CN101151453B - 用于内燃机的气体混合物状态估计设备和排放物生成量估计设备 - Google Patents

Abstract

该设备将注入时间段TAU等分成三个时间段：也就是前、中、后三个时间段，并且假设在燃料注入开始时刻一次性执行与“前时间段”相对应的第一注入(质量Q(1))，在第一注入已经过去了1/3 TAU时的时点处一次性执行与“中时间段”相对应的第二注入(质量Q(2))，并且在第二注入已经过去了1/3 TAU时一次性执行与“后时间段”相对应的第三注入(质量Q(3))。单独处理基于第一注入的第一气体混合物、基于第二注入的第二气体混合物和基于第三注入的第三气体混合物。并且对于每一个气体混合物，单独估计气体混合物的过量空气比率、气体混合物的状态(温度等)和气体混合物中的排放物生成量。

Description

用于内燃机的气体混合物状态估计设备和排放物生成量估计设备

技术领域

本发明涉及用于内燃机的气体混合物状态估计设备，该设备估计气体混合物的状态(温度等)，所述气体混合物是通过将注入到内燃机的燃烧室中的燃料和缸内气体(被吸入燃烧室的气体)相混合而产生的，并且涉及用于估计排放物生成量的排放物生成量估计设备，该排放物是气体混合物的燃烧结果所产生的有害物质。

背景技术

诸如在内燃机(特别是柴油机)的燃烧室中生成的烟灰和NO_x等的排放物量，与在燃烧室中形成的气体混合物的状态(特别是温度、燃料浓度等)具有较强的相关性(特别是点燃之后的气体混合物状态)。因此，为了精确地控制和减少排放物生成量(排放量)，必须准确地估计气体混合物的状态。

已知存在各种技术用于估计气体混合物的状态。在日本专利申请特开(kokai)第2001-254645号中公开了一种用于柴油机的燃料注入设备，其根据诸如引擎冷却水的温度、吸入空气的温度和吸入空气的压力等影响气体混合物温度的各种操作条件来估计混合气体的温度。

顺便说一下，在燃烧室中形成的气体混合物的状态(温度等)根据随着活塞运动而随时改变的缸内气体的温度等而连续地得到确定。进而，气体混合物的状态还取决于缸内气体与燃料的混合程度(相应地，根据例如气体混合物的过高空气比、燃料浓度等)。气体混合物的过高空气比是根据在注入时气体混合物中所包含的燃料的注入压力，以及在注入时缸内气体的密度来确定的值。也就是说，气体混合物的状态是根据在注入时气体混合物中所包含的燃料的注入压力，以及在注入时缸内气体的密度来连续地确定的。

同时，对应于燃料注入后经过某一时间的缸内气体的温度等，会随着燃料注入的时间点而改变。进而，燃料注入时的燃料注入压力和燃料注入时的缸内气体密度也随着燃料注入的时间点而改变。因此，在燃烧室中形成的气体混合物的状态根据包含在气体混合物中的燃料注入的时间点而改变。

另外，当一定量的燃料被注入到燃烧室中时，在根据注入量而设置的注入时间段期间，燃料不断地被注入。因此，当在显微镜下观察燃烧室中形成的气体混合物时，在气体混合物前面附近的部分中包含的燃料的注入早于包含在其余部分中的燃料的注入。换句话说，包含在某一部分中的燃料的注入时间点根据在由气体混合物所占据的区域内的该部分的位置(具体地说，就是沿着朝向注入开口的方向与所测量得到的气体混合物前面位置之间的距离)而改变。

从上可以看出，当在微观下观察燃烧室中形成的气体混合物时，气体混合物(对应于燃料注入后经过的时间)的状态(温度等)根据其位于由气体混合物所占据的区域内的位置而改变。因此，作为气体混合物燃烧结果而生成的排放物生成程度会根据其在由气体混合物所占据的区域内的位置而改变。换句话说，由于在燃烧室中形成的气体混合物的状态不均匀，因此排放物生成程度也不均匀，结果在燃烧室内生成的排放物的总生成量严重受到这种不均匀性的影响。

不过，由现有设备所估计的气体混合物温度(例如，气体混合物的状态)是在假定燃料在某一时刻(几乎与注入开始的时间点同时)注入的情况下所计算的值，而没有考虑到上述注入时间段。也就是说，气体混合物温度是在没有考虑上述气体混合物的不均匀性的情况下所计算的值。因此，如果根据由现有设备所估计的气体混合物温度来估计排放物的总生成量，则所估计的总排放物生成量包含误差，导致无法准确控制排放物生成量(排放量)的问题。

发明内容

本发明的实现用于解决这种问题，并且本发明的目标是提出一种用于内燃机的气体混合物状态估计设备，能够通过考虑在燃烧室内形成的气体混合物的非均匀性来准确估计气体混合物的状态，以及提出一种排放物生成量估计设备，能够通过考虑在可归属于气体混合物的非均匀性的排放量生成度的非均匀性来准确估计在燃烧室内生成的排放总量。

本发明的气体混合物状态估计设备的特征是包括注入燃料划分装置，用于将在从预定注入开始时间开始的预定注入时间期间不断注入到内燃机的燃烧室中的燃料划分为多个部分；以及气体混合物状态估计装置，用于在假定所划分的注入燃料的多个部分是根据从预定注入开始时间开始逝去的时间来单独和连续注入的情况下，单独估计通过将注入燃料的多个部分与被吸入燃烧室的缸内气体相混合所形成的每一个气体混合物的状态。这里，气体混合物状态的例子包括气体混合物的温度，气体混合物的燃料浓度，气体混合物的氧气浓度，以及气体混合物的氮气浓度。

如上所述，气体混合物的状态是根据缸内气体与燃料相混合的程度来决定的(例如，气体混合物的过量空气比、燃料浓度等)。因此，优选情况下，气体混合物状态估计装置用于单独获得用于表示缸内气体与所划分的注入燃料的每一个部分的混合程度的值，并且通过使用所得到的表示缸内气体与所述注入燃料的每一个部分的混合程度的值来单独估计根据注入燃料的每一个部分所形成的气体混合物的状态。这里，表示缸内气体的混合程度的值的例子包括气体混合物的过量空气比率和气体混合物的燃料浓度。

通过上述结构，在假定所划分的注入燃料的部分是根据从预定注入开始时间开始逝去的时间来单独和连续注入的情况下，单独估计根据注入燃料的每一个部分所形成的每一个气体混合物的状态，而相应部分的燃料被认为是在相应部分的注入时间被注入的。因此，可以通过考虑根据注入燃料的各个部分所形成的气体混合物重的非均匀性来单独和准确地估计每一个气体混合物的状态。

在这种情况下，优选情况下，注入燃料划分装置能够根据预定规则将预定注入时间段划分成多个时间段，并且将注入燃料划分为在相应的时间段内被连续注入的部分。

可以将所划分注入时间段的多个(划分数)时间段的长度设置为等于通过注入时间段除以划分数而得到的时间段的长度。在这种情况下，多个时间段是均匀的。在这种情况下，例如由于在注入时间段中注入压力无法保持不变，对应于各个时间段的注入燃料部分的燃料量可以变得不均匀。进而，可以设置多个时间段，以便对应于各个时间段的注入燃料部分的燃料量可以彼此相等。在这种情况下，多个时间段可以是非均匀的。

进而，可以根据注入时间段来改变划分数。也就是说，可以设置划分数，以使得注入时间段越长(总的燃料注入量越大)，则划分数越大。根据上述结构，通过根据简单规则将注入时间段划分为多个时间段这一简单操作可以容易地获得注入燃料的多个部分。

本发明的气体混合物状态估计设备可以进一步包括点火时刻获得装置，用于获得表示气体混合物的点火时刻的值，其中注入燃料划分装置根据表示点火时刻的所获值将注入燃料划分为在气体混合物点火之前注入的部分和在气体混合物点火之后注入的部分。表示点火时刻的值的例子包括气体混合物自己的点火时刻，以及在燃料注入开始时间和气体混合物点火之间的时间(下面称之为“点火延迟时间”)。

一般地，已知预混合物类的燃烧主要出现在根据在点火之前注入的燃料所形成的气体混合物中，并且扩散类的燃烧出现在根据在点火之后注入的燃料所形成的气体混合物中。预混合物类的燃烧和扩散类的燃烧的反应速度(相应地，燃烧得到的热量生成量)不同(下面将详细讲述)。

换句话说，根据在点火之前注入的燃料所形成的气体混合物和根据在点火之后注入的燃料所形成的气体混合物随着燃料注入之后逝去的时间而在温度增加上有不同。

上述结构基于这种观点。也就是说，根据上述结构，由于注入燃料被划分为气体混合物点火之前注入的部分和气体混合物点火之后注入的部分，因此可以单独估计根据在点火之前注入的燃料所形成的气体混合物的状态(温度等)和根据在点火之后注入的燃料所形成的气体混合物的状态(温度等)。

因此，在每一个气体混合物的状态的估计中可以设置最佳反应速度(相应地为热量生成量)。结果，可以更为准确地估计每一个气体混合物的状态(特别是温度)。

本发明的气体混合物状态估计设备可以进一步包括混合指数值获得装置，用于获得第一部分混合指数值，它是表示缸内气体与所划分的注入燃料的第一注入部分的混合程度的值(例如，上述过量空气比率)，以便该值对应于燃烧室内第一注入部分的形成。气体混合物状态估计装置通过利用所获得的第一部分混合指数值来估计根据第一注入部分所形成的气体混合物的状态。在假设表示缸内气体与所划分的注入燃料的第二或稍后注入部分的混合程度并且对应于燃烧室内的第二或稍后注入部分的形成的值是根据所获得的对应于该形成的第一部分混合指数值来确定的情况下，气体混合物状态估计装置通过利用所确定的表示缸内气体和第二或稍后注入部分的混合程度的值来估计根据第二或稍后注入部分所形成的气体混合物的状态。

在这种情况下，更为优选地，“表示缸内气体与所划分的注入燃料的第二或稍后注入部分的混合程度并且对应于燃烧室内的第二或稍后注入部分的形成(例如注入之后逝去的时间或者与注入开口相关的位置等)的值”被确定为等于所获得的对应于形成的第一部分混合指数值。

通常，用于表示缸内气体与燃料的混合程度的值(例如过量空气比等)通过使用非常复杂的经验公式等进行计算，这包括涵盖大量计算量的功率计算等。因此，这种计算包含巨大的计算量，并且因此需要减少这种计算的次数。

上述结构就是基于这种观点。也就是说，根据上述结构，由于“表示缸内气体与第二或稍后注入部分的混合程度的值”是根据上述第一部分混合指数值进行确定的，因此没有必要通过使用非常复杂的经验公式等来计算“表示缸内气体与第二或稍后注入部分的混合程度的值”。结果，考虑到基于注入燃料的各个部分所形成的气体混合物中的不均匀性，可以简单和单独估计基于注入燃料的每一个部分所形成的每一个气体混合物的状态，并且可以减少计算量。

本发明的排放物生成量估计设备包括排放物生成量估计装置，用于根据由上述本发明的气体混合物状态估计设备的任一个所估计的相应气体混合物的状态来单独估计作为每一个气体混合物的燃烧结果的有害物质的排放物的生成量。优选情况下，排放物包括至少烟灰和NO_x，减少它们的排放量是人们近年来非常想做到的。

根据上述结构，作为每一个气体混合物的燃烧结果所生成的排放物的生成量(烟灰和NO_x等)是根据多个气体混合物的单独估计状态中的相应状态进行单独估计的。因此，在考虑到排放物生成的不均匀程度的情况下可以准确估计排放物的总生成量。

本发明的另一排放物生成量估计设备包括排放物生成量估计装置，假设在点燃了通过被注入到燃烧室中的燃料与作为被吸入到燃烧室中的气体的缸内气体相混合而形成的气体混合物之后在内燃机的燃烧室中生成了稳定火苗的情况下，估计排放物的生成量，其中排放物生成量估计设备单独估计作为其中燃料是过量的稳定火苗区域中的燃烧结果而生成的有害物质的排放量和作为其中氧气是过量的稳定火苗区域中的燃烧结果而生成的排放量。

当燃料注入时间段相对较长时，在一些情况下在点燃气体混合物之后生成所谓的稳定火苗(或者非常类似于稳定火苗的帧)。在这种情况下，如后所述，由稳定火苗所占据的区域可以被分割成其中燃料是过量的区域(相应地为其中稳态氧气浓度变成零的区域)和其中氧气是过量的区域(相应地为其中稳态燃料浓度变成零的区域)。

同时，如下面要讲述的，已知的用于计算烟灰生成量(更为确切地说为烟灰的生成速度)的代表性经验公式包括两项：一项用于获得烟灰的形成速度(相应地为增加速度)，该项包括燃料浓度值；另一项用于获得烟灰的氧化速度(相应地为减少速度)，该项包括氧气浓度值。

因此，在如上述结构中所述由稳定火苗所占据的区域被分割成其中稳态氧气浓度变成零的区域和其中稳态燃料浓度变成零的区域的情况下，当通过上述代表性经验公式来计算每一个区域中的烟灰生成量时，两项的任一项的值在相应区域中总是保持为零。因此，当计算每一个区域中的烟灰生成量时，可以省略两项的任一项的计算，从而可以减少与计算烟灰生成量有关的计算量。

在这种情况下，优选情况下，排放物生成量估计装置用于单独计算用于每一个气体混合物或者每一个稳定火苗区域的排放物的生成速度，并且将所计算的排放物生成速度针对时间进行积分，从而单独估计排放物的生成量。

通常，在计算排放物的生成量时，使用了已知的经验公式等(例如上述用于获得烟灰的生成速度的经验公式等)。因此，上述结构使得通过使用非常可靠的现有经验公式等可以计算排放物的生成量。

在这种情况下，优选情况下，排放物生成量估计装置的结构使得当气体混合物的温度或者稳定火苗区域之内的温度变得低于预定温度时，相应地结束排放物生成速度对时间的积分。

通常，当气体混合物的温度低于反应临界温度时，很难产生排放物。因此，在气体混合物的温度变得低于相应的反应临界温度的时间点之后，通过上述时间积分处理所获得的排放物的总生成量一般都是相同的值，而不论是否继续积分处理。因此，在其中排放物生成量估计装置的结构使得当气体混合物的温度(或者稳定火苗区域之内的温度)低于预定温度(例如低于反应临界温度)时就结束排放物生成速度对时间的积分的情况下，可以减少用于计算排放物的生成量所需的计算量。

附图说明

图1为示意图，示出了其中根据本发明第一实施例的包括有用于内燃机的气体混合物状态估计设备的排放物生成量估计设备被应用到四缸内燃机(柴油机)的整个系统结构。

图2示意性示出了其中气体从进气管被吸入到特定气缸(气缸内部)并且然后被排出到排气管的状态。

图3A示意性示出了当一次注入燃料时燃料的状态。

图3B示意性示出了在与缸内气体相混合从而产生气体混合物的同时呈圆锥形分散的燃料的状态。

图4示意性示出了根据在三个相等时间段，也就是注入时间段的前段、中段和后段中连续注入的燃料部分所分别形成的气体混合物的状态。

图5为流程图，示出了图1所示的CPU所执行的例程的第一部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图6流程图，示出了图1所示的CPU所执行的例程的第二部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图7为流程图，示出了图1所示的CPU所执行的例程的第三部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图8为流程图，示出了图1所示的CPU所执行的例程的第四部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图9为流程图，示出了图1所示的CPU所执行的例程的第五部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图10为表格，用于确定如图1所示的CPU在执行如图5所示的例程期间所参考的指令燃料注入量。

图11为表格，用于确定如图1所示的CPU在执行如图5所示的例程期间所参考的燃料注入时刻。

图12为表格，用于确定如图1所示的CPU在执行如图5所示的例程期间所参考的基准燃料注入压力。

图13为流程图，示出了图1所示的CPU所执行的例程，用于执行燃料注入控制。

图14示意性示出了分别在两个时间段也就是注入时间段的点燃前和点燃后时间段中所连续注入的燃料部分所形成的气体混合物的状态。

图15为流程图，示出了第二实施例的CPU在当执行如图5所示的例程时所执行的步骤，该步骤是不同于如图5所示的例程的部分。

图16为流程图，示出了第二实施例的CPU在当执行如图7所示的例程时所执行的步骤，该步骤是不同于如图7所示的例程的部分。

图17为流程图，示出了第二实施例的CPU在当执行如图9所示的例程时所执行的步骤，该步骤是不同于如图9所示的例程的部分。

图18示意性示出了n个气体混合物随时间(从注入开始到结束)的状态变化，该n个气体混合物是由在注入时间段的n个部分中所连续注入的n个燃料部分形成的。

图19为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第一部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图20为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第二部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图21为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第三部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图22为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第四部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图23为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第五部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图24为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第一部分，用于计算与第i次注入相关联的排放量(2≤i≤n)。

图25为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第二部分，用于计算与第i次注入相关联的排放量(2≤i≤n)。

图26为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第三部分，用于计算与第i次注入相关联的排放量(2≤i≤n)。

图27为流程图，示出了第三实施例的CPU所执行的例程的第四部分，用于计算与第i次注入相关联的排放量(2≤i≤n)。

图28为示意图，示出了在其中在燃烧室中生成稳定火苗的情况下在丰富和贫乏区域与气体混合物传输距离之间的关系。

图29示出了在由稳定火苗所占据的区域中的过量空气比(气体混合物传输距离)和稳态气体混合物温度升高之间的关系曲线。

图30示出了在由稳定火苗所占据的区域中过量空气比(气体混合物传输距离)和稳态燃料浓度之间的关系曲线。

图31示出了在由稳定火苗所占据的区域中过量空气比(气体混合物传输距离)和稳态氧气浓度之间的关系曲线。

图32示出了在由稳定火苗所占据的区域中过量空气比(气体混合物传输距离)和稳态氮气浓度之间的关系曲线。

图33示出了在由稳定火苗所占据的区域中注入后时间和过量空气比之间的关系曲线。

图34示出了在由稳定火苗所占据的区域中注入后时间和稳态气体混合物温度升高之间的关系曲线。

图35示出了在由稳定火苗所占据的区域中注入后时间和稳态燃料浓度之间的关系曲线。

图36示出了在由稳定火苗所占据的区域中注入后时间和稳态氧气浓度之间的关系曲线。

图37示出了在由稳定火苗所占据的区域中注入后时间和稳态氮气浓度之间的关系曲线。

图38为流程图，示出了第四实施例的CPU所执行的例程的第一部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图39为流程图，示出了第四实施例的CPU所执行的例程的第二部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图40为流程图，示出了第四实施例的CPU所执行的例程的第三部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

图41为流程图，示出了第四实施例的CPU所执行的例程的第四部分，用于计算气体混合物温度等和排放量。

具体实施方式

现在参照附图来讲述根据本发明的包括用于内燃机(柴油机)的气体混合物状态估计设备的排放物生成量估计设备的实施例。

(第一实施例)

图1示意性示出了系统的整个结构，其中根据本发明第一实施例的用于内燃机的排放物生成量估计设备被应用到四缸内燃机(柴油机)10。该系统包括引擎主机20，包括：燃料供应系统；吸气系统30，用于将气体导入引擎主机20的单个气缸的燃烧室中(缸内)；排放系统40，用于将废体从引擎主机20排出；EGR设备50，用于执行排气循环；以及电气控制设备60。

燃料注入阀(注入阀，注入器)21置于引擎主机20的单个气缸之上。经由燃料线路23将燃料注入阀21连接到燃料注入泵22，该燃料注入泵连接到了未示出的燃料罐。燃料注入泵22电气连接到电气控制设备60。根据来自电气控制设备60的驱动信号(与稍后要讲述的指令最后燃料注入压力Pcrfin相对应的指令信号)，燃料注入泵22以如下方式对燃料进行施压，以便燃料的实际注入压力(排放压力)变得等于指令最后燃料注入压力Pcrfin。

因此，从燃料注入泵22将被施加了指令最后燃料注入压力Pcrfin的燃料供应到燃料注入阀21。而且，燃料注入阀21电气连接到电气控制设备60。根据来自电气控制设备60的驱动信号(与指令燃料注入量(质量)Qfin相对应的指令信号)，燃料注入阀21的每一个在注入时间段TAU期间打开，以便将指令燃料注入量Qfin的被施加了指令最后燃料注入压力Pcrfin的燃料直接注入到相应气缸的燃烧室中。

吸气系统30包括吸气歧管31，被连接到引擎主机20的单个气缸的各个燃烧室；吸气管32，其被连接到吸气歧管31的上游侧分支部分并且与吸气歧管31合作组成吸气通道；节气阀33，旋转地固定在吸气管32内部；节气阀致动器33a，用于根据来自电气控制设备60的驱动信号来旋转节气阀33；中间冷却器34，被插在位于节气阀33的上游侧上的吸气管32中；涡轮增压器35的压缩机35a，其被插在位于中间冷却器34的上游侧上的吸气管32中；以及空气过滤器36，置于吸气管32的末端部分。

排放系统40包括排放歧管41，其被连接到引擎主机20的单个汽缸；排气管42，其被连接到排放歧管41的下游侧的合并部分；涡轮增压器35的涡轮35b，其被插在排气管42中；以及柴油颗粒滤波器(下面将其称为“DPNR”)43，其被插在排气管42中。排放歧管41和排气管42组成排气通道。

EGR设备50包括排气循环管51，其形成了用于循环废气的通道(EGR通道)；EGR控制阀52，其被插在排气循环管51中；以及ERG冷却器53。排气循环管51建立了位于涡轮35b上游侧上的排气通道(排放歧管41)和位于节气阀33下游侧上的吸气通道(吸气歧管31)之间的连通。EGR控制阀52对来自电气控制设备60的驱动信号做出响应，以便改变待被循环的废气量(废气循环量，EGR气体流动速率)。

电气控制设备60是一种微型计算机，其包括通过总线装置相互连接的CPU61、ROM62、RAM63、备份RAM64和接口65等。ROM62存储待被CPU61执行的程序、表格(查询表格和映射)和常数等。RAM63允许CPU61暂时存储数据。备份RAM64在其中电源为接通的状态中存储数据，并且甚至在断电之后仍然保持所存储的数据。接口65包含A/D转换器。

接口65被连接到：热线型气流测量器71，其置于吸气管32中；吸入空气温度传感器72，其置于吸气通道中节气阀33的下游和排气循环管51连接到吸气通道的点的下游；吸气管压力传感器73，置于吸气通道中节气阀33的下游和排气循环管51连接到吸气通道的点的下游；曲柄位置传感器74；加速器打开传感器75；燃料温度传感器76，位于燃料注入泵22的排放端口附近的燃料管23中；缸内压力传感器77，用于每一个气缸并且用作注入时刻获得装置；以及吸入空气氧气浓度传感器78，置于吸气通道中节气阀33的下游和排气循环管51连接到吸气通道的点的下游。接口65从这些传感器接收各个信号，并且将所接收的信号供应给CPU61。进而，接口65被连接到燃料注入阀21、燃料注入泵22、节气阀致动器33a和EGR控制阀52；并且根据来自CPU61的指令将相应的驱动信号输出到这些部件。

热线型气流测量器71测量穿过吸气通道的吸入空气的质量流动速率(每单位时间的吸入空气量，每单位时间的新空气量)，并且生成表示质量流动速率Ga的信号(空气流动速率Ga)。吸入空气温度传感器72测量被吸入引擎10的每个气缸(也就是缸内或每一个燃烧室)中的气体的温度(也就是吸入空气温度)，并且生成表示吸入空气温度Tb的信号。吸气管压力传感器73测量被吸入引擎10的每一个气缸中的气体的压力(也就是吸气管压力)，并且生成表示吸气管压力Pb的信号。

曲柄位置传感器74检测每一个气缸的绝对曲柄角度，并且生成表示实际曲柄角度CAact和引擎速度NE，也就是引擎10的旋转速度的信号。加速器打开传感器75检测加速器踏板AP所操作的量，并且生成表示加速器踏板操作量Accp的信号。燃料温度传感器76检测流过燃料线路23的燃料的温度，并且生成表示燃料温度Tcr的信号。缸内压力传感器77检测相应燃烧室内的气体的压力(也就是上述缸内气体的压力)，并且生成表示缸内气体压力Pa的信号。如后所述，该缸内压力传感器77只用于检测点火时刻。吸入空气氧气浓度传感器78检测吸入空气中所包含的氧气浓度，并且生成表示吸入空气氧气浓度RO2in的信号。

(用于估计气体混合物状态的方法要点)

接下来讲述由排放物生成量估计设备所执行的估计气体混合物状态的方法(下面被称为“本设备”)，它包括具有上述结构的气体混合物状态估计设备。

图2示意性示出了其中气体从吸气歧管31被吸入到特定气缸(气缸内部；燃烧室)并且随后被排出到排气歧管41的状态。如图2所示，被吸入气缸的气体(也就是缸内气体)包括经由节气阀33从吸气管32的顶端被吸入的新鲜空气和经由EGR控制阀52从排气循环管51被吸入的EGR气体。

所吸入EGR气体的数量(质量)与所吸入新鲜空气的数量(质量)和所吸入EGR气体的数量(质量)之和的比率(也就是EGR比率)根据节气阀33的打开和EGR控制阀52的打开而变化，根据操作条件通过电子控制设备60(CPU61)对其进行适当控制。

在吸入冲程期间，随着活塞向下移动，这种新鲜空气和EGR气体经由打开的吸气阀Vin被吸入燃烧室内，且由此产生的气体混合物作为缸内气体。在活塞到达压缩底部死点的时点附近关闭吸气阀Vin时，缸内气体被限制在燃烧室内，并且然后在当活塞向上移动时在随后的压缩冲程中进行压缩。

当活塞到达顶部死点的附近时(确切地说，当到了稍后讲述的燃料注入开始时间(曲柄角度)CAinj时)，在与指令燃料注入量Qfin相对应的注入时间段TAU期间，本设备打开相应的燃料注入阀21，从而将燃料直接注入到燃烧室内。结果，由于从因压缩而变热的缸内气体所发散的热量，从燃料注入阀21的注入开口所注入的(液体)燃料立刻变成燃料蒸气。随着时间的流逝，燃料蒸气在燃烧室内呈圆锥形分布，同时与缸内气体相混合以生成气体混合物。

如上所述，实际上，指令燃料注入量为Qfin的燃料在从燃料注入开始时间CAinj开始的注入时间段TAU期间是连续注入的。不过，为了方便起见，在假设指令燃料注入量为Qfin的燃料是在燃料注入开始时间CAinj处一次性(瞬间)注入的情况下继续进行讲述。

图3A示意性示出了在从燃料注入阀21的注入开口一次性地注入燃料时的时点(也就是注入后时间t＝0)处的指令燃料注入量(质量)为Qfin(与注入时间段TAU相对应)的燃料(燃料蒸气)的状态。图3B示意性示出了在注入之后的某一个时点(任意注入后时间t)处如图3A所示的质量为Qfin的燃料蒸气的状态。

如图3B所示，在燃料注入开始时刻CAinj(也就是注入后时间t＝0)被注入之后，质量为Qfin的燃料蒸气以喷射角为θ呈圆锥形分散，同时与缸内气体相混合。这里，假设在任意注入后时间t处，质量为Qfin的燃料蒸气与质量为G的缸内气体相混合，其为注入后时间t的函数(下面，缸内气体可以被称为“形成缸内气体的气体混合物”)，从而形成质量为(Qfin+G)的气体混合物。

本设备估计任意注入后时间t的气体混合物的状态。作为气体混合物的状态，包括所估计的气体混合物的温度Tmix、气体混合物中所包含的燃料浓度[Fuel]mix、气体混合物中所包含的氧气浓度[O2]mix和气体混合物中所包含的氮气浓度[N2]mix，他们对于估计排放物的生成量来说都是必需的，将在稍后进行讲述。首先，讲述在任意注入后时间t处获得过量空气比λ的方法，这对于估计气体混合物的状态是必需的。

[获得过量空气比率λ]

注入后时间t处的过量空气比λ是由以下方程(1)来确定的。在方程(1)中，stoich表示燃烧单位质量的燃料所需的缸内气体的质量(下面将其称为“缸内气体理论空气燃料比率stoich”)。由于缸内气体理论空气燃料比率stoich被认为是根据吸入空气中所包含的氧气浓度而变化的，因此根据其中上述吸入空气氧气浓度RO2in被用作自变量的预定函数可以获得缸内气体理论空气燃料比率stoich。

$\mathrm{\λ}=\left(\frac{1}{\mathrm{stoich}}\right)\·\frac{G}{\mathrm{Qfin}}---\left(1\right)$

例如，根据以下方程式(2)和方程式(3)，可以获得上述定义的过量空气比率λ作为注入后时间t的函数，该方程式是YutaroWAGURI、Masaru FUJII、Tatsuo AMIYA和Reijiro TSUNEYA在Transactions of the Japaneses Society of Mechanical Engineers在25-156(1959)的第820页的“Study on Injected Fuel Travel Distance in DieselEngine”中所引入的经验公式。

$\mathrm{\λ}=\∫\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dt}}\mathrm{dt}---\left(2\right)$

$\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dt}}=\frac{2^{0.25}}{c^{0.25}\·d^{0.5}\·{\mathrm{\ρ}}_f}\·\frac{1}{L}\·{\tan }^{0.5}\text{\θ\·}{\mathrm{\ρg}}^{0.25}\·{\mathrm{\ΔP}}^{0.25}\·\frac{1}{t^{0.5}}---\left(3\right)$

在方程式(3)中，t表示上述注入后时间，并且dλ/dt表示作为注入后时间t的函数的燃料稀释比率。进而，c表示收缩系数，d表示燃料注入阀21的注入开口的直径，ρf表示(液体)燃料的密度，并且L表示理论稀释气体量，这些都是常数。

在方程式(3)中，ΔP表示有效注入压力，这是通过从注入开始时刻(也就是注入后时间t＝0)处的缸内气体压力Pg0中减去上述最终燃料注入压力Pcrfin所得到的值。在假设缸内气体的状态在吸气阀Vin关闭之后(也就是其上缸内气体被限制的时点(下面将其称为“IVC”))的压缩冲程(和扩张冲程)中绝热地变化的情况下，缸内气体压力Pg0可以根据以下方程式(4)来得到。

$\mathrm{Pg}0=\mathrm{Pgivc}\·{\left\{\frac{\mathrm{Vg}\left(\mathrm{CAivc}\right)}{\mathrm{Vg}\left(\mathrm{CAinj}\right)}\right\}}^K---\left(4\right)$

在方程式(4)中，Pgivc表示处于IVC的缸内气体压力。由于如上所述IVC在压缩底部死点的附近，因此在IVC处，缸内气体压力被看作是近似等于吸气管压力Pb。因此，通过IVC处的吸气管压力传感器73所检测的吸气管压力Pb可以被用作Pgivc。Vg(CAivc)表示与IVC处的曲柄角度CA相对应的缸内体积。Vg(CAinj)表示与注入后时间t＝0处的曲柄角度CA相对应的缸内体积。由于根据引擎10的设计明细可以将缸内体积Vg视为曲柄角度CA的函数Vg(CA)，因此也可以获得Vg(CAivc)和Vg(CAinj)的值。K表示缸内气体的特定热比(在本例子中为常数)。

在方程式(3)中，θ表示如图3B所示的喷射角。由于喷射角θ被看作是根据上述处于注入开始时刻(也就是注入后时间t＝0)的缸内气体的有效注入压力ΔP和密度ρg0而变化的，因此根据用于定义缸内气体密度ρg0、有效注入压力ΔP和喷射角θ之间关系的表格Mapθ来获得喷射角θ。缸内气体密度ρg0可以通过用于注入后时间t为零的时点处的缸内气体的总质量Mg除以上述缸内体积Vg(CAinj)来得到。缸内气体的总质量Mg可以根据以下方程式(5)来得到，所述方程式(5)基于IVC处的状态方程式。在方程式(5)中，Tgivc表示IVC处的缸内气体温度。由于IVC在压缩底部死点的附近，因此在IVC处，缸内气体温度被看作是近似等于吸入空气温度Tb。因此，通过IVC处的吸入空气温度传感器72所检测到的吸入空气温度Tb被用作Tgivc。R表示缸内气体的气体常数(在本例子中为常数)。

$\mathrm{Mg}=\mathrm{Pgivc}\·\frac{\mathrm{Vg}\left(\mathrm{CAivc}\right)}{R\·\mathrm{Tgivc}}---\left(5\right)$

在方程式(3)中，ρg表示注入后时间t处的缸内气体的密度，并且通过在注入后时间t处用缸内气体的总质量Mg除以上述缸内体积Vg(CA)，可以被获得作为注入后时间t的函数。

如上所述，一旦以上述方式得到有效注入压力ΔP和喷射角θ，通过使用注入后时间t和作为注入后时间t的函数的缸内气体密度ρg，根据方程式(3)，燃料稀释比率dλ/dt可以被获得作为注入后时间t的函数。然后，通过根据上述方程式(2)将燃料稀释比率dλ/dt相对于时间进行积分(累积)，可以获得从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt(例如0.1msec)的注入后时间t处的过量空气比率λ，其中针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt获得了燃料稀释比率dλ/dt。

由于从方程式(3)得到的燃料稀释比率dλ/dt总是正的，因此从方程式(2)得到的过量空气比率λ随着注入后时间t而增加。因此，从方程式(1)可以看出，形成缸内气体的气体混合物的质量G随着注入后时间t而增加。这对应于缸内气体(相应地，形成缸内气体的气体混合物)量的增加，由于燃料蒸气在注入之后呈圆锥形分散，因此该缸内气体与(被吸入的)燃料蒸气相混合。

<获得气体混合物温度Tmix>

接下来讲述通过使用以上述方式得到的过量空气比率λ来在任意注入后时间t处获得气体混合物温度Tmix的方法。通常，气体混合物的热能(热函)Hmix可以由使用了气体混合物温度Tmix的以下方程式(6)来表示。

Hmix＝Mmix·Cmix·Tmix                          (6)

在方程式(6)中，Mmix表示气体混合物的总质量(气体混合物质量)，并且Cmix表示气体混合物的常压比热。因此，通过获得(更新)针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物的气体混合物的热函Hmix、气体混合物质量Mmix和常压比热Cmix，可以根据以下方程式(7)获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物温度Tmix。首先，讲述获得气体混合物质量Mmix的方法。

$\mathrm{Tmix}=\frac{\mathrm{Hmix}}{\mathrm{Mmix}\&CenterDot;\mathrm{Cmix}}---\left(7\right)$

《气体混合物质量Mmix》

如上所述，在任意注入后时间t处，质量为Qfin的燃料蒸气与质量为G的形成缸内气体的气体混合物相混合，以形成质量为(Qfin+G)的气体混合物。因此，任意注入后时间t处的气体混合物质量Mmix为(Qfin+G)。由于从上述方程式(1)中可以推导出关系“G＝stoich·λ·Qfin”，因此气体混合物质量Mmix可以由使用了过量空气比率λ的以下方程式(8)来表示。

Mmix＝(1+stoich·λ)·Qfin                        (8)

因此，通过将方程式(8)应用到针对注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt而得到的过量空气比率λ，可以获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物质量Mmix。

《气体混合物的常压比热Cmix》

下面来讲述获得气体混合物的常压比热Cmix的方法。通常，气体混合物的常压比热Cmix被视为主要取决于在气体混合物中包含的氧气浓度[O2]mix和气体混合物温度Tmix。如将要描述的，可以得到针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的在气体混合物中所包含的氧气浓度[O2]mix。因此，如果可以得到针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物温度Tmix，则根据以下方程式(9)可以得到针对每一个微小时间Δt的气体混合物的常压比热Cmix。

Cmix＝funcCmix([O2]mix，Tmix)                (9)

在方程式(9)中，funcCmix是用于获得气体混合物的常压比热Cmix的函数，同时使用气体混合物氧气浓度[O2]mix和气体混合物温度Tmix作为自变量。注意，用于通过方程式(9)来获得针对每一个微小时间Δt的气体混合物的常压比热Cmix的自变量[O2]mix和Tmix的值与处于比当前时点(也就是注入后时间t)超前了微小时间Δt的时点处的值是相对应的。

《气体混合物的热函Hmix》

接下来讲述获得气体混合物的热函Hmix的方法。这里，针对其中处于注入后时间(t-Δt)处的气体混合物的热函Hmix(t-Δt)是已知的情况，考虑在从注入后时间(t-Δt)和注入后时间t之间的微小时间Δt期间气体混合物的热函增加ΔHmix。该气体混合物的热函增加ΔHmix是由于在微小时间Δt期间被新吸入气体混合物的缸内气体的热能ΔHg和作为在微小时间Δt期间在气体混合物中发生化学反应的结果而生成的反应热Hr所引起的。

首先，缸内气体的热能ΔHg可以用以下方程式(10)来表示。在方程式(10)中，g表示在微小时间Δt期间被新吸入气体混合物的缸内气体的质量。该质量g是通过从注入后时间t处形成缸内气体的气体混合物的质量减去注入后时间(t-Δt)处形成缸内气体的气体混合物的质量而得到的值。因此，质量g可以通过使用了上述关系“G＝stoich·λ·Qfin”的以下方程式(11)来得到。在方程式(11)中，λ(t)和λ(t-Δt)分别表示注入后时间t和(t-Δt)处的过量空气比率，其可以从上述方程式(2)和(3)中来得到。

ΔHg＝g·Cg·Tg                                       (10)

g＝stoich·(λ(t)-λ(t-Δt))·Qfin                (11)

进而，在方程式(10)中，Tg表示注入后时间t处的缸内气体的温度，并且在假设在IVC之后缸内气体的状态绝热地改变的情况下，可以根据以下方程式(12)来获得Tg。在以下方程式(12)中，Tgivc表示IVC处的缸内气体的温度，并且Vg(CAivc)表示IVC处与曲柄角度CA相对应的缸内体积。进而，Vg(CA)表示当前时点(也就是注入后时间t)的缸内体积。

$\mathrm{Tg}=\mathrm{Tgivc}\&CenterDot;{\left\{\frac{\mathrm{Vg}\left(\mathrm{CAivc}\right)}{\mathrm{Vg}\left(\mathrm{CA}\right)}\right\}}^{K-1}---\left(12\right)$

进而，在方程式(10)中，Cg表示注入后时间t处的缸内气体的常压比热，并且可以根据以下方程式(13)来获得，所述方程式(13)类似于用于获得气体混合物的常压比热Cmix的上述方程式(9)。在以下方程式(13)中，funcCg为用于获得缸内气体的常压比热Cg的函数，同时使用吸入空气氧气浓度[O2]in和缸内气体温度Tg作为自变量。

Cg＝funcCg([O2]in，Tg)                          (13)

注意，由吸入空气氧气浓度传感器78所检测的吸入空气氧气浓度RO2in被用作自变量[O2]in的值，其用于通过方程式(13)来获得针对每一个微小时间Δt的缸内气体的常压比热Cg。进而，当前时点(也就是注入后时间t)处的缸内气体温度被用作自变量Tg的值。由于上述方程式(10)的右侧的所有项都可以通过上述计算来得到，因此缸内气体的热能ΔHg可以根据方程式(10)来得到。

接下来，作为在微小时间Δt期间在气体混合物中发生化学反应的结果而生成的反应热Hr可以由以下方程式(14)来表示。在以下方程式(14)中，Hf表示预定常数，并且qr表示在微小时间Δt期间在气体混合物中发生的化学反应所消耗的燃料量。

Hr＝Hf·qr                                          (14)

与燃料消耗量qr有关的化学反应不仅包括点燃反应(热焰反应)和低温氧化反应(冷焰反应)，而且包括各种其他的化学反应。由于燃料消耗量qr被视为主要取决于气体混合物氧气浓度[O2]mix、气体混合物燃料浓度[Fuel]mix和气体混合物温度Tmix，因此燃料消耗量qr可以用以下方程式(15)来表示。

qr＝funcqr([O2]mix，[Fuel]mix，Tmix)                (15)

在方程式(15)中，funcqr为用于获得燃料消耗量qr的函数，同时使用了气体混合物氧气浓度[O2]mix、气体混合物燃料浓度[Fuel]mix和气体混合物温度Tmix作为自变量。与气体混合物氧气浓度[O2]mix的情况一样，如后所述，可以获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix。通过方程式(15)来获得针对每一个微小时间Δt的燃料消耗量qr的自变量[O2]mix和[Fuel]mix的值与处于比当前时点(也就是注入后时间t)超前了微小时间Δt的时点处的值是相对应的。

进而，在发生化学反应之前的气体混合物温度Tpre被用作方程式(15)的自变量Tmix(气体混合物温度)的值。在发生化学反应之前的气体混合物温度Tpre指的是，在由上述方程式(11)计算的质量为g的缸内气体在被新吸入气体混合物中之后，但是在从注入后时间(t-Δt)到注入后时间t的时间段中发生化学反应之前的时点处的气体混合物温度，并且可以通过以下方程式(16)来获得。

$\mathrm{Tpre}=\frac{\mathrm{Hmix}(t-\mathrm{\&Delta;t})+\mathrm{\&Delta;Hg}}{(\mathrm{Mmix}(t-\mathrm{\&Delta;t})+g)\&CenterDot;\mathrm{Cmix}(t-\mathrm{\&Delta;t})}---\left(16\right)$

在方程式(16)中，Mmix(t-Δt)和Cmix(t-Δt)分别表示注入后时间(t-Δt)处的气体混合物的质量和气体混合物的常压比热，并且可以分别通过上述方程式(8)和(9)来获得。进而，注入后时间(t-Δt)处的气体混合物的热函Hmix(t-Δt)是已知的。因此，可以得到在发生化学反应之前的气体混合物温度Tpre。由于上述方程式(15)的右侧的所有自变项的值都可以得到，因此根据方程式(14)和(15)可以得到通过化学反应产生的反应热Hr。

通过上述计算，针对其中注入后时间(t-Δt)处的气体混合物的热函Hmix(t-Δt)是已知的情况，获得了从注入后时间(t-Δt)和注入后时间t之间的微小时间Δt期间的气体混合物的热函增加ΔHmix(＝ΔHg+Hr)。因此，可以得到注入后时间t处的气体混合物(＝Hmix(t-Δt)+ΔHmix)的热函Hmix(t)。

而且，在当注入后时间t为零的时点处，气体混合物处于其中气体混合物还没有吸入缸内气体中的状态，也就是说，气体混合物只包括燃料蒸气(见图3A)。因此，当时的气体混合物的热函Hmix(0)可以通过以下方程式(17)来获得。在方程式(17)中，Cf表示燃料(蒸气)的常压比热(在本例子中为常数)。

Hmix(0)＝Qfin·Cf·Tf                            (17)

进而，Tf表示燃料蒸气本身的温度，在考虑到在紧接着其注入之后当液体燃料变成燃料蒸气时的时点处每单位质量的比潜热Qvapor的情况下，可以通过以下方程式(18)来得到Tf。在以下方程式(18)中，Tcr表示在注入后时间t等于零的时点处由燃料温度传感器76所检测的液体燃料的温度。αcr表示校正系数，用于考虑当燃料通过燃料管23从燃料注入泵22的排放端口附近到燃料注入阀21时所产生的热损失。

$\mathrm{Tf}=\mathrm{\&alpha;cr}\&CenterDot;\mathrm{Tcr}-\frac{\mathrm{Qvapor}}{\mathrm{Cf}}---18)$

因此，还可以获得注入后时间t为零的时点处的气体混合物的热函Hmix(0)。通过上述计算，可以获得针对注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物热函Hmix。

由于以上述方式获得了针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物的热函Hmix、气体混合物的质量Mmix和气体混合物的常压比热Cmix，因此可以根据上述方程式(7)获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物温度Tmix。

<获得气体混合物燃料浓度[Fuel]mix>

接下来讲述用于获得在气体混合物中所包含的燃料的浓度(质量浓度)[Fuel]mix。注入后时间t处的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix为，“注入后时间t处气体混合物中所存在的燃料质量”与通过上述方程式(8)所得到的注入后时间t处的气体混合物质量Mmix的比。

“注入后时间t处气体混合物中所存在的燃料质量”是通过如下方式所获得的值，即，从当注入后时间t为零时所注入的燃料量(指令燃料注入量Qfin)减去在从注入到当前时点(注入后时间t)的时间段期间化学反应所消耗的燃料量。因此，注入后时间t处的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix可以由以下方程式(19)来表示。

$\left[\mathrm{Fuel}\right]\mathrm{mix}=\frac{\mathrm{Qfin}-\mathrm{\&Sigma;qr}}{\mathrm{Mmix}}---\left(19\right)$

在方程式(19)中，“∑qr”表示燃料消耗量qr的值的总和，并且根据上述方程式(15)在从注入到当前时点(注入后时间t)的时间段中的每一个微小时间Δt中对其进行获得和更新。以上述方式，通过获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的燃料消耗量qr和气体混合物质量Mmix，可以根据方程式(19)来获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix。

<获得气体混合物氧气浓度[O2]mix>

接下来讲述用于获得在气体混合物中所包含的氧气的浓度(质量浓度)[O2]mix的方法。注入后时间t处的气体混合物氧气浓度[O2]mix为，“注入后时间t处气体混合物中所存在的氧气质量”与注入后时间t处的气体混合物质量Mmix的比。

“注入后时间t处气体混合物中所存在的缸内气体的质量”是通过如下方式所获得的值，即，从注入后时间t处形成缸内气体的气体混合物的质量G中减去在从注入到当前时点(注入后时间t)的时间段期间化学反应所消耗的缸内气体的质量。气体混合物在微小时间Δt内的化学反应中所消耗的缸内气体的消耗量gr和燃料的消耗量qr(在微小时间Δt内)可以用以下方程式(20)来表示。

gr＝stoich·qr                                         (20)

因此，“注入后时间t处气体混合物中所存在的缸内气体的质量”可以表示成“G-∑gr”。这里，∑gr表示缸内气体消耗量gr的值的总和，根据上述方程式(20)，在从注入到当前时点(注入后时间t)的时间段中的每一个微小时间Δt中获得和更新缸内气体消耗量gr。

“注入后时间t处气体混合物中所存在的氧气质量”可以通过用“注入后时间t处气体混合物中所存在的缸内气体的质量”乘以缸内气体中的氧气浓度(相应地，上述吸入空气氧气浓度[O2]in)来得到。因此，注入后时间t处的气体混合物氧气浓度[O2]mix可以用以下方程式(21)来表示。

$\left[O2\right]\mathrm{mix}=\frac{(G-\mathrm{\&Sigma;gr})\&CenterDot;\left[O2\right]\mathrm{in}}{\mathrm{Mmix}}\text{---}\left(21\right)$

以上述方式，通过获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的形成缸内气体的气体混合物的质量G、缸内气体消耗量gr和气体混合物质量Mmix，可以根据方程式(21)来获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物氧气浓度[O2]mix。

<获得气体混合物氮气浓度[N2]mix>

接下来讲述用于获得在气体混合物中所包含的氮气浓度(质量浓度)[N2]mix。注入后时间t处的气体混合物氮气浓度[N2]mix为“注入后时间t处气体混合物中所存在的氮气质量”与注入后时间t处的气体混合物质量Mmix的比。

缸内气体中的氮气为惰性气体，并且在从注入到当前时点(注入后时间t)的时间段期间发生的化学反应中，不消耗气体混合物中的氮气。因此，通过用注入后时间t处形成缸内气体的气体混合物的质量G乘以缸内气体中的氮气浓度(相应地，吸入空气氮气浓度[N2]in)而获得“注入后时间t处气体混合物中所存在的氮气质量”。因此，注入后时间t处的气体混合物氮气浓度[N2]mix可以用以下方程式(22)来表示。

$\left[N2\right]\mathrm{mix}=\frac{G\&CenterDot;\left[N2\right]\mathrm{in}}{\mathrm{Mmix}}---\left(22\right)$

以上述方式，通过获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的形成缸内气体的气体混合物的质量G和气体混合物质量Mmix，根据方程式(22)，可以获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的气体混合物氮气浓度[N2]mix。上面讲述了用于获得气体混合物温度Tmix、气体混合物燃料浓度[Fuel]mix、气体混合物氧气浓度[O2]mix和气体混合物氮气浓度[N2]mix的方法，它们都是估计排放物生成量所需要的。

(估计排放物生成量的方法)

接下来讲述用于通过本设备来估计排放物生成量的方法。在本例子中，烟灰生成量和NO生成量被估计为排放物生成量。首先来讲述烟灰生成量的估计。

<烟灰生成量>

烟灰生成量可以通过使用在气体混合物中所包含的烟灰浓度[Soot]mix的变化速率(下面将其称为“烟灰生成速度d[Soot]mix/dt”)来得到，这可以以下方程式(23)来获得，方程式(23)是在Transactionsof the Japanese Society of Mechanical Engineers(book B)，vol 48和No.432(以下称为非专利文献2)中的“Combustion Model ofDirect-Injection-Type Diesel Engine and Performance Prediction”中所公开的经验公式。

$\frac{d\left[\mathrm{Soot}\right]\mathrm{mix}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{dmsf}}{\mathrm{dt}}-\frac{\mathrm{dmso}}{\mathrm{dt}}---\left(23\right)$

在方程式(23)中，dmsf/dt表示由于气体混合物内烟灰的形成而引起的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix的增加速度(下面将其称为“烟灰形成速度”)，并且dmso/dt表示由于气体混合物内烟灰被氧化而引起的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix的减少速度(下面将其称为“烟灰氧化速度”)。这些速度分别用以下方程式(24)和(25)来表示。

$\frac{\mathrm{dmsf}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{Af}\&CenterDot;\left[\mathrm{Fuel}\right]\mathrm{mix}\&CenterDot;{\mathrm{Pg}}^{\mathrm{\&alpha;}}\&CenterDot;\exp \left(\frac{-\mathrm{Esf}}{R\&CenterDot;\mathrm{Tmix}}\right)---\left(24\right)$

$\frac{\mathrm{dmso}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{Ao}\&CenterDot;\left[\mathrm{Soot}\right]\mathrm{mix}\&CenterDot;\left[O2\right]\mathrm{mix}\&CenterDot;{\mathrm{Pg}}^{\mathrm{\&beta;}}\&CenterDot;\exp \left(\frac{-\mathrm{Eso}}{R\&CenterDot;\mathrm{Tmix}}\right)---\left(25\right)$

在方程式(24)和(25)中，Af和Ao都是常数，并且Esf和Eso为活化能量(在本例子中为常数)。进而，Pg表示缸内气体的压力，在假设缸内气体的状态在IVC之后绝热地改变的情况下，可以通过以下方程式(26)来得到Pg。在以下方程式(26)中，Pgivc表示在IVC处缸内气体的压力，并且Vg(CAivc)表示与上述IVC处的曲柄角度CA相对应的缸内体积。进而，Vg(CA)表示当前时点(也就是注入后时间t)处的缸内体积。

$\mathrm{Pg}=\mathrm{Pgivc}\&CenterDot;{\left\{\frac{\mathrm{Vg}\left(\mathrm{CAivc}\right)}{\mathrm{Vg}\left(\mathrm{CA}\right)}\right\}}^K---\left(26\right)$

上述方程式(24)显示，气体混合物燃料浓度[Fuel]mix、气体混合物温度Tmix和缸内气体压力Pg越大，则烟灰形成速度越大(对应地为烟灰形成越容易)。进而，上述方程式(25)显示，气体混合物烟灰浓度[Soot]mix、气体混合物氧气浓度[O2]mix、气体混合物温度Tmix和缸内气体压力Pg越大，则烟灰氧化速度越大(对应地为烟灰的氧化和消除越容易)。

通过在每一个微小时间Δt内将针对注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt可以得到的气体混合物温度Tmix、气体混合物燃料浓度[Fuel]mix和气体混合物氧气浓度[O2]mix应用到方程式(23)至(25)，可以获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的烟灰生成速度d[Soot]mix/dt。

因此，通过将从注入后时间t为零的时点处开始的每一个微小时间Δt处获得的烟灰生成速度d[Soot]mix/dt相对于时间进行积分(累积)，可以在从注入后时间t为零的时点处开始的每一个微小时间Δt内对注入后时间t处的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix进行更新。如果可以以上述方式获得注入后时间t处的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix，则通过用气体混合物烟灰浓度[Soot]mix乘以气体混合物质量Mmix可以得到注入后时间t处的烟灰生成量。

<NO生成量>

接下来讲述NO生成量的估计。NO生成量可以通过利用在气体混合物中所包含的NO浓度[NO]mix的变化速率(下面将其称为“NO生成速度d[NO]mix/dt”)来得到，例如，这可以通过基于Yukio MIZUTANI，Morikita Publishing Co.，Ltd的“Combustion Engineering”中引入的扩展Zel’dovich机制的以下方程式(27)来得到。

$\frac{d\left[\mathrm{NO}\right]\mathrm{mix}}{\mathrm{dt}}=2\mathrm{An}\&CenterDot;\mathrm{Kfo}\left(\mathrm{Tmix}\right)\&CenterDot;\left[N2\right]\mathrm{mix}\&CenterDot;{\left[O2\right]}^{0.5}\mathrm{mix}\&CenterDot;\exp \left(\frac{-\mathrm{En}}{\mathrm{Tmix}}\right)---\left(27\right)$

在方程式(27)中，An为常数，En表示活化能量(本例子中的常数)。进而，kfo(Tmix)表示根据气体混合物温度Tmix所确定的均衡常数。上述方程式(27)显示，气体混合物氧气浓度[O2]mix、气体混合物氮气浓度[N2]mix和气体混合物温度Tmix越高，则NO生成速度越大(对应地为NO的生成越容易)。

通过在每一个微小时间Δt内将针对注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt可以得到的气体混合物温度Tmix、气体混合物氮气浓度[N2]mix和气体混合物氧气浓度[O2]mix应用到方程式(27)，可以获得针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的NO生成速度d[NO]mix/dt。

因此，通过将从注入后时间t为零的时点处开始的每一个微小时间Δt内获得的NO生成速度d[NO]mix/dt相对于时间进行积分(累积)，可以在从注入后时间t为零的时点处开始的每一个微小时间Δt内对注入后时间t处的气体混合物NO浓度[NO]mix进行更新。如果可以以上述方式来获得注入后时间t处的气体混合物NO浓度[NO]mix，则通过用气体混合物NO浓度[NO]mix乘以气体混合物质量Mmix可以得到注入后时间t处的NO生成量。

(注入燃料的划分，气体混合物的划分)

如图3A和3B所示，以这种方式获得的气体混合物的状态(温度Tmix等)和排放物生成量都是在假设指令燃料注入量为Qfin的燃料是在燃料注入开始时刻CAinj处一次性(瞬时)注入的情况下获得的值。也就是说，假设在燃料注入开始时刻CAinj之后，质量为Qfin的所有燃料都以上述喷射角θ呈圆锥形分散(见图3B)，从而形成“单个气体混合物”，这里喷射角θ是根据燃料注入开始时刻CAinj处的有效注入压力ΔP和燃料注入开始时刻CAinj处的缸内气体密度ρg0确定的。

不过，如上所述，实际上指令燃料注入量为Qfin的燃料在从燃料注入开始时刻CAinj的注入时间段TAU上是连续注入的。因此，当在显微镜下观察燃烧室内的气体混合物的进展时，越是接近气体混合物的底部，相对于燃料注入开始时刻Cainj的燃料注入中所包含的延迟就越大。换句话说，在特定部分中所包含的燃料的注入时点是根据在由气体混合物所占据的区域内的特定部分的位置所改变的。

同时，与在燃料注入之后所过去的时间相对应的缸内气体的状态(温度Tg和密度ρg等)是根据燃料的注入时点而变化的。另外，燃料注入时点处的有效注入压力ΔP和燃料注入时点处的缸内气体密度ρg0(对应的，喷射角θ)也是根据燃料的注入时点而变化的。换句话说，燃烧室内的气体混合物的状态的进展根据气体混合物中所包含的燃料的注入时点而变化。

从上面我们知道，气体混合物(对应于在燃料注入之后所过去的时间)的状态(温度等)是根据气体混合物所占据的区域中的位置而变化的。因此，气体混合物内所生成的排放物的量也是根据气体混合物所占据的区域中的位置而变化的。也就是说，由于燃烧室内的气体混合物进展的不均匀性，气体混合物内所生成的排放物的量也变得不均匀。

考虑到气体混合物的不均匀性和排放物生成量的不均匀性，为了准确估计气体混合物的状态和排放物生成量，可以采用其中注入时间段TAU被分成多个子时间段并且指令燃料注入量为Qfin的燃料被分成在相应的子时间段中被依次注入的多个部分的方法。然后，单独估计由各燃料部分所形成的气体混合物。

在本实施例中，如图4所示，注入时间段TAU被均等分成三个子时间段：也就是“前1/3TAU时间段”、“中间1/3TAU时间段”和“后1/3TAU时间段”，并且在前1/3TAU时间段、中间1/3TAU时间段和后1/3TAU时间段依次并且单独注入质量分别为Q(1)、Q(2)和Q(3)的燃料部分。

更为确切地说，在燃料注入开始时刻CAinj处一次性注入了在与第一注入有关的注入时间段“前1/3TAU时间段”内的质量为Q(1)的燃料部分；在第一注入已经过去了1/3TAU时一次性注入与第二注入有关的注入时间段“中间1/3TAU时间段”的质量为Q(2)的燃料部分；并且在第二注入已经过去了1/3TAU时一次性注入与第三注入有关的注入时间段“前1/3TAU时间段”的质量为Q(3)的燃料部分。注意，虽然“Q(1)+Q(2)+Q(3)＝Qfin”仍然成立，但是例如由于注入压力Pcr在注入时间段TAU内并不是保持不变的，因此Q(1)、Q(2)和Q(3)并非彼此相等。

本设备单独处理作为第一注入的结果而形成的气体混合物(第一气体混合物)、作为第二注入的结果而形成的气体混合物(第二气体混合物)和作为第三注入的结果而形成的气体混合物(第三气体混合物)；并且对于每一个气体混合物，按照上述流程单独估计气体混合物状态(温度Tmix等)和排放物生成量。

因此，考虑到气体混合物在如下方面的差别，可以单独估计气体混合物状态和排放物生成量，所述方面是：与燃料注入之后过去的时间相对应的缸内气体状态、在燃料注入时的有效注入压力ΔP和燃料注入时的缸内气体密度ρg(对应的，喷射角θ)。

因此，本设备通过对每一个气体混合物所估计的排放物生成量进行求和，从而估计总的排放物生成量(确切地说为总的烟灰生成量Soot和总的NO生成量NO)。通过这种程序，在考虑到上述排放物生成量的不均匀性的情况下可以准确地估计总的排放物生成量。

(燃料注入控制的要点)

紧接着确定了缸内气体的量的IVC之后，本设备开始进行与气体混合物状态的估计和排放物生成量的估计有关的上述计算，并且在燃料注入开始时刻CAinj到来之前完成总的排放物生成量(确切地说为总的烟灰生成量Soot和总的NO生成量NO)的估计。

本设备根据引擎的操作条件来获得目标排放物生成量(确切地说为目标烟灰生成量Sootter和目标NO生成量NOter)，当所估计的总的烟灰生成量Soot和总的NO生成量NO中的一个充分大于相应的目标生成量时，并且对燃料注入压力进行反馈控制，以便使总的生成量下降。

确切地说，当通过用所估计的总的烟灰生成量Soot减去目标烟灰生成量Sootter所得到的值大于预定值时，本设备将燃料注入起始压力从基准燃料注入压力Pcrbase增大预定量。因此，控制以减少烟灰生成量。同时，当通过用所估计的总的NO生成量NO减去目标NO生成量NOter所得到的值大于预定值时，本设备将燃料注入起始压力从基准燃料注入压力Pcrbase减少预定量。因此，控制以减少NO生成量。上述为燃料注入控制的要点。

(实际操作)

接下来讲述用于具有上述结构的内燃机的排放物生成量估计设备的实际操作。

<气体混合物温度等和排放量的计算>

CPU61以预定间隔重复执行由图5～9中的一系列流程图所示的例程，并且用于计算气体混合物的温度等和排放量。因此，当已经到达预定时刻时，CPU61从步骤500开始处理，并且进行到步骤505，以便确定吸气阀Vin是否从打开状态变成关闭状态(也就是是否到达了IVC)。当CPU61判断为“否”时，直接进展到步骤595，并且结束当前本例程的执行。

这里，假设在特定气缸中到达了IVC。在这种情况下，当进展到步骤505时，CPU61判断为“是”，然后进展到步骤510。在步骤510中，CPU61将从曲柄位置传感器74获得的当前实际曲柄角度CAact存储为IVC处的曲柄角度CAivc，将从吸气管压力传感器73获得的当前吸气管压力Pb存储为IVC处的缸内气体压力Pgivc，将从吸入空气温度传感器72获得的当前吸入空气温度Tb存储为IVC处的缸内气体温度Tgivc，并且将从吸入空气氧气浓度传感器78获得的当前吸入空气氧气浓度RO2in存储为吸入空气氧气浓度[02]in。

随后，CPU 61进展到步骤515，以便根据IVC处的缸内气体压力Pgivc、IVC处的缸内气体温度Tgivc和上述方程(5)获得缸内气体的总质量Mg。

接下来，CPU 61进展到步骤520，并且根据从加速器打开传感器75获得的当前加速器打开Accp、从曲柄位置传感器74获得的当前引擎速度NE和如图10所示的表格(映射)MapQfin来获得指令燃料注入量Qfin(也就是燃料注入时间段TAU)。在ROM62中所存储的表格MapQfin确定了加速器打开Accp和引擎速度NE以及指令燃料注入量Qfin之间的关系。

接下来，CPU 61进展到步骤525，并且根据指令燃料注入量Qfin、引擎速度NE和如图11所示的表格MapCAinj来确定燃料注入开始时刻CAinj。在ROM 62中所存储的表格MapCAinj确定了指令燃料注入量Qfin和引擎速度NE以及指令燃料注入量Qfin之间的关系。

随后，CPU 61进展到步骤530，以便根据指令燃料注入量Qfin、引擎速度NE和如图12所示的表格MapPcrbase来确定基准燃料注入压力Pcrbase。在ROM 62中所存储的表格MapPcrbase确定了指令燃料注入量Qfin和引擎速度NE以及基准燃料注入压力Pcrbase之间的关系。

接下来，CPU 61进展到步骤535，并且根据通过将燃料注入时间段TAU除以3所获得的值“TAU/3”、所获得的基准燃料注入压力Pcrbase和函数funcPcr来获得用于第一、第二和第三注入的燃料注入压力Pcr(1)、Pcr(2)和Pcr(3)。如上所述，假设在燃料注入开始时刻CAinj处一次性执行第一注入(质量Q(1))，在第一注入之后过去了1/3TAU时一次性执行第二注入(质量Q(2))，并且在第二注入之后过去了1/3TAU时一次性执行第三注入(质量Q(3))。

在将注入压力调整为在燃料注入开始时刻CAinj处所获得的基准燃料注入压力Pcrbase的状态下，当从燃料注入开始时刻CAinj的燃料注入时间段TAU上连续注入燃料时，函数funcPcr在考虑到注入压力的改变(下降)的情况下确定燃料注入压力Pcr(1)、Pcr(2)和Pcr(3)。确切地说，通过上述判断，用于第一注入的燃料注入压力Pcr(1)被设置为等于基准燃料注入压力Pcrbase的值，并且用于第二和第三注入的燃料注入压力Pcr(2)和Pcr(3)的每一个被设置为比基准燃料注入压力Pcrbase小预定量的值。

随后，CPU61进展到步骤540，并且根据所获得的燃料注入时间段TAU、值“TAU/3”、所获得的基准燃料注入压力Pcrbase和函数funcQ来获得第一、第二和第三注入的各个燃料量(质量)Q(1)、Q(2)和Q(3)。该步骤540对应于注入燃料划分装置。

在其中将注入压力调整为在燃料注入开始时刻CAinj处所获得的基准燃料注入压力Pcrbase的状态下，当从燃料注入开始时刻CAinj起的燃料注入时间段TAU上连续注入燃料时，函数funcQ在考虑到注入压力的改变(下降)的情况下确定燃料量Q(1)、Q(2)和Q(3)。确切地说，通过上述判断，设置燃料量(质量)Q(1)、Q(2)和Q(3)，从而使关系“Qfin＝Q(1)+Q(2)+Q(3)”成立。不过，燃料量Q(1)、Q(2)和Q(3)不会变成彼此相等。

接下来，CPU61进展到步骤545，并且根据值“TAU/3”、当前引擎速度NE、燃料注入开始时刻CAinj和函数funcCAinj来获得用于第一、第二和第三注入的各个注入时刻的曲柄角度CAinj(1)、CAinj(2)和CAinj(3)。

在假设引擎速度NE保持在当前速度的情况下，函数funcCAinj获得曲柄角度CAinj(1)、CAinj(2)和CAinj(3)。确切地说，通过上述处理，第一注入时点处的曲柄角度CAinj(1)被设置为与燃料注入开始时刻CAinj相对应的值；第二注入时点处的曲柄角度CAinj(2)被设置为与燃料注入开始时刻CAinj(相应地，第一注入的时刻)滞后了时间段“TAU/3”的时点相对应的值；第三注入时点处的曲柄角度CAinj(3)被设置为与第二注入时刻滞后了时间段“TAU/3”的时刻相对应的值。

接下来，CPU 61进展到步骤550，并且根据从燃料温度传感器76获得的当前燃料温度Tcr和上述方程式(18)来获得燃料蒸气温度Tf。随后，CPU 61进展到步骤555，并且根据吸入空气氧气浓度[O2]in和用于通过使用[O2]in作为自变量来获得缸内气体理论空气-燃料比率stoich的函数funcstoich，从而获得缸内气体理论空气-燃料比率stoich。

接下来，CPU 61进展到步骤560，并且根据吸入空气氧气浓度[O2]in和用于通过使用[O2]in作为自变量来获得缸内气体中的氮气浓度的函数func[N2]来获得缸内气体中所包含的氮气浓度(也就是吸入空气氮气浓度[N2]in)。

随后，CPU 61进展到步骤565，并且根据当前引擎速度NE、微小时间Δt和用于通过使用NE和Δt作为自变量用于获得微小曲柄角度ΔCA的函数funcΔCA来获得微小曲柄角度ΔCA，该微小曲柄角度ΔCA是对应于微小时间Δt(例如0.1msec)的曲柄角度。当引擎速度NE保持在当前时间(也就是紧接着IVC之后)处的值时，该微小曲柄角度ΔCA是对应于微小时间Δt的曲柄角度。

然后CPU 61进展到步骤570，并且将总的烟灰生成量Soot设置为初始值Soot0，并且将总的NO生成量NO设置为初始值NO0。在随后的步骤575中，CPU 61将变量i的值清“0”。初始值Soot0对应于在燃料注入之前的缸内气体中所包含的(对应地，之前在EGR气体中所包含的)烟灰量；并且初始值NO0对应于在燃料注入之前的缸内气体中所包含的(对应地为之前在EGR气体中所包含的)NO量。

变量i的值被用于有选择性地表示第一至第三注入中的一个。也就是说，“i＝1”表示第一注入(对应为第一气体混合物)、“i＝2”表示第二注入(对应为第二气体混合物)，并且“i＝3”表示第三注入(对应为第三气体混合物)。

接下来，CPU 61然后进展到图6的步骤605，并且将变量i的值(在当前时点处为“0”)增加“1”。结果，在当前时点处，变量i的值变成“1”。因此，在该时点之后，只要“i＝1”就执行与第一注入有关的计算。确切地说，首先，与第一注入有关的各种初始值被确定如下。

首先，CPU 61进展到步骤610，并且通过用在上述步骤515中所获得的缸内气体的总质量Mg除以第一注入时点处的缸内气体体积Vg(CAinj(1))来获得缸内气体密度ρg0(在第一注入时点处)，其中所述第一注入时点处的缸内气体体积Vg(CAinj(1))是根据在上述步骤545中所获得的第i次(第一)注入时间处的曲柄角度CAinj(i)而获得的。

随后，CPU 61进展到步骤615，并且根据在上述步骤510中所获得的IVC处的缸内气体压力Pgivc、上述IVC处缸内体积Vg(CAivc)、第i次(第一)注入时间处的缸内体积Vg(CAinj(i))和对应于上述方程式(4)的方程式来获得缸内气体压力Pg0(在第一注入时点处)。

接下来，CPU 61进展到步骤620，并且通过用在上述步骤535中所获得的第i次(第一)注入压力Pcr(i)减去上述缸内气体压力Pg0来获得有效注入压力ΔP(在第一注入时点处)。在随后的步骤625中，根据所获得的有效注入压力ΔP、缸内气体密度ρg0和表格Mapθ来获得喷射角θ(与第一注入有关)，CPU 61获得喷射角θ(与第一注入有关)。通过这样，喷射角θ是根据第i次(第一)注入时点处的有效注入压力ΔP和缸内气体密度ρg0来确定的(也就是曲柄角度CAinj(1))。

接下来，CPU 61进展到步骤630，以便将过量空气比率之前的值λb设置为初始值“0”，并且进展到步骤635，以便将形成缸内气体质量G的气体混合物的值(与第一气体混合物有关)设置为初始值“0”。在随后的步骤640中，CPU 61将燃料消耗量累积值sumpr和缸内气体消耗量累积值sumgr(与第一气体混合物有关)都设置为初始值“0”。

随后，CPU 61进展到步骤645，并且根据对应于上述方程式(17)的方程式，将气体混合物热函Hmix(与第一气体混合物有关)设置为初始值(也就是在上述步骤540中所获得的第i次(第一)注入量Q(i)、燃料的常压比热Cf和在上述步骤550中所获得的燃料蒸气温度Tf的乘积)

接下来，CPU 61进展到步骤650，以便将气体混合物常压比热Cmix(与第一气体混合物有关)设置为燃料的上述常压比热Cf(初始值)，并且进展到步骤655，以便将气体混合物质量Mmix(与第一气体混合物有关)设置为第i次(第一次)注入量Q(i)(初始值)。

接下来，CPU 61进展到步骤660，以便将气体混合物NO浓度[NO]mix、烟灰浓度[Soot]mix和氧气浓度[O2]mix的每一个(与第一气体混合物有关)设置为初始值“0”，并且将气体混合物燃料浓度[Fuel]mix(与第一气体混合物有关)设置为初始值“1”。

随后，CPU 61进展到步骤665，以便将注入后时间t(与第一气体混合物有关)设置为初始值“0”，并且将曲柄角度CA(与第一注入有关)设置为第i次(第一)注入时点处的曲柄角度CAinj(i)(初始值)。通过这些设置，与第i次(第一)气体混合物有关的注入后时间t从第i次(第一)注入时点处算起。

接下来，CPU 61进展到步骤670，并且将标志ENDsoot和ENDno的值初始化为“0”。当标志ENDsoot的值为“1”时，该标志表示烟灰浓度[Soot]mix的值正在被更新。当标志ENDsoot的值为“0”时，该标志表示烟灰浓度[Soot]mix的更新已经完成了。当标志ENDno的值为“1”时，该标志表示NO浓度[NO]mix的值正在被更新。当标志ENDno的值为“0”时，该标志表示NO浓度[NO]mix的更新已经完成了。这样，确定了与第i次(第一)注入有关的各种初始值。

接下来，CPU 61进展到图7的例程，并且开始进行与第i次(第一)注入有关的计算气体混合物温度的处理。确切地说，CPU 61首先进展到步骤705，并且将注入后时间t(与第一注入有关)的值(当前时点处为“0”)更新或增加微小时间Δt，并且将曲柄角度CA(与第一注入有关)的值(当前时点处的“CAinj(1)”)更新或增加微小的曲柄角度ΔCA。这样，曲柄角度CA的值被保持为与注入后时间t相对应的值。通过这种处理，在该时点之后，注入后时间t(与第一注入有关)变得等于微小时间Δt，并且曲柄角度CA(与第一注入有关)变得等于CAinj(1)+ΔCA。

随后，CPU 61进展到步骤710，并且通过将在上述步骤515中所获得的缸内气体的总质量Mg除以在上述步骤705中所更新的与曲柄角度CA相对应的缸内容量Vg(CA)，从而获得了注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的缸内气体密度ρg(与第一注入有关)。

接下来，CPU 61进展到步骤715，并且根据在上述步骤510中所获得的IVC处的缸内气体压力Pgivc、IVC处的上述缸内容量Vg(CAivc)、对应于曲柄角度CA的上述缸内容量Vg(CA)和上述方程式(26)来获得注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的缸内气体压力Pg(与第一注入有关)。

接下来，CPU 61进展到步骤720，并且根据在上述步骤510中所获得的IVC处的缸内气体温度Tgivc、IVC处的上述缸内容量Vg(CAivc)、对应于曲柄角度CA的上述缸内容量Vg(CA)和上述方程式(12)来获得注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的缸内气体温度Tg(与第一注入有关)。

接下来，CPU 61进展到步骤725，并且根据在上述步骤510中所获得的上述吸入空气氧气浓度[O2]in、在步骤720中所获得的缸内气体温度Tg、用于通过使用[O2]in和Tg作为自变量用于获得缸内气体的常压比热Cg的函数funcCg和上述方程式(13)来获得注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的缸内气体压力(与第一注入有关)的常压比热Cg。

随后，CPU 61进展到步骤730，并且根据在上述步骤710中所获得的缸内气体密度ρg、在上述步骤625中所获得的喷射角θ、在上述步骤620中所获得的有效注入压力ΔP、在上述步骤705中所更新的注入后时间t(与第i次(第一)注入有关)和上述方程式(3)来得到燃料稀释比率dλ/dt(与第i次(第一)注入有关)。

然后，CPU 61进展到步骤735，并且根据上述方程式(2)将与第i次(第一)注入有关的过量空气比率λ更新为如下的值，即，通过将值“dλ/dt·Δt”(通过用所获得的燃料稀释比率dλ/dt乘以微小时间Δt而获得的)加上当时的过量空气比率先前的值λb(由于步骤630的处理，当前时点处为“0”)所得到的值。通过这样，得到了注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的过量空气比率λ(与第一注入有关)。

接下来，CPU 61进展到步骤740，并且根据在上述步骤555中所获得的缸内气体理论空气-燃料比率stoich、在步骤735中所获得的过量空气比率λ、过量空气比率先前值λb(由于步骤630的处理，当前时点处为“0”；并且在下一个和随后的时点处，为将要讲述的在步骤785中所设置的值)、在步骤540中所设置的第i次(第一)注入量Q(i)和对应于上述方程式(11)的方程式来得到在微小时间Δt期间(在注入后时间(t-Δt)和t之间)(与第一注入有关)被新吸入到气体混合物中的缸内气体的质量g。

随后，CPU 61进展到步骤745，并且将形成缸内气体的气体混合物的质量G更新为如下的值，即，通过用上述新吸入的缸内气体的质量g加上当时形成缸内气体的气体混合物的质量G(由于步骤635的处理，当前时点处为“0”)所得到的值。通过这样，得到了注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的形成缸内气体的气体混合物的质量G(与第一注入有关)。

接下来，CPU 61进展到步骤750，并且将气体混合物质量Mmix更新为通过将上述新吸入的缸内气体的质量g加上当时的气体混合物质量Mmix(由于步骤655的处理，当前时点处为第一注入量Q(1))所得到的值。通过这样，得到了注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的气体混合物质量Mmix(与第一注入有关)。

随后，CPU 61进展到步骤755，并且将发生化学反应之前的气体混合物的热函Hpre设置为如下的值，即，通过用根据上述方程式(10)所得到的“上述新吸入的缸内气体的热能ΔHg＝g·Cg·Tg”加上当时的气体混合物的热函Hmix(由于步骤645的处理，当前时点处值为“Q(1)·Cf·Tf”)所得到的值。

接下来，CPU 61进展到步骤760，并且根据对应于方程式(16)的方程式，通过如下方法，获得发生化学反应之前的气体混合物的温度Tpre，所述方法是，用所得到的在发生化学反应之前的气体混合物的热函Hpre除以如下所述的值，所述值是，通过在上述步骤750中所得到的气体混合物质量Mmix乘以当时的气体混合物常压比热Cmix(由于步骤650的处理，当前时点处为燃料的常压比热Cf；并且在下一个和随后的时点处，为在将要讲述的步骤830中所设置的值)所得到的值。

接下来，CPU 61进展到步骤765，并且根据如下值来获得在微小时间Δt期间(在注入后时间(t-Δt)和t之间)从气体混合物中发生的化学反应中获得燃料消耗母体的量qr，所根据的值是，当时的气体混合物氧气浓度[O2]mix(由于步骤660的处理，当前时点处为“0”；并且在下一个和随后的时点处，为在将要讲述的步骤820中所设置的值)、当时的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix(由于步骤660的处理，当前时点处为“0”；并且在下一个和随后的时点处，为在将要讲述的步骤815中所设置的值)、所获得的发生化学反应之前的气体混合物的温度Tpre和上述方程式(15)。

随后，CPU 61进展到步骤770，并且根据所获得的燃料消耗量qr和上述方程式(14)来获得在微小时间Δt期间(在注入后时间(t-Δt)和t之间)在气体混合物中发生的化学反应而产生的反应热量Hr。进而，在随后的步骤775中，CPU 61通过将气体混合物的热函Hmix设置为如下值从而对其进行更新，所述值是，通过将所获得的反应热量Hr加上发生化学反应之前的气体混合物的热函Hpre所得到的值。通过这样，得到了注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的气体混合物的热函Hmix(与第一注入有关)。

然后，CPU 61进展到步骤780，并且根据在上述步骤775中所得到的气体混合物的热函Hmix、在上述步骤750中所得到的气体混合物质量Mmix、当时的气体混合物常压比热Cmix(由于步骤650的处理，在当前时点处为燃料的常压比热Cf；并且在下一个和随后的时点处，为在将要讲述的步骤830中所设置的值)和上述方程式(7)来获得气体混合物温度Tmix。通过这样，得到了在注入后时间t等于Δt的时点(对应为曲柄角度CA＝CAinj(1)+ΔCA)处的气体混合物温度Tmix(与第一注入有关)。步骤780对应于气体混合物状态估计装置。

接下来，CPU 61进展到步骤785，并且为了准备下一次计算，将过量空气比率先前值λb设置为在上述步骤735中所得到的过量空气比率λ的值。在这一时点之后，在上述步骤735中使用该值。以这样的方式，计算了注入后时间t处的气体混合物温度Tmix(与第i次(第一)注入有关)。

接下来，CPU 61进展到图8的例程，并且启动用于计算与第i次(第一)注入有关的各种浓度的处理。确切地说，CPU 61首先进展到步骤805，以便根据在上述步骤765中所得到的在微小时间Δt期间(在注入后时间(t-Δt)和t之间)在气体混合物中发生的化学反应中所消耗的燃料量qr、在上述步骤555中所得到的缸内气体理论空气-燃料比率stoich和上述方程式(20)，来获得在微小时间Δt期间(在注入后时间(t-Δt)和t之间)在气体混合物中发生的化学反应中所消耗的缸内气体量gr。

随后，CPU 61进展到步骤810，以便将燃料消耗量累积值sumqr(与第一注入有关)更新为通过用在步骤675中所得到的燃料消耗量qr加上当时的燃料消耗量累积值sumqr(由于步骤640的处理，当前时点处为“0”)所得到的值，并且将缸内气体消耗量累积值sumgr(与第一注入有关)更新为通过用在步骤805中所得到的缸内气体消耗量gr加上当时的缸内气体消耗量累积值sumgr(由于步骤640的处理，当前时点处为“0”)所得到的值。通过这样，得到了注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的燃料消耗量累积值sumqr和缸内气体消耗量累积值sumgr(与第一注入有关)。

接下来，CPU 61进展到步骤815，并且根据在步骤540中所得到的第i次(第一)注入量Q(i)、所得到的燃料消耗量累积值sumqr、在步骤750中所得到的气体混合物质量Mmix和对应于上述方程式(19)的方程式来获得注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix(与第一注入有关)。

接下来，CPU 61进展到步骤820，并且根据在步骤745中所得到形成缸内气体的气体混合物的质量G、所得到的缸内气体消耗量累积值sumgr、在步骤510中所设置的吸入空气氧气浓度[O2]in、在步骤750中所得到的气体混合物质量Mmix和上述方程式(21)来获得注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的气体混合物氧气浓度[O2]mix(与第一注入有关)。

接下来，CPU 61进展到步骤825，并且根据在步骤745中所得到形成缸内气体的气体混合物的质量G、在步骤560中所设置的吸入空气氮气浓度[N2]in、在步骤750中所得到的气体混合物质量Mmix和上述方程式(22)来获得注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的气体混合物氮气浓度[N2]mix(与第一注入有关)。这些步骤815至825也对应于气体混合物状态估计装置。

接下来，CPU 61进展到步骤830，并且根据在上述步骤820中所得到的气体混合物氧气浓度[O2]mix、在步骤780中所得到的气体混合物温度Tmix和上述方程式(9)来获得注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的气体混合物常压比热Cmix(与第一注入有关)。在这一时点之后，在步骤760和780中使用该值。

然后，CPU 61进展到步骤835，以便确定标志ENDsoot的值是否为“0”。当CPU 61判断为“No”时，直接进展到步骤870，而不对将要讲述的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix执行更新(将烟灰生成速度d[Soot]mix/dt相对于时间进行积分的处理(步骤855))。

在当前时点处，由于上述步骤670的处理，标志ENDsoot的值被设置为“0”。因此，CPU 61在步骤835中判断为“Yes”，并且进展到步骤840，以便根据在步骤815中所得到的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix、步骤715中所得到的缸内气体压力Pg、在步骤780中所得到的气体混合物温度Tmix和上述方程式(24)来获得烟灰形成速度dmsf/dt。

随后，CPU 61进展到步骤845，以便根据当时的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix(由于步骤660的处理，当前时点处为“0”；并且在下一个和随后的时点处，为在将要讲述的步骤855中所设置的值)、在步骤820中所得到的气体混合物氧气浓度[O2]mix、在步骤715中所得到的缸内气体压力Pg、在步骤780中所得到的气体混合物温度Tmix和上述方程式(25)来获得烟灰氧化速度dmso/dt。

接下来，CPU 61进展到步骤850，以便根据所获得的烟灰形成速度dmsf/dt、所获得的烟灰氧化速度dmso/dt和上述方程式(23)来获得烟灰生成速度d[soot]mix/dt，并且然后进展到步骤855，以便将气体混合物烟灰浓度[Soot]mix设置或更新为如下值，即，用值“d[soot]mix/dt·Δt”(通过用所得到的烟灰生成速度d[soot]mix/dt乘以微小时间Δt得到的)加上当时的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix(由于步骤660的处理，当前时点处为“0”)所得到的值。通过这样，得到了在注入后时间t等于Δt的时点(对应为曲柄角度CA＝CAinj(1)+ΔCA)处的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix(与第一注入有关)。该步骤855对应于排放物生成量估计装置。

随后，CPU 61进展到步骤860，以便判断曲柄角度CA是否在压缩顶部死点(下面将其称为“TDC”)之后并且在步骤780中获得的注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的气体混合物温度Tmix(与第一注入有关)是否小于烟灰反应临界温度TminSoot。注意，烟灰反应临界温度TminSoot指的是低于该温度就很难产生烟灰的温度。

当CPU 61判断为“Yes”时，进展到步骤865并且将标志ENDsoot的值从“0”变成“1”。结果，在这一时点之后，当CPU 61进展到步骤835时，CPU 61判断为“No”，从而如上所述地不执行气体混合物烟灰浓度[Soot]mix的更新(步骤855)。通过这样，可以省略与气体混合物烟灰浓度[Soot]mix的更新有关的多余计算，并且可以减少CPU61的计算负荷。

由于当前时点紧接着IVC，因此当前时间是在TDC之前。因此，CPU 61在步骤860中判断为“No”，并且直接进展到步骤870。也就是说，标志ENDsoot的值保持为“0”。

当CPU 61进展到步骤870时，判断标志ENDno的值是否为“0”。当CPU 61判断为“No”时，直接进展到图9的步骤905，而不执行将要讲述的气体混合物NO浓度[NO]mix的更新(将NO生成速度d[NO]mix/dt相对于时间进行积分的处理(步骤880))。

在当前时点处，由于上述步骤670的处理，标志ENDno的值被设置为“0”。因此，CPU 61在步骤870中判断为“Yes”，并且进展到步骤875，以便根据在步骤825中所获得的气体混合物氮气浓度[N2]mix、在步骤820中所获得的气体混合物氧气浓度[O2]mix、在步骤780中所获得的气体混合物温度Tmix和上述方程式(27)来获得NO生成速度d[NO]mix/dt。

接下来，CPU 61进展到步骤880，以便将气体混合物NO浓度[NO]mix设置或更新为如下值，即，用值“d[NO]mix/dt·Δt”(通过所得到的NO生成速度d[NO]mix/dt乘以微小时间Δt得到的)加上当时的气体混合物NO浓度[NO]mix(由于步骤660的处理，当前时点处为“0”)所得到的值。通过这样，得到了在注入后时间t等于Δt的时点(对应为曲柄角度CA＝CAinj(1)+ΔCA)处的气体混合物NO浓度[NO]mix(与第一注入有关)。该步骤880也对应于排放物生成量估计装置。

随后，CPU 61进展到步骤885，以便判断曲柄角度CA是否在TDC之后并且在步骤780中获得的注入后时间t(对应为曲柄角度CA)处的气体混合物温度Tmix(与第一注入有关)是否小于NO反应临界温度Tmin NO。注意，NO反应临界温度TminNO指的是低于该温度就很难产生NO的温度。

当CPU 61判断为“Yes”时，进展到步骤890并且将标志ENDno的值从“0”变成“1”。结果，在这一时点之后，当CPU 61进展到步骤870时，CPU 61判断为“No”，从而如上所述地不执行气体混合物NO浓度[NO]mix的更新(步骤880)。通过这样，可以省略与气体混合物NO浓度[NO]mix的更新有关的多余计算，并且可以减少CPU 61的计算负荷。

与上述情况一样，当前时点紧接着IVC之后，因此当前时间是在TDC之前。因此，CPU 61在步骤885中判断为“No”，并且直接进展到图9的例程。也就是说，标志ENDno的值保持为“0”。通过上述处理，计算了气体混合物(第一气体混合物)的过量空气比率λ、第一气体混合物的状态(温度Tmix等)，以及在i＝1的注入后时间t(相应地与第一注入有关)等于Δt的时点(对应为曲柄角度CA＝CAinj(1)+ΔCA)处的与第一气体混合物有关的排放物浓度([Soot]mix和[NO]mix)。

当CPU 61进展到图9的步骤905时，判断标志ENDsoot和ENDno的值是否均为“1”或者曲柄角度CA与TDC之后的预定最终判断曲柄角度Caend相一致。在当前时点处，如上所述，标志ENDsoot和ENDno的值均为“0”，并且曲柄角度CA为通过用微小曲柄角度ΔCA加上处于第一注入(相应地为TDC之前)的时点处的曲柄角度CAinj(1)所得到的角度，并且还没有到达预定最终判断曲柄角度CAend。

因此，在当前时点处，CPU 61在步骤905中判断为“No”，并且返回到图7的步骤705。在这种情况下，在通过增加微小时间Δt来更新注入后时间t(与第一注入有关)(在当前时点处为“1·Δt”)并且通过增加微小曲柄角度ΔCA来更新曲柄角度CA(与第一注入有关)(在当前时点处为“CAinj(1)+·ΔCA”)之后，CPU 61再次执行图7的步骤710至图9的步骤905的处理。

通过上述处理，计算了气体混合物(第一气体混合物)(见步骤735)的过量空气比率λ、第一气体混合物(见步骤780)的状态(温度Tmix等)，以及(只要标志ENDsoot和ENDno的值为零)对于i＝1的注入后时间t(相应地与第一注入有关)等于2·Δt的时点(对应为曲柄角度CA＝CAinj(1)+2·ΔCA)处的与第一气体混合物(见步骤855和880)有关的排放物浓度([Soot]mix和[NO]mix)。

每次在图9的步骤905中判断为“No”时，都重复执行图7的步骤705至图9的步骤905的处理。结果，只要在图9的步骤905中判断为“No”，同时变量i保持为“1”，则获得了从第一注入时间开始的每一个微小时间Δt(从CAinj(1)开始的每一个微小曲柄角度ΔCA)的第一气体混合物的过量空气比率λ、第一气体混合物的状态(温度Tmix等)，以及(只要标志ENDsoot和ENDno的值为零)与第一气体混合物有关的排放物浓度([Soot]mix和[NO]mix)。

当在TDC之后的扩张冲程期间缸内体积的增加或其他原因而导致气体混合物温度Tmix下降从而满足了步骤860的上述条件时，标志ENDsoot的值从“0”变成“1”。在这一时点之后，如上所述，不执行烟灰浓度[Soot]mix的更新(步骤855)。进而，当在TDC之后的扩张冲程期间缸内体积的增加或者其他原因从而满足了步骤885的上述条件时，标志ENDno的值从“0”变成“1”。在这一时点之后，如上所述，不执行NO浓度[NO]mix的更新(步骤880)。

当标志ENDsoot和ENDno的值都变成“1”，或者当曲柄角度CA已经到了预定最终判断曲柄角度CAend(即使标志ENDsoot和ENDno的值都还没有变成“1”)时，当CPU 61进展到图9的步骤905时，CPU 61判断为“Yes”，并且进展到步骤910和随后的步骤，以便执行用于结束对于i＝1的情况的计算的处理(相应地与第一注入有关)。

也就是说，在步骤910中，通过用在上述步骤855的处理所更新的当前气体混合物烟灰浓度[Soot]mix乘以在上述步骤750中所更新的当前气体混合物质量Mmix，CPU 61获得了在第i次(第一)气体混合物中所生成的烟灰量Soot(i)，并且通过用在上述步骤880的处理中所更新的当前气体混合物NO浓度[NO]mix乘以当前气体混合物质量Mmix，来获得在第i次(第一)气体混合物中所生成的NO的量NO(i)。

然后CPU 61进展到步骤915，以便将总的烟灰生成量Soot更新为通过用所得到的在第i次(第一)气体混合物中所生成的烟灰量Soot(i)加上当时总的烟灰生成量Soot(由于步骤570的处理，当前时点处为初始值Soot0)所得到的值(Soot0+Soot(1))，并且将总的NO生成量NO更新为通过用所得到的在第i次(第一)气体混合物中所生成的No的量NO(i)加上当时总的NO生成量NO(由于步骤570的处理，当前时点处为初始值NO0)所得到的值(NO0+NO(1))。通过上述处理，完成了用于第一注入(相应地为第一气体混合物)的计算。

然后CPU 61进展到步骤920，并且判断变量i的值是否为“3”。由于在当前时点处变量i的值为1，因此CPU 61在步骤920中判断为“No”，并且返回到图6的步骤605，以便将变量i的值增加1。在这一时点之后，由于变量i被设置为“2”，因此执行用于第二注入(相应地为第二气体混合物)的计算。

也就是说，首先，在上述图6的步骤610至670中设置与第二注入有关的各种初始值。确切地说，在步骤610中，通过使用第二注入时点处的缸内体积Vg(CAinj(2))而得到了缸内气体密度ρg0(在第二注入的时点处)，其中第二注入时点处的缸内体积Vg(CAinj(2))是根据在上述步骤545中所得到的第二注入时点处的曲柄角度CAinj(2)而获得的。

随后，在步骤615中，通过使用第二注入时点处的缸内体积Vg(CAinj(2))得到了缸内气体压力Pg0(在第二注入的时点处)。结果，在步骤620中，通过从第二注入压力Pcr(2)中减去上述缸内气体压力Pg0，得到了有效注入压力ΔP(在第二注入的时点处)。在随后的步骤625中，根据所得到的有效注入压力ΔP、缸内气体密度ρg0和表格Mapθ得到了喷射角θ(与第二注入有关)。通过这样，喷射角θ是根据有效注入压力ΔP和第二注入时点处的缸内气体密度ρg0(也就是曲柄角度CAinj)来确定的。

进而，在步骤645中，气体混合物热函Hmix(与第二气体混合物有关)被设置为初始值(也就是在上述步骤540中所得到的第二注入量Q(2)、燃料的常压比热Cf和在上述步骤550中所得到的燃料蒸气温度Tf的乘积)，并且在步骤655中，气体混合物质量Mmix(与第二气体混合物有关)被设置为第二注入量Q(2)(初始值)。

然后，在步骤665中，注入后时间t(与第二气体混合物有关)被设置为初始值“0”，并且曲柄角度CA(与第二气体混合物有关)被设置为第二注入时点处的曲柄角度CAinj(2)(初始值)。通过这些设置，与第二气体混合物有关的注入后时间t是从第二注入时点算起的。

一旦在图6的步骤610至670中设置了与第二注入有关的各种初始值，则执行图7的步骤705至图9的步骤905的上述处理。结果，只要在图9的步骤905中判断为“No”，同时变量i保持为2，则对于第二注入时间开始的每一个微小时间Δt(从CAinj(2)开始的每一个微小曲柄角度ΔCA)都获得了第二气体混合物的过量空气比率λ、第二气体混合物的状态(温度Tmix等)，以及(只要标志ENDsoot和ENDno的值为零)与第二气体混合物有关的排放物浓度([Soot]mix和[NO]mix)。

当满足了步骤905的上述条件时，在步骤910中，获得了在第二气体混合物中生成的烟灰量Soot(2)和在第二气体混合物中所生成的NO量NO(2)。在步骤915中，将总的烟灰生成量Soot更新为通过用所得到的在第二气体混合物中所生成的烟灰量Soot(2)加上当时总的烟灰生成量(Soot0+Soot(1))所得到的值(Soot0+Soot(1)+Soot(2))，并且将总的NO生成量NO更新为通过用所得到的在第二气体混合物中所生成的No量NO(2)加上当时总的NO生成量(NO0+NO(1))所得到的值(NO0+NO(1)+NO(2))。通过上述处理，完成了用于第二注入(相应地为第二气体混合物)的计算。

在步骤920中，判断变量i的值是否为“3”。由于在当前时点处变量i的值为2，因此判断为“No”，并且处理返回到图6的步骤605，以便将变量i的值增加1。在这一时点之后，由于变量i被设置为“3”，因此执行用于第三注入(相应地为第三气体混合物)的计算。

也就是说，首先，在上述图6的步骤610至670中设置与第三注入有关的各种初始值。确切地说，在步骤610至625中，喷射角θ(与第三注入有关)是根据有效注入压力ΔP和第三注入时点处的缸内气体密度ρg0(也就是曲柄角度CAinj(3))来确定的。

进而，在步骤645中，气体混合物热函Hmix(与第三气体混合物有关)被设置为初始值(也就是在上述步骤540中所得到的第三注入量Q(3)、燃料的常压比热Cf和在上述步骤550中所得到的燃料蒸气温度Tf的乘积)，并且在步骤655中，气体混合物质量Mmix(与第三气体混合物有关)被设置为第三注入量Q(3)(初始值)。

然后，在步骤665中，注入后时间t(与第三气体混合物有关)被设置为初始值“0”，并且曲柄角度CA(与第三注入有关)被设置为第三注入时点处的曲柄角度CAinj(3)(初始值)。通过这些设置，与第三气体混合物有关的注入后时间t是从第三注入时点算起的。

一旦在图6的步骤610至670中设置了与第三注入有关的各种初始值，则随后执行图7的步骤705至图9的步骤905的上述处理。结果，只要在图9的步骤905中判断为“No”，同时变量i保持为3，则对于从第三注入时间开始的每一个微小时间Δt(从CAinj(3)开始的每一个微小曲柄角度ΔCA)都获得了第三气体混合物的过量空气比率λ、第三气体混合物的状态(温度Tmix等)，以及(只要标志ENDsoot和ENDno的值为零)与第三气体混合物有关的排放物浓度([Soot]mix和[NO]mix)。

当满足了步骤905的上述条件时，在步骤910中，获得了在第三气体混合物中所生成的烟灰量Soot(3)和在第三气体混合物中所生成的NO量NO(3)。在步骤915中，将总的烟灰生成量Soot更新为通过用所得到的在第三气体混合物中所生成的烟灰量Soot(3)加上当时总的烟灰生成量(Soot0+Soot(1)+Soot(2))所得到的值(Soot0+Soot(1)+Soot(2)+Soot(3))，并且将总的NO生成量NO更新为用通过所得到的在第二气体混合物中所生成的No量NO(3)加上当时总的NO生成量(NO0+NO(1)+NO(2))所得到的值(NO0+NO(1)+NO(2)+NO(3))。

通过上述处理，完成了用于第三注入(相应地为第三气体混合物)的计算。进而，通过上述处理，总的烟灰生成量Soot被获得为在各个气体混合物中所生成的烟灰量的总和，并且总的NO生成量NO被获得为在各个气体混合物中所生成的NO量的总和。也就是说，完成了排放物生成量的估计。CPU61完成了上述气体混合物状态和紧接着IVC之后(也就是在燃料注入开始时刻CAinj之前的时点)的排放物生成量的估计。

然后，在步骤920中，判断变量i的值是否为“3”。由于在当前时点处变量i的值为3，因此判断为“Yes”。在这种情况下，CPU 61进展到步骤925，并且根据当前时点(也就是紧接着IVC之后的时点)处的引擎速度NE、在上述步骤520中所确定的指令燃料注入量Qfin以及表格MapSootter和MapNOter来获得目标烟灰生成量Sootter和目标NO生成量NOter。

接下来，CPU61进展到步骤930，以便将烟灰生成量变动Δsoot设置为通过用在步骤915中所获得的总的烟灰生成量Soot减去所得到的目标烟灰生成量Sootter所得到的值，并且将NO生成量变动ΔNO设置为通过用在步骤915中所获得的总的NO生成量NO减去所得到的目标NO生成量NOter所得到的值。

随后，CPU61进展到步骤935，以便判断所得到的烟灰生成量变动Δsoot是否大于参考值Sootref。当CPU 61判断为“Yes”时，进展到步骤940，以便将最后燃料注入压力Pcrfin设置为通过用预定值ΔPcr加上在上述步骤530中所确定的基准燃料注入压力Pcrbase所得到的值。通过这样，对燃料注入压力进行校正，以便减少烟灰生成量。

同时，当CPU 61在步骤935中判断为“No”时，进展到步骤945，以便确定所得到的NO生成量变动ΔNO是否大于参考值NOref。当CPU61判断为“Yes”时，进展到步骤950，以便将最后燃料注入压力Pcrfin设置为通过从在上述步骤530中所确定的基准燃料注入压力Pcrbase减去预定值ΔPcr所得到的值。通过这样，对燃料注入压力进行校正，以便减少NO生成量。

同时，当CPU 61在步骤945中判断为“No”时(也就是当ΔSoot≤Sootref且ΔNO≤NOref时)，进展到步骤955，以便最后燃料注入压力Pcrfin的值被设置为等于在上述步骤530中所确定的基准燃料注入压力Pcrbase。也就是说，在这种情况下，不对燃料注入压力进行校正。

当CPU 61进展到步骤960时，它发出控制指令给燃料注入泵22(其驱动电路)，以便燃料注入压力等于所设置的最后燃料注入压力Pcrfin。然后CPU61进展到步骤595，并且结束图5至9的一系列例程的当前执行。在这一时点之后，CPU 61每次进展到步骤505时，都判断为“No”，直到下一个IVC到来为止。

结果，通过执行本例程，每次IVC到来时，确定燃料注入的条件(注入量、注入压力和注入时刻)；立刻估计气体混合物状态和总的排放物生成量；并且根据总的排放物生成量的估计来结果来校正注入压力。

进而，对于每一个气缸，CPU 61都以预定间隔重复执行如图13中的流程图所示的例程，并且适用于执行燃料注入控制。因此，当已经到达预定时刻时，CPU 61启动从步骤1300开始的处理，然后进展到步骤1305，以便确定实际的曲柄角度CAact是否等于在上述步骤525中所确定的燃料注入开始时刻CAinj。当CPU 61判断为“No”时，直接进展到步骤1395，并且结束本例程的当前执行。

这里，假设实际曲柄角度CAact与燃料注入开始时刻Cainj相一致。在这种情况下，CPU 61进展到步骤1310，并且指示相应的燃料注入阀21注入步骤520中所确定的指令燃料注入量为Qfin的燃料(确切地说，在燃料注入时间段TAU期间是打开的)。随后，CPU 61进展到步骤1395，并且结束本例程的当前执行。通过该处理，在上述步骤940、950和955的一个中所设置的最后燃料注入压力Pcrfin之下，注入了指令燃料输入数量为Qfin的燃料。

如上所述，根据本发明的气体混合物状态估计设备和排放物生成量估计设备的第一实施例，注入时间段TAU被等分成三个时间段：也就是“前1/3TAU时间段”、“中间1/3TAU时间段”和“后1/3TAU时间段”。并且假设在燃料注入开始时刻CAinj处一次性执行与“前1/3TAU时间段”相对应的第一注入(质量Q(1))；在第一注入已经过去了1/3TAU时间段后一次性执行与“中间1/3TAU时间段”相对应的第二注入(质量Q(2))；并且在第二注入已经过去了1/3TAU时间段后一次性执行与“后1/3TAU时间段”相对应的第三注入(质量Q(3))。因此，单独处理“三个气体混合物”，也就是基于第一注入的第一气体混合物、基于第二注入的第二气体混合物和基于第三注入的第三气体混合物；并且对于每一个气体混合物，单独估计对应于注入后时间t的气体混合物的过量空气比率λ(表示缸内气体与气体混合物的混合程度的值)、气体混合物的状态(温度Tmix等)和在气体混合物中所生成的排放物(烟灰和NO)的量。

因此，考虑到气体混合物在对应于注入后时间T的过量空气比率λ、对应于注入后时间t的缸内气体的状态(温度Tg和密度ρg等)以及注入时点处的缸内气体密度ρg0和有效注入压力ΔP(对应的为喷射角θ)处的差别，可以单独估计气体混合物状态和排放物生成量。然后，通过对每一个气体混合物所估计的排放物的量进行求和来估计总的排放物生成量(确切地说为总的烟灰生成量Soot和总的NO生成量NO)。因此，在考虑到上述气体混合物的不均匀性和排放物生成量的不均匀性的情况下可以准确估计总的排放物生成量。

本发明并不限于上述第一实施例，并且在本发明的保护范围之内可以进行各种修改。例如，在第一实施例中，不论指令燃料注入量Qfin(相应地为燃料注入时间段TAU)如何，注入燃料(相应地为气体混合物)都被分成三个部分。不过，注入燃料(相应地为气体混合物)所划分的部分的个数可以根据指令燃料注入量Qfin而变化。在这种情况下，优选地，部分的个数随着指令燃料注入量Qfin而增加。

进而，在第一实施例中，注入时间段TAU被等分成多个时间段。不过，注入时间段TAU可以被分成多个时间段，以便与这些时间段相对应的燃料注入量彼此相等。在这种情况下，多个时间段变得不均匀。

而且，在第一实施例中，不仅点燃反应(热焰反应)和低温氧化反应(冷焰反应)而且各种其他化学反应都被包含在与根据上述方程式(15)所计算的燃料消耗量qr有关的化学反应中(图7的步骤765)。不过，考虑到与点燃反应和低温氧化反应相比，与其他化学反应有关的燃料消耗量是相当小的这一事实，可以仅仅将点燃反应和低温氧化反应处理成与燃料消耗量qr有关的化学反应。

在这种情况下，当化学反应前气体混合物温度Tpre在其中发生低温氧化反应的温度范围之内时，用于获得燃料消耗量qr的函数funcqr用于输出在低温氧化反应中所消耗的燃料量；当化学反应前气体混合物温度Tpre在其中发生点燃反应的温度范围之内时，用于获得燃料消耗量qr的函数funcqr用于输出在点燃反应中所消耗的燃料量；并且当化学反应前气体混合物温度Tpre不在这些温度范围之内时，输出“0”。

上述第一实施例被配置为使得当曲柄角度CA在TDC之后并且气体混合物温度Tmix低于排放物的反应临界温度时，结束排放物生成速度对时间的积分处理，以便减少CPU 61的计算负荷。不过，除此之外，在曲柄角度CA到达TDC并且气体混合物温度Tmix超过排放物的反应临界温度之前，停止执行排放物生成速度对时间的积分处理。因此，可以省略与排放物生成量的计算有关的多余计算，从而可以进一步减小CPU 61的计算负荷。

(第二实施例)

接下来讲述包括根据本发明第二实施例的内燃机的气体混合物状态估计设备的排放物生成量估计设备。该第二实施例与第一实施例的不同之处在于，假设了其中在燃料注入时间段TAU的中间点燃气体混合物，并且注入燃料被分成在点燃气体混合物之前所注入的部分和在点燃气体混合物之后所注入的部分的情况。因此，该差别主要讲述如下。

(第二实施例中注入燃料的划分和气体混合物的划分)

当燃料注入时间段TAU相对较长时，在许多情况下燃烧室内发展的气体混合物在燃料注入时间段TAU的中间(也就是在其中继续燃料注入的时间段中)点燃。在这种情况下，由于根据在点燃之前所注入的燃料而形成的气体混合物(下面将其称为“基于点燃前注入的气体混合物”)从注入到点燃具有较长的时间，因此在点燃时已经充分散开了。因此，在许多情况下，类似于混合前压缩点燃燃烧的类似混合前的燃烧变成主导。

同时，由于根据在点燃之后所注入的燃料而形成的气体混合物(下面将其称为“基于点燃后注入的气体混合物”)在注入之后立即点燃，因此在点燃的同时在气体混合物还没有充分散开的状态中分散。因此，在许多情况下，类似于扩散燃烧的类似扩散燃烧变成主导。

类似混合前燃烧与类似扩散燃烧的不同之处在于燃料的反应速度(燃烧速度)。也就是说，在类似混合前燃烧中，由于在燃料和氧气已经充分混合的状态下进行点燃，因此存在足够的氧气量以容易地与燃料发生反应。结果，燃料的反应速度(燃烧速度)变得相对较大。

同时，在类似扩散燃烧中，由于在燃料和氧气还没有充分混合的状态下进行点燃，因此与燃料容易地发生反应的氧气很少。结果，燃料的反应速度(燃烧速度)变得相对较小。

而且，燃料的反应速度(燃烧速度)的差别还导致了与在微小时间Δt期间在气体混合物中发生的化学反应有关的燃料消耗量qr(相应地为反应热量Hr)的差别，这用上述方程式(15)来表示。也就是说，虽然在作为上述方程式(15)的函数funcqr的自变量的气体混合物氧气浓度[O2]mix、气体混合物燃料浓度[Fuel]mix和气体混合物温度Tmix上是相同的，但是基于点燃前注入的气体混合物和基于点燃后注入的气体混合物在燃料消耗量qr上是不同的。

考虑到基于点燃前注入的气体混合物和基于点燃后注入的气体混合物在燃料消耗量qr(对应地为反应热量Hr)处的差别，为了准确估计气体混合物状态和排放物生成量，可以采用以下举措。与上述方程式(15)相对应的函数funcqr替换为两个对应的函数，也就是用于基于点燃前注入的气体混合物的函数funcqrpre和用于基于点燃后注入的气体混合物的函数funcqrpost；并且注入燃料被分成在点燃气体混合物之前所注入的部分和在点燃气体混合物之后所注入的部分。然后，根据通过使用基于点燃前注入的气体混合物的函数funcqrpre所得到的燃料消耗量qr，估计基于点燃前注入的气体混合物的状态，而根据通过使用用于基于点燃后注入的气体混合物的函数funcqrpost所得到的燃料消耗量qr，估计基于点燃后注入的气体混合物的状态。

因此，在第二实施例中，估计了点燃延迟时间Tdelay(在开始注入和点燃之间的时间)。进而，如图14所示，注入时间段TAU被分成两个时间段，也就是“前Tdelay时间段”和“后(TAU-Tdelay)时间段”，并且假设Q(1)的燃料和Q(2)的燃料分别是在前Tdelay时间段和后(TAU-Tdelay)时间段中连续和分开注入的。下面来讲述点燃延迟时间Tdelay的估计。

更为确切地说，假设与点燃前注入(第一注入)有关的注入时间段“前Tdelay时间段”的质量为Q(1)的燃料是在燃料注入开始时刻CAinj处一次性注入的；并且与点燃后注入(第二注入)有关的注入时间段“后(TAU-Tdelay)时间段”的质量为Q(2)的燃料是在当点燃前注入之后已经过去了Tdelay时一次性注入的。注意，关系“Q(1)+Q(2)＝Qfin”成立。

在第二实施例中，当得到基于点燃前注入的气体混合物(第一气体混合物)的状态时，使用了通过利用基于点燃前注入的气体混合物的函数funcqrpre所得到的燃料消耗量qr；并且当得到基于点燃后注入的气体混合物(第二气体混合物)的状态时，使用了通过利用基于点燃后注入的气体混合物的函数funcqrpost所得到的燃料消耗量qr。

进而，在第二实施例中，单独处理基于点燃前注入的气体混合物和基于点燃后注入的气体混合物，并且对于每一个气体混合物，以类似于上述第一实施例的方式来单独估计气体混合物的状态(温度Tmix等)和排放物生成量。在第二实施例中，将针对两个气体混合物所估计的排放物生成量进行求和，以便估计总的排放物生成量(确切地说，为总的烟灰生成量Soot和总的NO生成量NO)。

通过该结构，除了气体混合物在缸内气体的状态(温度Tg和密度ρg等)方面的差别之外，考虑到气体混合物之间在与注入之后时间相对应的燃料消耗量qr(对应地为反应热量Hr)以及注入时点处的有效注入压力ΔP和缸内气体密度ρg0(对应地为喷射角θ)处的差别，单独估计气体混合物状态和排放物生成量。因此，除了上述气体混合物的不均匀性和排放物生成量的不均匀性，考虑到燃料消耗量qr(对应地为反应热量Hr)处的差别，可以准确估计总的排放物生成量。

(第二实施例的实际操作)

接下来讲述包括有根据第二实施例的气体混合物状态估计设备的排放物生成量估计设备的实际操作。在如图5至9和图13所示并且由第一实施例的CPU 61所执行的例程中，本设备的CPU 61按照相同的方式执行图6、8和13的例程，而在执行图5、7和9的例程时存在部分变动，如下所述。下面主要讲述图5、7和9中的例程的变化部分。

第二实施例的CPU 61执行如图15所示的步骤1505至1520，以取代如图5所示的例程中的步骤535至545。也就是说，当CPU 61从步骤530进展到步骤1505时，根据气缸的缸内压力传感器77的输出变化，CPU 61获得了与该燃烧有关的点燃延迟时间，并且将其存储为与此时燃烧有关的点燃延迟时间Tdelay，其中在所述气缸中，在离当前时点最近的过去发生了燃烧。

这里，可以根据缸内压力在发生点燃的时点处急剧增加这一事实，也就是通过根据缸内压力传感器77的输出变化来确定点燃时间，从而获得点燃延迟时间(从注入开始到点燃的时间)。将这样得到的点燃延迟存储为与此时的燃烧有关的点燃延迟时间Tdelay的原因在于，与此时燃烧有关的点燃延迟时间Tdelay被预测为接近与在离当前时点最近的过去所发生的燃烧有关的点燃延迟时间。

接下来，CPU 61进展到步骤1510，并且根据所获得的点燃延迟时间Tdelay、在图5的步骤530中所得到的基准燃料注入压力Pcrbase和上述函数funcPcr来分别获得用于第一注入(点燃前注入)和用于第二注入(点燃后注入)的燃料注入压力Pcr(1)和Pcr(2)。如上所述，假设点燃前注入(质量为Q(1))是在燃料注入开始时刻CAinj处一次性执行的；并且点燃后注入(质量为Q(2))是在当点燃前注入已经过去了点燃延迟时间Tdelay时一次性执行的。因此，与第一实施例的情况一样，用于点燃前注入的燃料注入压力Pcr(1)被设置为等于基准燃料注入压力Pcrbase的值，并且用于点燃后注入的燃料注入压力Pcr(2)被设置为比基准燃料注入压力Pcrbase小预定值的值。

随后，CPU 61进展到步骤1515，并且根据在图5的步骤520中所得到的燃料注入时间段TAU、点燃延迟时间Tdelay、上述基准燃料注入压力Pcrbase和上述函数funcQ来获得用于点燃前注入和点燃后注入的燃料量(质量)Q(1)和Q(2)。通过该处理，如上所述，燃料量(质量)Q(1)和Q(2)被设置为使得关系“Qfin＝Q(1)+Q(2)”成立。该步骤1515对应于注入燃料划分装置。

接下来，CPU 61进展到步骤1520，并且根据上述点燃延迟时间Tdelay、当前引擎速度NE、在图5的步骤525中所确定的燃料注入开始时刻CAinj和上述函数funcCAinj来获得点燃前注入和点燃后注入的各个注入时刻的曲柄角度CAinj(1)和CAinj(2)。通过该处理，点燃前注入时点处的曲柄角度CAinj(1)被设置为与燃料注入开始时刻CAinj相对应的值，并且点燃后注入时点处的曲柄角度CAinj(2)被设置为与比燃料注入开始时刻CAinj滞后点燃延迟时间Tdelay的时点(也就是点燃前注入的时点)相对应的值。然后CPU 61进展到图5的步骤550。

从以上讲述可以知道，步骤1505和1520的处理意味着变量i＝1对应着点燃前注入(相对应地，基于点燃前注入的气体混合物)，并且变量i＝2对应着点燃后注入(相对应地，基于点燃后注入的气体混合物)。

进而，第二实施例的CPU 61执行如图16所示的步骤1605至1615，以取代如图7所示的例程的步骤765。也就是说，当CPU 61从步骤760进展到步骤1605时，判断变量i的值是否为“1”。

这里，假设变量i＝1(也就是说，正在执行与点燃前注入有关的计算)。在这种情况下，CPU 61在步骤1605中判断为“Yes”，并且进展到步骤1610，以便根据当时的气体混合物氧气浓度[O2]mix、当时的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix、在图7的步骤760中所得到的在发生化学反应之前的气体混合物的温度Tpre和用于对应于上述方程式(15)的基于点燃前注入的气体混合物的函数funcqrpre来获得在微小时间Δt(在注入后时间(t-Δt)和t之间)期间在气体混合物中发生化学反应所消耗的燃料量qr。

同时，假设变量i＝2(也就是说，正在执行与点燃后注入有关的计算)。在这种情况下，CPU 61在步骤1605中判断为“No”，并且进展到步骤1615，以便根据当时的气体混合物氧气浓度[O2]mix、当时的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix、在图7的步骤760中所得到的在发生化学反应之前的气体混合物的温度Tpre和用于对应于上述方程式(15)的基于点燃后注入的气体混合物的函数funcqrpost来获得在微小时间Δt(在注入后时间(t-Δt)和t之间)期间在气体混合物中发生化学反应所消耗的燃料量qr。随后，CPU 61进展到图7的步骤770.

进而，第二实施例的CPU 61执行如图17所示的步骤1705，以取代如图9所示的例程的步骤920。也就是说，当CPU 61从步骤915进展到步骤1705时，确定变量i的值是否为“2”。当变量i的值不为“2”时(也就是i＝1)，CPU 61返回到图6的步骤605。当变量i的值为“2”时，CPU 61进展到步骤925和之后的步骤。

通过该处理，在当在步骤1705中做出判断“Yes”时的时点处，完成排放物生成量的估计，并且总的烟灰生成量Soot被获得为，通过用基于点燃前注入的气体混合物中所生成的烟灰量Soot(1)和在基于点燃后注入的气体混合物中所生成的烟灰量Soot(2)加上初始值Soot0所得到的值。类似地，总的NO生成量NO被获得为，通过用基于点燃前注入的气体混合物中所生成的NO量NO(1)和在基于点燃后注入的气体混合物中所生成的NO量NO(2)加上初始值NO0所得到的值。

如上所述，根据本发明的气体混合物估计设备和排放物生成量估计设备的第二实施例，注入时间段TAU被分成两个子时间段，也就是“前Tdelay时间段”和“后(TAU-Tdelay)时间段”，并且假设对应于“前Tdelay时间段”的点燃前注入(质量Q(1))是在燃料注入开始时刻CAinj处一次性执行的；并且对应于“后(TAU-Tdelay)时间段”的点燃后注入(质量Q(2))是在当点燃前注入已经过去了点燃延迟时间Tdelay时一次性执行的。

单独处理“两个气体混合物”，也就是基于点燃前注入的第一气体混合物和基于点燃后注入的第二气体混合物；并且对于每一个气体混合物，单独估计对应于注入后时间t的气体混合物的过量空气比率λ、气体混合物的状态(温度Tmix等)和在气体混合物中所生成的排放物(烟灰和NO)的量。随后，通过对每一个气体混合物所估计的排放物生成量进行求和，从而对排放物的总生成量进行估计。

另外，当得到了基于点燃前注入的气体混合物(第一气体混合物)的状态时，使用了利用基于点燃前注入的气体混合物的函数funcqrpre所得到的燃料消耗量qr；并且当得到了基于点燃后注入的气体混合物(第二气体混合物)的状态时，使用了利用基于点燃后注入的气体混合物的函数funcqrpost所得到的燃料消耗量qr。

通过上述结构，可以在不仅在考虑到上述气体混合物的不均匀性和排放物生成量的不均匀性，而且在考虑到上述“在基于点燃前注入的气体混合物和基于点燃后注入的气体混合物之间燃料消耗量qr的差别”的情况下，准确地估计总的排放物生成量。

本发明并不限于上述第二实施例，在本发明的范围之内可以进行各种修改。例如，第二实施例被构造成将注入燃料分成“两个部分”，也就是在点燃气体混合物之前所注入的部分和在点燃气体混合物之后所注入的部分。不过，第二实施例进一步被构造成将在点燃气体混合物之前所注入的部分分成多个(例如M个)部分，并且将在点燃气体混合物之后所注入的部分分成多个(例如N个)部分，从而将注入燃料分成总共(M+N)个部分。

在这种情况下，当得到基于M个部分的M个气体混合物的状态时，使用了利用基于点燃前注入的气体混合物的函数funcqrpre所得到的燃料消耗量qr；并且当得到基于N个部分的N个气体混合物的状态时，使用了利用基于点燃后注入的气体混合物的函数funcqrpost所得到的燃料消耗量qr。

通过上述结构，可以在考虑到上述“在基于点燃前注入的气体混合物和基于点燃后注入的气体混合物之间燃料消耗量qr的差别”的情况下，更为清晰地考虑到上述气体混合物的不均匀性和排放物生成量的不均匀性，从而可以更为准确地估计总的排放物生成量。

(第三实施例)

接下来讲述包括有用于根据本发明第三实施例的内燃机的气体混合物状态估计设备的排放物生成量估计设备。该第三实施例与第一和第二实施例的不同之处在于：燃料注入时间段TAU被分成了每一个都对应于微小时间Δt(例如0.1msec)的许多(n个)时间段，且注入燃料被分成了在相应时间段中所注入的多个(n个)部分；并且在不使用上述方程式(2)和(3)的情况下，基于第二或稍后注入的燃料部分而形成的气体混合物的过量空气比率是根据基于第一注入燃料部分而形成的气体混合物的过量空气比率而确定的。下面主要来讲述这些差别。注意，下面将基于第i(i为不大于n的自然数)次注入的燃料部分而形成的气体混合物称为“第i次气体混合物”。

在第一和第二实施例中，通过使用(两个或三个)气体混合物的每一个并且针对每一个微小时间Δt(例如0.1msec)的上述方程式(2)和(3)来计算过量空气比率λ(见图7的步骤730和735)。这是由于必须得到针对每一个气体混合物和每一个微小时间Δt的被新吸入气体混合物的缸内气体的量g(见图7的步骤740)。

这里，方程式(3)的右侧包括随时间变化的有关变量ρg和t的功率计算。功率计算包括很大的计算量。因此，通过使用上述方程式(2)和(3)而执行的过量空气比率λ的计算涉及了很大的计算符合，因此需要尽可能地减少这种计算次数。

不过，如果与在第一和第二实施例中一样，在其中注入燃料被分成许多(n个)部分的第三实施例中，也通过利用用于每一个气混合物和每一个微小时间Δt的上述方程式(2)和(3)来计算过量空气比率λ，则这种计算的次数非常大，并且计算负荷也非常大。

考虑到上述情况，在第三实施例中，针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的基于第二或稍后注入的燃料部分而形成的气体混合物的过量空气比率被假设等于针对从注入后时间t为零的时点开始的每一个微小时间Δt的第一气体混合物的过量空气比率。在这种假设下，在不使用上述方程式(2)和(3)的情况下，对基于第二或稍后注入的燃料部分而形成的每一个气体混合物，可以计算在每一个微小时间Δt内被新吸入气体混合物的缸内气体量g。结果，通过使用上述方程式(2)和(3)来计算基于第二或稍后注入的燃料部分而形成的每一个气体混合物的过量空气比率λ就是多余的。下面参照图18来讲述这一点。

图18示意性地示出了随着时间的流逝基于注入燃料的n个部分(q(1)，q(2)，…，q(n-1)，q(n))而形成的n个气体混合物的变化(在从注入开始到注入结束的时间段中的变化)。

如图18所示，在第三实施例中，假设用于与第一注入有关的注入时间段“第一个微小时间Δt”的质量为q(1)的燃料是在燃料注入开始时刻CAinj一次性注入的；用于与第二注入有关的注入时间段“第二个微小时间Δt”的质量为q(2)的燃料是当在燃料注入开始时刻CAinj之后已经过去了Δt时一次性注入的；…；并且用于与第n个注入有关的注入时间段“第n个微小时间Δt”的质量为q(n)的燃料是当在燃料注入开始时刻CAinj之后过去了(n-1)·Δt时一次性注入的。注意，在指令燃料注入量Qfin与q(i)(i为不大于n的自然数)之间，如以下方程式(28)所示的关系成立；不过，由于在燃料注入时间段TAU期间注入压力的变化和其他原因，q(i)(i为不大于n的自然数)的值并不彼此相等。

$\mathrm{Qfin}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}q\left(i\right)---\left(28\right)$

而且，如图18所示，在注入后时间t(与第i个气体混合物有关)＝(k-1)·Δt的时点与注入后时间t＝k·Δt的时点之间的时间段期间中，被新吸入第i个气体混合物的缸内气体量用“g(i，k)”来表示(i为不大于n的自然数，k为自然数；这些也适用于以下方程式)。

首先，只考虑第一注入(相应地，第一气体混合物)。与第一和第二实施例中的一样，通过使用上述方程式(2)和(3)，可以连续获得与第一气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点处的第一气体混合物的过量空气比率λ(k)(第一部分混合指数值)。

因此，根据对应于上述方程式(11)的以下方程式(29)，可以得到被新吸入第一气体混合物的缸内气体的量g(1，k)(对应于图18中的阴影部分)。注意，假设λ(0)＝0。也就是说，与第一和第二实施例中的一样，通过使用上述方程式(2)和(3)来得到被新吸入第一气体混合物的缸内气体的量g(1，k)。

g(1，k)＝stoich·(λ(k)-λ(k-1))·q(1)                   (29)

这里，从图18和方程式(29)中可以理解，直到与第一气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点为止，被吸入第一气体混合物的缸内气体的总量sumg(k)用以下方程式(30)来表示。

$\mathrm{sumg}\left(k\right)=\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}g(1,j)---\left(30\right)$

例如，直到与第一气体混合物有关的注入后时间t等于2·Δt的时点为止，被吸入第一气体混合物的缸内气体的总量sumg(2)为g(1，1)+g(1，2)，并且直到与第一气体混合物有关的注入后时间t等于3·Δt的时点为止，被吸入第一气体混合物的缸内气体的总量sumg(3)为g(1，1)+g(1，2)+g(1，3)。因此，在与第一气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点处，过量空气比率λ(k)可以用以下方程式(31)来表示。

$\mathrm{\&lambda;}\left(k\right)=\left(\frac{1}{\mathrm{stoich}}\right)\&CenterDot;\frac{\mathrm{sumg}\left(k\right)}{q\left(1\right)}=\left(\frac{1}{\mathrm{stoich}}\right)\&CenterDot;\frac{\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}g(1,j)}{q\left(1\right)}---\left(31\right)$

由于以下方程式(32)可以从方程式(31)中推出，因此可以通过使用作为已知数的“g(1，k)”和“q(1)”得到值“λ(k)-λ(k-1)”。

$\mathrm{\&lambda;}\left(k\right)-\mathrm{\&lambda;}(k-1)=\left(\frac{1}{\mathrm{stoich}}\right)\&CenterDot;\frac{g(1,k)}{g\left(1\right)}---\left(32\right)$

这里，在上述假设下，在与第i个气体混合物有关的注入后时间t为k·Δt的时点处的第i个(i为不小于2并且不大于n的自然数)气体混合物的过量空气比率等于“在与第一气体混合物有关的注入后时间t为k·Δt的时点处的第一气体混合物的过量空气比率λ(k)”。因此，当使用上述假设时，在注入后时间t(与第i个气体混合物有关)＝(k-1)·Δt的时点与注入后时间t＝(k-1)·Δt的时点之间的时间段期间，被新吸入第i个气体混合物(i≥2)的缸内气体量g(i，k)可以用以下方程式(33)来表示，这与上述用于表示“被新吸入第一气体混合物的缸内气体量g(1，k)”的方程式(29)是类似的。

g(i，k)＝stoich·(λ(k)-λ(k-1))·q(i)                  (33)

以下方程式(34)可以通过在方程式(33)中代换方程式(32)来得到。在不使用包含了大量计算负荷的上述方程式(2)和(3)的情况下，根据以下方程式(34)，通过使用作为已知数的“g(1，k)”、“q(i)”和“q(1)”可以很容易地获得被新吸入第i个气体混合物(i≥2)的缸内气体量g(i，k)。也就是说，为了获得被新吸入第i个气体混合物(i≥2)的缸内气体量g(i，k)，不需要通过使用上述方程式(2)和(3)来计算第i个气体混合物(i≥2)的过量空气比率λ。

$g(i,k)=g(l,k)\&CenterDot;\frac{q\left(i\right)}{q\left(1\right)}---\left(34\right)$

如上所述，在第三实施例中，由于假设在从注入后时间t＝零的时点之后的每一个微小时间Δt内第i个气体混合物(i≥2)的过量空气比率都等于在从注入后时间t＝零的时点开始的每一个微小时间Δt内第一气体混合物的过量空气比率λ(k)，因此只有第一气体混合物需要通过使用上述方程式(2)和(3)来计算过量空气比率λ。因此，可以减少需要使用上述方程式(2)和(3)并且包含大量计算负荷的过量空气比率λ的计算次数，从而可以减少CPU 61的计算负荷。

注意，与第一和第二实施例中的一样，在第三实施例中，在考虑到气体混合物在对应于注入后时间t的缸内气体的状态(温度Tg和压力Pg等)的情况下，单独估计气体混合物状态和排放物生成量。不过，气体混合物在注入时处的有效注入压力ΔP和缸内气体密度ρg0(相应地为喷射角θ)之间的差别，也就是气体混合物在对应于注入后时间t的过量空气比率λ上的差别没有纳入考虑范围之内。因此，与第一和第二实施例相比，较少地考虑了上述气体混合物的不均匀性和排放物生成量的不均匀性。

(第三实施例的实际操作)

接下来讲述包括有根据第三实施例的气体混合物状态估计设备的排放物生成量估计设备的实际操作。在由第一实施例的CPU 61所执行的如图5至9所示的和如图13所示的系列例程中，本设备按照相同的方式执行图13的例程，并且执行图19至23中的流程图所示的例程，以取代与其相对应的如图5至9所示的系列例程。另外，本设备的CPU61进一步执行如图24至27中的流程图所示的系列例程。

注意，与如图5至9所示的例程相同的如图19至27所示的例程的步骤用相同的标号表示，以对应于如图5至9所示的例程的步骤。这里省略了重复性的讲述。现在来讲述第三实施例所特有的如图19至27所示的例程。

第三实施例的CPU 61以预定间隔重复执行与如图5至9所示的系列例程相对应的如图19至27所示的系列例程。因此，当已经到达预定时刻时，CPU 61开始从图19的步骤1900起的处理，并且进展到步骤505。当CPU 61在步骤505中判断为“Yes”时(也就是到了IVC)，CPU 61连续执行步骤510至530的处理，然后进展到步骤1905，以便通过将步骤520中所得到的燃料注入时间段TAU除以微小时间Δt(例如0.1msec)来得到除数n。

随后，CPU 61进展到步骤1910，并且以类似于图5的步骤540中的方式，从所得到的燃料注入时间段TAU、微小时间Δt、所得到的基准燃料注入压力Pcrbase和上述函数funcQ来获得用于第一至第n个注入的各个燃料量(质量)q(1)、q(2)，…，q(n)。如上所述，各个燃料量(质量)q(1)、q(2)，…，q(n)的设置使得关系“Qfin＝q(1)+q(2)+…+q(n)”成立，不过，各个燃料量彼此不同。该步骤1910对应于燃料注入划分装置。

随后，CPU 61进展到步骤1915，并且以类似于图5的步骤545中的方式，根据微小时间Δt、当前引擎速度NE、在步骤525中所确定的燃料注入开始时刻CAinj和上述函数funcCAinj来获得用于第一至第n个注入的各个注入时点处的曲柄角度CAinj(1)、CAinj(2)，…，CAinj(n)。

通过上述处理，将第一注入时点处的曲柄角度CAinj(1)设置为与燃料注入开始时刻CAinj相对应的值；将第二注入时点处的曲柄角度CAinj(2)设置为与比燃料注入开始时刻CAinj滞后Δt的时点相对应的值；…；并且将第n个注入时点处的曲柄角度CAinj(n)设置为与比燃料注入开始时刻CAinj滞后(n-1)·Δt的时点相对应的值。

接下来，CPU 61连续执行步骤550至570的处理，然后进展到图20的例程，以便执行用于确定只与第一注入有关的各种初始值的处理。确切地说，CPU 61进展到步骤2005，并且以类似于图6的步骤610中的方式，通过用步骤515中所得到的缸内气体的总质量Mg除以根据在上述步骤1915中得到的第一注入时点处的曲柄角度CAinj(1)而得到的第一注入时点处的缸内体积Vg(CAinj(1))来获得第一注入时点处的缸内气体密度ρg0。

随后，CPU 61进展到步骤2010，并且以类似于图6的步骤615中的方式，根据在步骤510中所得到的IVC处的缸内气体压力Pgivc、IVC处的上述缸内体积Vg(CAivc)、第一注入时点处的缸内体积Vg(CAinj(1))和与上述方程式(4)相对应的方程式，来获得第一注入时点处的缸内气体压力Pg0。

接下来，CPU 61进展到步骤2015，并且通过用在步骤530中所得到的基准燃料注入压力Pcrbase减去上述第一注入时点处的缸内气体压力Pg0来获得第一注入时点处的有效注入压力ΔP。在随后的步骤625中，CPU 61根据所得到的有效注入压力ΔP、缸内气体密度ρg0和上述表格Mapθ来获得与第一注入有关的喷射角θ。通过这样，根据第一注入时点处的有效注入压力ΔP和缸内气体密度ρg0来确定喷射角θ(也就是曲柄角度CAinj(1))。

随后，CPU 61进展到步骤2020，并且如上所述，为了方便计算，将在与第一混合物有关的注入后时间t＝0时的时点处的第一气体混合物的过量空气比率λ(0)(在稍后讲述的图21的步骤2110中使用了该值)设置为“0”。

接下来，CPU 61连续执行步骤635和640的处理，然后进展到步骤2025。在步骤2025中，以类似于图6的步骤645中的方式，根据与上述方程式(17)相对应的方程式，将与第一气体混合物有关的气体混合物热函Hmix设置为初始值(也就是在上述步骤1910中所得到的第一注入量q(1)、燃料的常压比热Cf和在步骤550中所得到的燃料蒸气温度Tf的乘积)。

然后，CPU 61执行步骤650的处理，然后进展到步骤2030，以便将与第一气体混合物有关的气体混合物质量Mmix设置为第一注入量q(1)(初始值)。随后，CPU 61执行步骤660的处理，然后进展到步骤2035，以便以类似于图6的步骤665中的方式，将与第一气体混合物有关的注入后时间t设置为初始值“0”。进而，将与第一注入有关的曲柄角度CA设置为第一注入时点处的曲柄角度CAinj(1)(初始值)。通过这些设置，与第一气体混合物有关的注入后时间t是从第一注入时点算起的。另外，在该步骤2035中，CPU 61将变量k的值设置为“0”。该变量k的值表示注入后时间t为“k·Δt”。

接下来，CPU 61执行步骤670的处理，进展到图21的例程，并且启动用于计算与第一注入有关的气体混合物温度的处理。确切地说，CPU 61首先进展到步骤2105，并且以类似于图7的步骤705中的方式，将与第一气体混合物有关的注入后时间t前进Δt，并且将与第一注入有关的曲柄角度CA前进在图19的步骤565中所得到的ΔCA。

另外，在步骤2105中，CPU 61将变量k的值增加1。通过该处理，与第一注入有关的曲柄角度CA的值以及变量k的值被保持为与第一气体混合物相关的注入后时间t相对应的值。

接下来，CPU 61连续执行步骤710至730的处理，然后进展到步骤2110。在步骤2110中，与在图7的步骤735中的一样，CPU 61根据上述方程式(2)和(3)，通过用值“dλ/dt·Δt”(通过用步骤730中所得到的燃料稀释比率dλ/dt乘以微小时间Δt所得到的)加上与第一气体混合物有关的注入后时间t＝(k-1)·Δt的时点处的第一气体混合物的过量空气比率λ(k-1)(当k＝1时，λ(k-1)＝λ(0)＝0)，从而获得了与第一气体混合物有关的注入后时间t＝k·Δt的时点处的第一气体混合物的过量空气比率λ(k)(第一部分混合指数值)。该步骤2110对应于混合指数值获得装置。

随后，CPU 61进展到2115，并且根据在步骤2110中已经得到的λ(k)和λ(k-1)、在图19的步骤1910中所得到的q(1)和上述方程式(29)，获得了在与第一气体混合物有关的注入后时间t等于(k-1)·Δt的时点与注入后时间t等于k·Δt的时点之间的时间段期间被新吸入第一气体混合物中的缸内气体量g(1，k)。

接下来，CPU 61进展到步骤2120，并且以类似于图7的步骤745中的方式，将形成缸内气体的气体混合物质量G更新为通过用所得到的被新吸入到第一气体混合物中的缸内气体质量g(1，k)加上当时的形成缸内气体的气体混合物质量G所得到的值(通过图20的步骤635，初始值被设置为“0”)。通过这样，得到了在当注入后时间t＝k·Δt的时点处的与第一气体混合物有关的形成缸内气体的气体混合物质量G。

然后CPU 61进展到步骤2125，并且以类似于图7的步骤750中的方式，将气体混合物质量Mmix更新为通过用上述被新吸入到第一气体混合物中的缸内气体质量g(1，k)加上当时的气体混合物质量Mmix所得到的值(通过图20的步骤2030，初始值被设置为“q(1)”)。通过这样，得到了在当注入后时间t＝k·Δt的时点处的与第一气体混合物有关的气体混合物质量Mmix。

随后，CPU 61进展到步骤2130，并且以类似于图7的步骤755中的方式，将在发生化学反应之前的气体混合物热函Hpre设置为通过用“被新吸入到第一气体混合物中的缸内气体热函ΔHg＝g(1，k)·Cg·Tg”加上当时的气体混合物热函Hmix所得到的值(通过图20的步骤2025的处理，初始值被设置为“q(1)·Cf·Tf”)。

接下来，CPU 61连续执行步骤760至780。结果，在步骤780中，得到了在当注入后时间t为k·Δt(相应地为曲柄角度CA＝CAinj(1)+k·ΔCA)的时点处的第一气体混合物温度Tmix。

然后，CPU 61进展到图22的例程，并且启动用于计算与第一注入有关的各种浓度的处理。图22的例程与图8的例程的不同之处仅在于用步骤2205取代了图8的例程的步骤815。在步骤2205中，CPU 61根据在图19的步骤1910中所得到的第一注入量q(1)、在步骤810中所得到的燃料消耗量累积值sumqr、在图21的步骤2125中所得到的气体混合物质量Mmix和对应于上述方程式(19)的方程式来获得在当注入后时间t＝k·Δt的时点处的第一气体混合物之内的燃料浓度[Fuel]mix。

接下来，CPU 61进展到图23的例程，并且每次CPU 61在步骤905中判断为“No”时，重复执行图21的步骤2105至图23的步骤905的处理。结果，每次在步骤905中判断为“No”时，变量k的值增加“1”，与第一气体混合物有关的注入后时间t增加Δt，并且在图21的步骤2105中与第一注入有关的曲柄角度CA增加ΔCA。

也就是说，只要在步骤905中判断为“No”，则在从注入后时间开始的每一个微小时间Δt(也就是从CAinj(1)起的每一个微小曲柄角度ΔCA)内获得了第一气体混合物的过量空气比率λ(k)、被新吸入第一气体混合物中的缸内气体的质量g(1，k)、第一气体混合物的状态(温度Tmix等)和(只要标志ENDsoot和ENDno的值为零)排放物浓度([Soot]mix和[NO]mix)。

当满足了步骤905的上述条件时，CPU 61在图23的步骤905中判断为“Yes”，并且进展到步骤2305和随后的步骤，以便执行用于结束与第一气体混合物有关的计算的处理。

也就是说，在步骤2305中，以类似于图9的步骤910中的方式，CPU 61获得在第一气体混合物中所生成的烟灰量Soot(1)和在第一气体混合物中所生成的NO量NO(1)。然后CPU 61进展到步骤2310，以便以类似于图9的步骤915中的方式，将总的烟灰生成量Soot更新为通过用所得到的在第一气体混合物中所生成的烟灰量Soot(1)加上当时总的烟灰生成量Soot(在当前时点处，由于图19的步骤570的处理，初始值为Soot0)所得到的值(Soot0+Soot(1))，并且将总的NO生成量NO更新为通过所得到的在第一气体混合物中所生成的NO量NO(1)加上当时总的NO生成量NO(在当前时点处，由于图19的步骤570的处理，初始值为NO0)所得到的值(NO0+NO(1))。通过上述处理，完成了用于第一注入(相应地为第一气体混合物)的计算。

接下来，CPU 61进展到步骤2315，并且将变量i设置为“1”。与第一和第二实施例中的一样，变量i为用于识别每一个注入的位置(顺序)(相应地为每一个气体混合物的位置)的值。

随后，CPU 61进展到步骤2320，并且将变量i的值增加1。然后CPU 61经由步骤2325进展到如后所述的如图24至27所示的系列例程，用于“计算与第i(2≤i≤n)次注入有关的排放量的计算”。因此，CPU 61获得了烟灰生成量作为与第i(2≤i≤n)次注入有关的排放物生成量的Soot(i)和NO生成量NO(i)。这里，值n为除数，也就是在图19的步骤1905中所得到的注入燃料所被分成的部分的个数。

接下来，CPU 61进展到步骤2330，并且将总的烟灰生成量Soot更新为通过所得到的与第i个气体混合物有关的烟灰生成量Soot(i)加上当时总的烟灰生成量所得到的值(当i＝2时为Soot0+Soot(1))，并且将总的NO生成量NO更新为通过所得到的与第i个气体混合物有关的NO生成量NO(i)加上当时总的NO生成量NO所得到的值(当i＝2时为NO0+NO(1))。结果，总的烟灰生成量Soot等于Soot0+Soot(1)+…+Soot(i)，并且总的NO生成量NO等于NO0+NO(1)+…+NO(i)。

然后CPU 61进展到步骤2335，以便确定变量i的值是否等于上述除数n。当CPU 61判断为“No”时，返回到步骤2320。也就是说，重复执行步骤2320至2330的处理，直到作为重复执行步骤2320的结果，变量i的值到达上述除数n。结果，每次变量i的值增加“1”，并且在步骤2330中更新总的烟灰生成量Soot和总的NO生成量NO。

当变量i的值已经到达除数n时，CPU 61在步骤2335中判断为“Yes”，然后进展到925。此时，结束排放物生成量的估计，从而将总的烟灰生成量Soot确定为“Soot0+Soot(1)+…+Soot(n)”，并且将总的NO生成量NO确定为“NO0+NO(1)+…+NO(n)”。CPU61完成紧接着IVC之后(也就是在燃料注入开始时刻CAinj之前的时点处)的气体混合物状态和排放物生成量的上述估计。

接下来讲述如图24至27所示的系列例程，用于计算与第i(2≤i≤n)次注入有关的排放量。系列例程用于获得第i(2≤i≤n)个气体混合物的烟灰生成量Soot(i)和NO生成量NO(i)，并且图24至27的例程对应于图6至9的例程。

在执行图23的步骤2320之后，CPU 61经由步骤2325进展到图24的例程，以便确定与第i(2≤i≤n)个气体混合物有关的各种初始值。确切地说，首先，CPU 61连续执行步骤635和640的处理，然后进展到步骤2405。在步骤2405中，以类似于图20的步骤2025中的方式，将与第i个气体混合物有关的气体混合物热函Hmix设置为初始值(也就是在上述步骤1910中所得到的第一注入量q(i)、燃料的常压比热Cf和在步骤2025中所得到的燃料蒸气温度Tf的乘积)。

然后，CPU 61执行步骤650的处理，并且进展到步骤2410，以便将与第i个气体混合物有关的气体混合物质量Mmix设置为上述第i个注入量q(i)(初始值)。随后，CPU 61执行步骤660的处理，然后进展到步骤2415，以便以类似于图20的步骤2035中的方式，将与第i个气体混合物有关的曲柄角度CA设置为在第i个注入时点处的曲柄角度CAinj(i)(初始值)。除此之外，CPU 61将变量k的值设置为“0”。该变量k的值表示在第i个注入之后所过去的时间为“k·Δt”(相应地为与第i个注入有关的曲柄角度CA为“CAinj(1)+k·ΔCA”)。

接下来，CPU 61执行步骤670的处理，进展到图25的例程，并且启动用于计算与第i(2≤i≤n)个注入有关的气体混合物温度的处理。确切地说，CPU 61首先进展到步骤2505，并且以类似于图21的步骤2105中的方式，将与第i个注入有关的曲柄角度CA前进在图19的步骤565中所得到的ΔCA。另外，在该步骤2505中，CPU 61将变量k的值增加“1”。通过该处理，与第i个注入有关的曲柄角度CA的值和变量k的值都保持为相互对应。

接下来，CPU 61连续执行步骤715至725的处理，然后进展到步骤2510。在步骤2510中，CPU 61在不使用上述方程式(2)和(3)的情况下，根据在图21的步骤2115中所得到的“被新吸入第一气体混合物中的缸内气体量g(1，k)”、在图19的步骤1910中所得到的q(i)和上述方程式(34)，获得在与第i个气体混合物有关的注入后时间t＝(k-1)·Δt的时点与注入后时间t＝k·Δt的时点之间的时间段期间被新吸入第i(2≤i≤n)个气体混合物中的缸内气体量g(i，k)。

然后CPU 61进展到步骤2515，并且以类似于图21的步骤2120中的方式，将形成缸内气体的气体混合物质量G更新为通过用所得到的被新吸入到第i个气体混合物中的缸内气体质量g(i，k)加上当时的形成缸内气体的气体混合物质量G所得到的值(通过图24的步骤635，初始值被设置为“0”)。通过这样，得到了在当注入后时间t＝k·Δt的时点处的与第i个气体混合物有关的形成缸内气体的气体混合物质量G。

然后CPU 61进展到步骤2520，并且以类似于图21的步骤2125中的方式，将气体混合物质量Mmix更新为通过用上述被新吸入到第i个气体混合物中的缸内气体质量g(i，k)加上当时的气体混合物质量Mmix所得到的值(通过图24的步骤2410，初始值被设置为“q(i)”)。通过这样，得到了在当注入后时间t＝k·Δt的时点处的与第i个气体混合物有关的气体混合物质量Mmix。

随后，CPU 61进展到步骤2525，并且以类似于图21的步骤2130中的方式，将在发生化学反应之前的气体混合物热函Hpre设置为通过用将“被新吸入到第i个气体混合物中的缸内气体热函ΔHg＝g(i，k)·Cg·Tg”加上当时的气体混合物热函Hmix所得到的值(通过图24的步骤2405的处理，初始值被设置为“q(i)·Cf·Tf”)。

接下来，CPU 61连续执行步骤760至780的处理。结果，在步骤780中，得到了在当注入后时间t为k·Δt(相应地为曲柄角度CA＝CAinj(i)+k·ΔCA)的时点处的第i(2≤i≤n)个气体混合物的温度Tmix。

然后，CPU 61进展到图26的例程，并且启动用于计算与第i个注入有关的各种浓度的处理。图26的例程与图8的例程的不同之处仅在于用步骤2605取代了图8的例程的步骤815。在步骤2605中，CPU 61根据在图19的步骤1910中所得到的第i个注入量q(i)、在步骤810中所得到的燃料消耗量累积值sumqr、在图25的步骤2520中所得到的气体混合物质量Mmix和对应于上述方程式(19)的方程式来获得在当注入后时间t＝k·Δt的时点处的第i个气体混合物之内的燃料浓度[Fuel]mix。

然后CPU 61进展到图27的例程，并且每次CPU 61在步骤905中判断为“No”时，重复执行图25的步骤2505至图27的步骤905的处理。结果，每次在步骤905中判断为“No”时，变量k的值增加“1”，并且在图25的步骤2505中与第i个注入有关的曲柄角度CA增加ΔCA。

也就是说，只要在步骤905中判断为“No”，则在从第i个注入时点开始的每一个微小时间Δt(也就是对于从CAinj(1)起的每一个微小曲柄角度ΔCA)内获得被新吸入到第i个气体混合物中的缸内气体的质量g(i，k)、第i个气体混合物的状态(温度Tmix等)和(只要标志ENDsoot和ENDno的值为零)排放物浓度([Soot]mix和[NO]mix)。

当满足了步骤905的上述条件时，CPU 61在图27的步骤905中判断为“Yes”，并且进展到步骤910。在步骤910中，CPU 61获得在第i个气体混合物中所生成的烟灰量Soot(i)和在第i个气体混合物中所生成的NO量NO(i)。通过用图26的步骤855的处理所更新的当前第i个气体混合物中的烟灰浓度[Soot]mix乘以由图25的步骤2520所更新的当前气体混合物质量Mmix，可以得到在第i个气体混合物中所生成的烟灰量Soot(i)。进而，通过用图26的步骤880的处理所更新的当前第i个气体混合物中的NO浓度[NO]mix乘以上述气体混合物质量Mmix，可以得到在第i个气体混合物中所生成的NO量NO(i)。

然后CPU 61经由步骤2495进展到上述图23的步骤2330(也就是在结束执行如图24至27所示的系列例程之后)。以这种方式，每次重复执行图23的步骤2320至2330的处理时，将I(2≤i≤n)值增加“1”，并且在图27的步骤910中连续获得与第i个气体混合物有关的烟灰生成量Soot(i)和与第i个气体混合物有关的NO生成量NO(i)。以上讲述了图24至27所示的系列例程。

如上所述，当变量i的值已经到达除数n时，CPU 61在图23的步骤2335中判断为“Yes”。在这种情况下，CPU61执行步骤925至960，以便根据在图23的步骤2330中所得到的总的烟灰生成量Soot和总的NO生成量NO(对应地为总的排放物生成量的估计结果)来校正注入压力。然后，CPU 61进展到步骤1995，以便结束图19至23的系列例程的当前执行。在此时点之后，每次CPU 61进展到图19的步骤505时，都判断为“No”，直到下一个IVC到来为止。

如上所述，根据本发明的气体混合物状态估计设备和排放物生成量估计设备，注入时间段TAU被分成较大数量的n个(＝TAU/Δt)时间段；并且假设用于与第i个(1≤i≤n)注入相对应的注入时间段“第i个微小时间Δt”的质量为q(i)的燃料是在当在燃料注入开始时刻Cainj之后已经过去了(i-1)·Δt时一次性执行的。与第一和第二实施例中一样，通过使用上述方程式(2)和(3)得到了在与第一气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点处的第一气体混合物的过量空气比率λ(k)(第一部分混合指数值)，并且通过使用过量空气比率λ(k)估计了第一气体混合物的状态(温度Tmix等)。

假设在与第i个气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点处的第i个(i为不小于2并且不大于n的自然数)气体混合物的过量空气比率等于上述“在与第一气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点处的第一气体混合物的过量空气比率λ(k)”。在这种假设下，在不使用上述方程式(2)和(3)的情况下估计了第i个(i≥2)气体混合物的状态(温度Tmix等)。

因此，只有第一气体混合物需要利用上述方程式(2)和(3)来计算过量空气比率λ。结果，可以减少利用了上述方程式(2)和(3)并且其中包含很大计算负荷的过量空气比率λ的计算次数，从而可以减少CPU 61的计算负荷。

本发明并不限于上述第三实施例，并且在本发明的范围之内可以进行各种修改。例如，在上述第三实施例中，假设在与第i个气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点处的第i个(i为不小于2并且不大于n的自然数)气体混合物的过量空气比率等于上述“在与第一气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点处的第一气体混合物的过量空气比率λ(k)”。不过，可以假设第i个气体混合物的过量空气比率等于通过用过量空气比率λ(k)乘以预定系数所得到的值。

也就是说，当在与第i个气体混合物有关的注入后时间t等于k·Δt的时点处的第i个(i≥2)气体混合物的过量空气比率用λ(i，k)来表示(i为不小于2并且不大于n的自然数)，例如将λ(i，k)设置成等于h(i)·λ(k)，其中h(i)为根据变量i所确定的系数。

在这种情况下，根据对应于上述方程式(33)的方程式“g(i，k)＝stoich(λ(i，k)-λ(i，k-1))·q(i)”，而不根据在图25的步骤2510中所讲述的上述方程式(34)，可以获得在与第i个气体混合物有关的注入后时间t＝(k-1)·Δt的时点与其上注入后时间t＝k·Δt的时点之间的时间段期间被新吸入第i(2≤i≤n)个气体混合物中的缸内气体量g(i，k)。

(第四实施例)

接下来讲述用于根据本发明第四实施例的内燃机的排放物生成量估计设备。该第四实施例与第一至第三实施例的不同之处在于：假设在点燃气体混合物之后在每一个内燃室中生成了所谓的稳定火苗，并且通过使用这种稳定火苗所特有的特性来估计气体混合物的状态(温度Tmix等)和排放物生成量。下面主要来讲述不同之处。

根据作为在上述非专利文献1中所介绍的经验公式的以下方程式(35)和(36)，在注入开始时刻之后从燃料注入阀21的注入开口所注入的燃料(相应地为气体混合物)的传输距离(下面将其称为“气体混合物传输距离X)可以表示为注入后时间t的函数。在方程式(36)中，dX/dt表示气体混合物移动速度，它是注入后时间t的函数。注意，如方程式(36)的右侧所示的各个值与上述方程式(3)的右侧所示的值相同。

$X=\&Integral;\frac{\mathrm{dX}}{\mathrm{dt}}\mathrm{dt}---\left(35\right)$

$\frac{\mathrm{dX}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{2}\&CenterDot;{\left(\frac{2c\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;P}}{\mathrm{\&rho;g}}\right)}^{0.25}\&CenterDot;{\left[\frac{d}{\tan \mathrm{\&theta;}}\right]}^{0.5}\&CenterDot;\frac{1}{t^{0.5}}---\left(36\right)$

这里，当上述方程式(3)的两侧都除以方程式(36)的两侧时，dλ/dx可以使用ρg、tanθ和各种常数来表示。这里，如果假设在注入之后ρg和tanθ为常数，则dλ/dx变成某个常数(正值)。进而，当气体混合物传输距离X为零时(相应地为注入时点)，过量空气比率λ为“0”。

因此，在这种情况下，在气体混合物传输距离X和过量空气比率λ之间存在如图28所示的线性关系。也就是说，随着气体混合物传输距离X从“0”开始增大，过量空气比率λ也从“0”开始增大，并且当X＝X0时，λ变成1。

同时，如果在某些情况下，如图28所示，燃料的注入时间段TAU相对较长时，则在点燃气体混合物之后在燃烧室内可以生成所谓的稳定火苗(或者非常类似于稳定火苗的火苗)。

当生成了稳定火苗时，在其中燃料过量的稳定火苗区域中(也就是其中过量空气比率λ小于1的区域；下面将其称为“充足区域”)，由于被吸入到气体混合物中的缸内气体中所包含的氧气是充足的，因此氧气已经被燃烧完全消耗了。也就是说，在稳定火苗的充足区域中(在图28中对应于0≤X≤X0)，稳态中的氧气浓度(下面将其称为“稳态氧气浓度[O2]mixsteady”)为零。注意，在稳定火苗的充足区域中，甚至在氧气已经被燃烧完全消耗了之后，仍然还有燃料，因此稳态中的燃料浓度(下面将其称为“稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady”)被认为是大于零的值。

同时，当生成了稳定火苗时，在其中氧气过量的稳定火苗区域中(也就是其中过量空气比率λ大于1的区域；下面将其称为“不充足区域”)，由于燃料是不充足的，因此燃料已经被燃烧完全消耗了。也就是说，在稳定火苗的不充足区域中(在图28中对应于X0≤X)，稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady为零。注意，在稳定火苗的不充足区域中，甚至在燃料已经被燃烧完全消耗了之后，仍然还有氧气，因此稳态氧气浓度[O2]mixsteady被认为是大于零的值。

如上所述，用于获得气体混合物内的烟灰生成速度d[Soot]mix/dt的上述方程式(23)包括用于获得烟灰形成速度dmsf/dt的项，它包括了作为因子的气体混合物燃料浓度[Fuel]mix，如图以上方程式(24)所示；以及用于获得烟灰氧化速度dmso/dt的项，它包括了作为因子的气体混合物氧气浓度[O2]mix，如图以上方程式(25)所示。

因此，当根据上述方程式(23)来计算稳定火苗的充足区域中的烟灰生成速度d[Soot]mix/dt时，如上述方程式(25)所示的用于获得烟灰氧化速dmso/dt的项的值总是保持为零。换句话说，在这种情况下可以省略用于获得烟灰氧化速度dmso/dt的项的计算。

类似地，当根据上述方程式(23)来计算稳定火苗的不充足区域中的烟灰生成速度d[Soot]mix/dt时，如上述方程式(24)所示的用于获得烟灰形成速dmsf/dt的项的值总是保持为零。换句话说，在这种情况下可以省略用于获得烟灰形成速度dmsf/dt的一项的计算。

另外，上述方程式(24)和(25)的右侧包括了随时间变化的、与变量Pg和Tmix有关的功率计算。功率计算需要很大的计算负荷。因此，期望尽可能地减少方程式(24)和(25)的计算次数。

考虑到上述情况，在第四实施例中，其根据上述方程式(23)来估计在由稳定火苗占据的区域中(也就是在气体混合物中)的烟灰生成速度d[Soot]mix/dt，在稳定火苗的充足区域中(λ＜1)中，根据作为从上述方程式(23)中去除dmso/dt项所得到的方程式“d[Soot]mix/dt＝dmsf/dt”来获得烟灰生成速度d[Soot]mix/dt。

类似地，在第四实施例中，在稳定火苗的不充足区域中(λ＞1；实际上λ≥1)中，根据作为从上述方程式(23)中去除dmsf/dt项所得到的方程式“d[Soot]mix/dt＝-dmso/dt”来获得烟灰生成速度d[Soot]mix/dt。通过这些计算，可以减少方程式(24)和(25)的计算次数，并且作为结果，可以减少CPU 61的计算负荷。

接下来，连续讲述用于获得气体混合物的温度(确切地说，通过在稳态中燃烧的气体混合物温度的增加量；下面将其称为“稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady”)、上述稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady、上述稳态氧气浓度[O2]mixsteady的方法，这对于通过使用上述方程式(23)来获得由稳定火苗所占据的区域中(也就是在气体混合物中)的烟灰生成速度d[Soot]mix/dt是必需的，另外还将讲述用于获得稳态中的氮气浓度(下面将其称为“稳态氮气浓度[N2]mixsteady”)，这对于通过使用上述方程式(27)来获得由稳定火苗所占据的区域中(也就是在气体混合物中)的NO生成速度d[NO]mix/dt是必需的。

在讲述上述方法中所必需的过量空气比率λ是根据使用了上述缸内气体理论空气-燃料比率stoich、燃料量(质量)Q和形成缸内气体的气体混合物质量G的以下方程式(37)来确定的。

$\mathrm{\&lambda;}=\left(\frac{1}{\mathrm{stoich}}\right)\&CenterDot;\frac{G}{Q}---\left(37\right)$

<稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady>

稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady可以用以下方程式(38)来表示。在以下方程式(38)中，Qreac表示通过气体混合物中的燃烧所消耗的燃料量(质量)，Cg表示缸内气体的常压比热，并且Cf表示燃料的常压比热。Hf为用于将Qreac转化成反应热Hr(＝Hf·Qreac)的系数。该方程式(38)是基于如下假设，即，“作为气体混合物中质量为Qreac的燃料的燃烧结果而生成的反应热Hr被消耗，从而将包括有质量为Q的燃料和质量为G的缸内气体的气体混合物的温度增加稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady”。

$\mathrm{\&Delta;Tmixsteady}=\frac{\mathrm{Hf}\&CenterDot;\mathrm{Qreac}}{G\&CenterDot;\mathrm{Cg}+Q\&CenterDot;\mathrm{Cf}}---\left(38\right)$

这里，在稳定火苗的充足区域中(λ＜1)，通过气体混合物中的燃烧所消耗的燃料量Qreac等于作为与在气体混合物中的缸内气体中所包含的所有氧气发生反应的结果而消耗的燃料量，并且因此通过以下方程式(39)可以得到。

$\mathrm{Qreac}=\frac{G}{\mathrm{stoich}}---\left(39\right)$

当将Q、G和Qreac从上述方程式(37)至(39)中消去，并且对所得到的方程式进行整理时，在稳定火苗的充足区域中(λ＜1)中的稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady可以被表示为作为过量空气比率λ的函数的以下方程式(40)。

$\mathrm{\&Delta;Tmixsteady}=\frac{\mathrm{Hf}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{stoich}\&CenterDot;\mathrm{Cg}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}+\mathrm{Cf}},(\mathrm{\&lambda;}<1)---\left(40\right)$

同时，在稳定火苗的不充足区域中(λ＞1；实际上λ≥1)中，气体混合物之内的燃料通过燃烧被完全消耗了，并且因此通过气体混合物中的燃烧所消耗的燃料量Qreac等于“Q”。当将Q、G和Qreac从上述方程式(37)和(38)中消去同时使用关系“Qreac＝Q”，并且对所得到的方程式进行整理时，在稳定火苗的不充足区域中(λ＞1；实际上λ≥1)中的稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady可以被表示为作为过量空气比率λ的函数的以下方程式(41)。

$\mathrm{\&Delta;Tmixsteady}=\frac{\mathrm{Hf}}{\mathrm{stoich}\&CenterDot;\mathrm{Cg}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}+\mathrm{Cf}},(\mathrm{\&lambda;}\&GreaterEqual;1)---\left(41\right)$

图29示出了由方程式(40)和(41)所表示的过量空气比率λ和稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady之间的关系。注意，在考虑到如图28所示的气体混合物传输距离X和过量空气比率λ之间的线性关系的情况下，图29示出了气体混合物传输距离X和稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady之间的关系。如图29所示，稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady假设为当λ＝1时(也就是X＝X0；参见图28)的最大值ΔTmix0＝Hf/(stoich·Cg+Cf)。

<稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady>

如上所述，在稳定火苗的不充足区域中，不论过量空气比率λ(对应地为气体混合物传输距离X)如何，稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady都保持为零。同时，在稳定火苗的充足区域中(λ＜1)，当考虑到上述方程式(39)时，在气体混合物中剩余的燃料量(质量)可以被表示为(Q-(G/stoich))。因此，作为“在气体混合物中剩余的燃料量(质量)”与气体混合物的质量(Q+G)的比值的稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady可以用以下方程式(42)来表示。

$\left[\mathrm{Fuel}\right]\mathrm{mixsteady}=\frac{Q-\frac{G}{\mathrm{stoich}}}{Q+G}---\left(42\right)$

因此，当将Q和G从上述方程式(37)和(42)中消去并且对所得到的方程式进行整理时，在稳定火苗的充足区域中(λ＜1)中的稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady可以被表示为作为过量空气比率λ的函数的以下方程式(43)。

$\left[\mathrm{Fuel}\right]\mathrm{mixsteady}=\frac{1-\mathrm{\&lambda;}}{1+\mathrm{stoich}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}},(\mathrm{\&lambda;}<1)---\left(43\right)$

图30示出了由方程式(43)所示的过量空气比率λ和稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady之间的关系。注意，在考虑到气体混合物传输距离X和过量空气比率λ之间的线性关系的情况下，图30示出了气体混合物传输距离X和稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady之间的关系。

<稳态氧气浓度[O2]mixsteady>

如上所述，在稳定火苗的充足区域中，不论过量空气比率λ(对应地为气体混合物传输距离X)如何，稳态氧气浓度[O2]mixsteady都保持为零。同时，在稳定火苗的不充足区域中(λ＞1；实际上λ≥1)，当考虑到上述关系“Qreac＝Q”时，在气体混合物中剩余的氧气量(质量)可以被表示为(G-(Q·stoich))·[O2]in。这里，[O2]in表示吸入空气的氧气浓度(对应地为缸内气体的氧气浓度)。因此，作为“在气体混合物中剩余的氧气量(质量)”与气体混合物的质量(Q+G)的比值的稳态氧气浓度[O2]mixsteady可以用以下方程式(44)来表示。

$\left[O2\right]\mathrm{mixsteady}=\frac{(G-Q\&CenterDot;\mathrm{stoich})\&CenterDot;\left[O2\right]\mathrm{in}}{Q+G}---\left(44\right)$

因此，当将Q和G从上述方程式(37)和(44)中消去并且对所得到的方程式进行整理时，在稳定火苗的不充足区域中(λ≥1)中的稳态氧气浓度[O2]mixsteady可以被表示为作为过量空气比率λ的函数的以下方程式(45)。

$\left[O2\right]\mathrm{mixsteady}=\frac{\mathrm{stoich}\&CenterDot;(\mathrm{\&lambda;}-1)\&CenterDot;\left[O2\right]\mathrm{in}}{1+\mathrm{stoich}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}},(\mathrm{\&lambda;}\&GreaterEqual;1)---\left(45\right)$

图31示出了由方程式(45)所示的过量空气比率λ和稳态氧气浓度[O2]mixsteady之间的关系。注意，在考虑到气体混合物传输距离X和过量空气比率λ之间的线性关系的情况下，图31示出了气体混合物传输距离X和稳态氧气浓度[O2]mixsteady之间的关系。

<稳态氮气浓度[N2]mixsteady>

如上所述，由于缸内气体中的氮气为惰性气体，因此在气体混合物中的化学反应中没有消耗氮气。因此，在气体混合物中剩余的氮气量(质量)可以被表示为G·[N2]in。这里，[N2]in表示吸入空气的氮气浓度(对应地为缸内气体的氮气浓度)。因此，作为“在气体混合物中剩余的氮气量(质量)”与气体混合物的质量(Q+G)的比值的稳态氮气浓度[N2]mixsteady可以用以下方程式(46)来表示。

$\left[N2\right]\mathrm{mixsteady}=\frac{G\&CenterDot;\left[N2\right]\mathrm{in}}{Q+G},(\mathrm{\&lambda;}<1)---\left(46\right)$

因此，当将Q和G从上述方程式(37)和(46)中消去并且对所得到的方程式进行整理时，稳态氮气浓度[N2]mixsteady可以用作为过量空气比率λ的函数的以下方程式(47)来表示。

$\left[N2\right]\mathrm{mixsteady}=\frac{\mathrm{stoich}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;\left[N2\right]\mathrm{in}}{1+\mathrm{stoich}\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}}---\left(47\right)$

图32示出了由方程式(47)所示的过量空气比率λ和稳态氮气浓度[N2]mixsteady之间的关系。注意，在考虑到气体混合物传输距离X和过量空气比率λ之间的线性关系的情况下，图32示出了气体混合物传输距离X和稳态氮气浓度[N2]mixsteady之间的关系。

如上所述，在稳定火苗所占据的区域中(也就是在气体混合物中)，稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady、稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady、稳态氧气浓度[O2]mixsteady和稳态氮气浓度[N2]mixsteady的每一个都可以由过量空气比率λ的函数表示。

同时，通过上述方程式(2)和(3)，过量空气比率λ可以被表示成注入后时间t的函数funcλ(t)。图33示出了注入后时间t和从函数funcλ(t)得到的过量空气比率λ之间的关系。注意，假设当t＝t0时，λ＝1。

从以上讲述可以知道，通过将如图33所示和从函数funcλ(t)所得到的关系应用到如图29至32所示的关系中，在稳定火苗所占据的区域中(也就是在气体混合物中)，稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady、稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady、稳态氧气浓度[O2]mixsteady和稳态氮气浓度[N2]mixsteady可以表示为作为注入后时间t的函数的funcΔTmixsteady(t)、func[Fuel]mixsteady(t)、func[O2]mixsteady(t)和func[N2]mixsteady(t)。

图34至37分别示出了由funcΔTmixsteady(t)、func[Fuel]mixsteady(t)、func[O2]mixsteady(t)和func[N2]mixsteady(t)所表示的关系。在第四实施例中，在稳定火苗所占据的区域中(也就是在气体混合物中)，通过使用作为注入后时间t的函数的funcΔTmixsteady(t)、func[Fuel]mixsteady(t)、func[O2]mixsteady(t)和func[N2]mixsteady(t)来获得烟灰生成速度d[Soot]mix/dt和NO生成速度d[NO]mix/dt。

(第四实施例的实际操作)

接下来，讲述根据第四实施例的排放物生成量估计设备的实际操作。在由第一实施例的CPU 61所执行的如图5至9所示的和如图13所示的系列例程中，本设备的CPU 61按照相同的方式执行图13的例程，并且执行如图38至41中的流程图所示的系列例程，以取代如图5至9所示的系列例程。

注意，与如图5至9所示的例程相同的如图38至41所示的例程的步骤用图5至9所示的例程的相应的步骤的相同标号来表示。这里省略了重复性的讲述。现在来讲述第四实施例所特有的如图38至41所示的例程。注意，图38的例程对应于图5的例程；图39的例程对应于图6的例程；图40的例程对应于图7和图8的例程；并且图41的例程对应于图9的例程。

第四实施例的CPU 61以预定间隔重复执行与如图5至9所示的系列例程相对应的如图38至41所示的系列例程。因此，当已经到达预定时刻时，CPU 61从图38的步骤3800开始处理，并且进展到步骤505。当CPU 61在步骤505中判断为“Yes”时(也就是到了IVC)，CPU 61连续执行步骤510至530的处理，并且连续执行步骤550至560的处理。

接下来，CPU 61进展到图39的例程，以便执行用于确定各种函数的处理。确切地说，CPU 61进展到步骤3905，并且得到稳定火苗时间平均缸内气体密度ρgave，它是在其中生成了稳定火苗的时间段期间的缸内气体密度ρg的平均值。由于稳定火苗时间平均缸内气体密度ρgave是根据缸内气体的总质量Mg来确定的，因此根据在图38的步骤515中所得到的缸内气体的总质量Mg和用于获得ρgave的函数funcρgave并同时使用Mg作为自变量来得到稳定火苗时间平均缸内气体密度ρgave。

随后，CPU 61进展到步骤3910，并且得到稳定火苗时间平均缸内气体压力Pgave，它是在其中生成了稳定火苗的时间段期间的缸内气体压力Pg的平均值。由于稳定火苗时间平均缸内气体压力Pgave是根据IVC处的缸内气体压力Pgivc、IVC处的曲柄角度CAivc和指令燃料注入量Qfin来确定的，因此根据在图38的步骤510中所得到的IVC处的缸内气体压力Pgivc和IVC处的曲柄角度CAivc、在图38的步骤520中所得到的指令燃料注入量Qfin，以及用于获得Pgave的函数funcPgave并同时使用了Pgivc、CAivc和Qfin作为自变量来得到稳定火苗时间平均缸内气体压力Pgave。

然后CPU 61进展到步骤3915，并且通过从在图38的步骤530中所得到的基准燃料注入压力Pcrbase减去稳定火苗时间平均缸内气体压力Pgave来获得稳定火苗时间平均有效注入压力ΔPave。在随后的步骤3920中，CPU 61根据所得到稳定火苗时间平均有效注入压力ΔPave、所得到的稳定火苗时间平均缸内气体密度ρgave和上述表格Mapθ来得到稳定火苗时间平均喷射角θave。通过该处理，稳定火苗时间平均喷射角θave根据ΔPave和ρgave来确定。

随后，CPU 61进展到步骤3925，并且通过使用上述方程式(2)和(3)，同时使用了稳定火苗时间平均有效注入压力ΔPave、稳定火苗时间平均缸内气体密度ρgave和稳定火苗时间平均喷射角θave作为上述方程式(3)的有效注入压力ΔP、缸内气体密度ρg和喷射角θ，来确定用于定义注入后时间t和过量空气比率λ之间的关系的上述函数funcλ(t)(见图33)。

接下来，CPU 61进展到步骤3930，并且确定：函数funcΔTmixsteady(t)，用于根据所得到的函数funcλ(t)同时使用注入后时间t作为自变量，来获得稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady；以及确定函数funcΔTmixsteady(λ)，用于获得由其中过量空气比率λ作为自变量的上述方程式(40)和(41)所表示的ΔTmixsteady。

随后，CPU 61进展到步骤3935，并且确定：函数func[Fuel]mixsteady(t)，用于根据所得到的函数funcλ(t)同时使用注入后时间t作为自变量，来获得稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady；以及确定函数func[Fuel]mixsteady(λ)，用于获得由其中过量空气比率λ作为自变量的上述方程式(43)所表示的[Fuel]mixsteady。

然后，CPU 61进展到步骤3940，并且确定：函数func[O2]mixsteady(t)，用于根据所得到的函数funcλ(t)同时使用注入后时间t作为自变量，来获得稳态氧气浓度[O2]mixsteady；以及确定函数func[O2]mixsteady(λ)，用于获得由其中过量空气比率λ作为自变量的上述方程式(45)所表示的[O2]mixsteady。

然后，CPU 61进展到步骤3945，并且确定：函数func[N2]mixsteady(t)，用于根据所得到的函数funcλ(t)同时使用注入后时间t作为自变量，来获得稳态氮气浓度[N2]mixsteady；以及确定函数func[N2]mixsteady(λ)，用于获得由其中过量空气比率λ作为自变量的上述方程式(47)所表示的[N2]mixsteady。

随后，CPU 61进展到步骤3950，以便与图6的步骤660中的一样，将气体混合物NO浓度[NO]mix和气体混合物烟灰浓度[Soot]mix的每一个设置为初始值“0”。在随后的步骤3955中，与图6的步骤665中的一样，将注入后时间t设置为初始值“0”。

接下来，CPU 61执行步骤670的处理，进展到图40的例程，并且启动用于计算在由稳定火苗所占据的区域中(也就是气体混合物中)的气体混合物温度和各种浓度等的处理。确切地说，CPU 61首先进展到步骤4002，并且将注入后时间t(由于图39的步骤3955的处理，初始值为“0”)前进微小时间Δt(例如0.1msec)。在随后的步骤4004中，CPU 61根据注入后时间t处的当前值和在图39的步骤3925中所确定的函数funcλ(t)来获得与注入后时间t相对应的过量空气比率λ。

然后，CPU 61进展到步骤4006，并且根据注入后时间t处的当前值和在图39的步骤3930中所确定的函数funcΔTmixsteady(t)来获得与注入后时间t相对应的稳态气体混合物温度增加量ΔTmixsteady，并且通过用在图38的步骤550中所得到的燃料蒸气温度Tf加上所得到的ΔTmixsteady来获得与注入后时间t相对应的稳态气体混合物温度Tmixsteady。

随后，CPU 61进展到步骤4008，并且根据注入后时间t处的当前值和在图39的步骤3935中所确定的函数func[Fuel]mixsteady(t)来获得与注入后时间t相对应的稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady。

接下来，CPU 61进展到步骤4010，并且根据注入后时间t处的当前值和在图39的步骤3940中所确定的函数func[O2]mixsteady(t)来获得与注入后时间t相对应的稳态氧气浓度[O2]mixsteady。

接下来，CPU 61进展到步骤4012，并且根据注入后时间t处的当前值和在图39的步骤3945中所确定的函数func[N2]mixsteady(t)来获得与注入后时间t相对应的稳态氮气浓度[N2]mixsteady。

接下来，CPU 61执行步骤835的判断。这里假设CPU 61判断为“Yes”。在这种情况下，CPU 61进展到步骤4016，以便确定在步骤4004中所更新的与当前注入后时间t相对应的过量空气比率λ是否小于“1”(也就是当前区域是否为充足区域)。

当CPU 61判断为“Yes”时(也就是当前区域为充足区域)，CPU61进展到步骤4018，并且根据在步骤4008中所得到的与当前注入后时间t相对应的稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady、在图39的步骤3910中所得到的稳定火苗时间平均缸内气体压力Pgave、在步骤4006中所得到的与当前注入后时间t相对应的稳态气体混合物温度Tmixsteady和上述方程式(24)来获得烟灰形成速度dmsf/dt。随后，CPU 61进展到步骤4020，并且根据在步骤4020的框中所述的方程式来获得与当前注入后时间t相对应的烟灰生成速度d[soot]mix/dt，这可以通过从中省略“dmso/dt”项的上述方程式(23)和所得到的烟灰形成速度dmsf/dt来得到。也就是说，在这种情况下省略了上述方程式(25)的计算。

同时，当CPU 61在步骤4016中判断为“No”时(也就是当前区域为不充足区域)，CPU 61进展到步骤4022，并且根据当时的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix、在步骤4010中所得到的与当前注入后时间t相对应的稳态氧气浓度[O2]mixsteady、在图39的步骤3910中所得到的稳定火苗时间平均缸内气体压力Pgave、在步骤4006中所得到的与当前注入后时间t相对应的稳态气体混合物温度Tmixsteady和上述方程式(25)来获得烟灰氧化速度dmso/dt。随后，CPU 61进展到步骤4024，并且根据在步骤4024的框中所述的方程式来获得与当前注入后时间t相对应的烟灰生成速度d[soot]mix/dt，这可以通过从中省略“dmsf/dt”项的上述方程式(23)和所得到的烟灰氧化速度dmso/dt来得到。也就是说，在这种情况下省略了上述方程式(24)的计算。

一旦在步骤4020或4024中得到了与当前注入后时间t相对应的烟灰生成速度d[soot]mix/dt，则CPU61执行步骤855的处理，然后进展到步骤4028，以便确定与当前注入后时间t相对应的过量空气比率λ是否大于“1”并且与当前注入后时间t相对应的稳态气体混合物温度Tmixsteady是否小于上述烟灰反应临界温度TminSoot。

当CPU 61在步骤4028中判断为“Yes”时，与在图8的步骤860中的判断一样，CPU 61执行步骤865的处理，然后进展到步骤870。当CPU 61在步骤4028中判断为“No”时，直接进展到步骤870。

当CPU 61进展到步骤870时，执行步骤870的判断。这里，假设CPU 61判断为“Yes”。在这种情况下，CPU 61进展到步骤4034，并且根据在步骤4006中所得到的与当前注入后时间t相对应的稳态气体混合物温度Tmixsteady、在步骤4010中所得到的与当前注入后时间t相对应的稳态氧气浓度[O2]mixsteady、在步骤4012中所得到的与当前注入后时间t相对应的稳态氮气浓度[N2]mixsteady和上述方程式(27)来获得与当前注入后时间t相对应的NO生成速度d[NO]mix/dt。

随后，CPU 61执行步骤880的处理，然后进展到步骤4038，以便确定与当前注入后时间t相对应的过量空气比率λ是否大于“1”并且与当前注入后时间t相对应的稳态气体混合物温度Tmixsteady是否小于上述NO反应临界温度TminNO。

当CPU 61在步骤4038中判断为“Yes”时，与在图8的步骤885中的判断一样，CPU 61执行步骤890的处理，然后进展到图41的例程。当CPU 61在步骤4038中判断为“No”时，直接进展到图41的例程。

当CPU 61进展到图41的例程时，执行与图9的步骤905相对应的步骤4015的判断。每次CPU 61步骤4105中判断为“No”时，CPU 61重复执行图40的步骤4002至图41的步骤4105。结果每次在步骤4105中判断为“No”，在图40的步骤4002中将注入后时间t前进Δt。

也就是说，只要在步骤4105中判断为“No”，则对注入后时间t的每一个微小时间Δt都获得过量空气比率λ和(只要标志ENDsoot和ENDno的值为零)排放物浓度([Soot]mix和[NO]mix)。

当满足了步骤4105的条件时，CPU 61在图41的步骤4105中判断为“Yes”，并且进展到步骤4110和随后的步骤，以便执行用于结束与排放物生成量有关的计算的处理。

也就是说，在步骤4110中，CPU 61根据当前时点处(也就是在满足了步骤4105的条件的时点处)的过量空气比率λ、在图38的步骤520中所得到的指令燃料注入量Qfin和步骤4110的框中所述的方程式，来获得包含有指令燃料注入量为Qfin的燃料、与稳定火苗有关的并且其过量空气比率假设为值λ的气体混合物的质量(稳态气体混合物质量Mmixsteady)。

接下来，CPU 61进展到步骤4115，以便通过用图40的步骤855中所更新的气体混合物烟灰浓度[Soot]mix的当前值乘以上述稳态气体混合物质量Mmixsteady来获得由稳定火苗所占据的区域中的烟灰生成量，并且然后通过用初始值Soot0加上所得到的烟灰生成量来获得总的烟灰生成量。

类似地，在步骤4115中，CPU 61通过用图40的步骤880中所更新的气体混合物NO浓度[NO]mix的当前值乘以上述稳态气体混合物质量Mmixsteady来获得由稳定火苗所占据的区域中的NO生成量，并且然后通过用初始值NO0加上所得到的NO生成量来获得总的NO生成量。

然后，CPU 61连续执行步骤925至960，以便根据在图41的步骤4115中所得到的总的烟灰生成量Soot和总的NO生成量NO(相应地为总的排放物生成量的估计结果)来校正注入压力。然后CPU 61进展到步骤3895，以便结束图38至41的系列例程的当前执行。在该时点之后，每次CPU 61进展到图38的步骤505时，都判断为“No”，直到到了下一个IVC为止。

如上所述，本发明的排放物生成量估计设备的第四实施例假设了其中在点燃气体混合物之后在每一个燃烧室中都生成了所谓的稳定火苗。因此，在利用稳态中的氧气浓度(稳态氧气浓度[O2]mixsteady)在稳定火苗的充足区域(λ＜1)中变成零这一优点的同时，第四实施例根据通过在上述方程式(23)中省略dmso/dt这一项所得到的方程式“d[Soot]mix/dt＝dmsf/dt”来获得烟灰生成速度d[soot]mix/dt。

类似地，在利用了稳态中的燃料浓度(稳态燃料浓度[Fuel]mixsteady)在稳定火苗的不充足区域(λ≥1)中变成零这一事实的情况下，第四实施例根据通过在上述方程式(23)中省略dmsf/dt这一项所得到的方程式“d[Soot]mix/dt＝-dmso/dt”来获得烟灰生成速度d[soot]mix/dt。这些计算可以减少方程式(24)和(25)的计算次数，从而可以减少CPU 61的计算负荷。

Claims (7)

1.一种用于内燃机的气体混合物状态估计设备，其中在从预定注入开始时间的预定注入时间段期间，不断地将燃料注入到内燃机的燃烧室中，所述气体混合物状态估计设备包括：

注入燃料划分装置，用于根据预定的规则将预定注入时间段划分为多个时间段，以及用于将注入燃料划分为多个部分，所述多个部分是在相应的时间段内注入的；

气体混合物状态估计装置，假设所划分的注入燃料的多个部分被单独且连续地注入，由此使得每个部分在相应的时间段的开始时被一次注入，则所述气体混合物状态估计装置单独估计每个气体混合物的状态，所述气体混合物是通过将注入燃料的多个部分与缸内气体相混合而形成的，其中所述缸内气体是被吸入燃烧室的气体；以及

点火时刻获取装置，用于获取表示气体混合物的点火时刻的值，

其中所述注入燃料划分装置根据所获得的表示点火时刻的值，将注入燃料划分为在气体混合物点火之前注入的部分和在气体混合物点火之后注入的部分。

2.如权利要求1所述的用于内燃机的气体混合物状态估计设备，其中气体混合物状态估计装置被配置用于单独地获取一值，所述值表示缸内气体与所划分的注入燃料的每个部分的混合程度，并且通过利用所获得的表示混合程度的值来单独估计根据注入燃料的每个部分所形成的气体混合物的状态，其中所述混合程度是缸内气体与所述注入燃料的每个部分的混合程度。

3.如权利要求1或2所述的用于内燃机的气体混合物状态估计设备，其中由气体混合物状态估计装置所估计的气体混合物的状态包括气体混合物的温度，气体混合物内的燃料浓度，气体混合物内的氧气浓度以及气体混合物内的氮气浓度中的至少一个。

4.一种排放物生成量估计设备，包括排放物生成量估计装置，用于根据由权利要求1所述的用于内燃机的气体混合物状态估计设备所估计的相应的气体混合物的状态，来单独地估计作为每个气体混合物的燃烧结果而生成的排放物的生成量，其中该排放物是有害物质。

5.如权利要求4所述的排放物生成量估计设备，其中所述排放物生成量估计装置至少估计作为排放物生成量的烟灰和NO_X的生成量。

6.如权利要求4或5所述的排放物生成量估计设备，其中所述排放物生成量估计装置被配置为用于单独计算每个气体混合物的排放物的生成速度，并且将所计算的排放物生成速度相对于时间进行积分，从而单独估计排放物的生成量。

7.如权利要求6所述的排放物生成量估计设备，其中所述排放物生成量估计装置被配置为当气体混合物的温度变得低于预定温度时，结束排放物生成速度对时间的相应的积分。

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