(57)【要約】【課題】  過給機を備える内燃機関において計算負荷を増大させることなく筒内空気量を高い精度にて推定することが可能な内燃機関の空気量推定装置を提供すること。【解決手段】  この空気量推定装置は、スロットル弁開度が閾値より小さいと判定したとき、インタークーラ部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたインタークーラモデルと、吸気管部内の空気に関する保存則に基づいて構築された吸気管モデルと、に基づいて吸気管部内の空気の圧力である吸気管部内圧力を推定し（ステップ１２３０）、一方、スロットル弁開度が閾値より大きいと判定したとき、インタークーラ部と吸気管部とを一の空間とみなした結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたインタークーラ吸気管結合モデルに基づいて吸気管部内圧力を推定する（ステップ１２５５）。更に、この空気量推定装置は、推定された吸気管部内圧力に基づいて筒内空気量を推定する。【選択図】  図１２
2006152899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、前記過給機の下流にて前記吸気通路内に配置され同吸気通路内を通流する空気の量を変更するように開度を調整可能なスロットル弁と、前記スロットル弁の下流にて前記吸気通路と前記気筒との接続部を連通状態又は遮断状態にする吸気弁と、を備える内燃機関に適用され、
前記吸気通路内を通流する空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を推定する内燃機関の空気量推定装置であって、
前記過給機から前記スロットル弁までの前記吸気通路であるスロットル弁上流部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルであるスロットル弁上流部モデルと、同スロットル弁から前記吸気弁までの同吸気通路であるスロットル弁下流部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルであるスロットル弁下流部モデルと、に基づいて同スロットル弁上流部内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力及び同スロットル弁下流部内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力をそれぞれ推定する第１圧力推定手段と、
前記過給機から前記吸気弁までの前記吸気通路である結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルである結合部モデルに基づいて同結合部内の空気の圧力である結合部内圧力を前記スロットル弁上流圧力及び前記スロットル弁下流圧力として推定する第２圧力推定手段と、
前記スロットル弁の開度が所定の閾値スロットル弁開度より大きいというスロットル弁開度条件を含む選択条件を満足するか否かを判定する選択条件判定手段と、
前記選択条件を満足しないと判定されるときは、前記第１圧力推定手段により推定された前記スロットル弁下流圧力に基づいて前記筒内空気量を推定し、一方、同選択条件を満足すると判定されるときは、前記第２圧力推定手段により推定された同スロットル弁下流圧力に基づいて同筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段と、
を備えた内燃機関の空気量推定装置。
【請求項２】
外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、前記過給機の下流にて前記吸気通路内に配置され同吸気通路内を通流する空気の量を変更するように開度を調整可能なスロットル弁と、前記スロットル弁の下流にて前記吸気通路と前記気筒との接続部を連通状態又は遮断状態にする吸気弁と、を備える内燃機関に適用され、
前記吸気通路内を通流する空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を推定する内燃機関の空気量推定装置であって、
所定の第１時点の前記スロットル弁の開度を推定するスロットル弁開度推定手段と、
前記第１時点における前記過給機から前記スロットル弁までの前記吸気通路であるスロットル弁上流部内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力と、同第１時点における前記スロットル弁から前記吸気弁までの前記吸気通路であるスロットル弁下流部内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力と、前記推定された同第１時点のスロットル弁の開度と、に基づいて同第１時点において同スロットル弁の周囲を通過して同スロットル弁上流部から同スロットル弁下流部へ流入する空気の流量であるスロットル通過空気流量を推定するスロットル通過空気流量推定手段と、
前記推定された第１時点のスロットル通過空気流量と、前記スロットル弁上流部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルであるスロットル弁上流部モデルと、前記スロットル弁下流部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルであるスロットル弁下流部モデルと、同第１時点のスロットル弁上流圧力と、同第１時点のスロットル弁下流圧力と、に基づいて同第１時点より先の第２時点の同スロットル弁上流圧力及び同スロットル弁下流圧力をそれぞれ推定する第１圧力推定手段と、
前記第１時点のスロットル弁上流圧力と、前記第１時点のスロットル弁下流圧力と、に基づいて前記第１時点における前記過給機から前記吸気弁までの前記吸気通路である結合部内の空気の圧力である結合部内圧力を推定し、同推定された第１時点の結合部内圧力と、同結合部内において同結合部内圧力が一様であることを仮定して同結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルである結合部モデルと、に基づいて前記第２時点の同結合部内圧力を同第２時点の前記スロットル弁上流圧力及び前記スロットル弁下流圧力として推定する第２圧力推定手段と、
前記推定された第１時点のスロットル弁の開度が所定の閾値スロットル弁開度より大きいというスロットル弁開度条件を含む選択条件を満足するか否かを判定する選択条件判定手段と、
前記選択条件を満足しないと判定されるときは、前記第１圧力推定手段により推定された前記第２時点のスロットル弁下流圧力に基づいて同第２時点の筒内空気量を推定し、一方、同選択条件を満足すると判定されるときは、前記第２圧力推定手段により推定された同第２時点のスロットル弁下流圧力に基づいて同第２時点の筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段と、
を備えた内燃機関の空気量推定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の空気量推定装置において、
前記スロットル弁開度条件における前記閾値スロットル弁開度は、エンジン回転速度が大きくなるにつれて大きくなるように設定される内燃機関の空気量推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の内燃機関の空気量推定装置において、
前記選択条件は、前記スロットル弁上流圧力と前記スロットル弁下流圧力との差が所定の値より小さいという圧力差条件を含む内燃機関の空気量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒内に導入されている空気の量を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、過給機を備える内燃機関の気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を吸気通路内の空気の挙動を表す物理モデルを使用して推定する空気量推定装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特表２００１−５１６４２１号公報
【０００３】
このような従来の装置の１つは、スロットル弁の下流における空気の圧力であり時間tの経過とともに変化するスロットル弁下流圧力P(t)の時間微分項dP(t)/dtを単位時間あたりにスロットル弁の周囲を通過する空気の量であり時間tの経過とともに変化するスロットル通過空気流量mt(t)を変数とした関数f(mt(t))により表す微分方程式（dP(t)/dt＝f(mt(t))）に基づいてスロットル弁下流圧力を推定する。更に、従来の装置は、推定されたスロットル弁下流圧力に基づいて、筒内空気量を推定する。
【０００４】
ところで、この種の装置は、一般に、四則演算を主とした数値計算を行うマイクロコンピュータにより筒内空気量を推定する。従って、上記微分方程式に基づいてスロットル弁下流圧力を推定するためには、同微分方程式を近似的に表し四則演算により解を求めることが可能な数式を使用する必要がある。このような数式は、微分方程式を離散化することにより導出される。この離散化の手法として差分法が有用であることが知られている。
【０００５】
差分法によれば、スロットル弁下流圧力P(t)の時間微分項dP(t)/dtは、ある時刻t1におけるスロットル弁下流圧力P(t1)と、同時刻t1から所定のタイムステップΔtだけ後の時刻t2におけるスロットル弁下流圧力P(t2)と、の差（P(t2)−P(t1)、即ち、時刻t1から時刻t2までの時間におけるスロットル弁下流圧力P(t)の変化量）を同タイムステップΔt（＝t2−t1）により除した値により置き換えられる。更に、上記微分方程式の右辺の関数f(mt(t))の値は、時刻t1におけるスロットル通過空気流量mt(t1)を用いて得られる関数f(mt(t1))の値により置き換えられる。これらの近似により上記微分方程式は下記(1)式のように表され、同(1)式から下記(2)式が導出される。
｛P(t2)−P(t1)｝／Δt＝f(mt(t1))  …(1)
P(t2)＝P(t1)＋Δt・f(mt(t1))  …(2)
【０００６】
一方、上記微分方程式の両辺を時刻t1から時刻t2まで積分すれば、同微分方程式の数学的に厳密な解である厳密解を与える下記(3)式が導出される。
P(t2)＝P(t1)＋∫f(mt(t))dt  （積分区間：t1≦t≦t2）  …(3)
【０００７】
上記(2)式及び上記(3)式から、同(2)式により求められるスロットル弁下流圧力P(t2)と、同(3)式により求められるスロットル弁下流圧力P(t2)と、が一致する条件は、同(2)式の積Δt・f(mt(t1))と、同(3)式の時刻t1から時刻t2までの関数f(mt(t))の積分値と、が等しい場合である。換言すれば、積Δt・f(mt(t1))と、時刻t1から時刻t2までの関数f(mt(t))の積分値と、が等しい場合とは、関数の値f(mt(t1))と、時刻t1から時刻t2までの関数f(mt(t))の平均値と、が等しい場合である。
【０００８】
従って、上記タイムステップΔtの間にスロットル弁下流圧力の時間微分値を表す関数f(mt(t))の実際の値が大きく変化しなければ、上記従来の装置によりスロットル弁下流圧力を高い精度にて推定することができる。
【０００９】
そこで、スロットル通過空気流量mt(t)について検討すると、図１は、スロットル弁下流圧力P(t)に対するスロットル通過空気流量mt(t)の変化を示している。図１の点線の曲線Ｌ１は、スロットル弁開度が小さい場合の同変化を示し、一方、実線の曲線Ｌ２は、スロットル弁開度が大きい場合の同変化を示している。図１の点ＰＵは、スロットル弁の上流における空気の圧力（スロットル弁上流圧力）を示している。
【００１０】
スロットル弁開度が小さい場合、運転状態（負荷等）が変化しない状態（定常状態）が続くと、スロットル弁下流圧力P(t)は、スロットル弁上流圧力ＰＵより比較的小さい定常値ＰＬに収束する。このとき、運転状態が変化すると、スロットル弁下流圧力P(t)は、図１の曲線Ｌ１上の範囲Ａ内を主として変化する。即ち、スロットル弁下流圧力P(t)の変化量に対するスロットル通過空気流量mt(t)の変化量は非常に小さい。従って、スロットル弁下流圧力P(t)の時間微分値を表す関数f(mt(t))の実際の値が大きく変化しないので、上記従来の装置により同スロットル弁下流圧力が高い精度にて推定される。
【００１１】
一方、スロットル弁開度が大きい場合に、定常状態が続くと、スロットル弁下流圧力P(t)は、スロットル弁上流圧力ＰＵと略等しい定常値ＰＨに収束する。このとき、運転状態が変化すると、スロットル弁下流圧力P(t)は、図１の曲線Ｌ２上の範囲Ｂ内を主として変化する。即ち、スロットル弁下流圧力P(t)の変化量に対するスロットル通過空気流量mt(t)の変化量は非常に大きい。従って、スロットル弁下流圧力P(t)の時間微分値を表す関数f(mt(t))の実際の値が大きく変化するので、上記従来の装置により同スロットル弁下流圧力を高い精度にて推定することができないという問題があった。
【００１２】
これに対処するため、上記(2)式におけるタイムステップΔtを小さくして同(2)式の計算を行うことが考えられる。しかしながら、タイムステップΔtが小さくなるほど、マイクロコンピュータの計算負荷が増大するという問題がある。
【発明の開示】
【００１３】
本発明は上述した課題に対処するためになされたものであって、その目的は、過給機を備える内燃機関において計算負荷を増大させることなく筒内空気量を高い精度にて推定することが可能な内燃機関の空気量推定装置を提供することにある。
【００１４】
かかる目的を達成するため本発明の空気量推定装置は、
外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、前記過給機の下流にて前記吸気通路内に配置され同吸気通路内を通流する空気の量を変更するように開度を調整可能なスロットル弁と、前記スロットル弁の下流にて前記吸気通路と前記気筒との接続部（吸気ポート）を連通状態又は遮断状態にする吸気弁と、を備える内燃機関に適用され、
前記吸気通路内を通流する空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を推定する。
【００１５】
即ち、前記空気量推定装置は、第１圧力推定手段と、第２圧力推定手段と、選択条件判定手段と、筒内空気量推定手段と、を備える。
第１圧力推定手段は、前記過給機から前記スロットル弁までの前記吸気通路であるスロットル弁上流部内の空気に関する保存則（質量保存則及びエネルギー保存則）に基づいて構築された物理モデルであるスロットル弁上流部モデルと、同スロットル弁から前記吸気弁までの同吸気通路であるスロットル弁下流部内の空気に関する保存則（質量保存則及びエネルギー保存則）に基づいて構築された物理モデルであるスロットル弁下流部モデルと、に基づいて同スロットル弁上流部内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力及び同スロットル弁下流部内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力をそれぞれ推定する。
【００１６】
第２圧力推定手段は、前記過給機から前記吸気弁までの前記吸気通路である結合部内の空気に関する保存則（質量保存則及びエネルギー保存則）に基づいて構築された物理モデルである結合部モデルに基づいて同結合部内の空気の圧力である結合部内圧力を前記スロットル弁上流圧力及び前記スロットル弁下流圧力として推定する。
【００１７】
選択条件判定手段は、前記スロットル弁の開度（スロットル弁開度）が所定の閾値スロットル弁開度より大きいというスロットル弁開度条件を含む選択条件を満足するか否かを判定する。
筒内空気量推定手段は、前記選択条件を満足しないと判定されるときは、前記第１圧力推定手段により推定された前記スロットル弁下流圧力に基づいて前記筒内空気量を推定し、一方、同選択条件を満足すると判定されるときは、前記第２圧力推定手段により推定された同スロットル弁下流圧力に基づいて同筒内空気量を推定する。
【００１８】
また、より具体的には、本発明の空気量推定装置は、
外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、前記過給機の下流にて前記吸気通路内に配置され同吸気通路内を通流する空気の量を変更するように開度を調整可能なスロットル弁と、前記スロットル弁の下流にて前記吸気通路と前記気筒との接続部（吸気ポート）を連通状態又は遮断状態にする吸気弁と、を備える内燃機関に適用され、
前記吸気通路内を通流する空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を推定する。
【００１９】
即ち、前記空気量推定装置は、スロットル弁開度推定手段と、スロットル通過空気流量推定手段と、第１圧力推定手段と、第２圧力推定手段と、選択条件判定手段と、筒内空気量推定手段と、を備える。
スロットル弁開度推定手段は、所定の第１時点の前記スロットル弁の開度を推定する。
【００２０】
スロットル通過空気流量推定手段は、前記第１時点における前記過給機から前記スロットル弁までの前記吸気通路であるスロットル弁上流部内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力と、同第１時点における前記スロットル弁から前記吸気弁までの前記吸気通路であるスロットル弁下流部内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力と、前記推定された同第１時点のスロットル弁の開度と、に基づいて同第１時点において同スロットル弁の周囲を通過して同スロットル弁上流部から同スロットル弁下流部へ流入する空気の流量であるスロットル通過空気流量を推定する。
【００２１】
第１圧力推定手段は、前記推定された第１時点のスロットル通過空気流量と、前記スロットル弁上流部内の空気に関する保存則（質量保存則及びエネルギー保存則）に基づいて構築された物理モデルであるスロットル弁上流部モデルと、前記スロットル弁下流部内の空気に関する保存則（質量保存則及びエネルギー保存則）に基づいて構築された物理モデルであるスロットル弁下流部モデルと、同第１時点のスロットル弁上流圧力と、同第１時点のスロットル弁下流圧力と、に基づいて同第１時点より先の第２時点の同スロットル弁上流圧力及び同スロットル弁下流圧力をそれぞれ推定する。
【００２２】
第２圧力推定手段は、前記第１時点のスロットル弁上流圧力と、前記第１時点のスロットル弁下流圧力と、に基づいて前記第１時点における前記過給機から前記吸気弁までの前記吸気通路である結合部内の空気の圧力である結合部内圧力を推定し、同推定された第１時点の結合部内圧力と、同結合部内において同結合部内圧力が一様であることを仮定して同結合部内の空気に関する保存則（質量保存則及びエネルギー保存則）に基づいて構築された物理モデルである結合部モデルと、に基づいて前記第２時点の同結合部内圧力を同第２時点の前記スロットル弁上流圧力及び前記スロットル弁下流圧力として推定する。
【００２３】
選択条件判定手段は、前記推定された第１時点のスロットル弁の開度が所定の閾値スロットル弁開度より大きいというスロットル弁開度条件を含む選択条件を満足するか否かを判定する。
【００２４】
筒内空気量推定手段は、前記選択条件を満足しないと判定されるときは、前記第１圧力推定手段により推定された前記第２時点のスロットル弁下流圧力に基づいて同第２時点の筒内空気量を推定し、一方、同選択条件を満足すると判定されるときは、前記第２圧力推定手段により推定された同第２時点のスロットル弁下流圧力に基づいて同第２時点の筒内空気量を推定する。
【００２５】
これによれば、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さいときは、過給機からスロットル弁までの吸気通路であるスロットル弁上流部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたスロットル弁上流部モデルと、スロットル弁から吸気弁までの吸気通路であるスロットル弁下流部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたスロットル弁下流部モデルと、に基づいてスロットル弁下流部内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力が推定される。一方、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいときは、過給機から吸気弁までの吸気通路である結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築された結合部モデルに基づいてスロットル弁下流圧力が推定される。更に、いずれの場合も、推定されたスロットル弁下流圧力に基づいて筒内空気量が推定される。
【００２６】
これにより、スロットル弁開度が比較的大きいためにスロットル弁上流部内の空気の圧力（スロットル弁上流圧力）やスロットル弁下流圧力の変化によりスロットル弁の周囲を通過する空気の流量であるスロットル通過空気流量が短い時間内に大きく変化しやすい状態において、スロットル通過空気流量を所定時間の間一定であると仮定することを必要としない結合部モデルによりスロットル弁下流圧力を推定することができるので、計算負荷を増大させることなく、同スロットル弁下流圧力を高い精度にて推定することができる。この結果、筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【００２７】
この場合、前記スロットル弁開度条件における前記閾値スロットル弁開度は、エンジン回転速度が大きくなるにつれて大きくなるように設定されることが好適である。
【００２８】
前述したように、本発明に係る内燃機関の空気量推定装置は、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいときに、上記結合部モデルを使用してスロットル弁下流圧力を推定する。ところで、エンジン回転速度が大きくなるにつれて単位時間あたりに気筒内に導入される空気の量（筒内空気流量）が増加するので、スロットル弁開度が一定であっても、スロットル弁上流圧力とスロットル弁下流圧力との差（スロットル弁上下流圧力差）は増加する。
【００２９】
従って、エンジン回転速度にかかわらず閾値スロットル弁開度を一定とした場合、スロットル弁上下流圧力差が大きい状態において、上記結合部モデルを使用するときがある。このような場合には、上記結合部モデルを構築する際に使用される仮定（スロットル弁上流圧力とスロットル弁下流圧力とが略等しいとする仮定）が実際には成立していないので、高い精度にてスロットル弁下流圧力を推定することはできない。
【００３０】
これに対し、上記構成によれば、エンジン回転速度が大きくなるにつれて閾値スロットル弁開度も大きくなるように設定されているので、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいときには、エンジン回転速度にかかわらずスロットル弁上下流圧力差は十分に小さくなっている。従って、上記仮定が成立するので、上記結合部モデルを使用することによりスロットル弁下流圧力を高い精度にて推定することができる。
【００３１】
この場合、前記選択条件は、前記スロットル弁上流圧力と前記スロットル弁下流圧力との差が所定の値より小さいという圧力差条件を含むことが好適である。
【００３２】
スロットル弁上流圧力及びスロットル弁下流圧力は、スロットル弁開度が変化すると、時間的な遅れを伴って変化する。従って、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいにもかかわらず、スロットル弁上流圧力及びスロットル弁下流圧力が互いに大きく相違する場合がある。この場合、上記結合部モデルを使用すると、同結合部モデルを構築する際に使用される仮定（スロットル弁上流圧力とスロットル弁下流圧力とが略等しいとする仮定）が実際には成立していないので、高い精度にてスロットル弁下流圧力を推定することはできない。
【００３３】
これに対し、上記構成によれば、スロットル弁上下流圧力差が所定の値より小さい場合にのみ上記結合部モデルが使用される。従って、上記仮定が成立する場合にのみ上記結合部モデルを使用するので、スロットル弁下流圧力をより一層高い精度にて推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明による内燃機関の空気量推定装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態に係る前記空気量推定装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図２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。
【００３５】
この内燃機関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に燃料と空気とからなる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。
【００３６】
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、ピストン２２のヘッド及びシリンダヘッド部３０は、燃焼室（気筒）２５を形成している。
【００３７】
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を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置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３６、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３９を備えている。
【００３８】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１に連通したサージタンク４２、サージタンク４２に一端が接続され吸気ポート３１とインテークマニホールド４１とサージタンク４２とともに吸気通路を形成する吸気ダクト４３、吸気ダクト４３の他端部から下流（サージタンク４２）に向けて順に吸気ダクト４３に配設されたエアフィルタ４４、過給機９１のコンプレッサ９１ａ、インタークーラ４５、スロットル弁４６及びスロットル弁アクチュエータ４６ａを備えている。なお、コンプレッサ９１ａの出口（下流）からスロットル弁４６までの吸気通路は、インタークーラ４５とともに、スロットル弁上流部としてのインタークーラ部を構成している。更に、スロットル弁４６から吸気弁３２までの吸気通路は、スロットル弁下流部としての吸気管部を構成している。また、コンプレッサ９１ａの出口（下流）から吸気弁３２までの吸気通路（インタークーラ部及び吸気管部）は、結合部を構成している。
【００３９】
インタークーラ４５は空冷式であって、吸気通路を通流する空気を内燃機関１０の外部の空気により冷却するようになっている。
【００４０】
スロットル弁４６は吸気ダクト４３に回転可能に支持され、スロットル弁アクチュエータ４６ａにより駆動されることにより開度が調整できるようになっている。これにより、スロットル弁４６は、吸気ダクト４３の通路断面積を可変とするようになっている。スロットル弁４６の開度（スロットル弁開度）は、通路断面積を最小とする状態におけるスロットル弁４６の位置から回転した角度により定義される。
【００４１】
ＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４６ａは、後述する電気制御装置７０が後述する電子制御スロットル弁ロジックの機能を達成することにより送出される駆動信号に応じて、実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θttとなるようにスロットル弁４６を駆動するようになっている。
【００４２】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通し同排気ポート３４とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを含む排気管５１、排気管５１内に配設された過給機９１のタービン９１ｂ及びタービン９１ｂの下流の排気管５１に配設された三元触媒装置５２を備えている。
【００４３】
このような配置により、過給機９１のタービン９１ｂは排ガスのエネルギーにより回転する。更に、タービン９１ｂは、シャフトを介して吸気系統４０のコンプレッサ９１ａと連結されている。これにより、吸気系統４０のコンプレッサ９１ａがタービン９１ｂと一体となって回転して吸気通路内の空気を圧縮する。即ち、過給機９１は、排ガスのエネルギーを利用して内燃機関１０に空気を過給するようになっている。
【００４４】
一方、このシステムは、圧力センサ６１、温度センサ６２、コンプレッサ回転速度検出手段としてのコンプレッサ回転速度センサ６３、カムポジションセンサ６４、クランクポジションセンサ６５、運転状態量取得手段としてのアクセル開度センサ６６及び電気制御装置７０を備えている。
【００４５】
圧力センサ６１は、エアフィルタ４４とコンプレッサ９１ａの間の吸気ダクト４３に配設されている。圧力センサ６１は、吸気ダクト４３内の空気の圧力を検出し、コンプレッサ９１ａの上流の吸気通路内の空気の圧力である吸気圧力Paを表す信号を出力するようになっている。温度センサ６２は、エアフィルタ４４とコンプレッサ９１ａの間の吸気ダクト４３に配設されている。温度センサ６２は、吸気ダクト４３内の空気の温度を検出し、コンプレッサ９１ａの上流の吸気通路内の空気の温度である吸気温度Taを表す信号を出力するようになっている。コンプレッサ回転速度センサ６３は、コンプレッサ９１ａの回転軸が３６０°回転する毎に信号を出力するようになっている。この信号は、コンプレッサ回転速度Ncmを表す。カムポジションセンサ６４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。クランクポジションセンサ６５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。アクセル開度センサ６６は、運転者によって操作されるアクセルペダル６７の操作量を検出し、同アクセルペダルの操作量（アクセルペダル操作量）Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００４６】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に記憶するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを記憶するとともに同記憶したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４及びＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６６と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６６からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９及びスロットル弁アクチュエータ４６ａに駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００４７】
次に、上記のように構成された内燃機関の空気量推定装置がどのように筒内空気量を推定するかについて説明する。
【００４８】
この空気量推定装置が適用される内燃機関１０においては、インジェクタ３９は吸気弁３２の上流に配置されているので、吸気弁３２が閉弁することにより吸気行程が終了する時点（吸気弁閉弁時）までに燃料が噴射されなければならない。従って、気筒内に形成される混合気の空燃比を目標とする空燃比と一致させる噴射燃料量を決定するためには、この空気量推定装置は、燃料噴射前の所定の時点にて吸気弁閉弁時における筒内空気量を推定する必要がある。
【００４９】
そこで、この空気量推定装置は、エネルギー保存則、運動量保存則及び質量保存則などの物理法則に基づいて構築された物理モデルを用いて現時点より先の時点のインタークーラ部内の空気の圧力及び温度と、吸気管部内の空気の圧力及び温度と、を推定し、同推定した先の時点のインタークーラ部内の空気の圧力及び温度と、吸気管部内の空気の圧力及び温度と、に基づいて、同先の時点の筒内空気量を推定する。
【００５０】
この空気量推定装置は、図３（Ａ）に示したように、スロットル弁開度が所定の閾値スロットル弁開度より小さいとき、上記先の時点のインタークーラ部内の空気の圧力Pic及び温度Ticと、吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmと、を推定するための物理モデルとして、インタークーラ部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデル（後述するインタークーラモデルＭ５）と、吸気管部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデル（後述する吸気管モデルＭ６）と、を採用する。
【００５１】
一方、スロットル弁開度が上記閾値スロットル弁開度より大きいときは、上述したように、インタークーラ部内の空気の圧力や吸気管部内の空気の圧力の変化によりスロットル弁４６の周囲を通過する空気の流量（スロットル通過空気流量）が短い時間内に大きく変化しやすい。そこで、この空気量推定装置は、図３（Ｂ）に示したように、スロットル弁開度が上記閾値スロットル弁開度より大きいとき、上記先の時点のインタークーラ部内の空気の圧力Pic及び温度Ticと、吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmと、を推定するための物理モデルとして、結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデル（後述するインタークーラ吸気管結合モデル（ＩＣ吸気管結合モデル）Ｍ８）を採用する。
【００５２】
このように、この空気量推定装置は、スロットル弁開度の大きさに応じて、物理モデルを選択し、選択した物理モデルを用いて筒内空気量を推定することにより、筒内空気量を高い精度にて推定するものである。
【００５３】
より具体的に述べると、この空気量推定装置は、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さいとき、図４に示した電子制御スロットル弁モデルＭ１、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、コンプレッサモデルＭ４、インタークーラモデル（スロットル弁上流部モデル）Ｍ５、吸気管モデル（スロットル弁下流部モデル）Ｍ６、吸気弁モデルＭ７及び電子制御スロットル弁ロジックＡ１を用いて筒内空気量を推定する。
【００５４】
一方、この空気量推定装置は、スロットル弁開度が上記閾値スロットル弁開度より大きいとき、図５に示した電子制御スロットル弁モデルＭ１、吸気弁モデルＭ３、コンプレッサモデルＭ４、吸気弁モデルＭ７、ＩＣ吸気管結合モデル（結合部モデル）Ｍ８及び電子制御スロットル弁ロジックＡ１を用いて筒内空気量を推定する。この場合、図４におけるスロットルモデルＭ２、インタークーラモデルＭ５及び吸気管モデルＭ６が、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８により置換されている。
【００５５】
なお、モデルＭ２〜Ｍ８（スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、コンプレッサモデルＭ４、インタークーラモデルＭ５、吸気管モデルＭ６、吸気弁モデルＭ７及びＩＣ吸気管結合モデルＭ８）は、ある時点における空気の挙動を表すように上記物理法則に基づいて導き出された数式（以下、「一般化された数式」とも言う。）により表される。
【００５６】
このため、一般化された数式において使用される値（変数）は、求めたい値が「ある時点」の値であるならば、すべて「ある時点」の値でなくてはならない。即ち、例えば、あるモデルがｙ＝ｆ（ｘ）という一般化された数式により表されているとき、現時点より先の特定の時点のｙの値を求めるには、変数ｘを同先の特定の時点の値としなければならない。
【００５７】
ところで、前述したように、この空気量推定装置により求めたい筒内空気量は、現時点（演算時点）より先の時点の値である。従って、後述するようにモデルＭ２〜Ｍ８にて使用するスロットル弁開度θt、コンプレッサ回転速度Ncm、吸気圧力Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVT等の値は、すべて現時点より先の時点の値とする必要がある。
【００５８】
このため、この空気量推定装置は、目標とするスロットル弁開度を決定した時点から、その決定した目標とするスロットル弁開度となるようにスロットル弁４６を制御するタイミングを遅延させることにより、現時点より先の時点（現時点から現時点より先のスロットル弁開度推定可能時点（本例では、現時点から遅延時間TDだけ経過した後の時点）までの時点）のスロットル弁開度を推定する。
【００５９】
また、コンプレッサ回転速度Ncm、吸気圧力Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTは、現時点から筒内空気量が推定される先の時点までの短い時間内ではそれほど大きく変化しない。従って、この空気量推定装置は、上記一般化された数式において、上記先の時点のコンプレッサ回転速度Ncm、吸気圧力Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTとして、現時点のコンプレッサ回転速度Ncm、吸気圧力Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTをそれぞれ採用する。
【００６０】
以上のように、この空気量推定装置は、推定された現時点より先の時点のスロットル弁開度θtと、現時点のコンプレッサ回転速度Ncm、吸気圧力Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと、上記モデルＭ２〜Ｍ８と、に基づいて同先の時点の筒内空気量を推定する。
【００６１】
また、後述するように、この空気量推定装置が使用する上記モデルＭ２〜Ｍ８を表す一般化された数式の一部は、インタークーラ部内の空気の圧力Pic及び温度Tic並びに吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tm等（状態量）に関する時間微分項を含む。この時間微分項を含む数式を用いて現時点より先の時点の筒内空気量を推定するために、この空気量推定装置は、差分法により同数式を離散化し、離散化された数式を使用することにより、ある時点における状態量に基づいて、同時点より所定の微小時間（タイムステップΔt）後の先の時点における状態量を推定する。
【００６２】
そして、この空気量推定装置は、このような推定を繰り返すことにより、更に先の時点における状態量を推定する。即ち、この空気量推定装置は、上記モデルＭ２〜Ｍ８を使用した状態量の推定を反復して行うことにより、上記微小時間毎の状態量を順次推定するものである。なお、以下の説明において、(k-1)が付された各状態量を表す変数は、k-1回目の推定時（前回の演算時点）に推定されたそれぞれの状態量を表す変数である。また、(k)が付された各状態量を表す変数は、k回目の推定時（今回の演算時点）に推定されたそれぞれの状態量を表す変数である。
【００６３】
以下、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さいとき、この空気量推定装置が使用する図４に示した各モデル及びロジックについて、具体的に説明する。なお、以下に述べるスロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、吸気管モデルＭ６及び吸気弁モデルＭ７を表す式の導出は周知であるため（特開２００１−４１０９５号公報及び特開２００３−１８４６１３号公報を参照。）、本明細書においては詳細な説明を省略する。
【００６４】
（電子制御スロットル弁モデルＭ１と電子制御スロットル弁ロジックＡ１）
電子制御スロットル弁モデルＭ１は、電子制御スロットル弁ロジックＡ１と協働して、現時点までのアクセルペダル操作量Accpに基づいて上記スロットル弁開度推定可能時点までのスロットル弁開度θtを推定するモデルである。
【００６５】
具体的に述べると、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、図６に示したアクセルペダル操作量Accpと目標スロットル弁開度θttとの関係を規定するテーブル及びアクセル開度センサ６６により検出された実際のアクセルペダル操作量Accpに基づいて暫定的な目標スロットル弁開度である暫定目標スロットル弁開度θtt１を所定時間ΔTt１（本例では、２ｍｓ）の経過毎に決定する。また、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、タイムチャートである図７に示したように、この暫定目標スロットル弁開度θtt１を所定の遅延時間TD（本例では、６４ｍｓ）後の時点（スロットル弁開度推定可能時点）の目標スロットル弁開度θttとして設定する。即ち、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、所定の遅延時間TD前の時点にて決定された暫定目標スロットル弁開度θtt１を現時点の目標スロットル弁開度θttとして設定する。そして、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、現時点のスロットル弁開度θtaが現時点の目標スロットル弁開度θttとなるようにスロットル弁アクチュエータ４６ａに対して駆動信号を送出する。
【００６６】
ところで、電子制御スロットル弁ロジックＡ１から上記駆動信号がスロットル弁アクチュエータ４６ａに対して送出されると、同スロットル弁アクチュエータ４６ａの作動の遅れやスロットル弁４６の慣性などにより、実際のスロットル弁開度θtaは、ある遅れを伴って目標スロットル弁開度θttに追従する。そこで、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、下記(4)式に基づいて遅延時間TD後の時点におけるスロットル弁開度を推定（予測）する（図７を参照。）。
θte(n)＝θte(n-1)＋ΔTt１・ｇ（θtt(n)，θte(n-1))  …(4)
【００６７】
上記(4)式において、θte(n)は今回の演算時点にて新たに推定される予測スロットル弁開度θteであり、θtt(n)は今回の演算時点にて新たに設定された目標スロットル弁開度θttであり、θte(n-1)は今回の演算時点にて既に推定されていた予測スロットル弁開度θte（即ち、前回の演算時点にて新たに推定された予測スロットル弁開度θte）である。また、関数ｇ（θtt，θte)は、図８に示したように、θttとθteとの差Δθ（＝θtt−θte)が大きい程大きい値をとる関数（Δθに関して単調増加する関数ｇ）である。
【００６８】
このように、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、今回の演算時点にて上記スロットル弁開度推定可能時点（現時点から遅延時間TD後の時点）の目標スロットル弁開度θttを新たに決定するとともに、上記スロットル弁開度推定可能時点のスロットル弁開度θteを新たに推定し、上記スロットル弁開度推定可能時点までの目標スロットル弁開度θttと予測スロットル弁開度θteとを、現時点からの時間経過に対応させた形でＲＡＭ７３に記憶させる（格納する）。なお、上記駆動信号がスロットル弁アクチュエータ４６ａに対して送出された時点から殆ど遅れることなく実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θttと一致する場合には、上記(4)式に換えて式（θte(n)＝θtt(n)）を用いてスロットル弁開度を推定してもよい。
【００６９】
（スロットルモデルＭ２）
スロットルモデルＭ２は、本モデルを表す一般化された数式であり、エネルギー保存則、運動量保存則、質量保存則及び状態方程式等の物理法則に基づいて得られた下記(5)式及び下記(6)式に基づいて、スロットル弁４６の周囲を通過する空気の流量（スロットル通過空気流量）mtを推定するモデルである。下記(5)式において、Ct（θt）はスロットル弁開度θtに応じて変化する流量係数、At（θt）はスロットル弁開度θtに応じて変化するスロットル開口断面積（吸気通路内のスロットル弁４６の周囲の開口断面積）、Picはインタークーラ部内の空気の圧力であるインタークーラ部内圧力（即ち、過給機９１からスロットル弁４６までの吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力）、Pmは吸気管部内の空気の圧力である吸気管部内圧力（即ち、スロットル弁４６から吸気弁３２までの吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力）、Ticはインタークーラ部内の空気の温度であるインタークーラ部内温度（即ち、過給機９１からスロットル弁４６までの吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度）、Rは気体定数及びκは空気の比熱比（以下、κを一定値として扱う。）である。
【００７０】
【数１】
2006152899.tif 000003
【００７１】
【数２】
2006152899.tif 000004
【００７２】
ここで、上記(5)式の右辺の流量係数Ct（θt）及びスロットル開口断面積At（θt）の積Ct（θt）・At（θt）は、スロットル弁開度θtに基づいて決定できることが経験的に知られている。そこで、スロットルモデルＭ２は、スロットル弁開度θtと、値Ct（θt）・At（θt）と、の関係を規定するテーブルMAPCTATをＲＯＭ７２に記憶させていて、電子制御スロットル弁モデルＭ１により推定された予測スロットル弁開度θteに基づいて値Ct（θte）・At（θte）（＝MAPCTAT(θte)）を求める。
【００７３】
更に、スロットルモデルＭ２は、値Pm/Picと値Φ(Pm/Pic)との関係を規定するテーブルMAPΦをＲＯＭ７２に記憶させていて、後述する吸気管モデルＭ６によりk-1回目の推定時に推定された吸気管部内圧力Pm(k-1)を後述するインタークーラモデルＭ５によりk-1回目の推定時に推定されたインタークーラ部内圧力Pic(k-1)で除した値（Pm(k-1)/Pic(k-1)）と、前記テーブルMAPΦと、から値Φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))（＝MAPΦ(Pm(k-1)/Pic(k-1))）を求める。
【００７４】
スロットルモデルＭ２は、以上のように求めた値Φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))と、後述するインタークーラモデルＭ５によりk-1回目の推定時に推定されたインタークーラ部内圧力Pic(k-1)及びインタークーラ部内温度Tic(k-1)と、を上記(5)式に適用してスロットル通過空気流量mt(k-1)を求める。
【００７５】
（吸気弁モデルＭ３）
吸気弁モデルＭ３は、吸気管部内の空気の圧力である吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内の空気の温度である吸気管部内温度（即ち、スロットル弁４６から吸気弁３２までの吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁下流温度）Tm等から吸気弁３２の周囲を通過して気筒内（燃焼室２５内）に流入する空気の流量である筒内流入空気流量mcを推定するモデルである。吸気行程（吸気弁３２の閉弁時も含む）における気筒内の圧力は吸気弁３２の上流の圧力、即ち、吸気管部内圧力Pmとみなすことができるので、筒内流入空気流量mcは吸気弁閉弁時の吸気管部内圧力Pmに比例すると考えることができる。そこで、吸気弁モデルＭ３は、筒内流入空気流量mcを、本モデルを表す一般化された数式であり、経験則に基づく下記(8)式にしたがって求める。
mc＝（Ta/Tm）・（c・Pm−d）  …(8)
【００７６】
上記(8)式において、値cは比例係数及び値dは気筒内に残存していた既燃ガス量を反映した値である。値cは、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと定数cとの関係を規定するテーブルMAPC、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから求めることができる(c=MAPC(NE,VT))。吸気弁モデルＭ３は、上記テーブルMAPCをＲＯＭ７２に記憶させている。同様に、値dは、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと定数dとの関係を規定するテーブルMAPD、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから求めることができる(d=MAPD(NE,VT))。吸気弁モデルＭ３は、上記テーブルMAPDをＲＯＭ７２に記憶させている。
【００７７】
吸気弁モデルＭ３は、後述する吸気管モデルＭ６によりk-1回目の推定時に推定された吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、を上記(8)式に適用し、筒内流入空気流量mc(k-1)を推定する。
【００７８】
（コンプレッサモデルＭ４）
コンプレッサモデルＭ４は、インタークーラ部内圧力Pic、コンプレッサ回転速度Ncm等に基づいて、コンプレッサ９１ａから流出する空気（インタークーラ部に供給される空気）の流量（コンプレッサ流出空気流量）mcm及びインタークーラ部に供給される空気が過給機９１のコンプレッサ９１ａを通過する際に単位時間あたりに同コンプレッサ９１ａにより与えられるコンプレッサ付与エネルギーEcmを推定するモデルである。
【００７９】
先ず、本モデルにより推定されるコンプレッサ流出空気流量mcmについて説明する。コンプレッサ流出空気流量mcmは、インタークーラ部内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Paと、コンプレッサ回転速度Ncmと、に基づいて求められることが経験的に知られている。従って、コンプレッサ流出空気流量mcmは、インタークーラ部内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Pa及びコンプレッサ回転速度Ncmとコンプレッサ流出空気流量mcmとの関係を規定し予め実験により求められたテーブルMAPMCM、インタークーラ部内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Pa並びにコンプレッサ回転速度Ncmに基づいて求められる。
【００８０】
コンプレッサモデルＭ４は、図９に示したような上記テーブルMAPMCMをＲＯＭ７２に記憶させている。コンプレッサモデルＭ４は、後述するインタークーラモデルＭ５によりk-1回目の推定時に推定されたインタークーラ部内圧力Pic(k-1)を現時点の吸気圧力Paで除した値Pic(k-1)/Paと、コンプレッサ回転速度センサ６３により検出された現時点のコンプレッサ回転速度Ncmと、上記テーブルMAPMCMと、からコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)（＝MAPMCM(Pic(k-1)/Pa,Ncm)）を推定する。
【００８１】
なお、コンプレッサモデルＭ４は、上記テーブルMAPMCMに代えて、標準状態のインタークーラ部内圧力Picstdを標準圧力Pstdで除した値Picstd/Pstd及び同標準状態のコンプレッサ回転速度Ncmstdと、同標準状態のコンプレッサ流出空気流量mcmstdと、の関係を規定するテーブルMAPMCMSTDをＲＯＭ７２に記憶させていてもよい。ここで、標準状態は、コンプレッサ９１ａに流入する空気であるコンプレッサ流入空気の圧力が標準圧力Pstd（例えば、９６２７６Ｐａ）であるとともにコンプレッサ流入空気の温度が標準温度Tstd（例えば、３０３．０２Ｋ）である状態である。
【００８２】
この場合、コンプレッサモデルＭ４は、インタークーラ部内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Paと、コンプレッサ回転速度Ncmを下記(9)式の右辺に適用して得られる標準状態のコンプレッサ回転速度Ncmstdと、上記テーブルMAPMCMSTDと、から上記標準状態のコンプレッサ流出空気流量mcmstdを求め、同求めた標準状態のコンプレッサ流出空気流量mcmstdを下記(10)式の右辺に適用してコンプレッサ流入空気の圧力が吸気圧力Paであるとともにコンプレッサ流入空気の温度が吸気温度Taである状態のコンプレッサ流出空気流量mcmを求める。
【００８３】
【数３】
2006152899.tif 000005
【００８４】
【数４】
2006152899.tif 000006
【００８５】
次に、本モデルにより推定されるコンプレッサ付与エネルギーEcmについて説明する。コンプレッサ付与エネルギーEcmは、本モデルの一部を表す一般化された数式であり、エネルギー保存則に基づいた下記(11)式、コンプレッサ効率η、コンプレッサ流出空気流量mcm、インタークーラ部内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Pa及び吸気温度Taにより求められる。
【００８６】
【数５】
2006152899.tif 000007
【００８７】
ここで、Cpは空気の定圧比熱である。また、コンプレッサ効率ηは、コンプレッサ流出空気流量mcmと、コンプレッサ回転速度Ncmと、に基づいて推定できることが経験的に知られている。従って、コンプレッサ効率ηは、コンプレッサ流出空気流量mcm及びコンプレッサ回転速度Ncmとコンプレッサ効率ηとの関係を規定し予め実験により求められたテーブルMAPETA、コンプレッサ流出空気流量mcm及びコンプレッサ回転速度Ncmに基づいて求められる。
【００８８】
コンプレッサモデルＭ４は、図１０に示したような上記テーブルMAPETAをＲＯＭ７２に記憶させている。コンプレッサモデルＭ４は、上記推定されたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)と、コンプレッサ回転速度センサ６３により検出された現時点のコンプレッサ回転速度Ncmと、上記テーブルMAPETAと、からコンプレッサ効率η(k-1)（＝MAPETA(mcm(k-1),Ncm)）を推定する。
【００８９】
そして、コンプレッサモデルＭ４は、同推定されたコンプレッサ効率η(k-1)と、上記推定されたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)と、後述するインタークーラモデルＭ５によりk-1回目の推定時に推定されたインタークーラ部内圧力Pic(k-1)を現時点の吸気圧力Paで除した値Pic(k-1)/Paと、現時点の吸気温度Taと、を上記(11)式に適用してコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を推定する。
【００９０】
ここで、コンプレッサモデルＭ４の一部を記述した上記(11)式の導出過程について説明する。以下、コンプレッサ９１ａに流入してから流出するまでの空気のエネルギーのすべてが温度上昇に寄与する（即ち、運動エネルギーを無視する）ことを仮定する。
【００９１】
コンプレッサ９１ａに流入する空気であるコンプレッサ流入空気の流量をmi及び同コンプレッサ流入空気の温度をTiとおくとともに、コンプレッサ９１ａから流出する空気であるコンプレッサ流出空気の流量をmo及び同コンプレッサ流出空気の温度をToとおくと、コンプレッサ流入空気のエネルギーはCp・mi・Tiと表され、コンプレッサ流出空気のエネルギーはCp・mo・Toと表される。コンプレッサ流入空気のエネルギーにコンプレッサ付与エネルギーEcmを加えたエネルギーはコンプレッサ流出空気のエネルギーと等しいので、エネルギー保存則に基づく下記(12)式が得られる。
Cp・mi・Ti＋Ecm＝Cp・mo・To  …(12)
ところで、コンプレッサ流入空気の流量miはコンプレッサ流出空気の流量moと等しいので、上記(12)式から下記(13)式が得られる。
Ecm＝Cp・mo・(To−Ti)  …(13)
一方、コンプレッサ効率ηは、下記(14)式により定義される。
【００９２】
【数６】
2006152899.tif 000008
【００９３】
ここで、Piはコンプレッサ流入空気の圧力及びPoはコンプレッサ流出空気の圧力である。上記(14)式を上記(13)式に代入すると、下記(15)式が得られる。
【００９４】
【数７】
2006152899.tif 000009
【００９５】
コンプレッサ流入空気の圧力Pi及び温度Tiは、それぞれ吸気圧力Pa及び吸気温度Taと等しいと考えることができる。また、圧力は温度に比較して伝播しやすいので、コンプレッサ流出空気の圧力Poはインタークーラ部内圧力Picと等しいと考えることができる。更に、コンプレッサ流出空気の流量moはコンプレッサ流出空気流量mcmである。これらを考慮すれば、上記(15)式から上記(11)式が得られる。
【００９６】
（インタークーラモデルＭ５）
インタークーラモデルＭ５は、本モデルを表す一般化された数式であり、インタークーラ部内の空気に関する質量保存則及びエネルギー保存則にそれぞれ基づいた下記(16)式及び下記(17)式、吸気温度Ta、インタークーラ部に流入する空気の流量（即ち、コンプレッサ流出空気流量）mcm、コンプレッサ付与エネルギーEcm及びインタークーラ部から流出する空気の流量（即ち、スロットル通過空気流量）mtから、インタークーラ部内圧力Pic及びインタークーラ部内温度Ticを求めるモデルである。なお、下記(16)式及び下記(17)式において、Vicはインタークーラ部の容積である。
d(Pic/Tic）/dt＝(R/Vic)・(mcm−mt)  …(16)
dPic/dt＝κ・(R/Vic)・(mcm・Ta−mt・Tic)
＋(κ−1)/(Vic)・(Ecm−K・(Tic−Ta))  …(17)
【００９７】
インタークーラモデルＭ５は、上記(16)式及び上記(17)式をそれぞれ差分法により離散化して得られる下記(18)式及び下記(19)式と、コンプレッサモデルＭ４により取得されたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)と、スロットルモデルＭ２により取得されたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、本モデルによりk-1回目の推定時に推定されたインタークーラ部内圧力Pic(k-1)及びインタークーラ部内温度Tic(k-1)と、に基づいて最新のインタークーラ部内圧力Pic(k)及びインタークーラ部内温度Tic(k)を推定する。ただし、インタークーラ部内圧力Pic及びインタークーラ部内温度Ticの推定が一度も行われていないとき（本モデルにより１回目の推定を行うとき（本例では、内燃機関の運転開始時））、インタークーラモデルＭ５は、インタークーラ部内圧力Pic(0)及びインタークーラ部内温度Tic(0)として、吸気圧力Pa及び吸気温度Taをそれぞれ採用する。
(Pic/Tic)(k)＝(Pic/Tic)(k-1)＋Δt・(R/Vic)・(mcm(k-1)−mt(k-1))  …(18)
Pic(k)＝Pic(k-1)＋Δt・κ・(R/Vic)・(mcm(k-1)・Ta−mt(k-1)・Tic(k-1))
＋Δt・(κ−1)/(Vic)・(Ecm(k-1)−K・(Tic(k-1)−Ta))  …(19)
【００９８】
ここで、インタークーラモデルＭ５を記述した上記(16)式及び上記(17)式の導出過程について説明する。先ず、インタークーラ部内の空気に関する質量保存側に基づく(16)式について検討する。インタークーラ部内の総空気量をMとすると、総空気量Mの単位時間あたりの変化量（時間的変化）は、インタークーラ部に流入する空気の流量に相当するコンプレッサ流出空気流量mcmと、同インタークーラ部から流出する空気の流量に相当するスロットル通過空気流量mtと、の差であるから、質量保存則に基づく下記(20)式が得られる。
dM／dt＝mcm−mt  …(20)
【００９９】
また、インタークーラ部内の空気の圧力及び温度が空間的に一様であることを仮定すると、状態方程式に基づく下記(21)式が得られる。そして、上記(20)式に下記(21)式を代入して総空気量Mを消去するとともに、インタークーラ部の容積Vicが変化しないことを考慮すると、質量保存則に基づく上記(16)式が得られる。
Pic・Vic＝M・R・Tic  …(21)
【０１００】
次に、インタークーラ部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく(17)式について検討する。インタークーラ部内の空気のエネルギーM・Cv・Tic（Cvは空気の定容比熱）の単位時間あたりの変化量（d(M・Cv・Tic)/dt）は、単位時間あたりにインタークーラ部内の空気に与えられるエネルギーと、単位時間あたりに同インタークーラ部内の空気から奪われるエネルギーと、の差に等しい。以下、インタークーラ部内の空気のエネルギーのすべてが温度上昇に寄与する（即ち、運動エネルギーを無視する）ことを仮定する。
【０１０１】
上記インタークーラ部内の空気に与えられるエネルギーは、インタークーラ部に流入する空気のエネルギーである。このインタークーラ部に流入する空気のエネルギーは、コンプレッサ９１ａにより圧縮されないと仮定した場合に吸気温度Taのままインタークーラ部に流入する空気のエネルギーCp・mcm・Taと、インタークーラ部に流入する空気に過給機９１のコンプレッサ９１ａにより与えられるコンプレッサ付与エネルギーEcmと、の和に等しい。
【０１０２】
一方、上記インタークーラ部内の空気から奪われるエネルギーは、インタークーラ部から流出する空気のエネルギーCp・mt・Ticと、インタークーラ４５内の空気とインタークーラ４５の壁との間で交換されるエネルギーである熱交換エネルギーと、の和に等しい。
【０１０３】
この熱交換エネルギーは、一般的な経験則に基づく式から、インタークーラ４５内の空気の温度Ticと、インタークーラ４５の壁の温度Ticwと、の差に比例する値K・(Tic−Ticw)として求められる。ここで、Kは、インタークーラ４５の表面積と、インタークーラ４５内の空気とインタークーラ４５の壁との間の熱伝達率と、の積に応じた値である。ところで、上述したように、インタークーラ４５は、内燃機関１０の外部の空気により吸気通路内の空気を冷却するようになっているので、インタークーラ４５の壁の温度Ticwは内燃機関１０の外部の空気の温度と略等しい。従って、インタークーラ４５の壁の温度Ticwは吸気温度Taと等しいと考えることができるので、上記熱交換エネルギーは、値K・(Tic−Ta)として求められる。
【０１０４】
以上により、インタークーラ部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく下記(22)式が得られる。
d(M・Cv・Tic)／dt＝Cp・mcm・Ta−Cp・mt・Tic＋Ecm−K・(Tic-Ta)  …(22)
【０１０５】
ところで、比熱比κは下記(23)式、マイヤーの関係は下記(24)式で示されるから、上記(21)式（Pic・Vic＝M・R・Tic）、下記(23)式及び下記(24)式を用いて上記(22)式を変形することにより、上記(17)式が得られる。ここで、インタークーラ部の容積Vicは変化しないことが考慮されている。
κ＝Cp／Cv  …(23)
Cp＝Cv＋R  …(24)
【０１０６】
（吸気管モデルＭ６）
吸気管モデルＭ６は、本モデルを表す一般化された数式であり、吸気管部内の空気に関する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(25)式及び下記(26)式、吸気管部に流入する空気の流量（即ち、スロットル通過空気流量）mt、インタークーラ部内温度（スロットル弁上流温度）Tic及び吸気管部から流出する空気の流量（即ち、筒内流入空気流量）mcから、吸気管部内圧力（スロットル弁下流圧力）Pm及び吸気管部内温度（スロットル弁下流温度）Tmを求めるモデルである。なお、下記(25)式及び下記(26)式において、Vmは吸気管部（スロットル弁４６から吸気弁３２までの吸気通路）の容積である。
d(Pm/Tm）/dt＝(R/Vm)・(mt−mc)  …(25)
dPm/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Tic−mc・Tm)  …(26)
【０１０７】
吸気管モデルＭ６は、上記(25)式及び上記(26)式をそれぞれ差分法により離散化して得られる下記(27)式及び下記(28)式と、スロットルモデルＭ２により取得されたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、吸気弁モデルＭ３により取得された筒内流入空気流量mc(k-1)と、インタークーラモデルＭ５によりk-1回目の推定時に推定されたインタークーラ部内温度Tic(k-1)と、本モデルによりk-1回目の推定時に推定された吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、に基づいて最新の吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を推定する。ただし、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmの推定が一度も行われていないとき（本モデルにより１回目の推定を行うとき（本例では、内燃機関の運転開始時））、吸気管モデルＭ６は、吸気管部内圧力Pm(0)及び吸気管部内温度Tm(0)として、吸気圧力Pa及び吸気温度Taをそれぞれ採用する。
(Pm/Tm)(k)＝(Pm/Tm)(k-1)＋Δt・(R/Vm)・(mt(k-1)−mc(k-1))  …(27)
Pm(k)＝Pm(k-1)＋Δt・κ・(R/Vm)・(mt(k-1)・Tic(k-1)−mc(k-1)・Tm(k-1))  …(28)
【０１０８】
（吸気弁モデルＭ７）
吸気弁モデルＭ７は、上述の吸気弁モデルＭ３と同様のモデルを含んでいる。吸気弁モデルＭ７においては、上記吸気管モデルＭ６によりk回目の推定時に推定された最新の吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)と、現時点の吸気温度Taと、を本モデルを表す一般化された数式であり上記経験則に基づく(8)式（mc＝（Ta/Tm）・（c・Pm−d））に適用して最新の筒内流入空気流量mc(k)を求める。そして、吸気弁モデルＭ７は、求めた筒内流入空気流量mc(k)に現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから算出される吸気弁３２が開弁してから閉弁するまでの時間（吸気弁開弁時間）Tintを乗じることにより推定される筒内空気量である予測筒内空気量KLfwdを求める。
【０１０９】
以上のように、この空気量推定装置は、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さいとき、インタークーラ部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたインタークーラモデルＭ５と、吸気管部内の空気に関する保存則に基づいて構築された吸気管モデルＭ６と、に基づいて現時点より先の時点のインタークーラ部内圧力Pic、インタークーラ部内温度Tic、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmをそれぞれ推定し、推定したインタークーラ部内圧力Pic、インタークーラ部内温度Tic、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmに基づいて同先の時点の予測筒内空気量KLfwdを推定する。
【０１１０】
次に、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きい場合について説明する。この場合、前述したように、この空気量推定装置は、図５に示した電子制御スロットル弁モデルＭ１、吸気弁モデルＭ３、コンプレッサモデルＭ４、吸気弁モデルＭ７、ＩＣ吸気管結合モデル（結合部モデル）Ｍ８及び電子制御スロットル弁ロジックＡ１を用いて筒内空気量を推定する。
【０１１１】
更に、前述したように、図５に示した各モデル及びロジックが、図４に示した各モデル及びロジックと相違している点は、スロットルモデルＭ２、インタークーラモデルＭ５及び吸気管モデルＭ６に替えてＩＣ吸気管結合モデルＭ８を備えている点である。従って、以下、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８について具体的に説明する。
【０１１２】
（ＩＣ吸気管結合モデルＭ８）
ＩＣ吸気管結合モデルＭ８は、本モデルを表す一般化された数式であり、結合部内の空気に関する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(29)式及び下記(30)式、吸気温度Ta、結合部に流入する空気の流量（即ち、コンプレッサ流出空気流量）mcm、コンプレッサ付与エネルギーEcm及び結合部から流出する空気の流量（即ち、筒内流入空気流量）mcから、結合部内の空気の圧力である結合部内圧力Picm及び結合部内の空気の温度である結合部内温度Ticmを求めるモデルである。なお、下記(29)式及び下記(30)式において、Vicmは結合部の容積である。
d(Picm/Ticm）/dt＝(R/Vicm)・(mcm−mc)  …(29)
dPicm/dt＝κ・(R/Vicm)・(mcm・Ta−mc・Ticm)
＋(κ−1)/(Vicm)・(Ecm−K・(Ticm−Ta))  …(30)
【０１１３】
ＩＣ吸気管結合モデルＭ８は、上記(29)式及び上記(30)式をそれぞれ差分法により離散化して得られる下記(31)式及び下記(32)式と、コンプレッサモデルＭ４により取得されたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)と、吸気弁モデルＭ３により取得された筒内流入空気流量mc(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、本モデルによりk-1回目の推定時に推定された結合部内圧力Picm(k-1)及び結合部内温度Ticm(k-1)と、に基づいて最新の結合部内圧力Picm(k)及び結合部内温度Ticm(k)を推定する。
(Picm/Ticm)(k)＝(Picm/Ticm)(k-1)＋Δt・(R/Vicm)・(mcm(k-1)−mc(k-1))  …(31)
Picm(k)＝Picm(k-1)＋Δt・κ・(R/Vicm)・(mcm(k-1)・Ta−mc(k-1)・Ticm(k-1))
＋Δt・(κ−1)/(Vicm)・(Ecm(k-1)−K・(Ticm(k-1)−Ta))  …(32)
【０１１４】
ただし、結合部内圧力Picm及び結合部内温度Ticm又はインタークーラ部内圧力Pic、インタークーラ部内温度Tic、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmの推定が一度も行われていないとき（本モデルにより１回目の推定を行うとき（本例では、内燃機関の運転開始時））、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８は、結合部内圧力Picm(0)及び結合部内温度Ticm(0)として、吸気圧力Pa及び吸気温度Taをそれぞれ採用する。
【０１１５】
また、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さい状態から同閾値スロットル弁開度より大きい状態となった場合、k-1回目の推定時において上記(31)式及び上記(32)式による結合部内圧力Picm(k-1)及び結合部内温度Ticm(k-1)の推定は行われていない。従って、k-1回目の推定時におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)、インタークーラ部内温度Tic(k-1)、吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)に基づいて結合部内圧力Picm(k-1)及び結合部内温度Ticm(k-1)を推定する必要がある。
【０１１６】
このため、スロットルモデルＭ２、インタークーラモデルＭ５及び吸気管モデルＭ６によりk-1回目の推定が行われた場合、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８は、下記(33)式及び下記(34)式と、インタークーラ部内圧力Pic(k-1)、インタークーラ部内温度Tic(k-1)、吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、に基づいて結合部内圧力Picm(k-1)及び結合部内温度Ticm(k-1)をそれぞれ推定する。
Picm(k-1)＝(Pic(k-1)・Vic＋Pm(k-1)・Vm)/Vicm  …(33)
Ticm(k-1)＝(Pic(k-1)・Vic＋Pm(k-1)・Vm)
/(Pic(k-1)・Vic/Tic(k-1)＋Pm(k-1)・Vm/Tm(k-1))  …(34)
【０１１７】
ところで、吸気弁モデルＭ３、コンプレッサモデルＭ４及び吸気弁モデルＭ７は、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さい場合と同様に使用される。上述したように、これらの各モデルは、インタークーラ部内圧力Pic、インタークーラ部内温度Tic、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmを用いて各値を求める。このため、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８は、推定した結合部内圧力Picm及び結合部内温度Ticmに基づいて、インタークーラ部内圧力Pic、インタークーラ部内温度Tic、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmを求める必要がある。
【０１１８】
このため、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８は、前記推定した結合部内圧力Picmをインタークーラ部内圧力Pic及び吸気管部内圧力Pmにそれぞれ設定するとともに、前記推定した結合部内温度Ticmをインタークーラ部内温度Tic及び吸気管部内温度Tmにそれぞれ設定する。即ち、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８は、結合部内圧力Picmをインタークーラ部内圧力Pic及び吸気管部内圧力Pmとして推定しているとともに、結合部内温度Ticmをインタークーラ部内温度Tic及び吸気管部内温度Tmとして推定していることになる。
【０１１９】
ここで、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８を記述した上記(29)式及び上記(30)式の導出過程について説明する。先ず、結合部内の空気に関する質量保存側に基づく(29)式について検討する。結合部内の総空気量をMとすると、総空気量Mの単位時間あたりの変化量（時間的変化）は、結合部に流入する空気の流量に相当するコンプレッサ流出空気流量mcmと、同結合部から流出する空気の流量に相当する筒内流入空気流量mcと、の差であるから、質量保存則に基づく下記(35)式が得られる。
dM／dt＝mcm−mc  …(35)
【０１２０】
また、結合部内の空気の圧力及び温度が空間的に一様であることを仮定すると、状態方程式に基づく下記(36)式が得られる。そして、上記(35)式に下記(36)式を代入して総空気量Mを消去するとともに、結合部の容積Vicmが変化しないことを考慮すると、質量保存則に基づく上記(29)式が得られる。
Picm・Vicm＝M・R・Ticm  …(36)
【０１２１】
次に、結合部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく(30)式について検討する。結合部内の空気のエネルギーM・Cv・Ticmの単位時間あたりの変化量（d(M・Cv・Ticm)/dt）は、単位時間あたりに結合部内の空気に与えられるエネルギーと、単位時間あたりに同結合部内の空気から奪われるエネルギーと、の差に等しい。以下、結合部内の空気のエネルギーのすべてが温度上昇に寄与する（即ち、運動エネルギーを無視する）ことを仮定する。
【０１２２】
上記結合部内の空気に与えられるエネルギーは、結合部に流入する空気のエネルギーである。この結合部に流入する空気のエネルギーは、コンプレッサ９１ａにより圧縮されないと仮定した場合に吸気温度Taのまま結合部に流入する空気のエネルギーCp・mcm・Taと、結合部に流入する空気に過給機９１のコンプレッサ９１ａにより与えられるコンプレッサ付与エネルギーEcmと、の和に等しい。
【０１２３】
一方、上記結合部内の空気から奪われるエネルギーは、結合部から流出する空気のエネルギーCp・mc・Ticmと、インタークーラ４５内の空気とインタークーラ４５の壁との間で交換されるエネルギーである熱交換エネルギーと、の和に等しい。
【０１２４】
この熱交換エネルギーは、上述したインタークーラモデルＭ５における熱交換エネルギーと同様に、値K・(Ticm−Ta)として求められる。
【０１２５】
以上により、結合部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく下記(37)式が得られる。
d(M・Cv・Ticm)／dt＝Cp・mcm・Ta−Cp・mc・Ticm＋Ecm−K・(Ticm-Ta)  …(37)
【０１２６】
ところで、比熱比κは上記(23)式、マイヤーの関係は上記(24)式で示されるから、上記(36)式（Picm・Vicm＝M・R・Ticm）、上記(23)式及び上記(24)式を用いて上記(37)式を変形することにより、上記(30)式が得られる。ここで、結合部の容積Vicmは変化しないことが考慮されている。
【０１２７】
次に、ある時点におけるインタークーラ部内圧力Pic、インタークーラ部内温度Tic、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmに基づいて同時点における結合部内圧力Picm及び結合部内温度Ticmをそれぞれ推定するための関係を記述した上記(33)式及び上記(34)式の導出過程について説明する。先ず、結合部内圧力Picmを推定するための関係を記述した上記(33)式について検討する。結合部内の総空気量をMicm、インタークーラ部内の総空気量をMic及び吸気管部内の総空気量をMmとすると、結合部内の空気のエネルギーMicm・Cv・Ticmは、インタークーラ部内の空気のエネルギーMic・Cv・Ticと吸気管部内の空気のエネルギーMm・Cv・Tmの和として表せるので、下記(38)式が得られる。
Micm・Cv・Ticm＝Mic・Cv・Tic＋Mm・Cv・Tm  …(38)
【０１２８】
また、結合部内の空気、インタークーラ部内の空気及び吸気管部内の空気それぞれの状態方程式は、下記(39)式、下記(40)式及び下記(41)式となる。これらの状態方程式を上記(38)式に代入してMicm、Mic及びMmを消去するとともに、結合部内圧力Picmについて整理すると、上記(33)式が得られる。
Picm・Vicm＝Micm・R・Ticm  …(39)
Pic・Vic＝Mic・R・Tic  …(40)
Pm・Vm＝Mm・R・Tm  …(41)
【０１２９】
次に、結合部内温度Ticmを推定するための関係を記述した上記(34)式について検討する。結合部内の空気の質量Micmは、インタークーラ部内の空気の質量Micと吸気管部内の空気の質量Mmの和として表せるので、下記(42)式が得られる。
Micm＝Mic＋Mm  …(42)
【０１３０】
上記(42)式に上記(39)式、上記(40)式及び上記(41)式を代入してMicm、Mic及びMmを消去するとともに、上記(33)式を代入して結合部内圧力Picmを消去し、結合部内温度Ticmについて整理すると、上記(34)式が得られる。
【０１３１】
以上のように、この空気量推定装置は、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいとき、結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたＩＣ吸気管結合モデルＭ８に基づいて現時点より先の時点の結合部内圧力Picmをインタークーラ部内圧力Pic及び吸気管部内圧力Pmとしてそれぞれ推定するとともに、同先の時点の結合部内温度Ticmをインタークーラ部内温度Tic及び吸気管部内温度Tmとしてそれぞれ推定し、推定したインタークーラ部内圧力Pic、インタークーラ部内温度Tic、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmに基づいて同先の時点の予測筒内空気量KLfwdを推定する。
【０１３２】
次に、電気制御装置７０の実際の作動について、図１１〜図１７を参照しながら説明する。
【０１３３】
（スロットル弁開度推定）
ＣＰＵ７１は、図１１にフローチャートにより示したスロットル弁開度推定ルーチンを所定の演算周期ΔTt１（本例では、２ｍｓ）の経過毎に実行することにより、上記電子制御スロットル弁モデルＭ１及び上記電子制御スロットル弁ロジックＡ１の機能を達成する。なお、スロットル弁開度推定ルーチンが実行されることは、スロットル弁開度推定手段の機能が達成されることに対応している。
【０１３４】
具体的に述べると、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ１１００から処理を開始し、ステップ１１０５に進んで変数ｉに「０」を設定し、ステップ１１１０に進んで変数ｉが遅延回数ntdlyと等しいか否かを判定する。この遅延回数ntdlyは、遅延時間TD（本例では、６４ｍｓ）を上記演算周期ΔTt１で除した値（本例では、３２）である。
【０１３５】
この時点で変数ｉは「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１１１５に進んで目標スロットル弁開度θtt(i)に目標スロットル弁開度θtt(i+1)の値を格納するとともに、続くステップ１１２０にて予測スロットル弁開度θte(i)に予測スロットル弁開度θte(i+1)の値を格納する。以上の処理により、目標スロットル弁開度θtt(0)に目標スロットル弁開度θtt(1)の値が格納され、予測スロットル弁開度θte(0)に予測スロットル弁開度θte(1)の値が格納される。
【０１３６】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１１２５にて変数ｉの値を「１」だけ増大してステップ１１１０にもどる。そして、変数ｉの値が遅延回数ntdlyより小さければ、再びステップ１１１５〜１１２５を実行する。即ち、ステップ１１１５〜１１２５は、変数ｉの値が遅延回数ntdlyと等しくなるまで繰り返し実行される。これにより、目標スロットル弁開度θtt(i+1)の値が目標スロットル弁開度θtt(i)に順次シフトされ、予測スロットル弁開度θte(i+1)の値が予測スロットル弁開度θte(i)に順次シフトされて行く。
【０１３７】
前述のステップ１１２５が繰り返されることにより変数ｉの値が遅延回数ntdlyと等しくなると、ＣＰＵ７１はステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０に進み、同ステップ１１３０にて現時点のアクセルペダル操作量Accpと、図６に示したテーブルと、に基づいて今回の暫定目標スロットル弁開度θtt１を求め、これを遅延時間TD後の目標スロットル弁開度θttとするために目標スロットル弁開度θtt(ntdly)に格納する。
【０１３８】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１１３５に進み、同ステップ１１３５にて、前回の演算時点にて同演算時点から遅延時間TD後の予測スロットル弁開度θteとして格納した予測スロットル弁開度θte(ntdly-1)と、上記ステップ１１３０にて遅延時間TD後の目標スロットル弁開度θttとして格納した目標スロットル弁開度θtt(ntdly)と、上記(4)式（の右辺）に基づくステップ１１３５内に示した式と、に応じて現時点から遅延時間TD後の予測スロットル弁開度θte(ntdly)を算出する。そして、ステップ１１４０にて実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θtt(0)となるようにスロットル弁アクチュエータ４６ａに対して駆動信号を送出し、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３９】
以上のように、目標スロットル弁開度θttに関するメモリ（ＲＡＭ７３）においては、本ルーチンが実行される毎にメモリの内容が一つずつシフトされていき、目標スロットル弁開度θtt(0)に格納された値が、電子制御スロットル弁ロジックＡ１によりスロットル弁アクチュエータ４６ａに出力される目標スロットル弁開度θttとして設定される。即ち、今回の本ルーチンの実行により目標スロットル弁開度θtt(ntdly)に格納された値は、今後において本ルーチンが遅延回数ntdlyだけ繰り返されたとき（遅延時間TD後）にθtt(0)に格納される。また、予測スロットル弁開度θteに関するメモリにおいては、同メモリ内のθte(m）に現時点から所定時間(m・ΔTt）経過後の予測スロットル弁開度θteが格納される。この場合の値mは、０〜ntdlyの整数である。
【０１４０】
（筒内空気量推定）
一方、ＣＰＵ７１は、図１２にフローチャートにより示した筒内空気量推定ルーチンを所定の演算周期ΔTt２（本例では、８ｍｓ）の経過毎に実行することにより、現時点より先の時点の筒内空気量を推定する。具体的に説明すると、所定のタイミングになったとき、ＣＰＵ７１は、ステップ１２００から処理を開始し、ステップ１２０５に進んで閾値スロットル弁開度θthを、テーブルMAPθTHと、現時点のエンジン回転速度NEと、から求める。ここで、テーブルMAPθTHは、例えば、３０°以上であり、且つ、エンジン回転速度NEが大きくなるにつれて大きくなるように設定されている。
【０１４１】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ１２１０に進み、図１１のスロットル弁開度推定ルーチンによりメモリに格納されているθte(m)（mは、０〜ntdlyの整数）から、現時点より所定の時間間隔Δt0（本例では、特定の気筒の燃料噴射開始時期前の所定の時点（噴射燃料量を決定する必要がある最終の時点）から同気筒の吸気行程における吸気弁３２の閉弁時（吸気行程終了時点）までの時間）だけ後の時点と最も近い時点のスロットル弁開度として推定された予測スロットル弁開度θte(m)を予測スロットル弁開度θt(k)として読み込む。ここで、kは本ルーチンの実行が開始される毎に１が加算される整数であり、本ルーチンの実行が開始された回数を表すようになっている。
【０１４２】
以下、説明の便宜上、前回の演算時点（本ルーチンをk-1回目に実行している時点）において同ステップ１２１０にて読み込んだ予測スロットル弁開度θt(k-1)に対応する時点を前回推定時点t1とし、今回の演算時点（本ルーチンをk回目に実行している時点）において同ステップ１２１０にて読み込んだ予測スロットル弁開度θt(k)に対応する時点を今回推定時点t2とする（スロットル弁開度推定可能時点、所定の時間間隔Δt0、前回推定時点t1及び今回推定時点t2の関係を示した模式図である図１３を参照。）。
【０１４３】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１２１５に進み上記吸気弁モデルＭ３を表す(8)式の係数cを、上記テーブルMAPCと、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、から求める。また、同様に値dを、上記テーブルMAPDと、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、から求める。そして、ＣＰＵ７１は、同ステップ１２１５にて上記吸気弁モデルＭ３を表す(8)式に基づくステップ１２１５内に示した式と、前回の本ルーチンの実行時における後述するステップ１２３０又はステップ１２５５にて求められた前回推定時点t1における吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、に基づいて前回推定時点t1における筒内流入空気流量mc(k-1)を求める。
【０１４４】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１２２０に進んで上記コンプレッサモデルＭ４によりコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を求めるため、図１４のフローチャートに示したステップ１４００に進む。
【０１４５】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１４０５に進んでコンプレッサ回転速度センサ６３により検出されたコンプレッサ回転速度Ncmを読み込む。次に、ＣＰＵ７１は、ステップ１４１０に進んで、上記テーブルMAPMCMと、前回の図１２のルーチンの実行時における後述するステップ１２３０又はステップ１２５５にて求められた前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)を現時点の吸気圧力Paで除した値Pic(k-1)/Pa及び上記ステップ１４０５にて読み込んだコンプレッサ回転速度Ncmと、から前回推定時点t1におけるコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)を求める。
【０１４６】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１４１５に進んで、上記テーブルMAPETAと、上記ステップ１４１０にて求められたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及び上記ステップ１４０５にて読み込んだコンプレッサ回転速度Ncmと、からコンプレッサ効率η(k-1)を求める。
【０１４７】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ１４２０に進んで、前回の図１２のルーチンの実行時における後述するステップ１２３０又はステップ１２５５にて求められた前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)を現時点の吸気圧力Paで除した値Pic(k-1)/Paと、上記ステップ１４１０にて求めたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)と、上記ステップ１４１５にて求めたコンプレッサ効率η(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、コンプレッサモデルＭ４の一部を表す上記(11)式に基づくステップ１４２０内に示した式と、に基づいて前回推定時点t1におけるコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を求め、ステップ１４９５を経由して図１２のステップ１２２５に進む。
【０１４８】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１２２５にて前回の本ルーチンの実行時における上記ステップ１２１０にて読み込んだ予測スロットル弁開度θt(k-1)が上記ステップ１２０５にて求めた閾値スロットル弁開度θthより大きいというスロットル弁開度条件と、前回の本ルーチンの実行時における後述するステップ１２３０又はステップ１２５５にて求められた前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)及び吸気管部内圧力Pm(k-1)の差が所定の値ΔP（本例では、インタークーラ部内圧力Pic(k-1)の１／１００）より小さいという圧力差条件と、からなる選択条件を満足するか否かを判定する。なお、ステップ１２２５の処理が実行されることは、選択条件判定手段の機能が達成されることに対応している。
【０１４９】
いま、スロットル弁開度が３０°より小さく、且つ、アクセルペダル操作量Accpが変化しない状態（定常状態）で内燃機関１０が運転されている場合を考える。この場合、上記予測スロットル弁開度θt(k-1)は、上記閾値スロットル弁開度θthより小さいので、ＣＰＵ７１は、ステップ１２２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２３０に進んでスロットルモデルＭ２、インタークーラモデルＭ５及び吸気管モデルＭ６により今回推定時点t2におけるインタークーラ部内圧力Pic(k)、インタークーラ部内温度Tic(k)、吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を推定するため、図１５のフローチャートに示したステップ１５００に進む。なお、図１５のルーチンが実行されることは、第１圧力推定手段の機能が達成されることに対応している。
【０１５０】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ１５０５に進み上記スロットルモデルＭ２によりスロットル通過空気流量mt(k-1)を求めるため、図１６のフローチャートに示したステップ１６００に進む。なお、図１６のルーチンが実行されることは、スロットル通過空気流量推定手段の機能が達成されることに対応している。
【０１５１】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１６０５に進み、上記(5)式の値Ct（θt）・At（θt）を、上記テーブルMAPCTATと、前回の図１２のルーチンの実行時において上記ステップ１２１０にて読み込んだ予測スロットル弁開度θt(k-1)と、から求める。
【０１５２】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１６１０に進んで、前回の図１５のルーチンの実行時における後述するステップ１５１５にて求められた前回推定時点t1における吸気管部内圧力Pm(k-1)を前回の図１５のルーチンの実行時における後述するステップ１５１０にて求められた前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)で除した値（Pm(k-1)/Pic(k-1)）と、上記テーブルMAPΦと、から値Φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))を求める。
【０１５３】
そして、ＣＰＵ７１はステップ１６１５に進んで、上記ステップ１６０５及びステップ１６１０にてそれぞれ求めた値と、上記スロットルモデルＭ２を表す(5)式に基づくステップ１６１５内に示した式と、前回の図１５のルーチンの実行時における後述するステップ１５１０にて求められた前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)及びインタークーラ部内温度Tic(k-1)と、に基づいて前回推定時点t1におけるスロットル通過空気流量mt(k-1)を求め、ステップ１６９５を経由して図１５のステップ１５１０に進む。
【０１５４】
ＣＰＵ７１は、ステップ１５１０にて上記インタークーラモデルＭ５を表す(16)式及び(17)式を離散化した(18)式及び(19)式（ステップ１５１０内に示した式（差分方程式））と、上記ステップ１５０５にて求めたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、図１２の上記ステップ１２２０にて求めたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)と、に基づいて、今回推定時点t2におけるインタークーラ部内圧力Pic(k)と、同インタークーラ部内圧力Pic(k)を今回推定時点t2におけるインタークーラ部内温度Tic(k)にて除した値｛Pic/Tic｝(k)と、を求める。なお、ΔｔはインタークーラモデルＭ５、吸気管モデルＭ６及びＩＣ吸気管結合モデルＭ８で使用されるタイムステップを示し、式（Δｔ＝t2−t1）により表される。即ち、ステップ１５１０においては、前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)及びインタークーラ部内温度Tic(k-1)等から、今回推定時点t2におけるインタークーラ部内圧力Pic(k)及びインタークーラ部内温度Tic(k)が求められる。
【０１５５】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１５１５に進み、上記吸気管モデルＭ６を表す(25)式及び(26)式を離散化した(27)式及び(28)式（ステップ１５１５内に示した式（差分方程式））と、上記ステップ１５０５にて求めたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、図１２の上記ステップ１２１５にて求めた筒内流入空気流量mc(k-1)と、前回の本ルーチンの実行時における上記ステップ１５１０にて求められた前回推定時点t1におけるインタークーラ部内温度Tic(k-1)と、に基づいて、今回推定時点t2における吸気管部内圧力Pm(k)と、同吸気管部内圧力Pm(k)を今回推定時点t2における吸気管部内温度Tm(k)にて除した値｛Pm/Tm｝(k)と、を求める。即ち、ステップ１５１５においては、前回推定時点t1における吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)等から、今回推定時点t2における吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)が求められる。
【０１５６】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１５９５を経由して図１２のステップ１２３５に進み初期化フラグXiniの値を「１」に設定する。ここで初期化フラグXiniは、後述するステップ１２５５にて上記ＩＣ吸気管結合モデルＭ８による推定を行う際に初期化を行うか否かを表すフラグであって、その値が「１」であれば初期化を行い、「０」であれば初期化を行わないことを示す。後述する通り、初期化フラグXiniの値は、本ルーチンの後述するステップ１２５５にて上記ＩＣ吸気管結合モデルＭ８による推定が行われた直後に「０」に設定される。
【０１５７】
その後、ＣＰＵ７１は、ステップ１２４０に進み上記吸気弁モデルＭ７を表す(8)式を用いて今回推定時点t2における筒内流入空気流量mc(k)を求める。このとき、係数c及び値dとして、上記ステップ１２１５にて求めた値を使用する。また、吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)は、図１５の上記ステップ１５１５にて求められた今回推定時点t2における値（最新の値）を用いる。
【０１５８】
そして、ＣＰＵ７１は、図１２のステップ１２４５に進んで現時点のエンジン回転速度NEと、現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、により求められる吸気弁開弁時間（吸気弁３２が開弁してから閉弁するまでの時間）Tintを計算し、続くステップ１２５０にて上記今回推定時点t2における筒内流入空気流量mc(k)に吸気弁開弁時間Tintを乗じて予測筒内空気量KLfwdを算出し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ１２４０からステップ１２５０までの処理が実行されることは、筒内空気量推定手段の機能が達成されることに対応している。
【０１５９】
以上のように算出される予測筒内空気量KLfwdについて、更に、説明する。ここで、説明の便宜上、図１２の筒内空気量推定ルーチンの演算周期ΔTt２がクランク軸２４が３６０°回転する時間よりも十分に短い場合であって、且つ、所定の時間間隔Δt0が大きく変化しない場合を考える。このとき、今回推定時点t2は、上述した筒内空気量推定ルーチンの実行が繰り返される毎に略演算周期ΔTt２だけ先の時点へと移行していく。そして、特定の気筒の燃料噴射開始時期前の所定の時点（噴射燃料量を決定する必要がある最終の時点）にて本ルーチンが実行されると、今回推定時点t2は上記吸気行程終了時点（同気筒の吸気行程における吸気弁３２の閉弁時）と略一致する。従って、この時点にて算出される予測筒内空気量KLfwdは、上記吸気行程終了時点の筒内空気量の推定値となっている。
【０１６０】
このように、予測スロットル弁開度θt(k-1)が閾値スロットル弁開度θthより小さい場合、インタークーラ部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたインタークーラモデルＭ５と、吸気管部内の空気に関する保存則に基づいて構築された吸気管モデルＭ６と、に基づいて吸気管部内圧力が推定され、推定された吸気管部内圧力に基づいて筒内空気量が推定される。
【０１６１】
次に、アクセルペダル操作量Accpが増大した結果、スロットル弁開度が増加し、上記予測スロットル弁開度θt(k-1)が上記閾値スロットル弁開度θthより大きくなった場合について説明する。スロットル弁開度が大きくなっても、インタークーラ部内圧力と吸気管部内圧力とが互いに近しい値となるまでには所定の時間遅れを伴うので、この場合、前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)及び吸気管部内圧力Pm(k-1)の差は所定の値ΔPより大きい。従って、この場合、ＣＰＵ７１が図１２のルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１は、ステップ１２２５に進んだとき「Ｎｏ」と判定し、前述した場合と同様に、ステップ１２３０からステップ１２５０までの処理を実行し、続くステップ１２９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１６２】
このように、予測スロットル弁開度θt(k-1)が閾値スロットル弁開度θthより大きい場合であっても、インタークーラ部内圧力Pic(k-1)及び吸気管部内圧力Pm(k-1)の差が所定の値ΔPより大きい場合は、インタークーラ部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたインタークーラモデルＭ５と、吸気管部内の空気に関する保存則に基づいて構築された吸気管モデルＭ６と、に基づいて吸気管部内圧力が推定され、推定された吸気管部内圧力に基づいて筒内空気量が推定される。
【０１６３】
その後、時間の経過に伴い筒内空気量が推定される時点が進行した結果、前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)及び吸気管部内圧力Pm(k-1)の差が所定の値ΔPより小さくなったと仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１が図１２のルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１は、ステップ１２２５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定し、続くステップ１２５５に進んでＩＣ吸気管結合モデルＭ８により今回推定時点t2におけるインタークーラ部内圧力Pic(k)、インタークーラ部内温度Tic(k)、吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を推定するため、図１７のフローチャートに示したステップ１７００に進む。なお、図１７のルーチンが実行されることは、第２圧力推定手段の機能が達成されることに対応している。
【０１６４】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ１７０５に進み初期化フラグXiniの値が「１」に設定されているか否かを判定する。この時点においては、初期化フラグXiniの値が「１」に設定されているので、ＣＰＵ７１は、ステップ１７０５にて「Ｙｅｓ」と判定しステップ１７１０に進んで、上記(33)式及び上記(34)式（ステップ１７１０内に示した式）と、前回の図１５のルーチンの実行時における上記ステップ１５１０及び上記ステップ１５１５にて求められた前回推定時点t1におけるインタークーラ部内圧力Pic(k-1)、インタークーラ部内温度Tic(k-1)、吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、に基づいて前回推定時点t1における結合部内圧力Picm(k-1)及び結合部内温度Ticm(k-1)をそれぞれ推定する。
【０１６５】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１７１５に進み上記ＩＣ吸気管結合モデルＭ８を表す(29)式及び(30)式を離散化した(31)式及び(32)式（ステップ１７１５内に示した式（差分方程式））と、上記ステップ１７１０にてそれぞれ推定した結合部内圧力Picm(k-1)及び結合部内温度Ticm(k-1)と、図１２の上記ステップ１２１５及び上記ステップ１２２０にて求めた筒内流入空気流量mc(k-1)、コンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)と、に基づいて今回推定時点t2における結合部内圧力Picm(k)と、同結合部内圧力Picm(k)を今回推定時点t2における結合部内温度Ticm(k)にて除した値｛Picm/Ticm｝(k)と、を求める。即ち、ステップ１７１５においては、前回推定時点t1における結合部内圧力Picm(k-1)及び結合部内温度Ticm(k-1)等から、今回推定時点t2における結合部内圧力Picm(k)及び結合部内温度Ticm(k)が求められる。
【０１６６】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１７２０に進み今回推定時点t2におけるインタークーラ部内圧力Pic(k)及び吸気管部内圧力Pm(k)を上記ステップ１７１５にて求めた今回推定時点t2における結合部内圧力Picm(k)に設定するとともに、今回推定時点t2におけるインタークーラ部内温度Tic(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を上記ステップ１７１５にて求めた今回推定時点t2における結合部内温度Ticm(k)に設定する。換言すれば、ＣＰＵ７１は、ステップ１７１５及びステップ１７２０の処理を実行することにより、今回推定時点t2における結合部内圧力Picm(k)を今回推定時点t2におけるインタークーラ部内圧力Pic(k)及び吸気管部内圧力Pm(k)としてそれぞれ推定しているとともに、今回推定時点t2における結合部内温度Ticm(k)を今回推定時点t2におけるインタークーラ部内温度Tic(k)及び吸気管部内温度Tm(k)としてそれぞれ推定している。
【０１６７】
その後、ＣＰＵ７１は、ステップ１７９５を経由して図１２のステップ１２６０に進み初期化フラグXiniの値を「０」に設定し、前述した場合と同様に、続くステップ１２４０からステップ１２５０までの処理を実行し、今回推定時点t2における筒内空気量を推定する。そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１２９５に進み同ステップ１２９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１６８】
このように、予測スロットル弁開度θt(k-1)が閾値スロットル弁開度θthより大きい場合であって、インタークーラ部内圧力Pic(k-1)及び吸気管部内圧力Pm(k-1)の差が所定の値ΔPより小さい場合、結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたＩＣ吸気管結合モデルＭ８に基づいて吸気管部内圧力が推定され、推定された吸気管部内圧力に基づいて筒内空気量が推定される。
【０１６９】
次に、演算周期ΔTt２が経過し、ＣＰＵ７１が再び図１２のルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１は、ステップ１２２５にて「Ｙｅｓ」と判定しステップ１２５５を経由して図１７のステップ１７００に進んで、続くステップ１７０５に進む。この時点においては、初期化フラグXiniの値が「０」に設定されているので、ＣＰＵ７１は、ステップ１７０５にて「Ｎｏ」と判定しステップ１７１５以降のステップに進んで、上述したように今回推定時点t2におけるインタークーラ部内圧力Pic(k)、吸気管部内圧力Pm(k)、インタークーラ部内温度Tic(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を推定する。更に、ＣＰＵ７１は、図１２のルーチンのステップ１２６０以降のステップに進んで、今回推定時点t2における筒内空気量を推定する。
【０１７０】
以上説明したように、本発明による内燃機関の空気量推定装置の実施形態は、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さいときは、インタークーラ部（スロットル弁上流部）内の空気に関する保存則に基づいて構築されたインタークーラモデル（スロットル弁上流部モデル）Ｍ５と、吸気管部（スロットル弁下流部）内の空気に関する保存則に基づいて構築された吸気管モデル（スロットル弁下流部モデル）Ｍ６と、に基づいて吸気管部内圧力（スロットル弁下流圧力）を推定する。一方、この実施形態は、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいときは、過給機９１から吸気弁までの吸気通路である結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたＩＣ吸気管結合モデル（結合部モデル）Ｍ８に基づいて吸気管部内圧力を推定する。更に、いずれの場合も、この実施形態は、推定された吸気管部内圧力に基づいて筒内空気量を推定する。
【０１７１】
これにより、スロットル弁開度が比較的大きいためにインタークーラ部内圧力や吸気管部内圧力の変化によりスロットル通過空気流量が短い時間内に大きく変化しやすい状態において、スロットル通過空気流量を所定時間の間一定であると仮定することを必要としないＩＣ吸気管結合モデルＭ８により吸気管部内圧力を推定することができるので、計算負荷を増大させることなく、同吸気管部内圧力を高い精度にて推定することができる。この結果、筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【０１７２】
更に、この実施形態は、閾値スロットル弁開度をエンジン回転速度が大きくなるにつれて大きくなるように設定する。これにより、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいときには、エンジン回転速度にかかわらずインタークーラ部内圧力と吸気管部内圧力との差が十分に小さくなっている。従って、上記ＩＣ吸気管結合モデルＭ８を構築する際に使用される仮定（インタークーラ部内圧力と吸気管部内圧力とが略等しいとする仮定）が成立するので、上記ＩＣ吸気管結合モデルＭ８を使用して吸気管部内圧力を高い精度にて推定することができる。
【０１７３】
加えて、この実施形態は、インタークーラ部内圧力と吸気管部内圧力との差が所定の値より小さい場合にのみ上記ＩＣ吸気管結合モデルＭ８を使用する。従って、上記仮定が成立する場合にのみ上記ＩＣ吸気管結合モデルＭ８が使用されるので、吸気管部内圧力をより一層高い精度にて推定することができる。
【０１７４】
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、上記実施形態においては、遅延時間TDを一定の時間としていたが、内燃機関１０が所定のクランク角度（例えば、クランク角度にして２７０°）だけ回転するのに要する時間T270とする等、エンジン回転速度NEに応じた可変の時間とすることもできる。
【０１７５】
また、上記実施形態においては、インタークーラ４５を空冷式としていたが、吸気通路を通流する空気を冷却水を循環させることにより冷却する水冷式としてもよい。この場合、空気量推定装置は、冷却水の温度Twを検出する水温センサを備え、同水温センサにより検出された冷却水の温度Twに基づいてインタークーラ４５内の空気とインタークーラ４５の壁との間で交換されるエネルギー（熱交換エネルギー）を求めてもよい。即ち、インタークーラモデルＭ５において上記(17)式に換えて、下記(43)式が使用されるとともに、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８において上記（26）式に換えて、下記(44)式が使用される。
dPic/dt＝κ・(R/Vic)・(mcm・Ta−mt・Tic)
＋(κ−1)/(Vic)・(Ecm−K・(Tic−Tw))  …(43)
dPicm/dt＝κ・(R/Vicm)・(mcm・Ta−mc・Ticm)
＋(κ−1)/(Vicm)・(Ecm−K・(Ticm−Tw))  …(44)
【０１７６】
更に、上記実施形態においては、過給機をターボ式過給機としていたが、機械式又は電気式の過給機とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】スロットル弁下流圧力に対するスロットル通過空気流量の変化を示したグラフである。
【図２】本発明の実施形態に係る空気量推定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３】スロットル弁開度に応じて切り替えて使用される筒内空気量を推定するための各種モデルを示した模式図である。
【図４】スロットル弁開度を制御するとともにインタークーラモデル及び吸気管モデルにより筒内空気量を推定するためのロジック及び各種モデルの機能ブロック図である。
【図５】スロットル弁開度を制御するとともにインタークーラ吸気管結合モデルにより筒内空気量を推定するためのロジック及び各種モデルの機能ブロック図である。
【図６】図２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弁開度との関係を規定したテーブルを示した図である。
【図７】暫定目標スロットル弁開度、目標スロットル弁開度及び予測スロットル弁開度の変化を示したタイムチャートである。
【図８】予測スロットル弁開度を算出する際に用いる関数を示したグラフである。
【図９】図２に示したＣＰＵが参照するインタークーラ部内圧力を吸気圧力で除した値及びコンプレッサ回転速度とコンプレッサ流出空気流量との関係を規定したテーブルを示した図である。
【図１０】図２に示したＣＰＵが参照するコンプレッサ流出空気流量及びコンプレッサ回転速度とコンプレッサ効率との関係を規定したテーブルを示した図である。
【図１１】図２に示したＣＰＵが実行するスロットル弁開度を推定するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１２】図２に示したＣＰＵが実行する筒内空気量を推定するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１３】スロットル弁開度推定可能時点、所定の時間間隔Δt0、前回推定時点t1及び今回推定時点t2の関係を示した模式図である。
【図１４】図２に示したＣＰＵが実行するコンプレッサ流出空気流量及びコンプレッサ付与エネルギーを推定するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１５】図２に示したＣＰＵが実行するインタークーラモデル及び吸気管モデルによりインタークーラ部内圧力、インタークーラ部内温度、吸気管部内圧力及び吸気管部内温度を推定するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１６】図２に示したＣＰＵが実行するスロットル通過空気流量を推定するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１７】図２に示したＣＰＵが実行するインタークーラ吸気管結合モデルによりインタークーラ部内圧力、インタークーラ部内温度、吸気管部内圧力及び吸気管部内温度を推定するためのプログラムを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７８】
１０…内燃機関、２１…シリンダ、２５…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…吸気弁、３４…排気ポート、３５…排気弁、３９…インジェクタ、４１…インテークマニホールド、４２…サージタンク、４３…吸気ダクト、４４…エアフィルタ、４５…インタークーラ、４６…スロットル弁、４６ａ…スロットル弁アクチュエータ、５１…排気管、６１…圧力センサ、６２…温度センサ、６３…コンプレッサ回転速度センサ、６５…クランクポジションセンサ、６６…アクセル開度センサ、６７…アクセルペダル、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、７２…ＲＯＭ、７３…ＲＡＭ、９１…過給機、９１ａ…コンプレッサ、９１ｂ…タービン。
【図１】
2006152899.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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