(57)【要約】【課題】  バルブオーバーラップ時に吸気通路に吹き返された既燃ガスをシリンダ内に再吸入するときの吸気弁通過ガス流量を精度良く求め、これにより、筒内吸入新気量を精度良く求めること。【解決手段】  電気制御装置８０は、吸気弁３２を通過してシリンダ２１内に吸入される吸気弁通過ガスの流量miを絞り部を通過する流体の流量を表す式に基づいて計算する。電気制御装置は、miの積算値Miが０より大きく、シリンダ内に吸入されているガスが新気であると判定すると、同新気の温度Tmを用いてmiを計算する。また、積算値Miが０より小さく、シリンダ内に吸入されているガスが吸気通路に吹き返された既燃ガスであると判定すると、同吹き返された既燃ガスから吸気通路を構成する部材への熱伝達が少なくとも考慮されて計算される吹き返しガス温度Trevを用いてmiを計算する。【選択図】  図１２
2006037911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁の周囲を通過して吸気通路からシリンダ内に吸入されているガスが新気であるか、同シリンダ内から同吸気通路へ吹き返された後に同吸気通路から同シリンダ内に吸入されている既燃ガスである再吸入既燃ガスであるかを判定する吸気弁通過ガス種判定手段と、
前記吸気通路内の新気の状態パラメータを取得する新気状態取得手段と、
前記吸気通路内の既燃ガスと前記吸気通路を構成する部材との間の熱伝達を少なくとも考慮して前記再吸入既燃ガスの状態パラメータを取得する再吸入既燃ガス状態取得手段と、
前記シリンダ内に吸入されているガスが前記新気であると判定されているとき前記取得された新気の状態パラメータを使用して前記吸気弁の周囲を通過するガスの流量である吸気弁通過ガス流量を算出するとともに同シリンダ内に吸入されているガスが前記再吸入既燃ガスであると判定されているとき前記取得された再吸入既燃ガスの状態パラメータを使用して同吸気弁通過ガス流量を算出する吸気弁通過ガス流量算出手段と、
前記算出された吸気弁通過ガス流量に基づいて前記シリンダ内に吸入される新気の量である筒内吸入新気量を推定する筒内吸入新気量推定手段と、
を備えた内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記吸気弁通過ガス流量算出手段は、
前記吸気通路から前記シリンダ内にガスが吸入されているときに前記吸気弁通過ガス流量を正及び負の何れか一方の符号付きガス流量として、前記シリンダ内から前記吸気通路にガスが吹き返されているときに前記吸気弁通過ガス流量を正及び負の何れか他方の符号付きガス流量として、所定時間の経過毎に算出するように構成され、
前記吸気弁通過ガス種判定手段は、
前記算出された吸気弁通過ガス流量の前記吸気弁の開弁時からの積算値が同積算値の初期値より大きいか否かに応じて前記シリンダ内に吸入されているガスが前記新気であるか前記再吸入既燃ガスであるかを判定するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記新気状態取得手段は、前記新気の状態パラメータとして前記吸気通路内の新気の温度を取得するとともに、
前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、前記再吸入既燃ガスの状態パラメータとして前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、
前記吸気通路内の既燃ガスから前記吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの熱損失量を算出する熱損失量算出手段を備え、前記算出された熱損失量を使用して前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記熱損失量算出手段は、
前記吸気通路内の既燃ガスの温度と、前記内燃機関を冷却するために使用される冷却水の温度とに基づいて前記熱損失量を算出するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記熱損失量算出手段は、
前記吸気通路内の既燃ガスから前記吸気通路構成部材への熱伝達に係わる熱伝達率と、同熱伝達に係わる同既燃ガスと同吸気通路構成部材との接触面積とに基づいて前記熱損失量を算出するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記熱損失量算出手段は、所定時間の経過毎に、一所定時間あたりの前記熱損失量を算出するように構成され、
前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、前記算出された一所定時間あたりの熱損失量を使用して前記再吸入既燃ガスの温度を前記所定時間の経過毎に取得・更新するように構成されるとともに、
前記吸気弁通過ガス流量算出手段は、前記更新された再吸入既燃ガスの温度を使用して前記吸気弁通過ガス流量を前記所定時間の経過毎に算出するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項８】
請求項４又は請求項５に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記熱損失量算出手段は、
前記シリンダ内から前記吸気通路への前記既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値と、前記シリンダ内から前記吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子の値とに基づいて前記熱損失量を算出するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項９】
請求項４乃至請求項８の何れか一項に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、
前記吸気弁の周囲を通過する既燃ガスのエネルギーと、前記算出された熱損失量とを使用して前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、
前記吸気通路内の既燃ガスから前記吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの温度低下量を算出する温度低下量算出手段を備え、前記算出された温度低下量を使用して前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記温度低下量算出手段は、
前記吸気通路内の既燃ガスの温度と、前記内燃機関を冷却するために使用される冷却水の温度とに基づいて前記温度低下量を算出するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記温度低下量算出手段は、
前記シリンダ内から前記吸気通路への前記既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値と、前記シリンダ内から前記吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子の値とに基づいて前記温度低下量を算出するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２の何れか一項に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、
前記吸気弁の周囲を通過する既燃ガスのエネルギーから得られる前記吸気通路内の既燃ガスの温度と、前記算出された温度低下量とを使用して前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項１４】
請求項３に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、
前記シリンダ内から前記吸気通路への前記既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値と、前記シリンダ内から前記吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子の値とに基づいて前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成された内燃機関の筒内吸入新気量推定装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の内燃機関の筒内吸入新気量推定装置において、
前記吸気弁通過ガス流量算出手段は、前記吸気弁の周囲に形成されるガス通路を絞り部とみなしたときに成立する同絞り部を通過するガス流量を算出する式に基づいて前記吸気弁通過ガス流量を算出するように構成された筒内吸入新気量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダ内に吸入される新気の量（筒内吸入新気量）等を推定する内燃機関の吸入新気量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関により燃焼される混合気の空燃比を所望の値に制御したり、点火時期を適切に制御するためには、同内燃機関のシリンダ内に吸入される新気の量（以下、「筒内吸入新気量Ma」と称呼する。）を精度良く求める必要がある。新気とは大気のことであって燃焼ガス（既燃ガス）を含まない。通常、この筒内吸入新気量Maは、内燃機関の吸気通路に設けられた空気流量センサの出力値により推定される。ところが、スロットルバルブ開度が急激に変化する過渡運転状態においては、空気流量センサの出力値の挙動と実際の吸入新気量の挙動とが一致しなくなるため、空気流量センサの出力値に基づいて筒内吸入新気量Maをあらゆる運転条件下で精度良く求めることは一般に困難である。
【０００３】
そこで、近年においては、エネルギー保存則や運動量保存則等の物理法則に基づいて得られた式により吸気通路における空気の挙動を表すモデルを構築し、このモデルを用いることにより、筒内吸入新気量Ma（に応じた値）を精度良く推定する種々の試みがなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−４１０９５号公報（第４−１２頁、図３、図４）
【０００４】
本出願人は、このようなモデルの一つとして、質量保存則及びエネルギー保存則に基づいてシリンダ（シリンダ内のガス）に関するモデル（シリンダモデル）を構築し、このモデルを用いて筒内吸入新気量Maを推定する技術（装置）を検討している。
【０００５】
より具体的に述べると、上記シリンダモデルは、下記(1)式及び下記(2)式を基本として構築されている。
【０００６】
【数１】
2006037911.tif 000003
【０００７】
【数２】
2006037911.tif 000004
【０００８】
(1)式は質量保存則に基づく式である。(1)式は「新気及び既燃ガスからなるシリンダ内のガスの量である筒内ガス量Mcの時間的変化量（dMc/dt)」は、「吸気弁の周囲を通過してシリンダ内に吸入されるガス（以下、「吸気弁通過ガス」と称呼する。）の流量である吸気弁通過ガス流量mi」と「排気弁の周囲を通過してシリンダ内に吸入されるガス（以下、「排気弁通過ガス」と称呼する。）の流量である排気弁通過ガス流量me」との和に等しいことを表している。なお、この場合、吸気弁通過ガス流量mi及び排気弁通過ガス流量meの何れも、シリンダ内にガスが流れ込む場合に正の値となるように規定されている。
【０００９】
(2)式は、エネルギー保存則に基づく式である。(2)式は「シリンダ内のガスのエネルギーEの時間的変化量（dE/dt)」が、「吸気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギーEi'」、「排気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギーEe'」及び「シリンダ壁面からシリンダ内のガスに単位時間あたりに与えられる熱量（以下、「伝達熱流量」と称呼する。）Qw'」の和から「シリンダ内のガスが単位時間あたりにピストンに対して行う仕事W'」を減じた値に等しいことを表している。
【００１０】
一方、吸気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギーEi'は、下記(3)式に示したように、吸気弁通過ガス流量mi及び吸気弁通過ガス温度（吸気ガス温度）Tiに比例する。ここで、Cpiは吸気弁通過ガスの定圧比熱である。また、排気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギーEe'は、下記(4)式に示したように、排気弁通過ガス流量me及び排気弁通過ガス温度（排気ガス温度）Teに比例する。ここで、Cpeは排気弁通過ガスの定圧比熱である。
【００１１】
Ei'＝mi・Cpi・Ti  …(3)
【００１２】
Ee'＝me・Cpe・Te  …(4)
【００１３】
そこで、シリンダモデルは、(3)式及び(4)式の関係を(2)式に適用した式をエネルギー保存則に基づく式とし、その式と(1)式とを連立させることにより、シリンダ内のガス（以下、「筒内ガス」と称呼する。）の圧力（以下、「筒内ガス圧力Pc」と称呼する。）と筒内ガスの温度（以下、「筒内ガス温度Tc」と称呼する。）とを求めるようになっている。そして、このように求められた筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcは、下記(5)式乃至下記(8)式に適用され、これにより吸気弁通過ガス流量mi及び排気弁通過ガス流量meが更新される。なお、(5)式乃至(8)式は、絞り部を通過する流体の流量を求める一般的な式に基づく式である。Piは吸気弁上流ガス圧力であり、Peは排気ガス圧力である。また、Ri，Re，Rcはガス定数であり、Cdi，Cdeは流量係数であり、Ai，Aeは流路断面積である。
【００１４】
【数３】
2006037911.tif 000005
【００１５】
【数４】
2006037911.tif 000006
【００１６】
【数５】
2006037911.tif 000007
【００１７】
【数６】
2006037911.tif 000008
【００１８】
(5)式又は(6)式により更新された吸気弁通過ガス流量mi及び(7)式又は(8)式により更新された排気弁通過ガス流量meは、上記(1)乃至(4)式に適用され、新たな筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcが求められる。その新たな筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcは、再び上記(5)式乃至(8)式に適用され、更に新たな吸気弁通過ガス流量mi及び排気弁通過ガス流量meが求められる。
【００１９】
このように、吸気弁通過ガス流量mi、排気弁通過ガス流量me、筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcは順次更新されて行く。また、更新された吸気弁通過ガス流量miは、吸気弁開弁時から吸気弁閉弁時まで積算され、これにより筒内吸入新気量Maが推定される。更新された排気弁通過ガス流量meは、吸気弁開弁時から排気弁閉弁時まで積算され、これにより筒内に残留する既燃ガス量（以下、「筒内残留ガス量」と称呼する。）Meが推定される。
【００２０】
一般に、内燃機関の吸気弁と排気弁は同時に開弁されている状態をとるときがある。即ち、図１７の（Ａ）における曲線LIN及び曲線LEXにより吸気弁及び排気弁のリフト量をそれぞれ示したように、吸気弁はクランク角が吸気上死点(TDC)前の所定クランク角θ０（時刻ｔ０）となったときに開弁する。排気弁はこの時刻ｔ０において依然として開弁していて、その後、クランク角が吸気上死点(TDC)後の所定クランク角θ２（時刻ｔ２）となったときに閉弁する。この吸気弁と排気弁とが共に開弁している期間（時刻ｔ０〜ｔ２）は、バルブオーバーラップ時(VOL)と称呼される。
【００２１】
かかるバルブオーバーラップ時の初期は、排気行程の後半であるから、燃焼室（シリンダ）の容積は減少している。従って、吸気弁上流ガス圧力Piは筒内ガス圧力Pc及び排気ガス圧力Peより小さいので、排気系（排気ポート及び排気管）に排出された既燃ガスが排気弁の周囲、シリンダ及び吸気弁の周囲を介して吸気通路（吸気系、即ち、スロットルバルブ下流の吸気通路を構成する吸気ポート及び吸気管）に吹き返される。この場合、吸気弁通過ガス流量miは(6)式により計算されて負の値となるから、図１７の（Ｂ）に実線にて示したように、吸気弁通過ガス流量miの積算値は時刻ｔ０から減少して負の値となる。
【００２２】
その後、クランク角が吸気上死点(TDC)後の所定のクランク角θ１となると、排気弁は実質的に閉弁する（時刻ｔ１）。この時点は吸気行程の初期であり、燃焼室（シリンダ）の容積は増大しているから、吸気弁上流ガス圧力Piは筒内ガス圧力Pcより大きくなる。従って、吸気通路に吹き返された既燃ガスは、吸気弁の周囲を介してシリンダ内に再度吸入され始める。この場合、吸気弁通過ガス流量miは(5)式により計算されて正の値となるから、図１７の（Ｂ）に実線にて示したように、吸気弁通過ガス流量miの積算値は時刻ｔ１から増大し始める。そして、時刻ｔ４にて、吸気通路に吹き返された既燃ガスが総べてシリンダ内に吸入されると、新気がシリンダ内に吸入され始める。吸気弁通過ガス流量miの積算値は、時刻ｔ４にて「０」となり、時刻ｔ４以降は新気がシリンダ内に吸入されるから、最終的には筒内吸入新気量Maを表す値となる。
【００２３】
ところで、吸気通路に吹き返された直後の既燃ガスは燃焼直後のガスであるから、その温度はスロットルバルブ下流の吸気通路を構成する吸気ポート壁及び吸気管（以下、「吸気通路構成部材」と称呼する。）の温度よりも非常に高い。この結果、吸気通路に吹き返された既燃ガスが同吸気通路内に滞留している間において、同既燃ガスから吸気通路構成部材への熱伝達（熱損失）により吸気通路内の既燃ガスの温度は大きく低下する。しかしながら、吸気通路内の既燃ガスがシリンダ内に再吸入される際の同既燃ガス（以下、「再吸入既燃ガス」と称呼する。）の温度は、依然として、吸気通路に存在している新気の温度よりは高いと考えられる。
【００２４】
他方、前述した装置は、再吸入既燃ガスがシリンダ内に吸入されるときに使用する吸気弁通過ガス流量miを求めるための(5)式において、吸気弁通過ガス温度Tiを吸気管内空気温度Tm（スロットルバルブ下流の新気の温度）と等しい温度に設定している。従って、計算される吸気弁通過ガス流量miの絶対値が実際の吸気弁通過ガス流量の絶対値よりも大きくなる。その結果、図１７の（Ｂ）において、破線により示したように、計算上の新気の吸入開始時刻ｔ３（吸気弁通過ガス流量miの積算値が「０」に復帰する時点）が実際の新気の吸入開始時刻ｔ４よりも早い時刻となり、それ故に筒内吸入新気量Maが実際の筒内吸入新気量と異なってしまうという問題がある。
【発明の開示】
【００２５】
本発明による内燃機関の筒内吸入新気量推定装置は、上記課題に対処するためになされたものであって、内燃機関の吸気弁の周囲を通過して吸気通路からシリンダ内に吸入されているガスが新気であるか、同シリンダ内から同吸気通路へ吹き返された後に同吸気通路から同シリンダ内に吸入されている既燃ガスである再吸入既燃ガスであるかを判定する吸気弁通過ガス種判定手段と、前記吸気通路内の新気の状態パラメータを取得する新気状態取得手段と、前記吸気通路内の既燃ガスと前記吸気通路を構成する部材との間の熱伝達を少なくとも考慮して前記再吸入既燃ガスの状態パラメータを取得する再吸入既燃ガス状態取得手段と、前記シリンダ内に吸入されているガスが前記新気であると判定されているとき前記取得された新気の状態パラメータを使用して前記吸気弁の周囲を通過するガスの流量である吸気弁通過ガス流量を算出するとともに同シリンダ内に吸入されているガスが前記再吸入既燃ガスであると判定されているとき前記取得された再吸入既燃ガスの状態パラメータを使用して同吸気弁通過ガス流量を算出する吸気弁通過ガス流量算出手段と、前記算出された吸気弁通過ガス流量に基づいて前記シリンダ内に吸入される新気の量である筒内吸入新気量を推定する筒内吸入新気量推定手段とを備えている。
【００２６】
ここにおいて、状態パラメータとは少なくともガスの温度を含む。また、吸気通路を構成する部材（以下、「吸気通路構成部材」と称呼する。）とは、スロットルバルブ下流の吸気通路を構成する吸気ポート壁及び吸気管を含む。
【００２７】
これによれば、吸気弁通過ガス流量算出手段は、吸気弁の周囲を通過するガスの流量（吸気弁通過ガス流量）をそのガスの状態パラメータ（例えば、そのガスの温度）を使用しながら算出する。即ち、シリンダ内に吸入されているガスが新気であると判定されていれば、そのガスの状態パラメータとして新気の状態パラメータが使用される。一方、シリンダ内に吸入されているガスが再吸入既燃ガスであると判定されていれば、そのガスの状態パラメータとして再吸入既燃ガスの状態パラメータが使用される。
【００２８】
加えて、再吸入既燃ガスの状態パラメータは、吸気通路内の既燃ガス（即ち、シリンダ内から吸気通路へ吹き返された後に同吸気通路内に滞留している既燃ガス）と吸気通路構成部材との間の熱伝達が少なくとも考慮されて取得される値である。従って、吸気通路内の既燃ガスがシリンダ内に再吸入される際の同既燃ガスの状態パラメータ（例えば、再吸入既燃ガスの温度）が正確に取得され得る。
【００２９】
従って、新気がシリンダ内に吸入されている段階のみならず、再吸入既燃ガスがシリンダ内に吸入されている段階においても、ガスの種類に応じた状態パラメータにより吸気弁通過ガス流量が精度良く求められる。この結果、係る吸気弁通過ガス流量に基づいて算出される筒内吸入新気量が精度良く求められる。
【００３０】
この場合、前記吸気弁通過ガス流量算出手段は、前記吸気通路から前記シリンダ内にガスが吸入されているときに前記吸気弁通過ガス流量を正及び負の何れか一方の符号付きガス流量として、前記シリンダ内から前記吸気通路にガスが吹き返されているときに前記吸気弁通過ガス流量を正及び負の何れか他方の符号付きガス流量として、所定時間の経過毎に算出するように構成され、前記吸気弁通過ガス種判定手段は、前記算出された吸気弁通過ガス流量の前記吸気弁の開弁時からの積算値が同積算値の初期値（同積算値の初期値が０である場合は０）より大きいか否かに応じて前記シリンダ内に吸入されているガスが前記新気であるか前記再吸入既燃ガスであるかを判定するように構成されることが好適である。
【００３１】
一般の内燃機関においては、吸気弁は排気行程の後半であって排気弁が閉弁する前に開弁する。このとき、吸気通路の圧力はシリンダ内の圧力より小さいので、排気通路に排出された排気ガス（既燃ガス）が排気弁の周囲、シリンダ及び吸気弁の周囲を介して吸気通路に吹き返す（逆流する）。この場合、吸気弁通過ガス流量算出手段は、吸気弁通過ガス流量を正及び負の何れか一方の符号を有する値として算出する。
【００３２】
その後、吸気行程に進んで排気弁が実質的に閉弁するタイミングになると、吸気通路の圧力はシリンダ内の圧力より大きくなる。従って、吸気通路内に吹き返された既燃ガスは吸気弁の周囲を介して再びシリンダ内に吸入される（即ち、再吸入既燃ガスがシリンダ内に吸入される）。この場合、吸気弁通過ガス流量算出手段は、吸気弁通過ガス流量を正及び負の何れか他方の符号を有する値として算出する。
【００３３】
従って、吸気弁通過ガス流量が精度良く算出されていれば、吸気弁が開弁されてからの吸気弁通過ガス流量の積算値は、吸気通路内に吹き返された既燃ガスの総べてがシリンダ内に吸入された時点で吸気弁が開弁されたときの積算の初期値に復帰する。かかる知見に基づき、上記筒内吸入新気量推定装置は、吸気弁通過ガス流量の積算値が同積算値の初期値より大きいか否かに応じて前記シリンダ内に吸入されているガスが前記新気であるか再吸入既燃ガスであるかを判定する。
【００３４】
即ち、説明の便宜上、吸気弁通過ガス流量算出手段は、ガスがシリンダ内から吸気通路に逆流している場合に負の符号を有する吸気弁通過ガス流量、ガスが吸気通路からシリンダ内に流入している順流の場合に正の符号を有する吸気弁通過ガス流量を算出すると仮定し、且つ、吸気弁通過ガス流量の積算開始時（吸気弁が開弁したとき）における初期値を０と仮定すると、吸気弁通過ガス流量の積算値は吸気弁の開弁時から負の値となって減少する。そして、吸気弁通過ガス流量の積算値は、それまでに吸気通路に吹き返された既燃ガスが再びシリンダ内に吸入されはじめたときに増大を開始するとともに、吸気通路に吹き返された既燃ガスの総べてがシリンダ内に吸入された時点で０に復帰し、その後、正の値となって増大する。
【００３５】
従って、吸気弁通過ガス流量の積算値が負の値であるときは既燃ガスが吸気通路へと吹き返されているか又は再吸入既燃ガスがシリンダへと吸入されていると判定することができる。また、吸気弁通過ガス流量の積算値が正の値であるときは、新気がシリンダへと吸入されていると判定することができる。吸気弁通過ガス種判定手段は、かかる知見に基づいてなされていて、吸気弁通過ガス流量の積算値が０（積算値の初期値）より大きいか否かを判定するという簡単な構成で、吸気弁通過ガスの種類を判定できる。
【００３６】
上記何れかの筒内吸入新気量推定装置においては、前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、前記吸気通路内の既燃ガスから前記吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの熱損失量を算出する熱損失量算出手段を備え、前記算出された熱損失量を使用して前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成されることが好適である。
【００３７】
この場合、前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、例えば、吸気弁の周囲を通過する既燃ガスのエネルギーと、前記算出された熱損失量とを使用して前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成される。より具体的には、再吸入既燃ガス状態取得手段は、先ず、吸気弁の周囲をシリンダ内から吸気通路へ向けて通過する既燃ガスのエネルギーを吸気弁開弁時から既燃ガスの吹き返しの終了時点（即ち、既燃ガスの再吸入開始時点）まで積算することで上記熱伝達を考慮しない場合での同再吸入開始時点での吸気通路内の既燃ガスのエネルギーを求める。既燃ガスの再吸入開始時点は、例えば、上述した符号付き吸気弁通過ガス流量における符号の変化に基づいて特定することができる。
【００３８】
そして、再吸入既燃ガス状態取得手段は、上記求めた熱伝達を考慮しない場合での既燃ガスのエネルギーから前記算出された熱損失量（吸気弁開弁時から上記再吸入開始時点までに亘る総熱損失量）を減じることで同熱伝達を考慮した場合での再吸入開始時点での吸気通路内の既燃ガスのエネルギーを求め、同求めた熱伝達を考慮した場合での再吸入開始時点での吸気通路内の既燃ガスのエネルギーから再吸入既燃ガスの温度を求めることができる。この場合、再吸入既燃ガス温度は、上記再吸入開始時点から既燃ガスの再吸入終了時点（即ち、新気の吸入開始時点）までの間、一定値として扱われる。
【００３９】
ここで、前記熱損失量算出手段は、前記吸気通路内の既燃ガスの温度と、前記内燃機関を冷却するために使用される冷却水の温度とに基づいて前記熱損失量（例えば、吸気弁開弁時から上記再吸入開始時点までに亘る総熱損失量）を算出するように構成されることが好適である。吸気通路内の既燃ガスから吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの熱損失量は、吸気通路内の既燃ガスの温度と吸気通路構成部材の温度の差に大きく依存する。
【００４０】
他方、吸気通路構成部材（例えば、吸気ポート壁等）の温度は、機関を冷却するために使用される冷却水の温度と略等しいと考えることができる。従って、上記構成によれば、上記熱損失量を精度良く求めることができる。なお、前記吸気通路内の既燃ガスの温度は、例えば、上述した「熱伝達を考慮しない場合での再吸入開始時点での吸気通路内の既燃ガスのエネルギー」から求めることができる。
【００４１】
また、吸気通路内の既燃ガスから吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの熱損失量は、吸気通路内の既燃ガスから吸気通路構成部材への熱伝達に係わる熱伝達率と、同熱伝達に係わる同既燃ガスと同吸気通路構成部材との接触面積とにも大きく依存する。
【００４２】
従って、前記熱損失量算出手段は、前記吸気通路内の既燃ガスから前記吸気通路構成部材への熱伝達に係わる熱伝達率と、同熱伝達に係わる同既燃ガスと同吸気通路構成部材との接触面積とに基づいて前記熱損失量（例えば、吸気弁開弁時から上記再吸入開始時点までに亘る総熱損失量）を算出するように構成されてもよい。
【００４３】
また、上記何れかの筒内吸入新気量推定装置においては、前記熱損失量算出手段は、所定時間の経過毎に、一所定時間あたりの前記熱損失量を算出するように構成され、前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、前記算出された一所定時間あたりの熱損失量を使用して前記再吸入既燃ガスの温度を前記所定時間の経過毎に取得・更新するように構成されるとともに、前記吸気弁通過ガス流量算出手段は、前記更新された再吸入既燃ガスの温度を使用して前記吸気弁通過ガス流量を前記所定時間の経過毎に算出するように構成されることが好適である。
【００４４】
既燃ガスの吹き返しの開始時点（即ち、吸気弁の開弁時）から同既燃ガスの再吸入終了時点までの間、吸気通路内の既燃ガスの単位時間あたりの熱損失量は、実際には時々刻々と変化し得る。これに伴い、既燃ガスの再吸入開始時点から再吸入終了時点までの再吸入既燃ガスの温度も、実際には時々刻々と変化し得る。
【００４５】
従って、上記構成のように、逐次算出される一所定時間あたりの熱損失量を使用して再吸入既燃ガスの温度、ひいては吸気弁通過ガス流量を所定時間の経過毎に算出するように構成すれば、吸気弁通過ガス流量がより一層精度良く求められる。この結果、係る吸気弁通過ガス流量に基づいて算出される筒内吸入新気量がより一層精度良く求められる。
【００４６】
この場合、前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、例えば、吸気弁の周囲を通過する一所定時間あたりの既燃ガスのエネルギーと、前記算出される一所定時間あたりの熱損失量とを使用して前記再吸入既燃ガスの温度を所定時間の経過毎に取得するように構成される。より具体的には、再吸入既燃ガス状態取得手段は、吸気弁の周囲を通過する一所定時間あたりの既燃ガスのエネルギーと、前記算出される一所定時間あたりの熱損失量とから熱伝達を考慮した場合での吸気通路内の既燃ガスのエネルギーを所定時間の経過毎に更新していく。
【００４７】
そして、前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、上記更新された吸気通路内の既燃ガスのエネルギーから同吸気通路内の既燃ガスの温度、従って、再吸入既燃ガスの温度を所定時間の経過毎に更新していく。従って、この場合、再吸入既燃ガスの温度は、上記再吸入開始時点から既燃ガスの再吸入終了時点（即ち、新気の吸入開始時点）までの間、時々刻々と変化する値として求められる。
【００４８】
また、上記内燃機関の筒内吸入新気量推定装置においては、前記熱損失量算出手段は、前記シリンダ内から前記吸気通路への前記既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値と、前記シリンダ内から前記吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子の値とに基づいて前記熱損失量を算出するように構成されてもよい。
【００４９】
ここにおいて、「シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子」とは、同時点での吸気通路内の既燃ガス量そのもの、吸気弁の開閉タイミング（吸気弁の進角量）、排気弁の開閉タイミング（排気弁の進角量）、吸気弁のリフト量（最大リフト量）、排気ガス圧力に対する吸気弁上流ガス圧力（吸気管内のガス圧力）の割合等を含む。
【００５０】
なお、既燃ガスの吹き返しが終了した時点での吸気通路内の既燃ガス量は、例えば、上記吸気弁通過ガス流量算出手段により逐次算出される吸気弁通過ガス流量を吸気弁の開弁時から既燃ガスの吹き返しが終了した時点（即ち、既燃ガスの再吸入開始時点）まで積算することで求めることができる。また、「シリンダ内から吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子」とは、機関の回転速度等を含む。
【００５１】
一般に、吸気通路内の既燃ガスから吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの熱損失量は、「シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量」と、「シリンダ内から吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間」に大きく依存する。従って、上記構成によっても上記熱損失量を精度良く求めることができる。
【００５２】
また、上記再吸入既燃ガス状態取得手段においては、上記熱損失量算出手段に代えて、前記吸気通路内の既燃ガスから前記吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの温度低下量を算出する温度低下量算出手段を備え、前記算出された温度低下量を使用して前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成されてもよい。
【００５３】
この場合、前記再吸入既燃ガス状態取得手段は、例えば、吸気弁の周囲を通過する既燃ガスのエネルギーから得られる吸気通路内の既燃ガスの温度と、前記算出された温度低下量とを使用して前記再吸入既燃ガスの温度を取得するように構成される。より具体的には、再吸入既燃ガス状態取得手段は、先ず、吸気弁の周囲をシリンダ内から吸気通路へ向けて通過する既燃ガスのエネルギーを吸気弁開弁時から既燃ガスの吹き返しの終了時点（即ち、既燃ガスの再吸入開始時点）まで積算することで上記熱伝達を考慮しない場合での同再吸入開始時点での吸気通路内の既燃ガスのエネルギーを求める。
【００５４】
そして、再吸入既燃ガス状態取得手段は、上記求めた熱伝達を考慮しない場合での既燃ガスのエネルギーから同熱伝達を考慮しない場合での再吸入開始時点での吸気通路内の既燃ガスの温度を求め、同求めた温度から上記算出された温度低下量（吸気弁開弁時から上記再吸入開始時点までに亘る総温度低下量）を減じることで再吸入既燃ガスの温度を求めることができる。この場合、再吸入既燃ガス温度は、上記再吸入開始時点から既燃ガスの再吸入終了時点（即ち、新気の吸入開始時点）までの間、一定値として扱われる。
【００５５】
また、吸気通路内の既燃ガスから吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの温度低下量は、上述した「吸気通路内の既燃ガスから吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの熱損失量」と同様、吸気通路内の既燃ガスの温度と吸気通路構成部材の温度（従って、上記冷却水の温度）の差、並びに、「シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量」と、「シリンダ内から吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間」に大きく依存する。
【００５６】
従って、前記温度低下量算出手段は、前記吸気通路内の既燃ガスの温度と、前記内燃機関を冷却するために使用される冷却水の温度とに基づいて前記温度低下量を算出するように構成されてもよいし、前記シリンダ内から前記吸気通路への前記既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値と、前記シリンダ内から前記吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子の値とに基づいて前記温度低下量を算出するように構成されてもよい。
【００５７】
また、上記再吸入既燃ガス状態取得手段は、前記シリンダ内から前記吸気通路への前記既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値と、前記シリンダ内から前記吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子の値とに基づいて、上記熱損失量、及び上記温度低下量を算出することなく前記再吸入既燃ガスの温度を直接取得するように構成されてもよい。
【００５８】
また、上記何れかの筒内吸入新気量推定装置においては、前記吸気弁通過ガス流量算出手段は、前記吸気弁の周囲に形成されるガス通路を絞り部とみなしたときに成立する同絞り部を通過するガス流量を算出する式に基づいて前記吸気弁通過ガス流量を算出するように構成されることが好適である。
【００５９】
吸気弁が開弁した状態においては、吸気弁の開弁により形成されるガス通路は絞り部（オリフィス）とみなすことができるので、上記構成により吸気弁通過ガス流量がより精度良く推定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、本発明による内燃機関の吸入新気量推定装置（この装置は、筒内吸入空気量推定装置、筒内吸入ガス量推定装置、筒内残留ガス量推定装置と称呼することもできる。）の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。この吸入新気量推定装置は燃料噴射量制御装置の一部である。図１は、係る燃料噴射量制御装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００６１】
内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００６２】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００６３】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及び同吸気弁３２の吸気弁リフト量（最大吸気弁リフト量）を連続的に変更し得る吸気弁制御装置３３、吸気弁制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともに同エキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更し得る排気弁制御装置３６、排気弁制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００６４】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、及び吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ４３を備えている。スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａにより吸気管４１内で回転駆動されるようになっている。
【００６５】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続された排気管５２及び排気管５２に介装された触媒コンバータ（三元触媒装置）５３を備えている。
【００６６】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、吸気温センサ６２、大気圧センサ（スロットルバルブ上流圧力センサ）６３、スロットルポジションセンサ６４、吸気側カムポジションセンサ６５、排気側カムポジションセンサ６６、吸気弁リフト量センサ６７、クランクポジションセンサ６８、水温センサ６９、空燃比センサ（Ｏ2センサ）７０及びアクセル開度センサ７１を備えている。
【００６７】
エアフローメータ６１は、内燃機関１０の吸気通路内を流れる空気の流量（吸入空気流量）を実際に測定し、測定した吸入空気流量AFMを表す信号を出力するようになっている。吸気温センサ６２は、エアフローメータ６１内に備えられていて、吸入空気の温度を検出し、吸気温度Taを表す信号を出力するようになっている。大気圧センサ６３は、スロットルバルブ４３の上流の圧力（即ち、大気圧）を検出し、スロットルバルブ上流圧力Paを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６４は、スロットルバルブ４３の開度（スロットルバルブ開度）を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。
【００６８】
吸気側カムポジションセンサ６５は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４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。この信号は、吸気弁３２の開閉タイミング（吸気弁進角量）VVTinを表す。同様に、排気側カムポジションセンサ６６は、エキゾーストカムシャフトが９０°回転する毎に一つのパルスを有する信号を発生するようになっていて、この信号は、排気弁３５の開閉タイミング（排気弁進角量）VVTexを表す。
【００６９】
吸気弁リフト量センサ６７は、吸気弁３２のリフト量を検出し、吸気弁３２が全閉のとき「０」の値をとる吸気弁リフト量Liを表す信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ（エンジン回転速度センサ）６８は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４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。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。
【００７０】
水温センサ６９は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。Ｏ2センサ７０は、触媒コンバータ５３に流入する排ガス中の酸素濃度に応じた信号（排ガスの空燃比に応じた値）を出力するようになっている。アクセル開度センサ７１は、運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００７１】
電気制御装置８０は、互いにバスで接続された、ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、バックアップＲＡＭ８４、及びインターフェース８５等からなるマイクロコンピュータである。ＲＯＭ８２は、テーブル（マップ）及び定数等を予め記憶するようになっている。ＲＡＭ８３は、ＣＰＵ８１の必要に応じてデータを一時的に格納するようになっている。バックアップＲＡＭ８４は、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するようになっている。インターフェース８５は、ＡＤコンバータを含み、前記センサ６１〜７１と接続され、ＣＰＵ８１にセンサ６１〜７１からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ８１の指示に応じて吸気弁制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、排気弁制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、及びスロットルバルブアクチュエータ４３ａ等に駆動信号を送出するようになっている。
【００７２】
次に、上記のように構成された燃料噴射量制御装置による燃料噴射量の決定方法（筒内吸入新気量Maの推定方法）について説明する。
【００７３】
（燃料噴射量fcの決定方法・筒内吸入新気量Maの推定方法）
燃料噴射量制御装置は、吸気行程にある気筒の吸気弁３２が閉じる前に同気筒に対して燃料を噴射しなければならない。このため、燃料噴射量制御装置は、吸気弁３２が閉じた時点で（即ち、吸気弁閉弁時に）同気筒内に吸入されているであろう筒内吸入新気量Maを吸気弁３２が閉弁する前に予測し、fc＝kλ・Maなる式に基づいて燃料噴射量（基本噴射量）fcを決定する。ここで、kλは運転状態に応じて変化する設定空燃比に基づく係数である。そして、燃料噴射量制御装置は、吸気行程にある気筒のインジェクタ３９から、その気筒の吸気弁３２が閉弁するよりも前の時点で前記決定された燃料噴射量fcの燃料を噴射する。
【００７４】
以下、燃料噴射量制御装置について具体的に説明する。図２は、この燃料噴射量制御装置の機能ブロック図である。燃料噴射量制御装置は、電子制御スロットルモデルM1、スロットルモデルM2、吸気管モデルM3、吸気弁モデルM4、吹き返しガス温度推定モデルM5、シリンダモデルM6、及び排気弁モデルM7からなるシミュレーションモデルを用いて筒内吸入新気量Maを推定するようになっている。
【００７５】
これらのモデルM1〜M7における計算は、ＣＰＵ８１が所定時間（プログラム実行間隔時間Δｔ）の経過毎に各モデルに対応するプログラムを実行することにより達成される。また、以下に述べる微分方程式、及び積分方程式は、実際には離散化されることによりその解が求められる。更に、燃料噴射量制御装置は、スロットルバルブ電子制御ロジックA1を備え、スロットルバルブアクチュエータ４３ａを介してスロットルバルブ４３の開度を制御するようになっている。以下、各モデルについて順に説明する。
【００７６】
（電子制御スロットルモデルM1及びスロットルバルブ電子制御ロジックA1）
電子制御スロットルモデルM1は、現時点までのアクセルペダル操作量Accpに基づいて現時点から所定時間T0先の時刻ｔにおけるスロットルバルブ開度θtを推定するモデルである。
【００７７】
具体的に述べると、スロットルバルブ電子制御ロジックA1は、アクセルペダル操作量Accpと目標スロットルバルブ開度θrとの関係を規定する図３に示したテーブル及びアクセル開度センサ７１により検出された実際の（現時点の）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バルブ開度θr1を所定時間（例えば、２msec）の経過毎に決定する。アクセルペダル操作量Accpと目標スロットルバルブ開度θrとの関係を規定するテーブル（マップ）は、アクセルペダル操作量Accpが増大するとともに目標スロットルバルブ開度θrが増大するようにこれらの関係を規定している。
【００７８】
また、スロットルバルブ電子制御ロジックA1は、暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1を所定時間T（例えば、６４msec）だけ遅延させた値、即ち、現時点より所定時間Tだけ前の時点にて決定された暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1を、現時点での最終的な目標スロットルバルブ開度θrとして決定する。そして、スロットルバルブ電子制御ロジックA1は、実際のスロットルバルブ開度TAが現時点の目標スロットルバルブ開度θrとなるようにスロットルバルブアクチュエータ４３ａに対して駆動信号を送出する。
【００７９】
このように、目標スロットルバルブ開度θrは、現時点から所定時間Tだけ前の時点におけるアクセルペダル操作量Accpに応じて決定された暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1と等しいから、現時点から所定時間T0だけ先の時刻ｔにおける目標スロットルバルブ開度θrは現時点から時間（T−T0）前における暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1と等しい。また、現時点から時間（T−T0）前における暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1は、スロットルバルブアクチュエータ４３ａの作動遅れ時間を無視すれば、時刻ｔにおけるスロットルバルブ開度θtと等しい。
【００８０】
このような考えに基づき、電子制御スロットルモデルM1は、現時点から所定時間T0だけ先の時刻ｔにおけるスロットルバルブ開度θtを推定する。即ち、現時点から時間（T−T0）前における暫定的な目標スロットルバルブ開度θr1を現時点から所定時間T0だけ先の時刻ｔにおけるスロットルバルブ開度θtとして推定する。なお、スロットルバルブアクチュエータ４３ａの作動遅れ時間を考慮に加えて、スロットルバルブ開度θtを推定してもよい。
【００８１】
（スロットルモデルM2）
スロットルモデルM2は、スロットルバルブ４３を通過する空気流量（（以下、「スロットル通過空気流量」と称呼する。）mtを、スロットルバルブ４３の周囲に形成される空気通路を絞り部（オリフィス）とみなしたときに成立する同絞り部を通過する空気流量を算出する一般的な式である下記(9)式〜(11)式に基づいて推定するモデルである。
【００８２】
下記(9)式〜(11)式において、Ct（θt）はスロットルバルブ開度θtに応じて変化する流量係数、At（θt）はスロットルバルブ開度θtに応じて変化するスロットル開口面積（吸気管４１の開口面積）、Paはスロットルバルブ上流圧力（即ち、大気圧）、Pmはスロットルバルブ４３の下流の吸気管内空気圧力（吸気管圧力）、Taは吸気温度（大気温度）、Tmはスロットルバルブ４３の下流の吸気管内空気温度、Rは気体定数、及びκは比熱比（ここではκを一定値として扱う。）である。
【００８３】
(11)式は、関数Φを定義する式であり、(11)式の上段は流速が音速以下の場合、下段は流速が音速になる場合に使用される。スロットルモデルM2は、スロットルバルブ上流圧力Paが吸気管内空気圧力Pmより大きい順流の場合（Pa≧Pm）に(9)式を使用し、スロットルバルブ上流圧力Paが吸気管内空気圧力Pmより小さい逆流の場合（Pa＜Pm）に(10)式を使用する。
【００８４】
【数７】
2006037911.tif 000009
【００８５】
【数８】
2006037911.tif 000010
【００８６】
【数９】
2006037911.tif 000011
【００８７】
上記(9)式及び(10)式において、θtは電子制御スロットルモデルM1により推定された現時点から所定時間T0だけ先の時刻ｔにおける推定スロットルバルブ開度である。スロットルモデルM2は、スロットルバルブ開度θtと流量係数Ct（θt）との関係を規定した図４に示すテーブル及び前記推定したスロットルバルブ開度θtを用いて流量係数Ct（θt）を求めるとともに、スロットルバルブ開度θtと開口面積At（θt）との関係を規定した図５に示すテーブル及び前記推定したスロットルバルブ開度θtとを用いて開口面積At（θt）を求める。
【００８８】
なお、スロットルモデルM2は、スロットルバルブ開度θtと積値Ct（θt）・At（θt）との関係を規定した図６に示すテーブル及び前記推定したスロットルバルブ開度θtを用いて積値Ct（θt）・At（θt）を一時に求めるように構成してもよい。また、スロットルモデルM2は、スロットルバルブ開度θt及び吸気管内空気圧力Pmと流量係数Ct（θt,Pm）との関係を規定したテーブルMapCt（θt,Pm）と、前記推定したスロットルバルブ開度θt及び後述する吸気管モデルM3から取得される吸気管内空気圧力Pmと、を用いて、流量係数Ct（θt）に代わる流量係数Ct（θt,Pm）を求めるように構成されていてもよい。
【００８９】
スロットルモデルM2は、スロットルバルブ上流圧力Pa及び吸気温度Taを大気圧センサ６３及び吸気温センサ６２からそれぞれ取得するとともに、吸気管内空気圧力Pmと吸気管内空気温度Tmとを後述する吸気管モデルM3から取得し、これらの値を用いて上記(9)式又は(10)式の計算を行い、時刻ｔにおけるスロットル通過空気流量mtを推定する。なお、吸気管モデルM3は、後述するように、スロットルモデルM2の出力であるスロットル通過空気流量mtを用いて計算を行う。従って、スロットルモデルM2が吸気管モデルM3から取得する吸気管内空気圧力Pmと吸気管内空気温度Tmは、前回の（現時点からプログラム実行間隔時間Δｔだけ前の）計算タイミングにて同吸気管モデルM3が計算していた値である。かかる計算手法は、他のモデルにおいても同様に使用される。
【００９０】
（吸気管モデルM3）
吸気管モデルM3は、質量保存則とエネルギー保存則とにそれぞれ基づいた下記(12)式及び下記(13)式、スロットル通過空気流量mt、スロットル通過空気温度（即ち、吸気温度）Ta及び吸気管から流出する空気流量である吸気弁通過ガス流量miから、吸気管内空気圧力Pm及び吸気管内空気温度Tmを求めるモデルである。なお、下記(12)式及び下記(13)式において、Vmはスロットルバルブ４３から吸気弁３２までの吸気通路（以下、単に「吸気管部」と称呼する。）の容積である。
【００９１】
d(Pm/Tm)/dt＝(R/Vm)・(mt−mi)  …(12)
【００９２】
dPm/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Ta−mi・Tm)  …(13)
【００９３】
吸気管モデルM3は、上記(12)式及び上記(13)式におけるスロットル通過空気流量mtをスロットルモデルM2から取得し、吸気弁通過ガス流量miを後述する吸気弁モデルM4から取得する。そして、(12)式及び(13)式に基づく計算を行って、現時点から所定時間T0だけ先の時刻ｔにおける吸気管内空気圧力Pm及び吸気管内空気温度Tmを求める。
【００９４】
ここで、上記吸気管モデルM3を記述した(12)式及び(13)式の導出過程について説明する。いま、吸気管部の総空気量をMとすると、総空気量Mの時間的変化は、吸気管部に流入する空気量に相当するスロットル通過空気流量mtと同吸気管部から流出する空気量に相当する吸気弁通過ガス流量miの差であるから、質量保存則に基づく下記(14)式が得られる。
【００９５】
dM／dt＝mt−mi  …(14)
【００９６】
また、吸気管部内の空気についての状態方程式は下記(15)式となるから、上記(14)式と下記(15)式とから総空気量Mを消去することにより、質量保存則に基づく上記(12)式が得られる。
【００９７】
Pm・Vm＝M・R・Tm  …(15)
【００９８】
次に、吸気管部に関するエネルギー保存則について検討する。この場合、吸気管部の容積Vmは変化せず、また、エネルギーの殆どが温度上昇に寄与する（運動エネルギーは無視し得る）と考えられる。従って、吸気管部の空気のエネルギーM・Cv・Tmの時間的変化量は、同吸気管部に流入する単位時間あたりの空気のエネルギーCp・mt・Taと同吸気管部から流出する単位時間あたりの空気のエネルギーCp・mi・Tmとの差に等しいので、下記(16)式が得られる。なお、Cpは定圧比熱、Cvは定容比熱である。
【００９９】
d(M・Cv・Tm)／dt＝Cp・mt・Ta−Cp・mi・Tm  …(16)
【０１００】
この(16)式を、κ＝Cp／Cvなる関係式と、上記(15)式（Pm・Vm＝M・R・Tm）とを用いて変形することにより、上記(13)式が得られる。
【０１０１】
（吸気弁モデルM4）
吸気弁モデルM4は、吸気弁３２の周囲を通過する空気流量である吸気弁通過ガス流量miを、吸気弁３２の周囲に形成される空気通路を絞り部（オリフィス）とみなしたときに成立する同絞り部を通過する空気流量を算出する一般的な式である下記(17)式〜(19)式に基づいて推定するモデルである。
【０１０２】
(17)式〜(19)式において、Cdi（Li）は吸気弁３２のリフト量Liに応じて変化する流量係数、Ai（Li）は同リフト量Liに応じて変化する吸気弁３２の周囲に形成される開口の面積、Tiは吸気弁３２の上流部のガス温度（吸気弁を通過するガスの温度であり、以下、「吸気弁通過ガス温度Ti」と称呼する。）、Piは吸気弁３２の上流部のガス圧力（以下、「吸気弁上流ガス圧力Pi」と称呼する。）、Tcは筒内ガス温度（シリンダ２１内のガス温度）、及びPｃは筒内ガス圧力（シリンダ２１内の圧力）である。
【０１０３】
(19)式は、(11)式で説明した関数Φを定義する式であり、(19)式の上段は流速が音速以下の場合、下段は流速が音速になる場合に使用される。吸気弁モデルM4は、吸気弁上流ガス圧力Piが筒内ガス圧力Pcより大きい順流の場合に(17)式を使用し、吸気弁上流ガス圧力Piが筒内ガス圧力Pcより小さい逆流の場合に(18)式を使用する。このように、吸気弁通過ガス流量miは、シリンダ２１内にガスが吸入されている場合に正、シリンダ２１内からガス（既燃ガス）が吸気通路に吹き返されている場合に負の値をとるように規定されている。
【０１０４】
【数１０】
2006037911.tif 000012
【０１０５】
【数１１】
2006037911.tif 000013
【０１０６】
【数１２】
2006037911.tif 000014
【０１０７】
吸気弁モデルM4は、現時点から所定時間T0だけ先の時刻ｔにおける吸気弁リフト量Li(t)を推定する。この推定は、吸気弁リフト量センサ６７が検出している現時点のリフト量Liとエンジン回転速度NEとに基づいてなされてもよく、現時点のクランク角とエンジン回転速度NEを含む運転状態に応じて予め設定されるリフト量マップとに基づいてなされてもよい。そして、吸気弁モデルM4は、吸気弁リフト量Liと積値Cdi（Li）・Ai（Li）との関係を規定した図７に示したテーブルと、前記推定した吸気弁リフト量Li(t)とに基づいて、上記(17)式及び上記(18)式にて使用する積値Cdi（Li）・Ai（Li）を求める。
【０１０８】
吸気弁モデルM4は、後にフローチャートを参照しながら詳述するように、吸気弁上流ガス圧力Piを吸気管モデルM3から取得される吸気管内空気圧力Pmと等しい値に設定する。吸気弁モデルM4は、上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiを、シリンダ２１が新気を吸入している場合には吸気管モデルM3から取得される吸気管内空気温度Tmと等しい値に設定し、シリンダ２１が吸気通路に吹き返された既燃ガスを吸入している場合（即ち、再吸入既燃ガスを吸入している場合）には後述する吹き返しガス温度推定モデルM5から取得される吹き返しガス温度（再吸入既燃ガスの温度）Trevと等しい値に設定する。吸気弁モデルM4は、筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcを後述するシリンダモデルM6から取得する。吸気弁モデルM4は、これらの変数を用いて上記(17)式〜(19)式に基づく計算を行うことで、時刻ｔにおける吸気弁通過ガス流量miを推定する。
【０１０９】
(吹き返しガス温度推定モデルM5)
吹き返しガス温度推定モデルM5は、図８に示すように、シリンダ２１内から吸気通路（具体的には、吸気ポート３１内）へ吹き返されて同吸気通路内に滞留している既燃ガス（以下、「吹き返しガス」と称呼する。）の温度（以下、「吹き返しガス温度Trev」と称呼する。）を、吹き返しガスのエネルギーと、同吹き返しガスの量とに基づく下記(20)式に基づいて推定するモデルである。
【０１１０】
下記(20)式において、tivoは吸気弁３２の開弁時である、また、hは吸気弁通過ガスにより単位時間あたりに吹き返しガスに与えられるエネルギーであり、Qは吹き返しガスから吸気通路を構成する部材（主として、吸気ポート３１を構成する壁（吸気ポート壁））への熱伝達に基づく同吹き返しガスの単位時間あたりの熱損失量である（図９を参照）。Cpは実際には吹き返しガス（既燃ガス）の定圧比熱であるが、ここではCpを一定値として扱う。
【０１１１】
【数１３】
2006037911.tif 000015
【０１１２】
ここで、上記吹き返しガス温度推定モデルM5を記述した(20)式の導出過程について図９を参照しながら説明する。いま、吸気通路内に滞留している吹き返しガスのエネルギーをErevとすると、エネルギー保存則に基づく下記(21)式を得ることができる。
【０１１３】
【数１４】
2006037911.tif 000016
【０１１４】
(21)式は、「吹き返しガスのエネルギーErevの時間的変化量(dErev/dt)」が、「吸気弁通過ガスにより単位時間あたりに吹き返しガスに与えられるエネルギーh」から、「吹き返しガスから吸気ポート壁への熱伝達に基づく同吹き返しガスの単位時間あたりの熱損失量Q」を減じた値に等しいというエネルギー保存則を表している。なお、本例では、吹き返しガスから同吹き返しガスよりも上流の吸気通路内に存在する新気への熱伝達（熱損失）は無視される。
【０１１５】
従って、時刻ｔにおける吹き返しガスのエネルギーErevは、吹き返しガスが発生する吸気弁開弁時tivoからの積分計算（積算）を行う下記(22)式により表すことができる。
【０１１６】
【数１５】
2006037911.tif 000017
【０１１７】
また、時刻ｔにおける吹き返しガスの量Mrevは、吸気弁モデルM4から取得される吸気弁通過ガス流量miの符号を考慮すると、吹き返しガスが発生する吸気弁開弁時tivoからの積分計算（積算）を行う下記(23)式に従って表すことができる。
【０１１８】
【数１６】
2006037911.tif 000018
【０１１９】
一方、時刻ｔにおける吹き返しガスのエネルギーErevは、下記(24)式により表すことができる。下記(24)式において、Trevは時刻ｔにおける吹き返しガス温度である。Cpは実際には吹き返しガス（既燃ガス）の定圧比熱であるが、ここではCpを一定値として扱う。
【０１２０】
【数１７】
2006037911.tif 000019
【０１２１】
ここで、上記(22)式と上記(23)式を上記(24)式に適用して整理すると、上記(20)式が得られる。
【０１２２】
次に、吸気弁通過ガスにより単位時間あたりに吹き返しガスに与えられるエネルギーh、及び上記熱伝達に基づく同吹き返しガスの単位時間あたりの熱損失量Qを取得する手法について説明する。吸気弁通過ガスにより単位時間あたりに吹き返しガスに与えられるエネルギーhは、既燃ガスがシリンダ２１内から吸気通路へ吹き返されている期間（即ち、mi＜０となる期間）においては下記(25)式、吹き返しガスがシリンダ２１内へ吸入されている期間（即ち、mi＞０、且つmiの吸気弁開弁時からの積算値＜０となる期間）においては下記(26)式に従って求めることができる。下記(25)式において、筒内ガス温度Tcは後述するシリンダモデルM6から取得される。
【０１２３】
このように、吸気弁通過ガスにより単位時間あたりに吹き返しガスに与えられるエネルギーhは、シリンダ２１内からガス（既燃ガス）が吸気通路に吹き返されている場合に正、シリンダ２１内に吹き返しガスが吸入されている場合に負の値をとるように規定されている。なお、下記(25)式、及び(26)式におけるCpは実際にはそれぞれ、筒内ガス（既燃ガス）の定圧比熱、及び吹き返しガス（既燃ガス）の定圧比熱であるが、ここではCpを一定値として扱う。
【０１２４】
【数１８】
2006037911.tif 000020
【０１２５】
【数１９】
2006037911.tif 000021
【０１２６】
また、上記熱伝達に基づく同吹き返しガスの単位時間あたりの熱損失量Qは、単位時間あたりの伝達熱量（伝達熱流量）を求めるための伝熱工学における一般的な式である下記(27)式に基づいて求めることができる。
【０１２７】
【数２０】
2006037911.tif 000022
【０１２８】
上記(27)式において、αは吹き返しガスから吸気ポート壁への熱伝達に係わる熱伝達率であり、Sは同熱伝達に係わる同吹き返しガスと吸気ポート壁との接触面積である。Twallは吸気ポート壁の温度（表面温度）である。吸気ポート壁の温度Twallは冷却水温THWに略等しいと考えられるから、上記(27)式における吸気ポート壁の温度Twallは水温センサ６９から取得される冷却水温THWと置き換えることができる。
【０１２９】
上記(27)式における熱伝達率αは、吸気ポート壁が内径Ｄの円管を構成しているものと仮定すると（図９を参照）、コルバーンのアナロジー（Colburn
analogy）に基づく下記(28)式に従って取得され得る。
【０１３０】
【数２１】
2006037911.tif 000023
【０１３１】
上記(28)式において、a,bは定数（a＞０、b＞1）である。Prevは吹き返しガスの圧力である。吹き返しガスの圧力Prevは吸気管内空気圧力Pmに略等しいと考えられるから、上記(28)式における吹き返しガスの圧力Prevは吸気管モデルM3から取得される吸気管内空気圧力Pmと置き換えることができる。また、uは吸気ポート３１内における吹き返しガスの平均流速である。吹き返しガスの平均流速uは、吹き返しガスが吸気ポート３１内を逆流する場合（吸気弁３２側からスロットルバルブ４３側に移動する場合）に正の値をとるように規定されている（図９を参照）。
【０１３２】
平均流速uは、上記吸気弁通過ガス流量miの符号を考慮すると、下記(29)式により得ることができる。下記(29)式における吹き返しガスの圧力Prevも吸気管モデルM3から取得される吸気管内空気圧力Pmと置き換えることができる。また、Rは実際には吹き返しガス（既燃ガス）のガス定数であるが、ここではRを一定値として扱う。
【０１３３】
【数２２】
2006037911.tif 000024
【０１３４】
ここで、上記(29)式の導出過程について簡単に説明する。いま、吸気弁３２を通過して吸気ポート３１に流入してきた既燃ガスの流速が吹き返しガスの平均流速uに等しいと仮定すると、下記(30)式が成立する。下記(30)式において、ρは吹き返しガスの密度である。
【０１３５】
【数２３】
2006037911.tif 000025
【０１３６】
一方、吹き返しガスについての状態方程式は、下記(31)式に従って表すことができる。ここで、下記(31)式を上記(30)式に適用して整理すると、上記(29)式が得られる。
【０１３７】
【数２４】
2006037911.tif 000026
【０１３８】
また、上記(27)式における接触面積Sは、図９に示すように、吸気ポート壁が内径Ｄの円管を構成していて、且つ吹き返しガス全体が直径Ｄ、高さＡの円柱形状（体積Vrev＝A・(π/4)・D２）を呈しているものと仮定すると、下記(32)式に従って取得され得る。下記(32)式における吹き返しガスの圧力Prevも吸気管モデルM3から取得される吸気管内空気圧力Pmと置き換えることができる。
【０１３９】
【数２５】
2006037911.tif 000027
【０１４０】
ここで、上記(32)式の導出過程について簡単に説明する。接触面積Sは、下記(33)式にて表すことができる。
【０１４１】
【数２６】
2006037911.tif 000028
【０１４２】
一方、吹き返しガスについての状態方程式は、下記(34)式によっても表すことができる。ここで、下記(34)式におけるVrevを「A・(π/4)・D２」に置き換えた式と上記(33)式とから高さAを消去すると、上記(32)式が得られる。以上により、上記(27)式における熱伝達率αと接触面積Sとが取得され得るから、上記(27)式に従って上記熱伝達に基づく同吹き返しガスの単位時間あたりの熱損失量Qを取得することができる。
【０１４３】
【数２７】
2006037911.tif 000029
【０１４４】
吹き返しガス温度推定モデルM5は、上記(20)式における吸気弁通過ガス流量miを吸気弁モデルM4から取得するとともに、吸気弁通過ガスにより単位時間あたりに吹き返しガスに与えられるエネルギーh、及び上記熱伝達に基づく同吹き返しガスの単位時間あたりの熱損失量Qを上述した手法により取得する。そして、(20)式に基づく積分計算（積算）を行って、現時点から所定時間T0だけ先の時刻ｔにおける吹き返しガス温度Trevを逐次取得・更新していく。
【０１４５】
このようにして求められた吹き返しガス温度Trevは、上述したように、吹き返しガスがシリンダ２１内へ吸入されている期間（即ち、mi＞０、且つmiの吸気弁開弁時からの積算値＜０となる期間）において、吸気弁モデルM4により上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiとして使用される。換言すれば、係る吹き返しガス温度Trevが再吸入既燃ガスの温度として使用されることになる。
【０１４６】
(シリンダモデルM6)
シリンダモデルM6は、シリンダ２１（燃焼室２５）内の空気についての質量保存則及びエネルギー保存則に基づいた下記(35)式及び下記(36)式にしたがって、筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcを求めるモデルである。図１０に示したように、Vcはシリンダ２１（燃焼室２５）の容積、Tiは吸気弁通過ガス温度（吸気ガス温度）、miは吸気弁通過ガス流量、meは排気弁通過ガス流量、Teは排気ガス温度（排気弁通過ガス温度）である。
【０１４７】
κc,κi及びκeは、それぞれシリンダ２１内のガスの比熱比（筒内ガス比熱比）、吸気弁通過ガスの比熱比及び排気ガス（排気弁通過ガス）の比熱比であり、ここでは一定値κとして扱う。Rc,Ri及びReは、それぞれシリンダ２１内のガスの気体定数、吸気弁通過ガスの気体定数及び排気ガスの気体定数であり、ここでは一定値Rとして扱う。Qw'はシリンダ２１内のガスに同シリンダ２１（シリンダ壁面）から伝達される単位時間あたりの熱量（伝達熱流量、熱流）である。
【０１４８】
【数２８】
2006037911.tif 000030
【０１４９】
【数２９】
2006037911.tif 000031
【０１５０】
(35)式及び(36)式における時刻ｔの吸気弁通過ガス流量miは吸気弁モデルM4により与えられ、排気弁通過ガス流量meは後述する排気弁モデルM7により与えられる。時刻ｔのシリンダ容積Vcはクランクポジションセンサ６８が検出している実際のクランク角とエンジン回転速度NEとから求めることができる。時刻ｔの吸気弁通過ガス温度Tiは前述した吸気弁モデルM4と同様に取得される。排気ガス温度Teは、総べての気筒の排気弁通過ガス流量meを積算（積分、時間積分）して得られる単位時間あたりの排気ガス量Ge（又は、総べての気筒の吸気弁通過ガス流量miを積分（時間積分）して得られる単位時間あたりの吸入ガス量Ga）、総べて気筒の燃料噴射量fcを積分（時間積分）して得られる単位時間あたりの燃料量Gf及びエンジン回転速度NEの関数（マップ値）として求められる。なお、排気ポート３４に排気ガス温度センサを設置し、この排気ガス温度センサの出力から排気ガス温度Teを求めてもよい。
【０１５１】
伝達熱流量Qw’は比較的小さいので、この例においては無視する。以上のことから、(35)式及び(36)式に基づいて筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcが求められる。なお、実際には、筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcは、(35)式及び(36)式が離散化された式により求められる。
【０１５２】
ここで、上記(35)式の導出過程について説明する。先ず、質量保存則に基づけば、下記(37)式を得ることができる。Mcはシリンダ２１内のガス量（筒内ガス量）である。(37)式は「新気及び既燃ガスからなるシリンダ内のガスの量である筒内ガス量Mcの時間的変化量（dMc/dt)」は、「吸気弁通過ガス流量mi」と「排気弁通過ガス流量me」との和に等しいことを表している。
【０１５３】
【数３０】
2006037911.tif 000032
【０１５４】
一方、気体の状態方程式は下記の(38)式のとおりである。
【０１５５】
【数３１】
2006037911.tif 000033
【０１５６】
(37)式に(38)式を適用して筒内ガス量Mcを消去することにより下記(39)式が得られる。(39)式を変形すると下記(40)式が得られ、(40)式を整理することにより上記(35)式が得られる。
【０１５７】
【数３２】
2006037911.tif 000034
【０１５８】
【数３３】
2006037911.tif 000035
【０１５９】
次に、上記(36)式の導出過程について説明する。先ず、エネルギー保存則に基づけば、下記(41)式を得ることができる。
【０１６０】
【数３４】
2006037911.tif 000036
【０１６１】
(41)式において、Eはシリンダ内のガスのエネルギー、Ei’は吸気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギー、Ee'は排気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギー、W'はシリンダ内のガスが単位時間あたりにピストンに対して行う仕事、及びQw'はシリンダ壁面からシリンダ内のガスに単位時間あたりに与えられる熱量（伝達熱流量）である。
【０１６２】
(41)式は、「シリンダ内のガスのエネルギーEの時間的変化量（dE/dt)」が、「吸気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギーEi'」と、「排気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギーEe'」と、「伝達熱流量Qw'」との和から、「シリンダ内のガスが単位時間あたりにピストンに対して行う仕事W'」を減じた値に等しいというエネルギー保存則を表している。
【０１６３】
ここで(41)式の各変数について検討すると、シリンダ内のガスのエネルギーEの時間的変化量（dE/dt）について、uを内部エネルギー、Cvcをシリンダ内のガスの定容比熱とするとき、下記(42)式が成立する。
【０１６４】
【数３５】
2006037911.tif 000037
【０１６５】
また、吸気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギーEi'について下記(43)式が成立する。(43)式において、hiは吸気弁通過ガスのエンタルピーであり、Cpiは吸気弁通過ガスの定圧比熱である。なお、エンタルピーは、「Cp・T」（Cpは対象とするガスの定圧比熱、Tはそのガスの温度）と定義される。
【０１６６】
【数３６】
2006037911.tif 000038
【０１６７】
同様に、排気弁通過ガスにより単位時間あたりにシリンダ内のガスに与えられるエネルギーEe'について下記(44)式が成立する。(44)式において、heは排気弁通過ガスのエンタルピーであり、Cpeは排気弁通過ガスの定圧比熱である。
【０１６８】
【数３７】
2006037911.tif 000039
【０１６９】
更に、シリンダ内のガスが単位時間あたりにピストンに対して行う仕事W'については、下記(45)式が成立する。
【０１７０】
【数３８】
2006037911.tif 000040
【０１７１】
これら(42)式乃至(45)式を(41)式に適用すると、下記(46)式が得られる。
【０１７２】
【数３９】
2006037911.tif 000041
【０１７３】
この(46)式に下記(47)式の気体の状態方程式を適用して筒内ガス量Mcを消去すると、下記(48)式が得られる。
【０１７４】
【数４０】
2006037911.tif 000042
【０１７５】
【数４１】
2006037911.tif 000043
【０１７６】
一方、「κ＝Cp／Cv」）なる関係式及び「Cp＝Cv＋R」なる関係式から、ガスｊ（j=i,c,e）について下記(49)式及び下記(50)式が成立する。この(49)式及び(50)式を(48)式に適用することにより、上記(36)式が得られる。
【０１７７】
【数４２】
2006037911.tif 000044
【０１７８】
【数４３】
2006037911.tif 000045
【０１７９】
なお、本例のシリンダモデルM6は、比熱比κi,κe,κcを一定の比熱比κ、気体定数Ri,Re,Rcを一定の気体定数Rとして扱って、計算を行うようになっている。
【０１８０】
（排気弁モデルM7）
排気弁モデルM7は、図１０に示した排気弁３５の周囲を通過する空気流量（即ち、排気弁通過ガス流量）meを、排気弁３５の周囲に形成される空気通路を絞り部（オリフィス）とみなしたときに成立する同絞り部を通過する空気流量を算出する一般的な式である、上記(17)式、及び(18)式にそれぞれ対応する下記(51)式、及び(52)式、並びにΦの定義式である上記(19)式に基づいて推定するモデルである。
【０１８１】
(51)式及び(52)式において、Cde（Le）は排気弁３５のリフト量Leに応じて変化する流量係数、Ae（Le）は同リフト量Leに応じて変化する排気弁３５の周囲に形成される開口の面積、Teは排気ガス温度、Pcは筒内ガス圧力及びPeは排気ガス圧力（排気弁３５の下流側のガスの圧力）である。
【０１８２】
排気弁モデルM7は、排気ガス圧力Peが筒内ガス圧力Pcより大きい場合に(51)式を使用し、排気ガス圧力Peが筒内ガス圧力Pcより小さい場合に(52)式を使用する。このように、排気弁通過ガス流量meは、排気系からシリンダ２１内にガスが吸入されている場合に正、シリンダ２１内からガスが排気系に排出されている場合に負の値をとるように規定されている。
【０１８３】
【数４４】
2006037911.tif 000046
【０１８４】
【数４５】
2006037911.tif 000047
【０１８５】
排気弁モデルM7は、現時点から所定時間T0だけ先の時刻ｔにおける排気弁リフト量Le(t)を推定する。この推定は、現時点のクランク角とエンジン回転速度NEとに基づいて行われ得る。そして、排気弁モデルM7は、排気弁リフト量Leと積値Cde（Le）・Ae（Le）との関係を規定した図１１に示したテーブルと、前記推定した排気弁リフト量Le(t)とに基づいて、上記(51)式及び上記(52)式にて使用する積値Cde（Le）・Ae（Le）を求める。
【０１８６】
排気弁モデルM7は、排気ガス圧力Peを、総べての気筒の排気弁通過ガス流量meを積算（時間積分）して得られる単位時間あたりの排気ガス量Ge（又は、総べての気筒の吸気弁通過ガス流量miを積算（時間積分）して得られる単位時間あたりの吸入ガス量Ga）の関数として求める。なお、排気ポート３４に排気圧力センサを設置し、この排気圧力センサの出力から排気ガス圧力Peを求めてもよい。
【０１８７】
また、排気弁モデルM7は、排気ガス温度Teを、排気弁通過ガス流量meを積算（時間積分）して得られる単位時間あたりの排気ガス量Ge、総べての気筒の燃料噴射量fcを積算（時間積分）して得られる単位時間あたりの燃料量Gf及びエンジン回転速度NEの関数（マップ値）として求める。排気弁モデルM7は筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度TcをシリンダモデルM6から取得する。排気弁モデルM7は、これらの変数を用いて上記(51)式又は上記(52)式を計算することで、時刻ｔにおける排気弁通過ガス流量meを推定する。
【０１８８】
本燃料噴射量制御装置は、このような一連の計算により求められる吸気弁通過ガス流量miを吸気弁３２が開弁する時刻tivoから同吸気弁３２が閉弁する時刻tivcまで時間積分することにより、一吸気行程にてシリンダ２１内に吸入される筒内吸入新気量Maを推定し、この値Maに基づいて燃料噴射量fcを決定する。なお、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miは、吸気弁３２が開弁する時刻tivoにて初期値０を与えれば、吸気通路に吹き返されたガスを総べて再吸入した時点で「０」になるので、結果として、筒内吸入新気量Maを示す値となる。以上が、筒内吸入新気量Ma及び燃料噴射量fcを決定する原理である。
【０１８９】
（実際の作動）
次に、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射量制御装置の実際の作動について説明する。第１実施形態の燃料噴射量制御装置は、吸気弁３２の開弁にともない既燃ガスが吸気通路に吹き返され始めた時点から、その吹き返された既燃ガス（即ち、上記吹き返しガス）がシリンダ２１内に完全に吸入されるまでの期間（実際には、吹き返しガスがシリンダ２１内に再吸入される期間）において、吸気弁モデルM4にて使用する吸気弁通過ガス温度Tiを吹き返しガス温度推定モデルM5が求めた吹き返しガス温度Trevと等しい値に設定し、新気がシリンダ２１内に吸入され始めてからは吸気弁モデルM4にて使用する吸気弁通過ガス温度Tiを吸気管モデルM3が求めた吸気管内空気温度Tmと等しい温度に設定する。
【０１９０】
以下、ＣＰＵ８１が実行するルーチン（プログラム）を示した図１２、及び図１３のフローチャート、並びに図１４のタイムチャートを参照して、燃料噴射量制御装置の実際の作動について説明する。ＣＰＵ８１は、図１２に示したルーチンを所定時間（プログラム実行間隔時間Δｔ）の経過毎に、且つ、特定の気筒（ある気筒）に対して実行するようになっている。このルーチン上での時刻は現在より所定時間T0だけ先の時刻ｔである。即ち、例えば、このルーチンの実行により吸気弁３２が閉弁状態から開弁状態に移行したと判定された時点から所定時間T0が経過した後に実際に吸気弁３２が閉弁状態から開弁状態に移行する。なお、ＣＰＵ８１は、同様のルーチンを他の気筒に対しても独立して実行している。
【０１９１】
所定のタイミングになると、ＣＰＵはステップ１２００から本ルーチンの処理を開始し、ステップ１２０２に進んで特定の気筒の吸気弁３２が閉弁状態から開弁状態へと移行した直後であるか否かを判定する。いま、特定の気筒の吸気弁３２が閉弁状態にあるものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ１２０２にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２０４に進み、その吸気弁３２が開弁状態にあるか否かを判定する。
【０１９２】
この場合、特定の気筒の吸気弁３２は閉弁状態にあるから、ＣＰＵ８１はステップ１２０４にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２０６に進み、吸気弁３２が開弁状態から閉弁状態へと移行した直後であるか否かを判定する。この場合においても、吸気弁３２は閉弁状態にあるから、ＣＰＵ８１はステップ１２０６にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。このような処理は、吸気弁３２が閉弁状態から開弁状態へと移行する時点まで繰り返し行われる。
【０１９３】
その後、吸気弁３２は、クランク角が吸気上死点TDCより前の開弁クランク角θ０となると、閉弁状態から開弁状態へと移行する（図１４の時刻ｔ０を参照）。この場合、ＣＰＵ８１はステップ１２０２に進んだとき、同ステップ１２０２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２０８に進み、吸気管モデルM3が推定している吸気管内空気圧力Pm及び吸気管内空気温度Tmを取得する。
【０１９４】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１２１０にて、吸気弁上流ガス圧力Piを前記取得した吸気管内空気圧力Pmと等しい値に設定し、ステップ１２１２にて同ステップ１２１２中に記載した式（Pe=c・Ge＋d・Ge2,
c,dは定数）にしたがって排気ガス圧力Peを推定する。ここで、Geは総べての気筒の排気弁通過ガス流量meを積算（時間積分）して得られる単位時間あたりの排気ガス量であり、図示しないルーチンにより別途計算されている。
【０１９５】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１２１４に進み、総べての気筒の吸気弁通過ガス流量miを積算（時間積分）して得られる単位時間あたりの吸入ガス量Ga、総べての気筒の燃料噴射量fcを積算（時間積分）して得られる単位時間あたりの燃料量Gf及びエンジン回転速度NEと、これらの値と排気ガス温度Teとの関係を規定したテーブルMapTeとから排気ガス温度Te（＝MapTe(Ga,Gf,NE)）を求める。
【０１９６】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１２１６にて各値の初期設定を行う。具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、筒内ガス圧力Pcに排気ガス圧力Peを設定するとともに、筒内ガス温度Tcに排気ガス温度Teを設定する。これは、吸気弁３２が開弁した時刻ｔ０においては排気弁３５が開弁しているから（図１１の破線LEXにて示した排気弁３５のリフト量を参照。）、筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcが排気ガス圧力Pe及び排気ガス温度Teにそれぞれ近似した値となるであろうとの知見に基づく。
【０１９７】
更に、ＣＰＵ８１は、吸気弁通過ガス温度Tiを排気ガス温度Teと等しい値に設定する。これは、吸気弁３２と排気弁３５が共に開弁しているので、排気ポート３４内のガスがシリンダ２１を介して圧力の低い吸気ポート３１に吹き返されるため、吸気弁通過ガス温度Tiが排気ガス温度Teに近似した値となるであろうとの知見に基づく。また、ＣＰＵ８１は、吸気弁３２が開弁したときからの吸気弁通過ガス流量miの積算値Miを初期値「０」に設定するとともに、吸気弁３２が開弁したときからの排気弁通過ガス流量meの積算値Meを初期値「０」に設定する。
【０１９８】
更に、ＣＰＵ８１は、吸気通路内に滞留している既燃ガス（即ち、吹き返しガス）のエネルギーErevを初期値「０」に設定するとともに、吹き返しガス量Mrevを初期値「０」に設定する。また、ＣＰＵ８１は、吹き返しガス温度Trevをその初期値として排気ガス温度Teと等しい値に設定する。これは、上述した「吸気弁通過ガス温度Tiを排気ガス温度Teと等しい値に設定する」理由と同様の理由に基づく。
【０１９９】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１２１８に進み、吸気弁モデルM4によって吸気弁通過ガス流量miを算出する。この場合、吸気弁上流ガス圧力Pi（＝吸気管内空気圧力Pm）は筒内ガス圧力Pc（＝排気ガス圧力Pe）より小さいから、シリンダ２１内から吸気ポート３１へと既燃ガスが逆流する。即ち、(18)式が使用されて吸気弁通過ガス流量miが求められる。従って、吸気弁通過ガス流量miは負の値となる。
【０２００】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１２２０に進み、その時点の吸気弁通過ガス流量miの積算値Miにプログラム実行間隔時間Δｔと吸気弁通過ガス流量miの積値（Δｔ・mi）を加えて新たな吸気弁通過ガス流量miの積算値Miを求め、ステップ１２２２にて排気弁モデルM7によって排気弁通過ガス流量meを算出する。この場合、吸気ガス圧力Peは筒内ガス圧力Pc以上であるから、排気ポート３４からシリンダ２１へとガスが流れ込む。即ち、(51)式が使用されて排気弁通過ガス流量meが求められる。従って、排気弁通過ガス流量meは正の値となる。
【０２０１】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１２２４にて吸気弁通過ガス流量miの積算値Miが初期値「０」より大きいか否か（正の値であるか否か）判定する。この積算値Miが負の値であれば、シリンダ２１から吸気通路にガスが吹き返されているか、又は、その吹き返されたガス（吹き返しガス）がシリンダ２１内に再吸入されている段階（再吸入既燃ガスが吸入されている段階）にあることを示す。他方、積算値Miが正の値であれば、吹き返しガスが総べてシリンダ２１内に再吸入され、新気がシリンダ２１内に吸入されている段階にあることを示す。即ち、ステップ１２２４は、シリンダ２１内に新気が吸入されているか否かを判定する吸気弁通過ガス種判定手段を構成している。
【０２０２】
現時点では、吸気弁通過ガス流量miは負の値であり、従って、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miは負の値となっているから、ＣＰＵ８１はステップ１２２４にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２２６を経由して図１３に示した吹き返しガス温度Trevを算出・更新するためのルーチンの処理をステップ１３０５から開始する。このルーチンは、吹き返しガス温度推定モデルM5に対応している。
【０２０３】
即ち、ＣＰＵ８１はステップ１３０５に進むと、吸気管内空気圧力Pmと等しい値に設定されている吸気弁上流ガス圧力Piが筒内ガス圧力Pcよりも大きいか否か（即ち、吸気弁通過ガス流量miが負の値であるか否か）を判定する。即ち、ステップ１３０５では、吹き返しガスが吸気通路からシリンダ２１内に再吸入されているか、シリンダ２１から吸気通路に既燃ガスが吹き返されているかが判定される。
【０２０４】
現時点は、吸気弁３２が開弁した直後であるから、吸気弁上流ガス圧力Piは筒内ガス圧力Pcよりも小さいので、ＣＰＵ８１はステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３１０に進み、上記(25)式に従って、吸気弁通過ガスにより単位時間あたりに吹き返しガスに与えられるエネルギーhを求める。この場合、吸気弁通過ガス流量miは負の値であるから、値hは正の値となる。
【０２０５】
続いて、ＣＰＵ８１はステップ１３１５に進んで、その時点の吹き返しガス量Mrevの値（現時点では「０」）からプログラム実行間隔時間Δｔと吸気弁通過ガス流量miの積値（Δｔ・mi）を減じて新たな吹き返しガス量Mrevを求める（更新する）。この積算は上記(23)式の計算に相当する。この時点では吸気弁通過ガス流量miは負の値であるから、吹き返しガス量Mrevの値は上記積値の分だけ増大する。
【０２０６】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１３２０に進み、上記(29)式に相当するステップ１３２０内に記載の式に従って吹き返しガスの平均流速uを求め、続くステップ１３２５にて上記(28)式に相当するステップ１３２５内に記載の式に従って上記熱伝達率αを求め、続くステップ１３３０にて上記(32)式に相当するステップ１３３０内に記載の式に従って上記接触面積Sを求める。なお、吸気管内空気圧力Pmとしては、その時点で吸気管モデルM3により求められている値が使用される。
【０２０７】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１３３５にて上記(27)式に相当するステップ１３３５内に記載の式に従って上記熱伝達に基づく吹き返しガスの単位時間あたりの熱損失量Qを求める。続いて、ＣＰＵ８１はステップ１３４０に進み、その時点の吹き返しガスのエネルギーErevの値にプログラム実行間隔時間Δｔと値（h−Q）の積値（Δｔ・（h−Q））を加えて新たな吹き返しガスのエネルギーErevを求める（更新する）。この積算は上記(22)式の計算に相当する。
【０２０８】
そして、ＣＰＵ８１はステップ１３４５に進んで上記(20)式に相当するステップ１３４５内に記載の式に従って吹き返しガス温度Trevを求め（更新し）、ステップ１３９５を経由して図１２のステップ１２２８に戻る。なお、今回の図１３のルーチン実行時におけるステップ１３２０〜１３３５の処理では、吹き返しガス温度Trevの値として、その初期値である排気ガス温度Teが使用されることになる（ステップ１２１６の処理を参照）。
【０２０９】
ＣＰＵ８１はステップ１２２８に戻ると、吸気弁通過ガス温度Tiを先のステップ１３４５の処理にて更新された最新の吹き返しガス温度Trevと等しい値に設定する。
【０２１０】
その後、ＣＰＵ８１はステップ１２３０にてシリンダモデルM6により筒内ガス圧力Pc及び筒内ガス温度Tcを算出し、ステップ１２３２にてその時点の排気弁通過ガス流量meの積算値Meにプログラム実行間隔時間Δｔと排気弁通過ガス流量meの積値（Δｔ・me）を加えて新たな排気弁通過ガス流量meの積算値Meを求める。なお、排気弁通過ガス流量meの積算値Meを、以下、「筒内残留ガス量」と称呼する。
【０２１１】
そして、ＣＰＵ８１はステップ１２３４にて吸気弁上流ガス圧力Piをその時点で吸気管モデルM3により求められている吸気管内空気圧力Pmと等しい値に設定し、ステップ１２３６にてその時点の排気ガス量Geに基づいて上記ステップ１２１２と同様に排気ガス圧力Peを求める。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ１２３８にてその時点の吸入ガス量Gaと燃料量Gfとエンジン回転速度NEとテーブルMapTeとからステップ１２１４と同様に排気ガス温度Te（＝MapTe(Ga,Gf,NE)）を求め、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２１２】
その後、プログラム実行間隔時間Δｔが経過すると、ＣＰＵ８１は再びステップ１２００から本ルーチンの処理を開始する。このとき、吸気弁３２は開弁している。従って、ＣＰＵ８１はステップ１２０２にて「Ｎｏ」と判定するとともに、吸気弁３２が開弁状態にあるか否か（開弁しているか否か）を判定するステップ１２０４にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１２１８〜ステップ１２２４に進む。
【０２１３】
この時点では、吸気弁３２が開弁してから十分な時間が経過していないから、シリンダ２１から吸気ポート３１へガスが依然として逆流している。従って、吸気弁通過ガス流量miは負であって、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miは負であるから、ＣＰＵ８１はステップ１２２４にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２２６を経由して図１３のルーチンを実行する。
【０２１４】
この時点では、上述のように、吸気弁通過ガス流量miは負に維持されている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、上述したステップ１３１０〜１３４５の処理を実行する。この結果、ステップ１３１５にて吹き返しガス量Mrevが更新され（増大し）、ステップ１３４０にて吹き返しガスのエネルギーErevが更新され、これにより、ステップ１３４５にて吹き返しガス温度Trevが更新される。
【０２１５】
今回のステップ１３２０〜１３３５の処理では、吹き返しガス温度Trevの値として、前回の本ルーチン実行時においてステップ１３４５の処理により更新されていた値が使用される。次回以降、本ルーチンが実行される際にも、ステップ１３２０〜１３３５の処理にて使用される吹き返しガス温度Trevの値として、前回の値（一回前の本ルーチン実行時においてステップ１３４５にて更新されていた値）が使用されていく。
【０２１６】
そして、ＣＰＵ８１はステップ１２２８に戻ると、吸気弁通過ガス温度Tiを先のステップ１３４５の処理にて更新された最新の吹き返しガス温度Trevと等しい値に設定し、その後、ステップ１２３０〜１２３８、１２９５を実行して本ルーチンを一旦終了する。以降、以上に述べた図１３のルーチンの処理を含む処理が繰り返し実行されるとともに吹き返しガス温度Trev（＝吸気弁通過ガス温度Ti）がプログラム実行間隔時間Δｔの経過毎に更新されていく。なお、この間、吸気弁上流ガス圧力Piは筒内ガス圧力Pcより小さいことから、ステップ１２１８において、(18)式が使用されて吸気弁通過ガス流量miが算出され続ける。換言すれば、吸気弁通過ガス流量miの算出に際し、吹き返しガス温度Trevは使用されない。
【０２１７】
その後、時間が経過して図１４に示した時刻ｔ１（クランク角が吸気上死点ＴＤＣよりも僅かだけ後のクランク角θ１となる時刻）になると、排気弁３５は実質的に閉弁する。また、この時点では、ピストン２２が下降して燃焼室２５の容積が増大している。これにより、吸気ポート３１内に吹き返された既燃ガス（吹き返しガス）は吸気弁３２の周囲を介してシリンダ２１内に吸入され始める。即ち、吸気弁上流ガス圧力Piは筒内ガス圧力Pcより大きくなるので、ステップ１２１８において、上記(18)式に代えて上記(17)式が使用されて吸気弁通過ガス流量miが求められるようになる。
【０２１８】
このとき、前回の本ルーチン実行時におけるステップ１２２８により、吸気弁通過ガス温度Tiは最新の吹き返しガス温度Trevと等しい値に設定されているから、(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiには最新の吹き返しガス温度Trevと等しい値が使用される。この結果、吸気弁通過ガス流量miは実際の値により近い値となる。また、吸気弁通過ガス流量miは正の値となるから、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miは時刻ｔ１以降において増大する。
【０２１９】
しかしながら、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miは依然として負の値であるから、ＣＰＵ８１はステップ１２２４にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２２６を経由して図１３のルーチンを実行し続ける。
【０２２０】
この時点では、上述のように、吸気弁通過ガス流量miは正の値になっている。従って、ＣＰＵ８１はステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定し、上述したステップ１３１０に代えてステップ１３５０の処理を実行するようになる。これにより、上記(25)式に代えて上記(26)式に従って上記hの値が求められるようになり、この結果、吸気弁通過ガス流量miは正の値であることから値hは負の値として算出されるようになる。
【０２２１】
そして、ステップ１３５０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、上述したステップ１３１５〜１３４５の処理を実行して吹き返しガス温度Trev（＝吸気弁通過ガス温度Ti）を更に更新し続ける。なお、この時点以降、吸気弁通過ガス流量miは正の値になっているから、ステップ１３１５の処理により吹き返しガス量Mrevは減少するようになる。
【０２２２】
このようにして、次回の本ルーチン実行時においても、ステップ１２１８の処理にて使用される上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiは逐次更新されている最新の吹き返しガス温度Trevとなる。
【０２２３】
そして、かかる状態が継続すると、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miは時刻ｔ４’にて「０」となる。本実施形態では、この時刻ｔ４’が、吹き返しガスの総べてがシリンダ２１内に吸入され、新気がシリンダ２１内に吸入され始める時点に相当する。
【０２２４】
この時刻ｔ４’の直後に本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ８１はステップ１２２４に進んだとき同ステップ１２２４にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２４０に進み、吸気弁通過ガス温度Tiを吸気管モデルM3が推定している吸気管内空気温度Tmと等しい値に設定するようになる。この結果、今回の吸気行程中においてこれ以降、図１３のルーチンは実行されなくなる。
【０２２５】
これにより、ＣＰＵ８１が次回の本ルーチンの実行時にステップ１２１８に進んだとき、上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiが吸気管内空気温度Tmとされて吸気弁通過ガス流量miが計算される。このように、時刻ｔ４’以降においては新気がシリンダ２１内に吸入されているはずであるから、吸気弁通過ガス温度Tiを吸気管内空気温度Tmと設定することにより吸気弁通過ガス流量miがより精度良く計算される。
【０２２６】
その後、吸気弁３２は、クランク角が閉弁クランク角θ５となると、開弁状態から閉弁状態へと移行する（図１４の時刻ｔ５を参照。）。このとき、ＣＰＵ８１は、ステップ１２０２及びステップ１２０４にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２０６にて吸気弁３２が開弁状態から閉弁状態へと移行したか否かを判定する。この判定結果は「Ｙｅｓ」となるので、ＣＰＵ８１はステップ１２０６からステップ１２４２へと進み、その時点までに計算されている吸気弁３２が開弁したときからの吸気弁通過ガス流量miの積算値Miを筒内吸入新気量Maとして格納する。
【０２２７】
そして、ＣＰＵ８１は、ステップ１２４４にて燃料噴射量fcを筒内吸入新気量Maに基づいて求め、続くステップ１２４６にて筒内吸入新気量Ma、筒内残留ガス量Me及びエンジン回転速度NEと点火時期マップMapθigとから、点火時期θig（＝Mapθig(Ma,Me,NE)）を決定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、本燃料噴射量制御装置は、筒内吸入新気量Ma及び筒内残留ガス量Meに基づいて燃料噴射量fcや点火時期θig等のエンジン制御パラメータを決定する。
【０２２８】
以上、説明したように、第１実施形態の筒内新気量推定装置は、吸気弁３２が排気行程後半において（クランク角が吸気上死点ＴＤＣより前のクランク角θ０となったとき）開弁し、その時点では排気弁３５が開弁しているバルブオーバーラップを有する内燃機関１０に適用されている。なお、排気弁３５は、吸気行程開始直後において（クランク角が吸気上死点ＴＤＣの直後のクランク角θ２となったとき）閉弁する。
【０２２９】
また、第１実施形態の筒内吸入新気量推定装置は、内燃機関１０の吸気弁３２の周囲を通過して吸気通路（吸気ポート３１及び吸気管４１）からシリンダ２１内に吸入されているガスが新気であるか再吸入既燃ガスであるかを判定する吸気弁通過ガス種判定手段（ステップ１２２４）を備えている。
【０２３０】
更に、この筒内吸入新気量推定装置は、シリンダ２１内に吸入されているガスが新気であると判定されているとき（積算値Mi＞０）、新気の状態パラメータを使用して吸気弁３２の周囲を通過するガスの流量である吸気弁通過ガス流量miを算出する。即ち、この筒内吸入新気量推定装置は、シリンダ２１内に吸入されているガスが新気であると判定されているとき、新気の状態パラメータである吸気管内空気温度Tmを吸気弁通過ガス温度Tiの値として設定し、この吸気弁通過ガス温度Tiを使用して吸気弁通過ガス流量miを算出する吸気弁通過ガス流量算出手段を備える（ステップ１２４０、ステップ１２１８、及びステップ１２３０）。なお、新気の温度Tmは新気状態取得手段として機能する吸気管モデルM3によって取得される。
【０２３１】
この吸気弁通過ガス流量算出手段は、シリンダ２１内に吸入されているガスが再吸入既燃ガスであると判定されているとき（積算値Mi＜０又はMi≦０）、その再吸入既燃ガスの状態パラメータを使用して吸気弁通過ガス流量miを推定する。即ち、吸気弁通過ガス流量算出手段は、再吸入既燃ガスの状態パラメータである吹き返しガス温度Trevを使用して吸気弁通過ガス流量miを算出する（ステップ１２２８、ステップ１２１８及びステップ１２３０）。なお、再吸入既燃ガスの温度Trevは再吸入既燃ガス状態取得手段として機能する吹き返しガス温度推定モデルM5（即ち、図１３のルーチン）によって取得される。
【０２３２】
この再吸入既燃ガス状態取得手段は、吸気通路内の既燃ガス（従って、吹き返しガス）から吸気通路構成部材（主として、吸気ポート壁）への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの熱損失量（単位時間あたりの熱損失量Q）を算出する熱損失量算出手段を備え（ステップ１３３５）、吸気弁３２の周囲を通過する既燃ガスのエネルギー（単位時間あたりのエネルギーh）と前記算出された熱損失量Qを使用して再吸入既燃ガスの温度（吹き返しガス温度Trev）を取得する（ステップ１３４０、及びステップ１３４５）。
【０２３３】
この熱損失量算出手段は、吸気通路内の既燃ガスの温度（吹き返しガス温度Trev）と、前記内燃機関を冷却するために使用される冷却水の温度THWと、吸気通路内の既燃ガスから吸気通路構成部材への熱伝達に係わる熱伝達率αと、同熱伝達に係わる同既燃ガスと同吸気通路構成部材との接触面積Sとに基づいて熱損失量Qを算出する（ステップ１３３５）。
【０２３４】
更に、この熱損失量算出手段は、所定時間（プログラム実行間隔時間Δｔ）の経過毎に、一所定時間あたりの前記熱損失量（Δｔ・Q）を算出し（ステップ１３４０）、再吸入既燃ガス状態取得手段は、前記算出された一所定時間あたりの熱損失量（Δｔ・Q）を使用して再吸入既燃ガスの温度Trevを前記所定時間の経過毎に取得・更新する（ステップ１３４５）。そして、吸気弁通過ガス流量算出手段は、前記更新された再吸入既燃ガスの温度Trevを使用して吸気弁通過ガス流量miを所定時間Δｔの経過毎に算出する（ステップ１２２８、ステップ１２１８、及びステップ１２３０）。
【０２３５】
このように、この筒内吸入新気量推定装置においては、既燃ガスの吹き返しが開始された時点（即ち、吸気弁の開弁時）から吹き返しガスの総てがシリンダ２１内に再吸入されるまでの間に亘って時々刻々と変化し得る再吸入既燃ガス温度Trevが、吹き返しガスと吸気通路構成部材との間の熱伝達が考慮されながら所定時間Δｔの経過毎に正確に取得・更新されていく。よって、係る再吸入既燃ガス温度Trevが使用されて所定時間Δｔの経過毎に算出される吸気弁通過ガス流量miも精度良く算出される。
【０２３６】
更に、この筒内吸入新気量推定装置は、係る精度良く算出された吸気弁通過ガス流量miに基づいてシリンダ２１内に吸入される新気の量である筒内吸入新気量Maを推定する筒内吸入新気量推定手段（ステップ１２２０及びステップ１２４２）を備えている。
【０２３７】
このように、上記筒内吸入新気量推定装置においては、シリンダ２１に吸入されるガスの種類（新気か吹き返された既燃ガスか）に応じて適切、且つ正確な吸気弁通過ガス温度Tiが使用されて吸気弁通過ガス流量miが算出されるので、吸気弁通過ガス流量miに基づいて算出される筒内吸入新気量Maの推定精度を向上することができる。
【０２３８】
また、前記吸気弁通過ガス流量算出手段は、吸気通路からシリンダ２１内にガスが吸入されているときに正及び負の何れか一方の符号付きガス流量（本例においては、正の符号を有するガス流量）を吸気弁通過ガス流量miとして所定時間Δｔの経過毎に算出するように構成されている（ステップ１２１８、(17)式）。更に、吸気弁通過ガス流量算出手段は、シリンダ２１内から吸気通路にガスが吹き返されているときに正及び負の何れか他方の符号付きガス流量（本例においては負の符号を有するガス流量）を、吸気弁通過ガス流量miとして所定時間Δｔの経過毎に算出するように構成されている（ステップ１２１８、(18)式）。
【０２３９】
一方、前述した吸気弁通過ガス種判定手段は、算出された吸気弁通過ガス流量miを吸気弁３２の開弁時から積算して積算値Miを求める（ステップ１２２０）。吸気弁３２の開弁時において設定される積算値Miの初期値は、本例では０である。そして、吸気弁通過ガス種判定手段は、この積算値Miの初期値（即ち「０」）より大きいか否かに応じてシリンダ２１内に吸入されているガスが「新気」であるか「再吸入既燃ガス」であるかを判定するように構成されている（ステップ１２２４）。従って、この筒内吸入新気量推定装置は、簡単な構成により吸気弁３２の周囲を通過するガスの種類を判別することができる。
【０２４０】
なお、第１実施形態においては、吹き返しガスが再吸入されている期間（従って、吸気弁通過ガス温度Tiとして吹き返しガス温度Trevが使用される期間）において、吸気弁通過ガス温度Tiとして、所定時間（プログラム実行間隔時間Δｔ）の経過毎に更新されていく吹き返しガス温度Trevが順次使用されていくように構成されているが、吹き返しガスの再吸入が開始された時点（即ち、吸気弁通過ガス流量miが負の値から正の値に変化した時点）において更新されている最新の吹き返しガス温度Trevを、吹き返しガスが再吸入されている期間に亘って吸気弁通過ガス温度Ti（一定値）として使用し続けるように構成してもよい。
【０２４１】
また、第１実施形態においては、熱損失量Qの算出に使用される上記熱伝達率α及び上記接触面積Sを、上記(28)式及び上記(32)式に従ってそれぞれ求めているが（ステップ１３２５、及びステップ１３３０）、上記(28)式における平均流速uに対応する吸気弁通過ガス流量miと吹き返しガス圧力Prev（＝吸気管内空気圧力Pm）とを引数とする熱伝達率αを求めるためのテーブルMapα(mi,Pm)、及び、吹き返しガス量Mrevを引数とする接触面積Sを求めるためのテーブルMapS(Mrev)に従って上記熱伝達率α及び上記接触面積Sをそれぞれ求めるように構成してもよい。
【０２４２】
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射量制御装置（筒内吸入新気量推定装置）について説明する。この燃料噴射量制御装置は、吹き返しガスの再吸入開始時点にて吹き返しガスの熱損失量を一時に計算するとともに、同計算された熱損失量を使用して算出された吹き返しガス温度Trevを吹き返しガスが再吸入されている期間に亘って吸気弁通過ガス温度Ti（一定値）として使用する点で、第１実施形態の燃料噴射量制御装置と相違している。
【０２４３】
より具体的に述べると、第２実施形態のＣＰＵ８１は、上記(20)式に代えて下記(53)式に従って吹き返しガス温度Trevを求める。(53)式において、t1は吹き返しガスの再吸入開始時刻（miの値が負の値から正の値に変化する時刻）である。
【０２４４】
【数４６】
2006037911.tif 000048
【０２４５】
即ち、第２実施形態のＣＰＵ８１は、吹き返しガスの再吸入開始時刻t1における吹き返しガス量と、上記熱伝達（熱損失）を考慮しない場合での同時刻t1における吹き返しガスのエネルギーと、後述するように算出される吹き返しガスの熱損失量Δqとに基づいて、同時刻t1にて吹き返しガス温度Trevを求める。そして、ＣＰＵ８１は、新気がシリンダ２１内に吸入され始めるまで（吸気弁通過ガス流量miの積算値Miが「０」となるまで）、上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiに上記求めた吹き返しガス温度Trevを適用して吸気弁通過ガス流量miを求める。
【０２４６】
次に、第２実施形態に係る燃料噴射量制御装置の作動について説明する。この装置は、図１２のルーチンにおいてステップ１２１６の「Erev←０」を「Erev1←０」に代えたルーチンと、図１３の代わりの図１５にフローチャートにて示したルーチンとを実行する点のみにおいて、第１実施形態に係る燃料噴射量制御装置と相違している。従って、以下、係る相違点を主として説明する。
【０２４７】
第２実施形態に係る燃料噴射量制御装置のＣＰＵ８１は、吸気弁３２が閉弁状態から開弁状態へと変化したとき、ステップ１２００に続くステップ１２０２〜１２２２を実行した後、ステップ１２２４にて吸気弁通過ガス流量miの積算値Miが「０」より大きいか否かを判定する。
【０２４８】
この場合、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miは「０」より小さいから、ＣＰＵ８１はステップ１２２４にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２２６を経由して図１５に示した吹き返しガス温度Trevを算出するためのルーチンの処理をステップ１５０５から開始する。このルーチンは、吹き返しガス温度推定モデルM5に対応している。
【０２４９】
即ち、ＣＰＵ８１はステップ１５０５に進むと、ステップ１０１０にて吸気管内空気圧力Pmと等しい値に設定されている吸気弁上流ガス圧力Piが筒内ガス圧力Pcよりも大きいか否かを判定する。即ち、ステップ１５０５では、吹き返しガスが吸気通路からシリンダ２１内に再吸入されているか、シリンダ２１から吸気通路に既燃ガスが吹き返されているかが判定される。
【０２５０】
現時点は、吸気弁３２が開弁した直後であるから、吸気弁上流ガス圧力Piは筒内ガス圧力Pcよりも小さいので、ＣＰＵ８１はステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５１０、１５１５へと順に進み、図１３のステップ１３１０、１３１５と同じ処理を実行する。即ち、吸気弁通過ガスにより単位時間あたりに吹き返しガスに与えられるエネルギーhが求められるとともに、吹き返しガス量Mrevが更新される。
【０２５１】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１５２０へ進み、図１３のステップ１３４０内に記載の式に類似するステップ１５２０内に記載の式に従って、吹き返しガスのエネルギーErev1を更新する。このステップ１５２０内に記載の式は、上記熱伝達に基づく吹き返しガスの単位時間あたりの熱損失量Qが考慮されていない点においてのみステップ１３４０内に記載の式と異なる。
【０２５２】
そして、ＣＰＵ８１は、続くステップ１５２５にて同ステップ１５２５内に記載した式に従って上記熱損失量Qを考慮しない場合での現時点での吹き返しガス温度Trev1を求めた（更新した）後、図１２のステップ１２２８以降に進む。
【０２５３】
次に、ＣＰＵ８１が本ルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵ８１はステップ１２０２及びステップ１２０４を経てステップ１２１８〜ステップ１２２２及びステップ１２２４へ進む。この時点は、吸気弁３２が開弁してから僅かな時間しか経過していないので、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miは負の値であり、且つ、吸気弁上流ガス圧力Piは筒内ガス圧力Pcよりも小さい。従って、ＣＰＵ８１はステップ１２２４から、ステップ１２２６を経て図１５のルーチンのステップ１５０５〜１５２５へと順に進み、上記熱損失量が考慮されない場合での吹き返しガスのエネルギーErev1、及び吹き返しガス温度Trev1を更新する。
【０２５４】
このように、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miが負の値であり、且つ、吸気弁上流ガス圧力Piが筒内ガス圧力Pcよりも小さいとき、上記熱損失量が考慮されない場合での吹き返しガスのエネルギーErev1、及び吹き返しガス温度Trev1が更新されて行く。なお、この場合の吸気弁通過ガス流量mi（負の値）は、(18)式により求められる。
【０２５５】
その後、排気弁３５が閉弁するとともに燃焼室２５の容積が増大するようになるので、吸気弁上流ガス圧力Piは筒内ガス圧力Pcよりも大きくなり、吹き返しガスがシリンダ２１内に吸入され始める（従って、miの値が負の値から正の値へと変化する。図１４の時刻ｔ１を参照。）。このとき、ＣＰＵ８１はステップ１２２４から、ステップ１２２６を経てステップ１５０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１５３０に進むようになる。
【０２５６】
ＣＰＵ８１はステップステップ１５３０に進むと、吸気弁通過ガス流量miの値が負の値から正の値へと変化した直後であるか否かを判定する。現時点は、吸気弁通過ガス流量miの値が負の値から正の値へと変化した直後であるから、ＣＰＵ８１はステップ１５３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５３５に進み、同ステップ１５３５内に記載したテーブルMapΔqに基づいて吹き返しガスの熱損失量Δq（吹き返しガスの総熱損失量）を求める。
【０２５７】
このMapΔqでは、引数として、エンジン回転速度NEと、現時点（即ち、吹き返しガスの再吸入開始時点）での吹き返しガス量Mrevと、上記吹き返しガス温度Trev1と冷却水温THWとの温度差とが使用されている。これは、吹き返しガスの熱損失量Δqは、吹き返しガスの吸気通路内における滞留時間と、吹き返しガスの再吸入開始時点での吹き返しガス量Mrevと、吹き返しガス温度と吸気ポート壁の温度との温度差とに大きく依存するであろうとの知見に基づく。
【０２５８】
具体的には、MapΔqは、エンジン回転速度NEが小さいほど（従って、上記滞留時間が長いほど）、吹き返しガスの再吸入開始時点での吹き返しガス量Mrevが大きいほど、上記温度差が大きいほど、熱損失量Δqがより大きい値として決定されるように規定されている。
【０２５９】
そして、ＣＰＵ８１はステップ１５４０に進み、上記(53)式に相当する同ステップ１５４０内に記載の式に従って熱損失量Δqが考慮された場合での吹き返しガス温度Trevを計算するとともに、続いて、図１２のステップ１２２８に進んで、吸気弁通過ガス温度Tiをステップ１５４０の計算により求めた吹き返しガス温度Trevに設定する。以降、吹き返しガスが再吸入されている期間（即ち、miが正の値となり、miの積算値Miが負の値となる期間）に亘って、ＣＰＵ８１はステップ１５３０に進んだとき「Ｎｏ」と判定する。この結果、吹き返しガス温度Trevは更新されない。
【０２６０】
この結果、吸気ポート３１に吹き返された既燃ガスがシリンダ２１内に吸入されるとき（図１４の時刻ｔ１〜ｔ４’に相当する期間）、ＣＰＵ８１はステップ１２１８において上記(17)式の吸気弁通過ガス温度Tiに上記計算された吹き返しガス温度Trevを適用し吸気弁通過ガス流量miを算出する。これにより、上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiが実際の吸気弁通過ガス温度に極めて近い値となるので、吸気弁通過ガス流量miが精度良く計算される。
【０２６１】
その後、吸気弁通過ガス流量miの積算値Miが「０」より大きくなると、ＣＰＵ８１はステップ１２２４に進んだとき、同ステップ１２２４にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２４０に進み、吸気弁通過ガス温度Tiを吸気管モデルM3が推定している吸気管内空気温度Tmに設定し、ステップ１２３０以降のステップを実行するようになる。
【０２６２】
これにより、上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiには吸気管内空気温度Tmが適用されるようになる。吸気弁通過ガス流量miの積算値Miが「０」より大きくなった時点以降ではシリンダ２１内に新気が吸入されているはずであるから、吸気弁通過ガス温度Tiを吸気管内空気温度Tmと等しい値に設定することにより吸気弁通過ガス流量miがより精度良く計算される。
【０２６３】
以上、説明したように、第２実施形態の筒内新気量推定装置は、第１実施形態と同様にバルブオーバーラップを有する内燃機関１０に適用されている。また、再吸入既燃ガスの温度（吹き返しガス温度）Trevは再吸入既燃ガス状態取得手段として機能する吹き返しガス温度推定モデルM5（即ち、図１５のルーチン）によって取得される。
【０２６４】
この再吸入既燃ガス状態取得手段は、吹き返しガスから吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの熱損失量Δq（総熱損失量）を算出する熱損失量算出手段を備え（ステップ１５３５）、吹き返しガスの再吸入開始時刻t1における吹き返しガス量Mrevと、上記熱伝達（熱損失）を考慮しない場合での同時刻t1における吹き返しガスのエネルギーErev1（吸気弁の周囲を通過する既燃ガスのエネルギーの積算値）と、前記算出された熱損失量Δqとを使用して再吸入既燃ガスの温度（吹き返しガス温度Trev）を取得する（ステップ１５４０）。
【０２６５】
この熱損失量算出手段は、シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値（上記吹き返しガス量Mrev）と、シリンダ内から吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子の値（エンジン回転速度NE）と、吸気通路内の既燃ガスの温度（吹き返しガス温度Trev1）と機関１０を冷却するために使用される冷却水の温度THWとの温度差とに基づいて熱損失量Δqを吹き返しガスの再吸入開始時点にて一時に算出する（ステップ１５３５）。
【０２６６】
そして、この筒内吸入新気量推定装置においては、上記一時に計算された熱損失量Δqを使用して算出された吹き返しガス温度Trevが吹き返しガスの再吸入期間に亘って吸気弁通過ガス温度Ti（一定値）として使用される。従って、第１実施形態に比してより簡便な計算にて、吹き返しガスの再吸入期間中における再吸入既燃ガス温度（吹き返しガス温度）Trevが精度良く取得され得る。
【０２６７】
なお、第２実施形態においては、熱損失量Δqの算出にあたり、「シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値」として同時点での吹き返しガス量Mrevそのものが使用されているが、同時点での吹き返しガス量Mrevに影響を与える値である、吸気弁進角量VVTinと、排気弁進角量VVTexと、吸気弁リフト量Li（最大リフト量Limax）と、排気ガス圧力Peに対する吹き返しガス圧力Prev（＝吸気管内空気圧力Pm）の割合Pm/Peとを使用するように構成してもよい。この場合、上記熱損失量Δqは、ステップ１５３５内に記載のテーブルMapΔqに代えて、テーブルMapΔq(NE,VVTin,VVTex,Limax,Pm/Pe,Trev1−THW)により決定される。
【０２６８】
加えて、「シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量」は、吸気弁３２の周囲を通過（逆流）する既燃ガスの流速と、吸気弁３２の周囲に形成される絞り部の開口面積とに依存すると考えられる。ここで、上記流速は上記割合Pm/Peに依存し、上記絞り部の面積は吸気弁進角量VVTinと、排気弁進角量VVTexと、最大リフト量Limaxとに依存すると考えられる。
【０２６９】
以上のことから、バルブオーバーラップ時に亘る吸気弁３２の周囲に形成される絞り部の開口面積の時間積分値をAolとすると、上記熱損失量Δqは、ステップ１５３５内に記載のテーブルMapΔqに代えて、テーブルMapΔq(NE,Aol,Pm/Pe,Trev1−THW)により決定されるように構成してもよい。上記時間積分値Aolは、吸気弁進角量VVTinと、排気弁進角量VVTexと、最大リフト量Limaxと、機関１０の設計諸元等から求めることができるから、例えば、吸気弁進角量VVTinと、排気弁進角量VVTexと、最大リフト量Limaxとを引数とするテーブルに従って決定することができる。
【０２７０】
また、上記熱損失量Δqを求めるための上記何れかのテーブルにおいて、温度差（Trev1−THW）を引数から外してもよい。この場合、上記熱損失量Δqは、ステップ１５３５内に記載のテーブルMapΔqに代えて、テーブルMapΔq(NE,VVTin,VVTex,Limax,Pm/Pe)、又は、テーブルMapΔq(NE,Aol,Pm/Pe)により決定される。
【０２７１】
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射量制御装置（筒内吸入新気量推定装置）について説明する。この燃料噴射量制御装置は、吹き返しガスの再吸入開始時点にて吹き返しガスの温度低下量を一時に計算するとともに、同計算された温度低下量を使用して算出された吹き返しガス温度Trevを吹き返しガスが再吸入されている期間に亘って吸気弁通過ガス温度Ti（一定値）として使用する点で、第２実施形態の燃料噴射量制御装置と相違している。
【０２７２】
より具体的に述べると、第３実施形態のＣＰＵ８１は、上記(53)式に代えて下記(54)式に従って吹き返しガス温度Trevを求める。(54)式において、t1は、(53)式と同様、吹き返しガスの再吸入開始時刻（miの値が負の値から正の値に変化する時刻）である。
【０２７３】
【数４７】
2006037911.tif 000049
【０２７４】
即ち、第３実施形態のＣＰＵ８１は、吹き返しガスの再吸入開始時刻t1における吹き返しガス量と、上記熱伝達（熱損失）を考慮しない場合での同時刻t1における吹き返しガスのエネルギーとから同熱損失を考慮しない場合での吹き返しガス温度を同時刻t1にて求め、同求めた吹き返しガス温度から後述するように算出される吹き返しガスの温度低下量ΔTを減じることで、同時刻t1にて吹き返しガス温度Trevを求める。そして、ＣＰＵ８１は、新気がシリンダ２１内に吸入され始めるまで（吸気弁通過ガス流量miの積算値Miが「０」となるまで）、上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiに上記求めた吹き返しガス温度Trevを適用して吸気弁通過ガス流量miを求める。
【０２７５】
次に、第３実施形態に係る燃料噴射量制御装置の作動について説明する。この装置は、図１５の代わりに図１６にフローチャートにて示したルーチンを実行する点のみにおいて、第２実施形態に係る燃料噴射量制御装置と相違している。従って、以下、係る相違点を主として説明する。
【０２７６】
図１６に示した吹き返しガス温度Trevの算出ルーチンにおけるステップ１６０５〜ステップ１６３０はぞれぞれ、図１５に示したルーチンのステップ１５０５〜ステップ１５３０と同じである。従って、ここではこれらの説明を省略する。
【０２７７】
第３実施形態に係る燃料噴射量制御装置のＣＰＵ８１は、吹き返しガスがシリンダ２１内に吸入され始めると（従って、miの値が負の値から正の値へと変化すると）、図１２のステップ１２２４、１２２６を経てステップ１６０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１６３０に進むようになる。
【０２７８】
ＣＰＵ８１はステップステップ１６３０に進むと、吸気弁通過ガス流量miの値が負の値から正の値へと変化した直後であるか否かを判定する。現時点は、吸気弁通過ガス流量miの値が負の値から正の値へと変化した直後であるから、ＣＰＵ８１はステップ１６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６３５に進み、同ステップ１６３５内に記載したテーブルMapΔTに基づいて吹き返しガスの温度低下量ΔT（吹き返しガスの総温度低下量）を求める。
【０２７９】
このMapΔTでは、引数として、エンジン回転速度NEと、現時点（即ち、吹き返しガスの再吸入開始時点）での吹き返しガス量Mrevと、上記吹き返しガス温度Trev1と冷却水温THWとの温度差とが使用されている。これは、吹き返しガスの温度低下量ΔTは、吹き返しガスの吸気通路内における滞留時間と、吹き返しガスの再吸入開始時点での吹き返しガス量Mrevと、吹き返しガス温度と吸気ポート壁の温度との温度差とに大きく依存するであろうとの知見に基づく。
【０２８０】
具体的には、MapΔTは、エンジン回転速度NEが小さいほど（従って、上記滞留時間が長いほど）、吹き返しガスの再吸入開始時点での吹き返しガス量Mrevが大きいほど、上記温度差が大きいほど、温度低下量ΔTがより大きい値として決定されるように規定されている。
【０２８１】
そして、ＣＰＵ８１はステップ１６４０に進み、上記(54)式に相当する同ステップ１６４０内に記載の式に従って温度低下量ΔTが考慮された場合での吹き返しガス温度Trevを計算するとともに、続いて、図１２のステップ１２２８に進んで、吸気弁通過ガス温度Tiをステップ１６４０の計算により求めた吹き返しガス温度Trevに設定する。以降、吹き返しガスが再吸入されている期間（即ち、miが正の値となり、miの積算値Miが負の値となる期間）に亘って、ＣＰＵ８１はステップ１６３０に進んだとき「Ｎｏ」と判定する。この結果、吹き返しガス温度Trevは更新されない。
【０２８２】
この結果、吸気ポート３１に吹き返された既燃ガスがシリンダ２１内に吸入されるとき（図１４の時刻ｔ１〜ｔ４’に相当する期間）、ＣＰＵ８１はステップ１２１８において上記(17)式の吸気弁通過ガス温度Tiに上記計算された吹き返しガス温度Trevを適用し吸気弁通過ガス流量miを算出する。これにより、上記(17)式における吸気弁通過ガス温度Tiが実際の吸気弁通過ガス温度に極めて近い値となるので、上記第２実施形態と同様、吸気弁通過ガス流量miが精度良く計算される。
【０２８３】
以上、説明したように、第３実施形態の筒内新気量推定装置は、第１、第２実施形態と同様にバルブオーバーラップを有する内燃機関１０に適用されている。また、再吸入既燃ガスの温度（吹き返しガス温度）Trevは再吸入既燃ガス状態取得手段として機能する吹き返しガス温度推定モデルM5（即ち、図１６のルーチン）によって取得される。
【０２８４】
この再吸入既燃ガス状態取得手段は、吹き返しガスから吸気通路構成部材への熱伝達に基づく同吸気通路内の既燃ガスの温度低下量ΔT（総温度低下量）を算出する温度低下量算出手段を備え（ステップ１６３５）、吹き返しガスの再吸入開始時刻t1における吹き返しガス量Mrevと、上記熱伝達（熱損失）を考慮しない場合での同時刻t1における吹き返しガスのエネルギーErev1とから得られる吹き返しガスの温度（吸気弁の周囲を通過する既燃ガスのエネルギーから得られる吸気通路内の既燃ガスの温度）と、前記算出された温度低下量ΔTとを使用して再吸入既燃ガスの温度（吹き返しガス温度Trev）を取得する（ステップ１６４０）。
【０２８５】
この温度低下量算出手段は、シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値（上記吹き返しガス量Mrev）と、シリンダ内から吸気通路へ吹き返された既燃ガスの同吸気通路内における滞留時間に影響を与える因子の値（エンジン回転速度NE）と、吸気通路内の既燃ガスの温度（吹き返しガス温度Trev1）と機関１０を冷却するために使用される冷却水の温度THWとの温度差とに基づいて温度低下量ΔTを吹き返しガスの再吸入開始時点にて一時に算出する（ステップ１６３５）。
【０２８６】
そして、この筒内吸入新気量推定装置においては、上記一時に計算された温度低下量ΔTを使用して算出された吹き返しガス温度Trevが吹き返しガスの再吸入期間に亘って吸気弁通過ガス温度Ti（一定値）として使用される。従って、第２実施形態と同様、第１実施形態に比してより簡便な計算にて、吹き返しガスの再吸入期間中における再吸入既燃ガス温度（吹き返しガス温度）Trevが精度良く取得され得る。
【０２８７】
なお、第３実施形態においては、温度低下量ΔTの算出にあたり、「シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量に影響を与える因子の値」として同時点での吹き返しガス量Mrevそのものが使用されているが、同時点での吹き返しガス量Mrevに影響を与える値である、吸気弁進角量VVTinと、排気弁進角量VVTexと、吸気弁リフト量Li（最大リフト量Limax）と、排気ガス圧力Peに対する吹き返しガス圧力Prev（＝吸気管内空気圧力Pm）の割合Pm/Peとを使用するように構成してもよい。この場合、上記温度低下量ΔTは、ステップ１６３５内に記載のテーブルMapΔTに代えて、テーブルMapΔT(NE,VVTin,VVTex,Limax,Pm/Pe,Trev1−THW)により決定される。
【０２８８】
加えて、「シリンダ内から吸気通路への既燃ガスの吹き返しが終了した時点での同吸気通路内の既燃ガス量」は、吸気弁３２の周囲を通過（逆流）する既燃ガスの流速と、吸気弁３２の周囲に形成される絞り部の開口面積とに依存すると考えられる。ここで、上記流速は上記割合Pm/Peに依存し、上記絞り部の面積は吸気弁進角量VVTinと、排気弁進角量VVTexと、最大リフト量Limaxとに依存すると考えられる。
【０２８９】
以上のことから、バルブオーバーラップ時に亘る吸気弁３２の周囲に形成される絞り部の開口面積の時間積分値をAolとすると、上記温度低下量ΔTは、ステップ１６３５内に記載のテーブルMapΔTに代えて、テーブルMapΔT(NE,Aol,Pm/Pe,Trev1−THW)により決定されるように構成してもよい。上記時間積分値Aolは、上記と同様、例えば、吸気弁進角量VVTinと、排気弁進角量VVTexと、最大リフト量Limaxとを引数とするテーブルに従って決定することができる。
【０２９０】
また、上記温度低下量ΔTを求めるための上記何れかのテーブルにおいて、温度差（Trev1−THW）を引数から外してもよい。この場合、上記温度低下量ΔTは、ステップ１６３５内に記載のテーブルMapΔTに代えて、テーブルMapΔT(NE,VVTin,VVTex,Limax,Pm/Pe)、又は、テーブルMapΔT(NE,Aol,Pm/Pe)により決定される。
【０２９１】
以上、説明したように、本発明による筒内吸入新気量推定装置の各実施形態及び各変形例によれば、筒内吸入新気量を精度良く求めることができるので、内燃機関１０を適切に制御することができる。
【０２９２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、再吸入既燃ガスの温度（吹き返しガス温度）Trevそのものが、吹き返しガスの吸気通路内における滞留時間と、吹き返しガスの再吸入開始時点での吹き返しガス量Mrevと、吹き返しガス温度と吸気ポート壁の温度との温度差とに大きく依存するであろうとの知見に基づき、テーブルMapTrev(NE,VVTin,VVTex,Limax,Pm/Pe,Trev1−THW)に基づいて、上記熱損失量Δq及び上記温度低下量ΔTを算出することなく吹き返しガス温度Trevそのものを直接計算するように構成してもよい。
【０２９３】
また、上記テーブルMapTrevにおいて、温度差（Trev1−THW）を引数から外してもよい。この場合、吹き返しガス温度Trevは、テーブルMapTrev(NE,VVTin,VVTex,Limax,Pm/Pe)により決定される。
【図面の簡単な説明】
【０２９４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の筒内吸入新気量推定装置を含む燃料噴射量制御装置を火花点火式多気筒内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。
【図２】図１に示した電気制御装置が筒内吸入新気量等を推定するために採用した各種モデルの接続関係を示した機能ブロック図である。
【図３】図１に示したＣＰＵが参照するアクセルペダル操作量と目標スロットルバルブ開度との関係を規定したテーブルを示す図である。
【図４】図１に示したＣＰＵが参照するスロットルバルブ開度と流量係数との関係を規定したテーブルを示す図である。
【図５】図１に示したＣＰＵが参照するスロットルバルブ開度と開口面積との関係を規定したテーブルを示す図である。
【図６】図１に示したＣＰＵが参照する、スロットルバルブ開度と、流量係数と開口面積の積値との関係を規定したテーブルを示す図である。
【図７】図１に示したＣＰＵが参照する吸気弁リフト量と、流量係数と開口面積の積値との関係を規定したテーブルを示す図である。
【図８】バルブオーバーラップ時において既燃ガスがシリンダ内から吸気通路に吹き返されている状態を説明するためシリンダ及びその近傍を概念的に示した図である。
【図９】吸気通路内に滞留している既燃ガス（吹き返しガス）に係るエネルギーの授受についての説明を容易にするための図である。
【図１０】図１に示したＣＰＵが各値の計算時に使用する変数を説明するためシリンダ及びその近傍を概念的に示した図である。
【図１１】図１に示したＣＰＵが参照する排気弁リフト量と、流量係数と開口面積の積値との関係を規定したテーブルを示す図である。
【図１２】図１に示したＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】図１に示したＣＰＵが実行する吹き返しガス温度を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】（Ａ）は時間経過に対する吸気弁及び排気弁のバルブリフト量を示したグラフであり、（Ｂ）は時間経過に対する吸気弁通過ガス流量の積算値の変化を示したグラフである。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る筒内吸入新気量推定装置のＣＰＵが実行する吹き返しガス温度を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る筒内吸入新気量推定装置のＣＰＵが実行する吹き返しガス温度を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１７】（Ａ）は時間経過に対する吸気弁及び排気弁のバルブリフト量を示したグラフであり、（Ｂ）は時間経過に対する吸気弁通過ガス流量の積算値の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
【０２９５】
１０…内燃機関、２１…シリンダ、２５…燃焼室、３２…吸気弁、３１…吸気ポート、３３…吸気弁制御装置、３４…排気ポート、３９…インジェクタ、４１…吸気管、５２…排気管、８０…電気制御装置、８１…ＣＰＵ
【図１】
2006037911.tif 000050
【図２】
2006037911.tif 000051
【図３】
2006037911.tif 000052
【図４】
2006037911.tif 000053
【図５】
2006037911.tif 000054
【図６】
2006037911.tif 000055
【図７】
2006037911.tif 000056
【図８】
2006037911.tif 000057
【図９】
2006037911.tif 000058
【図１０】
2006037911.tif 000059
【図１１】
2006037911.tif 000060
【図１２】
2006037911.tif 000061
【図１３】
2006037911.tif 000062
【図１４】
2006037911.tif 000063
【図１５】
2006037911.tif 000064
【図１６】
2006037911.tif 000065
【図１７】
2006037911.tif 000066