(57)【要約】【課題】全気筒に筒内圧センサを設けない場合であっても、気筒内の燃料の燃焼状態を高い精度で推定することが可能な燃焼状態推定システムを提供する。【解決手段】制御部（３２）は、筒内圧センサが、複数の気筒のうち全気筒数よりも少ない数の特定気筒に搭載されており、筒内圧が所定状態となったときにおける所定クランク角を、気筒毎に算出する第一算出部と、特定気筒内の燃料の燃焼状態を推定する第一推定部と、燃焼状態が対象燃焼状態となったときにおける対象クランク角を算出する第二算出部と、特定気筒の所定クランク角と、対象クランク角と、の関係を記憶する記憶部と、記憶部により記憶された関係と、第一算出部により算出された非搭載気筒の所定クランク角と、に基づいて、非搭載気筒内の燃料の燃焼状態が対象燃焼状態となるクランク角を推定する第二推定部と、を備える燃焼状態推定システム。【選択図】      図１
2018132048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有するエンジン（１０）と、前記エンジンのクランク軸（３９）のクランク角を検出するクランク角センサ（３３）と、制御部（３２）と、を備えた燃焼状態推定システムであって、
前記気筒内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサ（２８）が、前記複数の気筒のうち全気筒数よりも少ない数の特定気筒に搭載されており、
前記制御部は、
少なくとも前記筒内圧センサが搭載されていない非搭載気筒について、前記クランク角センサにより検出される前記クランク角に基づいて、前記筒内圧が所定状態であることを推定する筒内圧推定部と、
各気筒の１燃焼サイクル中において、前記筒内圧が前記所定状態となったときにおける各気筒の各基準クランク位置に対するクランク角である所定クランク角を、気筒毎に算出する第一算出部と、
前記筒内圧センサにより検出される前記筒内圧に基づいて、前記特定気筒内の燃料の燃焼状態を推定する第一推定部と、
前記クランク角センサにより検出される前記クランク角に基づいて、前記第一推定部により推定された前記燃焼状態が対象燃焼状態となったときにおける前記特定気筒の前記基準クランク位置に対するクランク角である対象クランク角を算出する第二算出部と、
前記第一算出部により算出された前記特定気筒の前記所定クランク角と、前記第二算出部により算出された前記対象クランク角と、の関係を記憶する記憶部と、
前記記憶部により記憶された前記関係と、前記第一算出部により算出された前記非搭載気筒の前記所定クランク角と、に基づいて、前記非搭載気筒内の前記燃料の前記燃焼状態が前記対象燃焼状態となるクランク角を推定する第二推定部と、
を備える燃焼状態推定システム。
【請求項２】
前記対象燃焼状態は、前記気筒内に存在する前記燃料のうち燃焼に寄与した前記燃料の割合を示す燃焼割合が所定割合となった状態であり、
前記第一推定部は、前記筒内圧センサにより検出される前記筒内圧に基づいて、前記特定気筒内の前記燃料の前記燃焼割合を推定し、
前記第二算出部は、前記クランク角センサにより検出される前記クランク角に基づいて、前記第一推定部により推定された前記燃焼割合が前記所定割合となったときにおける前記特定気筒の前記対象クランク角を算出し、
前記第二推定部は、前記記憶部により記憶された前記関係と、前記第一算出部により算出された前記非搭載気筒の前記所定クランク角と、に基づいて、前記非搭載気筒内の前記燃料の前記燃焼割合が前記所定割合となるクランク角を推定する請求項１に記載の燃焼状態推定システム。
【請求項３】
前記記憶部は、記憶した前記関係に基づいて、前記所定クランク角と、前記対象クランク角と、の関係を定めるマップを作成し、
前記第二推定部は、前記マップを参照して、前記第一算出部により算出された前記非搭載気筒の前記所定クランク角に対応する前記対象クランク角を取得し、取得した該対象クランク角を、前記非搭載気筒内の前記燃料の前記燃焼状態が前記対象燃焼状態となるクランク角であるとして推定する請求項１又は２に記載の燃焼状態推定システム。
【請求項４】
前記所定状態は、前記１燃焼サイクル中における前記気筒内の前記筒内圧がピークとなる状態である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼状態推定システム。
【請求項５】
前記筒内圧推定部は、前記クランク軸の角加速度に基づいて、前記筒内圧がピークとなる状態であることを推定する請求項４に記載の燃焼状態推定システム。
【請求項６】
前記所定割合は、５０％である請求項２に記載の燃焼状態推定システム。
【請求項７】
前記所定割合は、１０％である請求項２に記載の燃焼状態推定システム。
【請求項８】
前記筒内圧推定部は、前記特定気筒についても前記筒内圧が前記所定状態であることを推定し、
前記第一算出部は、前記各気筒の前記１燃焼サイクル中において、前記筒内圧推定部による推定結果に基づいて前記筒内圧が前記所定状態となったときにおける前記所定クランク角を、気筒毎に算出する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃焼状態推定システム。
【請求項９】
前記第一算出部は、前記特定気筒について、前記１燃焼サイクル中において、前記筒内圧センサにより検出される前記筒内圧に基づいて前記筒内圧が前記所定状態となったときにおける前記所定クランク角を算出し、前記非搭載気筒について、前記１燃焼サイクル中において、前記筒内圧推定部による推定結果に基づいて前記筒内圧が前記所定状態となったときにおける前記所定クランク角を算出する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃焼状態推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内で発生した燃料の燃焼状態を推定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関において燃料の燃焼を実施した場合に、各気筒で生じるトルクの大きさにばらつきが生じることがある。この対策として、特許文献１では、内燃機関の各気筒内に設けられた燃焼圧センサから取得される各気筒内の筒内圧と、筒内圧を検出した際の筒内容積比と、を用いて気筒内で発生した熱量を算出し、算出した熱発生量が１燃焼サイクルの総熱発生量に対して５０％になる時期である熱発生重心を算出する。そして、算出した熱発生重心が予め決められた熱発生重心基準値に近づくように、燃料噴射時期を制御する。これにより、各気筒で生じるトルクの大きさにばらつきが生じた場合に、ばらつきが生じた要因がどのようなものであっても、気筒間の発生トルクのばらつきを効果的に低減することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−８５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、各気筒内に燃焼圧センサを設けることは、コストアップを招くこととなる。一方で、燃焼圧センサを設けずに、熱発生重心を含む気筒内の燃料の燃焼状態を推定することは推定精度の低下を招く懸念がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、全気筒に筒内圧センサを設けない場合であっても、気筒内の燃料の燃焼状態を高い精度で推定することが可能な燃焼状態推定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の気筒を有するエンジン（１０）と、前記エンジンのクランク軸（３９）のクランク角を検出するクランク角センサ（３３）と、制御部（３２）と、を備えた燃焼状態推定システムであって、
前記気筒内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサ（２８）が、前記複数の気筒のうち全気筒数よりも少ない数の特定気筒に搭載されており、
前記制御部は、
少なくとも前記筒内圧センサが搭載されていない非搭載気筒について、前記クランク角センサにより検出される前記クランク角に基づいて、前記筒内圧が所定状態であることを推定する筒内圧推定部と、
各気筒の１燃焼サイクル中において、前記筒内圧が前記所定状態となったときにおける各気筒の各基準クランク位置に対するクランク角である所定クランク角を、気筒毎に算出する第一算出部と、
前記筒内圧センサにより検出される前記筒内圧に基づいて、前記特定気筒内の燃料の燃焼状態を推定する第一推定部と、
前記クランク角センサにより検出される前記クランク角に基づいて、前記第一推定部により推定された前記燃焼状態が対象燃焼状態となったときにおける前記特定気筒の前記基準クランク位置に対するクランク角である対象クランク角を算出する第二算出部と、
前記第一算出部により算出された前記特定気筒の前記所定クランク角と、前記第二算出部により算出された前記対象クランク角と、の関係を記憶する記憶部と、
前記記憶部により記憶された前記関係と、前記第一算出部により算出された前記非搭載気筒の前記所定クランク角と、に基づいて、前記非搭載気筒内の前記燃料の前記燃焼状態が前記対象燃焼状態となるクランク角を推定する第二推定部と、
を備える。
【０００７】
筒内圧センサを備える気筒（以降、特定気筒と呼称）では、気筒内の燃料の燃焼状態を筒内圧センサにより検出される筒内圧に基づいて推定することができる。一方で、筒内圧センサを備えない気筒（以降、非搭載気筒と呼称）では筒内圧を検出することができないために、気筒内の燃料の燃焼状態を精度高く推定することが困難である。
【０００８】
ところで、発明者は筒内圧センサを備えていなくても、筒内圧が所定状態であることは、クランク角センサにより検出されるクランク角に基づいて推定することが可能であることを見出した。この発見に基づき、少なくとも非搭載気筒について、クランク角センサにより検出されるクランク角に基づいて所定状態となる筒内圧が筒内圧推定部により推定される。そして、各気筒の１燃焼サイクル中において筒内圧が所定状態となったときの各気筒の各基準クランク位置に対するクランク角（以降、所定クランク角と呼称）が第一算出部により気筒毎に算出される。
【０００９】
一方で、第一推定部により特定気筒内の燃料の燃焼状態が筒内圧センサにより検出される筒内圧に基づいて推定される。そして、第一推定部により推定された特定気筒内の燃料の燃焼状態が対象燃焼状態となったときにおける特定気筒の基準クランク位置に対するクランク角（以降、対象クランク角と呼称）が、クランク角センサにより検出されるクランク角に基づいて第二算出部により算出される。このとき第一算出部により算出された特定気筒の所定クランク角と、第二算出部により算出された対象クランク角と、の関係が記憶部により記憶される。そして、記憶部により記憶された特定気筒の所定クランク角と、対象クランク角と、の関係と、第一算出部により算出された非搭載気筒の所定クランク角と、に基づいて、非搭載気筒内の燃料の燃焼状態が対象燃焼状態となるクランク角が推定される。
【００１０】
このように、筒内圧センサを備える気筒が１つでもあれば、筒内圧が所定状態である筒内圧を推定することで、非搭載気筒内の燃料の燃焼状態を高い精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】筒内圧の変化の推移と燃焼トルクの変化の推移とを同一のクランク角軸線上にそれぞれ表した図である。
【図３】所定クランク角と対象クランク角との関係を示したグラフである。
【図４】本実施形態に係る電子制御ユニットにより実施される制御フローチャートである。
【図５】図４に記載のステップＳ１００のサブルーチン処理である。
【図６】図４に記載のステップＳ１１０のサブルーチン処理である。
【図７】本実施形態に係る電子制御ユニットにより実施される制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジンシステムを構築するものである。
【００１３】
図１を参照すると、エンジンシステム１０は、火花点火式のエンジン１１を備えている。なお、図１には、エンジン１１が備える複数気筒のうちの１気筒のみが例示されている。
【００１４】
エンジン１１の本体部を構成するエンジンブロック１１ａの内部には、燃焼室１１ｂ及びウォータージャケット１１ｃが形成されている。燃焼室１１ｂには、ピストン１２が往復移動可能に収容されており、ピストン１２は、コンロッド２９を介してクランク軸３９に連結されている。ウォータージャケット１１ｃは、冷却液（冷却水ともいう）が通流可能な空間であって、燃焼室１１ｂの周囲を取り囲むように設けられている。
【００１５】
エンジンブロック１１ａの上部であるシリンダヘッドには、吸気ポート１３及び排気ポート１４が、燃焼室１１ｂと連通可能に形成されている。また、シリンダヘッドには、吸気ポート１３と燃焼室１１ｂとの連通状態を制御するための吸気バルブ１５と、排気ポート１４と燃焼室１１ｂとの連通状態を制御するための排気バルブ１６と、吸気バルブ１５及び排気バルブ１６を所定のタイミングで開閉動作させるためのバルブ駆動機構１７と、が設けられている。
【００１６】
さらに、エンジンブロック１１ａには、インジェクタ１８と、点火プラグ１９と、筒内圧センサ２８と、が装着されている。本実施形態においては、インジェクタ１８は、点火プラグ１９の近傍に配置され、燃焼室１１ｂ内に燃料を直接噴射するように設けられている。点火プラグ１９は、燃焼室１１ｂ内にて燃料混合気を点火するように設けられている。筒内圧センサ２８は、燃焼室１１ｂ内の圧力である筒内圧Ｐを検出するように設けられている。本実施形態において、筒内圧センサ２８は、図１に例示する気筒にのみ設けられており、他の気筒に筒内圧センサ２８は設けられていない。
【００１７】
吸気ポート１３には、吸気マニホールド２１ａが接続されている。また、吸気マニホールド２１ａよりも吸気通流方向における上流側には、サージタンク２１ｂが配置されている。排気ポート１４には、排気管２２が接続されている。
【００１８】
ＥＧＲ通路２３は、排気管２２とサージタンク２１ｂとを接続することで、排気管２２に排出された排気ガスの一部を吸気に導入可能に設けられている（ＥＧＲはＥｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎの略である）。ＥＧＲ通路２３には、ＥＧＲ制御バルブ２４が介装されている。ＥＧＲ制御バルブ２４は、その開度によってＥＧＲ率（燃焼室１１ｂ内に吸入される燃焼前のガスにおける排気ガスの混入割合）を制御可能に設けられている。
【００１９】
吸気管２１における、サージタンク２１ｂよりも吸気通流方向における上流側には、スロットルバルブ２５が介装されている。スロットルバルブ２５は、その開度が、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ２６の動作によって制御されるようになっている。また、吸気ポート１３の近傍には、スワール流やタンブル流を発生させるための気流制御バルブ２７が設けられている。
【００２０】
排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒４１が設けられ、この触媒４１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ４０（リニアＡ／Ｆセンサ等）が設けられている。
【００２１】
エンジンシステム１０は、上記に説明したセンサ以外にも複数のセンサを備えている。
【００２２】
クランク角センサ３３は、エンジン１１の出力軸であるクランク軸３９が所定クランク角回転する毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するためのセンサである。このクランク角センサ３３は、エンジンブロック１１ａに装着されている。冷却水温センサ３４は、ウォータージャケット１１ｃ内を通流する冷却液の温度である冷却水温を検出（取得）するためのセンサであって、エンジンブロック１１ａに装着されている。
【００２３】
エアフローメータ３５は、吸入空気量（吸気管２１を通流して燃焼室１１ｂ内に導入される吸入空気の質量流量）を検出（取得）するためのセンサである。このエアフローメータ３５は、スロットルバルブ２５よりも吸気通流方向における上流側にて、吸気管２１に装着されている。吸気圧センサ３６は、吸気管２１内の圧力である吸気圧を検出（取得）するためのセンサであって、サージタンク２１ｂに装着されている。
【００２４】
スロットル開度センサ３７は、スロットルバルブ２５の開度（スロットル開度）に対応する出力を生じるセンサであって、スロットルアクチュエータ２６に内蔵されている。アクセルポジションセンサ３８は、アクセル操作量に対応する出力を生じるように設けられている。
【００２５】
また、エンジンシステム１０は、点火回路ユニット３１、電子制御ユニット３２等を備えている。
【００２６】
点火回路ユニット３１は、燃焼室１１ｂ内の燃料混合気に点火するための火花放電を点火プラグ１９にて発生させるように構成されている。電子制御ユニット３２は、いわゆるエンジンＥＣＵ（ＥＣＵはＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔの略である）であって、クランク角センサ３３等の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１１の運転状態（以下、エンジンパラメータと呼称する）に応じて、インジェクタ１８及び点火回路ユニット３１を含む各部の動作を制御するようになっている。この電子制御ユニット３２は、筒内圧推定部と、第一算出部と、第一推定部と、第二算出部と、記憶部と、第二推定部と、に該当する。
【００２７】
本実施形態に係る電子制御ユニット３２は、各気筒内の燃料の燃焼状態を把握するために、１燃焼サイクル中に気筒内で生じた熱発生量Ｑの総計（以降、総熱発生量Ｑｔｏｔａｌと呼称）に対して、現時点までに気筒内で生じた熱発生量Ｑの占める割合（以降、燃焼割合Ｘと呼称）を算出する。そして、燃焼割合Ｘが所定割合となったときにおける各気筒の各基準クランク位置に対するクランク角（以降、基準クランク位置に対するクランク角をクランク角θと呼称）を算出する。燃焼割合Ｘが所定割合となったときにおけるクランク角θの算出方法は、後述する。なお、各基準クランク位置は、各気筒に備わるピストン１２の位置が圧縮上死点であるときの各クランク位置に設定される。
【００２８】
本実施形態において、所定割合は５０％に設定される。このとき、燃焼割合Ｘが５０％となったときのクランク角θは、気筒内の燃料の燃焼状態が燃焼重心に至ったクランク角θといえる。そして、燃焼重心は、気筒内の燃料の燃焼状態を把握する上で好適な状態といえる。
【００２９】
電子制御ユニット３２は、燃焼重心に至るべきクランク角θの目標値（以降、目標重心クランク角と呼称）と、算出した燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θと、の差を算出し、その差に基づいて燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θを目標重心クランク角に近づける補正制御を行なう。
【００３０】
具体的には、目標重心クランク角と、算出した燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θと、の差が正の値である第一所定値よりも大きい場合には、燃料の燃焼速度が想定よりも速いため、点火プラグ１９の目標点火時期を遅角補正する。これにより、燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θを目標重心クランク角に向けて遅角させることができる。一方で、目標重心クランク角と、算出した燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θと、の差が負の値である第二所定値よりも小さい場合には、燃料の燃焼速度が想定よりも遅いため、点火プラグ１９の目標点火時期を進角補正する。これにより、燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θを目標重心クランク角に向けて進角させることができる。
【００３１】
ところで、熱発生量Ｑは、筒内圧センサ２８により検出される筒内圧Ｐに基づいて算出されるため、筒内圧センサ２８を備えない気筒では熱発生量Ｑを算出することができない。このような事情から、従来より燃焼割合Ｘに基づいて各気筒内の燃料の燃焼状態を把握する場合には、各気筒の燃焼室１１ｂ内に筒内圧センサ２８を設ける必要があったが、各気筒の燃焼室１１ｂ内に筒内圧センサ２８を設けることは製造コストの増大につながることになる。
【００３２】
発明者は、本実施形態の様に、複数気筒のうち１つの気筒（以降、特定気筒と呼称）に筒内圧センサ２８を備えておけば、その気筒に備わる筒内圧センサ２８により検出される筒内圧Ｐに基づいて、筒内圧センサ２８が備わっていない気筒（以降、非搭載気筒と呼称）内の燃料の燃焼状態を精度高く推定することができることを見出した。
【００３３】
具体的には、１燃焼サイクルにおける燃焼室１１ｂ内の筒内圧Ｐのピーク値は気筒ごとに異なるものの、筒内圧Ｐがピークとなったとき（所定状態に該当）における各気筒のクランク角θと、燃焼割合Ｘが所定割合となったときにおけるクランク角θと、の位置関係は、気筒間で略等しくなることを見出した。
【００３４】
また発明者は、１燃焼サイクル中における筒内圧Ｐのピーク及び筒内圧Ｐがピークとなったときにおけるクランク角θを、クランク軸３９の角加速度ｄω／ｄｔに基づいて精度高く求めることができることを見出した。詳細を以下に説明する。
【００３５】
まず、クランク角センサ３３から出力されたクランク角信号に基づいて、クランク軸３９の回転速度ωを求め、クランク軸３９の回転速度ωの時間微分値であるクランク軸３９の角加速度ｄω／ｄｔを算出する。そして、クランク軸３９の角加速度ｄω／ｄｔに、クランク軸３９の回転中心軸線まわりのイナーシャＩを乗算することで、合成トルクＴｔｏｔａｌを算出することができる（（１）式参照）。合成トルクＴｔｏｔａｌとは、気筒内での燃料の燃焼により生じたトルク（以降、燃焼トルクＴｂと呼称）と、各気筒において圧縮行程や膨張行程での燃焼室１１ｂ内の容積変化により生じる慣性トルクＴｉと、を合算したトルクのことである。
【００３６】
Ｔｔｏｔａｌ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ…（１）
【００３７】
合成トルクＴｔｏｔａｌに含まれる成分の一つ、慣性トルクＴｉは、（２）式に示されるように、ピストン１２やコンロッド２９、クランク軸３９などの回転体の質量の総和Ｍと、ピストン１２の移動方向からの投影面積Ａと、筒内容積Ｖの変化率と、に基づいて算出される。なお、回転体の質量の総和Ｍと、ピストン１２の移動方向からの投影面積Ａと、はいずれも設計値により定まる値である。筒内容積Ｖは、気筒内に備わるピストン１２の上下動に伴い刻々変化する値であり、クランク角θに基づいて算出することができる。
【００３８】
【数１】
2018132048.tif 000003
…（２）
【００３９】
合成トルクＴｔｏｔａｌから慣性トルクＴｉを引くことで、燃焼トルクＴｂを算出することができる（式（３）参照）。一方で、燃焼トルクＴｂは、式（４）に示されるように、筒内圧Ｐと、筒内容積Ｖの変化率と、に基づいて算出することができる。したがって、（３）式に基づいて算出した燃焼トルクＴｂを（４）式の燃焼トルクＴｂに代入することで、そのときの筒内圧Ｐを算出することができる。
【００４０】
Ｔｂ＝Ｔｔｏｔａｌ−Ｔｉ…（３）
【００４１】
Ｔｂ＝Ｐ×ｄＶ／ｄθ×１８０／π…（４）
【００４２】
ところで、図２は、筒内圧センサ２８により実際に検出された筒内圧Ｐの変化の推移と、燃焼トルクＴｂの変化の推移と、を同一のクランク角軸線上にそれぞれ示したものである。図２から、筒内圧Ｐがピークとなったときにおけるクランク角θと、燃焼トルクＴｂがピークとなったときにおけるクランク角θは、ほぼ同じ値であることが分かる。したがって、１燃焼サイクル中に燃焼トルクＴｂがピークとなったときの値を（１），（２），（３）式に基づいて算出し、算出した燃焼トルクＴｂのピーク値を（４）式に代入して求めた筒内圧Ｐは、１燃焼サイクル中における気筒内の筒内圧Ｐがピークとなったときの値にほぼ等しいことになる。そして、１燃焼サイクル中における、燃焼トルクＴｂのピークと筒内圧Ｐのピークが分かれば、（４）式に基づいて、１燃焼サイクル中において気筒内の筒内圧Ｐがピークとなったときのクランク角θ（以降、所定クランク角と呼称）を求めることができる。
【００４３】
一方で、特定気筒では、筒内圧センサ２８により検出される筒内圧Ｐに基づいて、特定気筒内で生じる熱発生量Ｑを算出することができる。以下に、その詳細を説明する。
【００４４】
（５）式に示すように、単位時間当たりの熱発生量（以降、熱発生率ｄＱ／ｄθと呼称）を、燃料の燃焼制御を開始してから現在までの時間の長さ分だけ加算することで、燃料の燃焼制御を開始してから現在までの総熱発生量（熱発生量Ｑに該当）を算出することができる。そして、熱発生率ｄＱ／ｄθは、筒内圧センサ２８により検出された筒内圧Ｐと、筒内圧Ｐを検出した際における筒内容積Ｖの変化率と、燃焼室１１ｂ内に存在する燃料と空気と混合気の比熱比κと、を用いて算出することができる。
【００４５】
総熱発生量Ｑｔｏｔａｌは、熱発生率ｄＱ／ｄθを積分することで算出することができる。したがって、（６）式に基づいて、総熱発生量Ｑｔｏｔａｌに対する熱発生量Ｑの占める割合（燃焼割合Ｘ）を算出することができる。これにより算出した燃焼割合Ｘが所定割合となったとき（対象燃焼状態に該当）におけるクランク角θ（以降、対象クランク角と呼称）を、クランク角センサ３３から出力されるクランク角信号に基づいて取得する。
【００４６】
【数２】
2018132048.tif 000004
…（５）
【００４７】
Ｘ＝Ｑ／Ｑｔｏｔａｌ×１００…（６）
【００４８】
電子制御ユニット３２は、1燃焼サイクルごとに、特定気筒の所定クランク角と、対象クランク角と、を算出し、算出した所定クランク角と、対象クランク角と、を１データとして記憶する。そして、記憶したデータの数が所定数よりも多くなった場合に、横軸が所定クランク角で、縦軸が対象クランク角であるグラフ上に、データをプロットして、プロットしたデータを近似することで近似直線を求め、図３に示すマップを作成する。
【００４９】
そして、図３に示すマップを参照して、非搭載気筒の所定クランク角に対応する対象クランク角を取得し、取得した対象クランク角を、非搭載気筒の燃焼割合Ｘが所定割合となったときにおけるクランク角θであると推定する。
【００５０】
本実施形態では、電子制御ユニット３２により、特定気筒を対象として図４のマップ作成制御を実施する。図４に示すマップ作成制御は、電子制御ユニット３２が電源オンしている期間中に電子制御ユニット３２によって１燃焼サイクルごとに繰り返し実施されるが、マップを作成した場合には、以降のマップ作成制御は実施しない。
【００５１】
まず、ステップＳ１００では、（５），（６）式に基づいて、対象クランク角を算出する。ステップＳ１１０では、（１），（２），（３），（４）式に基づいて、特定気筒の所定クランク角を算出する。ステップＳ１２０では、ステップＳ１００で算出した対象クランク角と、ステップＳ１１０で算出した所定クランク角とを、１データとして記憶する。
【００５２】
ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０で記憶したデータの数が所定数よりも多いか否かを判定する。記憶したデータの数が所定数よりも多くないと判定した場合には（ステップＳ１３０：ＮＯ）、本制御を終了する。記憶したデータの数が所定数よりも多いと判定した場合には（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０に進み、記憶したデータを、縦軸が対象クランク角で、横軸が所定クランク角であるグラフ上にプロットし、プロットしたデータを近似することで近似直線を求め、マップを作成する。そして、本制御を終了する。
【００５３】
なお、ステップＳ１００は、第一推定部及び第二算出部としての処理に該当し、ステップＳ１１０は、筒内圧推定部及び第一算出部としての処理に該当し、ステップＳ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１４０の処理は、記憶部としての処理に該当する。
【００５４】
また、電子制御ユニット３２により図５の対象クランク角算出処理を実施する。図５に示す対象クランク角算出処理は、図４に記載のステップＳ１００に相当するサブルーチン処理である。
【００５５】
ステップＳ１０１では、特定気筒内に備わる筒内圧センサ２８により検出される筒内圧Ｐを取得する。ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で取得した筒内圧Ｐに基づいて、（５）式より特定気筒内で生じた熱発生量Ｑを算出する。ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で算出した熱発生量Ｑに基づいて、（６）式より燃焼割合Ｘを算出する。
【００５６】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出した燃焼割合Ｘが所定割合となったか否かを判定する。燃焼割合Ｘが所定割合となっていないと判定した場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。燃焼割合Ｘが所定割合となったと判定した場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５に進み、クランク角センサ３３から出力されるクランク角信号に基づいて、その時のクランク角θを対象クランク角として取得する。
【００５７】
なお、ステップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３の処理は、第一推定部としての処理に該当し、ステップＳ１０４，１０５の処理は、第二算出部としての処理に該当する。
【００５８】
電子制御ユニット３２により図６の所定クランク角算出処理を実施する。図６に示す所定クランク角算出処理は、図４に記載のステップＳ１１０に相当するサブルーチン処理である。
【００５９】
ステップＳ１１１では、クランク角センサ３３から出力されたクランク角信号に基づいて、クランク軸３９の回転速度ωを求め、クランク軸３９の回転速度ωの時間微分値であるクランク軸３９の角加速度ｄω／ｄｔを算出する。ステップＳ１１２では、ステップＳ１１で算出したクランク軸３９の角加速度ｄω／ｄｔに基づいて、（１），（２），（３）式から、燃焼トルクＴｂのピークを算出する。ステップＳ１１３では、ステップＳ１１２で算出した燃焼トルクＴｂのピークに基づいて、（４）式から、特定気筒における筒内圧Ｐのピークを算出する。ステップＳ１１４では、ステップＳ１１２で算出した燃焼トルクＴｂのピークと、ステップＳ１１３で算出した筒内圧Ｐのピークとに基づいて、（４）式から所定クランク角を算出する。
【００６０】
なお、ステップＳ１１１，Ｓ１１２，Ｓ１１３の処理は、筒内圧推定部としての処理に該当し、ステップＳ１１４の処理は、第一算出部としての処理に該当する。
【００６１】
電子制御ユニット３２は、図４のステップＳ１４０にて所定クランク角と対象クランク角との関係を示すマップを作成した場合に、非搭載気筒を対象として図７の燃焼状態推定制御を実施する。
【００６２】
まず、ステップＳ２００では、（１），（２），（３），（４）式に基づいて、燃焼状態を推定したい非搭載気筒の所定クランク角を算出する。詳細な処理内容は図６に示す所定クランク角算出処理に準じる。ステップＳ２１０では、ステップＳ１４０で作成したマップを参照して、ステップＳ２００で算出した所定クランク角に対応する対象クランク角を取得する。そして、本制御を終了する。
【００６３】
なお、ステップＳ２００の処理は、筒内圧推定部及び第一算出部としての処理に該当し、ステップＳ２１０の処理は、第二推定部としての処理に該当する。
【００６４】
上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。
【００６５】
・クランク軸３９の角加速度ｄω／ｄｔに基づいて、特定気筒における筒内圧Ｐのピークを算出することができ、それに伴い、筒内圧Ｐがピークとなったときにおけるクランク角θを算出することができる。また、筒内圧センサ２８により検出される筒内圧Ｐに基づいて、特定気筒内に存在する燃料のうち燃焼に寄与した燃料の燃焼割合Ｘを算出することができる。それに伴って、特定気筒内の燃料の燃焼割合Ｘが所定割合となったときにおける特定気筒の対象クランク角を、クランク角センサ３３から出力されるクランク角信号に基づいて取得することができる。これにより、特定気筒の所定クランク角と、対象クランク角と、の関係を定めるマップを作成することができる。
【００６６】
上述したように、発明者は、１燃焼サイクルにおける気筒内の筒内圧Ｐのピーク値は、気筒ごとに異なるものの、筒内圧Ｐがピークとなったときのクランク角θと、気筒の燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θと、の位置関係は、気筒間で略等しくなることを見出した。このため、作成されたマップを参照して、燃焼状態を推定したい非搭載気筒の所定クランク角、に対応する対象クランク角が取得されることで、このとき取得された対象クランク角が、非搭載気筒の燃焼割合Ｘが所定割合となるクランク角θであるとして推定することができる。
【００６７】
・１つの気筒に筒内圧センサ２８が備わっていれば、各気筒の燃料の燃焼状態を把握することができるため、全ての気筒に筒内圧センサ２８を備えるエンジンシステムと比較して、製造コスト削減を図ることが出来る。
【００６８】
上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
【００６９】
・上記実施形態において、筒内圧センサ２８は複数気筒のうち一つの気筒に搭載されていた。このことについて、複数の気筒のうち全気筒数よりも少ない数の気筒に筒内圧センサ２８が搭載されていればよい。
【００７０】
この場合、筒内圧センサ２８を備えた気筒ごとに所定クランク角と、対象クランク角と、を算出する。そして、算出した複数の所定クランク角と、算出した複数の対象クランク角と、をそれぞれ平均し、平均化された所定クランク角と、対象クランク角と、を、１データとして記憶する構成としてもよい。
【００７１】
あるいは、燃料の燃焼状態を把握したい非搭載気筒が燃焼する直前に、燃料の燃焼を実施する特定気筒のマップを参照して、非搭載気筒の燃焼状態を推定するように構成してもよい。
【００７２】
・上記実施形態において、インジェクタ１８は、燃焼室１１ｂ内に燃料を直接噴射するように設けられていた。このことについて、インジェクタ１８は吸気ポート１３に向かって燃料を噴射するように設けられていてもよい。
【００７３】
・上記実施形態では、筒内圧Ｐがピークとなったときにおける気筒のクランク角θを所定クランク角として算出していた。このことについて、筒内圧Ｐが所定圧を超えて高くなる状態における気筒のクランク角θを所定クランク角として算出するようにしてもよい。この場合、所定圧は筒内圧Ｐがピークとなる状態で到達すると推定される圧力として設定される。なお、所定圧はエンジン１１の運転状態によって可変に設定される。
【００７４】
・上記実施形態において、所定割合は５０％に設定されていた。このことについて、所定割合は、例えば１０％に設定されてもよい。燃焼割合Ｘが１０％となったときのクランク角θは、気筒内での燃焼制御を開始してから、燃料が実際に燃焼を開始するまでの着火遅れ期間を検出するのに適している。この着火遅れ期間を把握することもまた、気筒内の燃料の燃焼状態を把握する上で好適であるといえる。
【００７５】
なお本別例において、電子制御ユニット３２は、着火に至るべきクランク角θの目標値（以降、目標着火クランク角と呼称）と、算出した燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θと、の差を算出し、その差に基づいて燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θを目標着火クランク角に近づける補正制御を行なう。
【００７６】
具体的には、目標着火クランク角と、算出した燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θと、の差が正の値である第三所定値よりも大きい場合には、燃料の着火時期が想定よりも早い時期であるため、現時点よりも、インジェクタ１８の要求噴射量を減量し、且つ、目標とするＥＧＲ率を高く設定する。これにより、燃料の着火時期を目標着火クランク角に向けて遅角補正することができる。一方で、目標着火クランク角と、算出した燃焼割合Ｘが所定割合となったときのクランク角θと、の差が負の値である第四所定値よりも小さい場合には、燃料の着火時期が想定よりも遅い時期であるため、現時点よりも、インジェクタ１８の要求噴射量を増量し、且つ、目標とするＥＧＲ率を低く設定する。これにより、燃料の着火時期を目標着火クランク角に向けて進角補正することができる。
【００７７】
また、所定割合は９０％に設定されてもよい。燃焼割合Ｘが９０％となったときのクランク角θは、気筒内での燃料の燃焼が終了をむかえるクランク角であるといえる。そして、気筒内での燃料の燃焼が終了をむかえる時期を把握することもまた、気筒内の燃料の燃焼状態を把握する上で好適であるといえる。
【００７８】
・上記実施形態では、特定気筒の所定クランク角を、（１），（２），（３），（４）式に基づいて算出していた。このことについて、１燃焼サイクル中において、筒内圧センサ２８により検出される筒内圧Ｐがピークとなったときにおけるクランク角θを、クランク角センサ３３から出力されるクランク角信号に基づいて取得する構成としてもよい。これにより、特定気筒の所定クランク角の算出精度を高めることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…エンジンシステム、２８…筒内圧センサ、３２…電子制御ユニット、３３…クランク角センサ、３９…クランク軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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