(57)【要約】【課題】  過給機を備える内燃機関において現時点より先の時点の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、吸気通路に過給機（コンプレッサ４５）とスロットル弁４７とを備えた内燃機関１０に適用され、過給機とスロットル弁の間の吸気通路に圧力センサ６１及び温度センサ６２を備える。そして、この空気量推定装置は、吸気通路内においてスロットル弁の周囲を通過して気筒内に流入する空気の挙動を同スロットル弁の開度と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の圧力及び温度とを用いて表す物理モデルと、現時点より先の時点の同スロットル弁の開度と、圧力センサにより検出された圧力と、温度センサにより検出された温度と、に基づいて同先の時点の筒内空気量を推定する。【選択図】  図２
2006063802.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上流にて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過給機と、を備える内燃機関に適用され、
前記吸気通路内において前記スロットル弁の周囲を通過して前記気筒内に流入する空気の挙動を少なくとも同スロットル弁の開度と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度とを用いて表す物理モデルと、現時点より先の時点の同スロットル弁の開度と、同先の時点の同スロットル弁上流圧力と、同先の時点の同スロットル弁上流温度と、に基づいて同先の時点にて同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筒内空気量推定手段を備えた内燃機関の空気量推定装置であって、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気の圧力を検出する圧力センサと、同過給機と同スロットル弁の間の同吸気通路に配設され同吸気通路内の空気の温度を検出する温度センサと、を備えるとともに、
前記筒内空気量推定手段は、前記先の時点のスロットル弁上流圧力として前記検出された圧力を採用し、且つ、前記先の時点のスロットル弁上流温度として前記検出された温度を採用することにより、前記先の時点の筒内空気量を推定する
内燃機関の空気量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の空気量推定装置であって、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路に一端が接続されるとともに、他端が同過給機の上流にて同吸気通路に接続され又は同他端が前記内燃機関の外部に連通されたバイパス通路と、
指示信号に応じて前記バイパス通路を連通状態又は遮断状態に切り替え可能なバイパス通路切替手段と、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路内の空気の圧力が急激に変化する状態にあるか否かを判定する圧力急変判定手段と、
前記圧力急変判定手段により前記圧力が急激に変化する状態にあると判定したときに、前記バイパス通路を連通状態とするように前記バイパス通路切替手段に前記指示信号を送出するバイパス通路切替制御手段と、
を備える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る空気の量を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比と一致させるためには、同内燃機関の気筒内に導入される空気の量（以下、「筒内空気量」と称呼する。）を精度良く推定しなければならない。この筒内空気量は、スロットル弁の開度が殆ど変化しない定常運転状態においては、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精度良く推定される。一方、スロットル弁の開度が急激に変化する過渡運転状態においては、空気流量センサの時間応答性が良好でないことから、空気流量センサの出力値に基づいて筒内空気量を精度良く求めることは困難である。従って、筒内空気量を空気流量センサよりも応答性良く推定することが求められる。
【０００３】
更に、燃料は、一般に吸気行程が終了するまでに噴射される。一方、筒内空気量は、吸気行程が終了する時点（吸気弁閉弁時）において確定する。従って、燃料噴射時においては筒内空気量が確定していない。このため、気筒内に形成される混合気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、燃料噴射前（即ち、吸気行程が終了する前）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ことが求められる。
【０００４】
このような要求を満足するための筒内空気量推定装置の一つとして、吸気通路内を通流する空気の挙動をモデル化した物理モデルを使用して現時点より先の時点の筒内空気量を推定する装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００１−４１０９５号公報
【０００５】
この装置が使用する物理モデルによれば、推定される現時点より先の時点の筒内空気量は、同先の時点のスロットル弁の上流の空気（スロットル弁上流空気）の圧力及び温度を含む関係式により表される。従って、上記先の時点のスロットル弁上流空気の圧力及び温度が精度良く推定されなければ、同先の時点の筒内空気量を精度良く推定することができない。
【０００６】
ところで、上記従来の装置が適用される内燃機関においては、スロットル弁上流空気の圧力及び温度は、大気の圧力及び温度と略等しい。また、大気の圧力及び温度は、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殆ど変化しない。従って、上記従来の装置は、現時点より先の時点のスロットル弁上流空気の圧力として大気の圧力を採用し、同先の時点のスロットル弁上流空気の温度としてスロットル弁の上流にて吸気通路に配設された温度センサの検出値を採用する。この結果、上記従来の装置により、現時点より先の時点の筒内空気量が高い精度にて推定される。
【０００７】
一方、内燃機関の最高出力を向上させること等を目的として、吸気通路内のスロットル弁の上流に過給機が配設されることがある。このような内燃機関においては、過給機の作動状態の変化により、スロットル弁上流空気の圧力及び温度は短い時間内に変化する。従って、上記物理モデルを使用して、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定するためには、過給機を通過する空気の挙動をモデル化し、その物理モデルを用いて同先の時点のスロットル弁上流空気の圧力及び温度を推定する必要があると考えられる。
【０００８】
しかしながら、過給機を通過する空気の挙動を、簡便で（計算負荷が小さく）、且つ、正確な物理モデルにより表現することは困難であるから、過給機を備える内燃機関においては、現時点より先の時点のスロットル弁上流空気の圧力及び温度を精度良く推定することができない。その結果、上記従来の技術により、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定することは困難であるという問題があった。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の発明者は、上述した課題に対処するために種々の検討を行った結果、過給機からスロットル弁までの吸気通路内におけるスロットル弁上流空気の圧力及び温度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という知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、過給機を備える内燃機関において現時点より先の時点の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を目的とする。
【００１０】
具体的に述べると、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上流にて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過給機と、を備える内燃機関に適用される。
【００１１】
前記空気量推定装置は、前記吸気通路内において前記スロットル弁の周囲を通過して前記気筒内に流入する空気の挙動を少なくとも同スロットル弁の開度と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度とを用いて表す物理モデルと、現時点より先の時点の同スロットル弁の開度と、同先の時点の同スロットル弁上流圧力と、同先の時点の同スロットル弁上流温度と、に基づいて同先の時点にて同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筒内空気量推定手段を備える。
【００１２】
前記空気量推定装置は、前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気の圧力を検出する圧力センサと、同過給機と同スロットル弁の間の同吸気通路に配設され同吸気通路内の空気の温度を検出する温度センサと、を備える。
【００１３】
前記筒内空気量推定手段は、前記先の時点のスロットル弁上流圧力として前記検出された圧力を採用し、且つ、前記先の時点のスロットル弁上流温度として前記検出された温度を採用することにより、前記先の時点の筒内空気量を推定する。
【００１４】
これによれば、過給機の下流であってスロットル弁の上流の空気（スロットル弁上流空気）の圧力及び温度が圧力センサ及び温度センサによりそれぞれ検出され、同検出された圧力及び温度に基づいて、現時点より先の時点の筒内空気量が推定される。この結果、過給機を備える内燃機関において、過給機を通過する空気の挙動を表す物理モデルを導入しなくとも、同先の時点における筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【００１５】
この場合、前記空気量推定装置は、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路に一端が接続されるとともに、他端が同過給機の上流にて同吸気通路に接続され又は同他端が前記内燃機関の外部に連通されたバイパス通路と、
指示信号に応じて前記バイパス通路を連通状態又は遮断状態に切り替え可能なバイパス通路切替手段と、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路内の空気の圧力が急激に変化する状態にあるか否かを判定する圧力急変判定手段と、
前記圧力急変判定手段により前記圧力が急激に変化する状態にあると判定したときに、前記バイパス通路を連通状態とするように前記バイパス通路切替手段に前記指示信号を送出するバイパス通路切替制御手段と、
を備えてなることが好適である。
【００１６】
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、現時点より先の時点のスロットル弁上流空気の圧力（スロットル弁上流圧力）として、検出された圧力を採用する。従って、圧力を検出した時点から同先の時点までの間にスロットル弁上流圧力が急激に変化すると、推定される筒内空気量の精度が悪化する。
【００１７】
ところで、過給機を備える内燃機関においては、スロットル弁上流圧力が急激に変化することがある。例えば、スロットル弁の開度が急激に増大した場合（例えば、急加速時）には、過給機が抵抗となり内燃機関の外部からの空気の供給が阻害されるのでスロットル弁上流圧力は短い時間内に急激に減少する。この場合、検出された圧力と現時点より先の時点のスロットル弁上流圧力とが大きく異なるようになるので、推定される筒内空気量の精度は悪化してしまう。
【００１８】
これに対し、上記構成によれば、圧力急変判定手段によりスロットル弁上流圧力が急激に変化する状態にあると判定されたときは、バイパス通路が連通状態とされる。これにより、空気は、過給機を通過することなく過給機とスロットル弁の間の吸気通路に速やかに供給される。この結果、スロットル弁上流圧力の変化が緩慢となる。従って、検出された圧力と現時点より先の時点のスロットル弁上流圧力との差を小さく維持することができるので、現時点より先の時点の筒内空気量を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】
【００１９】
以下、本発明による内燃機関の空気量推定装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１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。
【００２０】
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。
【００２１】
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２５を形成している。
【００２２】
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。
【００２３】
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に一端が接続されインテークマニホールド４１及びサージタンク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、過給機の一部を構成するコンプレッサ４５、インタークーラ４６、スロットル弁４７及びスロットル弁アクチュエータ４７ａを備えている。なお、スロットル弁４７から吸気弁３２までの吸気通路は、吸気管部を構成している。
【００２４】
コンプレッサ４５は、後述する排気通路の下流部に配設されたタービンが排ガスのエネルギーにより回転させられることにより、回転して吸気ダクト４３内の空気を圧縮する。これにより、コンプレッサ４５は、内燃機関１０に空気を過給するようになっている。
【００２５】
インタークーラ４６は水冷式であって、吸気ダクト４３を通過する空気を冷却するようになっている。
【００２６】
スロットル弁４７は吸気ダクト４３に回転可能に支持され、スロットル弁駆動手段を構成するスロットル弁アクチュエータ４７ａ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４７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。
【００２７】
ＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４７ａは、後述する電気制御装置７０が達成する電子制御スロットル弁ロジック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４７を駆動するようになっている。
【００２８】
吸気系統４０は、更に、バイパス通路４８と、バイパス通路切替手段としてのバイパス通路切替弁４８ａ及びバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂと、を備えている。
【００２９】
バイパス通路４８は、一端がエアフィルタ４４の下流であってコンプレッサ４５の上流にて吸気ダクト４３に接続されるとともに、他端がインタークーラ４６の下流であってスロットル弁４７の上流にて同吸気ダクト４３に接続された通路である。即ち、バイパス通路４８は、コンプレッサ４５及びインタークーラ４６の上流と下流とを連通している。なお、バイパス通路４８は、一端が内燃機関１０の外部と直接連通されるとともに、他端がインタークーラ４６の下流であってスロットル弁４７の上流にて吸気ダクト４３に接続されていてもよい。
【００３０】
バイパス通路切替弁４８ａは、バイパス通路４８に回転可能に支持され、指示信号に応じて作動するバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂにより駆動されることによりバイパス通路４８を連通状態又は遮断状態とするようになっている。
【００３１】
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を備えている。排気系統５０の下流部は図示しない触媒を介して排ガスを外部へ放出するようになっている。
【００３２】
一方、このシステムは、圧力センサ６１、温度センサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、運転状態量取得手段としてのアクセル開度センサ６５及び電気制御装置７０を備えている。
【００３３】
圧力センサ６１は、インタークーラ４６とスロットル弁４７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、スロットル弁４７の上流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Puact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、インタークーラ４６とスロットル弁４７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、スロットル弁４７の上流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Tuactを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３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６４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６５は、運転者によって操作されるアクセルペダル６６の操作量を検出し、同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。
【００３４】
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６１〜６５と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６５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、スロットル弁アクチュエータ４７ａ及びバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００３５】
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による筒内空気量の推定方法の概要について説明する。
【００３６】
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、吸気弁閉弁時（吸気行程が終了する時点）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。このため、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（演算時点）より先の時点の筒内空気量を推定する。
【００３７】
この空気量推定装置は、機能ブロック図である図２に示したように、電子制御スロットル弁モデルＭ１を備えるとともに、上記物理モデルとして、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、吸気管モデルＭ４及び吸気弁モデルＭ５を備えている。また、この空気量推定装置は、電子制御スロットル弁ロジックＡ１を備えている。
【００３８】
モデルＭ２〜Ｍ５（スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、吸気管モデルＭ４及び吸気弁モデルＭ５）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。
【００３９】
ここで、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。
【００４０】
ところで、前述したように、本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〜Ｍ５にて使用するスロットル弁開度θt、スロットル弁上流圧力Pu、スロットル弁上流温度Tu、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。
【００４１】
このため、本空気量推定装置は、目標とするスロットル弁開度を決定した時点から遅延させてスロットル弁４７を制御することにより、現時点より先の時点（現時点から現時点より先の第１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。
【００４２】
更に、本発明の発明者により見出された知見によれば、スロットル弁上流圧力Pu及びスロットル弁上流温度Tu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。そこで、本空気量推定装置は、上記先の時点のスロットル弁上流圧力Puとして圧力センサ６１により検出された現時点のスロットル弁上流圧力Puactを採用するとともに、同先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。
【００４３】
また、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTも、上記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、本空気量推定装置は、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。
【００４４】
以上のように、本空気量推定装置は、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、検出された現時点のスロットル弁上流圧力Puact及びスロットル弁上流温度Tuactと、現時点のエンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと、上記モデルＭ２〜Ｍ５と、に基づいて同先の時点の筒内空気量を推定する。
【００４５】
以下、具体的に、各モデルＭ１〜Ｍ５及びロジックＡ１について説明する。なお、これらのモデル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。
【００４６】
（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に基づいて上記第１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。
【００４７】
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３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６５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４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（第１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４７ａに対して駆動信号を送出する。
【００４８】
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４７ａに対して送出されると、同スロットル弁アクチュエータ４７ａの作動の遅れやスロットル弁４７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、(1)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４を参照。）。
θte(k)＝θte(k-1)＋ΔTt１・ｆ（θtt(k)，θte(k-1))  …(1)
【００４９】
(1)式において、θte(k)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(k)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(k-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ｆ（θtt，θte)は、図５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ｆ）である。
【００５０】
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第１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、上記第１時点のスロットル弁開度θteを新たに推定し、上記第１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４７ａ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となる場合には、(1)式に換えて式（θte(k)＝θtt(k)）を用いてスロットル弁開度を推定してもよい。
【００５１】
（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(2)式及び(3)式に基づいて、スロットル弁４７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。(2)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４７の周囲の開口断面積）、Puはスロットル弁４７の上流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内圧力、Tuはスロットル弁４７の上流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は比熱比（以下、κを一定値として扱う。）である。
【００５２】
【数１】
2006063802.tif 000003
【００５３】
【数２】
2006063802.tif 000004
【００５４】
上記(2)式及び(3)式は、同一時点における物理量の関係を表す式である。従って、厳密には、上記(2)式の右辺の各変数にスロットル通過空気流量mtを推定したい先の時点の値を代入して、同先の時点のスロットル通過空気流量mtを求める必要がある。しかし、上述したように、スロットル弁上流圧力Pu及びスロットル弁上流温度Tuは、現時点からスロットル通過空気流量mtを推定したい上記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。そこで、本モデルは、上記先の時点のスロットル弁上流圧力Puとして圧力センサ６１により検出された現時点のスロットル弁上流圧力Puactを採用するとともに、同先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。
【００５５】
次に、(2)式及び(3)式を用いたスロットル通過空気流量mtの実際の求め方を述べる。いま、スロットル弁開度θtが一定である定常運転時を想定し、その場合のスロットル通過空気流量及び吸気管内圧力がそれぞれmtTA及びPmTAであるとすると、(2)式から下記(4)式が得られる。
mtTA＝Ct(θt)・At(θt)・｛Pu/(R・Tu)1/2｝・Φ（PmTA/Pu)  …(4)
【００５６】
従って、(2)式及び(4)式から下記(5)式を得る。
【００５７】
【数３】
2006063802.tif 000005
【００５８】
ところで、後述する吸気弁モデルＭ３によれば、吸気弁３２の周囲を通過して気筒内に流入する空気の流量である筒内流入空気流量mcは下記(6)式に従う。
mc＝（Tu/Tm）・（c・Pm−d）  …(6)
(6)式において、Tmは吸気管部内の空気の温度である吸気管内温度及び値c,dは適合定数である。後述するように、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、エンジン回転速度NE及び吸気弁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))。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、エンジン回転速度NE及び吸気弁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))。
【００５９】
また、スロットル弁開度θtが一定である定常運転時においては、スロットル通過空気流量mt（この場合、mtTA）と筒内流入空気流量mcとは等しいので、(6)式から下記(7)式が得られる。
mtTA＝（Tu/Tm）・（c・PmTA−d）  …(7)
【００６０】
ここで、(7)式の右辺の吸気管内圧力PmTAは、スロットル弁開度θt、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTに基づいて経験的に決定することができる。そこで、スロットルモデルＭ２は、スロットル弁開度θt、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、定常運転時における吸気管内圧力PmTAと、の関係を規定するテーブルMAPPM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θt(k-1)（＝θte）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、前記テーブルMAPPMと、に基づいて吸気管内圧力PmTA(k-1)（＝MAPPM(θt(k-1),NE,VT)）を求める。
【００６１】
更に、スロットルモデルＭ２は、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、上記テーブルMAPC及び上記テーブルMAPDと、後述する吸気管モデルＭ４により既に推定されている直前（最新）の吸気管内温度Tm(k-1)と、温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactと、を(7)式に適用してmtTA(k-1)を求める。
【００６２】
更に、スロットルモデルＭ２は、値Pm/Puと値Φ(Pm/Pu)との関係を規定するテーブルMAPΦをＲＯＭ７２に記憶させていて、前記吸気管内圧力PmTA(k-1)を圧力センサ６１により検出したスロットル弁上流圧力Puactで除した値（PmTA(k-1)/Puact）と、前記テーブルMAPΦと、から値Φ(PmTA(k-1)/Puact)（＝MAPΦ(PmTA(k-1)/Puact)）を求める。同様にして、スロットルモデルＭ２は、後述する吸気管モデルＭ４により既に推定されている直前（最新）の吸気管内圧力Pm(k-1)を上記検出したスロットル弁上流圧力Puactで除した値（Pm(k-1)/Puact）と、前記テーブルMAPΦと、から値Φ(Pm(k-1)/Puact)（＝MAPΦ(Pm(k-1)/Puact)）を求める。スロットルモデルＭ２は、以上のように求めたスロットル通過空気流量mtTA(k-1)と、値Φ(PmTA(k-1)/Puact)と、値Φ(Pm(k-1)/Puact)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。
【００６３】
（吸気弁モデルＭ３）
吸気弁モデルＭ３は、吸気管内圧力Pm、吸気管内温度Tm及びスロットル弁上流温度Tu等から筒内流入空気流量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（シリンダ２１内、燃焼室２５内）の圧力は吸気弁３２の上流の圧力、即ち、吸気管内圧力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＝（Tu/Tm）・（c・Pm−d）  …(8)
【００６４】
筒内流入空気流量mcを求めるためには、厳密には、上記(8)式の右辺の各変数に同筒内流入空気流量mcを推定したい先の時点の値を代入する必要がある。しかし、上述のスロットルモデルＭ２と同様に、本モデルは、上記先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。
【００６５】
上記(8)式において、値cは比例係数、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。上述したように、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。
【００６６】
吸気弁モデルＭ３は、後述する吸気管モデルＭ４により既に推定されている直前（最新）の吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)と、温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuact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。
【００６７】
（吸気管モデルＭ４）
吸気管モデルＭ４は、本モデルを表す一般化された数式であり、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(9)式及び下記(10)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、スロットル弁上流温度Tu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、吸気管内圧力Pm及び吸気管内温度Tmを求めるモデルである。なお、下記(9)式及び下記(10)式において、Vmは吸気管部（スロットル弁４７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)  …(9)
dPm/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Tu−mc・Tm)  …(10)
【００６８】
吸気管内圧力Pmの時間微分値dPm/dtを求めるためには、厳密には、上記(10)式の右辺の各変数に同時間微分値dPm/dtを推定したい先の時点の値を代入する必要がある。しかし、上述のスロットルモデルＭ２及び吸気弁モデルＭ３と同様に、本モデルは、上記先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。
【００６９】
吸気管モデルＭ４は、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、温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactと、を上記(9)式及び上記(10)式の右辺に適用する。そして、(9)式及び(10)式に基づく計算を行って、最新の吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)を推定する。
【００７０】
（吸気弁モデルＭ５）
吸気弁モデルＭ５は、上述の吸気弁モデルＭ３と同様のモデルを含んでいる。本モデルも、筒内流入空気流量mcを推定したい先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。
【００７１】
吸気弁モデルＭ５においては、上記吸気管モデルＭ４が推定した最新の吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)と、温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuact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＝（Tu/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Ｍ５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。
【００７２】
次に、電気制御装置７０の実際の作動について、図６〜図１０を参照しながら説明する。
【００７３】
（スロットル弁開度推定）
ＣＰＵ７１は、図６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。具体的に述べると、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ６００から処理を開始し、ステップ６０５に進んで変数ｉに「０」を設定し、ステップ６１０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。
【００７４】
この時点で変数ｉは「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６１５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６２０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。
【００７５】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ６２５にて変数ｉの値を「１」だけ増大してステップ６１０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６１５〜６２５を実行する。即ち、ステップ６１５〜６２５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。
【００７６】
前述のステップ６２５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６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３０に進み、同ステップ６３０にて現時点のアクセルペダル操作量Accpと、図３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。
【００７７】
次に、ＣＰＵ７１はステップ６３５に進み、同ステップ６３５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６３０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(1)式（の右辺）に基づくステップ６３５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６４０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４７ａに対して駆動信号を送出し、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７８】
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４７ａ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。
【００７９】
（筒内空気量推定）
一方、ＣＰＵ７１は、図７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７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んで圧力センサ６１により検出されたスロットル弁上流圧力Puactを読み込むとともに、続くステップ７１０にて温度センサ６２により検出されたスロットル弁上流温度Tuactを読み込む。
【００８０】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ７１５に進んで上記スロットルモデルＭ２（上記(5)式に基づくステップ７１５内に示した式）によりスロットル通過空気流量mt(k-1)を求めるため、図８のフローチャートに示したステップ８００に進む。
【００８１】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ８０５に進んで、図６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（筒内空気量の推定が完了してい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（第２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-1)として読み込む。以下、説明の便宜上、前回の演算時点における上記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、今回の演算時点における上記予測スロットル弁開度θt(k-1)に対応する時点を今回推定時点t2とする（第１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９を参照。）。
【００８２】
その後、ＣＰＵ７１は、ステップ８１０に進んで、上記(7)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。
【００８３】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ８１５に進んで、予測スロットル弁開度θt(k-1)、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、上記テーブルMAPPMと、から定常運転時の吸気管内圧力PmTA(k-1)を求め、ステップ８２０に進んで、ステップ７１０にて読み込んだスロットル弁上流温度Tuactと、前回の図７のルーチンの実行時における後述するステップ７２５にて求められた前回推定時点t1における吸気管内温度Tm(k-1)と、上記(7)式と、に基づいて定常運転時のスロットル通過空気流量mtTA(k-1)を求める。
【００８４】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ８２５に進み、同ステップ８２５にて値Φ(PmTA(k-1)/Puact)を上記テーブルMAPΦと、上記ステップ８１５にて求めた吸気管内圧力PmTA(k-1)をステップ７０５にて読み込んだスロットル弁上流圧力Puactで除した値（PmTA(k-1)/Puact）と、から求める。また、続くステップ８３０にて、前回の図７のルーチンの実行時における後述するステップ７２５にて求められた前回推定時点t1における吸気管内圧力Pm(k-1)を上記スロットル弁上流圧力Puactで除した値（Pm(k-1)/Puact）と、上記テーブルMAPΦと、から値Φ(Pm(k-1)/Puact)を求め、続くステップ８３５にて上記ステップ８２０、ステップ８２５及びステップ８３０にてそれぞれ求めた値と、スロットルモデルＭ２を表すステップ８３５内に示した式と、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８９５を経由して図７のステップ７２０に進む。
【００８５】
ＣＰＵ７１は、ステップ７２０にて上記吸気弁モデルＭ３を表す(8)式を用いて前回推定時点t1における筒内流入空気流量mc(k-1)を求める。このとき、係数c及び値dとして、図８のステップ８１０にて求めた値を使用する。また、吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)は、前回の本ルーチン実行時における後述するステップ７２５にて求められた値（前回推定時点t1における値）を用いる。
【００８６】
次に、ＣＰＵ７１はステップ７２５に進み、上記吸気管モデルＭ４を表す(9)式及び(10)式を離散化したステップ７２５に示した式（差分方程式）と、上記ステップ７１５及びステップ７２０にてそれぞれ求めたスロットル通過空気流量mt(k-1)及び筒内流入空気流量mc(k-1)と、に基づいて、今回推定時点t2における吸気管内圧力Pm(k)と、同吸気管内圧力Pm(k)を今回推定時点t2における吸気管内温度Tm(k)にて除した値｛Pm/Tm｝(k)と、を求める。なお、Δｔは吸気管モデルＭ４で使用される離散間隔を示し、式（Δｔ＝t2−t1）により表される。即ち、ステップ７２５においては、前回推定時点t1における吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)等から、今回推定時点t2における吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)が求められる。
【００８７】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ７３０にて上記吸気弁モデルＭ５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、図８のステップ８１０にて求めた値を使用する。また、吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)は、上記ステップ７２５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。
【００８８】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ７３５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７４０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７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００８９】
これにより、前回推定時点t1の予測スロットル弁開度θt(k-1)と、圧力センサ６１により検出されたスロットル弁上流圧力Puactと、温度センサ６２により検出されたスロットル弁上流温度Tuactと、に基づいて前回推定時点t1より微小時間Δｔだけ先の今回推定時点t2の予測筒内空気量KLfwdが推定される。なお、Δｔは極めて短い時間なので、現時点より先の時点の予測スロットル弁開度θt(k-1)と、同先の時点のスロットル弁上流圧力としての上記検出されたスロットル弁上流圧力Puactと、同先の時点のスロットル弁上流温度としての上記検出されたスロットル弁上流温度Tuactと、に基づいて同先の時点の予測筒内空気量KLfwdが推定されることになる。
【００９０】
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７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（筒内空気量の推定が完了してい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は上記第２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、上記第２時点の筒内空気量の推定値となっている。
【００９１】
（バイパス通路切替制御）
更に、ＣＰＵ７１は、図１０にフローチャートにより示したバイパス通路切替制御ルーチンを所定の演算周期ΔTt３（本例では、２ｍｓ）の経過毎に実行する。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１０００から処理を開始し、ステップ１０１０に進んで圧力センサ６１により検出されたスロットル弁上流圧力Puactを読み込む。次に、ＣＰＵ７１は、ステップ１０２０に進んで、上記検出されたスロットル弁上流圧力Puactがスロットル弁上流圧力の所定の閾値Puthより大きいか否かを判定する。ここで、所定の閾値Puthは、大気の圧力Paより小さい値に設定されている。
【００９２】
いま、内燃機関１０のスロットル弁開度θtが、図１１（ａ）の時刻T1に至るまでの時点に示したように、小さい一定の値であると仮定して説明を続ける。このとき、気筒内に導入される空気の量は少ないので、コンプレッサ４５を通過する空気の流量は小さい。従って、コンプレッサ４５は殆ど吸気抵抗となっていない。更に、排ガスのエネルギーが十分小さいため、コンプレッサ４５は空気を圧縮できるほど回転しておらず過給を行っていない。この結果、スロットル弁上流圧力Puは、図１１（ｂ）に示したように大気の圧力Paより僅かだけ小さい値となっている。即ち、上記検出されたスロットル弁上流圧力Puactは所定の閾値Puthより大きい値となる。
【００９３】
従って、ＣＰＵ７１は、ステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０３０に進み、バイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに全閉用駆動信号を送出することにより、バイパス通路切替弁４８ａを開度が全閉状態となるように制御する。これにより、バイパス通路４８は遮断状態となる。なお、ステップ１０３０を実行する時点において、バイパス通路４８が遮断状態となっていれば、ＣＰＵ７１はバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに駆動信号を送出しない。次に、ＣＰＵ７１はステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ１０１０及びステップ１０２０の処理が実行されることは、圧力急変判定手段の機能が達成されることに対応している。
【００９４】
次に、内燃機関１０のスロットル弁開度θtが、図１１（ａ）の時刻T1となった直後の時点に示したように、急激に増大していると仮定して説明を続ける。このとき、スロットル弁４７の上流の吸気通路内の空気は短時間内に多量にスロットル弁４７の下流へと流出する。一方、短時間内に多量の空気がコンプレッサ４５を通過しようとすると、コンプレッサ４５が吸気抵抗となるので、コンプレッサ４５より下流の吸気通路内に十分な空気が供給されない。このため、スロットル弁上流圧力Puは、図１１（ｂ）の実線にて示したように、一時的に急激に減少し所定の閾値Puthより小さくなる。
【００９５】
このとき、ＣＰＵ７１が本ルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１はステップ１０２０に進んだとき「Ｎｏ」と判定して、ステップ１０４０に進みバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに全開用駆動信号を送出することにより、バイパス通路切替弁４８ａを開度が全開状態となるように制御する。これにより、バイパス通路４８は連通状態となる。なお、ステップ１０４０を実行する時点において、バイパス通路４８が連通状態となっていれば、ＣＰＵ７１はバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに駆動信号を送出しない。次に、ＣＰＵ７１はステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ１０４０の処理が実行されることは、バイパス通路切替制御手段の機能が達成されることに対応している。
【００９６】
これにより、空気は、コンプレッサ４５を通過することなくコンプレッサ４５とスロットル弁４７の間の吸気通路に速やかに供給される。この結果、スロットル弁上流圧力Puの変化は、コンプレッサ４５をバイパスしない場合（図１１（ｂ）の点線にて示した場合）に比較して緩慢となる。
【００９７】
その後、排ガスのエネルギーが十分大きくなり、コンプレッサ４５が過給を行うようになると、図１１（ｂ）の時刻T2より後の時点に示したように、スロットル弁上流圧力Puは所定の閾値Puthを超えるようになる。
【００９８】
このとき、ＣＰＵ７１が本ルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１はステップ１０２０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定して、ステップ１０３０に進みバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに全閉用駆動信号を送出することにより、バイパス通路切替弁４８ａを開度が全閉状態となるように制御する。これにより、バイパス通路４８は遮断状態となる。次に、ＣＰＵ７１はステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９９】
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第１実施形態は、過給機（コンプレッサ４５）の下流であってスロットル弁４７の上流の空気（スロットル弁上流空気）の圧力及び温度を圧力センサ６１及び温度センサ６２によりそれぞれ検出し、同検出した圧力及び温度に基づいて、現時点より先の時点の筒内空気量を推定する。この結果、過給機を備える内燃機関１０において、過給機（コンプレッサ４５）を通過する空気の挙動を表す物理モデルを導入しなくとも、同先の時点における筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【０１００】
更に、第１実施形態は、圧力急変判定手段によりスロットル弁上流圧力が急激に変化する状態にあると判定したときに、バイパス通路４８を連通状態に制御する。これにより、空気は、過給機のコンプレッサ４５を通過することなくコンプレッサ４５とスロットル弁４７の間の吸気通路に速やかに供給される。この結果、スロットル弁上流圧力の変化が緩慢となる。従って、圧力センサ６１により検出された圧力と現時点より先の時点のスロットル弁上流圧力との差を小さく維持することができるので、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【０１０１】
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の空気量推定装置について説明する。この第２実施形態は、圧力急変判定手段及びバイパス通路切替制御手段の機能を達成するバイパス通路切替制御ルーチンが相違する点を除き、上述した第１実施形態と同一である。第１実施形態では、検出されたスロットル弁上流圧力Puactが所定の閾値Puthより小さいときにコンプレッサ４５をバイパスしていたが、第２実施形態では、検出されたスロットル弁上流圧力の一定時間における変化量Rpが所定の閾値Rpthより小さいときにコンプレッサ４５をバイパスする。これにより、上述した第１実施形態と同様にスロットル弁上流圧力の変化が緩慢となる。
【０１０２】
（バイパス通路切替制御）
以下、第１実施形態と異なるバイパス通路切替制御ルーチンを中心に第２実施形態を説明する。第２実施形態においてＣＰＵ７１は、図１２にフローチャートにより示したバイパス通路切替制御ルーチンを所定の演算周期ΔTt３（本例では、２ｍｓ）の経過毎に実行する。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１２１０に進んで圧力センサ６１により検出されたスロットル弁上流圧力Puactを読み込む。
【０１０３】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１２２０に進み圧力変化率Rpを上記検出されたスロットル弁上流圧力Puactと、本ルーチンを前回実行した時に後述するステップ１２３０にて設定されている過去のスロットル弁上流圧力Puoldと、の差に設定する。本ルーチンは、所定時間ΔTt３の経過毎に実行されているから、圧力変化率Rpには所定時間ΔTt３に対するスロットル弁上流圧力Puactの変化量が設定されることになる。そして、ＣＰＵ７１はステップ１２３０に進み過去のスロットル弁上流圧力Puoldを本ルーチンの実行時に検出されたスロットル弁上流圧力Puactにより更新する。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１２４０に進んで、ステップ１２２０にて設定された圧力変化率Rpが圧力変化率の所定の閾値Rpthより小さいか否かを判定する。ここで、所定の閾値Rpthは、圧力の急激な減少に対応する負の値に設定されている。
【０１０５】
いま、内燃機関１０のスロットル弁開度θtが、図１１（ａ）の時刻T1となった直後の時点に示したように、急激に増大していると仮定して説明を続ける。この場合、上述したように、スロットル弁上流圧力Puは、図１１（ｂ）の実線にて示したように、一時的に急激に減少する。この結果、圧力変化率Rpは所定の閾値Rpthより小さくなる。
【０１０６】
従って、ＣＰＵ７１は、ステップ１２４０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップ１２５０に進みバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに一時全開用駆動信号を送出することにより、バイパス通路切替弁４８ａを所定時間だけ開度が全開状態となるように制御する。これにより、バイパス通路４８は上記所定時間だけ連通状態となる。なお、ステップ１２４０を実行する時点において、バイパス通路４８が連通状態となっていれば、ＣＰＵ７１はバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに駆動信号を送出しない。次に、ＣＰＵ７１はステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ１２１０〜ステップ１２４０の処理が実行されることは、圧力急変判定手段の機能が達成されることに対応している。また、ステップ１２５０の処理が実行されることは、バイパス通路切替制御手段の機能が達成されることに対応している。
【０１０７】
これにより、空気は、コンプレッサ４５を通過することなくコンプレッサ４５とスロットル弁４７の間の吸気通路に速やかに供給される。この結果、スロットル弁上流圧力Puの変化は、コンプレッサ４５をバイパスしない場合（図１１（ｂ）の点線にて示した場合）に比較して緩慢となる。
【０１０８】
一方、スロットル弁上流圧力Puが増大している場合又は緩やかに減少している場合に、ＣＰＵ７１が本ルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１はステップ１２４０に進んだとき「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、本発明による内燃機関の空気量推定装置の第２実施形態は、上記第１実施形態と同様に、スロットル弁上流圧力の変化を緩慢にすることができるので、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【０１０９】
以上説明したように、本発明の上記各実施形態によれば、過給機を備える内燃機関１０において、過給機（コンプレッサ４５）を通過する空気の挙動を表す物理モデルを導入しなくとも、現時点より先の時点における筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【０１１０】
なお、本発明は上記各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、上記各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。
【０１１１】
また、上記各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】
【０１１２】
【図１】本発明の第１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２】スロットル弁開度を制御するとともに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４】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５】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６】図１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７】図１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８】図１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９】第１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１０】図１に示したＣＰＵが実行するバイパス通路切替弁を制御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１１】スロットル弁開度が急激に変化した場合におけるスロットル弁上流圧力の変化を模式的に示した図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る空気量推定装置のＣＰＵが実行するバイパス通路切替弁を制御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】
【０１１３】
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…コンプレッサ、４６…インタークーラ、４７…スロットル弁、４７ａ…スロットル弁アクチュエータ、４８…バイパス通路、４８ａ…バイパス通路切替弁、４８ｂ…バイパス通路切替弁アクチュエータ、６１…圧力センサ、６２…温度センサ、６４…クランクポジションセンサ、６５…アクセル開度センサ、６６…アクセルペダル、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、７２…ＲＯＭ、７３…ＲＡＭ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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