JP5949675B2 - 内燃機関の熱発生率波形作成装置及び燃焼状態診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の熱発生率波形を作成する熱発生率波形作成装置、及び、その作成された熱発生率波形を利用して実際の燃焼状態を診断する内燃機関の燃焼状態診断装置に関する。

従来、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という場合もある）では燃焼状態を評価している。この燃焼状態の評価手法として具体的には、燃焼室内での熱発生率（クランクシャフトの単位回転角度当たりの熱発生量）の変化である熱発生率波形を用い、その波形が理想的な波形となっているか否かを判断することで燃焼室内での燃焼状態を評価している（例えば、特許文献１参照）。また、熱発生率波形を構成する反応形態（燃焼形態）としては、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応などがあり、その各反応それぞれに対して熱発生率波形を求め、その熱発生率波形を用いて各反応形態の燃焼状態を診断している。

特開２０１１−１０６３３４号公報 特開２０１０−１３８７１２号公報

上記した各反応の反応開始時期は温度によって管理することが可能であるが、温度管理だけでは十分な精度が得られない場合がある。この点について本発明の発明者が検討したところ、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期については、その前に発生する熱分解反応の進行度合の影響を受けることを見出した。そして、予混合燃焼による高温酸化反応の熱発生率波形の作成精度をよりいっそう高めるには、反応開始時期を高い精度で把握しておく必要があることに着目し、本発明を発明するに至った。

すなわち、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、予混合燃焼による高温酸化反応の熱発生率波形をよりいっそう高い精度で作成することが可能な内燃機関の熱発生率波形作成装置及び燃焼状態診断装置を提供することにある。

−発明の解決原理−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、当該予混合燃焼による高温酸化反応の前に発生する熱分解反応の進行度合の影響を考慮することで、予混合燃焼による高温酸化反応の熱発生率波形を高い精度で作成できるようにする。

−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の燃焼を行う内燃機関における燃料の反応の熱発生率波形を作成する熱発生率波形作成装置を前提としている。このような熱発生率波形作成装置において、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の反応のうち、予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、当該予混合燃焼による高温酸化反応の前に発生する熱分解反応の進行度合に応じて反応開始時期を設定して当該予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を作成することを特徴としている。より具体的には、筒内ガス温度が予混合燃焼による高温酸化反応の基準反応開始温度以上の温度領域で気筒内に燃料が噴射された場合に、前記熱分解反応の進行度合に応じて当該進行度合が小さいほど予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を遅角側に設定することを特徴としている。

本発明において、前記熱分解反応の進行度合（熱分解達成率）は、燃料噴射開始時の筒内ガス温度に基づいて求めることができる。

本発明にあっては、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期については、その前に発生する熱分解反応の進行度合の影響を受けるという点に着目し、上記した構成、つまり、予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、当該予混合燃焼による高温酸化反応の前に発生する熱分解反応の進行度合に応じて反応開始時期を設定するという構成を採用している。このような構成により、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を正確に規定することが可能となり、予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を高い精度で作成することができる。

ここで、本発明でいう「理想熱発生率波形」とは、指令噴射量に応じた燃料噴射量、指令噴射圧力に応じた燃料噴射圧力、指令噴射期間に応じた燃料噴射期間が確保された状態であって、燃焼効率が十分に高い場合を想定した理論上得られるべき熱発生率波形のことである。

また、本発明でいう「理想熱発生率波形の作成」は、実際に理想熱発生率波形を描くものには限定されず、例えば理想熱発生率波形の作成が可能な程度まで、クランクシャフトの単位回転角度毎の熱発生量が規定された状態となっていることも含まれる概念である。

本発明の熱発生率波形作成装置において、予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形の作成に加えて、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、及び、拡散燃焼による高温酸化反応等の各反応の理想熱発生率波形を作成するようにしてもよい。このように、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、予混合燃焼による高温酸化反応、拡散燃焼による高温酸化反応それぞれに対して理想熱発生率波形を求めておくことで、個々の反応形態を個別に規定することが可能である。例えば、後述する燃焼状態の診断に利用する場合には、この理想熱発生率波形と実熱発生率波形とを比較することにより、いずれの反応において異常が生じているかを判別することが可能になる。特に、気化反応や熱分解反応は吸熱反応であるが（熱分解反応が発熱反応である場合もある）、この吸熱反応に対しても、その反応速度、反応量、反応期間に異常が生じていないか否かを診断することが可能であり、診断精度の向上を図ることができる。

なお、前記各反応それぞれに対して求められた理想熱発生率波形の利用形態としては、燃焼状態の診断だけでなく、内燃機関の設計や制御パラメータの適合値の取得等も挙げられる。

また、前記予混合燃焼による高温酸化反応を含む各反応の理想熱発生率波形の作成手順としては、反応の開始時期を基点として、反応速度を斜辺の勾配、反応量を面積、反応期間を底辺の長さとする三角形で成る理想熱発生率波形モデルを作成し、各反応の理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化することで作成される。

このように三角形に近似させた熱発生率波形モデルを作成し、この熱発生率波形モデルを利用して理想熱発生率波形を作成することにより、その作成のための演算処理の簡素化を図ることができ、ＥＣＵ等の演算手段への負荷の軽減を図ることができる。

前述した内燃機関の熱発生率波形作成装置によって求められた理想熱発生率波形を利用して燃焼状態を診断する装置として具体的には以下の構成が挙げられる。つまり、前記理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が反応した際の実熱発生率波形とを比較し、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定量以上となっている場合に、燃料の反応に異常が生じていると診断する構成とするものである。

より具体的には、前記理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が反応した際の実熱発生率波形とを比較し、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定量以上となっている反応が存在する場合に、その反応に異常が生じていると診断する構成とするものである。

ここでいう「反応の異常」とは、内燃機関の運転に支障をきたす程度の反応異常（機器の故障など）に限らず、内燃機関の制御パラメータの補正（または学習）が可能な（例えば排気エミッションや燃焼音を規制の範囲内に抑えるための補正が可能である）程度に、熱発生率波形に乖離が生じている場合も含むものである。

この特定事項により、燃料の複数の反応（反応形態）において、実熱発生率波形が理想熱発生率波形から所定量以上乖離している場合には、その反応に異常が生じていると診断することになる。つまり、燃料の各反応それぞれは、特性（反応開始温度や反応速度等）が互いに異なっているため、それぞれの理想的な特性と、実際に得られた（実測された）実熱発生率波形の特性とを比較することにより、異常が生じている反応の特定を高い精度で行うことができる。このため、診断精度の向上を図ることができる。そして、異常であると診断された反応形態に対して改善策（例えば、内燃機関の制御パラメータの補正）を講じることにより、異常であると診断された反応形態に適した制御パラメータを選択し、その制御パラメータを補正することができる。このため、内燃機関の制御性を大幅に改善することができる。

前記反応に異常が生じていると診断された場合の具体的な動作としては以下のものが挙げられる。つまり、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の異常判定乖離量以上となっている反応が存在しており、その反応に異常が生じていると診断された際において、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の補正可能乖離量以下である場合には、内燃機関の制御パラメータの補正を行って前記乖離を前記異常判定乖離量未満にする制御を行う一方、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が前記補正可能乖離量を超えている場合には、内燃機関に故障が生じていると診断する構成となっている。

このように、反応に異常が生じていると診断された場合において、その異常が解消可能であるか否かを、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離量に基づいて判断するようにしている。このため、制御パラメータの補正によって正常な反応状態が得られる状態と、部品交換などのメンテナンスが必要な状態とを正確に判別することが可能となる。

なお、内燃機関の制御パラメータの補正を行って前記乖離を前記異常判定乖離量未満にする制御を行う場合の制御パラメータとしては、気筒内の酸素量や燃料量が挙げられる。気筒内の酸素量は酸素密度によって決定され、ＥＧＲ率や吸気の過給率等によって調整が可能である。また、気筒内の燃料量は燃料密度によって決定され、燃料噴射時期や燃料噴射圧力や燃料噴射量によって調整が可能である。

一方、内燃機関に故障が生じていると診断する場合の一例としては、実熱発生率波形の乖離が補正可能乖離量を超えている場合であり、この場合には、内燃機関の制御パラメータの補正量が所定のガード値を超えることになるので、これによって内燃機関に故障が生じていると診断することが可能である。具体的には、筒内ガス温度、酸素密度、燃料密度それぞれに下限値を予め設定しておき、これら筒内ガス温度、酸素密度、燃料密度のいずれかがその下限値を下回っている場合には、内燃機関の制御パラメータの補正量が所定のガード値を超えるとして、内燃機関に故障が生じていると診断することになる。

ここで、前記内燃機関の熱発生率波形作成装置の使用形態としては、具体的には、車両への実装または実験装置への搭載が挙げられる。

また、前記内燃機関の燃焼状態診断装置の使用形態としても、車両への実装または実験装置への搭載が挙げられる。

本発明によれば、予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、当該予混合燃焼による高温酸化反応の前に発生する熱分解反応の進行度合に応じて反応開始時期を設定しているので、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を正確に規定することができる。これによって予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形をよりいっそう高い精度で作成することができる。また、この理想熱発生率波形を利用して燃焼状態の診断を行うようにした場合には、診断の精度を高めることができる。

実施形態に係るディーゼルエンジン及びその制御系統の概略構成を示す図である。 ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 燃焼室内での燃焼形態の概略を説明するための吸排気系及び燃焼室の模式図である。 燃料噴射率（クランクシャフトの単位回転角度当たりの燃料噴射量）波形と熱発生率（クランクシャフトの単位回転角度当たりの熱発生量）波形との関係の一例を示す波形図である。 燃焼状態診断及び制御パラメータ補正の手順を示すフローチャートである。 回転速度補正係数マップを示す図である。 酸素密度をパラメータとする補正遅角量マップの一例を示す図である。 熱分解反応の進行度合を求めるマップの一例を示す図である。 予混合燃焼による高温酸化反応の基準温度到達時期の補正遅角量を求めるマップの一例を示す図である。 理想熱発生率波形モデルを示し、図１１（ａ）は理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形である場合を、図１１（ｂ）は理想熱発生率波形モデルが不等辺三角形である場合をそれぞれ示す図である。 図１２（ａ）は、インジェクタから燃料噴射が行われた場合における経過時間と気筒内への燃料供給量との関係を示し、図１２（ｂ）は、各噴射期間で噴射された燃料の反応量を示す図である。 １回の燃料噴射が行われた場合の各反応形態における理想熱発生率波形モデルの一例を示す図である。 図１３の理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化して得られた各波形を合成することにより作成された理想熱発生率波形を示す図である。 １回の燃料噴射が行われた場合の理想熱発生率波形（実線）、及び、実熱発生率波形（破線及び一点鎖線）の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に、本発明の燃焼状態診断装置（熱発生率波形作成装置も含む）を搭載した場合について説明する。

−エンジンの構成−
図１は本実施形態に係るディーゼルエンジン１（以下、単に「エンジン１」という）及びその制御系統の概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。

燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、機関燃料通路２７等を備えている。

サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３・・２３に分配する。インジェクタ２３は、内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備えたピエゾインジェクタである。

吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に吸気管６４が接続されている。また、この吸気系６には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２が配設されている。

排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気管７３が接続されている。また、この排気系７には排気浄化ユニット７７が配設されている。この排気浄化ユニット７７には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒７５及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）７６が備えられている。

図２に示すように、シリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎にシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。

ピストン１３の頂面１３ａの上側には前記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。

このキャビティ１３ｂの形状としては、その中央部分（シリンダ中心線Ｐ上）では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。

前記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９の通電はＥＣＵ１００によって制御される。

前記シリンダヘッド１５には、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６及び排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。

さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサホイール５３を備えている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられている。

前記吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。

また、エンジン１には、排気の一部を吸気系６に適宜還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。また、このＥＧＲ通路８にはＥＧＲバルブ８１とＥＧＲクーラ８２とが設けられている。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、前記エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂは、ＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるマイクロコンピュータと、入力回路及び出力回路とを備えている。

図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０、気筒内（燃焼室３）内の圧力を検出する筒内圧センサ（ＣＰＳ（Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ））４Ａ、外気温センサ４Ｂ、及び、外気圧センサ４Ｃなどが接続されている。

一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、ＥＧＲバルブ８１、及び、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、前記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、前記ＲＯＭに記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。

例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とを実行する。これらパイロット噴射及びメイン噴射の機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。

燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、すなわち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転速度（機関回転速度）が高くなるほど高いものとされる。

なお、上述したパイロット噴射及びメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これら噴射の機能も周知であるため、ここでの説明は省略する。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度を制御し、吸気マニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。

−燃焼形態の概略説明−
次に、本実施形態に係るエンジン１における燃焼室３内での燃焼形態の概略について説明する。

図４に示すように、気筒内に吸入されるガスには、吸気管６４から吸入された新気と、ＥＧＲ通路８から吸入されるＥＧＲガスとが含まれる。

このようにして気筒内に吸入された新気及びＥＧＲガスは、吸気行程において開弁している吸気バルブ１６を介し、ピストン１３（図４では図示省略）の下降に伴って気筒内に吸入されて筒内ガスとなる。この筒内ガスは、エンジン１の運転状態に応じて決定されるバルブ閉弁時にて吸気バルブ１６が閉弁することにより気筒内（燃焼室３内）に密閉され（筒内ガスの閉じ込め状態）、その後の圧縮行程においてピストン１３の上昇に伴って圧縮される。そして、ピストン１３が圧縮上死点近傍に達すると、上述したＥＣＵ１００による噴射量制御によって所定時間だけインジェクタ２３が開弁されることで燃料を燃焼室３内に直接噴射する（パイロット噴射やメイン噴射を実行する）。

−熱発生率波形−
図５に熱発生率波形及び燃料噴射率波形の一例を示す。この図５に示すように、エンジン１の気筒内（燃焼室３内）に噴射された燃料の各反応形態（燃焼形態）は、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応に分離することができる。これら燃焼形態は、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応の順で発生する。なお、図５は、１回の燃料噴射（パイロット噴射）が行われた場合の各反応形態における熱発生率波形を示す図である。各反応形態の詳細については後述する。

−筒内環境パラメータの算出−
後述する燃焼状態診断に利用される理想熱発生率波形を作成する際には、燃料の反応開始時期、反応速度、反応量を規定する必要がある。そして、これら波形構成要素（反応開始時期、反応速度、反応量）を規定するためには、気筒内における酸素密度、燃料密度、及び、筒内ガス温度を求めておく必要がある。

以下、これら筒内環境パラメータ（酸素密度、燃料密度、筒内ガス温度）の算出手法について説明する。

（酸素密度）
酸素密度は、燃料に対する酸素供給能力（時間的な酸素供給能力）を表す指標であり、ＥＧＲの実施の有無や、ＥＧＲ量（気筒内の残留ガス量（いわゆる内部ＥＧＲ量）も含む）や、走行している道路の標高などに応じて変動するものである。そして、この酸素密度が変化すると、燃料の各反応における反応開始時期、反応速度及び反応量に影響を及ぼす。つまり、酸素密度が低くなるほど、反応開始時期は遅角側に移行し、反応速度は低くなり（反応が緩慢になり）、反応量が低下することになる。特に、燃料の各反応のうち低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応については、その影響が現れる。

仮に、燃料の多段噴射（例えばパイロット噴射とメイン噴射）が行われた場合であっても、予熱のための燃料噴射（パイロット噴射）で噴射された燃料の燃焼による酸素消費量は気筒内全体の酸素量に比べて微少である。このため、ここでは、気筒内空間を構成するキャビティ内の空間（以下、キャビティ内領域という）及びキャビティ外の空間（以下、キャビティ外領域という）それぞれの酸素密度が互いに略同一であると仮定し（例えばキャビティ外領域のみで燃焼が行われた場合であっても略同一であると仮定し）、気筒内全体を対象として酸素密度を求めるようにした場合について説明する。

気筒内全体を対象とする酸素密度ρo₂は以下の式（１）または式（２）によって求められる。

酸素密度ρo₂＝吸気中の酸素量／隙間容積 ・・・（１）
酸素密度ρo₂＝吸気中の酸素量／反応開始時の行程容積 ・・・（２）
ここで、吸気中の酸素量（質量）は、エアフローメータ４３によって検出された吸入空気量、外気温センサ４Ｂによって検出された外気温度、外気圧センサ４Ｃによって検出された外気圧力等から算出できる。また、隙間容積の一例としては、ピストン１３が圧縮上死点に達した時点の行程容積（圧縮端容積）が挙げられる。これによれば、隙間容積を固定値として扱えるため、酸素密度ρo₂の算出が簡素化でき、また、その信頼性も高まることになる。式（１）で使用される隙間容積はこれに限定されるものではない。

なお、前記式（２）によって酸素密度ρo₂を算出する場合、燃料の各反応（気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、予混合燃焼による高温酸化反応、拡散燃焼による高温酸化反応）それぞれにおける反応開始時期、反応速度、反応量は、その反応時における酸素密度ρo₂に応じて変化する。このため、各反応それぞれにおける反応開始時期、反応速度、反応量を求めるためには、その反応時における酸素密度ρo₂を個別に特定しておく必要がある。

本実施形態では、燃料の各反応それぞれに対応した酸素密度ρo₂の算出タイミングを設定しておき、このタイミングにおける行程容積を利用して、各反応それぞれに対応した酸素密度ρo₂を個別に特定できるようにしている。

なお、予め設定された所定タイミングにおける酸素密度ρo₂を求めておき、この酸素密度ρo₂から逆算することで、各反応開始時における酸素密度ρo₂を個別に特定できるようにしてもよい。

酸素密度ρo₂を算出するに当たって前記式（１）または式（２）のうち、いずれを採用するかは、演算処理の簡素化や酸素密度ρo₂の信頼性の高さなどを考慮して適宜選択される。

（燃料密度）
次に、気筒内における燃料密度を求めるための手法について説明する。

ここでは、理解を容易にするために、キャビティ内領域及びキャビティ外領域それぞれの燃料密度が互いに略同一であると仮定して説明する。

燃料密度ρfuelは、以下の式（３）または式（４）によって算出される。

燃料密度ρfuel＝燃料噴射量／反応開始時の行程容積 ・・・（３）
燃料密度ρfuel＝燃料噴射量／燃料噴射開始時の行程容積 ・・・（４）
ここで、燃料噴射量はインジェクタ２３から噴射された燃料量（例えばメイン噴射での燃料量）である。この燃料噴射量は、レール圧センサ４１によって検出された燃料噴射圧力及びインジェクタ２３の開弁期間（指令噴射期間）から算出できる。また、反応開始時の行程容積は、筒内ガス温度が後述する反応温度に達した時点での筒内容積（キャビティ内領域の容積とキャビティ外領域の容積との和）である。この筒内ガス温度と筒内容積との関係は、外気温センサ４Ｂによって検出された外気温度、圧縮比、気筒内の予熱量（パイロット噴射等による予熱量）等をパラメータとし、予め実験やシミュレーションによって規定されている。燃料の各反応それぞれにおける反応開始時期、反応速度、反応量は、その反応時における燃料密度ρfuelに応じて変化する。このため、各反応それぞれにおける反応開始時期、反応速度、反応量を求めるためには、その反応時における燃料密度ρfuelを個別に特定しておく必要がある。

本実施形態では、燃料の各反応それぞれに対応した燃料密度ρfuelの算出タイミングを設定しておき、このタイミングにおける行程容積を利用して、各反応それぞれに対応した燃料密度ρfuelを個別に特定できるようにしている。

なお、予め設定された所定タイミングにおける燃料密度ρfuelを求めておき、この燃料密度ρfuelから逆算することで、各反応時における燃料密度ρfuelを個別に特定できるようにしてもよい。また、燃料噴射開始時の行程容積は、インジェクタ２３からの燃料噴射が開始された時点（ＥＣＵ１００から燃料噴射指令信号が発信された時点）での筒内容積である。筒内容積はクランク角度位置に応じて決定されるため、インジェクタ２３からの燃料噴射が開始された時点でのクランク角度位置に基づいて筒内容積を求めることができる。

さらに、ピストン１３が圧縮上死点（ＴＤＣ）に達した時点を燃料密度ρfuelの算出タイミングに設定すれば、気筒内の容積は予め決定されるため、行程容積が容易に特定される。このため、燃料密度ρfuelの算出が簡素化でき、また、その信頼性も高まる。

燃料密度ρfuelを算出するに当たって、前記式（３）または式（４）のうち、いずれを採用するかは、演算処理の簡素化や燃料密度ρfuelの信頼性の高さなどを考慮して適宜選択される。

（筒内ガス温度）
筒内ガス温度を求めるための手法としては、吸気温度、ピストン位置（吸入ガスの圧縮度合）、パイロット噴射等による予熱状態等をパラメータとし、予め実験やシミュレーションによって、これらパラメータと筒内ガス温度との関係を求めてマップ化し、このマップをＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させている。つまり、吸気温度、ピストン位置、予熱状態等のパラメータを前記マップに当て嵌めることで筒内ガス温度が求められるようになっている。

また、熱エネルギ方程式Ｑ＝ｍｃＴから筒内ガス温度を算出するようにしてもよい。ここで、Ｑは気筒内への投入熱エネルギ、ｍは気筒内のガスの質量、ｃはガスの比熱、Ｔは筒内ガス温度である。

−熱発生率波形の作成、燃焼状態診断、及び、制御パラメータの補正−
次に、本実施形態の特徴である熱発生率波形の作成（理想熱発生率波形の作成）、燃焼状態診断（気筒内での燃料の各反応形態の診断）、及び、その診断結果に応じて実行される制御パラメータの補正について説明する。

この熱発生率波形の作成、燃焼状態診断、及び、制御パラメータの補正では、図６に示すように、（１）理想熱発生率波形の作成、及び、（２）実熱発生率波形の作成、が行われた後、（３）理想熱発生率波形と実熱発生率波形との比較による燃焼状態診断が行われる。そして、（４）この燃焼状態診断の結果に応じたエンジン１の制御パラメータの補正が行われることになる。これら（１）〜（４）の各動作を行うための構成の全てが車両に搭載（実装）されていてもよいし、（１）の動作のみが実験室等によって行われ、その結果（作成された理想熱発生率波形）がＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶され、（２）〜（４）の各動作を行うための構成が車両に搭載された構成となっていてもよい。なお、（１）〜（４）の動作（処理）または（２）〜（４）の動作（処理）は１サイクルごとに実行してもよいし、所定の複数サイクル毎に実行するようにしてもよい。

また、上記（１）理想熱発生率波形の作成にあっては、（１−Ａ）燃料の反応形態の分離、（１−Ｂ）分離された各反応形態それぞれに対する理想熱発生率波形モデルの作成、（１−Ｃ）理想熱発生率波形モデルのフィルタリング（フィルタ処理）による理想熱発生率波形の作成が順に行われる。

以下、各動作について具体的に説明する。

（１）理想熱発生率波形の作成
上記理想熱発生率波形の作成について説明する。まず、理想熱発生率波形の作成の概略について説明する。

前記インジェクタ２３から気筒内に噴射された燃料の反応（化学反応等）の律速条件としては、筒内ガス温度、気筒内の酸素量（気筒内の酸素密度に相関がある値）、気筒内の燃料量（気筒内の燃料密度に相関がある値）、気筒内での燃料の分布が挙げられる。これらのうち、制御自由度の低い順としては、気筒内の温度（筒内ガス温度）、気筒内の酸素量、気筒内の燃料量、気筒内での燃料の分布の順である。

つまり、筒内ガス温度は、燃料が反応する前段階にあっては、吸入空気温度とエンジン１の圧縮比とによって略決定されることになり、制御の自由度は最も低い。また、この筒内ガス温度は、先行して燃料噴射が行われた場合（例えば予熱のための燃料噴射が行われた場合）に、その燃料の燃焼による予熱量によっても変動する。

また、気筒内の酸素量は、前記吸気絞り弁６２の開度や、前記ＥＧＲバルブ８１の開度によって調整できるため、筒内ガス温度に比べて制御自由度は高い。また、この気筒内の酸素量は、ターボチャージャ５による過給率によっても変動する。

さらに、気筒内の酸素量は、先行して燃料噴射（予熱のための燃料噴射等）が行われた場合に、その燃料の燃焼による酸素消費量によっても変動する。また、気筒内の燃料量は、前記サプライポンプ２１による燃料噴射圧力（コモンレール圧力）の制御や前記インジェクタ２３からの燃料の多段噴射それぞれの噴射期間の制御によって調整できるため、気筒内の酸素量に比べて制御自由度は高い。また、気筒内での燃料分布も、前記燃料噴射圧力の制御や前記燃料の多段噴射それぞれの噴射期間の制御によって調整が可能であることから制御自由度は高いものである。

そして、本実施形態では、前記制御自由度の低い順に、燃料の反応状態を決定する条件の優先順位を高く設定している。なお、ここでは、気筒内の温度（筒内ガス温度）、気筒内の酸素量及び気筒内の燃料量の量的条件を、気筒内での燃料の分布よりも優先順位の高いものとしている。つまり、筒内ガス温度を機軸として燃料の各反応の開始タイミング（反応開始時期）を決定するものとしている。すなわち、筒内ガス温度（圧縮ガス温度）から基準温度到達角度（各反応形態それぞれの反応開始タイミングにおけるクランク角度位置）を確定する。なお、本実施形態では、各反応の開始時期を決定するに当たっては、酸素密度に応じて開始時期を補正するようにしている。詳しくは後述する。

酸素密度は、燃料に対する酸素供給能力を表す指標であり、酸素供給不足が発生している場合には、燃焼の律速条件となる。また、前記燃料密度は、未燃焼領域に対する反応熱供給能力を表す指標であり、燃料供給不足が発生している場合には、燃焼の律速条件となる。

そして、この反応開始時期を基点として、反応速度、反応量、反応期間をそれぞれ求めて各反応形態毎に理想熱発生率波形モデルを作成するようにしている。つまり、気筒内に噴射された燃料の複数の反応形態それぞれの反応速度、反応量、反応期間を気筒内環境（反応開始時期を決定する気筒内ガス温度等）及び燃料組成（反応に寄与する燃料量及び燃料密度を含む）に応じて算出して、各反応それぞれにおける理想熱発生率波形モデルを作成するようにしている。

理想熱発生率波形モデルの作成動作として、具体的には、前記反応開始時期における筒内ガス温度（基準温度）及び燃料組成等に対応した基準反応速度効率［Ｊ／ＣＡ²／ｍｍ³］と、基準反応量効率［Ｊ／ｍｍ³］とを各反応形態毎に確定し、燃焼場に対する酸素供給能力（酸素密度）から前記基準反応速度効率及び基準反応量効率を修正し、これら修正された効率と燃料量とから反応速度及び反応量を確定する。また、反応速度に対しては、後述するエンジン回転速度に応じた補正を行う。なお、前記「反応速度効率」は「反応速度勾配係数」とも呼ばれ、また、前記「反応量効率」は「燃焼効率」とも呼ばれる。

そして、前記反応開始時期、反応速度及び反応量から後述する理想熱発生率波形モデル（三角形モデル）を作成し、これにより、反応期間を確定する。この反応期間としては以下の式（５）により求められる。

反応期間＝２×（反応量／反応速度）^1/2 ・・・（５）
なお、前記理想熱発生率波形モデル（三角形モデル）の作成の詳細については、後述する。

（１−Ａ）燃料の反応形態の分離
次に、前記理想熱発生率波形の作成の第１手順である燃料の反応形態の分離について説明する。

前記インジェクタ２３から燃料噴射が行われた場合、気筒内においては、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、高温酸化反応が筒内環境に応じて行われる。さらに、高温酸化反応は、予混合燃焼による高温酸化反応と拡散燃焼による高温酸化反応とに分離できる。以下、各反応形態について説明する。

（ａ）気化反応
気化反応は、前記インジェクタ２３から噴射された燃料が気筒内の熱を受けて気化するものである。この反応は、一般的には気筒内ガス温度が５００Ｋ以上となっている環境下に燃料が晒された状態で、燃料噴霧の拡散がある程度進んだ際に開始する噴霧律速の反応となっている。

ディーゼルエンジン１で使用されている軽油の沸点は、一般には４５３Ｋ〜６２３Ｋであって、気筒内に燃料噴射が行われる実用域（例えば前記パイロット噴射が行われる時期）はＢＴＤＣ（圧縮上死点前）４０°ＣＡである。このタイミングにおける気筒内ガス温度は一般には５５０Ｋ〜６００Ｋ程度まで上昇しているため（寒冷地以外）、この気化反応においては、温度律速条件を考慮する必要はない。

そして、この気化反応における前記基準反応量効率としては、例えば−１．１４［Ｊ／ｍｍ³］となっている。

また、この気化反応における有効噴射量（気化反応に寄与する燃料量）としては、燃料噴射量から壁面付着量及び未燃浮遊燃料量（噴霧塊の外周囲に存在して反応に寄与しない燃料）を減算した量である。以下、これら燃料量を未燃燃料量という。これら未燃燃料量は、噴射量（燃料の貫徹力に相関がある）と噴射時期（気筒内圧力に相関がある）に応じて実験的に求めることが可能である。

そして、前記気化反応における反応量としては、以下の式（６）により求められる。

気化反応における反応量＝−１．１４×有効噴射量 ・・・（６）
なお、この気化反応は吸熱反応であるため、この反応量（発生熱量）としては負の値となる。また、この気化反応は、反応に要する酸素量が僅かであるため、酸素密度の影響を殆ど受けないものとなっている。

（ｂ）低温酸化反応
低温酸化反応は、ディーゼルエンジン１の燃料である軽油中に含まれる低温酸化反応成分（ｎ−セタン（Ｃ₁₆Ｈ₃₄）等の直鎖単結合組成の燃料等）が燃焼する反応である。この低温酸化反応成分は、筒内ガス温度が比較的低い場合であっても着火が可能な成分であって、このｎ−セタン等の量が多いほど（高セタン燃料であるほど）気筒内での低温酸化反応が進み易く着火遅れが抑制されることになる。具体的に、ｎ−セタン等の低温酸化反応成分は、筒内ガス温度が約７５０Ｋに達した時点で燃焼（低温酸化反応）を開始する。なお、ｎ−セタン等以外の燃料成分（高温酸化反応成分）は気筒内ガス温度が約９００Ｋに達するまで燃焼（高温酸化反応）を開始しない。

そして、この低温酸化反応における前記基準反応速度効率としては、例えば０．２９４［Ｊ／ＣＡ²／ｍｍ³］となっている。また、基準反応量効率としては、例えば５．０［Ｊ／ｍｍ³］となっている。

また、この低温酸化反応の反応速度及び反応量は、前記基準反応速度効率及び基準反応量効率に基づいて算出される（例えば有効噴射量を乗算することで算出される）。さらに、前記低温酸化反応の反応速度を算出するに当たっては、前記基準反応速度効率に有効噴射量を乗算した値（基準反応速度）に対してエンジン回転速度に応じた係数（回転速度補正係数＝（基準回転速度／実回転速度）²）が乗算される。なお、この回転速度補正係数を求めるための基準回転速度としては任意の回転速度（例えば２０００ｒｐｍ）が設定可能である。これにより、ガス組成等が変化しても反応速度を時間に依存した値として求めることができる。

なお、回転速度補正係数は、図７に示す回転速度補正係数マップから求められるものであってもよい。この図７に示す回転速度補正係数マップは、基準回転速度を２０００ｒｐｍに設定したものである。エンジン１の実回転速度が基準回転速度（２０００ｒｐｍ）以上である領域では、「（基準回転速度／実回転速度）²」に応じた値（図中に一点鎖線で示すエンジン回転速度に応じた値）として回転速度補正係数が求められる。これに対し、エンジン１の実回転速度が基準回転速度（２０００ｒｐｍ）未満である領域では、「（基準回転速度／実回転速度）²」に応じた値に対して所定割合だけ補正（低い側に補正）された値が回転速度補正係数として求められる（基準回転速度未満である領域の実線を参照）。この場合の補正割合は実験やシミュレーションによって求められている。

前記基準回転速度は、上述した値には限定されず、エンジン１の使用頻度が最も高い回転速度域に設定することが好ましい。

なお、この低温酸化反応は発熱反応であるため、この反応量（発生熱量）としては正の値となる。

（ｃ）熱分解反応
熱分解反応は、燃料成分の熱分解（炭素鎖の鎖結合の切断）を行う反応であって、その反応温度は例えば約８００Ｋとなっている。

また、この熱分解反応における前記基準反応速度効率としては、例えば０．３８４［Ｊ／ＣＡ²／ｍｍ³］となっている。また、基準反応量効率としては、例えば５．０［Ｊ／ｍｍ³］となっている。

また、この熱分解反応の反応速度及び反応量も、前記基準反応速度効率及び基準反応量効率に基づいて算出される（例えば前記有効噴射量を乗算することで算出される）。さらに、前記熱分解反応の反応速度を算出するに当たっても、前記基準反応速度効率に有効噴射量を乗算した値（基準反応速度）に対してエンジン回転速度に応じた前記回転速度補正係数が乗算される。

ここで、熱分解反応の状態を表すパラメータとして熱分解反応の進行度合（熱分解達成率）［％］がある。この熱分解反応の進行度合は、気筒内に噴射された燃料成分の全体に対して、熱分解（炭素鎖の鎖結合の切断）が完了した燃料成分の量を示す値（熱分解量／全燃料成分量（全炭素量）［％］）であって、例えば、熱分解反応の反応期間（詳細は後述する）の１／２に到達した時点の熱分解反応の進行度合を５０％とする。

なお、本実施形態では、この熱分解反応を吸熱反応として扱うものとする。つまり、反応量（発生熱量）が負の値であるものとする。

（ｄ）予混合燃焼による高温酸化反応
予混合燃焼による高温酸化反応の反応温度は例えば約９００Ｋとなっている。つまり、筒内ガス温度が９００Ｋに達したことで燃焼を開始する反応が、この予混合燃焼による高温酸化反応である。

また、この予混合燃焼による高温酸化反応における前記基準反応速度効率としては、例えば４．３［Ｊ／ＣＡ²／ｍｍ³］となっている。また、基準反応量効率としては、例えば３０．０［Ｊ／ｍｍ³］となっている。

また、この予混合燃焼による高温酸化反応の反応速度及び反応量も、前記基準反応速度効率及び基準反応量効率に基づいて算出される（例えば有効噴射量を乗算することで算出される）。さらに、前記予混合燃焼による高温酸化反応の反応速度を算出するに当たっても、前記基準反応速度効率に有効噴射量を乗算した値（基準反応速度）に対してエンジン回転速度に応じた前記回転速度補正係数が乗算される。

ここで、上述の如く、予混合燃焼による高温酸化反応にあっては、その前に発生する熱分解反応の進行度合の影響を受ける。その熱分解反応の進行度合が熱分解達成基準値（例えば５０％）に到達しておれば、基準反応開始温度（９００Ｋ）で予混合燃焼による高温酸化反応が開始可能となる。一方、熱分解反応の進行度合が熱分解達成基準値に到達していない場合（例えば進行度合が５０％よりも小さい場合）は、その進行度合に応じて予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始温度が基準反応開始温度（９００Ｋ）よりも高温側に移行する（反応開始時期が遅角側に遅延する）。

なお、この予混合燃焼による高温酸化反応は発熱反応であるため、この反応量（発生熱量）としては正の値となる。

（ｅ）拡散燃焼による高温酸化反応
拡散燃焼による高温酸化反応の反応温度は例えば約１０００Ｋとなっている。つまり、温度が１０００Ｋ以上となっている筒内に向けて噴射された燃料が、噴射後、直ちに燃焼を開始する反応が、この拡散燃焼による高温酸化反応である。

また、この拡散燃焼による高温酸化反応における反応速度は、コモンレール圧力に応じて変化し、以下の式（７）及び式（８）から求められる。

ＧｒｄＢ＝Ａ×コモンレール圧力＋Ｂ ・・・（７）
Ｇｒｄ＝ＧｒｄＢ×（基準エンジン回転速度／実エンジン回転速度）²
×（ｄ／基準ｄ）×（Ｎ／基準Ｎ） ・・・（８）
ＧｒｄＢ：基準反応速度、Ｇｒｄ：反応速度、ｄ：インジェクタ２３の噴孔径、Ｎ：インジェクタ２３の噴孔数、Ａ，Ｂ：実験等により求められた定数
なお、前記式（８）は、インジェクタ２３の基準噴孔径に対する実噴孔径の比、及び、インジェクタ２３の基準噴孔数に対する実噴孔数の比が乗算されていることにより、一般化された式となっている。また、この式（８）は、回転速度補正係数が乗算されていることで、エンジン回転速度に応じて補正された反応速度が求められるものとなっている。

また、この拡散燃焼による高温酸化反応の基準反応量効率としては、例えば３０．０［Ｊ／ｍｍ³］となっており、この拡散燃焼による高温酸化反応の反応量も、前記基準反応量効率に基づいて算出される（例えば有効噴射量を乗算することで算出される）。

なお、この拡散燃焼による高温酸化反応も発熱反応であるため、この反応量（発生熱量）としては正の値となる。

以上のようにして燃料の反応形態を分離することができる。

（１−Ｂ）分離された各反応形態それぞれに対する理想熱発生率波形モデルの作成
次に、前記分離された各反応形態それぞれに対する理想熱発生率波形モデルの作成について説明する。

上述の如く反応形態を分離したことにより、それぞれの反応形態における理想熱発生率波形モデルが作成可能となる。つまり、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、予混合燃焼による高温酸化反応、拡散燃焼による高温酸化反応それぞれに対して、理想熱発生率波形モデルが作成可能となる。

本実施形態では、各反応それぞれに対し、理想熱発生率波形モデルを二等辺三角形に近似させるものとしている。つまり、上述した反応開始温度（反応開始時期）を基点として、反応速度を二等辺三角形の斜辺の勾配とし、反応量を二等辺三角形の面積とし、反応期間を二等辺三角形の底辺の長さとする理想熱発生率波形モデルを作成する。

以下、理想熱発生率波形モデルの作成について具体的に説明する。

（ａ）反応開始時期
（気化反応）
上述したように、ディーゼルエンジン１で使用されている軽油の沸点は４５３Ｋ〜６２３Ｋであるので、筒内ガス温度が６２３Ｋに到達する時期のクランク角度位置［°ＣＡ］を気化反応の反応開始時期とする。なお、燃料が噴射される温度場（筒内ガス温度）が６２３Ｋ以上である場合は、気化反応の反応開始時期は燃料噴射開始時期と同じタイミングとする（気化反応の反応開始時期＝燃料噴射開始時期）。また、上述したように、気化反応は酸素密度の影響を殆ど受けないので、気化反応の反応開始時期については酸素密度による補正は行わない。

（熱分解反応・低温酸化反応・高温酸化反応）
上述したように、熱分解反応、低温酸化反応、予混合燃焼による高温酸化反応、拡散燃焼による高温酸化反応は、酸素密度の影響を受け、その酸素密度が低くなるほど反応開始時期は遅角側に移行するので、その各反応の反応開始温度つまり反応開始時期については酸素密度を用いて補正を行う。この場合の各反応の反応開始時期は以下の式（９）によって算出することができる。

反応開始時期＝基準温度到達時期＋酸素密度低下補正遅角量 ・・・（９）
ここで、上記式（９）の基準温度到達時期について説明すると、上述したように、低温酸化反応の反応開始温度は約７５０Ｋであるので、筒内ガス温度が７５０Ｋ（基準反応開始温度）に到達する時期のクランク角度位置［°ＣＡ］を低温酸化反応の基準温度到達時期とする。熱分解反応の反応開始温度は約８００Ｋであるので、筒内ガス温度が８００Ｋ（基準反応開始温度）に到達する時期のクランク角度位置［°ＣＡ］を熱分解反応の基準温度到達時期とする。予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始温度は約９００Ｋであるので、筒内ガス温度が９００Ｋ（基準反応開始温度）に到達する時期のクランク角度位置［°ＣＡ］を予混合燃焼による高温酸化反応の基準温度到達時期とする。拡散燃焼による高温酸化反応の反応開始温度は約１０００Ｋであるので、筒内ガス温度が１０００Ｋ（基準反応開始温度）に到達する時期のクランク角度位置［°ＣＡ］を拡散燃焼による高温酸化反応の基準温度到達時期とする。

また、上記式（９）の酸素密度低下補正遅角量は、酸素密度の影響による反応開始時期の補正量である。この酸素密度と酸素密度低下補正遅角量との関係は、予め実験やシミュレーションによって求められて作成された補正遅角量マップがＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されており、この補正遅角量マップから酸素密度低下補正遅角量が抽出される。

図８は、ある反応（例えば予混合燃焼による高温酸化反応）を対象とした補正遅角量マップの一例を示している。他の反応（低温酸化反応、熱分解反応、及び、拡散燃焼による高温酸化反応）についても同様のマップがＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

この補正遅角量マップは、酸素密度の変化に対する反応開始時期の遅角量（酸素密度低下補正遅角量）の変化をＷｉｅｂｅ関数によって簡易化したものである。

図８に示すものにあっては酸素密度がρ１〜ρ２まで変化する場合に、酸素密度がρ１である場合の遅角量をＣＡ１とし、酸素密度がρ２である場合の遅角量を「０」とするようにＷｉｅｂｅ関数の形状パラメータであるａ項及びｍ項が設定されている。

なお、図８に示す補正遅角量マップは、酸素密度の変化に対する酸素密度低下補正遅角量の変化をＷｉｅｂｅ関数によって表したものであるが、これに限らず、酸素密度の変化に対する酸素密度低下補正遅角量の変化を一次関数で表した補正遅角量マップを利用するようにしてもよい。

また、噴霧分布の影響（例えば燃料噴射圧力の変化に起因する噴霧分布の影響）による反応開始時期の遅角量を考慮する場合には、この噴霧分布の変化に対する反応開始時期の遅角量の変化を規定する補正遅角量マップを予め作成しておき、この補正遅角量マップに従って反応開始時期の遅角量を求めるようにする。

（予混合燃焼による高温酸化反応の基準温度到達時期補正）
まず、上述したように、各反応の反応開始時期は温度によって管理することが可能である。つまり、筒内ガス温度により各反応の反応開始時期は独立的現象として管理可能であるが、予混合燃焼による高温酸化反応については、その前に発生する熱分解反応の進行度合の影響を受ける。このような点に着目し、本実施形態では、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期（基準温度到達時期）については熱分解反応の進行度合に応じて可変に設定することで、その反応開始時期を精度良く規定できるようにする。その処理の例について以下に説明する。

［ＳＴ１］予混合燃焼による高温酸化反応の前に発生する熱分解反応の進行度合［％］を、燃料噴射開始時の筒内ガス温度に基づいて算出する。具体的には、上記した算出方法にて燃料噴射開始時の筒内ガス温度を算出し、その算出した燃料噴射開始時の筒内ガス温度に基づいて、図９のマップを参照して熱分解反応の進行度合［％］を求める。

図９の進行度合マップは、筒内ガス温度が９００Ｋ以上の温度領域で気筒内に燃料が噴射された場合、その燃料噴射開始時の筒内ガス温度が９００Ｋ（基準反応開始温度）に対して高温側であるほど、熱分解反応の進行度合が小さくなるという点に着目して、燃料噴射開始時の筒内ガス温度をパラメータとして熱分解反応の進行度合［％］の変化をＷｉｅｂｅ関数によって簡易化したものである。

具体的には、図９に示す進行度合マップにあっては、燃料噴射開始時の筒内ガス温度が９００Ｋ〜１０００Ｋまで変化する場合に、燃料噴射開始時の筒内ガス温度が９００Ｋである場合の進行度合を５０％とし、筒内ガス温度が１０００Ｋである場合の進行度合を「０」とするようにＷｉｅｂｅ関数の形状パラメータであるａ項及びｍ項が設定されている。この図９の進行度合マップはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

なお、図９に示す進行度合マップでは、予混合燃焼による高温酸化反応が９００Ｋ（基準反応開始温度）で開始する場合の熱分解進行度合の基準値（代表値：ＫＰＹＲ）を５０％としているが、これに限られることなく、その基準値については５０％以外の値を適用してもよい。

また、このような熱分解反応の進行度合マップを用いない場合、以下の式（１０）からも熱分解反応の進行度合を求めることができる。

進行度合＝ＫＰＹＲ×ｅｘｐ（ａ×Ｘ^m+1） ・・・（１０）
ここで、Ｘ＝（燃料噴射開始時の筒内ガス温度［Ｋ］−９００［Ｋ］）／１００［Ｋ］≧０、ＫＰＹＲ＝５０［％］ａ＝−８．０６、ｍ＝２．５４である。なお、このような式（１０）を用いる場合も、代表値（基準値）であるＫＰＹＲについては５０％以外の値を適用してもよい。

［ＳＴ２］上記［ＳＴ１］の処理で求めた熱分解反応の進行度合［％］を用いて図１０のマップを参照して、熱分解進行度合変化補正遅角量［°ＣＡ］を算出する。その算出した熱分解進行度合変化補正遅角量［°ＣＡ］を用いて、下記の式（１１）によって、基準温度到達時期を補正する。

補正後の基準温度到達時期＝基準温度到達時期＋熱分解進行度合変化補正遅角量 ・・（１１）
そして、その算出した補正後の基準温度到達時期を用いて、上記式（９）によって、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期［°ＣＡ］を算出する［反応開始時期＝（基準温度到達時期＋熱分解進行度合変化補正遅角量）＋酸素密度低下補正遅角量］。このようにして算出した予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期［°ＣＡ］を、後述する理想熱発生率波形の作成処理に用いる。なお、燃料噴射開始時の筒内ガス温度が予混合燃焼による高温酸化反応の基準反応開始温度（９００Ｋ）よりも低温側であり、熱分解反応の進行度合が５０％以上である場合は、筒内ガス温度が９００Ｋに到達する時期のクランク角度位置を、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期［°ＣＡ］とする。

なお、以上のようにして算出した予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期［°ＣＡ］について、基準エンジン回転速度（例えば、１０００ｒｐｍ）を用いて補正しておいてもよい。具体的には、上記算出処理にて得られた予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期［°ＣＡ］にエンジン回転速度比（基準エンジン回転速度／実エンジン回転速度ＮＥ）を乗算することにより、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期［°ＣＡ］の回転速度補正を行う。

ここで、図１０に示す補正遅角量マップは、熱分解反応の進行度合が５０％である場合を基準（代表値）とし、その基準進行度合よりも実際の熱分解反応の進行度合が小さいほど、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始温度に到達する基準温度到達時期が遅延する（予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期が遅角側に変化する）という点に着目し、熱分解反応の進行度合［％］をパラメータとして熱分解進行度合変化補正遅角量［°ＣＡ］の変化をＷｉｅｂｅ関数によって簡易化したものである。

具体的には、図１０に示す補正遅角量マップにあっては、熱分解反応の進行度合が５０％〜０％まで変化する場合に、熱分解反応の進行度合が５０％である場合の遅角量を「０」とし、熱分解反応の進行度合が０％である場合の遅角量をＣＡ２とするようにＷｉｅｂｅ関数の形状パラメータであるａ項及びｍ項が設定されている。この図１０の補正遅角量マップはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

図１０に示す補正遅角量マップにあっては、熱分解反応の進行度合［％］が小さいほど遅角量が大きな値になるように設定されている。つまり、この図１０の補正遅角量マップから算出した遅角量を用いて補正を行うことによって得られる、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期は、熱分解反応の進行度合が小さいほど遅角側の値となる。

なお、図１０に示す補正遅角量マップは、熱分解反応の進行度合の変化に対する熱分解進行度合変化補正遅角量の変化をＷｉｅｂｅ関数によって表したものであるが、これに限らず、熱分解反応の進行度合の変化に対する補正遅角量の変化を一次関数で表した補正遅角量マップを利用するようにしてもよい。また、図１０に示すような補正遅角量マップは実験やシミュレーション等によって作成しておいてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、予混合燃焼による高温酸化反応の基準反応開始温度（９００Ｋ）以上の温度領域で気筒内に燃料が噴射された場合（９００Ｋまでに燃料が噴射されていない場合）、予混合燃焼による高温酸化反応の前に発生する熱分解反応の進行度合に応じて当該進行度合が小さいほど反応開始時期を遅角側に設定しているので、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を正確に求めることができる。これにより、後述する理想熱発生率波形を高い精度で作成することができる。

なお、この補正処理の例では、熱分解反応の進行度合に基づいて基準温度到達時期を補正しているが、これに限られることなく、上記式（９）によって算出した予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を補正するようにしてもよい。具体的には、式（９）によって算出した予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期（酸素密度補正後の反応開始時期）を、熱分解反応の進行度合に基づいて算出した熱分解進行度合変化補正遅角量を用いて補正（酸素密度補正後の反応開始時期＋熱分解進行度合変化補正遅角量）するようにしてもよい。

また、以上の補正処理では、熱分解反応の進行度合から補正遅角量を求めて予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を設定しているが、これに限られることなく、熱分解反応の進行度合に基づいて予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を直接算出するマップ（計算式）等を実験やシミュレーション等によって作成しておき、そのマップ等を用いて熱分解反応の進行度合に応じて、その進行度合が小さいほど予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を遅角側に設定するようにしてもよい。

（ｂ）反応速度（勾配）
反応速度は、前記基準反応速度効率に基づいて設定され、理想熱発生率波形モデルを二等辺三角形に近似させた場合、熱発生率が上昇する期間での上昇勾配と、熱発生率が下降する期間での下降勾配とでは、それらの絶対値は一致している。

なお、前記熱発生率が上昇する期間での反応速度に対して、熱発生率が下降する期間での反応速度が低い場合（理想熱発生率波形モデルが不等辺三角形である場合）には、前記上昇勾配に所定値α（＜１）を乗算することで下降勾配が求められることになる。

前記拡散燃焼による高温酸化反応での理想熱発生率波形モデルにあっては、反応速度は噴射率波形勾配に比例し、燃料噴射圧（コモンレール内圧）が一定であれば反応速度も一定である。また、他の反応（例えば予混合燃焼による高温酸化反応）での理想熱発生率波形モデルにあっては、反応速度は燃料噴射量に比例することになる。

なお、反応速度については、上記した酸素密度や燃料密度を用いて補正しておいてもよい。

（ｃ）発生熱量（面積）
各反応における熱効率［Ｊ／ｍｍ³］は燃焼期間を適正化すれば定数（例えば高温酸化反応の場合は３０Ｊ／ｍｍ³）と見なすことができる。このため、発生熱量としては、この熱効率に燃料噴射量（前記有効噴射量）を乗算したものとなる。

ただし、前記低温酸化反応については高温酸化反応との和で完結し、拡散燃焼による高温酸化反応では単独で完結することになる。

このようにして求められた発生熱量が理想熱発生率波形モデルである三角形の面積に相当することになる。なお、発生熱量については酸素密度を用いて補正しておいてもよい。

（ｄ）燃焼期間（底辺）
以上の三角形の勾配（反応速度）及び三角形の面積（発生熱量）から三角形の底辺の長さに相当する燃焼期間が求められる。

図１１に示すように、三角形の面積（発生熱量に相当）をＳ、底辺の長さ（燃焼期間に相当）をＬ、高さ（熱発生率ピーク時点での熱発生率に相当）をＨ、燃焼開始時点から熱発生率ピーク時点までの期間をＡ、熱発生率ピーク時点から燃焼終了時点までの期間をＢ（理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形の場合にはＢ＝Ａ）、上昇勾配（熱発生率が上昇する期間での反応速度に相当）をＧ、この上昇勾配に対する下降勾配（熱発生率が下降する期間での反応速度に相当）の比をα（≦１）とした場合、以下の関係が成り立つ。なお、図１１（ａ）は理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形の場合を、図１１（ｂ）は理想熱発生率波形モデルが不等辺三角形の場合をそれぞれ示している。

Ｈ＝Ａ×Ｇ＝Ｂ×α×Ｇ
これより、Ｂ＝Ａ／αとなる。

Ｓ＝Ａ²×Ｇ／２＋Ａ×Ｇ×Ｂ／２＝（１＋１／α）×Ａ²×Ｇ／２
よって、Ａ＝ＳＱＲＴ［２Ｓ／｛（１＋１／α）Ｇ｝］となる。

従って、底辺の長さＬは、
Ｌ＝Ａ＋Ｂ＝Ａ（１＋１／α）
＝（１＋１／α）×ＳＱＲＴ［２Ｓ／｛（１＋１／α）Ｇ｝］
理想熱発生率波形モデルが二等辺三角形の場合にはα＝１であり、
Ｌ＝２×ＳＱＲＴ（Ｓ／Ｇ）＝２×ＳＱＲＴ（３０×Ｆｑ／Ｇ）となる。

（Ｆｑは燃料噴射量（有効噴射量）であり、上述した如く燃料１ｍｍ³当たりの発生熱量を３０Ｊとした場合には「３０×Ｆｑ」が三角形の面積Ｓとなる）
このようにして、噴射量（噴射量指令値：発生熱量に相関のある値）と勾配（反応速度）が与えられれば燃焼期間が確定されることになる。

以下、理想熱発生率波形モデルを三角形（特に二等辺三角形）に近似できる理由について説明する。図１２（ａ）は、インジェクタ２３から燃料噴射が行われた場合における経過時間と１つの反応形態における気筒内への燃料供給量（その反応形態で使用される燃料の量）との関係を示している。また、この図１２（ａ）では、その燃料供給量が得られる燃料噴射期間を１０個の期間に区分している。つまり、その燃料噴射期間を、互いに燃料供給量が等しい１０個の期間に区分しており、それぞれに第１期間から第１０期間の期間番号を付している。つまり、第１期間での燃料噴射が終了した後、燃料噴射が途切れることなく第２期間での燃料噴射が開始され、第２期間での燃料噴射が終了した後、燃料噴射が途切れることなく第３期間での燃料噴射が開始されるといった噴射形態で第１０期間の終了時点まで燃料噴射が継続されることになる。

また、図１２（ｂ）は前記各期間で噴射された燃料の反応量（この図１２（ｂ）に示すものは発熱反応における発熱量）を示している。この図１２（ｂ）に示すように、第１期間での燃料噴射が開始され、第２期間での燃料噴射が開始されるまでの間（図１２（ｂ）における期間ｔ１）は、第１期間で噴射された燃料の反応のみが行われている。そして、第２期間での燃料噴射が開始され、第３期間での燃料噴射が開始されるまでの間（図１２（ｂ）における期間ｔ２）は、第１期間で噴射された燃料の反応及び第２期間で噴射された燃料の反応がともに行われている。このようにして、新たな噴射期間を迎える度に、燃料の総反応量としては次第に増加していく（新たに噴射が開始された期間の燃料分だけ総反応量が増加していく）。この増加期間が、前記理想熱発生率波形モデルの正側の勾配の期間（反応のピーク位置よりも進角側の期間）に相当する。

その後、第１期間で噴射された燃料の反応が終了する。この時点（図１２（ｂ）におけるタイミングＴ１）では、第２期間以降で噴射された燃料の反応は終了しておらず、第２期間から第１０期間で噴射された燃料の反応が継続している。そして、第２期間で噴射された燃料の反応が終了すると（図１２（ｂ）におけるタイミングＴ２）、第３期間以降で噴射された燃料の反応は終了していないため、第３期間から第１０期間で噴射された燃料の反応が継続することになる。このようにして、各期間で噴射された燃料の反応が順次終了していくことにより、燃料の総反応量としては次第に減少していく（反応が終了した燃料分だけ総反応量が減少していく）。この減少期間（図１２（ｂ）において反応量を破線で示している期間）が、前記理想熱発生率波形モデルの負側の勾配の期間（反応のピーク位置よりも遅角側の期間）に相当する。

以上のような形態で燃料の反応が行われるため、理想熱発生率波形モデルは三角形（二等辺三角形）として近似できることになる。

以上が、燃料の各反応形態に対する理想熱発生率波形モデルの作成手順である。

（１−Ｄ）理想熱発生率波形モデルのフィルタリングによる理想熱発生率波形の作成
以上のようにして理想熱発生率波形モデルを作成した後、この理想熱発生率波形モデルを周知のフィルタ処理（例えばＷｉｅｂｅフィルタによる処理）によって円滑化することにより、理想熱発生率波形を作成する。以下、具体的に説明する。

図１３は、１回の燃料噴射が行われた場合の理想熱発生率波形モデル（各反応に対応した二等辺三角形）を示している。この図１３では、本発明の理解を容易にするために、１回の燃料噴射によって気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、各高温酸化反応が順次行われた場合の理想熱発生率波形モデル（各反応に対応した二等辺三角形）を示している。具体的に、図中のＩは気化反応の理想熱発生率波形モデル、ＩＩは低温酸化反応の理想熱発生率波形モデル、ＩＩＩは熱分解反応（吸熱となる熱分解反応）の理想熱発生率波形モデル、ＩＶは予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデルである。Ｖは拡散燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデルである。

また、図１４は、この理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化したことで得られた理想熱発生率波形を示している。このように、各反応（気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、各高温酸化反応）それぞれに応じた理想熱発生率波形モデル（二等辺三角形）がフィルタ処理によって円滑化されて理想熱発生率波形が作成されることになる。

なお、実際のエンジン１では、メイン噴射以外にパイロット噴射やアフタ噴射等が行われる。このため、これらパイロット噴射やアフタ噴射に対しても、前述の場合と同様に気筒内における理想熱発生率波形モデルを作成し、これをフィルタ処理によって円滑化することにより理想熱発生率波形が作成される。

そして、前記メイン噴射における筒内全体を対象とした理想熱発生率波形と、これら理想熱発生率波形（パイロット噴射やアフタ噴射を対象とする理想熱発生率波形）とを合成することによって１サイクルを対象とした理想熱発生率波形が作成されることになる。

また、メイン噴射を複数回に分割して実行（分割メイン噴射）した場合にあっても、各メイン噴射それぞれにおける理想熱発生率波形同士を合成することによって１サイクルを対象とした理想熱発生率波形が作成されることになる。

このように複数回の噴射が実行される場合に、それぞれの理想熱発生率波形を合成するに当たっては、前段（進角側）で燃料が噴射されるタイミングでの筒内ガス温度と、その後に（遅角側で）燃料が噴射されるタイミングでの筒内ガス温度とが互いに異なっていることを考慮する必要がある。

具体的には、エンジンの定常運転状態において、進角側で燃料が噴射されるタイミングにおいて前記予熱等が行われていない場合には、外部から吸入される新気、気筒内の残留ガス及びＥＧＲガス等のガスがピストン１３の移動に伴って温度上昇したことによる圧縮ガス温度を基点として反応が開始される。なお、エンジンの始動時やフューエルカットからの燃料噴射復帰時等にあっては、外部から吸入される新気がピストン１３の移動に伴って温度上昇したことによる圧縮ガス温度を基点として反応が開始されることになる。

一方、その遅角側で燃料が噴射される場合には、前記圧縮ガス温度に対して、既燃ガス（進角側で噴射された燃料の燃焼ガス）の温度等が加算されて温度上昇した温度場に対して燃料が噴射されることになるため、既燃ガスによる温度上昇がない場合に比べて反応開始時期が進角側に移行することになる。このことを考慮し、進角側で噴射された燃料の反応による理想熱発生率波形、及び、遅角側で噴射された燃料の反応による理想熱発生率波形それぞれを前述した温度変化を考慮して求める。つまり、各噴射における各反応の開始時点等を温度管理によって規定する。これにより、各噴射における各反応の開始時点を適切に求めることが可能になる。その結果、反応の開始順序や反応同士が並行される期間等を適正に規定することが可能になり、各噴射に応じて作成された理想熱発生率波形を合成することによる理想熱発生率波形を高い精度で作成することが可能になる。

（２）実熱発生率波形の作成
前記理想熱発生率波形と比較される実熱発生率波形は、前記筒内圧センサ４Ａによって検出される筒内圧力の変化に応じて作成される。つまり、気筒内での熱発生率と筒内圧力との間には相関がある（熱発生率が高いほど筒内圧力は高くなる）ので、この筒内圧センサ４Ａによって検出される筒内圧力から実熱発生率波形を作成することができる。この検出した筒内圧力から実熱発生率波形を作成する処理については公知であるため、ここでの説明は省略する。

（３）理想熱発生率波形と実熱発生率波形との比較による燃焼状態の診断
燃焼状態の診断（反応形態の診断）としては、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離の大きさに基づいて行われる。例えば、その乖離が予め設定された閾値（本発明でいう異常判定乖離量）以上となっている反応形態が存在している場合には、その反応形態に異常が生じていると診断することになる。例えば熱発生率の偏差が１０［Ｊ／°ＣＡ］以上となっている反応形態が存在する場合や、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形のクランク角度側への偏差（進角側または遅角側の偏差）が３°ＣＡ以上となっている反応形態が存在する場合には、その反応形態に異常が生じていると診断する。これら値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーションによって適宜設定される。

例えば、図１４に示した理想熱発生率波形が作成された場合を例に挙げて説明すると、図１５に破線で示す実熱発生率波形のように、実線で示した理想熱発生率波形（図１４で示した波形）に対して各高温酸化反応（予混合燃焼による高温酸化反応及び拡散燃焼による高温酸化反応）における実熱発生率波形が遅角側にずれており、その偏差が閾値を超えている場合には、各高温酸化反応に異常が生じている、つまり、各高温酸化反応の反応開始時期に異常が生じていると診断することになる。

また、図１５に一点鎖線で示す実熱発生率波形のように、実線で示した理想熱発生率波形に対して各高温酸化反応における熱発生率波形のピーク値が高く、その偏差が閾値を超えている場合には、各高温酸化反応に異常が生じている、つまり、各高温酸化反応での反応量に異常が生じていると診断することになる。また、このような診断は、高温酸化反応に限らず、前記気化反応、低温酸化反応、熱分解反応それぞれに対しても同様に行われる。

なお、前記反応形態に異常が生じているか否かを診断するためのパラメータとしては、上述した反応時期の偏差（着火遅れ等）や、熱発生率波形のピーク値の偏差に限らず、反応速度の偏差、反応期間の偏差、ピーク位相等も挙げられる。

（４）診断結果に応じたエンジン１の制御パラメータの補正
前記理想熱発生率波形と実熱発生率波形との比較による燃焼状態の診断において、上述した如く理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が予め設定された閾値を超える反応形態が存在する場合、その反応形態に異常が生じていると診断され、この乖離を小さくするようにエンジン１の制御パラメータが補正されることになる。

例えば、実熱発生率波形が、図１５に破線で示したものである場合には、燃料の着火遅れが生じており、酸素不足であると判断して、前記インタークーラ６１による吸気の冷却能力を高めるようにしたり、ＥＧＲバルブ８１の開度を小さくしてＥＧＲガス量を減量したり、吸気の過給率を上昇させたりすることで酸素不足を解消する。

また、実熱発生率波形が、図１５に一点鎖線で示したものである場合には、燃料の反応量が大きすぎると判断して、燃料噴射量の減量補正や、ＥＧＲガスの増量補正等を行う。

その他の補正動作として、実熱発生率波形における反応開始時期が理想熱発生率波形に対して遅角側に位置している場合には、吸気の過給率を上昇させたり、気筒内に対するパイロット噴射による予熱量を増量させる等の補正を行うことも挙げられる。

また、実熱発生率波形を理想熱発生率波形に近付けるための制御パラメータとしては、上述したもの以外に、燃料噴射時期、気筒内のガス組成、吸入空気量（ガス量）、各種の学習値（燃料噴射量や燃料噴射時期の学習値など）であってもよい。例えば、気筒内の酸素密度に過不足が生じている場合、学習値としては、ＥＧＲガスの補正や吸気の過給率の補正を行うように学習する。また、気筒内の燃料密度に過不足が生じている場合、学習値としては、燃料噴射時期や、燃料噴射圧力や、燃料噴射量の補正を行うように学習する。

このような制御パラメータの補正は、この制御パラメータの補正によって実熱発生率波形を理想熱発生率波形に略一致させることが可能な場合に実行される。具体的には、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離量が所定の補正可能乖離量以下である場合に実行される。この補正可能乖離量としては、実験またはシミュレーションによって予め設定されている。そして、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離量が前記補正可能乖離量を超えている場合には、制御パラメータの補正量が所定のガード値を超えることになるので、これによってエンジン１を構成している機器の一部に故障が生じていると診断する。具体的には、筒内ガス温度、酸素密度、燃料密度それぞれの下限値を予め設定しておき、これら筒内ガス温度、酸素密度、燃料密度のいずれかがその下限値を下回っている場合には、エンジン１の制御パラメータの補正量が所定のガード値を超えるとして、エンジン１に故障が生じていると診断することになる。

この場合、前記制御パラメータの補正を行うことなく、例えば、車室内のメータパネル上のＭＩＬ（警告灯）を点灯させて運転者に警告を促すとともに、前記ＥＣＵ１００に備えられたダイアグノーシスに異常情報が書き込まれることになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、当該予混合燃焼による高温酸化反応の前に発生する熱分解反応の進行度合に応じて反応開始時期を設定しているので、予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を正確に規定することができる。これによって予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を高い精度で作成することができる。

そして、本実施形態では、このような予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形、及び、気化反応、低温酸化反応、熱分解反応、拡散燃焼による高温酸化反応それぞれの理想熱発生率波形を合成して気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形を作成し、この理想熱発生率波形を利用して燃焼状態の診断を行っている。このため、燃料の複数の反応形態それぞれに対し、実熱発生率波形が理想熱発生率波形から所定量以上乖離している場合には、その反応形態に異常が生じていると診断することができる。つまり、各反応形態を個別に扱い、それぞれについて異常の有無を診断することができる。このため、異常が生じている反応形態の特定を高い精度で行うことができ、診断精度の向上を図ることができる。

そして、異常であると診断された反応形態に対して改善策（制御パラメータの補正）を講じることで（乖離が所定の補正可能乖離量以下である場合）、その反応形態の反応状態を適正化するための最適な制御パラメータを補正することが可能になり、効果的な補正動作が行える。これにより、燃料の各反応全体を理想的な反応に近付ける（各反応の実熱発生率波形を理想熱発生率波形に近付ける）ことが可能になって、エンジン１の制御性を大幅に改善することができる。

また、反応に異常が生じていると診断された場合において、その異常が解消可能であるか否かを、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離量に基づいて判断するようにしているため、制御パラメータの補正によって正常な反応状態が得られる状態と、部品交換などのメンテナンスが必要な状態とを正確に判別することが可能になる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載された直列４気筒ディーゼルエンジン１に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。

また、前記実施形態では、本発明に係る燃焼状態診断装置を車載のＥＣＵ１００のＲＯＭに格納（車両に実装）し、エンジン１の運転状態において燃焼状態の診断を行うようにしていた。本発明はこれに限らず、実験装置（エンジンベンチ試験器）に前記燃焼状態診断装置を備えさせ、エンジン１の設計段階において、この実験装置上でエンジン１を試験運転させる際に燃焼状態の診断を行って、制御パラメータの適正値を取得するといった使用形態に適用することも可能である。

また、前記実施形態は、キャビティ外領域及びキャビティ内領域の酸素密度及び燃料密度が略同一であると仮定して気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形モデルを作成し、この理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理することによって理想熱発生率波形を作成していた。本発明は、これに限らず、キャビティ外領域及びキャビティ内領域の酸素密度及び燃料密度のうち少なくとも一方が異なっていると仮定して各領域それぞれについて理想熱発生率波形モデルを作成し、この理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理すると共に各理想熱発生率波形を合成することによって気筒内全体を対象とする理想熱発生率波形を作成するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。

本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジン等において、燃料の各反応の熱発生率波形の作成及び各反応の診断に適用可能である。

１ エンジン（内燃機関）
１２ シリンダボア
１３ ピストン
２３ インジェクタ（燃料噴射弁）
３ 燃焼室
４０ クランクポジションセンサ
４９ 吸気温センサ
４Ａ 筒内圧センサ
１００ ＥＣＵ
Ｉ 気化反応の理想熱発生率波形モデル
ＩＩ 低温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
ＩＩＩ 熱分解反応の理想熱発生率波形モデル
ＩＶ 予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデル
Ｖ 拡散燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形モデル

Claims (10)

1. 燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の燃焼を行う内燃機関における前記燃料の反応の熱発生率波形を作成する装置であって、
   前記燃料噴射弁から噴射された燃料の反応のうち、予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を作成するに際し、当該予混合燃焼による高温酸化反応の前に発生する熱分解反応の進行度合に応じて反応開始時期を設定して当該予混合燃焼による高温酸化反応の理想熱発生率波形を作成する構成となっていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
   筒内ガス温度が予混合燃焼による高温酸化反応の基準反応開始温度以上の温度領域で前記気筒内に燃料が噴射された場合に、前記熱分解反応の進行度合に応じて当該進行度合が小さいほど予混合燃焼による高温酸化反応の反応開始時期を遅角側に設定することを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
3. 請求項１または２記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
   前記熱分解反応の進行度合は、燃料噴射開始時の筒内ガス温度に基づいて求めることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
   気化反応、低温酸化反応、前記熱分解反応、前記予混合燃焼による高温酸化反応、及び、拡散燃焼による高温酸化反応の各反応の理想熱発生率波形を作成することを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
   前記理想熱発生率波形は、前記反応開始時期を基点として、反応速度を斜辺の勾配、反応量を面積、反応期間を底辺の長さとする三角形で成る理想熱発生率波形モデルを作成し、その理想熱発生率波形モデルをフィルタ処理によって円滑化することで作成されることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置によって作成された理想熱発生率波形と、気筒内で実際に燃料が反応した際の実熱発生率波形とを比較し、理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定量以上となっている場合には、燃料の反応に異常が生じていると診断する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。
7. 請求項６記載の内燃機関の燃焼状態診断装置において、
   前記実熱発生率波形は、筒内圧センサによって検出される気筒内圧力に基づいて得られたものであることを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。
8. 請求項６または７記載の内燃機関の燃焼状態診断装置において、
   前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の異常判定乖離量以上となっており、燃料の反応に異常が生じていると診断された際に、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が所定の補正可能乖離量以下である場合には、内燃機関の制御パラメータの補正を行って前記乖離を前記異常判定乖離量未満にする制御を行う一方、前記理想熱発生率波形に対する実熱発生率波形の乖離が前記補正可能乖離量を超えている場合には内燃機関に故障が生じていると診断することを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。
9. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の熱発生率波形作成装置において、
   車両に実装または実験装置に搭載されていることを特徴とする内燃機関の熱発生率波形作成装置。
10. 請求項６〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼状態診断装置において、
    車両に実装または実験装置に搭載されていることを特徴とする内燃機関の燃焼状態診断装置。

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