JP6477432B2 - 燃焼システムの推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼システムでのパイロット噴射による燃焼状態を推定する推定装置に関する。

従来より、内燃機関を有する燃焼システムにおいて、燃焼室に対して１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射する多段噴射という技術が知られている。例えば特許文献１では、多段噴射のうちパイロット噴射を対象として噴射量等が制御されることで、パイロット噴射の後に実施されるメイン噴射の良好な拡散燃焼を成立させることが可能になっている。この構成では、燃料の気化潜熱が大きく異なることを用いてパイロット噴射量が設定される。例えば、燃料の気化潜熱が高いほどパイロット噴射量が増量される。

特開２０１２−１３２４１１号公報

しかしながら、ディーゼル内燃機関での燃焼に用いられる燃料としては、様々な性状を有する燃料が存在する。このため、エタノールなどの低級のアルコールなどに比べ相対的に気化潜熱に大きな差がないディーゼル燃料について、実際には燃料に含まれている成分が異なっていたり成分の混合割合が異なっていたりした場合は、平均的な気化潜熱の大小に応じてパイロット噴射の噴射量等が設定されても、メイン噴射について所望の拡散燃焼を得られないことがある。すなわち、燃料の平均的な気化潜熱の大小に応じてパイロット噴射の制御が行われる構成では、メイン噴射による燃焼状態が不安定になることが懸念される。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、パイロット噴射を管理することで、メイン噴射により発生するメイン燃焼の状態を適正化できる燃焼システムの推定装置を提供することにある。

以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。なお、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上述の課題を解決するために開示された第１の発明は、
内燃機関（１０）を有する燃焼システムに適用された推定装置（８０）であって、
内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた各種成分の混合割合を取得する混合取得部（Ｓ１０１）と、
燃料がパイロット噴射により内燃機関の燃焼室（１１ａ）に噴射されることで発生するパイロット燃焼について、パイロット燃焼による燃料の燃焼量を、混合取得部により取得された混合割合に基づいて推定する燃焼量推定部（Ｓ２０７）と、
燃焼室におけるパイロット燃焼の燃焼領域を、混合割合に基づいて推定する燃焼領域推定部（Ｓ２０８）と、
パイロット噴射により燃焼室において着火が生じる着火時期を、混合割合に基づいて推定する着火時期推定部（Ｓ２０９）と、
を備え、さらに、
パイロット噴射による噴射量を、混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
パイロット燃焼における燃料の発熱量を、混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
パイロット噴射による燃料の貫徹力を、混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
パイロット噴射による燃料の拡散状態を、混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
パイロット噴射による燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
の少なくとも１つを備え、
燃焼量推定部、領域推定部及び時期推定部は、噴射量、発熱量、貫徹力、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、燃焼量、燃焼領域及び着火時期を推定するものであり、
燃焼量推定部は、噴射量、発熱量、貫徹力、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布に基づいて燃焼量を推定するものである。

第１の発明によれば、パイロット噴射により生じたパイロット燃焼について、燃焼量、燃焼領域及び着火時期を推定することで、パイロット燃焼に伴って発生した燃焼ガスの状態を把握することができる。例えば、燃焼量が小さい場合や、燃焼領域が燃料の噴射元から遠い場合、着火時期が遅い場合には、パイロット燃焼ガスがメイン噴射によるメイン噴霧の着火遅れ時間を遅らせる原因になりやすい。このため、パイロット燃焼量、燃焼領域及び着火時期を適正に管理することで、所望の状態のパイロット燃焼ガスを得ることができる。

しかも、パイロット燃焼量、燃焼領域及び着火時期がいずれも、燃料に含まれた各種成分の混合割合に基づいて推定される。このため、燃料に含まれている成分が異なっていたり成分の混合割合が異なっていたりしても、パイロット燃焼量、燃焼領域及び着火時期を適正に管理できる。したがって、様々な性状を有する燃料のいずれが使用された場合でも、パイロット燃焼による燃焼ガスを適正に管理することができ、その結果、パイロット噴射を管理することで、メイン噴射により発生するメイン燃焼の状態を適正化できる。
開示された１つの発明は、
内燃機関（１０）を有する燃焼システムに適用された推定装置（８０）であって、
内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた各種成分の混合割合を取得する混合取得部（Ｓ１０１）と、
燃料がパイロット噴射により内燃機関の燃焼室（１１ａ）に噴射されることで発生するパイロット燃焼について、パイロット燃焼による燃料の燃焼量を、混合取得部により取得された混合割合に基づいて推定する燃焼量推定部（Ｓ２０７）と、
燃焼室におけるパイロット燃焼の燃焼領域を、混合割合に基づいて推定する領域推定部（Ｓ２０８）と、
パイロット噴射により燃焼室において着火が生じる着火時期を、混合割合に基づいて推定する時期推定部（Ｓ２０９）と、
を備え、さらに、
パイロット噴射による噴射量を、混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
パイロット燃焼における燃料の発熱量を、混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
パイロット噴射による燃料の貫徹力を、混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
パイロット噴射による燃料の拡散状態を、混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
パイロット噴射による燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
の少なくとも１つを備え、
燃焼量推定部、領域推定部及び時期推定部は、噴射量、発熱量、貫徹力、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、燃焼量、燃焼領域及び着火時期を推定するものであり、
領域推定部は、噴射量、貫徹力、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布に基づいて燃焼領域を推定するものである。
開示された１つの発明は、
内燃機関（１０）を有する燃焼システムに適用された推定装置（８０）であって、
内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた各種成分の混合割合を取得する混合取得部（Ｓ１０１）と、
燃料がパイロット噴射により内燃機関の燃焼室（１１ａ）に噴射されることで発生するパイロット燃焼について、パイロット燃焼による燃料の燃焼量を、混合取得部により取得された混合割合に基づいて推定する燃焼量推定部（Ｓ２０７）と、
燃焼室におけるパイロット燃焼の燃焼領域を、混合割合に基づいて推定する領域推定部（Ｓ２０８）と、
パイロット噴射により燃焼室において着火が生じる着火時期を、混合割合に基づいて推定する時期推定部（Ｓ２０９）と、
を備え、さらに、
パイロット噴射による噴射量を、混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
パイロット燃焼における燃料の発熱量を、混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
パイロット噴射による燃料の貫徹力を、混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
パイロット噴射による燃料の拡散状態を、混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
パイロット噴射による燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
の少なくとも１つを備え、
燃焼量推定部、領域推定部及び時期推定部は、噴射量、発熱量、貫徹力、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、燃焼量、燃焼領域及び着火時期を推定するものであり、
時期推定部は、噴射量、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布に基づいて着火時期を推定するものである。
開示された１つの発明は、
内燃機関（１０）を有する燃焼システムに適用された推定装置（８０）であって、
内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた各種成分の混合割合を取得する混合取得部（Ｓ１０１）と、
燃料がパイロット噴射により内燃機関の燃焼室（１１ａ）に噴射されることで発生するパイロット燃焼について、パイロット燃焼による燃料の燃焼量を、混合取得部により取得された混合割合に基づいて推定する燃焼量推定部（Ｓ２０７）と、
燃焼室におけるパイロット燃焼の燃焼領域を、混合割合に基づいて推定する領域推定部（Ｓ２０８）と、
パイロット噴射により燃焼室において着火が生じる着火時期を、混合割合に基づいて推定する時期推定部（Ｓ２０９）と、
を備え、さらに、
パイロット噴射による噴射量を、混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
パイロット燃焼における燃料の発熱量を、混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
パイロット噴射による燃料の貫徹力を、混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
パイロット噴射による燃料の拡散状態を、混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
パイロット噴射による燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
の少なくとも１つを備え、
燃焼量推定部、領域推定部及び時期推定部は、噴射量、発熱量、貫徹力、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、燃焼量、燃焼領域及び着火時期を推定するものであり、
ＯＨラジカル推定部は、混合割合に加えて、噴射量、発熱量、貫徹力及び拡散状態に基づいてＯＨラジカル分布を推定するものである。

第２の発明によれば、パイロット噴射に対してＯＨラジカル分布及び着火遅れ特性が推定されるため、パイロット噴射に伴って生成されるパイロット燃焼ガスの状態を推定することができる。パイロット燃焼ガスは、適正なタイミング及び温度で適正な位置に配置されていることで、メイン噴射により噴射された燃料の着火性を高めることが可能になっている。

ここで、発明者らは、パイロット噴射が行われるタイミングでは、燃焼室内の温度上昇が十分でないことなどに起因して、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応によるＯＨラジカルの生成がほぼ行われず、燃料成分による連鎖分岐反応が発生する割合が多い、という知見を得た。連鎖分岐反応においては、ＯＨラジカルの生成及び消費が繰り返し行われるとともに、ケトンやアルデヒド等の燃焼性分子が生成される。この場合、ＯＨラジカル分布を推定することが、燃焼性分子の分布を推定することになり、ＯＨラジカル分布から燃焼ガスの温度や位置などを推定することができる。

また、発明者らは、パイロット燃焼ガスが生成されるタイミングは、直鎖炭化水素成分による連鎖分岐反応に加えて、その他の側鎖や環状構造などの燃料成分の着火遅れ特性からも影響を受ける、という知見を得た。ここで、パイロット燃焼ガスの生成タイミングが遅いと、適正な状態のパイロット燃焼ガスの生成がメイン噴射に間に合わずに、メイン噴射により発生するメイン燃焼の状態が悪化することが懸念される。これに対して、第２の発明によれば、直鎖成分によるＯＨラジカル分布及びその他の分子構造による着火遅れ特性の両方が推定されているため、パイロット噴射により生成されるパイロット燃焼ガスを適正に管理することができる。したがって、パイロット噴射を管理することで、メイン噴射により発生するメイン燃焼の状態を適正化することができる。

第３の発明によれば、上記第１の発明と同様の効果を奏する。

第１実施形態における燃焼システムの概略図。 着火遅れ特性の説明図。 複数の着火遅れ特性、燃えやすさを表わすパラメータ、および各種成分の混合量の関係を説明する図。 筒内酸素濃度に起因して生じる着火遅れ特性の変化を表す特性線と、燃料の分子構造種との関係を示す図。 筒内温度に起因して生じる着火遅れ特性の変化を表す特性線と、燃料の分子構造種との関係を示す図。 着火遅れ特性に基づき特定される特性線と、分子構造種の混合割合との関係を示す図。 パイロット制御処理の手順を示すフローチャート。 パイロット推定処理の手順を示すフローチャート。 噴射パラメータとしての噴射量の推定について説明するための図。 噴射パラメータとしての低位発熱量の推定について説明するための図。 蒸留性状について説明するための図。 噴射パラメータとしてのペネトレーションの推定について説明するための図。 ペネトレーションを推定するための数式を示す図。 噴射パラメータとしての拡散状態の推定について説明するための図。 拡散状態を推定するための数式を示す図。 着火遅れ推定処理の手順を示すフローチャート。 ＯＨラジカルの生成量について説明するための図。 燃焼パラメータとしての燃焼量を推定するための数式を示す図。 燃焼率を推定するための数式を示す図。 燃焼ガスの発生タイミングについて説明するための図。 燃焼ガスの位置について説明するための図。 第２実施形態におけるパイロット制御処理の手順を示すフローチャート。 パイロット推定処理の手順を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
本実施形態に係る燃焼システムの推定装置及び制御装置は、図１に示す電子制御装置（ＥＣＵ８０）により提供される。ＥＣＵ８０は、マイクロコンピュータ（マイコン８０ａ）や、図示しない入力処理回路および出力処理回路等を備える。マイコン８０ａは、図示しない中央処理装置（ＣＰＵ）およびメモリ８０ｂを備える。メモリ８０ｂに記憶された所定のプログラムをＣＰＵが実行することで、マイコン８０ａは、燃焼システムが備える燃料噴射弁１５、燃料ポンプ１５ｐ、ＥＧＲバルブ１７ａ、調温バルブ１７ｄ、および過給調圧機器２６等の作動を制御する。これらの制御により、燃焼システムが備える内燃機関１０での燃焼状態は、所望の状態に制御される。燃焼システムおよびＥＣＵ８０は車両に搭載されたものであり、当該車両は、内燃機関１０の出力を駆動源として走行する。

内燃機関１０は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２およびピストン１３等を備える。シリンダヘッド１２には、吸気バルブ１４ｉｎ、排気バルブ１４ｅｘ、燃料噴射弁１５および筒内圧センサ２１が取り付けられている。

燃料ポンプ１５ｐは、燃料タンク内の燃料をコモンレール１５ｃへ圧送する。ＥＣＵ８０が燃料ポンプ１５ｐの作動を制御することで、コモンレール１５ｃ内の燃料は、目標圧力Ｐｔｒｇに維持された状態でコモンレール１５ｃに蓄えられる。コモンレール１５ｃは、蓄圧された燃料を各気筒の燃料噴射弁１５へ分配する。燃料噴射弁１５から噴射された燃料は、燃焼室１１ａで吸気と混合して混合気を形成し、混合気はピストン１３により圧縮されて自着火する。要するに、内燃機関１０は圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、燃料には軽油が用いられている。なお、燃料噴射弁１５による燃料の噴射としては、燃料を霧状に噴く噴霧が挙げられる。

燃料噴射弁１５は、電磁アクチュエータおよび弁体をボデー内部に収容して構成されている。電磁アクチュエータへの通電をＥＣＵ８０がオンさせると、電磁アクチュエータの電磁吸引力により図示しない背圧室のリーク通路が開弁し、背圧低下に伴い弁体が開弁作動し、ボデーに形成されている噴孔が開弁されて噴孔から燃料が噴射される。上記通電を
オフさせると、弁体が閉弁作動して燃料噴射が停止される。

シリンダヘッド１２に形成されている吸気ポート１２ｉｎおよび排気ポート１２ｅｘには、吸気管１６ｉｎおよび排気管１６ｅｘが接続されている。吸気管１６ｉｎおよび排気管１６ｅｘにはＥＧＲ管１７が接続されており、排気の一部（ＥＧＲガス）がＥＧＲ管１７を通じて吸気管１６ｉｎへ流入（還流）する。ＥＧＲ管１７にはＥＧＲバルブ１７ａが取り付けられている。ＥＣＵ８０がＥＧＲバルブ１７ａの作動を制御することで、ＥＧＲ管１７の開度が制御され、ＥＧＲガスの流量が制御される。

さらに、ＥＧＲ管１７のうちＥＧＲバルブ１７ａの上流部分には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１７ｂ、バイパス管１７ｃおよび調温バルブ１７ｄが取り付けられている。バイパス管１７ｃは、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１７ｂをバイパスするバイパス流路を形成する。調温バルブ１７ｄは、バイパス流路の開度を調整することで、ＥＧＲクーラ１７ｂを流れるＥＧＲガスと、バイパス流路を流れるＥＧＲガスとの割合を調整し、ひいては、吸気管１６ｉｎへ流入するＥＧＲガスの温度を調整する。ここで、吸気ポート１２ｉｎへ流入する吸気には、吸気管１６ｉｎから流入する外部空気（新気）およびＥＧＲガスが含まれる。したがって、調温バルブ１７ｄによりＥＧＲガスの温度を調整することは、吸気ポート１２ｉｎへ流入する吸気の温度（インマニ温度）を調整することを意味する。

燃焼システムは図示しない過給機を備える。過給機は、排気管１６ｅｘに取り付けられるタービン、および吸気管１６ｉｎに取り付けられるコンプレッサを有する。排気の流速エネルギによりタービンが回転すると、タービンの回転力によりコンプレッサが回転し、コンプレッサにより新気が圧縮（過給）される。先述した過給調圧機器２６は、タービンの容量を変化させる機器であり、ＥＣＵ８０が過給調圧機器２６の作動を制御することで、タービン容量が調整され、これにより、コンプレッサによる過給圧が制御される。

また、燃焼システムは、ＮＯｘ浄化触媒３１、ＤＰＦ３２を備えている。ＮＯｘ浄化触媒３１は、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを吸着する吸着触媒や、ＮＯｘを窒素Ｎ_２に還元する還元触媒などを有しており、排気管１６ｅｘにおいてタービンの下流側に配置されている。ＤＰＦ３２（Diesel Particulate Filter）は、ＮＯｘ浄化触媒３１の更に下流側に配置されており、排気に含まれている微粒子を捕集する微粒子捕集装置である。排気管１６ｅｘを流れる排気は、ＮＯｘ浄化触媒３１及びＤＰＦ３２の両方を通過した後に、排気管１６ｅｘの下流端部から放出される。なお、燃焼システムにおいては、ＮＯｘ浄化触媒３１及びＤＰＦ３２が排気浄化装置を構成している。

ＥＣＵ８０には、筒内圧センサ２１、酸素濃度センサ２２、レール圧センサ２３、クランク角センサ２４、アクセルペダルセンサ２５、排気温度センサ３３、排気圧センサ３４および触媒温度センサ３５等、各種センサによる検出信号が入力される。

筒内圧センサ２１は、燃焼室１１ａの圧力（筒内圧）に応じた検出信号を出力する。筒内圧センサ２１は、圧力検出素子に加えて温度検出素子２１ａを有しており、燃焼室１１ａの温度（筒内温度）に応じた検出信号を出力する。酸素濃度センサ２２は、吸気管１６ｉｎに取り付けられ、吸気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する。検出対象となる吸気は、新気とＥＧＲガスが混合したものである。レール圧センサ２３はコモンレール１５ｃに取り付けられており、蓄圧されている燃料の圧力（レール圧）に応じた検出信号を出力する。クランク角センサ２４は、ピストン１３により回転駆動するクランク軸の回転速度（エンジン回転数）に応じた検出信号を出力する。アクセルペダルセンサ２５は、車両運転者により踏み込み操作されるアクセルペダルの踏込量（エンジン負荷）に応じた検出信号を出力する。

排気温度センサ３３は、排気管１６ｅｘに取り付けられて排気温度を検出する。排気圧センサ３４は、排気管１６ｅｘに取り付けられて排気圧力を検出する。排気温度センサ３３及び排気圧センサ３４は、排気管１６ｅｘにおいてＮＯｘ浄化触媒３１とタービンとの間に配置されている。

触媒温度センサ３５は、排気管１６ｅｘにおいてＮＯｘ浄化触媒３１とＤＰＦ３２との間に設けられており、ＮＯｘ浄化触媒３１を通過した排気の温度を検出することでＮＯｘ浄化触媒３１の内部温度を検出する。なお、触媒温度センサ３５は、ＮＯｘ浄化触媒３１に取り付けられていてもよい。

ＥＣＵ８０は、センサ２１〜２５，３３〜３５の各検出信号に基づき、燃料噴射弁１５、燃料ポンプ１５ｐ、ＥＧＲバルブ１７ａ、調温バルブ１７ｄおよび過給調圧機器２６の作動を制御する。これにより、燃料の噴射開始時期、噴射量、噴射圧、ＥＧＲガス流量、インマニ温度および過給圧が制御される。

燃料噴射弁１５の作動を制御している時のマイコン８０ａは、燃料の噴射開始時期、噴射量、および多段噴射に係る噴射段数を制御する噴射制御部８３として機能する。１燃焼サイクル中に同一の燃料噴射弁１５から複数回噴射（多段噴射）させるように噴射制御する場合がある。これら複数回の噴射には、最も噴射量が多く設定されたメイン噴射と、メイン噴射より前のタイミングで行われるパイロット噴射と、メイン噴射より後のタイミングで行われるポスト噴射とが含まれている。

燃料ポンプ１５ｐの作動を制御している時のマイコン８０ａは、噴射圧を制御する燃圧制御部８４として機能する。ＥＧＲバルブ１７ａの作動を制御している時のマイコン８０ａは、ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ制御部８５として機能する。調温バルブ１７ｄの作動を制御している時のマイコン８０ａは、インマニ温度を制御するインマニ温度制御部８７として機能する。過給調圧機器２６の作動を制御している時のマイコン８０ａは、過給圧を制御する過給圧制御部８６として機能する。

マイコン８０ａは、燃焼に関する物理量の検出値（燃焼特性値）を取得する燃焼特性取得部８１としても機能する。本実施形態に係る燃焼特性値とは、図２に示す着火遅れ時間ＴＤのことである。図２の上段は、マイコン８０ａから出力されるパルス信号を示す。パルス信号にしたがって燃料噴射弁１５への通電が制御される。具体的には、パルスオンのｔ１時点で通電が開始され、パルスオン期間Ｔｑに通電オンが継続される。要するに、パルスオンのタイミングにより噴射開始時期が制御される。また、パルスオン期間Ｔｑにより噴射期間が制御され、ひいては噴射量が制御される。なお、着火遅れ時間ＴＤを着火時期として取得することもできる。

図２の中段は、パルス信号にしたがって弁体が開弁作動および閉弁作動した結果生じる、噴孔からの燃料の噴射状態の変化を示す。具体的には、単位時間あたりに噴射される燃料の噴射量（噴射率）の変化を示す。図示されるように、通電開始のｔ１時点から、実際に噴射が開始されるｔ２時点までにはタイムラグが存在する。また、通電終了時点から実際に噴射が停止されるまでにもタイムラグが存在する。実際に噴射が為されている期間Ｔｑ１は、パルスオン期間Ｔｑで制御される。

図２の下段は、噴射された燃料の、燃焼室１１ａでの燃焼状態の変化を示す。具体的には、噴射された燃料と吸気の混合気が自着火燃焼することに伴い生じる、単位時間あたりの熱量（熱発生率）の変化を示す。図示されるように、噴射開始のｔ２時点から、実際に燃焼が開始されるｔ３時点までにはタイムラグが存在する。本実施形態では、通電開始のｔ１時点から燃焼開始のｔ３時点までの時間を着火遅れ時間ＴＤと定義する。

燃焼特性取得部８１は、筒内圧センサ２１で検出される筒内圧の変化に基づき、燃焼開始のｔ３時点を推定する。具体的には、ピストン１３が上死点に達してからクランク角が所定量だけ回転する期間において、筒内圧が急上昇した時期を燃焼開始時期（ｔ３時点）と推定する。この推定結果に基づき、着火遅れ時間ＴＤは燃焼特性取得部８１により算出される。さらに燃焼特性取得部８１は、燃焼時の各種状態（燃焼条件）を、燃焼毎に取得する。具体的には、筒内圧、筒内温度、吸気酸素濃度および噴射圧力を、燃焼条件として取得する。

これらの燃焼条件は、燃料の燃えやすさを表わすパラメータであり、燃焼直前での筒内圧が高いほど、燃焼直前での筒内温度が高いほど、吸気酸素濃度が高いほど、噴射圧力が高いほど、混合気が自着火しやすく燃えやすいと言える。燃焼直前での筒内圧および筒内温度として、例えば、燃料噴射弁１５への通電を開始するｔ１時点で検出された値を用いればよい。筒内圧は筒内圧センサ２１により検出され、筒内温度は温度検出素子２１ａにより検出され、吸気酸素濃度は酸素濃度センサ２２により検出され、噴射圧力はレール圧センサ２３により検出される。燃焼特性取得部８１は、取得した着火遅れ時間ＴＤを、その燃焼に係る上記パラメータ（燃焼条件）と関連付けてメモリ８０ｂに記憶させる。

マイコン８０ａは、異なる燃焼条件で検出された複数の燃焼特性値に基づき、燃料に含まれている分子構造種の混合割合を推定する、混合割合推定部８２としても機能する。例えば、異なる燃焼条件毎の着火遅れ時間ＴＤを図３に示す行列式に代入することで、分子構造種の混合量を算出する。なお、算出された各々の混合量を総量で除算することで、分子構造種の混合割合が算出される。

図３の左辺にある行列は、ｘ行１列でありｘ個の数値から構成される。これらの数値は、各種成分の混合量を表わす。各種成分とは、分子構造の種類の違いにより分類される成分である。分子構造の種類には、直鎖パラフィン類、側鎖パラフィン類、ナフテン類および芳香族類が含まれている。

右辺の左側にある行列は、ｘ行ｙ列であり、例えばａ00…ａXYという数値から構成される。これらの数値は、予め実施した試験に基づき定められた定数である。右辺の右側にある行列は、ｙ行１列でありｙ個の数値から構成される。これらの数値は、燃焼特性取得部８１により取得された着火遅れ時間ＴＤである。例えば、１行１列目の数値は、パラメータの所定の組み合わせからなる燃焼条件ｉの時に取得された着火遅れ時間ＴＤ（ｉ）であり、２行１列目の数値は、燃焼条件ｊの時に取得された着火遅れ時間ＴＤ（ｊ）である。燃焼条件ｉと燃焼条件ｊとでは、全てのパラメータが異なる値に設定されている。なお、図３中の符号Ｐ（ｉ）、Ｔ（ｉ）、Ｏ２（ｉ）、Ｐｃ（ｉ）の各々は、燃焼条件ｉに係る筒内圧、筒内温度、吸気酸素濃度および噴射圧力を示し、符号Ｐ（ｊ）、Ｔ（ｊ）、Ｏ２（ｊ）、Ｐｃ（ｊ）の各々は、燃焼条件ｊに係る各パラメータを示す。

次に、図４、図５および図６を用いて、図３の行列式に燃焼条件毎の着火遅れ時間ＴＤを代入することで分子構造種の混合量が算出できる理屈を説明する。

図４に示すように、燃焼に係る混合気に含まれる酸素の濃度（筒内酸素濃度）が高いほど自着火しやすくなるので、着火遅れ時間ＴＤが短くなる。図中の３本の実線（１）（２）（３）は、筒内酸素濃度と着火遅れ時間ＴＤとの関係を示す特性線である。但し、この特性線は燃料に応じて異なる。厳密には、燃料に含まれている各々の分子構造種の混合割合に応じて異なる。したがって、筒内酸素濃度がＯ２（ｉ）の場合の着火遅れ時間ＴＤを検出すれば、いずれの分子構造種であるかを推測できる。特に、筒内酸素濃度がＯ２（ｉ）の場合とＯ２（ｊ）の場合とで着火遅れ時間ＴＤを比較すれば、より高精度で混合割合を推定できる。

同様にして、図５に示すように、筒内温度が高いほど自着火しやすくなるので、着火遅れ時間ＴＤが短くなる。図中の３本の実線（１）（２）（３）は、筒内温度と着火遅れ時間ＴＤとの関係を示す特性線である。但し、この特性線は燃料に応じて異なる。厳密には、燃料に含まれている各々の分子構造種の混合割合に応じて異なる。したがって、筒内温度がＢ１の場合の着火遅れ時間ＴＤを検出すれば、いずれの分子構造種であるかを推測できる。特に、筒内温度がＴ（ｉ）の場合とＴ（ｊ）の場合とで着火遅れ時間ＴＤを比較すれば、より高精度で混合割合を推定できる。

また、筒内酸素濃度に係る特性線（図４参照）に対する影響度の高い分子構造種と、筒内温度に係る特性線（図５参照）に対する影響度の高い分子構造種とは異なる。このように、複数の燃焼条件の各々に係る特性線に対して影響度の高い分子構造種は異なる。したがって、複数のパラメータ（燃焼条件）を異なる値にして取得された着火遅れ時間ＴＤの組み合わせに基づけば、例えば図６の如くいずれの分子構造種の混合割合が多いのかを高精度で推定できる。

図６に例示する分子構造種Ａは、筒内酸素濃度（第１パラメータ）に係る特性線（第１特性線）に対する影響度が高い分子構造種である。また、分子構造種Ｂは、筒内温度（第２パラメータ）に係る特性線（第２特性線）に対する影響度が高い分子構造種であり、分子構造種Ｃは、第３パラメータに係る特性線（第３特性線）に対する影響度が高い分子構造種である。第１パラメータの変化に対して着火遅れ時間ＴＤの変化が大きく現れるほど、分子構造種Ａが多く混合していると言える。同様にして、第２パラメータの変化に対して着火遅れ時間ＴＤの変化が大きく現れるほど分子構造種Ｂが多く混合しており、第３パラメータの変化に対して着火遅れ時間ＴＤの変化が大きく現れるほど分子構造種Ｃが多く
混合していると言える。したがって、異なる燃料（１）（２）（３）の各々に対し、分子構造種Ａ、Ｂ、Ｃの混合割合を推定できる。

次に、燃焼特性取得部８１が実行するプログラムの処理について説明する。この処理は、パイロット噴射が指令される毎に実行される。

先ず、燃焼特性取得部８１は、上述した通り筒内圧センサ２１の検出値に基づき燃焼開始のｔ３時点を推定して、パイロット噴射に係る着火遅れ時間ＴＤを算出する。次に、複数のパラメータ（燃焼条件）と関連付けて、着火遅れ時間ＴＤをメモリ８０ｂに記憶させる。

具体的には、各パラメータが取り得る数値範囲を複数の領域に区分けしておき、複数のパラメータの領域の組み合わせ予め設定しておく。例えば図３に示す着火遅れ時間ＴＤ（ｉ）は、Ｐ（ｉ）、Ｔ（ｉ）、Ｏ２（ｉ）、Ｐｃ（ｉ）の領域の組み合わせ時に取得された着火遅れ時間ＴＤを表わす。同様に、着火遅れ時間ＴＤ（ｊ）は、Ｐ（ｊ）、Ｔ（ｊ）、Ｏ２（ｊ）、Ｐｃ（ｊ）の領域の組み合わせ時に取得された着火遅れ時間ＴＤを表わす。

なお、ユーザが給油することに起因して、燃料タンクに貯留されている燃料に別の燃料が混合した可能性が高い場合に、分子構造種の混合割合が変化したとみなし、推定されていた混合量の値をリセットする。例えば、内燃機関１０の運転停止時に、燃料タンクの燃料残量を検出するセンサにより燃料残量の増大が検出された場合にリセットする。

燃焼特性取得部８１は、着火遅れ時間ＴＤを図３の行列式に代入して、分子構造種毎の混合量を算出する。なお、サンプリング数、つまり行列式の右辺右側の行列の行数に応じて、定数を表わす行列の列数を変更する。或いは、取得されていない着火遅れ時間ＴＤについては、予め設定しておいたノミナル値を着火遅れ時間ＴＤの行列に代入する。このように算出された分子構造種毎の混合量に基づき、分子構造種毎の混合割合を算出する。

先述した通り、マイコン８０ａは、噴射制御部８３、燃圧制御部８４、ＥＧＲ制御部８５、過給圧制御部８６およびインマニ温度制御部８７としても機能する。これらの制御手段は、エンジン回転数、エンジン負荷およびエンジン冷却水温度等に基づき目標値を設定し、制御対象が目標値となるようにフィードバック制御する。或いは、目標値に対応する内容でオープン制御する。

噴射制御部８３は、噴射開始時期、噴射量および噴射段数が目標値となるように図２のパルス信号を設定することで、噴射開始時期、噴射量および噴射段数を制御（噴射制御）する。上記噴射段数とは、先述した多段噴射に係る噴射回数のことである。具体的には、上記目標値に対応するパルス信号のオン時間（通電時間）およびパルスオン立ち上がり時期（通電開始時期）を、マップ上に予め記憶させておく。そして、目標値に対応する通電時間および通電開始時期をマップから取得してパルス信号を設定する。

また、噴射により得られた出力トルクや、ＮＯｘ量およびＰＭ量等のエミッション状態値を記憶しておく。そして、次回以降の噴射において、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき目標値を設定するにあたり、上述の如く記憶された値に基づき、目標値を補正する。要するに、実際の出力トルクやエミッション状態値と、所望する出力トルクやエミッション状態値との偏差をゼロにするよう、目標値を補正してフィードバック制御する。

燃圧制御部８４は、燃料ポンプ１５ｐに吸入される燃料の流量を制御する調量弁の作動を制御する。具体的には、レール圧センサ２３で検出された実レール圧と目標圧力Ｐｔｒｇ（目標値）との偏差に基づき、調量弁の作動をフィードバック制御する。その結果、燃料ポンプ１５ｐによる単位時間当りの吐出量が制御され、実レール圧が目標値となるように制御（燃圧制御）される。

ＥＧＲ制御部８５は、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき、ＥＧＲ量の目標値を設定する。そして、この目標値に基づき、ＥＧＲバルブ１７ａのバルブ開度を制御（ＥＧＲ制御）してＥＧＲ量を制御する。過給圧制御部８６は、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき、過給圧の目標値を設定する。そして、この目標値に基づき、過給調圧機器２６の作動を制御（過給圧制御）して過給圧を制御する。インマニ温度制御部８７は、外気温度、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき、インマニ温度の目標値を設定する。そして、この目標値に基づき、調温バルブ１７ｄのバルブ開度を制御（インマニ温度制御）してインマニ温度を制御する。

ここで、マイコン８０ａは、噴射制御部８３として機能することで、パイロット噴射についての制御を行うパイロット制御処理を実行する。ここでは、パイロット制御処理について図７のフローチャートを参照しつつ説明する。この処理は、内燃機関１０の運転期間中、所定周期で繰返し実行される。

先ず、図７のステップＳ１０１において、混合割合推定部８２により推定された混合割合（実混合割合）を取得する。つまり、図３の左辺に示す分子構造種の各々についての混合割合を取得する。一方、分子構造種の各々に対する混合割合の基準値（基準混合割合）が、予め設定されてメモリ８０ｂに記憶されている。これらの基準混合割合は、車両の使用が装置される国や地域で流通している燃料を鑑みて設定されている。本ステップＳ１０１０では、直鎖パラフィン類、側鎖パラフィン類、ナフテン類、芳香族類などグループ化された分子構造種を推定している。なお、ステップＳ１０１が混合取得部に対応する。続くステップＳ１０２では、基準混合割合をメモリ８０ｂから読み込んで取得する。

ステップＳ１０３では、パイロット噴射についての噴射条件を取得する。噴射条件としては、コモンレール１５ｃ内の燃料圧力であるレール圧や、噴射量の目標値である目標噴射量、燃料噴射弁１５への通電期間、燃料噴射弁１５のニードルリフト量などが挙げられる。なお、レール圧は、燃焼条件の噴射圧力である。

ステップＳ１０４では、パイロット噴射が行われる場合の筒内環境条件を取得する。筒内環境条件としては、燃焼室１１ａの温度である筒内温度や、燃焼室１１ａの酸素濃度である筒内酸素濃度、燃焼室１１ａでの混合気の流速である筒内流速などが挙げられる。なお、筒内温度は、燃焼条件にも含まれている。また、筒内酸素濃度は、燃焼条件に含まれている吸気酸素濃度に基づいて取得される。

ステップＳ１０５では、パイロット推定処理を行う。パイロット推定処理については、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。ここで、パイロット噴射による燃料の燃焼をパイロット燃焼と称し、その状態をパイロット燃焼状態と称する。この場合、燃料の性状（例えばセタン価）が同一の燃料であっても、その燃料に含まれている分子構造種の混合割合が異なれば、パイロット燃焼状態が異なってくる。パイロット推定処理では、パイロット噴射やパイロット燃焼の状態についての推定を行い、この推定結果に基づいて、燃焼室１１ａにおいてパイロット燃焼により生成されるパイロット燃焼ガスの状態を推定する。

図８において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０５では、ステップＳ１０１にて取得した分子構造種の実混合割合に基づいて、パイロット噴射の噴射状態を推定する。パイロット噴射の噴射状態を示す噴射パラメータとしては、噴射量、低位発熱量、ペネトレーション、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の６つが挙げられる。ここで、基準混合割合を有する基準燃料については、筒内環境に応じた各噴射パラメータの値が試験等によりあらかじめ取得されており、これら取得データが基準データとしてメモリ８０ｂに記憶されている。そして、実混合割合を有する実燃料については、基準データと比較することで各噴射パラメータの値を推定する。

ステップＳ２０１では、実混合割合に基づいて、パイロット噴射の噴射量を推定する。ここでは、図９に示すように、実混合割合に基づいて、燃料の一般性状のうち動粘度及び密度を推定し、これら動粘度及び密度と噴射条件の噴射圧力及び噴射期間とに対して所定の関数ｆ１（）を用いることで、噴射量を推定する。この場合、動粘度や密度は、化学的な影響を受ける燃料特性の一部であり、噴射圧力や噴射期間は、物理的な影響を受ける使用条件や環境条件の一部である。なお、噴射量を推定する場合、関数ｆ１（）に代えて、重回帰モデル等の推定モデルやマップなどを用いてもよい。また、噴射期間として、パルスオン期間Ｔｑを用いてもよい。なお、ステップＳ２０１が噴射量推定部に対応する。

ステップＳ２０２では、実混合割合に基づいて、実燃料の低位発熱量を推定する。ここでは、図１０に示すように、実混合割合に基づいて、実燃料の平均炭素数及び平均水素数を推定し、これら平均炭素数及び平均水素数に対して所定の関数ｆ２（）を用いることで、低位発熱量を推定する。この場合、平均炭素数及び平均水素数は、化学的な影響を受ける燃料特性により定められるものである。なお、低位発熱量を推定する場合、関数ｆ２（）に代えて、推定モデルやマップなどを用いてもよい。なお、ステップＳ２０２が発熱量推定部に対応する。

ステップＳ２０３では、実混合割合に基づいて、パイロット噴射による燃料のペネトレーションを推定する。ペネトレーションは、燃料噴射弁１５から噴射された燃料が燃焼室１１ａを直進する力を示す貫徹力である。噴射された燃料については、燃焼室１１ａでの蒸発量が多いほどペネトレーションが低下しやすい。そこで、複数の蒸留性状に基づいて燃料の揮発性を推定することで、その燃料のペネトレーションを推定する。なお、ステップＳ２０３が貫徹力推定部に対応する。

図１１に示すように、基準混合割合を有する基準燃料と、実混合割合を有する実燃料とを比較した場合、５０％が蒸発する蒸留性状Ｔ５０が基準燃料と実燃料とで同じであったとしても、蒸留性状Ｔ１０，Ｔ９０が基準燃料と実燃料とで異なることがある。この場合、複数の蒸留性状に基づいて燃料のペネトレーションを推定することで、その推定精度が高められる。加えて、蒸留性状Ｔ５０自体も基準燃料と実燃料で大きく異なることもある。このため、燃料毎の平均炭素数等から平均蒸留特性である蒸留性状Ｔ５０を推定及び比較することでペネトレーションの精度を高めることもできる。

噴射されることで燃焼室１１ａにおいて拡散した燃料については、粒子の質量が大きいほど運動量が大きくなり、ペネトレーションが大きくなりやすい。この場合、動粘度が大きくて微粒子化しにくい燃料ほど噴霧内の燃料密度が大きくなり、粒子の質量が大きくなりやすい。特に、空気に対する燃料のせん断力や、噴孔における燃料の噴射速度、燃料の密度などは、動粘度や粘度から影響を受けやすい。また、燃料のせん断力は、筒内圧力から影響を受けやすく、筒内圧力が高いほど燃料のせん断力が高くなりやすい。燃料においては、揮発性が高いほど粒子は質量を失い、運動量が小さくなる。例えば、蒸留性状の初留点〜Ｔ５０までの温度が低い燃料は、比較的気化しやすく、ペネトレーションが小さくなりやすい。

上記ステップＳ２０３では、図１２に示すように、密度、動粘度及び複数の蒸留性状を含む燃料特性と、筒内温度及び筒内流速を含む筒内環境と、ステップＳ２０１にて推定した噴射量と、に基づいてペネトレーションを推定する。ペネトレーションは、筒内環境条件や噴射条件によって左右されるものであり、図１３に示すような数式によっても推定可能になっている。この数式においては、筒内環境条件や噴射条件に応じたペネトレーションＰ１，Ｐ２，Ｐ３…が、あらかじめ定められた定数ｂ及び動粘度等の燃料特性に基づいて推定される。定数ｂは、ｘ行ｙ列であり、例えばｂ00…ｂXYという数値を有する行列になっている。

なお、実混合割合に基づいて暫定ペネトレーションを推定し、その暫定ペネトレーションを噴射量で補正することによりペネトレーションを推定することも可能である。また、蒸留性状は、燃料に含まれた実混合割合に基づいて推定される。このため、燃料特性には、密度、動粘度及び蒸留性状といった一般性状に加えて、実混合割合の要素も含まれていることになる。

図８に戻り、ステップＳ２０４では、実混合割合に基づいて、パイロット噴射による燃料の拡散状態を推定する。拡散状態は、噴射された燃料がどの程度拡散するのかを示す拡散度合いである。噴射された燃料については、燃焼室１１ａでの蒸発量が多いほど拡散しやすい。そこで、ペネトレーションと同様に、複数の蒸留性状に基づいて燃焼の揮発性を推定することで、その燃料の拡散状態を推定する。なお、ステップＳ２０４が拡散推定部に対応する。

このステップＳ２０４では、図１４に示すように、密度、動粘度及び複数の蒸留性状を含む燃料特性と、筒内温度及び筒内流速を含む筒内環境と、ステップＳ２０１にて推定した噴射量と、に基づいて拡散状態を推定する。拡散状態は、筒内環境条件や噴射条件によって左右されるものであり、図１５に示すような数式によっても推定可能になっている。この数式においては、筒内環境条件や噴射条件に応じた拡散状態Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…が、あらかじめ定められた定数ｃ及び動粘度等の燃料特性に基づいて推定される。定数ｃは、ｘ行ｙ列であり、例えばｃ00…ｃXYという数値を有する行列になっている。

なお、拡散状態は、噴霧の運動量理論を示す周知の数式を用いて算出することも可能になっている。

ステップＳ２０５では、実混合割合に基づいて、実燃料の着火遅れ特性を推定する。着火遅れ特性は、着火しやすさを示す特性であり、例えば、筒内環境が着火を促す状態にある場合について、燃料の着火が開始されるまでに要する時間で表現されるものである。筒内環境が着火を促す状態としては、例えば、筒内温度及び筒内圧が着火の発生にとって十分に高くなっている状態などが挙げられる。なお、ステップＳ２０５が着火遅れ推定部に対応する。

ステップＳ２０６では、噴射量、低位発熱量、ペネトレーション、拡散状態及び実混合割合、筒内温度及び筒内酸素濃度に基づいて、ＯＨラジカル分布を推定する。ＯＨラジカル分布は、燃焼室１１ａでのＯＨラジカルの発生状態を示すものであり、例えばＯＨラジカルの密度や量、位置などが挙げられる。ＯＨラジカルの位置としては、ＯＨラジカルが発生した領域の重心位置や発生初期位置が挙げられる。ここでは、図１６に示すように、噴射量、低位発熱量、ペネトレーション、拡散状態及び実混合割合に対して所定の関数ｆ３（）を用いることで、ＯＨラジカル分布を推定する。ただし、ｆ３（）には先に示した筒内温度や筒内酸素濃度など雰囲気場に関する物理条件が含まれる。後述するように、パイロット噴射について、ＯＨラジカル分布を推定することはケトンやアルデヒドなどの燃焼性分子の分布について量や密度、位置を推定することになる。

なお、噴射量、低位発熱量、ペネトレーション、拡散状態に基づいて暫定ＯＨラジカル分布を推定し、この暫定ＯＨラジカル分布を実混合割合で補正してもよい。また、ステップＳ２０６がＯＨラジカル推定部に対応する。さらに、ＯＨラジカル分布を、実混合割合、筒内温度及び筒内酸素濃度に加えて、噴射圧力に基づいて推定してもよい。

ここで、１燃焼サイクルにおいては、筒内温度の上昇中に行われるパイロット噴射、メイン噴射、アフター噴射、筒内温度の低下中に行われるポスト噴射が、この順番で行われる。筒内酸素濃度は、パイロット噴射が行われるタイミングが最も大きく、メイン噴射、アフター噴射の順で小さくなり、ポスト噴射が行われるタイミングが最も小さくなる。

筒内温度は、吸気開始後のパイロット噴射が行われるタイミングが最も低い低温であり、メイン噴射及びアフター噴射が行われるタイミングで十分に高い高温に上昇する。その後、筒内温度は、ピストンの膨張行程においてシリンダ容積の増加に伴って低下するが、ポスト噴射が行われるタイミングではパイロット噴射が行われるタイミングよりも高い中温になっている。燃焼室１１ａにおいては、例えば低温域を９００Ｋ以下とし、中温域を９００Ｋ〜１１００Ｋとし、高温域が１１００Ｋ以上とする。

１燃焼サイクルにおいては、燃料の噴射に伴ってＯＨラジカルが発生することで、ケトンやアルデヒド等の燃焼性分子の酸化により化学的な燃焼が開始される。ＯＨラジカルを発生させる反応としては、不活性ＨＯ_２ラジカルとアルケンから生成された過酸化水素Ｈ_２Ｏ_２がＯＨラジカルに分解される分解反応と、炭化水素に酸素が付与され、燃焼性分子が生成される過程でＯＨラジカルの生成及び消費を繰り返す連鎖分岐反応とが挙げられる。連鎖分岐反応については、ＯＨラジカルの生成量と消費量とがほぼ同じであり、ＯＨラジカルに寄与する成分を推定することは、燃焼性分子の生成量を推定することと同義である。

燃料の各分子構造種には、連鎖分岐反応の過程でＯＨラジカルを生成しやすい生成分子と、ＯＨラジカルを生成しにくいインヒビター分子とが含まれている。生成分子としては直鎖パラフィン類があり、インヒビター分子としては芳香族類がある。燃料においては、連鎖分岐反応だけでなくどの場合でも、生成分子とインヒビター分子との密度分布に応じて着火のしやすさが異なる。ただし、高温域においてＨ_２Ｏ_２の分解が過剰の場合は、ＯＨラジカルの生成状態と噴霧内外の流体的な乱れとに応じて着火時期が変化する。生成分子とインヒビター分子との密度分布は、連鎖分岐反応により生成されるＯＨラジカル分布の時系列に沿った発生位置に影響を与えるものであり、連鎖分岐反応の発生態様は燃料成分に相関しているといえる。

燃料の噴射に伴う着火の生じやすさは、その時の筒内温度がどの温度域にあるのかによって変わる。図１７に示すように、筒内温度が９００Ｋ以下の低温域においては、Ｈ_２Ｏ_２が分解されにくく、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応によるＯＨラジカルの生成量が非常に少ない。その一方で、燃料成分のうち、分子内異性化により水素を引き抜き歪エネルギーの小さい構造を持つことができる成分による連鎖分岐反応が発生しやすく、この連鎖分岐反応に関わるＯＨラジカルの生成量が比較的多くなっている。この場合、生成分子が数多く存在していることで連鎖分岐反応が発生しやすく、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応は発生しにくい。

これに対して、発明者らは、パイロット噴射が行われる温度域である低温域では、燃料成分に対する着火時期の依存度が高いという知見を得た。この場合、実混合割合によっては、高温時のＨ_２Ｏ_２分解に伴うＯＨラジカル生成とβ開裂により炭素数が１〜３個（Ｃ１〜Ｃ３）のケトンやアルデヒド等の燃焼性分子に強制的に分解されて着火が行われる場合に比べて、着火遅れが生じやすくなる。

低温域から筒内温度が高くなるにつれて、連鎖分岐反応によるＯＨラジカルの生成量が徐々に減少するとともに、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応によるＯＨラジカルの生成量が急激に増加する。

例えば、筒内温度が９００Ｋ〜１１００Ｋの中温域においては、Ｈ_２Ｏ_２が分解しやすくなっているものの、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応によるＯＨラジカルの生成量が温度上昇に伴っても急増はしていない。この場合、燃料成分による連鎖分岐反応によって生成するＯＨラジカルに比べ、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応によるＯＨラジカルの生成量が多くなる。そして、連鎖分岐反応が起こる歪エネルギーの小さい構造を形成する前に炭素数１〜３個の構造を持つ分子が増加し、連鎖分岐反応は徐々に減少する。

これに対して、発明者らは、ポスト噴射が行われる温度域である中温域での着火時期について、連鎖分岐反応を起こす燃料成分としての生成分子に依存する着火遅れと、生成分子等の燃料成分に感度を持たないＨ_２Ｏ_２の分解反応による着火遅れとを考慮する必要がある、という知見を得た。このため、中温域においては、燃料成分に対する着火時期の依存度がパイロット噴射の行われる低温域に比べて低く、実混合割合によっては、ポスト噴射の方がパイロット噴射に比べて着火遅れが生じにくくなる。

また、筒内温度が１１００Ｋ以上の高温域においては、Ｈ_２Ｏ_２が分解しやすく、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応によるＯＨラジカルの生成量が温度上昇に伴って急激に増加している。その一方で、燃料成分による連鎖分岐反応を起こす分子が減少し、連鎖分岐反応によるＯＨラジカルの生成量が非常に少なくなっている。これに対して、発明者らは、メイン噴射やアフター噴射が行われる温度域である高温域では、着火時期が燃料の化学的な燃焼に影響されることがほぼない、という知見を得た。このため、実混合割合によっては、メイン噴射やアフター噴射の方がポスト噴射に比べて着火遅れが生じにくくなる。

図８に戻り、ステップＳ２０７〜Ｓ２０９では、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６にて推定した各噴射パラメータを用いて、パイロット噴射による燃料の燃焼状態を推定する。この燃焼状態を示す燃焼パラメータとしては、燃焼量、燃焼領域、着火時期の３つが挙げられる。ここで、基準燃料については、筒内環境に応じた各燃焼パラメータの値が試験等によりあらかじめ取得されており、噴射パラメータと同様に、これら取得データが基準データとしてメモリ８０ｂに記憶されている。そして、実燃料については、基準データと比較することで各燃焼パラメータの値を推定する。

ステップＳ２０７では、パイロット噴射による燃焼量を推定する。燃焼量の推定には、噴射量、低位発熱量、ペネトレーション、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の６つの噴射パラメータの全てを用いる。例えば、燃焼量は、図１８に示す数式を用いて算出される。この数式においては、Ｑburnが燃焼量、αが燃焼率、ρ×Ｑinjが噴射量、Ａが低位発熱量である。図１９に示すように、燃焼率αは、ステップＳ２０３にて推定したペネトレーションと、ステップＳ２０４にて推定した拡散状態と、ステップＳ２０５にて推定したＯＨラジカル分布と、ステップＳ２０５にて推定した着火遅れ特性と、に対して所定の関数ｆ４（）を用いることで推定される。なお、パイロット噴射の噴霧体積は、ペネトレーション及び拡散状態を用いて推定される。また、ステップＳ２０７が燃焼量推定部に対応する。

ステップＳ２０８では、パイロット噴射による燃焼領域を推定する。燃焼領域の推定には、６つの噴射パラメータのうち噴射量、ペネトレーション、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の５つを用いる。例えば、これら噴射量、ペネトレーション、拡散状態、着火時期及びＯＨラジカル分布に対して所定の関数やマップ、モデルなどを用いることで燃焼領域を推定する。なお、ステップＳ２０８が領域推定部に対応する。

ステップＳ２０９では、パイロット噴射による着火時期を推定する。着火時期の推定には、６つの噴射パラメータのうち噴射量、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカルの４つを用いる。例えば、噴射量、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカルに対して所定の関数やマップ、モデルなどを用いることで着火時期を推定する。なお、ステップＳ２０９が時期推定部に対応する。

ステップＳ２１０では、ステップＳ２０６〜Ｓ２０８にて推定した各燃焼パラメータを用いて、パイロット燃焼により生成される燃焼ガスの状態を推定する。ここでは、３つの燃焼パラメータのうち、燃焼量に基づいて燃焼ガスの温度を推定し、燃焼領域に基づいて燃焼ガスの位置を推定し、着火時期に基づいて燃焼ガスの発生タイミングを推定する。

例えば、図２０に示すように、実燃料の着火時期としての着火遅れ時間ＴＤ２が、基準燃料の着火遅れ時間ＴＤ１よりも長い場合、パイロット燃焼による燃焼ガスの発生タイミングは、実燃料の方が基準燃料より遅いタイミングになる。この場合、燃焼ガスの温度がメイン噴射による着火が発生する上で適正な温度に到達するタイミングが遅くなるため、メイン噴射による着火の安定性が低下することが懸念される。また、パイロット噴射において、実燃料の着火遅れ時間ＴＤ１が基準燃料の着火遅れ時間ＴＤ２より大きい場合には、その実燃料により行われるメイン噴射についても、着火遅れ時間が大きくなることが予想される。この場合、パイロット噴射及びメイン噴射の両方において着火遅れ時間が大きくなることなどにより、メイン噴射に伴う着火が適正に行われずに失火する可能性も生じてしまう。

また、図２１に示すように、燃料噴射弁１５からの燃料の噴射方向Ｎの垂直方向において、燃焼領域について、実燃料の方が基準燃料より広い範囲に拡散している場合、燃焼ガスについても、実燃料の方が基準燃料より広い範囲に拡散することになる。ここで、メイン噴射により噴射された燃料の揮発性が高く広範囲に拡散している状態では、噴霧外周部において酸素に対し燃料が希薄である状態が予想され、着火状態となるまでの時間が長期化しやすい。一方で、噴射方向Ｎにおいて、燃焼領域について、実燃料の方が基準燃料よりペネトレーションが伸びている場合、重質で動粘度の高い分子構造種が多く含まれるため着火しにくい状態が予想され、着火状態となるまでの時間が長期化しやすい。このため、燃焼領域が拡散しやすく、ペネトレーションが伸びない実燃料について、メイン噴射による着火の安定性が低下することが懸念される。同様に、燃焼領域が拡散しにくく、ペネトレーションが伸びる実燃料についても、メイン噴射による着火の安定性が低下することが懸念される。

ちなみに、パイロット燃焼領域としては、噴射燃料が拡散しない方が噴孔近傍の局所温度が上昇するため、メイン噴霧が着火しやすい環境を作り出せる。これに対して、パイロット燃焼領域が過度に拡散しない燃料が使われる場合、その燃料は重質で動粘度の高い分子構造種が多く含まれていることとなり、パイロット燃焼領域が噴孔近傍に配置されていてもメイン噴霧の着火性が低下すると考えられる。

図７に戻り、パイロット推定処理の後、ステップＳ１０６では、メモリ８０ｂから基準燃料の燃焼量を読み込み、この基準燃料の燃焼量と実燃料の燃焼量との「ずれ」を差分として算出し、この差分があらかじめ定められた基準量より小さいか否かを判定する。この場合の差分は、基準燃料の燃焼量と実燃料の燃焼量との差の絶対値である。

ここで、パイロット噴射による燃焼量等の燃焼パラメータの目標値は、内燃機関１０の運転状態に応じて設定され、差分の判定基準は燃焼パラメータの目標値に応じて設定される。例えば、運転者によるアクセルペダルの踏込量が増加した場合、内燃機関１０の出力を増加させるように燃焼パラメータの目標値が設定される。

燃焼量の差分が基準量より小さくない場合、ステップＳ１０７に進み、差分が基準量より小さくなるように燃焼量の調整処理を行う。ここでは、実燃料の燃焼量が基準燃料の燃焼量より小さい場合に、燃焼量を増加させるための増加処理を行い、実燃料の燃焼量が基準燃料の燃焼量より大きい場合に、燃焼量を減少させるための減少処理を行う。増加処理としては、噴射量を増加させる処理や、噴射圧を上昇させる処理、噴射時期をピストン１３の上死点ＴＤＣ側にずらす処理、ＥＧＲ量を低下させる処理などが挙げられる。減少処理としては、噴射量を減少させる処理や、噴射圧を低下させる処理、噴射時期をピストン１３の化死点ＢＤＣ側にずらす処理、ＥＧＲ量を増加させる処理などが挙げられる。

燃焼量の調整処理においては、燃焼量の差分を基準量より小さくするための目標値を実混合割合に基づいて設定する。この場合、暫定の目標値を基準混合割合に基づいて取得し、この暫定の目標値を実混合割合を用いて補正することで、目標値を算出する。例えば、噴射量を増加させる処理においては、噴射量の目標値を、基準混合割合を用いて且つ燃焼量の差分と基準量との差分に基づいて取得し、この暫定の目標値を実混合割合を用いて補正することで目標値を算出する。これにより、噴射量を増加させる処理を行ったにもかかわらず、実混合割合に起因して噴射量が不足していたということが抑制される。

燃焼量の差分が基準量より小さい場合、燃焼量の調整処理が必要ないとして、そのままステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、メモリ８０ｂから基準燃料の燃焼領域を読み込み、この基準燃料の燃焼領域と実燃料の燃焼領域との「ずれ」を差分として算出し、この差分があらかじめ定められた基準距離より小さいか否かを判定する。この場合の差分は、燃料噴射弁１５の噴孔の延び方向において基準燃料の燃焼領域の先端と実燃料の燃焼領域の先端との離間距離の絶対値である。

燃焼領域の差分が基準距離より小さくない場合、ステップＳ１０９に進み、差分が基準距離より小さくなるように燃焼領域の調整処理を行う。ここでは、噴孔を基準として、実燃料の燃焼領域の先端が基準燃料の燃料領域の先端より遠い位置にある場合に、実燃料の燃焼領域の先端を噴孔に近付ける接近処理を行う。また、噴孔を基準として、実燃料の燃焼領域の先端が基準燃料の燃焼領域の先端より近い位置にある場合に、実燃料の燃焼領域の先端を噴孔から遠ざける離間処理を行う。接近処理としては、パイロット噴射の噴射段数を増加させる処理や、噴射時期をＴＤＣ側にずらす処理が挙げられる。離間処理としては、パイロット噴射の噴射段数を減少させる処理や、噴射時期をＢＤＣ側にずらす処理が挙げられる。なお、燃焼室１１ａに対してグロープラグが設けられた構成では、接近処理としてグロープラグによる混合気の加熱処理を行ってもよい。

燃焼領域の調整処理においては、燃焼領域の差分を基準距離より小さくするための目標値を実混合割合に基づいて設定する。この場合、燃焼量の調整処理の場合と同様に、暫定の目標値を基準混合割合に基づいて取得し、この暫定の目標値を実混合割合を用いて補正することで、目標値を算出する。

燃焼領域の差分が基準距離より小さい場合、燃焼領域の調整処理が必要ないとして、そのままステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、メモリ８０ｂから基準燃料の着火時期を読み込み、この基準燃料の着火時期と実燃料の着火時期との「ずれ」を差分として算出し、この差分があらかじめ定められた基準時間より小さいか否かを判定する。この場合の差分は、基準燃料の着火時期と実燃料の着火時期との差の絶対値である。

着火時期の差分が基準時間より小さくない場合、ステップＳ１１１に進み、差分が基準時間より小さくなるように着火時期の調整処理を行う。ここでは、実燃料の着火時期が基準燃料の着火時期より遅い場合に、着火時期を早めるための早め処理を行い、実燃料の着火時期が基準燃料の着火時期より早い場合に着火時期を遅らせるための遅らせ処理を行う。早め処理としては、噴射時期をＴＤＣ側に近づける処理や、噴射段数を増加させる処理が挙げられ、遅らせ処理としては、噴射時期をＴＤＣ側から遠ざける処理や、噴射段数を減少させる処理が挙げられる。

着火時期の調整処理においては、着火時期の差分を基準時間より小さくするための目標値を実混合割合に基づいて設定する。この場合、燃焼量の調整処理の場合と同様に、暫定の目標値を基準混合割合に基づいて取得し、この暫定の目標値を実混合割合を用いて補正することで、目標値を算出する。

着火時期の差分が基準時間より小さい場合、着火時期の調整処理が必要ないとして、そのまま本パイロット制御処理を終了する。なお、ステップＳ１０７，Ｓ１０９，Ｓ１１１が燃焼制御部に対応する。

ここまで説明した第１実施形態の作用効果を、以下に説明する。

第１実施形態によれば、パイロット噴射によるパイロット燃焼について、燃焼量、燃焼領域及び着火時期という３つの燃焼パラメータを推定することで、パイロット噴射によるパイロット燃焼ガスの状態を把握することができる。すなわち、メイン噴射による燃料の着火しやすさを把握することができる。また、発明者らは、３つの燃焼パラメータの関係性が、燃料に含まれた分子構造種の混合割合に対して規則性を有しているわけではない、という知見を得た。これに対して、３つの燃焼パラメータのいずれも実混合割合に基づいて推定されるため、パイロット燃焼の推定精度を適正に確保できる。このため、想定外の燃料が使用された場合でも、これら燃焼パラメータのそれぞれを適正に管理することで、メイン噴射によるメイン燃焼の状態を適正化できる。

第１実施形態によれば、噴射量、低位発熱量、ペネトレーション、拡散状態、着火遅れ特性という５つの噴射パラメータに加えてＯＨラジカル分布を用いて３つの燃焼パラメータが推定されている。ここで、噴射パラメータやＯＨラジカルは、実混合割合を用いて推定されているため、燃焼パラメータの推定に実混合割合が間接的に用いられていることになる。この場合、例えば、実混合割合に対して関数やマップ、モデルを用いて燃焼パラメータを直接的に推定される場合に比べて、関数やマップ、モデルに対する推定結果の依存度を低くすることや、関数やマップ、モデルの作成難易度を下げることが可能になる。このため、燃焼パラメータの推定精度を高めることができる。

第１実施形態によれば、５つの噴射パラメータ及び噴射に伴うＯＨラジカル分布が実混合割合に基づいて個別に推定されている。このため、仮に実混合割合の影響度合いが噴射パラメータごとに異なっていても、燃焼量の推定に際して５つの噴射パラメータ及び噴射に伴うＯＨラジカル分布の全てが用いられることで、実混合割合の影響度合いの違いを考慮して燃焼量を推定することができる。また、発明者らは、５つの噴射パラメータ及び噴射に伴うＯＨラジカル分布が実混合割合に応じた相関関係を有している、という知見を試験やシミュレーション等により得た。この場合でも、５つの噴射パラメータ及び噴射に伴うＯＨラジカル分布の全てをあえて用いることで、燃焼量の推定精度を高めることができる。

第１実施形態によれば、燃焼量の推定には５つの噴射パラメータ及び噴射に伴うＯＨラジカル分布の全てが用いられているため、燃焼量の推定精度を高めることができる。

第１実施形態によれば、燃焼領域の推定には、５つの噴射パラメータ及び噴射に伴うＯＨラジカル分布のうち噴射量、ペネトレーション、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の５つが用いられているため、この推定に際しての処理負担を低減できる。また、燃焼領域の推定に際して、燃焼領域に対する影響力の低い低位発熱量を使用しないことは、低位発熱量の推定に対する実混合割合の影響を燃焼領域の推定結果に含めないことになる。このため、燃焼領域の推定に用いる噴射パラメータの数を増やすことでかえって推定精度が低下するということを回避できる。

第１実施形態によれば、着火時期の推定に、５つの噴射パラメータ及び噴射に伴うＯＨラジカル分布のうち噴射量、拡散状態、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布の４つが用いられているため、この推定に際しての処理負担を低減できる。ここで、着火時期の推定に際して、着火時期に対する影響力の低い低位発熱量及びペネトレーションを使用しないことは、低位発熱量及びペネトレーションの推定に対する実混合割合の影響を燃焼領域の推定結果に含めないことになる。このため、着火時期の推定に用いる噴射パラメータの数を増やすことでかえって推定精度が低下するということを回避できる。

第１実施形態によれば、ＯＨラジカル分布が実混合割合に基づいて推定されるため、パイロット噴射が行われる低温域において、連鎖分岐反応の過程で生成される燃焼性分子の分布を把握できる。このため、連鎖分岐反応から着火するまでの所要時間が燃料成分により異なっていても、着火時期を適正に推定することができる。しかも、ＯＨラジカル分布が、実混合割合に加えて、噴射量、低位発熱量、ペネトレーション及び拡散状態という４つの噴射パラメータに基づいて推定されているため、ＯＨラジカルの量や密度や位置を分布として推定できる。このため、ＯＨラジカル分布の推定精度を高めることができる。

第１実施形態によれば、３つの燃焼パラメータの推定にＯＨラジカル分布が用いられているため、パイロット噴射が行われる低温域において、連鎖分岐反応を起こす生成分子の分布を考慮した上で、パイロット噴射による燃焼ガスの状態を把握できる。ここで、低温域においては、メイン噴射及びアフター噴射が行われる高温域や、ポスト噴射が行われる中温域に比べて、燃料の着火しやすさがＨ_２Ｏ_２の分解反応より連鎖分岐反応から影響を受けやすい。このため、パイロット噴射による燃焼ガスを適正に管理してメイン噴射の着火性を高めるためには、パイロット噴射に対する３つの燃焼パラメータの推定にＯＨラジカル分布を用いることが効果的である。

第１実施形態によれば、燃焼量や燃焼領域、着火時期の各調整処理が実混合割合に基づいて行われるため、これら調整処理を行ったにもかかわらず燃焼量や燃焼領域、着火時期のずれが基準量や基準距離、基準時間内に含まれない、という事態の発生を抑制できる。このため、実混合割合を用いることで燃焼量や燃焼領域、着火時期の推定精度を高めた構成において、高い推定精度を内燃機関１０の制御に有効に活用できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、パイロット噴射について、燃焼量等の燃焼パラメータに基づいて燃焼ガスの状態が推定されていたが、第２実施形態では、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布に基づいて燃焼ガスの状態が推定される。本実施形態のパイロット制御処理について、図２２、図２３のフローチャートを参照しつつ説明する。

図２２において、ステップＳ３０１〜Ｓ３０５では、上記第１実施形態のステップＳ１０１〜Ｓ１０５と同じ処理を行う。ただし、ステップＳ３０５のパイロット推定処理については、燃焼量、燃焼領域及び着火時期という３つの燃焼パラメータの推定を行わない。具体的には、図２３において、ステップＳ４０１〜Ｓ４０６では、上記第１実施形態のステップＳ２０１〜Ｓ２０６と同じ処理を行う。そして、上記第１実施形態のステップＳ２０７〜Ｓ２０９に相当する処理を行わずに、ステップＳ４０７に進み、上記第１実施形態のステップＳ２１０と同様に、パイロット燃焼による燃焼ガスの状態を推定する。

ただし、このステップＳ４０７では、燃焼ガスの推定に、３つの燃焼パラメータを用いるのではなく、着火遅れ特性及びＯＨラジカル分布を用いる。ここでは、ＯＨラジカル分布に基づいてパイロット燃焼ガスの温度及び位置を推定し、ＯＨラジカル分布及び着火遅れ特性の両方に基づいて燃焼ガスの発生タイミングを推定する。ここで、ＯＨラジカル分布には、連鎖分岐反応を起こす生成分子の量や密度、位置といった情報も含まれており、生成分子の量が多いとパイロット噴射の着火遅れが生じにくく、同時にメイン噴射についての着火遅れが生じにくい。また、ＯＨラジカル初期発生位置及び拡散性、ペネトレーションよりパイロット燃焼ガスの位置が推定可能となる。さらに、実燃料が着火遅れの生じやすい特性を有していれば、燃焼ガスの発生タイミングが遅くなりやすい。

なお、密度及び着火性の両方が高いという燃料は想定しにくくなっている。ここで、燃料の密度が高いということは、水素数と炭素数との比であるＨＣ比が低い芳香族類の割合が高い実燃料であり、芳香族類の割合が高いということは、着火性の低い実燃料であると考えられる。すなわち、実燃料の密度が高い場合は、パイロット噴射量として、同一燃料量（燃料体積）を噴射した際のパイロット燃焼ガスの温度が高くなりやすく、また一方で芳香族類が多いため、パイロット燃焼の着火時期が極端に遅くなる。この場合、燃焼ガスの高温化とパイロットの着火時期に対してどちらがメイン燃焼の着火遅れに影響するかに関してはトレードオフの関係になっている。密度と着火性との関係は、ある一定以上の噴射量条件ではほぼ依存しないパイロット着火遅れ時間と噴射量に応じて変化する温度上昇との関係が絡むことに起因して複雑化する。

図２２に戻り、パイロット推定処理の後、ステップＳ３０６では、実燃料のＯＨラジカル分布が適正であるか否かを判定する。ここで、基準燃料について、筒内環境に応じたＯＨラジカル分布のデータが試験等によりあらかじめ取得されており、このデータがメモリ８０ｂに記憶されている。ここでは、メモリ８０ｂから基準燃料のＯＨラジカル分布を読み込み、この基準燃料のＯＨラジカル分布と実燃料のＯＨラジカル分布との「ずれ」を差分として算出し、この差分が許容範囲内に含まれているか否かを判定する。この差分は、ＯＨラジカルの量や密度、位置について算出される。差分が許容範囲内に含まれていない場合、実燃料のＯＨラジカル分布が適正でないとして、ステップＳ３０７に進む。

ステップＳ３０７では、ＯＨラジカル分布が適正になるように、ＯＨラジカル分布の調整処理を行う。例えば、ＯＨラジカルの量については噴射量やＥＧＲ量を調整する処理を行い、密度については噴射圧をずらす処理、位置については噴射時期をずらす処理を行う。ＯＨラジカル分布の調整処理においては、ＯＨラジカル分布の差分が許容範囲内に含まれるようにするための目標値を実混合割合に基づいて設定する。

ステップＳ３０８では、メモリ８０ｂから基準燃料の着火遅れ特性を読み込み、この基準燃料の着火遅れ特性と実燃料の着火遅れ特性との「ずれ」を差分として算出し、この差分が許容範囲内に含まれているか否かを判定する。この差分は、燃料が筒内環境下に存在する場合に着火するまでに要する所要時間について算出される。差分が許容範囲内に含まれていない場合、実燃料の着火遅れ特性が適正でないとして、ステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９では、着火までの所要時間の差分が許容範囲に含まれるように、着火遅れ時間の調整処理を行う。例えば、着火までの所要時間が許容範囲から長い側に外れている場合には、着火遅れ時間が短くなるように調整処理を行い、所要時間が許容範囲から短い側に外れている場合には、着火遅れ時間が長くなるように調整処理を行う。着火遅れ時間の調整処理としては、噴射時期や噴射段数を調整する処理が挙げられる。着火遅れ時間の調整処理においては、着火までの所要時間の差分が許容範囲内に含まれるようにするための目標値を実混合割合に基づいて設定する。

第２実施形態によれば、パイロット噴射に対するＯＨラジカル分布と実燃料の着火遅れ特性が推定されるため、パイロット燃焼により生成される燃焼ガスの状態を把握することができる。パイロット噴射による燃料の燃焼は、連鎖分岐反応によるＯＨラジカルの生成に大きく依存するため、ＯＨラジカル分布を推定することで、パイロット燃焼による燃焼ガスの温度や位置などを推定することができる。また、燃焼ガスが生成されるタイミングは、連鎖分岐反応に加えて実燃料の着火しやすさに依存するため、実燃料の着火遅れ特性を推定することで、パイロット燃焼による燃焼ガスの生成タイミングを推定することができる。したがって、パイロット噴射を管理することで、メイン噴射により発生するメイン燃焼の状態を適正化することができる。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

変形例１として、混合割合推定部８２が、複数の燃焼特性値に基づき分子構造種の混合割合を推定するのではなく、燃料の一般性状をセンサで検出し、その検出結果に基づき上記混合割合を推定してもよい。上記一般性状の具体例としては、燃料の密度、動粘度、蒸留温度等が挙げられる。

また、混合割合推定部８２による推定結果と、上記センサの検出結果の両方に基づいて、上記混合割合を推定してもよい。例えば、推定結果及び検出結果のいずれか一方に基づいて推定された混合割合を、他方に基づいて補正すればよい。また、分子構造種に応じて異なる手法で推定してもよい。例えば、第１の分子構造種の混合割合については、混合割合推定部８２による推定結果に基づいて推定し、第２の分子構造種の混合割合については、上記センサの検出結果に基づいて推定する。

変形例２として、燃料に含まれた分子構造種の混合割合を推定するのではなく、燃料に含まれている水素や炭素、硫黄、窒素、酸素といった成分の混合割合を推定してもよい。例えば、平均炭素数や平均水素数、ＨＣ比などが、水素や炭素についての混合割合として挙げられる。この構成では、各種成分の混合割合に基づいて、噴射量等の噴射パラメータや燃焼量等の燃焼パラメータが推定される。この場合、実燃料に含まれた成分が異なっていたり成分の混合割合が異なっていたりしても、パイロット噴射による燃焼状態を適正に推定できる。なお、平均炭素数等の燃料成分を中間パラメータと称することもできる。

変形例３として、燃焼システムの制御処理は、第２実施形態のようにＯＨラジカル分布や着火遅れ特性に基づいて行われるのではなく、これらＯＨラジカル分布や着火遅れ特性とは異なる噴射パラメータに基づいて行われてもよい。例えば、実燃料の噴射量と基準燃料の噴射量との「ずれ」を差分として算出し、この差分に基づいて噴射量の調整処理が行われる構成とする。この場合でも、６つの噴射パラメータが互いに相関関係を有していることに起因して、燃焼システムの制御精度が過剰に低下するということを回避できる。

変形例４として、上記第１実施形態のステップＳ１０７等の調整処理や、上記第２実施形態のステップ３０７等の調整処理が、実混合割合に基づいて行われるのではなく、実混合割合に関係なく行われてもよい。例えば、上記第１実施形態において、ステップＳ２０７にて実混合割合に基づいて燃焼量が推定された後、ステップＳ１０７において、燃焼量を調整するために目標噴射量等が実混合割合に関係なく設定される構成とする。

変形例５として、上記第１実施形態において、燃焼量等の燃焼パラメータを、噴射量等の６つの噴射パラメータの少なくとも１つを用いて推定してもよい。例えば、燃焼量を噴射量だけを用いて推定する。この場合でも、５つの噴射パラメータが互いに相関関係にあることに起因して、燃焼量を推定する上である程度の推定精度を確保することができる。

変形例６として、ＯＨラジカル分布を推定する場合に、噴射量、低位発熱量、ペネトレーション及び拡散状態という４つの噴射パラメータを用いるのではなく、これら４つの噴射パラメータのうち少なくとも１つを用いてもよい。また、これら４つの噴射パラメータの全てを用いなくてもよい。いずれの場合でも、ＯＨラジカル分布を推定する場合に少なくとも実混合割合を用いていればよい。

変形例７として、ＯＨラジカル分布を推定する場合に、筒内温度、筒内酸素濃度及び噴射圧力の少なくとも１つを、実混合割合に加えて用いてもよい。この構成では、パイロット噴射について、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応によりＯＨラジカルが生成されるまでの所要時間やＯＨラジカルの生成量を把握できる。この場合、パイロット噴射が行われる低温域において、Ｈ_２Ｏ_２の分解反応によるＯＨラジカルの生成量が比較的少ないとしても、ＯＨラジカルの生成量や生成までの所要時間を把握しておくことで、燃焼ガス状態の推定精度を高めることができる。

変形例８として、上記第１実施形態のパイロット燃焼について、低位発熱量を噴射パラメータとして用いるのではなく、高位発熱量を噴射パラメータとして用いてもよい。また、低位発熱量及び高位発熱量の両方を含んだ発熱量を噴射パラメータとして用いてもよい。

変形例９として、実混合割合及び基準混合割合のそれぞれについて、噴射量等の噴射パラメータや燃焼量等の燃焼パラメータを個別に推定しなくてもよい。例えば、実混合割合と基準混合割合との差分を算出し、この差分に基づいて噴射パラメータや燃焼パラメータの差分を推定してもよい。この場合、基準燃料の燃焼状態と実燃料の燃焼状態との「ずれ」を直接的に推定することになる。

変形例１０として、上記第１実施形態において、燃焼量等の燃焼パラメータを噴射量等の噴射パラメータを用いずに推定してもよい。例えば、燃焼量を、噴射パラメータに基づいて推定するのではなく、筒内圧センサ２１の検出信号及び実混合割合に基づいて推定する。この場合でも、燃焼量の推定に燃料の実混合割合を反映させることができる。

変形例１１として、パイロット噴射についての噴射パラメータや燃焼パラメータの推定結果を用いて、メイン噴射についての制御処理を行ってもよい。例えば、パイロット燃焼について、実燃料の着火時期が基準燃料の着火時期より基準時間を越えて遅い場合、メイン噴射による着火が生じやすくなるようにするための処理を行う。この処理としては、噴射段数を増加させる処理や、噴射圧力を増加させる処理が挙げられる。

変形例１２として、各種調整処理において、燃焼量等を調整した量を補正量として記憶しておき、その補正量を燃焼パラメータや噴射パラメータの調整に用いてもよい。例えば、上記第１実施形態において、ステップＳ１０７の燃焼量の調整処理について、噴射量や噴射圧、噴射時期を調整した量をそれぞれ補正量としてメモリ８０ｂに記憶しておく。そして、内燃機関１０を始動させる場合に、メモリ８０ｂから各補正量を読み出し、これら補正量を用いて噴射量や噴射圧、噴射時期の補正を行う。この場合、内燃機関１０の始動時に行われるパイロット噴射を適正化でき、その結果、内燃機関１０の始動性を向上させることができる。

また、補正量がメイン噴射についての噴射パラメータや燃焼パラメータの制御に用いられていてもよい。この場合でも、エンジン始動時に行われるメイン噴射を適正化でき、その結果、内燃機関１０の始動性を向上させることができる。

変形例１３として、燃料の一般性状を検出する性状センサが設けられていてもよい。例えば、燃料の動粘度や密度を検出する性状センサが燃料タンクやコモンレールに設けられた構成とする。この構成では、燃料の平均炭素数や平均水素数が、性状センサの検出結果に基づいて推定されてもよい。また、燃料の低位発熱量等の発熱量が、性状センサの検出結果に基づいて推定されてもよい。

変形例１４として、筒内温度は、温度検出素子２１ａにより検出されるのではなく、筒内圧センサ２１により検出された筒内圧に基づき推定してもよい。具体的には、筒内温度を、筒内圧力、シリンダ容積、シリンダ内のガス重量、ガス定数から演算して推定する。

変形例１５として、燃焼システムの推定装置及び制御装置としてのＥＣＵ８０が提供する手段および／または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、燃焼システムの制御装置がハードウェアである回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

１０…内燃機関、１１ａ…燃焼室、８０…ＥＣＵ（推定装置、制御装置）。

Claims (15)

1. 内燃機関（１０）を有する燃焼システムに適用された推定装置（８０）であって、
   前記内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた各種成分の混合割合を取得する混合取得部（Ｓ１０１）と、
   前記燃料がパイロット噴射により前記内燃機関の燃焼室（１１ａ）に噴射されることで発生するパイロット燃焼について、前記パイロット燃焼による前記燃料の燃焼量を、前記混合取得部により取得された前記混合割合に基づいて推定する燃焼量推定部（Ｓ２０７）と、
   前記燃焼室における前記パイロット燃焼の燃焼領域を、前記混合割合に基づいて推定する領域推定部（Ｓ２０８）と、
   前記パイロット噴射により前記燃焼室において着火が生じる着火時期を、前記混合割合に基づいて推定する時期推定部（Ｓ２０９）と、
   を備え、さらに、
   前記パイロット噴射による噴射量を、前記混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
   前記パイロット燃焼における前記燃料の発熱量を、前記混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の貫徹力を、前記混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の拡散状態を、前記混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
   前記パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、前記混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
   前記パイロット噴射による前記燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、前記混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
   の少なくとも１つを備え、
   前記燃焼量推定部、前記領域推定部及び前記時期推定部は、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、前記燃焼量、前記燃焼領域及び前記着火時期を推定するものであり、
   前記燃焼量推定部は、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布に基づいて前記燃焼量を推定するものである燃焼システムの推定装置。
2. 前記領域推定部は、前記噴射量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布に基づいて前記燃焼領域を推定するものである請求項１に記載の燃焼システムの推定装置。
3. 内燃機関（１０）を有する燃焼システムに適用された推定装置（８０）であって、
   前記内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた各種成分の混合割合を取得する混合取得部（Ｓ１０１）と、
   前記燃料がパイロット噴射により前記内燃機関の燃焼室（１１ａ）に噴射されることで発生するパイロット燃焼について、前記パイロット燃焼による前記燃料の燃焼量を、前記混合取得部により取得された前記混合割合に基づいて推定する燃焼量推定部（Ｓ２０７）と、
   前記燃焼室における前記パイロット燃焼の燃焼領域を、前記混合割合に基づいて推定する領域推定部（Ｓ２０８）と、
   前記パイロット噴射により前記燃焼室において着火が生じる着火時期を、前記混合割合に基づいて推定する時期推定部（Ｓ２０９）と、
   を備え、さらに、
   前記パイロット噴射による噴射量を、前記混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
   前記パイロット燃焼における前記燃料の発熱量を、前記混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の貫徹力を、前記混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の拡散状態を、前記混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
   前記パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、前記混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
   前記パイロット噴射による前記燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、前記混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
   の少なくとも１つを備え、
   前記燃焼量推定部、前記領域推定部及び前記時期推定部は、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、前記燃焼量、前記燃焼領域及び前記着火時期を推定するものであり、
   前記領域推定部は、前記噴射量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布に基づいて前記燃焼領域を推定するものである燃焼システムの推定装置。
4. 前記時期推定部は、前記噴射量、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布に基づいて前記着火時期を推定するものである請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃焼システムの推定装置。
5. 内燃機関（１０）を有する燃焼システムに適用された推定装置（８０）であって、
   前記内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた各種成分の混合割合を取得する混合取得部（Ｓ１０１）と、
   前記燃料がパイロット噴射により前記内燃機関の燃焼室（１１ａ）に噴射されることで発生するパイロット燃焼について、前記パイロット燃焼による前記燃料の燃焼量を、前記混合取得部により取得された前記混合割合に基づいて推定する燃焼量推定部（Ｓ２０７）と、
   前記燃焼室における前記パイロット燃焼の燃焼領域を、前記混合割合に基づいて推定する領域推定部（Ｓ２０８）と、
   前記パイロット噴射により前記燃焼室において着火が生じる着火時期を、前記混合割合に基づいて推定する時期推定部（Ｓ２０９）と、
   を備え、さらに、
   前記パイロット噴射による噴射量を、前記混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
   前記パイロット燃焼における前記燃料の発熱量を、前記混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の貫徹力を、前記混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の拡散状態を、前記混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
   前記パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、前記混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
   前記パイロット噴射による前記燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、前記混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
   の少なくとも１つを備え、
   前記燃焼量推定部、前記領域推定部及び前記時期推定部は、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、前記燃焼量、前記燃焼領域及び前記着火時期を推定するものであり、
   前記時期推定部は、前記噴射量、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布に基づいて前記着火時期を推定するものである燃焼システムの推定装置。
6. 前記ＯＨラジカル推定部は、前記混合割合に加えて、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力及び前記拡散状態に基づいて前記ＯＨラジカル分布を推定するものである請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃焼システムの推定装置。
7. 内燃機関（１０）を有する燃焼システムに適用された推定装置（８０）であって、
   前記内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた各種成分の混合割合を取得する混合取得部（Ｓ１０１）と、
   前記燃料がパイロット噴射により前記内燃機関の燃焼室（１１ａ）に噴射されることで発生するパイロット燃焼について、前記パイロット燃焼による前記燃料の燃焼量を、前記混合取得部により取得された前記混合割合に基づいて推定する燃焼量推定部（Ｓ２０７）と、
   前記燃焼室における前記パイロット燃焼の燃焼領域を、前記混合割合に基づいて推定する領域推定部（Ｓ２０８）と、
   前記パイロット噴射により前記燃焼室において着火が生じる着火時期を、前記混合割合に基づいて推定する時期推定部（Ｓ２０９）と、
   を備え、さらに、
   前記パイロット噴射による噴射量を、前記混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
   前記パイロット燃焼における前記燃料の発熱量を、前記混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の貫徹力を、前記混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の拡散状態を、前記混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
   前記パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、前記混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
   前記パイロット噴射による前記燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、前記混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
   の少なくとも１つを備え、
   前記燃焼量推定部、前記領域推定部及び前記時期推定部は、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、前記燃焼量、前記燃焼領域及び前記着火時期を推定するものであり、
   前記ＯＨラジカル推定部は、前記混合割合に加えて、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力及び前記拡散状態に基づいて前記ＯＨラジカル分布を推定するものである燃焼システムの推定装置。
8. 前記混合取得部は、前記内燃機関での燃焼に用いる燃料に含まれた複数種類の分子構造の各々の混合割合を取得する請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃焼システムの推定装置。
9. 前記パイロット噴射による噴射量を、前記混合割合に基づいて推定する噴射量推定部（Ｓ２０１）と、
   前記パイロット燃焼における前記燃料の発熱量を、前記混合割合に基づいて推定する発熱量推定部（Ｓ２０２）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の貫徹力を、前記混合割合に基づいて推定する貫徹力推定部（Ｓ２０３）と、
   前記パイロット噴射による前記燃料の拡散状態を、前記混合割合に基づいて推定する拡散推定部（Ｓ２０４）と、
   前記パイロット噴射により生じる着火の遅れ時間を着火遅れ特性として、前記混合割合に基づいて推定する着火遅れ推定部（Ｓ２０５）と、
   前記パイロット噴射による前記燃焼室でのＯＨラジカルの発生状態をＯＨラジカル分布として、前記混合割合に基づいて推定するＯＨラジカル推定部（Ｓ２０６）と、
   の少なくとも１つを備え、
   前記燃焼量推定部、前記領域推定部及び前記時期推定部は、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布の少なくとも１つに基づいて、前記燃焼量、前記燃焼領域及び前記着火時期を推定するものである請求項８に記載の燃焼システムの推定装置。
10. 前記燃焼量推定部は、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布に基づいて前記燃焼量を推定するものである請求項９に記載の燃焼システムの推定装置。
11. 前記領域推定部は、前記噴射量、前記貫徹力、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布に基づいて前記燃焼領域を推定するものである請求項９又は１０に記載の燃焼システムの推定装置。
12. 前記時期推定部は、前記噴射量、前記拡散状態、前記着火遅れ特性及び前記ＯＨラジカル分布に基づいて前記着火時期を推定するものである請求項９〜１１のいずれか１つに記載の燃焼システムの推定装置。
13. 前記ＯＨラジカル推定部は、前記混合割合に加えて、前記噴射量、前記発熱量、前記貫徹力及び前記拡散状態に基づいて前記ＯＨラジカル分布を推定するものである請求項９〜１２のいずれか１つに記載の燃焼システムの推定装置。
14. 前記燃焼量推定部、前記領域推定部及び前記時期推定部の各推定結果に基づいて、前記燃焼システムの制御を行う燃焼制御部（Ｓ１０７，Ｓ１０９，Ｓ１１１）を備えている請求項１〜１３のいずれか１つに記載の燃焼システムの推定装置。
15. 前記燃焼制御部は、前記燃焼量推定部、前記領域推定部及び前記時期推定部の各推定結果に加えて、前記混合割合に基づいて、前記燃焼システムの制御を行うものである請求項１４に記載の燃焼システムの推定装置。

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