用于内燃机的混合气点火时间估计装置和用于内燃机的控制装置的制作方法

专利名称：用于内燃机的混合气点火时间估计装置和用于内燃机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的混合气点火时间估计装置，该装置估计预混合的混合气在压缩时开始自燃的时间，其中通过燃烧室内的气体(缸内气体)和用于PCCI(预混合充气压缩点火)燃烧的燃料的混合预先形成预混合的混合气，用于PCCI燃烧的燃料与在压缩上止点附近(在下文中称为“压缩上止点附近”)喷射相比，更早地喷射到燃烧室中。
背景技术：
一般而言，在直喷式内燃机(具体地，直喷式柴油机)中，在已经通过压缩使缸内气体的温度和压力增加的状态中在压缩上止点附近将燃料喷射到燃烧室中，因此，雾化燃料(燃料雾)在燃烧室内扩散，并相继自燃和燃烧(即，扩散燃烧，柴油机内的燃料燃烧)。
在这种扩散燃烧中，燃料雾的燃料浓度(即，过量空气系数λ或当量比φ)在燃料雾的扩散过程中变得不均匀，从而，在当量比φ处于1附近的区域(化学计算区域)中，由于不连贯的化学反应(发热)而产生NOx，和在当量比φ大于1的区域(浓混合气区域)中，由于氧的缺乏而产生烟、颗粒物质等等(在下文中共同称为“PM”)。
传统上，已知各种用于单独减少NOx和PM的产生量的技术，然而，在NOx和PM的产生量之间不可避免地产生折衷，所以当减少这些物质之一的产生量时，另一种物质的产生量增加，因而，目前，NOx的产生量和PM的产生量的同时减少是非常困难的。
鉴于前述问题，近年来提出了一种燃烧方案，其中与在压缩上止点附近喷射(在缸内气体具有较低温度和压力的状态中)相比，更早地将燃料喷射到燃烧室中，和增加EGR气体的数量(EGR比)以便使着火延迟时间变得较长，从而使预混合的混合气在燃烧室内基本上均匀地扩散以在压缩上止点附近自燃(在下文中称为“预混合燃烧”或“PCCI(预混合充气压缩点火)燃烧”)。
在这种PCCI燃烧中，由于在燃烧室内充分且均匀地扩散的预混合的混合气在大体均匀的稀混合气状态(当量比φ小于1的状态)中着火，所以几乎不产生NOx和PM，结果，与上述扩散燃烧的情况相比，极大地减少了NOx的产生量和PM的产生量。
然而，当在大体均匀的稀混合气状态中在燃烧室内广泛分散的全部预混合的混合气同时着火时，趋于产生较响的爆燃声(噪声)，当预混合的混合气着火的延迟时间过短时(因而，当预混合的混合气的自燃开始得太早时)，该趋势变得显著。此外，由于预混合的混合气在大体均匀的稀混合气状态中分散，所以有容易发生不着火的趋势，当预混合的混合气着火的延迟时间过长时(因而，当预混合的混合气的自燃开始得太晚时)，该趋势变得显著。换句话说，在PCCI燃烧中，必须精确控制预混合的混合气的自燃开始的时刻(或着火延迟时间)以使得开始时刻与预定时刻一致或落入预定范围内。为了该精确控制，必须精确估计预混合的混合气的自燃开始时间。
鉴于上述内容，基于缸内气体的压缩结束温度强烈地影响着火延迟时间这个事实，设计了在日本专利申请特开(kokai)H11-148412中披露的用于柴油机的控制装置，以便获得缸内气体的压缩结束温度和仅仅根据获得的压缩结束温度估计着火延迟时间(因而，预混合的混合气的自燃开始时间)。此外，在压缩冲程中缸内气体的状态引起多变变化(绝热变化)的假设下，根据压缩开始时间(进气门关闭的时间)的缸内气体温度和代表一般多变变化的公式获得缸内气体的压缩结束温度。
顺便说说，在上述PCCI燃烧中，已知一部分预混合的混合气在预混合的混合气的自燃(因而，产生热焰)之前引起低温氧化反应(在本说明书和权利要求中称为“冷焰”)。当产生这种冷焰时，缸内气体的温度可能由于冷焰产生的热量的影响而极大地改变，因而，认为预混合的混合气的自燃开始时间极大地取决于冷焰的发热量。
然而，在上述公开专利中描述的装置仅仅根据缸内气体的压缩结束温度估计着火延迟时间(因而，预混合的混合气的自燃开始时间)，其中缸内气体的压缩结束温度是在缸内气体的状态在压缩冲程中引起多变变化的假设下获得的，而没有考虑冷焰的发热量的影响，因而，传统装置不能精确估计预混合的混合气的自燃开始时间。

发明内容
鉴于上述内容，本发明的目标是提供一种用于内燃机的混合气点火时间估计装置，该装置能在考虑到由一部分预混合的混合气在自燃之前产生的冷焰的发热量的情况下，精确估计用于PCCI燃烧的预混合的混合气的自燃时间。
根据本发明的用于内燃机的混合气点火时间估计装置包括压缩开始时的缸内气体状态量获得装置，可归因于压缩的缸内气体状态量变化量估计装置，冷焰发热量估计装置，和预混合的混合气自燃开始时间估计装置，在下文中，将单独描述这些装置。
压缩开始时缸内气体状态量获得装置是用于获得在缸内气体的压缩开始时(即，进气门关闭时)的缸内气体状态量的装置。缸内气体状态量的例子包括，但不局限于，缸内气体的温度、压力和内能。压缩开始时的缸内气体状态量获得装置可以是通过用传感器物理地检测状态量来获得在压缩开始时间的缸内气体状态量的装置，或可以是通过预定计算估计状态量来获得状态量的装置。
可归因于压缩的缸内气体状态量变化量估计装置是用于估计可归因于在压缩冲程中缸内气体的压缩的缸内气体状态量的变化量的装置。可归因于压缩的缸内气体状态量变化量估计装置可以是用于在缸内气体的状态在压缩冲程中绝热地变化的假设下估计缸内气体状态量的变化量的装置，或用于计算活塞在压缩冲程中克服缸内气体作的功的数量和用于通过利用缸内气体的内能由于功的数量而变化(增加)这个事实来估计缸内气体状态量的变化量的装置。
冷焰发热量估计装置是用于估计冷焰发热量相应值的装置，冷焰发热量相应值是与在预混合的混合气自燃之前产生的冷焰的发热量相应的值，冷焰发热量相应值的例子包括冷焰(发热能量)本身产生的热量或由冷焰发热引起的缸内气体的温度增加。
已知冷焰发热量是一个值，其受用于PCCI燃烧的燃料的喷射量、燃料的性质(例如，十六烷值)、吸入燃烧室的进气的氧浓度和在冷焰开始时间的缸内气体密度的强烈影响，因而，优选地将冷焰发热量估计装置构造成至少基于用于PCCI燃烧的燃料的喷射量、燃料的性质、吸入燃烧室的进气的氧浓度和缸内气体的密度估计冷焰发热量相应值。
预混合的混合气自燃开始时间估计装置是用于估计通过用于PCCI燃烧的燃料和缸内气体的混合预先形成的预混合的混合气由于压缩而开始自燃(热焰)的时间的装置，该装置构造成至少基于获得的压缩开始时的缸内气体状态量、估计的可归因于压缩的缸内气体状态量变化量和估计的冷焰发热量相应值估计预混合的混合气自燃开始时间。可以将预混合的混合气自燃开始时间估计装置构造成在考虑到当喷射的(液体)燃料在压缩冲程过程中改变成燃料蒸汽时产生的潜热、燃料蒸汽本身的热能和由于缸内气体(预混合的混合气)与燃烧室内壁之间的接触而从缸内气体传递到燃烧室内壁的损失能量的情况下估计预混合的混合气自燃开始时间。
通过预混合的混合气自燃开始时间估计装置，能根据获得的压缩开始时的缸内气体状态量和估计的可归因于压缩的缸内气体状态量变化量获得在压缩开始时间(即，进气门关闭时间)后可能由于压缩而短暂改变的缸内气体状态量，在冷焰产生之后，在考虑到估计的冷焰发热量相应值的情况下获得缸内气体的状态量。由于基于在考虑到冷焰发热量的情况下获得的缸内气体状态量(例如，温度)来估计预混合的混合气自燃开始时间，所以能精确估计预混合的混合气的自燃开始时间。
在这种情况下，优选地，预混合的混合气自燃开始时间估计装置包括预混合的混合气温度估计装置，其用于至少基于获得的压缩开始时的缸内气体状态量、估计的可归因于压缩的缸内气体状态量变化量和估计的冷焰发热量相应值估计预混合的混合气的温度，并作为预混合的混合气自燃开始时间，估计预混合的混合气的估计温度达到预定值的时间。
各种试验等等显示，当预混合的混合气(缸内气体)的温度达到相应的预定温度(与冷焰的开始相应的温度和与自燃的开始相应的稳定)时，预混合的混合气的冷焰和自燃(热焰)相继开始，其中预混合的混合气的温度在压缩冲程中由于压缩而增加。因而，通过采用上述用于将被估计为缸内气体状态量的预混合的混合气温度达到预定温度(与自燃开始相应的温度)的时间估计作为预混合的混合气自燃开始时间的构造，能以简单方式精确估计预混合的混合气自燃开始时间。
优选地，根据本发明的混合气点火时间估计装置中的任一个都包括用于估计在冷焰开始时间粘附到燃烧室内壁面的燃料量的粘附量估计装置，所述燃料是(直接)喷射到燃烧室中的用于PCCI燃烧的燃料的一部分，和将冷焰发热量估计装置构造成在考虑到估计的粘附量的情况下估计冷焰发热量相应值。燃料粘附量例如受燃料喷射量、喷射时的缸内气体密度和有效喷射压力(在喷射时在喷射压力和缸内气体压力之间的差值)的强烈影响，因而，优选地将粘附量估计装置构造成至少基于用于PCCI燃烧的燃料喷射量、喷射时的缸内气体密度和有效喷射压力估计燃料粘附量。
在为了PCCI燃烧而在早期时刻喷射的燃料的一部分在维持液体形式的同时粘附到燃烧室内壁面(例如，气缸的侧壁面，活塞的顶面等等)的情况下，即使当缸内气体温度达到与上述冷焰的开始相应的且较低的温度时，在冷焰开始时间以前粘附到燃烧室内壁面的燃料也不会引起低温氧化反应(冷焰)，这部分地是因为由于在与低温的燃烧室壁接触时产生的热损失而使燃料的温度下降。换句话说，关于喷射的燃料，在冷焰开始时间粘附到燃烧室内壁面的燃料无助于冷焰发热。
因而，通过采用在考虑到在冷焰开始时间粘附到燃烧室内壁面的燃料量的情况下估计冷焰发热量相应值的构造，能通过用在冷焰开始时间没有粘附到燃烧室内壁面的燃料量与(全部)燃料喷射量的比值(即，实际上有助于冷焰发热的燃料的比例)乘冷焰发热量，来修正冷焰发热量——其在全部的喷射燃料有助于冷焰发热的假设下被估计。因而，能更精确地估计冷焰发热量，结果，能更精确地估计预混合的混合气自燃开始时间。
优选地，根据本发明的混合气点火时间估计装置中的任一个都包括分散程度估计装置，其基于在用于PCCI燃烧的燃料向燃烧室中的喷射开始和冷焰开始之间经过的时间，估计代表预混合的混合气在冷焰开始时间分散到燃烧室内壁面附近的程度的值，和将冷焰发热量估计装置构造成在考虑到代表分散程度的估计值的情况下估计冷焰发热量相应值。
关于燃烧室内的预混合的混合气，如粘附到燃烧室内壁面的燃料的情况那样，即使当缸内气体温度(没有分散在燃烧室内壁面附近的预混合的混合气的温度)达到与上述冷焰的开始相应的温度时，在冷焰开始时间分散到燃烧室内壁面附近(例如，气缸的侧壁面附近)的预混合的混合气也不会引起低温氧化反应(冷焰)，这是因为由于在与低温的燃烧室壁接触时产生的热损失而使温度下降。换句话说，关于燃烧室内的预混合的混合气，在冷焰开始时间以分散状态存在于燃烧室内壁面附近的预混合的混合气无助于冷焰发热。同时，在冷焰开始时间以前预混合的混合气分散到燃烧室内壁面附近的程度随着从燃料喷射开始时间到冷焰开始时间的经过时间而增加。
如从上述内容懂得的，通过采用上述构造，其在考虑到代表预混合的混合气在冷焰开始时间以前分散到燃烧室内壁面附近的程度的值的情况下估计冷焰发热量相应值，其中基于从燃料喷射开始时间到冷焰开始时间的经过时间估计该程度，能修正冷焰发热量——其在燃烧室内的全部预混合的混合气(即，全部的喷射燃料)有助于冷焰发热的假设下被估计——以使得冷焰发热量随着预混合的混合气在冷焰开始时间以前分散到燃烧室内壁面附近的程度的增加而减小，因而，能更精确地估计冷焰发热量，结果，能更精确地估计预混合的混合气自燃开始时间。
优选地，根据本发明的包括预混合的混合气温度估计装置的混合气点火时间估计装置还包括不均匀程度估计装置，用于估计代表预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度的值，和将预混合的混合气温度估计装置构造成在考虑到代表预混合的混合气的(燃料浓度的)不均匀程度的值的情况下估计预混合的混合气的温度。由于燃烧室内的预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度例如受燃料喷射开始时间和冷焰开始时间之间的经过时间、上述有效喷射压力、涡流流速、燃料的性质(例如，燃料密度)的影响，所以优选地在考虑到这些值的情况下确定代表预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度的值。
实际上，即使在燃烧室内的预混合的混合气在稀混合气状态中大体均匀地分散的情况下，其燃料浓度也在某种程度上是不均匀的。此外，在冷焰产生后预混合的混合气的温度(冷焰的火焰温度)在燃料浓度高的区域中有变得更高的趋势，因而，预混合的混合气在冷焰开始时间的(燃料浓度的)不均匀程度越大，在冷焰开始时间的燃料浓度分布的最大值越高且预混合的混合气在冷焰产生后的温度分布的最高温度越高。
同时，实际上，认为预混合的混合气的自燃(热焰)在预混合的混合气的温度分布的最高温度达到与自燃开始相应的温度时开始，因而，预混合的混合气自燃开始时间受预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度的影响，且当不均匀程度增加时趋向于变早。
如从上述内容懂得的，通过采用上述构造，其在考虑到代表预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度的值的情况下估计预混合的混合气的温度，能修正预混合的混合气的温度——其在燃烧室内的预混合的混合气均匀分散的假设下被估计——以使得预混合的混合气的温度随着预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度的增加而增加。换句话说，能将预混合的混合气在冷焰开始时间后的温度分布的最高温度估计为预混合的混合气的温度，结果，由于能基于预混合的混合气的温度分布的最高温度估计预混合的混合气自燃开始时间，所以能更精确地估计预混合的混合气自燃开始时间。
在根据本发明的混合气点火时间估计装置中的任一个中，优选地将预混合的混合气自燃开始时间估计装置构造成在缸内气体的压缩开始之后和在用于PCCI燃烧的燃料的喷射开始之前的预定时间点完成预混合的混合气自燃开始时间的估计，在这种情况下，预定时间点优选地紧接在缸内气体的压缩开始之后。
如前所述，在PCCI燃烧的情况下，存在一个预混合的混合气自燃开始时间的范围，在该范围中不会出现问题如产生大的噪音和不着火且该范围适合PCCI燃烧(在下文中称为“PCCI控制可执行范围”)。这种PCCI控制可执行范围依据发动机的工作状态(例如，发动机转速、燃料喷射量和预混合的混合气的当量比)而改变，例如能通过试验以数据的形式(具体地，图、表等等)获得发动机工作状态和PCCI控制可执行范围之间的关系，在所述试验中，发动机工作在不同的稳定工作状态中。
同时，在当前工作循环中的预混合的混合气的自燃开始时间落入PCCI控制可执行范围内的情况下，优选地采用下面的燃料喷射模式，即，与在压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据当前工作循环中的工作状态确定的所需燃料喷射量(具体地，燃料喷射量的稳定状态相配值)的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射。在当前工作循环中的预混合的混合气的自燃开始时间超出PCCI控制可执行范围的情况下，优选地在当前工作循环中采用不同的燃料喷射模式，换句话说，依据当前工作循环中的预混合的混合气的自燃开始时间是否落入PCCI控制可执行范围，优选地立即改变(控制)当前工作循环中的燃料喷射模式。为了执行这种改变(控制)，对于假定为了PCCI燃烧而与在压缩上止点附近喷射相比更早地喷射上述所需燃料喷射量的全部燃料的情况，必须至少在用于PCCI燃烧的燃料的喷射开始之前完成当前工作循环中的预混合的混合气自燃开始时间的估计。
如从上述内容懂得的，通过采用上述构造，其在缸内气体的压缩开始之后和在用于PCCI燃烧的燃料的喷射开始之前的预定时间点完成预混合的混合气自燃开始时间的估计(对于假定为了PCCI燃烧而与在压缩上止点附近喷射相比更早地喷射上述所需燃料喷射量的全部燃料的情况)，能根据当前工作循环中的预混合的混合气自燃开始时间的估计结果立即改变(控制)当前工作循环中的燃料喷射模式。
具体地，根据本发明的用于内燃机的控制装置能根据当前工作循环中的预混合的混合气自燃开始时间的估计结果立即改变当前工作循环中的燃料喷射模式，该装置包括用于存储数据(图、表等等)的数据存储装置，所述数据确定内燃机的工作状态量和上述PCCI控制可执行范围之间的关系(对于发动机处于稳定工作状态中的情况)；用于获得发动机的工作状态量的工作状态量获得装置；确定装置，用于确定通过混合气点火时间估计装置估计的当前工作循环中的预混合的混合气自燃开始时间是否落入基于获得的发动机工作状态量和所述数据获得的PCCI控制可执行范围内；和燃料喷射模式控制装置，用于基于确定装置的确定结果控制当前工作循环中的燃料喷射模式。
在这种情况下，控制装置优选地包括数据修正装置，用于当发动机处于过渡工作状态中时根据吸入到燃烧室中的进气的氧浓度和燃烧室内的气体量中的至少一个修正数据。已知即使当代表发动机工作状态的参数值(瞬时值)相同时，PCCI控制可执行范围也依据发动机是处于过渡工作状态还是稳定工作状态中而改变，还知道PCCI控制可执行范围的变化趋势至少根据吸入到燃烧室中的进气的氧浓度和燃烧室内的气体量(质量)而变化。
如从上述内容懂得的，由于上述构造，当发动机处于过渡工作状态中时，能以这样一种方式修正数据，即关于当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间是否落入PCCI控制可执行范围内，数据能实现更精确的确定。因而，当发动机处于过渡工作状态中时，能更正确地控制当前工作循环中的燃料喷射模式。
在根据本发明的控制装置中，优选地，燃料喷射模式控制装置如下工作。当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间落入获得的PCCI控制可执行范围内时，发动机处于适合PCCI燃烧的状态中，因而，如前所述，燃料喷射模式控制装置与在(当前工作循环中的)压缩上止点附近喷射相比更早地将根据工作状态确定的所需燃料喷射量(例如，稳定状态相配值)的全部燃料喷射到燃烧室中，其中所需燃料喷射量的全部燃料被根据工作状态量确定为用于PCCI燃烧的燃料。通过该操作，对于全部的喷射燃料量发生PCCI燃烧，且与扩散燃烧的情况相比，NOx和PM的产生量极大地减少。
而且，当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间沿延迟方向偏离获得的PCCI控制可执行范围时，如上所述可能发生不着火，因而，燃料喷射模式控制装置在(当前工作循环中的)压缩上止点附近将所需燃料喷射量(例如，稳定状态相配值)的全部燃料作为用于扩散燃烧的燃料喷射到燃烧室中，这是因为在扩散燃烧的情况下，燃料雾的燃料浓度(即，当量比φ)变得不均匀，因而在燃烧室内存在浓混合气区域，其中当量比φ大于1且容易发生自燃。通过该操作，对于(基本上)全部喷射燃料发生扩散燃烧，因而必定能防止不着火的发生，尽管不能减少NOx和PM的产生量。
同时，当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间沿提前方向偏离获得的PCCI控制可执行范围时，如上所述可能产生大的噪音。这里，当为了PCCI燃烧而喷射的燃料量减少时，PCCI控制可执行范围趋向于朝更早的时间移动(将稍后描述细节)，因而，在这种情况下，当将为了PCCI燃烧而喷射的燃料量设定成小于所需燃料喷射量的预定量时，能使当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间达到PCCI控制可执行范围。
即，在这种情况下优选地，关于燃料的所需燃料喷射量(例如，稳定状态相配值)，与在(当前工作循环中的)压缩上止点附近喷射相比，更早地将预定燃料量作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射，和在(当前工作循环中的)压缩上止点附近将剩余数量的燃料作为用于扩散燃烧的燃料进行喷射。此外，优选地将预定量设定成使预混合的混合气自燃开始时间处于获得的PCCI控制可执行范围所需的用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射量。通过该操作，能在不产生大的噪音或不发生不着火的情况下使减小由于PCCI燃烧产生的NOx和PM量的效果达到最大。
优选地，根据本发明的控制装置中的任一个都包括不均匀程度估计装置，用于估计代表预混合的混合气在冷焰开始时的不均匀程度的值，和确定装置在考虑到代表预混合的混合气不均匀程度的值的情况下执行上述确定。
如前所述，即使在燃烧室内的预混合的混合气在稀混合气状态中基本上均匀分散的情况下，其燃料浓度(即，当量比φ)也涉及某种程度的不均匀。同时，如前所述，PCCI控制可执行范围根据发动机工作状态而改变；特别地，根据预混合的混合气的当量比φ而改变。实际上，确定PCCI控制可执行范围的当量比φ的值被认为是不均匀地分散在燃烧室内的预混合的混合气的当量比φ的最大值，和当量比φ的最大值取决于预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度。
鉴于前述内容，通过采用一构造，其在考虑到代表预混合的混合气不均匀程度的值的情况下确定当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间是否落入获得的PCCI控制可执行范围内，能例如基于在燃烧室内的预混合的混合气均匀分散的假设下估计的预混合的混合气当量比φ的值和根据预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度，获得预混合的混合气的当量比φ的最大值，和能基于预混合的混合气当量比φ的最大值确定PCCI控制可执行范围，结果，由于能更精确地确定PCCI控制可执行范围，所以能更正确地控制当前工作循环中的燃料喷射方式。
代替上述构造，燃料喷射模式控制装置可以具有用于实现下面的操作的构造。当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间落入获得的PCCI控制可执行范围内时，从根据工作状态量确定的预定喷射开始时间(例如，稳定状态相配时间)起，与在(当前工作循环中的)压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到燃烧室内，。当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间超出获得的PCCI控制可执行范围时，修正预定喷射开始时间以便使当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间达到获得的PCCI控制可执行范围，和从(当前工作循环中的)修正的喷射开始时间开始将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到燃烧室中。
如前所述，当从燃料喷射开始时间到冷焰开始时间的经过时间增加时，在冷焰开始时间以前预混合的混合气分散到燃烧室内壁面附近的程度增加，结果，预混合的混合气的有助于冷焰发热的部分趋于减少，结果冷焰发热量减少。而且，冷焰发热量越小，在冷焰产生后的预混合的混合气的温度越低且预混合的混合气的自燃开始时间延迟的程度越大。
换句话说，通过调节从燃料喷射开始时间到冷焰开始时间的经过时间，能调节预混合的混合气的自燃开始时间，因而，即使当确定当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间超出PCCI控制可执行范围时，(在某些情况下)能通过调节当前工作循环中的从燃料喷射开始时间到冷焰开始时间的经过时间将当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间控制到PCCI控制可执行范围。
同时，一般而言，当燃料喷射开始时间变得较早时，从燃料喷射开始时间到冷焰开始时间的经过时间趋于增加，因而，能通过调节燃料喷射开始时间来调节从燃料喷射开始时间到冷焰开始时间的经过时间。
如从上述内容懂得的，在如上所述地构造控制装置的情况下，即使当确定当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间超出PCCI控制可执行范围时，(在某些情况下)通过当前工作循环中的用于PCCI燃烧的燃料喷射时间的控制，能与在(当前工作循环中的)压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料喷射到燃烧室中。在大多数情况下，能在不出现问题如大的噪音和不着火的情况下对于所需燃料喷射量的全部执行PCCI燃烧，因此，在大多数情况下能减少NOx和PM的产生量。
代替上述构造，燃料喷射模式控制装置可以具有用于实现下面的操作的构造。当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间落入获得的PCCI控制可执行范围内时，在根据工作状态量确定的预定喷射压力(例如，稳定状态相配压力)下，与在压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到燃烧室中。当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间超出获得的PCCI控制可执行范围时，修正预定喷射压力以便使当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间达到获得的PCCI控制可执行范围，以及在修正的预定喷射压力下，与在压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到燃烧室中。
一般而言，在发动机负荷较高的情况下，当燃料喷射压力增加时，预混合的混合气自燃开始时间趋于提前，该趋势的出现主要是由于燃料喷射压力越高，液体燃料雾化的速度(蒸发速度)越高。而且，在发动机负荷较低的情况下，当燃料喷射压力减小时，预混合的混合气自燃开始时间趋于变早，这主要是基于下列事实，即燃料喷射压力越低，预混合的混合气的过度分散被抑制的程度越大(即，预混合的混合气的不均匀程度越大)，由此自燃开始时间提前，如上所述。
因而，即使当确定当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间沿延迟方向偏离PCCI控制可执行范围时(即，确定会发生不着火)，(在某些情况下)也能通过根据发动机负荷状态调节当前工作循环中的用于PCCI燃烧的燃料的燃料喷射压力，将当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间控制到PCCI控制可执行范围。
如从上述内容懂得的，在如上所述地构造控制装置的情况下，即使当确定当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间偏离PCCI控制可执行范围时(具体地，沿延迟方向偏离)，(在某些情况下)通过根据发动机负荷状态调节当前工作循环中的用于PCCI燃烧的燃料喷射压力，能与在(当前工作循环中的)压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料喷射到燃烧室中。该构造还能在不出现问题如大的噪音和不着火的情况下，在大多数情况下对于所需燃料喷射量的全部执行PCCI燃烧，因此，在大多数情况下能减少NOx和PM的产生量。
而且，代替上述燃料喷射模式控制装置，根据本发明的上述控制装置中的任一个都可以包括预混合的混合气温度调节装置，当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间偏离获得的PCCI控制可执行范围时，预混合的混合气温度调节装置(强迫地)将当前工作循环中的预混合的混合气的温度升高或降低一个预定量，以便使当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间达到PCCI控制可执行范围。
一般而言，预混合的混合气在压缩冲程中的某个点的温度越高，预混合的混合气的自燃开始时间提前的程度越大，因而，当确定当前工作循环中的预混合的混合气自燃开始时间沿延迟方向偏离PCCI控制可执行范围时(即，确定会发生不着火)，也能通过强迫地升高当前工作循环中的预混合的混合气的温度将当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间控制到PCCI控制可执行范围。
同时，当确定当前工作循环中的预混合的混合气自燃开始时间沿提前方向偏离PCCI控制可执行范围时(即，确定会产生大的噪音)，也能通过强迫地降低当前工作循环中的预混合的混合气的温度将当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间控制到PCCI控制可执行范围。
如从上述内容懂得的，由于上述预混合的混合气温度调节装置，即使当确定当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间偏离PCCI控制可执行范围时，也能强迫地将当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间控制到PCCI控制可执行范围。该构造还能在不出现问题如大的噪音和不着火的情况下，在大多数情况下对于所需燃料喷射量的全部执行PCCI燃烧，因此，在大多数情况下能减少NOx和PM的产生量。
值得注意的，当必须强迫地升高预混合的混合气的温度时，预混合的混合气温度调节装置例如通过重新将预定的气体喷射到燃烧室内来增加缸内气体的数量，增加发动机的压缩比，或通过使用电热塞来加热燃烧室。当必须强迫地降低预混合的混合气的温度时，预混合的混合气温度调节装置例如通过将一部分缸内气体释放到燃烧室外部来减少缸内气体的数量，降低发动机的压缩比，或重新将冷却介质(例如，水)喷射到燃烧室内。


图1是表示系统的整体构造的示意图，其中将包含根据本发明实施例的用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置应用于四缸内燃机(柴油机)；图2是示意性地表示一种状态的图，其中气体被从进气歧管吸到某个气缸且然后被排出到排气歧管；图3是一个图表，表示在压缩冲程(和膨胀冲程)中缸内温度和发热比的实例性变化；图4是一个图表，表示对于发动机处于稳定工作状态中的情况在预混合的混合气的当量比和PCCI控制可执行区域之间的实例性关系；图5是一个图表，表示对于发动机处于过渡工作状态中的情况在进气氧浓度和PCCI控制可执行区域之间的实例性关系；图6是一个图表，表示对于发动机处于过渡工作状态中的情况在缸内气体的质量和PCCI控制可执行区域之间的实例性关系；图7是一个图表，用于帮助理解分割比的概念，当确定会产生大的噪音时，所需燃料喷射量被以该分割比分成用于PCCI燃烧的喷射量和用于扩散燃烧的喷射量；图8是流程图，表示图1中所示的CPU执行以便计算燃料喷射量等等的程序；图9是用于确定所需燃料喷射量的表，图1中所示的CPU在执行图8中所示程序的过程中会参考该表；图10是确定用于PCCI燃烧的燃料喷射时间曲柄角的表，图1中所示的CPU在执行图8中所示程序的过程中会参考该表；图11是确定用于扩散燃烧的燃料喷射时间曲柄角的表，图1中所示的CPU在执行图8中所示程序的过程中会参考该表；图12是用于确定指令燃料喷射压力的表，图1中所示的CPU在执行图8中所示程序的过程中会参考该表；图13是用于确定PCCI控制可执行最大喷射量的表，图1中所示的CPU在执行图8中所示程序的过程中会参考该表；图14表示一程序的第一部分，图1中所示CPU执行它以便计算PCCI燃烧中的自燃开始时间和确定是否能执行PCCI控制；图15表示该程序的第二部分，图1中所示CPU执行它以便计算PCCI燃烧中的自燃开始时间和确定是否能执行PCCI控制；图16表示该程序的第三部分，图1中所示CPU执行它以便计算PCCI燃烧中的自燃开始时间和确定是否能执行PCCI控制；图17表示该程序的第四部分，图1中所示CPU执行它以便计算PCCI燃烧中的自燃开始时间和确定是否能执行PCCI控制；图18表示该程序的第五部分，图1中所示CPU执行它以便计算PCCI燃烧中的自燃开始时间和确定是否能执行PCCI控制；图19是表示一程序的流程图，图1中所示CPU执行该程序以便执行燃料喷射控制；图20是用于描述ΔPV的图表，根据本发明实施例第二变型的发动机控制装置使用ΔPV以根据缸内气体的PV值检测冷焰发热量；图21是用于描述ΔPVk的图表，根据第二变型的发动机控制装置使用ΔPVk以根据缸内气体的PVk值检测冷焰发热量；图22是表示一方法的图表，通过该方法，根据第二变型的发动机控制装置根据缸内气体的PV值检测燃烧时期；图23是表示一方法的图表，通过该方法，根据第二变型的发动机控制装置根据缸内气体的(dPVk/dCA)值检测燃烧时期；图24是一图表，用于描述由于燃料粘附到燃烧室内壁面引起的实际自燃开始时间的延迟；图25是用于确定粘附系数Ka的表，根据本发明实施例第四变型的发动机控制装置的CPU参考该表；图26是用于确定粘附系数Kb的表，根据第四变型的发动机控制装置的CPU参考该表；图27是图表，表示为了发现在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间和冷焰与热焰反应开始时间之间的关系而在某些条件下执行的试验的实例性结果；图28是用于确定冷焰发热量修正系数Kc的表，根据本发明实施例第五变型的发动机控制装置的CPU参考该表；图29是用于确定是否能通过用于PCCI燃烧的燃料喷射时间的调节来执行自燃开始时间的调节的表，根据第五变型的发动机控制装置的CPU参考该表；图30是表示一个区域的图表，在该区域中能通过用于PCCI燃烧的燃料喷射时间的调节来修正自燃开始时间曲柄角；图31是用于描述一现象的图表，即在发动机负荷较高的情况下实际的自燃开始时间由于喷射压力的增加而变早；图32是用于确定自燃开始时间的可提前量的表，根据本发明实施例第六变型的发动机控制装置的CPU参考该表；图33是用于确定所需提前量和喷射压力增加量之间的关系的表，根据第六变型的发动机控制装置的CPU参考该表；图34是用于描述一现象的图表，即在发动机负荷较低的情况下实际的自燃开始时间由于喷射压力的减小而变早；图35是用于确定自燃开始时间的可提前量的表，根据第六变型的发动机控制装置的CPU参考该表；图36是用于确定所需提前量和喷射压力减小量之间的关系的表，根据第六变型的发动机控制装置的CPU参考该表；图37是发动机的燃烧室及其附近的示意图，为了减少缸内气体的质量，发动机包括在进气歧管的中间部分和燃烧室之间建立连通的连通通道和设置在连通通道中的开关阀；图38是发动机的燃烧室及其附近的示意图，发动机包括燃烧室容积调节机构以便减小发动机的压缩比；和图39是描述用于获得缸内温度的简单方法的图表。
具体实施例方式
参考附图，现在将描述内燃机(柴油机)的控制装置(在下文中简称为“发动机控制装置”)，该装置包括本发明的用于内燃机的混合气点火时间估计装置。
图1示意性地表示系统的整个构造，其中将本发明的发动机控制装置应用于四缸内燃机(柴油机)10。该系统包括包含燃料供给系统的发动机主体20；用于将气体引入到发动机主体20的多个单独气缸的燃烧室(缸内)的进气系统30；用于将废气排出发动机主体20的排气系统40；用于执行废气循环的EGR装置50；和电控装置60。
燃料喷射阀(喷射阀，喷油嘴)21设置在发动机主体20的多个单独气缸上方，燃料喷射阀21通过燃料管23与燃料喷射泵22相连，燃料喷射泵22与未示出的燃料箱相连，燃料喷射泵22电连接到电控装置60。根据来自电控装置60的驱动信号(与稍后描述的指令燃料喷射压力Pcr相应的指令信号)，燃料喷射泵22以这样一种方式使燃料增压，即使得燃料的实际喷射压力(供给压力)变得等于指令燃料喷射压力Pcr。
这样，将被增压到燃料喷射压力Pcr的燃料从燃料喷射泵22供给到燃料喷射阀21。而且，燃料喷射阀21电连接到电控装置60，根据来自电控装置60的驱动信号(与用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci相应的指令信号(和/或与用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff相应的指令信号))，每个燃料喷射阀21打开一个预定时间段以便将被增压到指令燃料喷射压力Pcr的燃料直接喷射到相应气缸的燃烧室，喷射数量与用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci(和/或用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff)相应。值得注意的，在本实施例中，“……燃料喷射量”是指喷射燃料的相关体积。
进气系统30包括进气歧管31，其与发动机主体20的多个单独气缸的相应燃烧室相连；进气管32，其与进气歧管31的上游侧分支部分相连且与进气歧管31合作构成进气道；节气门33，其被可旋转地保持在进气管32内；用于根据来自电控装置60的驱动信号转动节气门33的节气门致动器33a；中间冷却器34，其置于进气管32中以位于节气门33的上游侧上；涡轮增压器35的压缩机35a，其置于进气管32内以位于中间冷却器34的上游侧上；和空气滤清器36，其设置在进气管32的远端部分。
排气系统40包括排气歧管41，其与发动机主体20的多个单独气缸相连；排气管42，其与排气歧管41的下游侧合并部分相连；置于排气管42中的涡轮增压器35的涡轮35b；涡轮增压器节流阀35c；和置于排气管42中的柴油机微粒过滤器(在下文中称为“DPNR”)43。排气歧管41和排气管42构成排气道。
涡轮增压器节流阀35c与电控装置60相连，且响应来自电控装置60的驱动信号改变废气流入涡轮35b中的通道的横截面积，以便改变涡轮增压器35的能力。当通过关闭涡轮增压器节流阀35c使得废气流入涡轮35b中的通道的横截面积减小时，增压压力增加。当通过打开涡轮增压器节流阀35c使得废气流入涡轮35b中的通道的横截面积增加时，增压压力减小。
DPNR43是过滤单元，其容纳由多孔材料如堇青石形成的过滤器43a，且其通过多孔表面收集包含在经过过滤器的废气中的颗粒物质。在DPNR43中，至少一种金属元素与铂一起被携带在充当载体的氧化铝上，所述金属元素选自碱性金属如钾K、钠Na、锂Li和铯Cs；碱土金属如钡Ba和钙Ca；和稀土金属如镧La和钇Y。因而，DPNR43也充当吸收储存还原型NOx催化单元，其在吸收NOx之后释放所吸收的NOx并将它还原。
EGR装置50包括废气循环管51，其形成用于废气循环的通道(EGR通道)；置于废气循环管51中的EGR控制阀52；和EGR冷却器53。废气循环管51在位于涡轮35b上游侧上的排气道(排气歧管41)和位于节气门33下游侧上的进气道(进气歧管31)之间建立连通，EGR控制阀52响应来自电控装置60的驱动信号以便改变循环的废气量(废气循环量，EGR气体流量)。
电控装置60是微型计算机，其包括通过总线彼此相连的CPU61、ROM62、RAM63、备用RAM64和接口65等等，ROM62存储由CPU61执行的程序、表(查找表格，图)、常数等等，RAM63允许CPU61在需要时临时存储数据，备用RAM64在电源接通的状态中存储数据，并且即使在切断电源之后也保持存储的数据，接口65包含A/D转换器。
接口65与充当空气流量(新空气流量)测量装置的热丝型气流计71相连，且设置在进气管32内；进气温度传感器72，其设在位于节气门33下游和废气循环管51与进气道相连的点下游的进气道中；进气管压力传感器73，其设在位于节气门33下游和废气循环管51与进气道相连的点下游的进气道中；曲柄位置传感器74；加速器开度传感器75；设在位于燃料喷射泵22排出口附近的燃料管23中的燃料温度传感器76；进气氧浓度传感器77，其设在位于节气门33下游和废气循环管51与进气道相连的点下游的进气道中；水温传感器78；设在排气歧管41下游侧合并部分中的废气氧浓度传感器81；设在排气歧管41下游侧合并部分中的废气温度传感器82；和设在排气歧管41下游侧合并部分中的废气压力传感器83。接口65从这些传感器接收相应的信号，并将收到的信号提供给CPU61。此外，接口65与燃料喷射阀21、燃料喷射泵22、节气门致动器33a、涡轮增压器节流阀35c和EGR控制阀52相连；和根据来自CPU61的指令向这些部件输出相应的驱动信号。
热丝型气流计71测量通过进气道的进气的质量流量(每单位时间进气量；每单位时间新空气量)，并产生表明质量流量Ga(空气流量Ga)的信号。进气温度传感器72检测被吸入发动机10气缸(即，燃烧室)中的气体的温度(即，进气温度)，并产生代表进气温度Tb的信号。进气管压力传感器73测量被吸入发动机10气缸中的气体的压力(即，进气管压力)，并产生代表进气管压力Pb的信号。
曲柄位置传感器74检测每个气缸的绝对曲柄角，并产生代表实际曲柄角CAact和发动机转速NE，即发动机10的旋转速度，的信号。加速器开度传感器75检测加速器踏板AP的操作量(加速器开度)，并产生代表加速器开度Accp的信号。燃料温度传感器76检测通过燃料管23的燃料的温度，并产生代表燃料温度Tcr的信号。
进气氧浓度传感器77检测进气的氧浓度，并产生代表进气氧浓度RO2in的信号。水温传感器78检测用于冷却发动机10的冷却水的温度，并产生代表冷却水温度THW的信号。废气氧浓度传感器81检测废气的氧浓度，并产生代表废气氧浓度RO2ex的信号。废气温度传感器82检测废气的温度，并产生代表废气温度Tex的信号。废气压力传感器83检测废气的压力，并产生代表废气压力Pex的信号。
混合气点火时间估计方法的概述下面，将描述由包括如所述构造的混合气点火时间估计装置的发动机控制装置执行的混合气点火时间估计方法的概述(在下文中，可以将控制装置称为“本装置”)。图2是示意性地表示一种状态的图，其中气体被从进气歧管31吸到发动机10的某个气缸中(缸内)且然后被排出到排气歧管41。
如图2中所示，吸入到燃烧室内的气体(因而，缸内气体)包括通过节气门33从进气管32的末端获得的新空气，和通过EGR控制阀52从废气循环管51获得的(外部)EGR气体，获得的EGR气体数量(质量)与获得的新空气数量(质量)和获得的EGR气体数量(质量)的总和的比(即，EGR比)依据EGR控制阀52的开度而变化，EGR控制阀52由电控装置60(CPU61)根据工作状态正确地控制。如稍后所述，本装置基本上选择用于PCCI燃烧的燃料喷射模式，和依据工作状态，选择用于扩散燃烧的燃料喷射模式或这两种燃料喷射模式。原则上，与选择用于扩散燃烧的燃料喷射模式的情况相比，当选择用于PCCI燃烧的燃料喷射模式时，EGR比被设定成较高的值。
在进气冲程期间，当活塞向下移动时通过打开的进气门Vin将新空气和EGR气体吸入燃烧室中，这样形成的混合气充当缸内气体。在活塞到达压缩下止点后的压缩冲程期间当进气门Vin在预定时间点关闭时，缸内气体被限定在气缸内，然后在活塞向上移动时被压缩，结果，缸内气体的温度(在下文中称为“缸内温度Tg”)升高。
在选择了用于PCCI燃烧的燃料喷射模式的情况下，当早于压缩上止点的预定时间在压缩冲程中来临时(具体地，当曲柄角CA与稍后描述的用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci一致时)，本装置将相应的燃料喷射阀21打开一个与用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci相应的预定时间段，从而将燃料直接喷射到气缸中。在这种情况下，在燃料喷射时的缸内温度Tg低，且EGR比呈现一个大值，如上所述。因而，喷射的燃料(燃料雾或预混合的混合气)不立即自燃，而是在燃烧室内充分地分散直到建立大体均匀的情况为止。当活塞向上移动时，以这种方式在燃烧室内广泛分散的预混合的混合气的温度和压力由于压缩而增加；和当到达压缩上止点附近时，全部预混合的混合气基本上同时自燃(因而，实现PCCI燃烧)。
同时，在选择了用于扩散燃烧的燃料喷射模式的情况下，当在压缩上止点附近在压缩冲程中的预定时间来临时(具体地，当曲柄角CA与稍后描述的用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpdiff一致时)，本装置将相应的燃料喷射阀21打开一个与用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff相应的预定时间段，从而将燃料直接喷射到气缸中。结果，因为从由于压缩而已经具有高温的缸内气体收到的热量，喷射的(液体)燃料立即变成燃料蒸汽，然后随着时间的经过与缸内气体混合以产生混合气，混合气通过自燃开始燃烧(因而，实现扩散燃烧)。
<用于在PCCI燃烧中估计预混合的混合气的自燃开始时间的具体方法>
现在将参考图3描述用于在PCCI燃烧中估计预混合的混合气的自燃开始时间的具体方法，图3是一个图表，表示在压缩冲程中(和在膨胀冲程中)缸内温度Tg和燃烧室内的发热比(dQ/dCA；每单位时间发热量)的实例性变化。
在图3中，CAin代表压缩开始时间曲柄角(即，进气门Vin关闭时的曲柄角)；CAqpcci代表用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角；CAcool代表冷焰开始时间曲柄角；和CAig代表自燃(热焰)开始时间曲柄角。为了便于说明，曲柄角CA处于压缩开始时间曲柄角CAin和用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci之间的时期将被称为第一模式时期(模式＝1)；曲柄角CA处于用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci和冷焰开始时间曲柄角CAcool之间的时期将被称为第二模式时期(模式＝2)；和曲柄角CA处于冷焰开始时间曲柄角CAcool和自燃开始时间曲柄角CAig之间的时期将被称为第三模式时期(模式＝3)。
如稍后所述，当用于计算所需燃料喷射量(指令总燃料喷射量)qfin的时间到达时(具体地，在压缩下止点附近的时间点；即，压缩开始之前的时间点)确定用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci，根据当前时间点的工作状态和预定的图(表)将用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci确定为稳定状态相配值(例如通过试验预先确定的值，其被最优化以便当发动机稳定地工作在该工作状态中时使发动机达到最佳状态)。
在本实施例中，假设预混合的混合气的冷焰(低温氧化反应)在预混合的混合气的温度(即，缸内温度Tg)达到某个与冷焰开始相应的温度(在下文中称为“冷焰开始温度Tcool”)时开始，其中预混合的混合气的温度在压缩冲程中的压缩时升高。相似地，在本实施例中，假定预混合的混合气的自燃(热焰)在预混合的混合气的温度(即，缸内温度Tg)达到某个与自燃开始相应的温度(在下文中称为“自燃开始温度Tig”)时开始。
假设当在当前工作循环中必须喷射燃料的气缸(在下文中称为“燃料喷射缸”)的实际曲柄角CAact达到压缩开始时间曲柄角CAin时(即，当燃料喷射缸的进气门Vin关闭时)，(原则上)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料量在用于PCCI燃烧的燃料喷射时间立即进行喷射，和全部的量充当用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci，在上面的假设下，本装置执行下面的预测和估计操作。在压缩开始后，在当前压缩冲程期间，本装置在使缸内温度与曲柄角CA相关的同时对每个小曲柄角ΔCA预测或估计缸内温度Tg(因而，预混合的混合气的温度)的变化。然后，本装置将估计的缸内温度Tg达到自燃开始温度Tig的时间点估计为预混合的混合气自燃开始时间(即，自燃开始时间曲柄角CAig)，因而，本装置在压缩开始后(因而，在用于PCCI燃烧的燃料喷射之前)立即完成预混合的混合气自燃开始时间的估计。
接着，将描述在用于PCCI燃烧的燃料喷射时间将所需燃料喷射量qfin的全部量作为用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci进行喷射的假设下，用于在当前压缩冲程期间，在使缸内温度与曲柄角CA相关的同时对每个小曲柄角ΔCA预测或估计缸内温度Tg的方法。
一般而言，处于缸内温度Tg的燃烧室内气体(缸内气体)的热能Q能由下面的公式(1)表示，在公式(1)中，M代表缸内气体的总质量(缸内气体质量)，Cp代表缸内气体的等压比热，因而，当对每个小曲柄角ΔCA相继获得(更新)缸内气体的热能Q、缸内气体质量M和缸内气体的等压比热Cp时，对每个小曲柄角ΔCA能以使缸内温度Tg与曲柄角CA相关的方式根据下面的公式(2)获得缸内温度Tg。首先将描述用于获得缸内气体质量M的方法。
Q＝M·Cp·Tg (1)Tg＝Q/(M·Cp)(2)
<缸内气体质量M>
在用于PCCI燃烧的燃料喷射之前的时期中(即第一模式时期)，缸内气体质量M保持等于压缩开始时间缸内气体质量M0，压缩开始时间缸内气体质量M0是在压缩开始时间限定在燃烧室内的缸内气体的质量。在燃料喷射之后的时期中(即，第二模式和第三模式时期)，缸内气体质量M保持等于一个值(M0+qpcci·ρf)，通过将用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci(＝qfin)的燃料质量(qpcci·ρf)与压缩开始时间缸内气体质量M0相加获得该值(M0+qpcci·ρf)。这里，ρf代表燃料的密度。能根据公式(3)获得压缩开始时间缸内气体质量M0，公式(3)是基于压缩开始时关于缸内气体的气体的状态方程。
M0＝(Pgin·Vain)/(R·Tin) (3)在公式(3)中，R是缸内气体的气体常数(这里使用的气体常数R是通过以缸内气体的平均分子量除通用气体常数获得的值)，Pgin代表压缩开始时间的缸内气体压力Pg。在压缩开始时，认为缸内气体压力基本上等于进气管压力Pb，因而，能根据在压缩开始时间通过进气管压力传感器73检测到的进气管压力Pb获得压缩开始时间缸内气体压力Pgin。
Vain代表压缩开始时间的缸内容积，能基于发动机10的设计规格将缸内容积表示为曲柄角CA的函数Va(CA)，因而，能根据压缩开始时间曲柄角CAin和函数Va使压缩开始时间缸内容积Vain作为Va(CAin)而被获得。Tin代表压缩开始时间的缸内温度，压缩开始时间缸内温度Tin能由下面的公式(4)表示。
Tin＝Tb+ΔTin (4)在公式(4)中，Tb代表在压缩开始时间通过进气温度传感器72检测到的进气的温度，进气温度Tb是反映通过节气门33吸入的新空气和通过EGR控制阀52吸入的外部EGR气体的影响的值。ΔTin代表进气温度修正量，其代表由进气在经过进气温度传感器72之后和在进入燃烧室之前接收到的热量引起的进气温度的升高。可以想到地，该热量主要由来自前一次燃烧后留在燃烧室内的剩余气体(内部EGR气体)的热量和来自进气门Vin表面、进气歧管31的内壁面等等的热量组成。
从留在燃烧室内的内部EGR气体接收到的热量的数量依据内部EGR气体的数量和温度而变化，根据前一次排气冲程期间的预定时间的发动机转速NEb、在该预定时间的废气压力Pexb和在该预定时间的废气温度Texb确定内部EGR气体的数量，根据前一次(所需)燃料喷射量qfinb确定内部EGR气体的温度。此外，从进气门Vin的表面等等接收到的热量的数量依据压缩开始时间的冷却水温度THW而变化，因而，能根据下面利用函数funcΔTin的公式(5)获得进气温度修正量ΔTin，函数funcΔTin的自变量是qfinb、NEb、Pexb、Texb和THW。
ΔTin＝funcΔTin(qfinb，NEb，Pexb，Texb，THW) (5)上述计算使得能根据公式(3)获得压缩开始时间缸内气体质量M0，因而，能获得第一模式时期中的缸内气体质量M(＝M0)和第二模式与第三模式时期中的缸内气体质量M(＝M0+qpcci·ρf)。
<缸内气体的等压比热Cp>
接着，将描述用于获得缸内气体的等压比热Cp的方法。一般而言，关于缸内气体的比热比k，存在关系k＝Cp/Cv，和Cp＝Cv+R。当通过结合这些公式消除Cv时，能获得下面的公式(6)，其表示缸内气体的等压比热Cp和缸内气体的比热比k之间的关系。Cv代表缸内气体的等容比热。
k＝Cp/(Cp-R)(6)缸内气体的比热比k根据缸内气体的各成分的比例而变化。在用于PCCI燃烧的燃料喷射之前的时期中(即，第一模式时期)，缸内气体主要包括氧O2、二氧化碳CO2、氮N2和水H2O。在燃料喷射后的时期中(即，第二模式和第三模式时期)，缸内气体还包含组成燃料的成分，这些成分的比例极大地取决于进气的氧浓度RO2in、前一次排气冲程中预定时间的废气氧浓度RO2exb和在当前时间点的缸内温度Tg(另外，在燃料喷射后的时期中的用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci)。
因而，在用于PCCI燃烧的燃料喷射后的在第二模式和第三模式时期中缸内气体的比热比k(因而，缸内气体的等压比热Cp)能由下面利用函数funcCp的公式(7)表示，函数funcCp的自变量是RO2in、RO2exb、Tg和qpcci。同时，能根据下面的公式(8)获得在用于PCCI燃烧的燃料喷射之前的在第一模式时期中缸内气体的比热比k(因而，缸内气体的等压比热Cp)，通过用0代替qpcci从公式(7)推导出公式(8)。
CP＝funcCp(RO2in，RO2exb，Tg，qpcci) (7)CP＝funcCp(RO2in，RO2exb，Tg，0) (8)如能从公式(7)和公式(8)懂得的，缸内气体的等压比热Cp根据缸内温度Tg而变化。如上所述，能根据公式(8)获得第一模式时期中的缸内气体的等压比热Cp，和能根据公式(7)获得第二模式和第三模式时期中的缸内气体的等压比热Cp。
<缸内气体的热能Q>
接着，将描述缸内气体的热能Q。首先，能根据关系“Qin＝M0·Cp·Tin”获得在压缩开始时间的缸内气体的热能Qin。由于这里使用的缸内气体的等压比热Cp是第一模式时期中的，所以能根据公式(8)获得它。
此外，在第一模式时期到第三模式时期期间，缸内气体的热能Q持续受活塞对缸内气体作的功(活塞功Wpiston)和由于燃烧室内壁与缸内气体之间的接触而从缸内气体传递到燃烧室壁的能量(能量损失Wloss)的影响。
现在，考虑在曲柄角CA提前一个微小曲柄角ΔCA期间产生的微小量的活塞功ΔWpiston。当缸内容积由于曲柄角CA提前一个微小曲柄角ΔCA而减小ΔV(＞0)时，通过利用当前时间点的缸内气体压力Pg，微小量的活塞功ΔWpiston能由下面的公式(9)表示。能根据当前时间点的缸内气体质量M、当前时间点的缸内温度Tg、当前时间点的缸内容积Va(CA)和当前时间点的关于缸内气体的气体的状态方程，即根据关系“Pg＝M·R·Tg/Va(CA)”，获得当前时间点的缸内气体压力Pg。
ΔWpiston＝Pg·ΔV (9)此外，基于发动机10的设计规格，值(dVa/dCA)能作为曲柄角CA的函数(dVa/dCA)(CA)而被获得，其中通过缸内容积Va关于曲柄角CA的微分获得值(dVa/dCA)，从而，值ΔV能由下面的公式(10)表示。因而，从公式(9)到公式(10)，能如下面的公式(11)中所示地获得微小量的活塞功ΔWpiston。
ΔV＝(-dVa/dCA)(CA)·ΔCA (10)ΔWpiston＝Pg·(-dVa/dCA)(CA)·ΔCA(11)接着，考虑在曲柄角CA提前微小曲柄角ΔCA期间产生的微小能量损失ΔWloss。每单位时间能量损失(dWloss/dt)，即，每单位时间从缸内气体传递到燃烧室壁的能量，能被认为是与缸内温度Tg和冷却水温度THW之间的差值(Tg-THW)相应的值，因而，每单位时间能量损失能由下面利用函数funcWloss的公式(12)表示，函数funcWloss的自变量是(Tg-THW)。
dWloss/dt＝funcWloss(Tg-THW) (12)
当曲柄角CA提前微小曲柄角ΔCA的期间的长度由Δt表示时，微小能量损失ΔWloss能由下面的公式(13)表示，Δt能由下面的公式(14)表示，公式(14)利用当前时间点的发动机转速NE和微小曲柄角ΔCA，因而，根据上述公式(12)和下面的公式(13)与公式(14)，能根据下面的公式(15)获得微小能量损失ΔWloss。
ΔWloss＝dWloss/dt·Δt (13)Δt＝(dt/dCA)·ΔCA＝(1/NE)·ΔCA (14)ΔWloss＝funcWloss(Tg-THW)·(1/NE)·ΔCA (15)如能从上述内容懂得的，能根据下面的公式(16)获得在曲柄角CA提前微小曲柄角ΔCA期间由于活塞功和能量损失的影响导致的缸内气体内能的增量ΔQ1。
ΔQ1＝ΔWpiston-ΔWloss (16)此外，缸内气体的热能Q受当为了PCCI燃烧而喷射的(液体)燃料变成燃料蒸汽时产生的潜热ΔQlatent和燃料蒸汽本身的热能ΔQqpcci的影响。由于认为潜热ΔQlatent是与用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci相应的值，所以能通过下面利用函数funcΔQlatent的公式(17)获得潜热ΔQlatent，函数funcΔQlatent的自变量是qpcci。同时，能通过下面的公式(18)获得燃料蒸汽的热能ΔQqpcci，在公式(18)中，Cf代表燃料蒸汽的比热，Tcr代表在用于PCCI燃烧的燃料喷射时通过燃料温度传感器76检测到的液体燃料的温度。
ΔQlatent＝funcΔQlatent(qpcci) (17)ΔQqpcci＝(qpcci·ρf)·Cf·Tcr (18)另外，缸内气体的热能Q受预混合的混合气的冷焰的发热量(冷焰发热量ΔQlto)的影响。已知冷焰发热量ΔQlto受用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci、燃料的性质(在本实施例中，十六烷值CN)、进气氧浓度RO2in和冷焰开始时间的缸内气体密度ρcool的强烈影响，因而，通过试验等等，能预先准备一个用于通过用上述各种值作为自变量而获得冷焰发热量ΔQlto的表MapΔQlto。此外，能通过以冷焰开始时间的缸内容积Va(CAcool)除冷焰开始时间的缸内气体质量M(＝M0+qpcci·ρf)获得冷焰开始时间的缸内气体密度ρcool，因而，能通过如下面的公式(19)中所示地利用上述表MapΔQlto获得冷焰发热量ΔQlto。实际上，如图3中的阴影区域所示，冷焰发热量ΔQlto是在第三模式时期中的预定时间段内产生的冷焰热量的累积。然而，在本实施例中，假设冷焰热量在冷焰开始时间(CAcool)瞬间产生。
ΔQlto＝Map(CN，qpcci，RO2in，ρcool) (19)如上所述，在第一到第三模式时期内，每次曲柄角CA提前微小曲柄角ΔCA，缸内气体的热能Q就增加一个与上述内能的增量ΔQ1相应的量。另外，在用于PCCI燃烧的燃料喷射(开始)时间(CAqpcci)，缸内气体的热能Q增加一个与燃料蒸汽的热能ΔQqpcci相应的量，减少一个与上述潜热ΔQlatent相应的量，和在冷焰开始时间(CAcool)，增加一个与冷焰发热量ΔQlto相应的量。上述过程使得对每个微小曲柄角ΔCA都能相继获得缸内气体的热能Q。
以上述方式，从压缩开始时间曲柄角CAin开始，每次曲柄角CA提前微小曲柄角ΔCA，都能相继获得缸内气体M、等压比热Cp和缸内气体的热能Q，因而，对每个微小曲柄角ΔCA，都能以与曲柄角CA相关的方式根据上述公式(2)获得缸内温度Tg。
如上所述，通过上述方法，本装置在使缸内温度Tg与曲柄角CA相关的同时对每个微小曲柄角ΔCA相继获得缸内温度Tg，然后，本装置将第二模式时期中缸内温度Tg达到冷焰开始温度Tcool的时间点估计为冷焰开始时间(即，冷焰开始时间曲柄角CAcool)，和将第三模式时期中缸内温度Tg达到自燃开始温度Tig的时间点估计为预混合的混合气自燃开始时间(即，自燃开始时间曲柄角CAig)。如上所述，在压缩开始时间(CAin)之后立即完成这种估计，上面是在用于PCCI燃烧的燃料喷射时间将燃料的全部所需燃料喷射量qfin作为用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci进行喷射的假设下，用于估计预混合的混合气自燃开始时间的具体方法。
关于是否能执行PCCI控制的确定如前所述，在用于PCCI燃烧的预混合的混合气开始自燃时，存在PCCI控制可执行范围，其中不会出现大噪音或不着火的问题。这种PCCI控制可执行范围主要依据发动机转速NE、用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci和预混合的混合气的当量比φ而变化。
图4是一个图表，表示对于发动机转速NE和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci具有某种联合关系且发动机10处于稳定工作状态中的情况，在预混合的混合气的当量比φ和PCCI控制可执行范围之间的实例性关系。PCCI控制可执行范围与由图4中阴影线示出的PCCI控制可执行区域相应。如图4中所示，当预混合的混合气的当量比φ增加时，PCCI控制可执行范围(区域)向延迟角方向移动，该移动是基于下列趋势，即预混合的混合气的当量比φ越高，噪音水平越高和发生不着火的可能性越低。
对于如图4中所示的发动机10处于稳定工作状态中的情况，预混合的混合气的当量比φ和PCCI控制可执行范围之间的关系可以根据发动机转速NE和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci的组合而变化，对于发动机转速NE和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci的每种组合，例如通过在各种稳定工作状态中相继改变发动机10工作状态的同时进行的试验，这种关系能作为一个图被预先获得。本装置(ROM62)存储预先获得的图Mapjudge，该图与发动机转速NE和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci的每种组合相应。
当发动机10处于过渡工作状态中时，如图5中所示，当进气氧浓度RO2in增加时，与稳定工作状态的情况相比，PCCI控制可执行范围朝延迟角方向移动，和当进气氧浓度RO2in降低时，与稳定工作状态的情况相比，PCCI控制可执行范围朝提前角方向移动。该移动是基于下列趋势，即进气氧浓度RO2in越高，噪音水平越高和发生不着火的可能性越低。
此外，当发动机10处于过渡工作状态中时，如图6中所示，当缸内气体质量M减小时，与稳定工作状态的情况相比，PCCI控制可执行范围朝延迟角方向移动，和当缸内气体质量M增加时，与稳定工作状态的情况相比，PCCI控制可执行范围朝提前角方向移动。该移动是基于下列趋势，即缸内气体质量M越大，缸内气体的热容(M·Cp)越大，结果噪音水平减小和发生不着火的可能性增加。
鉴于上述内容，本装置如上所述在压缩开始时间(CAin)之后立即估计预混合的混合气自燃开始时间曲柄角CAig，和在那之后立即根据当前时间点的发动机转速NE和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci(＝qfin)的组合选择上述图Mapjudge。当发动机10处于过渡工作状态中时，本装置根据当前时间点的进气氧浓度RO2in和缸内气体质量M的组合正确地修正所选的图Mapjudge。
随后，通过利用所选的图Mapjudge、预混合的混合气的当量比φ和估计的自燃开始时间曲柄角CAig，本装置确定φ和CAig之间的关系是对应图Mapjudge中的PCCI控制可执行区域、不着火区域还是大噪音区域。该确定也是在压缩开始时间(CAin)之后(在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始之前)立即完成。在预混合的混合气均匀地分散在燃烧室内的假设下，能通过下面利用函数funcφ的公式(20)获得预混合的混合气的当量比φ，函数funcφ的自变量是进气流量Ga(受到一阶滞后处理的值)和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci。上面是关于是否能执行PCCI控制的确定的概述。
φ＝funcφ(Ga，qpcci)(20)
燃料喷射模式的选择和发动机的反馈控制当当量比φ与自燃开始时间曲柄角CAig之间的关系落入PCCI控制可执行区域内时，当达到当前工作循环中的用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)时，本装置实际上将燃料的所需燃料喷射量qfin(＝qpci)的全部燃料作为用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci进行喷射。
此外，当当量比φ与自燃开始时间曲柄角CAig之间的关系落入不着火区域内时，当达到当前工作循环中的用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间(CAqdiff)时，本装置实际上将燃料的所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff进行喷射；用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间被设定到压缩上止点附近。通过该操作，必定能防止不着火的发生。
在这种情况下，本装置将EGR控制阀52的开度减小一个预定量，和将涡轮增压器节流阀35c打开一个预定量，结果，在下一个工作循环和随后的工作循环中，进气氧浓度RO2in被沿增加的方向修正和缸内气体质量M被沿减小的方向修正。这样，如能从图5和6懂得的，PCCI控制可执行区域朝延迟角方向移动，和在下一个工作循环与随后的工作循环中，对发动机10进行反馈控制以使得自燃开始时间曲柄角CAig从不着火区域移向PCCI控制可执行区域。
同时，当当量比φ与自燃开始时间曲柄角CAig之间的关系落入大噪音区域内时，本装置将所需燃料喷射量qfin(＝qpcci)分成用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci和用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff，这时，本装置如下计算分割比Ratioqpcci(＝qfinpcci/qfin)。
例如，考虑在当量比φ与自燃开始时间曲柄角CAig之间的关系与图7中所示的所选的图Mapjudge上的大噪音区域中的黑色星形标记相应的情况。在这种情况下，当在自燃开始时间曲柄角CAig保持不变的情况下减小当量比φ时，能使当量比φ与自燃开始时间曲柄角CAig之间的关系达到图7中的PCCI控制可执行区域(在沿着φ轴的大体中央的部分；看图Mapjudge上的白色星形标记)。
当假设进气中新空气的数量不变时，当量比φ和用于PCCI燃烧的燃料喷射量之间具有比例关系，因而，如图7中所示，将当量比φ从与黑色星形标记相应的值φ1变成与白色星形标记相应的值φ2相当于将用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci从所需燃料喷射量qfin变成用于PCCI燃烧的最佳喷射量qpcciopt。即，当将分割比Ratioqpcci设定成“φ2/φ1”和分别根据下面的公式(21)和(22)获得用于PCCI的指令最终燃料喷射量qfinpcci和用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff时，能使自燃开始时间曲柄角CAig达到PCCI控制可执行区域。
qfinpcci＝qfin·Ratioqpcci (21)qfindiff＝qfin·(1-Ratioqpcci) (22)因而，在这种情况下，本装置以上述方式获得分割比Ratioqpcci，和当用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)在当前工作循环中来临时，实际上以等于通过公式(21)获得的用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci的量喷射燃料。随后，当用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间(CAqdiff)来临时，本装置以等于通过公式(22)获得的用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff的量喷射燃料。在不产生大的噪音或不发生不着火的情况下，该操作使减小由于PCCI燃烧产生的NOx和PM量的效果达到最大。
在这种情况下，本装置将EGR控制阀52的开度增加一个预定量，和将涡轮增压器节流阀35c关闭一个预定量，结果，在下一个工作循环和随后的工作循环中，进气氧浓度RO2in被沿减小的方向修正和缸内气体质量M被沿增加的方向修正。因而，如能从图5和6中懂得的，PCCI控制可执行区域朝提前角方向移动，和在下一个工作循环与随后的工作循环中，对发动机10进行反馈控制以使得自燃开始时间曲柄角CAig从大噪音区域移向PCCI控制可执行区域。上面是燃料喷射模式的选择和反馈控制的概述。
实际操作接着，将描述包括如上述构造的用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置的实际操作。
<燃料喷射量等等的计算>
CPU61以预定间隔重复地执行图8的流程图所示的程序，且适合计算燃料喷射量等等，因而，当到达预定时刻时，CPU61从步骤800开始处理，然后进入步骤805以便确定用于计算当前工作循环中的所需燃料喷射量qfin的时间(具体地，压缩下止点附近)是否来临。当CPU61作出“否”的确定时，CPU61直接进入步骤895以便结束本程序的当前执行。
这里，假定用于计算当前工作循环中的所需燃料喷射量qfin的时间已经来临。在这种情况下，CPU61在步骤805中作出“是”的确定，并进入步骤810以便根据加速踏板开度Accp、发动机转速NE和图9中所示的表(图)Mapqfin获得所需燃料喷射量qfin，表Mapqfin确定了加速器开度Accp和发动机转速NE与燃料喷射量qfin之间的关系；并被存储在ROM62中。
随后，CPU61进入步骤815以便根据所需燃料喷射量qfin、发动机转速NE和图10中所示的表(图)MapCAqpcci确定用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci。表MapCAqpcci确定了所需燃料喷射量qfin和发动机转速NE与用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci之间的关系；并被存储在ROM62中。
随后，CPU61进入步骤820以便根据所需燃料喷射量qfin、发动机转速NE和图11中所示的表(图)MapCAqdiff确定用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqdiff。表MapCAqdiff确定了所需燃料喷射量qfin和发动机转速NE与用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqdiff之间的关系；并被存储在ROM62中。
接着，CPU61进入步骤825以便根据所需燃料喷射量qfin、发动机转速NE和图12中所示的表(图)MapPcr确定指令燃料喷射压力Pcr。表MapPcr确定了所需燃料喷射量qfin和发动机转速NE与指令燃料喷射压力Pcr之间的关系；并被存储在ROM62中。
接着，CPU61进入步骤830以便根据发动机转速NE和图13中所示的表(图)Mapqpccimax确定PCCI控制可执行最大喷射量qpccimax。表Mapqpccimax确定了发动机转速NE与PCCI控制可执行最大喷射量qpccimax之间的关系(对于发动机10处于稳定工作状态中的情况)；并被存储在ROM62中。
接着，CPU61进入步骤835以便确定在步骤810中获得的所需燃料喷射量qfin是否等于或小于PCCI控制可执行最大喷射量qpccimax。当CPU61作出“是”的确定时，CPU61进入步骤840以便将所需燃料喷射量qfin的全部(临时)设定为用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci，和将用于扩散燃烧的燃料喷射量qdiff(临时)设定成零。之后，CPU61结束本程序的当前执行。
当CPU61在步骤835中作出“否”的确定时，CPU61进入步骤845以便将上述PCCI控制可执行最大喷射量qpccimax(临时)设定为用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci，和将通过从所需燃料喷射量qfin减去PCCI控制可执行最大喷射量qpccimax获得的值(临时)设定为用于扩散燃烧的燃料喷射量qdiff。之后，CPU61结束本程序的当前执行。通过该操作，防止了用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci被设定成大于PCCI控制可执行最大喷射量qpccimax的值。
之后，CPU61重复执行步骤800、805和895的处理直到用于计算所需燃料喷射量qfin的时间在下一个工作循环中来临为止。以这种方式，在压缩下止点附近(临时)确定当前工作循环的用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci和当前工作循环的用于扩散燃烧的燃料喷射量qpdiff。
<PCCI燃烧中的自燃开始时间的计算等等>
CPU61以预定间隔重复执行图14到18的流程图所示的程序，且适合计算PCCI燃烧中的自燃开始时间等等，因而，当到达预定时刻时，CPU61从步骤1400开始程序，然后进入步骤1405以便确定进气门Vin的关闭时间(进气门Vin从打开状态变成关闭状态的时间；上述压缩下止点附近之后的时间)是否来临。当CPU61作出“否”的确定时，CPU61直接进入步骤1495以便结束本程序的当前执行。
这里，假定进气门Vin的关闭时间已经来临。在这种情况下，CPU61在步骤1405中作出“是”的确定，并进入步骤1410以便将通过曲柄位置传感器74检测到的当前实际曲柄角CAact设定为压缩开始时间曲柄角CAin。
接着，CPU61进入步骤1415以便根据上述公式(5)获得进气温度修正量ΔTin。这里，将在当前程序的前一次执行期间在图18的步骤1870中存储的值用作前一次的所需燃料喷射量qfinb；将在前一次工作循环的排气冲程中在预定时间从相应的传感器74、83和82获得的值分别用作NEb、Pexb和Texb；和将目前从水温传感器78获得的值用作THW。
接着，CPU61进入步骤1420以便根据在当前时间(即，压缩开始时间)通过进气温度传感器72获得的进气温度Tb、获得的进气温度修正量ΔTin和上述公式(4)获得压缩开始时间缸内温度Tin。
随后，CPU61进入步骤1425以便根据在当前时间(即，压缩开始时间)通过进气管压力传感器73获得的进气管压力Pb、当前时间的缸内容积Va(CAin)、获得的压缩开始时间缸内温度Tin和在步骤1425的框中描述的与上述公式(3)相应的公式获得缸内气体质量M(＝压缩开始时间缸内气体质量M0)。
随后，CPU61进入步骤1430以便根据在当前时间(即，压缩开始时间)通过进气氧浓度传感器77获得的进气氧浓度RO2in、在前一次工作循环的排气冲程中在预定时间通过废气氧浓度传感器81获得的废气氧浓度RO2exb、获得的压缩开始时间缸内温度Tin和与上述公式(8)相应的公式获得(压缩开始时间的)缸内气体的等压比热Cp。
之后，CPU61进入步骤1440以便根据获得的缸内气体质量M、获得的等压比热Cp、获得的压缩开始时间缸内温度Tin和与上述公式(1)相应的公式获得压缩开始时间的缸内气体的热能Qin。
然后，CPU61进入步骤1445以便将在步骤1425中使用的进气管压力Pb设定为缸内气体压力Pg，和然后进入步骤1450以便将如上所述获得的压缩开始时间缸内温度Tin设定为缸内温度Tg。然后，CPU61进入步骤1455以便将压缩开始时间曲柄角CAin设定为曲柄角CA，和进入步骤1460以便将压缩开始时间的缸内气体的热能Qin的值设定为缸内气体的热能Q。通过这种处理，将压缩开始时间的值(初始值)分别设定成Pg、Tg、CA和Q。
接着，CPU61进入图15的步骤1505以便开始第一模式时期中的计算。首先，在步骤1505中，CPU61根据上述公式(11)获得微小活塞功ΔWpiston，对于Pg和CA，分别使用最新的值(在该阶段，在步骤1445中设定的值和在步骤1455中设定的值)。
接着，CPU61进入步骤1510以便根据上述公式(15)获得微小能量损失ΔWloss。对于Tg，使用最新值(在该阶段，在步骤1450中设定的值)。对于NE，使用压缩开始时间的值，对于THW，使用在步骤1415中使用的值(即，压缩开始时间的值)。
随后，CPU61进入步骤1515以便将一个值设定为缸内气体的新热能Q(其最新值)，其中通过将在步骤1505中获得的微小活塞功ΔWpiston与缸内气体的热能Q的最新值(在该阶段，Qin)相加并从其中减去在步骤1510中获得的微小能量损失ΔWloss而获得该值。
接着，CPU61进入步骤1520以便根据上述公式(8)获得当前阶段的缸内气体的等压比热Cp，如在前述步骤1430中那样。对于RO2in和RO2exb，使用在步骤1430中使用的相应值，对于Tg，使用最新值(在当前阶段，在步骤1450中设定的值)。
接着，CPU61进入步骤1530以便根据在步骤1515中获得的缸内气体的热能的最新值Q、在前述步骤1425中获得的缸内气体质量M、在步骤1525中获得的等压比热Cp和上述公式(2)获得缸内温度Tg的最新值。
随后，CPU61进入步骤1535以便将通过使微小曲柄角ΔCA与曲柄角CA的最新值(在当前阶段，CAin)相加获得的值设定为新曲柄角CA(其最新值)，然后进入步骤1540以便根据在前述步骤1425中获得的缸内气体质量M、在步骤1530中获得的缸内温度Tg的最新值、曲柄角CA的最新值和关于缸内气体的气体的状态方程获得缸内压力Pg的最新值。
之后，CPU61进入步骤1545以便确定在步骤1535中获得的曲柄角CA的最新值是否与在图8的步骤815中设定的用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci一致。在当前阶段，曲柄角CA的最新值是(CAin+ΔCA)，仍没有达到CAqpcci，因而，CPU61在步骤1545中作出“否”的确定，并返回到步骤1505，从而再次执行步骤1505到1545的处理。这时，将分别在步骤1540和1535中更新的值用作步骤1505中的Pg和CA的最新值；和将在步骤1530中更新的值用作步骤1510和1520中的Tg。
即，重复执行步骤1505到1545的处理直到曲柄角CA的最新值由于步骤1535的重复执行而达到用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci为止。因此，通过步骤1530的重复执行，以与曲柄角CA相关的方式对每个微小曲柄角ΔCA估计当前压缩冲程中的第一模式时期中的缸内温度Tg。
当曲柄角CA的最新值由于步骤1535的重复执行而达到用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci时，CPU61在步骤1545中作出“是”的确定，然后进入图16的步骤1605，结果，第一模式时期中的计算结束，第二模式时期中的计算开始。
在进入步骤1605后，CPU61根据上述公式(17)获得由用于PCCI燃烧的燃料喷射产生的潜热ΔQlatent，对于用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci，使用在图8的步骤840或845中获得的值。接着，CPU61进入步骤1610以便根据上述公式(18)获得燃料蒸汽的热能ΔQqpcci。将步骤1605中使用的值用作qpcci，和为了方便，将在压缩开始时间通过燃料温度传感器76检测到的值用作Tcr。然后，CPU61进入步骤1615以便将一个值设定为缸内气体的新热能Q(其最新值)，其中通过使燃料蒸汽的热能ΔQqpcci与缸内气体的热能Q的最新值(在该阶段，在前述步骤1515中更新的值(第一模式时期中的最终值))相加并从其中减去上述潜热ΔQlatent而获得该值。
之后，CPU61相继执行步骤1620到步骤1655的处理，由于步骤1620到步骤1655的处理与图15的步骤1505到步骤1540相应，所以省略这些步骤的详细说明。在当前阶段，将分别在步骤1540和1535中更新的值用作步骤1620中的Pg和CA的最新值，将在步骤1530中更新的值用作步骤1625和1635中的Tg。此外，在与步骤1520相应的步骤1635中，使用上述公式(7)而不是上述公式(8)，和在分别与步骤1530与1540相应的步骤1645和1655中，使用(M+qpcci·ρf)而不是缸内气体质量M(＝M0)。
随后，CPU61进入步骤1660以便确定在步骤1645中获得的缸内温度Tg的最新值是否等于或大于冷焰开始温度Tcool。在当前阶段，缸内温度Tg的最新值低于冷焰开始温度Tcool，因而，CPU61在步骤1660中作出“否”的确定，并返回到步骤1620以便再次执行步骤1620到1655的处理。这时，将分别在步骤1655和1650中更新的值用作步骤1620中的Pg和CA的最新值；和将在步骤1645中更新的值用作步骤1625和1635中的Tg。
即，重复执行步骤1620到1655的处理直到缸内温度Tg的最新值由于步骤1645的重复执行而变得等于或大于冷焰开始温度Tcool为止。因此，通过步骤1645的重复执行，以与曲柄角CA相关的方式对每个微小曲柄角ΔCA估计当前压缩冲程中的第二模式时期中的缸内温度Tg。
当在步骤1645中重复更新的缸内温度Tg的最新值变得等于或大于冷焰开始温度Tcool时，CPU61在步骤1660中作出“是”的确定，在这种情况下，在将该阶段的曲柄角CA存储为冷焰开始时间曲柄角CAcool之后，CPU61进入图17的步骤1705，结果，第二模式时期中的计算结束，第三模式时期中的计算开始。
在进入步骤1705后，CPU61将通过以冷焰开始时间的缸内容积Va(CAcool)除冷焰开始时间的缸内气体质量(M+qcppi·ρf)获得的值设定为冷焰开始时间缸内气体密度ρcool。在其后的步骤1710中，CPU61根据上述公式(19)获得冷焰发热量ΔQlto。对于qpcci，使用在前述步骤1605中使用的值，和对于RO2in，使用在前述步骤1520中使用的值。
随后，CPU61进入步骤1715以便将通过使冷焰发热量ΔQlto与缸内气体的热能Q的最新值(在该阶段，在前述步骤1630中更新的值(第一模式时期中的最终值))相加而获得值设定为缸内气体的新热能Q(其最新值)。
之后，CPU61相继执行步骤1720到步骤1755的处理，由于步骤1720到步骤1755的处理与图16的步骤1620到步骤1655的处理相应，所以省略这些步骤的详细说明。在当前阶段，将分别在步骤1655和1650中更新的值用作步骤1720中的Pg和CA的最新值，和将在步骤1645中更新的值用作步骤1725和1735中的Tg。
随后，CPU61进入步骤1760以便确定在步骤1745中获得的缸内温度Tg的最新值是否等于或大于自燃开始温度Tig。在当前阶段，缸内温度Tg的最新值低于自燃开始温度Tig，因而，CPU61在步骤1760中作出“否”的确定，并返回到步骤1720以便再次执行步骤1720到1755的处理。这时，将分别在步骤1755和1750中更新的值用作步骤1720中的Pg和CA的最新值；和将在步骤1745中更新的值用作步骤1725和1735中的Tg。
即，重复执行步骤1720到1755的处理直到缸内温度Tg的最新值由于步骤1745的重复执行而变得等于或大于自燃开始温度Tig为止。因此，通过步骤1745的重复执行，以与曲柄角CA相关的方式对每个微小曲柄角ΔCA估计当前压缩冲程中的第三模式时期中的缸内温度Tg。
当在步骤1745中重复更新的缸内温度Tg的最新值变得等于或大于自燃开始温度Tig时，CPU61在步骤1760中作出“是”的确定，在这种情况下，在将该阶段的曲柄角CA存储为自燃开始时间曲柄角CAing之后，CPU61进入图18的步骤1805，结果，第三模式时期中的计算和自燃开始时间的计算结束，关于PCCI控制是否可能的确定被执行。
在进入步骤1805后，CPU61根据通过对由气流计71检测到的进气流量Ga、在前述步骤840或845中确定的用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci执行预定的一阶滞后处理而获得的值和上述公式(20)来获得缸内气体的当量比φ。
接着，CPU61进入步骤1810基于当前时间点的发动机转速NE和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci的组合选择图Mapjudge。在其后的步骤1815中，CPU61确定发动机10是否处于过渡工作状态中。具体地，基于关于在当前时间之前的预定时期期间在加速器开度Accp和发动机转速NE的最大值和最小值之间的差值(峰间值)是否等于或小于相应预定值的确定结果执行该确定。
当峰间值中的至少一个超过预定值时，CPU61在步骤1815中作出“是”的确定(即，确定发动机10处于过渡工作状态中)，然后进入步骤1820以便根据当前时间(即，压缩开始时间)的进气氧浓度RO2in和缸内气体质量M的组合修正所选的图Mapjudge。之后，CPU61进入步骤1825。同时，当两个峰间值都不大于预定值时，CPU61在步骤1815中作出“否”的确定(即，确定发动机10处于稳定工作状态中)，然后直接进入步骤1825，因而，不执行所选的图Mapjudge的修正。
在步骤1825中，CPU61基于在步骤1805中获得的当量比φ、在前述步骤1765中存储的自燃开始时间曲柄角CAig和所选的图Mapjudge选择变量XHAN的值。如图7中所示，当当量比φ与自燃开始时间曲柄角CAig之间的关系对应噪音大的区域时，将变量XHAN的值设定成“1”，当所述关系对应不着火区域时将变量XHAN的值设定成“2”，和当所述关系对应PCCI控制可执行区域时将变量XHAN的值设定成“3”。
随后，在步骤1830中，CPU61确定变量XHAN的值是否为“1”，当CPU61作出“是”的确定时(即，确定产生了大噪音)，CPU61进入步骤1835以便根据φ、CAig和Mapjudge计算与图7的“φ2/φ1”相应的分割比Ratioqpcci。在其后的步骤1840中，CPU61分别根据上述公式(21)与(22)和基于在前述步骤810中确定的所需燃料喷射量qfin与分割比Ratioqpcci，获得用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci和用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff。随后，CPU61进入步骤1845以便将EGR控制阀52从当前状态打开一个预定量，和将涡轮增压器节流阀35c从当前状态关闭一个预定量。之后，CPU61进入步骤1870。
同时，当CPU61在步骤1830中作出“否”的确定时，CPU61进入步骤1850以便确定变量XHAN的值是否为“2”。当CPU61在步骤1850中作出“是”的确定时(即，确定发生不着火)，CPU61进入步骤1855以便将用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci设定成“0”和将用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff设定成与在前述步骤810中确定的所需燃料喷射量qfin相应的值。随后，CPU61进入步骤1860以便将EGR控制阀52从当前状态关闭一个预定量，和将涡轮增压器节流阀35c从当前状态打开一个预定量。之后，CPU61进入步骤1870。
另一方面，当CPU61在步骤1850中作出“否”的确定时(即，确定PCCI控制是可能的)，CPU61进入步骤1865以便将在前述步骤840或845中确定的用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci和用于扩散燃烧的燃料喷射量qdiff的值设定为用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci和用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff。之后，CPU61进入步骤1870，同时将EGR控制阀52和涡轮增压器节流阀35c保持在当前状态中。
在步骤1870中，CPU61将在前述步骤810中确定的当前所需燃料喷射量qfin的值存储为前一次所需燃料喷射量qfinb，之后，CPU61进入步骤1495以便结束图14到18中所示程序。在下一次执行本程序的步骤1415中使用这里存储的值。在这个时间点之后，直到进气门Vin再次关闭为止，CPU61重复操作以使得当CPU61进入图14的步骤1405时，CPU61作出“否”的确定并直接进入步骤1495以便结束本程序。以这种方式，在压缩开始时间(CAin)之后(最迟在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始(CAqpcci)之前)立即完成PCCI燃烧中的自燃开始时间(CAig)、关于是否能执行PCCI控制的确定和燃料喷射模式的选择。
燃料喷射控制CPU61以预定间隔重复执行图19的流程图所示的程序，且适合执行燃料喷射控制，因而，当到达预定时刻时，CPU61从步骤1900开始程序，然后进入步骤1905以便确定通过曲柄位置传感器74检测到的实际曲柄角CAact是否与在前述步骤815中确定的用于PCCI燃烧的燃料喷射曲柄角CAqpcci一致。
这里，假设当前时间紧接在前述步骤1830到1865的处理被执行之后。在这种情况下，由于实际曲柄角CAact仍没有达到CAqpcci，所以CPU61在步骤1905中作出“否”的确定，然后进入步骤1910以便确定实际曲柄角CAact是否与在前述步骤820中确定的用于扩散燃烧的燃料喷射曲柄角CAqdiff一致。在这种情况下，CPU61在步骤1910中也作出“否”的确定，然后直接进入步骤1995以便结束本程序的当前执行。
之后，CPU61重复执行步骤1900、1905和1910的处理直到实际曲柄角CAact达到CAqpcci为止。当实际曲柄角CAact达到CAqpcci时，CPU61在步骤1905中作出“是”的确定，然后进入步骤1915以便命令相应的燃料喷射阀21以与在前述步骤1840、1855或1865中设定的用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci相应的量喷射燃料。
之后，CPU61重复执行步骤1900、1905和1910的处理直到实际曲柄角CAact达到CAqdiff为止。当实际曲柄角CAact达到CAqdiff时，CPU61在步骤1910中作出“是”的确定，然后进入步骤1920以便命令相应的燃料喷射阀21以与在前述步骤1840、1855或1865中设定的用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff相应的量喷射燃料。
值得注意地，当喷射量已经设定成“0”时，在步骤1915或1920中不发出任何燃料喷射指令，依靠上述处理，在当前工作循环中立即执行与所选的燃料喷射模式相应的燃料喷射控制。
如上所述，在根据本发明的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置的实施例中，当估计用于PCCI燃烧的预混合的混合气的温度(缸内温度Tg)时，在使其与曲柄角CA相关的同时至少考虑到缸内气体在压缩开始时间(CAin)的状态量(缸内气体在压缩开始时间的热能Qin)、由于压缩冲程的压缩导致的缸内气体状态量的变化量(微小活塞功ΔWpiston)和在PCCI燃烧期间在自燃(热焰)之前产生的冷焰的发热量(冷焰发热量ΔQlto)；和将缸内温度Tg达到预定自燃开始温度Tig的时间点估计为关于PCCI燃烧的自燃开始时间(CAig)。由于考虑到冷焰发热量ΔQlto，所以能精确地估计关于PCCI燃烧的自燃开始时间(CAig)。
而且，由于在压缩开始时间(CAin)之后立即结束当前工作循环中的自燃开始时间(CAig)的估计，所以能基于估计的结果立即确定和执行最适合于当前工作循环的燃料喷射模式(用于PCCI燃烧的指令最终燃料喷射量qfinpcci和用于扩散燃烧的指令最终燃料喷射量qfindiff之间的比)，因而，能在不产生大的噪音或不发生不着火的情况下使减小由于PCCI燃烧产生的NOx和PM量的效果达到最大。
第一变型下面，将描述根据上述实施例第一变型的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置。该第一变型构造成在考虑到预混合的混合气的燃料密度在冷焰开始时间(CAcool)的不均匀程度的情况下估计缸内温度Tg(因而，自燃开始曲柄角CAig)，和在考虑到不均匀程度的情况下确定自燃开始曲柄角CAig是否处于PCCI控制可执行范围中(因而，选择燃料喷射模式)。
如前所述，实际上，在预混合的混合气不均匀分散的情况下，冷焰产生后的温度(冷焰的火焰温度)在预混合的混合气的燃料密度较高的区域中变得较高，因而，预混合的混合气在冷焰开始时间(CAcool)的(燃料密度的)不均匀程度越大，在冷焰产生后(即，在第三模式时期中)预混合的混合气的温度分布的最高温度越高。
同时，实际上，认为预混合的混合气的自燃在预混合的混合气的温度分布的最高温度达到上述自燃开始温度Tig时开始，因而，有下列趋势，即预混合的混合气在冷焰开始时间(CAcool)的不均匀程度越大，预混合的混合气的自燃开始时间(CAig)提前的程度越大。
而且，认为预混合的混合气在冷焰开始时间(CAcool)的不均匀程度极大地依据用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)到冷焰开始时间(CAcool)之间的经过时间、有效喷射压力ΔPcr(在用于PCCI燃烧的燃料喷射压力Pcr和燃料喷射时间缸内气体压力Pg之间的差值)、涡流流速(即，通过用发动机转速NE乘涡流比Ratioswl获得的值)和燃料的性质(在本实施例中，燃料密度ρf)而变化，因而，能预先准备一个用于通过用这些值作为自变量来获得上述不均匀程度的图。在第一变型中，这种图预先存储在ROM62中。
鉴于上述内容，在执行图14到18中所示的程序期间，根据第一变型的控制装置基于上述自变量和上述图获得预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度，并且根据获得的不均匀程度修正第三模式时期中的缸内温度Tg的估计值(具体地，在步骤1745中计算的值)以使其呈现一个较高的值，这时，获得的不均匀程度越大，修正量被设定成的值越高。
结果，在冷焰开始后(在第三模式时期中)，将预混合的混合气的温度分布的最大温度估计为预混合的混合气的温度(因而，缸内温度Tg)，因而，能更精确地估计预混合的混合气自燃开始时间(CAig)。
在上述实施例中，当基于估计的自燃开始曲柄角CAig、预混合的混合气的当量比φ和上述图Mapjudge执行关于自燃开始曲柄角CAig是否落入PCCI控制可执行范围中的确定时(因而，当选择燃料喷射模式时)，将在预混合的混合气不均匀地分布在燃烧室内的假设下根据上述公式(20)获得的值用作预混合的混合气的当量比φ。
然而，实际上，确定PCCI控制可执行范围的当量比φ的值被认为是不均匀地分散在燃烧室内的预混合的混合气的当量比φ的分布的最大值，和当量比φ的最大值取决于预混合的混合气在冷焰开始时间(CAcool)的不均匀程度。
鉴于上述内容，在执行图14到18中所示的程序期间，根据第一变型的控制装置根据预混合的混合气在冷焰开始时间的不均匀程度沿增加的方向修正在步骤1805中计算的预混合的混合气的当量比φ，这时，获得的不均匀程度越大，修正量被设定成的值越高。结果，基于实际上不均匀分布的预混合的混合气的当量比φ的分布的最大温度执行上述确定(因而，燃料喷射模式的选择)，因而，能更正确地控制当前工作循环中的燃料喷射模式。
第二变型下面，将描述根据上述实施例第二变型的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置。该第二变型构造成获悉冷焰发热量ΔQlto。
图20是表示在压缩冲程(和膨胀冲程)中缸内气体的压力Pg和体积Va的乘积(PV值)的变化的图。在图20中，虚线表示在不产生冷焰和自燃(热焰)的情况下，对于假设缸内气体引起绝热变化的情况的PV值的变化，和实线表示对于实际上发生冷焰和自燃(热焰)的情况的PV值的变化。
如图20中所示，在冷焰开始时间(CAcool)之后，PV值增加一个与冷焰发热量ΔQlto相应的量。换句话说，在实际冷焰开始时间之后的预定时间在由实线表示的值和由虚线表示的值之间的差值(图20中的ΔPV)能充当精确地代表冷焰发热量ΔQlto的值，因而，能通过ΔPV值的计算精确地检测冷焰发热量ΔQlto。
同时，在上述实施例中，根据上述公式(19)和基于表MAPΔQlto估计冷焰发热量ΔQlto，公式(19)的自变量是用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci、燃料的性质(十六烷值CN)、进气氧浓度RO2in和冷焰开始时间的缸内气体密度ρcool。关于自变量，通过在怠速运行期间根据用于检测燃烧室内压力的缸内压力传感器的输出值检测着火延迟时间(开始燃料喷射和开始着火之间的时间)，能精确地检测燃料的十六烷值CN。此外，认为从燃料喷射阀21实际喷射的用于PCCI燃烧的燃料量等于指令值(因而，上述用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci)。因而，燃料的十六烷值CN和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci能充当精确的自变量。然而，剩余的自变量，即进气氧浓度RO2in和缸内气体密度ρcool可能包括误差。
鉴于上述内容，当在关于基于图20中所示ΔPV值检测的检测值的冷焰发热量ΔQlto估计值中产生误差时，能认为该误差是由用作自变量的进气氧浓度RO2in和缸内气体密度ρcool的值的误差引起。
根据第二变型的控制装置具有提供给每个缸以便检测每个燃烧室的压力(实际的缸内气体压力Pgact)的缸内压力传感器。此外，每次满足预定条件时，根据第二变型的控制装置计算实际PV值，其是以实际PV值与实际曲柄角CAact相关的方式基于缸内压力传感器的输出值检测到的压缩冲程中的缸内容积Va(CAact)与实际缸内气体压力Pgact的乘积。然后，根据第二变型的控制装置获得在实际冷焰开始时间之后的预定时间的实际PV值与在该预定时间的绝热PV值之间的差值ΔPV，和根据ΔPV获得当前工作循环中的冷焰发热量ΔQlto的检测值，其中在缸内气体在压缩冲程中引起绝热变化的假设下计算所述绝热PV值。
随后，根据第二变型的控制装置获得冷焰发热量ΔQlto的检测值和当前工作循环中的冷焰发热量ΔQlto的估计值之间的差值，和基于该差值获得进气氧浓度RO2in与缸内气体密度ρcool的修正系数Kr和Kρ，其中冷焰发热量ΔQlto的估计值已经在图17的步骤1710中获得。根据发动机10的工作状态确定进气氧浓度RO2in与缸内气体密度ρcool的修正比。
然后，在下一个和随后的工作循环中，通过用上述修正系数Kr乘由进气氧浓度传感器77检测到的进气氧浓度RO2in的值，根据第二变型的控制装置修正该进气氧浓度RO2in的值，和通过用上述修正系数Kρ乘在步骤1705中获得的缸内气体密度ρcool的值，根据第二变型的控制装置修正该缸内气体密度ρcool的值。结果，基于冷焰发热量ΔQlto的检测值获悉了用作估计冷焰发热量ΔQlto的自变量的进气氧浓度RO2in与缸内气体密度ρcool的相应值，因而，能更精确地估计关于PCCI燃烧的预混合的混合气自燃开始时间(CAig)。
图21是表示在压缩冲程(和膨胀冲程)中缸内气体的压力Pg和体积Va的k次幂(其中k是比热比)的值的乘积(PVk值)的变化的图。在图21中，虚线表示在不产生冷焰和自燃(热焰)的情况下，对于假设缸内气体引起绝热变化的情况的PVk值的变化，和实线表示对于实际上发生冷焰和自燃(热焰)的情况的PVk值的变化。
如图21中所示，在冷焰开始时间(CAcool)之后，PVk值增加一个与冷焰发热量ΔQlto相应的量。换句话说，在实际冷焰开始时间之后的预定时间在由实线表示的值和由虚线表示的值之间的差值(图21中的ΔPVk)可以是精确地代表冷焰发热量ΔQlto的值，因而，能基于ΔPVk值而不是ΔPV值获悉进气氧浓度RO2in和缸内气体密度ρcool。
此外，进气氧浓度与关于PCCI燃烧的预混合的混合气的冷焰开始时间和热焰结束时间(在下文中称为“燃烧时期”)之间的时期具有很强的相关性；和进气氧浓度越高，燃烧速度越快，且燃烧时期越短，因而，如果能检测燃烧时期，就能精确地检测进气氧浓度。
如图22中所示，其如前述图20中那样表示在压缩冲程(和膨胀冲程)中PV值的变化，通过将实际PV值和绝热PV值之间的差值变得等于或大于预定小值的时间检测为冷焰开始时间和将实际PV值达到峰值的时间检测为热焰结束时间，能精确地检测燃烧时期。这是基于这样的试验结果，即实际PV值达到峰值的时间通常与热焰实际结束的时间相应。
鉴于上述内容，第二变型的控制装置可以构造成通过上述方法获得燃烧时期，基于获得的燃烧时期精确地获得进气氧浓度，和基于获得的进气氧浓度与通过进气氧浓度传感器77检测到的进气氧浓度RO2in之间的差值获得上述修正系数Kr(因而，修正系数Kρ)。
值得注意地，图23表示值(PVk/dCA)的变化，其中通过关于曲柄角CA求在压缩冲程(和膨胀冲程)中缸内气体压力Pg与体积Va的k次幂(其中k是比热比)的值的乘积(PVk值；看图21)的微分来获得值(PVk/dCA)，如图23中所示，通过将值(PVk/dCA)在压缩冲程中第一次超过预定值的时间检测为冷焰开始时间和将值(PVk/dCA)在压缩冲程中第二次超过预定值的时间检测为热焰结束时间，也能精确地检测燃烧时期。
第三变型下面，将描述根据上述实施例第三变型的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置。该第三变型如第二变型中那样构造成获悉冷焰发热量ΔQlto。
根据第三变型的控制装置也具有提供给每个缸以便检测每个燃烧室的压力(实际的缸内气体压力Pgact)的缸内压力传感器。此外，每次满足预定条件时，根据第三变型的控制装置基于实际缸内气体压力Pgact的变化检测当前工作循环中的实际自燃开始时间CAigact，随后，根据第三变型的控制装置获得实际自燃开始时间CAigact和已经在图17的步骤1765中获得的当前工作循环中的自燃开始时间CAig的估计值之间的差值，和在该差值可归因于冷焰发热量ΔQlto的估计误差的假设下，基于该差值获得冷焰发热量ΔQlto的修正系数Kq。
然后，在下一个和随后的工作循环中，通过用上述修正系数Kq乘在图17的步骤1710中获得的冷焰发热量ΔQlto的估计值，根据第三变型的控制装置修正该冷焰发热量ΔQlto的估计值。结果，基于实际自燃开始时间CAigact获悉冷焰发热量ΔQlto的估计值，由此能更精确地估计关于PCCI燃烧的预混合的混合气的自燃开始时间(CAig)。
值得注意地，在第三变型中，基于实际自燃开始时间CAigact修正和获悉冷焰发热量ΔQlto的估计值。在当前工作循环中的实际自燃开始时间CAigact和已经在图17的步骤1765中获得的当前工作循环中的自燃开始时间CAig的估计值之间的差值可归因于自燃开始温度Tig的设定误差的假设下，可以将第三变型的装置构造成基于该差值修正和获悉自燃开始温度Tig。
第四变型下面，将描述根据上述实施例第四变型的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置。该第四变型构造成在考虑到为了PCCI燃烧而喷射的和在冷焰开始时间(CAcool)粘附到燃烧室内壁面的燃料量的情况下，估计冷焰发热量ΔQlto。
如前所述，关于在压缩上止点附近之前为了PCCI燃烧而喷射的燃料，认为在冷焰开始时间(CAcool)粘附到燃烧室内壁面的燃料无助于冷焰的发热。相反，在上述实施例中，在为了PCCI燃烧而喷射的全部燃料都有助于冷焰发热的假设下估计冷焰发热量ΔQlto，因而，冷焰发热量ΔQlto的估计值被计算为一大于实际值的值，该值比实际值大一个与在实际冷焰开始时间粘附到燃烧室内壁面的燃料量相应的量。
在这种情况下，自燃开始时间曲柄角CAig被估计成一个早于实际自燃开始时间的时间(曲柄角)，其比实际自燃开始时间早一个与上述粘附量相应的量。结果，即使在估计的自燃开始时间曲柄角CAig呈现与大噪音区域相应的值时，如图24中的黑色星形标记所示，实际上，自燃开始时间曲柄角CAig也可能呈现与PCCI控制可执行区域相应的值，在这种情况下，可能错误地执行燃料喷射模式的选择。
同时，认为在冷焰开始时间粘附到燃烧室内壁面的燃料量(粘附量)随着用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci而增加和极大地受燃料喷射开始时间(CAqpcci)的缸内气体密度ρg和上述有效喷射压力ΔPcr的影响。
鉴于上述内容，在执行图14到18中所示程序期间，根据第四变型的控制装置根据用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci和图25中所示的表获得粘附系数Ka，图25中所示的表确定了qpcci和粘附系数Ka(0≤Ka＜1)之间的关系。此外，根据第四变型的控制装置根据用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)的缸内气体密度ρg、有效喷射压力ΔPcr和图26中所示的表获得粘附系数Kb，图26中所示的表确定了ρg和ΔPcr与粘附系数Kb(0≤Kb＜1)之间的关系。
在冷焰开始时间没有粘附到燃烧室内壁面的燃料量与为了PCCI燃烧而喷射的全部燃料量qpcci的比等于实际冷焰发热量与上述在喷射的全部燃料有助于冷焰发热的假设下估计的冷焰发热量ΔQlto的比的假设下，通过用值(1-Ka)和值(1-Kb)乘在图17的步骤1710中获得的冷焰发热量ΔQlto，第四变型的控制装置修正在图17的步骤1710中获得的冷焰发热量ΔQlto。这样，能在考虑到粘附量的情况下更精确地估计冷焰发热量，结果，能更精确地估计预混合的混合气自燃开始时间。
第五变型下面，将描述根据上述实施例第五变型的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置。该第五变型构造成在考虑到预混合的混合气在冷焰开始时间(CAcool)分散到燃烧室内壁面附近的程度的情况下，估计冷焰发热量ΔQlto。
图27是图表，表示对用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间和冷焰反应与热焰反应的开始时间之间的关系执行的试验的结果。如能从图27懂得的，当用于PCCI燃烧的燃料喷射时间延迟时，冷焰开始时间没有受到用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间的很大的影响，和热焰开始时间(即，自燃开始时间)趋于提前。换句话说，用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CApcci)到冷焰开始时间(CAcool)之间的经过时间ΔTdelay越长，自燃开始时间延迟的程度越大。
能认为该结果是由于下列事实而发生，即如在燃料粘附到燃烧室内壁面的情况中那样，关于燃烧室内的预混合的混合气，在冷焰开始时间分散在燃烧室内壁面附近的预混合的混合气不能有助于冷焰发热。即，当经过时间ΔTdelay增加时，预混合的混合气在冷焰开始时间分散到燃烧室内壁面附近的程度增加，和有助于冷焰发热的预混合的混合气的数量减少。此外，当用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci减少时，能认为由于预混合的混合气分散到燃烧室内壁面附近的程度的增加导致的有助于冷焰发热的预混合的混合气的数量减少的程度变得更加显著。
鉴于上述内容，在执行图14到18中所示程序期间，根据第五变型的控制装置根据用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci、上述经过时间ΔTdelay和图28中所示的表获得修正系数Kc，图28中所示的表确定了qpcci和ΔTdelay与修正系数Kc(0＜Kc≤1)之间的关系。随后，通过用上述修正系数Kc乘在图17的步骤1710中获得的冷焰发热量ΔQlto，第五变型的控制装置修正在图17的步骤1710中获得的冷焰发热量ΔQlto。这样，能在考虑到预混合的混合气在冷焰开始时间分散到燃烧室内壁面附近的程度的情况下更精确地估计冷焰发热量，结果，能更精确地估计预混合的混合气自燃开始时间。
如上所述，存在下列趋势，即经过时间ΔTdelay越长，冷焰发热量越小且预混合的混合气的自燃开始时间延迟的程度越大。换句话说，能通过调节经过时间ΔTdelay调节冷焰发热量(因而，预混合的混合气的自燃开始时间)。同时，如能从图27中所示的试验结果容易地懂得的，一般而言，当用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)变早时，经过时间ΔTdelay趋于增加，因而，能通过调节用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间调节经过时间ΔTdelay。
如从上述内容懂得的，即使在确定当前工作循环中的估计的自燃开始时间曲柄角CAig超出PCCI控制可执行范围的情况下，在某些情况下，能通过调节当前工作循环中的用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)来调节当前工作循环中的经过时间ΔTdelay，将当前工作循环中的实际自燃开始时间控制成落入PCCI控制可执行范围内。
更具体地，如能从图29懂得的，其表示与图28的表相同的表，当经过时间ΔTdelay和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci之间的关系是情况1(qpcci等于或大于预定值的情况)的关系时，用于修正冷焰发热量ΔQlto的修正系数Kc总是变成“1”且不能改变冷焰发热量ΔQlto，这意味着即使在调节用于PCCI燃烧的燃料喷射时间时，也不能调节自燃开始时间。
当经过时间ΔTdelay和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci之间的关系是情况2(qpcci小于预定值且ΔTdelay等于或小于第一预定值的情况)的关系时，能通过增大ΔTdelay来从“1”减小修正系数Kc，这意味着通过从在图8的步骤815中确定的值沿提前角方向修正用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci，能沿延迟方向调节自燃开始时间。换句话说，当确定将产生“大噪音”时(当在步骤1825中将XHAN设定成1时)，在某些情况下，能通过从在步骤815中确定的值沿提前角方向修正CAqpcci将实际自燃开始时间控制成PCCI控制可执行范围。
当经过时间ΔTdelay和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci之间的关系是情况3(qpcci小于预定值和ΔTdelay大于第一预定值且不大于第二预定值的情况)的关系时，能通过增大ΔTdelay来减小修正系数Kc和能通过减小ΔTdelay来增大修正系数Kc，这意味着通过从在图8的步骤815中确定的值沿提前角方向修正用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci，能沿延迟方向调节自燃开始时间，和通过从在图8的步骤815中确定的值沿延迟角方向修正用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci，能沿提前方向调节自燃开始时间。换句话说，当确定将产生“大噪音”时(当在步骤1825中将XHAN设定成1时)，在某些情况下，能通过从在步骤815中确定的值沿提前角方向修正CAqpcci将实际自燃开始时间控制成PCCI控制可执行范围。此外，当确定将出现“发生不着火”时(当在步骤1825中将XHAN设定成2时)，在某些情况下，能通过从在步骤815中确定的值沿延迟角方向修正CAqpcci将实际自燃开始时间控制成PCCI控制可执行范围。
当经过时间ΔTdelay和用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci之间的关系是情况4(qpcci小于预定值且ΔTdelay大于第二预定值的情况)的关系时，能通过减小ΔTdelay来增大修正系数Kc，这意味着通过从在图8的步骤815中确定的值沿延迟角方向修正用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci，能沿提前方向调节自燃开始时间。换句话说，当确定将出现“发生不着火”时(当在步骤1825中将XHAN设定成2时)，在某些情况下，能通过从在步骤815中确定的值沿延迟角方向修正CAqpcci将实际自燃开始时间控制成PCCI控制可执行范围。
同时，对于能从在步骤815中确定的值(即，稳定状态相配值(时间))修正用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci的程度有某种限制，和这种CAqpcci可修正范围与图30中所示的自燃开始时间曲柄角CAig的可修正区域相应。
鉴于上述内容，在执行图14到18中所示程序期间，当确定“PCCI控制”可能时(当在图18的步骤1825中将XHAN设定成3时)，如前述实施例中那样，根据第五变型的控制装置原则上在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射。
同时，当确定将产生“大噪音”时(当在步骤1825中将XHAN设定成1时)，第五变型的控制装置在所选的Mapjudge上确定在图17的步骤1765中计算的自燃开始时间曲柄角CAig和在图18的步骤1805中计算的当量比φ之间的关系是否与图30中所示的自燃开始时间曲柄角CAig的可修正区域相应，和经过时间ΔTdelay与用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci之间的关系是否为情况2或情况3的关系。当第五实施例的控制装置作出“否”的确定时，如上述实施例的情况中那样，控制装置喷射所需燃料喷射量qfin的燃料，同时以分割比Ratioqpcci将它分成用于PCCI燃烧的燃料和用于扩散燃烧的燃料。另一方面，当第五实施例的控制装置作出“是”的确定时，与上述实施例的情况不同，控制装置将用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci从在步骤815中确定的值提前一个预定量，和在提前的用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射，该操作在不引起产生大噪音的状态的情况下，减少了NOx和PM的产生量。
同时，当确定将出现“发生不着火”时(当在步骤1825中将XHAN设定成2时)，第五变型的控制装置确定在所选的Mapjudge上确定在图17的步骤1765中计算的自燃开始时间曲柄角CAig和在图18的步骤1805中计算的当量比φ之间的关系是否与图30中所示的自燃开始时间曲柄角CAig的可修正区域相应，和经过时间ΔTdelay与用于PCCI燃烧的燃料喷射量qpcci之间的关系是否为情况4的关系。当第五实施例的控制装置作出“否”的确定时，如上述实施例的情况中那样，控制装置在用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间(CAqdiff)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于扩散燃烧的燃料进行喷射。另一方面，当第五实施例的控制装置作出“是”的确定时，与上述实施例的情况不同，控制装置将用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间曲柄角CAqpcci从在步骤815中确定的值延迟一个预定量，和在延迟的用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射，该操作在不引起发生不着火的状态的情况下，减少了NOx和PM的产生量。
第六变型下面，将描述根据上述实施例第六变型的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置。该第六变型构造成当确定估计的自燃开始时间曲柄角CAig没有落入PCCI控制可执行区域内时，修正燃料喷射压力Pcr。
如前所述，当发动机负荷较高或重载时(因而，当预混合的混合气的当量比φ较大时)，有下面的趋势，即燃料喷射压力Pcr越高，预混合的混合气的自燃开始时间提前的程度越大。该现象的发生主要是由于燃料喷射压力Pcr越高，液体燃料雾化的速度(蒸发速度)越高。
因而，即使当如图31中所示，发动机负荷(因而，预混合的混合气的当量比φ)大于预定值且当前工作循环中的估计的自燃开始时间曲柄角CAig朝着延迟方向偏离PCCI控制可执行范围时(即，确定出现“发生不着火”；看图31中的黑色星形标记)，在某些情况下，也能通过将当前工作循环中的燃料喷射压力Pcr从在图8的步骤825中确定的值(稳定状态相配值)增加一个预定量，将当前工作循环中的实际自燃开始时间控制成PCCI控制可执行范围。
在这种情况下，根据发动机10的状态确定实际自燃开始时间能被提前的量(可提前量CAadvmax)，和根据发动机转速NE、当量比φ和图32中所示的表获得可提前量CAadvmax，图32中所示的表确定了NE和φ与可提前量CAadvmax之间的关系。
鉴于上述内容，在执行图14到18中所示程序期间，根据第六变型的控制装置如下操作。当确定“PCCI”控制可能时(当在图18的步骤1825中将XHAN设定成3时)，如前述实施例中那样，控制装置原则上在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射。此外，当确定发生“大噪音”时(当在步骤1825中将XHAN设定成1时)，如前述实施例的情况中那样，第六变型的控制装置喷射所需燃料喷射量qfin的燃料，同时以分割比Ratioqpcci将它分成用于PCCI燃烧的燃料和用于扩散燃烧的燃料。
另一方面，当确定出现“发生不着火”时(当在步骤1825中将XHAN设定成2时)，第六变型的控制装置根据在图17的步骤1765中计算的自燃开始时间曲柄角CAig、在图18的步骤1805中计算的当量比φ和所选的Mapjudge获得使CAig达到PCCI控制可执行区域所需的提前量(所需提前量CAadvt)。随后，第六变型的控制装置确定预混合的混合气的当量比φ是否大于预定值和所需提前量CAadvt是否等于或小于根据发动机转速NE、当量比φ和图32中所示的表获得的可提前量CAadvmax。当第六实施例的控制装置作出“否”的确定时，如上述实施例的情况中那样，控制装置在用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间(CAqdiff)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于扩散燃烧的燃料进行喷射。另一方面，当第六实施例的控制装置作出“是”的确定时，与上述实施例的情况不同，控制装置基于所需提前量CAadvt和图33中所示的表获得燃料喷射压力增量ΔPcr，将当前工作循环中的燃料喷射压力Pcr从在步骤825中确定的值(稳定状态相配值)增大所获得的燃料喷射压力增量ΔPcr，和在增大的喷射压力下在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射，其中图33中所示的表确定了CAadvt和燃料喷射压力增量ΔPcr之间的关系。该操作在不引起发生不着火的状态的情况下，减少了NOx和PM的产生量。
而且，当发动机负荷较低或轻时(因而，当预混合的混合气的当量比φ较小时)，有这样的趋势，即燃料喷射压力Pcr越低，预混合的混合气的自燃开始时间提前的程度越大。该现象的发生主要是由于燃料喷射压力Pcr越低，预混合的混合气的过度分散被抑制的程度越大(即，预混合的混合气的不均匀程度越大)，结果，自燃开始时间变早，如上所述。
因而，即使当如图34中所示，发动机负荷(因而，预混合的混合气的当量比φ)小于预定值且当前工作循环中的估计的自燃开始时间曲柄角CAig朝着延迟方向偏离PCCI控制可执行范围时(即，确定出现“发生不着火”；看图34中的黑色星形标记)，在某些情况下，也能通过将当前工作循环中的燃料喷射压力Pcr从在图8的步骤825中确定的值(稳定状态相配值)减小一个预定量，将当前工作循环中的实际自燃开始时间控制成PCCI控制可执行范围。
在这种情况下，同样根据发动机10的状态确定实际自燃开始时间能被提前的量(可提前量CAadvmax)，和根据发动机转速NE、当量比φ和图35中所示的表获得可提前量CAadvmax，图35中所示的表确定了NE和φ与可提前量CAadvmax之间的关系。
鉴于上述内容，在执行图14到18中所示程序期间，当确定出现“发生不着火”时(当在步骤1825中将XHAN设定成2时)，第六变型的控制装置根据在图17的步骤1765中计算的自燃开始时间曲柄角CAig、在图18的步骤1805中计算的当量比φ和所选的Mapjudge获得使CAig达到PCCI控制可执行区域所需的CAig的提前量(所需提前量CAadvt)。随后，第六变型的控制装置确定预混合的混合气的当量比φ是否小于预定值和所需提前量CAadvt是否等于或小于根据发动机转速NE、当量比φ和图35中所示的表获得的可提前量CAadvmax。当第六实施例的控制装置作出“否”的确定时，如上述实施例的情况中那样，控制装置在用于扩散燃烧的燃料喷射开始时间(CAqdiff)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于扩散燃烧的燃料进行喷射。另一方面，当第六实施例的控制装置作出“是”的确定时，与上述实施例的情况不同，控制装置基于所需提前量CAadvt和图36中所示的表获得燃料喷射压力减量ΔPcr，将当前工作循环中的燃料喷射压力Pcr从在步骤825中确定的值(稳定状态相配值)减小所获得的燃料喷射压力减量ΔPcr，和在减小的喷射压力下在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射，其中图36中所示的表确定了CAadvt和燃料喷射压力减量ΔPcr之间的关系。该操作在不引起发生不着火的状态的情况下，减少了NOx和PM的产生量。
第七变型下面，将描述根据上述实施例第七变型的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置。该第七变型构造成当确定估计的自燃开始时间曲柄角CAig没有落入PCCI控制可执行区域内时，强迫地升高或降低缸内温度Tg。
在确定当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间(CAig)朝着提前方向偏离PCCI控制可执行范围时(即，确定将产生“大噪音”时)，如果能强迫地降低当前工作循环中的预混合的混合气的温度(因而，缸内温度Tg)，则能将当前工作循环中的实际自燃开始时间控制成PCCI控制可执行范围。
用于强迫地降低缸内温度Tg的实例性方法包括通过将一部分缸内气体释放到燃烧室外部来减少缸内气体的数量，降低发动机的压缩比，和重新将预定的冷却剂(例如，水)喷射到燃烧室内。用于减少缸内气体数量的具体方法包括在确定将产生“大噪音”的时间点(在执行图18的步骤1825时；紧接在压缩开始之后的时间点)将进气门Vin打开一个预定的短时间段，和将设置在连通管道31a中间的开/关阀31b打开一个预定的短时期，连通管道31a在进气歧管31的中间部分和燃烧室之间建立连通，如图37中所示。
此外，用于降低发动机压缩比的具体方法是提供能与活塞位置无关地调节燃烧室容积的燃烧室容积调节机构24，其由缸24a和在缸24a内气密地移动的活塞24b组成，和通过控制活塞24b的位置增加燃烧室的容积。
另一方面，在确定当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间(CAig)朝着延迟方向偏离PCCI控制可执行范围的情况下(即，确定出现“发生不着火”)，如果能强迫地升高当前工作循环中的预混合的混合气的温度(因而，缸内温度Tg)，则能将当前工作循环中的实际自燃开始时间控制成PCCI控制可执行范围。
用于强迫地升高缸内温度Tg的实例性方法包括通过将预定气体重新喷射到燃烧室内来增加缸内气体的数量，增加发动机的压缩比，和通过电热塞加热燃烧室。
鉴于上述内容，在执行图14到18中所示程序期间，根据第七变型的控制装置如下操作。当确定“PCCI”控制可能时(当在图18的步骤1825中将XHAN设定成3时)，如前述实施例中那样，控制装置原则上在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射。
同时，当确定出现“发生不着火”时(当在步骤1825中将XHAN设定成2时)，与上述实施例的情况不同，第七变型的控制装置通过上述用于强迫地升高缸内温度Tg的方法强迫地升高当前工作循环中的缸内气体温度Tg，和在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射。该操作在不引起发生不着火的状态的情况下，减少了NOx和PM的产生量。
相似地，当确定产生“大噪音”时(当在步骤1825中将XHAN设定成1时)，与上述实施例的情况不同，第七变型的控制装置通过上述用于强迫地降低缸内温度Tg的方法强迫地降低当前工作循环中的缸内气体温度Tg，和在用于PCCI燃烧的燃料喷射开始时间(CAqpcci)将所需燃料喷射量qfin的全部燃料作为用于PCCI燃烧的燃料进行喷射。该操作在不引起发生不着火的状态的情况下，减少了NOx和PM的产生量。
第八变型下面，将描述根据上述实施例第八变型的包括用于内燃机的混合气点火时间估计装置的控制装置。该第八变型构造成以简化的方式计算用来估计关于PCCI燃烧的预混合的混合气自燃开始时间(CAig)的缸内温度Tg。
在上述实施例中，为了估计压缩冲程中的缸内温度Tg必须计算各种热量和能量数量，因而，计算工作量较大。相反，在如图39中所示的缸内气体状态在压缩开始时间后绝热地变化的假设下，第八变型的控制装置基于缸内气体在压缩开始时间的状态在压缩开始时间获得作为曲柄角CA的函数funcTadi(CA)的绝热变化时间缸内温度Tadi。
同时，根据第八变型的控制装置根据下面的公式(23)通过冷焰发热量ΔQlto在压缩开始时间获得缸内温度Tg的增量ΔTlto，冷焰发热量ΔQlto通过与在图17的步骤1710中使用的方法相同的方法获得。在公式(23)中，M0代表通过上述公式(3)计算的压缩开始时间缸内气体质量，和Cp代表缸内气体的比热(这里，恒定值)，ρf代表燃料的密度。
ΔTlto＝ΔQlto/{M0+qpcci·ρf}·Cp} (23)
随后，如图39中所示，根据第八变型的控制装置将通过使上述ΔTlto与funcTadi(CA)(因而，绝热变化时间缸内温度Tadi)的值相加(偏移ΔTlto)获得的值用作缸内温度Tg，和将缸内温度Tg达到自燃开始温度Tig的时间点估计为自燃开始时间(CAig)。依靠该处理，能通过简单的计算估计自燃开始时间(CAig)。
工业适用性能将根据本发明的混合气点火时间估计装置应用于内燃机(特别地，柴油机)，其中通过缸内气体与喷射到燃烧室中的用于PCCI燃烧的燃料的混合早于压缩上止点附近地预先形成预混合的混合气，和预混合的混合气在压缩冲程中压缩时开始自燃。
权利要求
1.一种用于内燃机的混合气点火时间估计装置，包括预混合的混合气自燃开始时间估计装置，用于估计通过缸内气体和燃料的混合预先形成的预混合的混合气在压缩时开始自燃的时间，所述缸内气体是燃烧室内的气体，所述燃料是与在压缩上止点附近喷射相比，更早地喷射到所述燃烧室内的用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料，且该燃料不同于在所述压缩上止点附近喷射到所述燃烧室内的用于扩散燃烧的燃料，所述混合气点火时间估计装置特征在于包括压缩开始时缸内气体状态量获得装置，用于获得所述缸内气体的压缩开始时的缸内气体状态量；可归因于压缩的缸内气体状态量变化量估计装置，用于估计可归因于所述缸内气体的压缩的所述缸内气体状态量的变化量；和冷焰发热量估计装置，用于估计冷焰发热量相应值，所述冷焰发热量相应值是与所述预混合的混合气自燃之前产生的冷焰的发热量相应的值，其中所述预混合的混合气自燃开始时间估计装置至少基于获得的压缩开始时的缸内气体状态量、估计的可归因于压缩的缸内气体状态量变化量和估计的冷焰发热量相应值估计所述预混合的混合气开始自燃的时间。
2.如权利要求1所述的用于内燃机的混合气点火时间估计装置，其特征在于将所述冷焰发热量估计装置构造成至少基于所述用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料的喷射量、所述燃料的性质、吸入所述燃烧室的进气的氧浓度和所述缸内气体的密度估计所述冷焰发热量相应值。
3.如权利要求1所述的用于内燃机的混合气点火时间估计装置，其特征在于所述预混合的混合气自燃开始时间估计装置包括预混合的混合气温度估计装置，其用于至少基于获得的压缩开始时的缸内气体状态量、估计的可归因于压缩的缸内气体状态量变化量和估计的冷焰发热量相应值估计所述预混合的混合气的温度，和作为所述预混合的混合气自燃开始时间，估计所述预混合的混合气的估计温度达到预定温度的时间。
4.如权利要求1所述的用于内燃机的混合气点火时间估计装置，还包括用于估计在所述冷焰开始时粘附到所述燃烧室内壁面的燃料量的粘附量估计装置，所述燃料是喷射到所述燃烧室中的用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料的一部分，其中将所述冷焰发热量估计装置构造成在考虑到估计的粘附量的情况下估计所述冷焰发热量相应值。
5.如权利要求1所述的用于内燃机的混合气点火时间估计装置，还包括分散程度估计装置，其基于在用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料向所述燃烧室中的喷射开始和所述冷焰开始之间经过的时间，估计代表所述预混合的混合气在所述冷焰开始时分散到所述燃烧室内壁面附近的程度的值，其中将所述冷焰发热量估计装置构造成在考虑到代表分散程度的估计值的情况下估计所述冷焰发热量相应值。
6.如权利要求3所述的用于内燃机的混合气点火时间估计装置，还包括不均匀程度估计装置，用于估计代表所述预混合的混合气在所述冷焰开始时的不均匀程度的值，其中将所述预混合的混合气温度估计装置构造成在考虑到代表所述预混合的混合气的不均匀程度的值的情况下估计所述预混合的混合气的温度。
7.如权利要求1所述的用于内燃机的混合气点火时间估计装置，其特征在于将所述预混合的混合气自燃开始时间估计装置构造成在所述缸内气体的压缩开始之后和在用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料的喷射开始之前的预定时间点完成所述预混合的混合气自燃开始时间的估计。
8.用于内燃机的控制装置，包括用于存储数据的数据存储装置，所述数据确定所述内燃机的工作状态量和用于使所述内燃机达到适合于预混合充气压缩点火燃烧的状态的预混合的混合气自燃开始时间的范围之间的关系；用于获得所述内燃机的工作状态量的工作状态量获得装置；确定装置，用于确定通过如权利要求7所述的用于内燃机的混合气点火时间估计装置估计的当前工作循环中的预混合的混合气自燃开始时间是否落入基于获得的发动机工作状态量和所述数据获得的所述预混合的混合气自燃开始时间的范围内；和燃料喷射模式控制装置，用于基于所述确定装置的确定结果控制当前工作循环中的燃料喷射模式。
9.如权利要求8所述的用于内燃机的控制装置，还包括数据修正装置，用于根据吸入到燃烧室中的进气的氧浓度和所述燃烧室内的气体量中的至少一个修正所述数据。
10.如权利要求8所述的用于内燃机的控制装置，其特征在于当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间落入获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围内时，所述燃料喷射模式控制装置与在压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到所述燃烧室中；当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间沿延迟方向偏离所述获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围时，所述燃料喷射模式控制装置在所述压缩上止点附近将所需燃料喷射量的全部燃料作为用于扩散燃烧的燃料喷射到所述燃烧室中；和当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间沿提前方向偏离所述获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围时，所述燃料喷射模式控制装置与在所述压缩上止点附近喷射相比，更早地将预定燃料量作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到所述燃烧室中，所述预定燃料量是所需燃料喷射量的燃料的一部分，和在所述压缩上止点附近将所需燃料喷射量的燃料的剩余部分作为用于扩散燃烧的燃料进行喷射。
11.如权利要求10所述的用于内燃机的控制装置，其特征在于当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间沿提前方向偏离所述获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围时，所述燃料喷射模式控制装置将作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料进行喷射的预定燃料量设定成使当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间达到所述获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围所需的用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射量。
12.如权利要求8所述的用于内燃机的控制装置，还包括不均匀程度估计装置，用于估计代表所述预混合的混合气在所述冷焰开始时的不均匀程度的值，其中所述确定装置在考虑到代表预混合的混合气不均匀程度的值的情况下进行确定。
13.如权利要求8所述的用于内燃机的控制装置，其特征在于当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间落入获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围内时，所述燃料喷射模式控制装置从根据所述工作状态量确定的预定喷射开始时间起，与在压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到所述燃烧室中；和当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间超出所述获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围时，所述燃料喷射模式控制装置修正所述预定喷射开始时间以便使当前工作循环中的实际的预混合的混合气自燃开始时间达到获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围，和从修正的喷射开始时间开始将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到所述燃烧室中。
14.如权利要求8所述的用于内燃机的控制装置，其特征在于当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间落入获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围内时，所述燃料喷射模式控制装置在根据工作状态量确定的预定喷射压力下，与在压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到所述燃烧室中；和当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间超出所述获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围时，所述燃料喷射模式控制装置修正所述预定喷射压力以便使当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间达到获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围，并且在修正的预定喷射压力下，与在所述压缩上止点附近喷射相比，更早地将根据工作状态量确定的所需燃料喷射量的全部燃料作为用于预混合充气压缩点火燃烧的燃料喷射到所述燃烧室中。
15.如权利要求8所述的用于内燃机的控制装置，包括用于代替所述燃料喷射模式控制装置的预混合的混合气温度调节装置，其中当当前工作循环中的估计的预混合的混合气自燃开始时间超出获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围时，所述预混合的混合气温度调节装置将当前工作循环中的预混合的混合气的温度升高或降低一个预定量，以便使当前工作循环中的实际预混合的混合气自燃开始时间达到获得的预混合的混合气自燃开始时间的范围。
全文摘要
用于内燃机的混合气点火时间估计装置基于缸内气体在压缩开始时间(CAin)的状态量(缸内气体在压缩开始时间的热能)、可归因于压缩冲程中的压缩的缸内气体的状态量的变化量(微小活塞功)和在自燃(热焰)之前在PCCI燃烧中产生的冷焰的发热量(冷焰发热量ΔQlto)估计用于PCCI燃烧的预混合的混合气的温度(即，缸内温度Tg)，同时使其与曲柄角CA相关。将缸内温度Tg达到预定自燃开始温度Tig的时间估计为关于PCCI燃烧的预混合的混合气的自燃开始时间(CAig)，由于考虑了冷焰发热量ΔQlto，所以能精确地估计关于PCCI燃烧的自燃开始时间。
文档编号F02B11/00GK1934345SQ20058000919
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月24日 优先权日2004年3月24日
发明者稻垣和久, 胁坂佳史, 上田松荣, 中北清己, 中山茂树, 北野康司, 青山太郎, 长谷川亮, 小山崇 申请人:丰田自动车株式会社