(57)【要約】【課題】スロットル弁を通過する空気の流速の高低にかかわらず、吸入空気量パラメータを精度よく算出することができる内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置、および制御精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】目標開度算出装置１００の第１目標開度算出部１１０は、吸入空気を圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをノズルと見なすモデリング手法を用いて、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤを算出し、第２目標開度算出部１２０は、吸入空気を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤを算出する。そして、重み付け係数Ｋｔを用いた加重平均演算を、第１および第２目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤに施すことにより、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが算出される。【選択図】図６
2011140895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に設けられたスロットル弁によって吸入空気量が変更される内燃機関において、当該吸入空気量を表す吸入空気量パラメータを算出する内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置であって、
前記スロットル弁の上流側における前記吸気通路内の圧力を上流側圧力として検出する上流側圧力検出手段と、
前記スロットル弁の下流側における前記吸気通路内の圧力を下流側圧力として検出する下流側圧力検出手段と、
前記吸気通路内の空気を圧縮性流体と見なしかつ前記スロットル弁をノズルと見なすモデリング手法を用いて、第１吸入空気量パラメータを算出する第１吸入空気量パラメータ算出手段と、
前記吸気通路内の空気を非圧縮性流体と見なしかつ前記スロットル弁をオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、第２吸入空気量パラメータを算出する第２吸入空気量パラメータ算出手段と、
前記検出された下流側圧力と前記検出された上流側圧力との比である圧力比が第１所定域にあるときには、前記吸入空気量パラメータを前記算出された第１吸入空気量パラメータに設定するとともに、前記圧力比が前記第１所定域よりも大きい第２所定域にあるときには、前記吸入空気量パラメータを前記算出された第２吸入空気量パラメータに設定する吸入空気量パラメータ設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置。
【請求項２】
前記第１吸入空気量パラメータ算出手段は、前記モデリング手法を用いて導出された前記第１吸入空気量パラメータの算出手法において、前記圧力比の関数を用い、
前記第１所定域は、前記圧力比の関数が理論的に極大値を示すときの前記圧力比の所定値以下の領域であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置。
【請求項３】
前記第１所定域および前記第２所定域は互いに重複しないように設定されており、
前記吸入空気量パラメータ設定手段は、前記圧力比が前記第１所定域と前記第２所定域との間にあるときには、前記圧力比に基づいて重み付け係数を算出し、前記吸入空気量パラメータを、当該重み付け係数を用いた加重平均演算を前記第１吸入空気量パラメータおよび前記第２吸入空気量パラメータに施した値に設定す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吸入空気量パラメータ算出装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、吸気弁の最大揚程である吸気リフトを変更する可変リフト機構を備えており、
前記第１吸入空気量パラメータは、前記吸入空気量および前記スロットル弁の開度の一方に相当する値であり、
前記第１吸入空気量パラメータ算出手段は、前記モデリング手法を用いて導出された前記第１吸入空気量パラメータの算出手法において、前記吸入空気量および前記スロットル弁の開度の他方を表す値を独立変数として用いるとともに、前記吸気リフトが所定値以下のときに、当該吸気リフトおよび前記上流側圧力に応じて、前記第１吸入空気量パラメータを補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置を備え、
当該吸入空気量パラメータ算出装置は、前記吸入空気量パラメータとして、前記スロットル弁の開度の目標となる目標開度を算出し、
当該算出された目標開度を用いて、前記内燃機関を制御する第１制御手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置を備え、
当該吸入空気量パラメータ算出装置は、前記吸入空気量パラメータとして、前記吸入空気量を算出し、
当該算出された吸入空気量を用いて、前記内燃機関を制御する第２制御手段をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットル弁を備えた内燃機関において、吸入空気量を表す吸入空気量パラメータを算出する内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置、およびこの吸入空気量パラメータ算出装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置およびこれを備えた制御装置として、特許文献１に記載されたものを本出願人は既に提案している。この内燃機関は、吸気通路内を流れる空気（以下「吸入空気」という）の流量を変更するスロットル弁を備えている。吸入空気量パラメータ算出装置は、吸入空気の流量（以下「吸入空気量」という）を表す吸入空気量パラメータとして、スロットル弁の開度の目標値（以下「目標開度」という）ＴＨ＿ＣＭＤを算出するものであり、大気圧ＰＡを検出する大気圧センサと、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサと、吸気通路内を流れる空気の流量を吸入空気量ＧＡＩＲとして検出するエアフローセンサと、スロットル弁の下流側の吸気通路内の圧力を吸気圧ＰＢとして検出する吸気圧センサなどを備えている。
【０００３】
特許文献１の図９に示す吸入空気量パラメータ算出装置では、以下のように、スロットル弁を通過する空気（以下「通過空気」という）を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁をオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが算出される。まず、大気圧ＰＡと吸気圧ＰＢとの偏差である差圧ＰＢＧＡの目標値（以下「目標差圧」という）ＰＢＧＡ＿ＣＭＤを、エンジンの運転状態に応じて算出し、吸入空気量ＧＡＩＲの目標値（以下「目標吸気量」という）ＧＡＩＲ＿ＣＭＤを、エンジンの運転状態に応じて算出するとともに、この目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤおよび吸入空気量ＧＡＩＲに応じて、有効吸入空気量Ｑｅが算出される。
【０００４】
さらに、この有効吸入空気量Ｑｅに応じて、スロットル弁と吸気通路との間の有効開口面積Ａの基本値Ａｂａｓｅを算出し、この基本値Ａｂａｓｅを吸気温ＴＡ、大気圧ＰＡおよび目標差圧ＰＢＧＡに応じて補正することにより、有効開口面積Ａが算出される。また、吸気温ＴＡに応じて、粘性係数μを算出し、この粘性係数μ、吸気通路の内径Ｄおよび吸気通路の開口面積Ａ０に応じて、レイノズル数Ｒｅを算出するとともに、このレイノズル数Ｒｅ、および有効開口面積Ａと開口面積Ａ０との比ｍに応じて、補正係数Ｋｃが算出される。そして、この補正係数Ｋｃで有効開口面積Ａを補正することにより、補正後開口面積Ａ２を算出し、これをフィードバック補正項ΔＡで補正した値（Ａ２＋ΔＡ）に応じて、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが算出される。
【０００５】
また、内燃機関の制御装置では、以上のように算出した目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを用いて、スロットル弁の開度を制御することにより、吸入空気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤになるように制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９６４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の吸入空気量パラメータ算出装置によれば、通過空気を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁をオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを算出している関係上、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤの算出結果において、通過空気の流速が低い領域では、高い算出精度を確保できるものの、通過空気の流速が高い領域では、低い領域と比べて、通過空気の圧縮性の影響が大きくなることにより、算出精度が低下しやすくなる。また、そのように算出精度の低下した目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを用いて、スロットル弁の開度を制御した場合、その制御精度が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、スロットル弁を通過する空気の流速の高低にかかわらず、吸入空気量パラメータを精度よく算出することができる内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置、および制御精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気通路１２に設けられたスロットル弁１３ａによって吸入空気量が変更される内燃機関３において、吸入空気量を表す吸入空気量パラメータ（目標開度ＴＨ＿ＣＭＤ、吸入空気量ＧＡＩＲ）を算出する内燃機関３の吸入空気量パラメータ算出装置（ＥＣＵ２、目標開度算出装置１００、吸入空気量算出装置２００）であって、スロットル弁１３ａの上流側における吸気通路１２内の圧力を上流側圧力（大気圧ＰＡ）として検出する上流側圧力検出手段（大気圧センサ２３）と、スロットル弁１３ａの下流側における吸気通路１２内の圧力を下流側圧力（吸気圧ＰＢＡ）として検出する下流側圧力検出手段（吸気圧センサ２５）と、吸気通路１２内の空気を圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをノズルと見なすモデリング手法を用いて、第１吸入空気量パラメータ（第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎ）を算出する第１吸入空気量パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、第１目標開度算出部１１０、第１吸入空気量算出部２１０）と、吸気通路１２内の空気を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、第２吸入空気量パラメータ（第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤ、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏ）を算出する第２吸入空気量パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、第２目標開度算出部１２０、第２吸入空気量算出部２２０）と、検出された下流側圧力と検出された上流側圧力との比である圧力比Ｒ＿Ｐ，Ｒ＿Ｐｇが第１所定域にあるとき（Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１，Ｒ＿Ｐｇ≦Ｒ＿Ｐ１ｇのとき）には、吸入空気量パラメータを算出された第１吸入空気量パラメータに設定するとともに、圧力比Ｒ＿Ｐ，Ｒ＿Ｐｇが第１所定域よりも大きい第２所定域にあるとき（Ｒ＿Ｐ２≦Ｒ＿Ｐ，Ｒ＿Ｐｇ２≦Ｒ＿Ｐｇのとき）には、吸入空気量パラメータを算出された第２吸入空気量パラメータに設定する吸入空気量パラメータ設定手段（ＥＣＵ２、目標開度算出装置１００、吸入空気量算出装置２００）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置によれば、吸気通路内の空気を圧縮性流体と見なしかつスロットル弁をノズルと見なすモデリング手法を用いて、第１吸入空気量パラメータが算出されるので、第１吸入空気量パラメータの場合、スロットル弁を通過する空気（以下「通過空気」という）の流速が高い領域では、良好な算出精度を確保できるものの、通過空気の流速が低い領域では、高い領域と比べて、下流側圧力検出手段の検出誤差の影響が大きくなることにより、算出精度が低下しやすいという特性を備えている。一方、吸入空気を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁をオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、第２吸入空気量パラメータが算出されるので、第２吸入空気量パラメータの場合、通過空気の流速が低い領域では、良好な算出精度を確保できるものの、通過空気の流速が高い領域では、低い領域と比べて、空気の圧縮性の影響が大きくなることにより、算出精度がしやすいという特性を備えている。以上の理由により、通過空気の流速が高い領域では、第１吸入空気量パラメータの算出精度の方が第２吸入空気量パラメータの算出精度を上回ることになる一方、通過空気の流速が低い領域では、第２吸入空気量パラメータの算出精度の方が第１吸入空気量パラメータの算出精度を上回ることになる。
【００１１】
したがって、この内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置によれば、圧力比が第１所定域にあるときには、吸入空気量パラメータが第１吸入空気量パラメータに設定され、圧力比が第１所定域よりも大きい第２所定域にあるとき、すなわち通過空気の流速が第１所定域よりも低い第２所定域では、吸入空気量パラメータが第２吸入空気量パラメータに設定されるので、通過空気の流速の高低に応じて、吸入空気量パラメータを、第１吸入空気量パラメータおよび第２吸入空気量パラメータのうちのより高い算出精度を備えた方に設定することができる。その結果、吸入空気量パラメータを、通過空気の流速の高低にかかわらず、従来よりも高精度で算出することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の吸入空気量パラメータ算出装置（ＥＣＵ２、目標開度算出装置１００、吸入空気量算出装置２００）において、第１吸入空気量パラメータ算出手段は、モデリング手法を用いて導出された第１吸入空気量パラメータの算出手法において、圧力比の関数（流量関数Ψ，Ψｇ）を用い、第１所定域は、圧力比の関数が理論的に極大値Ψｍａｘ，Ψｇｍａｘを示すときの圧力比の所定値Ｒ＿Ｐ１，Ｒ＿Ｐｇ１以下の領域であることを特徴とする。
【００１３】
後述するように、通過空気を圧縮性流体と見なしかつスロットル弁をノズルと見なすモデリング手法を用いて、吸入空気量を表す吸入空気量パラメータの算出手法を導出した場合、その算出手法は圧力比の関数を用いるものとなる。このような圧力比の関数の場合、圧力比の変化に対して理論上、極大値を示すとともに、この極大値を示すときの圧力比の所定値以下の領域では、通過空気の流速が音速を超えることで、圧力比の関数の値は極大値から変化せず、一定となる（後述する図９，２２参照）。したがって、この内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置によれば、第１所定域が、圧力比の関数が理論的に極大値を示すときの圧力比の所定値以下の領域に設定されているので、第１吸入空気量パラメータを、圧力比の関数がその極大値に保持される領域でのみ算出することができ、その算出精度を高レベルに維持することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の吸入空気量パラメータ算出装置（ＥＣＵ２、目標開度算出装置１００、吸入空気量算出装置２００）において、第１所定域および第２所定域は互いに重複しないように設定されており、吸入空気量パラメータ設定手段は、圧力比Ｒ＿Ｐ，Ｒ＿Ｐｇが第１所定域と第２所定域との間にあるとき（Ｒ＿Ｐ１＜Ｒ＿Ｐ＜Ｒ＿Ｐ２，Ｒ＿Ｐ１＜Ｒ＿Ｐ＜Ｒ＿Ｐ２のとき）には、圧力比Ｒ＿Ｐ，Ｒ＿Ｐｇに基づいて重み付け係数Ｋｔ，Ｋｇを算出し、吸入空気量パラメータを、重み付け係数Ｋｔ，Ｋｇを用いた加重平均演算を第１吸入空気量パラメータおよび第２吸入空気量パラメータに施した値に設定することを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置によれば、圧力比が第１所定域と第２所定域との間にあるときには、圧力比に基づいて重み付け係数が算出され、吸入空気量パラメータが、重み付け係数を用いた加重平均演算を第１吸入空気量パラメータおよび第２吸入空気量パラメータに施した値に設定されるので、吸入空気量パラメータを、第１吸入空気量パラメータおよび第２吸入空気量パラメータの一方から他方に直接的に切り換える場合と異なり、圧力比の変化に伴う吸入空気量パラメータの急激な変動を回避することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の吸入空気量パラメータ算出装置（ＥＣＵ２、目標開度算出装置１００、吸入空気量算出装置２００）において、内燃機関３は、吸気弁４の最大揚程である吸気リフトＬＩＦＴを変更する可変リフト機構４０を備えており、第１吸入空気量パラメータは、吸入空気量ＧＡＩＲおよびスロットル弁１３ａの開度ＴＨの一方に相当する値であり、第１吸入空気量パラメータ算出手段は、モデリング手法を用いて導出された第１吸入空気量パラメータの算出手法において、吸入空気量ＧＡＩＲおよびスロットル弁１３ａの開度ＴＨの他方を表す値（吸入空気量ＧＡＩＲ、開度関数ＦＴＨ）を独立変数として用いるとともに、吸気リフトＬＩＦＴが所定値以下ＬＩＦＴ１のときに、吸気リフトＬＩＦＴおよび上流側圧力（大気圧ＰＡ）に応じて、第１吸入空気量パラメータを補正する補正手段（ＥＣＵ２、大気圧補正係数算出部１４０，２４０）を備えることを特徴とする。
【００１７】
内燃機関が吸気弁の最大揚程である吸気リフトを変更する可変リフト機構を備えている場合、後述する図１２に示すように、吸入空気量とスロットル弁の開度との間の相関性は、吸気リフトが大きい領域では、吸気リフトおよび上流側圧力が変化した際、その影響をあまり受けないのに対して、吸気リフトが小さい領域では、吸気リフトおよび上流側圧力が変化した際、その影響によって大きなずれを生じてしまうことが本出願人の実験により確認されている。そのため、この内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置のように、第１吸入空気量パラメータの算出手法において、吸入空気量およびスロットル弁の開度の他方を表す値を独立変数として用いた場合、吸気リフトが小さい領域では、吸気リフトおよび上流側圧力が変化した際、吸入空気量とスロットル弁の開度との間の相関性が変化することにより、第１吸入空気量パラメータの算出精度が低下するおそれがある。これに対して、この内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置によれば、吸気リフトが所定値以下のときに、吸気リフトおよび上流側圧力に応じて、第１吸入空気量パラメータが補正されるので、吸気リフトが小さい領域において、吸気リフトおよび上流側圧力が変化した場合でも、その影響を抑制しながら、第１吸入空気量パラメータを精度よく算出することができる。
【００１８】
請求項５に係る内燃機関３の制御装置１は、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関３の吸入空気量パラメータ算出装置（ＥＣＵ２、目標開度算出装置１００）を備え、吸入空気量パラメータ算出装置は、吸入空気量パラメータとして、スロットル弁１３ａの開度の目標となる目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを算出し（ステップ５）、算出された目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを用いて、内燃機関３を制御する第１制御手段（ＥＣＵ２、ステップ８）をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
この内燃機関の制御装置によれば、前述したように、通過空気の流速の高低にかかわらず、スロットル弁の開度の目標となる目標開度を精度よく算出することができるので、そのような目標開度を用いて内燃機関を制御することにより、高い制御精度を確保することができる。
【００２０】
請求項６に係る内燃機関３の制御装置１Ａは、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関３の吸入空気量パラメータ算出装置（ＥＣＵ２、吸入空気量算出装置２００）を備え、吸入空気量パラメータ算出装置は、吸入空気量パラメータとして、吸入空気量ＧＡＩＲを算出し（ステップ１０）、算出された吸入空気量ＧＡＩＲを用いて、内燃機関３を制御する第２制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１３，１４）をさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
この内燃機関の制御装置によれば、前述したように、通過空気の流速の高低にかかわらず、吸入空気量を精度よく算出することができるので、そのような吸入空気量を用いて内燃機関を制御することにより、高い制御精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る吸入空気量パラメータ算出装置を備えた制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】吸気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。
【図４】可変リフト機構による吸気リフトの変更状態を示す図である。
【図５】可変カム位相機構によりカム位相が最遅角値（実線）および最進角値（２点鎖線）に設定されているときの吸気弁のバルブリフト曲線と、排気弁のバルブリフト曲線とをそれぞれ示す図である。
【図６】目標開度算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】重み付け係数Ｋｔの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図８】第１目標開度算出部の概略構成を示すブロック図である。
【図９】流量関数Ψの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１０】基準開度ＴＨＮ＿ＢＡＳＥの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１１】大気圧補正係数ＫＰＡの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１２】大気圧ＰＡが低い条件下で、吸気リフトＬＩＦＴを低リフト域で変化させたときの、スロットル弁開度ＴＨと吸入空気量ＧＡＩＲの実測値および補正値との関係を示す図である。
【図１３】第２目標開度算出部の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】基準開口面積Ａ１＿ＢＡＳＥの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１５】粘性係数μの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１６】第２補正係数Ｋ２の算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１７】第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１８】第１実施形態の制御装置による吸入空気量制御処理を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る制御装置における吸入空気量算出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２０】重み付け係数Ｋｇの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２１】第１吸入空気量算出部の概略構成を示すブロック図である。
【図２２】流量関数Ψｇの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２３】開度関数ＦＴＨの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２４】大気圧補正係数ＫＰＡ２の算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２５】第２吸入空気量算出部の概略構成を示すブロック図である。
【図２６】開口面積Ａｔｈの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２７】第２基準空気量ＧＡＩＲ＿Ｏ＿ＢＡＳＥの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２８】第２補正係数Ｋ２ｇの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２９】第２実施形態の制御装置による燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置および制御装置について説明する。この制御装置１は、図２に示すように、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、後述する吸入空気量制御処理などの各種の制御処理を実行する。
【００２４】
図１に示すように、エンジン３は、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。このエンジン３は、気筒３ａ毎に設けられた一対の吸気弁４，４（１つのみ図示）および一対の排気弁７，７（１つのみ図示）と、吸気カムシャフト５および吸気カム６を有するとともに各吸気弁４を開閉駆動する吸気側動弁機構３０と、排気カムシャフト８および排気カム９を有するとともに各排気弁７を開閉駆動する排気側動弁機構７０と、燃料噴射弁１０（図２参照）などを備えている。
【００２５】
吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に取り付けられているとともに、気筒３ａの配列方向に沿って延びている。この吸気カムシャフト５の一端部上には、吸気スプロケット（図示せず）が同軸に配置され、回転自在に設けられている。この吸気スプロケットは、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト３ｄに連結され、後述する可変カム位相機構６０を介して吸気カムシャフト５に連結されている。以上の構成により、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転する毎に１回転する。また、吸気カム６は、吸気カムシャフト５上にこれと一体に回転するように設けられている。
【００２６】
さらに、吸気側動弁機構３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴う吸気カムシャフト５の回転によって、各気筒３ａの吸気弁４を、リターンスプリング４ａの付勢力に抗しながら開閉駆動するものであり、後述するように、吸気弁４の開弁中の最大揚程である吸気リフトＬＩＦＴを無段階に変更するとともに、吸気弁４のバルブタイミングを無段階に変更する可変式の動弁機構で構成されている。
【００２７】
一方、排気側動弁機構７０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴う排気カムシャフト８の回転によって、各気筒３ａの排気弁７を、リターンスプリング７ａの付勢力に抗しながら開閉駆動する。それにより、排気行程中、排気弁７が開弁することによって、燃焼ガスが気筒３ａ内から排気通路１４に排出される。
【００２８】
一方、燃料噴射弁１０は、気筒３ａ毎に設けられ、燃料を気筒３ａ内に直接噴射するようにシリンダヘッド３ｃに取り付けられている。すなわち、エンジン３は直噴エンジンとして構成されている。また、燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、その開弁時間および開弁タイミングが制御される。すなわち燃料噴射量および噴射時期が制御される。
【００２９】
さらに、エンジン３には、クランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３０】
このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。
【００３１】
一方、エンジン３の吸気通路１２には、スロットル弁機構１３が設けられており、このスロットル弁機構１３は、スロットル弁１３ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１３ｂなどを備えている。スロットル弁１３ａは、吸気通路１２の途中に回動自在に設けられており、回動に伴う開度の変化により吸気通路１２内を流れる空気の流量を変化させる。ＴＨアクチュエータ１３ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって駆動されることで、スロットル弁１３ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを変化させる。なお、以下の説明では、吸気通路１２内を流れる空気を「吸入空気」という。
【００３２】
次に、図３を参照しながら、前述した吸気側動弁機構３０について説明する。この吸気側動弁機構３０は、同図に示すように、吸気カムシャフト５、吸気カム６、可変リフト機構４０および可変カム位相機構６０などを備えている。
【００３３】
この可変リフト機構４０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴う吸気カムシャフト５の回転によって吸気弁４を開閉駆動するとともに、吸気リフトＬＩＦＴを図４に示す最小値ＬＩＦＴ＿ｍｉｎと最大値ＬＩＦＴ＿ｍａｘとの間で無段階に変更するものである。この可変リフト機構４０は、具体的には、本出願人が特開２００７−１００５２２号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、以下、その概略を簡単に説明する。
【００３４】
この可変リフト機構４０は、コントロールシャフト４１およびロッカアームシャフト４２と、これらのシャフト４１，４２上に気筒３ａ毎に設けられたロッカアーム機構４３と、これらのロッカアーム機構４３を同時に駆動するリフトアクチュエータ５０（図２参照）と、回動規制機構（図示せず）などを備えている。
【００３５】
このロッカアーム機構４３は、リンク４４ａ、ローラ軸４４ｂ、ローラ４４ｃ、ロッカアーム４５などを備えている。また、リフトアクチュエータ５０は、モータおよび減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって駆動されると、コントロールシャフト４１を回動させ、それにより、リンク４４ａをローラ軸４４ｂを中心として回動させる。
【００３６】
このリンク４４ａが図３に実線で示すゼロリフト位置にある場合、吸気カム６が回転し、そのカムノーズによりローラ４４ｃがロッカアームシャフト４２側に押されると、リンク４４ａはコントロールシャフト４１を中心として、図３の時計回りに回動する。その際、ロッカアーム４５の案内面４５ａがコントロールシャフト４１を中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、リターンスプリング４ａの付勢力により、ロッカアーム４５は図３に示す閉弁位置に保持される。それにより、吸気リフトＬＩＦＴは値０に保持され、吸気弁４は閉弁状態に保持される。
【００３７】
一方、リンク４４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置（図３の２点鎖線で示す位置）側の位置まで回動し、その位置に保持されている状態では、吸気カム６の回転により、リンク４４ａがコントロールシャフト４１を中心として図３の時計回りに回動すると、ロッカアーム４５は、リターンスプリング４ａの付勢力に抗しながら、図３に示す閉弁位置から下方に回動し、吸気弁４を開放する。その際、ロッカアーム４５の回動量すなわち吸気リフトＬＩＦＴは、リンク４４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きくなる。すなわち、吸気弁４は、リンク４４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。
【００３８】
また、コントロールシャフト４１の回動範囲は、回動規制機構によって、前述した最大リフト位置と、前述したゼロリフト位置から最大リフト位置側に若干回動した最小リフト位置との間に規制されるように構成されている。それにより、吸気カム６の回転中、吸気弁４は、リンク４４ａが最大リフト位置にあるときには、図４に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、吸気リフトＬＩＦＴは、その最大値ＬＩＦＴ＿ｍａｘを示すとともに、リンク４４ａが最小リフト位置にあるときには、図４に２点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、吸気リフトＬＩＦＴは、その最小値ＬＩＦＴ＿ｍｉｎを示す。
【００３９】
以上のように、この可変リフト機構４０では、リフトアクチュエータ５０を介して、リンク４４ａを最小リフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、吸気リフトＬＩＦＴが、所定の最小値ＬＩＦＴ＿ｍｉｎと所定の最大値ＬＩＦＴ＿ｍａｘとの間で無段階に変更される。
【００４０】
また、可変リフト機構４０には、回動角センサ２１が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２１は、コントロールシャフト４１の回動角を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この回動角センサ２１の検出信号に基づき、吸気リフトＬＩＦＴを算出する。
【００４１】
次に、前述した可変カム位相機構６０について説明する。この可変カム位相機構６０は、吸気カムシャフト５のクランクシャフト３ｄに対する相対的な位相（以下「カム位相」という）ＣＡＩＮを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、吸気カムシャフト５の吸気スプロケット側の端部に設けられている。
【００４２】
この可変カム位相機構６０は、具体的には、本出願人が特開２００７−１００５２２号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、カム位相電磁弁６１（図２参照）などを備えており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によりカム位相電磁弁６１が駆動されると、カム位相ＣＡＩＮを、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化させる。それにより、吸気弁４のバルブタイミングは、図５に実線で示す最遅角タイミングと、図５に２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。
【００４３】
一方、吸気カムシャフト５の可変カム位相機構６０と反対側の端部には、カム角センサ２２（図２参照）が設けられている。このカム角センサ２２は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、吸気カムシャフト５の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、カム位相ＣＡＩＮを算出する。
【００４４】
以上のように、このエンジン３では、可変リフト機構４０によって、吸気リフトＬＩＦＴを所定範囲内で無段階に変更できるとともに、可変カム位相機構６０によって、吸気弁４のバルブタイミングを所定範囲内で無段階に変更できるように構成されている。
【００４５】
さらに、図２に示すように、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２３、吸気温センサ２４、吸気圧センサ２５、スロットル弁開度センサ２６、アクセル開度センサ２７およびＬＡＦセンサ２８が電気的に接続されている。この大気圧センサ２３は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧ＰＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この大気圧ＰＡは絶対圧として検出される。なお、本実施形態では、大気圧センサ２３が上流側圧力検出手段に相当し、大気圧ＰＡが上流側圧力に相当する。
【００４６】
また、吸気温センサ２４は、吸気通路１２内の空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、吸気圧センサ２５は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、スロットル弁１３ａよりも下流側の吸気通路１２内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この吸気圧ＰＢＡは、絶対圧として検出される。なお、本実施形態では、吸気圧センサ２５が下流側圧力検出手段に相当し、吸気圧ＰＢＡが下流側圧力に相当する。
【００４７】
一方、スロットル弁開度センサ２６は、ポテンショメータで構成されており、スロットル弁開度ＴＨを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、アクセル開度センサ２７は、図示しないアクセルペダルの操作量であるアクセル開度ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、ＬＡＦセンサ２８は、排気通路１４の触媒装置よりも上流側に設けられており、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気通路１４内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４８】
また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２８の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別し、吸入空気量制御処理などの各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、吸入空気量パラメータ算出装置、第１吸入空気量パラメータ算出手段、第２吸入空気量パラメータ算出手段、吸入空気量パラメータ設定手段、補正手段、および第１制御手段に相当する。
【００４９】
一方、本実施形態の制御装置１は、図６に示すように、目標開度算出装置１００を備えており、この目標開度算出部１００は、具体的には、ＥＣＵ２によって構成されている。なお、本実施形態では、目標開度算出部１００が吸入空気量パラメータ算出装置および吸入空気量パラメータ設定手段に相当する。
【００５０】
この目標開度算出装置１００は、吸入空気量パラメータとして、スロットル弁開度ＴＨの目標となる目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを算出するものであり、同図に示すように、第１目標開度算出部１１０、第２目標開度算出部１２０、重み付け係数算出部１４０、増幅器１４１，１４２および加算器１４３を備えている。
【００５１】
この第１目標開度算出部１１０では、後述するように、スロットル弁１３ａを通過する空気（以下「通過空気」という）を圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをノズルと見なすモデリング手法を用いて、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤが算出される。なお、本実施形態では、第１目標開度算出部１１０が第１吸入空気量パラメータ算出手段に相当し、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤが第１吸入空気量パラメータに相当する。
【００５２】
また、第２目標開度算出部１２０では、後述するように、通過空気を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤが算出される。なお、本実施形態では、第２目標開度算出部１２０が第２吸入空気量パラメータ算出手段に相当し、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤが第２吸入空気量パラメータに相当する。
【００５３】
さらに、重み付け係数算出部１４０では、目標吸気圧ＰＢＡ＿ＣＭＤと大気圧ＰＡとの比を、圧力比Ｒ＿Ｐ（＝ＰＢＡ＿ＣＭＤ／ＰＡ）として算出し、この圧力比Ｒ＿Ｐに応じて、図７に示すマップを検索することにより、重み付け係数Ｋｔが算出される。なお、目標吸気圧ＰＢＡ＿ＣＭＤは、吸気圧ＰＢＡの目標となる値であり、その算出手法については後述する。
【００５４】
同図におけるＲ＿Ｐ１，Ｒ＿Ｐ２は、圧力比Ｒ＿Ｐの所定値を表しており、Ｒ＿Ｐ１≒０．５３の関係と、Ｒ＿Ｐ１＜Ｒ＿Ｐ２の関係が成立するように設定される。同図に示すように、重み付け係数Ｋｔは、Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１の領域では値１．０に、Ｒ＿Ｐ２≦Ｒ＿Ｐの領域では値０にそれぞれ設定されているとともに、Ｒ＿Ｐ１＜Ｒ＿Ｐ＜Ｒ＿Ｐ２の領域では、圧力比Ｒ＿Ｐの変化分に比例して変化するように設定されている。重み付け係数Ｋｔがこのように設定されている理由については後述する。
【００５５】
一方、増幅器１４１，１４２では、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤおよび第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤをそれぞれ、Ｋｔ，１−Ｋｔ倍に増幅した値が算出される。そして、加算器１４３では、そのように増幅された値を用い、下式（１）により、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが算出される。すなわち、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤは、第１および第２目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤの加重平均演算によって算出される。
【数１】
2011140895.tif 000003
【００５６】
この式（１）を参照すると明らかなように、Ｋｔ＝１．０のとき、すなわちＲ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１が成立し、通過空気の流速が高い領域では、ＴＨ＿ＣＭＤ＝ＴＨＮ＿ＣＭＤとなり、Ｋｔ＝０のとき、すなわちＲ＿Ｐ２≦Ｒ＿Ｐが成立し、通過空気の流速が低い領域では、ＴＨ＿ＣＭＤ＝ＴＨＯ＿ＣＭＤとなる。さらに、０＜Ｋｔ＜１のとき、すなわちＲ＿Ｐ１＜Ｒ＿Ｐ＜Ｒ＿Ｐ２が成立している領域では、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤにおける第１および第２目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤの重み付けの度合は、重み付け係数Ｋｔの値によって決定される。
【００５７】
以上のように目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが算出されるのは以下の理由による。すなわち、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤの場合、後述するように、通過空気を圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをノズルと見なすモデリング手法を用いて算出される関係上、通過空気の流速が高い領域では、良好な算出精度を確保できるものの、通過空気の流速が低い領域では、高い領域と比べて、吸気圧センサ２５の検出誤差の影響が大きくなることにより、算出精度が低下しやすいという特性を備えている。一方、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの場合、通過空気を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて算出される関係上、通過空気の流速が低い領域では、良好な算出精度を確保できるものの、通過空気の流速が高い領域では、低い領域と比べて、空気の圧縮性の影響が大きくなることにより、算出精度が低下しやすいという特性を備えている。
【００５８】
その結果、通過空気の流速が高い領域では、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤの算出精度の方が第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの算出精度を上回ることになり、通過空気の流速が低い領域では、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの算出精度の方が、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤの算出精度を上回ることになる。したがって、Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１が成立するような、通過空気の流速が高い領域では、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤよりも算出精度の高い第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤとして算出するとともに、Ｒ＿Ｐ２≦Ｒ＿Ｐが成立するような、通過空気の流速が低い領域では、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤよりも算出精度の高い第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤとして算出することによって、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを、通過空気の流速の高低にかかわらず、高い算出精度で算出することができる。
【００５９】
また、０＜Ｋｔ＜１のときには、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤにおける第１および第２目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤの重み付けの度合いが、重み付け係数Ｋｔの値によって決定される。これは、ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤの一方から他方に直接的に切り換えた場合、第１および第２目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤの値の差が大きいと、それに起因して吸入空気量ＧＡＩＲが急変し、トルク段差が発生する可能性あるので、それを回避するためである。すなわち、前述したように、重み付け係数Ｋｔが０＜Ｋｔ＜１となるＲ＿Ｐ１＜Ｒ＿Ｐ＜Ｒ＿Ｐ２の領域では、重み付け係数Ｋｔが圧力比Ｒ＿Ｐの変化分に比例して変化するように設定されているので、圧力比Ｒ＿Ｐが２つの所定値Ｒ＿Ｐ１，Ｒ＿Ｐ２の間で変化すると、それに伴って重み付け係数Ｋｔが徐々に変化することにより、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤにおける第１および第２目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤの重み付けの度合いが徐々に変化することになる。その結果、トルク段差の発生を回避することができる。
【００６０】
次に、図８を参照しながら、前述した第１目標開度算出部１１０について説明する。この第１目標開度算出部１１０は、以下に述べるように、スロットル弁１３ａと吸入空気の関係を流体力学に基づいてモデリングする手法を用いながら、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤを算出するものであり、同図に示すように、流量関数算出部１１１、開度関数算出部１１２、基準開度算出部１１３、大気圧補正係数算出部１１４および乗算器１１５を備えている。
【００６１】
まず、流量関数算出部１１１では、圧力比Ｒ＿Ｐに応じて、図９に示すマップを検索することにより、流量関数Ψ（圧力比の関数）が算出される。このマップでは、流量関数Ψは、Ｒ＿Ｐ２≦Ｒ＿Ｐの領域では、圧力比Ｒ＿Ｐが大きいほど、より小さい値に設定されているとともに、Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１の領域では、一定値Ψｍａｘに設定されている。これは以下の理由による。
【００６２】
すなわち、流量関数Ψの理論値は、同図のＲ＿Ｐ１≦Ｒ＿Ｐの領域では、実線で示す曲線状の値となり、同図のＲ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１の領域では、破線で示す曲線状の値となる。言い換えれば、流量関数Ψの理論値は、圧力比Ｒ＿Ｐに対して上に向かって凸の曲線状に変化するとともに、Ｒ＿Ｐ＝Ｒ＿Ｐ１のときに、極大値Ψｍａｘを示すように算出される。しかし、Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１の領域では、スロットル弁１３ａを通過する空気の流速が音速を超えてしまう関係上、流量関数Ψの実際の値は、Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１の領域で極大値Ψｍａｘに保持されてしまうので、図９のマップでは、流量関数Ψのマップ値は実線で示す値に設定されている。
【００６３】
次に、開度関数算出部１１２では、下式（２）により、開度関数ＦＴＨが算出される。
【数２】
2011140895.tif 000004
【００６４】
上式（２）のＧＡＩＲ＿ＣＭＤは、吸入空気量ＧＡＩＲの目標となる目標吸気量であり、後述するように算出される。また、Ｒは空気のガス定数である。上式（２）は、以下に述べる手法により導出される。すなわち、通過空気を圧縮性流体かつ断熱流であると見なしかつスロットル弁１３ａをノズルと見なしてモデリングすると、下式（３）に示すモデル式が得られる。
【数３】
2011140895.tif 000005
【００６５】
上式（３）において、ｕは通過空気の流速を、Ｐ1，Ｐ2はスロットル弁１３ａの上流側および下流側圧力を、ρ1はスロットル弁１３ａの上流側の吸入空気の密度を、κは吸入空気の比熱比をそれぞれ表している。
【００６６】
次に、吸入空気の質量流量をＧ、スロットル弁１３ａの開口面積をＡ、スロットル弁１３ａの下流側の吸入空気の密度をρ2、スロットル弁１３ａの流量係数をＣｄとすると、連続の式に基づき、下式（４）が得られる。
【数４】
2011140895.tif 000006
【００６７】
また、完全気体の等エントロピー変化では下式（５）が成立し、この式（５）を変形すると、下式（６）が得られる。
【数５】
2011140895.tif 000007
【数６】
2011140895.tif 000008
【００６８】
上式（６）を前述した式（４）に代入すると、下式（７）が得られる。
【数７】
2011140895.tif 000009
【００６９】
ここで、上式（７）の右辺のＣｄ・Ａ以外の項を、前述した式（３）を代入して整理すると、下式（８）のようになる。
【数８】
2011140895.tif 000010
【００７０】
この式（８）を用いて上式（７）を書き換えると、下式（９）が得られる。
【数９】
2011140895.tif 000011
【００７１】
また、空気の密度ρは、気体の状態方程式ＰＶ＝ＧＲＴから下式（１０）によって定義される。
【数１０】
2011140895.tif 000012
【００７２】
上式（１０）のρをρ1に、ＰをＰ1にそれぞれ置き換えた式を上式（９）に代入すると、下式（１１）が得られる。
【数１１】
2011140895.tif 000013
【００７３】
ここで、上式（１１）の圧力比Ｐ2／Ｐ1の項を流量関数Ψとして下式（１２）のように定義し、これを用いて上式（１１）を書き換えると、下式（１３）が得られる。
【数１２】
2011140895.tif 000014
【数１３】
2011140895.tif 000015
【００７４】
上式（１３）において、開口面積Ａおよび流量係数Ｃｄはいずれも、スロットル弁開度ＴＨによって決まる関数であるので、値Ｃｄ・Ａを開度関数ＦＴＨ（＝Ｃｄ・Ａ）と定義し、これを用いて上式（１３）を書き換えると、下式（１４）が得られる。
【数１４】
2011140895.tif 000016
【００７５】
上式（１４）において、スロットル弁１３ａの上流側における圧力損失を無視し、上流側圧力Ｐ1を大気圧ＰＡに置き換えるとともに、質量流量Ｇを吸入空気量ＧＡＩＲに、温度Ｔを大気温ＴＡにそれぞれ置き換えると、下式（１５）が得られる。
【数１５】
2011140895.tif 000017
【００７６】
さらに、上式（１５）を開度関数ＦＴＨについて整理すると、下式（１６）が得られる。
【数１６】
2011140895.tif 000018
【００７７】
この式（１６）において、吸入空気量ＧＡＩＲをその目標値である目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤに置き換えると、前述した式（２）が導出される。なお、この目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤの算出手法については後述する。
【００７８】
一方、基準開度算出部１１３では、開度関数ＦＴＨに応じて、図１０に示すマップを検索することにより、基準開度ＴＨＮ＿ＢＡＳＥが算出される。この図１０のマップは、大気圧ＰＡ、吸気圧ＰＢＡおよび吸気温ＴＡなどの環境条件が所定の基準条件下にあるときの、開度関数ＦＴＨに対する目標開度ＴＨ＿ＣＭＤの値を表している。
【００７９】
さらに、大気圧補正係数算出部１１４（補正手段）では、吸気リフトＬＩＦＴおよび大気圧ＰＡに応じて、図１１に示すマップを検索することにより、大気圧補正係数ＫＰＡが算出される。同図において、ＰＡ１〜ＰＡ３は、大気圧ＰＡの所定値であり、ＰＡ１＜ＰＡ２＜ＰＡ３の関係が成立するように設定される。また、ＬＩＦＴ１は、吸気リフトＬＩＦＴの所定値であり、前述した最小値ＬＩＦＴ＿ｍｉｎに近い値に設定されている。同図に示すように、この大気圧補正係数ＫＰＡは、ＬＩＦＴ１≦ＬＩＦＴの領域では、値１に設定されているとともに、ＬＩＦＴ＜ＬＩＦＴ１の領域では、後述する理由により、大気圧ＰＡが低いほど、より大きい値に設定されている。
【００８０】
そして、乗算器１１５では、下式（１７）により、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤが算出される。
【数１７】
2011140895.tif 000019
【００８１】
以上のように、第１目標開度算出部１１０では、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤは、基準開度ＴＨＮ＿ＢＡＳＥを大気圧補正係数ＫＰＡで補正することにより算出される。その理由を、図１２を参照しながら説明する。同図のＬＩＦＴ２，３は、吸気リフトＬＩＦＴの所定値であり、ＬＩＦＴ３＜ＬＩＦＴ２＜ＬＩＦＴ１が成立するように設定される。同図に実線で示す曲線は、大気圧ＰＡが前述した基準条件下にあるときよりも低い状態、すなわち高地にある状態で、スロットル弁開度ＴＨおよび吸気リフトＬＩＦＴを変化させたときの吸入空気量ＧＡＩＲの実測値を表している。また、同図に破線で示す曲線は、大気圧ＰＡが前述した基準条件下にある状態、すなわち平地にある状態で、スロットル弁開度ＴＨおよび吸気リフトＬＩＦＴを変化させたときの吸入空気量ＧＡＩＲの実測値を、上記実線で示す曲線の値と同じ高地相当の大気圧ＰＡでの値となるように補正したものである。
【００８２】
これらの２つの値を比較すると明らかなように、吸気リフトＬＩＦＴが所定値ＬＩＦＴ１にあるときには、平地用のマップ値を大気圧ＰＡに応じて補正することで、補正値は実測値に対してほとんどずれていないものの、吸気リフトＬＩＦＴが所定値ＬＩＦＴ１よりも小さい領域すなわち低リフト域では、吸気リフトＬＩＦＴが小さいほど、実測値が補正値を下回る度合がより大きくなっており、より大きなずれを生じていることが判る。したがって、本実施形態では、大気圧ＰＡが低くかつ吸気リフトＬＩＦＴが小さい領域における、このようなずれの発生を抑制するために、大気圧補正係数ＫＰＡが、前述した図１１に示す傾向に設定されている。
【００８３】
さらに、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤの場合、前述したように、通過空気を圧縮性流体と見なし、かつスロットル弁１３ａをノズルと見なすモデリング手法を用いて算出される関係上、通過空気の流速が高い領域では、高い算出精度を確保できるものの、通過空気の流速が低い領域では、高い領域と比べて、吸気圧センサ２５の検出誤差の影響が大きくなることにより、算出精度が低下しやすいという特性を備えている。
【００８４】
次に、図１３を参照しながら、前述した第２目標開度算出部１２０について説明する。この第２目標開度算出部１２０は、前述した特許文献１と同様に、通過空気を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤを算出するものである。
【００８５】
同図に示すように、第２目標開度算出部１２０は、基準開口面積算出部１２１、開口面積算出部１２２、第１補正係数算出部１２３、開口面積比算出部１２４、粘性係数算出部１２５、レイノズル数算出部１２６、第２補正係数算出部１２７、乗算器１２８および最終値算出部１２９を備えている。
【００８６】
まず、基準開口面積算出部１２１では、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤに応じて、図１４に示すマップを検索することにより、基準開口面積Ａ１＿ＢＡＳＥが算出される。この基準開口面積Ａ１＿ＢＡＳＥは、スロットル弁１３ａをオリフィスと見なしたときの、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤを確保するのに必要な開口面積の基準値を表している。このマップでは、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤが大きいほど、それを確保するために、基準開口面積Ａ１＿ＢＡＳＥがより大きい値に設定されている。
【００８７】
次に、開口面積算出部１２２では、下式（１８）により、開口面積Ａ１が算出される。
【数１８】
2011140895.tif 000020
【００８８】
上式（１８）のＰＢＧＡ＿ＣＭＤは、目標差圧であり、大気圧ＰＡから目標吸気圧ＰＢＡ＿ＣＭＤを減算することによって算出される。この目標吸気圧ＰＢＡ＿ＣＭＤの算出手法については後述する。また、上式（１８）のＰＢＧＡｂａｓｅは、所定の基準差圧であり、吸気差圧ＰＢＧＡ（＝ＰＡ−ＰＢＡ）の所定の一定値に設定されている。
【００８９】
さらに、第１補正係数算出部１２３では、下式（１９）に示すように、第１補正係数Ｋ１が算出される。この第１補正係数Ｋ１は、開口面積Ａ１を密度補正するための値である。
【数１９】
2011140895.tif 000021
【００９０】
上式（１９）において、Ｔｂａｓｅは、基準吸気温であり、前述した基準条件下での吸気温ＴＡの値に設定されている。また、Ｐｂａｓｅは、基準大気圧であり、前述した基準条件下での大気圧ＰＡの値に設定されている。
【００９１】
一方、開口面積比算出部１２４では、開口面積比Ｒ＿Ａが、開口面積Ａ１と吸気通路１２の通路断面積Ａｄとの比Ａ１／Ａｄとして算出され、粘性係数算出部１２５では、吸気温ＴＡに応じて、図１５に示すマップを検索することにより、吸入空気の粘性係数μが算出される。
【００９２】
また、レイノズル数算出部１２６では、下式（２０）により、レイノズル数Ｒｅが算出される。なお、下式（２０）のＤは吸気通路１２の内径を表している。
【数２０】
2011140895.tif 000022
【００９３】
さらに、第２補正係数算出部１２７では、開口面積比Ｒ＿Ａおよびレイノズル数Ｒｅに応じて、図１６に示すマップを検索することにより、第２補正係数Ｋ２が算出される。同図のＲｅ１〜Ｒｅ３は、レイノズル数Ｒｅの所定値であり、Ｒｅ１＜Ｒｅ２＜Ｒｅ３の関係が成立するように設定される。
【００９４】
同図に示すように、このマップでは、第２補正係数Ｋ２は、開口面積比Ｒ＿Ａが小さいほど、またはレイノズル数Ｒｅが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、開口面積比Ｒ＿Ａが小さいほど、またはレイノズル数Ｒｅが大きいほど、空気流がスロットル弁１３ａを通過しにくくなるので、それに対応してスロットル弁開度の開口面積をより大きい値に設定するためである。
【００９５】
一方、乗算器１２８では、下式（２１）により、補正後開度面積Ａ１＿ＭＯＤが算出される。
【数２１】
2011140895.tif 000023
【００９６】
上式（２１）に示すように、補正後開度面積Ａ１＿ＭＯＤは、開口面積Ａ１を２つの補正係数Ｋ１，Ｋ２で補正することにより算出される。
【００９７】
さらに、最終値算出部１２９では、補正後開度面積Ａ１＿ＭＯＤに応じて、図１７に示すマップを検索することにより、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤが算出される。このマップでは、補正後開度面積Ａ１＿ＭＯＤが大きいほど、それを確保するために、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤがより大きい値に設定されている。
【００９８】
以上のように、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの場合、通過空気を非圧縮性流体と見なし、かつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて算出される関係上、通過空気の流速が低い領域では、良好な算出精度を確保できるものの、通過空気の流速が高い領域では、低い領域と比べて、空気の圧縮性の影響が大きくなることにより、算出精度が低下しやすいという特性を備えている。
【００９９】
次に、図１８を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される吸入空気量制御処理について説明する。この制御処理は、前述した算出手法によって目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを算出し、これを用いてスロットル弁機構１３を制御するとともに、可変リフト機構４０および可変カム位相機構６０を制御することによって、吸入空気量を制御するものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。
【０１００】
同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤを算出する。具体的には、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、エンジン３に要求されている要求トルクＰＭ＿ＣＭＤを算出し、この要求トルクＰＭ＿ＣＭＤおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤを算出する。
【０１０１】
次に、ステップ２に進み、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤに応じて、目標カム位相ＣＡＩＮ＿ＣＭＤを算出した後、ステップ３で、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤおよび目標カム位相ＣＡＩＮ＿ＣＭＤに応じて、目標リフトＬＩＦＴ＿ＣＭＤを算出する。
【０１０２】
次に、ステップ４に進み、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤおよび目標カム位相ＣＡＩＮ＿ＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気圧ＰＢＡ＿ＣＭＤを算出する。
【０１０３】
ステップ４に続くステップ５で、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを、前述した目標開度算出装置１００の算出手法によって算出する。
【０１０４】
次いで、ステップ６に進み、カム位相制御処理を実行する。この制御処理では、目標カム位相ＣＡＩＮ＿ＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、カム位相電磁弁６１に供給すべき制御入力信号のデューティ比を算出し、そのように算出した制御入力信号をカム位相電磁弁６１に供給することによって、カム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮ＿ＣＭＤになるように制御される。
【０１０５】
次に、ステップ７で、吸気リフト制御処理を実行する。この制御処理では、吸気リフトＬＩＦＴおよび目標リフトＬＩＦＴ＿ＣＭＤを用いて所定のフィードバック制御手法により、リフトアクチュエータ５０に供給すべき制御入力信号の値を算出し、そのように算出した制御入力信号をリフトアクチュエータ５０に供給することによって、吸気リフトＬＩＦＴが、目標リフトＬＩＦＴ＿ＣＭＤに収束するようにフィードバック制御される。
【０１０６】
ステップ７に続くステップ８で、開度制御処理を実行する。この制御処理では、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤに応じて、図示しないマップを検索することにより、ＴＨアクチュエータ１３ｂに供給すべき制御入力信号のデューティ比を算出し、そのように算出した制御入力信号をＴＨアクチュエータ１３ｂに供給することによって、スロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨ＿ＣＭＤになるように制御される。以上のように、ステップ８の開度制御処理を実行した後、本処理を終了する。
【０１０７】
以上のように、第１実施形態の目標開度算出装置１００によれば、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤおよび第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの加重平均演算式（１）によって算出されるとともに、式（１）の重み付け係数Ｋｔが、圧力比Ｒ＿Ｐに応じて、図７のマップを検索することにより算出される。それにより、Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１が成立するような、通過空気の流速が高い領域では、Ｋｔ＝１．０となることで、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤとして算出されるとともに、Ｒ＿Ｐ２≦Ｒ＿Ｐが成立するような、通過空気の流速が低い領域では、Ｋｔ＝０となることで、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤとして算出される。
【０１０８】
この場合、前述したように、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤおよび第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤは、通過空気の流速が高い領域では、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤの算出精度が第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの算出精度を上回るとともに、通過空気の流速が低い領域では、第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの算出精度が第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤの算出精度を上回るように算出される。したがって、Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１が成立するような、通過空気の流速が高い領域で、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤとして算出し、Ｒ＿Ｐ２≦Ｒ＿Ｐが成立するような、通過空気の流速が低い領域で、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤとして算出することによって、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを、通過空気の流速の高低に応じて、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤおよび第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤのうちのより高い算出精度を備えた方として算出することができる。その結果、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを、通過空気の流速の高低にかかわらず、従来よりも高精度で算出することができる。
【０１０９】
また、圧力比Ｒ＿ＰがＲ＿Ｐ１＜Ｒ＿Ｐ＜Ｒ＿Ｐ２の領域にある場合、圧力比Ｒ＿Ｐが２つの所定値Ｒ＿Ｐ１，Ｒ＿Ｐ２の間で変化すると、それに伴って重み付け係数Ｋｔが徐々に変化することにより、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤにおける第１および第２目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤの重み付けの度合いが徐々に変化することになる。それにより、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤおよび第２目標開度ＴＨＯ＿ＣＭＤの一方から他方に直接的に切り換える場合と異なり、圧力比Ｒ＿Ｐの変化に伴う目標開度ＴＨ＿ＣＭＤの急激な変動を回避することができる。
【０１１０】
さらに、図９のマップでは、流量関数Ψが、Ｒ＿Ｐ≦Ｒ＿Ｐ１の領域で理論上の極大値Ψｍａｘに設定されているので、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤを、流量関数Ψがその極大値Ψｍａｘに保持される領域でのみ算出することができ、その算出精度を高レベルに維持することができる。
【０１１１】
これに加えて、吸気リフトＬＩＦＴが所定値ＬＩＦＴ１以下のときに、吸気リフトＬＩＦＴおよび大気圧ＰＡに応じて、大気圧補正係数ＫＰＡを算出し、この大気圧補正係数ＫＰＡで基準開度ＴＨＮ＿ＢＡＳＥを補正することにより、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤが算出されるので、吸気リフトＬＩＦＴが小さい領域において、吸気リフトＬＩＦＴおよび大気圧ＰＡが変化した場合でも、その影響を抑制しながら、第１目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤを精度よく算出することができる。
【０１１２】
また、第１実施形態の制御装置１によれば、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが以上のように精度よく算出されるので、そのような目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを用いて、スロットル弁開度ＴＨを制御することによって、高い制御精度を確保することができる。これに加えて、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤが、圧力比Ｒ＿Ｐの変化に伴う急激な変動を回避するように算出されるので、トルク段差の発生を回避することができる。
【０１１３】
なお、第１実施形態は、吸入空気量パラメータとして、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを算出するように構成した例であるが、本発明の吸入空気量パラメータはこれに限らず、吸入空気量を表す吸入空気量パラメータを算出するものであればよい。例えば、吸入空気量パラメータとして、スロットル弁開度ＴＨを算出するように構成してもよい。
【０１１４】
また、第１実施形態は、制御装置として、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを用いてスロットル弁開度ＴＨを制御する制御装置１を用いた例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを用いて、内燃機関を制御するものであればよい。例えば、制御装置として、目標開度ＴＨ＿ＣＭＤを用いて内燃機関の点火時期を制御するものを用いてもよい。
【０１１５】
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の吸入空気量パラメータ算出装置および制御装置について説明する。第２実施形態の場合、内燃機関の機械的構成および制御装置の電気的構成（各種センサ２０〜２８およびＥＣＵ２など）は、前述した第１実施形態の構成と同一であるので、以下、制御装置１と異なる点を中心に説明するとともに、同一の構成に関しては説明を省略する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、吸入空気量パラメータ算出装置、第１吸入空気量パラメータ算出手段、第２吸入空気量パラメータ算出手段、吸入空気量パラメータ設定手段、補正手段、および第２制御手段に相当する。
【０１１６】
本実施形態の制御装置１Ａは、図１９に示すように、吸入空気量ＧＡＩＲを算出する吸入空気量算出装置２００を備えており、算出された吸入空気量ＧＡＩＲを用いて、後述するように、燃料噴射制御処理を実行するものである。なお、本実施形態では、吸入空気量算出装置２００が吸入空気量パラメータ算出装置および吸入空気量パラメータ設定手段に相当する。
【０１１７】
同図に示すように、吸入空気量算出装置２００は、第１吸入空気量算出部２１０、第２吸入空気量算出部２２０、重み付け係数算出部２４０、増幅器２４１，２４２および加算器２４３を備えている。
【０１１８】
まず、第１吸入空気量算出部２１０では、後述するように、通過空気を圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをノズルと見なすモデリング手法を用いて、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎが算出される。なお、本実施形態では、第１吸入空気量算出部２１０が第１吸入空気量パラメータ算出手段に相当し、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎが第１吸入空気量パラメータに相当する。
【０１１９】
また、第２吸入空気量算出部２２０では、後述するように、通過空気を非圧縮性流体と見なしかつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏが算出される。なお、本実施形態では、第２吸入空気量算出部２２０が第２吸入空気量パラメータ算出手段に相当し、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏが第２吸入空気量パラメータに相当する。
【０１２０】
さらに、重み付け係数算出部２４０では、吸気圧ＰＢＡと大気圧ＰＡとの比を、圧力比Ｒ＿Ｐｇ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）として算出し、この圧力比Ｒ＿Ｐｇに応じて、図２０に示すマップを検索することにより、重み付け係数Ｋｇが算出される。
【０１２１】
同図におけるＲ＿Ｐｇ１，Ｒ＿Ｐｇ２は、圧力比Ｒ＿Ｐｇの所定値を表しており、Ｒ＿Ｐｇ１≒０．５３の関係と、Ｒ＿Ｐｇ１＜Ｒ＿Ｐｇ２の関係が成立するように設定される。同図に示すように、重み付け係数Ｋｇは、Ｒ＿Ｐｇ≦Ｒ＿Ｐｇ１の領域では値１．０に、Ｒ＿Ｐｇ２≦Ｒ＿Ｐｇの領域では値０にそれぞれ設定されているとともに、Ｒ＿Ｐｇ１＜Ｒ＿Ｐｇ＜Ｒ＿Ｐｇ２の領域では、圧力比Ｒ＿Ｐｇの変化分に比例して変化するように設定されている。重み付け係数Ｋｇが以上のように設定されている理由は、前述した重み付け係数Ｋｔの設定理由と同じである。
【０１２２】
一方、増幅器２４１，２４２では、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎおよび第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏをそれぞれ、Ｋｇ，１−Ｋｇ倍に増幅した値が算出される。そして、加算器２４３では、そのように増幅された値を用い、下式（２２）の加重平均演算式により、吸入空気量ＧＡＩＲが算出される。
【数２２】
2011140895.tif 000024
【０１２３】
この式（２２）を参照すると明らかなように、Ｋｇ＝１．０のとき、すなわちＲ＿Ｐｇ≦Ｒ＿Ｐｇ１が成立し、通過空気の流速が高い領域では、ＧＡＩＲ＝ＧＡＩＲ＿Ｎとなり、Ｋｇ＝０のとき、すなわちＲ＿Ｐｇ２≦Ｒ＿Ｐｇが成立し、通過空気の流速が低い領域では、ＧＡＩＲ＝ＧＡＩＲ＿Ｏとなる。さらに、０＜Ｋｇ＜１のとき、すなわちＲ＿Ｐｇ１＜Ｒ＿Ｐｇ＜Ｒ＿Ｐｇ２が成立している領域では、吸入空気量ＧＡＩＲにおける第１および第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎ，ＧＡＩＲ＿Ｏの重み付けの度合は、重み付け係数Ｋｇの値によって決定される。
【０１２４】
吸入空気量ＧＡＩＲを以上のような加重平均演算を用いて算出する理由は、前述した目標開度ＴＨ＿ＣＭＤの算出において加重平均演算を用いたのと理由とおなじである。すなわち、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎおよび第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏはそれぞれ、通過空気を圧縮性流体および非圧縮性流体であると見なした算出手法によって算出される関係上、通過空気の流速が高い領域では、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎの算出精度が第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏの算出精度を上回ることになり、通過空気の流速が低い領域では、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏの算出精度が第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎの算出精度を上回ることになる。したがって、Ｒ＿Ｐｇ≦Ｒ＿Ｐｇ１の領域では、吸入空気量ＧＡＩＲをより算出精度の高い第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎに設定し、Ｒ＿Ｐｇ２≦Ｒ＿Ｐｇの領域では、吸入空気量ＧＡＩＲをより算出精度の高い第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏに設定することによって、良好な算出精度を確保するためである。
【０１２５】
また、０＜Ｋｇ＜１のときには、吸入空気量ＧＡＩＲにおける第１および第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎ，ＧＡＩＲ＿Ｏの重み付けの度合いが、重み付け係数Ｋｇの値によって決定される。これは、ＧＡＩＲ＿Ｎ，ＧＡＩＲ＿Ｏの一方から他方に直接的に切り換えた場合、第１および第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎ，ＧＡＩＲ＿Ｏの値の差が大きいときには、それに起因して吸入空気量ＧＡＩＲが急変し、トルク段差が発生する可能性あるので、それを回避するためである。すなわち、前述したように、重み付け係数Ｋｇが０＜Ｋｇ＜１となるＲ＿Ｐｇ１＜Ｒ＿Ｐｇ＜Ｒ＿Ｐｇ２の領域では、重み付け係数Ｋｇが圧力比Ｒ＿Ｐｇの変化分に比例して変化するように設定されているので、圧力比Ｒ＿Ｐｇが２つの所定値Ｒ＿Ｐｇ１，Ｒ＿Ｐｇ２の間で変化すると、それに伴って重み付け係数Ｋｇが徐々に変化することにより、吸入空気量ＧＡＩＲがＧＡＩＲ＿Ｎ，ＧＡＩＲ＿Ｏの一方側の値から他方側の値に向かって徐々に変化することになる。その結果、トルク段差の発生を回避することができる。
【０１２６】
次に、図２１を参照しながら、前述した第１吸入空気量算出部２１０について説明する。この第１吸入空気量算出部２１０は、前述した第１目標開度算出部１１０と同じモデリング手法、すなわち、通過空気を圧縮性流体かつ断熱流であると見なしかつスロットル弁１３ａをノズルと見なしてモデリングする手法を用いて、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎを算出するものであり、同図に示すように、流量関数算出部２１１、開度関数算出部２１２、第１基準空気量算出部２１３、大気圧補正係数算出部２２４および乗算器２１５を備えている。
【０１２７】
まず、流量関数算出部２１１では、圧力比Ｒ＿Ｐｇに応じて、図２２に示すマップを検索することにより、流量関数Ψｇが算出される。このマップでは、流量関数Ψｇは、Ｒ＿Ｐｇ２≦Ｒ＿Ｐｇの領域では、圧力比Ｒ＿Ｐｇが大きいほど、より小さい値に設定されているとともに、Ｒ＿Ｐｇ≦Ｒ＿Ｐｇ１の領域では、一定値Ψｇｍａｘに設定されている。これは、図９の説明で述べたのと同じ理由による。
【０１２８】
また、開度関数算出部２１２では、スロットル弁開度ＴＨに応じて、図２３に示すマップを検索することにより、開度関数ＦＴＨが算出される。
【０１２９】
さらに、第１基準吸気量算出部２１３では、下式（２３）により、第１基準吸気量ＧＡＩＲ＿Ｎ＿ＢＡＳＥが算出される。
【数２３】
2011140895.tif 000025
【０１３０】
上式（２３）は、前述した式（１５）において、吸入空気量ＧＡＩＲを第１基準吸気量ＧＡＩＲ＿Ｎ＿ＢＡＳＥに、流量関数Ψを流量関数Ψｇにそれぞれ置き換えたものに相当する。すなわち、第１基準吸気量ＧＡＩＲ＿Ｎ＿ＢＡＳＥは、前述したモデル式（３）から導出された式（２３）を用いて算出される。
【０１３１】
一方、前述した大気圧補正係数算出部２１４（補正手段）では、吸気リフトＬＩＦＴおよび大気圧ＰＡに応じて、図２４に示すマップを検索することにより、大気圧補正係数ＫＰＡ２が算出される。同図に示すように、この大気圧補正係数ＫＰＡ２は、ＬＩＦＴ１≦ＬＩＦＴの領域では、値１に設定されているとともに、ＬＩＦＴ＜ＬＩＦＴ１の領域では、大気圧ＰＡが低いほど、より小さい値に設定されている。これは、前述した図１２を参照すると明らかなように、吸気リフトＬＩＦＴが小さい領域すなわち低リフト域では、大気圧ＰＡが低いほど、吸入空気量ＧＡＩＲの実測値（実線で示す値）が補正値（破線で示す値）を下回る度合がより大きくなるので、それに対応するためである。
【０１３２】
さらに、乗算器２１５では、下式（２４）により、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎが算出される。
【数２４】
2011140895.tif 000026
【０１３３】
以上のように、第１吸入空気量算出部２１０では、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎは、第１基準吸気量ＧＡＩＲ＿Ｎ＿ＢＡＳＥを大気圧補正係数ＫＰＡ２で補正することにより算出されるので、大気圧ＰＡが低くかつ吸気リフトＬＩＦＴが小さい領域における、上述したずれの発生を抑制しながら、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎを精度よく算出することができる。
【０１３４】
さらに、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎの場合、前述したように、通過空気を圧縮性流体と見なし、かつスロットル弁１３ａをノズルと見なすモデリング手法を用いて算出される関係上、通過空気の流速が高い領域では、高い算出精度を確保することができるものの、通過空気の流速が低い領域では、高い領域と比べて、算出精度が低下しやすいという特性を備えている。
【０１３５】
次に、図２５を参照しながら、前述した第２吸入空気量算出部２２０について説明する。この第２吸入空気量算出部２２０は、前述した第２目標開度算出部１２０と同じモデリング手法、すなわち、通過空気を非圧縮性流体と見なし、かつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏを算出するものである。
【０１３６】
同図に示すように、第２吸入空気量算出部２２０は、開口面積算出部２２１、第２基準空気量算出部２２２、演算吸気量算出部２２３、第１補正値算出部２２４、粘性係数算出部２２５、レイノズル数算出部２２６、開口面積比算出部２２７、第２補正値算出部２２８および乗算器２２９を備えている。
【０１３７】
まず、開口面積算出部２２１では、スロットル弁開度ＴＨに応じて、図２６に示すマップを検索することにより、開口面積Ａｔｈが算出される。
【０１３８】
また、第２基準空気量算出部２２２では、開口面積Ａｔｈに応じて、図２７に示すマップを検索することにより、第２基準空気量ＧＡＩＲ＿Ｏ＿ＢＡＳＥが算出される。
【０１３９】
さらに、演算吸気量算出部２２３では、大気圧ＰＡから吸気圧ＰＢＡを減算することによって、吸気差圧ＰＢＧＡ（＝ＰＡ−ＰＢＡ）を算出し、これを下式（２５）に適用することによって、演算吸気量ＧＡＩＲ＿Ｏ＿ＣＡＬが算出される。
【数２５】
2011140895.tif 000027
【０１４０】
一方、第１補正値算出部２２４では、下式（２６）に示すように、前述した第１補正係数Ｋ１の逆数として、第１補正値ＫＧ１が算出される。
【数２６】
2011140895.tif 000028
【０１４１】
また、粘性係数算出部２２５では、前述した粘性係数算出部１２５と同様に、吸気温ＴＡに応じて、前述した図１５に示すマップを検索することにより、吸入空気の粘性係数μが算出される。
【０１４２】
さらに、レイノズル数算出部２２６では、下式（２７）により、レイノズル数Ｒｅｇが算出される。
【数２７】
2011140895.tif 000029
【０１４３】
一方、開口面積比算出部２２７では、開口面積比Ｒ＿Ａｇが、開口面積Ａｔｈと吸気通路２２の通路断面積Ａｄとの比Ａｔｈ／Ａｄとして算出される。
【０１４４】
さらに、第２補正値算出部２２８では、以下に述べるように、第２補正値ＫＧ２が算出される。まず、開口面積比Ｒ＿Ａｇおよびレイノズル数Ｒｅｇに応じて、図２８に示すマップを検索することにより、第２補正係数Ｋ２ｇを算出する。同図のＲｅｇ１〜Ｒｅｇ３は、レイノズル数Ｒｅｇの所定値であり、Ｒｅｇ１＜Ｒｅｇ２＜Ｒｅｇ３の関係が成立するように設定される。このマップは、前述した図１６において、レイノズル数Ｒｅをレイノズル数Ｒｅｇに、面積比Ｒ＿Ａを開口面積比Ｒ＿Ａｇに、第２補正係数Ｋ２を第２補正係数Ｋ２ｇにそれぞれ置き換えたものに相当する。
【０１４５】
次いで、下式（２８）に示すように、第２補正値ＫＧ２が第２補正係数Ｋ２ｇの逆数として算出される。
【数２８】
2011140895.tif 000030
【０１４６】
そして、乗算器２２８では、下式（２９）により、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏが算出される。
【数２９】
2011140895.tif 000031
【０１４７】
上式（２９）に示すように、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏは、第２基準空気量ＧＡＩＲ＿Ｏ＿ＢＡＳＥを、２つの補正値ＫＧ１，ＫＧ２で補正することにより算出される。
【０１４８】
以上のように、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏの場合、通過空気を非圧縮性流体と見なし、かつスロットル弁１３ａをオリフィスと見なすモデリング手法を用いて算出される関係上、通過空気の流速が低い領域では、高い算出精度を確保することができるものの、通過空気の流速が高い領域では、低い領域と比べて、算出精度が低下しやすいという特性を備えている。
【０１４９】
次に、図２９を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される燃料噴射制御処理について説明する。この制御処理は、前述したように算出された吸入空気量ＧＡＩＲを用いて、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび燃料噴射時期ＩＮＪを算出するものであり、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して実行される。
【０１５０】
同図に示すように、まず、ステップ１０で、吸入空気量ＧＡＩＲを、前述した吸入空気量算出装置２００の算出手法によって算出する。
【０１５１】
次いで、ステップ１１に進み、吸入空気量ＧＡＩＲに応じて、図示しないマップを検索することにより、基本噴射量ＴＩ＿ＢＡＳＥを算出する。
【０１５２】
次に、ステップ１２で、フィードバック補正係数ＫＡＦを算出する。具体的には、エンジン３の運転状態に応じて、目標空燃比ＫＣＭＤを算出し、ＬＡＦセンサ２８の検出信号に基づいて算出された実際の空燃比が、この目標空燃比ＫＣＭＤに収束するように、所定のフィードバック制御アルゴリズムによって、フィードバック補正係数ＫＡＦが算出される。
【０１５３】
ステップ１２に続くステップ１３で、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。具体的には、エンジン水温、大気圧ＰＡおよび吸気温ＴＡなどの各種の運転状態パラメータに応じて、各種の補正値を算出し、これらの補正値とフィードバック補正係数ＫＡＦで、基本噴射量ＴＩ＿ＢＡＳＥを補正することにより、燃料噴射量ＴＯＵＴが算出される。
【０１５４】
次に、ステップ１４に進み、エンジン回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＴＯＵＴに応じて、図示しないマップを検索することにより、燃料噴射時期ＩＮＪを算出する。その後、本処理を終了する。以上のように、燃料噴射制御処理において、燃料噴射量ＴＯＵＴおよび燃料噴射時期ＩＮＪが算出されると、これらの値に基づいて、燃料噴射弁１０の開弁および閉弁タイミングが制御される。
【０１５５】
以上のように、第２実施形態の吸入空気量算出装置２００によれば、吸入空気量ＧＡＩＲが、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎおよび第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏの加重平均演算式（２２）によって算出されるとともに、式（２２）の重み付け係数Ｋｇが、圧力比Ｒ＿Ｐｇに応じて、図２０のマップを検索することにより算出される。それにより、Ｒ＿Ｐｇ≦Ｒ＿Ｐｇ１が成立するような、通過空気の流速が高い領域では、Ｋｇ＝１．０となることで、吸入空気量ＧＡＩＲが第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎとして算出されるとともに、Ｒ＿Ｐｇ２≦Ｒ＿Ｐｇが成立するような、通過空気の流速が低い領域では、Ｋｇ＝０となることで、吸入空気量ＧＡＩＲが第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏとして算出される。
【０１５６】
この場合、前述したように、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎおよび第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏは、通過空気の流速が高い領域では、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎの算出精度が第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏの算出精度を上回るとともに、通過空気の流速が低い領域では、第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏの算出精度が第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎの算出精度を上回るように算出される。したがって、Ｒ＿Ｐｇ≦Ｒ＿Ｐｇ１が成立するような、通過空気の流速が高い領域で、吸入空気量ＧＡＩＲを第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎとして算出し、Ｒ＿Ｐｇ２≦Ｒ＿Ｐｇが成立するような、通過空気の流速が低い領域で、吸入空気量ＧＡＩＲを第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏとして算出することによって、吸入空気量ＧＡＩＲを、通過空気の流速の高低に応じて、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎおよび第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏのうちのより高い算出精度を備えた方として算出することができる。その結果、吸入空気量ＧＡＩＲを、通過空気の流速の高低にかかわらず、従来よりも高精度で算出することができる。
【０１５７】
また、圧力比Ｒ＿ＰｇがＲ＿Ｐｇ１＜Ｒ＿Ｐｇ＜Ｒ＿Ｐｇ２の領域にある場合、圧力比Ｒ＿Ｐｇが２つの所定値Ｒ＿Ｐｇ１，Ｒ＿Ｐｇ２の間で変化すると、それに伴って重み付け係数Ｋｇが徐々に変化することにより、吸入空気量ＧＡＩＲにおける第１および第２目標開度ＴＨＮ＿ＣＭＤ，ＴＨＯ＿ＣＭＤの重み付けの度合いが徐々に変化することになる。それにより、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎおよび第２吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｏの一方から他方に直接的に切り換える場合と異なり、圧力比Ｒ＿Ｐｇの変化に伴う吸入空気量ＧＡＩＲの急激な変動を回避することができる。
【０１５８】
さらに、図２２のマップでは、流量関数Ψｇが、Ｒ＿Ｐｇ≦Ｒ＿Ｐｇ１の領域で理論上の極大値Ψｇｍａｘに設定されているので、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎを、流量関数Ψｇがその極大値Ψｇｍａｘに保持される領域でのみ算出することができ、その算出精度を高レベルに維持することができる。
【０１５９】
これに加えて、吸気リフトＬＩＦＴが所定値ＬＩＦＴ１以下のときに、吸気リフトＬＩＦＴおよび大気圧ＰＡに応じて、大気圧補正係数ＫＰＡ２を算出し、この大気圧補正係数ＫＰＡ２で第１基準吸気量ＧＡＩＲ＿Ｎ＿ＢＡＳＥを補正することにより、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎが算出されるので、吸気リフトＬＩＦＴが小さい領域において、吸気リフトＬＩＦＴおよび大気圧ＰＡが変化した場合でも、その影響を抑制しながら、第１吸入空気量ＧＡＩＲ＿Ｎを精度よく算出することができる。
【０１６０】
また、第２実施形態の制御装置１Ａによれば、吸入空気量ＧＡＩＲが以上のように精度よく算出されるので、そのような吸入空気量ＧＡＩＲを用いて、燃料噴射制御を実行することによって、高い制御精度を確保することができる。これに加えて、吸入空気量ＧＡＩＲが、圧力比Ｒ＿Ｐｇの変化に伴う急激な変動を回避するように算出されるので、トルク段差の発生を回避することができる。
【０１６１】
なお、第２実施形態は、吸入空気量パラメータとして、吸入空気量ＧＡＩＲを算出するように構成した例であるが、本発明の吸入空気量パラメータはこれに限らず、吸入空気量を表す吸入空気量パラメータを算出するものであればよい。例えば、吸入空気量パラメータとして、目標吸気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤを算出するように構成してもよい。
【０１６２】
また、第２実施形態は、制御装置として、吸入空気量ＧＡＩＲを用いて、燃料噴射制御を実行する制御装置１Ａを用いた例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、吸入空気量を用いて、内燃機関を制御するものであればよい。例えば、制御装置として、吸入空気量ＧＡＩＲを用いて内燃機関の点火時期を制御するものを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１６３】
１  制御装置
１Ａ  制御装置
２  ＥＣＵ（吸入空気量パラメータ算出装置、第１吸入空気量パラメータ算出手段、        第２吸入空気量パラメータ算出手段、吸入空気量パラメータ設定手段、補正手段        、第１制御手段、第２制御手段）
３  内燃機関
４  吸気弁
１２  吸気通路
１３ａ  スロットル弁
２３  大気圧センサ（上流側圧力検出手段）
２５  吸気圧センサ（下流側圧力検出手段）
４０  可変リフト機構
１００  目標開度算出装置（吸入空気量パラメータ算出装置、吸入空気量パラメータ設定        手段）
１１０  第１目標開度算出部（第１吸入空気量パラメータ算出手段）
１１４  大気圧補正係数算出部（補正手段）
１２０  第２目標開度算出部（第２吸入空気量パラメータ算出手段）
２００  吸入空気量算出装置（吸入空気量パラメータ算出装置、吸入空気量パラメータ設        定手段）
２１０  第１吸入空気量算出部（第１吸入空気量パラメータ算出手段）
２１４  大気圧補正係数算出部（補正手段）
２２０  第２吸入空気量算出部（第２吸入空気量パラメータ算出手段）
ＰＡ  大気圧（上流側圧力）
ＰＢＡ  吸気圧（下流側圧力）
ＴＨ  スロットル弁の開度
ＴＨ＿ＣＭＤ  目標開度（吸入空気量パラメータ）
ＴＨＮ＿ＣＭＤ  第１目標開度（第１吸入空気量パラメータ）
ＴＨＯ＿ＣＭＤ  第２目標開度（第２吸入空気量パラメータ）
Ｒ＿Ｐ  圧力比
Ｒ＿Ｐ１  所定値
Ψ  流量関数（圧力比の関数）
Ψｍａｘ  極大値
Ｋｔ  重み付け係数
ＬＩＦＴ  吸気リフト
ＬＩＦＴ１  所定値
ＫＰＡ  大気圧補正係数
ＧＡＩＲ  吸入空気量（吸入空気量パラメータ）
ＧＡＩＲ＿Ｎ  第１吸入空気量（第１吸入空気量パラメータ）
ＧＡＩＲ＿Ｏ  第２吸入空気量（第２吸入空気量パラメータ）
Ｒ＿Ｐｇ  圧力比
Ｒ＿Ｐｇ１  所定値
Ψｇ  流量関数（圧力比の関数）
Ψｇｍａｘ  極大値
Ｋｇ  重み付け係数
ＫＰＡ２  大気圧補正係数
ＦＴＨ  開度関数（スロットル弁の開度を表す値）
【図１】
2011140895.tif 000032
【図２】
2011140895.tif 000033
【図３】
2011140895.tif 000034
【図４】
2011140895.tif 000035
【図５】
2011140895.tif 000036
【図６】
2011140895.tif 000037
【図７】
2011140895.tif 000038
【図８】
2011140895.tif 000039
【図９】
2011140895.tif 000040
【図１０】
2011140895.tif 000041
【図１１】
2011140895.tif 000042
【図１２】
2011140895.tif 000043
【図１３】
2011140895.tif 000044
【図１４】
2011140895.tif 000045
【図１５】
2011140895.tif 000046
【図１６】
2011140895.tif 000047
【図１７】
2011140895.tif 000048
【図１８】
2011140895.tif 000049
【図１９】
2011140895.tif 000050
【図２０】
2011140895.tif 000051
【図２１】
2011140895.tif 000052
【図２２】
2011140895.tif 000053
【図２３】
2011140895.tif 000054
【図２４】
2011140895.tif 000055
【図２５】
2011140895.tif 000056
【図２６】
2011140895.tif 000057
【図２７】
2011140895.tif 000058
【図２８】
2011140895.tif 000059
【図２９】
2011140895.tif 000060