(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサからスロットルまでの空間（以下、スロットル上流空間）の圧力であるスロットル上流圧力と、前記スロットルから吸気弁までの空間（以下、スロットル下流空間）の圧力であるスロットル下流圧力とをそれぞれ計算し、前記スロットル上流圧力及びスロットル下流圧力を用いて気筒内に吸入される空気量を推定する過給機付き内燃機関の空気量推定装置であって、
前記スロットル上流空間におけるエネルギー保存則に基づいて、前記スロットル上流空間の圧力変化量（以下、第１のスロットル上流圧力変化量）を計算する手段と、
前記スロットル下流空間におけるエネルギー保存則に基づいて、前記スロットル下流空間の圧力変化量（以下、第１のスロットル下流圧力変化量）を計算する手段と、
前記コンプレッサから吸気弁までを１つの空間（以下、結合空間）とみなした場合の前記結合空間におけるエネルギー保存則に基づいて、前記結合空間の圧力変化量（以下、結合空間圧力変化量）を計算する手段と、
前記結合空間を成立させる前提条件のもとで推定されるスロットル流量と、絞りの式によって算出されるスロットル流量との差分（以下、スロットル流量誤差）を計算する手段と、
前記結合空間圧力変化量を前記スロットル流量誤差に基づき補正することによって前記スロットル上流空間の圧力変化量（以下、第２のスロットル上流圧力変化量）を計算する手段と、
前記結合空間圧力変化量を前記スロットル流量誤差に基づき補正することによって前記スロットル下流空間の圧力変化量（以下、第２のスロットル下流圧力変化量）を計算する手段と、
前記スロットル上流圧力と前記スロットル下流圧力との差或いは比によって定義される所定の発振条件が満たされていない場合、前記第１のスロットル上流圧力変化量及び第１のスロットル下流圧力変化量を用いて前記スロットル上流圧力及びスロットル下流圧力をそれぞれ更新し、前記発振条件が満たされた場合、前記第２のスロットル上流圧力変化量及び第２のスロットル下流圧力変化量を用いて前記スロットル上流圧力及びスロットル下流圧力をそれぞれ更新する手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き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、過給機付き内燃機関において気筒内に吸入される空気量を推定する装置に関し、詳しくは、吸気通路内を流れる空気の挙動を表す物理モデルを用いた計算によって空気量を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒内に吸入される空気量を吸気通路内の空気の挙動を表す物理モデル（以下、空気量推定モデル）を用いた計算によって推定する手法が知られている。空気量推定モデルは、スロットル上流の空間の圧力（以下、スロットル上流圧力）を計算するモデル、スロットルを通過する空気の流量（以下、スロットル流量）を計算するモデル、スロットル下流の空間の圧力（以下、スロットル下流圧力）を計算するモデル、吸気弁を通過する空気の流量（以下、吸気弁流量）を計算するモデルなどから構成されている。
【０００３】
空気量推定モデルを用いた空気量の推定方法は、過給機付きの内燃機関にも適用することができる。ただし、その場合、次に述べるような計算上の問題を解決する必要がある。
【０００４】
空気量推定モデルでは、スロットル流量の計算に絞りの式が用いられている。絞りの式は、スロットル下流圧力とスロットル上流圧力との圧力比（以下、前後圧力比）を変数とする関数を含んでいる。前後圧力比が１に近い領域では、前後圧力比の微小変化に対して関数の値は大きく変化する。過給機付き内燃機関における空気量推定モデルでは、スロットル上流圧力とはコンプレッサの過給状態によって変動する過給圧を意味する。このため、スロットル開度がＷＯＴの付近であって前後圧力比が小さい条件では、前後圧力比は過給状態に応じて大きく変動する。その結果、スロットル流量の計算値やそれに基づき算出されるスロットル下流圧力の計算値が振動的に変化してしまう。
【０００５】
上記の問題に対する解決策として、本出願人の先行発明である特開２００６−１５２８９９号公報に記載の空気量推定装置（以下、先行技術による装置）では、スロットルの開度とその前後の圧力差とに応じて空気量推定モデルを切り替える方法が採られている。具体的には、先行技術による装置によれば、通常は、スロットル上流圧力（インタークーラー圧力）を計算するインタークーラーモデル、スロットル流量を計算するスロットルモデル、スロットル下流圧力（吸気管圧力）を計算する吸気管モデル、及び吸気弁流量を計算する吸気弁モデルが用いられる。しかし、スロットル流量やスロットル下流圧力の計算値に振動が発生しうる条件では、インタークーラーモデル、スロットルモデル及び吸気弁モデルに代えてインタークーラー吸気管結合モデルが用いられる。
【０００６】
インタークーラー吸気管結合モデルは、スロットルを無視してコンプレッサから吸気弁までを１つの空間と見なした物理モデルであり、その結合空間内のエネルギー保存則及び流量保存則に基づいて構築されている。したがって、インタークーラー吸気管結合モデルでは、絞りの式を用いたスロットル流量の計算は行われない。インタークーラー吸気管結合モデルでは、スロットル上流圧力の変化量とスロットル下流圧力の変化量とは等しいと仮定され、スロットル上流圧力と吸気弁流量とからスロットル下流圧力が算出される。これによれば、絞りの式を用いたスロットル流量の計算を必要としないので、従来、スロットル下流圧力の計算値が振動的になりやすかった領域でも、精度良くスロットル下流圧力を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５２８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、先行技術による装置には、空気量の推定精度に関して課題がある。空気量推定モデルの切り替えはスロットル上流圧力とスロットル下流圧力との差が閾値以下になったときに行われるが、そのとき、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力とは必ずしも完全には一致していない。それにも関わらず、インタークーラー吸気管結合モデルでは“スロットル上流圧力＝スロットル下流圧力”とみなして計算を進めるため、スロットル下流圧力の計算値に段差が生じてしまうのである。スロットル下流圧力に段差が生じた場合、それに基づき計算される空気量の推定値にも段差が生じてしまう。空気量の推定値は、空燃比制御において燃料噴射量の計算に用いられている。このため、空気量推定値に生じた段差は、実空燃比の目標空燃比からの乖離や実空燃比の激しい変動を引き起こすおそれがある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、どのような領域で運転されている場合であっても空気量を正確に推定することのできる過給機付き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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を達成するために、本発明に係る過給機付き内燃機関の空気量推定装置は、以下の動作を行うように構成される。
【００１１】
本発明の１つの形態によれば、本空気量推定装置は、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力との差或いは比によって定義される所定の発振条件が満たされていない場合、第１のスロットル上流圧力変化量を用いてスロットル上流圧力を更新するとともに、第１のスロットル下流圧力変化量を用いてスロットル下流圧力を更新する。第１のスロットル上流圧力変化量は、コンプレッサからスロットルまでのスロットル上流空間におけるエネルギー保存則に基づいて計算されるスロットル上流空間の圧力変化量である。第１のスロットル下流圧力変化量は、スロットルから吸気弁までのスロットル下流空間におけるエネルギー保存則に基づいて計算されるスロットル下流空間の圧力変化量である。
【００１２】
しかし、発振条件が満たされた場合は、本空気量推定装置は、コンプレッサから吸気弁までを１つの結合空間とみなした場合の結合空間におけるエネルギー保存則に基づいて結合空間の圧力変化量を計算する。また、結合空間を成立させるための前提条件のもとで推定されるスロットル流量と、絞りの式によって算出されるスロットル流量との差分であるスロットル流量誤差を計算する。そして、本空気量推定装置は、結合空間圧力変化量をスロットル流量誤差に基づき補正することによって第２のスロットル上流圧力変化量を計算し、第２のスロットル上流圧力変化量を用いてスロットル上流圧力を更新する。また、結合空間圧力変化量をスロットル流量誤差に基づき補正することによって第２のスロットル下流圧力変化量を計算し、第２のスロットル下流圧力変化量を用いてスロットル下流圧力を更新する。
【００１３】
本空気量推定装置は、上述のように計算されたスロットル上流圧力及びスロットル下流圧力を用いた計算によって気筒内に吸入される空気量を推定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、結合空間を成立させるための前提条件のもとで推定されるスロットル流量と、絞りの式によって算出されるスロットル流量との差分に基づいて結合空間圧力変化量を補正したものがスロットル上流圧力及びスロットル下流圧力の各変化量として用いられることで、発振条件が満たされる前後での計算方法の切り替えに伴う段差の発生を防ぐことができる。よって、本発明によれば、どのような領域で運転されている場合であっても空気量を正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エネルギー保存則と流量保存則に基づいた流路内の圧力及び温度の計算方法を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態の空気量推定装置が用いるインタークーラーモデルの概要を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態の空気量推定装置が用いる吸気管モデルの概要を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態の空気量推定装置が用いる結合モデルの概要を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態の空気量推定装置によるインタークーラー圧力及び吸気管圧力の計算ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の空気量推定装置の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の１つの実施の形態について図を参照して説明する。
【００１７】
本実施の形態の空気量推定装置は、過給機付き内燃機関に適用される。本空気量推定装置の適用対象となる過給機付き内燃機関は、スロットルによる空気量の調整によってトルクを制御することのできる４サイクルレシプロエンジンである。本実施の形態において内燃機関に設けられる過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサを排気通路に配置されたタービンの回転によって駆動するターボ式の過給機である。コンプレッサとスロットルとの間には、コンプレッサによる圧縮によって温度が上昇した空気を冷却するためのインタークーラーが設けられている。
【００１８】
本空気量推定装置は、内燃機関に備えられるＥＣＵの一機能として実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、ＥＣＵは空気量推定装置として機能する。ＥＣＵが空気量推定装置として機能する場合、ＥＣＵは、プログラムされている空気量推定モデルを用いて、気筒内に吸入される空気量（以下、筒内空気量）を推定する。
【００１９】
本実施の形態で用いられる空気量推定モデルは、スロットル上流圧力であるインタークーラー圧力とスロットル下流圧力である吸気管圧力の計算に関して２つの計算モードを有し、スロットル流量の発振条件が満たされたかどうかによって計算モードを切り替えるように構成されている。スロットル流量の発振条件とは、スロットル流量やそれから算出される吸気管圧力の計算値に振動が発生しうる条件である。具体的には、インタークーラー圧力と吸気管圧力との差がゼロに近い所定の閾値以下であること、或いは、インタークーラー圧力に対する吸気管圧力の比が１に近い所定の閾値以上であることが発振条件として定義されている。
【００２０】
第１の計算モードは、発振条件が満たされていない場合に選択されるモードであって、主としてインタークーラーモデルと吸気管モデルとを計算に使用する。第１の計算モードで使用されるインタークーラーモデルは、インタークーラーを含むコンプレッサからスロットルまでの空間の圧力及び温度をエネルギー保存則及び流量保存則に基づいて計算する物理モデルである。また、吸気管モデルは、スロットルから吸気弁までの空間の圧力及び温度をエネルギー保存則及び流量保存則に基づいて計算する物理モデルである。
【００２１】
第２の計算モードは、発振条件が満たされた場合に選択されるモードであって、主としてインタークーラー吸気管結合モデル（以下、単に結合モデルという）を計算に使用する。第２の計算モードで使用される結合モデルは、コンプレッサから吸気弁までを１つの結合空間とみなした場合のその結合空間の圧力及び温度をエネルギー保存則及び流量保存則に基づいて計算する物理モデルである。
【００２２】
このように、本実施の形態で用いる空気量推定モデルの基本的な構成は、特開２００６−１５２８９９号公報に記載の先行技術による装置のそれと共通している。ただし、本実施の形態で用いる空気量推定モデルと先行技術による装置のそれとは、結合モデルを用いる場合の計算方法に違いがある。以下、本空気量推定装置と先行技術による装置との共通点についての説明は省略或いは簡略化し、相違点である結合モデルを用いた計算方法を中心に説明を行う。
【００２３】
まず、エネルギー保存則と流量保存則に基づいた流路内の圧力及び温度の計算方法について説明する。ここでは、図１に示すような流路内の空間を想定する。この空間内の流量をＭ、圧力をＰ、温度をＴとし、空間の容積をＶとする。この空間へ流入する空気量をｍin、流入空気の温度をＴin、この空間から流出する空気量をｍout、流出空気の温度をＴoutとする。また、この空間から外部への放熱量をＱとする。
【００２４】
上記の条件におけるエネルギー保存式は次の式（１）で表される。また、上記の条件における流量保存式は次の式（２）で表される。
【数１】
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【数２】
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【００２５】
式（１）に気体方程式、定積比熱の式、定圧比熱の式を代入すると、次の式（３）を得ることができる。また、式（２）に気体方程式を代入すると、次の式（４）を得ることができる。
【数３】
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【数４】
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【００２６】
現時間ステップ（i）での時間Δｔあたりの圧力の変化量をΔＰ(i)とすると、式（３）は次の式（５）のように書き直すことができる。また、現時間ステップ（i）での時間Δｔあたりの圧力温度比の変化量をΔ（Ｐ／Ｔ）(i)とすると、式（４）は次の式（６）のように書き直すことができる。
【数５】
0005692104.tif 000006
【数６】
0005692104.tif 000007
【００２７】
現時間ステップ（i）の圧力と、式（５）により算出される圧力変化量を次の式（７）に代入することによって、次の時間ステップ（i+1）の圧力を推定することができる。また、現時間ステップ（i）の圧力温度比と、式（６）により算出される圧力温度比の変化量を次の式（８）に代入することによって、次の時間ステップ（i+1）の圧力温度比を推定することができる。
【数７】
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【数８】
0005692104.tif 000009
【００２８】
次に、以上述べた基本的な計算方法に基づき、各計算モードにおける圧力及び温度の計算方法について具体的に説明する。
【００２９】
まず、第１の計算モードから説明する。図２は、第１の計算モードで用いられるインタークーラーモデルの概要を示す図である。このモデルでは、インタークーラーの容積をＶic、内部の圧力をＰic、温度をＴicとする。インタークーラーへの入力は、コンプレッサ流量ｍcpとコンプレッサ下流温度Ｔcpであり、インタークーラーからの出力はスロットル流量ｍtとインタークーラー温度Ｔicである。また、インタークーラーから外部へ放出される熱量をＱとする。なお、過給機付き内燃機関では、コンプレッサからスロットルに至る経路の途中にエアバイパスバルブが接続されている。エアバイパスバルブが開いているときには、図中に点線で示すように、エアバイパスバルブ流量ｍabv分の空気がインタークーラーから抜き出される。その場合は、インタークーラーへの入力をコンプレッサ流量ｍcpからエアバイパスバルブ流量（ＡＢＶ流量）ｍabvを差し引いた値に置き換えればよい。ただし、以下の説明では、簡単のために、エアバイパスバルブは閉じておりＡＢＶ流量ｍabvはゼロになっているものとする。
【００３０】
上記の条件におけるインタークーラーモデルのエネルギー保存式は次の式（９）で表され、流量保存式は次の式（１０）で表される。式（９）からは、時間Δｔあたりのインタークーラー圧力の変化量を得ることができる。式（１０）からは、時間Δｔあたりのインタークーラー圧力温度比の変化量を得ることができる。
【数９】
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【数１０】
0005692104.tif 000011
【００３１】
図３は、第１の計算モードで用いられる吸気管モデルの概要を示す図である。このモデルでは、吸気管の容積をＶm、内部の圧力をＰm、温度をＴmとする。吸気管への入力は、スロットル流量ｍtとインタークーラー温度Ｔicであり、吸気管からの出力は吸気弁流量ｍcと吸気管温度Ｔmである。吸気管では外部との熱の授受は無いものとする。なお、過給機付き内燃機関では、スロットルから吸気弁に至る経路の途中にＥＧＲバルブが接続されている。ＥＧＲバルブが開いているときには、図中に点線で示すように、ＥＧＲ流量ｍegr分のＥＧＲガスが吸気管へ導入される。その場合は、吸気管への入力をスロットル流量ｍtにＥＧＲ流量ｍegrを加算した値に置き換えればよい。ただし、以下の説明では、簡単のために、ＥＧＲバルブは閉じておりＥＧＲ流量ｍegrはゼロになっているものとする。
【００３２】
上記の条件における吸気管モデルのエネルギー保存式は次の式（１１）で表され、流量保存式は次の式（１２）で表される。式（１１）からは、時間Δｔあたりの吸気管圧力の変化量を得ることができる。式（１２）からは、時間Δｔあたりの吸気管圧力温度比の変化量を得ることができる。
【数１１】
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【数１２】
0005692104.tif 000013
【００３３】
第１の計算モードでは、上記の式（９）及び式（１０）を用いてインタークーラー圧力Ｐicとインタークーラー温度Ｔicが計算され、上記の式（１１）及び式（１２）を用いて吸気管圧力Ｐmと吸気管温度Ｔmが計算される。なお、各式による計算で用いられるスロットル流量ｍtは、後述する絞りの式によって算出される。
【００３４】
次に、第２の計算モードについて説明する。図４は、第２の計算モードで用いられる結合モデルの概要を示す図である。このモデルでは、内部の圧力をＰuni、温度をＴuniとする。結合空間の容積はインタークーラー容積Ｖicと吸気管容積Ｖm、との和として表すことができる。結合空間への入力は、コンプレッサ流量ｍcpとコンプレッサ下流温度Ｔcpであり、結合空間からの出力は吸気弁流量ｍcと吸気管温度Ｔmである。また、結合空間から外部へ熱量Ｑの放熱があるものとする。インタークーラーモデルや吸気管モデルと同様、ここでは、ＡＢＶ流量ｍabvとＥＧＲ流量ｍegrはともにゼロになっているものとする。
【００３５】
上記の条件における結合モデルのエネルギー保存式は次の式（１３）で表され、流量保存式は次の式（１４）で表される。
【数１３】
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【数１４】
0005692104.tif 000015
【００３６】
まず、インタークーラー圧力と吸気管圧力の計算について説明する。第２の計算モードにおけるインタークーラー圧力と吸気管圧力の計算では、上記のエネルギー保存則の式（１３）が用いられる。式（１３）は式（９）及び式（１１）とともに連立方程式とすることができる。これを解くと、次の式（１５）が得られる。
【数１５】
0005692104.tif 000016
【００３７】
特開２００６−１５２８９９号公報に記載の先行技術による装置では、このような結合モデルを用いている領域では、実質的に吸気管圧力変化量ΔＰmと、インタークーラー圧力変化量ΔＰicと、結合空間圧力変化量ΔＰuniとは等しいと仮定されていた。しかし、このような仮定が空気量推定値に段差を生じさせる原因であることから、本空気量推定装置による第２の計算モードでは、インタークーラー圧力変化量ΔＰicを次の式（１６）で表し、吸気管圧力変化量ΔＰmを次の式（１７）で表すこととした。式（１６）におけるΔＰic´は、結合空間圧力変化量ΔＰuniに対するインタークーラー圧力変化量の補正量である。式（１７）におけるΔＰm´は、結合空間圧力変化量ΔＰuniに対する吸気管圧力変化量の補正量である。
【数１６】
0005692104.tif 000017
【数１７】
0005692104.tif 000018
【００３８】
式（１６）及び式（１７）を式（１５）に代入することによって、次の式（１８）を得ることができる。
【数１８】
0005692104.tif 000019
【００３９】
一方、結合モデルが成立する前提条件のもとで推定されるスロットル流量をｍt_uniと置き、吸気管圧力変化量ΔＰmとインタークーラー圧力変化量ΔＰicと結合空間圧力変化量ΔＰuniとが等しいと仮定すると、式（９）と式（１１）の右辺から次の式（１９）を導くことができる。
【数１９】
0005692104.tif 000020
【００４０】
ここで、結合モデルが成立する前提条件のもとで推定されるスロットル流量ｍt_uniと、絞りの式によって算出されるスロットル流量ｍtとの誤差をΔｍtとする。つまり、ｍt_uniにΔｍtを加えたものをｍtとする。これを式（１１）に代入して整理することで次の式（２０）を得ることができる。
【数２０】
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【００４１】
式（２０）の右辺第１項は、式（１９）を代入することによりΔＰuniに等しくなる。よって、式（２０）と式（１７）との対比から、ΔＰm´は式（２０）の右辺第２項に等しいことが分かる。つまり、ΔＰm´は次の式（２１）で表される。また、式（２１）と式（１８）から、ΔＰic´は次の式（２２）で表される。
【数２１】
0005692104.tif 000022
【数２２】
0005692104.tif 000023
【００４２】
一方、結合モデルが成り立つ前提条件のもとでは、式（１０）、式（１２）及び式（１４）のそれぞれで計算される圧力温度比の変化量は、互いに等しいと考えることができる。よって、式（１０）及び式（１２）の右辺が等しいとすると、スロットル流量ｍt_uniに関して次の式（２３）を得ることができる。
【数２３】
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【００４３】
また、絞りの式によれば、スロットル流量ｍtは次の式（２４）によって表される。式（２４）において、μは流量係数、Ａtはスロットル開度ＴＡから計算される流路面積、Φは吸気管圧力Ｐmとインタークーラー圧力Ｐicの比を変数とする公知の関数である。
【数２４】
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【００４４】
スロットル流量誤差Δｍtは結合モデルによるスロットル流量ｍt_uniと絞りの式によるスロットル流量ｍtとの差であるから、式（２３）及び式（２４）より、スロットル流量誤差Δｍtは次の式（２５）で表される。
【数２５】
0005692104.tif 000026
【００４５】
式（２１）を式（１７）に代入することによって、次の式（２６）を得ることができる。また、式（２２）を式（１６）に代入することによって、次の式（２７）を得ることができる。これらの式に、式（１３）により算出される結合空間圧力変化量ΔＰuniと、式（２５）により算出されるスロットル流量誤差Δｍtとを代入することによって、吸気管圧力変化量ΔＰmと、インタークーラー圧力変化量ΔＰicとを算出することができる。
【数２６】
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【数２７】
0005692104.tif 000028
【００４６】
次の式（２８）は、現時間ステップ（i）の吸気管圧力と吸気管圧力変化量から次の時間ステップ（i+1）の吸気管圧力を推定する式である。式（２９）は、現時間ステップ（i）のインタークーラー圧力とインタークーラー圧力変化量から次の時間ステップ（i+1）のインタークーラー圧力を推定する式である。
【数２８】
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【数２９】
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【００４７】
第２の計算モードでは、式（２６）で計算された吸気管圧力変化量が式（２８）に代入され、式（２７）で計算されたインタークーラー圧力変化量が式（２９）に代入される。一方、前述の第１の計算モードでは、式（１１）で計算された吸気管圧力変化量が式（２８）に代入され、式（９）で計算されたインタークーラー圧力変化量が式（２９）に代入される。
【００４８】
次に、インタークーラー温度と吸気管温度の計算について説明する。第２の計算モードにおけるインタークーラー温度と吸気管温度の計算では、上記の流量保存則の式（１５）が用いられる。式（１５）は式（１０）及び式（１２）とともに連立方程式とすることができる。これを解くと、次の式（３０）が得られる。
【数３０】
0005692104.tif 000031
【００４９】
本空気量推定装置による第２の計算モードでは、インタークーラー圧力温度比の変化量Δ（Ｐic／Ｔic）を次の式（３１）で表し、吸気管圧力温度比の変化量Δ（Ｐm／Ｔm）を次の式（３２）で表すこととした。式（３１）におけるΔ（Ｐic／Ｔic）´は、結合空間圧力温度比の変化量Δ（Ｐuni／Ｔuni）に対するインタークーラー圧力温度比の変化量の補正量である。式（３２）におけるΔ（Ｐm／Ｔm）´は、結合空間圧力温度比の変化量Δ（Ｐuni／Ｔuni）に対する吸気管圧力温度比の変化量の補正量である。
【数３１】
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【数３２】
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【００５０】
式（３１）及び式（３２）を式（３０）に代入することによって、次の式（３３）を得ることができる。
【数３３】
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【００５１】
ここで、結合モデルが成立する前提条件のもとで推定されるスロットル流量ｍt_uniとスロットル流量誤差Δｍtとでスロットル流量ｍtを表し、これを式（１２）に代入して整理することで次の式（３４）を得ることができる。
【数３４】
0005692104.tif 000035
【００５２】
式（３４）の右辺第１項は、式（１９）を代入することによりΔ（Ｐuni／Ｔuni）に等しくなる。よって、式（３４）と式（３２）との対比から、Δ（Ｐm／Ｔm）´は式（３４）の右辺第２項に等しいことが分かる。つまり、Δ（Ｐm／Ｔm）´は次の式（３５）で表される。また、式（３５）と式（３３）から、Δ（Ｐic／Ｔic）´は次の式（３６）で表される。
【数３５】
0005692104.tif 000036
【数３６】
0005692104.tif 000037
【００５３】
式（３５）を式（３２）に代入することによって、次の式（３７）を得ることができる。また、式（３６）を式（３１）に代入することによって、次の式（３８）を得ることができる。これらの式に、式（１４）により算出される結合空間圧力温度比の変化量Δ（Ｐuni／Ｔuni）と、式（２５）により算出されるスロットル流量誤差Δｍtとを代入することによって、吸気管圧力温度比の変化量Δ（Ｐm／Ｔm）と、インタークーラー圧力温度比の変化量Δ（Ｐic／Ｔic）とを算出することができる。
【数３７】
0005692104.tif 000038
【数３８】
0005692104.tif 000039
【００５４】
次の式（３９）は、現時間ステップ（i）の吸気管圧力温度比とその変化量から次の時間ステップ（i+1）の吸気管圧力温度比を推定する式である。式（２８）により計算された吸気管圧力と式（３９）により計算された吸気管圧力温度比とから、次の時間ステップ（i+1）の吸気管温度を推定することができる。式（４０）は、現時間ステップ（i）のインタークーラー圧力温度比とその変化量から次の時間ステップ（i+1）のインタークーラー圧力温度比を推定する式である。式（２９）により計算されたインタークーラー圧力と式（４０）により計算されたインタークーラー圧力温度比とから、次の時間ステップ（i+1）のインタークーラー温度を推定することができる。
【数３９】
0005692104.tif 000040
【数４０】
0005692104.tif 000041
【００５５】
第２の計算モードでは、式（３７）で計算された吸気管圧力温度比の変化量が式（３９）に代入され、式（３８）で計算されたインタークーラー圧力温度比の変化量が式（４０）に代入される。一方、前述の第１の計算モードでは、式（１２）で計算された吸気管圧力温度比の変化量が式（３９）に代入され、式（１０）で計算されたインタークーラー圧力温度比の変化量が式（４０）に代入される。
【００５６】
本空気量推定装置は、以上説明した方法により、インタークーラー圧力及び温度、並びに、吸気管圧力及び温度を計算し、それらの計算値に基づいて空気量の推定値を計算する。図５は、本空気量推定装置によって実行されるルーチンのうち、特に、インタークーラー圧力と吸気管圧力の計算のためのルーチンを抜き出してフローチャートで表した図である。以下、このフローチャートを参照しながら、本空気量推定装置によるインタークーラー圧力及び吸気管圧力の計算方法について再度確認する。なお、このフローチャートに示すルーチンは、本空気量推定装置によって制御周期ごとに繰り返し実行される。
【００５７】
最初のステップＳ２では、現在の圧力条件がスロットル流量の計算値や吸気管圧力の計算値の発振条件に該当しているかどうか判定される。
【００５８】
発振条件に該当していないのであれば、ステップＳ４の処理が実行される。ステップＳ４では、吸気管モデルを用いて、具体的には式（１１）を用いて、吸気管圧力変化量ΔＰmが計算される。また、インタークーラーモデルを用いて、具体的には式（９）を用いて、インタークーラー圧力変化量ΔＰicが計算される。なお、ステップＳ４で計算される吸気管圧力変化量ΔＰmは、本発明において定義されている第１のスロットル下流圧力変化量に対応し、ステップＳ４で計算されるインタークーラー圧力変化量ΔＰicは、本発明において定義されている第１のスロットル上流圧力変化量に対応している。
【００５９】
次に、ステップＳ１２の処理が実行される。ステップＳ１２では、ステップＳ４で算出された吸気管圧力変化量ΔＰmを用いて式（２８）により吸気管圧力Ｐmの値が更新される。また、ステップＳ４で算出されたインタークーラー圧力変化量ΔＰicを用いて式（２９）によりインタークーラー圧力Ｐicの値が更新される。
【００６０】
ステップＳ２の判定の結果、現在の圧力条件が発振条件に該当した場合には、まず、ステップＳ６の処理が実行される。ステップＳ６では、結合モデルを用いて、具体的には式（１３）を用いて、結合空間圧力変化量ΔＰuniが計算される。
【００６１】
次のステップＳ８では、結合モデルが成立する前提条件のもとで推定されるスロットル流量と、絞りの式によって算出されるスロットル流量との差分であるスロットル流量誤差Δｍtが式（２５）により計算される。なお、ステップＳ６の処理とステップＳ８の処理は順番を入れ替えることができる。
【００６２】
そして、次のステップＳ１０では、ステップＳ６で算出された結合空間圧力変化量ΔＰuniをステップＳ８で算出されたスロットル流量誤差Δｍtに基づき補正することによって、具体的には式（２６）を用いて、吸気管圧力変化量ΔＰmが計算される。また、結合空間圧力変化量ΔＰuniをスロットル流量誤差Δｍtに基づき補正することによって、具体的には式（２７）を用いて、インタークーラー圧力変化量ΔＰicが計算される。なお、ステップＳ１０で計算される吸気管圧力変化量ΔＰmは、本発明において定義されている第２のスロットル下流圧力変化量に対応し、ステップＳ１０で計算されるインタークーラー圧力変化量ΔＰicは、本発明において定義されている第２のスロットル上流圧力変化量に対応している。
【００６３】
次に、ステップＳ１２の処理が実行される。ステップＳ１２では、ステップＳ１０で算出された吸気管圧力変化量ΔＰmを用いて式（２８）により吸気管圧力Ｐmの値が更新される。また、ステップＳ１０で算出されたインタークーラー圧力変化量ΔＰicを用いて式（２９）によりインタークーラー圧力Ｐicの値が更新される。
【００６４】
以上述べたように、本空気量推定装置によれば、発振条件が満たされた場合には、結合モデルを成立させるための前提条件のもとで推定されるスロットル流量と、絞りの式によって算出されるスロットル流量との差分Δｍtに基づいて結合空間圧力変化量ΔＰuniを補正したものがインタークーラー圧力及吸気管圧力の各変化量ΔＰic，ΔＰmとして用いられる。これによれば、次に説明するように、計算モードの切り替え時にインタークーラー圧力Ｐicと吸気管圧力Ｐmに段差が発生することを防ぐことができる。
【００６５】
図６は、本空気量推定装置の動作を説明するための図である。図６には、時間ステップ（i）において発振条件が満たされた場合のインタークーラー圧力Ｐic、吸気管圧力Ｐm及結合空間圧力Ｐuniの時間ステップ毎の変化の様子が描かれている。先行技術による装置では、次の時間ステップ（i+1）においてＰic＝Ｐm＝Ｐuniとされていたため、インタークーラー圧力Ｐicと吸気管圧力Ｐmの双方に段差が発生していた。しかし、本空気量推定装置によれば、インタークーラー圧力Ｐicと吸気管圧力Ｐmは複数の時間ステップ数をかけて結合空間圧力Ｐuniにつながれるため、その時間ステップ毎の変化は滑らかであり急激な段差が発生することはない。
【００６６】
このように、本空気量推定装置によれば、発振条件が満たされる前後での計算方法の切り替えに伴う段差の発生を防ぐことができるので、どのような領域で運転されている場合であっても空気量を正確に推定することができる。
【００６７】
以上、本発明の１つの実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、本発明が適用される内燃機関では、コンプレッサからスロットルまでの空間にインタークーラーは必須ではないし、スロットルから吸気弁までの空間にインタークーラーが設けられていてもよい。
【図１】
0005692104.tif 000042
【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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