(57)【要約】【課題】排気バルブ付近の排気圧力ＰＥＸを簡易に求める。【解決手段】内燃機関の運転状態に関する各パラメータ（エンジン回転数ＮＲＰＭ、基本燃料噴射量ＴＰ、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡなど）から排気ガス質量流量ＭＦＥＸＧ、排気ガス定数ＲＥＸを算出し（ステップ１，２）、排気ガス温度ＴＥＶＣを検出し（ステップ３）、これらの値を用いて層流及び乱流に関する圧力損失項をそれぞれ算出し、圧力損失項と大気圧力ＰＰＡＭＢとから排気圧力２乗値ＰＥＸＳＱを算出する（ステップ４）。そして、この平方根ＰＥＸにより排気バルブ付近の排気圧力ＰＥＸを算出する（ステップ５）。【選択図】  図４
2004346865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の排気圧力損失を、層流状態を前提とする層流圧力損失項と乱流状態を前提とする乱流圧力損失項との合計としてモデル化し、このモデルにより算出した排気圧力損失と大気圧とに基づいて、排気バルブ付近の排気圧力を算出することを特徴とする内燃機関の排気圧力推定装置。
【請求項２】
前記内燃機関の排気通路のうち、排気触媒担体内を層流状態と近似し、これ以外を乱流状態と近似することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気圧力推定装置。
【請求項３】
前記層流圧力損失項は、
排気ガスの質量流量を算出する排気ガス質量流量算出手段と、
燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数を算出するガス定数算出手段と、
排気バルブ閉弁時の排気ガスの温度を算出する排気ガス温度算出手段と、
層流の特性に応じて決まる所定値を算出する層流特性値算出手段と、に基づいて算出され、
前記乱流圧力損失項は、
排気ガス質量流量の２乗値を算出する２乗値算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
前記排気ガス温度算出手段と、
乱流の特性に応じて決まる所定値を算出する乱流特性値算出手段と、に基づいて算出されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の排気圧力推定装置。
【請求項４】
前記排気ガス質量流量算出手段は、
吸入新気量を算出する吸入新気量算出手段と、
目標燃焼当量比を算出する目標燃焼当量比算出手段と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気圧力推定装置。
【請求項５】
前記排気圧力は、前記排気圧力損失項に前記大気圧力の２乗値を加算し、その加算値の平方根で算出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気圧力推定装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気圧力推定装置と、
排気圧力装置に基づいて算出された排気圧力により排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
排気バルブ閉弁時の排気ガスの温度を算出する排気ガス温度算出手段と、
燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数を算出するガス定数算出手段と、少なくとも前記筒内圧力、前記排気ガス温度、及び前記ガス定数に基づいて排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する手段と、
排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する手段と、を備え、
前記筒内ガス量と前記吹き返しガス量とに基づいて、内部ＥＧＲ量を算出することを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項７】
前記オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は、
前記排気ガス温度算出手段と、
前記筒内圧力算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
吸気圧力を算出する手段と、
排気ガス組成変化に対応した比熱比を算出する手段と、
排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の積算有効面積を算出する手段と、
機関回転数を算出する手段と、
過給及びチョークの有無を判定する手段と、
を含んで構成され、これらの算出値と、前記排気ガス温度、前記筒内圧力、及び前記ガス定数とに基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量を算出することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項８】
前記過給及びチョークの判定手段は、
前記吸気圧力と前記排気バルブ閉弁時筒内圧力とに基づいて、吸気排気圧力比を算出する手段を備え、
前記排気ガス組成変化に対応した比熱比を、前記過給判定手段が過給有りとした場合に設定することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項９】
前記オーバーラップ中積算有効面積算出手段は、
吸気バルブ開閉タイミングを算出する手段と、
排気バルブ開閉タイミングを算出する手段と、
からオーバーラップ量を算出し、
このオーバーラップ量に応じて有効面積の積算値を求めることを特徴とする請求項７または請求項８記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項１０】
前記オーバーラップ中積算有効面積算出手段は、
吸気バルブリフト中の開口面積と排気バルブリフト中の開口面積とのいずれか一方の最小値を積分して、積算有効面積を算出することを特徴とする請求項７または請求項８記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気圧力推定装置及びこれを用いた内部ＥＧＲ量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気圧力の検出に関し、特許文献１には、排気管に設けた排気圧力センサにて、燃焼室出口に比較的近い箇所の排気圧力を検出することが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１９０２３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、排気圧力センサ付加によりコストが増大してしまう。
【０００５】
また、内部ＥＧＲ率（１シリンダ当たりの総ガス量に対する内部ＥＧＲ量の割合）の算出をするため、オーバーラップ中の吹き抜きガス量の算出として混合気体積流量に応じたテーブルを参照値とする場合には、適合工数が増加することや、テーブルの設定格子数により算出精度が悪化してしまうなどの問題があった。
【０００６】
ここで、混合気体積流量についても、本来は排気ガスの体積流量と相関があるが、これが計量できないために、エアフロメータの信号、吸気温度、目標燃焼当量比から算出される混合気体積流量に応じて参照することとしていた。
【０００７】
しかし、実際には、等混合気体積流量でも当量比により排気ガス組成が変化するため、排気ガス密度が変化することや、当量比、点火時期、及び内部ＥＧＲ率により排気温度が変化するために排気ガス密度が変化するなど、これらのパラメータが変化した場合には、誤差が生じてしまう。
【０００８】
そして、内部ＥＧＲ量を算出した場合には、誤差が大きくなってしまうため、内部ＥＧＲ量に応じて、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングなどを設定すると、実際の点火時期などが不十分となる結果、運転性の悪化や燃費・排気悪化を招くおそれがあった。
【０００９】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、排気圧力を簡易に求めること、及びこれを用いて内部ＥＧＲ量を精度良く推定することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、内燃機関の排気通路の排気圧力損失を、層流圧力損失項と乱流圧力損失項との合計としてモデル化し、このモデルにより算出した排気圧力損失と大気圧とに基づいて、排気バルブ付近の排気圧力を算出する。
【００１１】
また本発明では、算出された排気圧力に基づいて筒内圧力を算出し、更に排気ガス温度及びガス定数を各々算出して、少なくともこれらに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する一方、オーバーラップ中の吹き返しガス量を算出し、筒内ガス量と吹き返しガス量とに基づいて、内部ＥＧＲ量を算出する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、排気バルブ付近の排気圧力は、排気圧力損失と大気圧とに基づいて算出されるため、適合工数が削減でき、簡易に算出することができる。そして、算出された排気圧力を用いて、内部ＥＧＲ量をより精度良く算出でき、運転性や排気の改善ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、内燃機関の排気圧力推定装置及びこれを用いた内部ＥＧＲ量推定装置の構成図である。
【００１４】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火プラグ４を囲むように、吸気バルブ５と排気バルブ６とを備える。吸気バルブ５及び排気バルブ６のリフト特性（開閉時期）は、吸気側及び排気側に設けられた可変動弁ソレノイド２２，２３により、カム軸に対するカムの位相を変化させることで、バルブタイミングの制御が可能である。
【００１５】
吸気通路７には、電子制御スロットル弁１９が設けられており、これにより吸入新気量が制御される。燃料の供給は、吸気通路７に気筒毎に（または各燃焼室３に直接臨ませて）設けたインジェクタ２０によりなされる。燃焼室３内で混合気は点火プラグ４により点火されて燃焼し、排気通路８へ排出される。
【００１６】
排気通路８には、排気マニホールドからの排気を浄化するハニカム構造の第１触媒２５と、これより下流の第２触媒２６とがそれぞれ配置されている。そして、第２触媒２６の下流側には、大気圧力を検出する大気圧力センサ２７が配置されている。
【００１７】
ここで、電子制御スロットル弁１９、インジェクタ２０、点火プラグ４（パワトラ内蔵点火コイル２１）、可変動弁ソレノイド２２，２３の作動は、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）３０により制御される。
【００１８】
これらの制御のため、ＥＣＵ３０には、各種センサからの信号が入力されている。
クランク角センサ１４は、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力し、これによりクランク角位置と共にエンジン回転数を検出可能である。そして、カム角センサ１６，１７は、吸気バルブ５及び排気バルブ６のカム角を検出可能であり、これにより可変動弁ソレノイド２２，２３の作動状態を検出可能である。
【００１９】
そして、吸気通路７にて吸入新気量を検出するエアフロメータ９、電子制御スロットル弁１９下流にて吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１０、排気通路８にて排気温度を検出する排気温度センサ１２、排気通路８にて排気中に含まれる酸素量を検出するＯ２センサ（酸素センサ）１３、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ１５、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８の出力信号などもＥＣＵ３０に入力され、これらに基づいて運転状態を検出可能である。
【００２０】
次に、排気バルブ６付近の排気圧力ＰＥＸの算出について以下に説明する。
図２は、排気バルブ６付近の排気圧力ＰＥＸを予測するための物理モデルを示す図である。図３は、排気圧力ＰＥＸを算出する制御構成図を示している。
【００２１】
図３に示す通り、排気ガス質量流量算出手段は、エンジン回転数ＮＲＰＭ（ｒｐｍ）、基本燃料噴射量ＴＰ（ｍｓｅｃ）、及び目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに基づいて排気ガスの質量流量ＭＦＥＸＧ（ｇ／ｓｅｃ）を算出する。排気ガス質量流量ＭＦＥＸＧの算出については後述する。
【００２２】
エンジン回転数ＮＲＰＭは、前述のクランク角センサ１４の信号に基づいて検出される。
基本燃料噴射量ＴＰは、エアフロメータ９にて検出された吸入新気量（新気質量）ＭＡＣＹＬに対してストイキ（理論空燃比：１４．７）となる噴射パルス幅（燃料噴射量）であり、ストイキにおける係数をＫとして、以下の式により算出する。
【００２３】
ＴＰ＝Ｋ・ＭＡＣＹＬ／ＮＲＰＭ
目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡは、理論空燃比を１４．７とすると、目標燃焼空燃比から次式により表され、目標燃焼空燃比がストイキのときに１となる。
【００２４】
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／目標燃焼空燃比
また、排気ガスガス定数算出手段は、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ（または目標燃焼空燃比）に基づいて、図５に示すテーブルから排気ガス組成のガス定数ＲＥＸを算出する。
【００２５】
図５は、排気ガスガス定数算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガスガス定数ＲＥＸを示す図である。なお、図中の点線はストイキを示している。
【００２６】
再度図３を参照して、排気ガス温度算出手段は、排気温度センサ１２の信号に基づいて排気バルブ閉弁時の排気ガス温度（筒内温度）ＴＥＶＣを算出する。
大気圧力算出手段は、大気圧力センサ２７の信号に基づいて大気圧力ＰＰＡＭＢを算出する。
【００２７】
排気圧力算出手段は、排気圧力ＰＥＸの２乗値ＰＥＸＳＱ（＝ＰＥＸ２）を算出する手段と、この２乗値ＰＥＸＳＱの平方根（排気圧力）ＰＥＸを算出する手段とで構成されている。排気圧力２乗値算出手段は、前述の各手段により算出された値ＭＦＥＸＧ、ＲＥＸ、ＴＥＶＣ、ＰＰＡＭＢに基づいて、排気圧力ＰＥＸの２乗値ＰＥＸＳＱを算出する。平方根算出手段は、２乗値ＰＥＸＳＱの平方根ＰＥＸを算出する。
【００２８】
次に、排気バルブ６付近の排気圧力ＰＥＸの算出について、図４に示す排気圧力ＰＥＸの算出フローチャートを用いて説明する。
図４のステップ１（図には「Ｓ１」と示す。以下同様）では、エンジン１から排出される排気ガスの質量流量ＭＦＥＸＧ（ｇ／ｓｅｃ）を算出する。この質量流量ＭＦＥＸＧの算出には、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡと、吸入新気量とに基づいて、以下の式により算出する。
【００２９】
ＭＦＥＸＧ＝ＴＰ×（１４．７＋ＴＦＢＹＡ）×ＮＲＰＭ×ＭＩＮＪＰ×ＣＹＬＩＮＤＥＲ／２／６０
ここで、ＭＩＮＪＰはインジェクタ２０の燃料噴射倍率が１倍時のパルス幅当たりの燃料噴射質量（ｇ／ｍｓｅｃ）、すなわち基準燃料圧力、基準燃料温度時に、インジェクタ２０が噴射パルス幅当たりにどのくらいの燃料を噴射するかを表す値（設定値）である。ＣＹＬＩＮＤＥＲはエンジン１の気筒数を示している。
【００３０】
ステップ２では、前述の図５に示すテーブルから目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気ガスのガス定数ＲＥＸ（Ｊ／ｇＫ）を算出する。
ステップ３では、排気温度センサ１２の信号に基づいて、排気バルブ閉弁時の排気ガスの温度（筒内温度）ＴＥＶＣ（Ｋ）を算出する。なお、排気ガス温度ＴＥＶＣは、燃料噴射量に応じた熱量により変化するため、このような特性を利用したテーブルから求めてもよい。
【００３１】
ステップ４では、次式に示す通り、排気圧力ＰＥＸの２乗値ＰＥＸＳＱ（＝ＰＥＸ２）を、大気圧ＰＰＡＭＢ（Ｐａ）と、層流圧力損失項および乱流圧力損失項に基づく排気圧力損失との和により算出する。
【００３２】
ＰＥＸＳＱ＝（ＫＴＢＦ×ＭＦＥＸＧ２＋ＫＬＭＦ×ＭＦＥＸＧ）×ＲＥＸ×ＴＥＶＣ／１００００００＋ＰＰＡＭＢ２
ここで、ＫＴＢＦ（１／ｍ４）は乱流の特性に応じて決まる係数（適合値）、
ＫＬＭＦ（Ｐａ・ｓ／ｍ３）は層流の特性に応じて決まる係数（適合値）を示している。なお、乱流特性値ＫＴＢＦは、種類毎に、触媒２５，２６の入口径と触媒入口の総面積とに応じた値である。層流特性値ＫＬＭＦは、触媒２５，２６の長さ、セルの径、及び触媒断面積の総和に応じた値である。
【００３３】
ステップ５では、ステップ４で算出された排気圧力ＰＥＸの２乗値ＰＥＸＳＱの平方根を算出することで、排気圧力ＰＥＸを算出する。なお、排気圧力ＰＥＸの算出において、制御構成上、平方根算出が困難であるため、予め２乗値ＰＥＸＳＱと平方根ＰＥＸとの関係を、図６に示す平方根算出テーブルとして記憶させておき、２乗値ＰＥＸＳＱに応じてテーブルを参照することにより排気圧力ＰＥＸを算出してもよい。
【００３４】
図６は、平方根算出テーブルであり、横軸は排気圧力ＰＥＸの２乗値ＰＥＸＳＱ、縦軸は排気圧力（平方根）ＰＥＸを示している。
また従来、排気圧力ＰＥＸは、排気系各部の圧力損失の総和で算出される一方、排気ガスが排気系各部の流速の増加に応じて層流状態から乱流状態へ遷移するため、各部の圧力損失は、各状態に応じて算出する必要があり、計算が複雑であった。
【００３５】
このため本発明においては、層流が支配的となる触媒内の圧力損失と、乱流が支配的となるその他の排気管の圧力損失とに分けて考えることにより、これら２つの状態の圧力損失の和により、排気系の圧力損失を算出することで簡略的に且つ精度良く算出する。すなわち、排気系（排気バルブ６より下流）を、ほぼ層流状態と近似できる部位（触媒内）と、ほぼ乱流状態と近似できる部位（触媒以外の排気管）とに２分し、各々にて計算した圧力損失値の総計に基づいて排気圧力ＰＥＸを算出する。
【００３６】
再度図２を用いて、エンジン１の排気通路８に配設された触媒２５，２６を通過する排気ガスの圧力損失から排気バルブ６近傍の排気圧力ＰＥＸを算出するための考え方を説明する。
【００３７】
図示の通り、排気通路８において、第１触媒２５の入口部の圧力損失をΔＰ１、第１触媒２５内の圧力損失をΔＰ２、第２触媒２６内の圧力損失をΔＰ３、及び大気圧力をＰＰＡＭＢとする。このようにすると、排気バルブ６付近の排気圧力ＰＥＸは、次式に示す通り、各圧力損失ΔＰ１〜ΔＰ３及び大気圧力ＰＰＡＭＢの和で近似することができる。
【００３８】
ＰＥＸ≒ΔＰ１＋ΔＰ２＋Δ３＋ＰＰＡＭＢ
各圧力損失は、排気通路８のうち、触媒２５，２６内を層流状態として近似し、これ以外の排気通路８を乱流状態として近似することで、それぞれ分離して算出する。
【００３９】
層流域（触媒２５，２６内）の圧力損失ΔＰＬ（ΔＰ２、ΔＰ３）は、次式に示すハーゲン−ポアゾイユの式により算出する。
ΔＰＬ＝３２×μ×Ｌｃａ／Ｄｃａ２×（Ｑｃａ’／Ａｃａ）
ここで、μは排気ガスの動粘度係数（Ｐａ・ｓ）、Ｌｃａは触媒２５，２６の長さ（ｍ）、Ｄｃａは触媒２５，２６の直径（ｍ）、Ｑｃａ’は触媒２５，２６を通過する排気ガス体積流量（ｍ３／ｓ）、Ａｃａは触媒２５，２６の断面積（ｍ２）を示している。
【００４０】
一方、乱流域（触媒２５，２６を除く排気通路８）の圧力損失ΔＰＴ（ΔＰ１）は、次式に示すダルシー−ワイバッハの式により算出する。
ΔＰＴ＝λ×（Ｌｅｘ／Ｄｅｘ）×（ρ／２）×（Ｑｅｘ’／Ａｅｘ）２
ここで、λは管摩擦係数、Ｌｅｘは排気通路８の長さ（ｍ）、Ｄｅｘは排気通路８の直径（ｍ）、ρは排気ガスの密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｑｅｘ’は排気通路８を通過する排気ガス体積流量（ｍ３／ｓ）、Ａｅｘは排気通路８の断面積（ｍ２）を示している。
【００４１】
また、制御構成上は、排気ガスの体積流量Ｑ’の算出が困難なため、体積流量Ｑ’に基づく基本原理式を、層流域と乱流域とのそれぞれについて、以下に示す質量流量ＭＦＥＸＧに基づく算出式に変形して、制御の入力系の物理量に合うようにする。なお、Ｐ１は低圧側（テール側）、Ｐ２は高圧側（エンジン側）を示している。
［層流域］
Ｐ×ｄＰ＝３２×μ×ｄＬ／Ｄ２×ＭＦＥＸＧ×ＲＥＸ×ＴＥＶＣ／Ａ
Ｐ２２−Ｐ１２＝３２×μ×Ｌ／Ｄ２×ＭＦＥＸＧ×ＲＥＸ×ＴＥＶＣ／Ａ
Ｐ２＝（６４×μ×Ｌ／Ｄ２×ＭＦＥＸＧ×ＲＥＸ×ＴＥＶＣ／Ａ＋Ｐ１２）１／２
［乱流域］
Ｐ×ｄＰ＝λ×ｄＬ／Ｄ×（ＭＦＥＸＧ／Ａ）１／２×ＲＥＸ×ＴＥＶＣ／２
Ｐ２２−Ｐ１２＝λ×Ｌ／Ｄ×（ＭＦＥＸＧ／Ａ）１／２×ＲＥＸ×ＴＥＶＣ／２
Ｐ２＝（λ×Ｌ／Ｄ×（ＭＦＥＸＧ／Ａ）１／２×ＲＥＸ×ＴＥＶＣ＋Ｐ１２）１／２
また、排気圧力損失に対して、触媒２５，２６内では層流が支配的、その他の排気管では乱流が支配的と考えられるので、排気圧力ＰＥＸは、以下の式によって表される。
【００４２】
【数１】
2004346865.tif 000003
【００４３】
また、管摩擦係数λ、動粘度係数μは、これらの影響度が大きく現れる領域、すなわち圧力損失が高い領域では、ほぼ一定であるため、前述の式を含めて適合項とすると、以下のように簡略化した式で整理できる。
【００４４】
【数２】
2004346865.tif 000004
【００４５】
図７は、実験結果と前述の排気圧力の算出結果とを比較する図であり、横軸は実験結果の排気圧力（ｋＰａ）、縦軸は計算結果の排気圧力（ｋＰａ）を示している。
【００４６】
図示の通り、高回転（６０００ｒｐｍ以上）、高負荷（ηｖ８０％以上）等の吸入新気流量が大きい領域においては、脈動圧が発生しており、脈動の影響が顕著になるため、排気圧力が低くなっているが、ほぼ直線に近似している。このため、排気圧力ＰＥＸは、排気圧力損失（乱流及び層流）と大気圧とに基づいて算出する考え方により算出（近似）することが可能であることが解る。
【００４７】
図８は、圧力損失と体積流量とを示す図であり、横軸は体積流量Ｑ’（ｍ３／ｓｅｃ）、縦軸は差圧ΔＰ（ｋＰａ）を示している。（イ）は排気通路８のうち触媒２５，２６内での圧力損失ΔＰ２、ΔＰ３を除いた場合、すなわち乱流域における圧力損失ΔＰ１を示している。（ロ）は第１触媒２５内（層流域）での圧力損失ΔＰ２を示している。（ハ）は第２触媒２６内（層流域）での圧力損失ΔＰ３を示している。なお、図中の●は実験値（排気圧力ΔＰと大気圧力ＰＰＡＭＢとの差圧：ゲージ圧）、◇は（イ）では触媒２５，２６を除いた排気通路８での差圧ΔＰ１、（ロ）では第１触媒２５での差圧ΔＰ２、（ハ）では第２触媒２６での差圧ΔＰ３をそれぞれ示している。
【００４８】
図８（イ）に示す通り、乱流域においては、差圧ΔＰ１が２次曲線となっている（ダルシー−ワイバッハの式参照）。一方、図８（ロ）、（ハ）に示す通り、層流域においては、差圧ΔＰ２、ΔＰ３が略直線となっている（ハーゲン−ポアゾイユの式参照）。
【００４９】
図９は、全圧力損失の算出結果を示す図であり、横軸は体積流量Ｑ’（ｍ３／ｓｅｃ）、縦軸は全圧力損失ΔＰ（ｋＰａ）を示している。なお、図中の●は圧力損失の実験値（排気圧力ΔＰと大気圧力ＰＰＡＭＢとの差圧：ゲージ圧）、◇は全差圧（ΔＰ１＋ΔＰ２＋ΔＰ３）を示している。
【００５０】
図示の通り、計算結果の値と実験値とが近似しているため、圧力損失により排気圧力ＰＥＸを算出可能であることが解る。
また、図１０は、レイノルズ数Ｒｅと体積流量Ｑ’とを示す図であり、横軸は体積流量Ｑ’（ｍ３／ｓｅｃ）、縦軸はレイノルズ数Ｒｅを示している。図中の太線は臨界レイノルズ数（約２３００）を示している。なお、（イ）は排気通路８のうち触媒２５，２６を除いた部分のレイノルズ数Ｒｅ１を示している。（ロ）は第１触媒２５内でのレイノルズ数Ｒｅ２を示している。（ハ）は第２触媒２６内でのレイノルズ数Ｒｅ３を示している。
【００５１】
図１１は、前述の図８の（イ）〜（ハ）及び図９をまとめて示す図である。横軸は体積質量Ｑ’、縦軸は差圧ΔＰを示している。図中の●は排気系全体の圧力損失の実験値、○は各圧力損失ΔＰ１〜ΔＰ３の総和（ΔＰ１＋ΔＰ２＋ΔＰ３）、＋は第１触媒２５の入口部における圧力損失ΔＰ１、×は第１触媒２５内での圧力損失ΔＰ２、−は第２触媒２６内での圧力損失ΔＰ３を示している。
【００５２】
図１２は、前述の図１０（イ）〜（ハ）をまとめて示す図である。横軸は体積質量Ｑ’（ｍ３／ｓｅｃ）、縦軸はレイノルズ数Ｒｅを示している。なお、体積流量Ｑ’を０．００１〜１までの範囲で示している。図中の＋は第１触媒２５の入口部におけるレイノルズ数Ｒｅ１、×は第１触媒２５内でのレイノルズ数Ｒｅ２、−は第２触媒２６内でのレイノルズ数Ｒｅ３を示している。
【００５３】
これまで述べたことから、図１０（イ）、図１２に示す通り、レイノルズ数Ｒｅ１は、臨界レイノルズ数より大きく、乱流による圧力損失が支配的である。従って、排気通路８のうち、触媒２５，２６を除いた部分（その他排気管内）においては、ほぼ全域で乱流とみなして、圧力損失ΔＰ１を前述のダルシー−ワイバッハの式（乱流域における圧力損失ΔＰＴ）により算出可能である。
【００５４】
一方、図１０（ロ），（ハ）、図１２に示す通り、触媒２５，２６内では、レイノルズ数Ｒｅ２，Ｒｅ３が、臨界レイノルズ数より小さく、層流による圧力損失が支配的である。従って、触媒２５，２６内においては、ほぼ全域で層流とみなして、圧力損失ΔＰ２、ΔＰ３を前述のハーゲン−ポアゾイユの式（層流域における圧力損失ΔＰＬ）によりそれぞれ算出可能である。
【００５５】
そして、各部位において、層流・乱流状態におけるそれぞれの圧力損失を算出して加算した結果が、図７に示す通り、ほぼ実験値と相関があることが分かり、排気圧力実験値を排気圧力計算値に近似して求めることが可能であることが解る。
【００５６】
また図１３は、前述の圧力損失ΔＰ１〜ΔＰ３の総和から算出した排気圧力ＰＥＸと、実験値による排気圧力との推定誤差率（絶対圧力）を示す図である。
図示の通り、推定誤差が−０．２〜０．２の間の確率（％）が３割に近く、実験値から大きく外れる確率は減少しており、標準偏差０．７１％を実現可能である。
【００５７】
本実施形態によれば、内燃機関の排気通路８の排気圧力損失（ΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３）を、層流状態を前提とする層流圧力損失項と乱流状態を前提とする乱流圧力損失項との合計としてモデル化し、このモデルにより算出した排気圧力損失（ΔＰ１＋ΔＰ２＋ΔＰ３）と大気圧ＰＰＡＭＢとに基づいて、排気バルブ６付近の排気圧力ＰＥＸを算出する（ステップ４，５）。このため、排気バルブ６付近の排気圧力ＰＥＸは、第１触媒２５及び第２触媒２６内における圧力損失（ΔＰ２、ΔＰ３）を、層流状態を前提として算出できる一方、その他の排気管（触媒２５，２６を除いた排気通路８）における圧力損失（ΔＰ１）を、乱流状態を前提として算出でき、適合が容易にでき、適合工程数が削減できる。
【００５８】
また本実施形態によれば、内燃機関の排気通路８のうち、排気触媒担体内（第１触媒２５、第２触媒２６）を層流状態と近似し、これ以外を乱流状態と近似する。このため、排気バルブ６付近の排気圧力ＰＥＸを、各排気圧力損失を考慮して簡易に算出することができる。
【００５９】
また本実施形態によれば、層流圧力損失項（ΔＰ２、ΔＰ３）は、排気ガスの質量流量ＭＦＥＸＧを算出する排気ガス質量流量算出手段（ステップ１）と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数ＲＥＸを算出するガス定数算出手段（ステップ２）と、排気バルブ閉弁時の排気ガスの温度ＴＥＶＣを算出する排気ガス温度算出手段（ステップ３）と、層流の特性に応じて決まる所定値ＫＬＭＦを算出する層流特性値算出手段と、に基づいて算出され、乱流圧力損失項（ΔＰ１）は、排気ガス質量流量ＭＦＥＸＧの２乗値ＭＦＥＸＧ２を算出する２乗値算出手段と、ガス定数算出手段（ステップ２）と、排気ガス温度算出手段（ステップ３）と、乱流の特性に応じて決まる所定値ＫＴＢＦを算出する乱流特性値算出手段と、に基づいて算出される。このため、排気ガスの質量流量ＭＦＥＸＧに応じて層流と乱流との圧力損失（ΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３）を算出でき、排気圧力ＰＥＸを、排気ガスの密度変化に対応して精度良く算出できる。そして、実機運転に基づく適合定数を２点のみとして、運転条件を少なくとも２水準の間（層流と乱流との間）で変えるだけで適合できる。
【００６０】
また本実施形態によれば、排気ガス質量流量算出手段（ステップ１）は、吸入新気量ＭＡＣＹＬを算出する吸入新気量算出手段と、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出する目標当量比算出手段と、を含んで構成される。このため、目標燃料当量比ＴＦＢＹＡ及び吸入新気量ＭＡＣＹＬに応じて算出される基本燃料噴射量ＴＰを用いて排気ガス質量流量ＭＦＥＸＧを容易に算出できる。
【００６１】
また本実施形態によれば、排気圧力ＰＥＸは、排気圧力損失項（ΔＰ１＋ΔＰ２＋ΔＰ３）に大気圧力ＰＰＡＭＢの２乗値ＰＰＡＭＢ２を加算し（ステップ４）、その加算値の平方根で算出する（ステップ５）。このため、排気圧力ＰＥＸを簡略して算出できる。
【００６２】
次に、前述の排気圧力ＰＥＸを用いた内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定について説明する。
内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳは、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングなどを設定するために用いられ、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出するために排気圧力ＰＥＸが必要となる。
【００６３】
図１４は、排気圧力ＰＥＸに基づく、点火時期・燃料噴射量の制御構成図を示している。
図示の通り、排気圧力算出手段（前述の排気圧力推定装置）によりエンジン１の運転状態における排気圧力ＰＥＸを算出し、これに基づいて内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲおよび外部ＥＧＲ率を算出し、これらに基づいて点火時期および燃料噴射量を算出する。
【００６４】
ここで、内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ（１シリンダ当たりの総ガス量に対する内部ＥＧＲ量の割合）の算出について、図１５の内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図と、図２１の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ算出フローとを用いて説明する。
【００６５】
図１５に示す吸入新気量算出手段は吸入新気量（新気質量）ＭＡＣＹＬ、目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、内部ＥＧＲ量算出手段は内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部ＥＧＲ率算出手段は内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出する。
【００６６】
図２１のステップ１１では、エアフロメータ９により計測された吸入新気量に基づいて１シリンダ当たりの吸入新気量ＭＡＣＹＬを算出する。
ステップ１２では、クランク角センサ１４の信号に基づいて検出されるエンジン回転数ＮＲＰＭと、アクセル開度センサ１８の信号に基づいて検出されるアクセル開度と、水温センサ１５の信号に基づいて検出される冷却水温度とに応じて決まる目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出する。
【００６７】
ステップ１３では、後述する図２２のフローチャートに従って、１シリンダ当たりの内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
ステップ１４では、内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを次式により算出し、処理を終了する。
【００６８】
ＭＲＥＳＦＲ＝ＭＲＥＳ／｛ＭＲＥＳ＋ＭＡＣＹＬ×（１＋ＴＦＢＹＡ／１４．７）｝
ここで、ステップ１３の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの算出について、図１６の内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図と、図２２の内部ＥＧＲ量算出フローとを用いて説明する。
【００６９】
図１６に示す排気バルブ閉弁時（図には「ＥＶＣ時」と示す）筒内ガス量算出手段は筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ、吸気バルブ５及び排気バルブ６のオーバーラップ（図には「Ｏ／Ｌ」と示す）中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部ＥＧＲ量算出手段は内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
【００７０】
図２２のステップ１５では、後述する図２３のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留しているガス量である排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。
【００７１】
ステップ１６では、後述する図２４のフローチャートに従って、オーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量であるオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。
【００７２】
ステップ１７では、次式に示す通り、排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬとオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬとを加算して、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
【００７３】
ＭＲＥＳ＝ＭＲＥＳＣＹＬ＋ＭＲＥＳＯＬ
ここで、ステップ１５の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬの算出について、図１７の排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図と、図２３の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ算出フローとを用いて説明する。
【００７４】
図１７に示す目標燃焼当量比算出手段は排気ガスの目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出し、この値に基づき、排気ガスガス定数算出手段はガス定数ＲＥＸを算出する。排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は筒内容積ＶＥＶＣ、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ閉弁時圧力算出手段は筒内圧力ＰＥＶＣをそれぞれ算出する。そして、これらの算出値に基づき、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。
【００７５】
図２３のステップ１８では、図３０に示すテーブルから排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを求める。図３０は、排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出テーブルであり、横軸は排気バルブ開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷＥ、縦軸は排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを示している。
【００７６】
ここで、排気バルブ閉弁時期を変化させる機構を有するエンジンにおいては、排気側のカム角センサ１７の信号に基づいて検出される排気バルブ開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷＥに応じて、図３０に示す排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求める。
【００７７】
なお、圧縮比を変化させる機構を有するエンジンにおいては、圧縮比の変化量に応じた排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求める。
また、排気バルブ閉弁時期と圧縮比とを同時に可変とする機構を有するエンジンにおいては、排気バルブ閉弁時期と圧縮比変化量とに応じた排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求める。
【００７８】
図２３のステップ１９では、前述の図５に示すテーブルから目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気ガスのガス定数ＲＥＸを求める。
ステップ２０では、排気温度センサ１２の信号に基づいて検出した排気温度に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣは、インジェクタ２０の燃料噴射量に応じた熱量により変化するため、このような特性を利用したテーブルから求めてもよい。
【００７９】
ステップ２１では、前述の計算により算出された排気圧力ＰＥＸに基づいて、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣを算出する。なお、排気圧力ＰＥＸと筒内圧力ＰＥＶＣとは、近似しているものとしてもよいし、予め排気圧力ＰＥＸと筒内圧力ＰＥＶＣとをマップにより求めて、排気圧力ＰＥＸに対応する筒内圧力ＰＥＶＣを参照してもよい。
【００８０】
ステップ２２では、ステップ１８〜ステップ２１において算出された排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ、排気ガスガス定数ＲＥＸ、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣの算出値から、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留している排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを次式により算出する。
【００８１】
ＭＲＥＳＣＹＬ＝（ＰＥＶＣ×ＶＥＶＣ）／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）
ここで、図２２のステップ１６のオーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量ＭＲＥＳＯＬの算出について、図１８のオーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図と、図２４のオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬ算出フローとを用いて説明する。
【００８２】
図１８に示す排気バルブと吸気バルブとの開閉タイミング変化量算出手段は吸気バルブと排気バルブとの開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷ，ＶＴＣＮＯＷＥからオーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬを算出し、この算出値に基づいて、オーバーラップ中積算有効面積算出手段は積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。目標燃焼当量比算出手段は当量比ＴＦＢＹＡを算出し、この算出値に基づいて、排気ガスガス定数算出手段はガス定数ＲＥＸを算出する。そして、これらの算出値と、エンジン回転数算出手段、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段、チョーク過給判定算出手段による各算出値とに基づいて、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。
【００８３】
図２４のステップ２３では、吸気側カムの位相を検出するカム角センサ１６の信号に基づいて検出される吸気バルブ開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷと、排気側カムの位相を検出するカム角センサ１７の信号に基づいて検出される排気バルブ開閉タイミング変化量ＶＴＣＮＯＷＥとを加算して、オーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬを算出する。
【００８４】
ＶＴＣＯＬ＝ＶＴＣＮＯＷ＋ＶＴＣＮＯＷＥ
ステップ２４では、オーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬに応じて、図３１に示すテーブルからオーバーラップ中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを求める。
【００８５】
図３１は、オーバーラップ中の積算有効面積を算出するテーブルであり、横軸はオーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬ、縦軸はオーバーラップ中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを示している。オーバーラップ変化量ＶＴＣＯＬが大きくなると、積算有効面積ＡＳＵＭＯＬが大きくなる。
【００８６】
ここで、図３２は、オーバーラップ中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬの説明図であり、横軸はクランク角度、縦軸は吸気バルブ５と排気バルブ６とのそれぞれの開口面積を示している。そして、オーバーラップ中の或る時点における有効な開口面積は、排気バルブ開口面積と吸気バルブ開口面積とのうち小さい方とする。すなわち、オーバーラップ中の全期間における積算有効面積ＡＳＵＭＯＬは、吸気バルブ５及び排気バルブ６が開いている期間の積分値（図中の斜線部）として示される。
【００８７】
このようにしてオーバーラップ中積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出することで、吸気バルブ５と排気バルブ６とのオーバーラップ量を１つのオリフィス（流出孔）と疑似でき、排気系の状態と吸気系の状態とからこのオリフィスを通過する流量を簡略的に算出する。
【００８８】
図２４のステップ２５では、クランク角センサ１４の信号に基づいてエンジン回転数ＮＲＰＭを算出する。
ステップ２６では、図３３に示すマップから排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する。この制御構成は図１９に示す。
【００８９】
図１９に示す目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度ＴＥＶＣをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づき、排気ガス比熱比算出手段は排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する。
【００９０】
図３３は、排気ガス比熱比算出マップであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを示している。なお、図中の点線はストイキの位置を示しており、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡがストイキ近傍にあるときは排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲが小さくなり、リッチ側またはリーン側になると比熱比ＳＨＥＡＴＲが大きくなる。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣが変化した場合を太線矢印で示す。ここで、図２１のステップ１２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡと、図２３のステップ２０で算出した排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣとに応じて、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを求める。
【００９１】
再度図２４を参照して、ステップ２７では、後述する図２０の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図２５の過給判定ＴＢＣＲＧ・チョーク判定ＣＨＯＫＥフローとにより、過給判定ＴＢＣＲＧ及びチョーク判定ＣＨＯＫＥを行う。
【００９２】
ステップ２８では、ステップ２７での過給判定フラグＴＢＣＲＧが０であるか否か、すなわち過給状態を判断する。過給判定フラグＴＢＣＲＧが０の場合は、ステップ２９へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧが０でない場合は、ステップ３２へ進む。
【００９３】
ステップ２９では、ステップ２７でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０であるか否か、すなわちチョーク状態を判断する。
チョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ３０へ進み、後述する図２６のフローから、過給無し且つチョーク無し時のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００９４】
一方、ステップ２９で、ステップ２７でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０でない場合には、ステップ３１へ進み、後述する図２７のフローから、過給無し且つチョーク有り時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００９５】
また、ステップ２８で、ステップ２７での過給判定フラグＴＢＣＲＧが１、すなわち過給状態であり、且つステップ３２でチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ３３へ進み、後述する図２８のフローから、過給有り且つチョーク無し時のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００９６】
一方、ステップ３２で、ステップ２７でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが１の場合は、ステップ３４へ進み、後述する図１９のフローから、過給有り且つチョーク有り時の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００９７】
ステップ３０，３１，３３，３４で吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出した後は、ステップ３５へ進む。
ステップ３５では、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐとオーバーラップ期間中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬとを積算することで、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを次式により算出する。
【００９８】
ＭＲＥＳＯＬ＝（ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ×ＡＳＵＭＯＬ×６０）／（ＮＲＰＭ×３６０）
ここで、ステップ２７における過給・チョーク判定について、図２０の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図２５の過給判定ＴＢＣＲＧ・チョーク判定ＣＨＯＫＥフローとを用いて説明する。
【００９９】
図２０に示す通り、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段の各算出値に基づき、過給・チョーク判定手段は過給判定ＴＢＣＲＧとチョーク判定ＣＨＯＫＥとを行う。
【０１００】
図２５のステップ３６では、吸気圧力センサ１０の信号に基づいて検出された吸気圧力ＰＩＮと、図２３のステップ２１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣとの比、すなわち吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸを次式により算出する。
【０１０１】
ＰＩＮＢＹＥＸ＝ＰＩＮ／ＰＥＶＣ
ステップ３７では、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下（ＰＩＮＢＹＥＸ≦１）であるか否か、すなわち過給状態を判断する。
【０１０２】
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下（ＰＩＮＢＹＥＸ≦１）の場合、すなわち過給無しの場合は、ステップ３８へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧ＝０を０に設定し、ステップ４１へ進む。
【０１０３】
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１より大きい（ＰＩＮＢＹＥＸ＞１）場合、すなわち過給有りの場合は、ステップ３９へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧを１に設定し、ステップ４０へ進み、図２４のステップ２６で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを、図３４に示すテーブルから求めた空気及び燃料の混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲとする。
【０１０４】
図３４は、混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲを示している。なお、図中の点線はストイキを示し、比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲは、リーン側のときは大きく、リッチ側のときは小さくなる。そして、図２１のステップ１２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに対応する混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲをテーブルから求める。
【０１０５】
そして、ステップ４０において、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲに置き換えることで、ターボ過給や慣性過給等の過給時におけるオーバーラップ中のガス流れが吸気系から排気系へ向かう（吹き抜ける）ときにおいても、オリフィスを通過するガスの比熱比を排気ガスの比熱比から吸気混合気の比熱比に変更することにより、吹き抜けるガス量を精度良く推定し、内部ＥＧＲ量を精度良く算出する。
【０１０６】
ステップ４１では、ステップ２６またはステップ４０で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに基づき、最小と最大とのチョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ，ＳＬＣＨＯＫＥＨを次式により算出する。
【０１０７】
ＳＬＣＨＯＫＥＬ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝
ＳＬＣＨＯＫＥＨ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛−ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝
このチョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ，ＳＬＣＨＯＫＥＨは、チョークする限界値を算出している。
【０１０８】
また、ステップ４１において、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予めこれらの計算結果を、最小チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬテーブルと最大チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＨテーブルとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに応じて求めてもよい。
【０１０９】
ステップ４２では、ステップ３６で算出した吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが、最小チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ以上で且つ最大チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＨ以下の範囲内にあるか否か、すなわちチョーク状態を判定する。
【０１１０】
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが範囲内にある場合、すなわちチョーク無しと判断した場合は、ステップ４３へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを０に設定する。
【０１１１】
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが範囲内にない場合、すなわちチョーク有りと判断した場合は、ステップ４４へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを１に設定する。
【０１１２】
また、図２４のステップ３０の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２６の過給無し且つチョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【０１１３】
ステップ４５では、図２３のステップ１９で算出された排気ガスのガス定数ＲＥＸと、ステップ２０で算出された排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣとに基づき、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを次式により算出する。
【０１１４】
ＭＲＳＯＬＤ＝ＳＱＲＴ｛１／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）｝
ここで、ＳＱＲＴは温度及びガス定数に関する係数である。なお、制御構成上、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤの算出が困難な場合は、予めこの計算結果をマップとして記憶しておき、排気ガスガス定数ＲＥＸと筒内温度ＴＥＶＣとに応じて求めてもよい。
【０１１５】
ステップ４６では、図２４のステップ２６で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、図２５のステップ３６で算出された吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに基づき、ガス流量算出式圧力差項ＭＲＳＯＬＰを次式により算出する。
【０１１６】
ＭＲＳＯＬＰ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］
ステップ４７では、図２３のステップ２１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図２６のステップ４５とステップ４６とで算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤとガス流量算出式圧力差項ＭＲＳＯＬＰとに基づいて、過給無し・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返し流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【０１１７】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝１．４×ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰ
また、ステップ３１の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐについて、図２７の過給無し且つチョーク有り時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【０１１８】
ステップ４８では、図２６のステップ４５と同じく、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを前述の式より算出する。
ステップ４９では、図２４のステップ２６で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに基づき、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを次式により求める。
【０１１９】
ＭＲＳＯＬＰＣ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ×｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝］
なお、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予めこの式の計算結果を、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに応じて求めてもよい。
【０１２０】
ステップ５０では、図２３のステップ２１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図２７のステップ４８で算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤと、ステップ４９で算出されたチョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣに基づいて、過給無し・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【０１２１】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰＣ
また、ステップ３３のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２８の過給有り・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【０１２２】
ステップ５１では、図２５のステップ４０で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、ステップ３６で算出された吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに基づき、ガス流量算出式過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴを次式により求める。
【０１２３】
ＭＲＳＯＬＰＴ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］
なお、制御の構成上、累乗計算が困難な場合は、予めこの式の計算結果を、ガス流量算出式過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに応じて求めてもよい。
【０１２４】
ステップ５２では、吸気圧力センサ１０の信号に基づいて検出された吸気圧力ＰＩＮと、ステップ５１で算出された過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴとに基づいて、過給有り・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【０１２５】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１５２×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＴ
ここで、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気系から排気系へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、これに基づいて内部ＥＧＲ量を減じる。
【０１２６】
また、ステップ３４の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２９の過給有り・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【０１２７】
ステップ５３では、図２７のステップ４９と同じく、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを前述の式またはマップから求める。
ステップ５４では、吸気圧力ＰＩＮと、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣとに基づいて、過給有り・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【０１２８】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１０８×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＣ
ここで、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気側から排気側へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、内部ＥＧＲ量を減じることとなる。
【０１２９】
ここで、ステップ３０，３１，３３，３４で、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。そして、前述のステップ３５でオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出した後は、図２２のステップ１６からステップ１７へ進み、前述のステップ１７で内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。そして、図２１のステップ１３からステップ１４へ進み、前述の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出して、処理を終了する。
【０１３０】
本実施形態によれば、前述の排気圧力推定装置と、この装置に基づいて算出された排気圧力ＰＥＸにより排気バルブ閉弁時の筒内圧力ＰＥＶＣを算出する手段（ステップ２１）と、排気バルブ閉弁時の排気ガスの温度ＴＥＶＣを算出する排気ガス温度算出手段（ステップ２０）と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数ＲＥＸを算出するガス定数算出手段（ステップ１９）と、少なくとも筒内圧力ＰＥＶＣ、排気ガス温度ＴＥＶＣ、及びガス定数ＲＥＸに基づいて排気バルブ閉弁時の筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する手段（ステップ２２）と、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する手段（ステップ３５）と、を備え、筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬと吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬとに基づいて、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する（ステップ１７）。このため、算出された排気圧力ＰＥＸを用いて、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳをより精度良く算出でき、運転性や排気の改善ができる。そして、多次元パラメータを含む制御構築においても、各パラメータに応じて物理式に基づき内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出するため、容易に構築でき、適合が容易となる。
【０１３１】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は、排気ガス温度算出手段（ステップ２０）と、筒内圧力算出手段（ステップ２１）と、ガス定数算出手段（ステップ１９）と、吸気圧力ＰＩＮを算出する手段（ステップ３６）と、排気ガス組成変化に対応した比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する手段（ステップ２６）と、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する手段（ステップ２４）と、機関回転数ＮＲＰＭを算出する手段（ステップ２５）と、過給及びチョークの有無を判定する手段（ステップ２７）と、を含んで構成され、これらの算出値と、排気ガス温度ＴＥＶＣ、筒内圧力ＰＥＶＣ、及びガス定数ＲＥＸとに基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する（ステップ３５）。このため、状態量の変化による密度変化やオリフィス通過体積流量変化に対応でき、あらゆる運転状態において精度良く内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。
【０１３２】
また本実施形態によれば、過給及びチョークの判定手段（ステップ３７，４２）は、吸気圧力ＰＩＮと排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣとに基づいて、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸを算出する手段（ステップ３６）を備え、排気ガス組成変化に対応した比熱比ＳＨＥＡＴＲを、過給判定手段（ステップ４８）が過給有りとした場合に設定する。このため、全開運転における慣性過給時や、過給機による過給時でも精度良くオーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出でき、アイドル運転時などにおいてチョークが発生した場合でも精度良く内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。
【０１３３】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中積算有効面積算出手段（ステップ２４）は、吸気バルブ開閉タイミングを算出する手段と、排気バルブ開閉タイミングを算出する手段と、からオーバーラップ量を算出し、このオーバーラップ量に応じて有効面積の積算値ＡＳＵＭＯＬを求める。このため、オーバーラップ量に基づいて積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出でき、物理式による計算を簡略化することができる。
【０１３４】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中積算有効面積算出手段（ステップ２４）は、吸気バルブリフト中の開口面積と排気バルブリフト中の開口面積とのいずれか一方の最小値を積分して、積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。このため、オーバーラップ期間の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬを１つのオリフィスとして疑似でき、排気系の状態と吸気系の状態とからこのオリフィスを通過する流量を簡略的に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気圧力推定装置及び内部ＥＧＲ量推定装置の構成図
【図２】排気圧力推定モデルを示す図
【図３】排気圧力算出の制御構成図
【図４】排気圧力の算出フローチャート
【図５】排気ガスガス定数算出テーブル
【図６】平方根算出テーブル
【図７】実験結果と排気圧力の算出結果との比較図
【図８】圧力損失と体積流量とを示す図
【図９】全圧力損失の算出結果を示す図
【図１０】レイノルズ数と体積流量とを示す図
【図１１】各パラメータを示す図
【図１２】各部位のレイノルズ数を示す図
【図１３】算出した排気圧力と、実験値による排気圧力との推定誤差率を示す図
【図１４】排気圧力に基づく点火時期・燃料噴射量の制御構成図
【図１５】内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図
【図１６】内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図
【図１７】排気バルブ閉弁時筒内ガス流量算出手段の制御構成図
【図１８】オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段の制御構成図
【図１９】排気ガス比熱比算出手段の制御構成図
【図２０】過給・チョーク判定手段の制御構成図
【図２１】内部ＥＧＲ率算出フローチャート
【図２２】内部ＥＧＲ量算出フローチャート
【図２３】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出フローチャート
【図２４】オーバーラップ中吹き返しガス量算出フローチャート
【図２５】過給判定・チョーク判定フローチャート
【図２６】過給無し・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローチャート
【図２７】過給無し・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローチャート
【図２８】過給有り・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローチャート
【図２９】過給有り・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローチャート
【図３０】排気バルブ閉弁時筒内容積算出テーブル
【図３１】オーバーラップ中積算有効面積算出テーブル
【図３２】オーバーラップ中積算有効面積の説明図
【図３３】排気ガス比熱比算出テーブル
【図３４】混合気比熱比算出テーブル
【符号の説明】
１  エンジン
５  吸気バルブ
６  排気バルブ
１０  吸気圧力センサ
１２  排気温度センサ
１３  Ｏ２センサ
１４  クランク角センサ
１５  水温センサ
１６  吸気側カム角センサ
１７  排気側カム角センサ
１８  アクセル開度センサ
２５  第１触媒
２６  第２触媒
２７  大気圧力センサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
2004346865.tif 000005
【図２】
2004346865.tif 000006
【図３】
2004346865.tif 000007
【図４】
2004346865.tif 000008
【図５】
2004346865.tif 000009
【図６】
2004346865.tif 000010
【図７】
2004346865.tif 000011
【図８】
2004346865.tif 000012
【図９】
2004346865.tif 000013
【図１０】
2004346865.tif 000014
【図１１】
2004346865.tif 000015
【図１２】
2004346865.tif 000016
【図１３】
2004346865.tif 000017
【図１４】
2004346865.tif 000018
【図１５】
2004346865.tif 000019
【図１６】
2004346865.tif 000020
【図１７】
2004346865.tif 000021
【図１８】
2004346865.tif 000022
【図１９】
2004346865.tif 000023
【図２０】
2004346865.tif 000024
【図２１】
2004346865.tif 000025
【図２２】
2004346865.tif 000026
【図２３】
2004346865.tif 000027
【図２４】
2004346865.tif 000028
【図２５】
2004346865.tif 000029
【図２６】
2004346865.tif 000030
【図２７】
2004346865.tif 000031
【図２８】
2004346865.tif 000032
【図２９】
2004346865.tif 000033
【図３０】
2004346865.tif 000034
【図３１】
2004346865.tif 000035
【図３２】
2004346865.tif 000036
【図３３】
2004346865.tif 000037
【図３４】
2004346865.tif 000038