、CAinj(2)和CAinj(3)。
在假設(shè)引擎速度NE保持在當(dāng)前速度的情況下，函數(shù)funcCAinj獲得曲柄角度CAinj(1)、CAinj(2)和CAinj(3)。確切地說，通過上述處理，第一注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(1)被設(shè)置為與燃料注入開始時刻CAinj相對應(yīng)的值；第二注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(2)被設(shè)置為與燃料注入開始時刻CAinj(相應(yīng)地，第一注入的時刻)滯后了時間段“TAU/3”的時點(diǎn)相對應(yīng)的值；第三注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(3)被設(shè)置為與第二注入時刻滯后了時間段“TAU/3”的時刻相對應(yīng)的值。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟550，并且根據(jù)從燃料溫度傳感器76獲得的當(dāng)前燃料溫度Tcr和上述方程式(18)來獲得燃料蒸氣溫度Tf。隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟555，并且根據(jù)吸入空氣氧氣濃度[O2]in和用于通過使用[O2]in作為自變量來獲得缸內(nèi)氣體理論空氣-燃料比率stoich的函數(shù)funcstoich，從而獲得缸內(nèi)氣體理論空氣-燃料比率stoich。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟560，并且根據(jù)吸入空氣氧氣濃度[O2]in和用于通過使用[O2]in作為自變量來獲得缸內(nèi)氣體中的氮?dú)鉂舛鹊暮瘮?shù)func[N2]來獲得缸內(nèi)氣體中所包含的氮?dú)鉂舛?也就是吸入空氣氮?dú)鉂舛萚N2]in)。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟565，并且根據(jù)當(dāng)前引擎速度NE、微小時間Δt和用于通過使用NE和Δt作為自變量用于獲得微小曲柄角度ΔCA的函數(shù)funcΔCA來獲得微小曲柄角度ΔCA，該微小曲柄角度ΔCA是對應(yīng)于微小時間Δt(例如0.1msec)的曲柄角度。當(dāng)引擎速度NE保持在當(dāng)前時間(也就是緊接著IVC之后)處的值時，該微小曲柄角度ΔCA是對應(yīng)于微小時間Δt的曲柄角度。
然后CPU 61進(jìn)展到步驟570，并且將總的煙灰生成量Soot設(shè)置為初始值Soot0，并且將總的NO生成量NO設(shè)置為初始值NO0。在隨后的步驟575中，CPU 61將變量i的值清“0”。初始值Soot0對應(yīng)于在燃料注入之前的缸內(nèi)氣體中所包含的(對應(yīng)地，之前在EGR氣體中所包含的)煙灰量；并且初始值NO0對應(yīng)于在燃料注入之前的缸內(nèi)氣體中所包含的(對應(yīng)地為之前在EGR氣體中所包含的)NO量。
變量i的值被用于有選擇性地表示第一至第三注入中的一個。也就是說，“i＝1”表示第一注入(對應(yīng)為第一氣體混合物)、“i＝2”表示第二注入(對應(yīng)為第二氣體混合物)，并且“i＝3”表示第三注入(對應(yīng)為第三氣體混合物)。
接下來，CPU 61然后進(jìn)展到圖6的步驟605，并且將變量i的值(在當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”)增加“1”。結(jié)果，在當(dāng)前時點(diǎn)處，變量i的值變成“1”。因此，在該時點(diǎn)之后，只要“i＝1”就執(zhí)行與第一注入有關(guān)的計算。確切地說，首先，與第一注入有關(guān)的各種初始值被確定如下。
首先，CPU 61進(jìn)展到步驟610，并且通過用在上述步驟515中所獲得的缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg除以第一注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體體積Vg(CAinj(1))來獲得缸內(nèi)氣體密度ρg0(在第一注入時點(diǎn)處)，其中所述第一注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體體積Vg(CAinj(1))是根據(jù)在上述步驟545中所獲得的第i次(第一)注入時間處的曲柄角度CAinj(i)而獲得的。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟615，并且根據(jù)在上述步驟510中所獲得的IVC處的缸內(nèi)氣體壓力Pgivc、上述IVC處缸內(nèi)體積Vg(CAivc)、第i次(第一)注入時間處的缸內(nèi)體積Vg(CAinj(i))和對應(yīng)于上述方程式(4)的方程式來獲得缸內(nèi)氣體壓力Pg0(在第一注入時點(diǎn)處)。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟620，并且通過用在上述步驟535中所獲得的第i次(第一)注入壓力Pcr(i)減去上述缸內(nèi)氣體壓力Pg0來獲得有效注入壓力ΔP(在第一注入時點(diǎn)處)。在隨后的步驟625中，根據(jù)所獲得的有效注入壓力ΔP、缸內(nèi)氣體密度ρg0和表格Mapθ來獲得噴射角θ(與第一注入有關(guān))，CPU 61獲得噴射角θ(與第一注入有關(guān))。通過這樣，噴射角θ是根據(jù)第i次(第一)注入時點(diǎn)處的有效注入壓力ΔP和缸內(nèi)氣體密度ρg0來確定的(也就是曲柄角度CAinj(1))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟630，以便將過量空氣比率之前的值λb設(shè)置為初始值“0”，并且進(jìn)展到步驟635，以便將形成缸內(nèi)氣體質(zhì)量G的氣體混合物的值(與第一氣體混合物有關(guān))設(shè)置為初始值“0”。在隨后的步驟640中，CPU 61將燃料消耗量累積值sumpr和缸內(nèi)氣體消耗量累積值sumgr(與第一氣體混合物有關(guān))都設(shè)置為初始值“0”。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟645，并且根據(jù)對應(yīng)于上述方程式(17)的方程式，將氣體混合物熱函Hmix(與第一氣體混合物有關(guān))設(shè)置為初始值(也就是在上述步驟540中所獲得的第i次(第一)注入量Q(i)、燃料的常壓比熱Cf和在上述步驟550中所獲得的燃料蒸氣溫度Tf的乘積) 接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟650，以便將氣體混合物常壓比熱Cmix(與第一氣體混合物有關(guān))設(shè)置為燃料的上述常壓比熱Cf(初始值)，并且進(jìn)展到步驟655，以便將氣體混合物質(zhì)量Mmix(與第一氣體混合物有關(guān))設(shè)置為第i次(第一次)注入量Q(i)(初始值)。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟660，以便將氣體混合物NO濃度[NO]mix、煙灰濃度[Soot]mix和氧氣濃度[O2]mix的每一個(與第一氣體混合物有關(guān))設(shè)置為初始值“0”，并且將氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix(與第一氣體混合物有關(guān))設(shè)置為初始值“1”。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟665，以便將注入后時間t(與第一氣體混合物有關(guān))設(shè)置為初始值“0”，并且將曲柄角度CA(與第一注入有關(guān))設(shè)置為第i次(第一)注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(i)(初始值)。通過這些設(shè)置，與第i次(第一)氣體混合物有關(guān)的注入后時間t從第i次(第一)注入時點(diǎn)處算起。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟670，并且將標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值初始化為“0”。當(dāng)標(biāo)志ENDsoot的值為“1”時，該標(biāo)志表示煙灰濃度[Soot]mix的值正在被更新。當(dāng)標(biāo)志ENDsoot的值為“0”時，該標(biāo)志表示煙灰濃度[Soot]mix的更新已經(jīng)完成了。當(dāng)標(biāo)志ENDno的值為“1”時，該標(biāo)志表示NO濃度[NO]mix的值正在被更新。當(dāng)標(biāo)志ENDno的值為“0”時，該標(biāo)志表示NO濃度[NO]mix的更新已經(jīng)完成了。這樣，確定了與第i次(第一)注入有關(guān)的各種初始值。
接下來，CPU 61進(jìn)展到圖7的例程，并且開始進(jìn)行與第i次(第一)注入有關(guān)的計算氣體混合物溫度的處理。確切地說，CPU 61首先進(jìn)展到步驟705，并且將注入后時間t(與第一注入有關(guān))的值(當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”)更新或增加微小時間Δt，并且將曲柄角度CA(與第一注入有關(guān))的值(當(dāng)前時點(diǎn)處的“CAinj(1)”)更新或增加微小的曲柄角度ΔCA。這樣，曲柄角度CA的值被保持為與注入后時間t相對應(yīng)的值。通過這種處理，在該時點(diǎn)之后，注入后時間t(與第一注入有關(guān))變得等于微小時間Δt，并且曲柄角度CA(與第一注入有關(guān))變得等于CAinj(1)+ΔCA。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟710，并且通過將在上述步驟515中所獲得的缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg除以在上述步驟705中所更新的與曲柄角度CA相對應(yīng)的缸內(nèi)容量Vg(CA)，從而獲得了注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的缸內(nèi)氣體密度ρg(與第一注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟715，并且根據(jù)在上述步驟510中所獲得的IVC處的缸內(nèi)氣體壓力Pgivc、IVC處的上述缸內(nèi)容量Vg(CAivc)、對應(yīng)于曲柄角度CA的上述缸內(nèi)容量Vg(CA)和上述方程式(26)來獲得注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的缸內(nèi)氣體壓力Pg(與第一注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟720，并且根據(jù)在上述步驟510中所獲得的IVC處的缸內(nèi)氣體溫度Tgivc、IVC處的上述缸內(nèi)容量Vg(CAivc)、對應(yīng)于曲柄角度CA的上述缸內(nèi)容量Vg(CA)和上述方程式(12)來獲得注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的缸內(nèi)氣體溫度Tg(與第一注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟725，并且根據(jù)在上述步驟510中所獲得的上述吸入空氣氧氣濃度[O2]in、在步驟720中所獲得的缸內(nèi)氣體溫度Tg、用于通過使用[O2]in和Tg作為自變量用于獲得缸內(nèi)氣體的常壓比熱Cg的函數(shù)funcCg和上述方程式(13)來獲得注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的缸內(nèi)氣體壓力(與第一注入有關(guān))的常壓比熱Cg。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟730，并且根據(jù)在上述步驟710中所獲得的缸內(nèi)氣體密度ρg、在上述步驟625中所獲得的噴射角θ、在上述步驟620中所獲得的有效注入壓力ΔP、在上述步驟705中所更新的注入后時間t(與第i次(第一)注入有關(guān))和上述方程式(3)來得到燃料稀釋比率dλ/dt(與第i次(第一)注入有關(guān))。
然后，CPU 61進(jìn)展到步驟735，并且根據(jù)上述方程式(2)將與第i次(第一)注入有關(guān)的過量空氣比率λ更新為如下的值，即，通過將值“dλ/dt·Δt”(通過用所獲得的燃料稀釋比率dλ/dt乘以微小時間Δt而獲得的)加上當(dāng)時的過量空氣比率先前的值λb(由于步驟630的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”)所得到的值。通過這樣，得到了注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的過量空氣比率λ(與第一注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟740，并且根據(jù)在上述步驟555中所獲得的缸內(nèi)氣體理論空氣-燃料比率stoich、在步驟735中所獲得的過量空氣比率λ、過量空氣比率先前值λb(由于步驟630的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”；并且在下一個和隨后的時點(diǎn)處，為將要講述的在步驟785中所設(shè)置的值)、在步驟540中所設(shè)置的第i次(第一)注入量Q(i)和對應(yīng)于上述方程式(11)的方程式來得到在微小時間Δt期間(在注入后時間(t-Δt)和t之間)(與第一注入有關(guān))被新吸入到氣體混合物中的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量g。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟745，并且將形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G更新為如下的值，即，通過用上述新吸入的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量g加上當(dāng)時形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G(由于步驟635的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”)所得到的值。通過這樣，得到了注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G(與第一注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟750，并且將氣體混合物質(zhì)量Mmix更新為通過將上述新吸入的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量g加上當(dāng)時的氣體混合物質(zhì)量Mmix(由于步驟655的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為第一注入量Q(1))所得到的值。通過這樣，得到了注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的氣體混合物質(zhì)量Mmix(與第一注入有關(guān))。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟755，并且將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物的熱函Hpre設(shè)置為如下的值，即，通過用根據(jù)上述方程式(10)所得到的“上述新吸入的缸內(nèi)氣體的熱能ΔHg＝g·Cg·Tg”加上當(dāng)時的氣體混合物的熱函Hmix(由于步驟645的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處值為“Q(1)·Cf·Tf”)所得到的值。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟760，并且根據(jù)對應(yīng)于方程式(16)的方程式，通過如下方法，獲得發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物的溫度Tpre，所述方法是，用所得到的在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物的熱函Hpre除以如下所述的值，所述值是，通過在上述步驟750中所得到的氣體混合物質(zhì)量Mmix乘以當(dāng)時的氣體混合物常壓比熱Cmix(由于步驟650的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為燃料的常壓比熱Cf；并且在下一個和隨后的時點(diǎn)處，為在將要講述的步驟830中所設(shè)置的值)所得到的值。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟765，并且根據(jù)如下值來獲得在微小時間Δt期間(在注入后時間(t-Δt)和t之間)從氣體混合物中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中獲得燃料消耗母體的量qr，所根據(jù)的值是，當(dāng)時的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix(由于步驟660的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”；并且在下一個和隨后的時點(diǎn)處，為在將要講述的步驟820中所設(shè)置的值)、當(dāng)時的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix(由于步驟660的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”；并且在下一個和隨后的時點(diǎn)處，為在將要講述的步驟815中所設(shè)置的值)、所獲得的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物的溫度Tpre和上述方程式(15)。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟770，并且根據(jù)所獲得的燃料消耗量qr和上述方程式(14)來獲得在微小時間Δt期間(在注入后時間(t-Δt)和t之間)在氣體混合物中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的反應(yīng)熱量Hr。進(jìn)而，在隨后的步驟775中，CPU 61通過將氣體混合物的熱函Hmix設(shè)置為如下值從而對其進(jìn)行更新，所述值是，通過將所獲得的反應(yīng)熱量Hr加上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物的熱函Hpre所得到的值。通過這樣，得到了注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的氣體混合物的熱函Hmix(與第一注入有關(guān))。
然后，CPU 61進(jìn)展到步驟780，并且根據(jù)在上述步驟775中所得到的氣體混合物的熱函Hmix、在上述步驟750中所得到的氣體混合物質(zhì)量Mmix、當(dāng)時的氣體混合物常壓比熱Cmix(由于步驟650的處理，在當(dāng)前時點(diǎn)處為燃料的常壓比熱Cf；并且在下一個和隨后的時點(diǎn)處，為在將要講述的步驟830中所設(shè)置的值)和上述方程式(7)來獲得氣體混合物溫度Tmix。通過這樣，得到了在注入后時間t等于Δt的時點(diǎn)(對應(yīng)為曲柄角度CA＝CAinj(1)+ΔCA)處的氣體混合物溫度Tmix(與第一注入有關(guān))。步驟780對應(yīng)于氣體混合物狀態(tài)估計裝置。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟785，并且為了準(zhǔn)備下一次計算，將過量空氣比率先前值λb設(shè)置為在上述步驟735中所得到的過量空氣比率λ的值。在這一時點(diǎn)之后，在上述步驟735中使用該值。以這樣的方式，計算了注入后時間t處的氣體混合物溫度Tmix(與第i次(第一)注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到圖8的例程，并且啟動用于計算與第i次(第一)注入有關(guān)的各種濃度的處理。確切地說，CPU 61首先進(jìn)展到步驟805，以便根據(jù)在上述步驟765中所得到的在微小時間Δt期間(在注入后時間(t-Δt)和t之間)在氣體混合物中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中所消耗的燃料量qr、在上述步驟555中所得到的缸內(nèi)氣體理論空氣-燃料比率stoich和上述方程式(20)，來獲得在微小時間Δt期間(在注入后時間(t-Δt)和t之間)在氣體混合物中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)中所消耗的缸內(nèi)氣體量gr。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟810，以便將燃料消耗量累積值sumqr(與第一注入有關(guān))更新為通過用在步驟675中所得到的燃料消耗量qr加上當(dāng)時的燃料消耗量累積值sumqr(由于步驟640的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”)所得到的值，并且將缸內(nèi)氣體消耗量累積值sumgr(與第一注入有關(guān))更新為通過用在步驟805中所得到的缸內(nèi)氣體消耗量gr加上當(dāng)時的缸內(nèi)氣體消耗量累積值sumgr(由于步驟640的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”)所得到的值。通過這樣，得到了注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的燃料消耗量累積值sumqr和缸內(nèi)氣體消耗量累積值sumgr(與第一注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟815，并且根據(jù)在步驟540中所得到的第i次(第一)注入量Q(i)、所得到的燃料消耗量累積值sumqr、在步驟750中所得到的氣體混合物質(zhì)量Mmix和對應(yīng)于上述方程式(19)的方程式來獲得注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix(與第一注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟820，并且根據(jù)在步驟745中所得到形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G、所得到的缸內(nèi)氣體消耗量累積值sumgr、在步驟510中所設(shè)置的吸入空氣氧氣濃度[O2]in、在步驟750中所得到的氣體混合物質(zhì)量Mmix和上述方程式(21)來獲得注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix(與第一注入有關(guān))。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟825，并且根據(jù)在步驟745中所得到形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物的質(zhì)量G、在步驟560中所設(shè)置的吸入空氣氮?dú)鉂舛萚N2]in、在步驟750中所得到的氣體混合物質(zhì)量Mmix和上述方程式(22)來獲得注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix(與第一注入有關(guān))。這些步驟815至825也對應(yīng)于氣體混合物狀態(tài)估計裝置。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟830，并且根據(jù)在上述步驟820中所得到的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、在步驟780中所得到的氣體混合物溫度Tmix和上述方程式(9)來獲得注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的氣體混合物常壓比熱Cmix(與第一注入有關(guān))。在這一時點(diǎn)之后，在步驟760和780中使用該值。
然后，CPU 61進(jìn)展到步驟835，以便確定標(biāo)志ENDsoot的值是否為“0”。當(dāng)CPU 61判斷為“No”時，直接進(jìn)展到步驟870，而不對將要講述的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix執(zhí)行更新(將煙灰生成速度d[Soot]mix/dt相對于時間進(jìn)行積分的處理(步驟855))。
在當(dāng)前時點(diǎn)處，由于上述步驟670的處理，標(biāo)志ENDsoot的值被設(shè)置為“0”。因此，CPU 61在步驟835中判斷為“Yes”，并且進(jìn)展到步驟840，以便根據(jù)在步驟815中所得到的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix、步驟715中所得到的缸內(nèi)氣體壓力Pg、在步驟780中所得到的氣體混合物溫度Tmix和上述方程式(24)來獲得煙灰形成速度dmsf/dt。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟845，以便根據(jù)當(dāng)時的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix(由于步驟660的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”；并且在下一個和隨后的時點(diǎn)處，為在將要講述的步驟855中所設(shè)置的值)、在步驟820中所得到的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、在步驟715中所得到的缸內(nèi)氣體壓力Pg、在步驟780中所得到的氣體混合物溫度Tmix和上述方程式(25)來獲得煙灰氧化速度dmso/dt。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟850，以便根據(jù)所獲得的煙灰形成速度dmsf/dt、所獲得的煙灰氧化速度dmso/dt和上述方程式(23)來獲得煙灰生成速度d[soot]mix/dt，并且然后進(jìn)展到步驟855，以便將氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix設(shè)置或更新為如下值，即，用值“d[soot]mix/dt·Δt”(通過用所得到的煙灰生成速度d[soot]mix/dt乘以微小時間Δt得到的)加上當(dāng)時的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix(由于步驟660的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”)所得到的值。通過這樣，得到了在注入后時間t等于Δt的時點(diǎn)(對應(yīng)為曲柄角度CA＝CAinj(1)+ΔCA)處的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix(與第一注入有關(guān))。該步驟855對應(yīng)于排放物生成量估計裝置。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟860，以便判斷曲柄角度CA是否在壓縮頂部死點(diǎn)(下面將其稱為“TDC”)之后并且在步驟780中獲得的注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的氣體混合物溫度Tmix(與第一注入有關(guān))是否小于煙灰反應(yīng)臨界溫度TminSoot。注意，煙灰反應(yīng)臨界溫度TminSoot指的是低于該溫度就很難產(chǎn)生煙灰的溫度。
當(dāng)CPU 61判斷為“Yes”時，進(jìn)展到步驟865并且將標(biāo)志ENDsoot的值從“0”變成“1”。結(jié)果，在這一時點(diǎn)之后，當(dāng)CPU 61進(jìn)展到步驟835時，CPU 61判斷為“No”，從而如上所述地不執(zhí)行氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix的更新(步驟855)。通過這樣，可以省略與氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix的更新有關(guān)的多余計算，并且可以減少CPU61的計算負(fù)荷。
由于當(dāng)前時點(diǎn)緊接著IVC，因此當(dāng)前時間是在TDC之前。因此，CPU 61在步驟860中判斷為“No”，并且直接進(jìn)展到步驟870。也就是說，標(biāo)志ENDsoot的值保持為“0”。
當(dāng)CPU 61進(jìn)展到步驟870時，判斷標(biāo)志ENDno的值是否為“0”。當(dāng)CPU 61判斷為“No”時，直接進(jìn)展到圖9的步驟905，而不執(zhí)行將要講述的氣體混合物NO濃度[NO]mix的更新(將NO生成速度d[NO]mix/dt相對于時間進(jìn)行積分的處理(步驟880))。
在當(dāng)前時點(diǎn)處，由于上述步驟670的處理，標(biāo)志ENDno的值被設(shè)置為“0”。因此，CPU 61在步驟870中判斷為“Yes”，并且進(jìn)展到步驟875，以便根據(jù)在步驟825中所獲得的氣體混合物氮?dú)鉂舛萚N2]mix、在步驟820中所獲得的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、在步驟780中所獲得的氣體混合物溫度Tmix和上述方程式(27)來獲得NO生成速度d[NO]mix/dt。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟880，以便將氣體混合物NO濃度[NO]mix設(shè)置或更新為如下值，即，用值“d[NO]mix/dt·Δt”(通過所得到的NO生成速度d[NO]mix/dt乘以微小時間Δt得到的)加上當(dāng)時的氣體混合物NO濃度[NO]mix(由于步驟660的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為“0”)所得到的值。通過這樣，得到了在注入后時間t等于Δt的時點(diǎn)(對應(yīng)為曲柄角度CA＝CAinj(1)+ΔCA)處的氣體混合物NO濃度[NO]mix(與第一注入有關(guān))。該步驟880也對應(yīng)于排放物生成量估計裝置。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟885，以便判斷曲柄角度CA是否在TDC之后并且在步驟780中獲得的注入后時間t(對應(yīng)為曲柄角度CA)處的氣體混合物溫度Tmix(與第一注入有關(guān))是否小于NO反應(yīng)臨界溫度Tmin NO。注意，NO反應(yīng)臨界溫度TminNO指的是低于該溫度就很難產(chǎn)生NO的溫度。
當(dāng)CPU 61判斷為“Yes”時，進(jìn)展到步驟890并且將標(biāo)志ENDno的值從“0”變成“1”。結(jié)果，在這一時點(diǎn)之后，當(dāng)CPU 61進(jìn)展到步驟870時，CPU 61判斷為“No”，從而如上所述地不執(zhí)行氣體混合物NO濃度[NO]mix的更新(步驟880)。通過這樣，可以省略與氣體混合物NO濃度[NO]mix的更新有關(guān)的多余計算，并且可以減少CPU 61的計算負(fù)荷。
與上述情況一樣，當(dāng)前時點(diǎn)緊接著IVC之后，因此當(dāng)前時間是在TDC之前。因此，CPU 61在步驟885中判斷為“No”，并且直接進(jìn)展到圖9的例程。也就是說，標(biāo)志ENDno的值保持為“0”。通過上述處理，計算了氣體混合物(第一氣體混合物)的過量空氣比率λ、第一氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)，以及在i＝1的注入后時間t(相應(yīng)地與第一注入有關(guān))等于Δt的時點(diǎn)(對應(yīng)為曲柄角度CA＝CAinj(1)+ΔCA)處的與第一氣體混合物有關(guān)的排放物濃度([Soot]mix和[NO]mix)。
當(dāng)CPU 61進(jìn)展到圖9的步驟905時，判斷標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值是否均為“1”或者曲柄角度CA與TDC之后的預(yù)定最終判斷曲柄角度Caend相一致。在當(dāng)前時點(diǎn)處，如上所述，標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值均為“0”，并且曲柄角度CA為通過用微小曲柄角度ΔCA加上處于第一注入(相應(yīng)地為TDC之前)的時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(1)所得到的角度，并且還沒有到達(dá)預(yù)定最終判斷曲柄角度CAend。
因此，在當(dāng)前時點(diǎn)處，CPU 61在步驟905中判斷為“No”，并且返回到圖7的步驟705。在這種情況下，在通過增加微小時間Δt來更新注入后時間t(與第一注入有關(guān))(在當(dāng)前時點(diǎn)處為“1·Δt”)并且通過增加微小曲柄角度ΔCA來更新曲柄角度CA(與第一注入有關(guān))(在當(dāng)前時點(diǎn)處為“CAinj(1)+·ΔCA”)之后，CPU 61再次執(zhí)行圖7的步驟710至圖9的步驟905的處理。
通過上述處理，計算了氣體混合物(第一氣體混合物)(見步驟735)的過量空氣比率λ、第一氣體混合物(見步驟780)的狀態(tài)(溫度Tmix等)，以及(只要標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值為零)對于i＝1的注入后時間t(相應(yīng)地與第一注入有關(guān))等于2·Δt的時點(diǎn)(對應(yīng)為曲柄角度CA＝CAinj(1)+2·ΔCA)處的與第一氣體混合物(見步驟855和880)有關(guān)的排放物濃度([Soot]mix和[NO]mix)。
每次在圖9的步驟905中判斷為“No”時，都重復(fù)執(zhí)行圖7的步驟705至圖9的步驟905的處理。結(jié)果，只要在圖9的步驟905中判斷為“No”，同時變量i保持為“1”，則獲得了從第一注入時間開始的每一個微小時間Δt(從CAinj(1)開始的每一個微小曲柄角度ΔCA)的第一氣體混合物的過量空氣比率λ、第一氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)，以及(只要標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值為零)與第一氣體混合物有關(guān)的排放物濃度([Soot]mix和[NO]mix)。
當(dāng)在TDC之后的擴(kuò)張沖程期間缸內(nèi)體積的增加或其他原因而導(dǎo)致氣體混合物溫度Tmix下降從而滿足了步驟860的上述條件時，標(biāo)志ENDsoot的值從“0”變成“1”。在這一時點(diǎn)之后，如上所述，不執(zhí)行煙灰濃度[Soot]mix的更新(步驟855)。進(jìn)而，當(dāng)在TDC之后的擴(kuò)張沖程期間缸內(nèi)體積的增加或者其他原因從而滿足了步驟885的上述條件時，標(biāo)志ENDno的值從“0”變成“1”。在這一時點(diǎn)之后，如上所述，不執(zhí)行NO濃度[NO]mix的更新(步驟880)。
當(dāng)標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值都變成“1”，或者當(dāng)曲柄角度CA已經(jīng)到了預(yù)定最終判斷曲柄角度CAend(即使標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值都還沒有變成“1”)時，當(dāng)CPU 61進(jìn)展到圖9的步驟905時，CPU 61判斷為“Yes”，并且進(jìn)展到步驟910和隨后的步驟，以便執(zhí)行用于結(jié)束對于i＝1的情況的計算的處理(相應(yīng)地與第一注入有關(guān))。
也就是說，在步驟910中，通過用在上述步驟855的處理所更新的當(dāng)前氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix乘以在上述步驟750中所更新的當(dāng)前氣體混合物質(zhì)量Mmix，CPU 61獲得了在第i次(第一)氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(i)，并且通過用在上述步驟880的處理中所更新的當(dāng)前氣體混合物NO濃度[NO]mix乘以當(dāng)前氣體混合物質(zhì)量Mmix，來獲得在第i次(第一)氣體混合物中所生成的NO的量NO(i)。
然后CPU 61進(jìn)展到步驟915，以便將總的煙灰生成量Soot更新為通過用所得到的在第i次(第一)氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(i)加上當(dāng)時總的煙灰生成量Soot(由于步驟570的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為初始值Soot0)所得到的值(Soot0+Soot(1))，并且將總的NO生成量NO更新為通過用所得到的在第i次(第一)氣體混合物中所生成的No的量NO(i)加上當(dāng)時總的NO生成量NO(由于步驟570的處理，當(dāng)前時點(diǎn)處為初始值NO0)所得到的值(NO0+NO(1))。通過上述處理，完成了用于第一注入(相應(yīng)地為第一氣體混合物)的計算。
然后CPU 61進(jìn)展到步驟920，并且判斷變量i的值是否為“3”。
由于在當(dāng)前時點(diǎn)處變量i的值為1，因此CPU 61在步驟920中判斷為“No”，并且返回到圖6的步驟605，以便將變量i的值增加1。在這一時點(diǎn)之后，由于變量i被設(shè)置為“2”，因此執(zhí)行用于第二注入(相應(yīng)地為第二氣體混合物)的計算。
也就是說，首先，在上述圖6的步驟610至670中設(shè)置與第二注入有關(guān)的各種初始值。確切地說，在步驟610中，通過使用第二注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)體積Vg(CAinj(2))而得到了缸內(nèi)氣體密度ρg0(在第二注入的時點(diǎn)處)，其中第二注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)體積Vg(CAinj(2))是根據(jù)在上述步驟545中所得到的第二注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(2)而獲得的。
隨后，在步驟615中，通過使用第二注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)體積Vg(CAinj(2))得到了缸內(nèi)氣體壓力Pg0(在第二注入的時點(diǎn)處)。結(jié)果，在步驟620中，通過從第二注入壓力Pcr(2)中減去上述缸內(nèi)氣體壓力Pg0，得到了有效注入壓力ΔP(在第二注入的時點(diǎn)處)。在隨后的步驟625中，根據(jù)所得到的有效注入壓力ΔP、缸內(nèi)氣體密度ρg0和表格Mapθ得到了噴射角θ(與第二注入有關(guān))。通過這樣，噴射角θ是根據(jù)有效注入壓力ΔP和第二注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體密度ρg0(也就是曲柄角度CAinj)來確定的。
進(jìn)而，在步驟645中，氣體混合物熱函Hmix(與第二氣體混合物有關(guān))被設(shè)置為初始值(也就是在上述步驟540中所得到的第二注入量Q(2)、燃料的常壓比熱Cf和在上述步驟550中所得到的燃料蒸氣溫度Tf的乘積)，并且在步驟655中，氣體混合物質(zhì)量Mmix(與第二氣體混合物有關(guān))被設(shè)置為第二注入量Q(2)(初始值)。
然后，在步驟665中，注入后時間t(與第二氣體混合物有關(guān))被設(shè)置為初始值“0”，并且曲柄角度CA(與第二氣體混合物有關(guān))被設(shè)置為第二注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(2)(初始值)。通過這些設(shè)置，與第二氣體混合物有關(guān)的注入后時間t是從第二注入時點(diǎn)算起的。
一旦在圖6的步驟610至670中設(shè)置了與第二注入有關(guān)的各種初始值，則執(zhí)行圖7的步驟705至圖9的步驟905的上述處理。結(jié)果，只要在圖9的步驟905中判斷為“No”，同時變量i保持為2，則對于第二注入時間開始的每一個微小時間Δt(從CAinj(2)開始的每一個微小曲柄角度ΔCA)都獲得了第二氣體混合物的過量空氣比率λ、第二氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)，以及(只要標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值為零)與第二氣體混合物有關(guān)的排放物濃度([Soot]mix和[NO]mix)。
當(dāng)滿足了步驟905的上述條件時，在步驟910中，獲得了在第二氣體混合物中生成的煙灰量Soot(2)和在第二氣體混合物中所生成的NO量NO(2)。在步驟915中，將總的煙灰生成量Soot更新為通過用所得到的在第二氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(2)加上當(dāng)時總的煙灰生成量(Soot0+Soot(1))所得到的值(Soot0+Soot(1)+Soot(2))，并且將總的NO生成量NO更新為通過用所得到的在第二氣體混合物中所生成的No量NO(2)加上當(dāng)時總的NO生成量(NO0+NO(1))所得到的值(NO0+NO(1)+NO(2))。通過上述處理，完成了用于第二注入(相應(yīng)地為第二氣體混合物)的計算。
在步驟920中，判斷變量i的值是否為“3”。由于在當(dāng)前時點(diǎn)處變量i的值為2，因此判斷為“No”，并且處理返回到圖6的步驟605，以便將變量i的值增加1。在這一時點(diǎn)之后，由于變量i被設(shè)置為“3”，因此執(zhí)行用于第三注入(相應(yīng)地為第三氣體混合物)的計算。
也就是說，首先，在上述圖6的步驟610至670中設(shè)置與第三注入有關(guān)的各種初始值。確切地說，在步驟610至625中，噴射角θ(與第三注入有關(guān))是根據(jù)有效注入壓力ΔP和第三注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體密度ρg0(也就是曲柄角度CAinj(3))來確定的。
進(jìn)而，在步驟645中，氣體混合物熱函Hmix(與第三氣體混合物有關(guān))被設(shè)置為初始值(也就是在上述步驟540中所得到的第三注入量Q(3)、燃料的常壓比熱Cf和在上述步驟550中所得到的燃料蒸氣溫度Tf的乘積)，并且在步驟655中，氣體混合物質(zhì)量Mmix(與第三氣體混合物有關(guān))被設(shè)置為第三注入量Q(3)(初始值)。
然后，在步驟665中，注入后時間t(與第三氣體混合物有關(guān))被設(shè)置為初始值“0”，并且曲柄角度CA(與第三注入有關(guān))被設(shè)置為第三注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(3)(初始值)。通過這些設(shè)置，與第三氣體混合物有關(guān)的注入后時間t是從第三注入時點(diǎn)算起的。
一旦在圖6的步驟610至670中設(shè)置了與第三注入有關(guān)的各種初始值，則隨后執(zhí)行圖7的步驟705至圖9的步驟905的上述處理。結(jié)果，只要在圖9的步驟905中判斷為“No”，同時變量i保持為3，則對于從第三注入時間開始的每一個微小時間Δt(從CAinj(3)開始的每一個微小曲柄角度ΔCA)都獲得了第三氣體混合物的過量空氣比率λ、第三氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)，以及(只要標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值為零)與第三氣體混合物有關(guān)的排放物濃度([Soot]mix和[NO]mix)。
當(dāng)滿足了步驟905的上述條件時，在步驟910中，獲得了在第三氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(3)和在第三氣體混合物中所生成的NO量NO(3)。在步驟915中，將總的煙灰生成量Soot更新為通過用所得到的在第三氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(3)加上當(dāng)時總的煙灰生成量(Soot0+Soot(1)+Soot(2))所得到的值(Soot0+Soot(1)+Soot(2)+Soot(3))，并且將總的NO生成量NO更新為用通過所得到的在第二氣體混合物中所生成的No量NO(3)加上當(dāng)時總的NO生成量(NO0+NO(1)+NO(2))所得到的值(NO0+NO(1)+NO(2)+NO(3))。
通過上述處理，完成了用于第三注入(相應(yīng)地為第三氣體混合物)的計算。進(jìn)而，通過上述處理，總的煙灰生成量Soot被獲得為在各個氣體混合物中所生成的煙灰量的總和，并且總的NO生成量NO被獲得為在各個氣體混合物中所生成的NO量的總和。也就是說，完成了排放物生成量的估計。CPU 61完成了上述氣體混合物狀態(tài)和緊接著IVC之后(也就是在燃料注入開始時刻CAinj之前的時點(diǎn))的排放物生成量的估計。
然后，在步驟920中，判斷變量i的值是否為“3”。由于在當(dāng)前時點(diǎn)處變量i的值為3，因此判斷為“Yes”。在這種情況下，CPU 61進(jìn)展到步驟925，并且根據(jù)當(dāng)前時點(diǎn)(也就是緊接著IVC之后的時點(diǎn))處的引擎速度NE、在上述步驟520中所確定的指令燃料注入量Qfin以及表格MapSootter和MapNOter來獲得目標(biāo)煙灰生成量Sootter和目標(biāo)NO生成量NOter。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟930，以便將煙灰生成量變動Δsoot設(shè)置為通過用在步驟915中所獲得的總的煙灰生成量Soot減去所得到的目標(biāo)煙灰生成量Sootter所得到的值，并且將NO生成量變動ΔNO設(shè)置為通過用在步驟915中所獲得的總的NO生成量NO減去所得到的目標(biāo)NO生成量NOter所得到的值。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟935，以便判斷所得到的煙灰生成量變動Δsoot是否大于參考值Sootref。當(dāng)CPU 61判斷為“Yes”時，進(jìn)展到步驟940，以便將最后燃料注入壓力Pcrfin設(shè)置為通過用預(yù)定值ΔPcr加上在上述步驟530中所確定的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase所得到的值。通過這樣，對燃料注入壓力進(jìn)行校正，以便減少煙灰生成量。
同時，當(dāng)CPU 61在步驟935中判斷為“No”時，進(jìn)展到步驟945，以便確定所得到的NO生成量變動ΔNO是否大于參考值NOref。當(dāng)CPU61判斷為“Yes”時，進(jìn)展到步驟950，以便將最后燃料注入壓力Pcrfin設(shè)置為通過從在上述步驟530中所確定的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase減去預(yù)定值ΔPcr所得到的值。通過這樣，對燃料注入壓力進(jìn)行校正，以便減少NO生成量。
同時，當(dāng)CPU 61在步驟945中判斷為“No”時(也就是當(dāng)ΔSoot≤Sootref且ΔNO≤NOref時)，進(jìn)展到步驟955，以便最后燃料注入壓力Pcrfin的值被設(shè)置為等于在上述步驟530中所確定的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase。也就是說，在這種情況下，不對燃料注入壓力進(jìn)行校正。
當(dāng)CPU 61進(jìn)展到步驟960時，它發(fā)出控制指令給燃料注入泵22(其驅(qū)動電路)，以便燃料注入壓力等于所設(shè)置的最后燃料注入壓力Pcrfin。然后CPU 61進(jìn)展到步驟595，并且結(jié)束圖5至9的一系列例程的當(dāng)前執(zhí)行。在這一時點(diǎn)之后，CPU 61每次進(jìn)展到步驟505時，都判斷為“No”，直到下一個IVC到來為止。
結(jié)果，通過執(zhí)行本例程，每次IVC到來時，確定燃料注入的條件(注入量、注入壓力和注入時刻)；立刻估計氣體混合物狀態(tài)和總的排放物生成量；并且根據(jù)總的排放物生成量的估計來結(jié)果來校正注入壓力。
進(jìn)而，對于每一個氣缸，CPU 61都以預(yù)定間隔重復(fù)執(zhí)行如圖13中的流程圖所示的例程，并且適用于執(zhí)行燃料注入控制。因此，當(dāng)已經(jīng)到達(dá)預(yù)定時刻時，CPU 61啟動從步驟1300開始的處理，然后進(jìn)展到步驟1305，以便確定實(shí)際的曲柄角度CAact是否等于在上述步驟525中所確定的燃料注入開始時刻CAinj。當(dāng)CPU 61判斷為“No”時，直接進(jìn)展到步驟1395，并且結(jié)束本例程的當(dāng)前執(zhí)行。
這里，假設(shè)實(shí)際曲柄角度CAact與燃料注入開始時刻Cainj相一致。在這種情況下，CPU 61進(jìn)展到步驟1310，并且指示相應(yīng)的燃料注入閥21注入步驟520中所確定的指令燃料注入量為Qfin的燃料(確切地說，在燃料注入時間段TAU期間是打開的)。隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟1395，并且結(jié)束本例程的當(dāng)前執(zhí)行。通過該處理，在上述步驟940、950和955的一個中所設(shè)置的最后燃料注入壓力Pcrfin之下，注入了指令燃料輸入數(shù)量為Qfin的燃料。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備和排放物生成量估計設(shè)備的第一實(shí)施例，注入時間段TAU被等分成三個時間段也就是“前1/3 TAU時間段”、“中間1/3 TAU時間段”和“后1/3 TAU時間段”。并且假設(shè)在燃料注入開始時刻CAinj處一次性執(zhí)行與“前1/3 TAU時間段”相對應(yīng)的第一注入(質(zhì)量Q(1))；在第一注入已經(jīng)過去了1/3 TAU時間段后一次性執(zhí)行與“中間1/3 TAU時間段”相對應(yīng)的第二注入(質(zhì)量Q(2))；并且在第二注入已經(jīng)過去了1/3 TAU時間段后一次性執(zhí)行與“后1/3 TAU時間段”相對應(yīng)的第三注入(質(zhì)量Q(3))。因此，單獨(dú)處理“三個氣體混合物”，也就是基于第一注入的第一氣體混合物、基于第二注入的第二氣體混合物和基于第三注入的第三氣體混合物；并且對于每一個氣體混合物，單獨(dú)估計對應(yīng)于注入后時間t的氣體混合物的過量空氣比率λ(表示缸內(nèi)氣體與氣體混合物的混合程度的值)、氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)和在氣體混合物中所生成的排放物(煙灰和NO)的量。
因此，考慮到氣體混合物在對應(yīng)于注入后時間T的過量空氣比率λ、對應(yīng)于注入后時間t的缸內(nèi)氣體的狀態(tài)(溫度Tg和密度ρg等)以及注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體密度ρg0和有效注入壓力ΔP(對應(yīng)的為噴射角θ)處的差別，可以單獨(dú)估計氣體混合物狀態(tài)和排放物生成量。然后，通過對每一個氣體混合物所估計的排放物的量進(jìn)行求和來估計總的排放物生成量(確切地說為總的煙灰生成量Soot和總的NO生成量NO)。因此，在考慮到上述氣體混合物的不均勻性和排放物生成量的不均勻性的情況下可以準(zhǔn)確估計總的排放物生成量。
本發(fā)明并不限于上述第一實(shí)施例，并且在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)可以進(jìn)行各種修改。例如，在第一實(shí)施例中，不論指令燃料注入量Qfin(相應(yīng)地為燃料注入時間段TAU)如何，注入燃料(相應(yīng)地為氣體混合物)都被分成三個部分。不過，注入燃料(相應(yīng)地為氣體混合物)所劃分的部分的個數(shù)可以根據(jù)指令燃料注入量Qfin而變化。在這種情況下，優(yōu)選地，部分的個數(shù)隨著指令燃料注入量Qfin而增加。
進(jìn)而，在第一實(shí)施例中，注入時間段TAU被等分成多個時間段。不過，注入時間段TAU可以被分成多個時間段，以便與這些時間段相對應(yīng)的燃料注入量彼此相等。在這種情況下，多個時間段變得不均勻。
而且，在第一實(shí)施例中，不僅點(diǎn)燃反應(yīng)(熱焰反應(yīng))和低溫氧化反應(yīng)(冷焰反應(yīng))而且各種其他化學(xué)反應(yīng)都被包含在與根據(jù)上述方程式(15)所計算的燃料消耗量qr有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)中(圖7的步驟765)。不過，考慮到與點(diǎn)燃反應(yīng)和低溫氧化反應(yīng)相比，與其他化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的燃料消耗量是相當(dāng)小的這一事實(shí)，可以僅僅將點(diǎn)燃反應(yīng)和低溫氧化反應(yīng)處理成與燃料消耗量qr有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。
在這種情況下，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)前氣體混合物溫度Tpre在其中發(fā)生低溫氧化反應(yīng)的溫度范圍之內(nèi)時，用于獲得燃料消耗量qr的函數(shù)funcqr用于輸出在低溫氧化反應(yīng)中所消耗的燃料量；當(dāng)化學(xué)反應(yīng)前氣體混合物溫度Tpre在其中發(fā)生點(diǎn)燃反應(yīng)的溫度范圍之內(nèi)時，用于獲得燃料消耗量qr的函數(shù)funcqr用于輸出在點(diǎn)燃反應(yīng)中所消耗的燃料量；并且當(dāng)化學(xué)反應(yīng)前氣體混合物溫度Tpre不在這些溫度范圍之內(nèi)時，輸出“0”。
上述第一實(shí)施例被配置為使得當(dāng)曲柄角度CA在TDC之后并且氣體混合物溫度Tmix低于排放物的反應(yīng)臨界溫度時，結(jié)束排放物生成速度對時間的積分處理，以便減少CPU 61的計算負(fù)荷。不過，除此之外，在曲柄角度CA到達(dá)TDC并且氣體混合物溫度Tmix超過排放物的反應(yīng)臨界溫度之前，停止執(zhí)行排放物生成速度對時間的積分處理。因此，可以省略與排放物生成量的計算有關(guān)的多余計算，從而可以進(jìn)一步減小CPU 61的計算負(fù)荷。
(第二實(shí)施例) 接下來講述包括根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備的排放物生成量估計設(shè)備。該第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，假設(shè)了其中在燃料注入時間段TAU的中間點(diǎn)燃?xì)怏w混合物，并且注入燃料被分成在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之前所注入的部分和在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之后所注入的部分的情況。因此，該差別主要講述如下。
(第二實(shí)施例中注入燃料的劃分和氣體混合物的劃分) 當(dāng)燃料注入時間段TAU相對較長時，在許多情況下燃燒室內(nèi)發(fā)展的氣體混合物在燃料注入時間段TAU的中間(也就是在其中繼續(xù)燃料注入的時間段中)點(diǎn)燃。在這種情況下，由于根據(jù)在點(diǎn)燃之前所注入的燃料而形成的氣體混合物(下面將其稱為“基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物”)從注入到點(diǎn)燃具有較長的時間，因此在點(diǎn)燃時已經(jīng)充分散開了。因此，在許多情況下，類似于混合前壓縮點(diǎn)燃燃燒的類似混合前的燃燒變成主導(dǎo)。
同時，由于根據(jù)在點(diǎn)燃之后所注入的燃料而形成的氣體混合物(下面將其稱為“基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物”)在注入之后立即點(diǎn)燃，因此在點(diǎn)燃的同時在氣體混合物還沒有充分散開的狀態(tài)中分散。因此，在許多情況下，類似于擴(kuò)散燃燒的類似擴(kuò)散燃燒變成主導(dǎo)。
類似混合前燃燒與類似擴(kuò)散燃燒的不同之處在于燃料的反應(yīng)速度(燃燒速度)。也就是說，在類似混合前燃燒中，由于在燃料和氧氣已經(jīng)充分混合的狀態(tài)下進(jìn)行點(diǎn)燃，因此存在足夠的氧氣量以容易地與燃料發(fā)生反應(yīng)。結(jié)果，燃料的反應(yīng)速度(燃燒速度)變得相對較大。
同時，在類似擴(kuò)散燃燒中，由于在燃料和氧氣還沒有充分混合的狀態(tài)下進(jìn)行點(diǎn)燃，因此與燃料容易地發(fā)生反應(yīng)的氧氣很少。結(jié)果，燃料的反應(yīng)速度(燃燒速度)變得相對較小。
而且，燃料的反應(yīng)速度(燃燒速度)的差別還導(dǎo)致了與在微小時間Δt期間在氣體混合物中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的燃料消耗量qr(相應(yīng)地為反應(yīng)熱量Hr)的差別，這用上述方程式(15)來表示。也就是說，雖然在作為上述方程式(15)的函數(shù)funcqr的自變量的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix和氣體混合物溫度Tmix上是相同的，但是基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物和基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物在燃料消耗量qr上是不同的。
考慮到基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物和基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物在燃料消耗量qr(對應(yīng)地為反應(yīng)熱量Hr)處的差別，為了準(zhǔn)確估計氣體混合物狀態(tài)和排放物生成量，可以采用以下舉措。與上述方程式(15)相對應(yīng)的函數(shù)funcqr替換為兩個對應(yīng)的函數(shù)，也就是用于基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpre和用于基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpost；并且注入燃料被分成在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之前所注入的部分和在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之后所注入的部分。然后，根據(jù)通過使用基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpre所得到的燃料消耗量qr，估計基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物的狀態(tài)，而根據(jù)通過使用用于基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpost所得到的燃料消耗量qr，估計基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物的狀態(tài)。
因此，在第二實(shí)施例中，估計了點(diǎn)燃延遲時間Tdelay(在開始注入和點(diǎn)燃之間的時間)。進(jìn)而，如圖14所示，注入時間段TAU被分成兩個時間段，也就是“前Tdelay時間段”和“后(TAU-Tdelay)時間段”，并且假設(shè)Q(1)的燃料和Q(2)的燃料分別是在前Tdelay時間段和后(TAU-Tdelay)時間段中連續(xù)和分開注入的。下面來講述點(diǎn)燃延遲時間Tdelay的估計。
更為確切地說，假設(shè)與點(diǎn)燃前注入(第一注入)有關(guān)的注入時間段“前Tdelay時間段”的質(zhì)量為Q(1)的燃料是在燃料注入開始時刻CAinj處一次性注入的；并且與點(diǎn)燃后注入(第二注入)有關(guān)的注入時間段“后(TAU-Tdelay)時間段”的質(zhì)量為Q(2)的燃料是在當(dāng)點(diǎn)燃前注入之后已經(jīng)過去了Tdelay時一次性注入的。注意，關(guān)系“Q(1)+Q(2)＝Qfin”成立。
在第二實(shí)施例中，當(dāng)?shù)玫交邳c(diǎn)燃前注入的氣體混合物(第一氣體混合物)的狀態(tài)時，使用了通過利用基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpre所得到的燃料消耗量qr；并且當(dāng)?shù)玫交邳c(diǎn)燃后注入的氣體混合物(第二氣體混合物)的狀態(tài)時，使用了通過利用基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpost所得到的燃料消耗量qr。
進(jìn)而，在第二實(shí)施例中，單獨(dú)處理基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物和基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物，并且對于每一個氣體混合物，以類似于上述第一實(shí)施例的方式來單獨(dú)估計氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)和排放物生成量。在第二實(shí)施例中，將針對兩個氣體混合物所估計的排放物生成量進(jìn)行求和，以便估計總的排放物生成量(確切地說，為總的煙灰生成量Soot和總的NO生成量NO)。
通過該結(jié)構(gòu)，除了氣體混合物在缸內(nèi)氣體的狀態(tài)(溫度Tg和密度ρg等)方面的差別之外，考慮到氣體混合物之間在與注入之后時間相對應(yīng)的燃料消耗量qr(對應(yīng)地為反應(yīng)熱量Hr)以及注入時點(diǎn)處的有效注入壓力ΔP和缸內(nèi)氣體密度ρg0(對應(yīng)地為噴射角θ)處的差別，單獨(dú)估計氣體混合物狀態(tài)和排放物生成量。因此，除了上述氣體混合物的不均勻性和排放物生成量的不均勻性，考慮到燃料消耗量qr(對應(yīng)地為反應(yīng)熱量Hr)處的差別，可以準(zhǔn)確估計總的排放物生成量。
(第二實(shí)施例的實(shí)際操作) 接下來講述包括有根據(jù)第二實(shí)施例的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備的排放物生成量估計設(shè)備的實(shí)際操作。在如圖5至9和圖13所示并且由第一實(shí)施例的CPU 61所執(zhí)行的例程中，本設(shè)備的CPU 61按照相同的方式執(zhí)行圖6、8和13的例程，而在執(zhí)行圖5、7和9的例程時存在部分變動，如下所述。下面主要講述圖5、7和9中的例程的變化部分。
第二實(shí)施例的CPU 61執(zhí)行如圖15所示的步驟1505至1520，以取代如圖5所示的例程中的步驟535至545。也就是說，當(dāng)CPU 61從步驟530進(jìn)展到步驟1505時，根據(jù)氣缸的缸內(nèi)壓力傳感器77的輸出變化，CPU 61獲得了與該燃燒有關(guān)的點(diǎn)燃延遲時間，并且將其存儲為與此時燃燒有關(guān)的點(diǎn)燃延遲時間Tdelay，其中在所述氣缸中，在離當(dāng)前時點(diǎn)最近的過去發(fā)生了燃燒。
這里，可以根據(jù)缸內(nèi)壓力在發(fā)生點(diǎn)燃的時點(diǎn)處急劇增加這一事實(shí)，也就是通過根據(jù)缸內(nèi)壓力傳感器77的輸出變化來確定點(diǎn)燃時間，從而獲得點(diǎn)燃延遲時間(從注入開始到點(diǎn)燃的時間)。將這樣得到的點(diǎn)燃延遲存儲為與此時的燃燒有關(guān)的點(diǎn)燃延遲時間Tdelay的原因在于，與此時燃燒有關(guān)的點(diǎn)燃延遲時間Tdelay被預(yù)測為接近與在離當(dāng)前時點(diǎn)最近的過去所發(fā)生的燃燒有關(guān)的點(diǎn)燃延遲時間。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟1510，并且根據(jù)所獲得的點(diǎn)燃延遲時間Tdelay、在圖5的步驟530中所得到的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase和上述函數(shù)funcPcr來分別獲得用于第一注入(點(diǎn)燃前注入)和用于第二注入(點(diǎn)燃后注入)的燃料注入壓力Pcr(1)和Pcr(2)。如上所述，假設(shè)點(diǎn)燃前注入(質(zhì)量為Q(1))是在燃料注入開始時刻CAinj處一次性執(zhí)行的；并且點(diǎn)燃后注入(質(zhì)量為Q(2))是在當(dāng)點(diǎn)燃前注入已經(jīng)過去了點(diǎn)燃延遲時間Tdelay時一次性執(zhí)行的。因此，與第一實(shí)施例的情況一樣，用于點(diǎn)燃前注入的燃料注入壓力Pcr(1)被設(shè)置為等于基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase的值，并且用于點(diǎn)燃后注入的燃料注入壓力Pcr(2)被設(shè)置為比基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase小預(yù)定值的值。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟1515，并且根據(jù)在圖5的步驟520中所得到的燃料注入時間段TAU、點(diǎn)燃延遲時間Tdelay、上述基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase和上述函數(shù)funcQ來獲得用于點(diǎn)燃前注入和點(diǎn)燃后注入的燃料量(質(zhì)量)Q(1)和Q(2)。通過該處理，如上所述，燃料量(質(zhì)量)Q(1)和Q(2)被設(shè)置為使得關(guān)系“Qfin＝Q(1)+Q(2)”成立。該步驟1515對應(yīng)于注入燃料劃分裝置。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟1520，并且根據(jù)上述點(diǎn)燃延遲時間Tdelay、當(dāng)前引擎速度NE、在圖5的步驟525中所確定的燃料注入開始時刻CAinj和上述函數(shù)funcCAinj來獲得點(diǎn)燃前注入和點(diǎn)燃后注入的各個注入時刻的曲柄角度CAinj(1)和CAinj(2)。通過該處理，點(diǎn)燃前注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(1)被設(shè)置為與燃料注入開始時刻CAinj相對應(yīng)的值，并且點(diǎn)燃后注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(2)被設(shè)置為與比燃料注入開始時刻CAinj滯后點(diǎn)燃延遲時間Tdelay的時點(diǎn)(也就是點(diǎn)燃前注入的時點(diǎn))相對應(yīng)的值。然后CPU 61進(jìn)展到圖5的步驟550。
從以上講述可以知道，步驟1505和1520的處理意味著變量i＝1對應(yīng)著點(diǎn)燃前注入(相對應(yīng)地，基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物)，并且變量i＝2對應(yīng)著點(diǎn)燃后注入(相對應(yīng)地，基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物)。
進(jìn)而，第二實(shí)施例的CPU 61執(zhí)行如圖16所示的步驟1605至1615，以取代如圖7所示的例程的步驟765。也就是說，當(dāng)CPU 61從步驟760進(jìn)展到步驟1605時，判斷變量i的值是否為“1”。
這里，假設(shè)變量i＝1(也就是說，正在執(zhí)行與點(diǎn)燃前注入有關(guān)的計算)。在這種情況下，CPU 61在步驟1605中判斷為“Yes”，并且進(jìn)展到步驟1610，以便根據(jù)當(dāng)時的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、當(dāng)時的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix、在圖7的步驟760中所得到的在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物的溫度Tpre和用于對應(yīng)于上述方程式(15)的基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpre來獲得在微小時間Δt(在注入后時間(t-Δt)和t之間)期間在氣體混合物中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所消耗的燃料量qr。
同時，假設(shè)變量i＝2(也就是說，正在執(zhí)行與點(diǎn)燃后注入有關(guān)的計算)。在這種情況下，CPU 61在步驟1605中判斷為“No”，并且進(jìn)展到步驟1615，以便根據(jù)當(dāng)時的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix、當(dāng)時的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix、在圖7的步驟760中所得到的在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物的溫度Tpre和用于對應(yīng)于上述方程式(15)的基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpost來獲得在微小時間Δt(在注入后時間(t-Δt)和t之間)期間在氣體混合物中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所消耗的燃料量qr。隨后，CPU61進(jìn)展到圖7的步驟770. 進(jìn)而，第二實(shí)施例的CPU 61執(zhí)行如圖17所示的步驟1705，以取代如圖9所示的例程的步驟920。也就是說，當(dāng)CPU 61從步驟915進(jìn)展到步驟1705時，確定變量i的值是否為“2”。當(dāng)變量i的值不為“2”時(也就是i＝1)，CPU 61返回到圖6的步驟605。當(dāng)變量i的值為“2”時，CPU 61進(jìn)展到步驟925和之后的步驟。
通過該處理，在當(dāng)在步驟1705中做出判斷“Yes”時的時點(diǎn)處，完成排放物生成量的估計，并且總的煙灰生成量Soot被獲得為，通過用基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(1)和在基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(2)加上初始值Soot0所得到的值。類似地，總的NO生成量NO被獲得為，通過用基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物中所生成的NO量NO(1)和在基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物中所生成的NO量NO(2)加上初始值NO0所得到的值。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的氣體混合物估計設(shè)備和排放物生成量估計設(shè)備的第二實(shí)施例，注入時間段TAU被分成兩個子時間段，也就是“前Tdelay時間段”和“后(TAU-Tdelay)時間段”，并且假設(shè)對應(yīng)于“前Tdelay時間段”的點(diǎn)燃前注入(質(zhì)量Q(1))是在燃料注入開始時刻CAinj處一次性執(zhí)行的；并且對應(yīng)于“后(TAU-Tdelay)時間段”的點(diǎn)燃后注入(質(zhì)量Q(2))是在當(dāng)點(diǎn)燃前注入已經(jīng)過去了點(diǎn)燃延遲時間Tdelay時一次性執(zhí)行的。
單獨(dú)處理“兩個氣體混合物”，也就是基于點(diǎn)燃前注入的第一氣體混合物和基于點(diǎn)燃后注入的第二氣體混合物；并且對于每一個氣體混合物，單獨(dú)估計對應(yīng)于注入后時間t的氣體混合物的過量空氣比率λ、氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)和在氣體混合物中所生成的排放物(煙灰和NO)的量。隨后，通過對每一個氣體混合物所估計的排放物生成量進(jìn)行求和，從而對排放物的總生成量進(jìn)行估計。
另外，當(dāng)?shù)玫搅嘶邳c(diǎn)燃前注入的氣體混合物(第一氣體混合物)的狀態(tài)時，使用了利用基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpre所得到的燃料消耗量qr；并且當(dāng)?shù)玫搅嘶邳c(diǎn)燃后注入的氣體混合物(第二氣體混合物)的狀態(tài)時，使用了利用基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpost所得到的燃料消耗量qr。
通過上述結(jié)構(gòu)，可以在不僅在考慮到上述氣體混合物的不均勻性和排放物生成量的不均勻性，而且在考慮到上述“在基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物和基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物之間燃料消耗量qr的差別”的情況下，準(zhǔn)確地估計總的排放物生成量。
本發(fā)明并不限于上述第二實(shí)施例，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)可以進(jìn)行各種修改。例如，第二實(shí)施例被構(gòu)造成將注入燃料分成“兩個部分”，也就是在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之前所注入的部分和在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之后所注入的部分。不過，第二實(shí)施例進(jìn)一步被構(gòu)造成將在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之前所注入的部分分成多個(例如M個)部分，并且將在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之后所注入的部分分成多個(例如N個)部分，從而將注入燃料分成總共(M+N)個部分。
在這種情況下，當(dāng)?shù)玫交贛個部分的M個氣體混合物的狀態(tài)時，使用了利用基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpre所得到的燃料消耗量qr；并且當(dāng)?shù)玫交贜個部分的N個氣體混合物的狀態(tài)時，使用了利用基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物的函數(shù)funcqrpost所得到的燃料消耗量qr。
通過上述結(jié)構(gòu)，可以在考慮到上述“在基于點(diǎn)燃前注入的氣體混合物和基于點(diǎn)燃后注入的氣體混合物之間燃料消耗量qr的差別”的情況下，更為清晰地考慮到上述氣體混合物的不均勻性和排放物生成量的不均勻性，從而可以更為準(zhǔn)確地估計總的排放物生成量。
(第三實(shí)施例) 接下來講述包括有用于根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備的排放物生成量估計設(shè)備。該第三實(shí)施例與第一和第二實(shí)施例的不同之處在于燃料注入時間段TAU被分成了每一個都對應(yīng)于微小時間Δt(例如0.1msec)的許多(n個)時間段，且注入燃料被分成了在相應(yīng)時間段中所注入的多個(n個)部分；并且在不使用上述方程式(2)和(3)的情況下，基于第二或稍后注入的燃料部分而形成的氣體混合物的過量空氣比率是根據(jù)基于第一注入燃料部分而形成的氣體混合物的過量空氣比率而確定的。下面主要來講述這些差別。注意，下面將基于第i(i為不大于n的自然數(shù))次注入的燃料部分而形成的氣體混合物稱為“第i次氣體混合物”。
在第一和第二實(shí)施例中，通過使用(兩個或三個)氣體混合物的每一個并且針對每一個微小時間Δt(例如0.1msec)的上述方程式(2)和(3)來計算過量空氣比率λ(見圖7的步驟730和735)。這是由于必須得到針對每一個氣體混合物和每一個微小時間Δt的被新吸入氣體混合物的缸內(nèi)氣體的量g(見圖7的步驟740)。
這里，方程式(3)的右側(cè)包括隨時間變化的有關(guān)變量ρg和t的功率計算。功率計算包括很大的計算量。因此，通過使用上述方程式(2)和(3)而執(zhí)行的過量空氣比率λ的計算涉及了很大的計算符合，因此需要盡可能地減少這種計算次數(shù)。
不過，如果與在第一和第二實(shí)施例中一樣，在其中注入燃料被分成許多(n個)部分的第三實(shí)施例中，也通過利用用于每一個氣混合物和每一個微小時間Δt的上述方程式(2)和(3)來計算過量空氣比率λ，則這種計算的次數(shù)非常大，并且計算負(fù)荷也非常大。
考慮到上述情況，在第三實(shí)施例中，針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的基于第二或稍后注入的燃料部分而形成的氣體混合物的過量空氣比率被假設(shè)等于針對從注入后時間t為零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt的第一氣體混合物的過量空氣比率。在這種假設(shè)下，在不使用上述方程式(2)和(3)的情況下，對基于第二或稍后注入的燃料部分而形成的每一個氣體混合物，可以計算在每一個微小時間Δt內(nèi)被新吸入氣體混合物的缸內(nèi)氣體量g。結(jié)果，通過使用上述方程式(2)和(3)來計算基于第二或稍后注入的燃料部分而形成的每一個氣體混合物的過量空氣比率λ就是多余的。下面參照圖18來講述這一點(diǎn)。
圖18示意性地示出了隨著時間的流逝基于注入燃料的n個部分(q(1)，q(2)，...，q(n-1)，q(n))而形成的n個氣體混合物的變化(在從注入開始到注入結(jié)束的時間段中的變化)。
如圖18所示，在第三實(shí)施例中，假設(shè)用于與第一注入有關(guān)的注入時間段“第一個微小時間Δt”的質(zhì)量為q(1)的燃料是在燃料注入開始時刻CAinj一次性注入的；用于與第二注入有關(guān)的注入時間段“第二個微小時間Δt”的質(zhì)量為q(2)的燃料是當(dāng)在燃料注入開始時刻CAinj之后已經(jīng)過去了Δt時一次性注入的；...；并且用于與第n個注入有關(guān)的注入時間段“第n個微小時間Δt”的質(zhì)量為q(n)的燃料是當(dāng)在燃料注入開始時刻CAinj之后過去了(n-1)·Δt時一次性注入的。注意，在指令燃料注入量Qfin與q(i)(i為不大于n的自然數(shù))之間，如以下方程式(28)所示的關(guān)系成立；不過，由于在燃料注入時間段TAU期間注入壓力的變化和其他原因，q(i)(i為不大于n的自然數(shù))的值并不彼此相等。
而且，如圖18所示，在注入后時間t(與第i個氣體混合物有關(guān))＝(k-1)·Δt的時點(diǎn)與注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)之間的時間段期間中，被新吸入第i個氣體混合物的缸內(nèi)氣體量用“g(i，k)”來表示(i為不大于n的自然數(shù)，k為自然數(shù)；這些也適用于以下方程式)。
首先，只考慮第一注入(相應(yīng)地，第一氣體混合物)。與第一和第二實(shí)施例中的一樣，通過使用上述方程式(2)和(3)，可以連續(xù)獲得與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)處的第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k)(第一部分混合指數(shù)值)。
因此，根據(jù)對應(yīng)于上述方程式(11)的以下方程式(29)，可以得到被新吸入第一氣體混合物的缸內(nèi)氣體的量g(1，k)(對應(yīng)于圖18中的陰影部分)。注意，假設(shè)λ(0)＝0。也就是說，與第一和第二實(shí)施例中的一樣，通過使用上述方程式(2)和(3)來得到被新吸入第一氣體混合物的缸內(nèi)氣體的量g(1，k)。
g(1，k)＝stoich·(λ(k)-λ(k-1))·q(1)(29) 這里，從圖18和方程式(29)中可以理解，直到與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)為止，被吸入第一氣體混合物的缸內(nèi)氣體的總量sumg(k)用以下方程式(30)來表示。
例如，直到與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于2·Δt的時點(diǎn)為止，被吸入第一氣體混合物的缸內(nèi)氣體的總量sumg(2)為g(1，1)+g(1，2)，并且直到與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于3·Δt的時點(diǎn)為止，被吸入第一氣體混合物的缸內(nèi)氣體的總量sumg(3)為g(1，1)+g(1，2)+g(1，3)。因此，在與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)處，過量空氣比率λ(k)可以用以下方程式(31)來表示。
由于以下方程式(32)可以從方程式(31)中推出，因此可以通過使用作為已知數(shù)的“g(1，k)”和“q(1)”得到值“λ(k)-λ(k-1)”。
這里，在上述假設(shè)下，在與第i個氣體混合物有關(guān)的注入后時間t為k·Δt的時點(diǎn)處的第i個(i為不小于2并且不大于n的自然數(shù))氣體混合物的過量空氣比率等于“在與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t為k·Δt的時點(diǎn)處的第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k)”。因此，當(dāng)使用上述假設(shè)時，在注入后時間t(與第i個氣體混合物有關(guān))＝(k-1)·Δt的時點(diǎn)與注入后時間t＝(k-1)·Δt的時點(diǎn)之間的時間段期間，被新吸入第i個氣體混合物(i≥2)的缸內(nèi)氣體量g(i，k)可以用以下方程式(33)來表示，這與上述用于表示“被新吸入第一氣體混合物的缸內(nèi)氣體量g(1，k)”的方程式(29)是類似的。
g(i，k)＝stoich·(λ(k)-λ(k-1))·q(i)(33) 以下方程式(34)可以通過在方程式(33)中代換方程式(32)來得到。在不使用包含了大量計算負(fù)荷的上述方程式(2)和(3)的情況下，根據(jù)以下方程式(34)，通過使用作為已知數(shù)的“g(1，k)”、“q(i)”和“q(1)”可以很容易地獲得被新吸入第i個氣體混合物(i≥2)的缸內(nèi)氣體量g(i，k)。也就是說，為了獲得被新吸入第i個氣體混合物(i≥2)的缸內(nèi)氣體量g(i，k)，不需要通過使用上述方程式(2)和(3)來計算第i個氣體混合物(i≥2)的過量空氣比率λ。
如上所述，在第三實(shí)施例中，由于假設(shè)在從注入后時間t＝零的時點(diǎn)之后的每一個微小時間Δt內(nèi)第i個氣體混合物(i≥2)的過量空氣比率都等于在從注入后時間t＝零的時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt內(nèi)第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k)，因此只有第一氣體混合物需要通過使用上述方程式(2)和(3)來計算過量空氣比率λ。因此，可以減少需要使用上述方程式(2)和(3)并且包含大量計算負(fù)荷的過量空氣比率λ的計算次數(shù)，從而可以減少CPU 61的計算負(fù)荷。
注意，與第一和第二實(shí)施例中的一樣，在第三實(shí)施例中，在考慮到氣體混合物在對應(yīng)于注入后時間t的缸內(nèi)氣體的狀態(tài)(溫度Tg和壓力Pg等)的情況下，單獨(dú)估計氣體混合物狀態(tài)和排放物生成量。不過，氣體混合物在注入時處的有效注入壓力ΔP和缸內(nèi)氣體密度ρg0(相應(yīng)地為噴射角θ)之間的差別，也就是氣體混合物在對應(yīng)于注入后時間t的過量空氣比率λ上的差別沒有納入考慮范圍之內(nèi)。因此，與第一和第二實(shí)施例相比，較少地考慮了上述氣體混合物的不均勻性和排放物生成量的不均勻性。
(第三實(shí)施例的實(shí)際操作) 接下來講述包括有根據(jù)第三實(shí)施例的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備的排放物生成量估計設(shè)備的實(shí)際操作。在由第一實(shí)施例的CPU 61所執(zhí)行的如圖5至9所示的和如圖13所示的系列例程中，本設(shè)備按照相同的方式執(zhí)行圖13的例程，并且執(zhí)行圖19至23中的流程圖所示的例程，以取代與其相對應(yīng)的如圖5至9所示的系列例程。另外，本設(shè)備的CPU61進(jìn)一步執(zhí)行如圖24至27中的流程圖所示的系列例程。
注意，與如圖5至9所示的例程相同的如圖19至27所示的例程的步驟用相同的標(biāo)號表示，以對應(yīng)于如圖5至9所示的例程的步驟。這里省略了重復(fù)性的講述?，F(xiàn)在來講述第三實(shí)施例所特有的如圖19至27所示的例程。
第三實(shí)施例的CPU 61以預(yù)定間隔重復(fù)執(zhí)行與如圖5至9所示的系列例程相對應(yīng)的如圖19至27所示的系列例程。因此，當(dāng)已經(jīng)到達(dá)預(yù)定時刻時，CPU 61開始從圖19的步驟1900起的處理，并且進(jìn)展到步驟505。當(dāng)CPU 61在步驟505中判斷為“Yes”時(也就是到了IVC)，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟510至530的處理，然后進(jìn)展到步驟1905，以便通過將步驟520中所得到的燃料注入時間段TAU除以微小時間Δt(例如0.1msec)來得到除數(shù)n。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟1910，并且以類似于圖5的步驟540中的方式，從所得到的燃料注入時間段TAU、微小時間Δt、所得到的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase和上述函數(shù)funcQ來獲得用于第一至第n個注入的各個燃料量(質(zhì)量)q(1)、q(2)，...，q(n)。如上所述，各個燃料量(質(zhì)量)q(1)、q(2)，...，q(n)的設(shè)置使得關(guān)系“Qfin＝q(1)+q(2)+...+q(n)”成立，不過，各個燃料量彼此不同。該步驟1910對應(yīng)于燃料注入劃分裝置。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟1915，并且以類似于圖5的步驟545中的方式，根據(jù)微小時間Δt、當(dāng)前引擎速度NE、在步驟525中所確定的燃料注入開始時刻CAinj和上述函數(shù)funcCAinj來獲得用于第一至第n個注入的各個注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(1)、CAinj(2)，...，CAinj(n)。
通過上述處理，將第一注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(1)設(shè)置為與燃料注入開始時刻CAinj相對應(yīng)的值；將第二注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(2)設(shè)置為與比燃料注入開始時刻CAinj滯后Δt的時點(diǎn)相對應(yīng)的值；...；并且將第n個注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(n)設(shè)置為與比燃料注入開始時刻CAinj滯后(n-1)·Δt的時點(diǎn)相對應(yīng)的值。
接下來，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟550至570的處理，然后進(jìn)展到圖20的例程，以便執(zhí)行用于確定只與第一注入有關(guān)的各種初始值的處理。確切地說，CPU 61進(jìn)展到步驟2005，并且以類似于圖6的步驟610中的方式，通過用步驟515中所得到的缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg除以根據(jù)在上述步驟1915中得到的第一注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(1)而得到的第一注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)體積Vg(CAinj(1))來獲得第一注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體密度ρg0。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟2010，并且以類似于圖6的步驟615中的方式，根據(jù)在步驟510中所得到的IVC處的缸內(nèi)氣體壓力Pgivc、IVC處的上述缸內(nèi)體積Vg(CAivc)、第一注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)體積Vg(CAinj(1))和與上述方程式(4)相對應(yīng)的方程式，來獲得第一注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體壓力Pg0。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟2015，并且通過用在步驟530中所得到的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase減去上述第一注入時點(diǎn)處的缸內(nèi)氣體壓力Pg0來獲得第一注入時點(diǎn)處的有效注入壓力ΔP。在隨后的步驟625中，CPU 61根據(jù)所得到的有效注入壓力ΔP、缸內(nèi)氣體密度ρg0和上述表格Mapθ來獲得與第一注入有關(guān)的噴射角θ。通過這樣，根據(jù)第一注入時點(diǎn)處的有效注入壓力ΔP和缸內(nèi)氣體密度ρg0來確定噴射角θ(也就是曲柄角度CAinj(1))。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟2020，并且如上所述，為了方便計算，將在與第一混合物有關(guān)的注入后時間t＝0時的時點(diǎn)處的第一氣體混合物的過量空氣比率λ(0)(在稍后講述的圖21的步驟2110中使用了該值)設(shè)置為“0”。
接下來，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟635和640的處理，然后進(jìn)展到步驟2025。在步驟2025中，以類似于圖6的步驟645中的方式，根據(jù)與上述方程式(17)相對應(yīng)的方程式，將與第一氣體混合物有關(guān)的氣體混合物熱函Hmix設(shè)置為初始值(也就是在上述步驟1910中所得到的第一注入量q(1)、燃料的常壓比熱Cf和在步驟550中所得到的燃料蒸氣溫度Tf的乘積)。
然后，CPU 61執(zhí)行步驟650的處理，然后進(jìn)展到步驟2030，以便將與第一氣體混合物有關(guān)的氣體混合物質(zhì)量Mmix設(shè)置為第一注入量q(1)(初始值)。隨后，CPU 61執(zhí)行步驟660的處理，然后進(jìn)展到步驟2035，以便以類似于圖6的步驟665中的方式，將與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t設(shè)置為初始值“0”。進(jìn)而，將與第一注入有關(guān)的曲柄角度CA設(shè)置為第一注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(1)(初始值)。通過這些設(shè)置，與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t是從第一注入時點(diǎn)算起的。另外，在該步驟2035中，CPU 61將變量k的值設(shè)置為“0”。該變量k的值表示注入后時間t為“k·Δt”。
接下來，CPU 61執(zhí)行步驟670的處理，進(jìn)展到圖21的例程，并且啟動用于計算與第一注入有關(guān)的氣體混合物溫度的處理。確切地說，CPU 61首先進(jìn)展到步驟2105，并且以類似于圖7的步驟705中的方式，將與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t前進(jìn)Δt，并且將與第一注入有關(guān)的曲柄角度CA前進(jìn)在圖19的步驟565中所得到的ΔCA。
另外，在步驟2105中，CPU 61將變量k的值增加1。通過該處理，與第一注入有關(guān)的曲柄角度CA的值以及變量k的值被保持為與第一氣體混合物相關(guān)的注入后時間t相對應(yīng)的值。
接下來，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟710至730的處理，然后進(jìn)展到步驟2110。在步驟2110中，與在圖7的步驟735中的一樣，CPU 61根據(jù)上述方程式(2)和(3)，通過用值“dλ/dt·Δt”(通過用步驟730中所得到的燃料稀釋比率dλ/dt乘以微小時間Δt所得到的)加上與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t＝(k-1)·Δt的時點(diǎn)處的第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k-1)(當(dāng)k＝1時，λ(k-1)＝λ(0)＝0)，從而獲得了與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)處的第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k)(第一部分混合指數(shù)值)。該步驟2110對應(yīng)于混合指數(shù)值獲得裝置。
隨后，CPU 61進(jìn)展到2115，并且根據(jù)在步驟2110中已經(jīng)得到的λ(k)和λ(k-1)、在圖19的步驟1910中所得到的q(1)和上述方程式(29)，獲得了在與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于(k-1)·Δt的時點(diǎn)與注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)之間的時間段期間被新吸入第一氣體混合物中的缸內(nèi)氣體量g(1，k)。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟2120，并且以類似于圖7的步驟745中的方式，將形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物質(zhì)量G更新為通過用所得到的被新吸入到第一氣體混合物中的缸內(nèi)氣體質(zhì)量g(1，k)加上當(dāng)時的形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物質(zhì)量G所得到的值(通過圖20的步驟635，初始值被設(shè)置為“0”)。通過這樣，得到了在當(dāng)注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)處的與第一氣體混合物有關(guān)的形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物質(zhì)量G。
然后CPU 61進(jìn)展到步驟2125，并且以類似于圖7的步驟750中的方式，將氣體混合物質(zhì)量Mmix更新為通過用上述被新吸入到第一氣體混合物中的缸內(nèi)氣體質(zhì)量g(1，k)加上當(dāng)時的氣體混合物質(zhì)量Mmix所得到的值(通過圖20的步驟2030，初始值被設(shè)置為“q(1)”)。通過這樣，得到了在當(dāng)注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)處的與第一氣體混合物有關(guān)的氣體混合物質(zhì)量Mmix。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟2130，并且以類似于圖7的步驟755中的方式，將在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物熱函Hpre設(shè)置為通過用“被新吸入到第一氣體混合物中的缸內(nèi)氣體熱函ΔHg＝g(1，k)·Cg·Tg”加上當(dāng)時的氣體混合物熱函Hmix所得到的值(通過圖20的步驟2025的處理，初始值被設(shè)置為“q(1)·Cf·Tf”)。
接下來，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟760至780。結(jié)果，在步驟780中，得到了在當(dāng)注入后時間t為k·Δt(相應(yīng)地為曲柄角度CA＝CAinj(1)+k·ΔCA)的時點(diǎn)處的第一氣體混合物溫度Tmix。
然后，CPU 61進(jìn)展到圖22的例程，并且啟動用于計算與第一注入有關(guān)的各種濃度的處理。圖22的例程與圖8的例程的不同之處僅在于用步驟2205取代了圖8的例程的步驟815。在步驟2205中，CPU 61根據(jù)在圖19的步驟1910中所得到的第一注入量q(1)、在步驟810中所得到的燃料消耗量累積值sumqr、在圖21的步驟2125中所得到的氣體混合物質(zhì)量Mmix和對應(yīng)于上述方程式(19)的方程式來獲得在當(dāng)注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)處的第一氣體混合物之內(nèi)的燃料濃度[Fuel]mix。
接下來，CPU 61進(jìn)展到圖23的例程，并且每次CPU 61在步驟905中判斷為“No”時，重復(fù)執(zhí)行圖21的步驟2105至圖23的步驟905的處理。結(jié)果，每次在步驟905中判斷為“No”時，變量k的值增加“1”，與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t增加Δt，并且在圖21的步驟2105中與第一注入有關(guān)的曲柄角度CA增加ΔCA。
也就是說，只要在步驟905中判斷為“No”，則在從注入后時間開始的每一個微小時間Δt(也就是從CAinj(1)起的每一個微小曲柄角度ΔCA)內(nèi)獲得了第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k)、被新吸入第一氣體混合物中的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量g(1，k)、第一氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)和(只要標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值為零)排放物濃度([Soot]mix和[NO]mix)。
當(dāng)滿足了步驟905的上述條件時，CPU 61在圖23的步驟905中判斷為“Yes”，并且進(jìn)展到步驟2305和隨后的步驟，以便執(zhí)行用于結(jié)束與第一氣體混合物有關(guān)的計算的處理。
也就是說，在步驟2305中，以類似于圖9的步驟910中的方式，CPU 61獲得在第一氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(1)和在第一氣體混合物中所生成的NO量NO(1)。然后CPU 61進(jìn)展到步驟2310，以便以類似于圖9的步驟915中的方式，將總的煙灰生成量Soot更新為通過用所得到的在第一氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(1)加上當(dāng)時總的煙灰生成量Soot(在當(dāng)前時點(diǎn)處，由于圖19的步驟570的處理，初始值為Soot0)所得到的值(Soot0+Soot(1))，并且將總的NO生成量NO更新為通過所得到的在第一氣體混合物中所生成的NO量NO(1)加上當(dāng)時總的NO生成量NO(在當(dāng)前時點(diǎn)處，由于圖19的步驟570的處理，初始值為NO0)所得到的值(NO0+NO(1))。通過上述處理，完成了用于第一注入(相應(yīng)地為第一氣體混合物)的計算。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟2315，并且將變量i設(shè)置為“1”。與第一和第二實(shí)施例中的一樣，變量i為用于識別每一個注入的位置(順序)(相應(yīng)地為每一個氣體混合物的位置)的值。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟2320，并且將變量i的值增加1。然后CPU 61經(jīng)由步驟2325進(jìn)展到如后所述的如圖24至27所示的系列例程，用于“計算與第i(2≤i≤n)次注入有關(guān)的排放量的計算”。因此，CPU 61獲得了煙灰生成量作為與第i(2≤i≤n)次注入有關(guān)的排放物生成量的Soot(i)和NO生成量NO(i)。這里，值n為除數(shù)，也就是在圖19的步驟1905中所得到的注入燃料所被分成的部分的個數(shù)。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟2330，并且將總的煙灰生成量Soot更新為通過所得到的與第i個氣體混合物有關(guān)的煙灰生成量Soot(i)加上當(dāng)時總的煙灰生成量所得到的值(當(dāng)i＝2時為Soot0+Soot(1))，并且將總的NO生成量NO更新為通過所得到的與第i個氣體混合物有關(guān)的NO生成量NO(i)加上當(dāng)時總的NO生成量NO所得到的值(當(dāng)i＝2時為NO0+NO(1))。結(jié)果，總的煙灰生成量Soot等于Soot0+Soot(1)+...+Soot(i)，并且總的NO生成量NO等于NO0+NO(1)+...+NO(i)。
然后CPU 61進(jìn)展到步驟2335，以便確定變量i的值是否等于上述除數(shù)n。當(dāng)CPU 61判斷為“No”時，返回到步驟2320。也就是說，重復(fù)執(zhí)行步驟2320至2330的處理，直到作為重復(fù)執(zhí)行步驟2320的結(jié)果，變量i的值到達(dá)上述除數(shù)n。結(jié)果，每次變量i的值增加“1”，并且在步驟2330中更新總的煙灰生成量Soot和總的NO生成量NO。
當(dāng)變量i的值已經(jīng)到達(dá)除數(shù)n時，CPU 61在步驟2335中判斷為“Yes”，然后進(jìn)展到925。此時，結(jié)束排放物生成量的估計，從而將總的煙灰生成量Soot確定為“Soot0+Soot(1)+...+Soot(n)”，并且將總的NO生成量NO確定為“NO0+NO(1)+...+NO(n)”。CPU 61完成緊接著IVC之后(也就是在燃料注入開始時刻CAinj之前的時點(diǎn)處)的氣體混合物狀態(tài)和排放物生成量的上述估計。
接下來講述如圖24至27所示的系列例程，用于計算與第i(2≤i≤n)次注入有關(guān)的排放量。系列例程用于獲得第i(2≤i≤n)個氣體混合物的煙灰生成量Soot(i)和NO生成量NO(i)，并且圖24至27的例程對應(yīng)于圖6至9的例程。
在執(zhí)行圖23的步驟2320之后，CPU 61經(jīng)由步驟2325進(jìn)展到圖24的例程，以便確定與第i(2≤i≤n)個氣體混合物有關(guān)的各種初始值。確切地說，首先，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟635和640的處理，然后進(jìn)展到步驟2405。在步驟2405中，以類似于圖20的步驟2025中的方式，將與第i個氣體混合物有關(guān)的氣體混合物熱函Hmix設(shè)置為初始值(也就是在上述步驟1910中所得到的第一注入量q(i)、燃料的常壓比熱Cf和在步驟2025中所得到的燃料蒸氣溫度Tf的乘積)。
然后，CPU 61執(zhí)行步驟650的處理，并且進(jìn)展到步驟2410，以便將與第i個氣體混合物有關(guān)的氣體混合物質(zhì)量Mmix設(shè)置為上述第i個注入量q(i)(初始值)。隨后，CPU 61執(zhí)行步驟660的處理，然后進(jìn)展到步驟2415，以便以類似于圖20的步驟2035中的方式，將與第i個氣體混合物有關(guān)的曲柄角度CA設(shè)置為在第i個注入時點(diǎn)處的曲柄角度CAinj(i)(初始值)。除此之外，CPU 61將變量k的值設(shè)置為“0”。該變量k的值表示在第i個注入之后所過去的時間為“k·Δt”(相應(yīng)地為與第i個注入有關(guān)的曲柄角度CA為“CAinj(1)+k·ΔCA”)。
接下來，CPU 61執(zhí)行步驟670的處理，進(jìn)展到圖25的例程，并且啟動用于計算與第i(2≤i≤n)個注入有關(guān)的氣體混合物溫度的處理。確切地說，CPU 61首先進(jìn)展到步驟2505，并且以類似于圖21的步驟2105中的方式，將與第i個注入有關(guān)的曲柄角度CA前進(jìn)在圖19的步驟565中所得到的ΔCA。另外，在該步驟2505中，CPU 61將變量k的值增加“1”。通過該處理，與第i個注入有關(guān)的曲柄角度CA的值和變量k的值都保持為相互對應(yīng)。
接下來，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟715至725的處理，然后進(jìn)展到步驟2510。在步驟2510中，CPU 61在不使用上述方程式(2)和(3)的情況下，根據(jù)在圖21的步驟2115中所得到的“被新吸入第一氣體混合物中的缸內(nèi)氣體量g(1，k)”、在圖19的步驟1910中所得到的q(i)和上述方程式(34)，獲得在與第i個氣體混合物有關(guān)的注入后時間t＝(k-1)·Δt的時點(diǎn)與注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)之間的時間段期間被新吸入第i(2≤i≤n)個氣體混合物中的缸內(nèi)氣體量g(i，k)。
然后CPU 61進(jìn)展到步驟2515，并且以類似于圖21的步驟2120中的方式，將形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物質(zhì)量G更新為通過用所得到的被新吸入到第i個氣體混合物中的缸內(nèi)氣體質(zhì)量g(i，k)加上當(dāng)時的形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物質(zhì)量G所得到的值(通過圖24的步驟635，初始值被設(shè)置為“0”)。通過這樣，得到了在當(dāng)注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)處的與第i個氣體混合物有關(guān)的形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物質(zhì)量G。
然后CPU 61進(jìn)展到步驟2520，并且以類似于圖21的步驟2125中的方式，將氣體混合物質(zhì)量Mmix更新為通過用上述被新吸入到第i個氣體混合物中的缸內(nèi)氣體質(zhì)量g(i，k)加上當(dāng)時的氣體混合物質(zhì)量Mmix所得到的值(通過圖24的步驟2410，初始值被設(shè)置為“q(i)”)。通過這樣，得到了在當(dāng)注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)處的與第i個氣體混合物有關(guān)的氣體混合物質(zhì)量Mmix。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟2525，并且以類似于圖21的步驟2130中的方式，將在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之前的氣體混合物熱函Hpre設(shè)置為通過用將“被新吸入到第i個氣體混合物中的缸內(nèi)氣體熱函ΔHg＝g(i，k)·Cg·Tg”加上當(dāng)時的氣體混合物熱函Hmix所得到的值(通過圖24的步驟2405的處理，初始值被設(shè)置為“q(i)·Cf·Tf”)。
接下來，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟760至780的處理。結(jié)果，在步驟780中，得到了在當(dāng)注入后時間t為k·Δt(相應(yīng)地為曲柄角度CA＝CAinj(i)+k·ΔCA)的時點(diǎn)處的第i(2≤i≤n)個氣體混合物的溫度Tmix。
然后，CPU 61進(jìn)展到圖26的例程，并且啟動用于計算與第i個注入有關(guān)的各種濃度的處理。圖26的例程與圖8的例程的不同之處僅在于用步驟2605取代了圖8的例程的步驟815。在步驟2605中，CPU 61根據(jù)在圖19的步驟1910中所得到的第i個注入量q(i)、在步驟810中所得到的燃料消耗量累積值sumqr、在圖25的步驟2520中所得到的氣體混合物質(zhì)量Mmix和對應(yīng)于上述方程式(19)的方程式來獲得在當(dāng)注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)處的第i個氣體混合物之內(nèi)的燃料濃度[Fuel]mix。
然后CPU 61進(jìn)展到圖27的例程，并且每次CPU 61在步驟905中判斷為“No”時，重復(fù)執(zhí)行圖25的步驟2505至圖27的步驟905的處理。結(jié)果，每次在步驟905中判斷為“No”時，變量k的值增加“1”，并且在圖25的步驟2505中與第i個注入有關(guān)的曲柄角度CA增加ΔCA。
也就是說，只要在步驟905中判斷為“No”，則在從第i個注入時點(diǎn)開始的每一個微小時間Δt(也就是對于從CAinj(1)起的每一個微小曲柄角度ΔCA)內(nèi)獲得被新吸入到第i個氣體混合物中的缸內(nèi)氣體的質(zhì)量g(i，k)、第i個氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)和(只要標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值為零)排放物濃度([Soot]mix和[NO]mix)。
當(dāng)滿足了步驟905的上述條件時，CPU 61在圖27的步驟905中判斷為“Yes”，并且進(jìn)展到步驟910。在步驟910中，CPU 61獲得在第i個氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(i)和在第i個氣體混合物中所生成的NO量NO(i)。通過用圖26的步驟855的處理所更新的當(dāng)前第i個氣體混合物中的煙灰濃度[Soot]mix乘以由圖25的步驟2520所更新的當(dāng)前氣體混合物質(zhì)量Mmix，可以得到在第i個氣體混合物中所生成的煙灰量Soot(i)。進(jìn)而，通過用圖26的步驟880的處理所更新的當(dāng)前第i個氣體混合物中的NO濃度[NO]mix乘以上述氣體混合物質(zhì)量Mmix，可以得到在第i個氣體混合物中所生成的NO量NO(i)。
然后CPU 61經(jīng)由步驟2495進(jìn)展到上述圖23的步驟2330(也就是在結(jié)束執(zhí)行如圖24至27所示的系列例程之后)。以這種方式，每次重復(fù)執(zhí)行圖23的步驟2320至2330的處理時，將I(2≤i≤n)值增加“1”，并且在圖27的步驟910中連續(xù)獲得與第i個氣體混合物有關(guān)的煙灰生成量Soot(i)和與第i個氣體混合物有關(guān)的NO生成量NO(i)。以上講述了圖24至27所示的系列例程。
如上所述，當(dāng)變量i的值已經(jīng)到達(dá)除數(shù)n時，CPU 61在圖23的步驟2335中判斷為“Yes”。在這種情況下，CPU 61執(zhí)行步驟925至960，以便根據(jù)在圖23的步驟2330中所得到的總的煙灰生成量Soot和總的NO生成量NO(對應(yīng)地為總的排放物生成量的估計結(jié)果)來校正注入壓力。然后，CPU 61進(jìn)展到步驟1995，以便結(jié)束圖19至23的系列例程的當(dāng)前執(zhí)行。在此時點(diǎn)之后，每次CPU 61進(jìn)展到圖19的步驟505時，都判斷為“No”，直到下一個IVC到來為止。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備和排放物生成量估計設(shè)備，注入時間段TAU被分成較大數(shù)量的n個(＝TAU/Δt)時間段；并且假設(shè)用于與第i個(1≤i≤n)注入相對應(yīng)的注入時間段“第i個微小時間Δt”的質(zhì)量為q(i)的燃料是在當(dāng)在燃料注入開始時刻Cainj之后已經(jīng)過去了(i-1)·Δt時一次性執(zhí)行的。與第一和第二實(shí)施例中一樣，通過使用上述方程式(2)和(3)得到了在與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)處的第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k)(第一部分混合指數(shù)值)，并且通過使用過量空氣比率λ(k)估計了第一氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)。
假設(shè)在與第i個氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)處的第i個(i為不小于2并且不大于n的自然數(shù))氣體混合物的過量空氣比率等于上述“在與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)處的第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k)”。在這種假設(shè)下，在不使用上述方程式(2)和(3)的情況下估計了第i個(i≥2)氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)。
因此，只有第一氣體混合物需要利用上述方程式(2)和(3)來計算過量空氣比率λ。結(jié)果，可以減少利用了上述方程式(2)和(3)并且其中包含很大計算負(fù)荷的過量空氣比率λ的計算次數(shù)，從而可以減少CPU 61的計算負(fù)荷。
本發(fā)明并不限于上述第三實(shí)施例，并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)可以進(jìn)行各種修改。例如，在上述第三實(shí)施例中，假設(shè)在與第i個氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)處的第i個(i為不小于2并且不大于n的自然數(shù))氣體混合物的過量空氣比率等于上述“在與第一氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)處的第一氣體混合物的過量空氣比率λ(k)”。不過，可以假設(shè)第i個氣體混合物的過量空氣比率等于通過用過量空氣比率λ(k)乘以預(yù)定系數(shù)所得到的值。
也就是說，當(dāng)在與第i個氣體混合物有關(guān)的注入后時間t等于k·Δt的時點(diǎn)處的第i個(i≥2)氣體混合物的過量空氣比率用λ(i，k)來表示(i為不小于2并且不大于n的自然數(shù))，例如將λ(i，k)設(shè)置成等于h(i)·λ(k)，其中h(i)為根據(jù)變量i所確定的系數(shù)。
在這種情況下，根據(jù)對應(yīng)于上述方程式(33)的方程式“g(i，k)＝stoich(λ(i，k)-λ(i，k-1))·q(i)”，而不根據(jù)在圖25的步驟2510中所講述的上述方程式(34)，可以獲得在與第i個氣體混合物有關(guān)的注入后時間t＝(k-1)·Δt的時點(diǎn)與其上注入后時間t＝k·Δt的時點(diǎn)之間的時間段期間被新吸入第i(2≤i≤n)個氣體混合物中的缸內(nèi)氣體量g(i，k)。
(第四實(shí)施例) 接下來講述用于根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的排放物生成量估計設(shè)備。該第四實(shí)施例與第一至第三實(shí)施例的不同之處在于假設(shè)在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之后在每一個內(nèi)燃室中生成了所謂的穩(wěn)定火苗，并且通過使用這種穩(wěn)定火苗所特有的特性來估計氣體混合物的狀態(tài)(溫度Tmix等)和排放物生成量。下面主要來講述不同之處。
根據(jù)作為在上述非專利文獻(xiàn)1中所介紹的經(jīng)驗(yàn)公式的以下方程式(35)和(36)，在注入開始時刻之后從燃料注入閥21的注入開口所注入的燃料(相應(yīng)地為氣體混合物)的傳輸距離(下面將其稱為“氣體混合物傳輸距離X)可以表示為注入后時間t的函數(shù)。在方程式(36)中，dX/dt表示氣體混合物移動速度，它是注入后時間t的函數(shù)。注意，如方程式(36)的右側(cè)所示的各個值與上述方程式(3)的右側(cè)所示的值相同。
這里，當(dāng)上述方程式(3)的兩側(cè)都除以方程式(36)的兩側(cè)時，dλ/dx可以使用ρg、tanθ和各種常數(shù)來表示。這里，如果假設(shè)在注入之后ρg和tanθ為常數(shù)，則dλ/dx變成某個常數(shù)(正值)。進(jìn)而，當(dāng)氣體混合物傳輸距離X為零時(相應(yīng)地為注入時點(diǎn))，過量空氣比率λ為“0”。
因此，在這種情況下，在氣體混合物傳輸距離X和過量空氣比率λ之間存在如圖28所示的線性關(guān)系。也就是說，隨著氣體混合物傳輸距離X從“0”開始增大，過量空氣比率λ也從“0”開始增大，并且當(dāng)X＝X0時，λ變成1。
同時，如果在某些情況下，如圖28所示，燃料的注入時間段TAU相對較長時，則在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之后在燃燒室內(nèi)可以生成所謂的穩(wěn)定火苗(或者非常類似于穩(wěn)定火苗的火苗)。
當(dāng)生成了穩(wěn)定火苗時，在其中燃料過量的穩(wěn)定火苗區(qū)域中(也就是其中過量空氣比率λ小于1的區(qū)域；下面將其稱為“充足區(qū)域”)，由于被吸入到氣體混合物中的缸內(nèi)氣體中所包含的氧氣是充足的，因此氧氣已經(jīng)被燃燒完全消耗了。也就是說，在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中(在圖28中對應(yīng)于0≤X≤X0)，穩(wěn)態(tài)中的氧氣濃度(下面將其稱為“穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady”)為零。注意，在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中，甚至在氧氣已經(jīng)被燃燒完全消耗了之后，仍然還有燃料，因此穩(wěn)態(tài)中的燃料濃度(下面將其稱為“穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady”)被認(rèn)為是大于零的值。
同時，當(dāng)生成了穩(wěn)定火苗時，在其中氧氣過量的穩(wěn)定火苗區(qū)域中(也就是其中過量空氣比率λ大于1的區(qū)域；下面將其稱為“不充足區(qū)域”)，由于燃料是不充足的，因此燃料已經(jīng)被燃燒完全消耗了。也就是說，在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中(在圖28中對應(yīng)于X0≤X)，穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady為零。注意，在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中，甚至在燃料已經(jīng)被燃燒完全消耗了之后，仍然還有氧氣，因此穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady被認(rèn)為是大于零的值。
如上所述，用于獲得氣體混合物內(nèi)的煙灰生成速度d[Soot]mix/dt的上述方程式(23)包括用于獲得煙灰形成速度dmsf/dt的項(xiàng)，它包括了作為因子的氣體混合物燃料濃度[Fuel]mix，如圖以上方程式(24)所示；以及用于獲得煙灰氧化速度dmso/dt的項(xiàng)，它包括了作為因子的氣體混合物氧氣濃度[O2]mix，如圖以上方程式(25)所示。
因此，當(dāng)根據(jù)上述方程式(23)來計算穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中的煙灰生成速度d[Soot]mix/dt時，如上述方程式(25)所示的用于獲得煙灰氧化速dmso/dt的項(xiàng)的值總是保持為零。換句話說，在這種情況下可以省略用于獲得煙灰氧化速度dmso/dt的項(xiàng)的計算。
類似地，當(dāng)根據(jù)上述方程式(23)來計算穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中的煙灰生成速度d[Soot]mix/dt時，如上述方程式(24)所示的用于獲得煙灰形成速dmsf/dt的項(xiàng)的值總是保持為零。換句話說，在這種情況下可以省略用于獲得煙灰形成速度dmsf/dt的一項(xiàng)的計算。
另外，上述方程式(24)和(25)的右側(cè)包括了隨時間變化的、與變量Pg和Tmix有關(guān)的功率計算。功率計算需要很大的計算負(fù)荷。因此，期望盡可能地減少方程式(24)和(25)的計算次數(shù)。
考慮到上述情況，在第四實(shí)施例中，其根據(jù)上述方程式(23)來估計在由穩(wěn)定火苗占據(jù)的區(qū)域中(也就是在氣體混合物中)的煙灰生成速度d[Soot]mix/dt，在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中(λ＜1)中，根據(jù)作為從上述方程式(23)中去除dmso/dt項(xiàng)所得到的方程式“d[Soot]mix/dt＝dmsf/dt”來獲得煙灰生成速度d[Soot]mix/dt。
類似地，在第四實(shí)施例中，在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中(λ＞1；實(shí)際上λ≥1)中，根據(jù)作為從上述方程式(23)中去除dmsf/dt項(xiàng)所得到的方程式“d[Soot]mix/dt＝-dmso/dt”來獲得煙灰生成速度d[Soot]mix/dt。通過這些計算，可以減少方程式(24)和(25)的計算次數(shù)，并且作為結(jié)果，可以減少CPU 61的計算負(fù)荷。
接下來，連續(xù)講述用于獲得氣體混合物的溫度(確切地說，通過在穩(wěn)態(tài)中燃燒的氣體混合物溫度的增加量；下面將其稱為“穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady”)、上述穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady、上述穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady的方法，這對于通過使用上述方程式(23)來獲得由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中(也就是在氣體混合物中)的煙灰生成速度d[Soot]mix/dt是必需的，另外還將講述用于獲得穩(wěn)態(tài)中的氮?dú)鉂舛?下面將其稱為“穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady”)，這對于通過使用上述方程式(27)來獲得由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中(也就是在氣體混合物中)的NO生成速度d[NO]mix/dt是必需的。
在講述上述方法中所必需的過量空氣比率λ是根據(jù)使用了上述缸內(nèi)氣體理論空氣-燃料比率stoich、燃料量(質(zhì)量)Q和形成缸內(nèi)氣體的氣體混合物質(zhì)量G的以下方程式(37)來確定的。
<穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady> 穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady可以用以下方程式(38)來表示。在以下方程式(38)中，Qreac表示通過氣體混合物中的燃燒所消耗的燃料量(質(zhì)量)，Cg表示缸內(nèi)氣體的常壓比熱，并且Cf表示燃料的常壓比熱。Hf為用于將Qreac轉(zhuǎn)化成反應(yīng)熱Hr(＝Hf·Qreac)的系數(shù)。該方程式(38)是基于如下假設(shè)，即，“作為氣體混合物中質(zhì)量為Qreac的燃料的燃燒結(jié)果而生成的反應(yīng)熱Hr被消耗，從而將包括有質(zhì)量為Q的燃料和質(zhì)量為G的缸內(nèi)氣體的氣體混合物的溫度增加穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady”。
這里，在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中(λ＜1)，通過氣體混合物中的燃燒所消耗的燃料量Qreac等于作為與在氣體混合物中的缸內(nèi)氣體中所包含的所有氧氣發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果而消耗的燃料量，并且因此通過以下方程式(39)可以得到。
當(dāng)將Q、G和Qreac從上述方程式(37)至(39)中消去，并且對所得到的方程式進(jìn)行整理時，在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中(λ＜1)中的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady可以被表示為作為過量空氣比率λ的函數(shù)的以下方程式(40)。
同時，在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中(λ＞1；實(shí)際上λ≥1)中，氣體混合物之內(nèi)的燃料通過燃燒被完全消耗了，并且因此通過氣體混合物中的燃燒所消耗的燃料量Qreac等于“Q”。當(dāng)將Q、G和Qreac從上述方程式(37)和(38)中消去同時使用關(guān)系“Qreac＝Q”，并且對所得到的方程式進(jìn)行整理時，在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中(λ＞1；實(shí)際上λ≥1)中的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady可以被表示為作為過量空氣比率λ的函數(shù)的以下方程式(41)。
圖29示出了由方程式(40)和(41)所表示的過量空氣比率λ和穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady之間的關(guān)系。注意，在考慮到如圖28所示的氣體混合物傳輸距離X和過量空氣比率λ之間的線性關(guān)系的情況下，圖29示出了氣體混合物傳輸距離X和穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady之間的關(guān)系。如圖29所示，穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady假設(shè)為當(dāng)λ＝1時(也就是X＝X0；參見圖28)的最大值ΔTmix0＝Hf/(stoich·Cg+Cf)。
<穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady> 如上所述，在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中，不論過量空氣比率λ(對應(yīng)地為氣體混合物傳輸距離X)如何，穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady都保持為零。同時，在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中(λ＜1)，當(dāng)考慮到上述方程式(39)時，在氣體混合物中剩余的燃料量(質(zhì)量)可以被表示為(Q-(G/stoich))。因此，作為“在氣體混合物中剩余的燃料量(質(zhì)量)”與氣體混合物的質(zhì)量(Q+G)的比值的穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady可以用以下方程式(42)來表示。
因此，當(dāng)將Q和G從上述方程式(37)和(42)中消去并且對所得到的方程式進(jìn)行整理時，在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中(λ＜1)中的穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady可以被表示為作為過量空氣比率λ的函數(shù)的以下方程式(43)。
圖30示出了由方程式(43)所示的過量空氣比率λ和穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady之間的關(guān)系。注意，在考慮到氣體混合物傳輸距離X和過量空氣比率λ之間的線性關(guān)系的情況下，圖30示出了氣體混合物傳輸距離X和穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady之間的關(guān)系。
<穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady> 如上所述，在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域中，不論過量空氣比率λ(對應(yīng)地為氣體混合物傳輸距離X)如何，穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady都保持為零。同時，在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中(λ＞1；實(shí)際上λ≥1)，當(dāng)考慮到上述關(guān)系“Qreac＝Q”時，在氣體混合物中剩余的氧氣量(質(zhì)量)可以被表示為(G-(Q·stoich))·[O2]in。這里，[O2]in表示吸入空氣的氧氣濃度(對應(yīng)地為缸內(nèi)氣體的氧氣濃度)。因此，作為“在氣體混合物中剩余的氧氣量(質(zhì)量)”與氣體混合物的質(zhì)量(Q+G)的比值的穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady可以用以下方程式(44)來表示。
因此，當(dāng)將Q和G從上述方程式(37)和(44)中消去并且對所得到的方程式進(jìn)行整理時，在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域中(λ＞1)中的穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady可以被表示為作為過量空氣比率λ的函數(shù)的以下方程式(45)。
圖31示出了由方程式(45)所示的過量空氣比率λ和穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady之間的關(guān)系。注意，在考慮到氣體混合物傳輸距離X和過量空氣比率λ之間的線性關(guān)系的情況下，圖31示出了氣體混合物傳輸距離X和穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady之間的關(guān)系。
<穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady> 如上所述，由于缸內(nèi)氣體中的氮?dú)鉃槎栊詺怏w，因此在氣體混合物中的化學(xué)反應(yīng)中沒有消耗氮?dú)狻Ｒ虼?，在氣體混合物中剩余的氮?dú)饬?質(zhì)量)可以被表示為G·[N2]in。這里，[N2]in表示吸入空氣的氮?dú)鉂舛?對應(yīng)地為缸內(nèi)氣體的氮?dú)鉂舛?。因此，作為“在氣體混合物中剩余的氮?dú)饬?質(zhì)量)”與氣體混合物的質(zhì)量(Q+G)的比值的穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady可以用以下方程式(46)來表示。
因此，當(dāng)將Q和G從上述方程式(37)和(46)中消去并且對所得到的方程式進(jìn)行整理時，穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady可以用作為過量空氣比率λ的函數(shù)的以下方程式(47)來表示。
圖32示出了由方程式(47)所示的過量空氣比率λ和穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady之間的關(guān)系。注意，在考慮到氣體混合物傳輸距離X和過量空氣比率λ之間的線性關(guān)系的情況下，圖32示出了氣體混合物傳輸距離X和穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady之間的關(guān)系。
如上所述，在穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中(也就是在氣體混合物中)，穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady、穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady、穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady和穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady的每一個都可以由過量空氣比率λ的函數(shù)表示。
同時，通過上述方程式(2)和(3)，過量空氣比率λ可以被表示成注入后時間t的函數(shù)funcλ(t)。圖33示出了注入后時間t和從函數(shù)funcλ(t)得到的過量空氣比率λ之間的關(guān)系。注意，假設(shè)當(dāng)t＝t0時，λ＝1。
從以上講述可以知道，通過將如圖33所示和從函數(shù)funcλ(t)所得到的關(guān)系應(yīng)用到如圖29至32所示的關(guān)系中，在穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中(也就是在氣體混合物中)，穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady、穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady、穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady和穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady可以表示為作為注入后時間t的函數(shù)的funcΔTmixsteady(t)、func[Fuel]mixsteady(t)、func[O2]mixsteady(t)和func[N2]mixsteady(t)。
圖34至37分別示出了由funcΔTmixsteady(t)、func[Fuel]mixsteady(t)、func[O2]mixsteady(t)和func[N2]mixsteady(t)所表示的關(guān)系。在第四實(shí)施例中，在穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中(也就是在氣體混合物中)，通過使用作為注入后時間t的函數(shù)的funcΔTmixsteady(t)、func[Fuel]mixsteady(t)、func[O2]mixsteady(t)和func[N2]mixsteady(t)來獲得煙灰生成速度d[Soot]mix/dt和NO生成速度d[NO]mix/dt。
(第四實(shí)施例的實(shí)際操作) 接下來，講述根據(jù)第四實(shí)施例的排放物生成量估計設(shè)備的實(shí)際操作。在由第一實(shí)施例的CPU 61所執(zhí)行的如圖5至9所示的和如圖13所示的系列例程中，本設(shè)備的CPU 61按照相同的方式執(zhí)行圖13的例程，并且執(zhí)行如圖38至41中的流程圖所示的系列例程，以取代如圖5至9所示的系列例程。
注意，與如圖5至9所示的例程相同的如圖38至41所示的例程的步驟用圖5至9所示的例程的相應(yīng)的步驟的相同標(biāo)號來表示。這里省略了重復(fù)性的講述?，F(xiàn)在來講述第四實(shí)施例所特有的如圖38至41所示的例程。注意，圖38的例程對應(yīng)于圖5的例程；圖39的例程對應(yīng)于圖6的例程；圖40的例程對應(yīng)于圖7和圖8的例程；并且圖41的例程對應(yīng)于圖9的例程。
第四實(shí)施例的CPU 61以預(yù)定間隔重復(fù)執(zhí)行與如圖5至9所示的系列例程相對應(yīng)的如圖38至41所示的系列例程。因此，當(dāng)已經(jīng)到達(dá)預(yù)定時刻時，CPU 61從圖38的步驟3800開始處理，并且進(jìn)展到步驟505。當(dāng)CPU 61在步驟505中判斷為“Yes”時(也就是到了IVC)，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟510至530的處理，并且連續(xù)執(zhí)行步驟550至560的處理。
接下來，CPU 61進(jìn)展到圖39的例程，以便執(zhí)行用于確定各種函數(shù)的處理。確切地說，CPU 61進(jìn)展到步驟3905，并且得到穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體密度ρgave，它是在其中生成了穩(wěn)定火苗的時間段期間的缸內(nèi)氣體密度ρg的平均值。由于穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體密度ρgave是根據(jù)缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg來確定的，因此根據(jù)在圖38的步驟515中所得到的缸內(nèi)氣體的總質(zhì)量Mg和用于獲得ρgave的函數(shù)funcρgave并同時使用Mg作為自變量來得到穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體密度ρgave。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟3910，并且得到穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體壓力Pgave，它是在其中生成了穩(wěn)定火苗的時間段期間的缸內(nèi)氣體壓力Pg的平均值。由于穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體壓力Pgave是根據(jù)IVC處的缸內(nèi)氣體壓力Pgivc、IVC處的曲柄角度CAivc和指令燃料注入量Qfin來確定的，因此根據(jù)在圖38的步驟510中所得到的IVC處的缸內(nèi)氣體壓力Pgivc和IVC處的曲柄角度CAivc、在圖38的步驟520中所得到的指令燃料注入量Qfin，以及用于獲得Pgave的函數(shù)funcPgave并同時使用了Pgivc、CAivc和Qfin作為自變量來得到穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體壓力Pgave。
然后CPU 61進(jìn)展到步驟3915，并且通過從在圖38的步驟530中所得到的基準(zhǔn)燃料注入壓力Pcrbase減去穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體壓力Pgave來獲得穩(wěn)定火苗時間平均有效注入壓力ΔPave。在隨后的步驟3920中，CPU 61根據(jù)所得到穩(wěn)定火苗時間平均有效注入壓力ΔPave、所得到的穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體密度ρgave和上述表格Mapθ來得到穩(wěn)定火苗時間平均噴射角θave。通過該處理，穩(wěn)定火苗時間平均噴射角θave根據(jù)ΔPave和ρgave來確定。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟3925，并且通過使用上述方程式(2)和(3)，同時使用了穩(wěn)定火苗時間平均有效注入壓力ΔPave、穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體密度ρgave和穩(wěn)定火苗時間平均噴射角θave作為上述方程式(3)的有效注入壓力ΔP、缸內(nèi)氣體密度ρg和噴射角θ，來確定用于定義注入后時間t和過量空氣比率λ之間的關(guān)系的上述函數(shù)funcλ(t)(見圖33)。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟3930，并且確定函數(shù)funcΔTmixsteady(t)，用于根據(jù)所得到的函數(shù)funcλ(t)同時使用注入后時間t作為自變量，來獲得穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady；以及確定函數(shù)funcΔTmixsteady(λ)，用于獲得由其中過量空氣比率λ作為自變量的上述方程式(40)和(41)所表示的ΔTmixsteady。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟3935，并且確定函數(shù)func[Fuel]mixsteady(t)，用于根據(jù)所得到的函數(shù)funcλ(t)同時使用注入后時間t作為自變量，來獲得穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady；以及確定函數(shù)func[Fuel]mixsteady(λ)，用于獲得由其中過量空氣比率λ作為自變量的上述方程式(43)所表示的[Fuel]mixsteady。
然后，CPU 61進(jìn)展到步驟3940，并且確定函數(shù)func[O2]mixsteady(t)，用于根據(jù)所得到的函數(shù)funcλ(t)同時使用注入后時間t作為自變量，來獲得穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady；以及確定函數(shù)func[O2]mixsteady(λ)，用于獲得由其中過量空氣比率λ作為自變量的上述方程式(45)所表示的[O2]mixsteady。
然后，CPU 61進(jìn)展到步驟3945，并且確定函數(shù)func[N2]mixsteady(t)，用于根據(jù)所得到的函數(shù)funcλ(t)同時使用注入后時間t作為自變量，來獲得穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady；以及確定函數(shù)func[N2]mixsteady(λ)，用于獲得由其中過量空氣比率λ作為自變量的上述方程式(47)所表示的[N2]mixsteady。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟3950，以便與圖6的步驟660中的一樣，將氣體混合物NO濃度[NO]mix和氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix的每一個設(shè)置為初始值“0”。在隨后的步驟3955中，與圖6的步驟665中的一樣，將注入后時間t設(shè)置為初始值“0”。
接下來，CPU 61執(zhí)行步驟670的處理，進(jìn)展到圖40的例程，并且啟動用于計算在由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中(也就是氣體混合物中)的氣體混合物溫度和各種濃度等的處理。確切地說，CPU 61首先進(jìn)展到步驟4002，并且將注入后時間t(由于圖39的步驟3955的處理，初始值為“0”)前進(jìn)微小時間Δt(例如0.1msec)。在隨后的步驟4004中，CPU 61根據(jù)注入后時間t處的當(dāng)前值和在圖39的步驟3925中所確定的函數(shù)funcλ(t)來獲得與注入后時間t相對應(yīng)的過量空氣比率λ。
然后，CPU 61進(jìn)展到步驟4006，并且根據(jù)注入后時間t處的當(dāng)前值和在圖39的步驟3930中所確定的函數(shù)funcΔTmixsteady(t)來獲得與注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度增加量ΔTmixsteady，并且通過用在圖38的步驟550中所得到的燃料蒸氣溫度Tf加上所得到的ΔTmixsteady來獲得與注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度Tmixsteady。
隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟4008，并且根據(jù)注入后時間t處的當(dāng)前值和在圖39的步驟3935中所確定的函數(shù)func[Fuel]mixsteady(t)來獲得與注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟4010，并且根據(jù)注入后時間t處的當(dāng)前值和在圖39的步驟3940中所確定的函數(shù)func[O2]mixsteady(t)來獲得與注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟4012，并且根據(jù)注入后時間t處的當(dāng)前值和在圖39的步驟3945中所確定的函數(shù)func[N2]mixsteady(t)來獲得與注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady。
接下來，CPU 61執(zhí)行步驟835的判斷。這里假設(shè)CPU 61判斷為“Yes”。在這種情況下，CPU 61進(jìn)展到步驟4016，以便確定在步驟4004中所更新的與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的過量空氣比率λ是否小于“1”(也就是當(dāng)前區(qū)域是否為充足區(qū)域)。
當(dāng)CPU 61判斷為“Yes”時(也就是當(dāng)前區(qū)域?yàn)槌渥銋^(qū)域)，CPU61進(jìn)展到步驟4018，并且根據(jù)在步驟4008中所得到的與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady、在圖39的步驟3910中所得到的穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體壓力Pgave、在步驟4006中所得到的與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度Tmixsteady和上述方程式(24)來獲得煙灰形成速度dmsf/dt。隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟4020，并且根據(jù)在步驟4020的框中所述的方程式來獲得與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的煙灰生成速度d[soot]mix/dt，這可以通過從中省略“dmso/dt”項(xiàng)的上述方程式(23)和所得到的煙灰形成速度dmsf/dt來得到。也就是說，在這種情況下省略了上述方程式(25)的計算。
同時，當(dāng)CPU 61在步驟4016中判斷為“No”時(也就是當(dāng)前區(qū)域?yàn)椴怀渥銋^(qū)域)，CPU 61進(jìn)展到步驟4022，并且根據(jù)當(dāng)時的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix、在步驟4010中所得到的與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady、在圖39的步驟3910中所得到的穩(wěn)定火苗時間平均缸內(nèi)氣體壓力Pgave、在步驟4006中所得到的與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度Tmixsteady和上述方程式(25)來獲得煙灰氧化速度dmso/dt。隨后，CPU 61進(jìn)展到步驟4024，并且根據(jù)在步驟4024的框中所述的方程式來獲得與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的煙灰生成速度d[soot]mix/dt，這可以通過從中省略“dmsf/dt”項(xiàng)的上述方程式(23)和所得到的煙灰氧化速度dmso/dt來得到。也就是說，在這種情況下省略了上述方程式(24)的計算。
一旦在步驟4020或4024中得到了與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的煙灰生成速度d[soot]mix/dt，則CPU 61執(zhí)行步驟855的處理，然后進(jìn)展到步驟4028，以便確定與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的過量空氣比率λ是否大于“1”并且與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度Tmixsteady是否小于上述煙灰反應(yīng)臨界溫度TminSoot。
當(dāng)CPU 61在步驟4028中判斷為“Yes”時，與在圖8的步驟860中的判斷一樣，CPU 61執(zhí)行步驟865的處理，然后進(jìn)展到步驟870。當(dāng)CPU 61在步驟4028中判斷為“No”時，直接進(jìn)展到步驟870。
當(dāng)CPU 61進(jìn)展到步驟870時，執(zhí)行步驟870的判斷。這里，假設(shè)CPU 61判斷為“Yes”。在這種情況下，CPU 61進(jìn)展到步驟4034，并且根據(jù)在步驟4006中所得到的與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度Tmixsteady、在步驟4010中所得到的與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady、在步驟4012中所得到的與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氮?dú)鉂舛萚N2]mixsteady和上述方程式(27)來獲得與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的NO生成速度d[NO]mix/dt。
隨后，CPU 61執(zhí)行步驟880的處理，然后進(jìn)展到步驟4038，以便確定與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的過量空氣比率λ是否大于“1”并且與當(dāng)前注入后時間t相對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)氣體混合物溫度Tmixsteady是否小于上述NO反應(yīng)臨界溫度TminNO。
當(dāng)CPU 61在步驟4038中判斷為“Yes”時，與在圖8的步驟885中的判斷一樣，CPU 61執(zhí)行步驟890的處理，然后進(jìn)展到圖41的例程。當(dāng)CPU 61在步驟4038中判斷為“No”時，直接進(jìn)展到圖41的例程。
當(dāng)CPU 61進(jìn)展到圖41的例程時，執(zhí)行與圖9的步驟905相對應(yīng)的步驟4015的判斷。每次CPU 61在步驟4105中判斷為“No”時，CPU 61重復(fù)執(zhí)行圖40的步驟4002至圖41的步驟4105。結(jié)果每次在步驟4105中判斷為“No”，在圖40的步驟4002中將注入后時間t前進(jìn)Δt。
也就是說，只要在步驟4105中判斷為“No”，則對注入后時間t的每一個微小時間Δt都獲得過量空氣比率λ和(只要標(biāo)志ENDsoot和ENDno的值為零)排放物濃度([Soot]mix和[NO]mix)。
當(dāng)滿足了步驟4105的條件時，CPU 61在圖41的步驟4105中判斷為“Yes”，并且進(jìn)展到步驟4110和隨后的步驟，以便執(zhí)行用于結(jié)束與排放物生成量有關(guān)的計算的處理。
也就是說，在步驟4110中，CPU 61根據(jù)當(dāng)前時點(diǎn)處(也就是在滿足了步驟4105的條件的時點(diǎn)處)的過量空氣比率λ、在圖38的步驟520中所得到的指令燃料注入量Qfin和步驟4110的框中所述的方程式，來獲得包含有指令燃料注入量為Qfin的燃料、與穩(wěn)定火苗有關(guān)的并且其過量空氣比率假設(shè)為值λ的氣體混合物的質(zhì)量(穩(wěn)態(tài)氣體混合物質(zhì)量Mmixsteady)。
接下來，CPU 61進(jìn)展到步驟4115，以便通過用圖40的步驟855中所更新的氣體混合物煙灰濃度[Soot]mix的當(dāng)前值乘以上述穩(wěn)態(tài)氣體混合物質(zhì)量Mmixsteady來獲得由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中的煙灰生成量，并且然后通過用初始值Soot0加上所得到的煙灰生成量來獲得總的煙灰生成量。
類似地，在步驟4115中，CPU 61通過用圖40的步驟880中所更新的氣體混合物NO濃度[NO]mix的當(dāng)前值乘以上述穩(wěn)態(tài)氣體混合物質(zhì)量Mmixsteady來獲得由穩(wěn)定火苗所占據(jù)的區(qū)域中的NO生成量，并且然后通過用初始值NO0加上所得到的NO生成量來獲得總的NO生成量。
然后，CPU 61連續(xù)執(zhí)行步驟925至960，以便根據(jù)在圖41的步驟4115中所得到的總的煙灰生成量Soot和總的NO生成量NO(相應(yīng)地為總的排放物生成量的估計結(jié)果)來校正注入壓力。然后CPU 61進(jìn)展到步驟3895，以便結(jié)束圖38至41的系列例程的當(dāng)前執(zhí)行。在該時點(diǎn)之后，每次CPU 61進(jìn)展到圖38的步驟505時，都判斷為“No”，直到到了下一個IVC為止。
如上所述，本發(fā)明的排放物生成量估計設(shè)備的第四實(shí)施例假設(shè)了其中在點(diǎn)燃?xì)怏w混合物之后在每一個燃燒室中都生成了所謂的穩(wěn)定火苗。因此，在利用穩(wěn)態(tài)中的氧氣濃度(穩(wěn)態(tài)氧氣濃度[O2]mixsteady)在穩(wěn)定火苗的充足區(qū)域(λ＜1)中變成零這一優(yōu)點(diǎn)的同時，第四實(shí)施例根據(jù)通過在上述方程式(23)中省略dmso/dt這一項(xiàng)所得到的方程式“d[Soot]mix/dt＝dmsf/dt”來獲得煙灰生成速度d[soot]mix/dt。
類似地，在利用了穩(wěn)態(tài)中的燃料濃度(穩(wěn)態(tài)燃料濃度[Fuel]mixsteady)在穩(wěn)定火苗的不充足區(qū)域(λ≥1)中變成零這一事實(shí)的情況下，第四實(shí)施例根據(jù)通過在上述方程式(23)中省略dmsf/dt這一項(xiàng)所得到的方程式“d[Soot]mix/dt＝-dmso/dt”來獲得煙灰生成速度d[soot]mix/dt。這些計算可以減少方程式(24)和(25)的計算次數(shù)，從而可以減少CPU 61的計算負(fù)荷。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備，包括
注入燃料劃分裝置，在從預(yù)定的注入開始時間的預(yù)定注入時間段期間，用于將不斷注入到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的燃料劃分成多個部分；以及
氣體混合物狀態(tài)估計裝置，基于這樣的假設(shè)，即，假設(shè)所劃分的多個燃料注入部分是根據(jù)從預(yù)定的注入開始時間經(jīng)過的時間來被單獨(dú)和連續(xù)地注入，則該氣體混合物狀態(tài)估計裝置單獨(dú)估計通過將注入燃料的多個部分與缸內(nèi)氣體相混合而形成的每一個氣體混合物的狀態(tài)，其中所述缸內(nèi)氣體是被吸入燃燒室的氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備，其中氣體混合物狀態(tài)估計裝置被配置用于單獨(dú)地獲取一值，所述值表示缸內(nèi)氣體與所劃分的注入燃料的每個部分的混合程度，并且通過利用所獲得的表示缸內(nèi)氣體與所述注入燃料的每一個部分的混合程度的值，單獨(dú)估計根據(jù)注入燃料的每一個部分所形成的氣體混合物的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備，其中注入燃料劃分裝置被配置為根據(jù)預(yù)定規(guī)則將預(yù)定注入時間段劃分成多個時間段，并且將注入燃料分成在相應(yīng)的時間段中被連續(xù)注入的部分。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備，進(jìn)一步包括點(diǎn)火時刻獲取裝置，用于獲得表示氣體混合物的點(diǎn)火時刻的值，
其中注入燃料劃分裝置根據(jù)所得到的表示點(diǎn)火時刻的值，將注入燃料劃分成在氣體混合物點(diǎn)火之前注入的部分和在氣體混合物點(diǎn)火之后注入的部分。
5.如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備，進(jìn)一步包括混合指數(shù)值獲得裝置，用于獲取第一部分混合指數(shù)值，從而使得該值與燃燒室內(nèi)的第一注入部分的進(jìn)展相對應(yīng)，其中該第一部分混合指數(shù)值是表示缸內(nèi)氣體與所劃分的注入燃料的第一注入部分的混合程度的值，
其中氣體混合物狀態(tài)估計裝置通過利用所獲得的第一部分混合指數(shù)值來估計根據(jù)第一注入部分所形成的氣體混合物的狀態(tài)，并且
其中假設(shè)根據(jù)與燃燒室內(nèi)的第二或后面的注入部分的進(jìn)展相對應(yīng)的、所獲得的第一部分混合指數(shù)值來確定一值，其中所述的值表示所述缸內(nèi)氣體與所劃分的注入燃料的第二或更后面的注入部分的混合程度且與所述進(jìn)展相對應(yīng)的值，則所述氣體混合物狀態(tài)估計裝置通過利用表示缸內(nèi)氣體和第二或后面的注入部分的混合程度的所確定的值來估計根據(jù)第二或后面的注入部分所形成的氣體混合物的狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備，其中由氣體混合物估計裝置所估計的氣體混合物的狀態(tài)包括氣體混合物的溫度，氣體混合物內(nèi)的燃料濃度，氣體混合物內(nèi)的氧氣濃度以及氣體混合物內(nèi)的氮?dú)鉂舛戎械闹辽僖粋€。
7.一種包括排放物生成量估計裝置的排放物生成量估計設(shè)備，用于根據(jù)由權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的氣體混合物狀態(tài)估計設(shè)備所估計的相應(yīng)的氣體混合物的狀態(tài)，來單獨(dú)地估計作為每一個氣體混合物的燃燒結(jié)果而生成的排放物的生成量，其中該排放物是有害物質(zhì)。
8.一種用于內(nèi)燃機(jī)的排放物生成量估計設(shè)備，包括排放物生成量估計裝置，用于在假設(shè)的如下情況下對排放物的生成量進(jìn)行估計，所述情況是，在點(diǎn)燃了氣體混合物之后在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中產(chǎn)生了穩(wěn)定火苗的情況下，其中所述氣體混合物是通過注入到燃燒室中的燃料與作為被吸入到燃燒室中的氣體的缸內(nèi)氣體相混合而形成的，其中排放物生成量估計裝置單獨(dú)估計如下的排放物的量，其中所述排放物的量是在其中燃料過量的穩(wěn)定火苗區(qū)域中作為燃燒結(jié)果而產(chǎn)生的作為有害物質(zhì)的排放物的量，以及在其中氧氣過量的穩(wěn)定火苗區(qū)域中的作為燃燒結(jié)果而產(chǎn)生的排放物的量。
9.如權(quán)利要求7或8所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排放物生成量估計設(shè)備，其中氣體混合物狀態(tài)估計裝置至少估計作為排放物生成量的煙灰和NOX的生成量。
10.如權(quán)利要求7至9的任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排放物生成量估計設(shè)備，其中排放物生成量估計裝置被配置為用于單獨(dú)計算每個氣體混合物或每一個穩(wěn)定火苗區(qū)域的排放物生成速度，并且將所計算的排放物生成速度相對于時間進(jìn)行積分，從而單獨(dú)估計排放物的生成量。
11.如權(quán)利要求10所述的用于內(nèi)燃機(jī)的排放物生成量估計設(shè)備，其中排放物生成量估計裝置被配置為當(dāng)氣體混合物的溫度或者穩(wěn)定火苗區(qū)域內(nèi)的溫度變得低于預(yù)定溫度時，結(jié)束相應(yīng)的排放物生成速度對時間的積分。
全文摘要
該設(shè)備將注入時間段TAU等分成三個時間段也就是前、中、后三個時間段，并且假設(shè)在燃料注入開始時刻一次性執(zhí)行與“前時間段”相對應(yīng)的第一注入(質(zhì)量Q(1))，在第一注入已經(jīng)過去了1/3TAU時的時點(diǎn)處一次性執(zhí)行與“中時間段”相對應(yīng)的第二注入(質(zhì)量Q(2))，并且在第二注入已經(jīng)過去了1/3TAU時一次性執(zhí)行與“后時間段”相對應(yīng)的第三注入(質(zhì)量Q(3))。單獨(dú)處理基于第一注入的第一氣體混合物、基于第二注入的第二氣體混合物和基于第三注入的第三氣體混合物。并且對于每一個氣體混合物，單獨(dú)估計氣體混合物的過量空氣比率、氣體混合物的狀態(tài)(溫度等)和氣體混合物中的排放物生成量。
文檔編號F02D45/00GK101151453SQ20068001069
公開日2008年3月26日 申請日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者大西知美, 中山茂樹 申請人:豐田自動車株式會社