(57)【要約】【課題】  吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップが設定されている場合であっても、燃焼室内に吸入された空気の量を低コストで精度よく算出することを目的とする。【解決手段】  内燃機関１は、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅの少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させることができる動弁機構ＶＭと、燃焼室３における筒内圧力を検出する筒内圧センサ１５と、ＥＣＵ２０とを備え、ＥＣＵ２０は、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出し、この筒内圧力の変化量と、圧縮行程中の所定のタイミングで検出される筒内圧力とに基づいて、燃焼室３に吸入された空気の量を算出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させることができる動弁機構を有し、燃料および空気の混合気を燃焼室の内部で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御装置において、
前記燃焼室における筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出する筒内圧変化量算出手段と、
所定のタイミングで前記筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力と、前記筒内圧変化量算出手段によって算出される前記筒内圧力の変化量とに基づいて、前記燃焼室に吸入された空気の量を算出する吸入空気量算出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記筒内圧変化量算出手段は、前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップに起因して前記燃焼室に残留する残留ガスの量に基づいて前記バルブオーバーラップによる筒内圧力の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制御装置。
【請求項３】
前記筒内圧変化量算出手段は、前記バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力と排気ガスの圧力とに基づいて前記バルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出し、前記バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力は、前記バルブオーバーラップの前または開始時に前記筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力に基づいて推定されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力と、前記バルブオーバーラップの前または開始時に検出される筒内圧力との比が所定値を上回るまで、当該筒内圧力が前記バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力として代用される一方、前記バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力と、前記バルブオーバーラップの前または開始時に検出される筒内圧力との比が所定値を上回った場合、前記バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力が前記バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力と前記所定値とに基づいて定められることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記燃焼室を複数有すると共に、前記燃焼室ごとに前記筒内圧検出手段を備えており、前記筒内圧変化量算出手段は、前記燃焼室ごとに前記筒内圧力の変化量を算出し、前記吸入空気量算出手段は、前記各筒内圧検出手段によって検出される前記各燃焼室における筒内圧力と、前記筒内圧変化量算出手段によって算出される前記各燃焼室における前記筒内圧力の変化量とに基づいて、前記各燃焼室に吸入された空気の量を算出することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記燃焼室を複数有すると共に、前記燃焼室ごとに前記筒内圧検出手段を備えており、何れかの燃焼室における前記バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力は、当該燃焼室に先行して吸気行程が実行される燃焼室の吸気下死点における筒内圧力に基づいて推定されることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
第１の吸入空気量算出手段となる前記吸入空気量算出手段とは別の手法で前記燃焼室に吸入される空気の量を算出する第２の吸入空気量算出手段を更に備えていて、前記第１の吸入空気量算出手段によって算出された前記燃焼室に吸入された空気の量と、前記第２の吸入空気量算出手段によって算出された前記燃焼室に吸入される空気の量とに基づいて、前記内燃機関の制御のために用いる前記燃焼室に吸入される空気の量を算出することを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記第２の吸入空気量算出手段によって算出された今回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入される空気の量を、前記第１の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入された空気の量に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入される空気の量を算出することを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記第２の吸入空気量算出手段によって算出された今回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入される空気の量を、前記第１の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入された空気の量と前記第２の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入された空気の量との差に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入される空気の量を算出することを特徴とする、請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記第１の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入された空気の量と前記第２の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入された空気の量との差が予め定めた値以上である場合には、前記第２の吸入空気量算出手段によって算出された今回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入される空気の量を上記差に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入される空気の量を算出することが禁止されることを特徴とする、請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させることができる動弁機構を有し、燃料および空気の混合気を燃焼室の内部で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御方法において、
（ａ）前記吸気弁と前記排気弁とのバルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出するステップと、
（ｂ）所定のタイミングで検出される前記燃焼室における筒内圧力と、ステップ（ａ）で算出される前記筒内圧力の変化量とに基づいて、前記燃焼室に吸入された空気の量を算出するステップとを備えることを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１２】
更に、
（ｃ）ステップ（ｂ）とは異なる手法で前記燃焼室に吸入される空気の量を算出するステップと、
（ｄ）ステップ（ｂ）で算出される前記燃焼室に吸入された空気の量と、ステップ（ｃ）で算出される前記燃焼室に吸入される空気の量とに基づいて、前記内燃機関の制御のために用いる前記燃焼室に吸入される空気の量を算出するステップとを備えることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｄ）は、前記ステップ（ｃ）によって算出された今回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入される空気の量を、前記ステップ（ｂ）によって算出された前回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入された空気の量と前記ステップ（ｃ）によって算出された前回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入された空気の量との差に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて前記燃焼室に吸入される空気の量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料および空気の混合気を燃焼室の内部で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御装置および制御方法に関し、特に、吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させることができる動弁機構を有する内燃機関の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、筒内圧力、クランク角およびスロットル開度に基づいて吸気弁の閉弁直後と点火直前との間の筒内圧力の変化量を算出する手段と、当該筒内圧力の変化量と機関回転数とから吸入空気量を算出する手段とを備えた内燃機関の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、従来から、出力や効率を向上させると共にエミッションを低減させるために、吸気弁と排気弁とを同時に開弁させるバルブオーバーラップを設定可能な内燃機関も知られている。そして、この種の内燃機関としては、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップに起因して燃焼室に残留するガスの量（内部ＥＧＲ量）を算出可能な制御装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
特許文献２に記載の制御装置は、排気弁の閉弁時に、排気温度センサ、吸気圧力センサおよび排気圧力センサからの信号に基づいて筒内温度および筒内圧力を算出すると共に、燃焼空燃比に応じた排気ガスのガス定数を算出し、これらの筒内温度、筒内圧力およびガス定数に基づいて、排気弁の閉弁時における筒内ガス量を算出する。更に、この制御装置は、クランク角センサ、水温センサ、カム角センサおよびアクセル開度センサの信号に基づいて、吸気弁と排気弁とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出し、これらの筒内ガス量と吹き返しガス量とに基づいて、バルブオーバーラップに起因して燃焼室に残留したガスの量（内部ＥＧＲ量）を算出する。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−４００５４号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来の制御装置によれば、内燃機関の吸入空気量や、バルブオーバーラップが設定されている場合の残留ガスの量（内部ＥＧＲ量）を算出することができる。しかしながら、上記従来例においては、吸入空気量や残留ガスの量の算出に多数のパラメータが要求される。このため、従来の内燃機関では、これらのパラメータを取得するために多数のセンサが必要となり、それによるコストアップを余儀なくされていた。
【０００６】
そこで、本発明は、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップが設定されている場合であっても、燃焼室内に吸入された空気の量を低コストで精度よく算出可能とする実用的な内燃機関の制御装置および制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による内燃機関の制御装置は、吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させることができる動弁機構を有し、燃料および空気の混合気を燃焼室の内部で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御装置において、燃焼室における筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出する筒内圧変化量算出手段と、所定のタイミングで筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力と、筒内圧変化量算出手段によって算出される筒内圧力の変化量とに基づいて、燃焼室に吸入された空気の量を算出する吸入空気量算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、筒内圧変化量算出手段は、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップに起因して燃焼室に残留する残留ガスの量に基づいて前記バルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出すると好ましい。
【０００９】
更に、筒内圧変化量算出手段は、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力と排気ガスの圧力とに基づいてバルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出し、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力は、バルブオーバーラップの前または開始時に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力に基づいて推定されると好ましい。
【００１０】
また、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力と、バルブオーバーラップの前または開始時に検出される筒内圧力との比が所定値を上回るまで、当該筒内圧力がバルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力として代用される一方、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力と、バルブオーバーラップの前または開始時に検出される筒内圧力との比が所定値を上回った場合、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力がバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力と上記所定値とに基づいて定められると好ましい。
【００１１】
更に、上記内燃機関は、燃焼室を複数有すると共に、燃焼室ごとに筒内圧検出手段を備えており、筒内圧変化量算出手段は、燃焼室ごとに筒内圧力の変化量を算出し、吸入空気量算出手段は、各筒内圧検出手段によって検出される各燃焼室における筒内圧力と、筒内圧変化量算出手段によって算出される各燃焼室における筒内圧力の変化量とに基づいて、各燃焼室に吸入された空気の量を算出すると好ましい。
【００１２】
また、上記内燃機関は、燃焼室を複数有すると共に、燃焼室ごとに筒内圧検出手段を備えており、何れかの燃焼室におけるバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力は、当該燃焼室に先行して吸気行程が実行される燃焼室の吸気下死点における筒内圧力に基づいて推定されると好ましい。
【００１３】
更に、第１の吸入空気量算出手段となる上記吸入空気量算出手段とは別の手法で上記燃焼室に吸入される空気の量を算出する第２の吸入空気量算出手段を更に備えていて、上記第１の吸入空気量算出手段によって算出された上記燃焼室に吸入された空気の量と、上記第２の吸入空気量算出手段によって算出された上記燃焼室に吸入される空気の量とに基づいて、上記内燃機関の制御のために用いる上記燃焼室に吸入される空気の量を算出すると好ましい。
【００１４】
また、上記第２の吸入空気量算出手段によって算出された今回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入される空気の量を、上記第１の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入された空気の量に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入される空気の量を算出すると好ましい。
【００１５】
更に、上記第２の吸入空気量算出手段によって算出された今回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入される空気の量を、上記第１の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入された空気の量と上記第２の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入された空気の量との差に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入される空気の量を算出すると好ましい。
【００１６】
また、上記第１の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入された空気の量と上記第２の吸入空気量算出手段によって算出された前回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入された空気の量との差が予め定めた値以上である場合には、上記第２の吸入空気量算出手段によって算出された今回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入される空気の量を上記差に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入される空気の量を算出することが禁止されると好ましい。
【００１７】
本発明による内燃機関の制御方法は、吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させることができる動弁機構を有し、燃料および空気の混合気を燃焼室の内部で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御方法において、
（ａ）吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出するステップと、
（ｂ）所定のタイミングで検出される燃焼室における筒内圧力と、ステップ（ａ）で算出される筒内圧力の変化量とに基づいて、燃焼室に吸入された空気の量を算出するステップとを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、更に、
（ｃ）ステップ（ｂ）とは異なる手法で上記燃焼室に吸入される空気の量を算出するステップと、
（ｄ）ステップ（ｂ）で算出される上記燃焼室に吸入された空気の量と、ステップ（ｃ）で算出される上記燃焼室に吸入される空気の量とに基づいて、上記内燃機関の制御のために用いる上記燃焼室に吸入される空気の量を算出するステップとを備えると好ましい。
【００１９】
更に、上記ステップ（ｄ）は、上記ステップ（ｃ）によって算出された今回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入される空気の量を、上記ステップ（ｂ）によって算出された前回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入された空気の量と上記ステップ（ｃ）によって算出された前回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入された空気の量との差に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて上記燃焼室に吸入される空気の量を算出するステップを含むと好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、燃焼室内に吸入された空気の量を低コストで精度よく算出可能とする実用的な内燃機関の制御装置および制御方法の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明による内燃機関の制御装置は、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップが設定された際に、当該バルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量を算出し、この筒内圧力の変化量と、所定のタイミングで筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力とに基づいて、燃焼室に吸入された空気の量を算出するものである。
【００２２】
ここで、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップが設定された際に当該バルブオーバーラップに起因して燃焼室に残留する残留ガスの量Ｍｅは、バルブオーバーラップ中の所定のタイミング（クランク角がθ1となるタイミング）における吸入空気の圧力をＰｍ（θ1）とし、当該所定のタイミングにおける排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）とし、その際の排気ガスの温度をＴｅとし、気体定数をＲ（Ｊ／（kg・Ｋ））とすると、次の（１）式により表される。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
上記（１）式において、Ｓは、バルブオーバーラップ中にガスの通過を許容する有効面積であるガス通過有効面積を示す。かかるガス通過有効面積Ｓは、次の（２）式により表される。ただし、（２）式において、Ｎｅ（θ1）は、クランク角がθ1となるタイミングにおける機関回転数である。また、Ｒｉは、吸気弁Ｖｉのバルブ直径であり、Ｒｅは、排気弁Ｖｅのバルブ直径であり、Ｌｉ（θ）は、吸気弁Ｖｉのリフト量であり、Ｌｅ（θ）は、排気弁Ｖｅのリフト量であり、ＩＶＯは、吸気弁Ｖｉを開くタイミングにおけるクランク角度であり、ＥＶＣは、排気弁Ｖｅを閉じるタイミングにおけるクランク角度である。更に、（２）式において、√（Ｌｉ（θ）・Ｌｅ（θ））をＩＶＯからＥＶＣまで積分して得られる値（∫√（Ｌｉ（θ）・Ｌｅ（θ））ｄθ）は、可変バルブタイミング機構による進角量（ＶＶＴ進角量）に応じて定まる値である。
【００２５】
また、上記（１）式において、φ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））は、吸入空気の圧力と排気ガスの圧力との比に関連する項であり、基本的に次の（３）式により表され、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値が小さい場合、次の（４）式により表される。ただし、（３）式および（４）式において、κは比熱比である。
【００２６】
【数２】
2006132526.tif 000004
【００２７】
【数３】
2006132526.tif 000005
【００２８】
【数４】
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【００２９】
一方、バルブオーバーラップに起因して燃焼室に残留する残留ガスの量Ｍｅと、バルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量ΔＰｃとの間には、一般に、次の（５）式の関係が成立する。これにより、上記（１）式および（５）式から、筒内圧力の変化量ΔＰｃは、バルブオーバーラップに起因して燃焼室に残留する残留ガスの量Ｍｅに基づいて、次の（６）式のように表される。ただし、（６）式において、αは、実験等に基づいて定められる定数である。そして、この筒内圧力の変化量ΔＰｃと、圧縮行程中の所定のタイミング（クランク角がθ2となるタイミングであり、吸気弁閉弁後、燃焼開始前（火花点火前または圧縮着火前）のタイミング）で筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ2）とから、燃焼室に吸入された空気の量Ｍairを次の（７）式により表すことができる。ただし、（７）式において、βは、実験等に基づいて定められる定数である。
【００３０】
【数５】
2006132526.tif 000007
【００３１】
【数６】
2006132526.tif 000008
【００３２】
【数７】
2006132526.tif 000009
【００３３】
従って、本発明による内燃機関の制御装置において実行されるように、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）、排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）および機関回転数Ｎｅ（θ1）と、所定のタイミングで検出された筒内圧力Ｐｃ（θ2）とを得れば、多数のセンサを用いることなく、燃焼室内に吸入された空気の量を低コストで精度よく算出可能となる。
【００３４】
また、上述のように、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）とに基づいてバルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量ΔＰｃを算出するに際しては、排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）が、バルブオーバーラップの直前または開始時に（クランク角がθ0となるタイミングで）筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ0）に基づいて推定されると好ましい。
【００３５】
すなわち、バルブオーバーラップのために吸気弁を開弁させる前や吸気弁の開弁時の排気ガスの圧力は筒内圧力と概ね一致しており、内燃機関の負荷がさほど大きくない場合であれば、バルブオーバーラップのために吸気弁を開弁させた前後における排気ガスの圧力変化は小さい。従って、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）は、バルブオーバーラップの前または開始時に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ0）に基づいて推定することが可能であり、内燃機関の低負荷時であれば、例えば、Ｐｅ（θ1）＝Ｐｃ（θ0）とすることができる。これにより、排気ガスの圧力を検出するセンサが不要となるので、燃焼室に吸入される空気量の算出に要するコストを低減させることが可能となる。
【００３６】
一方、内燃機関の負荷がある程度高まると、排気脈動等の影響によってバルブオーバーラップ中に排気ガスの圧力変化が大きくなり、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）をバルブオーバーラップの前または開始時に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ0）にて代用するのは困難となる。
【００３７】
すなわち、内燃機関の負荷がある程度高まるまでは、上記（３）式の関数φに代入されるバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比は、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）とバルブオーバーラップの前または開始時に検出される筒内圧力Ｐｃ（θ0）との比と概ね一致し、両者の値は、負荷の高まりと共に増加していく。これに対して、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧力Ｐｃ（θ0）との比が実験的、経験的に定められる所定値εを上回ると、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）という相関が成立しなくなってしまう。
【００３８】
このため、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧力Ｐｃ（θ0）との比が所定値εを上回った場合には、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比が上記所定値εに固定されると仮定した上で、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）をバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と上記所定値εとに基づいて、Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／εとして定めると好ましい。これにより、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力が実測されない場合に、内燃機関の負荷が高まったとしても、バルブオーバーラップに伴う排気ガスの圧力変化による影響を受けることなく、燃焼室に吸入される空気量を精度よく算出可能となる。
【００３９】
そして、複数の燃焼室を有する内燃機関においては、燃焼室ごとに筒内圧検出手段が設けられるとよく、この場合、燃焼室ごとに筒内圧力の変化量ΔＰｃが算出され、各燃焼室における筒内圧力の変化量ΔＰｃと、各筒内圧検出手段によって所定のタイミングで検出される各燃焼室における筒内圧力Ｐｃ（θ2）とに基づいて、各燃焼室に吸入された空気の量が算出されると好ましい。これにより、燃焼室間の吸入空気量のばらつきを精度よく把握することができるので、各燃焼室における空燃比制御等の精度を向上させることが可能となる。
【００４０】
また、何れかの燃焼室におけるバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力は、当該燃焼室に先行して吸気行程が実行される燃焼室の吸気下死点における筒内圧力に基づいて推定されてもよい。
【００４１】
一般に、吸入空気の圧力と筒内圧力とは吸気下死点において概ね等しくなる。また、ある燃焼室においてバルブオーバーラップが実行されるタイミングは、当該燃焼室に対して１／Ｎサイクル（ただし、吸気、圧縮、膨張、排気の４行程を１サイクルとし、Ｎは気筒数を示す）だけ先行して吸気行程が実行される燃焼室において吸気下死点が到来するタイミングと概ね一致する。従って、これらを踏まえ、筒内圧力に基づいて吸入空気の圧力を推定することにより、吸入空気の圧力を検出するセンサが不要となり、各燃焼室に吸入される空気量の算出に要するコストをより一層低減させることが可能となる。
【００４２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。
【００４３】
図１は、本発明による制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００４４】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド）５にそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気管６（排気マニホールド）にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉは対応する吸気ポートを開閉し、各排気弁Ｖｅは対応する排気ポートを開閉する。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機構を含む動弁機構ＶＭによって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００４５】
吸気管５は、図１に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気ラインＬ１が接続されており、給気ラインＬ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインＬ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、図１に示されるように、例えば三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよび例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。
【００４６】
更に、内燃機関１は、複数のインジェクタ１２を有し、各インジェクタ１２は、図１に示されるように、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配置されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面に、凹部４ａを有している。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。
【００４７】
これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。
【００４８】
上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構ＶＭ等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、図１に示されるように、内燃機関１のクランク角センサ１４を始めとした各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構ＶＭ等を制御する。
【００４９】
また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子、磁歪素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧力）を大気圧に対する相対値として出力するものであり、その受圧面に加わる圧力（筒内圧力）に応じた電圧信号（検出値を示す信号）をＥＣＵ２０に与える。
【００５０】
更に、内燃機関１は、サージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）を絶対圧力として検出する吸気圧センサ１６を有している。吸気圧センサ１６も、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されており、検出したサージタンク８内の吸入空気の絶対圧力を示す信号をＥＣＵ２０に与える。なお、クランク角センサ１４、吸気圧センサ１６の検出値は、微小時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。また、各筒内圧センサ１５の検出値（筒内圧力）は、吸気圧センサ１６の検出値に基づいて絶対圧補正された上で、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。
【００５１】
次に、図２を参照しながら、上述の内燃機関１において各燃焼室３に吸入される空気量を算出する手順について説明する。内燃機関１が始動されると、ＥＣＵ２０によって図２に示される吸入空気量算出ルーチンが燃焼室３ごとに繰り返し実行される。図２の吸入空気量算出ルーチンは、基本的に上記（１）から（７）式を用いて各燃焼室３に吸入される空気量を算出するためのものである。このルーチンの実行タイミングになると、ＥＣＵ２０は、まず、吸気弁Ｖｉの開弁タイミングが進角されているか否か判定する（Ｓ１０）。
【００５２】
ＥＣＵ２０は、Ｓ１０にて吸気弁Ｖｉの開弁タイミングが進角されていると判断した場合、ＥＣＵ２０は、所定の記憶領域から、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップ直前または開始時の所定のタイミング（クランク角がθ0となるタイミング）で筒内圧センサ１５によって検出された筒内圧力Ｐｃ（θ0）を対象となる燃焼室３について読み出すと共に、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップ中の所定のタイミング（クランク角がθ1となるタイミング）で吸気圧センサ１６によって検出された吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）とを読み出す（Ｓ１２）。また、Ｓ１２にて、ＥＣＵ２０は、バルブオーバーラップ中の所定のタイミング（クランク角がθ1となるタイミング）でのクランク角センサ１４の検出値に基づいて、クランク角がθ1となるタイミングでの機関回転数Ｎｅ（θ1）を求めると共に、動弁機構ＶＭから、クランク角がθ1となるタイミングでのＶＶＴ進角量を取得する。
【００５３】
本実施形態において、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップ直前または開始時の所定のタイミングは、バルブオーバーラップの開始時すなわち吸気弁Ｖｉの開弁時とされ、クランク角が例えばθ0＝上死点前２０°となるタイミングとされる。また、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングは、クランク角が例えばθ1＝上死点前１０°（排気上死点前１０°）となるタイミングとされる。Ｓ１２にて、クランク角がθ0となるタイミングでの筒内圧力Ｐｃ（θ0）とクランク角がθ1となるタイミングでの吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）とを取得すると、ＥＣＵ２０は、対象となる燃焼室３について、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧力Ｐｃ（θ0）との比であるＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値を求めると共に、Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値が所定の閾値ε（本実施形態では、ε＝０．９５）以下であるか否か判定する（Ｓ１４）。
【００５４】
ここで、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧力Ｐｃ（θ0）との比であるＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）と、上記（３）式において用いられるパラメータである吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）との間には、図３に例示されるような関係が成立する。すなわち、内燃機関１の負荷がさほど大きくない範囲内では、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値とＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値とは、負荷の高まりと共にそれぞれ増加し、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）という関係が成立する。
【００５５】
すなわち、バルブオーバーラップのために吸気弁Ｖｉを開弁させる直前のタイミングまたは開弁時において、排気ガスの圧力は筒内圧力と概ね一致しており、内燃機関１の負荷がさほど大きくない場合であれば、バルブオーバーラップのために吸気弁Ｖｉを開弁させた前後における排気ガスの圧力変化は小さい。従って、内燃機関１の負荷がさほど大きくない範囲内では、バルブオーバーラップ中、すなわち、クランク角がθ1となるタイミングにおける排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）を、バルブオーバーラップの直前または開始時、すなわち、クランク角がθ0となるタイミングで筒内圧センサ１５によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ0）に基づいて推定することが可能であり、Ｐｅ（θ1）＝Ｐｃ（θ0）、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）とみなすことができる。
【００５６】
これに対して、内燃機関１の負荷がある程度高まると、排気脈動等の影響により、バルブオーバーラップのために吸気弁Ｖｉを開弁させた前後において排気ガスの圧力変化が大きくなる。すなわち、内燃機関１の負荷がある程度高まり、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧力Ｐｃ（θ0）との比Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）が所定値ε以上になると、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）という相関が成立しなくなり、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）をバルブオーバーラップの直前または開始時に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ0）にて代用するのは困難となる。
【００５７】
これらの点に鑑みて、内燃機関１では、Ｓ１４にて各燃焼室３についてＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値が上記閾値ε以下であると判断された場合、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）がバルブオーバーラップの直前または開始時に筒内圧センサ１５によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ0）にて代用され、ＥＣＵ２０によってＰｅ（θ1）＝Ｐｃ（θ0）と設定される（Ｓ１６）。また、Ｓ１４にて各燃焼室３についてＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値が上記閾値εを上回っていると判断された場合、ＥＣＵ２０によって、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）が、上記所定値εを用いて、
Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／ε
として設定される（Ｓ１８）。すなわち、Ｓ１８の処理では、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比がガード値としての閾値ε（本実施形態では、０．９５）に固定されると仮定され、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）がバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と閾値εとに基づいて定められる。
【００５８】
Ｓ１６またはＳ１８の処理を実行すると、ＥＣＵ２０は、予め定められた関数式あるいはマップを用いてＳ１２にて取得したＶＶＴ進角量に対応する∫√（Ｌｉ（θ）・Ｌｅ（θ））ｄθの値を定め、この値と、Ｓ１２にて取得した機関回転数Ｎｅ（θ1）とを用いて上記（２）式からガス通過有効面積Ｓを算出する（Ｓ２０）。ガス通過有効面積Ｓを求めると、ＥＣＵ２０は、Ｓ１２にて取得した吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）をＳ１６またはＳ１８にて設定したバルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）で除した値が閾値（２／（κ＋１））κ/(κ-1)以上となっているか否か判定する（Ｓ２２）。本実施形態では、閾値（２／（κ＋１））κ/(κ-1)として、例えばκ＝１．３２として得られる定数が用いられる。
【００５９】
上述のように、バルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量ΔＰｃを算出する際に必要となるφ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））を表す式は、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値に応じて変化する。このため、ＥＣＵ２０は、Ｓ２２にてＰｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値が上記閾値以上であると判断した場合、上記（３）式を用いてφ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））の値を算出する（Ｓ２４）。また、ＥＣＵ２０は、Ｓ２２にてＰｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値が上記閾値を下回ったと判断した場合、上記（４）式を用いてφ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））の値を算出する（Ｓ２６）。
【００６０】
Ｓ２０にてガス通過有効面積Ｓを求めると共に、Ｓ２４またはＳ２６にてφ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））の値を求めると、ＥＣＵ２０は、上記（６）式を用いて、対象となる燃焼室３についてバルブオーバーラップによる筒内圧力の変化量ΔＰｃを算出する（Ｓ２８）。Ｓ２８の処理の後、ＥＣＵ２０は、所定の記憶領域から、対象となる燃焼室３について、圧縮行程中のクランク角がθ2となるタイミングで筒内圧センサ１５によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ2）を読み出す（Ｓ３０）。なお、本実施形態では、圧縮行程中の所定のタイミングは、クランク角が例えばθ2＝上死点前５０°（圧縮上死点前５０°）となるタイミングとされる。
【００６１】
そして、ＥＣＵ２０は、上記（７）式を用いて、Ｓ２８にて求めた筒内圧力の変化量ΔＰｃとＳ３０にて取得した筒内圧力Ｐｃ（θ2）とから、対象となる燃焼室３について吸入空気の量Ｍairを算出する（Ｓ３２）。このように、内燃機関１では、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）、排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）および機関回転数Ｎｅ（θ1）と、所定のタイミングで検出された筒内圧力Ｐｃ（θ2）とを得ることにより、多数のセンサを用いることなく、各燃焼室３の内部に吸入された空気の量を低コストで精度よく算出可能となる。
【００６２】
また、内燃機関１では、負荷が比較的低く、Ｓ１４にてＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値が閾値ε以下であると判断された場合、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）がバルブオーバーラップの直前または開始時に筒内圧センサ１５によって検出される筒内圧力Ｐｃ（θ0）にて代用される。これにより、排気ガスの圧力を実測するためのセンサが不要となるので、各燃焼室３に吸入される空気量の算出に要するコストを低減させることが可能となる。
【００６３】
そして、排気ガスの圧力を実測するためのセンサが省略されている内燃機関１では、負荷が高まってＳ１４にてＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値が閾値εを上回ったと判断された場合、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比がいわゆるガード値としての閾値ε（本実施形態では、０．９５）に固定されるとの仮定のもと、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）が、閾値εに基づいて定められる（Ｓ１８）。このように、内燃機関１の負荷が高まった際には、吸入空気の圧力と排気ガスの圧力との差が小さく、また、残留ガス自体も少なくなることから、Ｓ１８のような処理を実行しても、排気ガスの圧力変化による影響を受けることなく、各燃焼室３に吸入される空気量を精度よく算出することが可能となり、実用上良好な結果を得ることができる。
【００６４】
更に、複数の燃焼室３と、燃焼室３ごとに設けられた筒内圧センサ１５とを有する内燃機関１では、燃焼室３ごとに筒内圧力の変化量ΔＰｃが算出され、各燃焼室３における筒内圧力の変化量ΔＰｃと、各筒内圧センサ１５によって検出される各燃焼室３における筒内圧力Ｐｃ（θ2）とに基づいて、各燃焼室３に吸入された空気の量が算出されることになる。これにより、燃焼室３間の吸入空気量のばらつきを精度よく把握可能となり、各燃焼室３における空燃比制御等の精度を向上させることができる。
【００６５】
一方、Ｓ１０にて吸気弁Ｖｉの開弁タイミングが進角されておらず、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップが設定されていないと判断した場合、ＥＣＵ２０は、Ｓ３２にて用いられることになる筒内圧力の変化量ΔＰｃをゼロに設定する（Ｓ３４）。これにより、バルブオーバーラップが設定されていない場合、Ｓ３２では、Ｓ３０にて取得された筒内圧力Ｐｃ（θ2）のみに基づいて、各燃焼室３に吸入された空気の量Ｍairが算出されることになる。ここで、圧縮行程中の筒内圧力は、相対的に高い値を示し、筒内圧センサ１５の検出精度や筒内圧データの分解能等によらず精度よく検出され得るものである。従って、圧縮行程中の所定のタイミングにおける燃焼室３内の筒内圧力を用いれば、燃焼室３に吸入された空気の量を精度よく求めることができる。
【００６６】
なお、上述の内燃機関１では、Ｓ１４にて否定判断がなされた場合、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比がガード値としての閾値εに固定されると仮定されるが、これに限られるものではない。すなわち、図４に示されるように、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧力Ｐｃ（θ0）との比であるＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）と、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）との関係は、複数の関数を用いて近似されてもよい。
【００６７】
図４の例では、Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）とＰｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）との関係が２本の直線を用いて近似されており、０≦Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）≦ε1（ただし、ε1は、実験的、経験的に定められる定数である。）の範囲では、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）となり、ε1≦Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）≦１．０の範囲では、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）が次の（８）式により表される（ただし、（８）式においてε2は、実験的、経験的に定められる定数であり、ε2＞ε1である）。このような近似手法が採用された場合には、図２のＳ１４にて否定判断がなされた際に、Ｓ１８にて、次の（９）式に従ってＰｅ（θ1）の値が設定される。
【００６８】
【数８】
2006132526.tif 000010
【００６９】
【数９】
2006132526.tif 000011
【００７０】
また、本実施形態では、サージタンク８に吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ１６が設けられているが、吸気圧センサ１６は省略されてもよく、バルブオーバーラップ中の所定のタイミング（クランク角がθ1となるタイミング）における吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）は、筒内圧力に基づいて推定されてもよい。
【００７１】
すなわち、吸入空気の圧力と筒内圧力とは吸気下死点において概ね等しくなる。また、ある燃焼室３においてバルブオーバーラップが実行されるタイミングは、４気筒エンジンの場合、当該燃焼室３に対して１／４サイクル（１８０°）だけ先行して吸気行程が実行される燃焼室３において吸気下死点が到来するタイミングと概ね一致する。従って、これらを踏まえると、ある燃焼室３におけるバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力は、当該燃焼室３に対して１／４サイクルだけ先行して吸気行程が実行される燃焼室３の吸気下死点における筒内圧力に基づいて推定することができる。これにより、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ１６が不要となり、各燃焼室３に吸入される空気量の算出に要するコストをより一層低減させることが可能となる。
【００７２】
図５は、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力を筒内圧力に基づいて推定するルーチンを説明するためのフローチャートである。図５のルーチンは、ＥＣＵ２０によって例えば図２のＳ１４の前の所定のタイミングにおいて実行されるものである。この場合、ＥＣＵ２０は、所定の記憶領域から、対象となる燃焼室３よりも１／４サイクルだけ先行して吸気行程が実行される燃焼室（先行燃焼室）３の直近の吸気下死点における筒内圧センサ１５の検出値Ｐｃ（θBDC）を読み出す（Ｓ１００）。更に、ＥＣＵ２０は、対象となる燃焼室３よりも１／４サイクルだけ先行して吸気行程が実行される燃焼室３の上記吸気下死点後の圧縮行程中の所定の２点における筒内圧センサ１５の検出値Ｐｃ（θa），Ｐｃ（θb）を所定の記憶領域から読み出す（Ｓ１０２）。なお、クランク角θaおよびθbは、圧縮行程中に含まれるように選択されれば、それぞれの値は任意とされ得る。
【００７３】
ここで、吸気圧センサが省略されている場合、筒内圧センサ１５の出力（相対圧力）を吸気圧センサ１６の検出値に基づいて絶対圧補正し得ないことから、筒内圧センサ１５の検出値Ｐｃ（θa），Ｐｃ（θb）は、絶対圧補正されずにそのまま（相対圧力を示す状態で）当該記憶領域に記憶される。ここで、クランク角がθaとなった際の絶対圧補正後の筒内圧力（真値）をＰａとし、クランク角がθbとなった際の絶対圧補正後の筒内圧力（真値）をＰｂとし、筒内圧センサ１５の絶対圧補正値をＰｒとすると、
Ｐａ＝Ｐｃ（θa）＋Ｐｒ
Ｐｂ＝Ｐｃ（θb）＋Ｐｒ
となる。また、内燃機関の圧縮行程が断熱過程であるとみなし、比熱比をκとした場合、Ｐａ・Ｖκ（θa）＝Ｐｂ・Ｖκ（θb）という関係が成立し、この関係は、次の（１０）式のように表すことができる。そして、（１０）式を絶対圧補正値Ｐｒについて解くと、絶対圧補正値Ｐｒは、次の（１１）式のように表される。
【００７４】
【数１０】
2006132526.tif 000012
【００７５】
【数１１】
2006132526.tif 000013
【００７６】
このため、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２の処理の後、先行燃焼室３の圧縮行程中の所定の２点における筒内圧センサ１５の検出値Ｐｃ（θa），Ｐｃ（θb）と、当該所定の２点における筒内容積Ｖ（θa），Ｖ（θb）とを用いて、上記（１１）式より、先行燃焼室３に設けられている筒内圧センサ１５の絶対圧補正値Ｐｒを算出する（Ｓ１０４）。なお、Ｓ１０４にて用いられる筒内容積Ｖ（θa），Ｖ（θb）の値は、予め算出された上で記憶装置に記憶されており、ＥＣＵ２０は、これら筒内容積Ｖ（θa），Ｖ（θb）の値を記憶装置から読み出してＳ２０の処理に用いる。
【００７７】
Ｓ１０４にて絶対圧補正値Ｐｒを求めると、ＥＣＵ２０は、Ｓ１００にて取得した吸気下死点における筒内圧センサ１５の検出値Ｐｃ（θBDC）と、Ｓ１０４にて求めた絶対圧補正値Ｐｒとを用いて、対象となる燃焼室３におけるバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）を算出する（Ｓ１０６）。すなわち、ある燃焼室３におけるバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）は、当該燃焼室３に対して１／４サイクル（Ｎ気筒エンジンでは、１／Ｎサイクル）だけ先行して吸気行程が実行される燃焼室３の吸気下死点における筒内圧力をＰｃ-180（θBDC）とすると、
Ｐｍ（θ1）＝Ｐｒ＋Ｐｃ-180（θBDC）
として算出することができる。このように、図５のルーチンが実行されることにより、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサを用いることなく、筒内圧力Ｐ（θ）と筒内容積Ｖ（θ）とに基づいて、（筒内圧力Ｐ（θ）と筒内容積Ｖ（θ）を比熱比（所定の指数）κで累乗した値Ｖκ（θ）との積値Ｐ（θ）・Ｖκ（θ）に基づいて）、各燃焼室３に吸入される空気量を精度よく算出可能となる。
【００７８】
ところで、以上で説明した燃焼室３に吸入された空気の量Ｍairを算出する手法においては、最終的に上記（７）式を用いて上記吸入空気量Ｍairが算出されるため、上記筒内圧力Ｐｃ（θ2）が必要とされる。ここで、上記筒内圧力Ｐｃ（θ2）は上述したように圧縮行程中の所定のタイミング（吸気弁閉弁後、燃焼開始前（火花点火前または圧縮着火前）のタイミング)において検出される値に基づいて求められるものであり、したがって以上で説明した吸入空気量Ｍairを算出する手法によって同空気量Ｍairが算出されるのはそのサイクル（すなわち、今回のサイクル）において既に圧縮行程が開始された後となる。
【００７９】
そしてこのようなことから、通常は、以上で説明した吸入空気量Ｍairの算出手法によって得られる算出結果を今回のサイクルにおける内燃機関の制御に直接利用することは困難である。すなわち、空燃比制御を例にとると、空燃比を目標空燃比とするためには吸入空気量に応じた適切な量の燃料を噴射する必要があるため、燃料噴射前に上記吸入空気量Ｍairを求めてそれに応じた適切な燃料噴射量を決定する必要がある。ところが、以上で説明した吸入空気量Ｍairの算出手法では、上述したように既に圧縮行程が開始された後に上記吸入空気量Ｍairが求まるので、吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関の場合には上記吸入空気量Ｍairが求まるのが燃料噴射後となり、上述した内燃機関１のような直噴式の内燃機関の場合であっても上記吸入空気量Ｍairが求まるのが早くても燃料噴射の直前程度になってしまう。このため、その算出結果である吸入空気量Ｍairを今回のサイクルにおける内燃機関の空燃比制御に直接利用するのは通常は困難となる。
【００８０】
以上のようなことを踏まえ、本発明の他の実施形態においては以下で説明するようにして、上述した吸入空気量Ｍairの算出手法から得られる算出結果を内燃機関の制御に利用するようにしている。すなわち、この実施形態では上述したような筒内圧力と筒内圧力の変化量とに基づいて燃焼室３に吸入された空気の量を算出する手法（以下、「第１の吸入空気量算出手法」と言う）とは異なる手法、すなわち第２の吸入空気量算出手法でも燃焼室３に吸入される空気の量が求められるようになっている。ここで、この第２の吸入空気量算出手法は、今回のサイクルの圧縮行程開始前に燃焼室３に吸入される空気の量を求めることができるものであり、また、今回のサイクルの燃料噴射の充分前に燃焼室３に吸入される空気の量を求めることができるものであって、より詳細には吸入空気量を事前に推定する方法である。
【００８１】
そして、本実施形態では前回のサイクルについて上記第１の吸入空気量算出手法で算出された吸入空気量（以下、「第１の吸入空気量」と言う）Ｍairと上記第２の吸入空気量算出手法で算出された吸入空気量（以下、「第２の吸入空気量」と言う）との差が求められ、その差に基づいて今回のサイクルについて上記第２の吸入空気量算出手法で算出された吸入空気量、すなわち第２の吸入空気量の値が補正されるようになっている。そして、この補正された第２の吸入空気量に基づいて内燃機関の制御が実施されるようになっている。
【００８２】
すなわち上述したように、上記第２の吸入空気量算出手法によれば今回のサイクルの燃料噴射の充分前に燃焼室３に吸入される空気の量を求めることができる。また、上記補正に用いられる値は前回のサイクルについての上記第１の吸入空気量Ｍairと上記第２の吸入空気量との差であるので今回のサイクルの開始前に求めることができる。このため、上記の補正された第２の吸入空気量は今回のサイクルの燃料噴射の充分前に求めることができ、したがって、今回のサイクルにおける内燃機関の制御にこの補正された第２の吸入空気量を用いることが可能となる。すなわち例えば、この補正された第２の吸入空気量に基づいて今回のサイクルにおける燃料噴射量を決定して空燃比制御を行うことができる。また、複数の燃焼室を有する場合において、このように補正された第２の吸入空気量に基づいて決定される燃料噴射量の気筒間のバラツキに基づいて発生トルクの気筒間のバラツキを推定し、それに応じて気筒毎に点火時期の遅角量を設定して点火時期遅角制御を実施し、発生トルクの気筒間バラツキを抑制することもできる。
【００８３】
ところで、上記第２の吸入空気量算出手法としては、エアフローメータの検出値や吸気圧センサの検出値等に基づいて吸入空気量を求める手法等、種々のものが想定されるが、本実施形態では上記第２の吸入空気量算出手法として吸気系の物理モデルを用いた手法が用いられる。そこで次に、本実施形態において上記第２の吸入空気量算出手法として用いられる吸気系の物理モデルを用いて吸入空気量を算出する手法について説明する。
【００８４】
この手法はすなわち、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（燃焼室３に吸入される空気の量）を算出するというものである。この手法においては、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バルブ開度、大気圧、及び大気温度等から吸入空気量が求められる。なお、本実施形態においてはこの手法によって吸入空気量を求めるために、図１に示した構成において、更にスロットル開度センサ、大気圧センサ、大気温度センサが設けられている。また、この手法に関わる演算はＥＣＵ２０において行われるようになっている。
【００８５】
図６は、この手法のために内燃機関の吸気系をモデル化した吸入空気量モデルＭ２０を示す図である。吸入空気量モデルＭ２０は、図６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バルブの開度（スロットルバルブ開度）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バルブから吸気弁に至るまでの吸気管内の圧力（吸気管内圧力）Ｐｓ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バルブを通過する空気の流量（スロットルバルブ通過空気流量）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バルブ通過空気流量ｍｔは、吸気管モデルＭ２２へ入力される。
【００８６】
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バルブ通過空気流量ｍｔと、以下で詳述する単位時間当たりに燃焼室内に吸入される空気の流量（以下、「燃焼室内吸入空気流量ｍｃ」と言う。なお、燃焼室内吸入空気流量ｍｃの定義については、吸気弁モデルＭ２３の説明において詳述する）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Ｐｓとスロットルバルブ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Ｐｓ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ＰｓはスロットルモデルＭ２１にも入力される。
【００８７】
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Ｐｓ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、燃焼室内吸入空気流量ｍｃが算出される。そしてこの燃焼室内吸入空気流量ｍｃに基づいて、すなわちこの燃焼室内吸入空気流量ｍｃを変換して吸入空気量（燃焼室３に吸入される空気の量）Ｍｃが算出される。また、吸気弁モデルＭ２３において算出された燃焼室内吸入空気流量ｍｃは吸気管モデルＭ２２に入力される。
【００８８】
図６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、スロットルバルブ開度θｔ及び機関回転数から上記吸入空気量Ｍｃを算出することができる。
【００８９】
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Ｐｓ（ｋＰａ）、スロットルバルブ開度θｔから、下記（１２）式に基づいて、スロットルバルブ通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）が算出される。ここで、（１２）式におけるμはスロットルバルブにおける流量係数で、スロットルバルブ開度θｔの関数であり、図７に示したようなマップから定まる。また、Ａｔ（ｍ2）はスロットルバルブの開口断面積（スロットル開口面積）を示し、スロットルバルブ開度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をスロットルバルブ開度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。
【００９０】
【数１２】
2006132526.tif 000014
【００９１】
Φ（Ｐｓ／Ｐａ）は下記（１３）式に示した関数であり、この（１３）式における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（Ｐｓ／Ｐａ）は図８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（１３）式を用いて計算するのではなくマップからΦ（Ｐｓ／Ｐａ）の値を求めるようにしてもよい。
【００９２】
【数１３】
2006132526.tif 000015
【００９３】
これらスロットルモデルＭ２１の（１２）式及び（１３）式は、スロットルバルブ１０上流の気体の圧力を大気圧Ｐａ、スロットルバルブ１０上流の気体の温度を大気温度Ｔａ、スロットルバルブ１０を通過する気体の圧力を吸気管内圧力Ｐｓとして、図９に示したようなスロットルバルブ１０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。
【００９４】
吸気管モデルＭ２２では、スロットルバルブ通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）、燃焼室内吸入空気流量ｍｃ（ｇ／ｓ）、及び大気温度Ｔａ（Ｋ）から、下記（１４）式及び（１５）式に基づいて吸気管内圧力Ｐｓ（ｋＰａ）及び吸気管内温度Ｔｍ（Ｋ）が算出される。なお、（１４）式及び（１５）式におけるＶｍ（ｍ3）は、サージタンク８を含めたスロットルバルブ１０から吸気弁Ｖｉまでの吸気管等の部分（以下、「吸気管部分」と称す）８´の容積に等しい定数である。
【００９５】
【数１４】
2006132526.tif 000016
【００９６】
【数１５】
2006132526.tif 000017
【００９７】
ここで、吸気管モデルＭ２２について図１０を参照して説明する。吸気管部分８´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８´に流入する気体の流量、すなわちスロットルバルブ通過空気流量ｍｔと、吸気管部分８´から流出する気体の流量、すなわち燃焼室内吸入空気流量ｍｃとの差に等しいため、質量保存則により下記（１６）式が得られ、この（１６）式及び気体の状態方程式（Ｐｓ・Ｖｍ＝Ｍ・Ｒ・Ｔｍ）より、（１４）式が得られる。
【００９８】
【数１６】
2006132526.tif 000018
【００９９】
また、吸気管部分８´の気体のエネルギＭ・Ｃｖ・Ｔｍの時間的変化量は、吸気管部分８´に流入する気体のエネルギと吸気管部分８´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８´に流入する気体の温度を大気温度Ｔａ、吸気管部分８´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（１７）式が得られ、この（１７）式及び上記気体の状態方程式より、（１５）式が得られる。
【０１００】
【数１７】
2006132526.tif 000019
【０１０１】
吸気弁モデルＭ２３では、吸気管内圧力Ｐｓ、吸気管内温度Ｔｍ、及び大気温度Ｔａから、下記（１８）式に基づいて、燃焼室内吸入空気流量ｍｃが算出される。（１８）式における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Ｖｉに対して可変バルブタイミング機構を含む動弁機構ＶＭ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Ｖｉ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）等にも基づいて定められる。
【０１０２】
【数１８】
2006132526.tif 000020
【０１０３】
上述した吸気弁モデルＭ２３について図１１を参照して説明する。一般に、吸気弁Ｖｉが閉じた時に燃焼室３内に充填されている空気の量である吸入空気量Ｍｃは、吸気弁Ｖｉ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３内の圧力に比例する。また、吸気弁閉弁時の燃焼室３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Ｐｓと等しいとみなすことができる。したがって、上記吸入空気量Ｍｃは、吸気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｓに比例すると近似することができる。
【０１０４】
ここで、単位時間当たりに吸気管部分８´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８´から全ての燃焼室３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燃焼室内吸入空気流量ｍｃ（以下で詳述する）とすると、上記吸入空気量Ｍｃが吸気管内圧力Ｐｓに比例することから、燃焼室内吸入空気流量ｍｃも吸気管内圧力Ｐｓ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（１８）式が得られる。なお、（１８）式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３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。
【０１０５】
ここで、燃焼室内吸入空気流量ｍｃについて、図１２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１２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８´から燃焼室３に実際に流入する空気の量である。図１２に示したように、４気筒の内燃機関では、吸気弁Ｖｉ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Ｖｉの開弁量に応じて吸気管部分８´から各気筒の燃焼室３内へ空気が流入する。吸気管部分８´から各気筒の燃焼室３内に流入する空気の流量の変位は図１２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８´から全気筒の燃焼室３に流入する空気の流量は図１２に実線で示した通りである。また、例えば１番気筒への上記吸入空気量Ｍｃは図１２に斜線で示した部分に相当する。
【０１０６】
これに対して、実線で示した吸気管部分８´から全ての気筒の燃焼室３に流入する空気の量を平均化したものが燃焼室内吸入空気流量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燃焼室内吸入空気流量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）を乗算したものが上記吸入空気量Ｍｃとなる。したがって、吸気弁モデルＭ２３で算出された燃焼室内吸入空気流量ｍｃにΔＴ180°を乗算することで、上記吸入空気量Ｍｃを算出することができる（Ｍｃ＝ｍｃ・ΔＴ180°）。
【０１０７】
次に、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて、実際に上記吸入空気量Ｍｃを算出する場合について説明する。上記吸入空気量Ｍｃは吸入空気量モデルＭ２０を用いて、上記（１２）式、（１４）式、（１５）式、及び（１８）式を解くことにより求められる。この場合、ＥＣＵ２０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（１２）式、（１４）式、（１５）式、及び（１８）式を離散化すると、それぞれ下記（１９）式、（２０）式、（２１）式、及び（２２）式が得られる。なお、吸気管内温度Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）は、（２０）式及び（２１）式によってそれぞれ算出されたＰｓ／Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）及びＰｓ（ｔ＋Δｔ）から、（２３）式によって算出される。
【０１０８】
【数１９】
2006132526.tif 000021
【０１０９】
【数２０】
2006132526.tif 000022
【０１１０】
【数２１】
2006132526.tif 000023
【０１１１】
【数２２】
2006132526.tif 000024
【０１１２】
【数２３】
2006132526.tif 000025
【０１１３】
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（１９）式で算出された時刻ｔにおけるスロットルバルブ通過空気流量ｍｔ（ｔ）と、吸気弁モデルＭ２３の（２２）式で算出された時刻ｔにおける燃焼室内吸入空気流量ｍｃ（ｔ）とが、吸気管モデルＭ２２の（２０）式及び（２１）式に代入され、これにより時刻ｔ＋Δｔにおける吸気管内圧力Ｐｓ（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Ｐｓ（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（１９）式及び（２２）式に代入され、これにより時刻ｔ＋Δｔにおけるスロットルバルブ通過空気流量ｍｔ（ｔ＋Δｔ）及び燃焼室内吸入空気流量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、スロットルバルブ開度θｔ、大気圧Ｐａ、及び大気温度Ｔａから、任意の時刻ｔにおける燃焼室内吸入空気流量ｍｃが算出され、算出された燃焼室内吸入空気流量ｍｃに上記時間ΔＴ180°を乗算することで、任意の時刻ｔにおける上記吸入空気量Ｍｃが算出される。そして以上の説明からも明らかなように、この手法によればこれから燃焼室３に吸入される空気の量を推定することが出来る。
【０１１４】
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Ｐｓは大気圧と等しい（Ｐｓ（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。
【０１１５】
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（１９）式、（２２）式及び（２３）式に代入するようにしてもよい。
【０１１６】
次に以上の説明を踏まえ、図１３を参照しつつ本実施形態において各燃焼室３に吸入される空気量を算出する手順について説明する。本実施形態では内燃機関１が始動されると、ＥＣＵ２０によって図１３に示される吸入空気量算出ルーチンが燃焼室ごとに繰り返し実行されるようになっている。なお、内燃機関１の始動時にはこの制御で用いるサイクル数を表すパラメータｎの値が１（ｎ＝１）とされるようになっている。
【０１１７】
この制御ルーチンがスタートすると、まずＳ１０１において上記パラメータｎの値が１であるか否かが判定される。上述したように、このパラメータｎは内燃機関１の始動時に１にされるようになっているので、この判定は内燃機関１が始動直後であるか否かの判定であると言える。Ｓ１０１において上記パラメータｎが１である、すなわち内燃機関１が始動直後であると判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、Ｓ１０１において上記パラメータｎが１ではない、すなわち内燃機関１が始動直後ではないと判定された場合にはＳ１０７に進む。
【０１１８】
Ｓ１０３に進んだ場合にはそこで上述した第２の吸入空気量算出手法によってｎサイクル目の吸入空気量、すなわち今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量Ｍｃ（ｎ）が算出される。そして続くＳ１０５においては、ｎサイクル目の吸入空気量、すなわち今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量として制御に用いられる吸入空気量Ｍｓ（ｎ）が決定される。つまり、ここで決定される吸入空気量Ｍｓ（ｎ）に基づいて、例えば今回のサイクルにおける燃料噴射量が決定され空燃比制御が実施される。
【０１１９】
そしてＳ１０５に進む場合には、この吸入空気量Ｍｓ（ｎ）は、Ｓ１０３で上記第２の吸入空気量算出手法によって算出された吸入空気量Ｍｃ（ｎ）であるとされる。Ｓ１０５において上記吸入空気量Ｍｓ（ｎ）が決定されるとＳ１１５に進む。Ｓ１１５においては上記第１の吸入空気量算出手法によってｎサイクル目の吸入空気量、すなわち今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入された空気の量Ｍair（ｎ）が算出される。
【０１２０】
Ｓ１１５において上記吸入空気量Ｍair（ｎ）が算出されるとＳ１１７に進み、そこで上記サイクル数を表すパラメータｎの値に１が加えられる。そしてその後、本制御ルーチンは直ぐに始めから（すなわちＳ１０１から）再度実行される。
【０１２１】
一方、Ｓ１０１において上記パラメータｎが１ではない、すなわち内燃機関１が始動直後ではないと判定された場合には上述したようにＳ１０７に進むが、この場合にもＳ１０３に進んだ場合と同様、そこで上述した第２の吸入空気量算出手法によってｎサイクル目の吸入空気量、すなわち今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量Ｍｃ（ｎ）が算出される。
【０１２２】
Ｓ１０７において上記吸入空気量Ｍｃ（ｎ）が算出されるとＳ１０９に進む。Ｓ１０９では、ｎサイクル目の吸入空気量、すなわち今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量として制御に用いられる吸入空気量Ｍｓ（ｎ）を求めるために使用される補正量Ｄｍ（ｎ）が算出される。ここでこの補正量Ｄｍ（ｎ）は、上記第１の吸入空気量算出手法によって算出されたｎ−１サイクル目の吸入空気量、すなわち前回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入された空気の量Ｍair（ｎ−1）と上記第２の吸入空気量算出手法によって算出されたｎ−１サイクル目の吸入空気量、すなわち前回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入された空気の量Ｍｃ（ｎ−１）との差として算出される（Ｄｍ（ｎ）＝Ｍair（ｎ−1）−Ｍｃ（ｎ−１））。
【０１２３】
Ｓ１０９において上記補正量Ｄｍ（ｎ）が算出されるとＳ１１１に進む。Ｓ１１１では、Ｓ１０９で算出された上記補正量Ｄｍ（ｎ）が予め定めた値Ｄｃ未満であるか否かが判定される。そしてＳ１１１において上記補正量Ｄｍ（ｎ）が予め定めた値Ｄｃ未満であると判定された場合にはＳ１１３に進む。
【０１２４】
Ｓ１１３においては、上述したＳ１０５と同様、ｎサイクル目の吸入空気量、すなわち今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量として制御に用いられる吸入空気量Ｍｓ（ｎ）が決定される。つまり、上述したように、ここで決定される吸入空気量Ｍｓ（ｎ）に基づいて、例えば今回のサイクルにおける燃料噴射量が決定され空燃比制御が実施される。
【０１２５】
但し、Ｓ１１３に進む場合には、Ｓ１０５に進む場合と異なり、この吸入空気量Ｍｓ（ｎ）は、Ｓ１０７で上記第２の吸入空気量算出手法によって算出した吸入空気量Ｍｃ（ｎ）に上記補正量Ｄｍ（ｎ）を加算した値であるとされる。Ｓ１１３において上記吸入空気量Ｍｓ（ｎ）が決定されるとＳ１１５に進み、上述したようなそこからの制御が実施される。
【０１２６】
一方、Ｓ１１１において上記補正量Ｄｍ（ｎ）が予め定めた値Ｄｃ以上であると判定された場合には上記Ｓ１０５に進む。そしてこの場合には上記吸入空気量Ｍｓ（ｎ）はＳ１０７において上記第２の吸入空気量算出手法によって算出した吸入空気量Ｍｃ（ｎ）であるとされる。そしてその後、Ｓ１１５に進んで上述したようなそこからの制御が実施される。
【０１２７】
なお、以上の説明から理解されるように、上記Ｓ１１１における判定は、上記吸入空気量Ｍｓ（ｎ）を求めるのに際し、上記補正量Ｄｍ（ｎ）に基づいた補正を実施するか否かを決定するための判定である。すなわち、本実施形態では上記Ｓ１１１における判定によって、上記補正量Ｄｍ（ｎ）が上記予め定めた値Ｄｃ以上である場合には、上記補正を実施しないようになっている。
【０１２８】
これは、Ｓ１０９において算出される上記補正量Ｄｍ（ｎ）がかなり大きい場合には、その補正量自体の精度が充分でない可能性が高いので、そのような場合には補正を実施しない方が好ましいと考えられるからである。特に、上記第１の吸入空気量算出手法では、筒内圧センサ１５による検出値に基づいて吸入空気量Ｍairが算出されるため、センサ出力にノイズが発生した場合等に算出される吸入空気量Ｍairの精度が一時的に極端に低下する恐れがある。そのため本実施形態では、上記補正量Ｄｍ（ｎ）が大きい場合、すなわち上記予め定めた値Ｄｃ以上である場合には上記補正を実施しないようにし、制御に用いられる上記吸入空気量Ｍｓは上記第２の吸入空気量算出手法によって算出した吸入空気量Ｍｃであるとされるようになっている（Ｓ１０５）。なお、上記Ｓ１１１の判定で用いられる値Ｄｃは、以上のような趣旨及び上記第１及び第２の吸入空気量算出手法の技術的特徴等を考慮して予め適切に設定される。
【０１２９】
また、以上の説明から明らかなように、図１３に示される吸入空気量算出ルーチンが実行される場合には、内燃機関の制御のために用いる燃焼室３に吸入される空気の量Ｍｓが、上記第１の吸入空気量算出手法によって算出された燃焼室３に吸入された空気の量Ｍairと、上記第２の吸入空気量算出手法によって算出された燃焼室３に吸入される空気の量Ｍｃとに基づいて算出されていると言える。
【０１３０】
詳細にはこの場合、上記第２の吸入空気量算出手法によって算出された今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量Ｍｃ（ｎ）が、上記第１の吸入空気量算出手法によって算出された前回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入された空気の量Ｍair(ｎ−１)に基づいて補正されることによって、より詳細には上記第１の吸入空気量算出手法によって算出された前回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入された空気の量Ｍair(ｎ−１)と上記第２の吸入空気量算出手法によって算出された前回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入された空気の量Ｍｃ（ｎ−１）との差Ｄｍ（ｎ）に基づいて補正されることによって、内燃機関の制御のために用いる今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量Ｍｓ（ｎ）が算出されている。
【０１３１】
そしてこのようにすると、上記第１の吸入空気量算出手法の算出結果である吸入空気量Ｍairを有効に利用して、内燃機関の制御のために用いる吸入空気量Ｍｓをより精度よく求めることが可能となる。
【０１３２】
また、上述したように図１３に示される吸入空気量算出ルーチンが実行される場合、上記第１の吸入空気量算出手法によって算出された前回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入された空気の量Ｍair(ｎ−１)と上記第２の吸入空気量算出手法によって算出された前回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入された空気の量Ｍｃ（ｎ−１）との差Ｄｍ（ｎ）が予め定めた値Ｄｃ以上である場合には、上記第２の吸入空気量算出手法によって算出された今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量Ｍｃ（ｎ）を上記差Ｄｍ（ｎ）に基づいて補正することによって今回のサイクルにおいて燃焼室３に吸入される空気の量Ｍｓ（ｎ）を算出することが禁止されるようになっている。
【０１３３】
上述したように上記差Ｄｍ（ｎ）がかなり大きい場合には、そのＤｍ（ｎ）の値自体の精度が充分でない可能性が高いので、そのような場合には補正を実施しない方が好ましいと考えられる。したがって、上記予め定めた値Ｄｃを適切に設定することにより、上述のように上記差Ｄｍ（ｎ）がその値Ｄｃ以上である場合に上記吸入空気量Ｍｃ（ｎ）を上記差Ｄｍ（ｎ）に基づいて補正して上記吸入空気量Ｍｓ（ｎ）を算出するのを禁止することによって、不適切な補正が行われて上記吸入空気量Ｍｓ（ｎ）の算出精度が却って低下してしまうのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明による制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】図１の内燃機関における吸入空気量算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図３】バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力とバルブオーバーラップ直前または開始時の所定のタイミングにおける筒内圧力との比と、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力と排気ガスの圧力との比との関係を例示するグラフである。
【図４】バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力とバルブオーバーラップ直前または開始時の所定のタイミングにおける筒内圧力との比と、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力と排気ガスの圧力との比との関係を例示するグラフである。
【図５】バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力を筒内圧力に基づいて推定するルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図６】図６は、吸入空気量モデルを示す図である。
【図７】図７は、スロットルバルブ開度と流量係数との関係を示す図である。
【図８】図８は、関数Φ（Ｐｓ／Ｐａ）を示す図である。
【図９】図９は、スロットルモデルの基本概念を示す図である。
【図１０】図１０は、吸気管モデルの基本概念を示す図である。
【図１１】図１１は、吸気弁モデルの基本概念を示す図である。
【図１２】図１２は、吸入空気量Ｍｃ及び燃焼室内吸入空気流量ｍｃの定義に関する図である。
【図１３】本発明の他の実施形態における吸入空気量算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３５】
１    内燃機関
３    燃焼室
１４    クランク角センサ
１５    筒内圧センサ
１６    吸気圧センサ
２０    ＥＣＵ
Ｖｅ    排気弁
Ｖｉ    吸気弁
ＶＭ    動弁機構
【図１】
2006132526.tif 000026
【図２】
2006132526.tif 000027
【図３】
2006132526.tif 000028
【図４】
2006132526.tif 000029
【図５】
2006132526.tif 000030
【図６】
2006132526.tif 000031
【図７】
2006132526.tif 000032
【図８】
2006132526.tif 000033
【図９】
2006132526.tif 000034
【図１０】
2006132526.tif 000035
【図１１】
2006132526.tif 000036
【図１２】
2006132526.tif 000037
【図１３】
2006132526.tif 000038