CN102159804B - 内燃机的炭烟排放量估计装置 - Google Patents

Abstract

可通过向“稳定排放量”相乘“瞬态修正值”来计算炭烟排放量。稳定排放量是在稳定运转状态下的炭烟排放量，通过表检索来获取。关于影响炭烟排放量的多个因子的每一个，在针对因子值的与炭烟排放量相关的特性式中代入因子的稳定值(表检索值)和瞬态值(当前值)而分别获取稳定特性值和瞬态特性值，计算“稳定特性值与瞬态特性值之比”。可通过相乘针对各因子的所有“稳定特性值与瞬态特性值之比”来得到“瞬态修正值”，可计算将针对各因子的“瞬态值偏离稳定值”在瞬态运转状态下的影响全部考虑进去的“表示炭烟排放量偏离稳定排放量的程度的系数”。

Description

内燃机的炭烟排放量估计装置

技术领域

本发明涉及炭烟排放量估计装置，该炭烟排放量估计装置估计在内燃机的燃烧室内燃料的反应所导致产生的炭烟(碳微粒子)的排放量。

背景技术

构成在内燃机(尤其是柴油内燃机)的燃烧室内产生的粒状物质(颗粒物质(PM))的主成分之一是炭烟。要想高精度控制该炭烟的排放量并减少炭烟的排放量，需要高精度估计炭烟的排放量。

例如，在日本专利文献特开2007-46477号公报中记载的内燃机的炭烟排放量估计装置中披露了以下手法：使用基于炭烟的生成机理的复杂的反应模型，在内燃机处于瞬态运转状态的情况下也高精度估计炭烟的排放量。

发明内容

在上述文献中记载的装置中，由于在炭烟的排放量的估计中使用复杂的反应模型，炭烟的排放量的估计所涉及的计算负载变得庞大。因而，正渴望以小的计算负载在内燃机处于瞬态运转状态的情况下也高精度估计炭烟的排放量的手法出现。

本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于提供一种内燃机的炭烟排放量估计装置，该炭烟排放量估计装置能够在内燃机处于瞬态运转状态的情况下也以小的计算负载高精度估计炭烟的排放量。

本发明的炭烟排放量估计装置包括稳定排放量获取单元、稳定值获取单元、瞬态值获取单元、瞬态修正值计算单元、炭烟排放量估计单元。下面，依次说明这些单元。

稳定排放量获取单元根据至少内燃机的运转速度和所述内燃机的燃料喷射量和被从所述内燃机排放的炭烟的排放量之间在所述内燃机处于稳定运转状态的情况下的预先存储的关系(表、设定表)、所述运转速度的当前值、以及所述燃料喷射量的当前值，获取炭烟的稳定排放量。该“稳定排放量”是内燃机以当前的运转速度和燃料喷射量在处于稳定运转状态的情况下的炭烟的排放量。该“关系”是可通过实验等预先获取。

稳定值获取单元根据预定的参数的值和影响炭烟的排放量的因子的值之间的预先存储的关系(表、设定表)、所述预定的参数的当前值来获取所述因子的稳定值，所述预定的参数表示所述内燃机在所述内燃机处于稳定运转状态的情况下的运转状态。

在此，“影响炭烟的排放量的因子”例如是燃烧室内的气体的温度、压力、氧浓度等。“预定的参数”例如是内燃机的运转速度、燃料喷射量等。该“因子的稳定值”是内燃机以当前的参数值(例如，当前的运转速度和燃料喷射量)在处于稳定运转状态的情况下的因子的值。该“关系”也可通过实验等预先获取。

瞬态值获取单元获取所述因子的瞬态值，所述因子的瞬态值是所述因子的当前值。该“因子的瞬态值”例如是将当前的因子的值通过检测·估计单元得到的检测值·估计值。

瞬态修正值计算单元根据稳定特性值和瞬态特性值来计算与炭烟的排放量相关的瞬态修正值，根据所述因子的稳定值和与针对所述因子的炭烟的排放量相关的预先存储的特性而得到所述稳定特性值，根据所述特性和所述因子的瞬态值而得到所述瞬态特性值。当存在多个所述因子时，按照每一个因子，分别设定所述特性并且分别计算稳定特性值和瞬态特性值。

“瞬态修正值”例如是稳定特性值与瞬态特性值之差、之比等。当存在多个所述因子时，瞬态修正值是针对各因子的稳定特性值与瞬态特性值之差、之比等。在瞬态运转状态下，因子的瞬态值可能会偏离因子的稳定值。瞬态修正值是表示在瞬态运转状态下可能会产生的“因子的瞬态值偏离因子的稳定值”导致的、炭烟排放量偏离所述稳定排放量的程度。

炭烟排放量估计单元根据所述稳定排放量和所述瞬态修正值来估计炭烟的排放量。炭烟的排放量例如是通过向稳定排放量相乘瞬态修正值或者通过向稳定排放量相加瞬态修正值而获得。在稳定运转状态下，瞬态修正值被计算为“1”(当瞬态修正值被相乘稳定排放量时)或者被计算为“0”(当瞬态修正值被相加稳定排放量时)，炭烟的排放量与稳定排放量一致。

根据上述构成，能够以用于获取稳定排放量的表检索以及计算瞬态修正值这样的少量计算负载，在瞬态运转状态下也高精度估计炭烟的排放量。

在上述本发明的内燃机的炭烟排放量估计装置中，至于所述因子，使用影响炭烟生成速度的因子，该炭烟生成速度是燃料的反应导致生成炭烟的速度，和/或，使用影响炭烟氧化速度的因子，该炭烟氧化速度是燃料的反应导致生成的炭烟被氧化的速度。这是基于如下情况：炭烟的产生速度(排放速度)可通过所述炭烟生成速度与所述炭烟氧化速度之差来表示。

至于所述影响炭烟生成速度的因子，可列举燃烧室内的气体的温度、压力等。另外，至于所述影响炭烟生成速度的因子，也可列举燃烧室内的气体的氧浓度。这是基于如下情况：如果氧浓度小，则燃料的燃烧速度变小而燃料的燃烧时间(因而，燃料处于高温的时间)变长，容易生成炭烟。另一方面，至于所述影响炭烟氧化速度的因子，也可列举燃烧室内的气体的温度、氧浓度等。

另外，至于所述影响炭烟生成速度的因子，也可列举点火延迟时间(从燃料的喷射开始时刻起至被喷射的燃料的点火开始时刻的时间)或与所述点火延迟时间相关的值。这是基于如下情况：如果点火延迟时间短，则由于点火开始时点处的燃料喷雾的大小小而燃料喷雾的(平均)当量比变大，容易生成炭烟。

至于所述点火延迟时间相关值，例如可列举压缩端温度(所述内燃机的燃烧室内的气体在压缩上死点处的温度)。这是基于如下情况：如果压缩端温度高，则由于点火开始时刻变早而点火延迟时间变短。即，如果压缩端温度高，则容易生成炭烟。

另外，至于所述点火延迟时间相关值，例如可列举所述内燃机的排气通道内的气体的压力(排气压力)。这是基于如下情况：如果排气压力大，则由于内部EGR气体(从排气通道经由内燃机的排气阀而回流到燃烧室的排气)的量增加而压缩端温度变高(因而，点火延迟时间变短)。即，如果排气压力大，则容易生成炭烟。

另外，至于所述点火延迟时间相关值，例如可列举所述内燃机的排气通道内的气体的温度(排气温度)。这是基于如下情况：如果排气温度高，则由于内部EGR气体的温度变高而压缩端温度变高(因而，点火延迟时间变短)。即，如果排气温度高，则容易生成炭烟。

另外，至于所述点火延迟时间相关值，例如可列举所述内燃机的进气通道内的气体的温度(进气温度)。这是基于如下情况：如果进气温度高，则压缩端温度变高(因而，点火延迟时间变短)。即，如果进气温度高，则容易生成炭烟。

另外，至于所述点火延迟时间相关值，也可以使用将排气温度和进气温度一起考虑而得到的值。具体地说，可使用根据排气温度、进气温度、以及内部EGR气体的量对外部EGR气体(从所述排气通道经由连通所述排气通道和所述进气通道的排气回流道而回流到所述内燃机的燃烧室的排气)的量与内部EGR气体的量之和的比例(内部EGR比例)而得到的值。

排气温度的高低对压缩端温度(因而，点火延迟时间)的影响程度较大地依赖于内部EGR比例。换句话说，也可以说进气温度对压缩端温度(因而，点火延迟时间)的影响程度较大地依赖于(1-内部EGR比例)。上述构成基于该见解。根据此，可分别考虑排气温度和进气温度对压缩端温度(因而，点火延迟时间)的影响程度而计算所述点火延迟时间相关值。结果，可将瞬态修正值计算为更恰当的值，由此能够在瞬态运转状态下进一步高精度地估计炭烟的排放量。

下面，至于所述影响炭烟生成速度的因子，附带说使用所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关值的情况。在此情况下，优选的是，仅在所述条件成立时，考虑用作所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值，而在所述条件不成立时，不考虑所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值。由此，在点火延迟时间容易稳定的条件下或者在点火延迟时间的长短对炭烟的生成程度的影响度小的条件下(即，预定条件不成立时)，不考虑点火延迟时间而加算瞬态修正值。由此，在该条件下，当计算瞬态修正值时，可在不降低计算精度的情况下避免基于考虑点火延迟时间的计算负载增大。

具体地说，所述预定条件当所述内燃机的燃烧室内的气体的氧浓度或与所述氧浓度相关的值小于预定值时成立。这是基于如下情况：如果燃烧室内的气体的氧浓度大，则由于不容易生成炭烟，点火延迟时间的长短对炭烟的生成程度的影响度小。

另外，所述预定条件当在主喷射之前不进行引燃喷射时成立。这是基于如下情况：如果在主喷射之前进行引燃喷射，则不管排气压的高低等如何压缩端温度均都稳定，因而，点火延迟时间容易稳定。

另外，所述预定条件当燃烧室的壁的温度大于预定值时成立。这是基于如下情况：如果燃烧室的壁的温度低，则即使排气压力等增大，压缩端温度难以增大，因此压缩端温度稳定，因而，点火延迟时间容易稳定。

另外，所述预定条件当燃烧室内的膨胀冲程中的火焰温度在预定范围之内时成立。这是基于如下情况：如果火焰温度在预定范围之外，则由于难以生成炭烟，点火延迟时间的长短对炭烟的生成程度的影响度小。另外，在此，所述火焰温度例如指火焰温度的最高值(最高火焰温度)等。

另外，如上述那样，在仅在预定条件成立时考虑点火延迟时间而计算瞬态修正值的情况下，也可以是，仅当所述点火延迟时间(或与所述点火延迟时间相关的值)的瞬态值相对于其稳定值向炭烟的排放量增大的方向偏移了时，考虑所述点火延迟时间(或与所述点火延迟时间相关的值)而计算所述瞬态修正值。这是基于如下情况：在对于炭烟的排放量不容易成为问题的“点火延迟时间的瞬态值相对于其稳定值向炭烟的排放量减少的方向偏移了时”，可以不考虑点火延迟时间而计算瞬态修正值。由此，在该情况下，当计算瞬态修正值时，可避免基于考虑点火延迟时间的计算负载增大。

在上述本发明的炭烟排放量估计装置中，也可以是，当至于所述影响炭烟氧化速度的因子而使用所述内燃机的燃烧室内的气体的温度和氧浓度中至少一个时，所述瞬态修正值计算单元构成为：根据针对与燃料的燃烧前半程相关的所述气体的温度和氧浓度中至少一个的所述稳定特性值和所述瞬态特性值、针对与燃料的燃烧后半程相关的所述气体的温度和氧浓度中至少一个的所述稳定特性值和所述瞬态特性值而计算所述瞬态修正值。

生成的炭烟的氧化反应不仅在燃料的燃烧前半程(燃料喷雾在扩散的途中的阶段，燃烧在继续中的高温的喷雾状态)中，还在燃料的燃烧后半程(燃料喷雾充分扩散而混合气均匀且大致结束了燃烧的状态)中也会产生。燃烧室内的气体的温度以及氧浓度在燃烧前半程和燃烧后半程之间大不相同，因此炭烟的氧化速度(氧化程度)也大不相同。因而，认为优选的是，单独处理炭烟在燃烧前半程中的氧化反应和炭烟在燃烧后半程中的氧化反应。上述构成基于该见解。

在此情况下，优选的是，所述瞬态修正值计算单元构成为：根据所述燃烧室内的气体的温度、压力、以及氧浓度中至少一个来决定炭烟在所述燃烧前半程中氧化的程度与炭烟在所述燃烧后半程中氧化的程度的比例，考虑所述比例而计算所述瞬态修正值。

关于所述“比例”根据燃烧室内的气体的温度、压力、以及氧浓度中至少一个来决定并得到的这一点，在后面详述。根据此，在所述因子是影响炭烟氧化速度的因子的情况下，瞬态修正值成为进一步高精度表示“因子的瞬态值偏离因子的稳定值”导致炭烟排放量偏离稳定排放量的程度的值。

另外，优选的是，至于所述影响炭烟氧化速度的因子，使用考虑燃烧气体摄取比例而得到并有助于炭烟的氧化的所述燃烧室内的气体的实际的氧浓度，所述燃烧气体摄取比例是所述燃料喷射量的全部燃料完全燃烧所需要的所述燃烧室内的气体量对所述内燃机的燃烧室内的全部气体量的比例。

在此，所述燃料喷射量的全部燃料完全燃烧所需要的所述燃烧室内的气体量是可根据燃烧室内的气体的氧浓度和燃料喷射量计算而得到，氧浓度越小该气体量越大。因而，氧浓度越小所述“燃烧气体摄取比例”(＜1)越大。具体地说，所述“实际的氧浓度”是向燃烧前的气体的氧浓度(大致相等于进气氧浓度)相乘(1-燃烧气体摄取比例)的值。

炭烟的氧化反应较大地受到燃烧室内的气体的氧浓度。“燃烧气体摄取比例”表示在假设燃料喷射量的全部燃料完全燃烧了的情况下在之后燃料喷雾摄取完全燃烧后的气体(燃烧气体)的概率。在燃烧气体之中不存在氧。因而，如果考虑在此情况下炭烟在燃料喷雾中的氧化反应，则被摄取到燃料喷雾中的气体的氧浓度可考虑为实质上大致相等于所述“实际的氧浓度”。结果，“实际的氧浓度”可成为比燃烧前的气体的氧浓度(大致相等于进气氧浓度)强烈地影响炭烟的排放量的因子。上述构成基于该见解。

另外，优选的是，至于所述影响炭烟氧化速度的因子，使用喷雾的重合率，该喷雾的重合率是所述燃料喷射量的全部燃料完全燃烧所需要的所述燃烧室内的气体量对所述内燃机的燃烧室内的气体中除去无助于燃料的燃烧的部分之后的气体的量的比例。

在所述内燃机的燃烧室内的气体之中，必然存在燃料喷雾无法到达(与燃料喷雾不会混合)的部分。该部分对应于“无助于燃料的燃烧的部分”。如果将燃烧室内的气体之中有助于燃料的燃烧的部分的比例设为“空气利用率”，则“燃烧室内的气体中除去无助于燃料的燃烧的部分之后的气体的量”成为向燃烧室内的全部气体量相乘空气利用率的值。与上述“燃烧气体摄取比例”相同，氧浓度越小所述“喷雾的重合率”也越大。考虑了所述“无助于燃料的燃烧的部分”的结果，“喷雾的重合率”也有时会超过“1”。

“喷雾的重合率”越大(尤其，比“1”大时)，被从多个喷孔分别喷射·形成的燃料喷雾之间重合的概率越高。在燃料喷雾之间重合的部分，难以摄取气体中的氧，结果炭烟在该部分的氧化程度下降。因而，“喷雾的重合率”可成为强烈地影响炭烟的排放量的因子。上述构成基于该见解。

附图说明

图1是将本发明的实施方式的内燃机的炭烟排放量估计装置在四气缸内燃机(柴油机)中适用了的系统整体的简要构成图；

图2是示出燃料喷雾内之中在过量空气系数＜1的区域中被主要进行炭烟生成的状况的示意图；

图3是示出燃料喷雾内之中在过量空气系数＞1的区域中被主要进行炭烟氧化的状况的示意图；

图4是示出用于求得稳定排放量的表的坐标图；

图5是示出燃料喷雾内的温度分布的示意图；

图6是示出“与炭烟排放量相关的特性值A1”对喷雾代表温度Tf的特性的坐标图；

图7是示出采用了对喷雾代表温度Tf的稳定值·瞬态值Tfs，Tft、稳定特性值·瞬态特性值A1s，A1t的情况下的炭烟排放量变化的一例子的曲线图；

图8是示出“与炭烟排放量相关的特性值A2”对缸内压力Pc的特性的坐标图；

图9是用于说明氧化区域代表温度To1的计算的图；

图10是示出“与炭烟排放量相关的特性值B1”对氧化区域代表温度To1的特性的坐标图；

图11是示出“与炭烟排放量相关的特性值B2”对缸内氧浓度Roxc的特性的坐标图；

图12是用于说明全部燃料完全燃烧所需要的缸内气体量Gs和缸内氧浓度Roxc之间的关系的图；

图13是示出燃烧气体摄取比例X的定义式的图；

图14是示出“与炭烟排放量相关的特性值C1”对燃烧气体摄取比例X的特性的坐标图；

图15是用于说明燃料喷雾的大小、缸内氧浓度、点火延迟、燃烧时间之间的关系的图；

图16是示出“与炭烟排放量相关的特性值A3”对缸内氧浓度Roxc的特性的坐标图；

图17是用于说明在燃烧前半程和燃烧后半程之间另行处理炭烟的氧化反应而计算氧化修正项的图；

图18是示出“与炭烟排放量相关的特性值B2’”对实际缸内氧浓度Roxc’的特性的坐标图；

图19是示出采用了对实际缸内氧浓度Roxc’的稳定值·瞬态值Roxc’s，Roxc’t、稳定特性值·瞬态特性值的情况下的炭烟排放量变化的一例子的曲线图；

图20是示出“与炭烟排放量相关的特性值B3”对氧化区域代表温度To2的特性的坐标图；

图21是示出“与炭烟排放量相关的特性值B4”对缸内氧浓度Roxc的特性的坐标图；

图22是示出在决定用于计算权重系数α的系数β时使用的表的坐标图；

图23是示出在决定用于计算权重系数α的系数γ时使用的表的坐标图；

图24是示出喷雾重合率L的定义式的图；

图25是用于说明全部燃料完全燃烧所需要的缸内气体量Gs、缸内氧浓度Roxc、喷雾重合率L之间的关系的图；

图26是用于说明点火延迟时间、喷雾平均当量比、炭烟排放量之间的关系的图；

图27是示出“与炭烟排放量相关的特性值A4”对点火延迟时间ID的特性的坐标图；

图28是示出“与炭烟排放量相关的特性值A5”对压缩端温度Tcomp的特性的坐标图；

图29是示出“与炭烟排放量相关的特性值A6”对排气压力Pe的特性的坐标图；

图30是示出“与炭烟排放量相关的特性值A7”对排气压力Te的特性的坐标图；

图31是示出“与炭烟排放量相关的特性值A8”对进气压力Te的特性的坐标图；

图32是示出“与炭烟排放量相关的特性值A9”对考虑了排气温度Te、进气温度Ti、内部EGR率r的温度Tz的特性的坐标图；

图33是示出只在预定条件下考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量时的处理流程的一例子的流程图；

图34是示出只在预定条件下考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量时的处理流程的另外例子的流程图；

图35是示出只在预定条件下考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量时的处理流程的另外例子的流程图；

图36是示出只在预定条件下考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量时的处理流程的另外例子的流程图；

图37是示出生成炭烟所要求的、最高火焰温度和喷雾的当量比之间的关系的坐标图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明根据本发明的内燃机(柴油机)的炭烟排放量估计装置的实施方式。

图1是将本发明的实施方式的内燃机的炭烟排放量估计装置在四气缸内燃机(柴油机)10中适用了的系统整体的简要构成图。该系统包括：发动机主体20，其包括燃料供应系统；进气系统30，用于将气体导入发动机主体20的各气缸的燃烧室(缸内)；排气系统40，用于放出来自发动机主体20的排气；EGR装置50，用于进行排气回流；以及电气控制装置60。

在发动机主体20的各气缸的上部分别配置有利用了针阀的燃料喷射阀INJ。

进气系统30包括：进气歧管31，分别连接于发动机主体20的各气缸的燃烧室；进气管32，连接于进气歧管31的上游侧集合部，并与进气歧管31一起构成进气通道；节流阀33，被可转动地保持在进气管32内；内部冷却器34，在节流阀33的上游处依次夹装于进气管32；增压器35的压缩机35a；以及空气滤清器36，配置于进气管32的顶端部。

排气系统40包括：排气歧管41，分别连接于发动机主体20的各气缸；排气管42，连接于排气歧管41的下游侧集合部；增压器35的汽轮机35b，配置于排气管42；以及柴油颗粒过滤器(DPNR)43。排气歧管41和排气管42构成排气通道。

EGR装置50包括：排气回流管51，其构成使排气回流的通道(EGR通道)；EGR控制阀52，夹装于排气回流管51；以及EGR冷却器50。排气回流管51连通汽轮机35b的上游侧排气通道(排气歧管41)和节流阀33的下游侧进气通道(进气歧管31)。EGR控制阀52向应来自电气控制装置60的驱动信号而可变更再循环的排气量(排气回流量、EGR气体流量)。

电气控制装置60是包括彼此通过总线连接的CPU、ROM、RAM、后备RAM、以及接口等的微型计算机，其中所述CPU、ROM、RAM、后备RAM预先存储有由CPU执行的程序、表(设定表)、以及常数等，所述接口包括AD转换器。

上述接口与热敏空气流量计71、进气温度传感器72、进气管压力传感器73、进气氧浓度传感器74、缸内压力传感器75、发动机转速传感器76、排气温度传感器77、空燃比传感器78、加速器开度传感器79、以及排气压力传感器81，并将来自这些传感器的信号供应到CPU。

另外，接口与燃料喷射阀INJ、未图示的节流阀执行器、以及EGR控制阀52连接，并应CPU的指示而向这些送出驱动信号。

热敏空气流量计71测量流经进气通道内的进气空气的质量流量(每单位时间的进气空气(新气)流量)。进气温度传感器72检测被吸入发动机10的燃烧室(缸内)的气体的温度(进气温度)。进气管压力传感器73检测被吸入内燃机10的燃烧室的气体的压力(进气压力)。进气氧浓度传感器74检测被吸入内燃机10的燃烧室的气体中的氧浓度(近期氧浓度)。

缸内压力传感器75检测燃烧室内的气体的压力(缸内压力)。发动机转速传感器76检测既为实际曲轴转角又为发动机10的转速的发动机转速。排气温度传感器77检测从燃烧室排放的气体的温度(排气温度)。空燃比传感器78检测DPNR43的下游的排气的空燃比。加速器开度传感器79检测加速踏板AP的操作量(加速器开度)。排气压力传感器81检测从燃烧室排放的气体的压力(排气发力)。

(第一实施方式的炭烟排放量的估计方法)

其次，说明如上述构成的炭烟排放量估计装置根据第一实施方式的炭烟排放量的估计方法。

在燃烧室内，燃料的反应导致生成炭烟。如图2所示，在燃料喷雾内之中的过量空气系数λ＜1的区域(尤其，λ＜0.5并约1500K以上的高温区)中主要进行炭烟的生成。另一方面，所生成的炭烟的一部分被氧化。如图3所示，在燃料喷雾内之中的过量空气系数λ＞1的区域(尤其，约1500K以上的高温区)中主要进行所生成的炭烟的氧化。然后，在所生成的炭烟之中未被氧化的部分从燃烧室作为炭烟排放。在第一实施方式中，对如此被从燃烧室排放的炭烟的量(炭烟排放量)进行估计。

在第一实施方式中，至于炭烟排放量，计算“每单位时间从燃烧室排放的炭烟的质量”。即，在第一实施方式中所计算的炭烟排放量的单位例如可通过g/h、g/s来表示。

在第一实施方式中，按照下述式(1)估计炭烟排放量。在式(1)中，“稳定排放量”是内燃机10以当前的运转速度以及燃料喷射量处于稳定运转状态的情况下的炭烟排放量。“瞬态修正值”是表示瞬态运转状态下的炭烟排放量偏离“稳定排放量”的偏离程度的值(系数)。因而，如式(1)所示，通过向“稳定排放量”相乘“瞬态修正值”，可计算瞬态运转状态下的炭烟排放量。基于式(1)的炭烟排放量的估计是每当在被喷射燃料的气缸的压缩行程中决定燃料喷射量的定时来到时重复执行。

炭烟排放量＝稳定排放量·瞬态排放量...(1)

根据将发动机转速NE和燃料喷射量q作为参数并用于求出稳定排放量的表、发动机转速NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索来获取稳定排放量。该表是可通过如下方法来制成：将在发动机转速和燃料喷射量恒定维持的稳定运转状态下测量炭烟排放量的实验，通过对发动机转速和燃料喷射量的组合进行各种变更来重复进行。如图4所示，一般来说，稳定排放量是NE越大且q越大会被决定为更大的值。

下面，首先，简要说明瞬态修正值的计算。根据下述式(2)来计算瞬态修正值。如式(2)所示，在第一实施方式中，通过将涉及炭烟的生成的修正项(修正系数)、涉及炭烟的氧化的修正项(修正系数)、涉及燃料喷雾和燃烧室内气体(缸内气体)的混合的修正项(修正系数)相乘而计算瞬态修正值。

在计算瞬态修正值时，导入影响炭烟排放量的多个因子(后述的喷雾代表温度Tf、缸内压力Pc等)。下面，为了便于说明，将各因子统称并表示为“X”。另外，关于各因子，分别导入针对因子X的与炭烟排放量相关的特性式(例如，当Tf时，参照后述的图6所示的坐标图)。

关于各因子，可分别获取因子X的稳定值Xs和因子X的瞬态值Xt。稳定值Xs是内燃机10以当前的运转速度以及燃料喷射量处于稳定运转状态的情况下的因子X的值。关于各因子，与上述的“稳定排放量”相同，根据将发动机转速NE和燃料喷射量q作为参数并用于求出稳定排放量的表、发动机转速NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索来获取稳定值Xs。关于各因子，用于求出因子X的值的表是可通过如下方法来制成：将在发动机转速和燃料喷射量恒定维持的稳定运转状态下计算因子X的值的实验，通过对发动机转速和燃料喷射量的组合进行各种变更来重复进行。下面，关于各因子，用于求出稳定值Xs并预先制成的表表示为MapXs(NE，q)。

瞬态值Xt是因子X的当前值(瞬时值)。关于各因子，如后述那样，根据通过传感器检测的检测结果、通过公知的估计模型估计的估计结果等获取瞬态值Xt。在稳定运转状态下，瞬态值Xt与稳定值Xs一致，但在瞬态运转状态下，瞬态值Xt可能会偏离稳定值Xs。即，即使NE的当前值(瞬时值)和q的当前值(此次值)的组合相同，Xt也可能会偏离Xs。该偏离导致炭烟排放量偏离稳定适宜值。

关于各因子，分别根据稳定值Xs和针对因子X的上述“特性式”获取针对因子X的稳定特性值(例如，当Tf时，式(2)下的A1s)，分别根据瞬态值Xt和针对因子X的上述“特性式”获取针对因子X的瞬态特性值(例如，当Tf时，式(2)下的A1t)。稳定特性值、瞬态特性值是在表示特性值的变量(A1等)的末尾分别标注“s”、“t”来表示。

关于各因子，可计算稳定特性值与瞬态特性值之比(例如，当Tf时，式(2)下的“A1t/A1s”)。针对因子X的“稳定特性值与瞬态特性值之比”成为表示在瞬态运转状态下可能会发生的“瞬态值Xt偏离稳定值Xs”导致的、炭烟排放量偏离稳定排放量的程度的值。

如式(2)所示，通过分别相乘针对各因子的“稳定特性值与瞬态特性值之比”来计算瞬态修正值。结果，瞬态修正值被计算成将瞬态运转状态下的针对各因子的“瞬态值Xt偏离稳定值Xs”的影响全部考虑进去的“表示炭烟排放量偏离稳定排放量的程度的值(系数)”。下面，按照式(2)所示的修正项，依次详细叙述针对各因子的“稳定特性值与瞬态特性值之比”。

<生成修正项>

在涉及生成炭烟的修正项(生成修正项)中，至于上述“因子”，使用影响燃料反应导致生成炭烟的速度(炭烟生成速度)的因子。具体地说，至于“影响炭烟生成速度的因子”，导入喷雾代表温度Tf以及缸内压力Pc。上述式(2)中的特性值A1、A2分别对应于喷雾代表温度Tf以及缸内压力Pc。下面，按照因子依次说明。

《基于喷雾代表温度Tf的A1t/A1s》

喷雾代表温度Tf是代表在燃料喷雾内(尤其，生成炭烟的过量空气系数λ＜1的区域内)根据位置而不同的温度的温度。如图5所示，在从喷孔喷射的燃料喷雾中的λ＜1的区域中，温度分布为：越远离喷孔部分(喷雾根源，λ＝0)(即，随着λ从0变大至1)，从压缩端温度Tcomp逐渐变大至最高火焰温度Tmax。

在本例子中，至于喷雾代表温度Tf，例如，可以采用平均温度、权重温度等，其中所述平均温度是压缩端温度Tcomp和最高火焰温度Tmax的平均值，所述重心温度是将针对λ的温度通过针对λ分布的喷雾(混合气)的量进行加权而得的温度。

关于喷雾代表温度Tf的稳定值Tfs，如上所述，根据预先制成的表MapTfs(NE，q)、发动机旋转速度NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索获取。

关于喷雾代表温度Tf的瞬态值Tft，可根据压缩端温度Tcomp的当前值(此次值)和最高火焰温度Tmax的当前值(此次值)等求出。关于Tcomp、Tmax，例如可根据通过上述的传感器分别获取的进气温度、进气压力、进气氧浓度、以及被吸入到燃烧室内的气体的整个量(缸内气体量)等并通过众所周知的手法获取。关于缸内气体量，可根据气体状态方程式、进气温度、进气压力、压缩开始时点的燃烧室的容积获取。

在本例子中，如下述式(3)以及图6所示，使用正态函数来表示用于求出针对喷雾代表温度Tf的“与炭烟排放量相关的特性值A1”的特性式。基于如下情况采用了正态函数：炭烟的生成量(生成速度)具有温度为某温度Tp(例如，1895K左右)时变最大并随着温度离开Tp减少的特性。

$A1=\exp \{-\frac{{(\mathrm{Tf}-\mathrm{Tp})}^2}{2{\mathrm{\&delta;}}^2}\}...\left(3\right)$

在式(3)中，标准偏差δ(参照图6)在本例子中，例如根据如下关系来求出，即：压缩端温度Tcomp与最高火焰温度Tamx之差ΔT(参照图5)的二分之一(＝ΔT/2)相乘作为“依据正态分布的概率变量的观测值进入平均值±(1×标准偏差)的范围的概率”的“0.68”而得的值相等于2δ的关系。例如，如果ΔT＝1200K，则为δ≈200。

图6的实线表示特性值A1对使用如上述决定的标准偏差δ得到的Tf的特性的一例子。图6的虚线表示炭烟排放量(实际)对局部区域(温度均匀的区域)中的温度的物理特性。该物理特性可通过实验等获取。如从图6的实线与虚线的比较可理解的那样，如上述决定的标准偏差δ比与上述物理特性对应的标准偏差大。

如图6所示，可从稳定值Tfs和上述式(3)(即，对式(3)中的Tf代入Tfs)获取稳定特性值A1s(参照大空心圆)，可从瞬态值Tft和上述式(3)(即，对式(3)中的Tf代入Tft)获取瞬态特性值A1t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A1t/A1s”(参照式(2))。该“A1t/A1s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Tft偏离稳定值Tfs”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

图7是示出如上述那样设定了Tfs、Tft、A1s、A1t的情况下的、Tfs、Tft、A1t/A1s、炭烟排放量的变化的一例子(例如，急加速时)的坐标图。如图7所示，即使在急加速时等瞬态运转状态下Tft大大偏离Tfs的情况下，可通过将“A1t/A1s”相乘于稳定排放量，使炭烟排放量在不会相对于实测值大大偏离的情况下迁移。

如以上那样，通过一个温度Tf代表根据燃料喷雾内的过量空气系数λ＜1的区域内的位置而不同的温度，并且将在用于求出针对Tf的“与炭烟排放量相关的特性值A1”的特性式(正态函数)中使用的标准偏差δ设定为比与上述物理特性对应的标准偏差大的值，由此能够在不会使计算负载增大的情况下，使“A1t/A1s”成为高精度表示在瞬态运转状态下“瞬态值Tft偏离稳定值Tfs”导致炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例的值。

《基于缸内压力Pc的A2t/A2s》

缸内压力Pc是预定的正时下的燃烧室内的压力。在本例子中，至于缸内压力，例如可采用进气阀为闭阀时的燃烧室内的压力等。关于进气阀为闭阀时的燃烧室内的压力，由于与进气压力大致相等，可通过进气管压力传感器73获取。另外，至于缸内压力Pc，可以采用压缩端压力。关于压缩端压力，例如可通过缸内压力传感器75获取。

关于缸内压力Pc的稳定值Pcs，如上所述，可根据预先制成的表MapTfs(NE，q)、发动机转速NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索来获取。

关于缸内压力Pc的瞬态值Pct，如上所述，可通过进气管压力传感器73、缸内压力传感器75等获取。

在本例子中，通过下述式(4)来表示用于求出针对缸内压力Pc的“与炭烟排放量相关的特性值A2”的特性式。图8是示出特性值A2对Pc的特性。基于如下情况采用了式(4)：炭烟的生成量(生成速度)具有与压力的1/2次方成比例的特性。

$A2=\sqrt{\mathrm{Pc}}...\left(4\right)$

如图8所示，可从稳定值Pcs和上述式(4)(即，对式(4)中的Pc代入Pcs)获取稳定特性值A2s(参照大空心圆)，可从瞬态值Pct和上述式(4)(即，对式(4)中的Pc代入Pct)获取瞬态特性值A2t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A2t/A2s”(参照式(2))。该“A2t/A2s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Pct偏离稳定值Pcs”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

<氧化修正值>

在涉及氧化炭烟的修正项(氧化修正项)中，至于上述“因子”，使用影响所生成的炭烟被氧化的速度(炭烟氧化速度)的因子。具体地说，至于“影响炭烟氧化速度的因子”，导入氧化区域代表温度To1以及缸内氧浓度Roxc。上述式(2)中的特性值B1、B2分别对应于氧化区域代表温度To1以及缸内氧浓度Roxc。下面，按照因子依次说明。

《基于氧化区域代表温度To1的B1s/B1t》

氧化区域代表温度To1是代表在燃料喷雾内(尤其，炭烟被氧化的过量空气系数λ＞1的区域内)根据位置而不同的温度的温度，尤其是燃料的燃烧前半程、即燃料喷雾正在扩散的途中阶段(燃烧在继续过程中的高温的喷雾状态)中的燃料喷雾内的过量空气系数λ＞1的区域内之中的代表温度。

如图9所示，在燃料喷雾中的λ＞1的区域中，温度分布为：从与最高火焰温度Tmax对应的部分向喷雾顶端越远离(即，随着λ从1起变大)，从最高火焰温度Tmax逐渐变低。此外，炭烟的氧化反应的大部分在1500K以上的温度下发生。

根据以上情况，在本例子中，至于氧化区域代表温度To1，例如如下述式(5)所示那样可采用最高火焰温度Tmax和1500K的平均值等。

To1＝(Tmax+1500)/2           …(5)

关于氧化区域代表温度To1的稳定值To1s，如上所述，可根据预先制成的表MapTo1s(NE，q)、发动机转速NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索来获取。

按照上述式(5)求出氧化区域代表温度To1的瞬态值To1t。如上所述，关于Tmax，例如可根据通过上述的传感器分别获取的进气温度、进气压力、进气氧浓度、以及上述缸内气体量等并通过众所周知的手法获取。另外，Tmax由于Roxc的下降而下降。

在本例子中，通过下述式(6)来表示用于求出针对氧化区域代表温度To1的“与炭烟排放量相关的特性值B1”的特性式。q1、q2、h1、h2是正的恒量(q2＞q1)。图10示出特性值B1对To1的特性。如图10所示，特性值B1在To1＜1500K下维持在非常小的值，在To1≥1500K下与To1的增加相应地实质性增大。基于以下情况采用了这种特性：如上所述，炭烟氧化反应的大部分在1500K以上的温度下发生，炭烟的氧化反应速度在1500K以上的温度下随着温度上升而增大。

B1＝q1·To1+h1(To1≤1500K)

    q2·To1+h2(To1＞1500K)      …(6)

如图10所示，可从稳定值To1s和上述式(6)(即，对式(6)中的To1代入To1s)获取稳定特性值B1s(参照大空心圆)，可从瞬态值To1t和上述式(6)(即，对式(6)中的To1代入To1t)获取瞬态特性值B1t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“B1s/B1t”(参照式(2))。该“B1s/B1t”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值To1t偏离稳定值To1s”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

另外，具有随着炭烟氧化的进行而炭烟排放量减少的关系。因而，在氧化修正项中，在使用与炭烟氧化的进行相应地增大的特性值的情况下，至于“稳定特性值与瞬态特性值之比”，与上述的生成修正项(＝“瞬态特性值/稳定特性值”)不同，而采用分子与分母相反的“稳定特性值/瞬态特性值”。

如上那样，通过一个温度To1代表根据(尤其，燃烧前半程中的)燃料喷雾内过量空气系数λ＞1的区域内的位置而不同的温度，由此能够在不会使计算负载增大的情况下，使“B1s/B1t”成为高精度表示在瞬态运转状态下“瞬态值To1t偏离稳定值To1s”导致炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例的值。

此外，缸内氧浓度Roxc的下降导致最高火焰温度Tmax(因而，氧化区域代表温度To1)下降，由此可通过缸内氧浓度的下降来显示炭烟氧化的程度下降的情况(因而，炭烟排放量增大的情况。)

《基于缸内氧浓度Roxc的B2s/B2t》

缸内氧浓度Roxc是燃烧室内的气体的氧浓度。关于燃烧室内的气体的氧浓度，由于可考虑为与被吸入燃烧室内的气体中的氧浓度大致相等，可通过进气氧浓度传感器74获取。

关于缸内氧浓度Roxc的稳定值Roxcs，如上所述，根据预先制成的表MapRoxcs(NE，q)、发动机旋转速度NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索获取。

关于缸内氧浓度Roxc的瞬态值Roxct，如上所述，可通过进气氧浓度传感器74获取。

在本例子中，使用下述式(7)来表示用于求出针对缸内氧浓度Roxc的“与炭烟排放量相关的特性值B2”的特性式。图11示出特性值B2对Roxc的特性。基于如下情况采用了式(7)：炭烟的氧化速度具有与缸内氧浓度成比例的特性。

B2＝Roxc    …(7)

如图11所示，可从稳定值Roxcs和上述式(7)(即，对式(7)中的Roxc代入Roxcs)获取稳定特性值B2s(参照大空心圆)，可从瞬态值Roxct和上述式(7)(即，对式(7)中的Roxc代入Roxct)获取瞬态特性值B2t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“B2s/B2t”(参照式(2))。该“B2s/B2t”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Roxct偏离稳定值Roxcs”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

<混合修正项>

在涉及燃料喷雾和缸内气体的混合的修正项(混合修正项)中，至于上述“因子”，导入燃烧气体摄取比例X(详细内容在后叙述)。上述式(2)中的特性值C1对应于燃烧气体摄取比例X。

《基于燃烧气体摄取比例X的C1t/C1s》

如果燃料喷射量q的全部燃料完全燃烧所需要的缸内气体量设为Gs，则可按照下述式(8)表示。在式(8)中，AFth是理论空燃比，Roxc是缸内氧浓度。

$\mathrm{Gs}=q\&CenterDot;\mathrm{AFth}\&CenterDot;\frac{23.2}{\mathrm{Roxc}}...\left(8\right)$

如从式(8)可理解的那样，Roxc越小Gs就越变大。因而，如果缸内气体的整个量(＝上述缸内气体量)设为Gcyl，则如图12所示，Gs对Gcyl的比例是当Roxc大时变小(参照图12(a))，当Roxc小时变大(参照图12(b))。

该比例(Gs/Gcyl)表示在假设燃料喷射量的全部燃料完全燃烧了的情况下在之后燃料喷雾摄取完全燃烧后的气体(燃烧气体)的概率。在燃烧气体之中不存在氧。因而，该比例(Gs/Gcyl)大意味着在燃料喷雾内生成的炭烟的氧化程度下降、即炭烟排放量增大。

如此，比例(Gs/Gcyl)成为影响炭烟排放量的因子。在本例子中，如图13所示，该比例(Gs/Gcyl)定义为燃烧气体摄取比例X(0＜X＜1)。

关于燃烧气体摄取比例X的稳定值Xs，如上所述，根据预先制成的表MapXs(NE，q)、发动机旋转速度NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索获取。按照图13所示的式子求出燃烧气体摄取比例X的瞬态值Xt。

在本例子中，通过下述式(9)来表示用于求出针对燃烧气体摄取比例X的“与炭烟排放量相关的特性值C1”的特性式。图14示出特性值C1对X的特性。基于如下情况采用了式(9)(一次函数)：炭烟排放量具有与X的增大相应地增大的特性、其计算变得简单等。

C1＝X    …(3)

如图14所示，可从稳定值Xs和上述式(9)(即，对式(9)中的X代入Xs)获取稳定特性值C1s(参照大空心圆)，可从瞬态值Xt和上述式(9)(即，对式(9)中的X代入Xt)获取瞬态特性值C1t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“C1t/C1s”(参照式(2))。该“C1t/C1s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Xt偏离稳定值Xs”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

如以上那样，通过在上述式(2)中加入混合修正项(＝C1t/C1s)可表达如下情况：当瞬态性地缸内气体量Gcyl小、缸内氧浓度Roxc小等缸内的氧有点不足时燃烧气体摄取比例X(＝Gs/Gcyl)变大，当瞬态性地缸内的氧有点不足时炭烟排放量增大。

如以上所说明，根据本发明的炭烟排放量估计装置的第一实施方式，可通过向“稳定排放量”相乘“瞬态修正值”来计算炭烟排放量(参照式(1))。“稳定排放量”是内燃机以当前的运转速度以及燃料喷射量处于稳定运转状态的情况下的炭烟排放量，可通过表检索来获取。“瞬态修正值”是表示在瞬态运转状态下炭烟排放量偏离“瞬态排放量”的程度的系数。在计算“瞬态修正值”时，关于影响炭烟排放量的多个因子的每一个，在针对因子值的与炭烟排放量相关的特性式中代入因子的稳定值(表检索值)和瞬态值(当前值)而分别获取稳定特性值和瞬态特性值，计算“稳定特性值与瞬态特性值之比”。可通过分别相乘针对各因子的“稳定特性值与瞬态特性值之比”来计算“瞬态修正值”(参照式(2))。

由此，可将“瞬态修正值”计算为将针对各因子的“瞬态值偏离稳定值”在瞬态运转状态下的影响全部考虑进去的“表示炭烟排放量偏离稳定排放量的程度的系数”。结果，能够以用于获取“稳定排放量”的表检索以及计算“瞬态修正值”这样的少量计算负载在瞬态运转状态下高精度估计炭烟排放量。

(第二实施方式的炭烟排放量的估计方法)

其次，说明本发明的炭烟排放量估计装置根据第二实施方式的炭烟排放量的估计方法。在该第二实施方式中，仅在通过下述式(10)计算瞬态修正值的点上，与通过上述式(2)计算瞬态修正值的上述第一实施方式不同。下面，仅说明该区别点。

从上述式(10)可理解的那样，在第二实施方式中，仅根据生成修正项和氧化修正项计算瞬态修正值。在生成修正项中，在使用“基于喷雾代表温度Tf的A1t/A1s”和“基于缸内压力Pc的A2t/A2s”的点上与上述第一实施方式相同，仅在新导入“基于缸内氧浓度Roxc的A3t/A3s”的点上与上述第一实施方式不同。

《基于缸内氧浓度Roxc的A3t/A3s》

如图15所示，如果缸内氧浓度Roxc小，则点火延迟变大(从燃料喷射起到点火所需要的时间变长)，点火开始时点处的燃料喷雾的大小变大。除此之外，如果缸内氧浓度Roxc小，则燃料喷雾和缸内气体之中氧接触的机会变少而燃料的燃烧速度变小。根据这些，如果缸内氧浓度Roxc小，则燃料的燃烧时间变长而燃料处于高温的时间变长，结果容易生成炭烟。

如此，缸内氧浓度Roxc成为“影响炭烟生成速度的因子”。如上所述，也可以实现如下情况：当考虑如果缸内氧浓度Roxc小则点火开始时点处的燃料喷雾的大小变大的情况时，点火开始时点处的燃料喷雾的大小成为“影响炭烟生成速度的因子”。即，点火开始时点处的燃料喷雾的大小越大，炭烟越容易生成。

在此，关于点火开始时点处的燃料喷雾的大小，例如可以通过混合气量Gall来表示，该混合气量Gall是使用利用了缸内氧浓度Roxc的上述“燃料喷射量q的全部燃料完全燃烧所需要的缸内气体量Gs”(参照上述式(8))并按照下述式(11)得到的。

$\mathrm{Gall}=q+\mathrm{Gs}=q\&CenterDot;(1+\mathrm{AFth}\&CenterDot;\frac{23.2}{\mathrm{Roxc}})...\left(11\right)$

关于缸内氧浓度Roxc的稳定值Roxcs，如上所述，根据预先制成的表MapRoxcs(NE，q)、发动机旋转速度NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索获取。关于缸内氧浓度Roxc的瞬态值Roxct，如上所述，可通过进气氧浓度传感器74获取。

在本例子中，使用下述式(12)来表示用于求出针对缸内氧浓度Roxc的“与炭烟排放量相关的特性值A3”的特性式。该特性值A3是对通过式(11)得到的Gall除q的值。图16示出特性值A3对Roxc的特性。基于如下情况采用了式(12)：如上所述，点火开始时点处的燃料喷雾的大小越大炭烟越容易生成、以及可通过Gall来表示点火开始时点处的燃料喷雾的大小。

$A3=1+\mathrm{AFth}\&CenterDot;\frac{23.2}{\mathrm{Roxc}}...\left(11\right)$

如图16所示，可从稳定值Roxcs和上述式(12)(即，对式(12)中的Roxc代入Roxcs)获取稳定特性值A3s(参照大空心圆)，可从瞬态值Roxct和上述式(12)(即，对式(12)中的Roxc代入Roxct)获取瞬态特性值A3t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A3t/A3s”(参照式(10))。该“A3t/A3s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Roxct偏离稳定值Roxcs”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

如上那样，通过如上述式(10)所示那样加入生成修正项(＝A3t/A3s)可表达如下情况：在加速时等缸内氧浓度暂时性地下降(因而，点火开始时点处的燃料喷雾的大小变大)，容易生成炭烟，从而炭烟排放量增大。

另一方面，从上述式(10)可理解的那样，在第二实施方式中，在氧化修正项中，在使用“基于氧化区域代表温度To1的B1s/B1t”的点上与上述第一实施方式相同，但在替代“基于缸内氧浓度Roxc的B2s/B2t”而导入“基于实际缸内氧浓度Roxc’的B2’s/B2’t”的点上以及在新导入“基于氧化区域代表温度To2的B3s/B3t”、“基于缸内氧浓度Roxe的B4s/B4t”、权重系数α的点上与上述第一实施方式不同。

如图17所示，所生成的炭烟的氧化反应不仅在燃料的燃烧前半程、即燃料喷雾正在扩散的途中阶段(燃烧在继续过程中的高温的喷雾状态)中，还会在燃料的燃烧后半程、即燃料喷雾充分扩散而混合气变均匀其燃烧大致结束了的状态下发生。在此，在燃烧前半程和燃烧后半程中，由于燃烧室内的气体的温度以及氧浓度大不相同，炭烟氧化速度也大不相同。因而，在第二实施方式中，个别处理燃烧前半程中的炭烟氧化反应和燃烧后半程中的炭烟氧化反应。

如图17所示，“基于氧化区域代表温度To1的B1s/B1t”以及“基于实际缸内氧浓度Roxc’的B2’s/B2’t”涉及燃烧前半程，“基于氧化区域代表温度To2的B3s/B3t”以及“基于缸内氧浓度Roxe的B4s/B4t”涉及燃烧后半程。权重系数α表示燃烧前半程中炭烟的氧化量(氧化程度)对炭烟的氧化量(氧化程度)整体的比例。下面，对在第二实施方式中新导入的进行依次说明。

《基于实际缸内氧浓度Roxc’的B2’s/B2’t》

如上所述，燃烧气体摄取比例X(＝Gs/Gcyl)(参照图13)表示在假设燃料喷射量的全部燃料完全燃烧了的情况下在之后燃料喷雾摄取燃烧气体(完全燃烧后的气体)的概率。在燃烧气体之中不存在氧。因而，如果考虑全部燃料完全燃烧后燃料喷雾之中的炭烟氧化反应，则可考虑为被摄取到燃料喷雾中的气体的氧浓度实质上与通过下述式(13)表示的Roxc’大致相等。

Roxc’＝Roxc·(1-X)          …(13)

如上述式(13)所示，将向Roxc(可通过进气氧浓度传感器74获取的氧浓度、燃烧前的缸内氧浓度)相乘(1-X)而得的Roxc’称为“实际缸内氧浓度Roxc’”。如此考虑X而得的Roxc’可成为比Roxc更强烈影响炭烟氧化速度的因子。

关于实际缸内氧浓度Roxc’的稳定值Roxc’s，如上所述，根据预先制成的表MapRoxc’s(NE，q)、发动机旋转速度NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索获取。关于实际缸内氧浓度Roxc’的瞬态值Roxc’t，可按照上述式(13)求出。

在本例子中，通过下述式(14)来表示用于求出针对实际缸内氧浓度Roxc’的“与炭烟排放量相关的特性值B2’”的特性式。图18示出特性值B2’对Roxc’的特性。基于如下情况采用了式(14)(一次函数)：可考虑为燃烧前半程中的炭烟氧速度具有与Roxc’成比例的特性。

B2’＝Roxc’      …(14)

如图18所示，可从稳定值Roxc’s和上述式(14)(即，对式(14)中的Roxc’代入Roxc’s)获取稳定特性值B2’s(参照大空心圆)，可从瞬态值Roxc’t和上述式(14)(即，对式(14)中的Roxc’代入Roxc’t)获取瞬态特性值B2’t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“B2’s/B2’t”(参照式(10))。该“B2’s/B2’t”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Roxc’t偏离稳定值Roxc’s”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

图19是如上述那样示出设定了Roxc’s、Roxc’t、B2’s、B2’t的情况下的Roxc’s、Roxc’t、B2’s/B2’t、炭烟排放量的变化的一例子(例如，急加速时)的坐标图。如图19所示，即使在急加速时等瞬态运转状态下Roxc’t大大偏离Roxc’s的情况下，可通过将“B2’s/B2’t”相乘于稳定排放量，使炭烟排放量在不会相对于实测值大大偏离的情况下迁移。

如以上那样，通过如上述式(10)所示那样在氧化修正项中考虑“B2’s/B2’t”可表达如下情况：当瞬态性地缸内气体量Gcyl小、缸内氧浓度Roxc小等缸内的氧有点不足时燃烧气体摄取比例x(＝Gs/Gcyl)变大，当瞬态性地缸内的氧有点不足时炭烟氧化速度减小而炭烟排放量增大。

即，可通过在氧化修正项中替代“基于Roxc的B2s/B2t”而使用“基于Roxc’的B2’s/B2’t”，可产生与在上述第一实施方式中将“基于X的C1t/C2s”追加为混合修正项所得到的作用·效果相同的作用·效果。

《基于氧化区域代表温度To2的B3s/B3t》

氧化区域代表温度To2是代表在燃料喷雾内根据位置而不同的温度的温度，尤其是燃料的燃烧前半程、即燃料喷雾充分扩散而混合气均匀且燃烧大致结束了的状态下的燃料喷雾(混合气)内的代表温度。

燃烧后半程中的燃料喷雾内的温度可考虑为与上述最高火焰温度Tmax以及排气温度Te极其相关。因此，在本例子中，至于氧化区域代表温度To2，例如如下述式(15)所示那样可采用最高火焰温度Tmax和排气温度Te的平均值等。

To2＝(Tmax+Te)        …(15)

关于氧化区域代表温度To2的稳定值To2s，如上所述，可根据预先制成的表MapTo2s(NE，q)、发动机转速NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索来获取。

按照上述式(15)求出氧化区域代表温度To2的瞬态值To2t。如上所述，关于Tmax，例如可根据通过上述的传感器分别获取的进气温度、进气压力、进气氧浓度、以及上述缸内气体量等并通过众所周知的手法获取。另外，关于Te，可通过排气温度传感器77获取。

在本例子中，通过与上述式(6)相类似的下述式(16)来表示用于求出针对氧化区域代表温度To2的“与炭烟排放量相关的特性值B3”的特性式。q3、q4、h3、h4是正的恒量(q4＞q3)。图20示出特性值B3对To2的特性。如图20所示，特性值B3在To2＜1500K下维持在非常小的值，在To2≥1500K下与To2的增加相应地实质性增大。基于以下情况采用了这种特性：即使在燃烧后半程中，炭烟氧化反应的大部分在1500K以上的温度下发生，炭烟的氧化反应速度在1500K以上的温度下随着温度上升而增大。

B3＝q3·To2+h3(To2≤1500K)

    q4·To2+h4(To2＞1500K)      …(16)

如图20所示，可从稳定值To2s和上述式(16)(即，对式(16)中的To2代入To2s)获取稳定特性值B3s(参照大空心圆)，可从瞬态值To2t和上述式(16)(即，对式(16)中的To2代入To2t)获取瞬态特性值B2t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“B3s/B3t”(参照式(10))。该“B3s/B3t”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值To2t偏离稳定值To2s”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

如上那样，通过一个温度To2代表根据燃烧后半程中的燃料喷雾内的位置而不同的温度，由此能够在不会使计算负载增大的情况下，使“B3s/B3t”成为高精度表示在瞬态运转状态下“瞬态值To2t偏离稳定值To2s”导致炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例的值。

此外，缸内氧浓度Roxc的下降导致最高火焰温度Tmax(因而，氧化区域代表温度To2)下降，由此可通过缸内氧浓度的下降来显示燃烧后半程中的炭烟氧化的程度下降的情况(因而，炭烟排放量增大的情况。)

《基于缸内氧浓度Roxe的B4s/B4t》

缸内氧浓度Roxe是燃烧后半程中燃烧室内的气体的氧浓度。可考虑为在燃烧后半程中，燃烧室内的气体的氧浓度与排气中的氧浓度大致相等。因而，可通过检测·估计排气中的氧浓度的手段来得到缸内氧浓度Roxe。排气中的氧浓度既可以通过检测从燃烧室排放出的排气中的氧浓度的未图示的排气氧浓度传感器检测来检测，也可以通过在从进气氧浓度传感器74获取的进气氧浓度中减去燃料燃烧所消耗的氧部分。

关于缸内氧浓度Roxe的稳定值Roxes，如上所述，根据预先制成的表MapRoxes(NE，q)、发动机旋转速度NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索获取。

关于缸内氧浓度Roxe的瞬态值Roxet，如上所述，可通过排气氧浓度传感器、进气氧浓度传感器74等获取。

在本例子中，使用下述式(17)来表示用于求出针对缸内氧浓度Roxe的“与炭烟排放量相关的特性值B4”的特性式。图21示出特性值B4对Roxe的特性。基于如下情况采用了式(17)：在燃耗后半中，炭烟的氧化速度也具有与缸内氧浓度成比例的特性。

B4＝Roxe    …(17)

如图21所示，可从稳定值Roxes和上述式(17)(即，对式(17)中的Roxe代入Roxes)获取稳定特性值B4s(参照大空心圆)，可从瞬态值Roxet和上述式(17)(即，对式(17)中的Roxe代入Roxet)获取瞬态特性值B4t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“B4s/B4t”(参照式(10))。该“B4s/B4t”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Roxet偏离稳定值Roxes”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

《权重系数α》

可考虑为炭烟在燃烧前半程中的氧化量(氧化程度)与炭烟在燃烧后半程中的氧化量(氧化程度)的比例大致相等于燃烧前半程中炭烟氧化速度与燃烧后半程中炭烟氧化速度的比例。可通过上述的针对氧化区域代表温度To1的特性值B1(参照图10以及式(6))来代表燃烧前半程中炭烟氧化速度，可通过上述的针对氧化区域代表温度To2的特性值B3(参照图20以及式(16))来代表燃烧后半程中炭烟氧化速度。根据以上可知，可根据氧化区域代表温度To1、To2，例如使用下述式(18)或(19)来表示权重系数α。

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{B1t}{B1t+B3t}...\left(18\right)$

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{B1s}{B1s+B3s}...\left(19\right)$

一般来说，燃烧前半程中氧化区域代表温度To1高于1500K，燃烧后半程中氧化区域代表温度To2低于1500K。因而，特性值B3(B3t，B3s)成为与特性值(B1t，B1s)相比极其小的值。因而，就该角度来说，也可以设为权重系数α＝1(恒定)。

另外，如果缸内氧浓度Roxc(进气氧浓度)大则最高火焰温度变高，因此燃烧前半程和燃烧后半程均都容易进行氧化反应。另一方面，如果缸内氧浓度Roxc小则最高火焰温度变低，因此在温度比燃烧前半程低的燃烧后半程中，与燃烧前半程相比，其炭烟的氧化反应相对难进行。换句话说，缸内氧浓度Roxc越小，炭烟在燃烧前半程中的氧化量对炭烟氧化量整体的比例(＝α)越大。

此外，如果缸内压力Pc(进气压力)大则燃料喷雾变得难扩散，因此在燃烧前半程中炭烟的氧化反应相对容易进行。另一方面，如果缸内压力Pc小则燃料喷雾变得容易扩散，因此在燃烧后半程中炭烟的氧化反应相对容易进行。换句话说，缸内压力Pc越大，炭烟在燃烧前半程中的氧化量对炭烟氧化量整体的比例(＝α)越大。

根据以上可知，可根据缸内氧浓度Roxc和缸内压力Pc，例如使用下述式(20)来表示权重系数α。在式(20)中，β是根据图22中示出的表决定的系数，Roxc越小该β被决定为越大的值。γ是根据图23中示出的表决定的系数，Pc越大该γ被决定为越大的值。另外，也可以将权重系数α仅根据缸内氧浓度Roxc和缸内压力Pc中的任一而设为α＝β或α＝γ。

α＝β·γ         …(20)

以上，在氧化修正项中，对于燃烧前半程使用“基于氧化区域代表温度To1的B1s/B1t”和“基于实际缸内氧浓度Roxc’的B2’s/B2’t”，对于燃烧后半程使用“基于氧化区域代表温度To2的B3s/B3t”和“基于缸内氧浓度Roxe的B4s/B4t”，但是也可以对于燃烧前半程仅使用“基于氧化区域代表温度To1的B1s/B1t”和“基于实际缸内氧浓度Roxc’的B2’s/B2’t”中任意一者，对于燃烧后半程仅使用“基于氧化区域代表温度To2的B3s/B3t”和“基于缸内氧浓度Roxe的B4s/B4t”中任意一者。

(第三实施方式的炭烟排放量的估计方法)

其次，说明本发明的炭烟排放量估计装置根据第三实施方式的炭烟排放量的估计方法。在该第三实施方式中，仅在通过下述式(21)计算瞬态修正值的点上，与通过上述式(10)计算瞬态修正值的上述第二实施方式不同。下面，仅说明该区别点。

从上述式(21)可理解的那样，在第三实施方式中，与上述第二实施例相同，也仅根据生成修正项和氧化修正项计算瞬态修正值。另外，生成修正项与上述第二实施方式相同。另一方面，在氧化修正项中，使用在上述第一、第二实施方式中使用的“基于氧化区域代表温度To1的B1s/B1t”、以及第三实施方式独有的“基于喷雾重合率L的B5t/B5s”。

《基于喷雾重合率L的B5t/B5s》

实际上，由于燃烧室的形状(腔室的形状)等，在缸内气体之中存在燃料喷雾不能到达(不能与燃料喷雾混合)的部分(有助于燃料的燃烧的部分)。因此，如果将缸内气体之中能够与燃料喷雾混合(有助于燃料的燃烧)的部分的比例设为“空气利用率”，将“燃烧室内的气体之中除去无助于燃料的燃烧的部分的气体量”设为Gcyl’，则可通过下述式(22)来表示Gcyl’。

Gcyl’＝Gcyl·空气利用率      …(22)

如图24所示，使用该Gcyl’和上述的“燃料喷射量q的全部燃料完全燃烧所需要的缸内气体量Gs”而定义为“喷雾重合率L＝Gs/Gcyl’”。

如图25所示，与上述的“燃烧气体摄取比例X”相同，缸内氧浓度Roxc越小喷雾重合率L也越大。在缸内气体之中考虑了上述的“无助于燃料的燃烧的部分”的结果，L也有时超过“1”。

如图25所示，喷雾重合率L越大(尤其，L＞1时)，从多个喷孔(图25中，四个)分别喷射·形成的燃料喷雾之间重合的概率变高。在燃料喷雾之间重合的部分中，氧难以被摄取到燃料喷雾内，结果炭烟氧化速度在该部分下降。以上可知，喷雾重合率L可成为强烈影响炭烟氧化速度的因子。

关于喷雾重合率L的稳定值Ls，如上所述，根据预先制成的表MapLs(NE，q)、发动机旋转速度NE的当前值(瞬时值)以及燃料喷射量q的当前值(此次值)并通过表检索获取。关于喷雾重合率L的瞬态值Lt，可按照图24示出的式求出。

在本例子中，通过下述式(23)来表示用于求出针对喷雾重合率L的“与炭烟排放量相关的特性值B5”的特性式。q5、h5是正的恒量。图25示出特性值B5对L的特性。基于如下情况采用了式(23)：尤其当L＞1时燃料喷雾之间重合的概率变高而炭烟氧速度下降。

B5＝1(L≤1)

＝q5·L-h5(L＞1)             …(23)

如图25所示，可从稳定值Ls和上述式(23)(即，对式(23)中的L代入Ls)获取稳定特性值B5s(参照大空心圆)，可从瞬态值Lt和上述式(23)(即，对式(23)中的L代入Lt)获取瞬态特性值B5t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“B5t/B5s”(参照式(21))。该“B5t/B5s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Lt偏离稳定值Ls”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

如以上那样，通过在上述式(21)中的氧化修正项中加入“B5t/B5s”可表达如下情况：当瞬态性地缸内气体量Gcyl小、缸内氧浓度Roxc小等燃料喷雾之间重合的概率高时喷雾重合率L(＝Gs/Gcyl’)变大，当瞬态性地燃料喷雾之间重合的概率高时炭烟排放量增大。

(第四实施方式的炭烟排放量的估计方法)

其次，说明本发明的炭烟排放量估计装置根据第四实施方式的炭烟排放量的估计方法。在该第四实施方式中，仅在通过下述式(24)计算瞬态修正值的点上，与通过上述式(2)计算瞬态修正值的上述第一实施方式不同。下面，仅说明该区别点。

从上述式(24)可理解的那样，在第四实施方式中，仅根据生成修正项和氧化修正项计算瞬态修正值。在生成修正项中，在使用“基于喷雾代表温度Tf的A1t/A1s”和“基于缸内压力Pc的A2t/A2s”的点上与上述第一实施方式相同，仅在替代“基于缸内氧浓度Roxc的A3t/A3s”而导入“基于点火延迟时间ID的A4t/A4s”的点上与上述第一实施方式不同。点火延迟时间ID是指从燃料的喷射开始时刻(当在主喷射之前进行引燃喷射时，主喷射开始的时刻)起至点火开始时刻的时间(曲轴转角，或时间)。

《基于点火延迟时间ID的A4t/A4s》

如图26所示，如果点火延迟时间ID短则点火开始时点处的燃料喷雾的大小变小，由此点火开始时点处的燃料喷雾的(平均)当量比变大，结果容易生成炭烟。如此，点火延迟时间ID成为“影响炭烟生成速度的因子”。例如可使用点火开始时刻来计算点火延迟时间ID，其中所述点火开始时刻是根据通过缸内压力传感器75检测的缸内压力的迁移而特定的。另外，可根据众所周知的估计手法来估计点火延迟时间ID。

在本例子中，通过下述式(25)来表示用于求出针对点火延迟时间ID的“与炭烟排放量相关的特性值A4”的特性式。q6是负的恒量，h6是正的恒量。图27示出特性值A4对ID的特性。基于以下情况采用了式(25)：如上所述，点火延迟时间ID越小越容易生成炭烟。另外，只要ID越小特性值越大，也可以采用与式(25)不同的特性式(有谷曲线的特性，有峰曲线的特性)。

A4＝q6·ID+h6        …(25)

如图27所示，可从稳定值IDs和上述式(25)(即，对式(25)中的ID代入IDs)获取稳定特性值A4s(参照大空心圆)，可从瞬态值IDt和上述式(25)(即，对式(25)中的ID代入IDt)获取瞬态特性值A4t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A4t/A4s”(参照式(24))。该“A4t/A4s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值IDt偏离稳定值IDs”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。

以上，通过如上述式(24)所示那样在生成修正项中加入“A4t/A4s”可表达如下情况：点火延迟时间由于任一原因而变短(因而，点火开始时点处的燃料喷雾的大小变小)，容易生成炭烟，从而炭烟排放量增大。

下面，依次说明替代点火延迟时间ID其本身而使用“与点火延迟时间ID相关的值”来计算瞬态修正值的各种情况。

《基于压缩端温度Tcomp的A5t/A5s》

一般来说，如果压缩端温度Tcomp高，则由于点火开始时刻变早而点火延迟时间ID变短。即，压缩端温度Tcomp成为“与点火延迟时间ID相关的值”，压缩端温度Tcomp越高越容易生成炭烟。如上所述，关于压缩端温度Tcomp，例如可根据通过上述的传感器分别获取的进气温度、进气压力、进气氧浓度、以及被吸入到燃烧室内的气体的整个量(缸内气体量)等并通过众所周知的手法获取。

当替代点火延迟时间ID其本身而使用压缩端温度Tcomp来计算瞬态修正值时，可替代上述式(24)而根据下述式(26)计算瞬态修正值。式(26)仅在替代“基于点火延迟时间ID的A4t/A4s”而导入“基于压缩端温度Tcomp的A5t/A5s”的点上与上述式(24)不同。下面，仅说明该区别点。

在本例子中，通过下述式(27)来表示用于求出针对压缩端温度Tcomp的“与炭烟排放量相关的特性值A5”的特性式。q7、h7是正的恒量。图28示出特性值A5对Tcomp的特性。基于如下情况采用了式(27)：如上所述，压缩端温度Tcomp越高越容易生成炭烟。另外，只要Tcomp越高特性值越大，也可以采用与式(27)不同的特性式(有谷曲线的特性，有峰曲线的特性)。

A5＝q7·Tcomp+h7        …(27)

如图28所示，可从稳定值Tcomps和上述式(27)(即，对式(27)中的Tcomp代入Tcomps)获取稳定特性值A5s(参照大空心圆)，可从瞬态值Tcompt和上述式(27)(即，对式(27)中的Tcomp代入Tcompt)获取瞬态特性值A5t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A5t/A5s”(参照式(26))。该“A5t/A5s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Tcompt偏离稳定值Tcomps”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。由此，不用获取点火延迟时间ID其本身，就能够将瞬态修正值计算为将点火延迟时间ID的长短对炭烟排放量的影响考虑进去的值。

以上，通过如上述式(26)所示那样在生成修正项中加入“A5t/A5s”可表达如下情况：压缩端温度由于任一原因而变高(因而，点火延迟时间变短)，容易生成炭烟，从而炭烟排放量增大。

《基于排气压力Pe的A6t/A6s》

一般来说，如果排气压力pe大，则由于内部EGR气体(经由排气阀从排气通道回流到燃烧室的排气)的量增加而压缩端温度Tcomp变高。结果，点火延迟时间ID变短。即，排气压力Pe成为“与点火延迟时间ID相关的值”，排气压力Pe越大越容易生成炭烟。关于排气压力Pe，例如可通过排气压力传感器81检测并获取。另外，可根据众所周知的估计手法之一来估计排气压力Pe。

当替代点火延迟时间ID其本身而使用排气压力Pe来计算瞬态修正值时，可替代上述式(24)而根据下述式(28)计算瞬态修正值。式(28)仅在替代“基于点火延迟时间ID的A4t/A4s”而导入“基于排气压力Pe的A6t/A6s”的点上与上述式(24)不同。下面，仅说明该区别点。

在本例子中，通过下述式(29)来表示用于求出针对排气压力Pe的“与炭烟排放量相关的特性值A6”的特性式。q8、h8是正的恒量。图29示出特性值A6对Pe的特性。基于如下情况采用了式(29)：如上所述，排气压力Pe越高越容易生成炭烟。另外，只要Pe越高特性值越大，也可以采用与式(29)不同的特性式(有谷曲线的特性，有峰曲线的特性)。

A6＝q8·Pe+h8      …(29)

如图29所示，可从稳定值Pes和上述式(29)(即，对式(29)中的Pe代入Pes)获取稳定特性值A6s(参照大空心圆)，可从瞬态值Pet和上述式(29)(即，对式(29)中的Pe代入Pet)获取瞬态特性值A6t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A6t/A6s”(参照式(28))。该“A6t/A6s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Pet偏离稳定值Pes”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。由此，不用获取点火延迟时间ID其本身，就能够将瞬态修正值计算为将点火延迟时间ID的长短对炭烟排放量的影响考虑进去的值。

以上，通过如上述式(28)所示那样在生成修正项中加入“A6t/A6s”可表达如下情况：排气压力由于任一原因而变高(因而，点火延迟时间变短)，容易生成炭烟，从而炭烟排放量增大。

《基于排气温度Te的A7t/A7s》

一般来说，如果排气温度Te高，则由于内部EGR气体的温度变高而压缩端温度Tcomp变高。结果，点火延迟时间ID变短。即，排气温度Te成为“与点火延迟时间ID相关的值”，排气温度Te越高越容易生成炭烟。关于排气温度Te，例如可通过排气温度传感器77检测并获取。另外，可根据众所周知的估计手法之一来估计排气温度Te。

当替代点火延迟时间ID其本身而使用排气温度Te来计算瞬态修正值时，可替代上述式(24)而根据下述式(30)计算瞬态修正值。式(30)仅在替代“基于点火延迟时间ID的A4t/A4s”而导入“基于排气温度Te的A7t/A7s”的点上与上述式(24)不同。下面，仅说明该区别点。

在本例子中，通过下述式(30)来表示用于求出针对排气温度Te的“与炭烟排放量相关的特性值A7”的特性式。q9、h9是正的恒量。图30示出特性值A7对Te的特性。基于如下情况采用了式(31)：如上所述，排气温度Te越高越容易生成炭烟。另外，只要Te越高特性值越大，也可以采用与式(31)不同的特性式(有谷曲线的特性，有峰曲线的特性)。

A7＝q9·Te+h9       …(31)

如图30所示，可从稳定值Tes和上述式(31)(即，对式(31)中的Te代入Tes)获取稳定特性值A7s(参照大空心圆)，可从瞬态值Tet和上述式(31)(即，对式(31)中的Te代入Tet)获取瞬态特性值A7t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A7t/A7s”(参照式(30))。该“A7t/A7s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Tet偏离稳定值Tes”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。由此，不用获取点火延迟时间ID其本身，就能够将瞬态修正值计算为将点火延迟时间ID的长短对炭烟排放量的影响考虑进去的值。

以上，通过如上述式(30)所示那样在生成修正项中加入“A7t/A7s”可表达如下情况：排气温度由于任一原因而变高(因而，点火延迟时间变短)，容易生成炭烟，从而炭烟排放量增大。

《基于进气温度Ti的A8t/A8s》

一般来说，如果进气温度Ti高，则压缩端温度Tcomp变高。结果，点火延迟时间ID变短。即，进气温度Ti成为“与点火延迟时间ID相关的值”，进气温度Ti越高越容易生成炭烟。关于进气温度Ti，例如可通过进气温度传感器72检测并获取。另外，可根据众所周知的估计手法之一来估计进气温度Ti。

当替代点火延迟时间ID其本身而使用进气温度Ti来计算瞬态修正值时，可替代上述式(24)而根据下述式(32)计算瞬态修正值。式(32)仅在替代“基于点火延迟时间ID的A4t/A4s”而导入“基于进气温度Ti的A8t/A8s”的点上与上述式(24)不同。下面，仅说明该区别点。

在本例子中，通过下述式(33)来表示用于求出针对进气温度Ti的“与炭烟排放量相关的特性值A8”的特性式。q10、h10是正的恒量。图31示出特性值A8对Ti的特性。基于如下情况采用了式(33)：如上所述，进气温度Ti越高越容易生成炭烟。另外，只要Ti越高特性值越大，也可以采用与式(33)不同的特性式(有谷曲线的特性，有峰曲线的特性)。

A8＝q10·Ti+h10    …(31)

如图31所示，可从稳定值Tis和上述式(33)(即，对式(33)中的Ti代入Tis)获取稳定特性值A8s(参照大空心圆)，可从瞬态值Tit和上述式(33)(即，对式(33)中的Ti代入Tit)获取瞬态特性值A8t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A8t/A8s”(参照式(32))。该“A8t/A8s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Tit偏离稳定值Tis”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。由此，不用获取点火延迟时间ID其本身，就能够将瞬态修正值计算为将点火延迟时间ID的长短对炭烟排放量的影响考虑进去的值。

以上，通过如上述式(33)所示那样在生成修正项中加入“A8t/A8s”可表达如下情况：进气温度由于任一原因而变高(因而，点火延迟时间变短)，容易生成炭烟，从而炭烟排放量增大。

《基于温度Tz的A9t/A9s》

如上所述，排气温度Te和进气温度Ti可一起成为“与点火延迟时间ID相关的值”。在此，将内部EGR气体的量对内部EGR气体的(经由将排气通道和进气通道相连通的排气回流道从排气通道回流到燃烧室的排气)的量与内部EGR气体的量之和的比例定义为“内部EGR比例r”。

排气温度Te的高低对压缩端温度Tcomp(因而，点火延迟时间ID)的影响程度较大地依赖于内部EGR比例r，内部EGR比例r越大其影响程度越大。另一方面，进气温度Ti对压缩端温度Tcomp(因而，点火延迟时间ID)的影响程度较大地依赖于(1-内部EGR比例r)，(1-内部EGR比例r)越大其影响程度越大。考虑以上情况，而如下述式(34)所示那样定义温度Tz。

Tz＝r·Te+(1-r)·Ti    …(34)

从上述式(34)可理解的那样，温度Tz是考虑排气温度Te、进气温度Ti、以及内部EGR比例r而得到的值，可将温度Tz视为将排气温度Te和进气温度Ti对压缩端温度Tcomp(因而，点火延迟时间ID)的影响程度分别考虑进去的温度。另外，可根据众所周知的估计手法之一来估计内部EGR比例r。

如果温度Tz高，则压缩端温度Tcomp变高。结果，点火延迟时间ID变短。即，温度Tz成为“与点火延迟时间ID相关的值”，温度Tz越高越容易生成炭烟。

当替代点火延迟时间ID其本身而使用温度Tz来计算瞬态修正值时，可替代上述式(24)而根据下述式(35)计算瞬态修正值。式(35)仅在替代“基于点火延迟时间ID的A4t/A4s”而导入“基于温度Tz的A9t/A9s”的点上与上述式(24)不同。下面，仅说明该区别点。

在本例子中，通过下述式(36)来表示用于求出针对温度Tz的“与炭烟排放量相关的特性值A9”的特性式。q11、h11是正的恒量。图32示出特性值A9对Tz的特性。基于如下情况采用了式(36)：如上所述，温度Tz越高越容易生成炭烟。另外，只要Tz越高特性值越大，也可以采用与式(36)不同的特性式(有谷曲线的特性，有峰曲线的特性)。

A9＝q11·Tz+h11        …(36)

如图32所示，可从稳定值Tzs和上述式(36)(即，对式(36)中的Tz代入Tzs)获取稳定特性值A9s(参照大空心圆)，可从瞬态值Tzt和上述式(36)(即，对式(36)中的Tz代入Tzt)获取瞬态特性值A9t(参照大实心圆)。

然后，计算作为“稳定特性值与瞬态特性值之比”的“A9t/A9s”(参照式(35))。该“A9t/A9s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值Tzt偏离稳定值Tzs”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。由此，不用获取点火延迟时间ID其本身，就能够将瞬态修正值计算为将点火延迟时间ID的长短对炭烟排放量的影响考虑进去且将排气温度Te和进气温度Ti对压缩端温度Tcomp(因而，点火延迟时间ID)的影响程度分别考虑进去的值。

以上，通过如上述式(35)所示那样在生成修正项中加入“A9t/A9s”可表达如下情况：温度Tz由于任一原因而变高(因而，点火延迟时间变短)，容易生成炭烟，从而炭烟排放量增大。另外，在上述式(35)中，也可以将“A9t/A9s”替换为“Tzt/Tzs”。

下面，将点火延迟时间ID、压缩端温度Tcomp、排气压力Pe、排气温度Te、进气温度Ti、温度Tz统称为“点火延迟时间相关值”。另外，将上述式(24)的“基于点火延迟时间ID的A4t/A4s”、上述式(26)的“基于压缩端温度Tcomp的A5t/A5s”、上述式(28)的“基于排气压力Pe的A6t/A6s”、上述式(30)的“基于排气温度Te的A7t/A7s”、上述式(32)的“基于进气温度Ti的A8t/A8s”、上述式(35)的“基于温度Tz的A9t/A9s”统称为“基于点火延迟时间相关值的A10t/A10s”。

该“A10t/A10s”表示瞬态运转状态下的、“瞬态值针对点火延迟时间相关值而偏离稳定值”导致的、炭烟排放量(瞬时值)相对于稳定排放量偏离的比例。使用该“A10t/A10s”，就能够将上述式(24)、上述式(26)、上述式(28)、上述式(30)、上述式(32)、以及上述式(35)概括表示成下述式(37)那样。

下面，附带说在生成修正项中包含“基于点火延迟时间相关值的A10t/A10s”的情况(即，考虑了基于点火延迟时间相关值的修正的情况)。在此情况下，如上所述，也可以始终考虑基于点火延迟时间相关值的修正而计算瞬态修正值(参照式(37))。另一方面，也可以仅在预定条件成立时考虑基于点火延迟时间相关值的修正而计算瞬态修正值(参照式(37))，在预定条件不成立时不考虑基于点火延迟时间相关值的修正而按照下述式(38)(即，从式(37)中仅删除了“A10t/A10s”项的式子)计算瞬态修正值。下面，参照图33～图36来说明仅在预定条件成立时考虑基于点火延迟时间相关值的修正而计算瞬态修正值的、各种情况下的处理流程例子。

首先，说明图33示出的例子。在该例子中，首先，在步骤3305中，判定缸内的氧浓度相关值是否小于预定值。在此，至于缸内的氧浓度相关值，可使用上述的进气氧浓度、缸内气体的氧浓度、排气中氧浓度、缸内气体过量空气系数等而获得。

如果在步骤3305中判定为“是”，则在步骤3310中，判定是否为点火延迟时间相关值的瞬态值相对于稳定值向炭烟排放量增大的一侧偏移。在此，关于“点火延迟时间相关值的瞬态值相对于稳定值向炭烟排放量增大的一侧偏移”的情况，例如当将点火延迟时间ID使用为点火延迟时间相关值时对应于“点火延迟时间ID的瞬态值IDt小于稳定值IDs”的情况，例如当将排气压力Pe使用为点火延迟时间相关值时对应于“排气压力Pe的瞬态值Pet小于稳定值Pes”的情况。

如果在步骤3305、3310中均判定为“是”，则在步骤3315中，使用式(37)计算瞬态修正值。即，考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量。另一方面，如果在步骤3305、3310中任一者判定为“否”，则在步骤3320中，使用式(38)计算瞬态修正值。即，不考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量。

以上，在图33示出的例子中，当缸内的氧浓度相关值为预定值以上时，不考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量。这是基于以下情况：如果缸内的氧浓度大，则由于不容易生成炭烟，点火延迟时间ID的长短对炭烟的生成程度的影响度小。由此，在缸内的氧浓度大的情况下，当计算炭烟排放量时，可在不降低计算精度的情况下避免基于考虑点火延迟时间(即，在生成修正项中包含“A10t/A10s”)的计算负载增大。

此外，在图33示出的例子中，当“点火延迟时间相关值的瞬态值相对于稳定值没有向炭烟排放量增大的一侧偏移”时，不考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量。由此，在对于炭烟排放量不容易成为问题的“点火延迟时间相关值的瞬态值相对于其稳定值向炭烟排放量减少的方向偏移的情况”下，不考虑点火延迟时间就计算炭烟排放量。因而，在该情况下，在计算炭烟排放量时，可避免基于考虑点火延迟时间(即，在生成修正项中包含“A10t/A10s”)的计算负载增大。

其次，说明图34所示的例子。相对于图33示出的例子，该例子仅在将步骤3305替换为步骤3405的点上不相同。在步骤3405中，判定是否在主喷射之前进行引燃喷射(单次喷射)。即，当在主喷射之前进行引燃喷射时，不考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量。这是基于如下情况：如果在主喷射之前不进行引燃喷射，则压缩端温度不管排气的压力高低等如何均都稳定，因而点火延迟时间容易稳定。由此，在在主喷射之前进行引燃喷射的情况下，在计算炭烟排放量时，可在不降低计算精度的情况下避免基于考虑点火延迟时间(即，在生成修正项中包含“A10t/A10s”)的计算负载增大。

其次，说明图35所示的例子。相对于图33示出的例子，该例子仅在将步骤3305替换为步骤3505的点上不相同。在步骤3505中，判定燃烧室的壁(内壁)的温度(缸内温度)是否大于预定值Tw1。即，当缸内温度为预定值Tw1以下时，不考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量。这是基于如下情况：如果缸内温度低，则即使排气压力等增大，压缩端温度也难以增大，因此压缩端温度稳定，因而点火延迟时间容易稳定。由此，在缸内温度低的情况下，在计算炭烟排放量时，可在不降低计算精度的情况下避免基于考虑点火延迟时间(即，在生成修正项中包含“A10t/A10s”)的计算负载增大。

其次，说明图36所示的例子。相对于图33示出的例子，该例子仅在将步骤3305替换为步骤3605的点上不相同。在步骤3605中，判定上述的(最高)火焰温度Tmax是否在预定范围内(T1与T2之间)。即，当火焰温度Tmax为预定范围外(T1以下，或T2以上)时，不考虑基于点火延迟时间相关值的修正而估计炭烟排放量。这是基于如下情况：如图37所示，如果火焰温度Tmax在预定范围外，则偏离容易生成炭烟的区域(用斜线表示的区域)(即，不容易生成炭烟)，由此点火延迟时间的长短对炭烟生成程度的影响度小。由此，在火焰温度Tmax在预定范围外的情况下，在计算炭烟排放量时，可在不降低计算精度的情况下避免基于考虑点火延迟时间(即，在生成修正项中包含“A10t/A10s”)的计算负载增大。另外，在图37中，φ是喷雾的(平均)当量比。具体地说，例如，T1、T2是1600K、2200K，φ1是2。以上，说明了仅在预定条件成立时考虑基于点火延迟时间相关值的修正而计算瞬态修正值的各种情况。

对于以上所说明的用于计算瞬态修正值的各种式子的每一个，也可以省略包含在式子中的多个项中的一部分(任意的一项，或者任意的两个以上的项)。

Claims (16)

1.一种内燃机的炭烟排放量估计装置，包括：

稳定排放量获取单元，根据至少内燃机的运转速度以及所述内燃机的燃料喷射量与被从所述内燃机排放的炭烟的排放量之间在所述内燃机处于稳定运转状态的情况下的预先存储的关系、所述运转速度的当前值、以及所述燃料喷射量的当前值，获取炭烟的稳定排放量；

稳定值获取单元，根据预定的参数的值和影响炭烟的排放量的因子的值之间的预先存储的关系、以及所述预定的参数的当前值来获取所述因子的稳定值，所述预定的参数表示在所述内燃机处于稳定运转状态的情况下所述内燃机的运转状态；

瞬态值获取单元，获取所述因子的瞬态值，所述因子的瞬态值是所述因子的当前值；

瞬态修正值计算单元，根据稳定特性值和瞬态特性值来计算与炭烟的排放量相关的瞬态修正值，所述稳定特性值是根据所述因子的稳定值和与针对所述因子的炭烟的排放量相关的预先存储的特性而得到的，所述瞬态特性值是根据所述特性和所述因子的瞬态值而得到的；以及

炭烟排放量估计单元，根据所述稳定排放量和所述瞬态修正值来估计炭烟的排放量，

使用影响炭烟生成速度的因子作为所述因子，该炭烟生成速度是燃料的反应导致生成炭烟的速度，

使用点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值作为所述影响炭烟生成速度的因子，所述点火延迟时间是从燃料的喷射开始时刻起至被喷射的燃料的点火开始时刻为止的时间，

所述瞬态修正值计算单元被构成为：

当所述内燃机的燃烧室内的气体的氧浓度或与所述氧浓度相关的值小于预定值时，考虑作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值，

当所述氧浓度或与所述氧浓度相关的值大于等于所述预定值时，不考虑作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值。

2.如权利要求1所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

使用所述内燃机的燃烧室内的气体的氧浓度作为所述影响炭烟生成速度的因子。

3.如权利要求1所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

使用压缩端温度作为所述点火延迟时间相关值，该压缩端温度是所述内燃机的燃烧室内的气体在压缩上死点处的温度。

4.如权利要求1所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

使用所述内燃机的排气通道内的气体的压力作为所述点火延迟时间相关值。

5.如权利要求1所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

使用所述内燃机的排气通道内的气体的温度作为所述点火延迟时间相关值。

6.如权利要求1所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

使用所述内燃机的进气通道内的气体的温度作为所述点火延迟时间相关值。

7.如权利要求1所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

作为所述点火延迟时间相关值，使用根据所述内燃机的排气通道内的气体的温度、所述内燃机的进气通道内的气体的温度、以及内部EGR气体的量相对于外部EGR气体的量与所述内部EGR气体的量之和的比例而得到的值，所述内部EGR气体是从所述排气通道经由所述内燃机的排气阀而回流到所述内燃机的燃烧室的排气，所述外部EGR气体是从所述排气通道经由连通所述排气通道和所述进气通道的排气回流道而回流到所述内燃机的燃烧室的排气。

8.如权利要求1至7中任一项所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

所述瞬态修正值计算单元被构成为：

当在主喷射之前不进行引燃喷射时，考虑作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值，

当在所述主喷射之前进行所述引燃喷射时，不考虑作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值。

9.如权利要求1至7中任一项所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

所述瞬态修正值计算单元被构成为：

当所述内燃机的燃烧室的壁的温度大于预定值时，考虑作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值，

当所述燃烧室的壁的温度小于等于所述预定值时，不考虑作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值。

10.如权利要求1至7中任一项所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

所述瞬态修正值计算单元被构成为：

当所述内燃机的燃烧室内的膨胀冲程中的火焰温度在预定范围之内时，考虑作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值，

当所述火焰温度在所述预定范围之外时，不考虑作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值。

11.如权利要求1所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

所述瞬态修正值计算单元被构成为：

当作为所述影响炭烟生成速度的因子的所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值的瞬态值相对于其稳定值向炭烟的排放量增大的方向偏移了时，考虑所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值，

当所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值的瞬态值相对于其稳定值没有向炭烟的排放量增大的方向偏移时，不考虑所述点火延迟时间或与所述点火延迟时间相关的值而计算所述瞬态修正值。

12.如权利要求1至7中任一项所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

使用影响炭烟氧化速度的因子作为所述因子，该炭烟氧化速度是燃料的反应而导致生成的炭烟被氧化的速度。

13.如权利要求12所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

使用所述内燃机的燃烧室内的气体的温度和氧浓度中至少一个作为所述影响炭烟氧化速度的因子，

所述瞬态修正值计算单元被构成为：

根据针对与燃料的燃烧前半程相关的所述气体的温度和氧浓度中至少一个的所述稳定特性值和所述瞬态特性值、以及针对与燃料的燃烧后半程相关的所述气体的温度和氧浓度中至少一个的所述稳定特性值和所述瞬态特性值，计算所述瞬态修正值。

14.如权利要求13所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

所述瞬态修正值计算单元被构成为：

根据所述燃烧室内的气体的温度、压力、以及氧浓度中至少一个来决定炭烟在所述燃烧前半程中氧化的程度与炭烟在所述燃烧后半程中氧化的程度的比例，考虑所述比例而计算所述瞬态修正值。

15.如权利要求12所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

作为所述影响炭烟氧化速度的因子，使用考虑燃烧气体摄取比例而得到的、有助于炭烟的氧化的所述内燃机的燃烧室内的气体的实际的氧浓度，所述燃烧气体摄取比例是所述燃料喷射量的全部燃料完全燃烧所需要的所述燃烧室内的气体量相对于所述内燃机的燃烧室内的全部气体量的比例。

16.如权利要求12所述的内燃机的炭烟排放量估计装置，其中，

使用喷雾的重合率作为所述影响炭烟氧化速度的因子，该喷雾的重合率是所述燃料喷射量的全部燃料完全燃烧所需要的所述内燃机的燃烧室内的气体量相对于从所述内燃机的燃烧室内的气体中除去无助于燃料的燃烧的部分之后的气体的量的比例。

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