(57)【要約】【課題】  吸気管内圧力の変化を伴う過渡時において、内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出できる内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。【解決手段】  次サイクルで吸気弁が閉弁する時の吸気管内圧力を推定して、少なくとも同吸気管内圧力に基づいて次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂを推定すると共に、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）から次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）までの吸気管内圧力変化を推定し、同吸気管内圧力変化に基づいて上記の次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂを補正して、次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃを求める、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。【選択図】      図４
2006090283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のサイクルで吸気弁が閉弁する時の吸気管内圧力を推定して、少なくとも該吸気管内圧力に基づいて次のサイクルの基本筒内充填空気量を推定すると共に、前のサイクルの吸気弁閉弁時から次のサイクルの吸気弁開弁時までの吸気管内圧力の変化を推定し、該吸気管内圧力変化に基づいて上記の次のサイクルの基本筒内充填空気量を補正して、次のサイクルの筒内充填空気量を求める、内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項２】
上記基本筒内充填空気量の上記補正は、機関回転数と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングと、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力と次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力との比とに基づいて補正係数を求め、該補正係数を上記基本筒内充填空気量に乗算することによって行われる、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項３】
上記基本筒内充填空気量の上記補正は、機関回転数と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングと、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力とに基づいて補正量を求め、該補正量を上記基本筒内充填空気量に加算することによって行われる、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項４】
上記基本筒内充填空気量の上記補正は、
筒内から吸気ポート内に逆流したガスが、前サイクルの吸気弁閉弁時から次サイクルの吸気弁開弁時までの上記吸気管内圧力変化に伴って体積変化し、その体積変化部分で既燃ガスが空気に置換されたことによる影響を補正する第１補正量と、
上記体積変化部分に含まれている空気の温度が変化することによる影響を補正する第２補正量と、
筒内から吸気ポート内に逆流するガス中の既燃ガスの割合が吸気管内圧力によって異なることによる影響を補正する第３補正量と、を夫々分けて推定し、
これら補正量を上記基本筒内充填空気量に加算することによって行われる、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【請求項５】
上記第１補正量を、上記吸気管内圧力変化に伴う上記逆流ガスの体積変化量と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力と、前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力に対応する上記逆流ガス中の既燃ガス割合とを用いて推定し、
上記第２補正量を、上記逆流ガスの体積変化量と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力と、前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力に対応する上記逆流ガス中の既燃ガス割合と、上記逆流ガスの平均温度とを用いて推定し、
上記第３補正量を、上記逆流ガスの体積変化量と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力と、前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力に対応する上記逆流ガス中の既燃ガス割合と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力に対応する上記逆流ガス中の既燃ガス割合とを用いて推定する、請求項４に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸入空気量推定装置に関し、より詳細には内燃機関の吸気系をモデル化した計算式により内燃機関の吸入空気量を算出する吸入空気量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気系を、スロットル弁、吸気管、吸気弁等の要素に分けてそれぞれの要素をモデル化して数式で表すとともに、それぞれのモデル相互間を圧力、温度、流量等を用いて関係づけることにより機関の吸入空気量（筒内充填空気量）を計算により求める、いわゆるエアモデルを用いた内燃機関の吸入空気量推定装置が知られている。
【０００３】
このようなエアモデルを用いた吸入空気量推定装置では、通常、大気圧、大気温以外には機関回転数とスロットル弁開度とのみによって筒内充填空気量を算出することが可能となる。この種の吸入空気量推定を行う装置の例としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
【０００４】
特許文献１の装置は、機関の吸気系をスロットル弁、サージタンクを含む吸気管、及び吸気弁の各要素に分けてこれらの要素をシミュレーションモデルで表すとともに、それぞれのモデル内の吸気流の圧力、温度、流量をエネルギ保存則、質量保存則等の物理法則を用いて計算するものである。筒内充填空気量は、上記により算出された吸気弁を通過する吸気流量に基づいて算出される。
【０００５】
特許文献１の装置では、吸気弁閉弁時（すなわち、吸気弁の閉弁完了時）には筒内に充填された吸気により気筒内圧力は吸気管内圧力（サージタンク圧力）に等しくなっていると仮定して、筒内充填空気量（すなわち吸気弁閉弁時の筒内充填空気量）を吸気弁閉弁時の吸気管内圧力に比例する値として求めている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−４１０９５号公報
【特許文献２】特開２００２−２０１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のようにして筒内充填空気量を求める場合、従来は筒内から吸気ポート内に逆流するガスの影響、とりわけ、同逆流ガスが吸気弁の閉弁している間に吸気ポート内において体積変化する影響を考慮していないために、その算出精度が充分でない場合があった。すなわち、実際の機関の運転では吸気弁が閉弁するのが吸気下死点後となる場合があり、この場合には吸気下死点後に筒内から吸気ポート内に筒内のガスが逆流することになる。このようにして吸気ポート内に逆流したガスは、吸気弁の閉弁後、次の吸気弁開弁時（すなわち、吸気弁の開弁開始時）まで吸気ポート内に留まり、次の吸気弁開弁時に新気（新たに機関外から吸入される空気）と共に筒内に吸入されることになるのであるが、スロットル弁が開閉される過渡時においては、吸気弁閉弁時から次回の吸気弁開弁時までの間に吸気管内の圧力変化に伴って逆流したガスの体積が変化する。そしてこの影響によって実際に吸入される空気量が変化するため、上記過渡時においては定常運転時に比べて筒内充填空気量の算出精度が大きく低下してしまう傾向があるのである。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気管内圧力の変化を伴う過渡時において、内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出できる内燃機関の吸入空気量推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。
【００１０】
１番目の発明は、次のサイクルで吸気弁が閉弁する時の吸気管内圧力を推定して、少なくとも該吸気管内圧力に基づいて次のサイクルの基本筒内充填空気量を推定すると共に、前のサイクルの吸気弁閉弁時から次のサイクルの吸気弁開弁時までの吸気管内圧力の変化を推定し、該吸気管内圧力変化に基づいて上記の次のサイクルの基本筒内充填空気量を補正して、次のサイクルの筒内充填空気量を求める、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。
【００１１】
１番目の発明では、吸気管内の圧力変化が推定され、それに基づいた補正を行って筒内充填空気量を求めるようにされている。このようにすることによって、筒内から吸気ポート内に逆流したガスの吸気管内圧力変化に伴う体積変化の吸入空気量に与える影響を考慮することが可能となり、吸気管内圧力変化を伴う過渡時においても、内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出することが可能となる。
【００１２】
２番目の発明では１番目の発明において、上記基本筒内充填空気量の上記補正は、機関回転数と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングと、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力と次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力との比とに基づいて補正係数を求め、該補正係数を上記基本筒内充填空気量に乗算することによって行われる。
【００１３】
３番目の発明では１番目の発明において、上記基本筒内充填空気量の上記補正は、機関回転数と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングと、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力とに基づいて補正量を求め、該補正量を上記基本筒内充填空気量に加算することによって行われる。
【００１４】
２番目及び３番目の発明によれば、上記基本筒内充填空気量の上記補正が比較的簡単な方法で行われる。これにより、吸気管内圧力の変化を伴う過渡時における内燃機関の吸入空気量の算出精度を簡単な方法で向上することができる。
【００１５】
４番目の発明では１番目の発明において、上記基本筒内充填空気量の上記補正は、筒内から吸気ポート内に逆流したガスが、前サイクルの吸気弁閉弁時から次サイクルの吸気弁開弁時までの上記吸気管内圧力変化に伴って体積変化し、その体積変化部分で既燃ガスが空気に置換されたことによる影響を補正する第１補正量と、上記体積変化部分に含まれている空気の温度が変化することによる影響を補正する第２補正量と、筒内から吸気ポート内に逆流するガス中の既燃ガスの割合が吸気管内圧力によって異なることによる影響を補正する第３補正量と、を夫々分けて推定し、これら補正量を上記基本筒内充填空気量に加算することによって行われる。
【００１６】
５番目の発明では４番目の発明において、上記第１補正量を、上記吸気管内圧力変化に伴う上記逆流ガスの体積変化量と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力と、前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力に対応する上記逆流ガス中の既燃ガス割合とを用いて推定し、上記第２補正量を、上記逆流ガスの体積変化量と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力と、前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力に対応する上記逆流ガス中の既燃ガス割合と、上記逆流ガスの平均温度とを用いて推定し、上記第３補正量を、上記逆流ガスの体積変化量と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力と、前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力に対応する上記逆流ガス中の既燃ガス割合と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力に対応する上記逆流ガス中の既燃ガス割合とを用いて推定する。
【００１７】
４番目及び５番目の発明では、上記第１から第３の補正量が分けて推定されるようになっている。このようにすることにより、より多様な状況に対する適用が容易になり、より多様な状況において吸気管内圧力の変化を伴う過渡時における内燃機関の吸入空気量の算出精度の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
各請求項に記載の発明は、吸気管内圧力の変化を伴う過渡時において、内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出できるという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一または類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
【００２０】
図１は本発明の内燃機関の吸入空気量推定装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用してもよい。
【００２１】
図１に示したように、機関本体１はシリンダブロック２と、シリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４とを具備する。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室５が形成される。シリンダヘッド４には気筒毎に吸気弁６と、吸気ポート７と、排気弁８と、排気ポート９とが配置される。吸気弁６には、同弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構２３が設けられている。さらに、図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。なお、図１中のＦは、燃焼室５内に噴射された燃料を示している。
【００２２】
各気筒の吸気ポート７は下流側の吸気管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は上流側の吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。上記吸気管１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気管１９に連結され、この排気管１９は排気浄化装置２０に連結される。
【００２３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。
【００２４】
スロットル弁１８の開度を検出するためのスロットル開度センサ４３と、内燃機関の周囲の大気の圧力、または吸気管１５に吸入される空気の圧力（吸気圧）を検出するための大気圧センサ４４と、内燃機関の周囲の大気の温度、または吸気管１５に吸入される空気の温度（吸気温）を検出するための大気温センサ４５とが設けられ、これらセンサの出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２５】
アクセルペダル４６にはアクセルペダル４６の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４７が接続され、負荷センサ４７の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４８は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４８の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びステップモータ１７等に接続される。また、可変バルブタイミング機構２３も電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１によって制御される。
【００２６】
ところで、近年、内燃機関の吸気系をモデル化すると共にそれらモデルに対してエネルギ保存則、質量保存側、状態方程式等を適用して機関の吸入空気量（筒内充填空気量）を算出するようにした内燃機関の吸入空気量推定装置が公知となっている。このような吸入空気量推定装置においては、例えば、内燃機関の吸気系について、スロットルモデル、吸気管モデル、吸気弁モデル等が構築され、これら各モデルを用いることによりスロットル弁開度、大気圧、及び大気温度等から筒内充填空気量が求められる。そして、このような吸入空気量推定装置を備えた内燃機関では、このようにして求めた筒内充填空気量に基づいて各種制御が実施される。
【００２７】
そして本実施形態においても、図１に示したような構成においてモデルを用いた吸入空気量の推定が行われ、その値に基づいた制御が行われるのであるが、本実施形態の特徴的部分の説明の前に、ここでまず、本実施形態の吸入空気量推定装置の前提部分となる吸入空気量モデルＭ２０を用いた場合について説明する。
【００２８】
図２は、吸入空気量モデルＭ２０を示す図である。吸入空気量モデルＭ２０は、図２に示したようにスロットルモデルＭ２１、吸気管モデルＭ２２、吸気弁モデルＭ２３を備える。スロットルモデルＭ２１には、スロットル開度センサによって検出されたスロットル弁の開度（スロットル弁開度）θｔと、大気圧センサによって検出された内燃機関周囲の大気圧Ｐａと、大気温センサによって検出された内燃機関周囲の大気温度Ｔａと、後述する吸気管モデルＭ２２において算出されたスロットル弁から吸気弁に至るまでの吸気管内の圧力（吸気管内圧力）Ｐｍとが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述するスロットルモデルＭ２１のモデル式に代入することで、単位時間当たりにスロットル弁を通過する空気の流量（スロットル弁通過空気流量）ｍｔが算出される。スロットルモデルＭ２１において算出されたスロットル弁通過空気流量ｍｔは、吸気管モデルＭ２２へ入力される。
【００２９】
吸気管モデルＭ２２には、スロットルモデルＭ２１において算出されたスロットル弁通過空気流量ｍｔと、以下で詳述する単位時間当たりに燃焼室内に流入する空気の流量（以下、「筒内吸入空気流量ｍｃ」と称す。なお、筒内吸入空気流量ｍｃの定義については、吸気弁モデルＭ２３において詳述する）とが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気管モデルＭ２２のモデル式に代入することで、上記吸気管内圧力Ｐｍとスロットル弁から吸気弁に至るまでの吸気管内の温度（吸気管内温度）Ｔｍとが算出される。吸気管モデルＭ２２において算出された吸気管内圧力Ｐｍと吸気管内温度Ｔｍは共に吸気弁モデルＭ２３へ入力され、更に吸気管内圧力ＰｍはスロットルモデルＭ２１にも入力される。
【００３０】
吸気弁モデルＭ２３には、吸気管モデルＭ２２において算出された吸気管内圧力Ｐｍ及び吸気管内温度Ｔｍの他に大気温度Ｔａが入力され、それらの値を後述する吸気弁モデルＭ２３のモデル式に代入することで、筒内吸入空気流量ｍｃが算出される。算出された筒内吸入空気流量ｍｃは、筒内充填空気量Ｍｃに変換され、この筒内充填空気量Ｍｃに基づいて燃料噴射弁からの燃料噴射量が決定される。また、吸気弁モデルＭ２３において算出された筒内吸入空気流量ｍｃは吸気管モデルＭ２２に入力される。
【００３１】
図２から分かるように、吸入空気量モデルＭ２０ではあるモデルにおいて算出されたパラメータの値が別のモデルへの入力値として利用される。このため、吸入空気量モデルＭ２０を用いた場合には、大気圧Ｐａ、大気温度Ｔａ、スロットル弁開度θｔ及び機関回転数から筒内充填空気量Ｍｃを算出することができる。
【００３２】
次に、吸入空気量モデルＭ２０の各モデルＭ２１〜Ｍ２３について説明する。
スロットルモデルＭ２１では、大気圧Ｐａ（ｋＰａ）、大気温度Ｔａ（Ｋ）、吸気管内圧力Ｐｍ（ｋＰａ）、スロットル弁開度θｔから、下記式（１）に基づいて、スロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）が算出される。ここで、式（１）におけるμはスロットル弁における流量係数で、スロットル弁開度θｔの関数であり、図３に示したようなマップから定まる。また、Ａｔ（ｍ2）はスロットル弁の開口断面積（スロットル開口面積）を示し、スロットル弁開度θｔの関数である。なお、これら流量係数μ及びスロットル開口面積Ａｔをまとめたμ・Ａｔをスロットル弁開度θｔから一つのマップで求めるようにしてもよい。また、Ｒは気体定数である。
【００３３】
【数１】
2006090283.tif 000003
【００３４】
Φ（Ｐｍ／Ｐａ）は下記式（２）に示した関数であり、この式（２）におけるκは比熱比（κ＝Ｃｐ（等圧比熱）／Ｃｖ（等容比熱）であり、一定値とする）である。この関数Φ（Ｐｍ／Ｐａ）は図４に示したようなグラフに表すことができるので、このようなグラフをマップとしてＥＣＵのＲＯＭに保存し、実際には式（２）を用いて計算するのではなくマップからΦ（Ｐｍ／Ｐａ）の値を求めるようにしてもよい。
【００３５】
【数２】
2006090283.tif 000004
【００３６】
これらスロットルモデルＭ２１の式（１）及び式（２）は、スロットル弁１８上流の気体の圧力を大気圧Ｐａ、スロットル弁１８上流の気体の温度を大気温度Ｔａ、スロットル弁１８を通過する気体の圧力を吸気管内圧力Ｐｍとして、図５に示したようなスロットル弁１８のモデルに対して、質量保存則、エネルギ保存則及び運動量保存則を適用し、さらに気体の状態方程式、比熱比の定義式、及びマイヤーの関係式を利用することによって得られる。
【００３７】
吸気管モデルＭ２２では、スロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）、筒内吸入空気流量ｍｃ（ｇ／ｓ）、及び大気温度Ｔａ（Ｋ）から、下記式（３）及び式（４）に基づいて吸気管内圧力Ｐｍ（ｋＰａ）及び吸気管内温度Ｔｍ（Ｋ）が算出される。なお、式（３）及び式（４）におけるＶｍ（ｍ3）は、サージタンクを含めたスロットル弁から吸気弁までの吸気管等の部分（以下、「吸気管部分」と称す）１３´の容積に等しい定数である。
【００３８】
【数３】
2006090283.tif 000005
【００３９】
【数４】
2006090283.tif 000006
【００４０】
ここで、吸気管モデルＭ２２について図６を参照して説明する。吸気管部分１３´の総気体量をＭとすると、総気体量Ｍの時間的変化は、吸気管部分１３´に流入する気体の流量、すなわちスロットル弁通過空気流量ｍｔと、吸気管部分１３´から流出する気体の流量、すなわち筒内吸入空気流量ｍｃとの差に等しいため、質量保存則により下記式（５）が得られ、この式（５）及び気体の状態方程式（Ｐｍ・Ｖｍ＝Ｍ・Ｒ・Ｔｍ）より、式（３）が得られる。
【００４１】
【数５】
2006090283.tif 000007
【００４２】
また、吸気管部分１３´の気体のエネルギＭ・Ｃｖ・Ｔｍの時間的変化量は、吸気管部分１３´に流入する気体のエネルギと吸気管部分１３´から流出する気体のエネルギとの差に等しい。このため、吸気管部分１３´に流入する気体の温度を大気温度Ｔａ、吸気管部分１３´から流出する気体の温度を吸気管内温度Ｔｍとすると、エネルギ保存則により下記式（６）が得られ、この式（６）及び上記気体の状態方程式より、式（４）が得られる。
【００４３】
【数６】
2006090283.tif 000008
【００４４】
吸気弁モデルＭ２３では、吸気管内圧力Ｐｍ、吸気管内温度Ｔｍ、及び大気温度Ｔａから、下記式（７）に基づいて、筒内吸入空気流量ｍｃが算出される。式（７）におけるａ、ｂは、少なくとも機関回転数ＮＥに基づいて定められる適合パラメータであり、予めマップを作成しておき、必要に応じてマップを検索して求めるようにする。なお、図１に示した構成のように、吸気弁６に対して可変バルブタイミング可変機構２３が設けられている場合には、上記適合パラメータａ、ｂは、吸気弁６の開閉タイミング（すなわち、基準開閉タイミングからの進角又は遅角量）にも基づいて定められる。
【００４５】
【数７】
2006090283.tif 000009
【００４６】
上述した吸気弁モデルＭ２３について図７を参照して説明する。一般に、吸気弁６が閉じた時に燃焼室５内に充填されている空気の量である筒内充填空気量Ｍｃは、吸気弁６が閉弁した時（吸気弁閉弁時）に確定し、吸気弁閉弁時の燃焼室５内の圧力に比例する。また、吸気弁閉弁時の燃焼室５内の圧力は吸気弁上流の気体の圧力、すなわち吸気管内圧力Ｐｍと等しいとみなすことができる。したがって、筒内充填空気量Ｍｃは、吸気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍに比例すると近似することができる。
【００４７】
ここで、単位時間当たりに吸気管部分１３´から流出する全空気の量を平均化したもの、または単位時間当たりに吸気管部分１３´から全ての燃焼室５に吸入される空気の量を一つの気筒の吸気行程に亘って平均化したものを筒内吸入空気流量ｍｃ（以下で詳述する）とすると、筒内充填空気量Ｍｃが吸気管内圧力Ｐｍに比例することから、筒内吸入空気流量ｍｃも吸気管内圧力Ｐｍに比例すると考えられる。このことから、理論及び経験則に基づいて、上記式（７）が得られる。なお、式（７）における適合パラメータａは比例係数であり、適合パラメータｂは排気弁閉弁時において燃焼室５内に残存している既燃ガス量に関連する値である。また、実際の運転では過渡時に吸気管内温度Ｔｍが大きく変化する場合があるため、これに対する補正として理論及び経験則に基づいて導かれたＴａ／Ｔｍが乗算されている。
【００４８】
ここで、筒内吸入空気流量ｍｃについて、図８を参照して内燃機関が４気筒である場合について説明する。なお、図８は横軸がクランクシャフトの回転角度、縦軸が単位時間当たりに吸気管部分１３´から燃焼室５に実際に流入する空気の量である。図８に示したように、４気筒の内燃機関では、吸気弁６が例えば１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順に開弁し、各気筒に対応する吸気弁６の開弁量に応じて吸気管部分１３´から各気筒の燃焼室５内へ空気が流入する。吸気管部分１３´から各気筒の燃焼室５内に流入する空気の流量の変位は図８に破線で示した通りであり、これらを総合した吸気管部分１３´から全気筒の燃焼室５に流入する空気の流量は図８に実線で示した通りである。また、例えば１番気筒への筒内充填空気量Ｍｃは図８に斜線で示した部分に相当する。
【００４９】
これに対して、実線で示した吸気管部分１３´から全ての気筒の燃焼室５に流入する空気の量を平均化したものが筒内吸入空気流量ｍｃであり、図中に一点鎖線で示されている。そして、この一点鎖線で示した筒内吸入空気流量ｍｃに、４気筒の場合にはクランクシャフトが１８０°（すなわち、４ストローク式内燃機関において１サイクル中にクランクシャフトが回転する角度７２０°を気筒数で割った角度）回転するのにかかる時間ΔＴ180°（機関回転数から算出可能）を乗算したものが筒内充填空気量Ｍｃとなる。したがって、吸気弁モデルＭ２３で算出された筒内吸入空気流量ｍｃにΔＴ180°を乗算することで、筒内充填空気量Ｍｃを算出することができる（Ｍｃ＝ｍｃ・ΔＴ180°）。
【００５０】
次に、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて、実際に筒内充填空気量Ｍｃを算出する場合について説明する。筒内充填空気量Ｍｃは吸入空気量モデルＭ２０を用いて、上記式（１）、式（３）、式（４）、及び式（７）を解くことにより求められる。この場合、ＥＣＵ３１で処理するために、これらの式を離散化する必要がある。時刻ｔ、計算間隔（離散時間）Δｔを用いて式（１）、式（３）、式（４）、及び式（７）を離散化すると、それぞれ下記式（８）、式（９）、式（１０）、及び式（１１）が得られる。なお、吸気管内温度Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）は、式（９）及び式（１０）によってそれぞれ算出されたＰｍ／Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）及びＰｍ（ｔ＋Δｔ）から、式（１２）によって算出される。
【００５１】
【数８】
2006090283.tif 000010
【００５２】
【数９】
2006090283.tif 000011
【００５３】
【数１０】
2006090283.tif 000012
【００５４】
【数１１】
2006090283.tif 000013
【００５５】
【数１２】
2006090283.tif 000014
【００５６】
このようにして実装された吸入空気量モデルＭ２０では、スロットルモデルＭ２１の式（８）で算出された時刻ｔにおけるスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｔ）と、吸気弁モデルＭ２３の式（１１）で算出された時刻ｔにおける筒内吸入空気流量ｍｃ（ｔ）とが、吸気管モデルＭ２２の式（９）及び式（１０）に代入され、これにより時刻ｔ＋Δｔにおける吸気管内圧力Ｐｍ（ｔ＋Δｔ）及び吸気管内温度Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）が算出される。次いで、算出されたＰｍ（ｔ＋Δｔ）及びＴｍ（ｔ＋Δｔ）は、スロットルモデルＭ２１及び吸気弁モデルＭ２３の式（８）及び式（１１）に代入され、これにより時刻ｔ＋Δｔにおけるスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｔ＋Δｔ）及び筒内吸入空気流量ｍｃ（ｔ＋Δｔ）が算出される。そして、このような計算を繰り返すことによって、スロットル弁開度θｔ、大気圧Ｐａ、及び大気温度Ｔａから、任意の時刻ｔにおける筒内吸入空気流量ｍｃが算出され、算出された筒内吸入空気流量ｍｃに上記時間ΔＴ180°を乗算することで、任意の時刻ｔにおける筒内充填空気量Ｍｃが算出される。
【００５７】
なお、内燃機関の始動時には、すなわち時刻ｔ＝０においては、吸気管内圧力Ｐｍは大気圧と等しい（Ｐｍ（０）＝Ｐａ）とされ、吸気管内温度Ｔｍは大気温度と等しい（Ｔｍ（０）＝Ｔａ）とされて、各モデルＭ２１〜Ｍ２３における計算が開始される。
【００５８】
また、上記吸入空気量モデルＭ２０では、大気温度Ｔａ及び大気圧Ｐａが一定であるとしているが、時刻によって変化する値としてもよく、例えば、大気温度を検出するための大気温センサによって時刻ｔにおいて検出された値を大気温度Ｔａ（ｔ）、大気圧を検出するための大気圧センサによって時刻ｔにおいて検出された値を大気圧Ｐａ（ｔ）として上記式（８）、式（１０）及び式（１１）に代入するようにしてもよい。
【００５９】
ところで、上記のような吸入空気量モデルＭ２０を用いた場合には、筒内から吸気ポート７内に逆流するガスの影響、とりわけ、同逆流ガスが吸気弁の閉弁している間に吸気ポート内において体積変化する場合の影響が考慮されていない。このため、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出された筒内充填空気量の値は、そのままでは算出精度が充分でない場合があった。
【００６０】
すなわち、実際の内燃機関の運転では吸気弁６が閉弁するのが吸気下死点後となる場合があり、この場合には吸気下死点後に筒内から吸気ポート７内に筒内のガスが逆流することになる。このようにして吸気ポート７内に逆流したガスは、次に吸気弁６が開弁する時（吸気弁開弁時）まで吸気ポート７内に留まり、次の吸気弁開弁時に新気（新たに機関外から吸入される空気）と共に筒内に吸入されることになる。ここで定常運転時については、その時の吸気管内圧力に応じたほぼ一定量の逆流ガスが毎回吸入されることになるため、上記適合パラメータａ、ｂを適切に設定することにより算出精度の大きな低下を避けることが可能である。しかしながら、スロットル弁１８が開閉される過渡時においては、吸気弁閉弁時から次回の吸気弁開弁時までの間に吸気管内の圧力変化に伴って逆流したガスの体積が変化するため、この影響によって実際に吸入される空気量が変化し、定常運転時に比べて筒内充填空気量の算出精度が大きく低下してしまう傾向がある。
【００６１】
上記のような過渡時における筒内充填空気量の算出精度の低下の要因についてより詳細に検討すると、以下の三つが考えられる。すなわち、一つ目は、筒内から吸気ポート７内に逆流したガスが、前サイクルの吸気弁閉弁時から次サイクルの吸気弁開弁時までの吸気管内圧力変化に伴って体積変化し、その体積変化部分で既燃ガスが空気に置換されたことによる影響である。これについて、図９を用いて説明する。図９は、スロットル弁１８が開く過渡時を例にとって吸気ポート７内の逆流ガスの変化を概略的に示したものである。この例では、前サイクルの吸気弁閉弁時には点線Ａで示される位置まで逆流ガスで満たされており、その後、スロットル弁１８を開くことによって吸気管内圧力が上昇して、次サイクルの吸気弁開弁時には点線Ｂで示される位置まで逆流ガスが圧縮されている。この点線Ａと点線Ｂとで挟まれる部分Ｘが上記体積変化部分となる。この体積変化部分Ｘは、もともと逆流ガスで満たされており、これが吸気管内圧力の変化によって新気に置き換えられることになるのであるが、上記逆流ガスには空気と既燃ガスが含まれているため、実際には上記逆流ガス中の既燃ガスの部分が空気に置き換えられた分だけ吸入空気量が増加することになる。
【００６２】
二つ目は、上記体積変化部分に含まれている空気の温度が変化することによる影響である。これについても図９に示した場合を用いて説明する。上述したように、もともと体積変化部分Ｘにあった逆流ガス中にも空気が含まれているため、その部分については空気が空気に置換されることになる。しかしながら、置き換えられる空気は新気であり、温度が低い。このため空気から空気への置換であっても、その温度低下分だけ密度の高い空気に置き換えられることになる、この結果、図９に示した場合には、吸入空気量が増加することになる。
【００６３】
三つ目は、筒内から吸気ポート内に逆流するガス中の既燃ガスの割合が吸気管内圧力によって異なることによる影響である。上記逆流ガス中の既燃ガスの割合は、筒内に残る既燃ガスの割合と等しく、吸気管内圧力が低いほど高くなる傾向がある。従って、例えばスロットル弁１８を開く過渡時、すなわち吸気管内圧力が上昇する場合について考えてみると、前サイクルにおいて筒内から吸気ポート７内へ逆流したガス中の既燃ガスの割合は、次のサイクルにおける逆流ガス中の既燃ガス割合よりも高いことになる。このため、吸気管内圧力が同じ値、例えばある圧力Ｐｍｘである場合であっても、吸気管内圧力を圧力Ｐｍｘに保った定常運転時に吸気ポート７内に存在する逆流ガス中の既燃ガス割合よりも、吸気管内圧力がより低い圧力から上記圧力Ｐｍｘに変化した時に吸気ポート７内に存在する逆流ガス中の既燃ガス割合の方が大きいことになる。そして、この結果、この既燃ガス割合の違いの分だけ、スロットル弁１８を開く過渡時、すなわち吸気管内圧力が上昇する場合には、吸入空気量が減少することになる。
なお、スロットル弁１８を閉じる過渡時、すなわち吸気管内圧力が低下する場合については、これまでの説明から明らかであると思われるので、ここでは説明を省略する。
【００６４】
以上のようなことを踏まえ、本実施形態では、筒内から吸気ポート７内に逆流するガスの影響、とりわけ、同逆流ガスが吸気弁６の閉弁している間に吸気ポート７内において体積変化する影響を考慮して、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した筒内充填空気量を補正し、吸気管内圧力の変化を伴う過渡時においても内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出できるようにしている。
【００６５】
以下、本実施形態で実施される上記補正について具体的に説明する。すなわち、本実施形態では、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した次のサイクルの筒内充填空気量を次のサイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂとし、この値を前のサイクルの吸気弁閉弁時から次のサイクルの吸気弁開弁時までの吸気管内圧力変化に基づいて補正して、次のサイクルの筒内充填空気量Ｍｃを求めるようにしている。
【００６６】
図１０は、本実施形態において上記補正のために実施される制御を示すフローチャートである。この制御がスタートするとまずステップ１０１において、機関回転数と吸気弁６の開閉タイミングの読み込みが行われる。ここで、吸気弁６の開閉タイミングは予め定めた基準開閉タイミングからの進角又は遅角量で表される。
【００６７】
ステップ１０１において、機関回転数と吸気弁６の開閉タイミングの読み込みが行われると、次にステップ１０３に進み、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）と次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）とが推定される。これらの推定は、基本的に上述した吸入空気量モデルＭ２０を用いて行われる。なおここで、（ｎ−１）は前回のサイクルを意味し、（ｎ）は次回のサイクルを意味している。また、このことは以下の説明において他のパラメータについて用いた場合も同様である。
【００６８】
ステップ１０３において、上記吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）及びＰｍＩＶＯ（ｎ）が推定されると、次にステップ１０５に進む。ステップ１０５においては、ステップ１０１において読み込んだ機関回転数及び吸気弁６の開閉タイミングと、ステップ１０３において推定した吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）及びＰｍＩＶＯ（ｎ）から求めた圧力比ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）／ＰｍＩＶＯ（ｎ）とに基づいて補正係数Ｃｍが決定される。この補正係数Ｃｍは、後続するステップ１０７において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算してその値を補正し、次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃを求めるものである。本実施形態では、このような目的に適合する補正係数Ｃｍが得られるように、機関回転数と、上記開閉タイミングと、上記圧力比ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）／ＰｍＩＶＯ（ｎ）とを引数として予め補正係数Ｃｍのマップが作成されており、ステップ１０５においてはこのマップを用いて上記補正係数Ｃｍが求められる。なお、この補正係数Ｃｍは、機関回転数が小さい程、また、上記開閉タイミングが遅角する程、大きくなる傾向がある。また、上記圧力比ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）／ＰｍＩＶＯ（ｎ）の値が１から離れるほど大きくなる傾向がある。
【００６９】
続くステップ１０７においては、上述したように、ステップ１０５で決定された補正係数Ｃｍが上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算される。そしてこれにより、上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され、次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃが求められ、本制御が終了する。
【００７０】
以上のように本実施形態では、吸気管内の圧力変化が推定され、それに基づいた補正を行って筒内充填空気量Ｍｃを求めるようにしている。このようにすることによって、筒内から吸気ポート７内に逆流したガスの吸気管内圧力変化に伴う体積変化の吸入空気量に与える影響を考慮することが可能となり、吸気管内圧力変化を伴う過渡時においても、内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出することが可能となる。
【００７１】
次に本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態は、図１に示した構成で実施され得るものである。また、この実施形態においても、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出された次サイクルの筒内充填空気量が次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂとされ、その値が前サイクルの吸気弁閉弁時から次サイクルの吸気弁開弁時までの吸気管内圧力変化に基づいて補正されて次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃが求められるようになっている。なお、以下の本実施形態に関する説明では上述した実施形態と共通する部分については原則として説明を省略する。
【００７２】
図１１は、本実施形態において上記補正のために実施される制御を示すフローチャートである。この制御がスタートするとまずステップ２０１において、機関回転数と吸気弁６の開閉タイミングの読み込みが行われる。そして、続くステップ２０３においては、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）と次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）とが推定される。これらステップ２０１及びステップ２０３で実施される制御は、上述したステップ１０１及びステップ１０３で行われる制御と夫々同じである。
【００７３】
ステップ２０３において、上記吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）及びＰｍＩＶＯ（ｎ）が推定されると、次にステップ２０５に進む。ステップ２０５においては、ステップ２０１において読み込んだ機関回転数及び吸気弁６の開閉タイミングと、ステップ２０３において推定した吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）及びＰｍＩＶＯ（ｎ）とに基づいて補正量Ｃａが決定される。この補正量Ｃａは、後続するステップ２０７において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂに加算してその値を補正し、次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃを求めるものである。本実施形態では、このような目的に適合する補正量Ｃａが得られるように、機関回転数と、上記開閉タイミングと、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）とを引数として予め補正量Ｃａのマップが作成されており、ステップ２０５においてはこのマップを用いて上記補正量Ｃａが求められる。
【００７４】
そして、続くステップ２０７においては、上述したように、ステップ２０５で決定された補正量Ｃａが上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂに加算される。そしてこれにより、上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され、次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃが求められて本制御が終了する。
【００７５】
以上のように本実施形態においても、先に説明した実施形態と同様、吸気管内の圧力変化が推定され、それに基づいた補正を行って筒内充填空気量Ｍｃが求められる。従って、本実施形態によっても、吸気管内圧力変化を伴う過渡時において、内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出することが可能となる。
【００７６】
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。この実施形態も図１に示した構成によって実施可能なものである。また、この実施形態においても、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出された次サイクルの筒内充填空気量が次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂとされ、その値が前サイクルの吸気弁閉弁時から次サイクルの吸気弁開弁時までの吸気管内圧力変化に基づいて補正されて次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃが求められるようになっている。そして特に、この実施形態においては、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響（すなわち、吸気ポート内の逆流ガスの体積変化部分で既燃ガスが空気に置換されることによる影響、同逆流ガスの体積変化部分に含まれている空気の温度が変化することによる影響、及び逆流ガス中の既燃ガスの割合が吸気管内圧力によって異なることによる影響）に対し、夫々の影響を補正する補正量が別個に求められるようになっている。なお、本実施形態に関する以下の説明においても、上述した他の実施形態と共通する部分については原則として説明を省略する。
【００７７】
図１２は、本実施形態において上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂ（すなわち、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出された筒内充填空気量）の補正のために実施される制御を示すフローチャートである。この制御がスタートするとまずステップ３０１において、機関回転数と吸気弁６の開閉タイミングの読み込みが行われる。そして、続くステップ３０３においては、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）と次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）とが推定される。これらステップ３０１及びステップ３０３で実施される制御は、上述したステップ１０１及びステップ１０３、もしくはステップ２０１及びステップ２０３で行われる制御と夫々同じである。
【００７８】
ステップ３０３において、上記吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）及びＰｍＩＶＯ（ｎ）が推定されると、次にステップ３０５に進む。ステップ３０５においては、前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ−１）に対する逆流ガス中の既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）に対する逆流ガス中の既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ）とが求められる。逆流ガス中の既燃ガスの割合、すなわち筒内に残る既燃ガスの割合は、上述したように吸気管内圧力に影響を受けるが、それ以外に機関回転数及び吸気弁６の開閉タイミングにも影響を受ける。そのため、本実施形態では、吸気管内圧力と、機関回転数と、上記開閉タイミングとを引数として、定常運転時における既燃ガス割合を求めることのできるマップを予め作成し、ステップ３０５においてはこのマップに基づいて上記既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）及びＥＧＲ（ｎ）を決定するようにしている。なおここで、上記既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）を求めるのに必要となる前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ−１）は、上述した吸入空気量モデルＭ２０を用いて推定される。
【００７９】
ステップ３０５において、上記既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）及びＥＧＲ（ｎ）が決定されると、次にステップ３０７に進み、逆流ガスの平均温度Ｔｐが求められる。本実施形態では、機関回転数と、上記既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）とから逆流ガスの平均温度Ｔｐが求められるマップを予め作成しておき、ステップ３０７ではこのマップに基づいて上記平均温度Ｔｐを決定するようにしている。
【００８０】
ステップ３０７で上記平均温度Ｔｐが決定されると、次にステップ３０９に進み、前サイクルの吸気弁閉弁時から次サイクルの吸気弁開弁時までの間の逆流ガスの体積変化量ΔＶｐが求められる。この体積変化量ΔＶｐは、図９で説明した場合における体積変化部分Ｘの体積に相当するものである。本実施形態では、機関回転数と、吸気弁６の開閉タイミングと、上記圧力比ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）／ＰｍＩＶＯ（ｎ）とから上記体積変化量ΔＶｐが求められるマップを予め作成しておき、ステップ３０９ではこのマップに基づいて上記体積変化量ΔＶｐを決定するようにしている。
【００８１】
ステップ３０９において、上記体積変化量ΔＶｐが決定されると、次にステップ３１１に進む。ステップ３１１においては、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響のうちの一つ目の影響、すなわち吸気ポート内の逆流ガスの体積変化部分で既燃ガスが空気に置換されることによる影響を補正するための第１補正量Ｃａ１が求められる。本実施形態では、この第１補正量Ｃａ１を求めるためのマップが、上記体積変化量ΔＶｐと、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）と、上記既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）とを引数として予め作成されており、ステップ３１１においては、このマップに基づいて上記第１補正量Ｃａ１が決定される。
【００８２】
ステップ３１１において、上記第１補正量Ｃａ１が決定されると、次にステップ３１３に進む。ステップ３１３においては、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響のうちの二つ目の影響、すなわち上記逆流ガスの体積変化部分に含まれている空気の温度が変化することによる影響を補正するための第２補正量Ｃａ２が求められる。本実施形態では、この第２補正量Ｃａ２を求めるためのマップが、上記体積変化量ΔＶｐと、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）と、上記平均温度Ｔｐと、上記既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）とを引数として予め作成されており、ステップ３１３においては、このマップに基づいて上記第２補正量Ｃａ２が決定される。
【００８３】
ステップ３１３において、上記第２補正量Ｃａ２が決定されると、次にステップ３１５に進む。ステップ３１５においては、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響のうちの三つ目の影響、すなわち逆流ガス中の既燃ガスの割合が吸気管内圧力によって異なることによる影響を補正するための第３補正量Ｃａ３が求められる。本実施形態では、この第３補正量Ｃａ３を求めるためのマップが、上記体積変化量ΔＶｐと、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）と、上記既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）及びＥＧＲ（ｎ）とを引数として予め作成されており、ステップ３１５においては、このマップに基づいて上記第３補正量Ｃａ３が決定される。
【００８４】
そして、ステップ３１５において上記第３補正量Ｃａ３が決定されると、続くステップ３１７において、ステップ３１１、３１３、３１５の夫々で決定された第１、第２、第３補正量Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３が上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂに加算される。そしてこれにより、上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され、次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃが求められて本制御が終了する。
【００８５】
以上のように本実施形態においても、先に説明した各実施形態と同様、吸気管内圧力変化が推定され、それに基づいた補正を行って筒内充填空気量Ｍｃが求められる。従って、本実施形態によっても、吸気管内圧力変化を伴う過渡時において、内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出することが可能となる。
【００８６】
また、本実施形態では、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響を補正するための補正量が、夫々第１、第２、第３補正量Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３として分けて求められる（推定される）ようになっている。このようにすることにより、より多様な状況に対する適用が容易になり、より多様な状況において吸気管内圧力の変化を伴う過渡時における内燃機関の吸入空気量の算出精度の向上を図ることができる。すなわち、例えばマップの次元数の低減によって制御負荷を軽減することができ、その結果、より広範な運転状態に対して上記補正を実施することが容易となる。
【００８７】
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。この実施形態も図１に示した構成によって実施可能なものである。また、この実施形態においても、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出された次サイクルの筒内充填空気量が次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂとされ、その値が前サイクルの吸気弁閉弁時から次サイクルの吸気弁開弁時までの吸気管内圧力変化に基づいて補正されて次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃが求められるようになっている。そして、この実施形態においても、図１２を参照しつつ説明した実施形態と同様、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響を補正するための補正量が、夫々第１、第２、第３補正量Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３として別個に求められるようになっている。但し、本実施形態では、これらの補正量Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３がマップを用いてではなく計算で求められるようになっている。以下、本実施形態において上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂの補正のために実施される制御について説明する。なお、本実施形態に関する以下の説明では、上述した各実施形態と共通する部分については原則として説明を省略する。
【００８８】
図１３は、本実施形態において上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂの補正のために実施される制御を示すフローチャートである。この制御がスタートするとまずステップ４０１において、機関回転数と吸気弁６の開閉タイミングの読み込みが行われる。このステップ４０１で実施される制御は、上述したステップ１０１、ステップ２０１、ステップ３０１等で実施される制御と同様である。
【００８９】
ステップ４０１において、機関回転数と吸気弁６の開閉タイミングの読み込みが行われると、次にステップ４０３に進み、前サイクルの吸気弁閉弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）及び吸気管内温度Ｔｍが推定される。これらの推定は、基本的に上述した吸入空気量モデルＭ２０を用いて行われる。
【００９０】
ステップ４０３において、上記吸気管内圧力ＰｍＩＶＣ（ｎ−１）、ＰｍＩＶＯ（ｎ）及び上記温度Ｔｍが推定されると、次にステップ４０５に進む。ステップ４０５においては、前サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ−１）に対する逆流ガス中の既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）と、次サイクルの吸気弁開弁時の吸気管内圧力ＰｍＩＶＯ（ｎ）に対する逆流ガス中の既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ）とが求められる。このステップ４０５において実施される制御は、上述したステップ３０５で実施される制御と同様である。
【００９１】
ステップ４０５において、上記既燃ガス割合ＥＧＲ（ｎ−１）及びＥＧＲ（ｎ）が決定されると、次にステップ４０７に進み、逆流ガスの平均温度Ｔｐが求められる。このステップ４０７において実施される制御は、上述したステップ３０７で実施される制御と同様である。
【００９２】
ステップ４０７で上記平均温度Ｔｐが決定されると、次にステップ４０９に進み、前サイクルの吸気弁閉弁時から次サイクルの吸気弁開弁時までの間の逆流ガスの体積変化量ΔＶｐが求められる。本実施形態において、この体積変化量ΔＶｐは、下記式（１３）に基づいて算出される。
【００９３】
【数１３】
2006090283.tif 000015
【００９４】
ここで、Ｖｐは、前サイクルの吸気弁閉弁時における吸気ポート７内での逆流ガスの体積である。この値は、機関回転数と、吸気弁６の開閉タイミングとを引数として、定常運転時における逆流ガス体積を求めることができるマップを予め作成しておき、これに基づいて求めるようにする。
【００９５】
ステップ４０９において、上記体積変化量ΔＶｐが算出されると、次にステップ４１１に進む。ステップ４１１においては、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響のうちの一つ目の影響、すなわち吸気ポート内の逆流ガスの体積変化部分で既燃ガスが空気に置換されることによる影響を補正するための第１補正量Ｃａ１が求められる。本実施形態では、この第１補正量Ｃａ１は、下記式（１４）に基づいて算出される。
【００９６】
【数１４】
2006090283.tif 000016
【００９７】
ステップ４１１において、上記第１補正量Ｃａ１が算出されると、次にステップ４１３に進む。ステップ４１３においては、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響のうちの二つ目の影響、すなわち上記逆流ガスの体積変化部分に含まれている空気の温度が変化することによる影響を補正するための第２補正量Ｃａ２が求められる。本実施形態では、この第２補正量Ｃａ２は、下記式（１５）に基づいて算出される。
【００９８】
【数１５】
2006090283.tif 000017
【００９９】
ステップ４１３において、上記第２補正量Ｃａ２が算出されると、次にステップ４１５に進む。ステップ４１５においては、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響のうちの三つ目の影響、すなわち逆流ガス中の既燃ガスの割合が吸気管内圧力によって異なることによる影響を補正するための第３補正量Ｃａ３が求められる。本実施形態では、この第３補正量Ｃａ３は、下記式（１６）に基づいて算出される。
【０１００】
【数１６】
2006090283.tif 000018
【０１０１】
そして、ステップ４１５において上記第３補正量Ｃａ３が算出されると、続くステップ４１７において、ステップ４１１、４１３、４１５の夫々で算出された第１、第２、第３補正量Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３が上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した次サイクルの基本筒内充填空気量Ｍｃｂに加算される。そしてこれにより、上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され、次サイクルの筒内充填空気量Ｍｃが求められて本制御が終了する。
【０１０２】
以上のように本実施形態においても、先に説明した各実施形態と同様、吸気管内圧力変化が推定され、それに基づいた補正を行って筒内充填空気量Ｍｃが求められる。従って、本実施形態によっても、吸気管内圧力変化を伴う過渡時において、内燃機関の吸入空気量をより精度良く算出することが可能となる。
【０１０３】
また、本実施形態でも、過渡時において筒内充填空気量の算出精度が低下する要因として先に説明した三つの影響を補正するための補正量が、夫々第１、第２、第３補正量Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３として分けて求められる（推定される）ようになっている。従って、本実施形態によっても、より多様な状況に対する上記補正の適用が容易になり、より多様な状況において吸気管内圧力の変化を伴う過渡時における内燃機関の吸入空気量の算出精度の向上を図ることができる。更に本実施形態では、上記第１、第２、第３補正量Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３等をマップではなく、計算により求めるようにしている。これにより、図１２を参照しつつ説明した実施形態よりもマップ数を減少させることができる。
【０１０４】
なお、上述した各実施形態においては、補正を行って最終的に求められた筒内充填空気量Ｍｃから筒内吸入空気量ｍｃを求め、その値を吸気管モデルＭ２２に入力するようにして上記吸入空気量モデルＭ２０における計算を行うようにしても良い。
【０１０５】
また、上述の各実施形態においては、吸気弁６にのみ可変バルブタイミング機構２３が設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸気弁６と排気弁８の両方、もしくは排気弁８のみに可変バルブタイミング機構が設けられている場合についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１は、本発明の内燃機関の吸入空気量推定装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、吸入空気量モデルを示す図である。
【図３】図３は、スロットル弁開度と流量係数との関係を示す図である。
【図４】図４は、関数Φ（Ｐｍ／Ｐａ）を示す図である。
【図５】図５は、スロットルモデルの基本概念を示す図である。
【図６】図６は、吸気管モデルの基本概念を示す図である。
【図７】図７は、吸気弁モデルの基本概念を示す図である。
【図８】図８は、筒内充填空気量及び筒内吸入空気流量の定義に関する図である。
【図９】図９は、吸気ポート内の逆流ガスの変化をスロットル弁が開く過渡時を例にとって説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態において実施される制御を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施形態において実施される制御を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の更に他の実施形態において実施される制御を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の更に他の実施形態において実施される制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０７】
１    機関本体
５    燃焼室
６    吸気弁
７    吸気ポート
８    排気弁
９    排気ポート
１１    燃料噴射弁
１３    吸気管
１８    スロットル弁
【図１】
2006090283.tif 000019
【図２】
2006090283.tif 000020
【図３】
2006090283.tif 000021
【図４】
2006090283.tif 000022
【図５】
2006090283.tif 000023
【図６】
2006090283.tif 000024
【図７】
2006090283.tif 000025
【図８】
2006090283.tif 000026
【図９】
2006090283.tif 000027
【図１０】
2006090283.tif 000028
【図１１】
2006090283.tif 000029
【図１２】
2006090283.tif 000030
【図１３】
2006090283.tif 000031