(57)【要約】【課題】エンジン吸気工程において燃焼室内に導入される吸入空気量を、流体モデルを用いて正確に計算して求めることができる吸入空気量算出装置及び吸入空気量算出方法を提供する。【解決手段】吸入空気に関する流体モデルを構築し、その流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、その所定の運転パラメータに応じた状態で内燃機関を運転させたときの実際の吸入空気量に近似するように補正する。【選択図】図１
2008075563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量を求める吸入空気量算出装置であって、
前記内燃機関の運転パラメータと前記燃焼室内の吸入空気量との関係を表す流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、前記所定の運転パラメータに応じた状態で前記内燃機関を運転させた場合の実際の吸入空気量に近似するように補正する補正手段を備え、
前記補正手段は、前記内燃機関の吸気バルブが開状態である期間と排気バルブが開状態である期間とがオーバーラップしないバルブタイミング条件において前記流体モデルに基づいて算出された吸入空気量計算値を、当該バルブタイミング条件下における実際の吸入空気量に補正する際に用いられる基準補正係数を、他のバルブタイミング条件下において前記流体モデルに基づいて算出された吸入空気量計算値の補正に用いることを特徴とする吸入空気量算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の吸入空気量算出装置であって、
前記基準補正係数は、前記内燃機関の機関回転数毎に異なる値であることを特徴とする吸入空気量算出装置。
【請求項３】
内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量を求める吸入空気量算出装置であって、
前記内燃機関の運転パラメータと前記燃焼室内の吸入空気量との関係を表す流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、前記所定の運転パラメータに応じた状態で前記内燃機関を運転させた場合の実際の吸入空気量に近似するように補正する補正手段を備え、
前記補正手段は、吸入空気量計算値を補正するために用いられる補正係数と前記内燃機関のバルブタイミングとの関係を示す関数に、現時点における前記内燃機関のバルブタイミングを代入して現時点における補正係数を求め、前記現時点における補正係数を用いて前記現時点における吸入空気量計算値を補正することを特徴とする吸入空気量算出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の吸入空気量算出装置であって、
前記補正係数と、前記内燃機関のバルブタイミングとの関係を示す関数は、（式１）の形で表される２次関数であることを特徴とする吸入空気量算出装置。
α＝ａ・ＶＴ２＋ｂ・ＶＴ＋ｃ    ・・・（式１）
αは補正係数、
ＶＴはバルブタイミング、
ａ、ｂ、ｃは定数であることを示している。
【請求項５】
請求項４に記載の吸入空気量算出装置であって、
前記（式１）の定数ａ、ｂ、ｃは、前記内燃機関の機関回転数毎に異なる値であることを特徴とする吸入空気量算出装置。
【請求項６】
内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量を求める吸入空気量算出方法であって、
前記内燃機関の運転パラメータと前記燃焼室内の吸入空気量との関係を表す流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、前記所定の運転パラメータに応じた状態で前記内燃機関を運転させた場合の実際の吸入空気量に近似するように補正し、その補正は、前記内燃機関の吸気バルブが開状態である期間と排気バルブが開状態である期間とがオーバーラップしないバルブタイミング条件において前記流体モデルに基づいて算出された吸入空気量計算値を、当該バルブタイミング条件下における実際の吸入空気量に補正する際に用いられる基準補正係数を、他のバルブタイミング条件下において前記流体モデルに基づいて算出された吸入空気量計算値の補正に用いることを特徴とする吸入空気量算出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の吸入空気量算出方法であって、
前記基準補正係数は、前記内燃機関の機関回転数毎に異なる値であることを特徴とする吸入空気量算出方法。
【請求項８】
内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量を求める吸入空気量算出方法であって、
前記内燃機関の運転パラメータと前記燃焼室内の吸入空気量との関係を表す流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、前記所定の運転パラメータに応じた状態で前記内燃機関を運転させた場合の実際の吸入空気量に近似するように補正し、その補正は、吸入空気量計算値を補正するために用いられる補正係数と前記内燃機関のバルブタイミングとの関係を示す関数に、現時点における前記内燃機関のバルブタイミングを代入して現時点における補正係数を求め、前記現時点における補正係数を用いて前記現時点における吸入空気量計算値を補正することを特徴とする吸入空気量算出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の吸入空気量算出方法であって、
前記補正係数と、前記内燃機関のバルブタイミングとの関係を示す関数は、（式１）の形で表される２次関数であることを特徴とする吸入空気量算出方法。
α＝ａ・ＶＴ２＋ｂ・ＶＴ＋ｃ    ・・・（式１）
αは補正係数、
ＶＴはバルブタイミング、
ａ、ｂ、ｃは定数であることを示している。
【請求項１０】
請求項９に記載の吸入空気量算出方法であって、
前記（式１）の定数ａ、ｂ、ｃは、前記内燃機関の機関回転数毎に異なる値であることを特徴とする吸入空気量算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気の量を算出する内燃機関の吸入空気量算出装置及びその算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量と内燃機関のバルブタイミングＶＴ、機関回転数Ｎｅ、スロットル開度との関係を示すマップを、予め実験等によって求めておき、吸入空気量算出装置のメモリに記憶しておくという技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
予め実験等によって求めたマップを吸入空気量算出装置に組み込んでおくことにより、内燃機関の現時点におけるバルブタイミングＶＴ、機関回転数Ｎｅ、スロットル開度から、内燃機関の現時点における吸入空気量を容易に求めることが可能になっていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４１０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、吸入空気量と内燃機関のバルブタイミングＶＴ、機関回転数Ｎｅ、スロットル開度との関係を示すマップを予め実験等で求めるためには、マップ点上の全てのデータを取得する必要があるため、データ取得に要する作業量が膨大であった。
【０００６】
また、バルブリフト量可変の内燃機関においては、吸入空気量とバルブタイミングＶＴ、機関回転数Ｎe、スロットル開度、バルブリフト量との関係を示すマップを、予め実験等によって求めることになるが、マップ次元数の増加によって更に膨大な数のマップデータを取得する必要があった。
【０００７】
そこで、マップ作成に要する作業量を削減するために、内燃機関の運転パラメータと燃焼室内の吸入空気量との関係を表す流体モデルを用い、該流体モデルに所定の運転パラメータを導入して、吸入空気量を計算によって求めるという方法が考えられる。しかし、その吸入空気量計算値については、十分な確度が得られず、該空気量計算値はそのまま燃料制御に使用することができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量を求める吸入空気量算出装置において、吸入空気に関する流体モデルを構築し、その流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、その所定の運転パラメータに応じた状態で内燃機関を運転させたときの実際の吸入空気量に近似するように補正する補正手段を備え、該補正手段は、内燃機関の吸気バルブが開状態である期間と排気バルブが開状態である期間とがオーバーラップしないバルブタイミング条件において流体モデルに基づいて算出された吸入空気量計算値を、当該バルブタイミング条件下における実際の吸入空気量に補正する際に用いられる基準補正係数を、他のバルブタイミング条件下において流体モデルに基づいて算出された吸入空気量計算値の補正に用いることを特徴とする。
【０００９】
かかる特徴によれば、吸入空気量計算値を実際の吸入空気量に補正する際に用いられる補正係数の算出に要する作業量を大幅に低減することができるとともに、吸入空気量計算値について十分な確度を得ることが可能となる。
【００１０】
本発明の吸入空気量算出装置において、基準補正係数は、前記内燃機関の機関回転数毎に異なる値とすることが好適である。
【００１１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量を求める吸入空気量算出装置において、吸入空気に関する流体モデルを構築し、その流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、その所定の運転パラメータに応じた状態で内燃機関を運転させたときの実際の吸入空気量に近似するように補正する補正手段を備え、その補正手段は、吸入空気量計算値を補正するために用いられる補正係数と前記内燃機関のバルブタイミングとの関係を示す関数に、現時点における内燃機関のバルブタイミングを代入して現時点における補正係数を求め、現時点における補正係数を用いて現時点における吸入空気量計算値を補正することを特徴とする。
【００１２】
かかる特徴によれば、内燃機関の運転時におけるバルブタイミングに対応した補正係数を正確に求めることができるととともに、吸入空気量計算値について十分な確度を得ることが可能となる。
【００１３】
本発明の吸入空気量算出装置において、補正係数と、前記内燃機関のバルブタイミングとの関係を示す関数は、（式１）の形で表される２次関数であることが好適である。
α＝ａ・ＶＴ２＋ｂ・ＶＴ＋ｃ    ・・・（式１）
αは補正係数、ＶＴはバルブタイミング、ａ、ｂ、ｃは定数であることを示している。
【００１４】
本発明の吸入空気量算出装置において、（式１）の定数ａ、ｂ、ｃは、前記内燃機関の機関回転数毎に異なる値であることが好適である。
【００１５】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量を求める吸入空気量算出方法において、吸入空気に関する流体モデルを構築し、その流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、その所定の運転パラメータに応じた状態で内燃機関を運転させたときの実際の吸入空気量に近似するように補正し、その補正は、内燃機関の吸気バルブが開状態である期間と排気バルブが開状態である期間とがオーバーラップしないバルブタイミング条件において流体モデルに基づいて算出された吸入空気量計算値を、当該バルブタイミング条件下における実際の吸入空気量に補正する際に用いられる基準補正係数を、他のバルブタイミング条件下において流体モデルに基づいて算出された吸入空気量計算値の補正に用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明の吸入空気量算出方法において、基準補正係数は、前記内燃機関の機関回転数毎に異なる値とすることが好適である。
【００１７】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に導入される吸入空気量を求める吸入空気量算出方法において、吸入空気に関する流体モデルを構築し、その流体モデルに所定の運転パラメータを導入することによって算出された吸入空気量計算値を、その所定の運転パラメータに応じた状態で内燃機関を運転させたときの実際の吸入空気量に近似するように補正し、その補正は、吸入空気量計算値を補正するために用いられる補正係数と前記内燃機関のバルブタイミングとの関係を示す関数に、現時点における内燃機関のバルブタイミングを代入して現時点における補正係数を求め、現時点における補正係数を用いて現時点における吸入空気量計算値を補正することを特徴とする。
【００１８】
本発明の吸入空気量算出方法において、補正係数と、前記内燃機関のバルブタイミングとの関係を示す関数は、（式１）の形で表される２次関数であることが好適である。
α＝ａ・ＶＴ２＋ｂ・ＶＴ＋ｃ    ・・・（式１）
αは補正係数、ＶＴはバルブタイミング、ａ、ｂ、ｃは定数であることを示している。
【００１９】
本発明の吸入空気量算出方法において、（式１）の定数ａ、ｂ、ｃは、前記内燃機関の機関回転数毎に異なる値であることが好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、マップ作成に要する作業量を削減できるとともに、吸入空気量計算値について十分な確度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る吸入空気量算出装置と内燃機関としてのエンジン１０とを示す概略構成図である。本発明に係る吸入空気量算出装置は、制御装置３０とエアーフローメータ４０、スロットルセンサ４２、吸気温度センサ４４、吸気側カム角度センサ４６、クランク角度センサ４８とを含んで構成されている。これらの各センサ４０〜４８は制御装置３０と接続されている。
【００２３】
内燃機関としてのエンジン１０には、シリンダ１２内においてピストン１４が上下に移動可能に設けられる。ピストン１４の上側が燃焼室１６となっている。燃焼室１６には、吸気通路１８ａ及び排気通路２０ａが連通している。吸気通路１８ａ及び排気通路２０ａと燃焼室１６との連通部近傍には、開閉用の吸気バルブ１８ｂ及び排気バルブ２０ｂがそれぞれ設けられている。これらの吸気バルブ１８ｂ及び排気バルブ２０ｂは図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転によって駆動される。吸気カムシャフト及び排気カムシャフトは図示しないクランクシャフトに連結されている。また、内燃機関の吸気通路１８ａには、スロットル弁２４、サージタンク２２、インジェクタ５０が設けられている。スロットル弁２４はアクセル操作に連動して開閉されるものであり、制御装置３０と接続されている。サージタンク２２は空気の脈動を平滑化させるものである。インジェクタ５０は燃焼用の燃料を噴射する装置であり、制御装置３０と接続されている。
【００２４】
スロットル弁２４の上流側にはエアーフローメータ４０が設けられている。スロットル弁２４の近傍にはスロットルセンサ４２が設けられている。吸気カムシャフトの近傍には吸気側カム角度センサ４６が設けられている。クランクシャフト近傍にはクランク角度センサ４８が設けられている。上記エアーフローメータ４０はスロットル弁２４を流れる空気量ｍｔを検出する。上記スロットルセンサ４２はスロットル弁２４の開度を検出する。上記吸気側カム角度センサ４６は吸気側カム角度を検出する。吸気側カム角度に対応した吸気バルブ１８ｂの開閉タイミング（以下、ＶＴとする）及びバルブリフト量は予め実験等によって求められ、そのデータは制御装置３０に記憶されている。制御装置３０は、吸気側カム角度センサ４６の検出値を取り込み、その検出値に対応するＶＴ及びバルブリフト量を検出する。上記データは、制御装置３０とは別の装置のメモリ等に記憶されていても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。上記クランク角度センサ４８はクランク角度及びクランクシャフトの回転数を検出する。
【００２５】
なお、本実施形態においては、単気筒のエンジン１０を例にして説明しているが、これに限らず、複数気筒からなるエンジンであっても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００２６】
制御装置３０は、エンジン１０の吸気工程においてエンジン１０の燃焼室１６内に導入される吸入空気量を算出する演算部３２と、演算部３２で算出された吸入空気量計算値を実際の吸入空気量に近似させるように補正する補正部３４と、補正部３４で補正された吸入空気量計算値と目標空燃比とから、燃料量を決定し、該決定された燃料量を噴射するようにインジェクタ５０に指令を送る燃料噴射量制御部３６とから構成されている。なお、本実施形態においては、制御装置３０の中に燃料噴射量制御部３６が組み込まれている構成としたが、本発明に係る吸入空気量算出装置は演算部３２と補正部３４と各センサ４０〜４８とで構成することができるため、燃料噴射量制御部３６は制御装置３０とは別の装置に組み込んでおいても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００２７】
演算部３２は、各センサ４０〜４８からの信号を取り込み、その信号に基づいて、エンジン１０の吸気工程において燃焼室１６内に導入される吸入空気量を算出するが、最初にその吸入空気量算出の前提となる原理について説明する。
【００２８】
先ず、スロットル弁２４を流れる空気量ｍｔと、サージタンク２２内の吸入空気圧力Ｐｍとの関係は、次の式（１）で表すことができる。
【００２９】
【数１】
2008075563.tif 000003
・・・（１）
ここで、Ｃｄｔはスロットル弁２４の流量係数、Ａｔはスロットル弁の開口面積、Ｐａは大気圧力、Ｔａは大気温度である。
【００３０】
エアーフローメータ４０によってｍｔが検出される。スロットル開度に対応するＣｄｔ及びＡｔは予め実験等によって求められている。スロットルセンサ４２によってスロットル弁２４の開度が検出され、該検出されたスロットル開度に対応するＣｄｔ及びＡｔが検出される。上記スロットル開度に対応するＣｄｔ及びＡｔのデータは、演算部３２が記憶していても良いし、演算部３２とは別の他の装置が記憶していても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。大気圧力Ｐａ及び大気温度Ｔａは図示しない大気圧力計及び大気温度センサによって検出される。
【００３１】
次に、燃焼室１６内に導入される吸入空気に関する流体モデルについて説明する。
【００３２】
燃焼室１６内に存在する空気及び既燃ガスの全質量をＭ、エンジン１０の１つの吸気工程中において吸気バルブ１８ｂから燃焼室１６内に導入される単位時間当たりの吸入空気量をｍｃ、該吸気工程中において、吸気バルブが開状態である期間と排気バルブが開状態である期間とがオーバーラップすることにより、排気バルブ２０ｂから燃焼室１６内に逆流する形で導入される単位時間当たりの既燃ガスの量をｍｅとすると、燃焼室１６内に存在する空気及び既燃ガスの全質量Ｍの時間当たりの変化量は、質量保存則に基づいて次の式（２）のように表すことができる。
ｄＭ／ｄｔ＝ｍｃ＋ｍｅ  ・・・（２）
【００３３】
また、燃焼室１６内に存在する空気及び既燃ガスについての状態方程式は、燃焼室１６内の圧力をＰｃ、温度をＴｃ、体積をＶｃ、気体定数をＲｃとすると次の式（３）のように表すことができる。
Ｐｃ・Ｖｃ＝Ｍ・Ｒｃ・Ｔｃ  ・・・（３）
【００３４】
上記式（３）からＭ＝Ｐｃ・Ｖｃ／Ｒｃ・Ｔｃと表すことができ、これを上記式（２）に代入して整理すると、次の式（４）のように表すことができる。
【００３５】
【数２】
2008075563.tif 000004
・・・（４）
【００３６】
一方、燃焼室１６内に存在する空気及び既燃ガスの定積比熱をＣｖｃとすると、燃焼室１６内に存在する空気及び燃焼ガスが有する熱エネルギーは、「Ｍ・Ｃｖｃ・Ｔｃ」となる。また、エンジン１０の１つの吸気工程中において燃焼室１６内に導入される吸入空気の定圧比熱をＣｐｍ、その温度をＴｍとすると、その吸入空気が有する単位時間当たりの熱エネルギーは、「ｍｃ・Ｃｐｍ・Ｔｍ」となる。また、燃焼室１６内に導入される既燃ガスの定圧比熱をＣｐｅとし、その温度をＴｅとすると、その既燃ガスが有する単位時間当たりの熱エネルギーは、「ｍｅ・Ｃｐｅ・Ｔｅ」となる。また、ピストン１４の仕事によって燃焼室１６内に加わる時間当たりの熱エネルギーは、Ｐｃ・ｄＶｃ／ｄｔとなり、外部からシリンダ１２壁面を通じて燃焼室１６内に流入する時間当たりの熱エネルギーをＱと表す。上記Ｑの値は予め試験等によって求められた値を設定する。そうすると、上記燃焼室１６内に存在する空気及び燃焼ガスが有する熱エネルギーＭ・Ｃｖｃ・Ｔｃの時間当たりの変化量ｄ（Ｍ・Ｃｖｃ・Ｔｃ）／ｄｔは、熱エネルギー保存則に基づいて次の式（５）のように表すことができる。
【００３７】
【数３】
2008075563.tif 000005
・・・（５）
上記式（３）からＭ＝Ｐｃ・Ｖｃ／Ｒｃ・Ｔｃと表すことができ、これを上記式（５）に代入すると、次の式（６）のように表すことができる。
【００３８】
【数４】
2008075563.tif 000006
・・・（６）
ここで、燃焼室１６内に存在する空気及び既燃ガスの比熱比（定圧比熱／定積比熱）をκｃとすると、Ｃｖｃ＝Ｒｃ／（κｃ−１）となる。また、燃焼室１６内に導入される吸入空気の比熱比をκｍとし、気体定数をＲｍとすると、Ｃｐｍ＝κｍ・Ｒｍ／（κｍ−１）となる。また、燃焼室１６内に導入される既燃ガスの比熱比をκｅとし、気体定数をＲｅとすると、Ｃｐｅ＝κｅ・Ｒｅ／（κｅ−１）となる。これらを式（６）に代入して整理すると、次の式（７）のように表すことができる。
【００３９】
【数５】
2008075563.tif 000007
・・・（７）
ここで、κｃ、κｍ、κｅの値については、空気と同じとみなしてκｃ＝κｍ＝κｅ＝１．４としても良い。また、燃焼室１６内に導入される吸入空気の比熱比κｍの値は１．４とし、既燃ガスの比熱比κｅは一般的な一定値１．３３とし、燃焼室１６内に存在する空気及び既燃ガスの比熱比κｃは、空気と既燃ガスとの質量比から計算して求めることとしても良い。
【００４０】
また、吸入空気量ｍｃは、次の式（８）で表すことができる。
【００４１】
【数６】
2008075563.tif 000008
・・・（８）
ここで、Ｃｄｍは吸気バルブ１８ｂの流量係数、Ａｍは吸気バルブ１８ｂの開口面積である。吸気側カム角度に対応するＣｄｍ及びＡｍは予め実験等によって求められている。吸気側カム角度センサ４６によって吸気側カム角度が検出され、該検出された吸気側カム角度に対応するＣｄｍ及びＡｍが検出される。上記吸気側カム角度に対応するＣｄｍ及びＡｍのデータは、演算部３２が記憶していても良いし、演算部３２とは別の他の装置が記憶していても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。同様にして、既燃ガス量ｍｅは、次の式（９）で表すことができる。
【００４２】
【数７】
2008075563.tif 000009
・・・（９）
ここで、Ｃｄｅは排気バルブ２０ｂの流量係数、Ａｅは排気バルブ２０ｂの開口面積である。排気側カム角度に対応するＣｄｅ及びＡｅは予め実験等によって求められている。排気側カム角度センサによって排気側カム角度が検出され、該検出された排気側カム角度に対応するＣｄｅ及びＡｅが検出される。上記排気側カム角度に対応するＣｄｅ及びＡｅのデータは、演算部３２が記憶していても良いし、演算部３２とは別の他の装置が記憶していても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４３】
上記式（４）（７）（８）（９）は、燃焼室１６内に導入される吸入空気に関する流体モデルを表す式であり、演算部３２は、上記式（１）からエンジン１０の１つの吸気工程中の各時点における吸入空気圧力Ｐｍを求め、そのＰｍを上記モデル式に導入することによって、該各時点における吸入空気量ｍｃ計算値を求めることができる。以下、演算部３２における吸入空気量ｍｃ計算値の算出過程について詳細に説明する。
【００４４】
演算部３２では、吸気バルブ１８ｂが開き始めた時に計算が開始される。吸気バルブ１８ｂが開き始めた時刻をｔ０とすると、時刻ｔ０における燃焼室１６内の圧力Ｐｃ及び温度ＴｃをそれぞれＰｃ（ｔ０）、Ｔｃ（ｔ０）とし、時刻ｔ０における既燃ガスの圧力Ｐｅ及び温度ＴｅをそれぞれＰｅ（ｔ０）、Ｔｅ（ｔ０）とする。Ｐｃ（ｔ０）及びＰｅ（ｔ０）は大気圧（Ｐａ）に設定されており、これらの値は初期値として演算部３２に付与される。ここで、エンジン１０の吸気工程におけるＰｅの値は、大気圧（Ｐａ）のままであって、変化しないものとする。Ｔｃ（ｔ０）及びＴｅ（ｔ０）は、図示しない温度センサによって検出され、これらの検出信号は演算部３２に取り込まれる。Ｔｃ及びＴｅの検出については、エンジン１０の回転数、負荷等をパラメータとしたマップを予め実験等によって作成しておき、該マップから現時点のエンジン１０の回転数、負荷等に対応する現時点のＴｃ、Ｔｅを求めても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４５】
演算部３２は時刻ｔ０におけるサージタンク２２内の吸入空気圧力Ｐｍ（ｔ０）を上記式（１）から求めるとともに、吸気温度センサ４４からの検出信号によって時刻ｔ０における吸入空気温度Ｔｍ（ｔ０）の値を取り込む。そして、演算部３２は、上記Ｐｃ（ｔ０）、Ｐｍ（ｔ０）、Ｔｍ（ｔ０）を上記モデル式（８）に代入して、時刻ｔ０における吸入空気量ｍｃ（ｔ０）を算出するとともに、上記モデル式（９）に上記Ｐｃ（ｔ０）、Ｐｅ（ｔ０）、Ｔｅ（ｔ０）を代入して、時刻ｔ０における既燃ガス量ｍｅ（ｔ０）を算出する。
【００４６】
次に、演算部３２は、上記モデル式（４）（７）を用いて、次の時刻ｔ１におけるＰｃ（ｔ１）及びＴｃ（ｔ１）を求める。
【００４７】
最初に、Ｐｃ（ｔ１）の算出について説明する。ここで、オイラー法によってモデル式（７）を差分化すると、次式（１０）のように表すことができる。
【００４８】
【数８】
2008075563.tif 000010
・・・（１０）
ここで、上記式（１０）に含まれる燃焼室１６内の体積Ｖｃの算出方法について図２を参照しながら説明する。
【００４９】
図２は、燃焼室１６内の体積Ｖｃ算出のためのモデル図であり、図中のＳは燃焼室１６の高さ、ｌはピストン１４とクランクピンとを連結するコンロッドの長さ、ｒはクランクシャフトの回転半径、θはクランクシャフトの角速度を表している。燃焼室１６の高さＳ、燃焼室１６の体積Ｖｃはそれぞれ次の式（１１）（１２）のように表すことができる。
Ｓ＝（ｌ＋ｒ）−｛ｒｃｏｓθ＋√（ｌ２−ｒ２ｓｉｎ２θ）｝  ・・・（１１）
Ｖｃ＝π・（Ｂｏｒｅ／２）２・Ｓ＋Ｖａｔ  ｐｉｓｔｏｎ  ｔｏｐ  ・・・（１２）
式（１２）中のＢｏｒｅは、シリンダ１２の直径を表し、Ｖａｔ  ｐｉｓｔｏｎ  ｔｏｐは、ピストン１４が圧縮上死点又は排気上死点にあるときの燃焼室１６内の体積を表すものであり、それぞれ値が予め設定されている。
【００５０】
演算部３２は、クランク角度センサ４８によって、吸気バルブ１８ｂが開き始めた時の時刻ｔ０におけるクランクシャフトの角速度θ（ｔ０）及び次の時刻ｔ１におけるクランクシャフトの角速度θ（ｔ１）をそれぞれ検出し、これらの検出値を上記式（１１）及び式（１２）に代入して、時刻ｔ０におけるＶｃ（ｔ０）及び次の時刻におけるＶｃ（ｔ１）を算出する。
【００５１】
そして、演算部３２は、上記式（１１）及び式（１２）を用いて求めたＶｃ（ｔ０）及びＶｃ（ｔ１）と、上記Ｐｃ（ｔ０）、ｍｃ（ｔ０）、Ｔｍ（ｔ０）、ｍｅ（ｔ０）、Ｔｅ（ｔ０）を上記式（１０）に代入して、Ｐｃ（ｔ１）を算出する。
【００５２】
次に、Ｔｃ（ｔ１）の算出について説明する。上記と同様にモデル式（４）をオイラー法によって差分化すると、次式（１３）のように表すことができる。
【００５３】
【数９】
2008075563.tif 000011
・・・（１３）
演算部３２は、上記式（１３）に上記Ｐｃ（ｔ１）、Ｐｃ（ｔ０）、Ｔｃ（ｔ０）、ｍｃ（ｔ０）、ｍｅ（ｔ０）、Ｖｃ（ｔ０）を代入することによって、次の時刻ｔ１におけるＴｃ（ｔ１）を求めることができる。
【００５４】
そして、演算部３２は、次の時刻ｔ１におけるサージタンク２２内の吸入空気圧力Ｐｍ（ｔ１）を上記式（１）から求めるとともに、吸気温度センサ４４からの検出信号によって吸入空気温度Ｔｍ（ｔ１）の値を取り込み、該Ｐｍ（ｔ１）及びＴｍ（ｔ１）と上記式（１０）から求めたＰｃ（ｔ１）を上記モデル式（８）に代入して、次の時刻ｔ１における吸入空気量ｍｃ（ｔ１）を算出する。同時に演算部３２は、モデル式（９）に上記Ｐｃ（ｔ１）、Ｐｅ（ｔ１）、Ｔｅ（ｔ１）を代入して、次の時刻ｔ１における既燃ガス量ｍｅ（ｔ１）を算出する。
【００５５】
演算部３２は、吸気バルブ１８ｂが再び閉じるまで上記計算を繰り返す。図３は、上記計算結果の一例を示すものであり、横軸は時間を表し、吸気バルブ１８ｂが再び閉じる時刻をｔｎとする。縦軸は吸気バルブ１８ｂが開き始めてから再び閉じるまでの期間中の吸気バルブ１８ｂ及び排気バルブ２０ｂの各バルブリフト量と、該期間中の各時点における吸入空気量ｍｃ計算値の積算値を表している。ここで、吸気バルブ１８ｂの開き始めの所定期間において吸入空気量ｍｃ計算値の積算値が負の値であるのは、吸気バルブ１８ｂの開き始めにおいては、吸気バルブ１８ｂが開状態である期間と排気バルブ２０ｂが開状態である期間とがオーバーラップしており、排気バルブ２０ｂが閉じるまでは燃焼室１６内の残留ガスが吸気バルブ１８ｂ側に吹き返してくることによるものである。
【００５６】
しかしながら、上記演算部３２で算出された吸入空気量ｍｃ計算値は、十分な確度を確保することは困難であり、該吸入空気量ｍｃ計算値をそのまま燃料制御に使用することはできない。そのため、補正部３４では、演算部３２で算出されたエンジン１０の吸気工程中の各時点における吸入空気量ｍｃ計算値を取り込み、該各時点における吸入空気量ｍｃ計算値を該各時点における実際の吸入空気量ｍｃに近似させるように補正を行っている。
【００５７】
補正部３４は、上記吸入空気量ｍｃ計算値に補正係数を乗算することによって、エンジン１０の吸気工程中の各時点における吸入空気量ｍｃ計算値をエンジン１０の吸気工程中の各時点における実際の吸入空気量ｍｃに近似させる補正を行うものである。以下、上記補正係数の求め方について説明する。
【００５８】
エンジン１０の吸気バルブ１８ｂが開状態である期間と排気バルブ２０ｂが開状態である期間とがオーバーラップしないＶＴ条件、すなわちＶＴ最遅角条件（ＶＴ＝０）においては、吸入空気圧力Ｐｍと吸入空気量ｍｃとの関係は、図４に示すように、ほぼ直線的な関係となる。
【００５９】
そして、かかるＶＴ最遅角条件の下で、吸入空気圧力Ｐｍと吸入空気量ｍｃ計算値との関係を示す直線を、吸入空気圧力Ｐｍと実際の吸入空気量ｍｃとの関係を示す直線に近似させるための基準補正係数α１は、次の式（１４）に示す最小二乗法によって算出することができる。
【００６０】
ｍｉｎΣ（α１・ｍｃ計算−ｍｃ実測）２  ・・・（１４）
ここで、上記基準補正係数α１は、他のＶＴ条件において、吸入空気量ｍｃ計算値を、実際の吸入空気量ｍｃに近似させるための補正に用いられても、図５に示すように十分な確度を得ることができる。本実施形態ではかかる点に着目し、補正部３４は、上記基準補正係数α１を全てのＶＴ条件下における吸入空気量ｍｃ計算値の補正に用いるという構成を採っている。かかる構成によれば、補正係数の算出に要する作業量を大幅に低減することができるとともに、吸入空気量ｍｃ計算値について十分な確度を得ることが可能になるため、補正後の吸入空気量ｍｃ計算値を燃料制御に使用することができる。
【００６１】
また、上記基準補正係数α１は、予め実験等によって求めておき、その値は補正部３４に記憶させておいても良いし、又は他の装置のメモリ等に記憶させておいても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６２】
また、エンジンＶＴ最遅角条件下でエンジン１０の回転数が変化すると、図４に示す吸入空気圧力Ｐｍと吸入空気量ｍｃとの関係を示す直線は変化し、吸入空気圧力Ｐｍと吸入空気量ｍｃ計算値との関係を示す直線と、吸入空気圧力Ｐｍと実際の吸入空気量ｍｃとの関係を示す直線との誤差も変化する。そうすると、上記基準補正係数α１は、エンジン１０の回転数毎に異なる値になるが、本実施形態においては、予め実験等によってエンジン１０の回転数毎に基準補正係数α１の値を求めておき、そのデータを補正部３４に記憶させている。なお、上記データは、補正部３４が記憶している態様に限らず、他の装置に記憶させておく態様であっても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６３】
「別の実施形態」
補正係数の求め方に係る別の実施形態について説明する。本実施形態では、ＶＴに対する補正係数の変化は二次式で近似できることに着目したものである。ＶＴに対する補正係数の変化は、補正係数をα２とすると、次の式（１５）のように表すことができる。
α２＝ａ・ＶＴ２＋ｂ・ＶＴ＋ｃ  ・・・（１５）
式（１５）の中のａ、ｂ、ｃは定数であり、エンジン１０の回転数毎に全て異なる値となる。
【００６４】
図６は、式（１５）をグラフで表したものであり、横軸はＶＴを表し、縦軸は補正係数α２を表す。補正部３４は、式（１５）で表される関数を予め記憶しておき、エンジン１０の吸気工程中のある時点におけるエンジン１０のＶＴを代入して該ある時点における補正係数を求め、該補正係数を用いて該ある時点における吸入空気量ｍｃ計算値を補正する。
【００６５】
かかる構成によれば、エンジン１０の吸気工程中の各時点におけるエンジン１０のＶＴに対応した該各時点における補正係数α２を正確に求めることができるととともに、その補正係数α２を用いて補正された該各時点における吸入空気量ｍｃ計算値について十分な確度を得ることが可能となる。
【００６６】
本実施形態においては、式（１５）で表される二次関数は予め実験等によってエンジン１０の回転数毎に求めておき、それらのデータは補正部３４に記憶されているが、これに限らず種々の変更が可能であることは勿論であり、例えば上記データは、補正部３４とは別の他の装置のメモリ等に記憶しておくという態様であっても良い。
【００６７】
上述したように補正部３４で補正された吸入空気量ｍｃ計算値は、燃料噴射量制御部３６に送られ、燃料噴射量制御部３６は、該補正された吸入空気量ｍｃ計算値と予め設定されている目標空燃比とから噴射すべき燃料量を決定し、該決定された燃料量を噴射するようにインジェクタ５０に指令を送ることになる。
【００６８】
エンジン１０の１つの吸気工程中の各時点における吸入空気量ｍｃ計算値の算出及び補正が終了し、エンジンが次の吸気工程に入ると、制御装置３０の演算部３２及び補正部３４では上記と同様にして、次のエンジン１０の吸気工程中の各時点における吸入空気量ｍｃ計算値の算出及び補正が行われる。以下、エンジン１０の吸気工程毎に吸入空気量ｍｃ計算値の算出及び補正が繰り返し行われることになる。
【００６９】
本実施形態においては、エンジン１０の１つの吸気工程中の各時点における吸入圧力Ｐｍを上記流体モデルに導入することによって、該各時点における吸入空気量ｍｃ計算値を求める例を中心に説明したが、これに限らず種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、予め台上試験等によって吸入圧力Ｐｍと吸入空気量ｍｃ計算値との関係を示すマップを作成し、該マップを演算部３２又は他の装置に記憶させておき、該マップを用いて、エンジン１０の１つの吸気工程中の各時点における吸入圧力Ｐｍに対応する該各時点における吸入空気量ｍｃ計算値を求めるという態様であっても良い。
【００７０】
また、エンジン１０の回転数、ＶＴ、スロットル開度の時間変化が一定以下であるエンジン定常状態の下で、ある一定量のエンジン１０の運転データを蓄積し、該蓄積された運転データと上記流体モデルから吸入圧力Ｐｍと吸入空気量ｍｃ計算値との関係を示すマップを自動的に作成する態様であっても良く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００７１】
次に、制御装置３０によって実行される吸入空気量算出制御について説明する。図７は、制御装置３０により実行される吸入空気量算出制御の一例を示すフローチャートである。
【００７２】
この吸入空気量算出制御は、先ずステップＳ１０１においてエンジン１０の吸気バルブ１８ｂが開状態であるか否かが判断され、吸気バルブ１８ｂが開状態であると判断されたときは、次のステップＳ１０２に進む。吸気バルブ１８ｂが開状態ではないと判断されたときは、吸入空気量算出制御は行われない。吸気バルブ１８ｂが開状態であるか否かを判断する方法としては、例えば吸気側カム角度センサ４６からの検出信号によって判断することができるが、これに限らず種々の変更が可能であることは勿論であり、例えばクランク角度センサ４８の検出信号に基づいて判断する態様であっても良い。
【００７３】
ステップＳ１０２においては、上述したように制御装置３０の演算部３２において、エンジン１０の１つの吸気工程中のある時点における吸入空気量ｍｃ計算値が算出され、次のステップＳ１０３に進む。
【００７４】
ステップＳ１０３においては、上述したように制御装置３０の補正部３４において、エンジン１０の１つの吸気工程中のある時点における吸入空気量ｍｃ計算値を該ある時点における実際の吸入空気量ｍｃに近似させるための補正が行われ、該補正が終了すると本ルーチンの実行を終了する。上記補正された吸入空気量ｍｃ計算値は、上述したとおり燃料噴射量制御部３６に送られ、燃料制御に使用されることになる。以下、エンジン１０の吸気工程において上記制御ルーチンが繰り返され、エンジン１０の吸気工程中の各時点における吸入空気量ｍｃ計算値の算出及び補正が行われることになる。
【００７５】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に係る吸入空気量算出装置とエンジン１０とを示す構成図である。
【図２】本発明に係る燃焼室１６内の体積Ｖｃ算出のためのモデル図である。
【図３】本発明に係る吸入空気量ｍｃ計算値の計算結果の一例を示す図である。
【図４】本発明に係るＶＴ最遅角条件での吸入空気圧力Ｐｍと吸入空気量ｍｃとの関係を示す図である。
【図５】本発明に係る基準補正係数α１を他のＶＴ条件下における吸入空気量ｍｃ計算値の補正に用いた場合の確度を示す図である。
【図６】本発明に係るＶＴに対する補正係数α２の変化を示す図である。
【図７】本発明に係る演算装置３０により実行される吸入空気量算出制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１０  エンジン、１２  シリンダ、１４  ピストン、１６  燃焼室、１８ａ  吸気通路、１８ｂ  吸気バルブ、２０ａ  排気通路、２０ｂ  排気バルブ、２２  サージタンク、２４  スロットル弁、３０  制御装置、３２  演算部、３４  補正部、３６  燃料噴射量制御部、４０  エアーフローメータ、４２  スロットルセンサ、４４  吸気温度センサ、４６  吸気側カム角度センサ、４８  クランク角度センサ。
【図１】
2008075563.tif 000012
【図２】
2008075563.tif 000013
【図３】
2008075563.tif 000014
【図４】
2008075563.tif 000015
【図５】
2008075563.tif 000016
【図６】
2008075563.tif 000017
【図７】
2008075563.tif 000018