(57)【要約】【課題】筒内温度を算出するための補正係数テーブルの作成時間を抑制し、過渡的な運転状態にあっても筒内温度を精度良く推定する。【解決手段】内燃機関１のＥＣＵ２０は、圧縮開始点における筒内温度をエンジン水温に基づいて算出し、算出された圧縮開始点筒内温度（Ｓ１２０）と、上記圧縮開始点において検出される第１の筒内圧ＰB（Ｓ１３０）と、圧縮行程中の所定のクランク角において検出される第２の筒内圧Ｐｇ（Ｓ１４０）とに基づいて、前記所定のクランク角における筒内温度Ｔｇを算出する（Ｓ１５０）。【選択図】図３
2008309006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および空気の混合気を燃焼室の内部で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御装置において、
圧縮開始点における筒内温度をエンジン水温に基づいて算出する圧縮開始点筒内温度算出手段と、
算出された圧縮開始点筒内温度と、上記圧縮開始点において検出される第１の筒内圧と、圧縮行程中の所定のクランク角において検出される第２の筒内圧とに基づいて、前記所定のクランク角における筒内温度を算出する圧縮行程筒内温度算出手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記圧縮開始点筒内温度算出手段は、圧縮開始点筒内温度をエンジン水温の一次進みとして算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記圧縮行程筒内温度算出手段が算出した圧縮行程筒内温度に基づいて、前記検出された第２の筒内圧を補正する筒内圧補正手段と、当該筒内圧補正手段によって補正された前記第２の筒内圧を用いて筒内空気量を算出する筒内空気量算出手段と、を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２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し、特に、筒内圧に基づいて筒内温度を算出することが可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの燃料噴射と点火時期制御を行うに際し、筒内圧センサによって得られた圧縮行程筒内圧に基づいて吸入空気量を算出する制御装置が提案されている（特許文献１）。この装置では、エンジン水温、回転数およびスロットル開度に対応する補正係数テーブルを持ち、これによって圧縮行程筒内圧を補正して筒内空気量を計算する。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１４９１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例においては、吸入空気量の算出に多数のパラメータを用いるため、補正係数テーブルの作成に非常に多くの時間を要する。また、補正係数テーブルの入力パラメータとなるエンジン水温、回転数およびスロットル開度の変化と筒内温度変化との速度が異なるため、過渡状態における筒内温度変化を特定することができない。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、筒内温度を算出するための補正係数テーブルの作成時間を抑制でき、また過渡的な運転状態にあっても筒内温度を精度良く推定できる新規な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による内燃機関の制御装置は、燃料および空気の混合気を燃焼室の内部で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御装置において、圧縮開始点における筒内温度をエンジン水温に基づいて算出する圧縮開始点筒内温度算出手段と、算出された圧縮開始点筒内温度と、上記圧縮開始点において検出される第１の筒内圧と、圧縮行程中の所定のクランク角において検出される第２の筒内圧とに基づいて、前記所定のクランク角における筒内温度を算出する圧縮行程筒内温度算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
一般に、理想気体が断熱変化するときには、ポアソンの法則により次の（１）式が成立する。ここに、κは比熱比、Ｃは定数である。
【０００８】
【数１】
2008309006.tif 000003
【０００９】
この性質を利用して、圧縮開始点筒内温度ＴBと、圧縮開始点において検出される第１の筒内圧ＰBと、圧縮行程中の或るクランク角において検出される第２の筒内圧Ｐgとに基づいて、次の（２）式によって、当該或るクランク角における筒内温度Ｔgを算出することができる。
【００１０】
【数２】
2008309006.tif 000004
【００１１】
また、圧縮開始点筒内温度算出手段は、圧縮開始点筒内温度をエンジン水温の一次進みとして算出すると好ましい。暖機中などの過渡状態では、筒内温度はエンジン水温よりも早く変化するので、圧縮開始点筒内温度はエンジン水温の一次進みとして、例えば次の（３）式によって与えられると考えられる。ここで、Ｔwはエンジン水温［Ｋ］、ＴBは圧縮開始点筒内温度［Ｋ］、τは時定数である。
【００１２】
【数３】
2008309006.tif 000005
【００１３】
この（３）式を離散化することで、次の（４）式が得られる。ここで、Δｔは更新時間である。
【００１４】
【数４】
2008309006.tif 000006
【００１５】
この（４）式に、逐次検出されるエンジン水温の検出値Ｔｗ（ｉ）及び前回値Ｔｗ（ｉ−１）を代入することにより、圧縮開始点筒内温度ＴBをエンジン水温Ｔwの一次進みとして精度よく計算することができる。
【００１６】
また、圧縮行程筒内温度算出手段が算出した圧縮行程筒内温度に基づいて、前記検出された第２の筒内圧を補正する筒内圧補正手段と、当該筒内圧補正手段によって補正された前記第２の筒内圧を用いて筒内空気量を算出する筒内空気量算出手段と、を更に備えると好ましい。この場合には、検出された筒内圧を筒内温度に基づいて補正するので、空気量の算出精度を向上することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本発明による制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００１９】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド）５にそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気管６（排気マニホールド）にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉは対応する吸気ポートを開閉し、各排気弁Ｖｅは対応する排気ポートを開閉する。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機構を含む動弁機構ＶＭによって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００２０】
吸気管５は、図１に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気ラインＬ１が接続されており、給気ラインＬ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインＬ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、図１に示されるように、例えば三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよび例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。
【００２１】
更に、内燃機関１は、複数のインジェクタ１２を有し、各インジェクタ１２は、図１に示されるように、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配置されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面に、凹部４ａを有している。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。
【００２２】
これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。
【００２３】
上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構ＶＭ等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、図１に示されるように、内燃機関１のクランク角センサ１４を始めとした各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構ＶＭ等を制御する。
【００２４】
また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子、磁歪素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧）を大気圧に対する相対値として出力するものであり、その受圧面に加わる圧力（筒内圧）に応じた電圧信号（検出値を示す信号）をＥＣＵ２０に与える。
【００２５】
更に、内燃機関１は、サージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）を絶対圧力として検出する吸気圧センサ１６を有している。吸気圧センサ１６も、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されており、検出したサージタンク８内の吸入空気の絶対圧力を示す信号をＥＣＵ２０に与える。また、内燃機関１は、冷却水温を検出する水温センサ１８をシリンダのウォータジャケットに隣接して有している。水温センサ１８も、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されており、検出した冷却水温を示す信号をＥＣＵ２０に与える。なお、クランク角センサ１４、吸気圧センサ１６、水温センサ１８の検出値は、微小時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。また、各筒内圧センサ１５の検出値（筒内圧）は、吸気圧センサ１６の検出値に基づいて絶対圧補正された上で、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。
【００２６】
次に、図２を参照しながら、上述の内燃機関１において各燃焼室３に吸入される空気量を算出する手順について説明する。内燃機関１が始動されると、ＥＣＵ２０によって図２に示される圧縮開始点筒内温度算出ルーチンが、燃焼室３ごとに且つ所定時間Δｔごとに、繰り返し実行される。本ルーチンの実行タイミングになると、ＥＣＵ２０は、まずエンジン水温Ｔｗを計測する（Ｓ１０）。この計測は、水温センサ１８の検出値に基づいて行われる。次に、検出されたエンジン水温Ｔｗ（ｉ）が、前回検出値Ｔｗ（ｉ−１）から所定値以上変化しているかを判断し（Ｓ２０）、変化が小さい場合、すなわち検出値が前回値と所定範囲内で一致している場合には、ステップＳ１０・Ｓ２０の処理が繰り返される。
【００２７】
エンジン水温の検出値Ｔｗ（ｉ）が前回値Ｔｗ（ｉ−１）から大きく変化している場合には、ＥＣＵ２０は検出値と前回値とを更新する（Ｓ３０）。そしてＥＣＵ２０は、これらエンジン水温の検出値Ｔｗ（ｉ）と前回値Ｔｗ（ｉ−１）とに基づいて、圧縮開始点筒内温度ＴBを、上述した（４）式によって計算する（Ｓ４０）。
【００２８】
次に、このようにして算出された圧縮開始点筒内温度ＴBと、圧縮開始点筒内圧ＰB及び圧縮行程筒内圧Ｐgに基づいて、圧縮行程筒内温度Ｔｇを算出する手順につき、図３を参照しながら説明する。まずＥＣＵ２０は、先に図２のステップＳ４０によって圧縮開始点筒内温度ＴBが算出されているかを判断し（Ｓ１１０）、算出されている場合には算出値を参照する（Ｓ１２０）。算出されていない場合には、エンジン水温Ｔwに予め実験的に定められたオフセット値Ｔinit（例えば３０［Ｋ］）を加算して、圧縮開始点筒内温度ＴBとする（Ｓ１７０）。
【００２９】
次にＥＣＵ２０は、圧縮開始点筒内圧ＰBを筒内圧センサ１５によって検出する（Ｓ１３０）。この圧縮開始点筒内圧ＰBの検出タイミングは、ＶＶＴの進角時であっても、進角量ゼロの場合の吸気弁閉じクランク角を用いるのが好適である。これは、検出タイミングが吸気下死点に近づくにつれて、過渡時に算出温度に極大値が発生し誤差となってしまうからである。ただし、吸気弁Viの着座ノイズが大きい場合は、圧縮開始点筒内圧ＰＢの検出タイミングを吸気弁閉じクランク角に合わせて進角させても良い。
【００３０】
次にＥＣＵ２０は、圧縮行程筒内圧Ｐｇを、筒内圧センサ１５によって検出する（Ｓ１４０）。上述したとおり、各筒内圧センサ１５の検出値（筒内圧）は、吸気圧センサ１６の検出値に基づいて絶対圧補正された上で、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。
【００３１】
このようにして圧縮開始点筒内圧ＰB及び圧縮行程筒内圧Ｐgが検出されると、ＥＣＵ２０は、圧縮開始点筒内温度ＴB、圧縮開始点筒内圧ＰB及び圧縮行程筒内圧Ｐgに基づいて、上述の（２）式により、圧縮行程筒内温度Ｔｇを計算する（Ｓ１５０）。ステップＳ１４０・Ｓ１５０の処理は、例えばクランク角から検出される圧縮行程終了などの所定の終了条件が成立するまでの間（Ｓ１６０）、繰返し実行される。
【００３２】
以上の処理の結果、第１実施形態では、圧縮開始点筒内温度ＴBと、上記圧縮開始点において検出される第１の筒内圧ＰBと、圧縮行程中の所定のクランク角（圧縮行程中の任意のクランク角）において検出される第２の筒内圧Ｐgとに基づいて、前記所定のクランク角における筒内温度Ｔgを算出することができる。
【００３３】
また、第１実施形態では、圧縮開始点筒内温度ＴBをエンジン水温Ｔwの一次進みとして算出するので（Ｓ４０）、暖機中などの過渡状態における圧縮開始点筒内温度ＴBを精度よく計算することができる。
【００３４】
なお、第１実施形態では、エンジン水温の変化が筒内温度の変化の一次遅れであるとの仮定に基づき、エンジン水温の一次進みとして筒内温度を求めることとしたが（Ｓ４０）、エンジン冷却水と燃焼室との間には、シリンダライナを含むシリンダブロックが存在している。したがって、エンジン水温はシリンダブロックを介した筒内温度の二次遅れであるとの仮定に基づき、筒内温度をエンジン水温の二次進みとして算出してもよい。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。筒内圧センサ１５によって検出される圧縮行程筒内圧Ｐｇは、筒内温度上昇の影響を受けているため、筒内圧から筒内空気量を求めるためには、筒内温度上昇の影響を除去ないし抑制することが望ましい。第２実施形態はこのための処理を行うものである。すなわち第２実施形態は、エンジン水温に基づいて算出した圧縮行程筒内温度に基づいて、圧縮行程中の所定のクランク角において検出される第２の筒内圧を補正する筒内圧補正手段と、当該筒内圧補正手段によって補正された筒内圧を用いて筒内空気量を算出する筒内空気量算出手段と、を更に備えたことを特徴とする。第２実施形態の機械的構成は上記第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。
【００３６】
また第２実施形態は、筒内圧を用いて筒内空気量を算出するにあたり、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップが設定された場合に、当該バルブオーバーラップによる筒内圧の変化量を算出し、この筒内圧の変化量と、所定のタイミングで検出される筒内圧とに基づいて、燃焼室に吸入された空気の量を算出するものである。なお、この手法は、圧縮行程筒内温度の算出に係る部分を除いては、本発明者による特開２００６−１４４６４４号公報に開示のものと同様である。
【００３７】
吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップが設定された際に当該バルブオーバーラップに起因して燃焼室３に残留する残留ガスの量Ｍｅは、バルブオーバーラップ中の所定のタイミング（クランク角がθ1となるタイミング）における吸入空気の圧力をＰｍ（θ1）とし、当該所定のタイミングにおける排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）とし、その際の排気ガスの温度をＴｅとし、気体定数をＲ（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））とすると、次の（５）式により表される。
【００３８】
【数５】
2008309006.tif 000007
【００３９】
上記（５）式において、Ｓは、バルブオーバーラップ中にガスの通過を許容する有効面積であるガス通過有効面積を示す。かかるガス通過有効面積Ｓは、次の（６）式により表される。ただし、（６）式において、Ｎｅ（θ1）は、クランク角がθ1となるタイミングにおける機関回転数である。また、Ｒｉは、吸気弁Ｖｉのバルブ直径であり、Ｒｅは、排気弁Ｖｅのバルブ直径であり、Ｌｉ（θ）は、吸気弁Ｖｉのリフト量であり、Ｌｅ（θ）は、排気弁Ｖｅのリフト量であり、ＩＶＯは、吸気弁Ｖｉを開くタイミングにおけるクランク角度であり、ＥＶＣは、排気弁Ｖｅを閉じるタイミングにおけるクランク角度である。更に、（６）式において、√（Ｌｉ（θ）・Ｌｅ（θ））をＩＶＯからＥＶＣまで積分して得られる値（∫√（Ｌｉ（θ）・Ｌｅ（θ））ｄθ）は、可変バルブタイミング機構による進角量（ＶＶＴ進角量）に応じて定まる値である。
【００４０】
また、上記（５）式において、φ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））は、吸入空気の圧力と排気ガスの圧力との比に関連する項であり、基本的に次の（７）により表され、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値が小さい場合、次の（８）式により表される。ただし、（７）および（８）式において、κは比熱比である。
【００４１】
【数６】
2008309006.tif 000008
【００４２】
【数７】
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【００４３】
【数８】
2008309006.tif 000010
【００４４】
一方、バルブオーバーラップに起因して燃焼室に残留する残留ガスの量Ｍｅと、バルブオーバーラップによる筒内圧の変化量ΔＰｃとの間には、一般に、次の（９）式の関係が成立する。これにより、上記（５）式および（９）式から、筒内圧の変化量ΔＰｃは、バルブオーバーラップに起因して燃焼室に残留する残留ガスの量Ｍｅに基づいて、次の（１０）式のように表される。ただし、（１０）式において、αは、実験等に基づいて定められる定数である。そして、この筒内圧の変化量ΔＰｃと、圧縮行程中の所定のタイミング（クランク角がθ2となるタイミングであり、吸気弁閉弁後、燃焼開始前（火花点火前または圧縮着火前）のタイミング）で筒内圧検出手段によって検出される筒内圧Ｐｃ（θ2）とから、燃焼室に吸入された空気の量Ｍairを次の（１１）式により表すことができる。ただし、（１１）式において、βは、実験等に基づいて定められる定数である。
【００４５】
【数９】
2008309006.tif 000011
【００４６】
【数１０】
2008309006.tif 000012
【００４７】
【数１１】
2008309006.tif 000013
【００４８】
従って、本発明による内燃機関の制御装置において実行されるように、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）、排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）および機関回転数Ｎｅ（θ1）と、所定のタイミングで検出された筒内圧Ｐｃ（θ2）とを得れば、多数のセンサを用いることなく、燃焼室内に吸入された空気の量を低コストで精度よく算出可能となる。
【００４９】
また、上述のように、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）とに基づいてバルブオーバーラップによる筒内圧の変化量ΔＰｃを算出するに際しては、排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）が、バルブオーバーラップの直前または開始時に（クランク角がθ0となるタイミングで）筒内圧検出手段によって検出される筒内圧Ｐｃ（θ0）に基づいて推定されると好ましい。
【００５０】
すなわち、バルブオーバーラップのために吸気弁を開弁させる前や吸気弁の開弁時の排気ガスの圧力は筒内圧と概ね一致しており、内燃機関の負荷がさほど大きくない場合であれば、バルブオーバーラップのために吸気弁を開弁させた前後における排気ガスの圧力変化は小さい。従って、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）は、バルブオーバーラップの前または開始時に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧Ｐｃ（θ0）に基づいて推定することが可能であり、内燃機関の低負荷時であれば、例えば、Ｐｅ（θ1）＝Ｐｃ（θ0）とすることができる。これにより、排気ガスの圧力を検出するセンサが不要となるので、燃焼室に吸入される空気量の算出に要するコストを低減させることが可能となる。
【００５１】
一方、内燃機関の負荷がある程度高まると、排気脈動等の影響によってバルブオーバーラップ中に排気ガスの圧力変化が大きくなり、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）をバルブオーバーラップの前または開始時に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧Ｐｃ（θ0）にて代用するのは困難となる。
【００５２】
すなわち、内燃機関の負荷がある程度高まるまでは、上記（７）式の関数φに代入されるバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比は、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）とバルブオーバーラップの前または開始時に検出される筒内圧Ｐｃ（θ0）との比と概ね一致し、両者の値は、負荷の高まりと共に増加していく。これに対して、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧Ｐｃ（θ0）との比が実験的、経験的に定められる所定値εを上回ると、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）という相関が成立しなくなってしまう。
【００５３】
このため、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧Ｐｃ（θ0）との比が所定値εを上回った場合には、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比が上記所定値εに固定されると仮定した上で、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）をバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と上記所定値εとに基づいて、Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／εとして定めると好ましい。これにより、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力が実測されない場合に、内燃機関の負荷が高まったとしても、バルブオーバーラップに伴う排気ガスの圧力変化による影響を受けることなく、燃焼室に吸入される空気量を精度よく算出可能となる。
【００５４】
第２実施形態における処理について説明する。図４において、ステップＳ２１０〜Ｓ２５０及びＳ２６０の処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１１０〜Ｓ１５０及びＳ１６０の処理と同様である。ステップＳ２５５において、ＥＣＵ２０は、次の（１２）式により、圧縮行程筒内圧Ｐｇを温度補正し、所定の記憶領域（バッファ）に記憶する。ここで、ＴIDLはアイドリング時の圧縮筒内温度［Ｋ］であり、ここでは固定値が用いられる。
【００５５】
【数１２】
2008309006.tif 000014
【００５６】
このようにして記憶された温度補正された圧縮行程筒内圧Ｐｇは、次に説明する図５のルーチンによる筒内空気量算出処理で参照され、筒内圧Ｐｃ（θ2）として用いられる。
【００５７】
図５の筒内空気量算出ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、まず、吸気弁Ｖｉの開弁タイミングが進角されているか否か判定する（Ｓ３１０）。Ｓ３１０にて吸気弁Ｖｉの開弁タイミングが進角されていると判断した場合、ＥＣＵ２０は、所定の記憶領域から、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップ直前または開始時の所定のタイミング（クランク角がθ0となるタイミング）で筒内圧センサ１５によって検出された筒内圧Ｐｃ（θ0）を対象となる燃焼室３について読み出すと共に、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップ中の所定のタイミング（クランク角がθ1となるタイミング）で吸気圧センサ１６によって検出された吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）とを読み出す（Ｓ３２０）。また、Ｓ３２０にて、ＥＣＵ２０は、バルブオーバーラップ中の所定のタイミング（クランク角がθ1となるタイミング）でのクランク角センサ１４の検出値に基づいて、クランク角がθ1となるタイミングでの機関回転数Ｎｅ（θ1）を求めると共に、動弁機構ＶＭから、クランク角がθ1となるタイミングでのＶＶＴ進角量を取得する。
【００５８】
本実施形態において、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップ直前または開始時の所定のタイミングは、バルブオーバーラップの開始時すなわち吸気弁Ｖｉの開弁時とされ、クランク角が例えばθ0＝上死点前２０°となるタイミングとされる。また、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングは、クランク角が例えばθ1＝上死点前１０°（排気上死点前１０°）となるタイミングとされる。Ｓ３２０にて、クランク角がθ0となるタイミングでの筒内圧Ｐｃ（θ0）とクランク角がθ1となるタイミングでの吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）とを取得すると、ＥＣＵ２０は、対象となる燃焼室３について、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧Ｐｃ（θ0）との比であるＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値を求めると共に、Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値が所定の閾値ε（本実施形態では、ε＝０．９５）以下であるか否か判定する（Ｓ３３０）。
【００５９】
ここで、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧Ｐｃ（θ0）との比であるＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）と、上記（３）式において用いられるパラメータである吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）との間には、図６に例示されるような関係が成立する。すなわち、内燃機関１の負荷がさほど大きくない範囲内では、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値とＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値とは、負荷の高まりと共にそれぞれ増加し、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）という関係が成立する。
【００６０】
すなわち、バルブオーバーラップのために吸気弁Ｖｉを開弁させる直前のタイミングまたは開弁時において、排気ガスの圧力は筒内圧と概ね一致しており、内燃機関１の負荷がさほど大きくない場合であれば、バルブオーバーラップのために吸気弁Ｖｉを開弁させた前後における排気ガスの圧力変化は小さい。従って、内燃機関１の負荷がさほど大きくない範囲内では、バルブオーバーラップ中、すなわち、クランク角がθ1となるタイミングにおける排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）を、バルブオーバーラップの直前または開始時、すなわち、クランク角がθ0となるタイミングで筒内圧センサ１５によって検出される筒内圧Ｐｃ（θ0）に基づいて推定することが可能であり、Ｐｅ（θ1）＝Ｐｃ（θ0）、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）とみなすことができる。
【００６１】
これに対して、内燃機関１の負荷がある程度高まると、排気脈動等の影響により、バルブオーバーラップのために吸気弁Ｖｉを開弁させた前後において排気ガスの圧力変化が大きくなる。すなわち、内燃機関１の負荷がある程度高まり、吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と筒内圧Ｐｃ（θ0）との比Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）が所定値ε以上になると、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）という相関が成立しなくなり、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）をバルブオーバーラップの直前または開始時に筒内圧検出手段によって検出される筒内圧Ｐｃ（θ0）にて代用するのは困難となる。
【００６２】
これらの点に鑑みて、内燃機関１では、Ｓ３３０にて各燃焼室３についてＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値が上記閾値ε以下であると判断された場合、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）がバルブオーバーラップの直前または開始時に筒内圧センサ１５によって検出される筒内圧Ｐｃ（θ0）にて代用され、ＥＣＵ２０によってＰｅ（θ1）＝Ｐｃ（θ0）と設定される（Ｓ３４０）。また、Ｓ３３０にて各燃焼室３についてＰｍ（θ1）／Ｐｃ（θ0）の値が上記閾値εを上回っていると判断された場合、ＥＣＵ２０によって、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）が、上記所定値εを用いて、
Ｐｅ（θ1）＝Ｐｍ（θ1）／ε
として設定される（Ｓ３５０）。すなわち、Ｓ３５０の処理では、バルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）との比がガード値としての閾値ε（本実施形態では、０．９５）に固定されると仮定され、バルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）がバルブオーバーラップ中の吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）と閾値εとに基づいて定められる。
【００６３】
Ｓ３４０またはＳ３５０の処理を実行すると、ＥＣＵ２０は、予め定められた関数式あるいはマップを用いてＳ３２０にて取得したＶＶＴ進角量に対応する∫√（Ｌｉ（θ）・Ｌｅ（θ））ｄθの値を定め、この値と、Ｓ３２０にて取得した機関回転数Ｎｅ（θ1）とを用いて、上述の（６）式からガス通過有効面積Ｓを算出する（Ｓ３６０）。ガス通過有効面積Ｓを求めると、ＥＣＵ２０は、Ｓ３２０にて取得した吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）をＳ３４０またはＳ３５０にて設定したバルブオーバーラップ中の排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）で除した値が閾値（２／（κ＋１））κ/(κ-1)以上となっているか否か判定する（Ｓ３７０）。本実施形態では、閾値（２／（κ＋１））κ/(κ-1)として、例えばκ＝１．３２として得られる定数が用いられる。
【００６４】
上述のように、バルブオーバーラップによる筒内圧の変化量ΔＰｃを算出する際に必要となるφ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））を表す式は、Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値に応じて変化する。このため、ＥＣＵ２０は、Ｓ３７０にてＰｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値が上記閾値以上であると判断した場合、上記（７）式を用いてφ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））の値を算出する（Ｓ３８０）。また、ＥＣＵ２０は、Ｓ３７０にてＰｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1）の値が上記閾値を下回ったと判断した場合、上記（８）式を用いてφ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））の値を算出する（Ｓ３９０）。
【００６５】
Ｓ３６０にてガス通過有効面積Ｓを求めると共に、Ｓ３８０またはＳ３９０にてφ（Ｐｍ（θ1）／Ｐｅ（θ1））の値を求めると、ＥＣＵ２０は、上記（１０）式を用いて、対象となる燃焼室３についてバルブオーバーラップによる筒内圧の変化量ΔＰｃを算出する（Ｓ４００）。Ｓ４００の処理の後、ＥＣＵ２０は、所定の記憶領域から、対象となる燃焼室３について、圧縮行程中のクランク角がθ2となるタイミングで筒内圧センサ１５によって検出される筒内圧Ｐｃ（θ2）、すなわち図４のステップＳ２５５で温度補正して記憶された圧縮行程筒内圧Ｐｇを読み出す（Ｓ４１０）。なお、本実施形態では、圧縮行程中の所定のタイミングは、クランク角が例えばθ2＝上死点前５０°（圧縮上死点前５０°）となるタイミングとされる。
【００６６】
そして、ＥＣＵ２０は、上記（１１）式を用いて、Ｓ４００にて求めた筒内圧の変化量ΔＰｃとＳ４１０にて取得した筒内圧Ｐｃ（θ2）とから、対象となる燃焼室３について吸入空気の量Ｍairを算出する（Ｓ４２０）。このように、内燃機関１では、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）、排気ガスの圧力Ｐｅ（θ1）および機関回転数Ｎｅ（θ1）と、所定のタイミングで検出された筒内圧Ｐｃ（θ2）とを得ることにより、多数のセンサを用いることなく、各燃焼室３の内部に吸入された空気の量を低コストで精度よく算出可能となる。
【００６７】
一方、Ｓ３１０にて吸気弁Ｖｉの開弁タイミングが進角されておらず、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとのバルブオーバーラップが設定されていないと判断した場合、ＥＣＵ２０は、Ｓ４２０にて用いられることになる筒内圧の変化量ΔＰｃをゼロに設定する（Ｓ４３０）。これにより、バルブオーバーラップが設定されていない場合、Ｓ４２０では、Ｓ４１０にて取得された筒内圧Ｐｅ（θ2）のみに基づいて、各燃焼室３に吸入された空気の量Ｍairが算出されることになる。ここで、圧縮行程中の筒内圧は、相対的に高い値を示し、筒内圧センサ１５の検出精度や筒内圧データの分解能等によらず精度よく検出され得るものである。従って、圧縮行程中の所定のタイミングにおける燃焼室３内の筒内圧を用いれば、燃焼室３に吸入された空気の量を精度よく求めることができる。
【００６８】
以上のとおり、第２実施形態では、エンジン水温に基づいて算出した圧縮行程筒内温度Ｔｇに基づいて、検出された圧縮行程筒内圧Ｐｇ（第２の筒内圧）を補正し（Ｓ２５５）、当該補正された圧縮行程筒内圧Ｐｇを用いて筒内空気量を算出する（Ｓ４２０）。このように第２実施形態では、検出された圧縮行程筒内圧Ｐｇを圧縮行程筒内温度Ｐｇに基づいて補正するので、吸入空気量Ｍairの算出精度を向上することが可能になる。
【００６９】
なお、第２実施形態では、サージタンク８に吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ１６が設けられているが、吸気圧センサ１６は省略されてもよく、バルブオーバーラップ中の所定のタイミング（クランク角がθ1となるタイミング）における吸入空気の圧力Ｐｍ（θ1）は、筒内圧に基づいて推定されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態における圧縮開始点筒内温度の算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図３】第１実施形態における圧縮行程筒内温度の算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図４】第２実施形態における圧縮行程筒内圧の温度補正ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図５】第２実施形態における吸入空気量算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図６】バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力とバルブオーバーラップ直前または開始時の所定のタイミングにおける筒内圧との比と、バルブオーバーラップ中の所定のタイミングにおける吸入空気の圧力と排気ガスの圧力との比との関係を例示するグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１  内燃機関
３  燃焼室
１４  クランク角センサ
１５  筒内圧センサ
１６  吸気圧センサ
２０  ＥＣＵ
Ｖｅ  排気弁
Ｖｉ  吸気弁
ＶＭ  動弁機構
【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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