(57)【要約】本発明は、シリンダに対するコモン・レール燃料供給手段（１２）を有する自動車両のディーゼル・エンジン（１０）から排出されるＮＯｘの量を求めるデバイスであって、エンジンの少なくとも１つのシリンダの圧力を取得する手段（３２）と、シリンダ内へ吸入された混合気の酸素の質量分率を求める手段（５０）とを備えるタイプのデバイスに関する。デバイスは、混合気燃焼の火炎面の温度を求める手段（５８、６８）と、シリンダ内で燃焼した燃料の質量を求める手段（５２）と、記録した圧力、混合気中の酸素の質量分率、火炎面の温度、及び燃焼した燃料の質量の関数として、シリンダ内の混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの量を計算する手段（７０）とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダへ燃料を供給するコモン・レール手段（１２）を伴う自動車両のディーゼル・エンジン（１０）から排出されるＮＯｘの量を求めるためのデバイスであって、前記エンジンの少なくとも１つのシリンダの圧力に関するデータを取得する手段（３２）と、前記シリンダの吸入混合気の酸素の質量分率を求める手段（５０）とを備えるタイプのデバイスにおいて、
前記シリンダ内で吸入混合気が燃焼している間の火炎面温度を求める手段（５８、６８）と、
前記シリンダ内で燃焼した燃料の質量を求める手段（５２）と、
検出された前記圧力、並びに、前記混合気中の酸素の質量分率、前記火炎面温度、及び前記燃焼した燃料の質量に対して決定される値の関数として、前記シリンダ内の前記混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの量を計算する手段（７０）と
を備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記シリンダ内で燃焼した前記燃料の質量を求める前記手段（５２）が、前記シリンダ内で前記吸入混合気が燃焼している間に放出される瞬間熱量を求める手段（５４）と、前記瞬間熱量及び前記シリンダ内へ噴射された燃料の潜在熱量の関数として、前記シリンダ内で燃焼した燃料の瞬間質量を求める手段（５６）とを備える、ことを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項２に記載のデバイスであって、前記混合気の燃焼中に放出される前記瞬間熱量を求める前記手段（５４）が、この瞬間熱量を、熱力学の第１法則を用いて、前記シリンダのクランク角度及び前記シリンダ内の圧力の関数として求めるようにされる、ことを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載のデバイスであって、前記火炎面温度を求める前記手段（５８、６８）は、前記吸入混合気が燃焼中の未燃焼の前記吸入混合気の温度を求める手段（５８）と、その未燃焼の吸入混合気の温度の関数として、前記シリンダ内の前記火炎面温度を求める手段（６８）とを備える、ことを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項４に記載のデバイスであって、前記吸入混合気が燃焼中の前記未燃焼の吸入混合気の温度を求める前記手段（５８）が、下記の式
【数１】
2008522071.tif 000010
により等エントロピー圧縮の熱力学モデルを用いて求めるようされ、上記の式において、Ｔｎｂ及びＰｎｂは、それぞれ、前記混合気の燃焼中の前記シリンダ内の前記未燃焼の吸入混合気の温度及びそれに対応する圧力であり、Ｔｎｂ０及びＰ０は、それぞれ、前記吸入混合気の燃焼開始前の所定の時点における、シリンダ内の前記吸入混合気の基準温度及び基準圧力であり、ｋは所定のポリトロープ係数である、
ことを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項４または請求項５の何れかに記載のデバイスであって、前記デバイスは、前記シリンダ内で前記吸入混合気が燃焼している間に放出される前記瞬間熱量を求める手段（５４）と、前記吸入混合気の燃焼が開始される時点を求める手段（６４）とを備え、求められた前記瞬間熱量を所定の閾値と比較することができ、かつ、求められた前記瞬間熱量が前記閾値を超えるときに、燃焼が開始される時点を決定することができる、ことを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項５または請求項６の何れかに記載のデバイスであって、前記吸入混合気の燃焼中にその吸入混合気の温度を求める前記手段（５８）は、
前記シリンダ内の前記吸入混合気のモル数を求める手段（６０）と、
前記基準温度Ｔｎｂ０を、前記吸入混合気の熱力学モデルに基づいて、燃焼が始まる前の所定の時点での前記シリンダ内の前記吸入混合気のモル数及び前記圧力Ｐ０の関数として、求める手段（６２）と
を備える、ことを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項７に記載のデバイスであって、前記基準温度Ｔｎｂ０を求める手段（６２）は、前記基準温度を下記の式
【数２】
2008522071.tif 000011
に従って求めるようにされる、ことを特徴とするデバイス。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかに記載のデバイスであって、前記火炎面温度を求める前記手段（５８、６８）は、前記火炎面の理論的な断熱温度を求めるようにされる、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
請求項４ないし８および請求項９の何れかに記載のデバイスであって、互いに関連させたデバイスであって、前記火炎面の前記断熱温度を求める前記手段（６８）は、前記シリンダ内の前記吸入混合気の燃焼の反応物と生成物とのエンタルピー保存の熱力学モデルに基づいて、前記吸入混合気が燃焼中の前記未燃焼の混合気の温度、及び前記吸入混合気中の前記酸素の質量分率の関数として、前記断熱温度を求めるようにされる、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
請求項１０に記載のデバイスであって、前記エンタルピー保存の熱力学モデルは、１次または２次の多項式モデルである、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載のデバイスであって、前記多項式モデルは下記の式
Ｔａｄ＝ｃ１＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２
によるモデルであり、上記式において、Ｔａｄは前記火炎面の断熱温度であり、ＸＯ２は前記混合気中の酸素の質量分率であり、ｃ１、ｃ２、及びｃ３は所定の係数である、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１３】
請求項１１に記載のデバイスであって、前記多項式モデルは下記の式
Ｔａｄ＝ｃ１＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２＋ｃ４×Ｐ
によるモデルであり、上記式において、Ｔａｄは前記火炎面の断熱温度であり、ＸＯ２は前記混合気中の酸素の質量分率であり、Ｐは前記シリンダ内の圧力であり、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は所定の係数である、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１４】
請求項１１に記載のデバイスであって、前記多項式モデルは下記の式
Ｔａｄ＝ｃ１＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２＋ｃ４×Ｐ＋ｃ５×ＸＯ２２
によるモデルであり、上記式において、Ｔａｄは前記火炎面の断熱温度であり、ＸＯ２は前記混合気中の酸素の質量分率であり、Ｐは前記シリンダ内の圧力であり、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４及びｃ５は所定の係数である、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の何れかに記載のデバイスであって、前記シリンダ内の前記吸入混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの量を求める前記手段（７０）は、前記シリンダ内の前記混合気が燃焼中のＮＯｘの生成の化学モデルを用いて前記ＮＯｘの量を求めるようにされる、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１６】
請求項１５および請求項９に記載のデバイスの互いに関連させたデバイスであって、前記化学モデルは下記の式
【数３】
2008522071.tif 000012
によるモデルであり、上記式において、ＱＮＯｘは前記エンジンから排出されるＮＯｘの瞬間量であり、Ｐは前記シリンダ内の圧力であり、Ｔａｄは前記シリンダ内の前記火炎面の前記断熱温度であり、ＸＯ２は前記シリンダ内の前記吸入混合気の前記酸素の質量分率であり、ＭＣＢは前記シリンダ内で燃焼される燃料の瞬間質量であり、ＭＣＩは前記シリンダ内へ噴射された燃料の質量であり、ｂ、ｃ及びｄは所定のパラメータである、ことを特徴とするデバイス。
【請求項１７】
自動車両のディーゼル・エンジンの動作不良を診断するシステムであって、請求項１にいし１６の何れかに記載のデバイスと、排出されるＮＯｘ量を所定の閾値と比較する手段と、前記ＮＯｘ量が前記閾値を超えるときに警報を発する手段とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
エンジンの排気ラインに配置されたＮＯｘ浄化手段を伴う自動車両のディーゼル・エンジンの動作を制御するシステムであって、請求項１ないし１６の何れかに記載のデバイスと、前記浄化手段に蓄積されたＮＯｘの量を、前記デバイスにより求められたＮＯｘの量の関数として計算する手段と、前記浄化手段の動作を管理するために、蓄積されたＮＯｘの量に従って、前記エンジンの動作を制御する手段とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
自動車両のディーゼル・エンジンの動作を制御するシステムであって、請求項１ないし１６の何れかに記載のデバイスと、前記供給手段の動作のドリフトを修正するために、求められたＮＯｘ排出量に従って前記供給手段の動作を調節するようにされた調節手段とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムであって、前記エンジンが、排気ガスの一部を前記エンジンへ再循環させる手段を伴い、前記調節手段が、前記供給手段および／または前記再循環手段の動作のドリフトを修正するために、求められたＮＯｘ排出量に従って前記再循環手段の動作を調節するようにされる、ことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
エンジンのシリンダへ燃料を供給するコモン・レール手段（１２）を備える自動車両のディーゼル・エンジン（１０）から排出されるＮＯｘの量を求める方法であって、前記エンジンの少なくとも１つのシリンダ内の圧力に関するデータを取得するステップと、前記シリンダ内の吸入混合気の酸素の質量分率を求めるステップ（５４）とを含むタイプの方法において、
前記シリンダ内の前記吸入混合気の燃焼中の火炎面の温度を求めるステップ（６２において）と、
前記シリンダ内で燃焼した燃料の質量を求めるステップ（６４において）と、
検出された前記圧力、並びに、前記吸入混合気中の酸素の質量分率、前記火炎面温度、及び前記燃焼した燃料の質量に対して決定される値の関数として、前記シリンダ内の前記混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの量を計算するステップ（６６において）と
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダへ燃料を供給するコモン・レール手段を伴う自動車両のディーゼル・エンジンから排出されるＮＯｘの量を求めるためのデバイスであって、エンジンの少なくとも１つのシリンダの圧力に関するデータを取得する手段と、シリンダの吸入混合気の酸素の質量分率を求める手段とを備えるタイプのデバイスに関する。
【０００２】
本発明はまた、そのようなデバイスを使用してエンジンの動作を診断し制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ディーゼル・エンジンにより排出される亜酸化窒素またはＮＯｘの量は、エンジンの動作に対しての重要なデータの１つである。
当然、汚染分子であるＮＯｘの排出を最低限に抑えなければならない。そのために、シリンダ内へ噴射される燃料量及び空気流量は、シリンダ内での混合気燃焼中のＮＯｘの形成が最小限になるように決定される。
【０００４】
エンジンはまた、一般に、その排気ラインに配置された例えばＮＯｘトラップなどの浄化手段を伴い、エンジンの動作は、浄化手段の動作が最適になるように制御される。このように、エンジンは、幾つかの動作モードに従って、シリンダ内へ噴射される燃料及び空気の量を変更することにより制御することができる。例えば、エンジンは、ＮＯｘトラップを再生するためにリッチ・モードで動作し得る。
【０００５】
例えば噴射器及び／またはシリンダの老化によりエンジンの調節が不十分であると、ＮＯｘの排出が増加する結果となる。それ故、ディーゼル・エンジンにより排出されるＮＯｘの量は、エンジンの動作状態の指標である。
【０００６】
エンジンにより排出されるＮＯｘの量を正確に知ることにより、エンジンの動作と、車両により大気中に放出される汚染物質の量との両方を最適化することが可能になる。
エンジンのシリンダへ燃料を供給するコモン・レール手段を伴う自動車両のディーゼル・エンジンにより排出されるＮＯｘの量を求めるデバイスは、排出されるＮＯｘの量を求めるためにエンジン調節値を使用し、例えば、噴射マップや、エンジンが排気ガス再循環（ＥＧＲ）ループを伴っている場合は空気流のＥＧＲマップなどを使用する。
【０００７】
しかし、そのようなシステムは、実際のエンジン動作特性に基づくものではなく、工場で予め定められた調節値に基づく。
更に、エンジンの特性は、例えば噴射器やシリンダなどのようなエンジンの構成部品の老化のために時間経過と共に変化する。従って、これらの特性に重要な変化があった場合、求められるＮＯｘの量は大幅に異常になり得る。
【０００８】
ディーゼル・エンジンから排出されるＮＯｘの量を求める別のシステムでは、シリンダ内で燃焼する混合気の平均温度を求め、その平均温度から平衡状態のＮＯｘの量を推定し、そして、エンジンから排出されるエンジン・サイクル当たりのＮＯｘ質量を推定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ある状態下では、そのようなシステムから返される結果は比較的精度が低く、また、そのようなシステムでは、ＮＯｘの量を、エンジン・シリンダの燃焼段階の各瞬間で計算することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、正確で、計算時間が少なく、また、エンジンから排出されるＮＯｘの量をリアルタイムに求めるものである、ディーゼル・エンジンから排出されるＮＯｘの量を求めるデバイスを提案することにより、前述の問題を解決することである。
【００１１】
そのため、本発明は、エンジンのシリンダへ燃料を供給するコモン・レール手段を伴う自動車両のディーゼル・エンジンから排出されるＮＯｘの量を求めるデバイスであって、エンジンの少なくとも１つのシリンダの圧力に関するデータを取得する手段と、シリンダ内の吸気（吸入）混合気の酸素の質量分率（fraction massique、mass fraction）を求める手段とを備えるタイプのデバイスと関連し、このデバイスが、
シリンダ内で吸入混合気が燃焼している間の火炎面温度を求める手段と、
シリンダ内で燃焼した燃料の質量を求める手段と、
検出される圧力と、混合気中の酸素の質量分率、火炎面温度、及び燃焼した燃料質量ついての決定される値との関数として、シリンダ内の混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの量を計算する手段と
を備えることを特徴とする。
【００１２】
個々の実施形態によれば、上記のデバイスは、下記の諸特徴の少なくとも１つを備える。
−  シリンダ内で燃焼した燃料質量を求める手段は、シリンダ内で吸入混合気が燃焼している間に放出される瞬間熱量を求める手段と、この瞬間熱量及びシリンダ内に噴射された燃料の潜在熱量の関数として、シリンダ内で燃焼した瞬間燃料質量を求める手段戸を含むこと。
【００１３】
−  混合気の燃焼中に放出される瞬間熱量を求める手段は、この量を、熱力学の第１法則を用いて、シリンダ内の圧力、およびシリンダのクランク角度の関数として求めること。
【００１４】
−  火炎面温度を求める手段は、吸入混合気が燃焼中の未燃焼の混合気の温度を求める手段と、その未燃焼吸入混合気の温度の関数として、シリンダ内の火炎面温度を求める手段を含むこと。
【００１５】
−  吸入混合気が燃焼中の未燃焼の混合気の温度を求める手段は、下式による等エントロピー圧縮の熱力学モデルを用いて求める。
【００１６】
【数１】
2008522071.tif 000003
【００１７】
上記の式において、Ｔｎｂ及びＰｎｂは、それぞれ、混合気の燃焼中のシリンダ内の未燃焼の吸入混合気の温度及びそれに対応する圧力であり、Ｔｎｂ０及びＰ０は、それぞれ、吸入混合気の燃焼開始前の所定の時点におけるシリンダ内の吸入混合気の基準温度及び基準圧力であり、ｋはポリトロープ係数である。
【００１８】
−  デバイスは、シリンダ内で吸入混合気が燃焼している間に放出される瞬間熱量を求める手段と、吸入混合気の燃焼が開始される時点を求める手段とを備え、求められた瞬間熱量を所定の閾値と比較することができ、かつ、求められた瞬間熱量が閾値より大きくなるとき、燃焼が開始される時点を決定することができること。
【００１９】
−  吸入混合気の燃焼中にその混合気の温度を求める手段は、
−  シリンダ内の吸入混合気のモル数を求める手段と、
−  吸入混合気の熱力学モデルに基づいて、燃焼が始まる前の所定の時点における、シリンダ内の吸入混合気のモル数及び圧力Ｐ０の関数として、基準温度Ｔｎｂ０を求める手段とを備えること。
【００２０】
基準温度Ｔｎｂ０を求める手段は、下記の式に従って求めるようになされること。
【００２１】
【数２】
2008522071.tif 000004
【００２２】
火炎面温度を求める手段は、火炎面の理論的な断熱温度を求めるようにされること。
火炎面の断熱温度を求める手段は、シリンダ内の吸入混合気の燃焼の反応物と生成物とのエンタルピーの保存の熱力学モデルを用いて、吸入混合気の燃焼中の未燃焼吸入混合気の温度及び吸入混合気中の酸素の質量分率の関数として、断熱温度を求めるようになされること。
【００２３】
エンタルピー保存の熱力学モデルは、１次または２次の多項式モデルであること。
多項式モデルは、下記の式によるモデルであること。
Ｔａｄ＝ｃ１＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２
上記式において、Ｔａｄは火炎面の断熱温度、ＸＯ２は混合気中の酸素の質量分率、ｃ１、ｃ２、及びｃ３は所定の係数である。
【００２４】
多項式モデルは、下記の式によるモデルであること。
Ｔａｄ＝ｃ１＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２＋ｃ４×Ｐ
上記式において、Ｔａｄは火炎面の断熱温度、ＸＯ２は混合気中の酸素の質量分率、Ｐはシリンダ内の圧力、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は所定の係数である。
【００２５】
多項式モデルは下記の式によるモデルであること。
Ｔａｄ＝ｃ１＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２＋ｃ４×Ｐ＋ｃ５×ＸＯ２２
上記式において、Ｔａｄは火炎面の断熱温度、ＸＯ２は混合気中の酸素の質量分率、Ｐはシリンダ内の圧力、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４及びｃ５は所定の係数である。
【００２６】
シリンダ内の吸入混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの量を求める手段は、その量を、シリンダ内の混合気の燃焼中のＮＯｘ生成の化学モデルを用いて求めるようになされること。
【００２７】
化学モデルは下記の式によるモデルであること。
【００２８】
【数３】
2008522071.tif 000005
【００２９】
上記の式において、ＱＮＯｘはエンジンから排出されるＮＯｘの瞬間量、Ｐはシリンダ内の圧力、Ｔａｄはシリンダ内の火炎面の断熱温度、ＸＯ２はシリンダ内の吸入混合気の酸素の質量分率、ＭＣＢはシリンダ内で燃焼された燃料の瞬間質量、ＭＣＩはシリンダへ噴射された燃料の質量、ｂ、ｃ及びｄは所定のパラメータである。
【００３０】
本発明の目的はまた、エンジンのシリンダに燃料を供給するコモン・レール手段を備える自動車両のディーゼル・エンジンから排出されるＮＯｘの量を求める方法であって、エンジンの少なくとも１つのシリンダ内の圧力に関するデータを取得するステップと、シリンダ内の吸入混合気の酸素の質量分率を求めるステップとを含むタイプの方法である。この方法は、下記のステップ、すなわち、
−  シリンダ内で吸入混合気が燃焼している間の火炎面温度を求めるステップと、
−  シリンダ内で燃焼した燃料の質量を求めるステップと、
−  取得された圧力と、混合気中の酸素の質量分率、火炎面温度、及び燃焼した燃料の質量に対して決定された値との関数として、シリンダ内の混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの量を計算するステップと
を備えることを特徴とする。
【００３１】
本発明の目的はまた、自動車両のディーゼル・エンジンの動作不良を診断するシステムであって、前述のタイプのデバイスと、排出されたＮＯｘの量を所定の閾値と比較する手段と、ＮＯｘの量がこの閾値を超えたとき警報を発する手段とを備えることを特徴とするシステムである。
【００３２】
本発明の目的はまた、自動車両のディーゼル・エンジンの排気ラインに配置されたＮＯｘ浄化手段を伴う、自動車両のディーゼル・エンジンの動作を制御するシステムであって、前述のタイプのデバイスと、浄化手段に蓄積されたＮＯｘの量を、デバイスにより求められたＮＯｘの量の関数として計算する手段と、浄化手段の動作を管理するために、蓄積されたＮＯｘの量に従ってエンジンの動作を制御する手段とを備えることを特徴とするシステムである。
【００３３】
本発明の目的はまた、自動車両のディーゼル・エンジンの動作を制御するシステムであって、前述のタイプのデバイスと、供給手段の動作の変化を修正するために、求められたＮＯｘ排出量に従って供給手段の動作を調節するようになされた調節手段を備えることを特徴とするシステムである。
【００３４】
別の特徴によれば、このシステムは、エンジンが、排気ガスの一部をエンジン吸気口に再循環させる手段を伴うことを特徴とし、また、調節手段が、供給手段及び／または再循環手段の動作の変化（ドリフト）を修正するために、求められたＮＯｘ排出量に従って再循環手段の動作を調節するようになされていることを特徴とする。
【００３５】
単に例として示され、添付図面を参照して記述される以下の説明により、本発明を明白に理解することが容易になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１では、自動車両のディーゼル・エンジン１０は、エンジン・シリンダに燃料を供給するコモン・レール手段１２を伴い、例えば、マルチ噴射の形態でエンジン１０のシリンダへ燃料を噴射することができる制御された複数の噴射器へ、高圧で燃料を供給するコモン・サプライ・レールを備える。
【００３７】
エンジン１０はまた、排気ガスの一部をエンジン吸入口へ再循環させるループ１４、またはＥＧＲを伴う。再循環ループ１４は、エンジン１０の排気ライン１８のバイパス・ライン１６を含む。バイパス・ライン１６は、エンジン１０から出た排気ガスを取り込み、それを、エンジン１０の吸入口の空気／排気ガスの混合物を取り込む手段２０へ供給することができる。この吸入手段２０は、空気入口２２からの空気も取り入れ、空気／排気ガス混合物をエンジン１０へ供給する。
【００３８】
エンジン１０からの排出される汚染物質、特に排出される酸化窒素またはＮＯｘを処理する目的で、浄化手段２４が、排気ライン１８に配置されている。浄化手段２４は、例えば、ＮＯｘを蓄積し、大気中へ排出するためにそれを非汚染形態にして放出するように構成されたＮＯｘトラップを備える。
【００３９】
通常、上記で説明されたエンジン及び構成部品の動作は、エンジンの動作を制御するユニット３０により制御される。
ユニット３０は手段３２に接続され、この手段は、（ｉ）例えば、シリンダのヘッドに配置され、シリンダの燃焼室内の圧力を測定するように構成された圧電歪センサを備え、エンジンの各シリンダの圧力を検出し、（ｉｉ）例えば速度センサを備え、エンジン速度を検出し、（ｉｉｉ）例えば、車両のアクセル・ペダルの位置を感知するセンサを備え、車両の運転者が要求するエンジン・トルクを検出し、（ｉｖ）例えば、エンジンのドライブ・シャフトに配置されたホール効果センサを備え、エンジン・タイミング角度を検出するためのものである。
【００４０】
ユニット３０はまた、エンジンに入る空気の流量（フロー・レート）を検出する手段３４、例えば、吸入手段２０の空気入口２２に配置された流量計に、接続される。
ユニット３０は、供給手段１２の噴射設定を決定するようになされ、特に、エンジン速度、トルク及びシリンダのクランク角度の関数として、各エンジン・サイクル及び各シリンダに対するパイロット噴射設定及びメイン噴射設定を決定するようになされるものであり、シリンダのクランク角度は、検出されるエンジン・タイミング角度に従ってユニット３０により求められる。
【００４１】
ユニット３０はまた、エンジン・サイクルに対して、エンジン速度、トルク及びシリンダのクランク角度に従って、吸入手段２０に対するＥＧＲ空気流量設定を決定する。
ユニット３０は、浄化手段２４の蓄積／放出状態を管理するために、シリンダ内に噴射される燃料の位相調整及び／または量の制御を行うことにより、浄化手段２４の動作の管理方策を実行するようになされている。
【００４２】
エンジン１０は、エンジンから排出されるＮＯｘの量を求めるための本発明によるデバイスを伴う。このデバイスは、その量を、火炎面が各シリンダの燃焼室内を伝播するときのその中で燃焼される吸入混合気の量に基づいて求める。シリンダ内の吸入混合気は、シリンダに取り込まれた新しい空気、排気ガス、及び燃料が合わさったものとして形成される。
【００４３】
図１に示された例では、このデバイスは、ユニット３０のサブ・ユニット３６により実現されている。別の変形形態では、デバイスは、専用のデータ処理ユニットにより実現することもできる。
【００４４】
次に、図２及び３を参照して、エンジン１０から排出されるＮＯｘの量を求めるデバイスの構成及び動作の説明を行う。
エンジンから排出されるＮＯｘの量は、エンジン・シリンダ内での吸入混合気の燃焼中のＮＯｘの生成の化学モデルに従って求められる。このモデルは、より詳細に以下に説明するように、シリンダ内の吸入混合気の酸素の質量分率ＸＯ２と、シリンダ内で燃焼する燃料の瞬間質量ＭＣＢと、シリンダ内の圧力Ｐと、シリンダ内の燃焼室中を伝播する火炎面の理論温度Ｔａｄと、そして好ましくは、火炎面の理論断熱温度とを、変数として使用する。
【００４５】
エンジン１０から排出されるＮＯｘの量を求めるデバイスは、エンジン・サイクル中にシリンダ内で燃焼される吸入混合気中の酸素の質量分率ＸＯ２を求める手段５０を備える。手段５０は、検出された空気流量ＤＡと、エンジンへ入る再循環排気ガスの量ＴＥＧＲとを、入力として受け取る。
【００４６】
再循環排気ガスの量ＴＥＧＲは、例えば、ユニット３０内の記憶装置に格納された所定のマップを用いて、エンジンの動作点と検出された空気流量ＤＡとの関数として、ユニット３０により決定される。
【００４７】
手段５０はまた、エンジン・サイクル間にシリンダ内に噴射された燃料の総量ＭＣＩを受け取り、当該技術では周知のように、その量に従って吸入混合気の濃厚度（リッチネス）を求めるようになされている。この量ＭＣＩは、供給手段１２に与えられた噴射設定に従って、例えば、エンジン・サイクル間にシリンダ内に噴射された燃料の量を足し合わせることにより、ユニット３０により求められる。
【００４８】
次いで、混合気中の酸素の質量分率ＸＯ２を求める手段５０は、基礎として吸入混合気の燃焼バランスを用いて、決定されたＴＥＧＲ流量および吸入混合気の濃厚度の関数として、この分率を求めるものであり、認められる酸素の質量分率ＸＯ２は、通常、当該技術分野では知られているように、濃厚度及びＥＧＲ流量に直接比例する。
【００４９】
本発明によるデバイスはまた、エンジン・サイクル中にシリンダで燃焼される燃料の瞬間量ＭＣＢを求める手段５２を備える。
その目的のため、手段５２は、シリンダ・サイクルの燃焼段階中に、シリンダ内で混合気が燃焼することにより放出される瞬間熱量を求める手段５４を備える。この算定は、シリンダの燃焼室内での検出された圧力Ｐ及びシリンダのクランク角度αの関数として、熱力学の第１法則を用いて、下記の式に従って行われる。
【００５０】
【数４】
2008522071.tif 000006
【００５１】
上記式において、ｄαは、シリンダのクランク角度αの所定の変化であり、ｄＱは、クランク角度の変化ｄα中に混合気の燃焼により放出される瞬間熱量であり、Ｖ及びＰは、それぞれ、クランク角度の変化ｄαが始まる時点の、燃焼室の体積及びその内圧であり、ｄＶ及びｄＰは、それぞれ、クランク角度の変化ｄαに対応する燃焼室の体積の変化及びその内圧の変化であり、ｋは所定のポリトロープ係数である。
【００５２】
この求められた熱量ｄＱは、それに対応する燃焼した燃料の量を求めるために手段５６に送られる。手段５６は、この燃料の量を、エンジンに使用される燃料の質量エネルギー内容、または正味発熱量（ＮＣＶ：ｎｅｔ  ｃａｌｏｒｉｆｉｃ  ｖａｌｕｅ）（Ｊ／ｋｇ）により、熱量ｄＱを割ることにより、求めることができる。ＮＣＶ値は、例えば、手段５６内にマッピングされている。
【００５３】
本発明によるデバイスはまた、シリンダ内の混合気の燃焼開始後のある時点の未燃焼吸入混合気の温度Ｔｎｂを求める手段５８を備える。この未燃焼吸入混合気の温度Ｔｎｂは、燃焼開始前の時点からの未燃焼吸入混合気の等エントロピー圧縮を仮定することにより計算される。この未燃焼吸入混合気の温度Ｔｎｂは、次いで、より詳細に以下に説明されるように、シリンダの燃焼室内部を伝播する火炎面の理論的な断熱温度Ｔａｄを求めるために使用される。
【００５４】
温度Ｔｎｂを求める手段５８は、シリンダの燃焼室内に燃焼開始前に存在する吸入混合気のモル数ｎを、検出された空気流量ＤＡと、エンジンへ流入する再循環排気ガスの量ＴＥＧＲと、及びシリンダへ噴射される燃料の総量ＭＣＩとの関数として求める手段６０を備える。
【００５５】
次いで、モル数ｎが、シリンダ内の燃焼が始まる前の所定の時点、例えば、シリンダ・サイクルの上死点（ＴＤＣ：ｔｏｐ  ｄｅａｄ  ｃｅｎｔｅｒ）前のクランク角度範囲［−６０°；−２０°］内にあるクランク角度α０に対応する時点での、吸入混合気の温度Ｔｎｂ０を求める手段６２へ送られる。
【００５６】
混合気の燃焼が開始される時点の検出は、手段５４により求められた、吸入混合気の燃焼により放出される瞬間熱量ｄＱを所定の閾値と比較する手段６４により行われる。
熱量ｄＱが、この閾値に達したとき、吸入混合気の燃焼の開始が検出され、燃焼中の未燃焼の吸入混合気の温度Ｔｎｂの計算が開始される。
【００５７】
手段６２は、次いで、下式に従って、吸入混合気が理想気体であると想定して、温度Ｔｎｂ０を求める。
【００５８】
【数５】
2008522071.tif 000007
【００５９】
上記式において、Ｖ０及びＰ０は、吸入混合気の燃焼開始前の所定の時点での燃焼室の体積及びその内圧であり、Ｒは完全気体定数である。
Ｖ０及びＰ０の値は、例えば、シリンダ・サイクルの上死点前のクランク角度範囲［−６０°；−２０°］内にあるクランク角度α０に対するシリンダ内の圧力Ｐに関するデータを最後に取得した後に、手段６２の記憶装置に格納されており、クランク角度α０は、シリンダの燃焼室の体積Ｖ０に対応する。
【００６０】
温度Ｔｎｂ０及び燃焼開始前の圧力Ｐ０は、燃焼中、即ち、シリンダの燃焼室内で火炎面が伝播中に未燃焼吸入混合気の温度Ｔｎｂを求めるために、基準温度及び基準圧力として手段６６へ送られる。手段６６は、この温度を、シリンダ・サイクルの圧縮段階における等エントロピー圧縮の熱力学モデルを用いて、下記の式に従って求める。
【００６１】
【数６】
2008522071.tif 000008
【００６２】
手段６６は、温度Ｔｎｂを、シリンダ内の吸入混合気の燃焼に対応する時間期間の間、連続的に求める。この期間は、例えば、エンジン負荷が部分的である場合は、上死点後のクランク角度範囲［０；１２０°］に対応し、エンジン負荷がほぼ最大の場合は、ＴＤＣに相対的なクランク角度範囲［−１５；１２０°］に対応する。
【００６３】
求められた温度Ｔｎｂは、シリンダ燃焼室内の吸入混合気の燃焼中の火炎面の断熱温度Ｔａｄを求めるための手段６８に送られる。
この手段は、混合気の燃焼の反応物と生成物とのエンタルピー保存の熱力学モデルを用いて、下記の式に従って、温度Ｔａｄを求める。
【００６４】
Ｈｉｎｉｔｉａｌ（Ｐ，Ｔｎｂ，ＸＯ２）＝Ｈｆｉｎａｌ（Ｐ，Ｔａｄ，ＸＯ２）    （４）
上記式において、Ｈｉｎｉｔｉａｌは、吸入混合気の燃焼が開始される時点以前の吸入混合気のエンタルピーであり、Ｈｆｉｎａｌは、火炎面による吸入混合気の燃焼により生成された排気ガスの吸入エンタルピーである。
【００６５】
有利には、このエンタルピー保存のモデルは、多項式モデルにより近似され、火炎面の断熱温度Ｔａｄは手段６８により下記の式に従って求められる。
Ｔａｄ＝ｃｌ＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２    （５）
上記式において、ｃ１、ｃ２、ｃ３は所定の係数である。
【００６６】
式（５）に従って求められる断熱温度と、式（４）に基づいて同じものの複雑なモデルを用いて求めた断熱温度との間の相関は、相関係数Ｒ２がほぼ９９．４３％に等しい。
別の実施形態では、手段６８はまた、入力として、シリンダの燃焼室内の測定された圧力Ｐを受け取り、火炎面の断熱温度を下記の式に従って求める。
【００６７】
Ｔａｄ＝ｃｌ＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２＋ｃ４×Ｐ    （６）
上記式において、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は所定の係数である。
シリンダ内圧力Ｐを式（６）に導入することにより、ほぼ９９．５％に等しい係数Ｒ２が得られる。
【００６８】
別の実施形態では、手段６８はまた、入力として、シリンダの燃焼室内の測定された圧力Ｐを受け取り、火炎面の断熱温度を下記の式に従って求める。
Ｔａｄ＝ｃｌ＋ｃ２×Ｔｎｂ＋ｃ３×ＸＯ２＋ｃ４×Ｐ＋ｃ５×ＸＯ２２    （７）
上記式において、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、及びｃ５は所定の係数である。
【００６９】
質量分率ＸＯ２の２乗を式（７）に導入することにより、ほぼ９９．９７％に等しい係数Ｒ２が得られる。
このようにして、手段６８は、簡単であり、計算時間が少ない様式で火炎面の断熱温度Ｔａｄを求め、しかも高い信頼性をもってその温度を求める。
【００７０】
最後に、本発明によるデバイスは、シリンダ内の圧力Ｐと、火炎面の断熱温度Ｔａｄと、混合気中の酸素の質量分率ＸＯ２と、燃焼される燃料の瞬間量ＭＣＢとの関数として、シリンダ内の吸入混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの瞬間量を計算する手段７０を備える。この計算は、シリンダ内のＮＯｘ生成の所定の化学モデルを用いて、例えば下記の式に従って行われる。
【００７１】
【数７】
2008522071.tif 000009
【００７２】
上記式において、ＱＮＯｘは、各クランク角度に対してのシリンダ内へ噴射される燃料の、キログラム当たりのグラム数での、シリンダ内の吸入混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの瞬間量であり、ｂ、ｃ及びｄは所定の係数である。
【００７３】
決して同時にはならない各シリンダの燃焼段階間のタイム・ラグがあるため、シリンダ内の混合気の燃焼中に生成されるＮＯｘの瞬間量ＱＮＯｘは、エンジン１０から排出されるＮＯｘの瞬間量にほぼ等しい。
【００７４】
図３は、エンジンから排出されるＮＯｘの量を求めるための、説明したデバイスの動作のフロー・チャートである。
車両の始動後、動作は、５０に於いて、混合気の次の燃焼が行われる基準ｉのシリンダを選択するステップで構成される。
【００７５】
次いで、５２では、このシリンダｉ中に噴射される燃料の総質量ＭＣＩ、空気流量ＤＡ、及び再循環排気ガス流量ＴＥＧＲが求められる。
次いで、引き続くステップ５４は、５２で求めた値の関数として、吸入混合気の濃厚度を求め、次いで、シリンダｉ内の吸入混合気の酸素の質量分率ＸＯ２を求めるステップで構成される。
【００７６】
本発明によるデバイスの動作は、次いで５６で、シリンダｉ内の吸入混合気の燃焼により放出される瞬間熱量ｄＱを、式（１）に従って求めるステップと、５８で、混合気の燃焼開始の時点を検出するために、このｄＱを閾値と比較するステップとで構成される。
【００７７】
この時点が検出されないかぎり、即ち、量ｄＱが検出閾値より小さいかぎりは、方法５８は、ステップ５６へループして戻る。
燃焼開始の時点が５８で検出された場合は、続く動作ステップ６０は、式（２）に従って、混合気の燃焼開始前の所定の時点での混合気の温度Ｔｎｂ０を求めるステップである。
【００７８】
次いで、ステップ６０にステップ６２が続き、式（３）に従って、燃焼開始後の或る時点の未燃焼吸入混合気の温度Ｔｎｂを求める。ステップ６２は、続いて、式（５）に従って、シリンダｉ内の未燃焼吸入混合気の温度Ｔｎｂと、混合気中の酸素の質量分率ＸＯ２との関数として、また、式（６）または（７）を用いる場合には圧力Ｐも含めての関数として、火炎面の断熱温度Ｔａｄを求める。
【００７９】
次いで６４で、シリンダｉ内で燃焼した燃料の瞬間質量ＭＣＢが、上記で説明したように、先に求められた熱量の関数として求められる。
次いで動作はステップ６６を介して続き、式（８）に従って、シリンダｉ内の混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの瞬間量ＱＮＯｘを求める。
【００８０】
量ＱＮＯｘの算定に続いて、６８で、シリンダｉ内の混合気の燃焼が終了したか否かを判定するテストが行われるが、これは、例えば、求められた瞬間熱量ｄＱが第２の所定の閾値より小さいか否かについてテストすることによりなされる。
【００８１】
このテストの結果が肯定であれば、ステップ６８は、ステップ５０へとループして戻り、新たなシリンダｉを選択する。
このテストの結果が否定であれば、７０で、新たな瞬間熱量ｄＱが求められる。
【００８２】
次いでステップ７０は、ステップ６２へとループして戻り、ステップ６２、６４及び６６を実行することにより、燃焼に続いての一時点での、シリンダｉ内の混合気の燃焼により排出される新たなＮＯｘの瞬間量ＱＮＯｘが求められる。
【００８３】
本発明によるデバイスは、必要な計算の量が少なく、エンジンから排出されるＮＯｘの量をリアルタイムで即座に、即ち、シリンダの燃焼段階の各時点で求めることを可能にする、算定アルゴリズムを実行する。
【００８４】
本発明によるデバイスの他の実施形態も可能である。
例えば、変形形態として、デバイスは、エンジンの一つのシリンダ内の圧力に関するデータの取得回路を備え、デバイスは、このシリンダ内で吸入混合気の燃焼により排出されるＮＯｘの量を求め、求めたＮＯｘの量にエンジンのシリンダの数を掛け、それにより、エンジンから排出されるＮＯｘの総量を得ることができる。
【００８５】
変形形態として、デバイスは、任意の数ｎのエンジン・シリンダ内の圧力に関するデータの取得回路を備え、システムにより排出されるＮＯｘの量を求め、この量にＮ／ｎを掛け、それにより、エンジンから排出されるＮＯｘの総量を得ることができる。ここでのＮはエンジン・シリンダの数である。
【００８６】
図４は、本発明によるデバイスにより実施された、エンジンから排出されたＮＯｘの量の算定の精度を示す。ｘ軸は、試験ディーゼル・エンジンの様々な動作点に対しての、ＮＯｘ生成の複雑な物理モデルを用いて求めたＮＯｘの量を示し、ｙ軸は、本発明によるデバイスにより得られた、それに対応する量を示す。
【００８７】
本発明によるデバイスでは、このように、エンジンの広い動作範囲に於いて、簡単な方式で高精度を得ることができる。
従って、そのようなデバイスを、エンジンから排出されるＮＯｘの量のデータを用いてディーゼル・エンジン１０の動作を診断および／または制御する複雑なシステムに、使用することが可能である。
【００８８】
第１のシステムは、エンジン１０の動作不良を診断するシステムである。当然、ＮＯｘの排出量が異常に多いと、エンジン１０の動作不良と診断することができる。
そのため、診断システムは本発明によるデバイスを備え、本発明によるデバイスは、エンジンから排出されるＮＯｘの瞬間量を、その量を所定の閾値と比較する手段へ送る。警報を発する手段がこの比較の結果を受け取り、その求められたＮＯｘの量が閾値を超えたときに、例えば車両の計器パネル上の表示灯を動作させるなどのような警報を発する。
【００８９】
エンジンから排出されるＮＯｘの量に基づいて浄化手段２４の蓄積及び放出の状態を管理するための、ディーゼル・エンジン１０の動作を制御するシステムを考えることも可能である。
【００９０】
そのようなシステムは、例えば、本発明によるデバイスを備え、本発明によるデバイスは、エンジンから排出されるＮＯｘの量を求め、その量を、その量の関数として浄化手段２４に蓄積されるＮＯｘの量を計算する手段へ送る。
【００９１】
求められたＮＯｘの蓄積量は、次いで、その量を第１及び第２の所定の閾値と比較する手段へ送られる。浄化手段２４の再生を開始させる手段が、この比較結果を受け取り、浄化手段２４中に蓄積されたＮＯｘの量が第１の閾値より上のときには、浄化手段２４の再生モードでのエンジン１０動作を開始し、蓄積されたＮＯｘの量が第２の閾値より下のときは、エンジン１０動作の上記のモードを停止する。
【００９２】
浄化手段の再生は、このように、車両の耐用期間を通じて適切に維持されるデータ項目に従って開始される。浄化手段２４の管理に関するエンジンの動作は、このように最適化される。
【００９３】
本発明によるデバイスと、エンジン１０への供給手段１２の動作を調節する手段とを備える、エンジン１０の動作を制御するシステムを考えることも可能である。調節手段は、供給手段の動作のドリフトを修正するために、デバイスにより求められるＮＯｘ排出量に従って供給手段１２の動作を調節するようになされる。例えば、供給手段１２を調節する手段は、エンジン１０からのＮＯｘ排出量を最小限に抑えるために、シリンダ内へ噴射される燃料の同期の調節および／または量を調節することができる。
【００９４】
調節手段はまた、同様にＮＯｘの排出量を最小限に抑える目的で、供給手段１２及び／または再循環ループ１４の動作のドリフトを修正するために、エンジン１０から排出されるＮＯｘの量に従って再循環ループ１４の動作を調節するようになされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】図１は、本発明によるデバイスを伴うディーゼル・エンジン自動車両推進ユニットの概略図である。
【図２】図２は、本発明によるデバイスのより詳細な概略図である。
【図３】図３は、本発明によるデバイスの動作のフロー・チャートである。
【図４】図４は、一連の試験中に、本発明のデバイスから返された結果のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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