(57)【要約】      （修正有）【課題】吸気量の算出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。【解決手段】内燃機関の制御装置４０は、排気の一部を気筒内に逆流させる内部ＥＧＲ機能を備えた内燃機関に適用される。制御装置は、残存ガス量Ｍ１を算出する残存ガス量算出部４１と、逆流ガス量Ｍ２を算出する逆流ガス量算出部４２と、を備える。また、制御装置は、残存ガス量と逆流ガス量とを合算して内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍを算出し、内部ＥＧＲガス量と吸気温Ｔｉｍに基づき、内部ＥＧＲガスの体積を算出し、内部ＥＧＲガスの体積に基づき、吸気に寄与する筒内容積Ｖｄｉｓを算出する容積算出部４３と、筒内容積に基づき、吸気量Ｍｃｌｄを算出する吸気量算出部４４と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ（２１）と排気バルブ（２２）とを備え、吸気バルブ及び排気バルブの駆動により、吸気行程において排気通路（２４）に存在する排気の一部を気筒（１０ａ）内に逆流させる内部ＥＧＲ機能を備えた内燃機関（１０）に適用される内燃機関の制御装置（４０）において、
吸気圧（Ｐｉｍ）、排気圧（Ｐｅｘ）及び排気温（Ｔｅｘ）に基づき、排気行程が終了するときに前記気筒内に残存する排気の量である残存ガス量（Ｍ１）を算出する残存ガス量算出部（４１）と、
前記排気行程の終了後の吸気行程において、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの駆動により発生する前記気筒内への逆流ガスの量である逆流ガス量（Ｍ２）を算出する逆流ガス量算出部（４２）と、
前記残存ガス量と前記逆流ガス量とを合算して内部ＥＧＲガス量（Ｍｒｅｍ）を算出し、当該内部ＥＧＲガス量と吸気温（Ｔｉｍ）に基づき、前記吸気行程が終了するときにおける内部ＥＧＲガスの体積（Ｖｅｇｒ）を算出し、当該内部ＥＧＲガスの体積に基づき、吸気に寄与する筒内容積（Ｖｄｉｓ）を算出する容積算出部（４３）と、
前記容積算出部により算出された前記筒内容積に基づき、前記吸気行程における吸気量（Ｍｃｌｄ）を算出する吸気量算出部（４４）と、を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記逆流ガス量算出部は、前記内燃機関の回転速度（Ｎｅ）に基づき、前記逆流ガス量を補正する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記容積算出部は、排気中の酸素濃度に基づき、前記内部ＥＧＲガスの体積を補正する請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の回転速度及び吸気圧に基づき、体積効率（η）を算出する体積効率算出部（４５）を備え、
前記吸気量算出部は、前記筒内容積及び前記体積効率に基づき、前記吸気量を算出するように構成されており、
前記体積効率算出部は、吸気温に基づき、前記体積効率を補正する請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記体積効率算出部は、吸気温の２／７乗に比例するものとして、前記体積効率を補正する請求項４に記載の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、内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の気筒内に充填される吸気量を算出し、その吸気量に基づいて燃料噴射量や点火時期を制御する技術がある。ここで、吸気量は、実際に気筒内に充填される空気量（新気ガスの量）であることが望ましい。
【０００３】
ところで、近年では、排気中のＮＯｘを低減させるなどの目的で、排気の一部を逆流させるＥＧＲシステムが採用される場合がある。ＥＧＲシステムを採用した場合、気筒内においてＥＧＲガスが占める体積だけ、気筒内の新気吸入分の容量（気筒内正味体積、いわゆる排気量）が実質的に減ることとなる。気筒内の容量が実質的に減少すれば、吸気量（新気の量）に影響を与え、減少することとなる。
【０００４】
そこで、特許文献１に示す制御装置では、吸気に寄与する筒内容積（気筒内正味体積）を算出し、筒内容積を考慮して、吸気量を算出することで、吸気量の算出精度を向上させている。特許文献１では、筒内容積（気筒内正味体積）を圧縮比、比熱比、吸気圧、排気圧などに基づき、算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−４０１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、吸気の温度（吸気温）と、ＥＧＲガス（排気の一部）の温度との間には、差が存在することから、吸気行程において吸気とＥＧＲガスとが混合した場合、ＥＧＲガスの体積が変化することが考えられる。すなわち、筒内容積は、吸気温により変化すると考えられる。しかしながら、特許文献１では、筒内容積を算出する際、吸気温については考慮されていない。この結果、吸気温のばらつきにより、吸気量の算出精度が低下する可能性があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、吸気量の算出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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、吸気バルブと排気バルブとを備え、吸気バルブ及び排気バルブの駆動により、吸気行程において排気通路に存在する排気の一部を気筒内に逆流させる内部ＥＧＲ機能を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置において、吸気圧、排気圧及び排気温に基づき、排気行程が終了するときに前記気筒内に残存する排気の量である残存ガス量を算出する残存ガス量算出部と、前記排気行程の終了後の吸気行程において、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの駆動により発生する前記気筒内への逆流ガスの量である逆流ガス量を算出する逆流ガス量算出部と、前記残存ガス量と前記逆流ガス量とを合算して内部ＥＧＲガス量を算出し、当該内部ＥＧＲガス量と吸気温に基づき、前記吸気行程が終了するときにおける内部ＥＧＲガスの体積を算出し、当該内部ＥＧＲガスの体積に基づき、吸気に寄与する筒内容積を算出する容積算出部と、前記容積算出部により算出された前記筒内容積に基づき、前記吸気行程における吸気量を算出する吸気量算出部と、を備えた。
【０００９】
吸気行程において内部ＥＧＲガスと新気（吸気）とが混合される場合、吸気行程が終了する下死点における内部ＥＧＲガスの体積は、新気の温度（吸気温）により変化する。つまり、吸気温が低ければ、体積が小さくなり、吸気温が高ければ、体積が大きくなる傾向がある。そこで、残存ガス量と逆流ガス量とを合算して算出された内部ＥＧＲガス量を、吸気温に基づき補正することにより、内部ＥＧＲガスの体積、すなわち、実質的に吸気に寄与しない筒内容積の算出精度を向上させることができる。そして、内部ＥＧＲガスの体積を、筒内容積の最大値（下死点における筒内容積）から減算することにより、吸気に寄与する筒内容積（新気ガスが充填される容積）を正確に算出することができる。よって、吸気量の算出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジンシステムの概略構成図。
【図２】吸気バルブ及び排気バルブのリフト動作を示す図。
【図３】吸気量を算出する際の流れを示す図。
【図４】死容積係数とエンジン回転数との関係を示す図。
【図５】体積効率と、エンジン回転数と、吸気圧との関係を示す図。
【図６】（ａ）は、流体摩擦係数と吸気温との関係を示す図、（ｂ）は、体積力と吸気温との関係を示す図、（ｃ）は、体積効率と吸気温との関係を示す図。
【図７】吸気量算出処理の流れを示すフローチャート。
【図８】別例における係数とエンジン回転数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置をコモンレール式燃料噴射装置が備えられる多気筒ディーゼルエンジンに適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付している。
【００１２】
本実施形態において、図１にエンジンシステム（内燃機関システム）について示す。図１に示すエンジン１０は、車載主機として車両に搭載されており、吸気、圧縮、膨張及び排気行程からなる４サイクルエンジンである。エンジン１０の吸気通路１１には、上流側から順に、吸気通路１１を流れる新気の質量流量を検出するエアフローメータ１２、ターボチャージャ１６の吸気コンプレッサ１６ａ、更にはスロットルバルブ装置１４が設けられている。スロットルバルブ装置１４は、ＤＣモータ等のアクチュエータにより、スロットルバルブ１４ａの開度を調節する。
【００１３】
吸気通路１１においてスロットルバルブ装置１４の下流側には、サージタンク１５を介してエンジン１０の各気筒の燃焼室１０ａが接続されている。燃焼室１０ａは、エンジン１０のシリンダ１０ｂ及びピストン１７にて区画されている。エンジン１０には、燃焼室１０ａ内に先端部が突出した燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８には、蓄圧容器としてのコモンレール１９から高圧の燃料が供給される。具体的には、燃料噴射弁１８には高圧の軽油が供給される。燃料噴射弁１８は、通電操作されることにより、コモンレール１９から供給された燃料を燃焼室１０ａ内へと直接噴射供給する。なお、コモンレール１９には、燃料ポンプ２０から燃料が圧送される。また、図１では、１つの気筒のみを示している。
【００１４】
エンジン１０の各気筒の吸気ポート及び排気ポートのそれぞれは、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２のそれぞれにより開閉される。ここでは、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の駆動により、新気、又は新気及び後述する内部ＥＧＲガスが燃焼室１０ａ（気筒内）に導入される。新気等が燃焼室１０ａに導入された状態で燃料噴射弁１８から燃焼室１０ａに燃料が噴射されると、燃焼室１０ａの圧縮によって燃料が自己着火し、燃焼によってエネルギが発生する。このエネルギは、ピストン１７を介して、エンジン１０のクランク軸２３の回転エネルギとして取り出される。燃焼に供されたガスである既燃ガスは、排気バルブ２２の開弁によって、排気通路２４に排気として排出される。本実施形態において、既燃ガスとは、新気、燃料及び内部ＥＧＲガスが燃焼室１０ａ内で燃焼に供されることにより生成されたガスのことをいう。なお、クランク軸２３付近には、クランク軸２３の回転角度を検出するクランク角度センサ２５が設けられている。
【００１５】
車両には、過給機としてのターボチャージャ１６が設けられている。ターボチャージャ１６は、吸気通路１１に設けられた吸気コンプレッサ１６ａと、排気通路２４に設けられた排気タービン１６ｂと、これらを連結する回転軸１６ｃとを備えている。詳しくは、排気通路２４を流れる排気のエネルギによって排気タービン１６ｂが回転し、その回転エネルギが回転軸１６ｃを介して吸気コンプレッサ１６ａに伝達され、吸気コンプレッサ１６ａによって新気が圧縮される。すなわち、ターボチャージャ１６によって新気が過給される。排気通路２４のうちターボチャージャ１６の下流側には、排気を浄化する浄化装置２６が設けられている。
【００１６】
本実施形態のエンジン１０には、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の駆動により、吸気行程において排気通路２４に存在する排気の一部を燃焼室１０ａ（気筒）内に逆流させる内部ＥＧＲ機能が搭載されている。ここで、内部ＥＧＲガスが発生する要因について説明する。
【００１７】
図２に、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２のリフト動作を示す。同図２において、ＥＶＯは排気バルブ開時期、ＥＶＣは排気バルブ閉時期、ＩＶＯは吸気バルブ開時期、ＩＶＣは吸気バルブ閉時期、ＯＬはバルブオーバーラップ量である。本実施形態では、図２に示すように、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が共に開状態となるバルブオーバーラップが生じている。一般的に、排気圧は吸気圧よりも大きいため、吸気バルブ２１と排気バルブ２２とが同時に開くと、排気通路２４の既燃ガスが吸気側に吹き戻される（逆流する）。これにより、後続の吸気行程において既燃ガスが燃焼室１０ａ内（気筒内）に再流入する。この逆流ガスが、内部ＥＧＲガスの一部となる。
【００１８】
また、排気行程が終了するとき（ピストン１７が上死点（ＴＤＣ）に存在するとき）、燃焼室１０ａ内には隙間が生じる。当該燃焼室１０ａ内の隙間には、既燃ガスが残存するため、この残存ガスが内部ＥＧＲガスの一部となる。
【００１９】
すなわち、内部ＥＧＲガスは、排気行程の終了するときにおいて燃焼室１０ａ内の隙間に残存していた排気（残存ガス）と、その後の吸気行程において排気通路２４から逆流してきた排気（逆流ガス）と、を合わせたものである。
【００２０】
次に、エンジンシステムを制御対象とする電子制御装置であるＥＣＵ４０について説明する。ＥＣＵ４０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ４０には、吸気圧センサ３１、吸気温センサ３２、排気温センサ３３、及び排気圧センサ３４の各検出値がそれぞれ入力される。ＥＣＵ４０には、さらに、アクセルセンサ３７、排気酸素濃度センサ３８、大気圧センサ３９、エアフローメータ１２、及びクランク角度センサ２５の各検出値がそれぞれ入力される。
【００２１】
吸気圧センサ３１は、サージタンク１５内のガス圧力（吸気圧Ｐｉｍ）を検出し、吸気温センサ３２は、サージタンク１５内のガス温度（吸気温Ｔｉｍ）を検出する。排気温センサ３３は、燃焼室１０ａから排出された排気の温度（排気温Ｔｅｘ）を検出する。排気圧センサ３４は、排気通路２４において、燃焼室１０ａから排気タービン１６ｂまでの間のガス圧力（排気圧Ｐｅｘ）を検出する。アクセルセンサ３７は、ドライバのアクセル操作部材のアクセル操作量を検出し、具体的にはアクセルペダルの踏み込み量を検出する。排気酸素濃度センサ３８は、排気中の酸素濃度を検出する。大気圧センサ３９は、大気の圧力を検出する。クランク角度センサ２５は、所定クランク角ごとに（例えば１０°ＣＡ周期で）、矩形状のクランク角信号を出力する。ＥＣＵ４０は、クランク角信号に基づき、エンジン回転速度としてのエンジン回転数Ｎｅを検出する。
【００２２】
ＥＣＵ４０は、上述した各種センサの検出値に基づいて、燃焼室１０ａ内に導入される吸入空気の質量流量である吸気量（筒内充填空気量）を算出し、吸気量に基づき、燃料噴射弁１８の燃料噴射制御等、エンジン１０の燃焼制御を行う。
【００２３】
ところで、燃焼制御においては、気筒内で燃焼に寄与する酸素量（吸気量×酸素濃度）が利用され、気筒内に実際に吸気される空気量（外部ＥＧＲ機能を有する場合には、外部ＥＧＲガスを含む空気量）を検出できることが望ましい。しかしながら、燃焼室１０ａ内において内部ＥＧＲガスが占める体積だけ、燃焼室１０ａ内の容量が実質的に減ることとなる。燃焼室１０ａ内の容量が実質的に減少すれば、吸気量に影響を与える。具体的には、減少することとなる。したがって、燃料噴射量制御等の制御精度を向上させるには、実際に燃焼室１０ａ内に充填される空気量（新気の量）を精度良く把握することを要する。
【００２４】
そこで、本実施形態のＥＣＵ４０は、以下に述べる方法で、吸気に寄与する筒内容積Ｖｄｉｓを精度よく算出し、筒内容積Ｖｄｉｓを考慮して、吸気量Ｍｃｌｄを算出することで、吸気量Ｍｃｌｄの算出精度を向上させている。吸気に寄与する筒内容積Ｖｄｉｓは、ピストン１７が下死点に存在する時、内部ＥＧＲガスの体積を考慮した後（当該体積を除外した後）の燃焼室１０ａの実質的な容量のことである。以下、吸気量Ｍｃｌｄの算出方法について、詳しく説明する。
【００２５】
図３に示すように、ＥＣＵ４０は、残存ガス量Ｍ１を算出する残存ガス量算出部４１と、逆流ガス量Ｍ２を算出する逆流ガス量算出部４２と、吸気に寄与する筒内容積Ｖｄｉｓを算出する容積算出部４３と、吸気行程における吸気量Ｍｃｌｄを算出する吸気量算出部４４としての機能を備える。これらの機能は、ＥＣＵ４０が備える記憶装置（記憶用メモリ）に記憶されたプログラムが実行されることで、各種機能が実現される。なお、各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよく、あるいは、少なくとも一部をソフトウェア、すなわちコンピュータ上で実行される処理によって実現されてもよい。
【００２６】
残存ガス量算出部４１としてのＥＣＵ４０は、吸気圧Ｐｉｍ（単位は、ｋＰａ）、排気圧Ｐｅｘ（単位は、ｋＰａ）及び排気温Ｔｅｘ（単位は、Ｋ）に基づき、排気行程が終了するときにおける燃焼室１０ａ内の残存ガスの量である残存ガス量Ｍ１を算出する。
【００２７】
具体的には、ＥＣＵ４０は、まず、排気行程の終了時（ピストン１７が上死点に達しているとき）における燃焼室１０ａ内の残存ガス密度ρｒｅｍ（単位は、ｇ／Ｌ）を次の数式（１）に基づき、算出する。なお、気体定数（単位は、ｋｊ／ｋｇＫ）を「Ｒ」としている。
【数１】
2019132262.tif 000003
【００２８】
そして、ＥＣＵ４０は、残存ガス密度ρｒｅｍに上死点容積Ｖｄｅａｄを乗算することにより、残存ガス量Ｍ１を算出する。残存ガス量Ｍ１は、質量（単位は、ｇ）である。上死点容積Ｖｄｅａｄは、ピストン１７が上死点に達しているときにおける燃焼室１０ａ内の隙間容積である。上死点容積Ｖｄｅａｄは、一定であり、ＥＣＵ４０の記憶装置にあらかじめ記憶されている。
【００２９】
逆流ガス量算出部４２としてのＥＣＵ４０は、排気行程終了後の吸気行程において、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の駆動により発生する燃焼室１０ａ内への逆流ガスの量である逆流ガス量Ｍ２を算出する。
【００３０】
詳しく説明すると、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、バルブオーバーラップが長くなることから、逆流ガス量Ｍ２が多くなり、その分、上死点の容積が見かけ上増えるとみなすことができる。そこで、ＥＣＵ４０は、逆流ガス量Ｍ２を次の数式（２）に基づき、算出する。逆流ガス量Ｍ２は、質量である。死容積係数Ｋは、図４に示すように、エンジン回転数Ｎｅに反比例する係数である。上死点容積Ｖｄｅａｄに死容積係数Ｋを乗算することにより、逆流ガスに基づき見かけ上増加する容積（すなわち、逆流ガスの体積）を算出することができる。この容積に残存ガス密度ρｒｅｍを乗算することにより、逆流ガス量Ｍ２を算出することができる。
【数２】
2019132262.tif 000004
【００３１】
死容積係数Ｋは、実験などにより適合マップを求め、エンジン回転数Ｎｅ（単位は、ｒｐｍ）を引数として、マップ演算により算出（特定）すればよい。当該適合マップは、ＥＣＵ４０の記憶装置に記憶しておけばよい。なお、死容積係数Ｋを、次の数式（３）に基づき算出してもよい。Ｎｅｉｄｌｅは、アイドリングストップ中におけるエンジン回転数であり、Ｋｉｄｌｅは、エンジン回転数Ｎｅが「Ｎｅｉｄｌｅ」である場合において、特定された適合定数である。これにより、ＥＣＵ４０は、死容積係数算出部４６としての機能を備える。
【数３】
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【００３２】
容積算出部４３としてのＥＣＵ４０は、残存ガス量Ｍ１と逆流ガス量Ｍ２とを合算して内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍを算出する。内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍは、質量である。そして、ＥＣＵ４０は、当該内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍと吸気温Ｔｉｍに基づき、吸気行程が終了するとき（ピストン１７が下死点に達した時）における内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒを算出し、当該内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒに基づき、吸気に寄与する筒内容積Ｖｄｉｓを算出する。
【００３３】
詳しく説明すると、吸入される新気と、内部ＥＧＲガスは、下死点において均一温度で混合されると仮定することができる。そこで、混合前後の熱収支を、数式（４）に示すように表すことができる。「Ｍａｉｒ」は、吸入される新気（空気）の質量であり、「Ｃａｉｒ」は、吸入される新気（空気）の比熱であり、「Ｔ」は、下死点における混合ガスの温度であり、「Ｃｅｘ」は、排気の比熱である。「Ｖ」は、ピストン１７が下死点に達しているときにおける燃焼室１０ａの容積（下死点容積）である。また、混合前後で質量保存の法則が成り立つため、数式（５）が成立する。
【数４】
2019132262.tif 000006
【００３４】
本実施形態において、吸気（空気）の比熱Ｃａｉｒと、排気の比熱Ｃｅｘは、計算を簡略化するため、同一であるとして仮定する。これにより、未知数は、混合ガスの温度Ｔと、吸入される新気の質量Ｍａｉｒである。このため、数式（４）、（５）を解くことにより、以下の数式（６）、（７）を導出することができる。
【数５】
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【００３５】
以上のことから、ＥＣＵ４０は、数式（６）に基づき、吸気温Ｔｉｍ、吸気圧Ｐｉｍ、内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍ、排気温Ｔｅｘ、気体定数Ｒ、及び下死点容積Ｖから、吸気行程終了時（ピストン１７が下死点に達した時）に、燃焼室１０ａ内に吸入される新気の質量Ｍａｉｒを算出する。
【００３６】
また、ＥＣＵ４０は、数式（７）に基づき、吸気圧Ｐｉｍ、新気の質量Ｍａｉｒ、及び内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍ、及び下死点容積Ｖから、吸気行程終了時（ピストン１７が下死点に達した時）に、燃焼室１０ａ内の混合ガスの温度Ｔを算出する。
【００３７】
そして、ＥＣＵ４０は、数式（８）に基づき、算出した混合ガスの温度Ｔから、吸気行程終了時における内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒを算出する。なお、数式（８）は、気体の状態方程式から導出される。
【数６】
2019132262.tif 000008
【００３８】
そして、ＥＣＵ４０は、下死点容積Ｖから、内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒを減算することにより、吸気に寄与する筒内容積Ｖｄｉｓ（＝Ｖ−Ｖｅｇｒ）を算出する。
【００３９】
吸気量算出部４４としてのＥＣＵ４０は、容積算出部４３により算出された筒内容積Ｖｄｉｓに基づき、吸気行程における吸気量Ｍｃｌｄを算出する。
【００４０】
詳しく説明すると、ＥＣＵ４０は、数式（９）に基づき、体積効率η、吸気（空気）の密度ρｉｍ、筒内容積Ｖｄｉｓ及びエンジン回転数Ｎｅ（単位は、ｒｐｍ）から、吸気量Ｍｃｌｄ（単位は、ｇ／ｓ）を算出する。このとき、「η」は、体積効率を示す。
【数７】
2019132262.tif 000009
【００４１】
ＥＣＵ４０は、体積効率ηを、吸気圧Ｐｉｍとエンジン回転数Ｎｅとを引数として、マップ演算により求める。このため、ＥＣＵ４０は、体積効率算出部４５としての機能を備える。体積効率ηは、空気の吸い込みやすさを示すものであり、実際に燃焼室１０ａ内に入るガス量を、吸気圧Ｐｉｍ、吸気温Ｔｉｍの条件において理論的に燃焼室１０ａ内に入り得る最大ガス量で除算したものである。体積効率ηは、図５に示すように、吸気圧Ｐｉｍが大きいほど、小さくなる。また、体積効率ηは、エンジン回転数Ｎｅが大きくなるほど、小さくなる。体積効率ηを算出するために、マップ演算により利用される適合マップは、実験などにより特定され、ＥＣＵ４０の記憶装置に記憶されている。
【００４２】
ところで、体積効率ηは、吸気温Ｔｉｍによって、変化することを発明者は見出した。このため、吸気温Ｔｉｍを考慮してマップを作成することが望ましい。しかしながら、吸気圧Ｐｉｍ及びエンジン回転数Ｎｅに加えて、吸気温Ｔｉｍを引数として演算マップを作成する場合、マップの適合工数が多くなるという問題がある。そこで、実験によらないで体積効率ηを精度よく補正する方法を以下のように導出した。以下、詳しく説明する。
【００４３】
吸気は、吸気通路１１から燃焼室１０ａの吸入孔を介して燃焼室１０ａに吸入される。このため、圧力差ΔＰ（＝Ｐｉｍ）の空間において、絞り（燃焼室１０ａの吸入孔）を通って空気が移動するとみなすことができる。なお、この仮定において、吸気行程開始時において吸気通路１１と、燃焼室１０ａとの間における圧力差ΔＰは、吸気圧Ｐｉｍとみなすことができる。吸気行程開始時においてピストン１７が上死点に達しており、ピストン１７の下降に伴い減圧が発生することで吸気されるからである。
【００４４】
上記仮定のもと、吸気の流体摩擦係数λを、ブラジウスの式（流速と摩擦の式）に基づき、数式（１０）のように表現することができる。なお、吸気（空気）の動粘度（単位は、ｍ＾２／ｓ）を「ν」、流速（単位は、ｍ／ｓ）を「Ｕｍ」、代表長さ（単位は、ｍ）を「ｄ」としている。「Ｒｅ」は、レイノルズ数（流体の慣性力と粘性力の比を表す無次元数）である。
【数８】
2019132262.tif 000010
【００４５】
そして、ダルシー・ワイズバッハの式に基づき、数式（１１）に示す関係式を導出することができる。また、気体の状態方程式から数式（１２）に示す関係式を導出することができる。これらの数式を整理して、流速Ｕｍ、吸気温Ｔｉｍと流体摩擦係数λの関係を数式（１３）に示す。
【数９】
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【００４６】
また、動粘度νは、圧力が一定条件であれば、数式（１４）に示すように吸気温Ｔｉｍの２乗に比例する。数式（１１）〜（１４）を整理することにより、数式（１５）に示すように、流体摩擦係数λは、吸気温Ｔｉｍの３／７乗に比例することがわかる。
【数１０】
2019132262.tif 000012
【００４７】
次に、ダルシー・ワイズバッハの式に基づき、数式（１６）に示すように、圧力差ΔＰと流速Ｕｍの関係式を導出することができる。また、数式（１７）に吸気量Ｍｃｌｄと流速の関係式を示す。これらの数式（１６）及び数式（１７）を整理することにより、数式（１８）に示すように、吸気量Ｍｃｌｄ、吸気の密度ρｉｍ、吸気圧Ｐｉｍ、及び流体摩擦係数λの関係を導出する。
【数１１】
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【００４８】
そして、体積効率ηは、数式（９）、数式（１５）、及び数式（１８）に基づき、次の式（１９）によりあらわすことができる。
【数１２】
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【００４９】
流体摩擦係数λは、数式（１５）に示すように吸気温Ｔｉｍの３／７乗に比例する。このため、流体摩擦係数λ（すなわち、粘性、動きにくさを表す）と、吸気温Ｔｉｍは、図６（ａ）に示すような関係性がある。また、Ｐｉｍ／ρｉｍ（体積力、すなわち、動きやすさ）は、数式（１２）に示すように、吸気温Ｔｉｍに比例する。このため、Ｐｉｍ／ρｉｍと、吸気温Ｔｉｍは、図６（ｂ）に示すような関係性がある。Ｐｉｍ／ρｉｍの方が、流体摩擦係数λよりも吸気温Ｔｉｍに対する傾きが大きい。このため、体積効率ηは、図６（ｃ）に示すように、吸気温Ｔｉｍに対して比例することとなる。具体的には、体積効率ηは、吸気温Ｔｉｍの２／７乗に比例する。
【００５０】
以上により、エンジン回転数Ｎｅと、吸気圧Ｐｉｍを引数として特定される体積効率ηは、吸気温Ｔｉｍの２／７乗に比例することを導き出すことができた。
【００５１】
そこで、ＥＣＵ４０は、次の数式（２０）により、エンジン回転数Ｎｅと、吸気圧Ｐｉｍを引数として特定した体積効率ηを、吸気温Ｔｉｍに基づき、補正することとした。なお、「ηｃ」は、補正後の修正体積効率であり、「Ｔｂ」は、体積効率ηの適合マップを取得する際において設定されていた吸気温（基準吸気温）である。エンジン回転数Ｎｅと、吸気圧Ｐｉｍとを引数として、基準吸気温Ｔｂを特定することができる適合マップが、ＥＣＵ４０の記憶装置に記憶されており、ＥＣＵ４０は、マップ演算により、エンジン回転数Ｎｅと、吸気圧Ｐｉｍとを引数として、基準吸気温Ｔｂを特定（算出）する。
【数１３】
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【００５２】
従って、ＥＣＵ４０は、吸気量Ｍｃｌｄを数式（９）に基づき、算出する際、数式（９）における体積効率ηを修正体積効率ηｃとし、吸気量Ｍｃｌｄを算出する。これにより、吸気温Ｔｉｍにばらつきが生じても、それを考慮することができ、吸気量Ｍｃｌｄにばらつきが生じることを防止できる。
【００５３】
次に、吸気量Ｍｃｌｄを算出する際に実行する吸気量算出処理について図７に基づき説明する。吸気量算出処理は、ＥＣＵ４０により、所定タイミング（例えば、吸気行程開始時等）において実行される。
【００５４】
ＥＣＵ４０は、まず、各種センサから各種情報（吸気圧Ｐｉｍ，吸気温Ｔｉｍ，排気圧Ｐｅｘ、排気温Ｔｅｘ、エンジン回転数Ｎｅ等）を取得する（ステップＳ１００）。
【００５５】
次に、ＥＣＵ４０は、排気行程終了時における残存ガス量Ｍ１を算出する（ステップＳ１０１）。具体的には、前述したように、ＥＣＵ４０は、排気行程の終了時における燃焼室１０ａ内の残存ガス密度ρｒｅｍを数式（１）に基づき、算出し、残存ガス密度ρｒｅｍに上死点容積Ｖｄｅａｄを乗算することにより、残存ガス量Ｍ１を算出する。
【００５６】
次に、ＥＣＵ４０は、逆流ガス量Ｍ２を算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、ＥＣＵ４０は、前述したように、逆流ガス量Ｍ２を数式（２）に基づき、算出する。その際、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数Ｎｅに基づき、死容積係数Ｋを補正（特定）する。
【００５７】
そして、ＥＣＵ４０は、吸入される新気の質量Ｍａｉｒを算出する（ステップＳ１０３）。具体的には、前述したように、ＥＣＵ４０は、数式（６）に基づき、吸気温Ｔｉｍ、吸気圧Ｐｉｍ、内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍ、排気温Ｔｅｘ、気体定数Ｒ、及び下死点容積Ｖから、空気（新気）の質量Ｍａｉｒを算出する。
【００５８】
ＥＣＵ４０は、吸気行程終了時における混合ガスの温度Ｔを算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、前述したように、ＥＣＵ４０は、数式（７）に基づき、吸気圧Ｐｉｍ、吸入空気の質量Ｍａｉｒ、及び内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍ、及び下死点容積Ｖから、混合ガスの温度Ｔを算出する。
【００５９】
ＥＣＵ４０は、筒内容積Ｖｄｉｓを算出する（ステップＳ１０５）。具体的には、ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０は、数式（８）に基づき、算出した混合ガスの温度Ｔから、内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒを算出する。そして、ＥＣＵ４０は、下死点容積Ｖから、内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒを減算することにより、吸気に寄与する筒内容積Ｖｄｉｓ（＝Ｖ−Ｖｅｇｒ）を算出する。
【００６０】
次に、ＥＣＵ４０は、体積効率ηを算出する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数Ｎｅと、吸気圧Ｐｉｍを引数として体積効率ηをマップ演算により特定する。また、ＥＣＵ４０は、ＥＣＵ４０は、マップ演算により、エンジン回転数Ｎｅと、吸気圧Ｐｉｍとを引数として、基準吸気温Ｔｂを特定する。そして、ＥＣＵ４０は、数式（２０）により、特定した体積効率ηを、基準吸気温Ｔｂ及び吸気温Ｔｉｍに基づき、補正し、修正体積効率ηｃを算出する。
【００６１】
そして、ＥＣＵ４０は、吸気量Ｍｃｌｄを算出する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７において、ＥＣＵ４０は、数式（９）に基づき、体積効率η（＝修正体積効率ηｃ）、吸気（空気）の密度ρｉｍ、筒内容積Ｖｄｉｓ及びエンジン回転数Ｎｅから、吸気量Ｍｃｌｄを算出する。
【００６２】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００６３】
吸気行程において内部ＥＧＲガスと新気（吸気）とが混合される場合、吸気行程が終了する下死点における内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒは、新気の温度（吸気温Ｔｉｍ）により変化する。つまり、吸気温Ｔｉｍが低ければ、体積Ｖｅｇｒが小さくなり、吸気温Ｔｉｍが高ければ、体積Ｖｅｇｒが大きくなる傾向がある。そこで、ＥＣＵ４０は、残存ガス量Ｍ１と逆流ガス量Ｍ２とを合算して算出された内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍを、吸気温Ｔｉｍに基づき補正することにより、内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒ、すなわち、実質的に吸気に寄与しない筒内容積の算出精度を向上させることができる。そして、内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒを、燃焼室１０ａの最大容積（下死点容積Ｖ）から減算することにより、吸気に寄与する筒内容積Ｖｄｉｓ（新気が充填される容積）を正確に算出することができる。よって、吸気量Ｍｃｌｄの算出精度を向上させることができる。
【００６４】
エンジン回転数Ｎｅが速いほど、吸気バルブ２１と排気バルブ２２とがオーバーラップする時間が短くなるため、逆流するガス量は少なくなる。そこで、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数Ｎｅに基づき、逆流ガス量Ｍ２を補正した。具体的には、ＥＣＵ４０は、エンジン回転数Ｎｅに基づき、数式（３）から死容積係数Ｋを特定し、特定した死容積係数Ｋに基づき、数式（２）から、逆流ガス量Ｍ２を算出した。これにより、逆流ガス量Ｍ２の算出精度を向上させることができる。
【００６５】
ＥＣＵ４０は、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧Ｐｉｍに基づき、マップ演算により、体積効率ηを特定（算出）する。そして、ＥＣＵ４０は、吸気温Ｔｉｍに基づき、特定した体積効率を補正する。具体的には、ＥＣＵ４０は、吸気温Ｔｉｍの２／７乗に比例するものとして、体積効率ηを補正する。
【００６６】
これにより、体積効率ηの算出精度を向上させることができる。その結果、吸気量Ｍｃｌｄの算出精度を向上させることができる。なお、体積効率ηが、吸気温Ｔｉｍの２／７乗に比例することは、実験によらず、理論式に基づき導出されたものである。このため、エンジン毎に適合させる必要がなく、マップ演算に行うために必要な適合係数を特定する実験などの工数を削減することができる。
【００６７】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００６８】
上記実施形態において、排気中の酸素濃度により、排気（すなわち、内部ＥＧＲガス）の比熱Ｃｅｘが異なる。内部ＥＧＲガスの比熱Ｃｅｘが異なると、同じ吸気温Ｔｉｍでも下死点における混合ガスの温度Ｔに影響を与える。その結果、下死点における内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒにも影響を与える。そこで、ＥＣＵ４０は、排気酸素濃度センサ３８から取得した排気の酸素濃度に基づき、内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒを補正し、吸気行程における内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒの算出精度を向上させてもよい。
【００６９】
具体的には、上記実施形態において、空気の比熱Ｃａｉｒと、排気の比熱Ｃｅｘを同じとしたが、排気の比熱Ｃｅｘを特定（推定）してもよい。排気の比熱Ｃｅｘは、排気酸素濃度に対して反比例する関係がある。そこで、ＥＣＵ４０は、マップ演算などにより、排気酸素濃度センサ３８から取得した排気の酸素濃度に基づき、排気の比熱Ｃｅｘを特定する。そして、ＥＣＵ４０は、数式（４）、（５）に基づき、混合ガスの温度Ｔを算出すればよい。なお、空気の比熱Ｃａｉｒは、一定である。このようにすることにより、ＥＣＵ４０は、排気中の酸素濃度に基づき、内部ＥＧＲガスの体積Ｖｅｇｒを補正することとなり、吸気量Ｍｃｌｄの算出精度を向上させることができる。
【００７０】
上記実施形態において、内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍ（特に逆流ガス量Ｍ２）を制御可能に構成してもよい。例えば、吸気バルブ２１と排気バルブ２２の少なくとも一方の開閉時期又はリフト量を可変とする可変動弁機構を備えて、バルブオーバーラップ量を制御することにより、内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍを制御可能にしてもよい。また、排気バルブ２２を遅角制御することにより、排気を逆流させ、内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍを制御可能にしてもよい。この場合、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の制御量に応じて、死容積係数Ｋを変化させることが望ましい。
【００７１】
なお、内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍを制御する場合、ＥＣＵ４０は、例えば、排気酸素濃度の推定値を目標値に一致させるような目標ＥＧＲガス量を定め、内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍが目標ＥＧＲガス量と一致するように、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２を制御してもよい。
【００７２】
上記実施形態において、残存ガス量Ｍ１と、逆流ガス量Ｍ２をそれぞれ算出したが、まとめて算出してもよい。例えば、ＥＣＵ４０は、数式（２１）及び数式（２２）に基づき、内部ＥＧＲガス量Ｍｒｅｍを算出してもよい。係数Ｋ２は、図８に示すように、エンジン回転数Ｎｅに反比例する係数である。係数Ｋ２は、実験などにより適合マップを求め、エンジン回転数Ｎｅを引数として、マップ演算により算出（特定）してもよい。この場合、ＥＣＵ４０が、残存ガス量算出部４１及び逆流ガス量算出部４２の機能を兼ね備えることとなる。
【数１４】
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【００７３】
上記実施形態において、内燃機関としてガソリンエンジンを採用してもよい。
【００７４】
上記実施形態において、排気圧Ｐｅｘは、測定値でなくてもよく、例えば、推定値であってもよい。
【００７５】
上記実施形態において、吸気バルブ２１と排気バルブ２２の少なくとも一方の開閉時期又はリフト量を可変とする可変動弁機構を備えてもよい。そして、可変動弁機構によって、その都度のアクセル開度やエンジン運転状態等に応じてバルブ開閉タイミングが適宜調整されるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
２１…吸気バルブ、２２…排気バルブ、２４…排気通路、４０…ＥＣＵ、４１…残存ガス量算出部、４２…逆流ガス量算出部、４３…容積算出部、４４…吸気量算出部、Ｍ１…残存ガス量、Ｍ２…逆流ガス量、Ｍｃｌｄ…吸気量、Ｍｒｅｍ…内部ＥＧＲガス量、Ｐｅｘ…排気圧、Ｐｉｍ…吸気圧、Ｔｅｘ…排気温、Ｔｉｍ…吸気温、Ｖｄｉｓ…筒内容積、Ｖｅｇｒ…体積。
【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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