(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルバルブの下流側の吸気管に設けられた内燃機関へのシリンダ吸入空気量を推定するために、
前記スロットルバルブを通過して前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記スロットルバルブを通過した空気が前記シリンダ内に入るまでの吸気系の応答遅れをモデル化した物理モデルと、
を備えた内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置であって、
前記物理モデルは、
前記スロットルバルブの下流側から前記内燃機関のシリンダ内に入る空気量を示す指標である体積効率相当値を算出する体積効率相当値算出手段と、
前記吸入空気量、前記体積効率相当値および前記物理モデルを用いて、前記シリンダ内に実際に吸入されるシリンダ吸入空気量を算出するシリンダ吸入空気量算出手段と、
前記スロットルバルブの下流側での吸気管内密度および吸気管内密度変化量を算出する吸気管内密度算出手段と、を含み、
前記体積効率相当値算出手段は、前記内燃機関の１行程間の吸入空気量Ｑａ［ｇ］と、前記吸気管内密度ρｂ［ｇ／ｃｍ＾３］と、前記吸気管内密度変化量Δρｂ［ｇ／ｃｍ＾３］と、前記スロットルバルブの下流側から前記内燃機関のシリンダ入口までの吸気管容積Ｖｓ［ｃｍ＾３］と、前記内燃機関の１気筒当りのシリンダ行程容積Ｖｃ［ｃｍ＾３］と、を用いた以下の式（１）、
【数１】
0005496289.tif 000024
から、前記体積効率相当値Ｋｖを算出することを特徴とする内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項２】
前記スロットルバルブの下流側の吸気管内に設置された圧力検出手段および温度検出手段を備え、
前記吸気管内密度算出手段は、
前記圧力検出手段および前記温度検出手段により検出される吸気管内圧力および吸気管内温度を用いて、前記吸気管内密度および前記吸気管内密度変化量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項３】
前記体積効率相当値算出手段は、前記式（１）から算出された体積効率相当値に対してさらにフィルタ処理を施したフィルタ後の体積効率相当値を、最終的な体積効率相当値として算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項４】
燃焼後の排気ガスが前記シリンダ内から排気管に排出されずに前記シリンダ内に残留した量を示す指標である内部ＥＧＲ率を算出する内部ＥＧＲ率算出手段を備え、
前記内部ＥＧＲ率算出手段は、前記吸気管内密度と前記内燃機関のシリンダ内密度との比である吸気効率と、前記体積効率相当値とを用いて、前記内部ＥＧＲ率を算出することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項５】
前記内部ＥＧＲ率算出手段は、前記体積効率相当値Ｋｖと、前記吸気効率Ｋｉｎと、前記内燃機関の圧縮比εと、を用いた以下の式（２）、
【数２】
0005496289.tif 000025
から、前記内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項６】
前記内部ＥＧＲ率算出手段は、前記内燃機関の吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］と、吸気管内圧力Ｐｂ［ｋＰａ］と、排気管内温度Ｔｅｘ［°Ｋ］と、吸気管内温度Ｔｂ［°Ｋ］と、を用いた以下の式（３）、
【数３】
0005496289.tif 000026
から、前記吸気効率Ｋｉｎを算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項７】
前記内部ＥＧＲ率算出手段は、前記式（３）に用いる前記筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］を、前記吸気管内圧力Ｐｂ［ｋＰａ］の２次関数として近似することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置。
【請求項８】
前記内部ＥＧＲ率算出手段は、前記筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］を近似するための前記吸気管内圧力Ｐｂ［ｋＰａ］として、所定クランク角度間の吸気管内圧力の最大値を用いることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＶＶＴ（可変動弁）機構が設けられた内燃機関の制御装置に関し、詳細には、シリンダ吸入空気量を高精度に算出するための内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンを好適に制御するためには、シリンダに吸入される空気量を高精度に算出し、シリンダ内に吸入された空気量に応じた燃料制御および点火時期制御を行うことが重要である。
燃料制御については、主にシリンダ吸入空気量に対して、目標空燃比となる燃料量を噴射するようにフィードバック制御できれば、概して良好な制御性が得られる。
【０００３】
一方、点火時期制御については、エンジン回転速度およびシリンダ吸入空気量のみならず、たとえば、エンジン温度、ノック発生状況、燃料性状、および、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）量と吸入空気量との比であるＥＧＲ率、を含む他の要因に応じて、エンジン出力が最大となる点火進角ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｐａｒｋ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）で制御する必要がある。
【０００４】
ＭＢＴに影響を与える上記要因のうち、たとえば、エンジン温度は、エンジン冷却水温度センサにより検出され、ノック発生状況は、ノックセンサにより検出され、燃料性状は、ノック発生状況に応じて、レギュラーガソリンまたはハイオクガソリンであるかを判定することができる。
【０００５】
しかし、ＥＧＲ率に関しては、外部ＥＧＲは、ＥＧＲバルブの開度、排気圧力および吸気管内圧力から算出可能であるものの、内部ＥＧＲ率を高精度に推定することは困難である。
すなわち、ＥＧＲ量に関しては、排気管と吸気管を結ぶＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブの開度に基づく外部ＥＧＲ制御と、シリンダ内に残留する排気量を制御する内部ＥＧＲ制御とがあり、さらに、外部ＥＧＲ制御および内部ＥＧＲ制御を同時に行う場合もある。
【０００６】
内部ＥＧＲの制御は、吸気バルブおよび排気バルブのバルブ開閉タイミングを可変化するＶＶＴ（可変バルブタイミング：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構を設け、バルブ開閉タイミングにより吸気バルブおよび排気バルブが同時に開いている状態であるオーバーラップ期間を変えることにより行われる。
【０００７】
特に、吸気バルブおよび排気バルブのバルブ開閉タイミングを可変化する吸排気ＶＶＴを有するエンジンにおいては、インマニ（インテークマニホールド）からシリンダに吸入される空気量が、バルブタイミングによって大きく変化するので、バルブタイミングによる影響を考慮しない場合には、シリンダに吸入される空気量の算出精度が低下してしまう可能性がある。
【０００８】
また、近年では、エンジン出力トルクを指標としてエンジン制御を行うことが一般的となっており、エンジン出力トルクを推定する場合においても、シリンダ吸入空気量およびＥＧＲ率に応じて熱効率が変化することから、前述のＭＢＴを算出するためにも、トルクおよび熱効率を推定するためにも、シリンダ吸入空気量およびＥＧＲ率を高精度に算出することが要求されている。
【０００９】
従来から、吸排気ＶＶＴを有するエンジンを対象とした場合での、内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１においては、演算モデルとして、スロットルバルブを通過した空気がシリンダ内に入るまでの吸気系の応答遅れをモデル化した物理モデルを用い、演算モデルを吸気経路内の圧力に基づいて較正する技術が開示されている。
【００１０】
上記特許文献１によれば、体積効率補正係数の誤差は吸収できると考えられるが、吸排気ＶＶＴシステムであれば、吸気および排気での制御分割数が各６個の場合（ＶＶＴ機構の作動範囲を６個の代表点で表し、その間を補間して使用する場合）を例にとれば、６×６（＝３６）個の体積効率補正係数マップ分のデータが、基礎特性として必要となる。
なお、吸気ＶＶＴのみを有するシステム構成であれば、６個の体積効率補正係数マップで済む。
【００１１】
一方、特許文献２においては、特許文献１とは異なり、エンジンの吸入空気量を検出するエアフローメータと、エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧センサとを用いて、吸入空気量を吸気圧力の変化量で補正し、補正演算結果を吸気行程中に積算することにより、シリンダ吸入空気量を気筒別に算出する技術が開示されている。
【００１２】
上記特許文献２によれば、体積効率補正係数の算出および応答遅れモデルのフィルタ処理が不要のように思えるが、エンジン制御で用いられるセンサ類には、計測時に微小な誤差が生じる場合が多くあるので、そのままではシリンダ吸入空気量を高精度に算出することが困難である。
【００１３】
たとえば、特に高い精度が求められる吸気系のセンサ値は、たとえば、１ｍｓごとにサンプリングしておいて、所定のクランク角度間ごとに、サンプリング値の平均値を算出するなどして微小な誤差を押さえるための処理がなされている。また、応答遅れモデルのフィルタ処理についても同様の効果があると言える。
【００１４】
すなわち、特許文献２の技術では、シリンダ吸入空気量に微小な誤差が生じてしまい、そのままでは燃料制御および点火時期制御に適さず、さらには、エンジン出力トルクの推定演算に用いるには適さないとしていないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第４０２９７３９号公報
【特許文献２】特許第３６２２５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来の内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置は、特許文献１の場合には、演算モデルを用いることにより体積効率補正係数の誤差が吸収されるものの、吸排気ＶＶＴシステムに適用する場合に、たとえば３６個の体積効率補正係数マップ分のデータが必要になり、演算が複雑化するので実用的でないという課題があった。
【００１７】
また、特許文献２の場合には、エアフローメータおよび吸気圧センサを用いてシリンダ吸入空気量を気筒別に算出しているものの、センサ類が有する微小な誤差に起因してシリンダ吸入空気量の算出値に微小な誤差が生じるという課題があった。
【００１８】
なお、シリンダ吸入空気量を推定するために、たとえば、インマニからシリンダ内に入る空気量を示す指標である体積効率相当値（体積効率補正係数）と、上記応答遅れモデル化とを用い、２つの内部変数（吸気効率および排気効率）に基づいて体積効率相当値を算出することも考えられる。また、排気効率に基づいて内部ＥＧＲ率を推定することも考えられる。
【００１９】
上記技術は、内部変数を近似式で算出することにより、吸排気ＶＶＴシステムでは３６個の体積効率補正係数マップが必要となるのに対し、必要なマップ数を大幅に削減することを目的としている。
ただし、この場合、内部変数を１次近似式で算出すれば、必要なマップ数を大幅に削減可能であるが、精度向上を目的として、２次近似式または３次近似式で算出すると、必要なマップ数が多くなるので、マップ数の削減効果が低下してしまうという課題がある。
【００２０】
また、内部変数算出用の近似式を求めるためには、結局、吸排気ＶＶＴシステムであれば、３６個の体積効率補正係数マップ分のデータ計測が必要となり、適合工数を削減するという観点では効果が見込めないという課題がある。
さらに、体積効率補正係数は、環境条件および個体ばらつきによる誤差が生じやすく、この誤差を吸収できないという課題もある。
【００２１】
すなわち、ＶＶＴ機構を有する内燃機関において、体積効率相当値を用いた吸気系の物理モデルからシリンダ内への実吸入空気量を推定した場合、ＶＶＴ機構の実バルブタイミングに応じて体積効率相当値が変化することから、バルブタイミングに応じて体積効率相当値を適合化する必要があり、また、内部ＥＧＲ率を推定する際にも、ＶＶＴ機構の実バルブタイミングに応じて内部ＥＧＲ率が変化することから、バルブタイミングに応じて内部ＥＧＲ率を適合しておく必要があるので、記憶マップが膨大な数になるという課題がある。
【００２２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、シリンダ吸入空気量の推定に必要な体積効率補正係数をリアルタイムに演算することにより、体積効率補正係数の適合処理を不要として、特許文献１における体積効率補正係数の誤差の吸収機能を実現しつつ、特許文献２のようなセンサ類の微小な誤差を生じさせることのない演算処理を実現し、膨大なメモリ容量を必要とせずに、少ない適合定数および少ない演算負荷に基づき、エンジンを好適に制御するのに十分な精度でシリンダ吸入空気量を算出することのできる内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この発明に係る内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置は、スロットルバルブの下流側の吸気管に設けられた内燃機関へのシリンダ吸入空気量を推定するために、スロットルバルブを通過して内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、スロットルバルブを通過した空気がシリンダ内に入るまでの吸気系の応答遅れをモデル化した物理モデルと、を備えた内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置であって、物理モデルは、スロットルバルブの下流側から内燃機関のシリンダ内に入る空気量を示す指標である体積効率相当値を算出する体積効率相当値算出手段と、吸入空気量、体積効率相当値および物理モデルを用いて、シリンダ内に実際に吸入されるシリンダ吸入空気量を算出するシリンダ吸入空気量算出手段と、スロットルバルブの下流側での吸気管内密度および吸気管内密度変化量を算出する吸気管内密度算出手段と、を含み、体積効率相当値算出手段は、内燃機関の１行程間の吸入空気量Ｑａ［ｇ］と、吸気管内密度ρｂ［ｇ／ｃｍ＾３］と、吸気管内密度変化量Δρｂ［ｇ／ｃｍ＾３］と、スロットルバルブの下流側から内燃機関のシリンダ入口までの吸気管容積Ｖｓ［ｃｍ＾３］と、内燃機関の１気筒当りのシリンダ行程容積Ｖｃ［ｃｍ＾３］と、を用いた後述する（２２）式から、体積効率相当値Ｋｖを算出するものである。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、吸気系の応答遅れをモデル化した物理モデルで使用する体積効率相当値をリアルタイムに算出することにより、膨大なメモリ容量を必要とせず、少ない適合定数および少ない演算負荷で、エンジンを好適に制御するのに十分な精度でシリンダ吸入空気量を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置をエンジンとともに示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置の機能構成を各種センサとともに示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるシリンダ吸入空気量の算出手順を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による体積効率補正係数の算出手順を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１における新気および内部ＥＧＲの各容積および各圧力の関係をインマニ内および筒内のそれぞれについて示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による筒内圧と筒内容積との関係（Ｐ−Ｖ線図、両対数表示）の一例を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるインマニ圧ピーク値と吸気行程終了時の筒内圧との関係を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１による内部ＥＧＲ率の算出手順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】
【００２６】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置をエンジン１とともに示すブロック構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置の機能構成を各種センサとともに示すブロック図である。
【００２７】
図１において、内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置は、エンジン１に関連した各種センサと、各種センサに接続された電子制御ユニット２０とにより構成されている。以下、電子制御ユニット２０を、ＥＣＵ２０（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）と略称する。
【００２８】
ＥＣＵ２０は、各種センサおよび各種アクチュエータと関連したエンジン制御装置を構成しており、エンジン１の運転状態を示す各種センサからの検出情報に基づき、エンジン１の各種アクチュエータを制御する。
【００２９】
エンジン１の吸気系の上流側には、吸入空気量Ｑａ（吸気管内の空気流量）を測定するエアフローセンサ２が設けられている。以下、エアフローセンサ２を、ＡＦＳ２（Ａｉｒ  Ｆｌｏｗ  Ｓｅｎｓｏｒ）と略称する。
また、ＡＦＳ２の下流側（エンジン１側）には、電子制御スロットル４が設けられている。
【００３０】
電子制御スロットル４は、吸入空気量Ｑａを調整するスロットルバルブ４ａと、スロットルバルブ４ａの開度θ（スロットル開度）を電子的に制御するためのスロットルアクチュエータとにより構成されている。また、電子制御スロットル４には、スロットル開度θを測定するためのスロットル開度センサ３が設けられている。
【００３１】
電子制御スロットル４の下流側には、エンジン１内に空気を導入するための吸気管（インマニ部）として、サージタンク５およびインテークマニホールド６が設けられている。
吸気管を構成するインテークマニホールド６は、吸気バルブを介して、エンジン１のシリンダ内の燃焼室と連通している。
【００３２】
一方、エンジン１の下流側には、シリンダ内で燃焼した排気ガスを排出するための排気管として、エキゾーストマニホールド１３が設けられている。
エキゾーストマニホールド１３は、排気バルブを介して、エンジン１のシリンダ内の燃焼室と連通している。また、図示しないが、エキゾーストマニホールド１３には、空燃比制御用のＯ２センサや、排気ガス浄化用の触媒が設けられている。
【００３３】
電子制御スロットル４の下流側の吸気管には、サージタンク５およびインテークマニホールド６内を含むインマニ空間の圧力（インマニ圧Ｐｂ）を測定するインマニ圧センサ７と、インマニ空間内の温度（インマニ温Ｔｂ）を測定する吸気温センサ８と、が設けられている。
【００３４】
なお、インマニ圧Ｐｂを測定するインマニ圧センサ７に代えて、インマニ圧を推定する手段を設けてもよく、また、インマニ温Ｔｂを計測する吸気温センサ８に代えて、近似的に外気温（厳密にはインマニ温Ｔｂとは異なるが）を計測する温度センサ（たとえば、ＡＦＳ２に内蔵されている温度センサ）を設けてもよい。
また、ＡＦＳ２を用いる代わりに、たとえば、スロットル開度θに基づいて吸入空気量Ｑａを推定するなど、別の吸入空気量測定手段を用いてもよい。
【００３５】
インテークマニホールド６の吸気バルブ近傍には、燃料を噴射するためのインジェクタ９が設けられ、吸気バルブおよび排気バルブには、バルブタイミングを可変するための吸気ＶＶＴ１０および排気ＶＶＴ１１がそれぞれ設けられている。
また、シリンダヘッドには、シリンダ内で火花を発生させる点火プラグを駆動するための点火コイル１２が設けられている。
【００３６】
図２において、ＥＣＵ２０は、吸気系の物理モデル２５と、制御量演算手段２６と、を備えている。
また、物理モデル２５は、シリンダ吸入空気量算出手段２１と、体積効率補正係数算出手段２２と、インマニ密度算出手段２３と、内部ＥＧＲ率算出手段２４と、により構成されている。
【００３７】
ＥＣＵ２０には、前述の各センサ２、３、７、８からの各種情報（吸入空気量Ｑａ、スロットル開度θ、インマニ圧Ｐｂ、インマニ温Ｔｂ）に加えて、大気圧センサ１４で測定された大気圧が入力される。
【００３８】
また、ＥＣＵ２０には、図示しない他の各種センサ（アクセル開度センサ、クランク角度センサなど）からの各種測定値が入力される。
なお、大気圧を測定する大気圧センサ１４に代えて、別の大気圧推定手段を用いてもよく、ＥＣＵ２０に内蔵された大気圧センサを用いてもよい。
【００３９】
また、詳細については後述するが、ＥＣＵ２０内の物理モデル２５において、インマニ密度算出手段２３は、インマニ圧センサ７で計測されたインマニ圧Ｐｂと、吸気温センサ８で計測されたインマニ温Ｔｂとに基づき、インマニ密度ρｂ（インマニ内の新気密度）を算出する。
【００４０】
また、体積効率補正係数算出手段２２は、インマニ密度ρｂを用いて体積効率補正係数Ｋｖを算出し、内部ＥＧＲ率算出手段２４は、体積効率補正係数Ｋｖを用いて内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出する。
さらに、シリンダ吸入空気量算出手段２１は、ＡＦＳ２で測定された吸入空気量Ｑａと、体積効率補正係数Ｋｖとを用いて、エンジン１の実際のシリンダ吸入空気量Ｑｃを算出する。
【００４１】
ＥＣＵ２０内の制御量演算手段２６は、算出されたシリンダ吸入空気量Ｑｃおよび内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒに基づき、インジェクタ９および点火コイル１２を駆動する。
また、制御量演算手段２６は、各種情報（アクセル開度など）に基づき目標トルクを算出し、算出された目標トルクを達成するための目標シリンダ吸入空気量を算出し、目標シリンダ吸入空気量を達成するための制御目標値として、目標スロットル開度、目標吸気ＶＶＴ位相角および目標排気ＶＶＴ位相角を算出し、各制御目標値を達成するように電子制御スロットル４の開度、吸気ＶＶＴ１０および排気ＶＶＴ１１の位相角とを制御する。
さらに、制御量演算手段２６は、他の各種アクチュエータ（図示しないＥＧＲバルブなど）も、必要に応じて制御する。
【００４２】
次に、図１および図２を参照しながら、物理モデル２５内のシリンダ吸入空気量算出手段２１による演算処理（ＡＦＳ２で計測された吸入空気量Ｑａに基づく実際のシリンダ吸入空気量Ｑｃの算出手順）について詳細に説明する。
まず、電子制御スロットル４の下流側からエンジン１の各シリンダ入口までの吸気管容積Ｖｓ［ｃｍ＾３］と、１気筒当りのシリンダ行程容積Ｖｃ［ｃｍ＾３］とを定義する。
【００４３】
また、エンジン１の行程数ｎについて、ＡＦＳ２で測定された吸入空気量Ｑａ［ｇ／ｓ］の１行程間の平均値Ｑａ（ｎ）と、シリンダ吸入空気量Ｑｃ［ｇ／ｓ］の１行程間の平均値Ｑｃ（ｎ）と、１行程間（４気筒エンジンでは１８０［ｄｅｇＣＡ］、３気筒エンジンでは２４０［ｄｅｇＣＡ］）の時間Ｔ（ｎ）［ｓ］と、インマニ密度ρｂ［ｇ／ｃｍ＾３］の１行程間の平均値ρｂ（ｎ）と、インマニからシリンダに入る空気の体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）と、をそれぞれ定義する。
【００４４】
ここで、吸気管容積Ｖｓで示される領域において、新気（電子制御スロットル４を経由してインマニに入る空気）のみに着目して、実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）と実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）との差分と、インマニ密度ρｂ（ｎ）（平均値）の変化量との関係を表すと、１行程間の質量保存則の適用により、以下の式（１）が成立する。
【００４５】
【数１】
0005496289.tif 000002
【００４６】
ただし、式（１）において、ρｂ（ｎ−１）は、行程ｎよりも１行程前のインマニ密度であり、ρｂ（ｎ）−ρｂ（ｎ−１）は、インマニ密度変化量Δρｂに相当する。
一方、１行程間の実シリンダ吸気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）は、インマニ密度ρｂ（ｎ）、シリンダ行程容積Ｖｃおよび体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）を用いて、以下の式（２）のように表される。
【００４７】
【数２】
0005496289.tif 000003
【００４８】
なお、定常運転時には、実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）と実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）とが等しくなるので、式（２）の左辺を実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）に置き換えた式から、エンジン制御定数の適合時に体積効率補正係数Ｋｖを算出することが可能である。
【００４９】
次に、式（２）を式（１）に代入してインマニ密度ρｂ（ｎ）を消去し、実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）について解くと、実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）は、フィルタ定数Ｋを用いて、以下の式（３）のように表される。
【００５０】
【数３】
0005496289.tif 000004
【００５１】
式（３）により、ＡＦＳ２で計測された実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）から、実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）を高精度に算出することができる。また、実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）から、シリンダ内の充填効率を高精度に算出して、各種エンジン制御に用いることができる。
式（３）をさらに変形すると、以下の式（４）が得られる。
【００５２】
【数４】
0005496289.tif 000005
【００５３】
式（４）は、エンジン１の回転に同期した（たとえば、所定クランク角度ごとの）割込み処理において、デジタルローパスフィルタを意味する。したがって、エンジン１の吸気系は、１次遅れ要素であることが分かる。
【００５４】
次に、図３のフローチャートを参照しながら、上記式（３）をＥＣＵ２０内で実現するための演算手順について詳細に説明する。
図３はシリンダ吸入空気量算出手段２１および体積効率補正係数算出手段２２の処理手順を示しており、所定のクランク角度（たとえば、ＢＴＤＣ０５［ｄｅｇＣＡ］）ごとの割込み処理（Ｂ０５処理）で実行される。
【００５５】
図３において、まず、シリンダ吸入空気量算出手段２１は、クランク角度信号および吸入空気量Ｑａの測定値に基づき、１行程間の実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）［ｇ］を算出する（ステップ３０１）。
具体的には、ＡＦＳ２が質量流量計である場合には、ＡＦＳ２の出力電圧（測定値）を所定時間（たとえば、１．２５ｍｓ）ごとにサンプリングしながら積算していき、前回の割込み処理から今回の割込み処理までの間の積算値を算出することにより実現できる。なお、ＡＦＳ２が体積流量計の場合には、標準大気密度、大気圧および吸気温（インマニ温Ｔｂ）に基づき、体積を質量に変換することにより算出可能である。
【００５６】
次に、体積効率補正係数算出手段２２は、体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）を算出する（ステップ３０２）。なお、ステップ３０２の算出処理の詳細については、図４において後述する。
ステップ３０２の算出値は、前回値として記憶され（ステップ３０５）、後述のステップ３０４の演算処理において、１行程前の体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ−１）として用いられる。
【００５７】
続いて、シリンダ吸入空気量算出手段２１は、式（３）内のフィルタ定数Ｋを算出するとともに（ステップ３０３）、式（３）内のフィルタ演算式にしたがい、実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）［ｇ］を算出する（ステップ３０４）。
【００５８】
このとき、１行程前の体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ−１）は、ステップ３０５で記憶された１行程前の体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ−１）が用いられる。
最後に、ステップ３０４で算出した実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）［ｇ］を格納して（ステップ３０６）、図３の処理ルーチンを終了する。
【００５９】
なお、ステップ３０６の算出値は、前回値として記憶され（ステップ３０７）、次回のステップ３０４の演算処理において、１行程前の実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ−１）Ｔ（ｎ−１）［ｇ］として用いられる。
以上のように、体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）を用いた単純な演算により、高精度に実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）［ｇ］を算出することができる。
【００６０】
次に、体積効率補正係数算出手段２２による演算処理（ステップ３０２）について、詳細に説明する。
式（１）および式（２）から求められた式（３）は、ＡＦＳ２で計測した実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）から実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）を算出するための式である。
ここで、式（２）を式（１）に代入して、実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）を消去すると、体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）は、実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）（吸入空気量Ｑａ）、インマニ密度変化量Δρｂ、吸気管容積Ｖｓ、インマニ密度ρｂ（ｎ）およびシリンダ行程容積Ｖｃを用いた以下の式（５）で表される。
【００６１】
【数５】
0005496289.tif 000006
【００６２】
式（５）内のインマニ密度ρｂ（ｎ）［ｇ／ｃｍ＾３］は、インマニ圧センサ７で計測されたインマニ圧Ｐｂ（ｎ）［ｋＰａ］と、吸気温センサ８で計測されたインマニ温Ｔｂ（ｎ）［°Ｋ］と、気体定数Ｒ［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］とを用いて、以下の式（６）からなる状態方程式により算出することができる。
【００６３】
【数６】
0005496289.tif 000007
【００６４】
このように、式（５）を用いることにより、ＡＦＳ２、インマニ圧センサ７および吸気温センサ８の各出力値に基づき、体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）をリアルタイムに算出することができる。
【００６５】
しかしながら、上記センサ出力値は、微小な計測ノイズが混入している場合が多く、式（５）で算出した体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）を用いて、式（３）から実シリンダ吸入空気量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ）を演算しても、誤差が生じてしまう可能性がある。
【００６６】
上記ノイズに起因した誤差を回避するためには、式（５）で算出した体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）に対して、フィルタ処理を行うことによりノイズ成分を減衰させ、ノイズ成分減衰後（フィルタ後）の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を用いて、式（３）の演算を行うことが有効である。
【００６７】
具体的には、フィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）は、フィルタ定数Ｋ１（たとえば、０．９〜０．９９程度の値）を用いたフィルタ処理により、以下の式（７）のように算出することができる。
【００６８】
【数７】
0005496289.tif 000008
【００６９】
なお、式（７）においては、ノイズ成分を減衰させるために、１次ローパスフィルタ処理を適用したが、これに限らず、過去数行程間の値に対して単純な移動平均処理を施した値を用いてもよく、または、加重移動平均処理（過去数行程間の個々のデータに対して異なる重みをつけて平均値を計算する処理）などを施した値を用いてもよい。
【００７０】
上記観点から、式（３）内の体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）としては、フィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を用いることとする。
【００７１】
次に、図４のフローチャートを参照しながら、物理モデル２５（インマニ密度算出手段２３、シリンダ吸入空気量算出手段２１、体積効率補正係数算出手段２２）により実行される演算処理（式（５）〜式（７）を用いた演算）について詳細に説明する。
図４は所定クランク角度（たとえば、ＢＴＤＣ０５［ｄｅｇＣＡ］）ごとの割込み処理（Ｂ０５処理）で実行される。
【００７２】
図４において、まず、インマニ密度算出手段２３は、インマニ圧センサ７からインマニ圧Ｐｂ（ｎ）を取得する（ステップ４０１）。
なお、インマニ圧Ｐｂ（ｎ）は、バルブ開閉に同期して振動している場合が多いので、前述の１行程間の実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）［ｇ］の算出処理（ステップ３０１）と同様に、統計処理により算出することが望ましい。
【００７３】
具体的には、インマニ圧センサ７の出力電圧を所定時間（たとえば、１．２５ｍｓ）ごとにサンプリングしながら積算していき、前回の割込み処理から今回の割込み処理までの間の積算値を積算回数で除算することにより、変動分を吸収した平均値として１行程間のインマニ圧Ｐｂ（ｎ）算出することができる。
【００７４】
次に、インマニ密度算出手段２３は、吸気温センサ８からインマニ温Ｔｂ（ｎ）を取得する（ステップ４０２）。
インマニ温Ｔｂ（ｎ）についても、インマニ圧Ｐｂ（ｎ）と同様に、１行程間の平均値を用いてもよいが、一般に温度センサは圧力センサに比べて応答性が悪いので、瞬時値を用いても差し支えない。
【００７５】
続いて、前述の式（６）を用いて、インマニ密度ρｂ（ｎ）を算出する（ステップ４０３）。
ステップ４０３の算出値は、前回値として記憶され（ステップ４０５）、後述のステップ４０６の演算処理において、１行程前のインマニ密度ρｂ（ｎ−１）として用いられる。
【００７６】
続いて、シリンダ吸入空気量算出手段２１は、１行程間の実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）［ｇ］を算出するが（ステップ４０４）、この値としては、図３内のステップ３０１で算出した実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）［ｇ］をそのまま用いることができる。
【００７７】
次に、体積効率補正係数算出手段２２は、ステップ４０３で算出したインマニ密度ρｂ（ｎ）と、ステップ４０４で算出した１行程間の実吸入空気量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）［ｇ］と、ステップ４０５で記憶した前回のインマニ密度ρｂ（ｎ−１）とを用いて、式（５）から体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）を算出する（ステップ４０６）。
【００７８】
最後に、体積効率補正係数算出手段２２は、前述の式（７）を用いて、体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）に重畳するノイズ成分を減衰させるためのフィルタ処理を行い（ステップ４０７）、フィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を格納して（ステップ４０８）、図４の処理ルーチンを終了する。
【００７９】
なお、式（７）のフィルタ処理（ステップ４０７）においては、前回のフィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ−１）を用いる必要があるので、ステップ４０８のフィルタ処理結果である体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を前回値として記憶しておく（ステップ４０９）。
これにより、次回のフィルタ演算（ステップ４０７）において、ステップ４０９で記憶した前回値を１行程前の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ−１）として用いることができる。
【００８０】
以上のように、ＡＦＳ２、インマニ圧センサ７および吸気温センサ８の各出力値を用いた単純な演算処理により、体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）およびフィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を、高精度に算出することができる。
【００８１】
次に、物理モデル２５内の内部ＥＧＲ率算出手段２４による演算処理について、詳細に説明する。
まず、技術背景として、体積効率補正係数Ｋｖと内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒとの関係を表すために、吸気効率Ｋｉｎと、排気効率Ｋｅｘと、シリンダ内に吸入された混合気の圧縮比εとを用いて、以下の式（８）を導出する。
【００８２】
【数８】
0005496289.tif 000009
【００８３】
また、インマニ圧Ｐｂおよびインマニ温Ｔｂと、吸気行程終了時（Ｂ１８０）の筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］および筒内温Ｔｉｎ［°Ｋ］と、排気行程終了時のエキマニ圧Ｐｅｘ［ｋＰａ］（エキゾーストマニホールド１３の内圧）および排温Ｔｅｘ［°Ｋ］（排気管内温度）と、見なし残留ガス容積Ｖｅｘ［Ｌ］（Ｐｅｘ、Ｔｅｘのときに残留ガスが占める容積）と、隙間容積Ｖｍｉｎ［Ｌ］とを用いて、吸気効率Ｋｉｎおよび排気効率Ｋｅｘを、以下の式（９）のように定義する。
【００８４】
【数９】
0005496289.tif 000010
【００８５】
以下、図５を参照しながら、式（８）、式（９）とは異なる新規なアプローチで、体積効率補正係数Ｋｖと内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒとの関係式の導出を試みる。
図５は新気および内部ＥＧＲの各容積および各圧力の関係を示す説明図であり、インマニ内および筒内での各関係を示している。
【００８６】
図５においては、シリンダ行程容積Ｖｃ［ｃｍ＾３］と、最大容積Ｖｍａｘ［ｃｍ＾３］と、インマニ密度ρｂ［ｇ／ｃｍ＾３］と、筒内新気分密度ρｉｎ＿ｎｅｗ［ｇ／ｃｍ＾３］と、吸気行程終了時の筒内新気分圧Ｐｉｎ＿ｎｅｗ［ｋＰａ］と、吸気行程終了時の筒内内部ＥＧＲ分圧Ｐｉｎ＿ｅｇｒ＿ｉｎ［ｋＰａ］と、が示されている。
【００８７】
体積効率補正係数Ｋｖは、インマニ内でシリンダ行程容積Ｖｃを占める空気量と、筒内に実際に入った新気量との比を示す指標であることから、以下の式（１０）のように定義することができる。
【００８８】
【数１０】
0005496289.tif 000011
【００８９】
式（１０）を、前述の式（６）（状態方程式）を用いて変形すると、以下の式（１１）が得られる。
【００９０】
【数１１】
0005496289.tif 000012
【００９１】
また、吸気行程終了時の筒内新気分圧Ｐｉｎ＿ｎｅｗは、吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎから吸気行程終了時の筒内内部ＥＧＲ分圧Ｐｉｎ＿ｅｇｒ＿ｉｎを減算した値であることから、体積効率補正係数Ｋｖは、以下の式（１２）のように表される。
【００９２】
【数１２】
0005496289.tif 000013
【００９３】
さらに、吸気効率Ｋｉｎを式（９）と同じ定義として、筒内容積の関係式（最大容積Ｖｍａｘとシリンダ行程容積Ｖｃとの比）、および、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒの定義式を表すと、以下の式（１３）が得られる。
【００９４】
【数１３】
0005496289.tif 000014
【００９５】
また、体積効率補正係数Ｋｖを表す上記式（１２）は、以下の式（１４）のように表される。
【００９６】
【数１４】
0005496289.tif 000015
【００９７】
式（１４）は、前述の式（８）と同じであることが分かる。
【００９８】
ここで、排気効率Ｋｅｘは、混合気の圧縮比εと、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒと、ＥＧＲ量に対応する見なし残留ガス容積Ｖｅｇｒ［Ｌ］（吸気行程終了時のＰｉｎ、Ｔｉｎにおける残留ガスが占める容積）とを用いて、以下の式（１５）で表される。
【００９９】
【数１５】
0005496289.tif 000016
【０１００】
式（１５）は、前述の式（９）と同じであることが分かる。
以上のように、異なるアプローチにおいても、体積効率補正係数Ｋｖと内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒとの関係式を導出可能であることが分かる。
【０１０１】
体積効率補正係数Ｋｖと内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒとの関係は、式（８）または式（１４）に示されているが、さらに明確となるように、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒについて解くと、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、以下の式（１６）のように表される。
【０１０２】
【数１６】
0005496289.tif 000017
【０１０３】
式（１６）から明らかなように、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、体積効率補正係数Ｋｖおよび吸気効率Ｋｉｎを用いることにより、算出することができる。
ここで、式（１６）内の体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）としては、前述の式（３）と同様に、フィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を用いることとする。
【０１０４】
吸気効率Ｋｉｎは、前述の式（９）のように定義されている。
式（９）から明らかなように、吸気効率Ｋｉｎは、インマニ圧Ｐｂおよびインマニ温Ｔｂに加えて、吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎと、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを用いて算出される吸気行程終了時の筒内温Ｔｉｎと、を用いることにより、算出することができる。
ただし、これらの物理量は、通常のエンジン制御では用いられていないので、エンジン制御用の物理量を用いて推定演算する必要がある。
【０１０５】
まず、図６を参照しながら、吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎの算出処理について説明する。
図６は筒内圧センサ（図示せず）で計測した筒内圧と筒内容積との関係（Ｐ−Ｖ線図、両対数表示）の一例を示す説明図である。
【０１０６】
図６において、横軸は筒内容積Ｖ［ｃｃ］（対数軸）、縦軸は筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］（対数軸）であり、破線で囲まれた領域は圧縮行程を示している。
ここで、燃焼をともなわない圧縮行程での状態変化は、ポリトロープ変化として知られており、一般に次式で表される。
【０１０７】
【数１７】
0005496289.tif 000018
【０１０８】
なお、ポリトロープ変化とは、混合気または燃焼ガスを圧縮する場合に、実際には熱の一部を外気や冷却水などで取られて圧力と温度との関係が等温変化と断熱変化との中間的変化で行われることを意味する。
図６から明らかなように、燃焼前の状態変化は、両対数の座標系で考えると、破線領域のように、傾きが−ｎ（ｎはポリトロープ指数≒１．３〜１．４）の１次関数で表される。
【０１０９】
そこで、吸気行程終了時（Ｂ１８０）の筒内圧Ｐｉｎを算出するためには、点火前（燃焼前）の数点（たとえば、破線領域内の×部）から、Ｂ１８０に相当する箇所の筒内圧を推定してその平均値を求めればよい。
【０１１０】
図７は上記のように算出した吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎとインマニ圧との関係を示す説明図である。
図７において、横軸はインマニ圧ピーク値（所定クランク角度間、たとえばＢ０５間の最大値）Ｐｂｐ［ｋＰａ］、横軸は吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］であり、吸気ＶＶＴ１０の位相角ＩｎＶＶＴを表す数値ＩＮ（＝０、２５、４５）の違いに応じた特性を、それぞれ黒菱形、黒四角、黒三角の点に沿った多項式で示している。
【０１１１】
ここで、インマニ圧平均値（所定クランク角度間、たとえばＢ０５間の平均値）ではなく、インマニ圧ピーク値Ｐｂｐを用いた理由は、実験結果から、インマニ圧平均値よりもインマニ圧ピーク値の方が良好な相関が得られたからである。
【０１１２】
なお、図７は、排気ＶＶＴ１１を考慮していないので、排気ＶＶＴ１１に関わらず、吸気ＶＶＴ１０のみで整理した図である。
図７の特性（多項式）から明らかなように、吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎは、排気ＶＶＴ１１に関わらず、吸気ＶＶＴ１０ごとに、原点を通るインマニ圧ピーク値Ｐｂｐの２次関数で近似可能なことが分かる。
このとき、吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎは、以下の式（１８）のように表される。
【０１１３】
【数１８】
0005496289.tif 000019
【０１１４】
式（１８）のような形で、吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎが算出可能となる理由は、筒内圧Ｐｉｎが、インマニ圧ピーク値Ｐｂｐが所定値であるときに、どれくらいの圧力で気筒内にガスを押し込めるかを示す指標である、と言えるからである。
【０１１５】
すなわち、筒内圧Ｐｉｎは、排気バルブに関わるオーバーラップ量および排気ＶＶＴ位相角とは無関係に、吸気バルブに関わる吸気ＶＶＴ位相角と、吸気バルブの開期間（∝エンジン回転速度）とによって表されるものであると考えられ、また、排圧（＝大気圧）にも影響しないものと考えられる。
【０１１６】
一方、筒内温Ｔｉｎは、インマニ温Ｔｂ、排温Ｔｅｘおよび内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを用いて、以下の式（１９）のように算出することができる。
【０１１７】
【数１９】
0005496289.tif 000020
【０１１８】
ここで、排温Ｔｅｘについては、計測値に基づきマップ設定（たとえば、エンジン回転速度とインマニ圧または充填効率とのマップにより設定）してもよく、別途にエンジン制御で算出される熱効率のような指標から計算してもよく、さらに簡単には、固定値（たとえば、８００℃程度）としてもよい。
【０１１９】
また、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒも算出する必要があるが、吸気行程終了時の筒内温Ｔｉｎを算出する式（１９）が内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを含み、また、吸気効率Ｋｉｎを算出する式（９）も内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを含むので、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒの算出を目的として吸気効率Ｋｉｎおよび筒内温Ｔｉｎを算出しようとしても、このままでは解くことができない。
【０１２０】
そこで、吸気効率Ｋｉｎを算出する式（９）から、吸気行程終了時の筒内温Ｔｉｎおよび内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを消去するために、まず、式（９）に式（１９）を代入し、さらに式（１６）を代入すると、吸気効率Ｋｉｎは、以下の式（２０）のように表される。
【０１２１】
【数２０】
0005496289.tif 000021
【０１２２】
式（２０）を吸気効率Ｋｉｎについて解くと、以下の式（２１）となる。
【０１２３】
【数２１】
0005496289.tif 000022
【０１２４】
式（２１）を用いることにより、吸気行程終了時の筒内温Ｔｉｎおよび内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを用いることなく、吸気効率Ｋｉｎを算出することができる。
ここで、式（２１）内の体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）としては、前述の式（３）および式（１６）と同様に、フィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を用いることとする。
【０１２５】
次に、図８のフローチャートを参照しながら、内部ＥＧＲ率算出手段２４による演算処理について、さらに詳細に説明する。
図８はこの発明の実施の形態１による内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒの算出手順を示すフローチャートであり、式（１８）、式（２１）および式（１６）を用いた演算処理（ステップ５０３、５０６、５０７）と、その関連処理（ステップ５０１、５０２、５０５）とを示している。
【０１２６】
図８の処理ルーチンは、所定クランク角度（たとえば、ＢＴＤＣ０５［ｄｅｇＣＡ］）ごとの割込み処理で実行される。
図８において、まず、内部ＥＧＲ率算出手段２４は、１行程間のインマニ圧ピーク値Ｐｂｐ（ｎ）［ｋＰａ］を算出する（ステップ５０１）。
なお、１行程間のインマニ圧ピーク値Ｐｂｐ（ｎ）を算出するためには、インマニ圧センサ７の出力電圧を所定時間（たとえば、１．２５ｍｓ）ごとにサンプリングしながらピークホールド値を演算していき、前回の割込み処理から今回の割込み処理までの間のピーク値を求めればよい。
【０１２７】
続いて、吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎを算出する式（１８）で用いられる係数Ａ、Ｂを算出する（ステップ５０２）。
前述の通り、式（１８）は、排気バルブに関わるオーバーラップ量および排気ＶＶＴ位相角とは無関係に、吸気バルブに関わる吸気ＶＶＴ位相角と吸気バルブの開期間とを用いて表されるので、係数Ａ、Ｂは、吸気ＶＶＴ位相角およびエンジン回転速度を軸としたマップを用いて算出すればよい。したがって、ステップ５０２においては、吸気ＶＶＴ位相角およびエンジン回転速度を軸としたマップを用いて係数Ａ、Ｂが算出される。
【０１２８】
続いて、算出済みのインマニ圧ピーク値Ｐｂｐ、係数Ａ、Ｂを用いて、式（１８）のように吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎを算出し（ステップ５０３）、また、排温Ｔｅｘを算出する（ステップ５０４）。
前述の通り、排温Ｔｅｘについては、計測値に基づきマップ設定してもよく、別途エンジン制御で算出される熱効率のような指標から計算してもよく、さらに簡単には、固定値（たとえば、８００℃程度）としてもよい。
【０１２９】
ここでは、エンジン回転速度と充填効率とのマップを用いて、排温Ｔｅｘを算出するものとする。なお、過渡運転時の排温の応答遅れを模擬するために、マップ算出した排温Ｔｅｘに対して、フィルタ処理を行うようにしてもよい。
【０１３０】
次に、図４に示す体積効率補正係数算出手段２２にて算出されたインマニ圧Ｐｂ（ｎ）、インマニ温Ｔｂ（ｎ）、体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）を取得する（ステップ５０５）。
なお、体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）としては、フィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を体積効率補正係数Ｋｖ（ｎ）として取得するものとする。
【０１３１】
続いて、式（２１）を用いて、吸気効率Ｋｉｎを算出する（ステップ５０６）。
最後に、式（１６）を用いて、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出し（ステップ５０７）、図８の処理ルーチンを終了する。
【０１３２】
以上のように、この発明の実施の形態１に係る内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置は、スロットルバルブ４ａの下流側の吸気管に設けられたエンジン１（内燃機関）へのシリンダ吸入空気量を推定するために、エンジン１の吸気管に設けられたスロットルバルブ４ａを通過して内燃機関に吸入される吸入空気量Ｑａを検出するＡＦＳ２（吸入空気量検出手段）と、スロットルバルブ４ａを通過した空気がシリンダ内に入るまでの吸気系の応答遅れをモデル化した物理モデル２５と、を備えている。
【０１３３】
物理モデル２５は、スロットルバルブ４ａの下流側から内燃機関のシリンダ内に入る空気量を示す指標である体積効率補正係数Ｋｖ（体積効率相当値）を算出する体積効率補正係数算出手段２２（体積効率相当値算出手段）と、吸入空気量Ｑａ、体積効率相当値および物理モデル２５を用いて、シリンダ内に実際に吸入されるシリンダ吸入空気量Ｑｃを算出するシリンダ吸入空気量算出手段２１と、スロットルバルブ４ａの下流側でのインマニ密度ρｂ（吸気管内密度）およびインマニ密度変化量Δρｂ（＝ρｂ（ｎ）−ρｂ（ｎ−１））（吸気管内密度変化量）を算出するインマニ密度算出手段２３（吸気管内密度算出手段）と、を備えている。
体積効率補正係数算出手段２２は、吸入空気量Ｑａ、インマニ密度ρｂおよびインマニ密度変化量Δρｂを用いて、体積効率補正係数Ｋｖを算出する。
【０１３４】
このように、リアルタイムに検出されるセンサ情報に基づき、物理モデル２５で使用する体積効率補正係数Ｋｖをリアルタイムに算出することにより、膨大なメモリ容量を必要とせず、少ない適合定数および少ない演算負荷で、エンジン１を好適に制御するのに十分な精度でシリンダ吸入空気量Ｑｃを推定することができる。
すなわち、物理モデル２５を用いて、シリンダ吸入空気量Ｑｃを高精度に算出することができる。
【０１３５】
また、この発明の実施の形態１に係る内燃機関のシリンダ吸入空気量推定装置は、スロットルバルブ４ａの下流側の吸気管内に設置されたインマニ圧センサ７（圧力検出手段）および吸気温センサ８（温度検出手段）を備えており、インマニ密度算出手段２３は、圧力検出手段および温度検出手段により検出されるインマニ圧Ｐｂ（吸気管内圧力）およびインマニ温Ｔｂ（吸気管内温度）を用いて、インマニ密度ρｂおよびインマニ密度変化量Δρｂを算出する。
これにより、インマニ密度ρｂおよびインマニ密度変化量Δρｂを容易に算出することができる。
【０１３６】
また、体積効率補正係数算出手段２２は、内燃機関の１行程間の吸入空気量Ｑａ［ｇ］と、インマニ密度ρｂ［ｇ／ｃｍ＾３］（吸気管内密度）と、吸気管内密度変化量Δρｂ［ｇ／ｃｍ＾３］と、スロットルバルブ４ａの下流側から内燃機関のシリンダ入口までの吸気管容積Ｖｓ［ｃｍ＾３］と、内燃機関の１気筒当りのシリンダ行程容積Ｖｃ［ｃｍ＾３］と、を用いた以下の式（２２）から、体積効率補正係数Ｋｖを算出する。
【０１３７】
【数２２】
0005496289.tif 000023
【０１３８】
これにより、理論に基づいた単純な演算で高精度に体積効率補正係数Ｋｖを推定することができる。
【０１３９】
また、体積効率補正係数算出手段２２は、式（２２）から算出された体積効率補正係数Ｋｖに対してさらにフィルタ処理を施したフィルタ後の体積効率補正係数Ｋｖｆ（ｎ）を、最終的な体積効率補正係数として算出する。
これにより、センサが有する微小な検出誤差による体積効率補正係数Ｋｖへの影響を抑制することができ、さらに高精度にシリンダ吸入空気量Ｑｃを推定することができる。
【０１４０】
また、この発明の実施の形態１による物理モデル２５は、燃焼後の排気ガスがシリンダ内から排気管に排出されずにシリンダ内に残留した量を示す指標である内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出する内部ＥＧＲ率算出手段２４を備えている。
内部ＥＧＲ率算出手段２４は、インマニ密度ρｂと内燃機関のシリンダ内密度との比である吸気効率Ｋｉｎと、体積効率補正係数Ｋｖとを用いて、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出する。
【０１４１】
これにより、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒをリアルタイムに高精度に算出することができる。
したがって、シリンダ吸入空気量Ｑｃのみならず、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒについても、少ない適合定数と少ない演算負荷で、エンジンを好適に制御するのに十分な精度で推定することができる。
【０１４２】
また、内部ＥＧＲ率算出手段２４は、体積効率補正係数Ｋｖと、吸気効率Ｋｉｎと、内燃機関の圧縮比εと、を用いた式（１６）から、内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出するので、理論に基づいた単純な演算で高精度に内部ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを推定することができる。
【０１４３】
また、内部ＥＧＲ率算出手段２４は、内燃機関の吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］と、インマニ圧Ｐｂ［ｋＰａ］（吸気管内圧力）と、排温Ｔｅｘ［°Ｋ］（排気管内温度）と、インマニ温Ｔｂ［°Ｋ］（吸気管内温度）と、を用いた式（２１）から、吸気効率Ｋｉｎを算出するので、理論に基づいて高精度に吸気効率Ｋｉｎを算出することができる。
【０１４４】
また、内部ＥＧＲ率算出手段２４は、式（２１）に用いる筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］を、インマニ圧Ｐｂ［ｋＰａ］の２次関数として近似するので、少ない適合定数および少ない演算負荷で、エンジン１を好適に制御するために十分な精度で吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎを推定することができる。
【０１４５】
さらに、内部ＥＧＲ率算出手段２４は、筒内圧Ｐｉｎ［ｋＰａ］を近似するためのインマニ圧Ｐｂ［ｋＰａ］として、所定クランク角度間のインマニ圧ピーク値Ｐｂｐ（吸気管内圧力の最大値）を用いるので、高精度に吸気行程終了時の筒内圧Ｐｉｎを推定することができる。
【符号の説明】
【０１４６】
１  エンジン、２  ＡＦＳ（吸入空気量検出手段）、３  スロットル開度センサ、４  電子制御スロットル、４ａ  スロットルバルブ、５  サージタンク、６  インテークマニホールド（インマニ）、７  インマニ圧センサ、８  吸気温センサ、９  インジェクタ、１０  吸気ＶＶＴ、１１  排気ＶＶＴ、１２  点火コイル、１３  エキゾーストマニホールド（エキマニ）、１４  大気圧センサ、２０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）、２１  シリンダ吸入空気量算出手段、２２  体積効率補正係数算出手段、２３  インマニ密度算出手段、２４  内部ＥＧＲ率算出手段、２５  物理モデル、２６  制御量演算手段、Ｋｉｎ  吸気効率、Ｋｖ  体積効率補正係数（体積効率相当値）、Ｋｖｆ  フィルタ後の体積効率補正係数、Ｐｂ  インマニ圧（吸気管内圧力）、Ｐｂｐ  インマニ圧ピーク値（吸気管内圧力の最大値）、Ｐｉｎ  吸気行程終了時の筒内圧、Ｑａ  吸入空気量、Ｑｃ  シリンダ吸入空気量、Ｒｅｇｒ  内部ＥＧＲ率、Ｔｂ  インマニ温、Ｔｅｘ  排温、Ｔｉｎ  筒内温、Ｖｃ  シリンダ行程容積、Ｖｓ  吸気管容積、Δρｂ  インマニ密度変化量、θ  スロットル開度、ρｂ  インマニ密度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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