DE102014119518A1

DE102014119518A1 - Vorrichtung zur Berechnung der ausgestoßenen Rußmenge

Info

Publication number: DE102014119518A1
Application number: DE102014119518.3A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Kawamura Jun
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2015-06-25
Also published as: JP2015124622A; JP5999082B2

Abstract

Eine Rußemissionsberechnungsvorrichtung, die eine ausgestoßene Rußmenge berechnet, die erzeugt wird, wenn ein aus einer Einspritzöffnung eines Kraftstoffinjektors in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzter Kraftstoff verbrannt wird. Insbesondere dient die Vorrichtung dazu, dass sie eine erreichte Strecke bzw. Reichweite, die die Kraftstoffeinspritzung von der Einspritzöffnung zurücklegen soll, und ein Mischverhältnis einer Mischung (d. h. die Kraftstoffeinspritzung) basierend auf der erreichten Strecke bzw. Reichweite und einer Sauerstoffkonzentration der Mischung berechnet. Das Mischverhältnis reflektiert eine Veränderung der erreichten Strecke der Kraftstoffeinspritzung mit einer Veränderung des Kurbelwinkels und einer Veränderung der Sauerstoffkonzentration mit einer Veränderung des Kurbelwinkels. Die Verwendung einer Rate der Wärmeabgabe und des Mischverhältnisses ermöglicht daher, dass die ausgestoßene Rußmenge genau bezüglich einer Veränderung der Sauerstoffmenge berechnet wird, die sich aus dem Verlauf der Verbrennung des Kraftstoffs ergibt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung, die derart konstruiert ist, dass sie eine ausgestoßene Rußmenge aus einer Verbrennung eines Kraftstoffs, der aus einem Kraftstoffinjektor gespritzt wird, berechnet.
2. Hintergrund des Standes der Technik
Das veröffentlichte japanische Patent Nr. 2013-217290 vermittelt eine Berechnung einer Menge an Feinstaub (PM), d. h. Ruß, der aus einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wird, als eine Funktion einer Verbrennungstemperatur in dem Zylinder und einem Äquivalenzverhältnis einer Luft-Kraftstoff-Mischung, die unter Verwendung eines Kraftstoffeinspritzmodells erlangt wird. Das Kraftstoffeinspritzmodell wird bezüglich einer Reichweite einer Kraftstoffeinspritzung, einem Einspritzwinkel, der ein Winkel ist, bei dem die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor sich verbreitet, und dem Volumen der Kraftstoffeinspritzung aufgebaut.
Die Menge an Sauerstoff, die zugelassen wird, um bei einer Einspritzung des Kraftstoffs verwendet zu werden, verringert sich normalerweise mit der Verbrennung des Kraftstoffs. Das System, das bei der vorstehenden Veröffentlichung vermittelt wird, berücksichtigt nicht eine Veränderung der Menge des Sauerstoffs, die aus der Verbrennung des Kraftstoffs entsteht. Daher gibt es Raum zur Verbesserung der Berechnung der ausgestoßenen Rußmenge von der Maschine.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die derart ausgestaltet ist, dass sie die Menge an Emission des Rußes genau berechnet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Rußemissionsberechnungsvorrichtung vorgeschlagen, die dazu dient, eine ausgestoßene Rußmenge zu berechnen, die erzeugt wird, wenn ein aus einer Einspritzöffnung eines Kraftstoffinjektors eingespritzter Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine verbrennt wird. Die Rußemissionsberechnungsvorrichtung umfasst: (a) einen Drucksensor, der einen Druck in der Verbrennungskammer bestimmt; (b) einen Reichweiten-Berechner, der eine Reichweite berechnet, die eine Strecke einer Kraftstoffeinspritzung aus dem Kraftstoffinjektor ist, die von der Einspritzöffnung in Einspritzrichtung zurücklegen soll, in die die Kraftstoffeinspritzung als eine Funktion eines Kurbelwinkels einer Verbrennungskraftmaschine basierend auf einer Tatsache führt, dass ein Impuls des aus der Einspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffs als ein Impuls einer Mischung eines Kraftstoffs und eines Gases innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird; (c) ein Wärmeabgaberaten-Berechner, der eine Rate der Wärmeabgabe, die durch eine Verbrennung der Kraftstoffeinspritzung erzeugt wird, basierend auf dem durch den Drucksensor gemessenen Druck als eine Funktion des Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine berechnet; (d) einen Sauerstoffkonzentrations-Berechner, der eine Sauerstoffkonzentration der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels berechnet; (e) einen Mischverhältnis-Berechner, der ein Mischverhältnis der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels basierend auf der Reichweite, die durch den Reichweiten-Berechner erlangt wird, und der Sauerstoffkonzentration, die durch den Sauerstoffkonzentrations-Berechner erlangt wird, berechnet; und (f) einen Rußemissions-Berechner, der eine ausgestoßene Rußmenge basierend auf der Rate der Wärmeabgabe, die durch den Wärmeabgaberaten-Berechner erlangt wird, und dem Mischverhältnis, das durch den Mischverhältnis-Berechner erlangt wird, berechnet.
Der Druck in der Verbrennungskammer, wenn die Kraftstoffeinspritzung, die aus dem Kraftstoffinjektor ausgestoßen wird, verbrannt wird, wird durch den Drucksensor gemessen.
Der Reichweiten-Berechner bestimmt die Reichweite, die die Kraftstoffeinspritzung von der Einspritzöffnung in Einspritzrichtung bezüglich des Kurbelwinkels basierend auf der Tatsache zurücklegen soll, dass der Impuls des aus der Einspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffs als der Impuls der Mischung innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird. Der Wärmeabgaberaten-Berechner bestimmt die Rate der Wärmeabgabe bezüglich des Kurbelwinkels basierend auf dem durch den Drucksensor gemessenen Druck. Der Sauerstoffkonzentrations-Berechner bestimmt die Konzentration des Sauerstoffs in der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels. Der Mischverhältnis-Berechner bestimmt das Mischverhältnis der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels basierend auf der Reichweite und der Sauerstoffkonzentration. Mit anderen Worten, das Mischverhältnis reflektiert eine Veränderung der Reichweite der Kraftstoffeinspritzung mit einer Veränderung des Kurbelwinkels und einer Veränderung in der Sauerstoffkonzentration mit einer Veränderung des Kurbelwinkels. Die Verwendung eines berechneten Werts der Rate der Wärmeabgabe und eines berechneten Werts des Mischverhältnisses ermöglicht daher, dass die ausgestoßene Rußmenge genau bezüglich einer Veränderung der Menge des Sauerstoffs berechnet wird, die aus dem Verlauf der Verbrennung des Kraftstoffs erhalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der nachstehend wiedergegebenen detaillierten Beschreibung und aus den begleitenden Figuren der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verstanden, die jedoch nicht die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen beschränken soll, sondern diese sind lediglich zum Zwecke der Erläuterung und des Verständnisses.
In den Figuren zeigt:
1 ein Blockdiagramm, das eine Dieselmaschine für ein Kraftfahrzeug darstellt;
2 eine Sektionsansicht, die ein Muster einer Einspritzung eines aus einer Einspritzöffnung eines Kraftstoffinjektors ausgestoßenen Kraftstoffs darstellt;
3 ein Flussdiagramm einer Sequenz von logischen Schritten oder Programmen, um eine Menge an aus einer Verbrennungskraftmaschine ausgestoßenen Ruß zu berechnen;
4 ein Kennfeld, das eine Beziehung unter einem Einspritzdruck, einer Gasdichte und eines Einspritzwinkels darstellt;
5 ein Kennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Kontraktionskoeffizienten und einem Einspritzdruck darstellt;
6(a) und 6(b) Zeitdiagramme, die eine Beziehung zwischen dem Impuls einer Kraftstoffeinspritzung und ein Überholen von Kraftstofftropfen darstellt;
7 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Impuls einer Kraftstoffeinspritzung und einer verfügbaren Gasmenge pro Zeiteinheit darstellt;
8 eine schematische Ansicht, die eine verfügbare Gasvolumengrenze darstellt;
9 ein Flussdiagramm einer Sequenz von logischen Schritten, die bei dem Programm von 3 ausgeführt werden, um die ausgestoßene Rußmenge zu berechnen;
10 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Kurbelwinkel und einem Abstand zwischen einer Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffinjektors und einer Wandoberfläche einer Verbrennungskammer darstellt;
11 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Rußproduktionskoeffizienten und einem Äquivalenzverhältnis einer Mischung darstellt;
12 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Nachverbrennungsrußkoeffizienten und einem Äquivalenzverhältnis einer Mischung darstellt;
13 ein Diagramm, das ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem Nachverbrennungsrußkoeffizienten und einer Temperatur in einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine darstellt;
14(a) ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Rate einer Wärmeabgabe und eines Kurbelwinkels darstellt;
14(b) ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Verbrennungsverhältnis und einem Kurbelwinkel darstellt;
14(c) ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Sauerstoffkonzentration und einem Kurbelwinkel darstellt;
15 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Reichweite einer Kraftstoffeinspritzung und eine Überlagerungsstrecke der Kraftstoffeinspritzung darstellt;
16 eine schematische Ansicht, die eine physikalische Überlagerung zwischen benachbarten Kraftstoffeinspritzungen innerhalb einer Verbrennungskammer demonstriert;
17 eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Reichweite einer Kraftstoffeinspritzung und einer Überlagerungsstrecke der Kraftstoffeinspritzung darstellt;
18(a) ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Rate der Wärmeabgabe und eines Kurbelwinkels darstellt;
18(b) ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Äquivalenzverhältnis einer Mischung und einem Kurbelwinkel darstellt; und
18(c) ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer ausgestoßenen Rußmenge und einem Kurbelwinkel darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bezugnehmend auf die Figuren, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile in verschiedenen Ansichten beziehen, insbesondere in 1, wird eine Rußemissionsberechnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Rußemissionsberechnungsvorrichtung, wie sie hierin bezeichnet wird, wird mit einer Dieselmaschine (d. h. eine Verbrennungskraftmaschine), die in einem Kraftfahrzeug montiert ist, verwendet, um die Rußmenge zu berechnen, die bei einer Verbrennung eines aus einem Kraftstoffinjektor in die Dieselmaschine eingespritzten Kraftstoffs erzeugt wird.
Das Fahrzeug ist, wie in 1 dargestellt, mit einer Verbrennungskraftmaschine 10, einem Controller 30 und einem Gaspedalsensor 41 ausgestattet, der einen Fahreraufwand auf ein Gaspedal (d. h. die Position des Gaspedals), das in dem Fahrzeug installiert ist, misst und ein anzeigendes Signal zu dem Controller 30 ausgibt.
Die Maschine 10 ist beispielsweise eine Vierzylinderdieselmaschine. Zur Erleichterung der Darstellung zeigt 1 lediglich einen Zylinder der Maschine 10. Die Maschine 10 ist mit einem Zylinder 11, einem Kolben 12, einer Kurbelwelle 13, einer Ansaugpassage 15, einem Turbolader 16, einer Drosselventilvorrichtung 19, einem Ansaugventil 17, einem Abgasventil 18, einer Kraftstoffpumpe 21, einer Common-Rail 22, einem Kraftstoffinjektor 24, einer Abgaspassage 25, einer EGR(Abgasrezirkulation)-Ventilvorrichtung 52, einem Drehzahlsensor 42, einem Zylinderdrucksensor 43, einem Ansaugluftdrucksensor 44, einem Ansauglufttemperatursensor 45, einem Kraftstoffdrucksensor 46, einem Luftströmungsmeter 47, einem A/F-Sensor 48 und einem Kühlmitteltemperatursensor 49 ausgestattet. Der Kolben 12 definiert eine Verbrennungskammer 14 innerhalb des Zylinders 11.
Die Ansaugpassage 15 ist mit einem Zwischenkühler 54, der Drosselventilvorrichtung 19, einem Ausgleichsbehälter 20 und einem Ansaugkrümmer 20a ausgestattet, die in dieser Reihenfolge von deren stromaufwärtigen Seite angebracht sind. Der Zwischenkühler 54 dient dazu, dass er eine aus dem Turbolader 16 zugeführte Luft kühlt. Die Drosselventilvorrichtung 19 ist mit einem Aktuator 19a ausgestattet, wie z. B. einem DC-Motor und einem Drosselventil 19b. Der Aktuator 19a dient dazu, dass er das Drosselventil 19b öffnet oder schließt. Der Ausgleichsbehälter 20 ist mit der Verbrennungskammer 14 jedes Zylinders 11 durch den Ansaugkrümmer 20a verbunden. Das Ansaugventil 17 richtet selektiv eine Kommunikation zwischen den Ansaugkrümmer 20a und der Verbrennungskammer 14 ein oder blockiert diese.
Die Kraftstoffpumpe 21 setzt den Kraftstoff unter Druck und führt ihn zu der Common-Rail 22 zu. Die Common-Rail 22 dient als Kraftstoffakkumulator, in den der Kraftstoff bei einem eingestellten Druck gespeichert wird. Der Kraftstoffinjektor 24 (auch als ein Kraftstoffinjektorventil genannt) spritzt den Kraftstoff, der von der Common-Rail 22 zugeführt wird, in die Verbrennungskammer 14 ein. Der Kraftstoffinjektor 24 umfasst einen Kopf, in den eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen vorgesehen ist, durch die der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 14 ausgestoßen wird. Jede Einspritzöffnung ist kreisförmig in deren Querschnitt.
Die Abgaspassage 25 hat darin eine Abgasemissionssteuervorrichtung 26 (auch als eine Reinigungseinheit bezeichnet) installiert, die dazu dient, dass sie schädliche oder nicht schädliche Produkte reduziert, die in den durch die Abgaspassage 25 strömenden Emissionen enthalten sind. Das Abgasventil 18 wird zum Einrichten oder Blockieren einer Verbindung zwischen der Abgaspassage 25 und der Verbrennungskammer 14 geöffnet oder geschlossen.
Der Turbolader 16 ist zwischen der Ansaugpassage 15 und der Abgaspassage 25 angeordnet. Der Turbolader 16 ist mit einem in der Ansaugpassage 15 installierten Ansaugluftkompressor 16a, einer in der Abgaspassage 25 installierten Abgasturbine 16b und einer den Ansaugluftkompressor 16a und die Abgasturbine 16b miteinander verbindenden Drehwelle 16c ausgestattet. Die Abgasturbine 16b wird durch die Energie des Abgases angetrieben, das durch die Abgaspassage 25 durchströmt, um eine Drehenergie zu erzeugen, die wiederum zu dem Ansaugluftkompressor 16a über die Drehwelle 16c übertragen wird, wodurch eine durch die Ansaugpassage 15 durchströmende Luft komprimiert wird. Der Turbolader 16 dient dazu, dass die in die Maschine 10 anzusaugende Luft komprimiert wird. Der Turbolader 16 ist mit variablen Leitblech (nicht gezeigt) ausgestattet, das zum Regulieren des Ladedrucks geöffnet oder geschlossen wird.
Die Abgaspassage 25 ist mit deren Abschnitt stromaufwärts der Abgasturbine 16b zu einem Abschnitt der Ansaugpassage 15 (d. h. der Ausgleichsbehälter 20) verbunden, der stromabwärts der Drosselventilvorrichtung 19 durch eine EGR-Passage 51 positioniert ist. Die EGR-Passage 51 ist mit einer EGR-Ventilvorrichtung 52 und einem EGR-Zwischenkühler 53 ausgestattet. Die EGR-Ventilvorrichtung 52 ist mit einem Aktuator 52a, wie z. B. einem DC-Motor, und einem EGR-Ventil 52b ausgestattet, das durch den Aktuator 52a geöffnet oder geschlossen wird. Insbesondere wird ein Anteil des Abgases (der auch als ein EGR-Gas nachstehend bezeichnet wird), das durch die Abgaspassage 25 strömt, in deren Strömungsrate durch das EGR-Ventil 52b geregelt, durch den EGR-Zwischenkühler 53 gekühlt und anschließend in die Ansaugpassage 15 angesaugt. Der Aktuator 52a dient auch als ein Sensor, um eine Öffnungsposition des EGR-Ventils 52b zu messen.
Der Drehzahlsensor 42 misst die Drehzahl NE der Maschine 10. Der Zylinderdrucksensor 43 misst einen Zylinderdruck Pcyl, der der Druck innerhalb des Zylinders 11 ist (d. h. die Verbrennungskammer 14). Der Ansaugluftdrucksensor 44 misst den Druck in dem Ausgleichsbehälter 20 (d. h. die Ansaugpassage 15). Der Ansauglufttemperatursensor 45 misst die Temperatur der Ansaugluft innerhalb des Ausgleichsbehälters 20 (d. h. die Ansaugpassage 15). Der Kraftstoffdrucksensor 46 misst den Druck des Kraftstoffs innerhalb der Common-Rail 22. Das Luftströmungsmessgerät 47 misst, wie viel Frischluft in die Ansaugpassage 15 pro Zeiteinheit fließt. Der A/F-Sensor 48 ist stromabwärts der Abgasemissionssteuervorrichtung 26 installiert und misst das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Der Kühlmitteltemperatursensor 49 misst die Temperatur THW des Kühlmittels der Maschine 10.
Die Rußemissionsberechnungsvorrichtung enthält auch den durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) implementierten Controller 30. Der Controller 30 überwacht Ausgaben von den vorstehenden Sensoren, um Betriebsweisen der Kraftstoffpumpe und des Kraftstoffinjektors 24 zu steuern, und funktioniert als Rußemissions-Berechner.
2 zeigt ein Diagramm, das ein Muster einer Einspritzung eines Kraftstoffs darstellt. Wir berücksichtigen die Einspritzung des Kraftstoffs auf einer Steueroberfläche (d. h. ein Längsquerschnitt der Einspritzung des Kraftstoffs), wie durch eine gestrichelte Linie angezeigt.
Wenn er aus jeder der Einspritzöffnungen 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßen wird, verändert sich der Kraftstoff normalerweise in einer Kraftstoffeinspritzung, die aus winzigen flüssigen Tropfen besteht, die im Wesentlichen eine dreieckige Form im Querschnitt in x-Richtung aufweisen, wie in 2 dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzung führt in Einspritzrichtung (d. h. die x-Richtung 2), während sie die Luft in der Verbrennungskammer 14 einnimmt. Bei einer Region A, bei der flüssige Tropfen der Kraftstoffeinspritzung vorhanden sind, wird eine Mischung eines Gases (d. h. Luft und das EGR-Gas) und eines Kraftstoffes erzeugt. Die Region A ist eine Kegelform und wird auch nachstehend als eine kraftstoffeingespritzte Region bezeichnet.
Die Geschwindigkeit der winzigen Tropfen des Kraftstoffs verringert sich normalerweise aufgrund des Luftwiderstands von einer Anfangsgeschwindigkeit bei einem Querschnitt S0 eines Auslasses der Einspritzöffnung 24a. Der kinetische Impuls des Kraftstoffs bei dem Querschnitt S0 des Auslasses der Einspritzöffnung 24a wird zu der der Mischung innerhalb der kraftstoffeingespritzten Region A verändert. Mit anderen Worten, der Impuls des aus der Einspritzöffnung 24a abgegebenen Kraftstoffs wird als der der Mischung innerhalb der kraftstoffeingespritzten Region A erhalten. Insbesondere wird der Impuls des durch den Querschnitt S0 der Einspritzöffnung 24a durchgehende Kraftstoffs gleich zu der durch die Sollfläche S1 durchgehende Mischung, die bei einer vorgegebenen Strecke x(t) entfernt von der Einspritzöffnung 24a in Einspritzöffnung definiert ist. x(t) zeigt die Strecke von dem Auslass der Einspritzöffnung 24a in Richtung x zu der von der Zeit 0 verstrichenen Zeit t an, wenn der Kraftstoff den Querschnitt S0 des Auslasses der Einspritzöffnung 24a erreicht. Der Querschnitt S0 wird nachstehend auch als ein Auslassquerschnitt bezeichnet.
3 ist ein Flussdiagram einer Sequenz von logischen Schritten oder eines Programms, um mathematisch die aus der Maschine 10 ausgestoßene Rußmenge zu bestimmen. Dieses Programm wird in einem Speicher des Controllers 30 gespeichert und durch eine CPU des Controllers 30 zu jeder Einspritzung des Kraftstoffs in die Maschine 10 ausgeführt.
Nach Eintritt des Programms schreitet die Routine zu Schritt S11, wobei der Einspritzdruck Pc, bei dem Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßen wird, eine Einspritzmenge Q, durch die der Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor 24 gespritzt wird, und ein Einspritzzeitpunkt θ_inj als eine Funktion von Betriebsbedingungen der Maschine 10 bestimmt werden. Insbesondere überwacht der Controller 30 die Position des Gaspedals, die durch den Gaspedalsensor 41 erfasst wird, und die Drehzahl NE der Maschine 10, die durch den Drehzahlsensor 42 erfasst wird, um den Einspritzdruck Pc, die Einspritzmenge Q und den Einspritzzeitpunkt θ_inj durch Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfelds zu bestimmen. Der Einspritzzeitpunkt θ_inj wird bezüglich eins Kurbelwinkels θ (d. h. die Position der Kurbelwelle 13 der Maschine 10) vorgesehen.
Der Controller 30 betätigt die Kraftstoffpumpe 21, um den Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 22 in Übereinstimmung mit einem Solldruck (d. h. dem Einspritzdruck Pc) zu bringen. Der Controller 30 überwacht beispielsweise den Druck in der Common-Rail 22, der durch den Kraftstoffdrucksensor 46 gemessen wird, und steuert den Betrieb der Kraftstoffpumpe 21 in einem Regelungsmodus.
Die Routine schreitet zu Schritt S12, wobei, wenn der Einspritzzeitpunkt θ_inj erreicht wird, der Controller 30 den Kraftstoffinjektor 24 öffnet, um die Einspritzmenge Q des Kraftstoffs einzuspritzen.
Anschließend schreitet die Routine zu Schritt S13, wobei der Zylinderdruck Pcyl(θ), der durch den Zylinderdrucksensor 43 gemessen wird, bezüglich des Kurbelwinkels θ für eine Periode einer Zeit zwischen dem Start der Einspritzung des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor 24 in die Maschine 10 und dem Abschluss der Verbrennung des Kraftstoffs in der Maschine 10 überwacht. Insbesondere tastet der Controller 30 die Ausgabe aus dem Zylinderdrucksensor 43 zyklisch bei einem Intervall einer gegebenen Einheit des Kurbelwinkels θ ab, um den Zylinderdruck Pcyl(θ) jeder Einheit des Kurbelwinkels θ zu bestimmen.
Die Routine schreitet zu Schritt S14 fort, wobei die Gasdichte ρa innerhalb des Zylinders 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) bei dem Einspritzzeitpunkt bestimmt wird. Mathematisch
wobei P_im der Druck [kpa] in dem Ansaugkrümmer 20a (d. h. dem Ausgleichsbehälter 20) ist, R eine Gaskonstante [J/K/mol] ist, Tim die Gastemperatur [deg.] in dem Ansaugkrümmer 20a ist, M_air das Molekulargewicht [g/mol] der Luft ist, V₀ das Volumen des Zylinders 11 (d. h. der Verbrennungskammer 14) zum Ende des Ansaughubs der Maschine 10 ist, d. h. wenn das Ansaugventil 17 vollständig geschlossen ist, und V₁ das Volumen das des Zylinders 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) zu dem Einspritzzeitpunkt θ_inj ist. Der Druck P_im wird durch den Drucksensor 44 gemessen. Die Gastemperatur Tim wird durch den Ansauglufttemperatursensor 45 gemessen. Das Volumen V₀ wird basierend auf ausgelegten Abmessungen des Zylinders 11 und den Zeitpunkt berechnet, wenn das Ansaugventil 17 geschlossen wird. Das Volumen V₁ wird basierend auf den ausgestalteten Abmessungen der Zylinder 11 und dem Einspritzzeitpunkt θ_inj berechnet. Bei dem Fall, bei dem das EGR-Gas rezirkuliert wird, kann das Gasgewicht innerhalb der Verbrennungskammer 14, das eine Zusammensetzung des Gases unter Berücksichtigung betrachtet, anstelle des Molekulargewichts der Luft verwendet werden.
Die Routine schreitet zu Schritt S15 fort, wobei die Konzentration des Sauerstoffs C_o2im innerhalb des Ansaugkrümmers 20a berechnet wird. Die Sauerstoffkonzentration C_o2im wird mathematisch angegeben durch
wobei C_O2ir die Konzentration an Sauerstoff in der Luft [Gewichts-%] ist, C_O2ex die Konzentration des Sauerstoffs in den Abgasen aus der Maschine 10 ist, M_maf die Luftmenge [g/s] ist, M_egr die Menge an EGR-Gas [g/s] ist. Die Sauerstoffkonzentration C_O2ex der Abgasemissionen wird aus einer Ausgabe des A/F-Sensors 48 erlangt. Die Menge an Luft M_maf wird durch das Luftströmungsmessgerät 47 gemessen. Die Menge an EGR-Gas M_egr wird als eine Funktion der Position des EGR-Ventils 52b und eines Unterschieds des Drucks zwischen der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite des EGR-Ventils 52b berechnet. Die Messung der Konzentration des Sauerstoffs C_o2im innerhalb des Ansaugkrümmers 20a kann alternativ durch Installieren eines Sauerstoffsensors in dem Ansaugkrümmer 20a und Messen der Konzentration des Sauerstoffs in dem durch den Ansaugkrümmer 20a durchströmenden Gas erreicht, werden.
Die Routine schreitet zu Schritt S16 fort, wobei der Einspritzwinkel θ₀ bestimmt wird. Insbesondere wird der Einspritzwinkel θ₀ durch Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfelds, wie in 4 dargestellt, basierend auf dem Einspritzdruck Pc und der Gasdichte ρ_a berechnet. Das Kennfeld von 4 stellt eine experimentell erlangte Beziehung unter dem Einspritzdruck Pc, der Gasdichte ρ_a und dem Einspritzwinkel θ₀ dar. Das Kennfeld zeigt, dass der Einspritzwinkel θ₀ (d. h. ein Winkel, wie in 2 zu sehen ist, bei dem sich die Einspritzung des Kraftstoffs von der Einspritzöffnung 24a verbreitet) mit einer Erhöhung des Einspritzdrucks Pc (d. h. ein mittlerer Impuls des aus der Einspritzöffnung 24a ausgestoßenen Kraftstoffs) der mittlere Impuls des Kraftstoffs ein Mittel des Impulses des Kraftstoffs über einen Querschnitt der Einspritzung des Kraftstoffs ist (d. h. die Sollfläche S1). Der Controller 30 dient als erster Einspritzwinkelkorrektor zum Korrigieren des Einspritzwinkels θ₀, so dass er mit einer Erhöhung des Einspritzdrucks Pc erhöht wird. Der Grad, zu dem der aus der Einspritzöffnung 24a ausgestoßene Kraftstoff das Gas (d. h. Luft) innerhalb der Verbrennungskammer 14 trifft, so dass es zerstreut wird, nimmt normalerweise mit einer Erhöhung der Gasdichte ρ_a (d. h. die Dichte der Luft) zu. Der Controller 30 dient auch als ein zweiter Einspritzwinkelkorrektor zum Korrigieren des Einspritzwinkels θ₀, so dass er mit einer Erhöhung der Gasdichte ρ_a erhöht wird.
Die Routine schreitet zu Schritt S17 fort, wobei eine anfängliche Einspritzgeschwindigkeit v₀ und eine erreichende Winkelverzögerung θ_dly bestimmt werden. Die erreichende Winkelverzögerung θ_dly ist, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird, der Kurbelwinkel θ, der durch die Kurbelwelle 13 gedreht wird, bis die anfängliche Einspritzgeschwindigkeit v₀ erreicht wird. Insbesondere wird die anfängliche Einspritzgeschwindigkeit v₀, die die Geschwindigkeit des Kraftstoffs bei dem Auslassquerschnitt S0 der Einspritzöffnung 24a des Kraftstoffinjektors 24 ist, entsprechend der nachstehenden Gleichung 3 bestimmt.
wobei c der Koeffizient der Kontraktion einer Einspritzung des Kraftstoffs ist, Pc der Einspritzdruck ist, P_cyl(θ_inj) der Druck [kPa] in dem Zylinder 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) zu dem Einspritzdruck θ_inj ist und ρf die Dichte des Kraftstoffs [mg/mm³] ist. Der Koeffizient c der Kontraktion wird unter Verwendung eines Kennfelds in 5 berechnet. Das Kennfeld von 5 stellt eine experimentell erlangte Beziehung zwischen dem Kontraktionskoeffizienten c und dem Einspritzdruck Pc dar. Das Kennfeld zeigt, dass sich der Kontraktionskoeffizient c mit einer Erhöhung des Einspritzdrucks Pc verringert. Der Druck P_cyl(θ_inj) wird durch den Zylinderdrucksensor 43 gemessen.
6(a) und 6(b) sind Zeitdiagramme, die eine Beziehung zwischen dem Impuls der Kraftstoffeinspritzung und einem Überholen von Kraftstofftropfen durch andere Kraftstofftropfen darstellt. 6(a) zeigt, dass der Impuls (d. h. die anfängliche Einspritzgeschwindigkeit v₀) des aus der Einspritzöffnung 24a eingespritzten Kraftstoffs der geringste beim Start des Einspritzens ist, mit einer Erhöhung der verstrichenen Zeit t von dem Start des Einspritzens sich erhöht, konstant wird und anschließend allmählich sich verringert. Normalerweise hängt eine Reichweite x eines Tropfens eines Kraftstoffs bezüglich der verstrichenen Zeit t von dem Start der Einspritzung eines Kraftstoffs, wie in 6(b) von dem Impuls (d. h. der anfänglichen Einspritzgeschwindigkeit v₀) des Kraftstofftropfens ab, wenn er aus der Einspritzöffnung 24a ausgestoßen wird. Die Reichweite x ist eine Strecke, die die Kraftstoffeinspritzung (d. h. jeder Tropfen eines eingespritzten Kraftstoffs) von der Einspritzöffnung 24a (d. h. der Auslassquerschnitt S0) führen soll. Beispielsweise sind Kraftstofftropfen mit Impulsen bei den Punkten B und C in 6(a) (genau genommen, zwei Gruppen an Kraftstofftropfen, die an Querschnitten einer Kraftstoffeinspritzung bei Betrachtung senkrecht zur Ebene von 2 bei den Punkten B und C als Funktion der Zeit liegen, die von dem Start der Einspritzung des Kraftstoffs verstreicht), wie in 6(b) demonstriert, verschieden in der Reichweite x zueinander. Dies kann verursachen, dass ein Kraftstofftropfen, der mit einer geringen Geschwindigkeit (z. B. bei dem Punkt B) ausgestoßen wird, von einem anderen Kraftstofftropfen überholt wird, der anschließend mit einer höheren Geschwindigkeit (z. B. bei dem Punkt C) ausgestoßen wurde.
Der Wert der anfänglichen Einspritzgeschwindigkeit V₀ (d. h. eine repräsentative Geschwindigkeit), wie entsprechend Gleichung (2) berechnet, ist tatsächlich eine anfängliche Geschwindigkeit eines Abschnitts der Kraftstoffeinspritzung (d. h. eine Gruppe von Tropfen der Kraftstoffeinspritzung, die auf einem Querschnitt der Kraftstoffeinspritzung bei Betrachtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 2 liegen), die aus der Einspritzöffnung 24a nach einem Verstreichen einer erreichten Zeitverzögerung tdly ausgegeben wird, die eine Zeit zwischen dem Start der Einspritzung des Kraftstoffs und bis ein Anteil des Kraftstoffs mit dem Impuls zum Punkt C aus der Einspritzöffnung 24a ausgegeben ist (d. h. ein Zeitintervall zwischen den Punkten A und B in 6(a), d. h. zwischen den Startpunkten von den Linien A und C in 6(b)). Daher wird eine Reichweite X eines Tropfens (d. h. eines Anteils) des Kraftstoffs, der als eine Funktion einer anfänglichen Einspritzgeschwindigkeit V₀ zu dem Punkt C berechnet wird, die Größte unter den Tropfen (d. h. aller Anteile) einer Kraftstoffeinspritzung. Die Eigenschaft von 6(a) kann experimentell als eine Beziehung zu dem Einspritzdruck Pc und der Einspritzmenge q erlangt werden. Dies ermöglicht, dass der Wert der anfänglichen Einspritzgeschwindigkeit V₀ bei gegebenen Zeitintervallen (oder einem Intervall einer gegebenen Einheit des Kurbelwinkels θ) berechnet wird, aber nicht mit dem vorstehenden einzelnen repräsentativen Wert. Insbesondere können die Größten der Werte der Reichweite x, die basierend auf den Werten der anfänglichen Einspritzgeschwindigkeit V₀, die bei den vorgegebenen Zeitintervallen berechnet wird, berechnet werden, als ein repräsentativer Wert des erreichten Abstands x einer Kraftstoffeinspritzung verwendet werden. Mit anderen Worten, die größten Werte des erreichten Abstands x aller Anteile (z. B. Tropfen) einer aus der Kraftstoffeinspritzung 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßenen Kraftstoffeinspritzung in einer vorgegebenen Einspritzperiode, die in einer Zeitsequenz basierend auf den sequenziell berechneten Werten der anfänglichen Einspritzgeschwindigkeit V₀ der Abschnitte der Kraftstoffeinspritzung berechnet wird, werden als der erreichte Abstand x der Kraftstoffeinspritzung bestimmt.
Die erreichte Winkelverzögerung θ_dly wird bestimmt, die, wie vorstehend beschrieben, der Kurbelwinkel θ ist, bei dem sich die Kurbelwelle 13 von dem Start der Einspritzung eines Kraftstoffs bis die anfängliche Einspritzgeschwindigkeit v₀ erreicht ist dreht. Die erreichte Winkelverzögerung θ_dly entspricht einer Veränderung des Kurbelwinkels θ für die erreichende Zeitverzögerung t_dly und dadurch kann sie ausgedrückt werden durch θ_dly = t_dly·( 60 / NE1 / 360) (4) wobei tdly die erreichende Zeitverzögerung ist, die experimentell vorbestimmt wird, und NE die Drehzahl der Maschine 10 ist, die durch den Drehzahlsensor 42 gemessen wird.
Die Routine schreitet zu Schritt S18 fort, wobei die verfügbare Gasmenge M_ent für eine der aus der Mehrzahl der Einspritzöffnungen 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßenen Kraftstoffeinspritzungen in der nachstehenden Art und Weise bestimmt. Insbesondere wird ein Impuls M_sp des pro Zeiteinheit aus der Einspritzöffnung 24a des Kraftstoffinjektors 24 eingespritzten Kraftstoffs berechnet durch M_sp = ρ_fπ( d / 2)v₀ ² (5) wobei ρf die Dichte des Kraftstoffs ist, d der Durchmesser der Einspritzöffnung 24a ist und v₀ die Anfangsgeschwindigkeit v₀ ist, die in Schritt S17 erlangt wird.
Als Nächstes wird durch Nachschlagen unter Verwendung des Kennfelds von 7 eine verfügbare Gasmenge m_ent, die die Gasmenge ist, die pro Zeiteinheit für ein Verbrennen des pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffs verfügbar ist, bestimmt. Normalerweise je größer der Impuls M_{sp_} an Kraftstoff ist, desto größer ist die Gasmenge, die in der Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit genommen wird, was zu einer Erhöhung der verfügbaren Gasmenge m_ent pro Zeiteinheit führt. Die Beziehung zwischen dem Impuls M_sp und der verfügbaren Menge m_ent pro Zeiteinheit in 7 kann experimentell erlangt werden.
Der Controller 30 dient als Gasmengen-Berechner zum Multiplizieren der Gasmenge m_ent pro Zeiteinheit durch eine Einspritzperiode τ_inj zum Bestimmen der verfügbaren Gasmenge M_ent für eine Kraftstoffeinspritzung. Die Einspritzperiode τ_inj wird ausgedrückt durch
wobei Q die Einspritzmenge ist, die bei Schritt S11 erlangt wird, n_h die Anzahl der Einspritzöffnungen 24a des Kraftstoffinjektors 24 ist, ρf die Dichte des Kraftstoffs ist, d der Durchmesser der Kraftstoffeinspritzung 24a ist und v₀ die anfängliche Geschwindigkeit v₀ ist, die bei Schritt S17 erlangt wird.
Die verfügbare Gasmenge M_ent für eine Kraftstoffeinspritzung umfasst eine obere Grenze (die auch als eine verfügbare Gasvolumengrenze bezeichnet wird), die von einer Gesamtmenge an Gas M_cyl abhängt, die in dem Zylinder 11 angesaugt wird (d. h. die Verbrennungskammer 14) und der Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen (d. h. die Anzahl der Einspritzöffnungen 24a). 8 ist eine schematische Ansicht, die die verfügbare Gasvolumengrenze darstellt. Bei dem dargestellten Beispiel wird Kraftstoff radial von den Einspritzöffnungen 24a des Kraftstoffinjektors 24 zum Erzeugen von Kraftstoffeinspritzungen fj1, fj2 und fj3 ausgestoßen, die bei gleichen Abständen entfernt voneinander in Umfangsrichtung des Kraftstoffinjektors 24 angeordnet sind. Jede der Kraftstoffeinspritzungen fj1, fj2 und fj3 nimmt ein in eine Kraftstoffeinspritzrichtung strömendes Gas ein und auch ein umgebendes Gas ein, das durch Pfeile angezeigt wird. Jede der benachbarten zwei der Kraftstoffeinspritzungen fj1, fj2 und fj3 umfasst daher eine Gasmenge, die innerhalb eines Bereichs vorhanden ist, der durch eine gestrichelte Linie bezeichnet wird, die durch eine Grenze zwischen den benachbarten zwei als die obere Grenze der verfügbaren Gasmenge definiert ist. Insbesondere wird die verfügbare Gasvolumengrenze durch Teilen der Gesamtmenge an Gas M_cyl, die in den Zylinder 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) angesaugt wird, durch die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen nh angegeben. Die Gesamtmenge an Gas M_cyl wird ausgedrückt durch
wobei m_maf die Gasmenge [g/s] ist, m_egr die Menge an EGR-Gas [g/s] ist, n_inj die Anzahl der Einspritzungen an Kraftstoff pro Umdrehung der Maschine 10 ist und NE die Drehzahl der Maschine 10 [rpm] ist. Die Menge an Luft m_maf wird durch das Luftströmungsmessgerät 47 gemessen. Die Menge an EGR-Gas M_egr wird als eine Funktion der Position des EGR-Ventils 52b und einer Differenz des Drucks zwischen der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite des EGR-Ventils 52b berechnet. Die Drehzahl NE der Maschine 10 wird durch den Drehzahlsensor 42 gemessen. Die verfügbare Gasmenge M_ent wird daher ausgedrückt durch
Anschließend schreitet die Routine zu Schritt S19, wobei die Rußmenge Soot entsprechend einer Sequenz von logischen Schritten oder eines Rußemissionsberechnungsprogramms, wie in 9 dargestellt, bestimmt wird. Dieses Programm wird durch die ECU 30 ausgeführt.
Zunächst wird in Schritt S21 ein anfänglicher Wert des Kurbelwinkels θ auf den Einspritzzeitpunkt θ_inj eingestellt. Ein anfänglicher Wert der Rußmenge Soot wird auf null eingestellt. Diese Sauerstoffkonzentration C_o2sp des Gases, die bei der Kraftstoffeinspritzung eingenommen wird, wird auf die Sauerstoffkonzentration C_o2im innerhalb des Ansaugkrümmers 20a eingestellt, wie in Schritt S15 von 3 berechnet. Ein anfänglicher Wert der Sauerstoffmenge M_o2, die für ein Verbrennen der Kraftstoffeinspritzung verfügbar ist, wird durch Multiplizieren der verfügbaren Gasmenge M_ent für eine Kraftstoffeinspritzung, die in Schritt S18 von 3 erlangt wird, durch den anfänglichen Wert der Sauerstoffkonzentration C_o2sp bestimmt.
Die Routine schreitet zu Schritt S22 fort, wobei bestimmt wird, ob der gegenwärtige Wert des Kurbelwinkels θ größer ist als ein Endkurbelwinkel θ_end, der ein Wert des Kurbelwinkels θ ist, bei dem die Berechnung der Rußmenge Soot beendet werden soll. Das Intervall zwischen dem Start der Berechnung der Rußmenge Soot und dem Endkurbelwinkel θ_end wird derart eingestellt, dass es ein Intervall zwischen dem Start des Einspritzens eines Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor 24 bis zu dem Abschluss der Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs in der Maschine 10 enthält. Falls eine NEIN-Antwort erlangt wird, bedeutet dies, dass der gegenwärtige Wert des Kurbelwinkels θ nicht größer ist als der Endkurbelwinkel θ_end, und anschließend schreitet die Routine zu Schritt S23 fort, wobei eine Rate einer Wärmeabgabe ROHR(θ) und eine Zylindergastemperatur T(θ) bezüglich des Kurbelwinkels θ bestimmt werden.
Insbesondere wird die Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) bezüglich des Kurbelwinkels θ entsprechend der nachstehenden Gleichung (9) ausgedrückt, die gemäß der thermodynamischen Gleichung und der Gaszustandsgleichung erlangt wird.
wobei Cv eine molare spezifische Wärme eines konstanten Volumens [J/mol/K] ist, R eine Gaskonstante ist, V(θ) das Volumen des Zylinders 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) bezüglich des Kurbelwinkels θ ist und Pcyl(θ) der Druck des Zylinders 11 ist, der bezüglich des Kurbelwinkels θ in Schritt S13 von 3 erlangt wird. Es ist zu beachten, dass V(θ) ein Konstruktionswert des Volumens der Verbrennungskammer 14 ist, der als eine Funktion des Kurbelwinkels θ erlangt wird. „d" drückt eine winzige Veränderung der entsprechenden Parameter aus.
Die Zylindergastemperatur T(θ) wird gemäß einer nachstehenden Gleichung (10) berechnet, die durch Anwenden der Gaszustandsgleichung auf das Gas innerhalb des Zylinders 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) erlangt wird.
wobei P_cyl(θ) der Druck des Zylinders 11 ist, der in Schritt S13 von 3 erlangt wird, V(θ) das Volumen des Zylinders 11 (d. h. das Volumen der Verbrennungskammer 14) bezüglich des Kurbelwinkels (θ) ist, M_cyl die Gesamtmenge an Gas ist, die in dem Zylinder 11 angesaugt wird, die gemäß Gleichung (7) erlangt wird, und M_air das molekulare Gewicht der Luft ist. Bei der Berechnung der Zylindergastemperatur T(θ) wird das molekulare Gewicht des Gases in der Verbrennungskammer 14 durch das molekulare Gewicht der Luft angenähert, allerdings kann das molekulare Gewicht des Gases innerhalb der Verbrennungskammer 14, das Zusammensetzungen des Gases berücksichtigt, verwendet werden, anstelle des Molekulargewichts an Luft bei dem Fall, bei dem das EGR-Gas rezirkuliert wird.
Die Routine schreitet anschließend zu Schritt S24 fort, wobei die Sauerstoffkonzentration C_o2sp des Gases, das in die Kraftstoffeinspritzung angesaugt wird, basierend auf der Menge an Sauerstoff (O₂) korrigiert wird, die bei der Verbrennung des Kraftstoffs verwendet wird. Insbesondere wird die Sauerstoffmenge M_o2, die für eine Verbrennung der Kraftstoffeinspritzung verfügbar ist, gemäß einer nachstehenden Gleichung aktualisiert. M_o2 = M_o2 – k·ROHR(θ)·Δθ (11) wobei ROHR(θ) die Rate der Wärmeabgabe ist, die in Schritt S24 erlangt wird, k ein Koeffizient zum Konvertieren der Rate der Wärmeabgaberate ROHR(θ) in eine verwendete Menge an Sauerstoff ist, Δθ eine Veränderung des Kurbelwinkels θ zwischen einem früheren Programmausführungszyklus (n – 1) und dem gegenwärtigen Programmausführungszyklus (n) ist. Je mehr die Menge an Kraftstoff verbrennt, desto größer ist die Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ). Mit anderen Worten, die Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) korreliert mit der Menge des zu verbrennenden Kraftstoffs. Je größer die Menge an zu verbrennenden Kraftstoff ist, desto größer ist die Menge an Sauerstoff, die bei der Verbrennung des Kraftstoffs konsumiert wird. Die Sauerstoffmenge M_o2, die für eine Verbrennung der Kraftstoffeinspritzung verfügbar ist, wird daher mit einer Erhöhung der Menge des zu verbrennenden Kraftstoffs verringert.
Der aktualisierte Wert der Sauerstoffmenge M_o2 wird in eine nachstehende Gleichung (12) substituiert, um die Sauerstoffkonzentration C_o2sp des Gases zu berechnen.
Mit anderen Worten die Sauerstoffkonzentration C_o2sp wird derart bestimmt, dass sie als eine Funktion des berechneten Werts der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) verringert wird.
wobei M_ent die verfügbare Gasmenge für eine Kraftstoffeinspritzung ist, die in Schritt S18 von 3 erlangt wird.
14(a), 14(b) und 14(c) sind Diagramme, die die Rate der Wärmeabgabe ROHR, ein Verbrennungsverhältnis (das ein Prozentsatz eines unmittelbaren Werts der Rate der Wärmeabgabe ROHR zu einer Gesamtmenge der Rate der Wärmeabgabe ROHR (d. h. ein integrierter Wert der Kurve in 14(a) als 100 definiert wird), und der Konzentration von O₂, die in die Kraftstoffeinspritzung angesaugt wird (d. h. die Sauerstoffkonzentration C_o2sp des Gases) bezüglich des Kurbelwinkels θ, darstellen. 14(a) zeigt, dass die Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) von dem Start der Verbrennung des Kraftstoffs sich erhöht und anschließend zu dem Ende der Verbrennung des Kraftstoffs verringert. Dies bewirkt, dass sich das Verbrennungsverhältnis, das hinsichtlich des Prozentsatzes ausgedrückt wird, wie in 14(b) verändert. Die Sauerstoffkonzentration C_o2sp des Gases, das in die Kraftstoffeinspritzung gesaugt wird, wie in 14(c) ersichtlich ist, verringert den nachstehenden Verbrauch des Sauerstoffs bei der Verbrennung von Kraftstoff. Das Gas um die Kraftstoffeinspritzung wird normalerweise bei einer Verbrennung des Kraftstoffs konsumiert, so dass die Sauerstoffkonzentration C_o2sp des Gases geringer als die Konzentration des Sauerstoffs innerhalb des Abgaskrümmers sein wird.
Die Routine schreitet anschließend zu Schritt S25 fort, wobei die Reichweite x(θ) der Kraftstoffeinspritzung und das Äquivalenzverhältnis φ(θ) einer Mischung des Kraftstoffs und des Gases innerhalb der Verbrennungskammer 14 als eine Funktion des Kurbelwinkels θ bestimmt werden.
Insbesondere wird, wenn der Impuls des Kraftstoffs, der durch den Auslassquerschnitt S0, wie in 2 dargestellt, durchströmt, gleich zu dem der Mischung sein, die durch die Sollfläche S1 durchströmt, die bei dem Abstand x(t) von der Einspritzöffnung 24a positioniert ist, wobei die nachstehende Gleichung 13 erfüllt wird. Bei Gleichung 13 wird der Impuls des Kraftstoffs auf die Sollfläche S1 ignoriert, wenn die Masse des Kraftstoffs, die durch die Sollfläche S1 durchströmt, kleiner ist als die der Luft, die durch die Sollfläche S1 strömt. ρ_fπ( d / 2)v₀ ² = ρ_aπ(x(t)·tanθ₀)²w(t)² (13) wobei ρ_f die Dichte des Kraftstoffs ist, d der Durchmesser der Einspritzöffnung 24a ist, v₀ die anfängliche Einspritzgeschwindigkeit ist, die in Schritt S17 von 3 berechnet wird, ρ_a die Gasdichte innerhalb des Zylinders 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) ist, die in Schritt S14 von 3 berechnet wird, θ₀ der Einspritzwinkel ist, der bei Schritt S16 von 3 berechnet wird und w(t) die Geschwindigkeit des Kraftstoffs an der Sollfläche S1 ist. Durch Umschreiben der Gleichung 13 wird die nachstehende Gleichung 14 erlangt, die die Geschwindigkeit w(t) darstellt.
Da w(t) = dx/dt, wird die Reichweite x(t) der Kraftstoffeinspritzung (d. h. ein Kraftstofftropfen) bezüglich der verstrichenen Zeit t gemäß der nachstehenden Gleichung 15 ausgedrückt, die durch Integrieren und Umschreiben von Gleichung 14 erlangt wird.
Die verstrichene Zeit t wird, da der Kraftstoffinjektor 24 eine Einspritzung des Kraftstoffs bezüglich des Kurbelwinkels θ in Gleichung 15 beginnt, gemäß der nachstehenden Gleichung 16 berechnet. t = max( 60 / NE1 / 360·(θ – θ_inj – θ_dly), 0) (16) wobei NE die Drehzahl der Maschine 10 als eine Funktion des Kurbelwinkels θ ist, θ eine Winkelposition des Kurbelwinkels 13 (d. h. der Kurbelwinkel) ist, θ_inj der Einspritzzeitpunkt ist, der in Schritt S11 von 3 eingestellt wird, und θ_dly die erreichende Winkelverzögerung ist, die in Schritt S17 von 3 erlangt wird. Die Drehzahl NE der Maschine 10 wird durch den Drehzahlsensor 42 gemessen. Die anfängliche Einspritzgeschwindigkeit v₀ wird nach einem Verstreichen der erreichenden Winkelverzögerung θ_dly, wie vorstehend beschrieben, als Darstellen des Werts der anfänglichen Einspritzgeschwindigkeit v₀ der gesamten der ganzen Kraftstofftropfen (d. h. eine Kraftstoffeinspritzung) verwendet. Eine tatsächliche verstrichene Zeit eines Kraftstofftropfens, der die vorstehende anfängliche Einspritzgeschwindigkeit v₀ ist, die daher kürzer als die vorstehende verstrichene Zeit t durch die erreichende Winkelverzögerung θ_dly ist. Der Größte eines berechneten Werts (d. h. eine Lösung der linken Handformel innerhalb einer Klammer in Gleichung 16) und 0 sind als die verstrichene Zeit t in der Gleichung 16 definiert, damit die verstrichene Zeit t nicht ein negativer Wert wird.
Durch Substituieren von Gleichung 16 in Gleichung 15 wird Gleichung 17 erlangt, wie nachstehend beschrieben, die die Reichweite x(θ) einer Einspritzung bezüglich des Kurbelwinkels θ ist.
wobei jedes Symbol in Gleichung 17 eine identische physikalische Bedeutung mit der von den Gleichungen 13 und 16 aufweist.
Die Reichweite x(θ) einer Kraftstoffeinspritzung bezüglich des Kurbelwinkels θ wird gemäß Gleichung 17 erlangt. Insbesondere dient der Controller 30 als ein Reichweiten-Berechner zum zyklischen Bestimmen von Werten der Reichweite x(θ) über einen Berechnungsbereich (θ_inj zu θ_end) des Kurbelwinkels θ zwischen dem Einspritzzeitpunkt θ_inj (d. h. der Start der Einspritzung des Kraftstoffs) und dem Abschluss der Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs in der Maschine 10.
Bei dem Modell der Einspritzung des Kraftstoffs, wie in 2 dargestellt, ist der durch den Auslassquerschnitt S0 durchströmende Kraftstoff identisch in der Strömungsrate mit dem, der durch die Sollfläche S1 durchströmt. Das Äquivalenzverhältnis φ(t) zwischen dem Kraftstoff und dem Sauerstoff über die Sollfläche S1 wird daher durch die nachstehende Gleichung 18 ausgedrückt. Die Berechnung des Äquivalenzverhältnisses φ(t) wird durch einen Mischverhältnis-Berechner ausgeführt, der durch den Controller 30 implementiert wird.
wobei φ_th ein stöchiometrisches Äquivalenzverhältnis (d. h. ein Kehrwert eines Sauerstoffüberschussverhältnisses) ist, C_o2sp die Sauerstoffkonzentration des in die Kraftstoffeinspritzung angesaugten Gases ist, die in Schritt S24 erlangt wird, und andere Symbole weisen eine identische physikalische Bedeutung mit jenen in den Gleichungen 13 und 16 auf. Die verstrichene Zeit t, die in Gleichung 16 erlangt wird, wird in Gleichung 18 substituiert, um das Äquivalenzverhältnis φ(θ) bezüglich des Kurbelwinkels θ zu bestimmen.
Die Routine schreitet zu Schritt S26 fort, wobei die erzeugte Rußmenge ΔSootP und die nachverbrannte Rußmenge ΔSootM zyklisch in Einheiten einer vorgegebenen Veränderung des Kurbelwinkels θ gemäß den nachstehenden Gleichungen 19 und 20 bestimmt werden. ΔSootP = f(ϕ)·ROHR(θ)·Δθ (19) ΔSootM= g(ϕ)·ROHR(θ)·Δθ·h(T) (20) wobei f(φ) ein angegebener Rußproduktionskoeffizient für das Äquivalenzverhältnis φ(θ) ist, das ausführlich nachstehend beschrieben wird, ROHR(θ) die Rate der Wärmeabgabe ist, die bei Schritt S23 berechnet wird, Δθ eine Veränderung des Kurbelwinkels θ ist, g(φ) ein angegebener Nachverbrennungsrußkoeffizient für das Äquivalenzverhältnis φ(θ) ist, das nachstehend ausführlich beschrieben wird, T die Temperatur des Gases in dem Zylinder 11 ist, die in Schritt S23 erlangt wird und h(T) ein angegebener Nachverbrennungsrußkoeffizient für die Temperatur T des Gases in dem Zylinder 11 ist.
Normalerweise, je größer das Äquivalenzverhältnis φ(θ) der Mischung relativ zu dem Sauerstoff ist, desto größer ist die Menge an Kraftstoff relativ zu der Menge an Sauerstoff, wodurch die Verringerung ermöglicht wird, mit der Ruß erzeugt wird, wenn Kraftstoff verbrennt wird. Daher wird der Rußproduktionskoeffizient f(φ) größer, wie in 1 demonstriert ist, als das Äquivalenzverhältnis φ(θ) eingestellt, das fetter oder größer wird. Die Beziehung zwischen dem Rußproduktionskoeffizienten f(φ) und dem Äquivalenzverhältnis φ(θ) kann experimentell erlangt werden.
Eine Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) bedeutet, dass eine größere Menge an Kraftstoff verbrennt wird, was zu einer Erhöhung der ausgestoßenen Rußmenge führt. Der Controller 30 dient dadurch als ein ausgestoßener Mengen-Berechner, um die Rußmenge ΔSootP zu bestimmen, und um mit einer Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) größer wird. Insbesondere dient der Controller 30 als ein erzeugte-Rußmenge-Berechner zum Bestimmen der Rußmenge ΔSootP, um eine Proportion zu der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) zu erhöhen.
Zudem, je kleiner das Äquivalenzverhältnis φ(θ) der Mischung relativ zu dem Sauerstoff ist, desto größer ist die Menge an Sauerstoff relativ zu der Menge des Kraftstoffs, wodurch die Verringerung ermöglicht wird, mit der der Ruß nachverbrannt wird. Daher wird der Nachverbrennungsrußkoeffizient g(φ), wie in 12 demonstriert, größer als das Äquivalenzverhältnis φ(θ) eingestellt, das mager oder kleiner wird. Die Beziehung zwischen dem Nachverbrennungskoeffizient g(φ) und dem Äquivalenzverhältnis φ(θ) kann experimentell erlangt werden. Darüber hinaus ermöglicht eine Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) aus der Verbrennung des Kraftstoffs die Verringerung, mit der der Ruß durch die durch die Verbrennung des Kraftstoffs erzeugte Wärme nachverbrannt wird. Der Controller 30 dient daher dazu, dass er die nachverbrannte Rußmenge ΔSootM derart einstellt, dass sie mit einer Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) größer wird. Insbesondere wird die nachverbrannte Rußmenge ΔSootM derart berechnet, dass sie in Proportion zu der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) erhöht wird. Darüber hinaus beschleunigt eine Erhöhung der Temperatur des Gases T(θ) in dem Zylinder 11 die Reaktion des Rußes mit dem Sauerstoff, wodurch die Verringerung ermöglicht wird, mit der der Ruß nachverbrannt wird. Der Controller 30 dient daher als ein Nachverbrennungsmengen-Berechner zum Einstellen des Nachverbrennungsrußkoeffizienten h(T), wie in 13 dargestellt, um größer mit einer Erhöhung der Temperatur T(θ) des Gases in dem Zylinder 11 zu sein. Die Beziehung zwischen der Temperatur T(θ) des Gases in dem Zylinder 11 und dem Nachverbrennungsrußkoeffizienten h(T) kann experimentell erlangt werden.
Nach Schritt S26 schreitet die Routine zu Schritt S27 fort, wobei ein Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstand Lwl(θ) bestimmt wird. Die Position des Kolbens 12, der die Verbrennungskammer 14 definiert, verändert sich normalerweise, wie in 10 dargestellt, als eine Funktion des Kurbelwinkels θ der Maschine 10, so dass eine Strecke bzw. Abstand zwischen der Einspritzöffnung 24a (d. h. der Auslassquerschnitt S0) und einer Wandfläche 12a der Verbrennungskammer 14 in Einspritzrichtung, in die die Kraftstoffeinspritzung führt, mit dem Hub des Kolbens 12 verändert wird. Eine solche Strecke wird als ein Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstand Lwl(θ) bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist die Wandfläche 12a eine Fläche des Kopfes des Kolbens 12, der die Verbrennungskammer 14 definiert. In 10 zeigt eine durchgezogene Linie TDC die Position der Oberfläche des Kopfes des Kolbens 12 bei dem oberen Totpunkt an, während eine gestrichelte Linie die Position der Oberfläche des Kopfes des Kolbens 12 anzeigt, nachdem sich die Kurbelwelle 13 um den Kurbelwinkel θ dreht von dem oberen Totpunkt dreht. Der Controller 30 hat darin ein Kennfeld gespeichert, das in einem unteren Abschnitt von 10 dargestellt ist, das eine Beziehung des Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands Lwl(θ) zu dem Kurbelwinkel θ darstellt. Das Kennfeld kann experimentell oder alternativ basierend auf ausgelegte Abmessungen der Maschine 10 und dem Kraftstoffinjektor 24 erlangt werden. Der Controller 30 dient als ein Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands-Berechner zum Berechnen des Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands Lwl(θ) als eine Funktion des Kurbelwinkels θ durch Nachschlagen unter Verwendung des Kennfelds.
Die Routine schreitet anschließend zu Schritt S28, wobei bestimmt wird, ob die Reichweite x(θ) der Kraftstoffeinspritzung größer oder gleich des Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands Lwl(θ) ist oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erlangt wird, bedeutet dies, dass die Reichweite x(θ) der Kraftstoffeinspritzung nicht größer oder gleich der Einspritzöffnung-zu-Wand-Strecke Lwl(θ) ist, und anschließend schreitet die Routine zu Schritt S29, wobei die Menge an Ruß Soot basierend auf dem Wert der Rußmenge ΔSootP und dem Wert der nachverbrannten Rußmenge ΔSootM bestimmt wird, die in Schritt S26 in diesem Programmausführungszyklus erlangt wurde. Insbesondere bedeutet eine NEIN-Antwort in Schritt S28, dass die Kraftstoffeinspritzung nicht die Wandfläche 12a trifft. Der Controller 30 bestimmt dadurch oder aktualisiert die Rußmenge Soot durch Hinzufügen des Werts der Rußmenge ΔSootP, die in diesem Programmausführungszyklus erlangt wird, zu dem letzteren Wert der Rußmenge Soot, die einem früheren Programmausführungszyklus erlangt wird, und subtrahiert anschließend den Wert der nachverbrannten Rußmenge ΔSootM, die in diesem Programmausführungszyklus erlangt wird, von der Summe. Mit anderen Worten dient der Controller 30 als Rußemissionsbestimmter zum Bestimmen der Rußmenge Soot, die aus der Maschine 10 als eine Funktion des berechneten Werts der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) und dem berechneten Wert des Äquivalenzverhältnisses φ(θ) auszustoßen.
Alternativ schreitet, falls eine JA-Antwort bei Schritt S28 erlangt wird, die bedeutet, dass die Reichweite x(θ) der Kraftstoffeinspritzung größer oder gleich eines Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands Lwl(θ) ist, d. h. dass die Kraftstoffeinspritzung die Wandfläche 12a trifft, anschließend die Routine zu Schritt S30 weiter, wobei bestimmt wird, ob die Reichweite x(θ) größer als oder gleich einer Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp ist (die nachstehend ausführlich beschrieben wird), die bezüglich des Kurbelwinkels θ erlangt wird. Falls eine NEIN-Antwort erlangt wird, bedeutet dies, dass die Reichweite x(θ) nicht größer oder gleich der Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp ist, d. h. dass die zwei benachbarten der aus dem Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßenen Kraftstoffeinspritzungen (z. B. Kraftstoffeinspritzungen fj1, fj2 und fj3, wie in 8 demonstriert) nicht sich physikalisch miteinander überlagern, schreitet anschließend die Routine zu Schritt S31, wobei die Rußmenge Soot basierend auf dem Wert der Rußmenge ΔSootP, die bezüglich des Aufpralls der Kraftstoffeinspritzung auf die Wandfläche 12a korrigiert wird, und dem Wert der nachverbrannten Rußmenge ΔSootM bestimmt wird, die in Schritt S26 in diesem Programmausführungszyklus erlangt wurde.
Insbesondere bedeutet eine JA-Antwort in Schritt S28, dass die Kraftstoffeinspritzung die Wandfläche 12 trifft. Der Wert der Rußmenge ΔSootP, die in diesem Programmausführungszyklus erlangt wird, wird unter Verwendung eines Wandauftreffkorrekturkoeffizienten kwl (> 1) korrigiert. Der Wandauftreffkorrekturkoeffizient kwl kann experimentell ausgewählt werden. Wenn die Kraftstoffeinspritzung aus dem Kraftstoffinjektor 24, wie in 15 dargestellt, die Wandfläche 12a der Verbrennungskammer 14 trifft, wird normalerweise eine Verringerung eines in die Kraftstoffeinspritzung angesaugten umgebenden Gases verringert, was zu einem Mangel an Sauerstoffmenge in der Kraftstoffeinspritzung führt und anschließend die Rußproduktion ermöglicht. Folgerichtig dient der Controller 30 als ein erster Rußemissionskorrektor zum Erhöhen der Rußmenge ΔSootP durch eine Menge aus der Verbrennung eines Anteils der Kraftstoffeinspritzung (entsprechend einem schraffierten Bereich in dem unteren Abschnitt von 15), das als ein Auftreffen auf die Wandfläche 12a bestimmt wird, basierend auf dem berechneten Wert der Reichweite x(θ) und dem berechneten Wert des Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands Lwl(θ). Der Controller 30 bestimmt anschließend oder aktualisiert die Rußmenge Soot durch Hinzufügen des korrigierten Werts (kwl·ΔSootP) der Rußmenge ΔSootP zu dem jüngsten Wert der Rußmenge Soot, die einen früheren Programmausführungszyklus erlangt wird, und subtrahiert anschließend den Wert der nachverbrannten Rußmenge ΔSootM, die in diesem Programmausführungszyklus erlangt wird, von der Summe.
Alternativ schreitet, falls eine JA-Antwort in Schritt S30 erlangt wird, die bedeutet, dass die Reichweite x(θ) größer oder gleich der Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp ist, d. h. die benachbarten zwei von aus dem Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßenen Kraftstoffeinspritzungen 24 (z. B. die Kraftstoffeinspritzungen fj1, fj2 und fj3, die in 8 demonstriert sind) überlagern sich physikalisch nicht miteinander, anschließend die Routine zu Schritt S32, wobei die Rußmenge Soot basierend auf dem Wert der Rußmenge ΔSootP, der bezüglich des Auftreffens der Kraftstoffeinspritzung auf die Wandfläche 12a und mit der Überlagerung mit der benachbarten Kraftstoffeinspritzung korrigiert wird, und dem Wert der nachverbrannten Rußmenge ΔSootM bestimmt wird.
Genauer bedeutet eine JA-Antwort in Schritt S30, dass die Kraftstoffeinspritzung auf die Wandfläche 12a getroffen ist, nach der zwei benachbarte der Kraftstoffeinspritzungen sich miteinander physikalisch überlagern. Der Wert der Rußmenge ΔSootP, die in diesem Programmausführungszyklus erlangt wird, wird unter Verwendung des Wandauftreffkorrekturkoeffizienten kwl (> 1) und einem Einspritzüberlagerungskorrekturkoeffizienten ksp (> 1) korrigiert. Der Einspritzüberlagerungskorrekturkoeffizient ksp kann experimentell bestimmt werden. 16 zeigt beispielhaft zwei Kraftstoffeinspritzungen, die aus zwei benachbarten der Kraftstoffeinspritzung 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgegeben werden. In diesem Beispiel expandieren die Kraftstoffeinspritzungen nach Auftreffen auf die Wandfläche 12a entlang der Wandfläche 12 in Umfangsrichtung durch eine Strecke Lsp und überlagern sich anschließend miteinander. Die Strecke Lsp ist ein festgelegter Wert, der durch einen Innenumfang der Wandfläche 12a der Verbrennungskammer 14 und der Anzahl der Einspritzöffnungen 24a angegeben ist, und ein Abstand zwischen der longitudinalen Mitte der einen der Einspritzöffnungen und einer Grenze zwischen denen und der benachbarten Einspritzung. Der Controller 30 wird daher als ein Überlagerungsstrecken-Berechner zum Bestimmen der Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp (d. h. die Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstand Lwl(θ) plus die Strecke Lsp) als eine Funktion des Kurbelwinkels θ ausgelegt. Mit anderen Worten, die Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp ist eine Strecke, für die von der ausgewählten Kraftstoffeinspritzung erwartet wird, dass: sie diese von einer entsprechenden Einspritzöffnung 24a zurücklegt, die Wandoberfläche 12a trifft, sich entlang der Wandoberfläche 12a expandiert und sich anschließend mit einer benachbarten Einspritzöffnungen überlagert
Die Überlagerung zwischen den benachbarten Kraftstoffeinspritzungen resultiert in einer Schwierigkeit beim Ansaugen eines umgebenen Gases, was zu einem Mangel an Sauerstoffmenge in den Kraftstoffeinspritzungen führt, wodurch die Rußerzeugung ermöglicht wird. Folgerichtig dient der Controller 30 als zweiter Rußemissionskorrektor zum Erhöhen der Rußmenge ΔSootP durch eine Menge aus der Verbrennung eines Anteils der Kraftstoffeinspritzung (entsprechend einem schraffierten Bereich in 17), der als eine Überlagerung mit jeder der benachbarten Kraftstoffeinspritzung bestimmt wird, basierend auf dem berechneten Wert der Reichweite x(θ) und dem berechneten Wert der Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp. Der Controller 30 bestimmt anschließend oder aktualisiert die Rußmenge Soot durch Hinzugeben des korrigierten Werts (d. h. ksp·kwl·ΔSootP) der Rußmenge ΔSootP zu dem jüngsten Wert der Rußmenge Soot, die einen früheren Programmausführungszyklus erlangt wird, und subtrahiert anschließend den Wert der nachverbrannten Rußmenge ΔSootM, die in diesem Programmausführungszyklus erlangt wird, von der Summe.
Nach Schritt S29, S31 oder S32 schreitet die Routine zu Schritt S33 fort, wobei der gegenwärtige Wert des Kurbelwinkels θ durch eine angegebene Veränderung Δθ inkrementiert wird. Die Routine kehrt anschließend zurück zu Schritt S22. Falls eine JA-Antwort in Schritt S22 erlangt wird, bedeutet dies, dass der jüngste Wert des Kurbelwinkels θ größer ist als der Endkurbelwinkel θ_end, der der Wert des Kurbelwinkels θ ist, bei dem die Berechnung der Rußmenge Soot beendet werden soll, und die Routine wird anschließend beendet. Dies bedeutet, dass der jüngste Wert der Rußmenge Soot die Rußmenge angibt, die sich aus einer Verbrennung einer aus jeder der Einspritzöffnungen 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßenen Kraftstoffeinspritzung ergibt. Eine gesamte Rußmenge, die durch eine Verbrennung der Kraftstoffeinspritzungen aus allen Einspritzöffnungen 24a bei einer einzelnen Einspritzung eines Kraftstoffs aus dem Kraftstoffinjektor 24 in die Maschine 20 erzeugt wird, wird daher durch Multiplizieren des jüngsten Werts der Rußmenge Soot durch die Anzahl der Kraftstoffeinspritzung 24a erlangt.
18(a), 18(b) und 18(c) sind Diagramme, die die Rate der Wärmeabgabe ROHR, das Äquivalenzverhältnis φ(θ) und den zyklischen erlangten Wert ΔSoot (d. h. ΔSootP – ΔSootM) der Rußmenge Soot bezüglich des Kurbelwinkels θ veranschaulichen. Wenn begonnen wird, den Kraftstoff einzuspritzen, fällt das Äquivalenzverhältnis φ(θ), das in 18(b) dargestellt wird, stark mit Ausbreiten der Kraftstoffeinspritzung und wird anschließend konstant gehalten. Die Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ), die in 18(a) dargestellt wird, wird stark von dem Start der Verbrennung des Kraftstoffs erhöht und wird anschließend zum Ende der Verbrennung des Kraftstoffs verringert. Die zyklische erlangte Rußmenge ΔSoot, wie in 18(c) dargestellt, erhöht sich mit einer Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) und verringert sich anschließend, wenn der Kurbelwinkel θ erreicht wird, bei dem die Kraftstoffeinspritzung die Wandfläche 12a der Verbrennungskammer 14 trifft. Anschließend verringert sich die zyklisch erlangte Rußmenge ΔSoot mit der Verringerung der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ), erhöht sich plötzlich, wenn der Kurbelwinkel θ erreicht wird, bei dem sich die Kraftstoffeinspritzungen miteinander überlagern, und verringert sich anschließend.
Die vorstehende Ausführungsform bietet die nachstehenden Vorteile.
Die Rußemissionsberechnungsvorrichtung ist, wie vorstehend beschrieben, derart ausgelegt, dass sie das Äquivalenzverhältnis φ(θ) der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels θ basierend auf der Reichweite x(θ) und der Sauerstoffkonzentration C_o2sp bestimmt. Insbesondere wird das Äquivalenzverhältnis φ(θ) in Abhängigkeit einer Veränderung der Reichweite x(θ) mit einer Veränderung des Kurbelwinkels θ und einer Veränderung der Sauerstoffkonzentration C_o2sp mit einer Veränderung des Kurbelwinkels θ berechnet. Die Verwendung des berechneten Werts der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) und des berechneten Werts des Äquivalenzverhältnisses φ(θ) ermöglicht daher, dass die ausgestoßene Rußmenge Soot genau hinsichtlich einer Veränderung der Sauerstoffmenge aus dem Verlauf der Verbrennung des Kraftstoffs berechnet wird.
Je mehr die Menge an in der Maschine 10 zu verbrennenden Sauerstoff, desto größer ist die Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ). Die Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) umfasst daher eine Beziehung mit der Menge des zu verbrennenden Kraftstoffs. Je mehr Kraftstoffmenge, desto mehr Menge an Sauerstoff, die bei der Verbrennung des Kraftstoffs verwendet wird, gibt er, was zu einer Verringerung der Sauerstoffkonzentration C_o2sp führt. Die Rußemissionsberechnungsvorrichtung verringert den Wert der Sauerstoffkonzentration C_o2sp als eine Funktion des berechneten Werts der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ), wodurch die Genauigkeit der Berechnung der Sauerstoffkonzentration C_o2sp als eine Funktion der Menge des zu verbrennenden Sauerstoffs verbessert wird.
Die Position des Kolbens 12, der die Verbrennungskammer 14 definiert, wie bereits beschrieben, verändert sich mit einer Veränderung des Kurbelwinkels θ der Maschine 10. Der Abstand zwischen jedem der Einspritzöffnungen 24a (d. h. der Auslassquerschnitt S0) und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 in Einspritzrichtung verändert daher eine Veränderung des Kurbelwinkels θ der Maschine 10. Der Controller 30 bestimmt dadurch den Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstand Lwl, der der Abstand zwischen der Einspritzöffnung 24a und der Wandfläche 12a als eine Funktion des unmittelbaren Werts des Kurbelwinkels θ ist, wodurch dies zu einer Erhöhung einer Genauigkeit der Berechnung des Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands Lwl führt.
Wenn die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor 24 auf die Wandfläche 12a der Verbrennungskammer 14 auftritt, führt dies normalerweise zu einer Schwierigkeit beim Ansaugen eines umgebenen Gases in die Kraftstoffeinspritzung, was zu einem Mangel an Sauerstoffmenge in der Kraftstoffeinspritzung führt und sich anschließend die ausgestoßene Rußmenge erhöht. Um ein solches Phänomen zu kompensieren, dient der Controller 30 als ein Korrektor zum Erhöhen der Rußmenge ΔSootP durch eine Menge aus der Verbrennung eines Anteils der Kraftstoffeinspritzung, die beim Auftreffen auf die Wandfläche 12a als eine Funktion des berechneten Werts der Reichweite x(θ) und des berechneten Werts des Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands Lwl(θ) bestimmt wird. Dies ergibt eine Erhöhung der Genauigkeit der Berechnung der ausgestoßenen Rußmenge Soot hinsichtlich des Auftreffens der Kraftstoffeinspritzung auf die Wandfläche 12a der Verbrennungskammer 14.
Die Strecke zwischen jeder Einspritzöffnung 24a und der Wandfläche 12a der Verbrennungskammer 14 hängt von dem Kurbelwinkel θ ab. Die zwei aus den benachbarten zwei der Kraftstoffeinspritzungen 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgegebenen Kraftstoffeinspritzungen treffen auf die Wandfläche 12a auf, expandieren sich entlang der Wandfläche 12a in Umfangsrichtung durch den Abstand Lsp und überlagern sich miteinander anschließend. Um ein solches Ereignis zu kompensieren, bestimmt der Controller 30 die Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp (d. h. der Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstand Lwl(θ) plus die Strecke Lsp) als eine Funktion des Kurbelwinkels zum Erfassen des Ereignisses, bei dem die Kraftstoffeinspritzung auf die Wandfläche 12a auftritt und einen Fehler bei der Berechnung der ausgestoßenen Rußmenge Soot zu kompensieren, der sich aus dem Aufprall der Kraftstoffeinspritzung auf die Wandfläche 12a ergibt.
Wenn sich die Kraftstoffeinspritzungen aus den benachbarten Einspritzöffnungen 24a des Kraftstoffinjektors 24 miteinander überlagern, führt dies zu einem Mangel des angesaugten umgebenden Gases in der Kraftstoffeinspritzung, was zu einem Mangel an Sauerstoffmenge in der Kraftstoffeinspritzung führt und anschließend die ausgestoßene Rußmenge erhöht. Um ein solches Phänomen zu kompensieren, dient der Controller 30 als ein Korrektor zum Erhöhen der Rußmenge ΔSootP durch eine Menge aus der Verbrennung eines Anteils der Kraftstoffeinspritzung, die bei der gegenseitigen Überlagerung, als eine Funktion des berechneten Werts der Reichweite x(θ) und dem berechneten Wert der Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp bestimmt wird. Dies verbessert die Genauigkeit der Berechnung der ausgestoßenen Rußmenge Soot hinsichtlich der physikalischen Überlagerung zwischen den Kraftstoffeinspritzungen in der Verbrennungskammer 14.
Je höher der Einspritzdruck Pc (d. h. je größer der Impuls des aus der Kraftstoffeinspritzung 24a eingespritzten Kraftstoffs), desto größer ist die in die Mischung in die Verbrennungskammer 14 angesaugte Gasmenge. Der Controller 30 bestimmt die verfügbare Gasmenge M_ent, die bei einer Verbrennung des Kraftstoffs konsumiert wird, um mit einer Erhöhung des Impulses M_sp des aus der Kraftstoffeinspritzung 24a eingespritzten Kraftstoffs zu erhöhen, wodurch ein Fehler bei der Berechnung der Sauerstoffkonzentration C_o2sp aus einer Veränderung der Menge des in die Mischung angesaugten Gases kompensiert wird.
Bei dem Fall, bei dem der Kraftstoffinjektor 24 die Mehrzahl der Einspritzöffnungen 24a umfasst, wird ermöglicht, dass die verfügbare Gasmenge M_ent jeder Kraftstoffeinspritzungen aus den Einspritzöffnungen 24a zum Konsumieren bei deren Verbrennung eine, wie bereits beschrieben, obere Grenze (d. h. die verfügbare Gasvolumengrenze) aufweist, die durch Teilen der Gesamtmenge an Gas M_cyl innerhalb der Verbrennungskammer 14 durch die Anzahl der Einspritzöffnungen 24a erlangt wird. Der Controller 30 stellt die obere Grenze für die verfügbare Gasmenge M_ent ein, die bestimmt wird, um mit einer Erhöhung des Impulses des eingespritzten Kraftstoffs erhöht zu werden, wodurch die Verbesserung der Berechnung der Sauerstoffkonzentration C_o2sp als eine Funktion der verfügbaren Gasmenge M_ent verbessert wird.
Je größer das Äquivalenzverhältnis φ(θ) der Mischung relativ zu dem Sauerstoff ist, desto größer ist die Kraftstoffmenge relativ zu der Sauerstoffmenge, wodurch die Verringerung ermöglicht wird, mit der Ruß erzeugt wird, wenn der Kraftstoff verbrennt. Eine Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) bedeutet, dass eine größere Kraftstoffmenge verbrannt wurde, wodurch dies zu einer Erhöhung der ausgestoßenen Rußmenge führt. Der Controller 30 bestimmt dadurch die Rußmenge ΔSootP, um mit der Erhöhung der berechneten Werte des Äquivalenzverhältnisses φ(θ) und der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) zu sein, um die Genauigkeit der Berechnung des unmittelbaren Werts der Rußmenge ΔSootP zu sein.
Je kleiner das Äquivalenzverhältnis φ(θ) der Mischung relativ zu dem Sauerstoff ist, desto größer wird die Sauerstoffmenge relativ zu der Kraftstoffmenge sein, wodurch die Verringerung ermöglicht wird, mit der der Ruß verbrannt wird. Zusätzlich ermöglicht eine Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) aus der Verbrennung des Kraftstoffs die Nachverbrennung des Rußes durch eine Wärme, die durch die Verbrennung des Kraftstoffs erzeugt wird. Ferner beschleunigt eine Erhöhung der Temperatur des Gases T(θ) in dem Zylinder 11 die Reaktion des Rußes mit dem Sauerstoff, wodurch die Nachverbrennung des Rußes ermöglicht wird. Der Controller 30 bestimmt dadurch die nachverbrannte Rußmenge ΔSootM, um größer mit einer Verringerung des berechneten Werts des Äquivalenzverhältnis φ(θ), einer Erhöhung des berechneten Werts der Rate der Wärmeabgabe ROHR(θ) und einer Erhöhung des berechneten Werts der Temperatur des Gases T(θ) zu sein, um die Genauigkeit der Berechnung des unmittelbaren Werts der zurückkehrenden Rußmenge ΔSootM sicher zu stellen.
Die ausgestoßene Rußmenge Soot wird durch Subtrahieren des berechneten Werts der nachverbrannten Rußmenge ΔSootM von der Rußmenge ΔSootP berechnet, wodurch die Genauigkeit des Bestimmens der ausgestoßenen Rußmenge Soot hinsichtlich der unmittelbar ausgestoßenen Rußmenge und einer unmittelbar nachverbrannten Rußmenge sichergestellt wird.
Die Reichweite x(θ) wird durch den größten der Werte der Reichweite x aller Anteile der Kraftstoffeinspritzung angegeben (d. h. alle Gruppen an Tropfen der Kraftstoffeinspritzung auf den Querschnitten senkrecht zu der Ebene der Zeichnung von 2), die als eine Funktion der Werte deren anfänglichen Einspritzgeschwindigkeit v₀ in der Einspritzperiode berechnet wird. Mit anderen Worten, die Reichweite x(θ) wird genauer hinsichtlich des Überholens der Tropfen bei der Kraftstoffeinspritzung bestimmt, die aus einem Unterschied in der anfänglichen Geschwindigkeit V₀ unter den Tropfen in der Kraftstoffeinspritzung bestimmt wird.
Die Rußemissionsberechnungsvorrichtung kann auf die nachstehende Art und Weise abgewandelt werden.
Der erste Rußemissionskorrektor dient dazu, dass die Rußmenge ΔSootP korrigiert wird, um eine Menge aus der Verbrennung eines Anteils der Kraftstoffeinspritzung, die beim Auftreffen auf die Wandfläche 12a bestimmt wird, basierend auf dem berechneten Wert der Reichweite x(θ) zu erhöhen und auf den berechneten Wert des Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands Lwl(θ) kann verzichtet werden.
Der zweite Rußemissionskorrektor dient zur Erhöhung der Rußmenge ΔSootP durch eine Menge aus der Verbrennung eines Anteils der Kraftstoffeinspritzung, die als eine Überlagerung mit jeder benachbarten Kraftstoffeinspritzung basierend auf dem berechneten Wert der errechneten Strecke x(θ) bestimmt wird und auf den berechneten Wert der Überlagerungsstrecke Lwl(θ) + Lsp kann verzichtet werden.
Der Controller 30 kann so ausgestaltet sein, dass er nicht als der erste Einspritzwinkelkorrektor zum Erhöhen des Werts des Einspritzwinkels θ₀ mit einer Erhöhung des Impulses des aus der Einspritzöffnung 24a abgegebenen Kraftstoffs dient. Der Controller 30 kann auch ausgestaltet sein, dass er nicht als der zweite Einspritzwinkelkorrektor zum Erhöhen des Einspritzwinkels θ₀ mit einer Erhöhung der Gasdichte ρ_a an Luft dient. In diesem Fall kann der Controller 30 einen experimentell erlangten Wert als den Einspritzwinkel θ₀ verwenden.
Das Äquivalenzverhältnis der Mischung ist, wie vorstehend bezeichnet, das Äquivalenzverhältnis φ(θ) hinsichtlich des Sauerstoffes, allerdings kann das Äquivalenzverhältnis φ_a(θ) zwischen Kraftstoff und Luft das Luftüberschussverhältnis λ(θ) (d. h. ein Kehrwert des Äquivalenzverhältnisses φ_a(θ)) oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F(θ) enthalten.
Die Rußemissionsberechnungsvorrichtung wird, wie vorstehend beschrieben, durch den Controller 30 (d. h. eine elektronische Steuereinheit) implementiert, der in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftfahrzeugdieselmaschinen installiert ist, allerdings kann er alternativ durch einen Personal Computer ausgestaltet sein, der in einer Testmaschine installiert ist, die mit dem Kraftstoffeinspritzsystem verbunden ist.
Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsformen offenbart wurde, um deren besseres Verständnis zu ermöglichen, soll verstanden werden, dass die Erfindung auf verschiedene Art und Weise verkörpert werden kann, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Abwandlungen zu den gezeigten Ausführungsformen enthält, die verkörpert werden können, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-217290 [0002]

Claims

Rußemissionsberechnungsvorrichtung, die dazu dient, dass eine ausgestoßene Menge an Ruß berechnet wird, die erzeugt wird, wenn ein aus einer Einspritzöffnung eines Kraftstoffinjektors in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzter Kraftstoff verbrennt wird, aufweisend: einen Drucksensor, der einen Druck in der Verbrennungskammer bestimmt; einen Reichweiten-Berechner, der eine Reichweite berechnet, die eine Strecke einer Kraftstoffeinspritzung aus dem Kraftstoffinjektor ist, die sie von der Einspritzöffnung in Einspritzrichtung zurücklegen soll, in die die Kraftstoffeinspritzung als eine Funktion eines Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine basierend auf einer Tatsache führt, dass ein Impuls des aus der Einspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffs als ein Impuls einer Mischung des Kraftstoffs und des Gases innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird; einen Wärmeabgaberaten-Berechner, der eine Rate der Wärmeabgabe, die durch eine Verbrennung der Kraftstoffeinspritzung erzeugt wird, basierend auf dem durch den Drucksensor gemessenen Druck als eine Funktion des Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine berechnet; einen Sauerstoffkonzentrations-Berechner, der eine Sauerstoffkonzentration der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels berechnet; einen Mischverhältnis-Berechner, der ein Mischverhältnis der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels basierend auf der Reichweite, die durch den Reichweiten-Berechner erhalten wird, und der Sauerstoffkonzentrationen berechnet, die durch den Sauerstoffkonzentrations-Berechner erlangt wird; und einen Rußemissions-Berechner, der eine ausgestoßene Menge an Ruß basierend auf der Rate der Wärmeabgabe, die durch den Wärmeabgaberaten-Berechner erlangt wird, und dem Mischverhältnis berechnet, das durch den Mischverhältnis-Berechner erlangt wird.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffkonzentrations-Berechner die Sauerstoffkonzentration bestimmt, um sie als eine Funktion der Rate der Wärmeabgabe zu verringern, die durch den Wärmeabgaberaten-Berechner erlangt wird.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend einen Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands-Berechner, der einen Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstand zwischen der Einspritzöffnung des Injektors und einer Wandoberfläche der Verbrennungskammer als eine Funktion des Kurbelwinkels berechnet, und wobei der Rußemissions-Berechner den ersten Rußemissionskorrektor enthält, der die ausgestoßene Menge an Ruß korrigiert, so dass sie um eine Menge erhöht wird, die aus einer Menge einer Verbrennung eines Anteils der Kraftstoffeinspritzung ansteigt, bei der basierend auf der Reichweite, die durch den Reichweiten-Berechner erlangt wird, erwartet wird, dass sie auf die Wandoberfläche trifft, und den Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstand korrigiert, der durch den Einspritzöffnung-zu-Wand-Abstands-Berechner erlangt wird.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend einen Gasmengen-Berechner, der eine Gasmenge berechnet, die bei einer Verbrennung des Kraftstoffs verwendet wird, um mit einer Erhöhung des Impulses des aus der Kraftstofföffnung eingespritzten Kraftstoffes größer zu sein, und wobei der Sauerstoffkonzentrations-Berechner die Sauerstoffkonzentration der Mischung basierend auf der Gasmenge bestimmt, die durch den Gasmengen-Berechner bestimmt wird.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend einen erzeugte-Rußmenge-Berechner, der eine erzeugte Rußmenge bestimmt, um sie mit Erhöhungen des Mischverhältnisses, das durch den Mischverhältnis-Berechner erlangt wird, und der Rate der Wärmeabgabe, die durch den Wärmeabgaberaten-Berechner erlangt wird, zu erhöhen, und einen Nachverbrennungsmengen-Berechner, der eine nachverbrannte Menge des Rußes bestimmt, um sie mit einer Verringerung des Mischverhältnisses, das durch den Mischverhältnis-Berechner erlangt wird, und einer Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe, die durch den Wärmeabgabenraten-Berechner erlangt wird, und einer Erhöhung der Temperatur innerhalb der Verbrennungskammer zu erhöhen, wobei der Rußemissions-Berechner die verbrannte Rußmenge von der erzeugten Rußmenge subtrahiert, um die ausgestoßene Rußmenge zu bestimmen.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Reichweiten-Berechner sequenziell Werte der Reichweite für alle Anteile der Kraftstoffeinspritzung basierend auf anfängliche Geschwindigkeiten der Anteile der Kraftstoffeinspritzung in einer Einspritzperiode des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine bestimmt und die größten Werte als Reichweite definiert.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung, die dazu dient, dass sie eine ausgestoßene Rußmenge berechnet, die erzeugt wird, wenn ein aus Einspritzöffnungen eines Kraftstoffinjektors in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzter Kraftstoff verbrannt wird, aufweisend: einen Drucksensor, der einen Druck in der Verbrennungskammer bestimmt; einen Reichweiten-Berechner, der eine Reichweite berechnet, die eine Strecke einer ausgewählten von Kraftstoffeinspritzungen aus dem Kraftstoffinjektor ist, die von der Einspritzöffnung in eine Einspritzrichtung zurückgelegt werden sollen, in die die Kraftstoffeinspritzung als eine Funktion eines Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine basierend auf einer Tatsache führt, die einen Impuls des aus der Kraftstofföffnung eingespritzten Kraftstoffes als einen Impuls einer Mischung des Kraftstoffes und eines Gases innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird; einen Wärmeabgaberaten-Berechner, der eine Rate einer Wärmeabgabe, die durch eine Verbrennung der ausgewählten der Kraftstoffeinspritzungen erzeugt wird, basierend auf dem durch den Drucksensor gemessenen Druck als eine Funktion des Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine berechnet; einen Sauerstoffkonzentrations-Berechner, der eine Sauerstoffkonzentration der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels berechnet; einen Mischverhältnis-Berechner, der ein Mischverhältnis der Mischung bezüglich des Kurbelwinkels basierend auf der Reichweite, die durch den Reichweiten-Berechner erhalten wird, und der Sauerstoffkonzentration berechnet, die durch den Sauerstoffkonzentrations-Berechner erlangt wird; einen Überlagerungsstrecken-Berechner, der eine Überlagerungsstrecke berechnet, für die von der ausgewählten Kraftstoffeinspritzung erwartet wird, dass: sie diese von einer entsprechenden Einspritzöffnung zurücklegt, die Wandoberfläche trifft, sich entlang der Wandoberfläche expandiert und sich anschließend mit einer benachbarten Kraftstoffeinspritzung überlagert; und einen Rußmengen-Berechner, der eine ausgestoßene Rußmenge basierend auf der Rate der Wärmeabgabe, die durch den Wärmeabgaberaten-Berechner erlangt wird, und dem Mischverhältnis, das durch den Mischverhältnis-Berechner erlangt wird, berechnet, wobei der Rußemissions-Berechner ebenso die ausgestoßene Rußmenge korrigiert, so dass sie durch eine Menge erhöht wird, die aus einer Verbrennung eines Anteils der ausgewählten von Kraftstoffeinspritzungen hervorgeht, die derart eingeschätzt wird, dass sie sich mit der benachbarten der Kraftstoffeinspritzungen basierend auf der Reichweite überlagert, die durch den Reichweiten-Berechner erlangt wird, und die Überlagerungsstrecke korrigiert, die durch den Überlagerungsstrecken-Berechner erlangt wird.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach Anspruch 7, ferner aufweisend einen Gasmengen-Berechner, der eine Gasmenge berechnet, die bei einer Verbrennung des Kraftstoffs verwendet wird, um mit einer Erhöhung des Impulses des aus der Kraftstofföffnung eingespritzten Kraftstoffes größer zu sein, und wobei der Sauerstoffkonzentrations-Berechner die Sauerstoffkonzentration der Mischung basierend auf der Gasmenge bestimmt, die durch den Gasmengen-Berechner bestimmt wird.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Gasmengen-Berechner eine obere Grenze für eine Gasmenge einstellt, die bei einer Verbrennung jeder der Kraftstoffeinspritzungen verwendet wird, wobei die obere Grenze durch Teilen einer gesamten Gasmenge innerhalb der Verbrennungskammer durch die Anzahl der Kraftstofföffnungen des Kraftstoffinjektors bestimmt wird.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner aufweisend einen erzeugte-Rußmenge-Berechner, der eine erzeugte Rußmenge bestimmt, um sie mit Erhöhungen des Mischverhältnisses, das durch den Mischverhältnis-Berechner erlangt wird, und der Rate der Wärmeabgabe, die durch den Wärmeabgaberaten-Berechner erlangt wird, zu erhöhen, und einen Nachverbrennungsmengen-Berechner, der eine nachverbrannte Rußmenge bestimmt, um sie mit einer Verringerung des Mischverhältnisses, das durch den Mischverhältnis-Berechner erlangt wird, und einer Erhöhung der Rate der Wärmeabgabe, die durch den Wärmeabgaberaten-Berechner erlangt wird, und einer Erhöhung einer Temperatur innerhalb der Verbrennungskammer zu erhöhen, wobei der Rußemissions-Berechner die nachverbrannte Rußmenge von der erzeugten Rußmenge subtrahiert, um die ausgestoßene Rußmenge zu bestimmen.
Rußemissionsberechnungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Reichweiten-Berechner sequenziell Werte der Reichweite für alle Anteile der ausgewählten der Kraftstoffeinspritzungen basierend auf anfängliche Geschwindigkeiten der Anteile der ausgewählten der Kraftstoffeinspritzungen in einer Einspritzperiode des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine bestimmt und die größten Werte als die Reichweite definiert.