CN110030102B - 车辆用发动机的燃烧控制方法以及车辆用发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供关于车辆用发动机的新颖的燃烧控制方法。车辆用发动机的燃烧控制方法具备以下工序：EGR判定工序，判定EGR率是否为第一基准范围内的值；NOx判定工序，当判定为EGR率偏离第一基准范围时，判定基于来自NOx传感器的输出值而确定的废气的NOx浓度是否为第二基准范围内的值，该NOx传感器在排气路径中设置为比催化器更靠上游侧；散热率曲线推断工序，当判定为NOx浓度偏离第二基准范围时，推断表示发动机的散热率的曲轴转角依赖性的散热率曲线；以及燃烧控制工序，将表征推断出的散热率曲线的值和根据搭载有发动机的车辆的运转条件而确定的理想散热率曲线中的该值进行对比，基于其结果而控制发动机的燃烧条件。

Description

车辆用发动机的燃烧控制方法以及车辆用发动机系统
技术领域
本发明涉及车辆用发动机的燃烧控制，特别是涉及基于废气中的NOx浓度的控制。
背景技术
近年来，搭载有缸内压力传感器的汽车得到普及。在这种汽车中，公知如下技术：通过利用在发动机的活塞上部所安装的缸内压力传感器来测量活塞内部的压力，能够掌握各曲轴转角下的高速旋转的发动机的燃烧方式(例如参照专利文献1)。由于能够以车载(on-board)的方式而掌握燃烧方式，所以，在已有的传感器中，特别是作为参与发动机控制的传感器，可以说缸内压力传感器是最高速、最高响应度的传感器之一。在技术的层面，还可以将来自缸内压力传感器的输出值的时时刻刻的变化视为多方变化而掌握缸内温度。
另一方面，作为大气污染物质而在近年来被视为问题的源自汽车的NOx通常在高温场所燃烧而生成作为惰性气体的氮气。另外，发动机缸内的氧浓度(能够根据进气氧浓度而计算出)、缸内温度以及NOx的生成之间存在关联性。因此，通过将表示这样的关联性的信息预先以映射或者函数的形式保存于发动机ECU内，能够基于根据缸内压力传感器的输出而获得的温度信息、吸入空气量以及缸内氧浓度而以车载方式且实时地对从发动机排出的NOx的量进行推断(例如参照专利文献2)。在这种情况下，基于缸内压力或者空气流量传感器的输出、发动机中构成EGR(排气再循环)装置的EGR阀的开口面积、EGR系统中所具备的压力传感器的输出、以及来自进气系统或者排气系统中所具备的氧传感器的输出值而计算出吸入空气量和缸内氧浓度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/117973号
专利文献2：日本特开2009－287410号公报
发明内容
基于来自缸内压力传感器的输出值的发动机的燃烧控制存在如下问题。
首先，虽然缸内压力传感器的响应度非常高，但是，缸内压力传感器自身的价格昂贵，除此以外，还需要高速运算用的专用ECU。并且，还有时根据车型、汽车的销售地域而需要多个缸内压力传感器。因此，从成本及搭载空间的确保的方面来看较为不利。
另外，由于缸内压力传感器的响应度较高，所以数据的输出量也较多，但是，连接有专用ECU的发动机控制用ECU的运算速度赶不上这样的输出，因此，当实际使用缸内压力传感器时，较多的输出数据被抽取、或者输出数据的一部分被用于发动机控制逻辑的运算。因此，从成本效益的观点来看也较为不利。
此外，发动机的缸内压力有时因从轮胎经由传动系统作用于发动机旋转方向的相反方向的、源自路面的高度差的反作用力而瞬间地向高压侧或者低压侧波动。因此，在基于缸内压力传感器的输出值而对发动机进行控制的情况下，源自发动机内的燃烧以外的因素的压力变动有可能会对发动机控制用ECU中的运算造成影响。特别是在进行来自缸内压力传感器的输出数据的抽取这样的数据加工的情况下，容易受到这样的影响。
本发明的发明人在潜心研究的过程中，基于如下假设：如果从发动机排出的NOx的量相同则发动机缸内的燃烧经历相同，想到了基于废气中的NOx量的新颖的发动机的燃烧控制方法以取代基于来自缸内压力传感器的输出值的燃烧控制。
另外，以往的发动机的燃烧控制是为了实现与合适状态匹配的EGR率(使得废气量和油耗的平衡得到优化，达到根据扭矩和发动机旋转速度而规定的EGR率)而进行的，但是，即便以这样的方案进行燃烧控制，也因车辆驾驶的环境条件(例如在山路、高地驾驶等情况)而使得实际的EGR率与满足合适状态的值不同，因此，发动机排出的NOx量有可能会发生变化。本发明的发明人在潜心研究的过程中还发现：这样的EGR率的变化也能够有效地用于上述的基于NOx量的发动机的燃烧控制。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供车辆用发动机的新颖的燃烧控制方法。
为了解决上述课题，本发明的第一方案是车辆用发动机的燃烧控制方法，其特征在于，具备以下工序：EGR判定工序，在该工序中，判定排气回流量相对于发动机的总进气量的比值亦即EGR率是否为规定的第一基准范围内的值，该排气回流量是借助附设于所述发动机的排气循环装置而向所述发动机回流并被再次吸入的废气的量；NOx判定工序，在该工序中，当在所述EGR判定工序中判定为所述EGR率偏离所述第一基准范围时，判定基于来自NOx传感器的输出值而确定的所述废气的NOx浓度是否为规定的第二基准范围内的值，所述NOx传感器在从所述发动机排出的所述废气的排气路径中设置为比催化器更靠上游侧；散热率曲线推断工序，在该工序中，当在所述NOx判定工序中判定为所述NOx浓度偏离所述第二基准范围时，对表示所述发动机的散热率的曲轴转角依赖性的散热率曲线进行推断；以及燃烧控制工序，在该工序中，将表征所述散热率曲线推断工序中推断出的所述散热率曲线的值、和根据搭载有所述发动机的车辆的运转条件而确定的理想散热率曲线中的该值进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
本发明的第二方案在第一方案所涉及的车辆用发动机的燃烧控制方法的基础上，其特征在于，在所述燃烧控制工序中，将基于所述散热率曲线而推断为所述发动机的点火时机的推断点火时机、和根据所述车辆的运转条件而确定的理想散热率曲线中的作为所述发动机的点火时机的理想点火时机进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
本发明的第三方案在第二方案所涉及的车辆用发动机的燃烧控制方法的基础上，其特征在于，在所述燃烧控制工序中，以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：在所述推断点火时机超出规定的基准范围且与所述理想点火时机相比而提前的情况下，使规定从附设于所述发动机的燃料喷射装置向所述发动机喷射燃料的定时的燃料喷射脉冲滞后，在所述推断点火时机超出规定的基准范围且与所述理想点火时机相比而滞后的情况下，使所述燃料喷射脉冲提前。
本发明的第四方案在第一方案至第三方案中任一方案所涉及的车辆用发动机的燃烧控制方法的基础上，其特征在于，在所述燃烧控制工序中，将基于所述散热率曲线而推断为所述发动机的最大缸内压力的推断最大压力、和根据所述发动机的运转条件而确定的理想散热率曲线中的作为所述发动机的最大缸内压力的理想最大压力进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
本发明的第五方案在第四方案所涉及的车辆用发动机的燃烧控制方法的基础上，其特征在于，所述发动机具备涡轮增压器，在所述燃烧控制工序中，以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：在所述推断最大压力超出规定的基准范围且大于所述理想最大压力的情况下，使所述涡轮增压器的增压压力降低，在所述推断最大压力超出规定的基准范围且小于所述理想最大压力的情况下，使所述增压压力增大。
本发明的第六方案在第四方案所涉及的车辆用发动机的燃烧控制方法的基础上，其特征在于，在所述燃烧控制工序中，以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：在所述推断最大压力超出规定的基准范围且大于所述理想最大压力的情况下，使所述排气循环装置中的所述废气的回流量增大，在所述推断最大压力超出规定的基准范围且小于所述理想最大压力的情况下，使所述回流量减少。
本发明的第七方案在第一方案至第三方案中任一方案所涉及的车辆用发动机的燃烧控制方法的基础上，其特征在于，在所述散热率曲线推断工序中，分别推断与所述散热率曲线相对应的能实现90％散热点、50％散热点以及10％散热点的曲轴转角，并基于获得的推断结果而推断所述散热率曲线，关于所述90％散热点，通过确定NOx生成时的火焰温度而推断能实现所述90％散热点的曲轴转角，关于所述50％散热点，通过确定为处于所述90％散热点与所述发动机的上止点的中间而推断能实现所述50％散热点的曲轴转角，关于所述10％散热点，利用线性外推法并根据所述90％散热点和所述50％散热点而推断能实现所述10％散热点的曲轴转角。
本发明的第八方案在第一方案至第三方案中任一方案所涉及的车辆用发动机的燃烧控制方法的基础上，其特征在于，所述NOx传感器具有氧浓度确定功能，采用利用所述NOx传感器的所述氧浓度确定功能进行测定所得的氧浓度值而对所述排气回流量进行计算。
本发明的第九方案是车辆用发动机系统，其将来自发动机的废气经由在中途具备催化器的排气路径而向外部排出，所述车辆用发动机系统的特征在于，还具备：NOx传感器，该NOx传感器在所述排气路径中设置为比所述催化器更靠上游侧；排气循环装置，该排气循环装置附设于所述发动机，使所述废气的一部分回流并再次吸入至所述发动机；EGR判定单元，该EGR判定单元判定排气回流量相对于所述发动机的总进气量的比值、亦即EGR率是否为规定的第一基准范围内的值，该排气回流量是借助所述排气循环装置向所述发动机回流并再次被吸入的废气的量；NOx判定单元，在所述EGR判定单元判定为所述EGR率偏离所述第一基准范围的情况下，该NOx判定单元判定基于来自所述NOx传感器的输出值而确定的所述废气的NOx浓度是否为规定的第二基准范围内的值；散热率曲线推断单元，在所述NOx判定单元判定为所述NOx浓度偏离所述第二基准范围的情况下，该散热率曲线推断单元对表示所述发动机的散热率的曲轴转角依赖性的散热率曲线进行推断；以及燃烧控制单元，该燃烧控制单元将表征由所述散热率曲线推断单元推断出的所述散热率曲线的值、和根据搭载有所述发动机的车辆的运转条件而确定的理想散热率曲线中的该值进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
本发明的第十方案在第九方案所涉及的车辆用发动机系统的基础上，其特征在于，所述燃烧控制单元将基于所述散热率曲线而推断为所述发动机的点火时机的推断点火时机、和根据所述发动机的运转条件而确定的理想散热率曲线中的作为所述发动机的点火时机的理想点火时机进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
本发明的第十一方案在第十方案所涉及的车辆用发动机系统的基础上，其特征在于，所述燃烧控制单元以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：在所述推断点火时机超出规定的基准范围且与所述理想点火时机相比而提前的情况下，使规定从附设于所述发动机的燃料喷射装置向所述发动机喷射燃料的定时的燃料喷射脉冲滞后，在所述推断点火时机超出规定的基准范围且与所述理想点火时机相比而滞后的情况下，使所述燃料喷射脉冲提前。
本发明的第十二方案在第九方案至第十一方案中任一方案所涉及的车辆用发动机系统的基础上，其特征在于，所述燃烧控制单元将基于所述散热率曲线而推断为所述发动机的最大缸内压力的推断最大压力、和根据所述发动机的运转条件而确定的理想散热率曲线中的作为所述发动机的最大缸内压力的理想最大压力进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
本发明的第十三方案在第十二方案所涉及的车辆用发动机系统的基础上，其特征在于，所述发动机具备涡轮增压器，所述燃烧控制单元以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：在所述推断最大压力超出规定的基准范围且大于所述理想最大压力的情况下，使所述涡轮增压器的增压压力降低，在所述推断最大压力超出规定的基准范围且小于所述理想最大压力的情况下，使所述增压压力增大。
本发明的第十四方案在第十二方案所涉及的车辆用发动机系统的基础上，其特征在于，所述燃烧控制单元以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：在所述推断最大压力超出规定的基准范围且大于所述理想最大压力的情况下，使所述排气循环装置中的所述废气的回流量增大，在所述推断最大压力超出规定的基准范围且小于所述理想最大压力的情况下，使所述回流量减少。
本发明的第十五方案在第九方案至第十一方案中任一方案所涉及的车辆用发动机系统的基础上，其特征在于，所述散热率曲线推断单元分别推断与所述散热率曲线相对应的能实现90％散热点、50％散热点以及10％散热点的曲轴转角，并基于获得的推断结果而推断所述散热率曲线，关于所述90％散热点，通过确定NOx生成时的火焰温度而推断能实现所述90％散热点的曲轴转角，关于所述50％散热点，通过确定为处于所述90％散热点与所述发动机的上止点的中间而推断能实现所述50％散热点的曲轴转角，关于所述10％散热点，利用线性外推法并根据所述90％散热点和所述50％散热点而推断能实现所述10％散热点的曲轴转角。
本发明的第十六方案在第九方案至第十一方案中任一方案所涉及的车辆用发动机系统的基础上，其特征在于，所述NOx传感器具有氧浓度确定功能，采用利用所述NOx传感器的所述氧浓度确定功能进行测定所得的氧浓度值而对所述排气回流量进行计算。
根据本发明的第一方案至第十六方案，即便未设置缸内压力传感器，也能够以与使用了缸内压力传感器的燃烧控制的控制性大致相同的控制性而适当地进行发动机的燃烧控制。并且，与使用缸内压力传感器的情形相比，除了在成本方面有利以外，还能够进行针对外部的物理干扰的鲁棒性较高的燃烧控制。
附图说明
图1是用于对等NOx燃烧控制的基本思路进行说明的图。
图2是举例示出与发动机系统1000的进气及排气相关的结构的图。
图3是示出等NOx燃烧控制的具体处理步骤的图。
图4是示出等NOx燃烧控制中所执行的燃烧状态运算的步骤的图。
图5是示出来自发动机主体部100的废气EG的NOx浓度与发动机内的温度之间的关系自燃烧开始起随时间的变化的曲线图。
图6是示出扩散燃烧时的发动机主体部100的缸内温度、缸内压力以及散热率的曲轴转角依赖性的图。
图7是示出NOx传感器NS的结构例的剖视示意图。
附图标记说明
1…进气路径，1a…进气口，2…排气路径，2a…排气口，3、4…分支路径，11…可变容量(VN)涡轮，12…中间冷却器，13…LNT，14…DPF，15…SCR，16…尿素供给源，17…EGR冷却器，200…ECU，21…空气流量传感器，22…转速传感器，23…湿度传感器，24…进气压力传感器，25…进气温度传感器，27、28、29…温度传感器，30…排气压力传感器，100…发动机主体部，101…气缸，CVb…NO浓度－温度曲线，CV1…散热率曲线，CV2…散热比例曲线，EGR1…高压排气循环装置，EGR2…低压排气循环装置，IG1…吸入气体，IG2…吸入气体，IG3…吸入气体，NS(NS1、NS2、NS3)…NOx传感器，OS…氧传感器，ST1、ST2…节气门，VLV1、VLV2…阀，ip1、ip2…燃料喷射脉冲，pf0…理想曲线，pf1、pf2…散热率曲线。
具体实施方式
＜等NOx燃烧控制的基本思路＞
首先，对本实施方式所涉及的车辆用发动机的燃烧控制方法、亦即等NOx燃烧控制(也称为等NOx控制)的基本思路进行说明。等NOx燃烧控制是用于将发动机的燃烧状态保持为稳定状态的控制方法。概要而言，对从内燃机排出的废气中的NOx浓度进行测定，对该发动机的动作进行控制以使得该NOx浓度大致保持恒定，由此，将该发动机中的燃烧保持为稳定状态。
图1是用于对本实施方式中执行的等NOx燃烧控制的基本思路进行说明的图。具体而言，图1中，以局部的预混合燃烧的情形为例，一并示出了等NOx燃烧控制前后的、发动机的散热率的曲轴转角(与时刻相对应)依赖性(散热率曲线)、以及规定向发动机喷射燃料的定时的燃料喷射脉冲。
图1(a)及图1(b)中由虚线所示的是与某燃料喷射脉冲ip1相对应的理想散热率曲线(理想曲线)pf0。作为理想曲线pf0，峰值位于比活塞的上止点TDC大致滞后5℃A的滞后角侧的波形较好。油耗最好的是燃烧峰值与TDC一致的情形，但是，在该情况下，由于噪音显著增大，所以通常认为最好使其峰值略微滞后。
但是，实际上在施加了燃料喷射脉冲ip1的情况下，散热率有时按照图1(a)中由实线所示的、时间上与理想曲线pf0相比有所滞后的散热率曲线pf1而变化，或者按照图1(b)中由实线所示的、时间上与理想曲线pf0相比有所提前的散热率曲线pf2而变化。前者属于点火时机因某些理由而比理想状况有所滞后的情形，后者属于点火时机同样因某些理由而比理想状况有所提前的情形。
在本实施方式中执行的等NOx燃烧控制中，以从发动机排出的NOx的浓度变化为触发条件而检测到上述这样的点火时机相对于理想状态的偏差。并且，在像图1(a)那样判断为点火时机与理想状态下的点火时机相比而滞后的情况下，使点火时机提前；在像图1(b)那样判断为点火时机与理想状态下的点火时机相比而提前的情况下，使点火时机滞后。由此，实现了图1(a)及图1(b)的右侧所示的、散热率曲线pf1或者pf2与理想曲线pf0大致一致、亦即接近于理想状态的发动机的燃烧状态。
另外，虽然点火时机与理想状态等同，但是有时也判断为发动机的缸内压力(气缸内压力)与基准值相比过大或者过小。在这样的情况下，只要通过调整基于涡轮(涡轮增压器)的增压压力或EGR中的废气的回流量(EGR量)而获得接近于理想曲线pf0的散热率曲线即可。
这种等NOx燃烧控制以如下假设成立为前提：如果废气中的NOx浓度相同，则发动机的缸内燃烧经历相同。
此外，图1中举例所示的燃烧波形示出了与主喷射时机相比有所滞后地产生了热的预混合的燃烧方式，在主喷射中开始燃烧的通常的柴油发动机的燃烧方式、亦即扩散燃烧的情况下，上述内容也同样成立。
但是，在本实施方式中，根据废气中的氧浓度以及其他值而对原本定义为排气回流量相对于EGR中的总进气量的比值的EGR率进行计算，仅在该计算值超出规定范围而偏离预先根据扭矩和发动机旋转速度所设定的合适状态下的值的情况下，进行上述的等NOx燃烧控制。后文中对其详细内容进行说明。
＜发动机系统的结构例＞
图2是举例示出与作为本实施方式所涉及的等NOx燃烧控制的控制对象的一个方案的车辆用发动机系统1000的进气及排气相关的结构的图。
图2所示的车辆用发动机系统1000是搭载于省略了图示的车辆的、在发动机主体部100具备4个气缸(更详细而言为燃烧室)101的4气缸型柴油发动机系统。此外，本说明书中，有时不加以区分地将车辆用发动机系统1000和发动机主体部100简称为发动机。作为发动机主体部100，使用公知的结构(所谓的4冲程发动机的结构)。因此，对于活塞、曲轴、进气阀、排气阀、燃料喷射装置、燃料喷射器等配备于发动机主体部100内部的构成要素，省略详细的图示及说明。通过执行在电子控制装置(ECU)200中预先存储的规定的运转控制程序而控制车辆用发动机系统1000的各部分的动作。
在发动机系统1000中，大致从进气口1a进入并经由进气路径1而到达发动机主体部100的吸入气体(空气)IG被用于燃烧。另一方面，来自发动机主体部100的废气EG经由排气路径2而在排气口2a向外部排出。
在进气路径1与排气路径2的中途设置有一种作为涡轮增压器的、利用来自排气路径2的废气EG而控制吸入气体IG的供给压力的可变容量涡轮(VN涡轮)11。另外，在进气路径1中比VN涡轮11更靠下游侧的位置设置有水冷式的中间冷却器12。
另一方面，在排气路径2中比VN涡轮11更靠下游侧的位置按顺序设置有：对废气EG中的NOx进行吸储的吸储型NOx还原催化器(LNT)13；以及将废气EG中的粒子状物质(PM)除去的柴油微粒除去装置(DPF)14，进而，在上述部件的下游侧设置有利用尿素(urea)对NOx进行分解的选择性催化还原脱硝装置(SCR)15、以及向该SCR15供给尿素的尿素供给源16。
另外，分支路径3从排气路径2的发动机主体部100与VN涡轮11之间分岔，并在比中间冷却器12更靠下游侧的位置与进气路径1连接。同样地，分支路径4从排气路径2的DPF14与SCR15之间分岔，并在比VN涡轮11更靠上游侧的位置与进气路径1连接。此外，在分支路径4的中途设置有EGR冷却器17。
利用这些分支路径3及4使得来自发动机的废气EG的一部分混入至吸入气体IG中。即，使得废气EG的一部分循环(回流)并将其再次吸入而未将其废弃。图2中，将向发动机主体部100供给的气体统称为吸入气体IG，并且，将从进气口1a进入的吸入气体IG特别区分为吸入气体IG1，将在该吸入气体IG1中混入有流经分支路径4后的废气EG的气体特别区分为吸入气体IG2，将在该吸入气体IG2中混入有流经分支路径3后的废气EG的气体特别区分为吸入气体IG3。
此外，在进气路径1中，在比与分支路径4汇合的部分更靠上游侧的位置设置有节气门ST1，在比与分支路径3汇合的部分更靠上游侧的位置设置有节气门ST2。另一方面，在分支路径3的中途设置有阀VLV1，在分支路径4的中途设置有阀VLV2。利用这些节气门ST1、ST2以及阀VLV1、VLV2而控制废气EG相对于吸入气体IG的供给比率。此外，将通过对阀VLV1的开闭进行控制而控制吸入气体IG3中的废气EG的供给量的结构称为高压排气循环装置EGR1，将通过对阀VLV2的开闭进行控制而控制吸入气体IG2中的废气EG的供给量的结构称为低压排气循环装置EGR2。
此外，在发动机系统1000的各处位置设置有各种传感器。具体而言，在进气路径1的比节气门ST1更靠上游侧的位置设置有对吸入气体IG的流量进行检测的空气流量传感器21，在VN涡轮11设置有对涡轮的转速进行检测的转速传感器22。另外，在进气路径1的中间冷却器12的下游侧设置有湿度传感器23。此外，在发动机主体部100设置有进气压力传感器24和进气温度传感器25。
另一方面，在排气路径2中，NOx传感器NS(NS1、NS2、NS3)分别设置于LNT13的上游侧附近、SCR15的(尿素供给源16的)上游侧附近、SCR15的下游侧附近，此外，氧传感器OS设置于DPF14的下游侧附近。此外，至少设置于LNT13的上游侧附近的NOx传感器NS1使用设置成能够对氧浓度进行测定的传感器。另外，温度传感器27、28、29分别设置于LNT13的上游侧附近、LNT13的下游侧附近(LNT13与DPF14之间)、DPF14的下游侧附近。进而，还具备对LNT13的上游侧与DPF14的下游侧之间的压力差进行检测的排气压力传感器(压差传感器)30。
这些传感器的检测信号适当地用于包括等NOx燃烧控制在内的、利用ECU200所进行的发动机系统1000的动作控制。
＜等NOx燃烧控制的详细情况＞
接下来，对本实施方式中基于ECU200的控制而执行的、发动机系统1000的等NOx燃烧控制的内容进行更具体的说明。图3是示出本实施方式中执行的、等NOx燃烧控制的具体处理步骤的图。另外，图4是示出这样的等NOx燃烧控制中执行的燃烧状态运算的步骤的图。另外，图5是示出某温度(火焰温度)下在发动机主体部100内开始燃烧时的NOx浓度随时间的变化、且示出来自发动机主体部100的废气EG的NOx浓度与火焰温度之间的关系(NOx生成特性)的自燃烧开始起随时间的变化的曲线图。图5中由曲线CVa来表示火焰温度为Ta时的NOx浓度随时间的变化。此外，图6是示出扩散燃烧时的、发动机主体部100中的缸内温度、缸内压力以及散热率的曲轴转角依赖性的图。
首先，作为等NOx燃烧控制的前提，以规定的间隔对搭载有发动机系统1000的车辆处于驾驶状态时的EGR率进行监测(步骤S1)。作为回流排气相对于全部吸入气体(新空气和回流排气汇合后的气体)的比值而求出这样的EGR率。此处，根据空气流量传感器21中所确定的新空气的流量而求出新空气进气量。另一方面，根据由设置于LNT13的上游侧附近的NOx传感器NS1所确定的废气EG中的氧浓度、以及由阀VLV1及VLV2的开度所确定的、通过分支路径3及4向进气路径1回流的排气的流量而求出回流排气中的氧量。另外，由于新空气的氧浓度与大气的氧浓度一致，所以是已知的，根据设置于排气系统的氧传感器OS以及NOx传感器NS的氧浓度的输出而获得排气的氧浓度。
在ECU200中，将所获得的EGR率与预先保存于该ECU200的EGR映射中记载的合适状态下的EGR率进行对比(步骤S2)。此处，合适状态下的EGR率是指：废气量和油耗的平衡得到优化时的EGR率的值。合适状态下的EGR率是根据扭矩和发动机旋转速度而规定的，且以EGR映射的形式而预先存储于ECU200。换言之，也可以说：ECU200假想地构成判定EGR率是否为规定的基准范围内的值的判定单元。
只要求出的NOx量、以及合适状态下的EGR率与基准值之间的差值处于规定的基准范围内(步骤S2中为Yes)，则仅持续进行该监测。
另一方面，在EGR率偏离基准范围的情况下(步骤S2中为No)，求出来自发动机主体部100的废气EG的NOx量(NOx浓度)。通过利用设置于LNT13的上游侧附近的NOx传感器NS1对废气EG中的NOx进行检测而实施该步骤(步骤S3)。该步骤以后为等NOx燃烧控制的实质内容。
这是因为，像这样在进行等NOx燃烧控制之前首先判定EGR率是否满足基准范围具有如下优点：在废气中的氧浓度发生变化的情况下，可以认为NOx浓度也发生变化，并且，在采用后述的结构的NOx传感器NS的情况下，针对氧的响应性优于针对NOx的响应性，因此，通过以氧浓度的变化为判断基准，能够迅速地判断可否开始执行等NOx燃烧控制。
在ECU200中，将利用NOx传感器NS1检测出的NOx量与预先保存于该ECU200的基准NOx排出量映射中所记载的基准值进行对比(步骤S4)。基准NOx排出量映射是：使得在车辆的驾驶状态下由发动机主体部100排出的NO量的基准值相对于发动机旋转速度(单位：rpm)和扭矩(单位：N·m)进行映射而得到的数据。换言之，也可以说：ECU200假想地构成判定废气的NOx量是否为规定的基准范围内的值的判定单元。
只要检测出的NOx量与基准NOx排出量映射中记载的基准值之间的差值处于规定的基准范围内(步骤S4中为Yes)，则重新进行EGR率的监测。但是，也可以是反复检测NOx量的方式。
另一方面，在利用NOx传感器NS1检测出的NOx量偏离基准范围的情况下(步骤S4中为No)，在ECU200中，执行被称为燃烧状态运算的、用于推断发动机主体部100的燃烧状态、更具体而言为散热率的曲轴转角依赖性(即，散热率曲线)的处理(步骤S5)。因此，也可以说：ECU200还假想地构成推断发动机的散热率经历的散热经历推断单元。
概要而言，燃烧状态运算是如下处理：如图6(a)所示，在施加了某燃料喷射脉冲ip2的情况下，如果缸内温度在曲轴转角θ＝θm(℃A)时最高(最大火焰温度)，则如图6(b)所示，缸内压力也在曲轴转角θ＝θm(℃A)时最高，利用这一点、以及NOx传感器NS1的输出等而推断图6(c)所示的散热率曲线。此外，在图6中，将进气阀关闭时机IVC、活塞的上止点TDC、排气阀打开时机EVO的曲轴转角分别设为θα、θβ、θγ。这些值是根据车辆的运转条件而规定的已知的值。
另外，图6(c)中还与推断出的散热率曲线CV1一并示出了相当于其累积频率分布的散热比例曲线CV2。此处，散热率曲线CV1中示出的曲轴转角不同的A点～E点(各自的曲轴转角为θa～θe)分别如下表征。
A点：散热前的点，图6(c)中由进气阀关闭时机IVC来代表，即，θa＝θα；
B点：推断为10％散热点的点(推断10％散热点)；
C点：推断为最大散热率点的点(推断最大散热率点)；
D点：推断为燃烧结束的点(推断燃烧结束点)；
E点：散热后的点，图6(c)中由排气阀打开时机EVO来代表，即，θe＝θγ。
并且，本实施方式中，将作为推断10％散热点的B点的曲轴转角视为发动机主体部100的点火时机。
首先，基于来自进气压力传感器24的输出，获取还作为进气阀关闭时机IVC的A点(θ＝θa＝θα)处的缸内压力(步骤S101)。
接下来，将来自NOx传感器NS1的输出值应用于预先确定的、图5所示的NOx生成特性，由此，求出火焰温度(燃烧温度)和达到该火焰温度的时刻(即，曲轴转角θm)(步骤S102)。
对于图5所示的NOx生成特性而言，虽然在燃烧刚开始之后与经过时间t相应地发生变化，但是，在经过大约0.1sec以后，大致恒定。例如，在图5所示的经过0.1sec的时刻由NO浓度－温度曲线CVb表示的函数关系在此后也成立。作为NOx传感器NS1的检测对象的废气EG中的NOx在生成后经过相当长的时间(至少0.1sec以上)之后到达NOx传感器NS1的配置位置，因此，只要发动机主体部100的燃烧状态保持为大致恒定，则能够使用该NO浓度－温度曲线CVb来确定火焰温度。
此外，根据图5可知：在该火焰温度下，当燃烧开始之后，能够将NOx浓度饱和的时刻确定为NOx的生成完毕的时刻。该NOx的生成完毕的时刻为图6中的θ＝θm的时刻。例如，如果处于火焰温度为Ta且NOx浓度为n的、NO浓度－温度曲线CVb上的点P的情况下，则在曲线CVa中示出的NOx浓度饱和的点Q的时刻变为θ＝θm。
可知：该θ＝θm与散热比例曲线CV2中的90％散热点大致一致。由此，通过确定θ＝θm来确定推断90％散热点。另外，还可知：实现了该90％散热点的曲轴转角θm与上止点TDC的曲轴转角θβ的中间的曲轴转角为C点(推断最大散热率点)的曲轴转角θc。因此，基于这些关系而导出推断最大散热率点(C点)的曲轴转角θc(步骤S103)。
由于最大散热率点与50％散热点大致一致，因此，也可以说：C点的曲轴转角θc表示推断50％散热点的曲轴转角。
于是，根据90％散热点的曲轴转角θm和50％散热点的曲轴转角θc并利用线性外推法，能够进一步导出推断为10％散热点的B点的曲轴转角θb(步骤S104)。由此，推断出点火时机。
接下来，基于来自排气压力传感器30的输出，获取还作为排气阀打开时机EVO的E点(θ＝θe＝θγ)处的缸内压力(步骤S105)。
然后，以这一系列处理为基础，在利用NOx传感器NS1检测出的NOx量偏离基准范围的情况下，能够推断出散热率曲线、亦即散热经历(步骤S106)。
概要而言，由于在散热比例曲线CV2中确定了10％散热点、50％散热点、90％散热点的曲轴转角θb、θc、θm，所以能够导出表示散热比例曲线CV2的函数。然后，作为与得到的散热比例曲线CV2吻合的曲线，导出将C点的散热率设为峰值(最大散热率)的、表示散热率曲线CV1的函数。这样的用于推导的具体运算可以应用适当的模拟方法。此外，本发明的发明人确认到：通过该方案导出的散热率曲线CV1与实际的曲线大致良好地一致。
当通过以上方式进行燃烧状态运算而对散热曲线进行推断时，接下来，在ECU200中，将表征这样的散热曲线的值与根据车辆的运转条件而规定的理想散热曲线中的该值进行对比，基于该对比的结果而控制发动机主体部100的燃烧条件。这是ECU200的本来的功能、亦即作为发动机系统1000的控制单元的控制动作的一种方式。
具体而言，首先，将推断出的点火时机(B点的曲轴转角θb)与根据车辆的运转条件而确定的理想点火时机进行对比(步骤S6)。
在推断出的点火时机与理想点火时机之间的差值超出预先规定的基准范围的情况下(步骤S6中为No)，判定该确定的点火时机相对于理想点火时机是提前(过度提前)还是滞后(过度滞后)(步骤S7)。在提前(过度提前)的情况下，根据其大小而变更运转条件，以使燃料喷射脉冲ip2的喷射时机滞后(步骤S8a)。在滞后(过度滞后)的情况下，根据其大小而变更发动机主体部100的燃烧条件，以使燃料喷射脉冲ip2的喷射时机提前(步骤S8b)。
另一方面，在推断出的点火时机与理想点火时机之间的差值处于预先规定的基准范围内的情况下(步骤S6中为Yes)，产生基于推断出的散热率曲线CV1而推断出的最大缸内压力与根据车辆的运转条件而确定的理想最大缸内压力相比过大或过小中的任一种情形(步骤S9)。无论在哪种情形下，二者的差值都超出基准范围。
在过大的情况下，使VN涡轮11的增压压力降低或者通过调整阀VLV1和/或VLV2的开度而使得高压排气循环装置EGR1和/或低压排气循环装置EGR2的回流量(EGR量)增大(步骤S10a)。在过小的情况下，使VN涡轮11的增压压力增大或者通过调整阀VLV1和/或VLV2的开度而使得高压排气循环装置EGR1和/或低压排气循环装置EGR2的回流量(EGR量)减少(步骤S10b)。
当进行了步骤S8a、S8b、S10a、S10b中的任一种处理时，再次返回至步骤S1而监测EGR率，实施步骤S2的对比。其结果，如果EGR率还是偏离基准范围，则再次执行步骤S3的NOx的检测。其结果，如果NOx浓度偏离基准范围，则反复执行以下处理。例如，在执行上述步骤的期间，有时车辆的运转条件发生变更等时属于该情形。
通过执行以上步骤，以将废气EG的NOx量(NOx浓度)保持为与该时刻的燃烧条件匹配的值的方式而控制该燃烧条件。此即本实施方式中的等NOx燃烧控制。
这样，根据本实施方式所涉及的等NOx燃烧控制，即便不设置缸内压力传感器，也能够适当地进行发动机的燃烧控制。此外，虽然利用NOx传感器检测出的NOx浓度与缸内压力传感器的输出值相比而时间常数较大，但是，在使用了缸内压力传感器的燃烧控制时，鉴于数据的抽取、进气、EGR系统的控制滞后以及气流滞后，本实施方式所涉及的等NOx燃烧控制的控制性与使用了缸内压力传感器的燃烧控制的控制性大致等同。此外，在时时刻刻始终进行燃烧控制的情况下，使用了缸内压力传感器的燃料喷射时机的校正最快，但是，由于设想每隔恒定间隔而检测到相对于理想燃烧方式的偏离时对本实施方式所涉及的等NOx燃烧控制进行校正，所以来自NOx传感器的输出的时间常数的大小并非特别的缺点。
另外，本实施方式所涉及的等NOx燃烧控制中必需的NOx传感器仅为设置于LNT13的上游侧附近的NOx传感器，该NOx传感器也可以沿用以其它目的而设置的传感器，因此，与使用高价的缸内压力传感器的情形相比，在成本方面较为有利。
并且，在控制时不会受到路面高度差的影响，因此，与使用了有时会受到该影响的缸内压力传感器的情形相比，能够进行针对外部的物理干扰的鲁棒性较高的燃烧控制。
此外，本实施方式中，基于根据包括废气中的氧浓度在内的实测数据计算出的EGR率而判断可否开始执行等NOx燃烧控制。并且，利用等NOx燃烧控制中使用的上述的NOx传感器一并具有的、以比确定NOx时优异的响应性确定氧浓度的功能(氧传感器功能)来确定该氧浓度。由此，与仅以NOx浓度为判断基准的情形相比，能够迅速地判断可否开始执行等NOx燃烧控制。
此外，乍一看似乎能够以着眼于EGR率而控制燃烧的方式来取代着眼于NOx量(NOx浓度)的控制、亦即等NOx燃烧控制。但是，着眼于EGR率的控制中并未直接使得NOx浓度实现最优化，因此，并非为优选方式。
＜NOx传感器的结构例＞
图7是示出发动机系统1000中使用的NOx传感器NS的结构例的剖视示意图。以下，以作为其主要构成要素的传感器元件N101为中心，对NOx传感器NS的结构进行说明。但是，发动机系统1000中使用的NOx传感器NS的结构并不局限于图7所示的结构。
作为NOx传感器NS的主要构成要素的传感器元件N101是具有如下构造的元件：在附图中自下侧开始按顺序层叠有分别含有氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质的第一基板层N1、第二基板层N2、第三基板层N3、第一固体电解质层N4、隔离层N5以及第二固体电解质层N6这6层。另外，形成这6层的固体电解质是致密的气密性固体电解质。例如以如下方式制造这样的传感器元件N101：对与各层相对应的陶瓷生片进行规定的加工以及电路图案的印刷等，然后，对它们进行层叠，进而，进行烧成而使它们实现一体化。
在传感器元件N101的一个末端部、且在第二固体电解质层N6的下表面与第一固体电解质层N4的上表面之间，以按顺序连通的方式而相邻形成有气体导入口N10、第一扩散速度控制部N11、缓冲空间N12、第二扩散速度控制部N13、第一内部空腔N20、第三扩散速度控制部N30以及第二内部空腔N40。
气体导入口N10、缓冲空间N12、第一内部空腔N20以及第二内部空腔N40是：以将隔离层N5挖穿的方式而形成的传感器元件N101内部的空间，其中，该空间的上部由第二固体电解质层N6的下表面区划而成，该空间的下部由第一固体电解质层N4的上表面区划而成，该空间的侧部由隔离层N5的侧面区划而成。
第一扩散速度控制部N11、第二扩散速度控制部N13以及第三扩散速度控制部N30均设置成2条横长的(开口在与附图垂直的方向上具有长度方向的)狭缝。此外，还将从气体导入口N10至第二内部空腔N40的部位称为气体流通部。
另外，在比气体流通部更远离末端侧的位置，设置有基准气体导入空间N43，该基准气体导入空间N43位于第三基板层N3的上表面与隔离层N5的下表面之间，且该基准气体导入空间N43的侧部由第一固体电解质层N4的侧面区划而成。例如，大气作为对NOx浓度进行测定时的基准气体而被导入至基准气体导入空间N43。
大气导入层N48是由多孔质氧化铝构成的层，基准气体通过基准气体导入空间N43而被导入至大气导入层N48。另外，大气导入层N48形成为：将基准电极N42覆盖。
基准电极N42是以被第三基板层N3的上表面和第一固体电解质层N4夹持的方式而形成的电极，如上所述，在其周围设置有：与基准气体导入空间N43连通的大气导入层N48。另外，如后所述，可以使用基准电极N42而测定第一内部空腔N20内以及第二内部空腔N40内的氧浓度(氧分压)。
在气体流通部，气体导入口N10是相对于外部空间而开口的部位，被测定气体通过该气体导入口N10而从外部空间进入传感器元件N101内。
第一扩散速度控制部N11是：对从气体导入口N10进入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。
缓冲空间N12是：为了将从第一扩散速度控制部N11导入的被测定气体向第二扩散速度控制部N13导入而设置的空间。
第二扩散速度控制部N13是：对从缓冲空间N12向第一内部空腔N20导入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。
当被测定气体从传感器元件N101外部导入至第一内部空腔N20内时，因外部空间的被测定气体的压力变动(在被测定气体是汽车的废气的情况下为排气压力的脉动)而从气体导入口N10急剧进入传感器元件N101内部的被测定气体并非直接向第一内部空腔N20导入，而是在通过第一扩散速度控制部N11、缓冲空间N12、第二扩散速度控制部N13而消除了被测定气体的浓度变动之后向第一内部空腔N20导入。由此，向第一内部空腔N20导入的被测定气体的浓度变动达到几乎可以忽视的程度。
第一内部空腔N20设置成：用于对通过第二扩散速度控制部N13而导入的被测定气体中的氧分压进行调整的空间。通过使主泵单元N21工作而对这样的氧分压进行调整。
主泵单元N21是由内侧泵电极N22、外侧泵电极N23、以及被这些电极夹持的第二固体电解质层N6构成的电化学式的泵单元，其中，内侧泵电极N22具有：设置于面向第一内部空腔N20的第二固体电解质层N6的大致整个下表面的顶部电极部N22a，外侧泵电极N23以在第二固体电解质层N6的上表面的与顶部电极部N22a相对应的区域向外部空间露出的方式而设置。
内侧泵电极N22形成为：跨设于区划出第一内部空腔N20的上下的固体电解质层(第二固体电解质层N6以及第一固体电解质层N4)、以及形成侧壁的隔离层N5。具体而言，在形成第一内部空腔N20顶面的第二固体电解质层N6的下表面，形成有顶部电极部N22a，另外，在形成底面的第一固体电解质层N4的上表面，形成有底部电极部N22b，并且，以将顶部电极部N22a和底部电极部N22b连接的方式，使得侧部电极部(省略图示)形成于：构成第一内部空腔N20的两个侧壁部的隔离层N5的侧壁面(内表面)，从而，在该侧部电极部的配设部位配设成隧道形态的构造。
内侧泵电极N22和外侧泵电极N23形成为多孔质金属陶瓷电极(例如含有1％的Au的Pt与氧化锆的金属陶瓷电极)。此外，利用能减弱针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成与被测定气体接触的内侧泵电极N22。
在主泵单元N21，对内侧泵电极N22与外侧泵电极N23之间施加所需的泵电压Vp0，使泵电流Ip0沿着正向或者负向而在内侧泵电极N22与外侧泵电极N23之间流通，由此，能够将第一内部空腔N20内的氧吸出到外部空间，或者能够将外部空间的氧吸入至第一内部空腔N20。
另外，为了对第一内部空腔N20的气氛中的氧浓度(氧分压)进行检测，由内侧泵电极N22、第二固体电解质层N6、隔离层N5、第一固体电解质层N4、第三基板层3以及基准电极N42构成电化学式的传感器单元亦即主泵控制用氧分压检测传感器单元N80。
通过测定主泵控制用氧分压检测传感器单元N80的电动势V0，能够获知第一内部空腔N20内的氧浓度(氧分压)。此外，以使得电动势V0恒定的方式对Vp0进行反馈控制，由此控制泵电流Ip0。由此，第一内部空腔N20内的氧浓度能够保持为规定的恒定值。
第三扩散速度控制部N30是下述部位：对在第一内部空腔N20通过主泵单元N21的动作而控制氧浓度(氧分压)之后的被测定气体施加规定的扩散阻力，并将该被测定气体导入至第二内部空腔N40的部位。
第二内部空腔N40设置成用于进行下述处理的空间：测定通过第三扩散速度控制部N30而导入的被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度。主要在利用辅助泵单元N50调整了氧浓度之后的第二内部空腔N40通过使测定用泵单元N41进行动作而测定NOx浓度。
在第二内部空腔N40，针对预先在第一内部空腔N20调整了氧浓度(氧分压)之后通过第三扩散速度控制部N30而导入的被测定气体，进一步利用辅助泵单元N50而对氧分压进行调整。由此，能够高精度地将第二内部空腔N40内的氧浓度保持为恒定，因此，对于这样的NOx传感器NS而言，能够高精度地测定NOx浓度。
辅助泵单元N50是由辅助泵电极N51、外侧泵电极N23(不限于外侧泵电极N23，只要是传感器元件N101的外侧的适当的电极即可)、以及第二固体电解质层N6构成的辅助性的电化学式的泵单元，其中，辅助泵电极N51具有设置于面向第二内部空腔N40的第二固体电解质层N6的大致整个下表面的顶部电极部N51a。
这样的辅助泵电极N51在第二内部空腔N40内配设成：与此前的设置于第一内部空腔N20内的内侧泵电极N22同样的隧道形态的构造。即，在形成第二内部空腔N40顶面的第二固体电解质层N6，形成有顶部电极部N51a，另外，在形成第二内部空腔N40底面的第一固体电解质层N4，形成有底部电极部N51b，并且，将上述顶部电极部N51a和底部电极部N51b连结的侧部电极部(省略图示)分别形成于：形成第二内部空腔N40侧壁的隔离层N5的两个壁面，由此，形成为隧道形态的构造。
此外，与内侧泵电极N22相同，辅助泵电极N51也利用能减弱针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成。
在辅助泵单元N50，对辅助泵电极N51与外侧泵电极N23之间施加所需的电压Vp1，由此，能够将第二内部空腔N40内的气氛中的氧吸出到外部空间，或者能够将氧从外部空间吸入至第二内部空腔N40内。
另外，为了控制第二内部空腔N40内的气氛中的氧分压，由辅助泵电极N51、基准电极N42、第二固体电解质层N6、隔离层N5、第一固体电解质层N4以及第三基板层N3构成电化学式的传感器单元亦即辅助泵控制用氧分压检测传感器单元N81。
此外，辅助泵单元N50利用基于由该辅助泵控制用氧分压检测传感器单元N81检测出的电动势V1对电压进行控制的可变电源N52而进行泵送。由此，第二内部空腔N40内的气氛中的氧分压被控制至：实质上对NOx的测定没有影响的较低的分压。
另外，与此同时，其泵电流Ip1被用于控制主泵控制用氧分压检测传感器单元N80的电动势。具体而言，泵电流Ip1作为控制信号而输入至主泵控制用氧分压检测传感器单元N80，通过控制其电动势V0而将从第三扩散速度控制部N30导入到第二内部空腔N40内的被测定气体中的氧分压的梯度控制为始终恒定。在作为NOx传感器而使用时，通过主泵单元N21和辅助泵单元N50的作用而将第二内部空腔N40内的氧浓度保持为约0.001ppm左右的恒定值。
测定用泵单元N41在第二内部空腔N40内进行被测定气体中的NOx浓度的测定。测定用泵单元N41是由测定电极N44、外侧泵电极N23、第二固体电解质层N6、隔离层N5以及第一固体电解质层N4构成的电化学式的泵单元，其中，测定电极N44设置于面向第二内部空腔N40的第一固体电解质层N4的上表面、且设置于与第三扩散速度控制部N30分离的位置。
测定电极N44是多孔质金属陶瓷电极。测定电极N44还作为对第二内部空腔N40内的气氛中所存在的NOx进行还原的NOx还原催化剂而发挥作用。此外，测定电极N44被第四扩散速度控制部N45覆盖。
第四扩散速度控制部N45是由以氧化铝(Al2O3)为主成分的多孔体构成的膜。第四扩散速度控制部N45承担限制向测定电极N44流入的NOx的量的作用，并且，还作为测定电极N44的保护膜而发挥作用。
在测定用泵单元N41，能够将通过测定电极N44所具有的催化活性作用使得测定电极N44周围的气氛中的氮氧化物分解而产生的氧吸出，从而能够作为泵电流(也称为NOx电流)Ip2而对其生成量进行检测。
另外，为了对测定电极N44周围的氧分压进行检测，由第二固体电解质层N6、隔离层N5、第一固体电解质层N4、第三基板层N3、测定电极N44以及基准电极N42构成电化学式的传感器单元亦即测定用泵控制用氧分压检测传感器单元N82。基于由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元N82检测出的电动势V2而对可变电源N46进行控制。
导入到第二内部空腔N40内的被测定气体在氧分压被控制的状况下通过第四扩散速度控制部N45而到达测定电极N44。测定电极N44周围的被测定气体中的氮氧化物被还原(2NO→N2+O2)而生成氧。并且，该生成的氧由测定用泵单元N41进行泵送，此时，对可变电源N46的电压Vp2进行控制，以使得由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元N82检测出的电动势V2恒定。在测定电极N44的周围所生成的氧的量与被测定气体中的氮氧化物的浓度成正比，因此，利用测定用泵单元N41中的泵电流Ip2而对被测定气体中的氮氧化物浓度进行计算。
另外，如果将测定电极N44、第一固体电解质层N4、第三基板层N3以及基准电极N42组合而构成作为电化学式的传感器单元的氧分压检测单元，则能够检测出：与通过测定电极N44周围的气氛中的NOx成分的还原所产生的氧的量和基准大气中含有的氧的量之间的差值相应的电动势，由此，还能够求出被测定气体中的NOx成分的浓度。
另外，由第二固体电解质层N6、隔离层N5、第一固体电解质层N4、第三基板层N3、外侧泵电极N23以及基准电极N42构成电化学式的传感器单元N83，并能够利用通过该传感器单元N83而获得的电动势Vref来确定传感器外部的被测定气体中的氧浓度(氧分压)。即，NOx传感器NS还具有作为氧传感器的功能。配置于LNT13的上游侧的NOx传感器NS(NS1)利用该氧传感器功能来测定废气EG中的氧浓度。
此外，将到达第二内部空腔N40的被测定气体作为对象而进行NOx传感器NS的NOx浓度测定，另一方面，以在传感器元件N101的表面所设置的外部泵电极N23的周围的气氛为对象而发挥该氧传感器功能，因此，NOx传感器NS具有如下特征：氧传感器功能中的针对氧的响应性优于针对NOx的响应性。
在具有这样的结构的NOx传感器NS，通过使主泵单元N21和辅助泵单元N50工作而将氧分压始终保持为恒定的较低的值(实质上对NOx的测定没有影响的值)的被测定气体供给至测定用泵单元N41。因此，与被测定气体中的NOx的浓度大致成正比、且通过NOx的还原而生成的氧被从测定用泵单元N41吸出而使得泵电流Ip2流通，能够基于该泵电流Ip2而获知被测定气体中的NOx浓度。
更具体而言，针对各传感器元件N101，在使用之前预先确定泵电流Ip2与NOx浓度之间的函数关系(灵敏度特性)。在实际检测NOx时，不断地测定Ip2的值，并以预先确定的灵敏度特性为基础而求出与各测定值相对应的NOx浓度。
并且，在传感器元件N101，对外侧泵电极N23与基准电极N42之间产生的电动势Vref进行测定，由此还能够获知传感器元件N101外部的氧分压。
此外，传感器元件N101具备加热器部N70，其承担对传感器元件N101进行加热并保温的温度调整作用，以便提高固体电解质的氧离子传导性。加热器部N70具备加热器电极N71、加热器N72、通孔N73、加热器绝缘层N74以及压力释放孔N75。
加热器电极N71是以与第一基板层N1的下表面接触的方式而形成的电极。将加热器电极N71与外部电源连接而能够从外部向加热器部N70供电。
加热器N72是以被第二基板层N2和第三基板层N3从上下方夹持的方式而形成的电阻体。加热器N72借助通孔N73而与加热器电极N71连接，因通过该加热器电极N71从外部供电而发热，并对形成传感器元件N101的固体电解质进行加热和保温。
另外，加热器N72埋设于第一内部空腔N20至第二内部空腔N40的整个区域，能够将整个传感器元件N101调整为使得上述固体电解质活化的温度。
加热器绝缘层N74是在加热器N72的上下表面由氧化铝等绝缘体形成的绝缘层。形成加热器绝缘层N74的目的在于：获得第二基板层N2与加热器N72之间的电绝缘性、以及第三基板层N3与加热器N72之间的电绝缘性。
压力释放孔N75是设置成将第三基板层N3贯穿、且与基准气体导入空间N43连通的部位，形成压力释放孔N75的目的在于：使伴随着加热器绝缘层N74内的温度升高的内压的升高得以缓和。

Claims (14)

1.一种车辆用发动机的燃烧控制方法，其特征在于，具备以下工序：
EGR判定工序，在该工序中，判定排气回流量相对于发动机的总进气量的比值亦即EGR率是否为规定的第一基准范围内的值，该排气回流量是借助附设于所述发动机的排气循环装置而向所述发动机回流并被再次吸入的废气的量；
NOx判定工序，在该工序中，当在所述EGR判定工序中判定为所述EGR率偏离所述第一基准范围时，判定基于来自NOx传感器的输出值而确定的所述废气的NOx浓度是否为规定的第二基准范围内的值，所述NOx传感器在从所述发动机排出的所述废气的排气路径中设置为比催化器更靠上游侧；
散热率曲线推断工序，在该工序中，当在所述NOx判定工序中判定为所述NOx浓度偏离所述第二基准范围时，对表示所述发动机的散热率的曲轴转角依赖性的散热率曲线进行推断；以及
燃烧控制工序，在该工序中，将表征所述散热率曲线推断工序中推断出的所述散热率曲线的值、和根据搭载有所述发动机的车辆的运转条件而确定的理想散热率曲线中的该值进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件，
在所述散热率曲线推断工序中，分别推断与所述散热率曲线相对应的能实现90％散热点、50％散热点以及10％散热点的曲轴转角，
并基于获得的推断结果而推断所述散热率曲线，
关于所述90％散热点，通过确定NOx生成时的火焰温度而推断能实现所述90％散热点的曲轴转角，
关于所述50％散热点，通过确定为处于所述90％散热点与所述发动机的上止点的中间而推断能实现所述50％散热点的曲轴转角，
关于所述10％散热点，利用线性外推法并根据所述90％散热点和所述50％散热点而推断能实现所述10％散热点的曲轴转角。
2.根据权利要求1所述的车辆用发动机的燃烧控制方法，其特征在于，
在所述燃烧控制工序中，将基于所述散热率曲线而推断为所述发动机的点火时机的推断点火时机、和根据所述车辆的运转条件而确定的理想散热率曲线中的作为所述发动机的点火时机的理想点火时机进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
3.根据权利要求2所述的车辆用发动机的燃烧控制方法，其特征在于，
在所述燃烧控制工序中，以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：
在所述推断点火时机超出规定的基准范围且与所述理想点火时机相比而提前的情况下，使规定从附设于所述发动机的燃料喷射装置向所述发动机喷射燃料的定时的燃料喷射脉冲滞后，
在所述推断点火时机超出规定的基准范围且与所述理想点火时机相比而滞后的情况下，使所述燃料喷射脉冲提前。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用发动机的燃烧控制方法，其特征在于，
在所述燃烧控制工序中，将基于所述散热率曲线而推断为所述发动机的最大缸内压力的推断最大压力、和根据所述发动机的运转条件而确定的理想散热率曲线中的作为所述发动机的最大缸内压力的理想最大压力进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
5.根据权利要求4所述的车辆用发动机的燃烧控制方法，其特征在于，
所述发动机具备涡轮增压器，
在所述燃烧控制工序中，以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：
在所述推断最大压力超出规定的基准范围且大于所述理想最大压力的情况下，使所述涡轮增压器的增压压力降低，
在所述推断最大压力超出规定的基准范围且小于所述理想最大压力的情况下，使所述增压压力增大。
6.根据权利要求4所述的车辆用发动机的燃烧控制方法，其特征在于，
在所述燃烧控制工序中，以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：
在所述推断最大压力超出规定的基准范围且大于所述理想最大压力的情况下，使所述排气循环装置中的所述废气的回流量增大，
在所述推断最大压力超出规定的基准范围且小于所述理想最大压力的情况下，使所述回流量减少。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用发动机的燃烧控制方法，其特征在于，
所述NOx传感器具有氧浓度确定功能，
采用利用所述NOx传感器的所述氧浓度确定功能进行测定所得的氧浓度值而对所述排气回流量进行计算。
8.一种车辆用发动机系统，其将来自发动机的废气经由在中途具备催化器的排气路径而向外部排出，
所述车辆用发动机系统的特征在于，还具备：
NOx传感器，该NOx传感器在所述排气路径中设置为比所述催化器更靠上游侧；
排气循环装置，该排气循环装置附设于所述发动机，使所述废气的一部分回流并再次吸入至所述发动机；
EGR判定单元，该EGR判定单元判定排气回流量相对于所述发动机的总进气量的比值、亦即EGR率是否为规定的第一基准范围内的值，该排气回流量是借助所述排气循环装置向所述发动机回流并再次被吸入的废气的量；
NOx判定单元，在所述EGR判定单元判定为所述EGR率偏离所述第一基准范围的情况下，该NOx判定单元判定基于来自所述NOx传感器的输出值而确定的所述废气的NOx浓度是否为规定的第二基准范围内的值；
散热率曲线推断单元，在所述NOx判定单元判定为所述NOx浓度偏离所述第二基准范围的情况下，该散热率曲线推断单元对表示所述发动机的散热率的曲轴转角依赖性的散热率曲线进行推断；以及
燃烧控制单元，该燃烧控制单元将表征由所述散热率曲线推断单元推断出的所述散热率曲线的值、和根据搭载有所述发动机的车辆的运转条件而确定的理想散热率曲线中的该值进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件，
所述散热率曲线推断单元分别推断与所述散热率曲线相对应的能实现90％散热点、50％散热点以及10％散热点的曲轴转角，
并基于获得的推断结果而推断所述散热率曲线，
关于所述90％散热点，通过确定NOx生成时的火焰温度而推断能实现所述90％散热点的曲轴转角，
关于所述50％散热点，通过确定为处于所述90％散热点与所述发动机的上止点的中间而推断能实现所述50％散热点的曲轴转角，
关于所述10％散热点，利用线性外推法并根据所述90％散热点和所述50％散热点而推断能实现所述10％散热点的曲轴转角。
9.根据权利要求8所述的车辆用发动机系统，其特征在于，
所述燃烧控制单元将基于所述散热率曲线而推断为所述发动机的点火时机的推断点火时机、和根据所述发动机的运转条件而确定的理想散热率曲线中的作为所述发动机的点火时机的理想点火时机进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
10.根据权利要求9所述的车辆用发动机系统，其特征在于，
所述燃烧控制单元以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：
在所述推断点火时机超出规定的基准范围且与所述理想点火时机相比而提前的情况下，使规定从附设于所述发动机的燃料喷射装置向所述发动机喷射燃料的定时的燃料喷射脉冲滞后，在所述推断点火时机超出规定的基准范围且与所述理想点火时机相比而滞后的情况下，使所述燃料喷射脉冲提前。
11.根据权利要求8至10中任一方案所述的车辆用发动机系统，其特征在于，
所述燃烧控制单元将基于所述散热率曲线而推断为所述发动机的最大缸内压力的推断最大压力、和根据所述发动机的运转条件而确定的理想散热率曲线中的作为所述发动机的最大缸内压力的理想最大压力进行对比，基于其结果而控制所述发动机的燃烧条件。
12.根据权利要求11所述的车辆用发动机系统，其特征在于，
所述发动机具备涡轮增压器，
所述燃烧控制单元以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：
在所述推断最大压力超出规定的基准范围且大于所述理想最大压力的情况下，使所述涡轮增压器的增压压力降低，
在所述推断最大压力超出规定的基准范围且小于所述理想最大压力的情况下，使所述增压压力增大。
13.根据权利要求11所述的车辆用发动机系统，其特征在于，
所述燃烧控制单元以如下方式控制所述发动机的燃烧条件：
在所述推断最大压力超出规定的基准范围且大于所述理想最大压力的情况下，使所述排气循环装置中的所述废气的回流量增大，
在所述推断最大压力超出规定的基准范围且小于所述理想最大压力的情况下，使所述回流量减少。
14.根据权利要求8至10中任一项所述的车辆用发动机系统，其特征在于，
所述NOx传感器具有氧浓度确定功能，
采用利用所述NOx传感器的所述氧浓度确定功能进行测定所得的氧浓度值而对所述排气回流量进行计算。
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