(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段の燃料噴射が行われる内燃機関の熱発生率波形において、低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、高いピークを有する燃焼における点を特定する特定部と、
前記特定部が特定した点において前記熱発生率波形の接線を導出する接線導出部と、
熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値として、前記接線における所定の点を設定し、前記初期値を用いて前記熱発生率モデルの計算値と前記熱発生率波形との差が小さくなるように前記モデルパラメータを同定する同定部と、
当該同定の結果を用いて、前記内燃機関の所定の運転条件に対応する熱発生率を推定する推定部と、を備えることを特徴とする推定装置。
【請求項２】
前記特定部は、前記内燃機関のクランク角の増加に対して熱発生率が上昇する側および下降する側の２点を特定し、
前記接線導出部は、前記２点の少なくともいずれか一方における接線を導出することを特徴とする請求項１記載の推定装置。
【請求項３】
前記特定部は、前記熱発生率波形の前記高いピークよりも高い値から所定の刻み値で所定の直線を低い方に平行移動させた場合の前記直線の各位置について、前記熱発生率波形と前記直線との交点数が第１閾値以上となる位置が、連続して第２閾値の値の回数以上続くときに、前記交点数が最初に前記第１閾値以上となる位置の手前の位置における前記直線と前記高いピークとの２つの交点を前記２点として特定することを特徴とする請求項２記載の推定装置。
【請求項４】
前記特定部は、前記熱発生率波形に対して平滑化処理を行った後に、前記熱発生率波形と前記直線との交点数を取得することを特徴とする請求項３記載の推定装置。
【請求項５】
前記接線導出部は、前記２点における接線を導出し、
前記同定部は、当該両方の接線における所定の点同士の間におけるクランク角の角度差を前記初期値に含ませることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の推定装置。
【請求項６】
前記特定部は、前記低いピークを有する燃焼における熱発生率波形において、前記高いピークを有する燃焼側のいずれかの点を特定し、
前記接線導出部は、当該点における接線を導出し、
前記同定部は、当該接線と、前記高いピークを有する燃焼における熱発生率波形において前記低いピークを有する燃焼側の接線との交点を、前記初期値に含ませることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の推定装置。
【請求項７】
複数段の燃料噴射が行われる内燃機関の熱発生率波形において、低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、高いピークを有する燃焼における点を特定部が特定し、
前記特定部が特定した点において、接線導出部が前記熱発生率波形の接線を導出し、
同定部が、熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値として、前記接線における所定の点を設定し、前記初期値を用いて前記熱発生率モデルの計算値と前記熱発生率波形との差が小さくなるように前記モデルパラメータを同定し、
推定部が、当該同定の結果を用いて、前記内燃機関の所定の運転条件に対応する熱発生率を推定する、ことを特徴とする推定方法。
【請求項８】
コンピュータに、
複数段の燃料噴射が行われる内燃機関の熱発生率波形において、低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、高いピークを有する燃焼における点を特定する処理と、
当該特定された点において、前記熱発生率波形の接線を導出する処理と、
熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値として、前記接線における所定の点を設定し、前記初期値を用いて前記熱発生率モデルの計算値と前記熱発生率波形との差が小さくなるように前記モデルパラメータを同定する処理と、
当該同定の結果を用いて、前記内燃機関の所定の運転条件に対応する熱発生率を推定する処理と、を実行させることを特徴とする推定プログラム。
【請求項９】
複数段の燃料噴射が行われる内燃機関の熱発生率波形において、低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、高いピークを有する燃焼における点を特定する特定部と、
前記特定部が特定した点において前記熱発生率波形の接線を導出する接線導出部と、
熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値として、前記接線における所定の点を設定し、前記初期値を用いて前記熱発生率モデルの計算値と前記熱発生率波形との差が小さくなるように前記モデルパラメータを同定する同定部と、
当該同定の結果を用いて、前記内燃機関の所定の運転条件に対応する熱発生率を推定する推定部と、を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項１０】
複数段の燃料噴射が行われる内燃機関の熱発生率波形において、低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、高いピークを有する燃焼における点を特定する特定部と、
前記特定部が特定した点において前記熱発生率波形の接線を導出する接線導出部と、
熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値として、前記接線における所定の点を設定し、前記初期値を用いて前記熱発生率モデルの計算値と前記熱発生率波形との差が小さくなるように前記モデルパラメータを同定する同定部と、
当該同定の結果を用いて、前記内燃機関の所定の運転条件に対応する熱発生率を推定する推定部と、を備えることを特徴とする移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、推定装置、推定方法、推定プログラム、エンジンおよび移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）の熱発生率を数式モデルで表現とする方法として、例えば、Ｗｉｅｂｅ関数を用いる方法が挙げられる（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０６３３４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４８１１９号公報
【特許文献３】特開２００７−２３９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、モデルパラメータの数が多く、熱発生率波形が振動成分を有するため、熱発生率を数式モデルで表現することは困難である。
【０００５】
１つの側面では、本件は、内燃機関の熱発生率を精度良く推定することができる推定装置、推定方法、推定プログラム、エンジンおよび移動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、推定装置は、複数段の燃料噴射が行われる内燃機関の熱発生率波形において、低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、高いピークを有する燃焼における点を特定する特定部と、前記特定部が特定した点において前記熱発生率波形の接線を導出する接線導出部と、熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値として、前記接線における所定の点を設定し、前記初期値を用いて前記熱発生率モデルの計算値と前記熱発生率波形との差が小さくなるように前記モデルパラメータを同定する同定部と、当該同定の結果を用いて、前記内燃機関の所定の運転条件に対応する熱発生率を推定する推定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
内燃機関の熱発生率を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】熱発生率の波形を例示する図である。
【図２】モデルパラメータを一般的な最適化ソルバーを用いて同定した結果を例示する図である。
【図３】モデルパラメータを一般的な最適化ソルバーを用いて同定した結果を例示する図である。
【図４】実施形態に係る推定装置が適用されるエンジンの一例を表すブロック図である。
【図５】推定装置の構成を表すブロック図である。
【図６】推定装置が実行するフローチャートを例示する図である。
【図７】推定装置が実行するフローチャートを例示する図である。
【図８】推定装置が実行するフローチャートを例示する図である。
【図９】熱発生率波形の平滑化を例示する図である。
【図１０】熱発生率波形と直線との交点を例示する図である。
【図１１】接線導出部によって導出された接線を例示する図である。
【図１２】アフタ燃焼開始時期の導出の結果を例示する図である。
【図１３】プレ燃焼の開始時期の導出の結果を例示する図である。
【図１４】（ａ）は比較例に係る推定結果を例示し、（ｂ）は実施形態に係る推定結果を例示する。
【図１５】比較例および本実施形態に係る方法における、メイン燃焼開始時期およびアフタ燃焼開始時期の計算結果を例示する。
【図１６】推定装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【図１７】実施形態に係る推定装置が適用されるエンジンを搭載したビークルの一例を表すブロック図である。
【図１８】実施形態に係る推定装置が適用されるエンジンを搭載し、エンジンの運動エネルギーを発電機で電力に変換し、電力によってモータで駆動するビークルの一例を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
エンジンの必要な要求されるトルクは、運転者のアクセル操作などから決まる。トルクベース制御は、要求されるトルクを満たすような図示トルクを推定することで行われる。例えば、従来のマップ関数に基づく方法と比較してさらなるエンジン性能向上と制御システムの開発工数削減を実現できる方法として、図示トルクを数式モデルで表現する方法がある。図示トルクは、クランク角あたりの筒内圧から計算することができる。筒内圧は、クランク角あたりの熱発生量の変化率である熱発生率から計算することができる。したがって、熱発生率を精度よく推定するモデルを構築できれば、当該モデルをトルクベース制御におけるエンジン制御システムの高性能化や開発の効率化に有効利用することが可能である。
【００１０】
エンジンの熱発生率を数式モデルで表現する方法には、例えば、Ｗｉｅｂｅ関数を用いる方法がある。エンジンでは、さらなる高性能化を目的として、多段燃料噴射が行われている。多段燃焼噴射とは、複数の異なるクランク角で燃料を噴射する態様である。その熱発生率の波形は、例えば、図１で例示するような複雑な波形となる。図１では、３段燃料噴射を行う場合の熱発生率波形が例示されている。図１の例では、１番目の燃料噴射に対応する山は、プレ燃焼部分である。２番目の燃料噴射に対応する山は、メイン燃焼部分である。３番目の燃料噴射に対応する山は、アフタ燃焼部分と、アフタ燃焼と同時に生じている拡散燃焼部分との合成である。
【００１１】
それぞれの燃焼部分を個別のＷｉｅｂｅ関数で表現し、各Ｗｉｅｂｅ関数の計算結果を重ね合わせることで、元の熱発生率波形を表現することができる。一般化すると、熱発生率のｉ番目の燃焼部分は、燃料噴射量ｍｉｎｊ、燃焼割合ｘｆｉ、低発熱量ＬＨＶ、形状係数ｍ、燃焼期間Δθｉ、形状係数ａｉ、燃料噴射開始時期θＳＯＣｉ、および噴射回数Ｎから、下記式（１）で表される。
【数１】
0006540424.tif 000002
それらを重ね合わせることで得られるトータルの熱発生率は、下記式（２）で表される。
【数２】
0006540424.tif 000003
【００１２】
ここでのパラメータ同定が必要な未知パラメータは、燃焼割合ｘｆ、形状係数ｍ、燃焼期間Δθ、形状係数ａ、および燃料噴射開始時期θＳＯＣの５つである。したがって、噴射回数Ｎに拡散燃焼部を足したＮ＋１個について５つのパラメータで５×（Ｎ＋１）のパラメータを同定する問題を解くことになる。
【００１３】
図２および図３は、３段噴射の熱発生率波形のモデルパラメータ同定問題を、実験値とそのモデルの計算値との誤差が最小となるようにモデルパラメータを一般的な最適化ソルバーを用いて同定した結果を例示する。図２および図３では、アフタ燃焼の開始時期が不正確であることがわかる。これは、モデルパラメータの数が多く、その自由度も高いだけでなく、熱発生率波形が振動成分を有するためである。運転条件によっては、物理現象に則した熱発生率モデルを構築することができない課題がある。
【００１４】
以下の実施形態では、内燃機関（エンジン）の熱発生率を精度良く推定することができる、推定装置、推定方法、および推定プログラムについて説明する。
【００１５】
（実施形態）
図４は、実施形態に係る推定装置が適用されるエンジンの一例を表すブロック図である。本実施形態では、３段燃料噴射のディーゼルエンジンを例とする。
すなわち、熱発生率波形において、プレ燃焼と、メイン燃焼と、アフタ燃焼とが含まれる。エンジン１００は、エンジンシステム１１、筒内圧波形検出部１２、推定装置１３、およびエンジン制御コントローラ１４を備えている。
【００１６】
エンジンシステム１１は、１以上の気筒を備えるエンジンであり、エンジン制御コントローラ１４によって制御される。筒内圧波形検出部１２は、エンジンシステム１１から各気筒の筒内圧波形を検出する。推定装置１３は、筒内圧波形検出部１２から筒内圧波形を取得し、エンジン制御コントローラ１４から運転条件を取得するとともに、現在の熱発生率を推定し、エンジン制御コントローラ１４へ熱発生率の推定結果を提供する。エンジン制御コントローラ１４は、熱発生率の推定結果と運転条件とに基づいて、エンジンシステム１１を制御する。
【００１７】
図５は、推定装置１３の構成を表すブロック図である。推定装置１３は、熱発生率波形計算部１５、平滑化処理部１６、交点分析部１７、接線導出部１８、メイン燃焼時期計算部１９、アフタ燃焼時期計算部２０、プレ燃焼時期計算部２１、条件設定部２２、モデルパラメータ同定部２３、モデルパラメータ関係記憶部２４、および熱発生率推定部２５を備える。以下、各部の動作の詳細について説明する。
【００１８】
図６〜図８は、推定装置１３が実行するフローチャートを例示する。推定装置１３は、データサンプリングが可能な一定時間毎（例えば３０秒毎）に図６および図７で例示する一連の処理を実行する。まず、図６で例示するように、熱発生率波形計算部１５は、筒内圧波形検出部１２が検出した各気筒のクランク角あたりの筒内圧から平均筒内圧を計算し、その結果からさらにクランク角あたりの熱発生率波形を計算する。クランク角の代わりに時間を用いてもよい。平滑化処理部１６は、熱発生率波形計算部１５が計算したクランク角あたりの熱発生率波形を平滑化することによって、熱発生率波形のノイズなどの振動成分を除去する（ステップＳ１１）。
【００１９】
本実施形態では、平滑化処理の一例として、各点の熱発生率値をその点の前後の所定範囲の熱発生率値における平均値に置き換える移動平均法を用いる。図９に、熱発生率波形の平滑化の例を示す。図９で例示するように、平滑化処理によって、熱発生率値が平滑化されている。平滑化処理によってノイズの影響が抑制されるため、以下の交点分析の精度が向上する。相加平均などの他の平滑化処理を用いることもできる。
【００２０】
次に、交点分析部１７は、平滑化された熱発生率波形の最大値を計算し、その点をメイン燃焼の頂点に設定する（ステップＳ１２）。次に、交点分析部１７は、下記式（３）で表される所定の直線を用意する。当該直線は、傾きを有していないことが好ましいが、下記式（４）で表されるような、所定の傾きを持つ直線を用意してもよい。
ｙｒｈｒ＝β０      （３）
ｙｒｈｒ＝β１・ｘｃｒａｎｋ      （４）
ここで、ｙｒｈｒは熱発生率値、ｘｃｒａｎｋはクランク角度値、β０は切片である。
【００２１】
次に、交点分析部１７は、吸気弁閉時期から排気弁開時期の範囲の熱発生率波形と上記直線との交点を求める。まず、交点分析部１７は、図１０で例示するように、熱発生率方向の位置に相当する、直線の切片β０を、所定の刻み幅で、メイン燃焼の頂点と直線とが交わる位置から徐々に小さくしていく。その際に、交点分析部１７は、熱発生率波形と直線との交点数を直線の切片β０の位置毎に計算する。交点分析部１７は、各位置の交点数について、熱発生率が減少する方向に順番に、第１閾値の値以上を満たす判定が連続して第２閾値の値の回数以上続くときに、最初に第１閾値の値以上となる点の手前の点をメイン燃焼の腹部に設定する。
【００２２】
第１閾値の設定によって、最も熱発生率の大きい燃焼（メイン燃焼）および次に熱発生率の大きい燃焼（アフタ燃焼）を検出することができる。第２閾値の設定によって、アフタ燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内においてメイン燃焼における点を特定することができる。また、最も熱発生率の大きい燃焼（メイン燃焼）におけるノイズの影響を抑制することができる。例えば、第１閾値は４、第２閾値は６などに設定される。図１０の左図の熱発生率波形の例から、右図の交点分析の結果が得られる。例では、熱発生率４０Ｊ／ｄｅｇ程度がメイン燃焼の腹部と決まることがわかる。メイン燃焼の腹部は、アフタ燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内におけるメイン燃焼の所定の点に対応する。
【００２３】
次に、接線導出部１８は、メイン燃焼の腹部の近傍において、クランク角の増加に対して熱発生率が上昇する側の接線方程式（下記式（５））およびクランク角の減少に対して熱発生率が下降する側の接線方程式（下記式（６））を求める。
ｙｒｈｒ＝α１１・ｘｃｒａｎｋ＋α１０      （５）
ｙｒｈｒ＝α２１・ｘｃｒａｎｋ＋α２０      （６）
ここで、α１１は接線方程式の上昇側の傾き、α１０は接線方程式の上昇側の切片、α２１は接線方程式の下降側の傾き、α２０は接線方程式の下降側の切片である。図１１は、接線導出部１８によって導出された接線を例示する。
【００２４】
メイン燃焼時期計算部１９は、上昇側の接線方程式（５）から熱発生率の第１所定値におけるクランク角度位置をメイン燃焼開始時期として計算する。また、メイン燃焼時期計算部１９は、下降側の接線方程式（６）から熱発生率の第１所定値におけるクランク角度位置をメイン燃焼終了時期として計算する（ステップＳ１４）。図１１の例では、第１所定値は０に設定されている。なお、燃焼開始時期を計算するための第１所定値と、燃焼終了時期を計算するための第１所定値とは、異なっていてもよい。メイン燃焼時期計算部１９は、メイン燃焼終了時期とメイン燃焼開始時期との差分をメイン燃焼期間として計算する。
【００２５】
次に、アフタ燃焼時期計算部２０は、メイン燃焼終了時期から排気弁開時期までの熱発生率波形から、最も高い熱発生率値を探索することによって、アフタ燃焼の頂点を取得する（ステップＳ１５）。アフタ燃焼時期計算部２０は、取得した頂点から所定の割合だけ熱発生率を低減させた位置を、アフタ燃焼の腹部と特定する（ステップＳ１６）。なお、アフタ燃焼時期計算部２０は、取得した頂点の熱発生率値から、所定値低下させた値における位置をアフタ燃焼の腹部として特定してもよい。
【００２６】
次に、図１２で例示するように、接線導出部１８は、下記式（７）に従って、アフタ燃焼の腹部において熱発生率波形の上昇側の接線を作成する（ステップＳ１７）。その後、アフタ燃焼時期計算部２０は、メイン燃焼の下降側の接線（上記式（６））とアフタ燃焼の上昇側の接線との交点を、アフタ燃焼の燃焼開始時期として計算する（ステップＳ１８）。
ｙｒｈｒ＝α３１・ｘｃｒａｎｋ＋α３０      （７）
ここで、α３１は接線方程式の上昇側の傾き、α３０は接線方程式の上昇側の切片である。図１２に、アフタ燃焼開始時期の導出の結果が例示されている。
【００２７】
次に、プレ燃焼時期計算部２１は、吸気弁閉時期からメイン燃焼開始時期までの熱発生率波形から最も熱発生率の高い点を探索することによって、プレ燃焼の頂点を取得する（ステップＳ１９）。プレ燃焼時期計算部２１は、取得した頂点の熱発生率値から所定の割合だけ熱発生率を低減させた位置を、プレ燃焼の腹部と特定する（ステップＳ２０）。なお、プレ燃焼時期計算部２１は、取得した頂点の熱発生率値から、所定値低下させた値における位置をプレ燃焼の腹部として特定してもよい。
【００２８】
次に、図１３で例示するように、接線導出部１８は、プレ燃焼の腹部において熱発生率波形の上昇側の接線（下記式（８））と下降側の接線（下記式（９））とを作成する。
ｙｒｈｒ＝α４１・ｘｃｒａｎｋ＋α４０      （８）
ｙｒｈｒ＝α５１・ｘｃｒａｎｋ＋α５０      （９）
ここで、α４１は接線方程式の上昇の傾き、α４０は接線方程式の上昇側の切片、α５１は接線方程式の下降側の傾き、α５０は接線方程式の下降側の切片である。
【００２９】
プレ燃焼時期計算部２１は、上昇側の接線方程式（上記式（８））において、熱発生率の第２所定値におけるクランク角度位置をプレ燃焼開始時期として計算する。また、プレ燃焼時期計算部２１は、下降側の接線方程式（上記式（９））において、熱発生率の第２所定値におけるクランク角度位置をプレ燃焼終了時期として計算する。例えば、第２所定値は０などに設定される。図１３に、プレ燃焼の開始時期の導出の結果を例示する。プレ燃焼時期計算部２１は、プレ燃焼開始時期とプレ燃焼終了時期との差分を計算し、プレ燃焼期間とする（ステップＳ２１）。なお、燃焼開始時期を計算するための第２所定値と、燃焼終了時期を計算するための第２所定値とは、異なっていてもよい。
【００３０】
次に、図７で例示するように、条件設定部２２は、複数のＷｉｅｂｅ関数からなる熱発生率モデルのモデルパラメータ同定において、事前に計算した事前情報を同定時のモデルパラメータの初期値として設定する。また、条件設定部２２は、事前情報の値の前後の所定範囲を探索するように制約条件を設定する（ステップＳ２２）。事前情報は１つであってもよいし、複数であってもよい。事前情報として、プレ燃焼ならびにメイン燃焼の開始時期、終了時期および燃焼期間と、アフタ燃焼開始時期とを用いる。なお、少なくとも、メイン燃焼の開始時期および終了時期のいずれか一方を事前情報として用いる。
【００３１】
次に、モデルパラメータ同定部２３は、設定条件および制約条件のもとで、熱発生率の実測値と上記式(１)と上記式（２）とからなる熱発生率モデルの計算値の誤差が小さくなるように、複数のＷｉｅｂｅ関数からなる熱発生率モデルのモデルパラメータの同定を行う（ステップＳ２３）。上記誤差を最小にする最適化ソルバーは、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ：Genetic Algorithm）や粒子群最適化（ＰＳＯ：Particle Swarm Optimization）などの近似解を探索するメタヒューリスティックな数値解法を用いることもできる。本実施形態では、内点法を用いる。
【００３２】
次に、モデルパラメータ関係記憶部２４は、エンジン制御コントローラ１４から取得した運転条件とモデルパラメータ同定部２３が計算したモデルパラメータとを関連付けて記憶する（ステップＳ２４）。
【００３３】
推定装置１３は、熱発生率推定の要求が生じるたびに、一定時間毎（例えば1秒毎）に図８で例示する一連の処理を実行する。まず、熱発生率推定部２５は、モデルパラメータ関係記憶部２４から、所定の運転条件（例えば、現在の目的の運転条件）に対応するモデルパラメータを取得する（ステップＳ３１）。次に、熱発生率推定部２５は、上記式(１)と上記式（２）とからなる熱発生率モデルに基づいて、熱発生率を計算によって推定する（ステップＳ３２）。
【００３４】
本実施形態による推定結果を図１４（ｂ）で例示する。図１４（ａ）では、比較例として、上記事前情報を求めずに熱発生率の同定を行った結果が例示されている。いずれにおいても、３段燃料噴射における熱発生率波形の同定を行った。比較例では、推定結果の根平均二乗誤差（ＲＭＳＥ）は３．７２３であり、本実施形態に係る方法の推定結果のＲＭＳＥは３．２２２であり、ＲＭＳＥを約１３％削減することができた。図１５は、比較例および本実施形態に係る方法における、メイン燃焼開始時期およびアフタ燃焼開始時期の計算結果を例示する。比較例では、プレ燃焼の開始時期やアフタ燃焼の開始時期を適切に推定することができていなかったが、本実施形態では、真値に近い値に推定できていることがわかる。本実施形態では、比較例に対して、メイン燃焼開始時期では９４．７％の誤差を削減でき、アフタ燃焼開始時期では９８．３％の誤差を削減できた。このように、本実施形態では、各燃焼部を物理現象に則した形でモデル化でき、ＲＭＳＥを約１３％削減できる。したがって、熱発生率の推定においても同様に高精度な推定結果を得ることができる。
【００３５】
本実施形態では、上述したように、複数段の燃料噴射が行われる内燃機関の熱発生率波形において、低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、高いピークを有する燃焼における点を特定している。特定した点において前記熱発生率波形の接線を導出し、熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値として、当該接線における所定の点を設定している。当該接線における点（燃焼開始時期または燃焼終了時期の実際値または実際値に近い点）をモデルパラメータの同定のための初期値として用いることで、モデルパラメータの同定の精度が向上する。当該初期値を用いて熱発生率モデルの計算値と熱発生率波形との差が小さくなるようにモデルパラメータを同定し、当該同定の結果を用いて、内燃機関の運転条件に対応する熱発生率を推定する際に、熱発生率を精度良く推定することができる。このようなモデルの精度向上によって、モデルベース制御の制御性能も向上するため、燃費改善に寄与することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、高いピークを有する燃焼としてメイン燃焼に着目し、低いピークを有する燃焼としてアフタ燃焼に着目したが、それに限られない。例えば、高いピークを有する燃焼としてメイン燃焼に着目し、低いピークを有する燃焼としてプレ燃焼に着目してもよい。ただし、低いピークを有する燃焼として相対的に高いピークを有するアフタ燃焼に着目することで、メイン燃焼の腹部の検出精度が高くなる。
【００３７】
内燃機関のクランク角の増加に対して熱発生率が上昇する側および下降する側の２点を特定し、上記２点の少なくともいずれか一方における接線を導出することで、上記初期値として用いることができる情報の自由度が広がる。熱発生率波形の上記高いピークよりも高い値から所定の刻み値で所定の直線を低い方に平行移動させ、熱発生率波形と前記直線との交点数が第１閾値以上連続して第２閾値以上となる２点を、上記２点として特定することで、上記２点の特定が容易となる。熱発生率波形に対して平滑化処理を行った後に、熱発生率波形と上記直線との交点数を取得することで、ノイズの影響を抑制することができる。
【００３８】
上記２点における接線を導出し、当該両方の接線における所定の点同士の間におけるクランク角の角度差（燃焼期間）を上記初期値に含ませることで、同定の精度が向上する。低いピークを有する燃焼における熱発生率波形において、高いピークを有する燃焼側のいずれかの点を特定し、当該点における接線を導出し、当該接線と、上記高いピークを有する燃焼における熱発生率波形において上記低いピークを有する燃焼側の接線との交点を上記初期値に含ませることで、低いピークの燃焼の開始時期または終了時期を用いることができる。それにより、同定の精度が向上する。
【００３９】
なお、上記実施形態において、交点分析部１７が、複数段の燃料噴射が行われる内燃機関の熱発生率波形において、低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、高いピークを有する燃焼における点を特定する特定部の一例として機能する。接線導出部１８が、特定部が特定した点において熱発生率波形の接線を導出する接線導出部の一例として機能する。メイン燃焼時期計算部１９およびモデルパラメータ同定部２３が、熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値として、上記接線における所定の点を設定し、上記初期値を用いて熱発生率モデルの計算値と熱発生率波形との差が小さくなるようにモデルパラメータを同定する同定部の一例として機能する。熱発生率推定部２５が、上記同定の結果を用いて、内燃機関の所定の運転条件に対応する熱発生率を推定する推定部の一例として機能する。
【００４０】
（他の例）
図１６は、推定装置１３のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１６を参照して、推定装置１３は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。推定プログラムは、記憶装置１０３に記憶されている。ＣＰＵ１０１が推定プログラムを実行することによって、推定装置１３の各部が実現される。または、推定装置１３は、マイコン、ＦＰＧＡ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などのハードウェアであってもよい。または、推定装置１３の各部は、それぞれ専用の回路などであってもよい。
【００４１】
なお、アフタ燃焼は、メイン燃焼以降の燃焼の一例であり、ポスト燃焼であってもよい。プレ燃焼は、メイン燃焼よりも時間的に前の燃焼の一例であり、プレ燃焼より前の燃焼のパイロット燃焼であってもよい。
【００４２】
上記実施形態では、一例として３段燃料噴射における熱発生率を対象としたが、２段燃料噴射や４段燃料噴射における熱発生率を対象とすることができる。いずれの多段燃料噴射においても、相対的に低いピークを有する燃焼のピークを基準にした熱発生率の所定範囲内において、相対的に高いピークを有する燃焼における点を特定し、特定した点において接線を導出し、当該接線の所定の点を熱発生率モデルのモデルパラメータを同定するための初期値に設定すればよい。
【００４３】
上記実施形態では、一例としてディーゼルエンジンを対象としたが、ガソリンエンジンなどの他の内燃機関を用いてもよい。例えば、乗用自動車、トラック、船舶、鉄道車両、バイク、航空機、ヘリコプターなどのビークル３１にエンジンシステム１１、筒内圧波形検出部１２、推定装置１３、およびエンジン制御コントローラ１４を搭載して用いてもよい。図１７は、実施形態に係る推定装置が適用されるエンジンを搭載したビークルの一例を表すブロック図である。
【００４４】
また、図１８は、実施形態に係る推定装置が適用されるエンジンを搭載し、エンジンの運動エネルギーを発電機で電力に変換し、電力によってモータで駆動するビークルの一例を表すブロック図である。エンジンシステム１１が生成した運動エネルギーによってビークルを動作させてもよい。また、エンジンシステム１１が生成した運動エネルギーを発電機３３によって電力に変換し、モータ３２によってビークル３１を動かしてもよい。発電機３３が変換した電力を充電装置３４に蓄積し、蓄積した電力でモータ３２を動作させてビークル３１を動かしてもよい。
【００４５】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１１  エンジンシステム
１２  筒内圧波形検出部
１３  推定装置
１４  エンジン制御コントローラ
１５  熱発生率波形計算部
１６  平滑化処理部
１７  交点分析部
１８  接線導出部
１９  メイン燃焼時期計算部
２０  アフタ燃焼時期計算部
２１  プレ燃焼時期計算部
２２  条件設定部
２３  モデルパラメータ同定部
２４  モデルパラメータ関係記憶部
２５  熱発生率推定部
１００  エンジン
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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