专利名称：用于内燃机的估计混合气状态量或温度的方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的混合气状态量的估计方法，该方法可估计混合气的状态量如温度，该混合气是将喷射到内燃机气缸内的燃料和进入气缸内的空气混合而形成的。
背景技术：
从内燃机(如火花点火式内燃机或狄塞尔发动机)排放出的排放物(如NOx)的量与点火后的火焰温度(燃烧温度)密切相关。因此，将火焰温度控制到预定的温度会有效地降低排放物(如NOx)的量。通常，由于火焰的温度不能够直接测量，因此必须估计火焰温度，以便将火焰温度控制到预定温度。同时，火焰温度的变化依赖于点火前气缸内部的温度(在下文中简单称为“气缸内部温度”)。因而，估计气缸内部温度对于估计火焰温度是很有效的。
特别地，在狄塞尔发动机中，空气燃料混合物通过压缩引起自燃而开始燃烧，其点火正时必须根据发动机的运行状态得到合理控制。点火正时很大程度上依赖于点火前的气缸内部温度。因而，估计气缸内部温度对合理控制点火正时也是必要的。
鉴于上述情况，日本公开的专利申请(kokai)No.2001-254645公开了一种用于狄塞尔发动机的燃料喷射装置，该装置根据发动机的运行状态设置目标点火正时，并基于影响气缸内部温度的各运行状态量，如发动机冷却液温度、进气温度和进气压力等，来估计在目标点火正时的气缸内部温度。随后，该装置以一定的方式控制燃料的喷射方式(如喷射正时和/或喷射压力)，使得估计的气缸内部温度达到预定的温度，从而将点火正时控制到与目标点火正时相符合。
顺便提一句，严格地说，上述火焰温度以及点火正时(通过自燃方式)的变化依赖于混合气在点火前的温度，该混合气是通过将存在于气缸内部的燃料(燃料蒸气)和存在于气缸内部的空气(新鲜空气、EGR气体等)混合而产生的(在下文中，点火前的温度将简称为“混合气温度”)。
特别地，在燃料直接喷射到每一个气缸这样类型的内燃机中，喷射的燃料在与已进入气缸的全部气体(在下文中称为“气缸内部气体”)均匀混合之前就被点燃。换言之，在点火正时处或点火正时之前瞬间，混合气包括喷射的燃料(燃料蒸气)和一部分气缸内部气体。因此，在点火正时，在气缸内，混合气占据一个空间区域，位于混合气外围且没有与燃料混合的气缸内部气体(在下文中称为“外围气缸内部气体”)占据另一个不同的空间区域。由于混合气所占据的区域的温度(因而混合气的温度)与外围的内部燃烧气体的温度不同，因此气缸内部的温度分布不均匀。
但是，传统装置在燃料(燃料蒸气)与全部气缸内部气体之间是均匀混合的并而所得混合气均匀地位于整个气缸内的假设下估计气缸内部温度。因此，估计出的气缸内部温度与混合气本身的温度不同。因而，此装置不能准确地将点火正时控制为目标点火正时。鉴于上述情况，有这样的需求，即准确地估计混合气的温度(状态量)，该混合气由喷射的燃料(燃料蒸气)和与燃料混合的一部分气缸内部气体组成。
发明内容
鉴于前述情况，本发明的一个目的是提供一种用于内燃机的混合气状态量估计方法，该方法能够准确地估计由喷射的燃料(燃料蒸气)和与该燃料混合的一部分气缸内部气体组成的混合气的状态量，如温度。
在根据本发明的用于内燃机的混合气状态量估计方法中，通过使用燃料的状态量和气缸内部气体的状态量来估计混合气的状态量，该混合气由喷射到发动机气缸内的燃料和存在于气缸内、与燃料混合的那一部分气缸内部气体组成。
在本发明的方法中，将点火前气缸内部空间分为两部分，一部分由混合气占据，一部分由外围气缸内部气体占据；由混合气占据的那部分的状态量(如温度) (即混合气本身的状态量(如温度))能够根据喷射的燃料(燃料蒸气)的温度等和气缸内部气体的温度等准确地估计出来。因而，通过控制喷射燃料的方式(如喷射正时、喷射压力等)，可以使得由本发明方法估计出的混合气的温度在预定正时变为预定温度(目标温度)，并能够使得火焰温度、点火正时(通过自燃方式)等与它们的目标值准确地相符合。从而能够获得一种最佳的燃烧状态，因而可以进一步降低排放出的排放物(如NOx)的量。
更为具体地，在根据本发明的用于内燃机的混合气温度估计方法中，混合气由喷射到发动机气缸内的燃料和位于气缸内并与燃料混合在一起的一部分气缸内部气体组成(该部分气缸内部气体可称为“形成混合气体的气缸内部气体”)，对该混合气温度的估计是基于喷射的燃料的热量、那部分气缸内部气体的热量和从气缸内部气体的其余部分传递到混合气的热量进行的，该其余部分位于混合气周围但没有与燃料混合。
由喷射到气缸内的燃料和形成混合气体的气缸内部气体组成的混合气的温度依赖于混合气的热量；而混合气的热量依赖于喷射的燃料的热量和形成混合气体的气缸内部气体的热量。此外，在喷射燃料后形成混合气的过程中，混合气接受自外围气缸内部气体传递来的热量，该外围气缸内部气体的温度比混合气的温度高。因此，在本发明方法中，可以更准确地估计混合气的温度。
在本发明的一个更为具体的优选方法中，假定在燃料与形成混合气体的气缸内部气体混合的过程中与外部(即外围气缸内部气体等)没有发生热交换，首先基于喷射的燃料的热量和形成混合气体的气缸内部气体的热量计算出混合气绝热温度。随后，通过使用计算出的混合气绝热温度和气缸内部气体(外围气缸内部气体)的温度，获得自外围气缸内部气体传递到混合气的热量；根据混合气绝热温度和传递的热量来估计混合气的温度。该方法能够通过简单计算准确地估计出混合气的温度。
在本发明的混合气温度估计方法中，最好获得在恰好喷射燃料的点之后混合气的移动距离(从喷射器的末端测量)；在混合气碰撞燃烧室壁之后，考虑了从混合气传递到燃烧室壁的热量，估计混合气的温度。
通常，燃烧室壁面的温度比混合气的温度要低。因而，在混合气碰撞燃烧室壁面之后，热量从混合气传递到燃烧室壁面，造成混合气温度降低。因此，在上述优选方法中，即使在混合气碰撞燃烧室壁面之后，也能够准确地估计混合气的温度。因而，即使在混合气在碰撞燃烧室壁面后点燃的情况下，也能够恰当地控制燃料喷射的方式。
一种根据本发明的用于内燃机的混合气温度获取设备，用来实现本发明方法的混合气温度估计方法，该设备包括用来获取混合气的温度的混合气温度获取装置，该混合气由喷射到气缸内的燃料和上述形成混合气体的气缸内部气体组成。该混合气温度获取设备可以是通过计算来估计混合气的温度的装置，或者是通过传感器等来物理测量(检测)混合气的温度的装置。
本发明还提供了用于内燃机的控制设备，它包括根据混合气温度改变发动机控制参数的控制装置，该发动机控制参数用来控制发动机，该混合气温度由混合气温度获取装置获得。发动机控制参数包括但不限于燃料喷射正时、燃料喷射压力、燃料喷射量(燃料喷射持续时间)、EGR阀开度和节气门开度。
在控制设备中，燃料喷射的方式(如喷射正时、喷射压力等)可根据混合气的温度而变化，该混合气温度由混合气温度获取装置准确地获得，因而使火焰温度、点火正时(通过自燃方式)等可与它们的目标值紧密地相符合。从而能够获得一种最佳的燃烧状态，因而可以进一步降低释放出的排放物(如NOx)的量。
图1是一个原理示意图，显示了系统的整个配置，在该配置下，根据本发明一种实施方式的发动机控制设备应用到四缸内燃机(狄塞尔发动机)上。
图2是一个示意图，显示了一种状态，在该状态下，空气从进气歧管进入一个确定的气缸，接着排放到排气歧管中。
图3是一个原理示意图，显示了一种状态，在该状态下，燃料蒸气与气缸内部气体混合时成圆锥形地扩散从而形成混合气。
图4是一个图，显示了由本发明控制设备计算出的外围气缸内部气体温度、混合气最前部的混合气绝热温度和混合气最前部的最终混合气温度分别随时间变化的例子。
图5是一个原理示意图，显示了在气缸(燃烧室)内移动的混合气最前部即将碰撞燃烧室的壁面之前的状态。
图6是一个图，显示了外围气缸内部气体温度和混合气最前部的最终混合气温度分别随时间变化的例子，这是由本发明控制设备考虑了在开始喷射燃料后混合气最前部碰撞燃烧室壁面的因素下计算出的。
图7是显示一个程序的流程图，图1中所示的CPU执行该程序来控制燃料喷射量等。
图8是一张用来确定指令燃料喷射量的表，图1中所示的CPU在执行图7中所示的程序时需要引用该指令燃料喷射量。
图9是一张用来确定基准燃料喷射正时的表，图1中所示的CPU在执行图7中所示的程序时需要引用该基准燃料喷射正时。
图10是一张用来确定基准燃料喷射压力的表，图1中所示的CPU在执行图7中所示的程序时需要引用该基准燃料喷射压力。
图11是一张用来确定喷射正时修正值的表，图1中所示的CPU在执行图7中所示的程序时需要引用该喷射正时修正值。
图12是一张用来确定喷射压力修正值的表，图1中所示的CPU在执行图7中所示的程序时需要引用该喷射压力修正值。
图13是显示一个程序的流程图，图1中所示的CPU执行该程序来计算在喷射开始时刻的各种物理量。
图14是显示一个程序前半部分的流程图，图1中所示的CPU执行该程序来计算混合气温度。
图15是显示一个程序后半部分的流程图，图1中所示的CPU执行该程序来计算混合气温度。
具体实施例方式
现在参照附图来描述内燃机(狄赛尔发动机)控制设备的一个实施方式，该控制设备包括混合气温度获取设备，根据本发明，该温度获取设备执行用于内燃机的混合气温度估计方法。
图1原理性地显示了系统的整个配置，在该配置下，根据本发明的发动机控制设备应用到四缸内燃机(狄塞尔发动机)10上。该系统包括发动机主体20、进气系统30、排气系统40、EGR设备50和电子控制设备60，其中发动机主体有燃料供给系统，进气系统将空气引入到发动机主体20的各个气缸的燃烧室内(气缸内部)，排气系统从发动机主体20内排放废气，EGR设备50执行废气循环。
燃料喷射阀(喷射阀、喷射器)21位于发动机主体20各个气缸的上方。燃料喷射阀21通过燃料管23连接到燃料喷射泵22，燃料喷射泵连接到未显示的燃料箱。燃料喷射泵22电连接到电子控制设备60。根据从电子控制设备60发出的驱动信号(与下文中描述的指令最终燃料喷射压力Pcfin相对应的指令信号)，燃料喷射泵22以一种方式压缩燃料，使得燃料的实际喷射压力(排放压力)等于指令最终燃料喷射压力Pcrfin。
这样，压缩到指令最终燃料喷射压力Pcrfin的燃料从燃料喷射泵22供给到燃料喷射阀21。此外，燃料喷射阀21电连接到电子控制设备60。根据自电子控制设备60发出的驱动信号(与指令燃料喷射量qfin相对应的指令信号)，每一个燃料喷射阀21都打开一段预定的时间，以便直接向相应气缸的燃烧室以指令燃料喷射量qfin喷射压缩到指令最终燃料喷射压力Pcrfin的燃料。
进气系统30包括进气歧管31、进气管道32、节气门33、节气门操作器33a、中间冷却器34、涡轮增压器35的压缩机35a和空气滤清器36。进气歧管连接到发动机主体20各气缸相应的燃烧室，进气管道连接到进气歧管31的上游侧分支部，进气管道和进气歧管共同组成进气通道，节气门可旋转地保持在进气管道32内，节气门操作器根据来自电子控制设备60的驱动信号来旋转节气门33，中间冷却器内置于进气管道32内、位于节气门33的上游侧，压缩机内置于进气管道32内、位于中间冷却器34的上游侧，空气滤清器位于进气管道32的远端部。
排气系统40包括排气歧管41、排气管道42、涡轮增压器35的涡轮35b和柴油机微粒过滤器43(在下文中称为“DPNR”)。排气歧管连接到发动机主体20的各个气缸，排气管道连接到排气歧管41下游侧的汇合部，排气歧管41和排气管道42组成排气通道，涡轮内置于排气管道42内，DPNR内置于排气管道42内。
DPNR43是过滤装置，容纳有过滤器43a，该过滤器由多孔材料如堇青石构成，该DPNR通过多孔表面收集穿过过滤器的排气中包含的微粒物质。在DPNR43中，从下列金属元素中选出的至少一个金属元素与铂一起支承在作为载体的氧化铝上，所述金属元素包括如钾K、钠Na、锂Li和铯Cs等的碱金属，如钡Ba和钙Ca等的碱土金属和如镧La和钇Y等的稀土金属。这样，DPNR43也用来作为贮藏还原型NOx催化剂装置，该催化剂装置在吸收NOx之后会释放所吸收的NOx并将它还原。
EGR设备50包括废气循环管道51、EGR控制阀52和EGR冷却器53，其中废气循环管道形成废气循环的通道(EGR通道)，EGR控制阀置于废气循环管道51中。废气循环管道51在位于涡轮35b上游侧的废气通道(废气歧管41)和位于节气门33下游侧的进气管道(进气歧管31)之间形成连通。EGR控制阀52响应来自电子控制设备60的驱动信号，以改变待循环的废气量(废气循环量、EGR气体流量)。
电子控制设备60是一个微型计算机，包括CPU61、ROM62、RAM63、备份RAM64、接口65等，它们通过总线相互连接在一起。ROM62存储由CPU61运行的程序、表格(查找表、图)、常量等。RAM63允许CPU61临时存储数据。备份RAM64在电源连通时存储数据，在电源断开时还能保留存储的数据。接口65包含A/D转换器。
接口65连接到热线型空气流量计71、进气温度传感器72、进气管道压力传感器73、曲柄位置传感器74、节气门开度传感器75、燃料温度传感器76和输出转矩传感器77。热线型空气流量计用来作为空气流速(新空气流速)测量装置，并置于进气管道32中；进气温度传感器位于进气通道内节气门33的下游并位于废气循环管道51连接到进气通道的地点的下游；进气管道压力传感器位于进气通道内节气门33的下游并位于废气循环管道51连接到进气通道的地点的下游；燃料温度传感器位于燃料管道23内、在燃料喷射泵22的排放口附近。接口65接收来自这些传感器的各信号，并将接收到的信号送到CPU61。此外，接口65连接到燃料喷射阀21、燃料喷射泵22、节气门操作器33a和EGR控制阀52，并根据CPU61的指令将相应的驱动信号输出到这些元件。
热线型空气流量计71测量通过进气通道的进气的质量流速(每单位时间的进气量、每单位时间的新空气量)，并产生表示质量流速Ga(空气流速Ga)的信号。进气温度传感器72测量进入发动机10各气缸内(即每一个燃烧室或气缸内部)的气体的温度(即进气温度)，并产生表示进气温度Tb的信号。进气管道压力传感器73测量进入发动机10各气缸内的气体的压力(即进气管道压力)，并产生表示进气管道压力Pb的信号。
曲柄位置传感器74检测每一个气缸的绝对曲柄转角，并产生表示曲柄转角CA和发动机速度NE即发动机10的旋转速度的信号。节气门开度传感器75检测加速踏板AP的操作量，并产生表示加速踏板操作量Acc的信号。燃料温度传感器76检测流过燃料管23的燃料的温度，并产生表示燃料温度Tcr的信号。输出转矩传感器77检测发动机10的曲轴的输出转矩，并产生表示输出转矩T的信号。
混合气温度估计方法的概要下面描述由具备上述配置(在下文中称为“本设备”)的内燃机控制设备执行的估计混合气温度的方法。图2是一个示意图，显示了空气从进气歧管31进入一个确定的气缸(气缸内部)、然后排放到排气歧管41中的状态。
如图2所示，进入气缸内的气体(因而气缸内部气体)包括从进气管道32末端通过节气门33进入的新空气和从废气循环管道51通过EGR控制阀52进入的EGR气体。EGR气体量(质量)与进入的新空气和EGR气体量(质量)的总和之间的比(即EGR比)根据节气门33的开度和EGR控制阀52的开度而变化，这两个开度由电子控制设备60(CPU61)根据运行状态来恰当控制。
在进气冲程中，随着活塞向下移动，新空气和EGR气体通过开启的进气阀Vin进入气缸，这样产生的混合气作为气缸内部气体。当活塞已到达下止点时，进气阀Vin关闭，气缸内部气体限定在气缸内，在随后的压缩冲程中，随着活塞向上移动，气缸内部气体受到压缩。当活塞已到达上止点时(具体而言，当后面待描述的最终燃料喷射正时finjfin到来时)，本设备在与指令燃料喷射量qfin相应的一段预定的时间内打开相应的燃料喷射阀21，从而直接向气缸中喷射燃料。因此，因为从因压缩而变热的气缸内部气体接收热量，喷射的(液体)燃料立即变为燃料蒸气。随着时间推移，燃料蒸气当与气缸内部气体混合时成圆锥形地扩散，形成混合气。
图3是一个原理示意图，显示了一种状态，在该状态下，燃料蒸气当与气缸内部气体混合时成圆锥形地扩散，从而形成混合气。现在将考虑在预定的时间段内持续喷射的燃料中，位于最前部且质量为mf的燃料(燃料蒸气)。在燃料喷射起始时刻(即喷射后时间t＝0)喷射之后，质量为mf的燃料蒸气成圆锥形地扩散，其喷射角为θ(参见图3)。假定燃料蒸气与质量为ma的气缸内部气体(即上述形成混合气体的气缸内部气体)混合，燃料蒸气在喷射后任意时刻t时成为气缸内部气体的一部分，以形成质量为(mf+ma)的混合气最前部(圆周表面为A的柱状部)。本设备估计在喷射后任意时刻t的混合气最前部的温度。首先，将描述一种获得在任意喷射后时间t与质量为mf的燃料蒸气混合的形成混合气体的气缸内部气体的质量ma(形成混合气体的气缸内部气体的质量ma与燃料蒸气的质量mf的比例(质量比))的方法。质量ma(ma与mf的比)对于估计混合气最前部的温度是必要的。
<获得形成混合气体的气缸内部气体的质量ma>
为了获得在喷射后任意时刻t的形成混合气体的气缸内部气体的质量ma，需要获得在喷射后时间t时形成混合气体的气缸内部气体的质量ma与燃料蒸气的质量mf的比(即ma/mf)。现在通过公式(1)来定义在喷射后时间t混合气最前部的过量空气因子λ。在公式(1)中，stoich表示化学计量的空-燃比(例如14.6)。
λ＝(ma/mf)/stoich (1)如上所述定义的过量空气因子λ可以，比如在下面的公式(2)和公式(3)的基础上，作为喷射后时间t的函数来获得，公式(2)和公式(3)是日本机械工程师协会论文集中作者为Yutaro WAKURI、Masaru FUJII、Tatsuo AMITANI和Reijiro TSUNEYA的“Study on injected Fuel TravelDistance in Diesel Engine”第820页、25-156(1959)引入的经验公式(在下文中称为非专利文献1)。
λ=∫dλdtdt---(2)]]>dλdt=20.25c0.25·d0.5·ρf·1L·tan0.5θ·ρa0.25·ΔP0.25·1t0.5---(3)]]>在公式(3)中，t表示上述喷射后时间，dλ/dt表示燃料稀释比率，它为喷射后时间t的函数。此外，c表示收缩系数，d表示燃料喷射阀21喷射开口的直径，ρf表示(液体)燃料的密度，L表示理论稀释气体量，它们都是常数。
在公式(3)中，ΔP表示有效喷射压力，该数值是通过在喷射起始时刻(即喷射后时间t＝0)从上述最终燃料喷射压力Pcrfin减去气缸内部气体压力Pa0获得的。假设在气缸内部气体在活塞已到达下止点(在下文中称为“ATDC-180°”)时受到限定之后、气缸内部气体状态在压缩冲程(和膨胀冲程)中绝热地改变，气缸内部气体压力Pa0可根据下面的公式(4)获得。
Pa0＝Pbottom·(Vbottom/Va0)κ(4)在公式(4)中，Pbottom表示在ATDC-180°的气缸内部气体压力。由于在ATDC-180°时基本上认为气缸内部气体压力等于进气管道压力Pb，因此Pbottom的数值可由进气管道压力传感器73在ATDC-180°检测到的进气管道压力Pb获得。Vbottom表示在ATDC-180°的气缸内部体积。Va0表示在喷射后时间t＝0与曲柄转角CA相应的气缸内部体积。由于在发动机10的设计说明的基础上，气缸内部体积Va可作为曲柄转角CA的函数Va(CA)来获得，因而也可以获得Vbottom和Va0的数值。κ表示气缸内部气体的比热比。
在公式(3)中，θ表示图3中所示的喷射角。由于可认为喷射角θ根据在喷射起始时刻(即喷射后时间t＝0)的上述有效喷射压力ΔP和气缸内部气体密度ρa0而变化，因而可在表Mapθ的基础上获得喷射角θ，该表定义了气缸内部气体密度ρa0、有效喷射压力ΔP和喷射角θ之间的关系。可通过在喷射后时间t＝0处将气缸内部气体的总质量Ma除以上述气缸内部体积Va0而获得气缸内部气体密度ρa0。可根据下面的公式(5)获得气缸内部气体的总质量Ma，该公式(5)以气体在ATDC-180°的状态方程为基础。在公式(5)中，Tbottom表示在ATDC-180°气缸内部气体温度。由于可认为在ATDC-180°处气缸内部气体温度基本上等于进气温度，Tbottom的数值可从在ATDC-180°处由进气温度传感器72检测到的进气温度Tb获得。Ra表示气缸内部气体的气体常数。
Ma＝Pbottom·Vbottom/(Ra·Tbottom) (5)在公式(3)中，ρa表示在喷射后时间t气缸内部气体的密度，它可作为喷射后时间t的函数，可通过在喷射后时间t＝0将气缸内部气体的总质量Ma除以上述气缸内部体积Va(CA)而获得。
如上所述，有效喷射压力ΔP和喷射角θ首先在喷射后时间t＝0获得；随后，以喷射后时间t和为喷射后时间t的函数的气缸内部气体密度ρa为基础，燃料稀释比率dλ/dt的数值可根据公式(3)连续获得。根据公式(2)，燃料稀释比率dλ/dt的连续获得数值关于时间积分，从而可获得在喷射后时间t的过量空气因子λ。在获得喷射后时间t的过量空气因子λ之后，可从公式(1)获得在喷射后时间t的质量比ma/mf。
<获得混合气绝热温度Tmix>
在喷射后时间t获得质量比ma/mf后，可以获得在喷射后时间t时混合气最前部的混合气绝热温度Tmix。在质量为mf且构成混合气最前部的燃料蒸气与质量为ma的形成混合气体的气缸内部气体混合的过程中，假设与外部(即上述外围气缸内部气体)没有发生热交换，该混合气绝热温度Tmix表示计算出的混合气最前部的温度。下面描述在喷射后时间t获得混合气绝热温度Tmix的方法。
质量为mf的燃料蒸气的热量可表示为(mf·Cf·Tf)，其中Cf表示燃料蒸气的比热，Tf表示燃料蒸气的温度。考虑到液体燃料在喷射后立即变为燃料蒸气时产生的每单位质量的潜热Qvapor，燃料蒸气的温度Tf可由下面的公式(6)表示。在公式(6)中，Tcr表示在喷射后时间t＝0时燃料温度传感器76检测到的液体燃料的温度。αcr是在考虑到燃料从燃料喷射泵22的排放口附近穿过燃料管23到达燃料喷射阀21时产生的热损失时的修正系数。在本例中，质量为mf的燃料蒸气的温度Tf在喷射后时间t＝0之后可认为是常数。
Tf＝αcr·Tcr-Qvapor/Cf(6)类似地，质量为ma的形成混合气体的气缸内部气体的热量可表示为(ma·Ca·Ta)，其中Ca表示气缸内部气体的比热，Ta表示气缸内部气体的温度。假定气缸内部气体的状态在压缩冲程(和膨胀冲程)中绝热变化，气缸内部气体的温度Ta(即形成混合气体的气缸内部气体和外围气缸内部气体的温度)可作为喷射后时间t的函数从下面的公式(7)获得。
Ta＝Tbottom·(Vbottom/Va(CA))κ-1(7)假定在形成混合气体的气缸内部气体的温度Ta降低到混合气绝热温度Tmix时从形成混合气体的气缸内部气体(质量ma)释放的全部热量都由燃料蒸气(质量mf)吸收，以便将燃料蒸气的温度Tf提高到混合气绝热温度Tmix，那么下面的公式(8)成立。为了混合气绝热温度Tmix求解和重新整理公式(8)，可得到下面的公式(9)。因此，当以上述方式获得上述燃料蒸气温度Tf、在喷射后时间t的气缸内部气体温度Ta和在喷射后时间t的质量比ma/mf时，可从公式(9)获得在喷射后时间t混合气最前部的混合气绝热温度Tmix。
ma·Ca·(Ta-Tmix)＝mf·Cf·(Tmix-Tf) (8)Tmix＝(Cf·Tf+(ma/mf)·Ca·Ta)/(Cf+(ma/mf)·Ca)(9)<考虑来自外围气缸内部气体的热传递>
如上所述，在与上述外围气缸内部气体没有热交换的假设下，混合气绝热温度Tmix表示计算出的混合气最前部的温度。但是，在现实中，在燃料蒸气与形成混合气体的气缸内部气体混合的过程中，外围气缸内部气体的温度Ta比混合气最前部的温度高，混合气最前部将主要通过其圆周表面A(参见图3)接受自外围气缸内部气体传递来的热量。因此，混合气最前部的实际温度(在下文中称为“最终混合气温度Tmixfin”)比混合气绝热温度Tmix高，该温差与传递的热量相应。
在上述知识的基础上，在喷射后时间t的最终混合气温度Tmixfin可以根据公式(10)而获得，在公式(10)中引入了热交换系数Kex(0＜Kex＜1)，并使用了在喷射后时间t的混合气绝热温度Tmix和在喷射后时间t的外围气缸内部气体温度(即气缸内部气体的温度Ta)。
Tmixfin＝Tmix·(1-Kex)+Ta·Kex(10)在公式(10)中，热交换系数Kex的数值可以是常数，也可以变化，比如随发动机速度NE变化。在热交换系数Kex的数值随发动机速度NE变化的情况下，热交换系数Kex的数值最好设置成发动机速度NE越大时热交换系数Kex的数值越小。进行这样的设置是因为发动机速度NE越大，上述热传递过程的时间越短，结果传递的热量减少，最终混合气温度Tmixfin接近混合气绝热温度Tmix。
在上述方式下，可以获得在喷射后时间t混合气最前部的最终混合气温度Tmixfin。每次燃料喷射到气缸(在下文中称为“燃料喷射气缸”)中时，本设备都连续获得(估计)混合气最前部的最终混合气温度Tmixfin，该最终混合气温度Tmixfin在燃料喷射起始时刻(喷射后时间t＝0)之后为喷射后时间t的函数。
图4是一个图，显示了外围气缸内部气体温度Ta、混合气最前部的混合气绝热温度Tmix和混合气最前部的最终混合气温度Tmixfin分别随时间变化的例子，这些温度是本发明控制设备为燃料喷射从ATDC0°开始的情况(即ATDC0°对应喷射后时间t＝0的情况)计算出的。如图4所示，在燃料喷射起始时刻之后，混合气绝热温度Tmix(因而最终混合气温度Tmixfin)随着时间的流逝接近外围气缸内部气体温度Ta。
该现象发生的原因如下。就是说，由于从公式(3)获得的燃料稀释比率dλ/dt总是认为是正值，因而从公式(2)获得的过量空气因子λ随着喷射后时间t而增加。这样，如可从公式(1)中理解到的一样，质量比(ma/mf)随着喷射后时间t而增加。从而，如可从公式(9)中理解到的一样，混合气绝热温度Tmix随着喷射后时间t而接近外围气缸内部气体温度Ta。这与以下现象相符，随着已喷射的燃料蒸气(其最前部)圆锥形地扩散，将与燃料蒸气在混合气最前部混合的气缸内部气体(即形成混合气体的气缸内部气体)的体积增加。
<混合气最前部碰撞燃烧室壁面后的状态>
如图5所示，在喷射起始时刻后经过预定时间之后时(图5中的喷射后时间t＝tw)，在气缸(燃烧室)内移动的混合气最前部碰撞燃烧室壁面(即气缸的壁面或活塞的顶面)。一般而言，燃烧室壁面的温度Twall低于混合气最前部的温度(即最终混合气温度Tmixfin)。因此，在混合气最前部碰撞燃烧室壁面之后，热量从混合气最前部传递到燃烧室壁面，所以混合气最前部的温度比从公式(10)获得的最终混合气温度Tmixfin低一个与所传递的热量相对应的温度。
这里，混合气最前部在喷射起始时刻后从相应燃料喷射阀21的喷射开口移动的距离(在下文中称为“混合气移动距离X”，参见图5)，可以作为喷射后时间t的函数，以下面的公式(11)和公式(12)为基础获得，这些公式是在上述非专利文献1中引入的经验公式。在公式(12)中，dX/dt表示混合气的移动速度，它为喷射后时间t的函数。需要注意的是，公式(12)右边所显示的各数值与公式(3)右边所显示的各数值是完全相同的。
X=∫dXdtdt---(11)]]>dXdt=12·(2c·ΔPρa)0.25·(dtanθ)0.5·1t0.5---(12)]]>也就是说，基于喷射后时间t和气缸内部气体密度ρa，可根据公式(12)连续获得混合气的移动速度dX/dt的数值，其中气缸内部气体密度也是喷射后时间t的函数。连续获得的混合气的移动速度dX/dt的数值根据公式(11)关于时间积分，这样就可以获得在喷射后时间t时混合气移动距离X。
此外，从相应燃料喷射阀21的喷射开口到燃烧室壁面的距离(在下文中称为“燃烧室壁面距离Xwall”，参见图5)将根据燃料喷射起始时刻(具体地为在后面描述的最终燃料喷射正时fjnjfin)和曲柄转角CA(因而，也随喷射后时间t变化)而变化。因此，燃烧室壁面距离Xwall可作为这些数值的函数来获得。
而且，从混合气最前部传递到燃烧室壁面的(每单位质量)热量(壁面热传递量Qwall)，可以从上述最终混合气温度Tmixfin和燃烧室壁面温度Twall由下面的公式(13)来表示。在公式(13)中，函数g是这样的函数，当最终混合气温度Tmixfin和燃烧室壁面温度Twall之间的差异(Tmixfin-Twall)越大时，该函数的值越大。Kexwall为热交换系数，它可以是常量，也可以比如随发动机速度NE和/或燃料喷射压力而变化。
Qwall＝g(Tmixfin-Twall)·Kexwall(13)因此，从公式(13)获得壁面热传递量Qwall之后，可通过计算(Qwall/Cmix)来获得由于上述热传递产生的混合气最前部的温降，其中Cmix表示混合气的比热。
因此，在喷射起始时刻之后，本设备以上述方法连续获得混合气移动距离X和燃烧室壁面距离Xwall；当满足条件“混合气移动距离X≥燃烧室壁面距离Xwall”时，本设备确定混合气最前部已碰撞燃烧室壁面。在此时间点之后，本设备根据下面的公式(14)来修正从公式(10)获得的最终混合气温度Tmixfin。
Tmixfin＝Tmixfin-Qwall/Cmix(14)图6是一个图，显示了外围气缸内部气体温度Ta和混合气最前部的最终混合气温度Tmixfin分别随时间变化的例子，这是本发明控制设备对于喷射燃料在与图4相同的条件下开始并且混合气最前部在曲柄转角CA约为ATDC4°(即与喷射后时间t＝tw相应)时碰撞燃烧室壁面的情况计算出的。如图6所示，在喷射后时间t＝tw之后，计算出的最终混合气温度Tmixfin比原始值低(Qwall/Cmix)的常值。上面的描述是混合气温度估计方法的概要。
燃料喷射控制的概要本设备将目标点火正时设置到预定时刻(ATDCθref，例如ATDC10°)。随后，为使混合气(其最前部)的点火正时与目标点火正时ATDCθref一致，本设备反馈控制燃料喷射起始正时和燃料喷射压力，使得在曲柄转角CA达到ATDCθref时获得的最终混合气温度Tmixfin(在下文中称为“控制-使用最终混合气温度Tmixfinc”)变为预定的目标混合气温度Tmixref。
特别地，当为前一燃料喷射气缸获得的控制-使用最终混合气温度Tmixfinc比目标混合气温度Tmixref高时，本设备从基准喷射正时以一个预定量延迟用于当前燃料喷射气缸的燃料喷射起始正时，并从基准燃料喷射压力以一个预定量降低燃料喷射压力。这样，进行该控制来降低当前燃料喷射气缸在目标点火正时ATDCθref时的实际混合气温度。从而，当前燃料喷射气缸的实际点火正时与目标点火正时ATDCθref相符合。
同时，当为前一燃料喷射气缸获得的控制-使用最终混合气温度Tmixfinc比目标混合气温度Tmixref低时，本设备从基准喷射正时以一个预定量提前用于当前燃料喷射气缸的燃料喷射起始正时，并从基准燃料喷射压力以一个预定量增加燃料喷射压力。这样，进行该控制来提高当前燃料喷射气缸在目标点火正时ATDCθref时的实际混合气温度。从而，当前燃料喷射气缸的实际点火正时与目标点火正时ATDCθref相符合。以上是燃料喷射控制的概要。
实际运行下面描述具有上述配置的发动机控制设备的实际运行。
<燃料喷射量等的控制>
CPU61以预定的间隔重复执行图7流程图所示的程序，用来控制燃料喷射量、燃料喷射正时和燃料喷射压力。因此，当到达预定时间时，CPU61从步骤700开始执行，接着执行步骤705，以便从图8中所示的表(图)Mapqfin获得节气门开度Accp、发动机速度NE和指令燃料喷射量qfin。表Mapqfin定义了节气门开度Accp与发动机速度NE和指令燃料喷射量qfin之间的关系，它存储在ROM62中。
随后，CPU61执行步骤710，以便从指令燃料喷射量qfin、发动机速度NE和图9中所示的表Mapfinjbase来确定基准燃料喷射正时finjbase。表Mapfinjbase定义了指令燃料喷射量qfin与发动机速度NE和基准燃料喷射正时finjbase之间的关系，它存储在ROM62中。
随后，CPU61执行步骤715，以便从指令燃料喷射量qfin、发动机速度NE和图10中所示的表MapPcrbase来确定基准燃料喷射压力Pcrbase。表MapPcrbase定义了指令燃料喷射量qfin与发动机速度NE和基准燃料喷射压力Pcrbase之间的关系，它存储在ROM62中。
随后，CPU61执行步骤720，以便将目标混合气温度Tmixref减去最新的控制-使用最终混合气温度Tmixfinc获得的数值作为混合气温度偏差ΔTmix来存储，该最新的控制-使用最终混合气温度是由后面描述的程序执对于前一燃料喷射气缸而获得的。
随后，CPU61执行步骤725，以便根据混合气温度偏差ΔTmix并结合图11中所示的表MapΔθ来确定喷射正时修正值Δθ。表MapΔθ定义了混合气温度偏差ΔTmix和喷射正时修正值Δθ之间的关系，它存储在ROM62中。
此后，CPU61执行步骤730，以便根据混合气温度偏差ΔTmix并结合图12中所示的表MapΔPcr来确定喷射压力修正值ΔPcr。表MapΔPcr定义了混合气温度偏差ΔTmix和喷射压力修正值ΔPcr之间的关系，它存储在ROM62中。
接着，CPU61执行步骤735，以便以喷射正时修正值Δθ来修正基准燃料喷射正时finjbase，从而获得最终燃料喷射正时finjfin。这样，燃料喷射正时就根据混合气温度偏差ΔTmix来修正。从图11中可以清晰看出，当混合气温度偏差ΔTmix为正，喷射正时修正值Δθ也为正，其幅度随混合气温度偏差ΔTmix的幅度而增加，因而最终燃料喷射正时finjfin将偏移向提前侧。当混合气温度偏差ΔTmix为负时，喷射正时修正值Δθ也为负，其幅度随混合气温度偏差ΔTmix的幅度而增加，因而最终燃料喷射正时finjfin将偏移向延迟侧。
随后，CPU61执行步骤740，以便以喷射压力修正值ΔPcr来修正基准燃料喷射压力Pcrbase，从而获得指令最终燃料喷射压力Pcrfin。这样，燃料喷射压力就根据混合气温度偏差ΔTmix来修正。从图12中可以清晰看出，当混合气温度偏差ΔTmix为正时，喷射压力修正值ΔPcr也为正，其幅度随混合气温度偏差ΔTmix的幅度而增加，因而指令最终燃料喷射压力Pcrfin将偏移向高压侧。当混合气温度偏差ΔTmix为负时，喷射压力修正值ΔPcr也为负，其幅度随混合气温度偏差ΔTmix的幅度而增加，因而指令最终燃料喷射压力Pcrfin将偏移向低压侧。因此，燃料喷射泵22的排放压力受到控制，因而压缩到确定的指令最终燃料喷射压力Pcrfin的燃料将被供给到燃料喷射阀21。
在步骤745中，CPU61确定当前点的曲柄转角CA是否及时与相应于确定的最终燃料喷射正时finjfin的角度相符合。当CPU61在步骤745中作出“是”的判定时，CPU61执行步骤750，以便使相关燃料喷射气缸的燃料喷射阀21喷射压缩到确定的指令最终燃料喷射压力Pcrfin的燃料，且喷射量为确定的指令燃料喷射量qfin。在步骤750之后的步骤755中，CPU61将最终燃料喷射正时finjfin作为控制-使用燃料喷射正时finjc来存储，将指令最终燃料喷射压力Pcrfin作为控制-使用燃料喷射压力Pcrc来存储。此后，CPU61执行步骤795，以结束本程序的当前运行。当CPU61在步骤745中作出“否”的判定时，CPU61直接执行步骤795，以结束本程序的当前运行。通过上述程序，可以实现对燃料喷射量、燃料喷射正时和燃料喷射压力的控制。
<计算喷射起始时刻时的各物理量>
下面将描述计算喷射起始时刻各物理量的操作。CPU61以预定的间隔重复执行图13流程图所示的程序。因此，当到达预定时间时，CPU61从步骤1300开始执行，接着执行步骤1305，以确定当前点的曲柄转角CA是否及时与ATDC-180°相符合(即燃料喷射气缸的活塞是否位于压缩冲程的下止点)。
下面在假定燃料喷射气缸的活塞没有到达压缩冲程的下止点的情况下继续描述。在这种情况下，CPU61在步骤1305中作出“否”的判定，继续执行步骤1315，以确定当前点的曲柄转角CA是否及时与前述步骤755中设置的控制-使用燃料喷射正时finjc相应的角度相符合(即当前及时点是否为燃料喷射气缸的燃料喷射起始时刻)。
在当前及时点，活塞还没有到达压缩冲程的下止点，燃料喷射起始时刻还没有到来。因此，CPU61在步骤1315中作出“否”的判定，并直接执行步骤1395，以结束本程序的当前运行。此后，CPU61重复执行步骤1300、1305、1315和1395，直到燃料喷射气缸的活塞到达压缩冲程的下止点为止。
下面在假定燃料喷射气缸的活塞已到达压缩冲程的下止点的情况下继续描述。在这种情况下，CPU61在步骤1305中作出“是”的判定，执行步骤1310，以便将进气温度传感器72在当前及时点检测到的进气温度Tb作为下止点气缸内部气体温度Tbottom来存储，将进气管道压力传感器73在当前及时点检测到的进气管道压力Pb作为下止点气缸内部气体压力Pbottom来存储。在步骤1315中作出“否”的判定后，CPU61直接执行步骤1395，以结束本程序的当前运行。此后，CPU61重复执行步骤1300、1305、1315和1395，直到燃料喷射起始时刻到来为止。
接着假定经过预定时间，燃料喷射起始时刻已到来。在这种情况下，CPU61在步骤1315中作出“是”的判定，并直接执行步骤1320，以开始用于在燃料喷射起始时刻计算各物理量的程序。在步骤1320中，CPU61根据上述公式(5)获得气缸内部气体的总质量Ma。此时，在步骤1310中设置的数值将用来作为Tbottom和Pbottom的数值。
随后，CPU61执行步骤1325，基于气缸内部气体的总质量Ma、在当前及时点的气缸内部体积Va(CA)和步骤1325框中描述的公式，获得在燃料喷射起始时刻的气缸内部气体密度ρa0。需要注意的是，由于在当前及时点的曲柄转角CA与控制-使用燃料喷射正时finjc相应的角相符合，因此在当前及时点的气缸内部体积Va(CA)为在燃料喷射起始时刻的上述气缸内部体积Va0。
随后，CPU61执行步骤1330，根据步骤1330框中描述的并对应于公式(4)的公式获得在燃料喷射起始时刻的气缸内部气体压力Pa0，并接着执行步骤1335，将在前述步骤755中设置的控制-使用燃料喷射压力Pcrc减去气缸内部气体压力Pa0获得的值设置为有效喷射压力ΔP。
接着，CPU61执行步骤1340，以根据上述公式(6)获得燃料蒸气温度Tf。燃料温度传感器76在当前及时点检测到的燃料温度用来作为燃料温度Tcr。随后，CPU61执行步骤1345，基于气缸内部气体密度ρa0、有效喷射压力ΔP，并结合上述表Mapθ，确定喷射角θ。
此后，CPU61执行步骤1350，将上述喷射后时间t初始化为“0”，执行步骤1355将燃烧室壁到达标志WALL初始化为“0”，接着执行步骤1395来结束本程序的当前运行。燃烧室壁到达标志WALL的数值为“1”表示上述混合气最前部已经到达燃烧室壁面，数值为“0”表示混合气最前部还没有到达燃烧室壁面。此后，CPU61重复执行步骤1300、1305、1315和1395，直到与燃料喷射气缸相关的曲柄转角CA再次与ATDC-180°相符合时为止(即直到燃料喷射气缸的活塞再次到达压缩冲程的下止点时为止)。通过上述过程，可以计算出在燃料喷射起始时刻的各物理量。
<计算混合气温度>
同时，CPU61以预定的间隔重复执行图14和15流程图所示的程序，用来计算混合气温度。因而，当到达预定时间时，CPU61从步骤1400开始执行，接着执行步骤1402，以便确定本曲柄转角CA是否落在与上述控制-使用燃料喷射正时finjc相应的角和上述目标点火正时ATDCθref之间。当CPU61在步骤1402中作出“否”的判定时，CPU61直接执行步骤1495，以结束本程序的当前运行。
现在假定燃料喷射起始时刻已经到来且本曲柄转角CA与上述控制-使用燃料喷射正时finjc相应的角相符合(因此，当前及时点紧紧位于执行前述图13的步骤1320到1355之后)。在这种情况下，CPU61在步骤1402中作出“是” 的判定，并直接执行步骤1404，以确定喷射后时间t是否非零。
当前及时点紧紧位于执行前述步骤1350之后，喷射后时间t为“0”。因此，CPU61在步骤1404中作出“否”的判定，并执行步骤1406，以将过量空气因子λ和混合气移动距离X初始化为“0”。在随后的步骤1408中，CPU61将在前述图13的步骤1340中计算出的燃料蒸气温度Tf作为最终混合气温度Tmixfin来存储。此后，CPU61执行图15中的步骤1438，将当前的喷射后时间t(在当前及时点为“0”)加上Δt获得的时间作为新的喷射后时间t来存储。其后，CPU61执行步骤1495，以结束本程序的当前运行。Δt表示执行本程序的间隔。
执行步骤1438之后，当前的喷射后时间t变为非零。因此，在该及时点之后，重复执行本程序的过程中，当CPU61执行步骤1404时会作出“是”的判定，接着执行步骤1410。在步骤1410中，CPU61基于在前述图13的步骤1320中获得的气缸内部气体的总质量Ma、气缸内部体积Va(CA)的当前值和步骤1410框中描述的公式，获得气缸内部气体密度ρa的当前值。
随后，CPU61执行步骤1412，以基于上述气缸内部气体密度ρa、当前的喷射后时间t和上述公式(3)来获得燃料稀释比率dλ/dt，接着执行步骤1414，以根据公式(2)通过将燃料稀释比率dλ/dt关于时间积分，获得过量空气因子λ的当前值。在图13的步骤1335和1345中计算出的值分别用来作为上述公式(3)中的有效喷射压力ΔP和喷射角θ的值。
随后，CPU61执行步骤1416，以基于过量空气因子λ的当前值，并根据步骤1416框中描述的基于上述公式(1)的公式来获得质量比(ma/mf)。在随后的步骤1418中，CPU61基于气缸内部体积Va(CA)的当前值和上述公式(7)来获得气缸内部气体温度Ta的当前值。在随后的步骤1420中，CPU61基于质量比(ma/mf)的数值、气缸内部气体温度Ta的数值和在图13的步骤1340中获得的燃料蒸气温度Tf的数值，并根据上述公式(9)来获得混合气绝热温度Tmix的数值。
随后，CPU61执行步骤1422，以基于根据由曲柄位置传感器74的输出获得的发动机速度NE，并结合步骤1422框中描述的表，获得热交换系数Kex的数值；接着执行步骤1424，基于热交换系数Kex的数值、混合气绝热温度Tmix的数值和气缸内部气体温度Ta的数值，并根据上述公式(10)，获得最终混合气温度Tmixfin的当前值。
随后，CPU61执行图15的步骤1426，以确定燃烧室壁到达标志WALL的数值是否为“0”。因为执行了前述步骤1355，所以在当前及时点，燃烧室壁到达标志WALL的数值是“0”。因此，CPU在步骤1426中作出“是”的判定，接着执行步骤1428，以便根据用来确定燃烧室壁移动距离Xwall的函数f，基于在前述图7的步骤755中设置的控制-使用燃料喷射正时finjc和由曲柄位置传感器74检测到的当前曲柄转角CA，使用这些数值作为自变量，获得燃烧室壁移动距离Xwall的值。
接着，CPU61执行步骤1430，根据上述公式(12)，基于在步骤1410中获得的气缸内部气体密度ρa的数值和当前的喷射后时间t，获得混合气移动速度dX/dt；接着执行步骤1432，根据上述公式(11)将混合气移动速度dX/dt关于时间积分，以获得混合气移动距离X的当前值。在图13的步骤1335和1345中计算出的数值分别用来作为公式(12)中的有效喷射压力ΔP和喷射角θ的数值。
随后，CPU61执行步骤1434，以确定混合气移动距离X的当前值是否不小于燃烧室壁距离Xwall的数值(即上述混合气最前部是否已到达燃烧室壁面)。在下面的描述中，假定混合气最前部还没有到达燃烧室壁面，且曲柄转角CA还没有达到上述目标点火正时ATDCθref。在这种情况下，CPU在步骤1434中作出“否”的判定，接着直接执行步骤1436，以确定曲柄转角CA是否与目标点火正时ATDCθref相符合。
由于在当前及时点曲柄转角CA还没有达到目标点火正时ATDCθref，因此CPU在步骤1436中作出“否”的判定，接着执行步骤1438，以便将喷射后时间t增加Δt，接着执行步骤1495以结束本程序的当前运行。此后，只要混合气最前部还没有到达燃烧室壁面且曲柄转角CA还没有达到目标点火正时ATDCθref，CPU61就会重复执行步骤1400到1404、1410到1434、1436和1438，从而反复在步骤1424中更新最终混合气温度Tmixfin的数值。
下面描述在混合气最前部到达燃烧室壁面之前曲柄转角CA已达到目标点火正时ATDCθref的情况。在这种情况下，CPU61在执行步骤1436时作出“是”的判定，接着执行步骤1440，将在步骤1424中计算出的最终混合气温度Tmixfin的当前值作为上述控制-使用最终混合气温度Tmixfinc来存储。此后，CPU61执行步骤1438到步骤1495，结束本程序的当前运行。在此时间点之后，CPU61重复执行在步骤1402中作出“否”的判定并直接执行步骤1495的操作，以结束本程序的当前运行。
当对于在下一个正时的燃料喷射气缸而执行程序时，在图7的程序的步骤720中使用步骤1440中设置的控制-使用最终混合气温度Tmixfinc的数值。从而，燃料喷射正时等以这样的方式受到反馈控制，使得燃料喷射气缸内的下一个混合气点火正时与目标点火正时ATDCθref相符合。
接着描述这样的情况，即上述“混合气最前部还没有到达燃烧室壁面，且曲柄转角CA还没有达到目标点火正时ATDCθref”的状态已改变到这样的状态，即在曲柄转角CA达到目标点火正时ATDCθref之前混合气最前部已到达燃烧室壁面。在这种情况下，CPU61在执行步骤1434时作出“是”的判定，接着执行步骤1442和随后的步骤。
在步骤1442中，参照在步骤1442框中描述的图表MapTwall，CPU61基于当前发动机速度NE和由输出转矩传感器77检测到的当前输出转矩T，获得燃烧室壁面温度Twall的数值。随后，CPU61执行步骤1444，参照在步骤1444框中描述的图表MapKexwall，基于当前发动机速度NE和在前述图7中的步骤755设置的控制-使用燃料喷射压力Pcrc，获得热交换系数Kexwall。
随后，CPU61执行步骤1446，根据上述公式(13)，基于在图14的步骤1424中计算出的最终混合气温度Tmixfin的数值、在步骤1442中获得的燃烧室壁面温度Twall的数值和热交换系数Kexwall，获得壁面热传递量Qwall的数值。
CPU61执行步骤1448，根据上述公式(14)，基于在图14的步骤1424中计算出的最终混合气温度Tmixfin的数值和壁面热传递量Qwall的数值，获得最终混合气温度Tmixfin的新数值(修正在步骤1424中计算出的最终混合气温度Tmixfin的数值)。在随后的步骤1450中，CPU61将燃烧室壁到达标志WALL的数值设置为“1”。在随后的步骤1436中作出“否”的判定之后，CPU61执行步骤1438，接着执行步骤1495以结束本程序的当前运行。
在此点之后，由于燃烧室壁到达标志WALL的数值维持为“1”，在经过步骤1400到1404，1410到1424之后，CPU61在步骤1426中作出“否”的判定，接着执行步骤1452。在步骤1452中，与步骤1448中一样，CPU61以与在步骤1446中获得的壁面热传递量Qwall的值相对应的温降量修正在步骤1424中计算出的最终混合气温度Tmixfin的值。
在此点之后，只要曲柄转角CA还没有达到目标点火正时ATDCθref，CPU61将重复执行步骤1400到1404、1410到1426、1452、1436、1438和1495。
在这里，假定曲柄转角CA在经过一定时间后已达到目标点火正时ATDCθref。在这种情况下，CPU61在执行步骤1436时作出“是”的判定，接着执行步骤1440，将在步骤1452中修正的最终混合气温度Tmixfin的当前值作为上述控制-使用最终混合气温度Tmixfinc来存贮。在此时间点之后，CPU61重复在步骤1402中作出“否”的判定并直接执行步骤1495的操作，以结束本程序的当前运行。当对于在下一个正时的燃料喷射气缸执行图7的程序时，在程序的步骤720中也使用在这种情况下的控制-使用最终混合气温度Tmixfinc的数值。
在上述方式中，以预定的间隔重复获得混合气的温度(具体为混合气最前部的最终混合气温度Tmixfin)，并且基于在目标点火正时ATDCθref的最终混合气温度Tmixfin的数值反馈控制发动机的燃料喷射正时和燃料喷射压力。
如上所述，在根据本发明的发动机控制设备的实施方式中，将气缸内部气体作为与喷射的燃料蒸气混合的形成混合气体的气缸内部气体和位于所形成的混合气周围的外围气缸内部气体的组合来处理；混合气的温度通过使用外围气缸内部气体温度Ta和混合气绝热温度Tmix来估计出，该混合气绝热温度Tmix是基于喷射的燃料蒸气的热量和形成混合气体的气缸内部气体的热量计算出的。由于考虑了混合气接受的来自温度比混合气高的外围气缸内部气体的热量而估计混合气的温度，因此能够更准确地估计混合气的温度。
本发明并不受限于上述实施方式，在本发明的范围内可以有各种变更。例如可以有下面的变更。在上述实施方式中，在喷射开始时间和目标点火正时ATDCθref之间的时间内，重复获得混合气的温度(最终混合气温度Tmixfin)。但是，本设备还可配置为仅仅在目标点火正时ATDCθref获得混合气温度。
在上述实施方式中，在混合气(其最前部)碰撞燃烧室壁面之后，从混合气绝热温度Tmix和外围气缸内部气体温度Ta获得最终混合气温度Tmixfin的数值，以与传递到燃烧室壁的热量相应的一个量来修正最终混合气温度Tmixfin的数值。但是，本设备还可配置为获得混合气绝热温度Tmix的数值，以与传递到燃烧室壁的热量相应的一个量来修正混合气绝热温度Tmix的数值，然后由修正后的混合气绝热温度Tmix和外围气缸内部气体温度Ta来获得最终混合气温度Tmixfin的数值。
在上述实施方式中，根据上述公式(10)并基于混合气绝热温度Tmix、外围气缸内部气体温度Ta和热交换系数Kex(参照图14的步骤1424)，估计最终混合气温度Tmixfin的值。但是，本设备还可配置为，基于外围气缸内部气体温度Ta和混合气绝热温度Tmix之间的偏差获得从外围气缸内部气体传递到混合气的热量，并以与所传递的热量相应的一个量来修正混合气绝热温度Tmix，从而获得最终混合气温度Tmixfin的数值。
权利要求
1.一种用于内燃机的混合气状态量估计方法，包括下述步骤根据燃料的状态量和气缸内部气体的状态量，估计混合气的状态量，该混合气由喷射到发动机气缸内的燃料和存在于气缸内、与燃料混合的那一部分气缸内部气体组成。
2.一种用于内燃机的混合气温度估计方法，包括下述步骤根据喷射的燃料的热量，存在于气缸内、与燃料混合的一部分气缸内部气体的热量和从存在于混合气周围但没有与燃料混合的剩余部分的气缸内部气体传递到混合气的热量，估计混合气的温度，该混合气由喷射到发动机气缸内的燃料和所述存在于气缸内、与燃料混合的一部分气缸内部气体组成。
3.一种用于内燃机的混合气温度估计方法，包括下列步骤计算混合气的混合气绝热温度，该混合气由喷射到发动机气缸内的燃料和存在于气缸内、与燃料混合的那一部分气缸内部气体组成，以喷射的燃料的热量和所述部分气缸内部气体的热量为基础、并假定在燃料与所述部分气缸内部气体混合的过程中与外部没有发生热交换而进行该计算；和使用计算出的混合气绝热温度和气缸内部气体的温度来估计混合气的温度。
4.如权利要求2所述的用于内燃机的混合气温度估计方法，其中在混合气碰撞燃烧室壁后，考虑了从混合气传递到燃烧室壁的热量来估计混合气温度。
5.如权利要求3所述的用于内燃机的混合气温度估计方法，其中在混合气碰撞燃烧室壁后，考虑了从混合气传递到燃烧室壁的热量来估计混合气温度。
6.一种用于内燃机的混合气温度获取设备，包括有用来获取混合气的温度的混合气温度获取装置，该混合气由喷射到发动机气缸内的燃料和存在于气缸内、与燃料混合的那一部分气缸内部气体组成。
7.一种用于内燃机的控制设备，包括有根据混合气温度改变发动机控制参数的控制装置，该发动机控制参数用来控制发动机，所述混合气温度是通过如权利要求6所述的混合气温度获取设备的混合气温度获取装置获取的。
8.如权利要求7所述的用于内燃机的控制设备，其中发动机控制参数包括燃料喷射正时、燃料喷射压力、燃料喷射量、EGR阀开度和节气阀开度中的至少一个。
全文摘要
本发明设备基于预定的经验公式来计算形成混合气体的气缸内部气体的质量ma(质量比为ma/mf)，该形成混合气体的气缸内部气体为气缸内部气体中的一部分，它与质量为mf的喷射的燃料蒸气的最前部混合在一起。随后，假定没有与外部发生热交换，基于质量为mf的燃料蒸气的热量和质量为ma的形成混合气体的气缸内部气体的热量，该设备计算混合气最前部的混合气绝热温度Tmix。随后，考虑混合气最前部主要通过其圆周表面从外围的气缸内部气体接受的热量，该设备根据公式Tmixfin＝Tmix(1－Kex)+TaKex来估计混合气最前部的最终混合气温度Tmixfin(即混合气的温度)，公式中Ta表示气缸内部气体温度，Kex表示热交换系数(0＜Kex＜1)。
文档编号F02D35/02GK1853037SQ200480026890
公开日2006年10月25日 申请日期2004年9月7日 优先权日2003年9月18日
发明者中山茂树, 伊吹卓 申请人:丰田自动车株式会社