JP2022164168A - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の運転状態で設定された未燃焼時の軸トルクを用いて、算出が必要な全ての運転状態において、未燃焼時の軸トルクを精度よく算出し、燃焼状態に関連するパラメータの推定精度を向上させることができる内燃機関の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】特定未燃焼時データを参照し、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、物理モデル式を用い、特定運転状態及び現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、特定運転状態の未燃焼時の軸トルク、及び特定運転状態及び現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに基づいて、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクと燃焼時の前記実軸トルクとに基づいて、燃焼によるガス圧トルクの増加分を算出する内燃機関の制御装置。【選択図】図３

Description

本願は、内燃機関の制御装置及び制御方法に関するものである。

内燃機関の燃費性能、エミッション性能を向上させるために、内燃機関の燃焼状態を計測し、その計測結果をフィードバックさせて制御する方法が有効である。そのためには、内燃機関の燃焼状態を正確に計測することが重要である。内燃機関の燃焼状態は筒内圧を計測することにより、正確に計測できることが広く知られている。筒内圧の計測方法では筒内圧センサ信号から直接測定する方法の他に、クランク角度信号などの内燃機関における各機構の情報からガス圧トルクを推定する方法がある。

従来の技術としては、例えば特許文献１に記載されているように、クランク角度センサの出力信号から燃焼状態を推定する燃焼状態推定装置が開示されている。特許文献１に開示された燃焼状態推定装置では、特許文献１の式（１５）に示されているように、クランク角速度及びイナーシャに基づいて算出された軸トルク（式（１５）の右辺の分子の第１項）と、吸気管内の圧力等により推定された各未燃焼気筒の筒内圧等に基づいて算出された複数の未燃焼気筒によるガス圧トルク（式（１５）の右辺の分子の第２項）と、クランク角速度に基づいて算出された各気筒のピストンの往復運動による往復慣性トルク（式（１５）の右辺の分子の第３項）と、内燃機関の外部からクランク軸にかかる外部負荷トルク（式（１５）の右辺の分子の第４項）と、を用いて、燃焼気筒の筒内圧（式（１５）の左辺）が推定されている。

特許第６０２９７２６号

しかし、クランク機構の物理モデル式により算出される未燃焼仮定の発生トルクには、モデル化誤差があるため、モデル化誤差により、燃焼時の気筒内の圧力の算出精度が低下する問題があった。例えば、モデル化誤差には、特許文献１の式（１５）では表現できていないクランク軸のバランスウェイトの影響、及び重心のズレ等がある。また、クランク角度には、信号板の歯の製造誤差、経年変化などにより、検出誤差が含まれ、クランク角度に基づいて算出されるクランク角加速度には、高周波の誤差成分が重畳する。特許文献１の式（１５）では、高周波の誤差成分が重畳しているクランク角加速度に基づいて算出される実軸トルク（式（１５）の右辺の分子の第１項）から、クランク機構の物理モデル式により算出され、高周波の誤差成分が重畳していない未燃焼仮定の発生トルク（式（１５）の右辺の分子の第２項及び第３項）が減算されて、燃焼時の気筒内の圧力が算出されるので、燃焼時の気筒内の圧力に高調波の誤差成分が重畳する問題があった。

発明者は、クランク角加速度に高周波の誤差成分が含まれ、クランク機構のモデル化が容易でない場合でも、燃焼状態に関連するパラメータの推定精度が低下することを抑制することができる内燃機関の制御装置及び制御方法を開発している。モデル化誤差の影響を低減するために、現在の運転状態においてクランク角加速度に基づいて算出された実軸トルクに加えて、現在の運転状態において未燃焼状態である場合にクランク角加速度の検出値に基づいて算出される軸トルク（未燃焼時の軸トルクと称す）を用いる方法を開発している。全ての運転状態において、未燃焼時の軸トルクを計測し、記憶しておけばよいが、実用の運転時において、内燃機関が未燃焼状態になるのは、燃料カット等が実行される特定の運転状態のみである。

そのため、未燃焼時の軸トルクを全ての運転状態において計測し、記憶するには、特別な基礎試験が必要である。内燃機関の製造時に、各内燃機関について基礎試験を行うのは、生産効率から困難である。一方、実用の運転時、又は内燃機関の製造時においても、燃料カットの実行時等の特定の運転状態では、実用上、未燃焼時の軸トルクを計測し、記憶することが可能である。

そこで、本願では、特定の運転状態において設定された未燃焼時の軸トルクを用いて、算出が必要な全ての運転状態において、未燃焼時の軸トルクを精度よく算出し、燃焼状態に関連するパラメータの推定精度を向上させることができる内燃機関の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本願に係る内燃機関の制御装置は、
クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度、クランク角速度及びクランク角加速度を検出する角度情報検出部と、
演算対象の各クランク角度において、クランク角加速度の検出値、及びクランク軸系の慣性モーメントに基づいて、クランク軸にかかる実軸トルクを算出する実軸トルク演算部と、
クランク角度と、特定の運転状態における未燃焼時の軸トルクとの関係が設定された特定未燃焼時データを参照し、前記演算対象の各クランク角度に対応する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
前記演算対象の各クランク角度において、クランク機構の物理モデル式を用い、前記特定の運転状態であり、且つ、未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
前記演算対象の各クランク角度において、クランク機構の物理モデル式を用い、現在の運転状態において未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
前記演算対象の各クランク角度において、前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルク、及び前記特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに基づいて、前記現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを補正して、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
燃焼行程の上死点近傍のクランク角度において算出された、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルク及び前記燃焼時の実軸トルクに基づいて、内燃機関の外部からクランク軸にかかるトルクである外部負荷トルクを算出し、
前記演算対象の各クランク角度において、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルクと、燃焼時の前記実軸トルクと、前記外部負荷トルクとに基づいて、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクの内、燃焼によるガス圧トルクの増加分を算出するガス圧トルク演算部と、
を備えたものである。

本願に係る内燃機関の制御方法は、
クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度、クランク角速度及びクランク角加速度を検出する角度情報検出ステップと、
演算対象の各クランク角度において、クランク角加速度の検出値、及びクランク軸系の慣性モーメントに基づいて、クランク軸にかかる実軸トルクを算出する実軸トルク演算ステップと、
クランク角度と、特定の運転状態における未燃焼時の軸トルクとの関係が設定された特定未燃焼時データを参照し、前記演算対象の各クランク角度に対応する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
前記演算対象の各クランク角度において、クランク機構の物理モデル式を用い、前記特定の運転状態であり、且つ、未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
前記演算対象の各クランク角度において、クランク機構の物理モデル式を用い、現在の運転状態において未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
前記演算対象の各クランク角度において、前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルク、及び前記特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに基づいて、前記現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを補正して、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
燃焼行程の上死点近傍のクランク角度において算出された、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルク及び前記燃焼時の実軸トルクに基づいて、内燃機関の外部からクランク軸にかかるトルクである外部負荷トルクを算出し、
前記演算対象の各クランク角度において、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルクと、燃焼時の前記実軸トルクと、前記外部負荷トルクとに基づいて、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクの内、燃焼によるガス圧トルクの増加分を算出するガス圧トルク演算ステップと、
を備えたものである。

モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により、現在運転状態において未燃焼状態である場合にクランク角加速度の検出値に基づいて算出されるであろう軸トルク（現在運転状態の未燃焼時の軸トルク）に対して現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクにはズレが生じる。本願に係る内燃機関の制御装置及び制御方法によれば、特定運転状態の未燃焼時の軸トルク及び特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに基づいて、モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により生じた、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクに対する特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクのズレを把握でき、モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により生じたズレを、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに反映させ、算出が必要な全ての運転状態において、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを精度よく算出することができる。よって、算出される現在運転状態の未燃焼時の軸トルクは、モデル化誤差によるズレが補償され、実軸トルクと同様に、信号板の歯の製造誤差等により生じる高周波の誤差成分が重畳される。

燃焼によるガス圧トルクの増加分の算出には、燃焼時の実軸トルク及び未燃焼時の軸トルクが用いられる。よって、特許文献１の式（１５）のように、クランク機構の物理モデル式が直接的に用いられていなので、モデル化誤差を低減することができる。また、特許文献１の式（１５）では、高周波の誤差成分が重畳している燃焼時の実軸トルクから、高周波の誤差成分が重畳していない未燃焼仮定の発生トルクが減算されているので、算出される燃焼時の気筒内の圧力には高周波の誤差成分が重畳する。一方、本願の構成によれば、燃焼時の実軸トルクに含まれる高周波の誤差成分と、未燃焼時の軸トルクに含まれる高周波の誤差成分とを、互いに打ち消し合わせることができ、燃焼によるガス圧トルクの増加分から高周波の誤差成分を低減させることができる。従って、クランク角加速度の検出値に高周波の誤差成分が含まれ、クランク機構のモデル化が容易でない場合でも、燃焼状態に関連するパラメータの推定精度を向上させることができる。

実施の形態１に係る内燃機関および制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る内燃機関および制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る角度情報検出処理を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係るフィルタ前後のクランク角周期の周波数スペクトルを示す図である。 実施の形態１に係る角度情報算出処理を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係る未燃焼時の気筒内のガス圧と燃焼時の気筒内のガス圧とを説明する図である。 実施の形態１に係る特定未燃焼時データを説明する図である。 実施の形態１に係る制御装置の概略的な処理の手順を示すフローチャートである。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る内燃機関の制御装置５０（以下、単に制御装置５０と称す）について図面を参照して説明する。図１および図２は、本実施の形態に係る内燃機関１および制御装置５０の概略構成図であり、図３は、本実施の形態に係る制御装置５０のブロック図である。内燃機関１および制御装置５０は、車両に搭載され、内燃機関１は、車両（車輪）の駆動力源となる。

１－１．内燃機関１の構成
まず、内燃機関１の構成について説明する。図１に示すように、内燃機関１は、空気と燃料の混合気を燃焼する気筒７を備えている。内燃機関１は、気筒７に空気を供給する吸気路２３と、気筒７で燃焼した排気ガスを排出する排気路１７とを備えている。内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている。内燃機関１は、吸気路２３を開閉するスロットルバルブ４を備えている。スロットルバルブ４は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式スロットルバルブとされている。スロットルバルブ４には、スロットルバルブ４の開度に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ１９が設けられている。

スロットルバルブ４の上流側の吸気路２３には、吸気路２３に吸入される吸入空気量に応じた電気信号を出力するエアフローセンサ３が設けられている。内燃機関１は、排気ガス還流装置２０を備えている。排気ガス還流装置２０は、排気路１７から吸気マニホールド１２に排気ガスを還流するＥＧＲ流路２１と、ＥＧＲ流路２１を開閉するＥＧＲバルブ２２と、を有している。吸気マニホールド１２は、スロットルバルブ４の下流側の吸気路２３の部分である。ＥＧＲバルブ２２は、制御装置５０により制御される電気モータにより開閉駆動される電子制御式ＥＧＲバルブとされている。排気路１７には、排気路１７内の排気ガスの空燃比に応じた電気信号を出力する空燃比センサ１８を備えている。

吸気マニホールド１２には、吸気マニホールド１２内の圧力に応じた電気信号を出力するマニホールド圧センサ８が設けられている。吸気マニホールド１２の下流側の部分には、燃料を噴射するインジェクタ１３が設けられている。なお、インジェクタ１３は、気筒７内に直接燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１には、大気圧に応じた電気信号を出力する大気圧センサ３３が設けられている。

気筒７の頂部には、空気と燃料の混合気に点火する点火プラグと、点火プラグに点火エネルギーを供給する点火コイル１６と、が設けられている。また、気筒７の頂部には、吸気路２３から気筒７内に吸入される吸入空気量を調節する吸気バルブ１４と、シリンダ内から排気路１７に排出される排気ガス量を調節する排気バルブ１５と、が設けられている。吸気バルブ１４には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする吸気可変バルブタイミング機構が設けられている。排気バルブ１５には、そのバルブ開閉タイミングを可変にする排気可変バルブタイミング機構が設けられている。可変バルブタイミング機構１４、１５は、電動アクチュエータを有している。

図２に示すように、内燃機関１は、複数の気筒７（本例では３つ）を備えている。各気筒７内には、ピストン５が備えられている。各気筒７のピストン５は、コンロッド９およびクランク３２を介してクランク軸２に接続されている。クランク軸２は、ピストン５の往復運動によって回転駆動される。各気筒７で発生した燃焼ガス圧は、ピストン５の頂面を押圧し、コンロッド９およびクランク３２を介してクランク軸２を回転駆動する。クランク軸２は、車輪に駆動力を伝達する動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構は、変速装置、ディファレンシャルギヤ等から構成される。なお、内燃機関１を備えた車両は、動力伝達機構内にモータージェネレータを備えたハイブリッド車であってもよい。

内燃機関１は、クランク軸２と一体回転する信号板１０を備えている。信号板１０は、予め定められた複数のクランク角度に複数の歯を設けている。本実施の形態では、信号板１０は、１０度間隔で歯が並べられている。信号板１０の歯には、一部の歯が欠けた欠け歯部分が設けられている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、信号板１０の歯を検出する第１クランク角センサ１１を備えている。

内燃機関１は、クランク軸２とチェーン２８で連結されたカム軸２９を備えている。カム軸２９は、吸気バルブ１４および排気バルブ１５を開閉駆動する。クランク軸２が２回転する間に、カム軸２９は１回転する。内燃機関１は、カム軸２９と一体回転するカム用の信号板３１を備えている。カム用の信号板３１は、予め定められた複数のカム軸角度に複数の歯を設けている。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、カム用の信号板３１の歯を検出するカム角センサ３０を備えている。

制御装置５０は、第１クランク角センサ１１およびカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、各ピストン５の上死点を基準としたクランク角度を検出すると共に、各気筒７の行程を判別する。なお、内燃機関１は、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、および排気行程の４行程機関とされている。

内燃機関１は、クランク軸２と一体回転するフライホイール２７を備えている。フライホイール２７の外周部は、リングギア２５とされており、リングギア２５は、予め定められた複数のクランク角度に複数の歯を設けている。リングギア２５の歯は、周方向に等角度間隔で設けられている。本例では４度間隔で、９０個の歯が設けられている。リングギア２５の歯には欠け歯部分は設けられていない。内燃機関１は、エンジンブロック２４に固定され、リングギア２５の歯を検出する第２クランク角センサ６を備えている。第２クランク角センサ６は、リングギア２５の径方向外側に、リングギア２５と間隔を空けて対向配置されている。フライホイール２７のクランク軸２とは反対側は、動力伝達機構に連結されている。よって、内燃機関１の出力トルクは、フライホイール２７の部分を通って、車輪側に伝達される。

第１クランク角センサ１１、カム角センサ３０、および第２クランク角センサ６は、クランク軸２の回転による、各センサと歯の距離の変化に応じた電気信号を出力する。各角センサ１１、３０、６の出力信号は、センサと歯の距離が近い場合と、遠い場合とで信号がオンオフする矩形波となる。各角センサ１１、３０、６には、例えば、電磁ピックアップ式のセンサが用いられる。

フライホイール２７（リングギア２５）は、信号板１０の歯数よりも多い歯数を有しており、また、欠け歯部分もないため、高分解能の角度検出を期待できる。また、フライホイール２７は、信号板１０の質量よりも大きい質量を有しており、高周波振動が抑制されるため、高精度の角度検出を期待できる。

１－２．制御装置５０の構成
次に、制御装置５０について説明する。
制御装置５０は、内燃機関１を制御対象とする制御装置である。図３に示すように、制御装置５０は、角度情報検出部５１、実軸トルク演算部５２、ガス圧トルク演算部５３、燃焼状態推定部５４、燃焼制御部５５、及び未燃焼時軸トルク学習部５６等の制御部を備えている。制御装置５０の各制御部５１から５６等は、制御装置５０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置５０は、図４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０にバス等の信号線を介して接続された記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、および演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、および各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。

記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の揮発性及び不揮発性の記憶装置が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置５０が備える各制御部５１から５６等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、および出力回路９３等の制御装置５０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部５１から５６等が用いるポリトロープ指数Ｎｐｌｙ、吸気閉弁時のシリンダ容積Ｖｃｙｌ０、ピストンの頂面の投影面積Ｓｐ、クランク長さｒ、コンロッド長さＬ、ピストンの質量ｍｐ、特定未燃焼時データ、慣性モーメントＩｃｒｋ、フィルタ係数ｂｊ等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。また、各制御部５１から５６等が算出したクランク角度θｄ、クランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄ、実軸トルクＴｃｒｋｄ、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ、特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐ、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎ、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎ等の各演算値および各検出値のデータは、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶される。

本実施の形態では、入力回路９２には、第１クランク角センサ１１、カム角センサ３０、第２クランク角センサ６、エアフローセンサ３、スロットル開度センサ１９、マニホールド圧センサ８、大気圧センサ３３、空燃比センサ１８、およびアクセルポジションセンサ２６等が接続されている。出力回路９３には、スロットルバルブ４（電気モータ）、ＥＧＲバルブ２２（電気モータ）、インジェクタ１３、点火コイル１６、吸気可変バルブタイミング機構１４、及び排気可変バルブタイミング機構１５等が接続されている。なお、制御装置５０には、図示していない各種のセンサ、スイッチ、およびアクチュエータ等が接続されている。制御装置５０は、各種センサの出力信号に基づいて、吸入空気量、吸気マニホールド内の圧力、大気圧、空燃比、およびアクセル開度等の内燃機関１の運転状態を検出する。

制御装置５０は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射量、点火時期等を算出し、インジェクタ１３および点火コイル１６等を駆動制御する。制御装置５０は、アクセルポジションセンサ２６の出力信号等に基づいて、運転者が要求している内燃機関１の出力トルクを算出し、当該要求出力トルクを実現する吸入空気量となるように、スロットルバルブ４等を制御する。具体的には、制御装置５０は、目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ１９の出力信号に基づき検出したスロットル開度が、目標スロットル開度に近づくように、スロットルバルブ４の電気モータを駆動制御する。また、制御装置５０は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、ＥＧＲバルブ２２の目標開度を算出し、ＥＧＲバルブ２２の電気モータを駆動制御する。制御装置５０は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、吸気バルブの目標開閉タイミング及び排気バルブの目標開閉タイミングを算出し、各目標開閉タイミングに基づいて、吸気及び排気可変バルブタイミング機構１４、１５を駆動制御する。

１－２－１．角度情報検出部５１
角度情報検出部５１は、第２クランク角センサ６の出力信号に基づいて、クランク角度θｄ、クランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、及びクランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄを検出する。

本実施の形態では、図５に示すように、角度情報検出部５１は、第２クランク角センサ６の出力信号に基づいてクランク角度θｄを検出すると共にクランク角度θｄを検出した検出時刻Ｔｄを検出する。そして、角度情報検出部５１は、検出したクランク角度θｄである検出角度θｄおよび検出時刻Ｔｄに基づいて、検出角度θｄの間の角度区間Ｓｄに対応する角度間隔Δθｄおよび時間間隔ΔＴｄを算出する。

本実施の形態では、角度情報検出部５１は、第２クランク角センサ６の出力信号（矩形波）の立下りエッジ（又は立上りエッジ）を検出した時のクランク角度θｄを判定するように構成されている。角度情報検出部５１は、基点角度（例えば、第１気筒♯１のピストン５の上死点である０度）に対応する立下りエッジである基点立下りエッジを判定し、基点立下りエッジを基点にカウントアップした立下りエッジの番号ｎ（以下、角度識別番号ｎと称す）に対応するクランク角度θｄを判定する。例えば、角度情報検出部５１は、基点立下りエッジを検出した時に、クランク角度θｄを基点角度（例えば、０度）に設定すると共に角度識別番号ｎを０に設定する。そして、角度情報検出部５１は、立下りエッジを検出する毎に、クランク角度θｄを、予め設定された角度間隔Δθｄ（本例では４度）ずつ増加させると共に角度識別番号ｎを１つずつ増加させる。或いは、角度情報検出部５１は、角度識別番号ｎとクランク角度θｄとの関係が予め設定された角度テーブルを用い、今回の角度識別番号ｎに対応するクランク角度θｄを読み出すように構成されてもよい。角度情報検出部５１は、クランク角度θｄ（検出角度θｄ）を角度識別番号ｎに対応付ける。角度識別番号ｎは、最大番号（本例では９０）の後、１に戻る。角度識別番号ｎ＝１の前回の角度識別番号ｎは９０になり、角度識別番号ｎ＝９０の次回の角度識別番号ｎは１になる。

本実施の形態では、角度情報検出部５１は、後述する第１クランク角センサ１１およびカム角センサ３０に基づいて検出した参照クランク角度を参照して、第２クランク角センサ６の基点立下りエッジを判定する。例えば、角度情報検出部５１は、第２クランク角センサ６の立下りエッジを検出した時の参照クランク角度が、基点角度に最も近い立下りエッジを、基点立下りエッジと判定する。

また、角度情報検出部５１は、第１クランク角センサ１１およびカム角センサ３０に基づいて判別した各気筒７の行程を参照して、クランク角度θｄに対応する各気筒７の行程を判定する。

角度情報検出部５１は、第２クランク角センサ６の出力信号（矩形波）の立下りエッジを検出した時の検出時刻Ｔｄを検出し、検出時刻Ｔｄを角度識別番号ｎに対応付ける。具体的には、角度情報検出部５１は、演算処理装置９０が備えたタイマー機能を用いて、検出時刻Ｔｄを検出する。

角度情報検出部５１は、図５に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出角度θｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ－１）に対応する検出角度θｄ（ｎ－１）との間の角度区間を、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する角度区間Ｓｄ（ｎ）に設定する。

また、角度情報検出部５１は、式（１）に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出角度θｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ－１）に対応する検出角度θｄ（ｎ－１）との偏差を算出して、今回の角度識別番号（ｎ）（今回の角度区間Ｓｄ（ｎ））に対応する角度間隔Δθｄ（ｎ）に設定する。

本実施の形態では、リングギア２５の歯の角度間隔は、全て等しくされているので、角度情報検出部５１は、全ての角度識別番号ｎの角度間隔Δθｄを、予め設定された角度（本例では４度）に設定する。

また、角度情報検出部５１は、式（２）に示すように、立下りエッジを検出した時に、今回の角度識別番号（ｎ）に対応する検出時刻Ｔｄ（ｎ）と、前回の角度識別番号（ｎ－１）に対応する検出時刻Ｔｄ（ｎ－１）との偏差を算出して、今回の角度識別番号（ｎ）（今回の角度区間Ｓｄ（ｎ））に対応する時間間隔ΔＴｄ（ｎ）に設定する。

角度情報検出部５１は、第１クランク角センサ１１およびカム角センサ３０の２種類の出力信号に基づいて、第１気筒♯１のピストン５の上死点を基準とした参照クランク角度を検出すると共に、各気筒７の行程を判別する。例えば、角度情報検出部５１は、第１クランク角センサ１１の出力信号（矩形波）の立下りエッジの時間間隔から、信号板１０の欠け歯部分の直後の立下りエッジを判定する。そして、角度情報検出部５１は、欠け歯部分の直後の立下りエッジを基準にした各立下りエッジと、上死点を基準にした参照クランク角度と対応関係を判定し、各立下りエッジを検出した時の、上死点を基準とした参照クランク角度を算出する。また、角度情報検出部５１は、第１クランク角センサ１１の出力信号（矩形波）における欠け歯部分の位置と、カム角センサ３０の出力信号（矩形波）との関係から、各気筒７の行程を判別する。

＜フィルタ処理＞
角度情報検出部５１は、クランク角加速度αｄを算出する際に、高周波の誤差成分を除去するフィルタ処理を行う。角度情報検出部５１は、時間間隔ΔＴｄに対してフィルタ処理を行う。時間間隔ΔＴｄは、単位角度（本例では、４度）の周期であるクランク角周期ΔＴｄである。フィルタ処理には、例えば、有限インパルス応答（ＦＩＲ：Finite Impulse Response）フィルタが用いられる。図６に、フィルタ前後の時間間隔（クランク角周期）の周波数スペクトルを示すように、フィルタ処理により、歯の製造ばらつき等により生じた高周波数の成分が低減される。また、後述するように、クランク角加速度αｄに基づいて算出される燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎから、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを減算することによっても、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの高周波数成分を除去できない場合でも、フィルタ処理によりクランク角加速度αｄの高周波成分を低減することにより、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの高周波数成分を低減できる。

例えば、ＦＩＲフィルタとして、式（３）に示す処理が行われる。

ここで、ΔＴｄｆ（ｎ）は、フィルタ後の時間間隔（クランク角周期）であり、Ｎは、フィルタ次数であり、ｂｊは、フィルタ係数である。

角度情報検出部５１は、未燃焼状態と燃焼状態との間で、同じフィルタ特性のフィルタ処理を行う。本例では、未燃焼状態と燃焼状態との間で、フィルタ次数Ｎ及び各フィルタ係数が同じ値に設定されている。この構成によれば、後述する未燃焼時の実軸トルクにより特定未燃焼時データが更新された場合に、未燃焼時の実軸トルクの高周波の誤差成分の除去状態と、燃焼時の実軸トルクの高周波の誤差成分の除去状態とを合わせることができる。よって、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎを算出する際に、燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄから未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを減算することにより、除去しきれていない高周波の誤差成分を相殺させることができ、高周波の誤差成分により、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの算出精度が低下することを抑制できる。

なお、時間間隔ΔＴｄに代えて、後述するクランク角速度ωｄ（ｎ）に対して、高周波の誤差成分を除去するフィルタ処理が行われてもよい。或いは、クランク角加速度αｄを算出する際に、フィルタ処理が行われなくてもよい。

なお、角度情報検出部５１は、フィルタ処理に代えて、又はフィルタ処理と共に、各角度識別番号ｎに対応して設定された補正係数Ｋｃ（ｎ）により、各角度識別番号ｎの時間間隔ΔＴｄ（ｎ）を補正するように構成されてもよい。補正係数Ｋｃ（ｎ）は、特許第６１６９２１４号に開示されている方法等により、時間間隔ΔＴｄ（ｎ）に基づいて学習されたり、製造時に適合により予め設定されたりする。

＜クランク角速度ωｄ、クランク角加速度αｄの算出＞
角度情報検出部５１は、角度間隔Δθｄおよびフィルタ後の時間間隔ΔＴｄｆに基づいて、検出角度θｄ又は角度区間Ｓｄのそれぞれに対応する、クランク角度θｄの時間変化率であるクランク角速度ωｄ、およびクランク角速度ωｄの時間変化率であるクランク角加速度αｄを算出する。

本実施の形態では、図７に示すように、角度情報検出部５１は、処理対象とする角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応する角度間隔Δθｄ（ｎ）及び時間間隔ΔＴｄｆ（ｎ）に基づいて、処理対象の角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ）を算出する。具体的には、角度情報検出部５１は、式（４）に示すように、処理対象の角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応する補正後の角度間隔Δθｄｃ（ｎ）をフィルタ後の時間間隔ΔＴｄｆ（ｎ）で除算して、クランク角速度ωｄ（ｎ）を算出する。

角度情報検出部５１は、処理対象とする検出角度θｄ（ｎ）の直前１つの角度区間Ｓｄ（ｎ）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ）およびフィルタ後の時間間隔ΔＴｄｆ（ｎ）、並びに処理対象の検出角度θｄ（ｎ）の直後１つの角度区間Ｓｄ（ｎ＋１）に対応するクランク角速度ωｄ（ｎ＋１）およびフィルタ後の時間間隔ΔＴｄｆ（ｎ＋１）に基づいて、処理対象の検出角度θｄ（ｎ）に対応するクランク角加速度αｄ（ｎ）を算出する。具体的には、角度情報検出部５１は、式（５）に示すように、直後のクランク角速度ωｄ（ｎ＋１）から直前のクランク角速度ωｄ（ｎ）を減算した減算値を、直後のフィルタ後の時間間隔ΔＴｄｆ（ｎ＋１）と直前のフィルタ後の時間間隔ΔＴｄｆ（ｎ）の平均値で除算して、クランク角加速度αｄ（ｎ）を算出する。

角度情報検出部５１は、角度識別番号ｎ、クランク角度θｄ（ｎ）、フィルタ前後の時間間隔ΔＴｄ（ｎ）、ΔＴｄｆ（ｎ）、クランク角速度ωｄ（ｎ）、クランク角加速度αｄ（ｎ）等の角度情報を、少なくとも燃焼行程以上の期間分、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。

１－２－２．実軸トルク演算部５２
実軸トルク演算部５２は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、クランク角加速度αｄの検出値、及びクランク軸系の慣性モーメントＩｃｒｋに基づいて、クランク軸にかかる実軸トルクＴｃｒｋｄを算出する。

演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊは、燃焼期間に対応して設定された演算対象のクランク角度範囲の各クランク角度に設定されている。

本実施の形態では、実軸トルク演算部５２は、次式に示すように、各クランク角度θｄ＿ｏｂｊ（ｎ）において、クランク角加速度αｄ（ｎ）の検出値に、クランク軸系の慣性モーメントＩｃｒｋを乗算して、実軸トルクＴｃｒｋｄ（ｎ）を算出する。

クランク軸系の慣性モーメントＩｃｒｋは、クランク軸２と一体回転する部材全体（例えば、クランク軸２、クランク３２、及びフライホイール２７等）の慣性モーメントであり、予め設定されている。

実軸トルク演算部５２は、対応する角度識別番号ｎ及びクランク角度θｄ（ｎ）等の角度情報と共に、算出した実軸トルクＴｃｒｋｄ（ｎ）を、少なくとも燃焼行程以上の期間分、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。

１－２－３．ガス圧トルク演算部５３
１－２－３－１．現在運転状態の未燃焼時の軸トルクの演算
＜現在運転状態の未燃焼時の軸トルクの算出原理＞
後述するように、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの算出には、算出が必要な全ての運転状態において、現在の運転状態において未燃焼である場合にクランク角速度ωｄの検出値に基づいて算出されるであろう軸トルク（現在運転状態の未燃焼時の軸トルクと称す）が必要になる。しかし、実用の運転時において、内燃機関が未燃焼状態になるのは、燃料カット等が実行される特定の運転状態のみである。そのため、未燃焼時の軸トルクを全ての運転状態において計測し、記憶するには、特別な基礎試験が必要である。内燃機関の製造時に、各内燃機関について基礎試験を行うのは、生産効率から困難である。一方、実用の運転時、又は内燃機関の製造時においても、燃料カットの実行時等の特定の運転状態では、実用上、未燃焼時の軸トルクを計測し、記憶することが可能である。

一方、クランク機構の物理モデル式を用いれば、算出が必要な全ての運転状態において、現在の運転状態において未燃焼であると仮定した場合の発生トルクを算出可能である。誤差がなければ、物理モデル式により算出した発生トルクと軸トルクとは一致するはずである。しかし、モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクに対して物理モデル式により算出された発生トルクにはズレが生じる。そこで、本願では、以下で説明するように、特定の運転状態で計測した未燃焼時の軸トルクと、特定の運転状態において物理モデル式を用いて算出した発生トルクとに基づいて、モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により生じたズレを把握し、現在の運転状態において物理モデル式を用いて算出した発生トルクに反映させることで、算出が必要な全ての運転状態において、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを精度よく算出する。

＜特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐの算出＞
ガス圧トルク演算部５３は、クランク角度θｄと、特定の運転状態における未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐとの関係が設定された特定未燃焼時データを参照し、演算対象の各クランク角度θｄに対応する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出する。

本実施の形態では、特定の運転状態には、特定のクランク角速度ω＿ｓｐ及び特定の筒内吸入気体量の状態が含まれる。特定の筒内吸入気体量の状態は、内燃機関が未燃焼状態である場合に頻度が一定以上高い筒内吸入気体量の状態に設定されている。例えば、特定の筒内吸入気体量の状態は、燃料カットが実施される筒内吸入気体量の状態に設定されている。燃料カットは、スロットルバルブが閉じられた場合に実行される。よって、特定の筒内吸入気体量の状態は、スロットルバルブが閉じられ、燃料カットが実施されている場合の筒内吸入気体量の状態に設定されるとよい。或いは、ハイブリッド車両の場合は、未燃焼状態において、モータにより内燃機関を回転駆動し、任意のクランク角速度及び任意の筒内吸入気体量の状態に設定できることから、特定の筒内吸入気体量の状態は、実現し易い筒内吸入気体量の状態に設定されるとよい。

複数の特定のクランク角速度ω＿ｓｐが設けられている。複数の特定のクランク角速度ω＿ｓｐは、間隔を空けて設定される。クランク角速度を［ｒｐｍ］に換算した場合は、複数の特定のクランク角速度ω＿ｓｐは、例えば、５００［ｒｐｍ］、１０００［ｒｐｍ］、１５００［ｒｐｍ］、２０００［ｒｐｍ］、・・・に設定される。特定の筒内吸入気体量の状態は、燃料カットが実行される筒内吸入気体量の状態に設定される。特定の筒内吸入気体量の状態は、複数の特定のクランク角速度ω＿ｓｐのそれぞれにおいて、燃料カットが実行される特定の筒内吸入気体量の状態に設定される。

特定未燃焼時データは、複数の特定の運転状態毎に設定されている。本実施の形態では、図９に示すように、複数の特定のクランク角速度ω＿ｓｐ毎に、特定未燃焼時データとして、クランク角度θｄと、特定の筒内吸入気体量の状態における未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐとの関係が設定されたマップデータが記憶装置９１に記憶されている。マップデータの代わりに多項式、ニューラルネットワーク等の近似関数が用いられてもよい。各特定の運転状態の特定未燃焼時データには、計測時の特定の筒内吸入気体量の状態（本例では、特定の吸気管内のガス圧Ｐｉｎ＿ｓｐ）も記憶されている。

特定未燃焼時データは、実験データに基づいて、予め設定され、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。本実施の形態では、特定未燃焼時データには、後述する未燃焼時軸トルク学習部５６により特定運転状態の未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄに基づいて更新されたものが用いられる。

ガス圧トルク演算部５３は、現在のクランク角速度ωｄの検出値に最も近い特定のクランク角速度の特定未燃焼時データを参照し、演算対象の各クランク角度θｄに対応する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出する。

或いは、ガス圧トルク演算部５３は、現在のクランク角速度ωｄの検出値に最も近い第１の特定のクランク角速度の特定未燃焼時データを参照し、演算対象の各クランク角度θｄに対応する第１の特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ＿１を算出し、現在のクランク角速度ωｄの検出値に２番目に近い第２の特定のクランク角速度の特定未燃焼時データを参照し、演算対象の各クランク角度θｄに対応する第２の特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ＿２を算出してもよい。そして、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θにおいて、現在のクランク角速度ωｄの検出値と第１の特定のクランク角速度との間の偏差と、現在のクランク角速度ωｄの検出値と第２の特定のクランク角速度との間の偏差との比に基づいて、第１の特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ＿１と第２の特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ＿２との間を線形補間して、最終的な特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出してもよい。この場合は、現在のクランク角速度ωｄの検出値が、最終的な特定のクランク角速度ω＿ｓｐになる。また、第１の特定のクランク角速度の特定未燃焼時データに対応する第１の特定の筒内吸入気体量の状態と、第２の特定のクランク角速度の特定未燃焼時データに対応する第２の特定の筒内吸入気体量の状態との間が、上記の比に基づいて線形補間された値が、最終的な特定の筒内吸入気体量の状態になる。

＜特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐの算出＞
ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、クランク機構の物理モデル式を用い、特定の運転状態であり、且つ、未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出する。ここで、特定の運転状態には、算出された特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐの測定時の運転状態が用いられる。

ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクを算出する物理モデル式を用い、特定の筒内吸入気体量の状態に基づいて、内燃機関が未燃焼状態であると仮定した場合の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐにより生じるガス圧トルクＴｇａｓ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出する。

ガス圧トルク演算部５３は、ガス圧をポリトロープ変化により計算する次式を用い、特定の筒内吸入気体量の状態として、筒内吸入気体量に比例する特定の吸気管内のガス圧Ｐｉｎ＿ｓｐ、及び演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに基づいて、各気筒ｉの未燃焼仮定の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐ＿ｉを算出する。ここで、特定の吸気管内のガス圧Ｐｉｎ＿ｓｐには、算出された特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐの測定時の吸気管内のガス圧が用いられ、算出に用いられた特定未燃焼時データに関連付けて記憶されている。

ここで、Ｎｐｌｙは、ポリトロープ指数であり、予め設定された値が用いられる。Ｖｃｙｌ０は、吸気弁の閉弁時の燃焼気筒のシリンダ容積であり、予め設定された値が用いられてもよいし、対応する特定未燃焼時データの計測時における、吸気可変バルブタイミング機構１４による吸気バルブの閉弁タイミングに応じて変化されてよい。Ｖｃｌｙ＿θ＿ｉは、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊにおける各気筒ｉのシリンダ容積である。Ｓｐは、ピストンの頂面の投影面積であり、ｒは、クランク長さであり、Ｌは、コンロッド長さである。なお、三角関数の演算に用いられる各気筒ｉの演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊ＿ｉには、各気筒ｉについて、圧縮行程の上死点が０度になるように、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊをシフトさせたクランク角度が用いられる。

式（７）の第２式の代わりに、クランク角度θｄと燃焼気筒のシリンダ容積Ｖｃｌｙ＿θとの関係が予め設定されたデータ（例えば、マップデータ、近似式等）が用いられてもよい。

そして、ガス圧トルク演算部５３は、ガス圧をトルクに変換する次式を用い、各気筒ｉの未燃焼仮定の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐ＿ｉ、及び各気筒ｉの演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊ＿ｉに基づいて、特定運転状態の未燃焼仮定のガス圧トルクＴｇａｓ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出する。

ここで、Ｒ＿ｉは、各気筒ｉのピストンに生じた力を、クランク軸回りのトルクに変換する変換係数である。なお、オフセットクランクの場合は、変換係数Ｒ＿ｉの算出に、オフセットが考慮されてもよい。Ｎは、気筒数であり、本実施の形態では、Ｎ＝３である。

ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、ピストンの往復運動により生じる慣性トルクを算出する物理モデル式を用い、特定の運転状態に含まれる特定のクランク角速度ω＿ｓｐに基づいて、ピストンの往復運動により生じる慣性トルクＴｉｎ＿ｓｐを算出する。ここで、特定のクランク角速度ω＿ｓｐには、算出された特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐの測定時のクランク角速度が用いられ、算出に用いられた特定未燃焼時データに関連付けて記憶されている。

ガス圧トルク演算部５３は、ピストンの加速度及びピストンの慣性力をトルクに変換する次式を用い、特定のクランク角速度ω＿ｓｐ、及び演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに基づいて、各気筒ｉのピストンの往復運動により生じる慣性トルクＴｉｎ＿ｓｐを算出する。

ここで、ｍｐは、ピストンの質量であり、αｐ＿ｓｐ＿ｉは、特定のクランク角速度ω＿ｓｐにおける、各気筒ｉのピストンの加速度であり、Ｒ＿ｉは、式（８）の第２式により算出される変換係数である。なお、慣性トルクＴｉｎ＿ｓｐに、コンロッドの慣性等により生じる慣性トルクが加算されてもよい。

そして、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、ガス圧トルクＴｇａｓ＿ｍｏｔ＿ｓｐと慣性トルクＴｉｎ＿ｓｐとを合計して、特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出する。

＜現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔの算出＞
ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、クランク機構の物理モデル式を用い、現在の運転状態において未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔを算出する。

ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクを算出する物理モデル式を用い、現在の筒内吸入気体量の状態に基づいて、内燃機関が未燃焼状態であると仮定した場合の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔにより生じるガス圧トルクＴｇａｓ＿ｍｏｔを算出する。

ガス圧トルク演算部５３は、ガス圧をポリトロープ変化により計算する次式を用い、現在の筒内吸入気体量の状態として、筒内吸入気体量に比例する現在の吸気管内のガス圧Ｐｉｎ、及び演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに基づいて、各気筒ｉの未燃焼仮定の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔ＿ｉを算出する。

現在の吸気管内のガス圧Ｐｉｎには、マニホールド圧センサ８の出力信号に基づいて検出された吸気マニホールド内の圧力が用いられる。吸気弁の閉弁時近傍で検出され圧力が用いられるとよいが、他の近いタイミングで検出された圧力、又は圧力の平均値が用いられてもよい。なお、現在の吸気管内のガス圧Ｐｉｎは、現在の筒内吸入空気量又は充填効率、及びＥＧＲ率等から逆算されてもよい。

そして、ガス圧トルク演算部５３は、ガス圧をトルクに変換する次式を用い、各気筒ｉの未燃焼仮定の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔ＿ｉ、及び各気筒ｉの演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊ＿ｉに基づいて、現在運転状態の未燃焼仮定のガス圧トルクＴｇａｓ＿ｍｏｔを算出する。

ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、クランク角速度ωｄの検出値に基づいて、ピストンの往復運動により生じる慣性トルクＴｉｎを算出する。

ガス圧トルク演算部５３は、ピストンの加速度を算出し、加速度により生じたピストンの慣性力をトルクに変換する次式を用い、クランク角速度ωｄの検出値、及び演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに基づいて、各気筒ｉのピストンの往復運動により生じる慣性トルクＴｉｎを算出する。

ここで、αｐ＿ｉは、各気筒ｉのピストンの加速度であり、Ｒ＿ｉは、式（１２）の第２式により算出される変換係数である。なお、慣性トルクＴｉｎに、コンロッドの慣性等により生じる慣性トルクが加算されてもよい。

そして、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、ガス圧トルクＴｇａｓ＿ｍｏｔと慣性トルクＴｉｎとを合計して、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔを算出する。

＜現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔの算出＞
ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ、及び特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐに基づいて、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔを補正して、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを算出する。

モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により、現在運転状態において未燃焼である場合にクランク角速度ωｄの検出値に基づいて算出されるであろう軸トルク（現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ）に対して現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔにはズレが生じる。上記の構成によれば、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ及び特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐに基づいて、モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により生じた、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐに対する特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐのズレを把握でき、モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により生じたズレを、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔに反映させ、算出が必要な全ての運転状態において、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを精度よく算出することができる。よって、算出される現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔは、モデル化誤差によるズレが補償され、実軸トルクＴｃｒｋｄと同様に、信号板の歯の製造誤差等により生じる高周波の誤差成分が重畳される。そして、精度よく算出された現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを用い、後述する燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎを精度よく算出することができる。

本実施の形態では、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、次式に示すように、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐから特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐを減算したトルク差を、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔに加算して、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを算出する。

この構成によれば、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐから特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐを減算したトルク差により、モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により生じたズレを算出でき、トルク差を現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔに加算することにより、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを精度よく算出することができる。

或いは、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、次式に示すように、特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐに対する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐのトルク比を、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔに乗算して、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを算出してもよい。

この構成によれば、定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐに対する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐのトルク比により、モデル化誤差及び信号板の歯の製造誤差等により生じたズレを算出でき、トルク比を現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔに乗算することにより、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを精度よく算出することができる。

１－２－３－２．燃焼時の外部負荷トルクの演算
＜外部負荷トルクの算出原理＞
図８に示すように、燃焼時の気筒内のガス圧は、未燃焼時の気筒内のガス圧よりも、燃焼による圧力上昇分だけ上昇する。次式に示すように、燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｂｒｎは、この燃焼の圧力上昇による軸トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎだけ、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔから増加する。この軸トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎは、未燃焼時の気筒内のガス圧から燃焼時の気筒内のガス圧まで上昇したガス圧上昇により生じた、ガス圧トルクの増加分であるため、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎと称す。未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔには、未燃焼時の各気筒内のガス圧がピストンを押す力によりクランク軸にかかるトルクであるガス圧トルク、及び各気筒のピストンの往復慣性によりクランク軸にかかるトルクである往復慣性トルクが含まれる。また、後述するように、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔには、燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎが含まれていないため、次式に示すように、燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎを減算する必要がある。外部負荷トルクＴｌｏａｄは、内燃機関の外部からクランク軸にかかるトルクである。外部負荷トルクＴｌｏａｄには、車輪に連結される動力伝達機構から内燃機関に伝達される車両の走行抵抗及び摩擦抵抗、並びにクランク軸に連結されるオルタネータ等の補機負荷等が含まれる。

上死点近傍では、コンロッド及びクランクが一直線になり、気筒内のガス圧がピストンを押す力により、軸トルクＴｃｒｋが生じない。よって、圧縮行程の上死点近傍では、燃焼による軸トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎが０になる。よって、式（１７）を変形した次式に示すように、上死点近傍の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｔｄｃから、今回の燃焼時の上死点近傍の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎ＿ｔｄｃを減算することで、今回の燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎを算出できる。

外部負荷トルクＴｌｏａｄは、行程周期では大きく変動しないため、上死点近傍で算出した外部負荷トルクＴｌｏａｄを、燃焼期間に対応する演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊで用いることができる。

なお、本願において、燃焼状態及び燃焼時は、制御装置５０が、燃焼行程で燃料を燃焼させるように制御している状態及び時であり、未燃焼状態及び未燃焼時は、制御装置５０が、燃焼行程で燃料を燃焼させないように制御している状態及び時である。

＜外部負荷トルクの算出＞
ガス圧トルク演算部５３は、燃焼行程の上死点近傍のクランク角度において算出された、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ及び燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎに基づいて、内燃機関の外部からクランク軸にかかるトルクである外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎを算出する。ここで、上死点近傍は、例えば、上死点前１０度から上死点後１０度までの角度区間内である。例えば、上死点近傍のクランク角度θｄ＿ｔｄｃは、上死点のクランク角度に予め設定されている。

本実施の形態では、式（１８）を用いて説明したように、ガス圧トルク演算部５３は、次式に示すように、上死点近傍の現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｔｄｃから、上死点近傍の燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎ＿ｔｄｃを減算して、燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎを算出する。

１－２－３－３．燃焼によるガス圧トルクの増加分の演算
式（１７）を変形した次式に示すように、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎは、燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｂｒｎから、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを減算し、燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎを加算することにより算出できる。

そこで、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔと、燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎと、外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎとに基づいて、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクの内、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎを算出する。

本実施の形態では、式（２０）を用いて説明したように、ガス圧トルク演算部５３は、次式に示すように、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎから、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを減算し、外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎを加算して、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎを算出する。

上述したように現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔは、モデル化誤差が補償され、実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎと同様に、信号板の歯の製造誤差等により生じる高周波の誤差成分が重畳される。上記の構成によれば、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの算出には、燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎ及び未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔが用いられる。よって、特許文献１の式（１５）のように、クランク機構の物理モデル式が直接的に用いられていなので、モデル化誤差を低減することができる。また、特許文献１の式（１５）では、高周波の誤差成分が重畳している燃焼時の実軸トルクから、高周波の誤差成分が重畳していない未燃焼仮定の発生トルクが減算されているので、算出される燃焼時の気筒内の圧力には高周波の誤差成分が重畳する。一方、上記の構成によれば、燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎに含まれる高周波の誤差成分と、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔに含まれる高周波の誤差成分とを、互いに打ち消し合わせることができ、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎから高周波の誤差成分を低減させることができる。従って、クランク角加速度αｄの検出値に高周波の誤差成分が含まれ、クランク機構のモデル化が容易でない場合でも、燃焼状態に関連するパラメータの推定精度を向上させることができる。

また、燃焼行程の上死点近傍では燃焼気筒のガス圧トルクがほぼ０になるため、上死点近傍の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｔｄｃと、上死点近傍の燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎ＿ｔｄｃとに基づいて、少ない演算負荷で、外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎを算出することができる。そして、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔと、燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎと、外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎとに基づいて、少ない演算負荷で、燃焼状態に関連するパラメータとして、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎを算出することができる。従って、クランク角加速度αｄの検出値に高周波の誤差成分が含まれ、クランク機構のモデル化が容易でない場合でも、燃焼状態に関連するパラメータの推定精度が低下することを抑制しつつ、演算負荷を低減できる。

＜演算対象のクランク角度の設定＞
ガス圧トルク演算部５３は、燃焼期間に対応して設定された演算対象のクランク角度範囲の各クランク角度θｄを、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに順番に設定し、設定した各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎを算出するための各演算処理を行う。

例えば、各クランク角度の燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎは、各気筒の燃焼行程が終了するごとに、記憶装置９１に記憶された各クランク角度θｄの検出値及び演算値に基づいて、まとめて演算されてもよいし、各クランク角度θｄが検出されるごとに、演算されてもよい。

ガス圧トルク演算部５３は、対応する角度識別番号ｎ及びクランク角度θｄ等の角度情報と共に、各クランク角度θｄで算出した特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ、特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐ、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ、及び燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎ等の各演算値を、少なくとも燃焼期間以上の期間分、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。

＜未燃焼時の軸トルクに含まれる外部負荷トルク＞
次式に示すように、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔに、未燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｍｏｔが含まれると、式（１９）により算出される燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎに、未燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｍｏｔによる誤差が含まれる。

しかし、この場合でも、次式に示すように、式（２１）による燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの算出時に、燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎに含まれる未燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｍｏｔの誤差が、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔに含まれる未燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｍｏｔにより相殺され、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの算出精度は低下しない。よって、未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔには、未燃焼時の外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｍｏｔが含まれてもよいし、含まれなくてもよい。

１－２－４．燃焼状態推定部５４
燃焼状態推定部５４は、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎに基づいて内燃機関の燃焼状態を推定する。

本実施の形態では、燃焼状態推定部５４は、筒内圧演算部５４１、及び燃焼パラメータ演算部５４２を備えている。

１－２－４－１．筒内圧演算部５４１
＜未燃焼時の気筒内のガス圧の算出＞
筒内圧演算部５４１は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、現在の筒内吸入気体量の状態（本例では、現在の吸気管内のガス圧Ｐｉｎ）に基づいて、未燃焼であると仮定した場合の演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊにおける未燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔを算出する。本実施の形態では、筒内圧演算部５４１は、上述した式（１１）を用いて、未燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔを算出する。上記の式（１１）の算出結果が用いられてもよい。

＜燃焼時の気筒内のガス圧の算出＞
そして、筒内圧演算部５４１は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、未燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔと、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎとに基づいて、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎを算出する。

本実施の形態では、筒内圧演算部５４１は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎに基づいて、燃焼による気筒内のガス圧の増加分ΔＰｃｙｌ＿ｂｒｎを算出する。例えば、筒内圧演算部５４１は、次式に示を用いて、燃焼による気筒内のガス圧の増加分ΔＰｃｙｌ＿ｂｒｎを算出する。

ここで、Ｒ＿ｂｒｎは、燃焼気筒のピストンに生じた力をトルクに変換する変換係数であり、燃焼気筒の演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊ＿ｂｒｎには、燃焼気筒の圧縮行程の上死点が０度になるように、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊをシフトさせたクランク角度が用いられる。

そして、筒内圧演算部５４１は、次式に示すように、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、未燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔと燃焼による気筒内のガス圧の増加分ΔＰｃｙｌ＿ｂｒｎとを加算して、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎを算出する。

筒内圧演算部５４１は、燃焼期間に対応して設定された演算対象のクランク角度範囲の各クランク角度θｄを、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに順番に設定し、設定した各クランク角度θｄにおいて、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎを算出する演算処理を行う。

例えば、各クランク角度の燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎは、各気筒の燃焼行程が終了するごとに、記憶装置９１に記憶された各クランク角度θｄの検出値及び演算値に基づいて、まとめて演算されてもよいし、各クランク角度θｄが検出されるごとに、演算されてもよい。

筒内圧演算部５４１は、対応する角度識別番号ｎ及びクランク角度θｄ等の角度情報と共に、算出した燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎを、少なくとも燃焼期間以上の期間分、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。

１－２－４－２．燃焼パラメータ演算部５４２
燃焼パラメータ演算部５４２は、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎに基づいて、燃焼状態を表す燃焼パラメータを算出する。例えば、燃焼パラメータとして、熱発生率、質量燃焼割合ＭＦＢ、及び図示平均有効圧力ＩＭＥＰの少なくとも１つ以上が算出される。なお、他の種類の燃焼パラメータが算出されてもよい。

本実施の形態では、燃焼パラメータ演算部５４２は、式（２６）を用い、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、単位クランク角度当たりの熱発生率ｄＱ／ｄθｄを算出する。

ここで、κは、比熱比であり、Ｖｃｌｙ＿θは、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊにおける燃焼気筒のシリンダ容積であり、式（７）の第２式を用いて説明したように算出される。燃焼パラメータ演算部５４２は、燃焼期間に対応して設定された演算対象のクランク角度範囲の各クランク角度θｄを、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに順番に設定し、設定した各クランク角度θｄにおいて、熱発生率ｄＱ／ｄθｄを算出する演算処理を行う。算出された各演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊの熱発生率ｄＱ／ｄθｄは、他の演算値と同様に、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶される。

燃焼パラメータ演算部５４２は、式（２７）を用い、熱発生率ｄＱ／ｄθｄを、燃焼開始角度θ０から演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊまで積分した区間積分値を、燃焼角度区間全体に亘って熱発生率ｄＱ／ｄθｄを積分した全積分値Ｑ０で除算して、各演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊの質量燃焼割合ＭＦＢを算出する。燃焼パラメータ演算部５４２は、燃焼期間に対応して設定された演算対象のクランク角度範囲の各クランク角度θｄを、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに順番に設定し、設定した各クランク角度θｄにおいて、質量燃焼割合ＭＦＢを算出する演算処理を行う。算出された各演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊの質量燃焼割合ＭＦＢは、他の演算値と同様に、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶される。

燃焼パラメータ演算部５４２は、各燃焼気筒について、式（２８）を用い、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎを、燃焼気筒のシリンダ容積Ｖｃｌｙ＿θについて積分し、図示平均有効圧力ＩＭＥＰを算出する。

ここで、Ｖｃｙｌａｌｌは、行程容積であり、Ｖｃｙｌｓは、積分開始のシリンダ容積であり、Ｖｃｌｙｅは、積分終了のシリンダ容積である。積分を行う容積区間は、４行程に対応する容積区間に設定されてよいし、少なくとも燃焼行程に対応する容積区間に設定されてもよい。Ｖｃｌｙ＿θは、式（７）の第２式に示すように、クランク角度θｄに基づいて算出される。燃焼パラメータ演算部５４２は、各クランク角度θｄを、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに順番に設定し、設定した各クランク角度θｄにおいて、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎの積分処理を行う。

１－２－５．燃焼制御部５５
燃焼制御部５５は、燃焼パラメータに基づいて、少なくとも点火時期及びＥＧＲ量の一方又は双方を変化させる燃焼制御を行う。本実施の形態では、燃焼制御部５５は、質量燃焼割合ＭＦＢが０．５（５０％）になるクランク角度θｄ（燃焼中心角度と称す）を判定し、燃焼中心角度が予め設定された目標角度に近づくように、少なくとも点火時期及びＥＧＲ量の一方又は双方を変化させる。例えば、燃焼制御部５５は、燃焼中心角度が目標角度よりも遅角側である場合は、点火時期を進角側に変化させる、又はＥＧＲバルブ２２の開度を増加させてＥＧＲ量を増加させる。なお、ＥＧＲ量を増加させれば、燃焼速度が緩やかになり、燃焼中心角度が進角側に変化する。一方、燃焼制御部５５は、燃焼中心角度が目標角度よりも進角側である場合は、点火時期を遅角側に変化させる、又はＥＧＲバルブ２２の開度を減少させてＥＧＲ量を減少させる。

或いは、燃焼制御部５５は、熱発生率ｄＱ／ｄθｄが最大値になるクランク角度θｄを判定し、当該クランク角度θｄが予め設定された目標角度に近づくように、少なくとも点火時期及びＥＧＲ量の一方又は双方を変化させるように構成されてもよい。

或いは、燃焼制御部５５は、図示平均有効圧力ＩＭＥＰが、運転状態毎に設定された目標値に近づくように、少なくとも点火時期及びＥＧＲ量の一方又は双方を変化させるように構成されてもよい。

燃焼状態に関係する他の制御パラメータ（例えば、吸気バルブの開閉タイミング、排気バルブの開閉タイミング）が変化されてもよい

１－２－６．未燃焼時軸トルク学習部５６
未燃焼時軸トルク学習部５６は、内燃機関の未燃焼状態であり、特定の運転状態において、各クランク角度θｄにおいて演算された未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄにより、特定未燃焼時データを更新する。

上述したように、特定の運転状態に含まれる特定の筒内吸入気体量の状態は、内燃機関が未燃焼状態である場合に頻度が一定以上高い筒内吸入気体量の状態に設定されている。また、特定の運転状態に含まれる特定の筒内吸入気体量の状態は、燃料カットが実施される筒内吸入気体量の状態に設定されている。本実施の形態では、未燃焼時軸トルク学習部５６は、未燃焼状態であり、現在の運転状態が、複数の特定未燃焼時データに対応する特定の運転状態（特定のクランク角速度、特定の筒内吸入気体量の状態）のいずれかに一致した場合に、算出した未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄにより、運転状態が一致した特定未燃焼時データを更新する。

本実施の形態では、未燃焼時軸トルク学習部５６は、記憶装置９１に記憶されている更新対象の特定未燃焼時データを参照し、更新対象のクランク角度θｄに対応する未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐを読み出し、読み出した未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐが、更新対象のクランク角度θｄで演算された未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄに近づくように、記憶装置９１に記憶されている特定未燃焼時データに設定されている更新対象のクランク角度θｄの未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐを変化させる。

実験データに基づいて予め設定され、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等に記憶されている初期の特定未燃焼時データからの変化分は、変化分の特定未燃焼時データとしてバックアップＲＡＭ等に記憶され、更新されるとよい。そして、予め設定された初期の特定未燃焼時データから読み出された値と、変化分の特定未燃焼時データから読み出された値との合計値が、最終的な未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋとして用いられるとよい。

なお、変化分の特定未燃焼時データは、初期の特定未燃焼時データと同様に、複数の特定のクランク角速度毎に設定される。特定未燃焼時データ、又は変化分の特定未燃焼時データに、ニューラルネットワークが用いられる場合は、未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ等が教師データに設定され、バックプロパゲーション等によりニューラルネットワークが学習される。

更新に用いられる未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄには、行程周期よりも長い周期の成分を減衰させるハイパスフィルタ処理が行われてよい。このハイパスフィルタ処理により、未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄに含まれる外部負荷トルクＴｌｏａｄを低減することができ、外部負荷トルクＴｌｏａｄの変動により、更新された特定未燃焼時データが変動することを抑制できる。

未燃焼時軸トルク学習部５６は、未燃焼状態の特定の運転状態における複数回の燃焼行程において各クランク角度θｄで演算された複数回の未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄに対して統計処理を行った値により、特定未燃焼時データに設定されている各クランク角度θｄの未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを更新してもよい。統計処理値として、平均値、中央値などが用いられる。例えば、特定未燃焼時データに設定されている各クランク角度θｄの未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔが、各クランク角度θｄの統計処理値に置き換えられる、又は近づけられる。

或いは、未燃焼時軸トルク学習部５６は、未燃焼状態の特定の運転状態における各クランク角度θｄで演算された未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄに対して、クランク角度θｄごとにローパスフィルタ処理を行った値により、特定未燃焼時データに設定されている各クランク角度θｄの未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを更新する。各クランク角度θｄについて、個別に、フィルタ処理が行われ、フィルタ値が算出される。ローパスフィルタ処理には、例えば、上述した有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ、一次遅れフィルタ等が用いられる。特定未燃焼時データに設定されている各クランク角度θｄの未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔが、各クランク角度θｄのフィルタ値に置き換えられる、又は近づけられる。

＜処理全体の概略フローチャート＞
本実施の形態に係る制御装置５０の概略的な処理の手順（内燃機関の制御方法）について、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。図１０のフローチャートの処理は、演算処理装置９０が記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、例えば、クランク角度θｄを検出する毎、又は所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ０１で、上述したように、角度情報検出部５１は、第２クランク角センサ６の出力信号に基づいて、クランク角度θｄ、クランク角速度ωｄ、及びクランク角加速度αｄを検出する角度情報検出処理（角度情報検出ステップ）を実行する。

ステップＳ０２で、上述したように、実軸トルク演算部５２は、クランク角加速度αｄの検出値、及びクランク軸系の慣性モーメントＩｃｒｋに基づいて、クランク軸にかかる実軸トルクＴｃｒｋｄを算出する実軸トルク演算処理（実軸トルク演算ステップ）を実行する。

ステップＳ０３で、制御装置５０は、内燃機関の燃焼状態であるか、内燃機関の未燃焼状態であるかを判定し、燃焼状態である場合は、ステップＳ０４に進み、未燃焼状態である場合は、ステップＳ０８に進む。ここで、燃焼状態及び燃焼時は、制御装置５０が、燃焼行程で燃料を燃焼させるように制御している状態及び時であり、未燃焼状態及び未燃焼時は、制御装置５０が、燃焼行程で燃料を燃焼させないように制御している状態及び時である。

ステップＳ０４で、上述したように、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、クランク角度θｄと、特定の運転状態における未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐとの関係が設定された特定未燃焼時データを参照し、演算対象の各クランク角度θｄに対応する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出する。ステップＳ０５で、上述したように、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、クランク機構の物理モデル式を用い、特定の運転状態であり、且つ、未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐを算出する。

ステップＳ０６で、上述したように、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、クランク機構の物理モデル式を用い、現在の運転状態において未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔを算出する。ステップＳ０７で、上述したように、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、特定運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ、及び特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐに基づいて、現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクＴｃａｌ＿ｍｏｔを補正して、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔを算出する。

ステップＳ０８で、上述したように、ガス圧トルク演算部５３は、燃焼行程の上死点近傍のクランク角度において算出された、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔ及び燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎに基づいて、内燃機関の外部からクランク軸にかかるトルクである外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎを算出する。ステップＳ０９で、上述したように、ガス圧トルク演算部５３は、演算対象の各クランク角度θｄ＿ｏｂｊにおいて、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクＴｃｒｋ＿ｍｏｔと、燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄ＿ｂｒｎと、外部負荷トルクＴｌｏａｄ＿ｂｒｎとに基づいて、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクの内、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎを算出する。

燃焼期間に対応して設定された演算対象のクランク角度範囲の各クランク角度θｄを、演算対象のクランク角度θｄ＿ｏｂｊに順番に設定し、設定した各クランク角度θｄにおいて、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎを算出する演算処理を行う。この燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの演算処理は、各クランク角度θｄの検出時点で、順番に行われてもよいし、１回の燃焼行程の終了後にまとめて行われてもよい。このステップＳ０４からステップＳ０９の処理を、ガス圧トルク演算処理（ガス圧トルク演算ステップ）と称す。

ステップＳ１０で、上述したように、燃焼状態推定部５４は、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎに基づいて内燃機関の燃焼状態を推定する燃焼状態推定処理（燃焼状態推定ステップ）を実行する。

ステップＳ１１で、上述したように、燃焼制御部５５は、燃焼パラメータに基づいて、少なくとも点火時期及びＥＧＲ量の一方又は双方を変化させる燃焼制御処理（燃焼制御ステップ）を実行する。

一方、内燃機関の未燃焼状態である場合は、ステップＳ１２で、上述したように、未燃焼時軸トルク学習部５６は、内燃機関の未燃焼状態であり、特定の運転状態において、各クランク角度θｄにおいて演算された未燃焼時の実軸トルクＴｃｒｋｄにより、特定未燃焼時データを更新する未燃焼時軸トルク学習処理（未燃焼時軸トルク学習ステップ）を実行する。

〔その他の実施の形態〕
本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施の形態１においては、第２クランク角センサ６の出力信号に基づいて、クランク角度θｄ、クランク角速度ωｄ、及びクランク角加速度αｄが検出される場合を例に説明した。しかし、第１クランク角センサ１１の出力信号に基づいて、クランク角度θｄ、クランク角速度ωｄ、及びクランク角加速度αｄが検出されてもよい。

（２）上記の実施の形態１においては、気筒数が３つの３気筒エンジンが用いられる場合を例に説明した。しかし、任意の気筒数（例えば、１気筒、２気筒、４気筒、６気筒）のエンジンが用いられてもよい。

（３）上記の実施の形態１においては、内燃機関１は、ガソリンエンジンとされている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関１は、ディーゼルエンジン、ＨＣＣＩ燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）を行うエンジン等の各種の内燃機関とされてもよい。

（４）上記の実施の形態１では、制御装置５０は、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎ等に基づいて、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎを算出し、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎに基づいて、熱発生率及び質量燃焼割合ＭＦＢの一方又は双方の燃焼パラメータを算出し、内燃機関の燃焼状態を推定する場合を例に説明した。しかし、制御装置５０は、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎ及び燃焼パラメータを算出することなく、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎの挙動（例えば、燃焼行程の積算値、燃焼行程のピーク値、ピーク値のクランク角度等）に基づいて、燃焼状態を推定してもよい。或いは、制御装置５０は、燃焼パラメータを算出することなく、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎの挙動（例えば、燃焼行程の積算値、燃焼行程のピーク値、ピーク値のクランク角度等）に基づいて、燃焼状態を推定してもよい。

（５）上記の実施の形態１においては、制御装置５０は、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎに基づいて、熱発生率及び質量燃焼割合を算出し、燃焼制御を行うように構成されている場合を例に説明した。しかし、制御装置５０は、燃焼によるガス圧トルクの増加分ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎ、燃焼時の気筒内のガス圧Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎ、又は熱発生率に基づいて、燃焼気筒の失火検出等の他の制御を行うように構成されてもよい。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１ 内燃機関、２ クランク軸、５ ピストン、６ 第２クランク角センサ（クランク角センサ）、７ 気筒、９ コンロッド、３２ クランク、５０ 内燃機関の制御装置、５１ 角度情報検出部、５２ 実軸トルク演算部、５３ ガス圧トルク演算部、５４ 燃焼状態推定部、５４１ 筒内圧演算部、５４２ 燃焼パラメータ演算部、５５ 燃焼制御部、５６ 未燃焼時軸トルク学習部、Ｉｃｒｋ 慣性モーメント、ＭＦＢ 質量燃焼割合、Ｐｃｙｌ＿ｂｒｎ 燃焼時の気筒内のガス圧、Ｐｃｙｌ＿ｍｏｔ 未燃焼時の気筒内のガス圧、Ｐｉｎ 吸気管内のガス圧、Ｐｉｎ＿ｓｐ 特定の吸気管内のガス圧、Ｔｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｓｐ 特定運転状態の未燃焼時の軸トルク、Ｔｃａｌ＿ｍｏｔ＿ｓｐ 特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルク、Ｔｃａｌ＿ｍｏｔ 現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルク、Ｔｃｒｋ＿ｍｏｔ 現在運転状態の未燃焼時の軸トルク、Ｔｃｒｋ＿ｍｏｔ＿ｔｄｃ 上死点近傍の未燃焼時の軸トルク、Ｔｃｒｋｄ 実軸トルク、Ｔｃｒｋｄ＿ｂｒｎ 燃焼時の実軸トルク、Ｔｃｒｋｄ＿ｂｒｎ＿ｔｄｃ 上死点近傍の燃焼時の実軸トルク、Ｔｌｏａｄ＿ｂｒｎ 燃焼時の外部負荷トルク、ΔＴｇａｓ＿ｂｒｎ 燃焼によるガス圧トルクの増加分、αｄ クランク角加速度、θｄ クランク角度、θｄ＿ｏｂｊ 演算対象のクランク角度、θｄ＿ｔｄｃ 上死点近傍のクランク角度、ωｄ クランク角速度

Claims (16)

1. クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度、クランク角速度及びクランク角加速度を検出する角度情報検出部と、
   演算対象の各クランク角度において、クランク角加速度の検出値、及びクランク軸系の慣性モーメントに基づいて、クランク軸にかかる実軸トルクを算出する実軸トルク演算部と、
   クランク角度と、特定の運転状態における未燃焼時の軸トルクとの関係が設定された特定未燃焼時データを参照し、前記演算対象の各クランク角度に対応する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
   前記演算対象の各クランク角度において、クランク機構の物理モデル式を用い、前記特定の運転状態であり、且つ、未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
   前記演算対象の各クランク角度において、クランク機構の物理モデル式を用い、現在の運転状態において未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
   前記演算対象の各クランク角度において、前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルク、及び前記特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに基づいて、前記現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを補正して、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
   燃焼行程の上死点近傍のクランク角度において算出された、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルク及び前記実軸トルクに基づいて、内燃機関の外部からクランク軸にかかるトルクである外部負荷トルクを算出し、
   前記演算対象の各クランク角度において、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルクと、燃焼時の前記実軸トルクと、前記外部負荷トルクとに基づいて、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクの内、燃焼によるガス圧トルクの増加分を算出するガス圧トルク演算部と、
   を備えた内燃機関の制御装置。
2. 前記ガス圧トルク演算部は、前記演算対象の各クランク角度において、前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルクから前記特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを減算したトルク差を、前記現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに加算して、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記ガス圧トルク演算部は、前記演算対象の各クランク角度において、前記特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに対する前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルクのトルク比を、前記現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに乗算して、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ガス圧トルク演算部は、前記演算対象の各クランク角度において、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクを算出する物理モデル式を用い、前記特定の運転状態に含まれる特定の筒内吸入気体量の状態に基づいて、内燃機関が未燃焼状態であると仮定した場合の気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクを算出し、ピストンの往復運動により生じる慣性トルクを算出する物理モデル式を用い、前記特定の運転状態に含まれる特定のクランク角速度に基づいて、ピストンの往復運動により生じる慣性トルクを算出し、当該ガス圧トルクと当該慣性トルクとを合計して、前記特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
   前記演算対象の各クランク角度において、前記ガス圧トルクを算出する物理モデル式を用い、前記現在の筒内吸入気体量の状態に基づいて、内燃機関が未燃焼状態であると仮定した場合の気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクを算出し、ピストンの往復運動により生じる慣性トルクを算出する物理モデル式を用い、前記クランク角速度の検出値に基づいて、ピストンの往復運動により生じる慣性トルクを算出し、当該ガス圧トルクと当該慣性トルクとを合計して、前記現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出する請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記特定の運転状態に含まれる特定の筒内吸入気体量の状態は、内燃機関が未燃焼状態である場合に頻度が一定以上高い筒内吸入気体量の状態に設定されている請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記特定の運転状態に含まれる特定の筒内吸入気体量の状態は、燃料カットが実施される筒内吸入気体量の状態に設定されている請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記特定の運転状態には特定のクランク角速度が含まれ、
   前記特定未燃焼時データは、複数の特定のクランク角速度ごとに設定されており、
   前記ガス圧トルク演算部は、前記クランク角速度の検出値に最も近い前記特定のクランク角速度の前記特定未燃焼時データを参照し、前記演算対象の各クランク角度に対応する前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出する請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記特定の運転状態には特定のクランク角速度が含まれ、
   前記特定未燃焼時データは、複数の特定のクランク角速度ごとに設定されており、
   前記ガス圧トルク演算部は、前記クランク角速度の検出値に最も近い第１の前記特定のクランク角速度の前記特定未燃焼時データを参照し、前記演算対象の各クランク角度に対応する第１の前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
   前記クランク角速度の検出値に２番目に近い第２の前記特定のクランク角速度の前記特定未燃焼時データを参照し、前記演算対象の各クランク角度に対応する第２の前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
   前記演算対象の各クランク角度において、前記クランク角速度の検出値と第１の前記特定のクランク角速度との間の偏差と、前記クランク角速度の検出値と第２の前記特定のクランク角速度との間の偏差との比に基づいて、第１の前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルクと第２の前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルクとの間を線形補間して、最終的な前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出する請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 内燃機関の未燃焼状態であり、前記特定の運転状態において、各クランク角度において演算された未燃焼時の前記実軸トルクにより、前記特定未燃焼時データを更新する未燃焼時軸トルク学習部を備えた請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記未燃焼時軸トルク学習部は、未燃焼状態の前記特定の運転状態における複数回の燃焼行程において各クランク角度で演算された複数回の未燃焼時の前記実軸トルクに対して統計処理を行った値により、前記特定未燃焼時データに設定されている各クランク角度の前記未燃焼時の軸トルクを更新する請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記未燃焼時軸トルク学習部は、未燃焼状態の前記特定の運転状態における各クランク角度で演算された未燃焼時の前記実軸トルクに対して、クランク角度ごとにローパスフィルタ処理を行った値により、前記特定未燃焼時データに設定されている各クランク角度の前記未燃焼時の軸トルクを更新する請求項９又は１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記燃焼によるガス圧トルクの増加分に基づいて内燃機関の燃焼状態を推定する燃焼状態推定部を備えた請求項１から１１のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記演算対象の各クランク角度において、現在の筒内吸入気体量の状態に基づいて、未燃焼であると仮定した場合の未燃焼時の気筒内のガス圧を算出し、
    前記演算対象の各クランク角度において、前記未燃焼時の気筒内のガス圧と、前記燃焼によるガス圧トルクの増加分とに基づいて、燃焼時の気筒内のガス圧を算出する筒内圧演算部を備えた請求項１から１２のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記燃焼時の気筒内のガス圧に基づいて、燃焼状態を表す燃焼パラメータを算出する燃焼パラメータ演算部と、
    前記燃焼パラメータに基づいて、少なくとも点火時期及びＥＧＲ量の一方又は双方を変化させる燃焼制御部と、を備えた請求項１３に記載の内燃機関の制御装置。
15. 前記演算対象の各クランク角度は、燃焼期間に対応して設定された演算対象のクランク角度範囲の各クランク角度に設定されている請求項１から１４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
16. クランク角センサの出力信号に基づいて、クランク角度、クランク角速度及びクランク角加速度を検出する角度情報検出ステップと、
    演算対象の各クランク角度において、クランク角加速度の検出値、及びクランク軸系の慣性モーメントに基づいて、クランク軸にかかる実軸トルクを算出する実軸トルク演算ステップと、
    クランク角度と、特定の運転状態における未燃焼時の軸トルクとの関係が設定された特定未燃焼時データを参照し、前記演算対象の各クランク角度に対応する特定運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
    前記演算対象の各クランク角度において、クランク機構の物理モデル式を用い、前記特定の運転状態であり、且つ、未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
    前記演算対象の各クランク角度において、クランク機構の物理モデル式を用い、現在の運転状態において未燃焼であると仮定した場合における、気筒内のガス圧及びピストンの往復運動により生じるトルクである現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを算出し、
    前記演算対象の各クランク角度において、前記特定運転状態の未燃焼時の軸トルク、及び前記特定運転状態の未燃焼仮定の発生トルクに基づいて、前記現在運転状態の未燃焼仮定の発生トルクを補正して、現在運転状態の未燃焼時の軸トルクを算出し、
    燃焼行程の上死点近傍のクランク角度において算出された、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルク及び前記実軸トルクに基づいて、内燃機関の外部からクランク軸にかかるトルクである外部負荷トルクを算出し、
    前記演算対象の各クランク角度において、前記現在運転状態の未燃焼時の軸トルクと、燃焼時の前記実軸トルクと、前記外部負荷トルクとに基づいて、気筒内のガス圧により生じるガス圧トルクの内、燃焼によるガス圧トルクの増加分を算出するガス圧トルク演算ステップと、
    を備えた内燃機関の制御方法。

Images