(57)【要約】【課題】  過給機を備える内燃機関システムを、安価な装置構成で、より高い精度にて制御することが可能な、内燃機関システム制御装置を提供する。【解決手段】  内燃機関システムにおける定常運転状態での筒内吸入空気流量と過給圧との関係である吸気量−過給圧定常関係と、過給圧取得手段による過給圧取得値と、に基づいて、定常運転状態にて過給圧が過給圧取得値と一致すると仮定した場合の筒内吸入空気流量である暫定吸入空気量を取得する。定常運転状態での筒内吸入空気流量とコンプレッサの回転数との関係である吸気量−回転数定常関係と、筒内吸入空気流量取得手段により取得された筒内吸入空気流量と、暫定吸入空気量と、に基づいて、コンプレッサ回転数を推定する。【選択図】  図１０
2010174710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の内部に設けられた気筒と接続された、吸気通路と、
前記吸気通路における前記気筒との接続部である吸気ポートを開閉するように前記内燃機関に設けられた、吸気弁と、
前記吸気通路に介装されていて当該吸気通路における流路断面積を調整可能な、スロットル弁と、
前記吸気通路における前記スロットル弁よりも上流側にて当該吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する、過給機と、
を備えた内燃機関システムを制御する、内燃機関システム制御装置であって、
前記吸気通路と前記スロットル弁と前記コンプレッサと前記吸気弁とを含む吸気系における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された計算モデルを用いて、前記気筒内に流入する空気の流量である筒内吸入空気流量を取得する、筒内吸入空気流量取得手段と、
前記吸気系における空気の挙動に関する他の物理法則に基づいて構築された他の計算モデルを用いて、前記コンプレッサによって圧縮された空気の圧力に対応する過給圧を取得する、過給圧取得手段と、
前記内燃機関システムにおける定常運転状態での前記筒内吸入空気流量と前記過給圧との関係である吸気量−過給圧定常関係と、前記過給圧取得手段による過給圧取得値と、に基づいて、前記定常運転状態にて前記過給圧が前記過給圧取得値と一致すると仮定した場合の前記筒内吸入空気流量である暫定吸入空気量を取得する、暫定吸入空気量取得手段と、
前記定常運転状態での前記筒内吸入空気流量と前記コンプレッサの回転数との関係である吸気量−回転数定常関係と、前記筒内吸入空気流量取得手段により取得された前記筒内吸入空気流量と、前記暫定吸入空気量と、に基づいて、前記回転数を推定する、コンプレッサ回転数推定手段と、
を備えたことを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記コンプレッサ回転数推定手段は、
前記筒内吸入空気流量取得手段により取得された前記筒内吸入空気流量と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記回転数の暫定値である第一暫定回転数を取得する、第一暫定回転数取得手段と、
前記暫定吸入空気量と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記回転数の他の暫定値である第二暫定回転数を取得する、第二暫定回転数取得手段と、
前記第一暫定回転数及び前記第二暫定回転数に基づいて、過渡的な前記回転数の変化を推定することで、前記回転数の推定値を取得する、回転数推定値取得手段と、
を備えたことを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の、内燃機関システム制御装置において、
前記コンプレッサ回転数推定手段による回転数推定値と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記定常運転状態にて前記回転数が前記回転数推定値と一致すると仮定した場合の前記筒内吸入空気流量である暫定筒内吸入空気流量を取得する、暫定筒内吸入空気流量取得手段と、
前記吸気量−過給圧定常関係と、前記暫定筒内吸入空気流量と、に基づいて、前記過給圧の暫定値である暫定過給圧を取得する、暫定過給圧取得手段と、
前記暫定筒内吸入空気流量と、前記暫定過給圧と、前記過給圧取得値と、に基づいて、前記コンプレッサから流出する空気の流量であるコンプレッサ流出量を取得する、コンプレッサ流出量取得手段と、
をさらに備えたことを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記コンプレッサ流出量取得手段は、
前記暫定過給圧と前記過給圧取得値との偏差及び前記暫定筒内吸入空気流量に基づいて定まる係数と、前記偏差と、の積によって算出される補正値で、前記暫定筒内吸入空気流量を補正することで、前記コンプレッサ流出量を算出することを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１項に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記筒内吸入空気流量取得手段は、
前記スロットル弁における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデルとしてのスロットルモデルを用いて、前記スロットル弁における空気の流量であるスロットル通過空気量を、前記スロットル弁の開度に基づいて取得する、スロットル通過空気量取得手段と、
前記吸気通路における前記スロットル弁よりも下流側の部分での空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデルとしての吸気管モデルを用いて、当該部分における空気の圧力及び温度である吸気管内圧力及び吸気管内温度を、前記スロットル通過空気量に基づいて取得する、吸気管内状態取得手段と、
を備え、前記吸気弁における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデルとしての吸気弁モデルを用いて、前記筒内吸入空気流量を、前記吸気管内圧力及び前記吸気管内温度に基づいて取得することを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の、内燃機関システム制御装置であって、
前記過給圧取得手段は、
前記コンプレッサと前記スロットル弁との間に介装されていて前記コンプレッサから流出する空気を冷却するインタークーラ内の空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデルとしてのインタークーラモデルを用いて、前記過給圧を、前記スロットル通過空気量取得手段によって取得された前記スロットル通過空気量に基づいて取得することを特徴とする、内燃機関システム制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備えた内燃機関システムを制御する、内燃機関システム制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関システムを適切に制御するためには、コンプレッサ回転数や、気筒内に導入される空気の量（以下、「筒内空気量」と称する。）を、精度良く推定する必要がある。かかる観点から、この種の内燃機関システムを高精度で制御するための装置が、従来種々提案されている（例えば、特開２００６−２２７６３号公報、特開２００６−７０８８１号公報、特開２００６−１９４１０７号公報、等参照。）。
【０００３】
これら従来の装置は、吸排気系における各要素や気体の挙動をモデル化したものに基づいて過給圧を推定し、この過給圧の推定値に基づいて筒内空気量を推定するようになっている。例えば、特開２００６−２２７６３号公報に開示された構成においては、推定あるいはセンサにより計測された排気パラメータと、タービンモデルとから、タービン動力が算出される。そして、算出されたタービン動力と、コンプレッサモデルとから、過給圧が算出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気温度等の排気パラメータは、機関運転状態に応じて幅広く変化する。よって、排気パラメータを精度よく推定することは困難である。また、排気温度やタービン回転数（＝コンプレッサ回転数）の取得のために排気系にセンサを設けると、コストが増大する。
【０００５】
したがって、排気パラメータの計測や推定を用いた従来の装置（例えば特開２００６−２２７６３号公報に開示されたもの等）においては、この種の内燃機関システムの制御を安価な装置構成で精度良く行うことは困難である。
【０００６】
本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、過給機を備える内燃機関システムを、安価な装置構成で、より高い精度にて制御することが可能な、内燃機関システム制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜構成＞
本発明の適用対象である内燃機関システムは、内燃機関と、吸気通路と、スロットル弁と、過給機と、を備えている。また、この内燃機関システムは、インタークーラをさらに備え得る。
【０００８】
前記吸気通路は、前記内燃機関の内部に設けられた気筒と接続されている。また、前記内燃機関には、前記吸気弁が設けられている。この吸気弁は、前記吸気通路における前記気筒との接続部である吸気ポートを開閉するようになっている。前記スロットル弁は、前記吸気通路に介装されていて、当該吸気通路における流路断面積を調整可能に構成されている。
【０００９】
前記過給機は、コンプレッサを有している。このコンプレッサは、前記吸気通路における前記スロットル弁よりも上流側にて、当該吸気通路内の空気を圧縮するように構成されている。前記インタークーラは、前記コンプレッサと前記スロットル弁との間に介装されていて、前記コンプレッサから流出する空気を冷却するようになっている。
【００１０】
本発明の内燃機関システム制御装置は、上述のような構成を有する内燃機関システムを制御する装置であって、その特徴は、筒内吸入空気流量取得手段と、過給圧取得手段と、暫定吸入空気量取得手段と、コンプレッサ回転数推定手段と、を備えたことにある。本発明の内燃機関システム制御装置は、また、暫定筒内吸入空気流量取得手段と、暫定過給圧取得手段と、コンプレッサ流出量取得手段と、をさらに備え得る。なお、「取得」は、算出あるいは推定と言い換えられ得る。
【００１１】
前記筒内吸入空気流量取得手段は、吸気系（前記吸気通路と前記スロットル弁と前記コンプレッサと前記吸気弁とを含む：以下同様）における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された計算モデルを用いて、筒内吸入空気流量（前記気筒内に流入する空気の流量：以下同様）を取得するようになっている。
【００１２】
前記過給圧取得手段は、前記吸気系における空気の挙動に関する他の物理法則（上述の物理法則の一部を含み得る）に基づいて構築された他の計算モデル（上述の計算モデルの一部を含み得る）を用いて、過給圧（前記コンプレッサによって圧縮された空気の圧力に対応する値：以下同様）を取得するようになっている。
【００１３】
前記暫定吸入空気量取得手段は、吸気量−過給圧定常関係（前記内燃機関システムにおける定常運転状態での前記筒内吸入空気流量と前記過給圧との関係：以下同様）と、前記過給圧取得手段による過給圧取得値と、に基づいて、暫定吸入空気量（前記定常運転状態にて前記過給圧が前記過給圧取得値と一致すると仮定した場合の前記筒内吸入空気流量：以下同様）を取得するようになっている。
【００１４】
前記コンプレッサ回転数推定手段は、吸気量−回転数定常関係（前記定常運転状態での前記筒内吸入空気流量とコンプレッサ回転数との関係：以下同様）と、前記筒内吸入空気流量取得手段により取得された前記筒内吸入空気流量と、前記暫定吸入空気量と、に基づいて、前記コンプレッサ回転数を推定するようになっている。
【００１５】
前記暫定筒内吸入空気流量取得手段は、前記コンプレッサ回転数推定手段による回転数推定値と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、暫定筒内吸入空気流量（前記定常運転状態にて前記コンプレッサ回転数が前記回転数推定値と一致すると仮定した場合の前記筒内吸入空気流量：以下同様）を取得するようになっている。
【００１６】
前記暫定過給圧取得手段は、前記吸気量−過給圧定常関係と、前記暫定筒内吸入空気流量と、に基づいて、暫定過給圧（前記過給圧の暫定値：以下同様）を取得するようになっている。
【００１７】
前記コンプレッサ流出量取得手段は、前記暫定筒内吸入空気流量と前記暫定過給圧と前記過給圧取得値と、に基づいて、コンプレッサ流出量（前記コンプレッサから流出する空気の流量：以下同様）を取得するようになっている。
【００１８】
ここで、前記コンプレッサ回転数推定手段は、第一暫定回転数取得手段と、第二暫定回転数取得手段と、回転数推定値取得手段と、を備え得る。
【００１９】
前記第一暫定回転数取得手段は、前記筒内吸入空気流量取得手段により取得された前記筒内吸入空気流量と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記コンプレッサ回転数の暫定値である第一暫定回転数を取得するようになっている。
【００２０】
前記第二暫定回転数取得手段は、前記暫定吸入空気量と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記コンプレッサ回転数の他の暫定値である第二暫定回転数を取得するようになっている。
【００２１】
前記回転数推定値取得手段は、前記第一暫定回転数及び前記第二暫定回転数に基づいて過渡的な前記コンプレッサ回転数の変化を推定することで、当該コンプレッサ回転数の推定値を取得するようになっている。
【００２２】
この場合、前記コンプレッサ流出量取得手段は、前記暫定過給圧と前記過給圧取得値との偏差及び前記暫定筒内吸入空気流量に基づいて定まる係数と、前記偏差と、の積によって算出される補正値で、前記暫定筒内吸入空気流量を補正することで、前記コンプレッサ流出量を算出するようになっていてもよい。
【００２３】
一方、前記筒内吸入空気流量取得手段は、スロットル通過空気量取得手段と、吸気管内状態取得手段と、を備え得る。
【００２４】
前記スロットル通過空気量取得手段は、スロットルモデル（前記スロットル弁における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデル：以下同様）を用いてスロットル通過空気量（前記スロットル弁における空気の流量：以下同様）を、前記スロットル弁の開度に基づいて取得するようになっている。
【００２５】
前記吸気管内状態取得手段は、吸気管モデル（前記吸気通路における前記スロットル弁よりも下流側の部分での空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデル：以下同様）を用いて、当該部分における空気の圧力及び温度である吸気管内圧力及び吸気管内温度を、前記スロットル通過空気量に基づいて取得するようになっている。
【００２６】
この場合、前記筒内吸入空気流量取得手段は、吸気弁モデル（前記吸気弁における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデル：以下同様）を用いて、前記筒内吸入空気流量を、前記吸気管内圧力及び前記吸気管内温度に基づいて取得するようになっている。
【００２７】
また、前記過給圧取得手段は、インタークーラモデル（前記インタークーラ内の空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された前記計算モデル：以下同様）を用いて、前記過給圧を、前記スロットル通過空気量取得手段によって取得された前記スロットル通過空気量に基づいて取得するようになっていてもよい。
【００２８】
なお、上述の各パラメータ（回転数、圧力、流量等。）は、これらに相当する他のパラメータに置き換えられ得る。例えば、前記筒内吸入空気流量や前記過給圧に代えて、これらに相当する他のパラメータが用いられ得る。また、前記コンプレッサの（単位時間あたりの）前記回転数に代えて、「回転速度」が用いられ得る。
【００２９】
＜課題解決原理の概要＞
一般に、前記過給機の単体としては、前記コンプレッサ流出量と前記過給圧との関係は前記コンプレッサ回転数に応じて様々に変化する。
【００３０】
すなわち、前記コンプレッサ回転数を一定とした場合の、前記コンプレッサ流出量と前記過給圧との関係は、原点方向に開口した略楕円弧状の１本の曲線状となる（以下、これを「コンプレッサ特性線」と称する。）。このコンプレッサ特性線の形状及び位置は、前記コンプレッサ回転数に応じて変化する。具体的には、前記コンプレッサ回転数が増加すると、前記コンプレッサ特性線が、外側（原点から離れる方向）にシフトする。そして、異なる前記コンプレッサ回転数に対応する、複数の前記コンプレッサ特性線が、ほぼ同心楕円弧状に配列される。
【００３１】
ここで、本発明の発明者は、種々の検討を行った結果、以下の知見を得た。
【００３２】
（１）前記過給機を備えた前記内燃機関システムにおける前記定常運転状態（このとき前記コンプレッサ流出量と前記筒内吸入空気流量とは一致する）では、前記過給圧は、前記コンプレッサ流出量の関数として表される。
【００３３】
すなわち、前記過給機を備えた前記内燃機関システムの前記定常運転状態における、前記過給圧と前記コンプレッサ流出量との関係（前記吸気量−過給圧定常関係）は、上述のようにほぼ同心楕円弧状に配列された複数の前記コンプレッサ特性線とそれぞれ１回ずつ交差する１本の曲線状となる（以下、これを「吸気量−過給圧定常線」と称する。）。
【００３４】
この吸気量−過給圧定常線上の、特定の１点は、前記定常運転状態の条件を満たす特定の運転状態における前記コンプレッサ流出量（＝前記筒内吸入空気流量）と前記過給圧とを示すものである。そして、当該運転状態における前記コンプレッサ回転数は、一義的に定まる。すなわち、前記吸気量−過給圧定常線上の、特定の１点は、特定の前記運転状態における前記コンプレッサ回転数に対応する１本の前記コンプレッサ特性線と、前記吸気量−過給圧定常線と、の交点である。
【００３５】
したがって、前記コンプレッサ回転数を精度よく推定することができれば、この推定値に対応する特定の前記運転状態における前記過給圧や前記筒内吸入空気流量（すなわち前記暫定過給圧や前記暫定筒内吸入空気流量）が特定される。これらを用いることで、前記過給機を備えた前記内燃機関システムを高い精度にて制御することが可能となる。
【００３６】
すなわち、例えば、前記定常運転状態の条件を満たさない実際の運転状態における、実際の前記コンプレッサ流出量は、前記暫定筒内吸入空気流量に対して、当該運転状態の前記定常運転状態からのズレに基づく補正を行うことで、精度よく取得され得る。
【００３７】
具体的には、前記暫定過給圧と前記過給圧取得値との前記偏差及び前記暫定過給圧に基づいて定まる前記係数と前記偏差との積によって算出される前記補正値で、前記暫定筒内吸入空気流量を補正することで、前記コンプレッサ流出量が算出される。この算出値に基づいて、実際の前記筒内吸入空気流量が、高い精度にて推定され得る。
【００３８】
（２）前記過給機を備えた前記内燃機関システムにおいては、当該過給機の応答遅れが無視できない。この応答遅れは、過渡的な前記コンプレッサ回転数の変化と強い相関関係があるものと考えられる。
【００３９】
このコンプレッサ回転数は、センサによって直接的に計測可能である。しかしながら、前記内燃機関システムにコンプレッサ回転数センサを搭載すると装置コストが増大する。よって、応答遅れを考慮して前記コンプレッサ回転数を精度よく推定することで、装置コストを増大させることなく、応答遅れを考慮した適切な制御が行われ得るようになる。
【００４０】
この応答遅れを考慮すると、現在の実際の前記コンプレッサ回転数に対応する、前記吸気量−過給圧定常線上の点（すなわち上述の交点）は、現在の前記筒内吸入空気流量に対応する第１の点と、現在の前記過給圧取得値に対応する第２の点と、の間に位置するものと仮定され得る。
【００４１】
ここで、前記過給機を備えた前記内燃機関システムにおける前記定常運転状態では、前記コンプレッサ回転数は、前記吸気通路における吸入空気の質量流量である吸入空気量の関数として表される（前記吸気量−回転数定常関係）。このとき、前記吸入空気量と前記筒内吸入空気流量とは一致する。また、前記吸気量−回転数定常関係を示す曲線を、以下「吸気量−回転数定常線」と称する。
【００４２】
よって、現在の実際の前記コンプレッサ回転数に対応する、前記吸気量−回転数定常線上の点は、現在の前記筒内吸入空気流量に対応する第１の点と、現在の前記過給圧取得値及び前記吸気量−過給圧定常線によって取得される前記暫定吸入空気量に対応する第２の点と、の間に位置するものと仮定され得る。これらに基づいて、現在の実際の前記コンプレッサ回転数が、精度よく推定され得る。
【００４３】
具体的には、例えば、前記筒内吸入空気流量取得手段により取得された前記筒内吸入空気流量と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、前記第一暫定回転数が取得される。また、前記暫定吸入空気量と、前記吸気量−回転数定常関係と、に基づいて、第二暫定回転数が取得される。そして、前記第一暫定回転数及び前記第二暫定回転数に基づいて過渡的な前記コンプレッサ回転数の変化を推定することで、前記コンプレッサ回転数の推定値が取得される。
【発明の効果】
【００４４】
上述の構成を備えた、本発明の内燃機関システム制御装置によれば、排気パラメータと比べて取得（計測あるいは算出）が精度良く行われ得る吸気パラメータ（前記吸気系の状態を示すパラメータ）を用いて、応答遅れを考慮しつつ、前記コンプレッサ回転数が精度よく推定され得る。
【００４５】
したがって、本発明によれば、前記過給機を備える前記内燃機関システムを、安価な装置構成で、より高い精度にて制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態が適用された内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示されている制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図１に示されているＣＰＵが参照する、アクセルペダル操作量と目標スロットル弁開度との関係を規定したテーブルを示す図である。
【図４】暫定目標スロットル弁開度、目標スロットル弁開度及び予測スロットル弁開度の変化を示したタイムチャートである。
【図５】予測スロットル弁開度を取得する際に用いる関数を示すグラフである。
【図６】図１に示されている過給機の単体としての、インタークーラ内圧力とコンプレッサ流出量とコンプレッサ回転数との関係を示すグラフである。
【図７】図１に示されている内燃機関システムにおける吸気量−過給圧定常関係を規定する吸気量−過給圧定常マップを示す図である。
【図８】図１に示されている内燃機関システムにおける吸気量−回転数定常関係を規定する吸気量−回転数定常マップ（ｉ）、及び過渡的なコンプレッサ回転数の変化の様子（ii）を示す図である。
【図９】図２に示されているコンプレッサモデルにおけるコンプレッサ流出量の取得に関する構成の詳細を示す機能ブロック図である。
【図１０】図９に示されているコンプレッサ回転数推定部の構成の詳細を示す機能ブロック図である。
【図１１】図１に示されているＣＰＵが参照する、コンプレッサ流出空気流量及びコンプレッサ回転数とコンプレッサ効率との関係を規定したテーブルを示す図である。
【図１２】図１に示されているＣＰＵにより実行されるスロットル弁開度推定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】図１に示されているＣＰＵにより実行される筒内空気量推定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】図１に示されているＣＰＵにより実行されるスロットル通過空気流量ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】第１時点、所定の時間間隔Δt0、前回推定時点t1及び今回推定時点t2の関係を示した模式図である。
【図１６】図１に示されているＣＰＵにより実行されるコンプレッサ流出空気流量及びコンプレッサ付与エネルギーの推定ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【００４８】
＜内燃機関システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態が適用された内燃機関システム１の全体構成を示す概略図である。内燃機関システム１は、直列複数気筒の内燃機関２と、吸排気系統３と、制御装置４と、を備えている（図１には気筒配列方向と直交する面による内燃機関２の断面図が示されているものとする）。以下、内燃機関システム１の各部の構成について説明する。
【００４９】
＜＜内燃機関＞＞
シリンダブロック２０ａ及びシリンダヘッド２０ｂは、内燃機関２の本体部分（エンジンブロック）を構成する部材であって、互いに接合されている。すなわち、ロワーケースやオイルパン等を含むシリンダブロック２０ａの上端部には、シリンダヘッド２０ｂが固定されている。
【００５０】
シリンダブロック２０ａの上部には、上述の通り、複数のシリンダ２１が、直列に設けられている。シリンダ２１内には、ピストン２２が、往復移動可能に収容されている。シリンダブロック２０ａの内部であって、シリンダ２１の下方には、クランクシャフト２３が収容されている。クランクシャフト２３は、シリンダブロック２０ａの下部にて回転可能に支持されている。このクランクシャフト２３は、ピストン２２の往復移動に基づいて回転駆動されるように、コンロッド２４を介してピストン２２と連結されている。
【００５１】
シリンダヘッド２０ｂの下端面における、シリンダ２１の上端部に対応する位置には、凹部が形成されている。この凹部の内側の空間と、ピストン２２の頂面よりも上側のシリンダ２１の内側の空間と、によって、燃焼室ＣＣが形成されている。
【００５２】
シリンダヘッド２０ｂには、燃焼室ＣＣと連通するガス通路である吸気ポート２５及び排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２５は、吸排気系統３の一部とともに本発明の吸気通路を構成するものであって、当該吸気通路におけるシリンダ２１との接続部に設けられている。
【００５３】
また、シリンダヘッド２０ｂには、動弁機構２７が設けられている。動弁機構２７は、吸気ポート２５を開閉するための吸気弁２７ａ、排気ポート２６を開閉するための排気弁２７ｂ、及び、これら吸気弁２７ａや排気弁２７ｂを所定のタイミングで開閉動作させるための機構（吸気弁２７ａを駆動する吸気カムシャフトを含むとともに当該吸気カムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置２７ｃや、排気弁２７ｂを駆動する排気カムシャフト２７ｄ、等。）を備えている。
【００５４】
さらに、シリンダヘッド２０ｂには、インジェクタ２８が装着されている。インジェクタ２８は、吸気ポート２５内に燃料を噴射するように設けられている。
【００５５】
＜＜吸排気系統＞＞
吸気ポート２５には、吸気マニホールド３１が接続されている。吸気マニホールド３１は、サージタンク３２と接続されている。サージタンク３２は、吸気ダクト３３と接続されている。すなわち、吸気ポート２５、吸気マニホールド３１、サージタンク３２、及び吸気ダクト３３によって、本発明の吸気通路が構成されている。
【００５６】
一方、排気ポート２６には、エキゾーストマニホールドを含む排気管３４が接続されている。すなわち、排気ポート２６及び排気管３４によって、排気通路が構成されている。排気管３４には、排気ガス浄化触媒３４ａが介装されている。
【００５７】
吸排気系統３には、過給機３５が設けられている。本実施形態の過給機３５は、ターボチャージャであって、タービン３５ａと、コンプレッサ３５ｂと、を備えている。
【００５８】
タービン３５ａは、排気管３４内を通流する排気ガスによって回転駆動されるように、排気管３４に介装されている。一方、コンプレッサ３５ｂは、吸気ダクト３３に介装されている。このコンプレッサ３５ｂは、タービン３５ａの回転に伴って回転駆動されることで、吸気ダクト３３における後述のスロットル弁３６よりも上流側にて当該吸気ダクト３３内の空気を圧縮するように、タービン３５ａと連結されている。
【００５９】
吸気ダクト３３における、サージタンク３２とコンプレッサ３５ｂとの間の位置には、スロットル弁３６が介装されている。スロットル弁３６は、スロットル弁アクチュエータ３６ａによって駆動されることで吸気ダクト３３における流路断面積（開口断面積）を可変とするように設けられている。スロットル弁アクチュエータ３６ａは、ＤＣモータであって、スロットル弁３６を回転駆動するように、スロットル弁３６と連結されている。
【００６０】
吸気ダクト３３における、コンプレッサ３５ｂよりも上流側には、エアフィルタ３７が介装されている。また、吸気ダクト３３における、コンプレッサ３５ｂとスロットル弁３６との間の位置には、インタークーラ３８が介装されている。インタークーラ３８は、コンプレッサ３５ｂから流出する空気を冷却ようになっている。
【００６１】
＜＜制御装置＞＞
本発明の一実施形態である制御装置４は、内燃機関システム１の動作を制御するように構成されている。
【００６２】
具体的には、制御装置４は、電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」と略称する）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ４０ａと、ＲＯＭ４０ｂと、ＲＡＭ４０ｃと、バックアップＲＡＭ４０ｄと、インターフェース４０ｅと、双方向バス４０ｆと、を備えている。ＣＰＵ４０ａ、ＲＯＭ４０ｂ、ＲＡＭ４０ｃ、バックアップＲＡＭ４０ｄ、及びインターフェース４０ｅは、双方向バス４０ｆによって互いに接続されている。
【００６３】
ＲＯＭ４０ｂには、ＣＰＵ４０ａにより実行されるルーチン（プログラム）、このルーチンの実行の際に用いられるテーブルやマップ、等が、予め格納されている。ＲＡＭ４０ｃは、ＣＰＵ４０ａによりルーチンが実行される際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るようになっている。バックアップＲＡＭ４０ｄは、電源が投入された状態でＣＰＵ４０ａによりルーチンが実行される際にデータを格納するとともに、この格納されたデータを電源遮断後も保持し得るようになっている。
【００６４】
インターフェース４０ｅは、後述する各種センサと電気的に接続されていて、これらからの信号をＣＰＵ４０ａに伝達し得るようになっている。また、インターフェース４０ｅは、インジェクタ２８やスロットル弁アクチュエータ３６ａ等の動作部と電気的に接続されていて、これらの動作部を動作させるための制御信号をＣＰＵ４０ａからこれらの動作部に伝達し得るようになっている。すなわち、ＥＣＵ４０は、上述の各種センサ等からの信号を受け取るとともに、当該信号に応じたＣＰＵ４０ａの演算結果に基づいて、上述の制御信号を各動作部に送出するように構成されている。
【００６５】
＜＜＜各種センサ＞＞＞
本実施形態の内燃機関システム１には、圧力センサ４１と、温度センサ４２と、カムポジションセンサ４３と、クランクポジションセンサ４４と、スロットルポジションセンサ４５と、アクセル開度センサ４６と、が設けられている。
【００６６】
圧力センサ４１及び温度センサ４２は、吸気ダクト３３における、コンプレッサ３５ｂとエアフィルタ３７との間の位置に介装されている。圧力センサ４１は、コンプレッサ３５ｂの上流側の吸気通路内の空気の圧力である吸気圧力Ｐａを表す信号を出力するようになっている。温度センサ４２は、コンプレッサ３５ｂの上流側の吸気通路内の空気の温度である吸気温度Ｔａを表す信号を出力するようになっている。
【００６７】
カムポジションセンサ４３は、シリンダヘッド２０ｂに装着されている。このカムポジションセンサ４３は、可変吸気タイミング装置２７ｃに含まれる上述の吸気カムシャフトが９０°回転する毎に（すなわち、クランクシャフト２３が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。
【００６８】
クランクポジションセンサ４４は、シリンダブロック２０ａに装着されている。クランクポジションセンサ４４は、クランクシャフト２３と対向するように配置されていて、クランクシャフト２３の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号（機関回転数Ｎｅに対応する信号）を出力するようになっている。具体的には、クランクポジションセンサ４４は、クランクシャフト２３が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに、クランクシャフト２３が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。
【００６９】
スロットルポジションセンサ４５は、吸気ダクト３３におけるスロットル弁３６に対応する位置に設けられている。このスロットルポジションセンサ４５は、実際のスロットル弁３６の回転位相であるスロットル弁開度θtaに対応する信号を出力するようになっている。
【００７０】
アクセル開度センサ４６は、運転者によって操作されるアクセルペダル４７の操作量を表す信号（アクセルペダル操作量Accp）を出力するようになっている。
【００７１】
＜＜制御装置の機能ブロック構成＞＞
図２は、図１に示されている制御装置４の機能ブロック図である。この図２に示されているように、本実施形態の制御装置４は、電子制御スロットル弁ロジックＡ１と、電子制御スロットル弁モデルＭ１と、スロットルモデルＭ２と、吸気弁モデルＭ３と、コンプレッサモデルＭ４と、インタークーラモデルＭ５と、吸気管モデルＭ６と、吸気弁モデルＭ７と、を備えている。
【００７２】
後述の説明により明確であるが、本実施形態においては、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、及び吸気管モデルＭ６によって、本発明の筒内吸入空気流量取得手段の主要な部分が実現され、コンプレッサモデルＭ４によって、本発明の暫定吸入空気量取得手段及びコンプレッサ回転数推定手段の主要な部分が構成され、インタークーラモデルＭ５によって、本発明の過給圧取得手段の主要な部分が構成されている。
【００７３】
また、本実施形態においては、コンプレッサモデルＭ４によって、暫定筒内吸入空気流量取得手段、暫定過給圧取得手段、及びコンプレッサ流出量取得手段の主要な部分が構成され、スロットルモデルＭ２によって、本発明のスロットル通過空気量取得手段の主要な部分が構成され、吸気管モデルＭ６によって、本発明の吸気管内状態取得手段の主要な部分が構成されている。
【００７４】
＜＜＜各ブロックの内容及び機能説明＞＞＞
以下、図２に示されている各ブロックの内容及び機能について説明する。なお、各ブロックにて用いられる計算モデルを表す式の導出は周知であるため（例えば、特開２００１−４１０９５号公報や特開２００３−１８４６１３号公報等を参照。）、本明細書においてはその詳細な説明は省略されている。
【００７５】
本実施形態においては、インジェクタ２８は、吸気弁２７ａよりも上流側に配置されている。このため、吸気弁２７ａの閉弁時（吸気行程が終了する時点）までに、燃料が噴射されなければならない。よって、燃焼室ＣＣ内に形成される燃料混合気の空燃比が目標空燃比と一致するように燃料噴射量を決定するためには、燃料噴射前に、吸気弁２７ａの閉弁時における筒内空気量を予め推定する必要がある。
【００７６】
そこで、制御装置４は、物理法則に基づいて構築された計算モデルを用いて、現時点より先の所定時点での、インタークーラ３８内（スロットル弁３６の上流側）の空気の圧力及び温度を推定し、この推定値に基づいて、当該所定時点の筒内空気量を推定する。
【００７７】
各計算モデルは、ある時点における空気の挙動を表すように物理法則に基づいて導き出された数式（以下、「一般式」と称されることがある。）によって表される。通常、この一般式において使用される値（変数）は、求めるべき値が「ある時点」の値であれば、すべて当該「ある時点」の値でなくてはならない。すなわち、例えば、あるモデルがｙ＝ｆ（ｘ）という一般式により表されているとき、現時点より先の時点のｙの値を求めるためには、変数ｘを当該先の時点の値としなければならない。
【００７８】
ここで、前述したように、取得すべき筒内空気量は、現時点（演算時点）より先の前記所定時点の値である。このため、後述する各計算モデルにて使用されるスロットル弁開度θt、吸気圧力Ｐａ、吸気温度Ｔａ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸気弁２７ａの開閉タイミング（以下、「吸気バルブタイミングＶＴ」と称する。）等の値は、すべて、当該所定時点の値となる。
【００７９】
そこで、本実施形態の制御装置４は、目標とするスロットル弁開度を決定した時点から遅延させてスロットル弁３６（スロットル弁アクチュエータ３６ａ）を制御することにより、現時点より先の前記所定時点のスロットル弁開度θtを推定する。
【００８０】
もっとも、吸気圧力Ｐａ、吸気温度Ｔａ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸気バルブタイミングＶＴは、現時点から前記所定時点までの短い時間内ではそれほど大きく変化しない。よって、前記一般式において、前記所定時点の吸気圧力Ｐａ、吸気温度Ｔａ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸気バルブタイミングＶＴとして、現時点の検出値がそれぞれ採用され得る。
【００８１】
このように、制御装置４は、現時点より先の前記所定時点のスロットル弁開度θtの推定値と、現時点の吸気圧力Ｐａ、吸気温度Ｔａ、エンジン回転数ＮＥ、及び吸気バルブタイミングＶＴの検出値と、各計算モデルと、に基づいて、当該所定時点の筒内空気量を推定する。
【００８２】
以下、各モデルＭ１〜Ｍ７及びロジックＡ１について具体的に説明する。
【００８３】
＜＜＜電子制御スロットル弁モデルＭ１及び電子制御スロットル弁ロジックＡ１＞＞＞
電子制御スロットル弁モデルＭ１は、電子制御スロットル弁ロジックＡ１と協働して、現時点までのアクセルペダル操作量Accpに基づいて、現時点より先の第１時点（現時点から遅延時間ＴＤ（本例では６４ｍｓ）だけ経過した後の時点）までのスロットル弁開度θtを推定する計算モデルである。
【００８４】
電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、アクセルペダル操作量Accpと目標スロットル弁開度θttとの関係を規定するテーブル（図３参照）及びアクセル開度センサ４６により検出された実際のアクセルペダル操作量Accpに基づいて、暫定的な目標スロットル弁開度である暫定目標スロットル弁開度θtt１を、所定時間ΔTt１（本例では２ｍｓ）の経過毎に決定する。
【００８５】
また、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、図４のタイムチャートに示されているように、決定された暫定目標スロットル弁開度θtt１を、所定の遅延時間ＴＤ後の時点（第１時点）の目標スロットル弁開度θttとして設定する。すなわち、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、所定の遅延時間ＴＤ前の時点にて決定された暫定目標スロットル弁開度θtt１を、現時点の目標スロットル弁開度θttとして設定する。そして、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、現時点のスロットル弁開度θtaが現時点の目標スロットル弁開度θttとなるように、スロットル弁アクチュエータ３６ａに対して駆動信号を送出する。
【００８６】
ところで、電子制御スロットル弁ロジックＡ１から前記駆動信号がスロットル弁アクチュエータ３６ａに対して送出されると、当該スロットル弁アクチュエータ３６ａの作動の遅れやスロットル弁３６の慣性等により、実際のスロットル弁開度θtaは、ある遅れを伴って目標スロットル弁開度θttに追従する。
【００８７】
そこで、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、下記(1)式に基づいて、遅延時間ＴＤ後の時点におけるスロットル弁開度を推定（予測）する（図４参照）。
θte(k)＝θte(k-1)＋ΔTt１・ｆ（θtt(k)，θte(k-1))  …(1)
【００８８】
この(1)式において、θte(k)は今回の演算時点にて新たに推定される予測スロットル弁開度θteであり、θtt(k)は今回の演算時点にて新たに設定された目標スロットル弁開度θttであり、θte(k-1)は今回の演算時点にて既に推定されていた予測スロットル弁開度θte（すなわち、前回の演算時点にて新たに推定された予測スロットル弁開度θte）である。また、関数ｆ（θtt，θte)は、図５に示されているように、θttとθteとの差Δθ（＝θtt−θte)が大きい程大きい値をとる関数（Δθに関して単調増加する関数ｆ）である。
【００８９】
このように、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、今回の演算時点にて前記第１時点（現時点から遅延時間ＴＤ後の時点）の目標スロットル弁開度θttを新たに決定するとともに、前記第１時点のスロットル弁開度θteを新たに推定する。また、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、前記第１時点までの目標スロットル弁開度θttと予測スロットル弁開度θteとを、現時点からの時間経過に対応させた形で、ＲＡＭ４０ｃに記憶させる（格納する）。
【００９０】
＜＜＜スロットルモデルＭ２＞＞＞
スロットルモデルＭ２は、本モデルを表す一般式である下記(2)及び(3)式に基づいて、スロットル弁３６の周囲を通過する空気の流量であるスロットル通過空気流量mtを推定する計算モデルである。
【数１】
2010174710.tif 000003
【数２】
2010174710.tif 000004
【００９１】
(2)式にて、Ct（θt）はスロットル弁開度θtに応じて変化する流量係数、At（θt）はスロットル弁開度θtに応じて変化するスロットル開口断面積（吸気通路内のスロットル弁３６の周囲の開口断面積）、Ｐicはインタークーラ３８内の空気の圧力であるインタークーラ内圧力（すなわちスロットル弁３６の上流の吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力）、Ｐｍは吸気管部（吸気通路におけるスロットル弁３６から吸気弁２７ａまでの部分：以下同様）内の空気の圧力である吸気管内圧力、Ｔicはインタークーラ３８内の空気の温度であるインタークーラ内温度（すなわちスロットル弁３６の上流の吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度）、Ｒは気体定数、κは空気の比熱比（以下、κを一定値として扱う。）である。
【００９２】
ここで、(2)式の右辺のCt（θt）及びAt（θt）の積であるCt（θt）・At（θt）は、スロットル弁開度θtに基づいて経験的に決定することができる。そこで、本実施形態においては、スロットル弁開度θtとCt（θt）・At（θt）との関係を規定するテーブルMAPCTATが、ＲＯＭ４０ｂに予め記憶されている。
【００９３】
そして、スロットルモデルＭ２は、電子制御スロットル弁モデルＭ１により推定された予測スロットル弁開度θt(k-1)（＝θte）と、上述のテーブルMAPCTATと、に基づいて、Ct（θt）・At（θt）（＝MAPCTAT(θt(k-1))）を取得する。
【００９４】
さらに、スロットルモデルＭ２は、値（Ｐｍ(k-1)/Ｐic(k-1)）とテーブルMAPΦとから値Φ(Ｐｍ(k-1)/Ｐic(k-1))（＝MAPΦ(Ｐｍ(k-1)/Ｐic(k-1))）を取得する。ここで、値（Ｐｍ(k-1)/Ｐic(k-1)）は、後述する吸気管モデルＭ６により既に推定されている直前（最新）の吸気管内圧力Ｐｍ(k-1)を、後述するインタークーラモデルＭ５により既に推定されている直前（最新）のインタークーラ内圧力（スロットル弁上流圧力）Ｐic(k-1)で除した値である。また、テーブルMAPΦは、値Ｐｍ/Ｐicと値Φ(Ｐｍ/Ｐic)との関係を規定するテーブルであって、ＲＯＭ４０ｂに予め記憶されている。
【００９５】
スロットルモデルＭ２は、以上のようにして取得した値Φ(Ｐｍ(k-1)/Ｐic(k-1))と、後述するインタークーラモデルＭ５により既に推定されている直前（最新）のインタークーラ内圧力（スロットル弁上流圧力）Ｐic(k-1)及びインタークーラ内温度（スロットル弁上流温度）Ｔic(k-1)と、を前記(2)式に適用して同式の計算を行うことで、スロットル通過空気流量mt(k-1)を算出する。
【００９６】
＜＜＜吸気弁モデルＭ３＞＞＞
吸気弁モデルＭ３は、前記吸気管部内の空気の圧力である吸気管内圧力Ｐｍ、前記吸気管部内の空気の温度である吸気管内温度Ｔｍ、及びインタークーラ内温度Ｔic等から、吸気弁２７ａの周囲を通過してシリンダ２１内に流入する空気の流量である筒内吸入空気流量mcを推定する計算モデルである。
【００９７】
吸気行程（吸気弁２７ａの閉弁時も含む）におけるシリンダ２１内（燃焼室ＣＣ内）の圧力は、吸気弁２７ａの上流の圧力すなわち吸気管内圧力Ｐｍとみなすことができる。よって、筒内吸入空気流量mcは、吸気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍに比例すると考えることができる。そこで、吸気弁モデルＭ３は、筒内吸入空気流量mcを、本モデルを表す一般式であり経験則に基づく下記(4)式に従って算出する。
mc＝（Ｔic/Tm）・（c・Ｐｍ−d）  …(4)
【００９８】
前記(4)式において、値cは比例係数であり、値dは燃焼室ＣＣ内に残存していた既燃ガス量を反映した値である。値cは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気バルブタイミングＶＴと定数cとの関係を規定するテーブルMAPCと、現時点のエンジン回転数ＮＥ及び吸気バルブタイミングＶＴとから取得することができる(c＝MAPC(ＮＥ,ＶＴ))。なお、このテーブルMAPCは、ＲＯＭ４０ｂに予め記憶されている。同様に、値dは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気バルブタイミングＶＴと定数dとの関係を規定するテーブルMAPDと、現時点のエンジン回転数ＮＥ及び吸気バルブタイミングＶＴと、から取得することができる(d＝MAPD(ＮＥ,ＶＴ))。このテーブルMAPDも、ＲＯＭ４０ｂに予め記憶されている。
【００９９】
吸気弁モデルＭ３は、後述する吸気管モデルＭ６によって既に推定されている直前（最新）の吸気管内圧力Ｐｍ(k-1)及び吸気管内温度Ｔｍ(k-1)と、後述するインタークーラモデルＭ５により既に推定されている直前（最新）のインタークーラ内温度Ｔic(k-1)と、を前記(4)式に適用して同式の計算を行うことで、筒内吸入空気流量mc(k-1)を推定する。
【０１００】
＜＜＜コンプレッサモデルＭ４＞＞＞
コンプレッサモデルＭ４は、吸気弁モデルＭ３により既に推定されている直前（最新）の筒内吸入空気流量mc(k-1)と、後述するインタークーラモデルＭ５により既に推定されている直前（最新）のインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)と、に基づいて、コンプレッサ３５ｂから流出する空気（インタークーラ３８に供給される空気）の流量であるコンプレッサ流出量mcmを推定する計算モデルである。
【０１０１】
＜＜＜＜コンプレッサモデルの基本原理＞＞＞＞
本発明の発明者は、種々の検討を行った結果、以下の知見を得た。
【０１０２】
（１）一般に、過給機３５の単体としては、インタークーラ内圧力Ｐic（過給圧）とコンプレッサ流出量mcmとの関係は、図６にて破線で示されているように、コンプレッサ回転数Ｎcmに応じて様々に変化する。
【０１０３】
すなわち、コンプレッサ回転数Ｎcmを一定とした場合の、コンプレッサ流出量mcmとインタークーラ内圧力Ｐicとの関係は、インタークーラ内圧力Ｐic及びコンプレッサ流出量mcmを座標軸とした場合に、原点方向（図６における図中左下方向）に開口した略楕円弧状の１本の曲線状となる（コンプレッサ特性線）。
【０１０４】
このコンプレッサ特性線の、インタークーラ内圧力Ｐic−コンプレッサ流出量mcm座標系における形状及び位置は、図６に示されているように、コンプレッサ回転数Ｎcmに応じて変化する。具体的には、コンプレッサ回転数Ｎcmが増加すると、コンプレッサ特性線が外側（原点から離れる方向）にシフトする。そして、異なるコンプレッサ回転数Ｎcmに対応する、複数のコンプレッサ特性線が、ほぼ同心楕円弧状に配列される。
【０１０５】
他方、過給機３５の単体としてではなく、これを備えた内燃機関システム１としては、その定常運転状態では、インタークーラ内圧力Ｐicは、当該定常運転状態にてコンプレッサ流出量mcmと一致する筒内吸入空気流量mcの関数として表され得る。すなわち、当該定常運転状態における両者の関係（吸気量−過給圧定常関係）は、コンプレッサ回転数Ｎcmによらず、上述のようにほぼ同心楕円弧状に配列された複数のコンプレッサ特性線とそれぞれ１回ずつ交差する１本の曲線状となる（吸気量−過給圧定常線：図６における実線で示されている曲線参照）。なお、かかる吸気量−過給圧定常関係及び吸気量−過給圧定常線は、実験（ベンチテスト）によって予め取得され得る。
【０１０６】
この吸気量−過給圧定常線上の、特定の１点は、定常運転状態の条件を満たす特定の運転状態におけるコンプレッサ流出量mcm（＝筒内吸入空気流量mc）とインタークーラ内圧力Ｐicとを示すものである。そして、当該運転状態におけるコンプレッサ回転数Ｎcmは、一義的に定まる。すなわち、吸気量−過給圧定常線上の、特定の１点は、特定の前記運転状態におけるコンプレッサ回転数Ｎcmに対応する１本のコンプレッサ特性線と、吸気量−過給圧定常線と、の交点となる（図６における丸印参照）。
【０１０７】
したがって、コンプレッサ回転数Ｎcmを精度よく推定することができれば、この推定値に対応する特定の前記運転状態におけるインタークーラ内圧力Ｐicやコンプレッサ流出量mcm（すなわち暫定過給圧Ｐic_tarや暫定筒内吸入空気流量mc_tar）が特定される。これらを用いることで、定常運転状態の条件を満たさない実際の運転状態における実際のコンプレッサ流出量mcmが、高い精度にて推定され得る。
【０１０８】
すなわち、実際のコンプレッサ流出量mcmは、定常運転状態を前提とした暫定筒内吸入空気流量mc_tarに対して、実際の運転状態の定常運転状態からのズレに基づく補正を行うことで取得される。具体的には、図７を参照すると、ΔＰic（暫定過給圧Ｐic_tarとインタークーラ内圧力Ｐicとの偏差）と所定係数Ｋとの積によって算出される補正値Δmcmで暫定筒内吸入空気流量mc_tarを補正することで、実際のコンプレッサ流出量mcmが算出される。
【０１０９】
ところで、取得すべき実際のコンプレッサ流出量mcmは、図７に示されているように、特定のコンプレッサ回転数Ｎcmに対応する１本のコンプレッサ特性線上の点に対応する値となるはずである。
【０１１０】
ここで、上述の係数Ｋの値を、暫定過給圧Ｐic_tarによって定まる一定値（例えば暫定過給圧Ｐic_tarにおけるコンプレッサ特性線の接線の傾き）とした場合、ΔＰicが充分小さいときには、取得されたコンプレッサ流出量mcmと実際値との誤差は小さい。しかしながら、ΔＰicが大きいときには、誤差が大きくなる。
【０１１１】
そこで、本実施形態においては、係数Ｋは、暫定過給圧Ｐic_tarとΔＰicと基づいて決定される。すなわち、係数Ｋは、ＲＯＭ４０ｂに格納されたテーブルMAPK(Ｐic_tar,ΔＰic)に基づいて決定される。
【０１１２】
（２）過給機３５を備えた内燃機関システム１においては、当該過給機３５の応答遅れが無視できない。よって、暫定筒内吸入空気流量mc_tarや暫定過給圧Ｐic_tarは、過給機３５の応答遅れを考慮した値とする必要がある。
【０１１３】
この応答遅れを考慮すると、現在の実際のコンプレッサ回転数Ｎcmに対応する、吸気量−過給圧定常線上の点（Ｐic_tar, mc_tar：図７における丸印の点）は、現在の筒内吸入空気流量mcに対応する第１の点（図７における白抜きの菱形の点）と、現在のインタークーラ内圧力Ｐicに対応する第２の点（図７における黒塗りの菱形の点）と、の間に位置するものと仮定され得る。
【０１１４】
ここで、過給機３５を備えた内燃機関システム１における定常運転状態（このとき吸入空気量Ｇａと筒内吸入空気流量mcとは一致する）では、コンプレッサ回転数Ｎcmは、図８の（ｉ）に示されているように、吸気通路における吸入空気の質量流量である吸入空気量Ｇａの関数として表される（吸気量−回転数定常線）。  
【０１１５】
よって、現在の実際のコンプレッサ回転数Ｎcmに対応する、吸気量−回転数定常線上の点（図８の（ｉ）における丸印の点）は、現在の筒内吸入空気流量mcに対応する第１の点（図８の（ｉ）における白抜きの菱形の点）と、現在のインタークーラ内圧力Ｐicと吸気量−過給圧定常線とによって取得される暫定吸入空気量Ｇａ_pic（図７参照）に対応する第２の点（図８の（ｉ）における黒塗りの菱形の点）と、の間に位置するものと仮定され得る。これらに基づいて、現在の実際のコンプレッサ回転数Ｎcmが、精度よく推定され得る。
【０１１６】
具体的には、図８の（ｉ）を参照すると、現在の筒内吸入空気流量mcと吸気量−回転数定常関係とに基づいて、第一暫定回転数Ncm_mcが取得される。また、暫定吸入空気量Ｇａ_picと吸気量−回転数定常関係とに基づいて、第二暫定回転数Ncm_picが取得される。
【０１１７】
そして、図８の（ii）に示されているように、第一暫定回転数Ncm_mc及び第二暫定回転数Ncm_picに基づいて、過渡的なコンプレッサ回転数Ｎcmの変化を、ステップ変化に対して遅れを考慮したものとして無駄時間や一次遅れを用いて推定することで、コンプレッサ回転数Ｎcmの推定値（丸印の点）が取得される。この無駄時間や一次遅れは、コンプレッサ回転数センサを搭載したベンチテスト用システムを用いたベンチテストにて様々な回転数変化をモデル化することによって、予め取得され得る。
【０１１８】
＜＜＜＜コンプレッサモデルのブロック図＞＞＞＞
図９は、図２に示されているコンプレッサモデルＭ４におけるコンプレッサ流出量mcmの取得に関する構成の詳細を示す機能ブロック図である。以下、図９を参照すると、コンプレッサモデルＭ４には、暫定吸入空気量取得部Ｍ４１と、コンプレッサ回転数推定部Ｍ４２と、暫定筒内吸入空気流量取得部Ｍ４３と、暫定過給圧取得部Ｍ４４と、演算部Ｍ４５ないしＭ４７と、が含まれる。
【０１１９】
暫定吸入空気量取得部Ｍ４１は、吸気量−過給圧定常関係を規定する吸気量−過給圧定常マップ（図７における実線の曲線参照）と、後述するインタークーラモデルＭ５により既に推定されている直前（最新）のインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)と、に基づいて、暫定吸入空気量Ｇａ_picを取得する。
【０１２０】
コンプレッサ回転数推定部Ｍ４２は、吸気弁モデルＭ３によって既に推定されている筒内吸入空気流量mc(k-1)と、暫定吸入空気量取得部Ｍ４１によって取得された暫定吸入空気量Ｇａ_picと、吸気量−回転数定常関係を規定する吸気量−回転数定常マップ（図８における（ｉ）参照）と、に基づいて、コンプレッサ回転数Ｎcmを推定する。このコンプレッサ回転数推定部Ｍ４２の内容及び機能の詳細については後述する。
【０１２１】
暫定筒内吸入空気流量取得部Ｍ４３は、コンプレッサ回転数推定部Ｍ４２によって推定されたコンプレッサ回転数Ｎcmと、上述の吸気量−回転数定常マップと、に基づいて、暫定筒内吸入空気流量mc_tarを取得する。
【０１２２】
暫定過給圧取得部Ｍ４４は、暫定筒内吸入空気流量取得部Ｍ４３によって取得された暫定筒内吸入空気流量mc_tarと、上述の吸気量−過給圧定常マップと、に基づいて、暫定過給圧Ｐic_tarを取得する。
【０１２３】
演算部Ｍ４５は、暫定過給圧取得部Ｍ４４によって取得された暫定過給圧Ｐic_tarと、上述の直前（最新）のインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)と、の差ΔＰicを算出する。
【０１２４】
演算部Ｍ４６は、演算部Ｍ４５にて算出されたΔＰicに、上述の所定のゲイン（係数）Ｋを乗算することで、コンプレッサ流出量補正値Δmcmを算出する。
【０１２５】
演算部Ｍ４７は、演算部Ｍ４６にて算出されたコンプレッサ流出量補正値Δmcmを、上述の暫定筒内吸入空気流量mc_tarに加算することで、コンプレッサ流出量mcm(k-1)を算出（取得あるいは推定）する。
【０１２６】
図１０は、図９に示されているコンプレッサ回転数推定部Ｍ４２の構成の詳細を示す機能ブロック図である。
【０１２７】
以下、図９を参照すると、コンプレッサ回転数推定部Ｍ４２には、第一暫定回転数取得部Ｍ４２１と、第二暫定回転数取得部Ｍ４２２と、演算部Ｍ４２３と、無駄時間演算部Ｍ４２４と、一次遅れ演算部Ｍ４２５と、演算部Ｍ４２６と、が含まれる。なお、演算部Ｍ４２３、無駄時間演算部Ｍ４２４、一次遅れ演算部Ｍ４２５、及び演算部Ｍ４２６によって、本発明の回転数推定値取得手段の主要な部分が構成されている。
【０１２８】
第一暫定回転数取得部Ｍ４２１は、吸気弁モデルＭ３によって既に推定されている筒内吸入空気流量mc(k-1)と、上述の吸気量−回転数定常マップと、に基づいて、コンプレッサ３５ｂの回転数の暫定値である第一暫定回転数Ncm_mcを取得する。
【０１２９】
第二暫定回転数取得部Ｍ４２２は、暫定吸入空気量Ｇａ_picと、上述の吸気量−回転数定常マップと、に基づいて、コンプレッサ３５ｂの回転数の他の暫定値である第二暫定回転数Ncm_picを取得する。
【０１３０】
演算部Ｍ４２３、無駄時間演算部Ｍ４２４、一次遅れ演算部Ｍ４２５、及び演算部Ｍ４２６は、第一暫定回転数Ncm_mcと第二暫定回転数Ncm_picとに基づいて、過渡的なコンプレッサ３５ｂの回転数の変化を推定することで、コンプレッサ回転数Ncmを取得する。
【０１３１】
再び図２を参照すると、コンプレッサモデルＭ４は、また、コンプレッサ付与エネルギーEcmを推定するモデルでもある。このコンプレッサ付与エネルギーEcmは、本モデルの一部を表す一般式である下記(5)式、コンプレッサ効率η、コンプレッサ流出量mcm、値Ｐic/Ｐａ（インタークーラ内圧力Ｐicを吸気圧力Ｐａで除した値）、及び吸気温度Ｔａにより算出される（下記(5)式の導出過程については特開２００６−７０８８１号公報を参照）。
【数３】
2010174710.tif 000005
【０１３２】
前記(5)式において、Cpは空気の定圧比熱である。また、コンプレッサ効率ηは、コンプレッサ流出量mcmと、コンプレッサ回転数Ｎcmと、に基づいて経験的に推定することができる。したがって、コンプレッサ効率ηは、コンプレッサ流出量mcm及びコンプレッサ回転数Ｎcmとコンプレッサ効率ηとの関係を規定するテーブルMAPETA、コンプレッサ流出量mcm及びコンプレッサ回転数Ｎcmに基づいて取得される。ここで、このコンプレッサ回転数Ｎcmは、コンプレッサ回転数検出センサを用いることなく、上述のコンプレッサ回転数推定部Ｍ４２によって推定されたものである。
【０１３３】
ＲＯＭ４０ｂには、上述のテーブルMAPETAが、予め記憶されている（図１１参照）。コンプレッサモデルＭ４は、このテーブルMAPETAと、上述のように推定されたコンプレッサ流出量mcm(k-1)及びコンプレッサ回転数Ｎcmと、から、コンプレッサ効率η(k-1)（＝MAPETA(mcm(k-1),Ｎcm)）を推定する。
【０１３４】
そして、コンプレッサモデルＭ４は、上述のように推定されたコンプレッサ効率η(k-1)及びコンプレッサ流出量mcm(k-1)と、値Ｐic(k-1)/Ｐａと、現時点の吸気温度Ｔａと、を上記(5)式に適用して同式の計算を行うことで、コンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を推定する。ここで、値Ｐic(k-1)/Ｐａは、後述するインタークーラモデルＭ５により既に推定されている直前（最新）のインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)を、現時点の吸気圧力Ｐａで除したものである。
【０１３５】
＜＜＜インタークーラモデルＭ５＞＞＞
インタークーラモデルＭ５は、本モデルを表す一般式である下記(6)及び(7)式、吸気温度Ｔａ、インタークーラ部に流入する空気の流量（すなわちコンプレッサ流出量mcm）、コンプレッサ付与エネルギーEcm、並びに前記インタークーラ部から流出する空気の流量（すなわち、スロットル通過空気流量mt）から、インタークーラ内圧力Ｐic及びインタークーラ内温度Ｔicを算出するモデルである（下記(6)及び(7)式の導出過程については特開２００６−７０８８１号公報を参照）。
【０１３６】
なお、前記インタークーラ部は、インタークーラ３８の他に、コンプレッサ３５ｂの出口からスロットル弁３６までの吸気通路を含む。また、下記(6)及び(7)式において、Vicは前記インタークーラ部の容積である。
d(Ｐic/Ｔic）/dt＝(R/Vic)・(mcm−mt)  …(6)
dＰic/dt＝κ・(R/Vic)・(mcm・Ｔａ−mt・Ｔic)＋(κ−1)/(Vic)・(Ecm−K・(Ｔic−Ｔａ))  …(7)
【０１３７】
インタークーラモデルＭ５は、コンプレッサモデルＭ４により取得されたコンプレッサ流出量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)と、スロットルモデルＭ２により取得されたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、現時点の吸気温度Ｔａと、を前記(6)及び(7)式の右辺に適用して同式の計算を行うことで、最新のインタークーラ内圧力Ｐic(k)及びインタークーラ内温度Ｔic(k)を推定する。
【０１３８】
＜＜＜吸気管モデルＭ６＞＞＞
吸気管モデルＭ６は、本モデルを表す一般式である下記(8)及び(9)式、前記吸気管部に流入する空気の流量（すなわちスロットル通過空気流量mt）、インタークーラ内温度（スロットル弁上流温度）Ｔic、並びに前記吸気管部から流出する空気の流量（すなわち筒内吸入空気流量mc）に基づいて、吸気管内圧力Ｐｍ及び吸気管内温度Ｔｍを算出するモデルである。なお、下記(8)及び(9)式において、Vmは前記吸気管部の容積である。
d(Ｐｍ/Ｔｍ）/dt＝(R/Vm)・(mt−mc)  …(8)
dＰｍ/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Ｔic−mc・Ｔｍ)  …(9)
【０１３９】
吸気管モデルＭ６は、スロットルモデルＭ２により取得されたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、吸気弁モデルＭ３により取得された筒内吸入空気流量mc(k-1)と、インタークーラモデルＭ５が推定した最新のインタークーラ内温度（スロットル弁上流温度）Ｔic(k)と、を前記(8)及び(9)式の右辺に適用して同式の計算を行うことで、最新の吸気管内圧力Ｐｍ(k)及び吸気管内温度Ｔｍ(k)を推定する。
【０１４０】
＜＜＜吸気弁モデルＭ７＞＞＞
吸気弁モデルＭ７は、上述の吸気弁モデルＭ３と同様のモデルを含んでいる。吸気弁モデルＭ７においては、吸気管モデルＭ６が推定した最新の吸気管内圧力Ｐｍ(k)及び吸気管内温度Ｔｍ(k)と、インタークーラモデルＭ５が推定した最新のインタークーラ内温度Ｔic(k)と、を、本モデルを表す一般式でありる前記(4)式に適用して同式の計算を行うことで、最新の筒内吸入空気流量mc(k)を算出する。
【０１４１】
そして、吸気弁モデルＭ７は、上述のようにして算出した筒内吸入空気流量mc(k)に、現時点のエンジン回転数ＮＥ及び現時点の吸気バルブタイミングＶＴから算出される時間Tint（吸気弁２７ａが開弁してから閉弁するまでの時間）を乗じることで、筒内空気量の推定値である予測筒内空気量KLfwdを算出する。
【０１４２】
＜実施形態の動作の具体例＞
次に、上述の構成を備えた本実施形態の制御装置４の動作の具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、フローチャートを示す図面においては、「ステップ」は“Ｓ”と略称されているものとする。
【０１４３】
＜＜スロットル弁開度推定＞＞
ＣＰＵ４０ａは、図１２に示されているスロットル弁開度推定ルーチン１２００を、所定の演算周期ΔTt1（本例では２ｍｓ）の経過毎に実行する。
【０１４４】
ＣＰＵ４０ａは、所定のタイミングにてルーチン１２００の処理を開始する。ルーチン１２００の処理が開始されると、まず、ステップ１２０５にて、変数ｉに「０」が設定される。次に、ステップ１２１０にて、変数ｉが遅延回数ntdlyと等しいか否かが判定される。この遅延回数ntdlyは、遅延時間ＴＤ（本例では６４ｍｓ）を前記演算周期ΔTt1で除した値（本例では３２）である。
【０１４５】
ルーチン１２００の処理の開始直後のこの時点では、変数ｉは「０」である。よって、ステップ１２１０の判定が「Ｎｏ」となり、処理がステップ１２１５に進行する。ステップ１２１５にて、ＣＰＵ４０ａは、目標スロットル弁開度θtt(i)に目標スロットル弁開度θtt(i+1)の値を格納するとともに、続くステップ１２２０にて、予測スロットル弁開度θte(i)に予測スロットル弁開度θte(i+1)の値を格納する。以上の処理により、目標スロットル弁開度θtt(0)に目標スロットル弁開度θtt(1)の値が格納され、予測スロットル弁開度θte(0)に予測スロットル弁開度θte(1)の値が格納される。続いて、ＣＰＵ４０ａは、ステップ１２２５にて変数ｉの値を「１」だけ増大させて、ステップ１２１０の処理に戻る。
【０１４６】
変数ｉの値が遅延回数ntdlyより小さい間は、再びステップ１２１５〜１２２５が実行される。すなわち、ステップ１２１５〜１２２５は、変数ｉの値が遅延回数ntdlyと等しくなるまで繰り返し実行される。これにより、目標スロットル弁開度θtt(i+1)の値が目標スロットル弁開度θtt(i)に順次シフトされ、予測スロットル弁開度θte(i+1)の値が予測スロットル弁開度θte(i)に順次シフトされて行く。
【０１４７】
変数ｉの値が遅延回数ntdlyと等しくなると、ステップ１２１０の判定が「Ｙｅｓ」となり、処理がステップ１２３０に進行する。ステップ１２３０にて、ＣＰＵ４０ａは、現時点のアクセルペダル操作量Accpと図３のテーブルとに基づいて、今回の暫定目標スロットル弁開度θtt１を取得するとともに、これを遅延時間ＴＤ後の目標スロットル弁開度θttとするために目標スロットル弁開度θtt(ntdly)に格納する。
【０１４８】
続いて、処理がステップ１２３５に進行する。このステップ１２３５にて、ＣＰＵ４０ａは、前回の演算時点にて格納した予測スロットル弁開度θte(ntdly-1)と、ステップ１２３０にて格納した目標スロットル弁開度θtt(ntdly)と、前記(1)式（図１２におけるステップ１２３５内に示された式参照）と、に基づいて、現時点から遅延時間ＴＤ後の予測スロットル弁開度θte(ntdly)を取得する。そして、ＣＰＵ４０ａは、ステップ１２４０にて、実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θtt(0)となるように、スロットル弁アクチュエータ３６ａに対して駆動信号を送出し、本ルーチンを一旦終了する。
【０１４９】
このようにして、目標スロットル弁開度θttに関するメモリ（ＲＡＭ４０ｃ）においては、本ルーチンが実行される毎に、メモリの内容が一つずつシフトされていく。そして、目標スロットル弁開度θtt(0)に格納された値が、電子制御スロットル弁ロジックＡ１によりスロットル弁アクチュエータ３６ａに出力される目標スロットル弁開度θttとして設定される。
【０１５０】
すなわち、今回の本ルーチンの実行により目標スロットル弁開度θtt(ntdly)に格納された値は、その後本ルーチンが遅延回数ntdlyだけ繰り返されたとき（遅延時間ＴＤ後）に、θtt(0)に格納される。また、予測スロットル弁開度θteに関するメモリ（ＲＡＭ４０ｃ）においては、同メモリ内のθte(m）に現時点から所定時間(m・ΔTt）経過後の予測スロットル弁開度θteが格納される。この場合の値mは、０〜ntdlyの整数である。
【０１５１】
＜＜筒内空気量推定＞＞
一方、ＣＰＵ４０ａは、図１３に示されている筒内空気量推定ルーチン１３００を所定の演算周期ΔTt2（本例では８ｍｓ）の経過毎に実行することにより、現時点より先の時点の筒内空気量（予測筒内空気量KLfwd）を推定する。
【０１５２】
具体的に説明すると、ＣＰＵ４０ａは、所定のタイミングにて、ルーチン１３００の処理を開始する。ルーチン１３００の処理が開始されると、まず、ステップ１３０５にて、スロットルモデルＭ２によりスロットル通過空気流量mt(k-1)を算出するため、図１４のフローチャートに示されているルーチン１４００に処理が進行する。
【０１５３】
ルーチン１４００においては、ＣＰＵ４０ａは、まず、ステップ１４０５にて、上述のルーチン１２００の実行によりメモリに格納されているθte(m)から、現時点より所定の時間間隔Δt0だけ後の時点と最も近い時点のスロットル弁開度として推定された予測スロットル弁開度θte(m)を、予測スロットル弁開度θt(k-1)として読み込む。ここで、所定の時間間隔Δt0は、本例では、特定の気筒の燃料噴射開始時期前の所定の時点（燃料噴射量を決定する必要がある最終の時点）から、同気筒の吸気行程における吸気弁２７ａの閉弁時（第２時点）までの時間である。
【０１５４】
以下、説明の便宜上、前回の演算時点における前記予測スロットル弁開度θt(k-1)に対応する時点を前回推定時点t1とし、今回の演算時点における前記予測スロットル弁開度θt(k-1)に対応する時点を今回推定時点t2とする（第１時点、所定の時間間隔Δt0、前回推定時点t1及び今回推定時点t2の関係を示した模式図である図１５を参照。）。
【０１５５】
次に、処理がステップ１４１０に進行し、ＣＰＵ４０ａは、前記(2)式のCt（θt）・At（θt）を、前記テーブルMAPCTATと予測スロットル弁開度θt(k-1)とから取得する。次いで、処理がステップ１４１５に進行し、ＣＰＵ４０ａは、値（Ｐｍ(k-1)/Ｐic(k-1)）と前記テーブルMAPΦとから、値Φ(Ｐｍ(k-1)/Ｐic(k-1))を取得する。ここで、値（Ｐｍ(k-1)/Ｐic(k-1)）は、前回の図１３のルーチンの実行時における後述するステップ１３２５にて算出された前回推定時点t1における吸気管内圧力Ｐｍ(k-1)を、前回の図１３のルーチンの実行時における後述するステップ１３２０にて算出された前回推定時点t1におけるインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)で除した値である。
【０１５６】
続いて、処理がステップ１４２０に進行し、ＣＰＵ４０ａは、ステップ１４１０及びステップ１４１５にてそれぞれ取得された値と、スロットルモデルＭ２を表す前記(2)式（図１４におけるステップ１４２０内に示された式参照）と、前回の図１３のルーチンの実行時における後述するステップ１３２０にて算出された前回推定時点t1におけるインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)及びインタークーラ内温度Ｔic(k-1)と、に基づいて、前回推定時点t1におけるスロットル通過空気流量mt(k-1)を算出する。そして、このルーチン１４００が一旦終了して、処理が図１３のステップ１３１０に進行する。
【０１５７】
ステップ１３１０において、ＣＰＵ４０ａは、吸気弁モデルＭ３を表す前記(4)式（図１３におけるステップ１３１０内に示された式参照）の係数cを、前記テーブルMAPCと、現時点のエンジン回転数ＮＥ及び現時点の吸気バルブタイミングＶＴと、から取得する。同様に、ＣＰＵ４０ａは、前記(4)式の値dを、前記テーブルMAPDと、現時点のエンジン回転数ＮＥ及び現時点の吸気バルブタイミングＶＴと、から取得する。
【０１５８】
さらに、ＣＰＵ４０ａは、前記(4)式と、前回の本ルーチンの実行時における後述するステップ１３２０にて算出された前回推定時点t1におけるインタークーラ内温度Ｔic(k-1)と、前回の本ルーチンの実行時における後述するステップ１３２５にて算出された前回推定時点t1における吸気管内圧力Ｐｍ(k-1)及び吸気管内温度Ｔｍ(k-1)と、に基づいて、前回推定時点t1における筒内吸入空気流量mc(k-1)を算出する。
【０１５９】
次に、処理がステップ１３１５に進行し、コンプレッサモデルＭ４によりコンプレッサ流出量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を算出するため、図１６のフローチャートに示されているルーチン１６００に処理が進行する。
【０１６０】
ルーチン１６００においては、ＣＰＵ４０ａは、まず、ステップ１６０５にて、上述のステップ１３１０にて取得された前回推定時点t1における筒内吸入空気流量mc(k-1)と、吸気量−回転数定常マップMAPGa-Ncmと、に基づいて、コンプレッサ３５ｂの回転数の暫定値である第一暫定回転数Ncm_mcを取得する。
【０１６１】
次に、ステップ１６１０にて、ＣＰＵ４０ａは、前回の図１３のルーチンの実行時における後述するステップ１３２０にて算出された前回推定時点t1におけるインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)と、吸気量−過給圧定常マップMAPGa-Picと、に基づいて、暫定吸入空気量Ｇａ_picを取得する。
【０１６２】
続いて、ステップ１６１５にて、ＣＰＵ４０ａは、ステップ１６０５にて取得された暫定吸入空気量Ｇａ_picと、吸気量−回転数定常マップと、に基づいて、コンプレッサ３５ｂの回転数の他の暫定値である第二暫定回転数Ncm_picを取得する。
【０１６３】
その後、ステップ１６２０にて、ＣＰＵ４０ａは、第一暫定回転数Ncm_mcと第二暫定回転数Ncm_picとに基づいて、無駄時間や一次遅れを用いて過渡的なコンプレッサ３５ｂの回転数の変化を推定することで、コンプレッサ回転数Ncmを取得する（図８参照）。
【０１６４】
上述のようにしてコンプレッサ回転数Ncmの推定が行われた後、処理がステップ１６２５に進行し、ＣＰＵ４０ａは、推定されたコンプレッサ回転数Ｎcmと、吸気量−回転数定常マップMAPGa-Ncmと、に基づいて、暫定筒内吸入空気流量mc_tarを取得する。次に、処理がステップ１６３０に進行し、ＣＰＵ４０ａは、ステップ１６２５にて取得された暫定筒内吸入空気流量mc_tarと、吸気量−過給圧定常マップMAPGa-Picと、に基づいて、暫定過給圧Ｐic_tarを取得する。
【０１６５】
上述のようにして暫定過給圧Ｐic_tarが取得された後、処理がステップ１６３５に進行し、ＣＰＵ４０ａは、この暫定過給圧Ｐic_tarと、上述の時点t1におけるインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)と、の差ΔＰicを算出する。
【０１６６】
次に、処理がステップ１６４０に進行し、ＣＰＵ４０ａは、上述のインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)及びΔＰicと、上述のテーブルMAPK(Ｐic_tar,ΔＰic)と、に基づいて、ゲインＫを取得する。
【０１６７】
続いて、処理がステップ１６４５に進行し、ＣＰＵ４０ａは、このゲインＫと上述の値ΔＰicとを乗算することで、コンプレッサ流出量補正値Δmcmを算出する。次いで、処理がステップ１６５０に進行し、ＣＰＵ４０ａは、ステップ１６４０にて算出された補正値Δmcmを、前回推定時点t1における筒内吸入空気流量mc(k-1)に加算することで、前回推定時点t1におけるコンプレッサ流出量mcm(k-1)を算出する。
【０１６８】
その後、処理がステップ１６６０に進行し、ＣＰＵ４０ａは、前記テーブルMAPETAと、ステップ１６２０にて推定されたコンプレッサ回転数Ｎcmと、に基づいて、コンプレッサ効率η(k-1)を取得する。
【０１６９】
最後に、処理がステップ１６６５に進行し、ＣＰＵ４０ａは、前回の図１３のルーチンの実行時における後述するステップ１３２０にて算出された前回推定時点t1におけるインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)を現時点の吸気圧力Ｐａで除した値Ｐic(k-1)/Ｐａと、ステップ１６５０にて算出されたコンプレッサ流出量mcm(k-1)と、ステップ１６６０にて取得されたコンプレッサ効率η(k-1)と、現時点の吸気温度Ｔａと、コンプレッサモデルＭ４の一部を表す前記(5)式（図１６におけるステップ１６６５内に示された式参照）と、に基づいて、前回推定時点t1におけるコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を算出する。そして、このルーチン１６００が一旦終了して、処理が図１３のステップ１３２０に進行する。
【０１７０】
ステップ１３２０にて、ＣＰＵ４０ａは、インタークーラモデルＭ５を表す前記(6)及び(7)式を離散化した式（差分方程式：図１３におけるステップ１３２０内に示された式参照）と、上述のステップ１３０５及びステップ１３１５にてそれぞれ算出したスロットル通過空気流量mt(k-1)、コンプレッサ流出量mcm(k-1)、及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)と、に基づいて、今回推定時点t2におけるインタークーラ内圧力Ｐic(k)と、このインタークーラ内圧力Ｐic(k)を今回推定時点t2におけるインタークーラ内温度Ｔic(k)にて除した値｛Ｐic/Ｔic｝(k)と、を算出する。
【０１７１】
なお、Δｔは、このインタークーラモデルＭ５による計算（ステップ１３２０）及び後述する吸気管モデルＭ６による計算（ステップ１３２５）で使用される離散間隔であり、下記の式により表される。
Δｔ＝t2−t1
【０１７２】
すなわち、ステップ１３２０においては、前回推定時点t1におけるインタークーラ内圧力Ｐic(k-1)及びインタークーラ内温度Ｔic(k-1)等から、今回推定時点t2におけるインタークーラ内圧力Ｐic(k)及びインタークーラ内温度Ｔic(k)が算出される。
【０１７３】
次に、処理がステップ１３２５に進行し、ＣＰＵ４０ａは、吸気管モデルＭ６を表す前記(8)及び(9)式を離散化した式（差分方程式：図１３におけるステップ１３２５内に示された式参照）と、上述のステップ１３０５及びステップ１３１０にてそれぞれ算出されたスロットル通過空気流量mt(k-1)及び筒内吸入空気流量mc(k-1)と、前回の本ルーチンの実行時におけるステップ１３２０にて算出された前回推定時点t1におけるインタークーラ内温度Ｔic(k-1)と、に基づいて、今回推定時点t2における吸気管内圧力Ｐｍ(k)と、この吸気管内圧力Ｐｍ(k)を今回推定時点t2における吸気管内温度Ｔｍ(k)にて除した値｛Ｐｍ/Ｔｍ｝(k)と、を算出する。
【０１７４】
すなわち、ステップ１３２５においては、前回推定時点t1における吸気管内圧力Ｐｍ(k-1)及び吸気管内温度Ｔｍ(k-1)等から、今回推定時点t2における吸気管内圧力Ｐｍ(k)及び吸気管内温度Ｔｍ(k)が算出される。
【０１７５】
続いて、処理がステップ１３３０に進行し、ＣＰＵ４０ａは、吸気弁モデルＭ７を表す前記(4)式を用いて、今回推定時点t2における筒内吸入空気流量mc(k)を算出する。
【０１７６】
このとき、係数c及び値dとして、上述のステップ１３１０にて取得された値が用いられる。また、インタークーラ内温度Ｔic(k)、吸気管内圧力Ｐｍ(k)、及び吸気管内温度Ｔｍ(k)は、上述のステップ１３２０及びステップ１３２５にてそれぞれ算出された今回推定時点t2における値（最新の値）が用いられる。
【０１７７】
そして、ＣＰＵ４０ａは、続くステップ１３３５にて、現時点のエンジン回転数ＮＥと現時点の吸気バルブタイミングＶＴとにより求められる吸気弁開弁時間（吸気弁２７ａが開弁してから閉弁するまでの時間）Tintを計算し、さらに、続くステップ１３４０にて、前記今回推定時点t2における筒内吸入空気流量mc(k)に吸気弁開弁時間Tintを乗じることで予測筒内空気量KLfwdを算出し、本ルーチンを一旦終了する。
【０１７８】
以上のように算出される予測筒内空気量KLfwdについて、さらに説明する。ここで、説明の便宜上、クランクシャフト２３が３６０°回転する時間よりも図１３の筒内空気量推定ルーチン１３００の演算周期ΔTt2が十分に短い場合であって、且つ、所定の時間間隔Δt0が大きく変化しない場合を考える。
【０１７９】
このとき、今回推定時点t2は、上述した筒内空気量推定ルーチン１３００の実行が繰り返される毎に、略演算周期ΔTt2だけ先の時点へと移行していく。そして、特定の気筒の燃料噴射開始時期前の所定の時点（燃料噴射量を決定する必要がある最終の時点）にて本ルーチンが実行されると、今回推定時点t2は、前記第２時点（同気筒の吸気行程における吸気弁２７ａの閉弁時）と略一致する。したがって、この時点にて算出される予測筒内空気量KLfwdは、前記第２時点の筒内空気量の推定値となっている。
【０１８０】
＜実施形態による効果＞
上述の通り、本実施形態の制御装置４は、排気パラメータと比べて取得（計測あるいは算出）が精度良く行われ得る吸気パラメータと、前記吸気系における空気の挙動に関する物理法則に基づいて構築された計算モデル（吸気弁モデル等）とを用いて、筒内吸入空気流量mcやインタークーラ内圧力Ｐicを算出する。
【０１８１】
また、本実施形態の制御装置４は、これらの算出値と図７及び図８に示されている所定の関係とに基づいて、過給機３５の応答遅れを考慮しつつ、コンプレッサ回転数Ｎcmを推定し、この推定値に基づいて、コンプレッサ流出量mcm及び予測筒内空気量KLfwdを取得する。
【０１８２】
このように、本実施形態の構成においては、内燃機関システム１にコンプレッサ回転数センサを設けることなく、コンプレッサ回転数Ｎcmが、過給機３５の応答遅れを考慮しつつ、精度よく推定される。また、図６に示されているような、多数のコンプレッサ回転数Ｎcmに対応する多数のコンプレッサ特性線を、テーブルあるいはマップ化してＲＯＭ４０ｂに格納する必要がなくなる。
【０１８３】
さらに、本実施形態においては、コンプレッサ流出量mcm及び予測筒内空気量KLfwdの算出に際し、空気流量センサの出力値ではなく、スロットルモデルＭ２により推定されたスロットル通過空気流量mtが用いられている。
【０１８４】
以上の通り、本実施形態によれば、安価な装置構成で、コンプレッサ流出量mcm及び予測筒内空気量KLfwdが、幅広い運転条件にて、従来よりもいっそう高い精度で推定され得る。
【０１８５】
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
【０１８６】
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたもの限定されるものではない。また、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、互いに複合的に適用され得る。本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【０１８７】
（Ａ）本発明は、上述の実施形態で示された具体的な装置構成に限定されない。
【０１８８】
例えば、本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプの内燃機関に適用可能である。気筒数や気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）も、特に限定はない。
【０１８９】
インタークーラ３８は、水冷式のものであってもよい。あるいは、インタークーラ３８は、なくてもよい。また、過給機３５は、ターボチャージャ以外の方式のものであってもよい。
【０１９０】
（Ｂ）また、本発明は、上述の実施形態で示された具体的な機能・動作に限定されない。
【０１９１】
・例えば、遅延時間ＴＤは、一定の時間ではなく、エンジン回転数ＮＥに応じた可変の時間（例えばクランクシャフト２３が所定角度だけ回転するのに要する時間）であってもよい。
【０１９２】
・内燃機関システム１にスロットル弁３６が設けられていない場合、スロットルモデルＭ２に代えて、吸気弁モデルＭ３及び／又は吸気管モデルＭ６を適宜変容した計算モデルを構築することで、コンプレッサモデルＭ４等の他のモデルにおける計算に必要なパラメータが生成され得る。インタークーラ３８が設けられていない場合も同様である。
【０１９３】
・スロットル弁アクチュエータ３６ａに対して駆動信号が送出された時点から、ほとんど遅れることなく、実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θttとなる場合には、(1)式に換えて、下記の式が適用されてもよい。
θte(k)＝θtt(k)
【０１９４】
・図６や図７におけるインタークーラ内圧力Ｐicに代えて、これと吸気圧力Ｐａとの比Ｐic/Ｐａが、本発明の「過給圧」として用いられ得る。
【０１９５】
（Ｃ）その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した先行出願や公報の開示内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。
【符号の説明】
【０１９６】
１…内燃機関システム    ２…内燃機関            ２１…シリンダ
２５…吸気ポート        ２７ａ…吸気弁          ２８…インジェクタ  
３…吸排気系統          ３１…吸気マニホールド  ３３…吸気ダクト
３４…排気管            ３５…過給機            ３５ｂ…コンプレッサ
３６…スロットル弁      ３６ａ…スロットル弁アクチュエータ
３８…インタークーラ
４…制御装置            ４０…ＥＣＵ            ４０ａ…ＣＰＵ
４０ｂ…ＲＯＭ          ４１…圧力センサ        ４２…温度センサ
４３…カムポジションセンサ                      ４４…クランクポジションセンサ
４５…スロットルポジションセンサ                ４６…アクセル開度センサ
Ｍ１…電子制御スロットル弁モデル                Ｍ２…スロットルモデル
Ｍ３…吸気弁モデル                              Ｍ４…コンプレッサモデル
Ｍ４１…暫定吸入空気量取得部                    Ｍ４２…コンプレッサ回転数推定部
Ｍ４２１…第一暫定回転数取得部                  Ｍ４２２…第二暫定回転数取得部
Ｍ４２３…演算部                                Ｍ４２４…無駄時間演算部
Ｍ４２５…一次遅れ演算部                        Ｍ４２６…演算部
Ｍ４３…暫定筒内吸入空気流量取得部              Ｍ４４…暫定過給圧取得部
Ｍ４５〜Ｍ４７…演算部                          Ｍ５…インタークーラモデル
Ｍ６…吸気管モデル                              Ｍ７…吸気弁モデル  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１９７】
【特許文献１】特開２００６−２２７６３号公報
【特許文献２】特開２００６−７０８８１号公報
【特許文献３】特開２００６−１９４１０７号公報
【図１】
2010174710.tif 000006
【図２】
2010174710.tif 000007
【図３】
2010174710.tif 000008
【図４】
2010174710.tif 000009
【図５】
2010174710.tif 000010
【図６】
2010174710.tif 000011
【図７】
2010174710.tif 000012
【図８】
2010174710.tif 000013
【図９】
2010174710.tif 000014
【図１０】
2010174710.tif 000015
【図１１】
2010174710.tif 000016
【図１２】
2010174710.tif 000017
【図１３】
2010174710.tif 000018
【図１４】
2010174710.tif 000019
【図１５】
2010174710.tif 000020
【図１６】
2010174710.tif 000021