用于内燃机的碳黑产生量估计设备的制作方法

专利名称：：用于内燃机的碳黑产生量估计设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种碳黑产生量估计设备，其估计由于燃料的反应而在内燃机的燃烧室中产生的碳黑(碳的微粒)的量。
背景技术：
：碳黑是在内燃机(特别地，柴油机)燃烧室中产生的微粒物质(PM)的主要成分。为了精确控制这种碳黑的产生量从而减少碳黑的产生量，必须精确估计碳黑的产生量。例如，在日本专利申请特开(kokai)No.2004-44457中披露的用于内燃机的废气净化设备被构造成通过利用一个图来估计根据发动机运行情况而改变的PM产生量，在该图中用发动机转速、加速器开度、冷却液温度等等作为自变量。当估计PM产生量时，能估计PM内的碳黑量。顺便提及，近年来，对从燃料产生碳黑的反应过程中的碳黑形成机理进行了许多研究。如果能通过基于碳黑形成机理创建的反应模型来估计碳黑的产生量，则很有希望能更精确地估计碳黑产生量。
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碳黑产生量估计设备，其能通过基于碳黑形成机理的反应模型来精确估计在燃烧室内产生的碳黑量。本发明的碳黑产生量估计设备的特征在于，用于估计由于燃料反应而在内燃机燃烧室内产生的碳黑量的碳黑产生量估计装置包括碳黑产生速度计算装置，该碳黑产生速度计算装置通过关于从燃料产生碳黑的反应过程的反应模型(代表该模型的方程)来计算碳黑的产生速度。依靠该构造，通过利用一方程来计算碳黑的产生速度，该方程代表关于从燃料产生碳黑的反应过程且基于碳黑形成机理的反应模型。碳黑产生速度是指例如气体混合物内碳黑量的变化率、气体混合物内碳黑浓度的变化率等等。基于碳黑产生速度(具体地说，通过碳黑产生速度的时间积分(累计))，估计碳黑产生速度。碳黑产生速度是指例如气体混合物内的碳黑量、气体混合物内的碳黑浓度等等。由于通过利用一方程来估计碳黑产生量，该方程代表基于碳黑形成机理的反应模型，所以能精确估计碳黑产生量。顺便提及，最近关于碳黑形成机理的研究逐渐阐明了从燃料经碳黑前体产生碳黑的反应过程。因而，当创建一种关于考虑到这种前体的反应过程的反应模型并通过利用代表该反应模型的方程估计碳黑产生量时，可以预料能更精确地估计碳黑产生量。艮口，在本发明的碳黑产生量估计设备中，优选地，关于从燃料经碳黑前体产生碳黑的反应过程的模型被用作所述反应模型。这里，将前体定义为包括PAH、芳香族中间产物、饱和聚合物和QH2中的至少一种的任何单体；并且将碳黑定义为通过两个或更多前体分子的聚集形成的聚合物，所述前体是单体。该前体包括能通过聚集变为碳黑的所有类型的单体。在这种情况下，优选地，碳黑产生量估计装置还包括用于计算从燃料产生前体的速度的前体产生速度计算装置；且碳黑产生速度计算装置基于算出的前体产生速度计算碳黑产生速度。这里，前体产生速度是指例如气体混合物内的前体质量的变化率、气体混合物内的前体浓度的变化率等等。依靠该构造，能基于由前体产生速度计算装置算出(具体地说，通过前体产生速度的时间积分(累计))的前体产生速度计算前体产生量。这里，前体产生量是指例如气体混合物内的前体质量、气体混合物内的前体浓度等等。随后，基于前体产生量计算碳黑产生速度，从而估计碳黑产生量。如上所述，通过使用一种反应模型，该反应模型涉及在从燃料产生碳黑的反应过程期间的碳黑前体的产生，精确模拟"碳黑产生(反应)的延迟"变得可能，在实验上或根据经验已知"碳黑产生(反应)的延迟"发生在从燃料产生碳黑的反应过程中。另外，当如稍后所述考虑到"前体热分解的速度"来计算前体产生速度时，精确模拟"当气体混合物温度超过某一温度时碳黑产生速度随着气体混合物温度增加而减小的现象"变得可能，在实验上或根据经验已知该现象。在本发明的碳黑产生量估计设备中，当提供前体产生速度计算装置时，优选地，前体产生速度计算装置包括用于计算从燃料形成前体的速度的前体形成速度计算装置、用于计算所形成的前体的热分解速度的前体分解速度计算装置和用于计算从前体形成碳黑的速度的碳黑形成速度计算装置，其中基于算出的前体形成速度、前体分解速度和碳黑形成速度计算前体产生速度。从燃料形成前体增大了前体产生速度。同时，所形成的前体可以热分解。前体的这种热分解和从所形成的前体形成碳黑减小了前体产生速度。即，当将设备构造成基于算出的前体形成速度、前体分解速度和碳黑形成速度计算前体产生速度时，考虑到了全部三个反应来计算前体产生速度，使得能精确计算前体产生速度。或者，前体产生速度计算装置包括用于计算前体的净形成速度的前体净形成速度计算装置，前体的净形成速度能通过用从燃料形成前体的速度减去所形成的前体热分解的速度来获得；和用于计算从前体形成碳黑的速度的碳黑形成速度计算装置，其中基于算出的前体净形成速度和碳黑形成速度计算前体产生速度。根据该构造，计算前体的净形成速度而不需要独立计算前体形成速度和前体分解速度，前体的净形成速度是通过从前体形成速度减去前体分解速度而获得的值，且基于前体净形成速度和碳黑形成速度计算前体产生速度。因而，能在减小计算工作量的同时考虑到全部三个上述反应的情况下计算前体产生速度。在本发明的碳黑产生量估计设备中，当碳黑产生速度计算装置构造成基于前体产生速度计算碳黑产生速度时，优选地，碳黑产生速度计算装置包括用于计算从前体形成碳黑的速度的碳黑形成速度计算装置和用于计算所形成的碳黑的氧化速度的碳黑氧化速度计算装置，其中基于算出的碳黑形成速度和碳黑氧化速度计算碳黑产生速度。从前体形成碳黑增大了碳黑产生速度。同时，所形成的碳黑可以被氧化。碳黑的这种氧化降低了碳黑产生速度。g卩，当设备构造成基于算出的碳黑形成速度和碳黑氧化速度计算碳黑产生速度时，考虑到了两个反应来计算碳黑产生速度，使得能精确计算碳黑产生速度。在本发明的碳黑产生量估计设备中，当提供碳黑形成速度计算装置时，优选地，碳黑形成速度计算装置包括用于计算第一碳黑形成速度的第一碳黑形成速度计算装置和用于计算第二碳黑形成速度的第二碳黑形成速度计算装置，第一碳黑形成速度是由于前体分子的相互碰撞而形成碳黑的速度，第二碳黑形成速度是由于前体分子和碳黑分子之间的碰撞而额外形成碳黑的速度，其中基于算出的第一和第二碳黑形成速度计算碳黑形成速度。在从前体形成碳黑的反应过程中，考虑到发生两个反应，即，通过由于前体分子相互碰撞导致的聚集而形成碳黑的第一反应，和通过由于前体分子与所形成的碳黑的分子之间的碰撞导致的聚集而新形成碳黑的第二反应。根据上述构造，分开考虑与这两个反应相应的第一碳黑形成速度和第二碳黑形成速度来计算碳黑形成速度。因而，能精确计算碳黑形成速度。在这种情况下，优选地，第一碳黑形成速度计算装置构造成在考虑到由于前体分子相互碰撞而形成碳黑的概率的情况下计算第一碳黑形成速度，并且第二碳黑形成速度计算装置构造成在考虑到由于前体分子和所形成的碳黑的分子之间的碰撞而额外形成碳黑的概率的情况下计算第二碳黑形成速度。具体地说，在这种情况下，第一碳黑形成速度计算装置构造成在考虑到前体分子的碰撞数量(每单位质量气体混合物的碰撞数量)和/或碰撞的前体分子聚集的概率的情况下计算第一碳黑形成速度，第二碳黑形成速度计算装置构造成在考虑到前体分子和碳黑分子之间的碰撞数量(每单位质量气体混合物的碰撞数量)和/或碰撞的前体分子与碳黑分子聚集的概率的情况下计算第二碳黑形成速度。第一碳黑形成速度取决于由于前体分子的相互碰撞而形成碳黑的概率。这个概率可以表示为前体分子的碰撞数量(每单位质量气体混合物的碰撞数量)和碰撞的前体分子聚集的概率。相似地，第二碳黑形成速度取决于由于前体分子和所形成的碳黑的分子之间的碰撞而额外形成碳黑的概率。这个概率可以表示为前体分子和碳黑分子之间的碰撞数量(每单位质量气体混合物的碰撞数量)和/或碰撞的前体分子与碳黑分子聚集的概率。因而，依靠上述构造，能更精确地计算第一碳黑形成速度和第二碳黑形成速度，从而能更精确地计算碳黑产生速度，籍此能更精确地计算碳黑产生量。一般而言，分子间的力越大，即，分子质量越大，越可能发生分子的相互聚集。为聚合物的碳黑的每个分子的质量大于为单体的前体的每个分子的质量。因而，优选地将碰撞的前体分子和碳黑分子聚集的概率设定成大于碰撞的前体分子聚集在一起的概率。此外，第一碳黑形成速度计算装置优选地构造成基于由于燃料和缸内气体(被吸入燃烧室的气体)混合而形成的气体混合物内的前体浓度以及该气体混合物的温度来计算前体分子相互碰撞的数量；和第二碳黑形成速度计算装置优选地构造成基于气体混合物内的前体浓度、气体混合物内的碳黑浓度和气体混合物的温度计算前体分子和碳黑分子之间的碰撞数量。一般而言，气体中的物质A和B之间(每单位质量气体)的碰撞数量取决于气体内物质A的浓度、气体内物质B的浓度和气体的温度。因而，上述前体分子的(每单位质量气体混合物)相互碰撞的数量取决于气体混合物内的前体浓度和气体混合物的温度。相似地，上述前体分子和碳黑分子之间(每单位质量气体混合物)的碰撞数量取决于气体混合物内的前体浓度、气体混合物内的碳黑浓度和气体混合物的温度。即，上述构造能精确计算前体分子的(每单位质量气体混合物)相互碰撞的数量和前体分子与碳黑分子之间(每单位质量气体混合物)的碰撞数量。顺便提及，在关于从燃料经碳黑前体产生碳黑的反应过程的反应模型用于本发明的碳黑产生量估计设备中的情况下，当气体混合物温度等于或高于预定温度时，可以用关于从燃料直接产生碳黑的反应过程的模型代替关于从燃料经碳黑前体产生碳黑的反应过程的模型作为反应模型。当气体混合物温度达到高温区时，从燃料产生碳黑的反应过程中的上述"碳黑产生(反应)的延迟"的程度趋向于减小。换句话说，当气体混合物温度变高(变得等于或高于预定温度)时，即使用关于从燃料直接产生碳黑的反应过程的模型代替涉及在从燃料产生碳黑的反应过程期间产生碳黑前体的反应模型，也能以足够的精度估计碳黑产生量。上述构造基于这些发现。当气体混合物温度变高(变得等于或高于预定温度)时，该构造减少与碳黑产生量的估计相关的计算工作量，同时防止碳黑产生量估计精度的减小。在这种情况下，优选地，碳黑产生量估计装置包括高温时碳黑形成速度计算装置，其在气体混合物的温度等于或高于预定温度时可操作，用于通过利用一函数来计算碳黑形成速度，该函数用来基于气体混合物温度来获得从燃料形成碳黑的速度的值，该值随着气体混合物温度增大时减小，其中当气体混合物的温度等于或高于预定温度时，碳黑产生速度计算装置基于由高温时碳黑形成速度计算装置算出的碳黑形成速度来计算碳黑产生速度。如上所述，在实验上或经验上已知"当气体混合物温度超过某一温度时碳黑产生速度随着气体混合物温度增加而减小的现象"。因而，在构造碳黑产生量估计装置使得当气体混合物温度等于或高于预定温度时，通过利用基于气体混合物温度用来获得从燃料形成碳黑的速度值的函数来计算碳黑形成速度，该值随着气体混合物温度增大而减小的情况下，能在气体混合物温度等于或高于预定温度时精确模拟上述现象。换句话说，当气体混合物温度等于或高于预定温度时，使用关于从燃料直接产生碳黑的反应过程的模型使得能以足够的精度估计碳黑产生速度(因而，碳黑产生量)，同时减少计算工作量。顺便提及，在本发明的碳黑产生量估计设备中，可以将关于从燃料直接产生碳黑的反应过程的模型一直用作反应模型。在这种情况下，优选地，碳黑产生量估计装置还包括碳黑形成速度计算装置，用于通过利用一函数来计算碳黑形成速度，该函数基于由于燃料和缸内气体(被吸入燃烧室的气体)的混合而形成的气体混合物的温度来获得从燃料形成碳黑的速度的值，该值在气体混合物温度与特定温度一致时呈最大值，且随着气体混合物温度离开该特定温度而从最大值减小，其中碳黑产生速度计算装置基于算出的碳黑形成速度计算碳黑产生速度。一般而言，碳黑产生速度随着气体混合物温度而增加直到气体混合物温度达到某一温度，且当气体混合物温度超过该某一温度时，碳黑产生速度随着气体混合物温度增大而减小。因而，在构造碳黑产生量估计装置以通过利用基于气体混合物温度用来获得从燃料形成碳黑的速度值的函数来计算碳黑形成速度，该值在气体混合物温度与特定温度一致时呈最大值且在气体混合物温度离开该特定温度时从最大值减小的情况下，能在一定程度上精确估计碳黑产生速度(因而，碳黑产生量)。在这种情况下，碳黑形成速度计算装置优选地构造成在考虑到从燃料产生碳黑的反应过程中的时间延迟的情况下计算碳黑形成速度。依靠该构造，模拟上述实验上或经验上已知的"碳黑产生(反应)的延迟"变得可能。结果，不管气体混合物温度是多少，使用关于从燃料直接产生碳黑的反应过程的模型使得能以足够的精度估计碳黑产生速度(因而，碳黑产生量)，同时减少计算工作量。在本发明的碳黑产生量估计设备中，优选地，碳黑产生量估计装置构造成仅仅在气体混合物的当量比等于或高于预定值时执行估计碳黑产生量的计算。在实验上或经验上已知，当气体混合物的当量比小时几乎不形成碳黑。因而，上述构造允许在气体混合物的当量比小于预定值且几乎不形成碳黑时，省略估计碳黑产生量的计算。结果，可减少计算量而不降低碳黑产生量的估计精度。更优选地，碳黑产生量估计装置构造成仅仅在气体混合物的当量比等于或高于预定值且气体混合物的当量比与气体混合物的温度之间的关系落入预定范围内时，执行估计碳黑产生量的计算。在实验上或经验上已知，当气体混合物的当量比与气体混合物的温度之间的关系落在预定范围之外时几乎不形成碳黑。因而，不仅在气体混合物的当量比小于预定值时，而且在气体混合物的当量比等于或高于预定值但几乎不形成碳黑时，上述构造允许省略估计碳黑产生量的计算。结果，可进一步减少计算量而不降低碳黑产生量的估计精度。在本发明的碳黑产生量估计设备中，优选地，碳黑产生量估计装置构造成在考虑到燃料性质的情况下估计碳黑产生量。燃料性质的一个例子是包含在燃料中的芳香烃的含量。从燃料形成碳黑的反应的程度极大地取决于燃料性质；例如，包含在燃料中的芳香烃的含量越大，越容易从燃料形成碳黑。因而，依靠上述构造，能更精确地估计碳黑产生量。图1是表示系统总体构造的示意图，其中根据本发明一实施例的用于内燃机的碳黑产生量估计设备被应用于四缸内燃机(柴油机)；图2是示意性地表示气体从进气歧管被吸入到某一气缸且然后被排出到排气歧管的状态的图3A是示意性地表示每次喷射燃料时燃料的状态的图3B是示意性地表示燃料在与缸内气体混合从而产生气体混合物时成圆锥形地散开的状态的图4是示意性地表示从燃料经前体产生碳黑的反应过程的图，例如，该前体是PAH(多环芳香烃)；图5是表示图1的碳黑产生量估计设备使用的反应模型的图，在该反应模型中，在从燃料产生碳黑的反应过程期间产生前体；图6是表示程序的第一部分的流程图，图1中所示的CPU执行该程序以便计算气体混合物温度等等和碳黑产生量；图7是表示程序的第二部分的流程图，图1中所示的CPU执行该程序以便计算气体混合物温度等等和碳黑产生量；图8是表示程序的第三部分的流程图，图1中所示的CPU执行该程序以便计算气体混合物温度等等和碳黑产生量；图9是表示程序的第四部分的流程图，图1中所示的CPU执行该程序以便计算气体混合物温度等等和碳黑产生量；图10是表示程序的第五部分的流程图，图1中所示的CPU执行该程序以便计算气体混合物温度等等和碳黑产生量；图11是图1中所示CPU在执行图6中所示程序的过程中查阅的用于确定指令燃料喷射量的表-,图12是图1中所示CPU在执行图6中所示程序的过程中査阅的用于确定燃料喷射正时的表；图13是图1中所示CPU在执行图6中所示程序的过程中查阅的用于确定基准燃料喷射压力的表；图14是表示程序的流程图，图1中所示CPU执行该程序以便进行燃料喷射控制；图15是表示反应模型的图，根据所述实施例变型的碳黑产生量估计设备使用该反应模型且该反应模型代表从燃料直接产生碳黑的反应过程；图16是表示反应模型的图，根据所述实施例另一个变型的碳黑产生量估计设备使用该反应模型且该反应模型代表从燃料直接产生碳黑的反应过程；图17是一个图表，表示气体混合物的温度和气体混合物的当量比之间的关系，以及产生碳黑的区域；图18是表示反应模型的图，根据所述实施例另一个变型的碳黑产生量估计设备使用该反应模型且该反应模型代表从燃料直接产生碳黑的反应过程。具体实施例方式现在将参考附图描述用于根据本发明的内燃机(柴油机)的碳黑产生量估计设备的一实施例。图1示意性地表示一系统的整体构造，在该系统中，根据本发明的碳黑产生量估计设备被应用于四缸内燃机(柴油机)10。该系统包括发动机主体20，该发动机主体20包括燃料供应系统；进气系统30，用于将气体引入到发动机主体20的单个气缸的燃烧室(气缸内部)；排气系统40，用于从发动机主体20排出废气；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，喷油器)21设置在发动机主体20的单个气缸上方。燃料喷射阀21通过燃料管路23连接到燃料喷射泵22，该燃料喷射泵22与未示出的燃料箱相连。燃料喷射泵22与电控装置60电连接。根据来自电控装置60的驱动信号(与稍后所述的指令最终燃料喷射压力Pcrfin相应的指令信号)，燃料喷射泵22将燃料增压以使得燃料的实际喷射压力(排出压力)变得等于指令最终燃料喷射压力Pcrfin。这样，被增压到指令最终燃料喷射压力Pcrfm的燃料从燃料喷射泵22供应到燃料喷射阀21。此外，燃料喷射阀21与电控装置60电连接。根据来自电控装置60的驱动信号(与指令燃料喷射量(质量)Qfm相应的指令信号)，每个燃料喷射阀21在喷射时期TAU中打开以便被增压到指令最终燃料喷射压力Pcrfm的燃料以指令燃料喷射量Qfin直接喷射到相应气缸的燃烧室。进气系统30包括进气歧管31，其与发动机主体20的单个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并与进气歧管31协同构成进气通道；节气门33，其以可旋转的方式保持在进气管32内；用于根据来自电控装置60的驱动信号使节气门33旋转的节气门致动器33a;中间冷却器34，其被置于进气管32内以位于节气门33上游侧；涡轮增压器35的压縮机35a，其被置于进气管32内以位于中间冷却器34的上游侧；和空气滤清器36，其设置在进气管32的远端部。排气系统40包括排气歧管41，其与发动机主体20的单个气缸相连；排气管42，其与排气歧管41的下游侧合并部相连；置于排气管42内的涡轮增压器35的涡轮35b;和柴油微粒过滤器(在下文中称为"DPNR")43，其置于排气管42内。排气歧管41和排气管42构成排气通道。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)；EGR控制阀52，其置于废气循环管51中；禾BEGR冷却器53。废气循环管51建立了位于涡轮35b上游侧的排气通道(排气歧管41)和位于节气门33下游侧的进气通道(进气歧管31)之间的连通。EGR控制闽52响应来自电控装置60的驱动信号以便改变将被循环的废气量(废气循环量，EGR气体流率)。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、接口65等等。ROM62存储由CPU61执行的程序、表(查找表，图)、常数等等，RAM63允许CPU61暂时存储数据，备用RAM64在电源接通的状态中存储数据，并且甚至在切断电源之后也保存存储的数据，接口65包含A/D转换器。接口65相连到设置在进气管32中的热丝型空气流量计71;进气温度传感器72，其设在进气通道内位于节气门33下游和废气循环管1与进气通道的连接点下游；进气管压力传感器73，其设在进气通道内位于节气门33下游和废气循环管51与进气通道的连接点下游；曲柄位置传感器74;加速器开度传感器75;设在燃料管23内位于燃料喷射泵22的排出口附近的燃料温度传感器76;和设在进气通道内位于节气门33下游和废气循环管51与进气通道的连接点下游的进气氧浓度传感器77。接口65从这些传感器接收相应的信号并将收到的信号供给到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和EGR控制阀52相连；并根据来自CPU61的指令将相应的驱动信号输出到这些部件。热丝型空气流量计71测量经过进气通道的进气的质量流率(每单位时间的进气量，每单位时间的新空气量)，并产生表明质量流率Ga(空气流率Ga)的信号。进气温度传感器72测量被吸入到发动机10每个气缸(即，每个燃烧室或气缸内部)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测量被吸入到发动机IO每个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和发动机速度NE(即发动机10的转速)的信号。加速器开度传感器75检测加速器踏板AP的操作量，并产生代表加速器踏板操作量Accp(在下文中称为"加速器开度Accp")的信号。燃料温度传感器76检测流过燃料管路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，并输出代表进气氧浓度R02in的信号。用于估计碳黑产生量的方法的概要下面，将描述通过具有上述构造的碳黑产生量估计设备(在下文中可以称为"本设备")用来估计碳黑产生量的方法。图2是示意性地表示气体被从进气歧管31吸入到某一气缸(燃烧室)且然后被排出到排气歧管41的状态的图。如图2中所示，被吸入燃烧室的气体(因而，缸内气体)包括经由节气门33从进气管32末端吸入的新空气和经由EGR控制阀52从废气循环管51吸入的EGR气体。取决于由电控装置60(CPU61)根据运行情况适当地控制的节气门33的开度和EGR控制阀52的开度，被吸入的EGR气体量(质量)与被吸入的新空气量(质量)和被吸入的EGR气体量(质量)之和的比(即，EGR比)发生变化。在进气冲程期间，当活塞向下移动时，这些新空气和EGR气体经由打开的进气门Vin被吸入燃烧室，且这样产生的气体混合物充当缸内气体。在活塞到达压缩下止点后进气门Vin关闭时，缸内气体被限制在燃烧室内，然后在随后的压缩冲程中当活塞向上移动时被压縮。当活塞到达压縮上止点附近时(具体地说，当稍后描述的燃料喷射开始时刻(曲柄角)CAinj来临时)，本设备在与上述指令燃料喷射量Qfin相应的喷射时期TAU内打开相应的燃料喷射阀21，从而将燃料直接喷射到燃烧室中。结果，因为从已经由于压缩而变热的缸内气体接收的热量，所以从燃料喷射阀21的喷射口喷射的(液态)燃料立即变成燃料蒸汽。随着时间的过去，燃料蒸汽成圆锥形地分散在燃烧室内，同时与缸内气体混合以产生气体混合物。实际上，在从燃料喷射开始时刻CAinj开始的喷射时期TAU内连续喷射指令燃料喷射量Qfin的燃料。然而，为了便于理解，在下面的假设下继续进行说明，即在燃料喷射开始时刻CAinj每次(瞬间地)喷射指令燃料喷射量Qfin的燃料。图3A是示意性地表示指令燃料喷射量(质量)Qfm的燃料(燃料蒸汽)在它从燃料喷射阀21的喷射口被喷射时(即，喷射后时间t二0)的状态的图。图3B是示意性地表示在喷射后的某一时间(在某一喷射后时间t)，图3A中所示的质量Qfin的燃料蒸汽的状态的图。如图3B中所示，在燃料喷射开始时刻CAinj被喷射之后(即，喷射后时间t=0)，质量Qfin的燃料蒸汽在与缸内气体混合时以喷射角口成圆锥形地散开。这里，假定在任意的喷射后时间t，质量Qfm的燃料蒸汽与质量G的缸内气体混合，并形成具有质量(Qfin+G)的气体混合物(在下文中，可以将缸内气体称为"形成缸内气体的气体混合物")，其中质量G是喷射后时间t的函数。通过从喷射后时间t二0时开始以微小时间间隔口t计算在气体混合物中产生的碳黑的产生速度(具体地说，气体混合物中碳黑浓度的改变速率)，并相对于时间积分(累计)产生速度的各个值，本设备估计在任意喷射后时间t时在气体混合物内的碳黑浓度(碳黑产生量)。首先，将描述用于这种估计的反应模型。<通过利用涉及碳黑前体的产生的反应模型来估计碳黑产生量>最近，关于碳黑形成机理的研究逐渐阐明了从燃料经由碳黑的前体P产生碳黑的反应过程。在本实施例中，将前体P定义成例如PAH、芳香族中间产物、饱和聚合物或C2H2的能通过聚集变为碳黑的任何一种单体；和将碳黑定义成通过两个或多个前体P的分子的聚集形成的聚合物，所述前体P是单体。屈4是示意性地表示经由例如是PAH(多环芳香烃)的前体P从燃料产生碳黑的反应过程的图。如图4中所示，在该反应过程中，燃料分子首先通过热分解反应等等变成为单体的前体P。之后，前体P的微粒通过例如多环结构形成反应而生长。当前体P的分子量达到某个值时，前体P的分子间引力增大，发生聚集(具体地说，分子团的形成，链式构造的形成等等)，籍此产生碳黑，该碳黑是聚合物。注意，一般而言，当包含在正在生长的前体P的分子中的碳原子数量达到大约100时，就趋向于发生上述聚集。鉴于以上所述，为了估计上述碳黑浓度，本设备使用图5中所示的反应模型，其中在从燃料产生碳黑的反应过程期间产生前体P。现在将描述该反应模型。注意，在下面的说明中，"浓度"是指"质量浓度"。如图5中所示，在该反应模型中，考虑到从燃料形成前体P、所形成的前体P的热分解、从所形成的前体P形成碳黑和所形成的碳黑的氧化。从燃料形成前体P增大了气体混合物内的前体P浓度[P]mix的改变速率(在下文中，将该改变速率称为"前体p产生速度d[P]mbc/dt")。同时，所形成的前体P的热分解和从所形成的前体P形成碳黑减小了前体P产生速度d[P]mbc/dt。因而，在该反应模型中，能由下面的方程1表示前体P产生速度d[P]mix/dt。d[P]mix/dt=dmpf/dt-dmpd/dt-dmsf/dt(1)在方程1中，dmpf/dt代表气体混合物内的前体P浓度[P]mix由于从燃料形成前体P而增加的速度(在下文中，将该速度称为"前体P形成速度")；dmpd/dt代表气体混合物内的前体P浓度[P]mix由于所形成的前体P的热分解而减小的速度(在下文中，将该速度称为"前体P分解速度")；以及dmsf/dt代表气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix由于从所形成的前体P形成碳黑而增加的速度(换句话说，气体混合物内前体P浓度[P]mix减小的速度(在下文中，将该速度称为"碳黑形成速度"))。从所形成的前体P形成碳黑增大了气体混合物内碳黑浓度[Soot]mix的改变速率(在下文中，将该改变速率称为"碳黑产生速度d[Soot]mix/dt")。同时，所形成的碳黑的氧化减小了碳黑产生速度d[Soot]mbc/dt。因而，在该反应模型中，可以由下面的方程2表示碳黑产生速度d[Soot]mix/dt。d[Soot]mix/dt=dmsf/dt-dmso/dt(2)在方程2中，dmsf/dt代表上述碳黑形成速度；dmso/dt代表气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix由于所形成的碳黑的氧化而减小的速度(在下文中，将该速度称为"碳黑氧化速度")。现在将描述方程I右侧的项和方程2右侧的项。<前体？形成速度的获得>因为能将从燃料形成前体P看作气相反应，所以能根据下面的方程3获得作为方程1右侧的第一项的前体P形成速度dmpf/dt，该方程3基于用于计算气相反应的反应速度的所谓的A汀henius方程。dmpf/dt^Apf[Fuel]mix.Pg叩f'exp(-Epf/(RTmix))(3)在方程3中，Apf和邻f是常数，Epf代表激活能(常数)，R代表气体常数(常数；这适用于下面的说明)。[Fud]mix代表气体混合物内的燃料浓度(这适用于下面的说明)；Pg代表缸内气体的压力(这适用于下面的说明)；Tmix代表气体混合物的温度(这适用于下面的说明)。如将在以后描述的，能从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔口t获得这些值。依靠上述过程，也能根据方程3从喷射后时间t=0时幵始以微小的时间间隔口t获得前体P形成速度dmpf/dt。<<前体？分解速度的获得〉>因为能将所形成的前体P的热分解看作气相反应，所以能根据下面的方程4获得作为方程1右边第二项的前体P分解速度dmpd/dt，该方程4如同方程3的情况那样基于Arrhenius方程。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>(4)在方程4中，Apd禾n邻d是常数，Epd代表激活能(常数)。[P]mix代表气体混合物内的前体P浓度，通过对时间求前体P产生速度d[P]mix/dt的积分(累计)的处理，能从喷射后时间t二O时开始以微小的时间间隔口t获得[P]mix,前体P产生速度d[P]mix/dt能根据方程1从喷射后时间t二0时开始以微小的时间间隔口t获得。依靠上述过程，也能根据方程4从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔[]t获得前体P分角军速度dmpd/dt。<<碳黑形成速度的获得>>能根据下面的方程5获得作为方程1的右边第三项的碳黑形成速度dmsf/dt。在方程5中，dmsfpp/dt代表由于前体P分子的相互碰撞而形成碳黑的速度(在下文中，将该速度称为"第一碳黑形成速度")；dmsfps/dt代表由于前体P分子和碳黑分子之间的碰撞而形成碳黑的速度(在下文中，将该速度称为"第二碳黑形成速度")。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>(5)如上所述，在该反应模型中，在考虑到由于前体P分子的相互碰撞而引起的碳黑形成和碳黑形成后由于前体P分子与碳黑分子之间的碰撞而引起的碳黑形成的情况下计算碳黑形成速度dmsf/dt，这些碳黑形成发生在从前体形成碳黑的反应过程中。从前体P形成碳黑是与分子量较大的微粒相关的反应，因而，难以将从前体P形成碳黑看作气相反应。在该反应模型中，如下获得作为方程5右侧第一项的第一碳黑形成速度dmsfpp/dt和作为方程5右侧第二项的第二碳黑形成速度dmsfps/dt。一般而言，微粒a和b由于它们之间的碰撞而导致的聚集速度能由气体(例如，气体混合物)中微粒a和b之间的"碰撞数量"(每单位质量气体的碰撞数量)与碰撞的微粒a和b聚集的概率(在下文中称为"聚集概率")的乘积表示。此外，一般而言，气体中微粒a和b之间的"碰撞数量"能由微粒a和b之间的"相对速度"、"碰撞横截面"、微粒a的"微粒数量密度"(其是每单位质量气体的微粒a的微粒数量)和微粒b的"微粒数量密度"(其是每单位质量气体的微粒b的微粒数量)的乘积表示，其中"碰撞横截面"是与微粒a和b之间的碰撞相关的面积。"碰撞横截面"是半径等于微粒a半径与微粒b半径之和的圆的面积，并能由下面的方程6表示。这里，Da和Db分别代表微粒a和b的直径(这适用于下面的说明)"微粒数量密度"是通过以单个微粒的质量除气体中的微粒浓度获得的值，因而，微粒a的"微粒数量密度"是"Ma/ma"，微粒b的"微粒数量密度"是"Mb/mb"。这里，Ma和Mb分别代表气体中微粒a和b的浓度；ma和mb代表微粒a和b的单个微粒质量(这也适用于下面的说明)。当微粒a和b的单个微粒密度分别由口4和!Dl:代表时，能将微粒a的"微粒数量密度"表示为"(6.Ma)/(口4仆Da3),，，并且能将微粒b的"微粒数量密度"表示为"(6'Mb)/(C^仆DbY'。通过利用麦克斯韦-玻尔兹曼的分布函数，微粒a和b之间的"相对速度"能由下面的方程7表示。在方程7中，D代表微粒a和b的减小的质量(口CLTh^^MTBCfftJ，k代表玻尔兹曼常数；T代表气体的温度。相对速度:(7)因而，气体中的微粒a和b之间的"碰撞数量"能由下面的方程8表示。碰撞数:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>(8)从上述内容，当碰撞的微粒a和b的上述聚集概率由Al表示，且如下面的方程9中所示那样定义系数A2时，由微粒a和b之间的碰撞引起的聚集速度通常能由下面的方程IO表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>聚集速度二AlA2'Ma'Mb'V^(9)(10)上述第一碳黑形成速度dmsfpp/dt是由前体P分子的相互碰撞引起的聚集速度；上述第二碳黑形成速度dmsfps/dt是由前体P分子和碳黑分子之间的碰撞引起的聚集速度。因而，在该反应模型中，通过用方程10获得第一碳黑形成速度dmsfpp/dt和第二碳黑形成速度dmsfps/dt。首先描述第二碳黑形成速度dmsfps/dt。在这种情况下，认为微粒a与前体p的微粒对应，认为微粒b与碳黑的微粒对应。在这种情况下，能根据下面与方程10相应的方程11获得第二碳黑形成速度dmsfps/dt。在方程11中，Asfpsl代表前体P与碳黑的碰撞的微粒的聚集概率；Asfps2是如下面的方程12中所示那样定义的系数，并与上述系数A2对应。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>(11)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage27</formula>(12)在方程12中，yps是前体P的单个微粒和碳黑的单个微粒的减小的质量，且由Ups-(mp'msoot)/(mp+msoot)表示。mp禾卩msoot分另!J代表前体P的单个微粒和碳黑的单个微粒的质量(这适用于下面的说明)。Dp和Dsoot分别代表前体P的单个微粒和碳黑的单个微粒的直径(这适用于下面的说明)。Pp和Psoot分别代表前体P的单个微粒和碳黑的单个微粒的密度(这适用于下面的说明)。在该反应模型中，假定mp、msoot、Dp、Dsoot、Pp禾卩Psoot全部为常数。因而如能从方程12理解到的，上述系数Asfps2是定值。此外，还假定上述聚集概率Asfpsl是常数。此外，在该模型中，考虑到了除前体P和碳黑之外的微粒碰撞对第二碳黑形成速度的影响，因而，增加一个取决于缸内气体压力Pg的项"Pg一'"作为方程ll右侧的因子(a^s是常数)。即，在该模型中，当用系数Asfps(常数)代替系数Asfps2与聚集概率Asfpsl的乘积时，能根据下面的方程13获得第二碳黑形成速度dmsfps/dt。dmsfps/dt=Asfps.[P]mix.[Soot]mix.Pg—s(13)如上所述，能从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得方程13中的气体混合物内的前体P浓度[P]mix、缸内气体压力Pg和气体混合物温度Tmk。此外，如稍后所述，能从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix。因而，能根据方程13从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔△t获得第二碳黑形成速度dmsfps/dt。如上所述，在该反应模型中，在考虑到前体P微粒和碳黑微粒之间的碰撞数量和上述聚集概率Asfpsl的情况下计算第二碳黑形成速度dmsfps/dt，其中前体P的碰撞微粒和碳黑的碰撞微粒以聚集概率Asfpsl聚集。换句话说，在考虑到由于前体p微粒和碳黑微粒之间的碰撞而形成碳黑新微粒的概率的情况下计算第二碳黑形成速度dmsfps/dt。另外，基于气体混合物内的前体P浓度[P]mix、气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix和气体混合物温度Tmix计算"前体P的微粒和碳黑的微粒之间的碰撞数量"。下面将描述第一碳黑形成速度dmsfpp/dt。在这种情况下，认为微粒a和b与前体P的微粒对应。因而，能如下表示减小的质量w:ti=mp/2=(Pp.Ji'Dp3)/6《1/2)此外，在这种情况下，由于假定相同类型的微粒彼此碰撞，所以将单个碰撞现象计算为两个碰撞。g卩，前体P的微粒之间的"碰撞数量"等于一个值，该值是通过以(1/2)乘从上述方程8获得的值而获得的。当考虑上述因素时，能根据下面的方程14获得第一碳黑形成速度dmsfpp/dt，该方程14与方程10对应。在方程14中，Asfppl代表前体P的碰撞微粒聚集的聚集概率；Asfpp2是如下面的方程15中所示那样定义的系数，并与上述系数A2对应。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage28</formula>在该反应模型中，假定Dp和Pp被假定为常数。因而，如能从方程15理解到的，上述系数Asfpp2是定值。此外，还假定上述聚集概率Asfppl是常数。此外，在该模型中，考虑到了除前体P之外的微粒的碰撞对第一碳黑形成速度的影响，因而，增加一个取决于缸内气体压力Pg的项"Pg咖"作为方程14右侧的因子(os/邵是常数)。艮卩，在该模型中，当用系数Asfpp(常数)代替系数Asfpp2与聚集概率Asfppl的乘积时，能根据下面的方程16获得第一碳黑形成速度dmsfpp/dt。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage29</formula>(16)如上所述，能从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得方程16中的气体混合物内的前体P浓度[P]mix、缸内气体压力Pg和气体混合物温度Tmix。因而，能根据方程16从喷射后时间t-0时开始以微小的时间间隔At获得第一碳黑形成速度dmsfpp/dt。如上所述，在该反应模型中，在考虑到前体P的微粒之间的碰撞数量和上述聚集概率Asfppl的情况下计算第一碳黑形成速度dmsfpp/dt，其中前体P的碰撞的微粒以聚集概率Asfppl聚集。换句话说，在考虑到由于前体P的微粒之间的碰撞而形成碳黑微粒的概率的情况下计算第一碳黑形成速度dmsfpp/dt。另外，基于气体混合物内的前体P浓度[P]mix和气体混合物温度Tmix计算"前体P的微粒之间的碰撞数量"。因为是聚合物的碳黑的每个分子的质量大于是单体的前体的每个分子的质量，即，前体P分子和碳黑分子之间的分子间引力大于前体P分子之间的分子间引力，所以上述"前体P的碰撞微粒和碳黑的碰撞微粒聚集的聚集概率Asfpsl"大于上述"前体P的碰撞微粒聚集的聚集概率Asfppl"。如上所述，由于能从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得第一碳黑形成速度dmsfpp/dt和第二碳黑形成速度dmsfps/dt，所以能根据上述方程5从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得碳黑形成速度dmsf/dt，碳黑形成速度dmsf/dt是上述方程1右侧的第三项。<<前体？浓度的获得〉>由于能从喷射后时间t=0时幵始以微小的时间间隔At获得上述方程1右侧的所有项，所以能根据上述方程1从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得前体P产生速度d[P]mix/dt。因而，能通过在每个微小时间间隔At中相对于时间积分(累计)前体P产生速度d[P]mix/dt来估计在任何喷射后时间t的气体混合物内的前体P浓度[P]mix。下面，将描述上述方程2右侧的项。作为方程2右侧的第一项的碳黑形成速度dmsf/dt与上述方程1右侧第三项的碳黑形成速度dmsf/dt相同，并且能根据上述方程5从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得。<<碳黑氧化速度的获得>>在该反应模型中，根据下面的方程17获得作为方程2右侧第二项的碳黑氧化速度dmso/dt，方程17是在日本机械工程师协会的学报(B巻)vol.48，No.432上的"直喷式柴油机的燃烧模型和性能预测"中披露的根据实验的公式。dmso/dt:Aso'[Soot]mix.mix-Pg^.exp(-Eso/(R-Tmix))(17)在方程17中，Aso和mo是常数，Eso代表激活能(常数)。mix代表气体混合物内的氧浓度(这适用于下面的说明)，并能从喷射后时间t-O时开始以微小的时间间隔At获得，如稍后所述。依靠上述过程，也能根据方程17从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得碳黑氧化速度dmso/dt。<<碳黑浓度的获得>>由于能从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得上述方程2右侧的所有项，所以能根据上述方程2从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得碳黑产生速度d[Soot]mix/dt。因而，能通过在每个微小时间间隔At中关于时间积分(累计)碳黑产生速度d[Soot]mix/dt来估计在任何喷射后时间t的气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix。此外，如果能以该方式估计在喷射后时间t的气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix，则能通过用气体混合物质量Mmix的值乘气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix的值，来获得在喷射后时间t的碳黑产生质量(在下文中称为"碳黑产生质量Sootnew")。如上所述，在本设备所用的反应模型中，基于前体P产生速度d[P]mix/dt(即，气体混合物内的前体P浓度[P]mix;前体的产生量)计算碳黑产生速度d[Soot]mix/dt，并且算出的碳黑产生速度d[Soot]mix/dt对时间积分，从而估计气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix(碳黑的产生量)。如上所述，从燃料产生碳黑的反应过程分成两个反应过程艮口，从燃料产生前体P的反应过程和从前体P产生碳黑的反应过程。因而，能获得下面的有利效果。在从燃料产生前体P时，前体P浓度[P]mix首先增大，随后，当前体P浓度[P]mix增大时，碳黑浓度[Soot]mix增大，因而，反应模型能精确模拟"碳黑产生(反应)中的延迟"，在实验上或在经验上已知这种情况将发生在从燃料产生碳黑的反应过程中。当根据上述方程1计算前体P产生速度d[P]mix/dt时，考虑到根据上述方程4获得的前体P分解速度dmpd/dt。该前体P分解速度dmpd/dt随着气体混合物温度Tmix增加，因而，气体混合物温度Tmix越高，前体P产生速度d[P]mix/dt(即，前体P浓度[P]mix)减小的程度越大。因而，反应模型能精确模拟"当气体混合物温度超过某一温度时碳黑产生速度随着气体混合物温度增加而减小的现象"，该现象是在实验上或经验上已知的。在上面已经描述了通过使用涉及前体产生的反应模型用于估计碳黑产生量(气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix)的方法。下面，将描述用于估计气体混合物温度Tmix、气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix、气体混合物内的氧浓度mix和缸内气体压力Pg的方法，它们是估计碳黑浓度[Soot]mk所必需的。首先，将描述用于获得在任意喷射后时间t的过量空气系数A的方法，该过量空气系数A是估计这些物理值所需的。<过量空气系数入的获得>如下面的方程18中所示的那样定义在任意喷射后时间t的过量空气系数入。在方程18中，stoich代表单位质量燃料的燃烧所需的缸内气体质量(在下文中称为"缸内气体化学计算空燃比stoich")。由于缸内气体化学计算空燃比stoich被认为根据包含在进气中的氧浓度而改变，所以缸内气体化学计算空燃比stoich能作为预定函数被获得，在该预定函数中，将上述进气氧浓度R02in用作自变量。此外，如上所述，G代表形成气体混合物的缸内气体的质量，Qfm代表指令燃料喷射量(质量)(看图3)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage32</formula>(18)基于例如下面的方程19和20，能作为喷射后时间t的函数获得如上述定义的过量空气系数入，方程19和20是在日本机械工程师协会的学报第820页25—156行(1959)，YutaroWAGURI、MasaruFUJII、TatsuoAMIYA禾口ReijiroTSUNEYA的"StudyonInjectedFuelTravelDistanceinDieselEngine"中介绍的经验公式。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage33</formula>(20)在方程20中，t代表上述喷射后时间，cU/^代表燃料稀释比，其是喷射后时间t的函数。此外，c代表收縮系数，d代表燃料喷射阀21的喷射口的直径，//代表(液态)燃料的密度，L代表理论稀释气体量，它们全部是常数。在方程20中，AP代表有效喷射压力，其是通过用上述最终燃料喷射压力Pcrfm减喷射开始时刻(即，喷射后时间t-0)的缸内气体压力PgO获得的值。在缸内气体的状态在进气门Vin关闭之后(即，缸内气体被限制的时间点；在下文中称为"IVC")的压缩冲程(和膨胀冲程)中绝热地改变的假设下，能根据下面的方程21获得缸内气体压力PgO。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage33</formula>(21)在方程21中，Pgivc是在IVC的缸内气体压力。如上所述，IVC在压縮下止点附近，因而认为缸内气体压力在IVC基本上等于进气管压力Pb。因此，能将进气管压力传感器73在IVC检测到的进气管压力Pb用作Pgivc。Vg(CAivc)代表在IVC与曲柄角CA相应的缸内容积，Vg(CAinj)代表在喷射后时间t=0时与曲柄角CA相应的缸内容积。由于基于发动机10的设计说明书，缸内容积Vg能作为曲柄角CA的函数Vg(CA)而被获得，所以也能获得Vg(CAivc)和Vg(CAinj)的值。K代表缸内气体的比热比(在本例子中为定值)。在方程(20)中，e代表图3B中所示的喷射角。由于喷射角e被认为根据上述有效喷射压力AP和喷射开始时刻(即，喷射后时间t=0)的缸内气体密度席o而改变，所以能基于表M叩e获得喷射角e，表Map6定义了缸内气体密度pgO和有效喷射压力AP与喷射角e之间的关系。能通过用上述喷射后时间t=0时的缸内容积Vg(CAinj)除缸内气体的总质量Mg获得缸内气体密度^0。能根据下面的方程22获得缸内气体的总质量Mg，方程22基于在IVC的气体的状态方程。在方程22中，Tgivc代表在IVC的缸内气体温度。由于IVC在压縮下止点附近，所以认为在IVC时缸内气体温度基本上等于进气温度Tb。因而，能将进气温度传感器72在IVC检测到的进气温度Tb用作Tgivc。R代表缸内气体的气体常数(在本例子中为定值)。他,c，阔(22)在方程20中，傅代表在喷射后时间t的缸内气体密度，且能通过用上述在喷射后时间t的缸内容积Vg(CA)除缸内气体的总质量Mg，作为喷射后时间t的函数而被获得。如从上述内容很明显的是，一旦以上述方式获得有效喷射压力AP和喷射角e，则根据方程20，通过利用喷射后时间t的值和缸内气体密度化的值，燃料稀释比"/^就作为喷射后时间t的函数而被获得，其中缸内气体密度/^是喷射后时间t的函数。从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At(例如，0.1毫秒)获得的燃料稀释比"/&的值根据方程19对时间积分，籍此能从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At获得喷射后时间t的过量空气系数入。由于根据方程20获得的燃料稀释比"/^总是呈正值，所以根据方程19获得的过量空气系数A随着喷射后时间t而增大。因而，如从方程18能理解到的，形成气体混合物的缸内气体的质量G随着喷射后时间t而增大。这与下面的事实一致，即当喷射出的燃料蒸汽成圆锥形地散开时，数量越来越大的缸内气体(即，形成气体混合物的缸内气体)与燃料蒸汽混合。<气体混合物温度Tmix的获得>下面将描述通过利用以上述方式获得的过量空气系数A的值用来获得在任意喷射后时间t的气体混合物温度Tmix的方法。一般而言，通过使用气体混合物温度Tmix，气体混合物的热能(焓)Hmix能由下面的方程23表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage35</formula>(23)在方程23中，Mrmx代表气体混合物的总质量(气体混合物质量)，Cmix代表气体混合物处于恒定压力下的比热。因而，通过从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At获得(更新)气体混合物的焓Hmix、气体混合物质量Mmix、气体混合物的等压比热Cmix，根据下面的方程24从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At可获得气体混合物温度Tmix。首先，将描述用于获得气体混合物质量Mmix的方法。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage35</formula>如上所述，质量Qfin的燃料蒸汽在某个喷射后时间t与质量G的形成气体混合物的缸内气体混合，从而形成具有质量(Qfm+G)的气体混合物。因而，在某个喷射后时间t，气体混合物质量Mmix是(Qfin+G)。由于根据上述方程18获得方程"G-stoiclv入'Qfin"，所以通过利用过量空气系数入，气体混合物质量Mmix能由下面的方程25表示。Mmix=(l+stoich-入)-Qfin(25)因而，通过将从喷射后时间t二O时开始以微小时间间隔At获得的过量空气系数入的值应用于方程25，能从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At获得气体混合物质量Mmix。<<气体混合物的等压比热Cmix>>下面将描述用于获得气体混合物的等压比热Cmix的方法。一般而言，认为气体混合物的等压比热Cmix极大地取决于气体混合物内的氧浓度mix和气体混合物温度Tmix。这里，能从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At获得气体混合物内的氧浓度mix，如稍后描述的。因而，如果能从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At获得气体混合物温度Tmix，则能根据下面的方程26以微小时间间隔At获得气体混合物的等压比热Cmix。Cmix=funcCmix(mix，Tmix)(26)在方程26中，funcCmix是用于获得气体混合物的等压比热Cmix的函数，其使用气体混合物的氧浓度mix和气体混合物温度Tmix作为自变量。注意，根据方程26以微小时间间隔At用来获得气体混合物的等压比热Cmix的mix和Tmix的自变量值不是当前时间点(即，喷射后时间t)的自变量值，而是在当前时间点之前、与当前时间点相隔微小时间间隔At的时间点的自变量值。<<气体混合物的焓Hmix>>下面将描述用于获得气体混合物的焓Hmix的方法。这里，对于已知在喷射后时间(t-At)的气体混合物的焓Hmix(t-At)的情况，将考虑在喷射后时间(t-At)和喷射后时间t之间的微小时间间隔At期间的气体混合物的焓增量△Hmix。气体混合物的焓增量AHmix由在微小时间间隔At期间与气体混合物新近混合的缸内气体的热能AHg和由于在微/j、时间间隔At期间发生在气体混合物内的化学反应而产生的反应热Hr所引起。首先，缸内气体的热能AHg能由下面的方程27表示。在方程27中，g代表在微小时间间隔At期间与气体混合物新近混合的缸内气体的质量。该质量g是通过从喷射后时间t的形成气体混合物的缸内气体的质量减去喷射后时间(t-At)的形成气体混合物的缸内气体的质量获得的值。因而，通过利用上述关系"G=StoiclvX'Qfm"，能根据下面的方程28获得质量g。在方程28中，入(t)和入(t-At)分别代表喷射后时间(t-At)和喷射后时间t的过量空气系数，并能根据上述方程19和20获得。△Hg=g.Cg'Tg(27)g=stoiclv(入(t)-入(t-At))'Qfin(28)在方程27中，Tg代表在喷射后时间t的缸内气体的温度，且能在缸内气体的状态在IVC之后绝热地改变的假设下，根据下面的方程29获得Tg。在方程29中，如上所述，Tgivc代表在IVC的缸内气体的温度，Vg(CAivc)代表在IVC与曲柄角CA相应的缸内容积。此外，Vg(CA)代表在当前时间点(即，在喷射后时间t)的缸内容积Vg(CA)。在方程27中，Cg代表在喷射后时间t的缸内气体的等压比热，并能根据下面的方程30获得，方程30与用于获得气体混合物的等压比热Cmix的方程26相似。在方程30中，funcCg是用于获得缸内气体的<formula>formulaseeoriginaldocumentpage37</formula>等压比热Cg的函数，其用进气内的氧浓度in和缸内气体温度Tg作为自变量。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage38</formula>(30)注意，将通过进气氧浓度传感器77检测到的进气氧浓度R02in用作in的自变量值以便根据方程30以微小时间间隔At获得缸内气体的等压比热Cg。此外，缸内气体温度Tg的自变量值是当前时间点(即，喷射后时间t)的缸内气体温度。由于能通过上述过程获得方程27右侧的所有项，所以能根据方程27获得缸内气体的热能AHg。下面，在微小时间间隔At期间作为发生在气体混合物内的化学反应的结果而产生的反应热Hr可以由下面的方程31表示。在方程31中，Hf是预先确定的常数；qr代表在微小时间间隔At期间作为发生在气体混合物内的化学反应的结果而消耗的燃料量。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage38</formula>(31)影响燃料消耗量qr的化学反应不仅包括前体P的形成、点火反应(热焰反应)和低温氧化反应(冷焰反应)，而且包括其他各种化学反应。由于可以认为燃料消耗量qr极大地取决于气体混合物内的氧浓度mix、气体混合物内的燃料浓度[Fud]mix和气体混合物温度Tmk，所以燃料消耗量qr能由下面的方程32表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage38</formula>(32)在方程32中，funcqr是用于获得燃料消耗量qr的函数，其用气体混合物内的氧浓度mix、气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix和气体混合物温度Tmix作为自变量。注意，如同气体混合物内的氧浓度mix，气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix也能从喷射后时间t二0时开始以微小的时间间隔At获得，如稍后所述。根据方程32以微小时间间隔At用来获得燃料消耗量qr的mix和[Fuel]mix的自变量值不是当前时间点(即，喷射后时间t)的自变量值，而是在当前时间点之前、与当前时间点相隔微小时间间隔△t的时间点的自变量值。此外，化学反应发生之前的气体混合物温度Tpre用作方程32的气体混合物温度Tmbc的自变量。化学反应发生之前的气体混合物温度Tpre是在从喷射后时间(t-At)开始的微小时间间隔At期间、在根据方程28算出的质量g的缸内气体与气体混合物新近混合之后但在化学反应发生之前的时期中的气体混合物温度，且能根据下面的方程33算出。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage39</formula>在方程33中，Mmix(t-At)和Cmix(t-△t)分别代表在喷射后时间(t-At)的气体混合物的质量和等压比热，并能分别根据上述方程25和方程26算出。在喷射后时间(t-At)的焓Hmix(t-At)是己知的。因而，能获得化学反应发生之前的气体混合物温度Tpre。因此，能获得方程32右侧的全部自变量，从而能根据方程32和31获得由于化学反应而产生的反应热Hr。依靠上述过程，对于已知在喷射后时间(t-At)的气体混合物的焓Hmix(t-At)的情况，能获得喷射后时间(t-At)和喷射后时间t之间的时期At期间的气体混合物的焓增量△Hmix(=△Hg+Hr)，籍此能获得在喷射后时间t的气体混合物的焓Hmix(t)(=Hmix(t-At)+△Hmix)。此外，当喷射后时间t=0时，气体混合物处于与缸内气体混合之前的状态中(即，气体混合物仅仅由燃料蒸汽组成)(看图3A)。因而，能通过下面的方程34获得那时的焓Hmix(O)。在方程34中，Cf代表燃料(蒸汽)的等压比热(其在本例子中是常数)。Hmix(0)=Qfin.Cf.Tf(34)此外，Tf代表燃料蒸汽本身的温度，并且能在考虑到液态燃料在喷射后立即变成燃料蒸汽时每单位质量的潜热Qvapor的情况下，根据下面的方程35获得Tf。在方程35中，Tcr代表在喷射后时间t二O时由燃料温度传感器76检测到的液态燃料的温度，^r是用来考虑燃料通过燃料管路23产生的热损失的修正系数，所述燃料管路23从燃料喷射泵22的排出口附近延伸到燃料喷射阀21。Crcr-(35)因而，也能获得喷射后时间t=0时气体混合物的焓Hmix(O)。通过上述过程，能从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔△t获得气体混合物的焓Hmix。由于从喷射后时间t=0时幵始以微小的时间间隔At获得气体混合物的焓Hmix、气体混合物的质量Mmix和气体混合物的等压比热Cmix，所以能根据方程24从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔△t获得气体混合物温度Tmk。〈气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix的获得〉下面将描述用于获得气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix的方法。在喷射后时间t的气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix是"在喷射后时间t存在于气体混合物内的燃料质量"与根据上述方程25获得的在喷射后时间t的气体混合物质量Mmix的比。"在喷射后时间t存在于气体混合物内的燃料质量"是通过从喷射后时间t=0时喷射的燃料量(指令燃料喷射量Qfin)减去在喷射和当前时间点(喷射后时间t)之间的时期中由化学反应消耗的燃料量而获得的值。因而，在喷射后时间t的气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix可以由下面的方程36表示。在方程36中，"Z『"代表根据上述方程32从喷射到当前时间点(喷射后时间t)以微小时间间隔At获得和更新的燃料消耗量qr的值的和。以该方式，通过从喷射后时间t=0时开始以微小的时间间隔At获得燃料消耗量qr和气体混合物质量Mmix，能根据方程36从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At获得气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix。〈气体混合物内的氧浓度mix的获得>下面将描述用于获得气体混合物内的氧浓度mix的方法。在喷射后时间t的气体混合物内的氧浓度mix是"在喷射后时间t存在于气体混合物内的氧的质量"与喷射后时间t的气体混合物质量Mmix的比。"在喷射后时间t存在于气体混合物内的缸内气体的质量"是通过从喷射后时间t的形成气体混合物的缸内气体的质量G减去在喷射和当前时间点(喷射后时间t)之间的时期中由化学反应消耗的缸内气体量而获得的值。由于在微小时间间隔At中与燃料(燃料消耗量qr)反应而在微小时间间隔At中消耗的缸内气体量gr能由下面的方程37表示。因而，"在喷射后时间t存在于气体混合物内的缸内气体的质量"能由"G-Egr"表示。这里，"Sgr"代表根据上述方程37从喷射到当前时间点(喷射后时间t)以微小的时间间隔At获得和更新的缸内气体消耗量gr的值的和。通过用缸内气体内的氧浓度(因而，进气内的上述氧浓度in)乘"在喷射后时间t存在于气体混合物内的缸内气体的质量"，可获得"在喷射后时间t存在于气体混合物内的氧的质量"。因而，在喷射后时间t的气体混合物内的氧浓度mix能由下面的方程38表示。,匿,^病"。8)以这种方式，通过从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At获得形成气体混合物的缸内气体的质量G、缸内气体消耗量gr和气体混合物质量Mmbc，能根据方程38从喷射后时间t=0时开始以微小时间间隔At获得气体混合物内的氧浓度mix。<缸内气体压力Pg的获得〉下面将描述用于获得缸内气体压力Pg的方法。在假设缸内气体的状态在IVC之后绝热地改变的情况下，根据下面的方程39可获得缸内气体压力Pg。在方程39中，如上所述，Pgivc代表在IVC的缸内气体压力，Vg(CAivc)代表在IVC与曲柄角CA相应的缸内容积。此外，Vg(CA)代表在当前时间点(即，在喷射后时间t)的缸内容积Vg(CA)。在上面，已经描述了用于估计过量空气系数入、气体混合物温度Tmix、气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix、气体混合物内的氧浓度mix和缸内气体压力Pg的方法，它们是用来估计碳黑浓度[Soot]mix所必需的。Pg,c.M^￡l(39)燃料喷射控制的概述在确定缸内气体量的ivc之后，本设备立即使用上述模型开始与估计气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix相关的计算，并在燃料喷射开始时刻CAinj到来之前完成上述碳黑产生质量Sootnew的估计。随后，本设备获得目标碳黑产生质量Sootter，并且在估计的碳黑产生质量Sootnew充分地大于目标碳黑产生质量Sootter时，对燃料喷射压力进行反馈控制以便减小碳黑产生质量Sootnew。具体地说，当从碳黑产生质量Sootnew减去目标碳黑产生质量Sootter获得的值大于预定值时，本设备将燃料喷射开始压力从基准燃料喷射压力Pcrbase增加一个预定量。这样，沿减小的方向控制碳黑产生质量Sootnew。上面是燃料喷射控制的概述。实际操作下面将描述具有上述构造的碳黑产生量估计设备的实际操作。<气体混合物温度等等和排放量的计算>CPU61以预定间隔重复执行图6到10的流程图所示的程序，所述程序适合于计算气体混合物温度等等和碳黑产生量。因而，当达到预定时刻时，CPU61从步骤600开始处理，然后进入步骤605以便确定进气门Vin是否关闭(即，IVC是否到来)。当CPU61在步骤605中作出"否"的判定时，它直接进入步骤695并结束本程序的当前执行。这里，假定IVC在某个气缸中已经到来。在这种情况下，CPU61在步骤605中作出"是"的判定，并进入步骤610。随后，CPU61进入步骤615以便基于IVC缸内气体压力Pgivc和IVC缸内气体温度Tgivc，根据上述方程22获得内部气体的总质量Mg。接着，CPU61进入步骤620，并根据从加速器开度传感器75获得的当前时间点的加速器开度Accp、从曲柄位置传感器74获得的当前时间点的发动机速度NE和图11中所示的表(图)MapQfin获得指令燃料喷射量Qfin(实际上，燃料喷射时期TAU)。表MapQfm定义了加速器开度Accp和发动机速度NE与指令燃料喷射量Qfin之间的关系；且被存储在ROM62中。随后，CPU61进入步骤625以便根据指令燃料喷射量Qfin和发动机转速NE以及图12中所示的表MapCAinj确定燃料喷射开始时刻(曲柄角)CAiiij。表MapCAinj定义了指令燃料喷射量Qfm和发动机速度NE与燃料喷射开始时刻CAinj之间的关系；且被存储在ROM62中。随后，CPU61进入步骤630以便根据指令燃料喷射量Qfm和发动机速度NE以及图13中所示的表MapPcrbase确定基准燃料喷射压力Pcrbase。表MapPcrbase定义了指令燃料喷射量Qfm和发动机速度NE与基准燃料喷射压力Pcrbase之间的关系；且被存储在ROM62中。接着，CPU61进入步骤635以便基于从燃料温度传感器76获得的当前时间点的燃料温度Tcr和上述方程35获得燃料蒸汽温度Tf。随后，CPU61进入步骤640以便基于上述进气氧浓度in和函数funcstoich获得缸内气体化学计算空燃比stoich,函数funcstoich用于获得缸内气体化学计算空燃比stoich，同时用in作为自变量。接着，CPU61进入步骤645以便基于当前时间点的发动机速度NE、微小时间At和函数funcACA获得与微小时间At(例如，0.1毫秒)相应的微小曲柄角ACA，函数funcACA用于获得微小曲柄角△CA,同时用NE和At作为自变量。该微小曲柄角ACA是在发动机速度NE呈现为当前时间点的一个值的情况下(即，紧接在IVC之后)与微小时间At相应的曲柄角。随后，CPU61进入步骤650，通过用燃料喷射开始时缸内容积Vg(CAiiij)除在上述步骤615中获得的缸内气体总质量Mg，获得燃料喷射开始时缸内气体密度pgO，其中根据在上述步骤625中获得的燃料喷射开始时刻CAinj获得燃料喷射开始时缸内容积Vg(CAinj)。随后，CPU61进入步骤655，基于在上述步骤610中获得的IVC缸内气体压力Pgivc、上述IVC缸内容积Vg(CAivc)、上述燃料喷射开始时缸内容积Vg(CAinj)和上述方程21获得燃料喷射开始时缸内气体压力Pg0。接着，CPU61进入步骤660，通过从在上述步骤630中获得的基准燃料喷射压力Pcrbase减去上述燃料喷射开始时缸内气体压力Pg0获得有效喷射压力AP。在紧随其后的步骤665中，CPU61基于有效喷射压力AP、缸内气体密度傻0和表Map8获得喷射角9(看图3)。接着，CPU61进入图7的步骤705以便将过量空气系数在先值入b设定成O(初始值)，进入步骤710以便将形成气体混合物的缸内气体质量G的值设定成0(初始值)，然后进入步骤715以便将燃料消耗累积值sumqr和缸内气体消耗累积值sumgr设定成O(初始值)。随后，CPU61进入步骤720以便根据与上述方程34相应的方程将气体混合物焓Hmix设定成初始值(即，在上述步骤620中获得的指令燃料喷射量Qfm、燃料的等压比热Cf和在上述步骤635中获得的燃料蒸汽温度Tf的乘积)。接着，CPU61进入步骤725以便将气体混合物的等压比热Cmix设定成燃料等压比热Cf(初始值)，然后进入步骤730以便将气体混合物质量Mmk设定成指令燃料喷射量Qfin(初始值)。接着，CPU61进入步骤735以便将气体混合物内的前体P浓度[P]mix、气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix、氧浓度mix设定成0(初始值)，并将气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix设定成1(初始值)。随后，CPU61进入步骤740以便将喷射后时间t设定成0(初始值)和将曲柄角CA设定成燃料喷射开始时刻CAinj(初始值)。由此，从燃料喷射开始时刻CAinj开始对喷射后时间t进行计数。以这种方式，确定各种初始值。接着，CPU61进入图8的程序，并开始用于计算气体混合物温度Tmix的处理。具体地说，CPU61首先进入步骤805以便以微小时间△t增加(更新)喷射后时间t的值(在当前时间点为"0")，并以微小曲柄角ACA增加(更新)曲柄角CA的值(在当前时间点为"CAinj")。以这种方式，将曲柄角CA的值改变成与喷射后时间t相应。通过该更新，喷射后时间t变得等于At，曲柄角CA变得等于CAinj+ACA。随后，CPU61进入步骤810，通过用与在上述步骤805中更新的曲柄角CA相应的缸内容积Vg(CA)除在上述步骤615中获得的缸内气体总质量Mg，获得喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的缸内气体密度塔。接着，CPU61进入步骤815，基于在上述步骤610中获得的IVC缸内气体压力Pgivc、上述IVC缸内容积Vg(CAivc)、与曲柄角CA相应的上述缸内容积Vg(CA)和上述方程39，获得喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的缸内气体压力Pg。接着，CPU61进入步骤820，基于在上述步骤610中获得的IVC缸内气体温度Tgivc、上述IVC缸内容积Vg(CAivc)、与曲柄角CA相应的上述缸内容积Vg(CA)和上述方程29，获得喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的缸内气体温度Tg。接着，CPU61进入步骤825，基于在上述步骤610中获得的进气氧浓度in、在步骤820中获得的缸内气体温度Tg、函数funcCg和上述方程30获得喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的缸内气体的等压比热Cg，函数flmcCg用于获得缸内气体的等压比热Cg，同时用in和Tg作为自变量。随后，CPU61进入步骤830，基于在上述步骤810中获得的缸内气体密度店、在上述步骤665中获得的喷射角e、在上述步骤660中获得的有效喷射压力AP、在上述步骤805中更新的喷射后时间t和上述方程20，获得燃料稀释比a/力。接着，CPU61进入步骤835，根据上述方程19将气体混合物的过量空气系数A更新成一个值，该值如下获得将用微小时间At乘燃料稀释比"/A所获得的值(W/^'At)与那时的过量空气系数在先值入b(由于步骤705的处理，在当前时间点为"0")相加。这样，获得在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的气体混合物的过量空气系数入。接着，CPU61进入步骤840，基于在上述步骤640中获得的缸内气体化学计算空燃比st0ich、在步骤835中获得的过量空气系数A、过量空气系数在先值入b(由于步骤705的处理，在当前时间点为"0";从下一次开始，为在稍后描述的步骤885中设定的值)、在步骤620中设定的指令燃料喷射量Qfm和与上述方程28相应的方程，获得在微小时间At中(在喷射后时间(t-At)和喷射后时间t之间的时期中)与气体混合物新近混合的缸内气体的质量g。随后，CPU61进入步骤845，将形成气体混合物的缸内气体质量G更新成一个值，该值如下获得将上述新近混合的缸内气体的质量g与那时的G的值(由于步骤710的处理，在当前时间点为"0")相加。通过该更新，获得在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的形成气体混合物的缸内气体质量G。接着，CPU61进入步骤850，将气体混合物质量Mmix更新成一个值，该值如下获得将上述新近混合的缸内气体的质量g与那时的Mmix的值(由于步骤730的处理，在当前时间点为指令燃料喷射量Qfin)相加。通过该更新，获得在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的气体混合物质量Mmix。随后，CPU61进入步骤855，将化学反应发生之前的气体混合物的焓Hpre设定成一个值，该值如下获得将根据上述方程27获得的"上述新近混合的缸内气体的热能AHg，《gTg"与那时的气体混合物焓Hmix(由于步骤720的处理，在当前时间点为(QfiivCfTf))相加。接着，CPU61进入步骤860，通过用一个值除化学反应发生之前气体混合物的焓Hpre，根据与上述方程33相应的方程获得化学反应发生之前的气体混合物的温度Tpre，其中该值如下获得用那时的气体混合物的等压比热Cmix(由于步骤725的处理，在当前时间点为燃料的等压比热Cf;从下一次开始，为在稍后描述的步骤925中设定的值)乘在上述步骤850中获得的气体混合物质量Mmix。接着，CPU61进入步骤865，基于那时在气体混合物内的氧浓度mix(由于步骤735的处理，在当前时间点为"0";从下一次开始，为在稍后描述的步骤920中设定的值)、燃料浓度[Fuel]mix(由于步骤735的处理，在当前时间点为"1";从下一次开始，为在稍后描述的步骤915中设定的值)、在化学反应之前的上述气体混合物温度Tpre和上述方程32，获得源自在微小时间At中(在喷射后时间(t-At)和喷射后时间t之间的时期中)发生在气体混合物内的化学反应的燃料消耗量qi、随后，CPU61进入步骤870以便基于这样获得的燃料消耗量qr和上述方程31，获得源自在微小时间/U中(在喷射后时间(t-At)和喷射后时间t之间的时期中)发生在气体混合物内的化学反应的反应热Hr，然后进入步骤875以便将气体混合物的焓Hmix设定(更新)成一个值，该值如下获得将这样获得的反应热Hr加上在化学反应之前气体混合物的上述焓Hpre。结果，获得在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的气体混合物的焓Hmix。然后，CPU61进入步骤880，基于在上述步骤875中获得的气体混合物的焓Hmix、在上述步骤S50中获得的气体混合物质量Mmix、那时的气体混合物的等压比热Cmix(由于步骤725的处理，在当前时间点为燃料的等压比热Cf;从下一次开始，为在稍后描述的步骤925中设定的值)和上述方程24，获得气体混合物温度Tmix。结果，获得在喷射后时间t-At(因而，曲柄角CA-CAinj+ACA)时的气体混合物温度Tmix。接着，CPU61进入步骤8S5以便将过量空气系数在先值Ab设定成在上述步骤835中获得的过量空气系数入的值。在该时间点之后，在上述步骤835中使用该值。以这种方式，计算在喷射后时间t的气体混合物温度Tmix。接着，CPU61进入图9的程序以便开始用于计算各种浓度的处理。具体地说，CPU61首先进入步骤905，基于在上述步骤865中获得的源自在微小时间At中(在喷射后时间(t-At)和喷射后时间t之间的时期中)发生在气体混合物内的化学反应的燃料消耗量qr、在步骤640中获得的缸内气体化学计算空燃比stoich和上述方程37，获得源自在微小时间At中(在喷射后时间(t-At)和喷射后时间t之间的时期中)发生在气体混合物内的化学反应的缸内气体消耗量gr。随后，CPU61进入步骤910以便将燃料消耗累积值sumqr设定成通过在步骤865中获得的燃料消耗量qr加上那时的sumqr值(由于步骤715的处理，在当前时间点为"0")而获得的值，并将缸内气体消耗累积值sumgr设定成通过在步骤905中获得的缸内气体消耗量gr加上那时的sumgr值(由于步骤715的处理，在当前时间点为"0")而获得的值。通过该处理，获得在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的燃料消耗累积值sumqr和缸内气体消耗累积值sumgr。接着，CPU61进入步骤915，基于在步骤620中获得的指令燃料喷射量Qfin、在之前的步骤中获得的燃料消耗累积值sumqr、在步骤S50中获得的气体混合物质量Mmbc和上述方程36，获得在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的气体混合物内的燃料浓度[Fuel]mix。接着，CPU61进入步骤920，基于在步骤845中获得的形成气体混合物的缸内气体质量G、在之前的步骤中获得的缸内气体消耗累积值sumgr、在步骤610中设定的进气氧浓度mix、在步骤850中获得的气体混合物质量Mmix和上述方程38，获得在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的气体混合物内的氧浓度mix。随后，CPU61进入步骤925，基于在上述步骤920中获得的气体混合物内的氧浓度mix、在步骤880中获得的气体混合物温度Tmix和上述方程26，获得在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的气体混合物的等压比热Cmix。在该时间点之后，在步骤860和880中使用该值。接着，CPU61进入步骤930，基于在上述步骤915中获得的气体混合物内的燃料浓度[Fud]mix、在上述步骤815中获得的缸内气体压力Pg、在上述步骤880中获得的气体混合物温度Tmix和上述方程3，获得前体P形成速度dmpf/dt。注意，步骤930与前体形成速度计算装置相应。随后，CPU61进入步骤935，基于在稍后描述的步骤965中更新的气体混合物内的前体P浓度[P]mix、上述缸内气体压力Pg、上述气体混合物温度Tmix和上述方程4，获得前体P分解速度dmpd/dt。注意，步骤935与前体分解速度计算装置相应。接着，CPU61进入步骤940以便基于上述气体混合物内的前体P浓度[P]mix、上述缸内气体压力Pg、上述气体混合物温度Tmix和上述方程16，获得上述第一碳黑形成速度dmsfpp/dt，然后进入步骤945以便基于上述气体混合物内的前体P浓度[P]mix、在稍后描述的步骤975中更新的气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mk、上述缸内气体压力Pg、上述气体混合物温度Tmix和上述方程13，获得上述第二碳黑形成速度dmsfps/dt。注意，步骤940与第一碳黑形成速度计算装置相应，步骤945与第二碳黑形成速度计算装置相应。接着，CPU61进入步骤950，基于上述第一碳黑形成速度dmsfpp/dt、上述第二碳黑形成速度dmsfps/dt和上述方程5，获得碳黑形成速度dmsf/dt。注意，步骤950与碳黑形成速度计算装置相应。随后，CPU61进入步骤955，基于上述气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix、上述气体混合物内的氧浓度mix、上述缸内气体压力Pg、上述气体混合物温度Tmix和上述方程17，获得碳黑氧化速度dmso/dt。注意，步骤955与碳黑氧化速度计算装置相应。接着，CPU61进入步骤960,基于在上述步骤930中获得的前体P形成速度dmpf/dt、在上述步骤935中获得的前体P分解速度dmpd/dt、在上述步骤950中获得的碳黑形成速度dmsf/dt和上述方程1，获得前体P产生速度d[P]mix/dt。注意，步骤960与前体产生速度计算装置相应。随后，CPU61进入步骤965，将气体混合物内的前体P浓度[P]mix设定(更新)成一个值，该值如下获得用微小时间At乘以前体P产生速度d[P]mix/dt而获得的值(d[P]mix/dt'△t)加上那时的[P]mix值(由于步骤735的处理，在当前时间点为"0")。结果，获得在喷射后时间t=At(因而，曲柄角CA=CAin」'+ACA)时气体混合物内的前体P浓度[P]mix。接着，CPU61进入步骤970以便基于在之前的步骤中获得的碳黑形成速度dmsf/dt、在之前的步骤中获得的碳黑氧化速度dmso/dt和上述方程2获得碳黑产生速度d[Soot]mix/dt，然后进入步骤975以便将气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix设定(更新)成一个值，该值如下获得用微小时间At乘以碳黑产生速度d[Soot]mix/dt而获得的值(d[Soot]mix/dt'厶t)加上那时的[Soot]mix值(由于步骤735的处理，在当前时间点为"0")。结果，获得在喷射后时间t-At(因而，曲柄角CA=CAinj+ACA)时气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix。注意，步骤970与碳黑产生速度计算装置相应，步骤975与碳黑产生量估计装置相应。随后，CPU61进入图10的步骤1005以便确定曲柄角CA是否处于压缩上止点(在下文中称为"TDC")之后和在步骤880中获得的在喷射后时间t(因而，在曲柄角CA)的气体混合物温度Tmix是否低于碳黑形成反应极限温度Tmin，或曲柄角CA是否与TDC之后的预定最终确定曲柄角CAend—致。在当前时间点，如上所述，曲柄角CA是通过将微小曲柄角ACA加上燃料喷射开始时曲柄角CAinj(因而，在TDC之前)而获得的值，因而，仍没有达到上述最终确定曲柄角CAend。因而，在当前时间点，CPU61在步骤1005中作出"否"的判定，并返回到图8的步骤805。在步骤805中，CPU61以微小时间At增加(更新)喷射后时间t(在当前时间点为"l'At")，并以微小曲柄角ACA增力n(更新)曲柄角CA(在当前时间点为"CAinj+ACA")。之后，CPU61再次执行图8的步骤810到图10的步骤1005的处理。通过该处理，计算在喷射后时间t=2'厶t(曲柄角CA=CAinj+2.厶CA)时的气体混合物的过量空气系数A(看步骤835)、气体混合物温度Tmix(看步骤880)和各种浓度([Fuel]mix，mix，[P]mix，[Soot]mix(看步骤915、920、965和975))。每次在图10的步骤1005中作出"否"的判定时，都重复执行图8的步骤810到图10的步骤1005的处理。结果，只要在图10的步骤1005中作出"否"的判定，就以微小时间间隔At(即，从CAinj开始以微小曲柄角间隔ACA)更新气体混合物的过量空气系数A、气体混合物温度Tmix和各种浓度([Fuel]mix，mix，[P]mix，[Soot]mix)。当气体混合物温度Tmix由于例如在TDC之后膨胀冲程中缸内容积的增加而降低并变得低于碳黑形成反应极限温度Tmin时，或当曲柄角CA到达上述最终确定曲柄角CAend日寸，CPU61在它进入图10的步骤1005时作出"是"的判定。在这种情况下，CPU61进入步骤1010和随后的步骤。在步骤1010中，通过用由上述步骤850的处理更新的气体混合物质量Mmix的当前值乘由上述步骤975的处理更新的碳黑浓度[Soot]mix的当前值，CPU61获得碳黑产生质量Sootnew。接着，CPU61进入步骤1015，将碳黑总质量Soot设定成一个值，该值如下获得用预定余值SootO加上在之前的步骤中获得的碳黑产生质量Sootnew。余值SootO与在燃料喷射开始时就已经包含在缸内气体中(具体地说，包含在EGR气体中)的碳黑质量相应。接着，CPU61进入步骤1020，基于当前时间点(即，紧接在IVC之后的时间点)的发动机速度NE、在上述步骤620中确定的指令燃料喷射量Qfin和表MapSootter，获得目标碳黑产生质量Sootter。接着，CPU61进入步骤1025，将碳黑产生量偏差Asoot设定成一个值，该值如下获得从在步骤1015中获得的碳黑总质量Soot减去目标碳黑产生质量Sootter。随后，CPU61进入步骤1030以便确定这样获得的碳黑产生量偏差Asoot是否大于参考值Sootref。当CPU61作出"是"的判定时，它进入步骤1035以便将最终燃料喷射压力Pcrfm设定成一个值，该值如下获得用预定值APcr加上在上述步骤630中确定的基准燃料喷射压力Pcrbase。结果，燃料喷射压力得到修正以减小碳黑产生质量Sootnew。同时，当CPU61在步骤1030中作出"否"的判定时，它进入步骤1040以便将最终燃料喷射压力Pcrfm设定成与基准燃料喷射压力Pcrbase相等的值。在这种情况下，不修正燃料喷射压力。然后，CPU61进入步骤1045，并发出指令以控制燃料喷射泵22(其驱动电路)，使得燃料喷射压力变成设定的最终燃料喷射压力Pcrfm。之后，CPU61进入步骤695以便结束图6到10的本程序的当前执行。之后，每逢进入步骤605，CPU61就作出"否"的判定，直到下一个IVC到来为止。结果，通过执行本程序，每次IVC到来时，就确定燃料喷射条件(喷射量，喷射压力，喷射正时)，立即估计碳黑产生质量Sootnew(因而，碳黑总质量Soot)，并基于估计结果修正喷射压力。此外，CPU61以预定间隔重复执行图14的流程图所示的程序，该程序适合于对每个缸进行燃料喷射控制。因而，当到达预定时刻时，CPU61从步骤1400开始处理，然后进入步骤1405以便确定实际曲柄角CAact是否与在上述步骤625中确定的燃料喷射开始时刻CAinj—致。当CPU61作出"否"的判定时，它直接进入步骤1495并结束本程序的当前执行。这里，假定实际曲柄角CAact已经到达燃料喷射开始时刻CAinj。在这种情况下，CPU61进入步骤1410，向相应的燃料喷射阀21发出指令以便喷射在步骤620中确定的指令燃料喷射量Qfin的燃料(具体地说，为燃料喷射时期TAU用来将阀打开的指令)。之后，CPU61进入步骤1495以便结束本程序的当前执行。结果，在上述步骤1035或1040中设定的最终燃料喷射压力Pcrfm下喷射指令燃料喷射量Qfm的燃料。如上所述，根据本发明的碳黑产生量估计设备的实施例，在考虑到从燃料形成前体P的反应、形成的前体P热分解的反应和从所形成的前体P形成碳黑的反应的情况下，获得前体P产生速度d[P]mix/dt(因而，气体混合物内的前体P浓度[P]mix);并且在考虑到从前体P形成碳黑的反应和所形成的碳黑被氧化的反应的情况下，估计碳黑产生速度d[Soot]mbc/dt(因而，气体混合物内的碳黑浓度[Soot]mix(碳黑产生量))，其中从前体P形成碳黑的反应取决于气体混合物内的前体P浓度[P]mix。在该实施例所用的反应模型中，从燃料产生碳黑的反应过程分成两个过程，即，从燃料产生前体P的反应过程和从前体P产生碳黑的反应过程。因而，该反应模型能精确模拟"碳黑产生(反应)的延迟"和"当气体混合物温度超过某一温度时碳黑产生速度随着气体混合物温度增加而减小的现象"，这在实验上或经验上已知与从燃料产生碳黑的反应过程有关。结果，能精确估计碳黑产生量。本发明不局限于上述实施例，并且在本发明的范围内可以进行各种修改。例如，在上述实施例中，如在图5中所示的反应模型中那样，为了计算前体P产生速度d[P]mk/dt(看图9的步骤960)，通过使用上述方程3和方程4单独计算前体P形成速度dmpf/dt和前体P分解速度dmpd/dt(看图9的步骤930和935)，方程3和方程4都是Arrhenius方程。然而，可以将本发明的碳黑产生量估计设备构造成通过使用图15中所示的反应模型来计算前体P产生速度d[P]mix/dt。具体地说，在该变型中，通过使用下面的方程40计算前体P净形成速度dmpfd/dt，前体P净形成速度dmpfd/dt是从前体P形成速度dmpf/dt减去前体P分解速度dmpd/dt所获得的值，方程40是高斯方程；并且通过从前体P净形成速度dmpfd/dt减去用上述方程5(方程16+方程13)算出的碳黑形成速度dmsf/dt来计算前体P产生速度d[P]mix/dt。在这种情况下，在图9的程序中，提供通过使用下面的方程40用来计算前体P净形成速度dmpfd/dt的步骤来代替步骤930和935，并且用"d[P]mix/dt—dmfd/dt-dmsf/dt"代替步骤960的处理。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage56</formula>在方程40中，Apfd、w/d、Tl(峰值温度)和(jl(标准偏差)是常数。[Fuel]mix代表气体混合物内的燃料浓度；Pg代表缸内气体压力；Tmix代表气体混合物温度。根据方程40，前体P净形成速度dmpfd/dt被计算成当气体混合物温度Tmix与值Tl一致时呈最大值(峰值)，并且随着气体混合物温度Tmix离开值Tl从最大值减小。方程40与前体净形成速度计算装置相应。当用方程40计算前体P净形成速度dmpfd/dt时，模拟上述"当气体混合物温度超过某一温度(上述值T1)时碳黑产生速度随着气体混合物温度增加而减小的现象"变得可能。因而，能在不极大地降低前体P产生速度d[P]mix/dt的计算精度的情况下，减小CPU61的计算工作量。在上述实施例中，如在图5中所示的反应模型中那样，总是使用在从燃料产生碳黑的反应过程中产生碳黑的前体P的反应模型。然而，本发明的碳黑产生量估计设备可以总是使用图16中所示的从燃料直接产生碳黑的反应模型。在图16所示的反应模型中，如上述实施例中那样，通过使用上述方程17来计算碳黑氧化速度dmso/dt。同时，通过对用下面的方程41算出的值执行预定的滞后处理(例如，一阶滞后处理)获得从燃料形成碳黑的速度(即，碳黑形成速度dmsf/dt)，方程41是高斯方程。d腊//&=[Fwe/]m"a21Wexp-(J)m';c-r2)2(41)在方程41中，A2、a21、a22、T2(峰值温度)和ct2(标准偏差)是常数。[Fuel]mix代表气体混合物内的燃料浓度；Pg代表缸内气体压力；Tmix代表气体混合物温度。根据方程41，碳黑形成速度dmsf/dt被计算成当气体混合物温度Tmix与值T2—致时呈最大值(峰值)，并且随着气体混合物温度Tmix离开值T2从最大值减小。依靠该计算，通过执行上述滞后处理模拟上述"碳黑产生(反应)的延迟"变得可能，并且模拟上述"当气体混合物温度超过某一温度(上述值T2)时碳黑产生速度随着气体混合物温度增加而减小的现象"。因而，在这种情况下，也能精确估计碳黑产生量。注意，在这种情况下，在图9的程序中，省略了步骤930到965(除了步骤955之外)，并提供用方程41计算碳黑形成速度dmsf/dt的步骤来代替步骤950。图17是表示气体混合物温度Tmix和气体混合物的当量比(J)(=1/过量空气系数A)之间的关系以及碳黑的产生的图表。图17中所示的阴影区域与产生碳黑的区域相应。在日本燃料协会的学报Vol46，No.136(2004)白勺KazuhisaINAGAKI、KazuhiroAKIHAMA等人的"AnalysisofMechanismofDieselEngineNo-smoke，Low-noiseCombustionMethodbyUseofNumericalSimulation"中详细地描述了图17的图表。如能从图n理解到的，当气体混合物的当量比ct低于预定值(例如，"2")时，不能产生碳黑。换句话说，当气体混合物的当量比4)低于预定值时，不需要执行与估计碳黑产生量相关的计算。鉴于上述内容，可以修改上述实施例以使得仅仅在气体混合物的当量比ci)等于或大于预定值(例如，"2")时执行用于估计碳黑产生量的计算。在上述实施例中，与气体混合物的当量比4)无关地执行用于估计碳黑产生量的计算。在这种情况下，能在不降低碳黑产生量的估计精度的情况下减小CPU61的计算工作量。此外，如能从图17理解到的，可以将本发明的碳黑产生量估计设备构造成仅仅"在气体混合物的当量比4)和气体混合物温度Tmix之间的关系落入一预定范围内时"执行用于估计碳黑产生量的计算，所述预定范围与图17的阴影区域相应。依靠该构造，不仅在气体混合物的当量比*小于上述预定值时，而且在气体混合物的当量比4>等于或大于上述预定值但不形成碳黑时，也能省略用于估计碳黑产生量的计算。结果，能在不降低碳黑产生量估计精度的情况下进一步减小CPU61的计算工作量。在上述实施例中，如在图5所示的反应模型中那样，总是使用在从燃料产生碳黑的反应过程中产生碳黑的前体P的反应模型，籍此模拟上述"碳黑产生(反应)的延迟"。然而，在气体混合物温度Tmix达到某一温度(高温)时，"碳黑产生(反应)的延迟"的程度降低。换句话说，当气体混合物温度Tmix达到某一温度时，甚至在用图18中所示的从燃料直接产生碳黑的反应模型代替产生碳黑前体的反应模型时，也能以足够的精度估计碳黑产生量。在图18中所示的反应模型中，如上述实施例中那样，用上述方程17计算碳黑氧化速度dmso/dt。同时，用下面的方程42计算从燃料形成碳黑的速度(即，碳黑形成速度dmsf/dt)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage59</formula>在方程42中，A3、a31、a32和z是常数。[Fuel]mix代表气体混合物内的燃料浓度；Pg代表缸内气体压力；Tmix代表气体混合物温度。根据方程42，碳黑形成速度dmsf/dt被计算成随着气体混合物温度Tmk(在某一温度之上)增加而减小。注意，方程42与高温时碳黑形成速度计算装置相应。依靠该计算，模拟上述"当气体混合物温度超过某一温度时碳黑产生速度随着气体混合物温度增加而减小的现象"变得可能。因而，在这种情况下，当气体混合物温度Tmix等于或高于上述某一温度时，也能在不降低碳黑产生量估计精度的情况下减小计算工作量。注意，在这种情况下，在图9的程序中，省略了步骤930到965(除了步骤955之外)，并提供用方程42计算碳黑形成速度dmsf/dt的步骤来代替步骤950。顺便提及，在上述实施例中，没有在考虑到燃料性质的情况下估计碳黑产生量。然而，根据经验已知，一般而言，包含在燃料中的多环芳香烃的含量(燃料内的芳香族成分的质量浓度；在下文中称为"芳香族成分含量X")越大，越可能从燃料形成碳黑。认为是由于碳原子之间的结合力随着燃料芳香族成分含量而增加且结合的碳原子变得难以彼此分开而出现该趋势。因而，从精确估计碳黑产生量的观点，优选地，在考虑到芳香族成分含量X的情况下估计碳黑产生量。在这种情况下，例如，优选地，在上述实施例的上述方程3(图9的步骤930)中用"[Fuel]mix.(l+a.xb)"代替燃料浓度[Fuel]mix的值。这里，a和b是正常数。或者，优选地，在上述方程3中用"([Fuel]mix)e"代替燃料浓度[Fuel]mix的项。这里，c^+dx(d是正常数)。在这些情况下，燃料浓度[Fuel]mix的值能随着芳香族成分含量x的增加而显著增加，从而增加了前体P形成速度dmpf/dt(因而，碳黑产生量)。此外，在上述实施例的上述方程3(图9的步骤930)中，可以用"Epf-Xe'El"代替激活能Epf的值。这里，e和El是正常数。在这种情况下，激活能Epf的值能随着芳香族成分含量x的增加而显著减小，从而增加了碳黑形成速度dmsf/dt(因而，碳黑产生量)。在上述实施例中，根据上述方程17计算碳黑氧化速度dmso/dt。然而，可以用所谓的NSC模型计算碳黑氧化速度dmso/dt。注意，在Nagle，J.Strickland—Constable,R.D.,Proc.oftheFifthCarbonConf"VoU(1962)中详细描述了NSC模型。在上述实施例中，与根据上述方程32(图8的步骤865)算出的燃料消耗qr相关的化学反应不仅包括前体P的形成、点火反应(热焰反应)和低温氧化反应(冷焰反应)，而且包括其他各种化学反应。然而，考虑到与前体P的形成、点火反应和低温氧化反应相比，与其他各种化学反应相关的燃料消耗充分地小，可以将本发明的碳黑产生量估计设备构造成仅仅处理作为与燃料消耗qr相关的化学反应的前体P的形成、点火反应和低温氧化反应。在上述实施例中，为了减小CPU61的计算工作量，将碳黑产生量估计设备构造成在曲柄角CA经过与TDC相应的角度和气体混合物温度Tmix变得低于碳黑形成反应极限温度Tmin的时间点之后，停止关于时间求前体P产生速度和碳黑产生速度的积分的处理。然而，可以将碳黑产生量估计设备构造成不仅在上述时刻，而且在曲柄角CA达到与TDC相应的角度之前直到气体混合物温度Tmix超过碳黑形成反应极限温度Tmin,停止积分处理。该构造消除了与确定碳黑产生量相关的不必要的计算，从而进一步减小了CPU61的计算工作量。另外，在上述实施例中，可以从用于计算各种反应速度的方程(具体地说，上述方程3、4、13、16和17)的任一个中省略与缸内气体Pg相关的项。工业实用性本发明的碳黑产生量估计设备能应用于内燃机，特别地，柴油机。权利要求1.一种用于内燃机的碳黑产生量估计设备，包括用于估计由于燃料的反应而在内燃机燃烧室内产生的碳黑量的碳黑产生量估计装置，所述碳黑产生量估计装置包括碳黑产生速度计算装置，其通过一反应模型来计算碳黑的产生速度，其中该反应模型与从所述燃料产生碳黑的反应过程有关；其中，基于算出的碳黑产生速度估计碳黑产生量。2.如权利要求l所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中关于从所述燃料经由所述碳黑的前体产生碳黑的反应过程的模型被用作所述反应模型。3.如权利要求2所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑产生量估计装置还包括用于计算从所述燃料产生所述前体的速度的前体产生速度计算装置；和所述碳黑产生速度计算装置基于算出的前体产生速度计算所述碳黑产生速度。4.如权利要求3所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述前体产生速度计算装置包括用于计算从所述燃料形成所述前体的速度的前体形成速度计算装置；用于计算所形成的前体的热分解速度的前体分解速度计算装置；'和用于计算从所述前体形成所述碳黑的速度的碳黑形成速度计算装置，其中，基于算出的前体形成速度、前体分解速度和碳黑形成速度计算所述前体产生速度。5.如权利要求3所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述前体产生速度计算装置包括用于计算所述前体的净形成速度的前体净形成速度计算装置，通过用从所述燃料形成所述前体的速度减去所形成的前体热分解的速度可获得所述前体的净形成速度；和用于计算从所述前体形成所述碳黑的速度的碳黑形成速度计算装置，其中，基于算出的前体净形成速度和碳黑形成速度计算所述前体产生速度。6.如权利要求3到5中任一个所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑产生速度计算装置包括-用于计算从所述前体形成所述碳黑的速度的碳黑形成速度计算装置；禾n用于计算所形成的碳黑的氧化速度的碳黑氧化速度计算装置，其中，基于算出的碳黑形成速度和碳黑氧化速度计算所述碳黑产生速度。7.如权利要求4到6中任一个所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑形成速度计算装置包括用于计算第一碳黑形成速度的第一碳黑形成速度计算装置，所述第一碳黑形成速度是由于所述前体分子的相互碰撞而形成所述碳黑的速度；和用于计算第二碳黑形成速度的第二碳黑形成速度计算装置，所述第二碳黑形成速度是由于所述前体分子和所述碳黑分子之间的碰撞而额外形成碳黑的速度，其中，基于算出的第一和第二碳黑形成速度计算所述碳黑形成速度。8.如权利要求7所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述第一碳黑形成速度计算装置在考虑到因所述前体分子的相互碰撞而形成所述碳黑的概率的情况下计算所述第一碳黑形成速度；和所述第二碳黑形成速度计算装置在考虑到因所述前体分子和所述碳黑分子之间的碰撞而额外形成所述碳黑的概率的情况下计算所述第二碳黑形成速度。9.如权利要求8所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述第一碳黑形成速度计算装置在考虑到所述前体分子的相互碰撞数量和/或所述前体的碰撞的分子聚集的概率的情况下计算所述第一碳黑形成速度；和所述第二碳黑形成速度计算装置在考虑到所述前体分子和所述碳黑分子之间的碰撞数量和/或所述前体与所述碳黑的碰撞的分子聚集的概率的情况下计算所述第二碳黑形成速度。10.如权利要求9所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述第一碳黑形成速度计算装置基于由于所述燃料和被吸入燃烧室的气体的混合而形成的气体混合物内的所述前体的浓度以及所述气体混合物的温度来计算所述前体分子相互碰撞的数量；和所述第二碳黑形成速度计算装置基于所述气体混合物内的所述前体浓度、所述气体混合物内的所述碳黑浓度和所述气体混合物的温度计算所述前体分子和所述碳黑分子之间的碰撞数量。11.如权利要求9或10所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述前体和所述碳黑的碰撞的分子聚集的概率大于所述前体的碰撞分子聚集的概率。12.如权利要求2到11中任一个所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述前体是包括多环芳烃、芳香族中间产物、饱和聚合物和(:2112中的至少一种的单体；并且所述碳黑是通过所述单体的两个或更多分子的聚集而形成的聚合物。13.如权利要求2到12中任一个所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中，当由于所述燃料和被吸入燃烧室的气体的混合而形成的气体混合物的温度等于或高于预定温度时，代替关于从所述燃料通过所述碳黑的前体产生所述碳黑的所述反应过程的模型，用关于从所述燃料直接产生所述碳黑的反应过程的模型作为所述反应模型。14.如权利要求n所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑产生量估计装置还包括高温时碳黑形成速度计算装置，该高温时碳黑形成速度计算装置当所述气体混合物的温度等于或高于所述预定温度时可操作，用于通过利用一函数来计算碳黑形成的速度，该函数用来基于所述气体混合物的温度获得从所述燃料形成所述碳黑的速度的值，该值随着所述气体混合物的温度增大而减小；和当所述气体混合物的温度等于或高于所述预定温度时，所述碳黑产生速度计算装置基于由所述高温时碳黑形成速度计算装置算出的碳黑形成速度来计算所述碳黑产生速度。15.如权利要求1所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中将关于从所述燃料直接产生所述碳黑的反应过程的模型用作所述反应模型；所述碳黑产生量估计装置还包括碳黑形成速度计算装置，用于通过利用一函数来计算碳黑形成的速度，该函数用来基于由于所述燃料和被吸入燃烧室的气体的混合而形成的气体混合物的温度获得从所述燃料形成所述碳黑的速度的值，该值当所述气体混合物的温度与比温度一致时呈最大值，且在所述气体混合物的温度偏离所述比温度时从该最大值减小，其中所述碳黑产生速度计算装置基于算出的碳黑形成速度计算所述碳黑产生速度。16.如权利要求15所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑形成速度计算装置在考虑到从所述燃料产生所述碳黑的反应过程中的时间延迟的情况下计算所述碳黑形成速度。17.如权利要求1到16中任一个所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑产生量估计装置仅仅当由于所述燃料和被吸入燃烧室的气体的混合而形成的气体混合物的当量比等于或高于预定值时执行计算以估计所述碳黑产生量。18.如权利要求n所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑产生量估计装置仅仅当所述气体混合物的当量比等于或高于所述预定值且所述气体混合物的当量比与所述气体混合物的温度之间的关系落入预定范围内时，执行所述计算以估计所述碳黑产生量。19.如权利要求1到18中任一个所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑产生量估计装置在考虑到所述燃料的性质的情况下估计所述碳黑产生量。20.如权利要求19所述的用于内燃机的碳黑产生量估计设备，其中所述碳黑产生量估计装置在考虑到包含在所述燃料中的芳香烃的含量的情况下估计所述碳黑产生量。全文摘要一种碳黑产生量估计设备在考虑到从燃料形成前体、所形成的前体的热分解和从所形成的前体形成碳黑的情况下获得碳黑的前体的产生速度(因而，前体的浓度)，并在考虑到从前体形成碳黑和所形成的碳黑的氧化的情况下估计碳黑的产生速度(因而，碳黑的浓度(碳黑的产生量))，其中从前体形成碳黑取决于前体的浓度。该设备利用一种反应模型，在该反应模型中，从燃料产生碳黑的反应过程分成两个步骤；即，从燃料产生前体的反应过程和从前体产生碳黑的反应过程。因而，能精确模拟在从燃料产生碳黑的反应过程中的现象，例如“碳黑产生的延迟”。文档编号F02D41/02GK101189422SQ20068001924公开日2008年5月28日申请日期2006年7月13日优先权日2005年8月8日发明者中山茂树,久保修一,大西知美,山崎哲,福间隆雄,高岛芳树申请人:丰田自动车株式会社