(57)【要約】【課題】機関が過渡状態にある場合においても、筒内温度ＴＥＶＣまたはバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを精度良く推定して、内部ＥＧＲ量をより精度良く推定する。【解決手段】排気バルブ閉弁時の筒内温度推定値ＴＥＶＣ、筒内圧力、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し、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。ここで筒内温度推定値ＴＥＶＣは、機関の定常状態での筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣを算出し、筒内平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせて算出する。そして、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。【選択図】  図３１
2004225650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気バルブ閉弁時の筒内温度を推定する手段と、
排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
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手段と、
少なくとも前記筒内温度、前記筒内圧力、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、
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量を算出する手段と、
を含んで構成され、
前記筒内温度推定手段は、
機関運転状態に基づいて定常状態での筒内温度である筒内平衡温度を算出する手段と、
前記筒内平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせて筒内温度推定値を算出する手段と、
を含んで構成され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２】
前記筒内平衡温度算出手段は、機関での発熱量に関するパラメータに基づいて所定時間毎の発熱量を算出する手段と、所定時間毎の発熱量に基づいて筒内平衡温度を推定する手段と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項３】
前記筒内温度推定値算出手段は、前記筒内平衡温度と前回の筒内温度推定値との差分を算出する手段と、前回の筒内温度推定値に前記差分の所定割合を加算して一次遅れにより筒内温度推定値を更新する手段と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項４】
前記筒内温度推定値更新手段は、燃料噴射のサイクル毎に筒内温度推定値を更新することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項５】
前記筒内温度推定値算出手段は、機関の始動時に機関冷却水温度に基づいて筒内温度推定値を初期設定する初期設定手段を含んで構成され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内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項６】
排気バルブ及び吸気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング可変機構と、
バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミングを算出する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度を推定する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
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手段と、
少なくとも前記筒内温度、前記筒内圧力、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、
前記バルブタイミング算出手段により算出される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、
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量を算出する手段と、
を含んで構成され、
前記バルブタイミング算出手段は、
バルブ温度を推定する手段と、
バルブ温度の推定値に応じてバルブクリアランスを推定する手段と、
バルブクリアランスによるバルブタイミングを補正する手段と、
を含んで構成され、
前記バルブ温度推定手段は、
機関運転状態に基づいて定常状態でのバルブ温度であるバルブ平衡温度を算出する手段と、
前記バルブ平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせてバルブ温度推定値を算出する手段と、
を含んで構成され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】
前記バルブ平衡温度算出手段は、機関での発熱量に関するパラメータに基づいて所定時間毎の発熱量を算出する手段と、所定時間毎の発熱量に基づいてバルブ平衡温度を推定する手段と、を含んで構成され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】
前記バルブ温度推定値算出手段は、前記バルブ平衡温度と前回のバルブ温度推定値との差分を算出する手段と、前回のバルブ温度推定値に前記差分の所定割合を加算して一次遅れによりバルブ温度推定値を更新する手段と、を含んで構成されることを特徴とする請求項６または請求項７記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項９】
前記バルブ温度推定値更新手段は、燃料噴射のサイクル毎にバルブ温度推定値を更新することを特徴とする請求項８記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項１０】
前記バルブ温度推定値算出手段は、機関の始動時に機関冷却水温度に基づいてバルブ温度推定値を初期設定する初期設定手段を含んで構成されることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項１１】
前記バルブ温度推定手段、前記バルブクリアランス推定手段、及びバルブタイミング補正手段は、吸気バルブ及び排気バルブの各々について独立して設けられることを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項１２】
バルブタイミング補正手段は、
所定条件下でバルブの動作振動に基づいて実バルブタイミングを算出する手段と、
所定条件下でのバルブクリアランスによる補正後のバルブタイミングを推定する手段と、
前記実バルブタイミングと前記推定バルブタイミングとの誤差を算出する手段と、
前記誤差に基づいてバルブタイミング補正学習値を算出する手段と、
を備え、
バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値により補正することを特徴とする請求項６〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項１３】
前記バルブの動作振動は、ノックセンサにより検出することを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項１４】
前記排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は、
排気バルブ閉弁時の筒内容積を算出する手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内温度推定手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
【請求項１５】
前記オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は、
前記排気バルブ閉弁時筒内温度推定手段と、
前記排気バルブ閉弁時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有効面積積算値を算出する手段と、
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１〜請求項１４のいずれか１つに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、内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から火花点火式内燃機関では、燃焼ガス中の不活性成分増大化による燃焼温度抑制によるＮＯｘ（窒素酸化物）の低減と、ポンプロスの低減による燃費低減とを図るために、可変動弁機構を利用して、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量を拡大し、内部ＥＧＲ量を増加させるものがある。この場合、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補正する制御を行うことが望ましい。
【０００３】
特許文献１には、オーバーラップ無し条件での機関の運転状態（負荷・回転数・空燃比・ＥＧＲ率・吸気負圧など）から内部ＥＧＲ量の基本値を算出し、オーバーラップ時には、オーバーラップ時間とその中心クランク角位置、及び吸気圧に基づいて算出したオーバーラップによる増量補正分を、基本値に加算して内部ＥＧＲ量を算出することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２２１１０５号公報
【０００５】
【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、機関の運転状態が変化し、負荷・回転数・燃焼空燃比・吸気負圧などの組み合わせが変化するため、オーバーラップ量の補正により内部ＥＧＲ量を一義的に推定することは困難であった。
【０００６】
また、機関の定常状態における排気温度から筒内温度を推定して、これにより内部ＥＧＲ量の推定精度を向上させることも考えられるが、始動時、加速時、燃料カット等の過渡状態においては温度の上昇・下降が早く、筒内温度の推定精度が十分ではないため、内部ＥＧＲ量算出値に対する実内部ＥＧＲ量の誤差が大きくなるおそれがあった。
【０００７】
さらに、始動後の冷機中、減速時燃料カット運転後、高速高負荷運転時の高水温時においては、バルブやシリンダヘッドなどの温度変化によりバルブ構成部品（特にシャフト部）が熱膨張することで、バルブクリアランスが変化し、カム捻り角度に基づく弁開閉時期が実際の弁開閉時期と異なり、内部ＥＧＲ量算出値に対する実内部ＥＧＲ量の誤差が大きくなるおそれがあった。
【０００８】
ここで、排気温度及びバルブ温度を温度センサの出力に基づいて検出することにより内部ＥＧＲ量の推定精度を向上させることも可能であるが、センサ付加によりコストが増大し、センサの応答遅れが生じた場合には、誤差が生じてしまう。また、温度センサを設けずに、燃料噴射量に応じて排気温度及びバルブ温度を推定することも可能であるが、これらの推定温度は、機関の発熱量と放熱量との収支がバランスする平衡状態での温度であり、推定温度が平衡とならない過渡状態においては、推定温度に誤差が生じ、内部ＥＧＲ量算出値に対する実内部ＥＧＲ量の誤差が大きくなるおそれがあった。このため、実際の点火時期や要求噴射量を満足できず、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、機関の過渡状態においても内部ＥＧＲ量の推定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】
このため本発明では、排気バルブ閉弁時の筒内温度推定値、筒内圧力、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し、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。ここで筒内温度推定値は、機関の定常状態での筒内平衡温度を算出し、筒内平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせて算出する。そして、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。
【００１１】
また本発明では、バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミング（排気バルブ閉時期、吸気バルブ開時期等）を算出するが、バルブ温度及びバルブクリアランスを推定し、バルブクリアランスによりバルブタイミングを補正する。ここで、バルブ温度推定値は、機関の定常状態でのバルブ平衡温度を算出し、バルブ平衡温度の変化に対し時間遅れを持たせて算出する。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度及び筒内圧力と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数とを算出し、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し、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。そして、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、過渡状態においても、筒内温度またはバルブ温度を精度良く推定でき、内部ＥＧＲ量をより精度良く推定することができ、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・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、内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置のシステム構成図である。
【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とを備えている。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バルブタイミング可変機構の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】
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（ＥＣＵ）３０により制御される。
【００１７】
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。
【００１８】
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７にて排気圧力を検出する排気圧力センサ１１、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、エンジン１の振動（特にノッキング振動）を検出するノックセンサ２５の出力信号もＥＣＵ３０に入力され、これらの状態を検出可能である。なおノックセンサ２５は、吸気バルブ５及び排気バルブ６の動作振動（着座振動など）を検出可能である。
【００１９】
さらにスタータスイッチ２６によるＯＮ−ＯＦＦ信号もＥＣＵ３０に入力される。
次に、ＥＣＵ３０が行う内部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ率の推定について以下に説明する。図２〜図１４は制御構成図であり、図１５〜図３２は制御フローチャートであり、図３３〜図３９及び図４２は各値を求めるテーブルであり、図４０及び図４１はバルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図である。
【００２０】
内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲの算出について、図２の内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図と、図１５の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ算出フローとを用いて説明する。
【００２１】
図２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。
【００２２】
図１５のステップ１（図では「Ｓ１」と記す。以下同様）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。
【００２３】
ステップ２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。
【００２４】
なお、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡは、理論空燃比（ストイキ）を１４．７とすると、目標燃焼空燃比より次式により表され、目標燃焼空燃比がストイキのときに１となる。
【００２５】
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／目標燃焼空燃比・・・（１）
ステップ３では、後述する図１５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。
【００２６】
ステップ４では、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）を次式により算出し、処理を終了する。
ＭＲＥＳＦＲ＝ＭＲＥＳ／｛ＭＲＥＳ＋ＭＡＣＹＬ×（１＋ＴＦＢＹＡ／１４．７）｝・・・（２）
ここで、ステップ３の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの算出について、図３の内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図と、図１５の内部ＥＧＲ量算出フローとを用いて説明する。
【００２７】
図３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。
【００２８】
図１６のステップ５では、後述する図１７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。
【００２９】
ステップ６では、後述する図１８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。
【００３０】
ステップ７では、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を次式により算出する。
【００３１】
ＭＲＥＳ＝ＭＲＥＳＣＹＬ＋ＭＲＥＳＯＬ・・・（３）
ここで、ステップ５の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬの算出について、図４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１７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。
【００３２】
図４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。
【００３３】
図１７のステップ８では、後述する図２４のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを求める。
ステップ９では、図３３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。図３３は、排気ガスガス定数ＲＥＸ算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガスのガス定数ＲＥＸを示している。なお、図３３中の点線はストイキを示している。
【００３４】
ステップ１０では、後述する図３１に示すフローに従って、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣを推定する。
ステップ１１では、排気圧力センサ１１の信号に基づいて検出された排気圧力に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣは、混合気体積と排気系の管内抵抗とで決まるため、混合気体積流量に応じたテーブルから求めてもよい。
【００３５】
ステップ１２では、ステップ８〜ステップ１１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。
【００３６】
ＭＲＥＳＣＹＬ＝（ＰＥＶＣ×ＶＥＶＣ）／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）・・・（４）
ここで、図１６のステップ６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５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１８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。
【００３７】
図５では、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。オーバーラップ中有効面積算出手段は、後述する図３９に従って、有効面積ＡＳＵＭＯＬ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。
【００３８】
図１８のステップ１３では、後述する図２９のフローチャートに従って、オーバーラップ中有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。
ステップ１４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。
【００３９】
ステップ１５では、図３４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６に示す。
図６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。
【００４０】
図３４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１５のステップ２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡと、図１７のステップ１０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。
【００４１】
ステップ１６では、後述する図７の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図１９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。
【００４２】
ステップ１７では、ステップ１６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１８へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧが０でない場合は、ステップ２１へ進む。
【００４３】
ステップ１８では、ステップ１６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１９へ進み、後述する図２０のフローから、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ガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４４】
一方、ステップ１８で、ステップ１６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２０へ進み、後述する図２１のフローから、過給無し・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。
【００４５】
また、ステップ１７で、ステップ１６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２１でチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ２２へ進み、後述する図２２のフローから、過給有り・チョーク無し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。
【００４６】
一方、ステップ２１で、ステップ１６でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが１の場合は、ステップ２３へ進み、後述する図２３のフローから、過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４７】
ステップ１９，２０，２２，２３で吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出した後は、ステップ２４へ進む。
ステップ２４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。
【００４８】
ＭＲＥＳＯＬ＝（ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ×ＡＳＵＭＯＬ×６０）／（ＮＲＰＭ×３６０）・・・（５）
ここで、ステップ１６における過給・チョーク判定について、図７の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図１９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。
【００４９】
図７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。
【００５０】
図１９のステップ２５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１７のステップ１１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。
【００５１】
ＰＩＮＢＹＥＸ＝ＰＩＮ／ＰＥＶＣ・・・（６）
ステップ２６では、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下であるか否か、すなわち過給状態を判断する。
【００５２】
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下の場合、すなわち過給無しの場合は、ステップ２７へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧを０に設定し、ステップ３０へ進む。
【００５３】
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１より大きい場合、すなわち過給有りの場合は、ステップ２８へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧを１に設定し、ステップ２９へ進み、図１８のステップ１５で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを、図３５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（ＳＨＥＡＴＲ＝ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ）。
【００５４】
図３５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１５のステップ２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。
【００５５】
そして、ステップ２９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（ＳＨＥＡＴＲ＝ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ）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。
【００５６】
ステップ３０では、ステップ１５またはステップ２９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。
【００５７】
ＳＬＣＨＯＫＥＬ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝・・・（７ａ）
ＳＬＣＨＯＫＥＨ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛−ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝・・・（７ｂ）
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。
【００５８】
また、ステップ３０において、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め、（７ａ），（７ｂ）式の計算結果を、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。
【００５９】
ステップ３１では、ステップ２５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。
【００６０】
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３２へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを０に設定する。
【００６１】
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３３へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを１に設定する。
【００６２】
また、図１８のステップ１９の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２０の過給無し・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を用いて説明する。
【００６３】
ステップ３４では、図１７のステップ９で算出された排気ガスのガス定数ＲＥＸと、ステップ１０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。
【００６４】
ＭＲＳＯＬＤ＝ＳＱＲＴ｛１／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）｝・・・（８）
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、（８）式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。
【００６５】
ステップ３５では、図１８のステップ１５で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、図１９のステップ２５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。
【００６６】
ＭＲＳＯＬＰ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］・・・（９）
ステップ３６では、図１７のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図２０のステップ３４とステップ３５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。
【００６７】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝１．４×ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰ・・・（１０）
また、ステップ２０の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐについて、図２１の過給無し・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。
【００６８】
ステップ３７では、図２０のステップ３４と同じく、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを前述の（８）式より算出する。
ステップ３８では、図１８のステップ１５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。
【００６９】
ＭＲＳＯＬＰＣ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ×｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝］・・・（１１）
なお、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め（１１）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。
【００７０】
ステップ３９では、図１７のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図２１のステップ３７で算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤと、ステップ３８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。
【００７１】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰＣ・・・（１２）
また、ステップ２２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２２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。
【００７２】
ステップ４０では、図１９のステップ２９で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、ステップ２５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。
【００７３】
ＭＲＳＯＬＰＴ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］・・・（１３）
なお、制御の構成上、累乗計算が困難な場合は、予め（１３）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。
【００７４】
ステップ４１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４０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。
【００７５】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１５２×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＴ・・・（１４）
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。
【００７６】
また、ステップ２３の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２３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。
【００７７】
ステップ４２では、図２１のステップ３８と同じく、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを（１１）式またはマップから求める。
ステップ４３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。
【００７８】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１０８×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＣ・・・（１５）
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。
【００７９】
ここで、ステップ１９，２０，２２，２３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２４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１６のステップ６からステップ７へ進み、前述のステップ７で内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。そして、図１５のステップ３からステップ４へ進み、前述の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出して、処理を終了する。
【００８０】
また、図１７のステップ８の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣの算出について、図８の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出の制御構成図と、図２４の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出フローとを用いて説明する。
【００８１】
図８に示す排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は、後述する排気バルブタイミング変化量算出手段の算出値ＶＴＥＯＦＳに基づいて、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを算出する。
【００８２】
図２４のステップ４４では、後述する図２５のフローチャートに従って、オーバーラップ増大側、すなわち排気バルブ閉弁時が遅くなる方への変化量である排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【００８３】
ステップ４５では、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳに応じて、図３６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３６は、排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出テーブルであり、横軸は排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、横軸は排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを示している。
【００８４】
なお、排気バルブ閉弁時のピストン２の位置と筒内容積ＶＥＶＣとの関係を変化させる機構を有するエンジンにおいては、それら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てもよい。
【００８５】
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てもよい。
ここで、図２４のステップ４４の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳの算出について、図９の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳの算出の制御構成図と、図２５の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ算出フローとを用いて説明する。
【００８６】
図９では、排気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及び排気側カム角センサ１７の信号から、両者の相対関係に応じて検出される排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値ＶＣＬＥに基づいて、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを算出する。そして排気バルブタイミング変化量算出手段が、これらの算出値ＶＴＣＮＯＷＥ、ＶＴＣＬＥとバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値ＶＴＨＯＳＥとに基づいて、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【００８７】
図２５のステップ４６では、クランク角センサ１４及び排気側カム角センサ１７の信号に基づいて、排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。
【００８８】
ステップ４７では、後述する図２６のフローチャートに従って、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを算出する。
ステップ４８では、排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥに応じて、図３７（イ）に示すテーブルから排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを求める。
【００８９】
図３７（イ）は、排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥ算出テーブルであり、横軸は排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、縦軸は基準クリアランス量（定常状態時）でのバルブタイミングに対する排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを示している。これによると、排気バルブ６のクリアランス量ＶＣＬＥが小さくなると（左側へ向かうと）、閉弁時期がＶＴＣＬＥ分遅くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【００９０】
図２５のステップ４９では、後述する図２７のフローチャートに従って、バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを算出する。
ステップ５０では、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを、排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥ、バルブ温度ＶＴＭＰＥによるバルブクリアランス量ＶＣＬＥの変化に基づく排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥ、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量ＶＣＬＥの変化の学習値に基づく排気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを加算することにより、次式により求める。
【００９１】
ＶＴＥＯＦＳ＝ＶＴＣＮＯＷＥ＋ＶＴＣＬＥ＋ＶＴＨＯＳＥ・・・（１６）
ここで、ステップ４７のバルブクリアランス量ＶＣＬＥの算出について、図１０の排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥ算出の制御構成図と、図２６のバルブクリアランス量ＶＣＬＥ算出フローとを用いて説明する。
【００９２】
図１０のバルブクリアランス量算出手段は、エアフロメータ９の信号に基づき算出される吸入新気量ＭＡＣＹＬに応じた燃料噴射量から、バルブ温度ＶＴＭＰＥを算出するバルブ温度算出手段の算出値に基づいて、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを算出する。ここで、バルブ温度算出手段は、後述する図３１の温度算出フローに従いバルブ温度ＶＴＭＰＥを算出する。なお、最終的な燃料噴射量ＴＩは、エアフロメータ９により検出される実際の吸入新気量（質量）ＭＡＣＹＬに基づき、ストイキ相当の基本燃料噴射量ＴＰ＝Ｋ×ＭＡＣＹＬ／ＮＲＰＭ（Ｋは定数）を定め、これを次式のように、目標空燃比に対応する目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡより補正し、または空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡにより補正して算出する。
【００９３】
ＴＩ＝ＴＰ×ＴＦＢＹＡ×ＬＡＭＢＤＡ・・・（１７）
図２６のステップ５１では、後述する図３１のバルブ温度算出フローに従い、バルブ温度ＶＴＭＰＥを算出する。なお本フローでは、吸気バルブ５と排気バルブ６とについて各々独立して算出しているが、処理は同様であるため、排気バルブ６について説明する。
【００９４】
ステップ５２では、次式により、排気バルブ温度ＶＴＭＰＥに応じて、暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐを算出する。
ＶＣＬＥｔｍｐ＝−ＫＶＴＭＰＥ×（ＶＴＭＰＥ−９０）＋ＶＣＬＳＴＤＥ・・・（１８）
ここで、−ＫＶＴＭＰＥは、排気バルブ６の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ６の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他の部分（例えばシリンダヘッド等）の膨張は考慮しないようにして決められる。ＶＣＬＳＴＤＥは、基準温度（ここでは９０℃）における基準バルブクリアランス量である。なおバルブ温度ＶＴＭＰＥが上昇すれば、クリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐが小さくなる。
【００９５】
ステップ５３では、暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐが０以上であるか否かを判断する。ＶＣＬＥｔｍｐが０以上（ＶＣＬＥｔｍｐ≧０）の場合には、ステップ５５へ進む。一方、ＶＴＣＬＥｔｍｐが０未満（ＶＣＬＥｔｍｐ＜０）の場合には、ステップ５４へ進み、ＶＣＬＥｔｍｐ＝０としてステップ５５へ進む。これはバルブクリアランス量ＶＣＬＥが負の値にはならないためである。
【００９６】
ステップ５５では、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐに置き換える（ＶＣＬＥ＝ＶＣＬＥｔｍｐ）。
次に、図２５のステップ４９のバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥの算出について、図１１のバルブタイミング補正学習値算出の制御構成図と、図２７のバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ算出フローとを用いて説明する。
【００９７】
図１１では、バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及びカム角センサ１７の信号からバルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。バルブ閉弁時期推定値算出手段が、バルブタイミング基本変化量ＶＴＣＮＯＷＥと、バルブタイミング変化量補正量算出手段の算出値ＶＴＣＬＥとに基づいて、バルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥを算出する。一方、バルブ閉弁時期実際値算出手段がバルブ閉弁時期実際値判定手段と、クランク角センサ１４及びノックセンサ２５の信号からバルブ閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥを算出する。そして、バルブタイミング補正学習値算出手段が、バルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥ及びバルブ閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥに基づいてバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを算出する。
【００９８】
図２７のステップ５６では、後述する図２８のフローチャートに従って、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを算出する。
ステップ５７では、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥが１であるか否かを判断する。これにより、バルブ閉弁時期を適切に検出できる状態であるか否かを判断する。フラグＦＶＴＨＯＳＥ＝１の場合には、ステップ５８へ進む。一方、フラグＦＶＴＨＯＳＥ＝０の場合には、リターンとなる。
【００９９】
ステップ５８では、排気バルブ６が着座するときに生じる振動を検知するノックセンサ２５の信号と、クランク角センサ１４の信号との相対関係により、実際のバルブ６の着座時期、すなわち閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥ（ｄｅｇＡＴＤＣ）を算出する。
【０１００】
ステップ５９では、バルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥを、バルブ閉弁時期ＶＣＬＴＳＴＤＥと排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥとを加算することで、次式により算出する。
【０１０１】
ＶＣＬＴＥＥ＝ＶＣＬＴＳＴＤＥ＋ＶＴＣＬＥ（ｄｅｇＡＴＤＣ）・・・（１９）
ここでＶＣＬＴＳＴＤＥは、基準バルブクリアランス量（温間時におけるバルブクリアランス量）において、バルブタイミング基本変化量が０のときのバルブ閉弁時期である。
【０１０２】
ステップ６０では、暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐを、バルブ閉弁時期の実際値ＶＣＬＴＲＥと推定値ＶＣＬＴＥＥとの差（ＶＣＬＴＲＥ−ＶＣＬＴＥＥ）から算出する。
【０１０３】
ステップ６１では、暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐとバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥとの誤差の絶対値が所定値ＳＬＶＣＬ以上であるか否かを判断する。誤差の絶対値が所定値ＳＬＶＣＬ以上である場合には、ステップ６２へ進む。一方、所定値ＳＬＶＣＬ以下である場合には、リターンとなる。
【０１０４】
ステップ６２では、バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥに暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐを代入する（ＶＴＨＯＳＥ＝ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ）。
【０１０５】
ここで、誤差が正側に大きくなれば、実際のバルブ閉時期はさらに遅れるため、この誤差分は、バルブタイミング変化量に加算すればよい。ただし、実際はこの誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランスが拡大し、実際のバルブ閉時期が早まるため、負の値を示し、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【０１０６】
ここで、ステップ５６のバルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥの算出について、図２８のバルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥ算出フローを用いて説明する。
【０１０７】
ステップ６３でバルブタイミング基本変化量が０（ＶＴＣＮＯＷ＝０）と判断され、ステップ６４で水温が所定水温ＶＴＨＯＳＴＷ以上であると判断され、ステップ６５で回転数が所定回転数ＶＴＨＯＳＮＥ以下と判断され、ステップ６６でスロットル開度が所定開度ＶＴＨＯＳＴＶＯ以下と判断されたとき、ステップ６７において、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを１にする（ＦＶＴＨＯＳＥ＝１）。これは、バルブタイミング実際値ＶＣＬＴＲＥを算出するのに適した運転状態であるかを推定するためである。
【０１０８】
一方、ステップ６３〜ステップ６６までのいずれか１つでも成立しない場合には、ステップ６８へ進み、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを０にする（ＦＶＴＨＯＳＥ＝０）。これらの条件を満たさない場合には、バルブタイミング実際値ＶＣＬＴＲＥの算出に適した状態にないためである。
【０１０９】
次に、図１８のステップ１３のオーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬの算出について、図１２のオーバーラップ中有効面積算出の制御構成図と、図２９のオーバーラップ中有効面積積算値算出フローとを用いて説明する。
【０１１０】
図１２のオーバーラップ中有効面積積算値算出手段は、吸気バルブタイミング変化量算出手段と排気バルブタイミング変化量算出手段との各算出結果に基づいて、オーバーラップ中有効面積算出値ＡＳＵＭＯＬを算出する。
【０１１１】
図２９のステップ６９では、後述する図３０のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳを算出する。
ステップ７０では、前述の図２５のフローチャートに従って、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【０１１２】
ステップ７１では、オーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬが、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳと排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳとに応じて、図３８に示すオーバーラップ中有効面積積算値算出マップから求められる。
【０１１３】
図３８は、オーバーラップ中の有効面積についての特性図であり、横軸は吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ、縦軸は排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを示している。吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳが大きくなると、オーバーラップ変化量が大きくなり、有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬが大きくなる。
【０１１４】
ここで、図３９は、オーバーラップ中の有効面積積算値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有効面積積算値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）となる。このようにして、オーバーラップ中有効面積積算値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形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できる。
【０１１５】
次に、図２９のステップ６９の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳの算出について、図１３の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ算出の制御構成図と、図３０の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ算出フローとを用いて説明する。なお、吸気バルブ５は、オーバーラップ量が大きくなるよう、すなわち開弁時期が早くなる場合について説明している。
【０１１６】
図１３では、吸気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及び吸気側カム角センサ１６の信号から吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値ＶＣＬＩに基づいて、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを算出する。そして、吸気バルブタイミング変化量算出手段が吸気バルブタイミング基本変化量ＶＴＣＮＯＷ、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ、及びバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値ＶＴＨＯＳＩに基づいて、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【０１１７】
図３０のステップ７２では、クランク角センサ１４及び吸気側カム角センサ１６の信号に基づいて、吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷを算出する。
【０１１８】
ステップ７３では、前述の図２６のフローチャートに従って、バルブ温度ＶＴＭＰＩから吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩを算出する。ここで、ステップ５２で算出される暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＩｔｍｐは、吸気バルブ温度ＶＴＭＰＩに応じて暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＩｔｍｐを次式により算出する。
【０１１９】
ＶＣＬＩｔｍｐ＝−ＫＶＴＭＰＩ×（ＶＴＭＰＩ−９０）＋ＶＣＬＳＴＤＩ・・・（２０）
ここで、−ＫＶＴＭＰＩは、吸気バルブ５の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ５の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他の部分（例えばシリンダヘッド等）の膨張は考慮しないようにして決められる。ＶＣＬＳＴＤＩは、基準バルブクリアランス量（温間時（約９０℃）におけるクリアランス量）である。
【０１２０】
ステップ７４では、吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩに応じて、前述の図３７（ロ）に示すテーブルから吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを求める。
【０１２１】
図３７（ロ）は、吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ算出テーブルであり、横軸は吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩ、縦軸は基準クリアランス量でのバルブタイミングに対する吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを示している。これによると、吸気バルブ５のクリアランス量ＶＣＬＩが小さくなれば開弁時期がＶＴＣＬＩ分早くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【０１２２】
ステップ７５では、前述の図２７のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＩを算出する。ここで、図２７のステップ５８では、吸気バルブ５がバルブシートから離れるとき、すなわち吸気バルブ５のリフターがカムと衝突するときの振動を検知するノックセンサ２５の信号と、クランク角センサ１４の信号との相対関係によりバルブリフト時期、すなわち開弁時期実際値ＶＣＬＴＲＩ（ｄｅｇＢＴＤＣ）を算出する。
【０１２３】
ステップ５９では、次式により、バルブ開弁時時期推定値ＶＣＬＴＳＴＤＩにバルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを加算することで、バルブ開弁時期推定値ＶＣＬＴＥＩを算出する。
【０１２４】
ＶＣＬＴＥＩ＝ＶＣＬＴＳＴＤＩ＋ＶＴＣＬＩ（ｄｅｇＢＴＤＣ）・・・（２１）
ここで、バルブ開弁時時期推定値ＶＣＬＴＳＴＤＩは、基準バルブクリアランス量（温間時）における吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）が０のときのバルブ開弁時期である。
【０１２５】
ステップ６０にて暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＩｔｍｐをＶＣＬＴＲＩ−ＶＣＬＴＥＩに応じて算出しているが、この誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランス量が拡大し、実際の開弁時期が遅くなるため、負の値を示す。このとき、開弁時期は遅れるため、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【０１２６】
ステップ７６では、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳを、吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷ、吸気バルブ５のバルブ温度ＶＴＭＰＩによるバルブクリアランス量ＶＣＬＩの変化に基づく吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量ＶＣＬＩの変化の学習値に基づく吸気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＩを加算することで、次式により算出する。
【０１２７】
ＶＴＩＯＦＳ＝ＶＴＣＮＯＷ＋ＶＴＣＬＩ＋ＶＴＨＯＳＩ・・・（２２）
ここで、図４０は、排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図であり、図４１は、吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図である。
【０１２８】
図４０では、排気バルブタイミング変化量は、進角側（時計回り）を正方向としている。また図４１では、吸気バルブタイミング変化量は、遅角側（反時計回り）を正方向としている。吸気バルブ５及び排気バルブ６のいずれもオーバーラップ量を拡大する方向である。
【０１２９】
次に、図１７のステップ１０の排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣの算出と、図２６のステップ５１の排気バルブ温度ＶＴＭＰＥ及び吸気バルブ温度ＶＴＭＰＩの算出とについて、図１４の温度ＴＥＶＣ、ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩ算出の制御構成図と、図３１の温度ＴＥＶＣ、ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩ算出フローとを用いて説明する。
【０１３０】
図１４の平衡温度算出手段が、機関運転状態に基づいて、定常状態での筒内温度またはバルブ温度である筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣまたは排気バルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、吸気バルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＩを算出する。そして、差分演算手段が、前サイクルにおける筒内温度ＴＥＶＣ（−１）、排気バルブ温度ＶＴＭＰＥ（−１）、吸気バルブ温度ＶＴＭＰＩ（−１）と、筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣ、排気バルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、吸気バルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＩとの差分ＴＤＥＶＣ、ＶＴＭＰＤＥ、ＶＴＭＰＤＩを各々算出する。一方、応答性算出手段が筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ温度ＶＴＭＰＥ、及び吸気バルブ温度ＶＴＭＰＩの各々の所定割合ＫＴＥＶＣ、ＫＶＴＭＰＥ、ＫＶＴＭＰＩを算出する。そして、積算演算手段が、差分演算手段の差分値ＴＤＥＶＣ、ＶＴＭＰＤＥ、ＶＴＭＰＤＩに応答性算出手段の所定割合ＫＴＥＶＣ、ＫＶＴＭＰＥ、ＫＶＴＭＰＩを積算する。そして、加算演算手段が、前サイクルにおける各温度ＴＥＶＣ（−１）、ＶＴＭＰＥ（−１）、ＶＴＭＰＩ（−１）と、積算演算手段の積算値を加算する。
【０１３１】
図３１のステップ７７では、スタータスイッチ２６からＯＮ信号の入力があったか否かを判断する。ＯＮ信号の入力があった場合には、ステップ７８へ進み、筒内温度ＴＥＶＣ及びバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを、冷却水の温度ＴＷＮに設定し、初期化する。一方、ＯＦＦからＯＮへの切り換え時点でない場合には、ステップ７９へ進む。
【０１３２】
ステップ７９では、機関での所定時間毎の発熱量ＦＨＥＡＴ（ｃａｌ／ｓｅｃ）を、後述の図３２に示す発熱量算出フローより算出する。
ステップ８０では、発熱量ＦＨＥＡＴに応じて、図４２に示すテーブルから筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣ及びバルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩを求める。
【０１３３】
図４２は、各部平衡温度ＴＥＱＥＶＣ、ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩ算出テーブルであり、横軸は発熱量ＦＨＥＡＴ、縦軸は筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣ、排気バルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、及び吸気バルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＩを示している。
【０１３４】
ステップ８１では、次式のように、各部平衡温度ＴＥＱＥＶＣ、ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩと、前サイクルの各部温度ＴＥＶＣ（−１）、ＶＴＭＰＥ（−１）、ＶＴＭＰＩ（−１）との差分として、各部差分値ＴＤＥＶＣ、ＶＴＭＰＤＥ、ＶＴＭＰＤＩを算出する。
【０１３５】
ＴＤＥＶＣ＝ＴＥＱＥＶＣ−ＴＥＶＣ（−１）・・・（２３ａ）
ＶＴＭＰＤＥ＝ＶＴＭＰＥＱＥ−ＶＴＭＰＥ（−１）・・・（２３ｂ）
ＶＴＭＰＤＩ＝ＶＴＭＰＥＱＩ−ＶＴＭＰＩ（−１）・・・（２３ｃ）
ステップ８２では、クランク角センサ１４から燃料噴射のサイクル毎のＲＥＦ信号（例えば４気筒の場合は１８０°、６気筒の場合は１２０°）が入力された場合にのみステップ８３へ進む。
【０１３６】
ステップ８３では、次式のように、前サイクルの各部温度ＴＥＶＣ（−１）、ＶＴＭＰＥ（−１）、ＶＴＭＰＩ（−１）に、各部差分値ＴＤＥＶＣ、ＶＴＭＰＤＥ、ＶＴＭＰＤＩと、各部位に応じて個別に設定された応答性を示す割合ＫＴＥＶＣ、ＫＶＴＭＰＥ、ＫＶＴＭＰＩとを積算した値を加算することで、筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ温度ＶＴＭＰＥ、吸気バルブ温度ＶＴＭＰＩを算出する。
【０１３７】
ＴＥＶＣ＝ＴＥＶＣ（−１）＋ＴＤＥＶＣ×ＫＴＥＶＣ・・・（２４ａ）
ＶＴＭＰＥ＝ＶＴＭＰＥ（−１）＋ＶＴＭＰＤＥ×ＫＶＴＭＰＥ・・・（２４ａ）
ＶＴＭＰＩ＝ＶＴＭＰＩ（−１）＋ＶＴＭＰＤＩ×ＫＶＴＭＰＩ・・・（２４ａ）
ここで、応答性を示す割合ＫＴＥＶＣ、ＫＶＴＭＰＥ、ＫＶＴＭＰＩは、温度計測部位の比熱が小さいものほど、大きな値を設定し、各部平衡温度ＴＥＱＥＶＣ、ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩへの応答性を早くするよう個別に設定される。
【０１３８】
次に図３１のステップ７９の発熱量ＦＨＥＡＴの算出について、図３２の発熱量算出フローを用いて説明する。
ステップ８４では、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡが１より大きいか否か（ＴＦＢＹＡ＞１）、すなわち、空燃比がリッチであるか否かを判断する。リッチである場合（ＴＦＢＹＡ＞１）には、ステップ８５へ進み、発熱量計算用目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡＨＴを１とする。これは、空燃比がリッチであっても、実際の発熱に寄与するのは理論空燃比の時の発熱量と同じであるためである。一方、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡが１以下である場合（ＴＦＢＹＡ≦１）には、ステップ８６へ進み、発熱量計算用目標当量比ＴＦＢＹＡＨＴを目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡにする（ＴＦＢＹＡＨＴ＝ＴＦＢＹＡ）。
【０１３９】
ステップ８７では、発熱量ＦＨＥＡＴを次式により算出する。
ＦＨＥＡＴ＝（ＴＦＢＹＡＨＴ×ＨＢＮ−（ＴＦＢＹＡ−ＴＦＢＹＡＨＴ）×ＨＵＢＮ）×ＴＰ×ＮＲＰＭ×Ｋ・・・（２５）
ここで、ＨＢＮは、単位噴射パルス幅当たりの燃料が完全燃焼した場合の発熱量（ｃａｌ／ｓｅｃ）である。ＨＵＢＮは、単位噴射パルス幅当たりの燃料が完全に気化した場合の気化潜熱（ｃａｌ／ｓｅｃ）である。ＴＰは、１気筒１サイクル当たりのストイキ相当の基本噴射パルス幅（ｍｓ）を示し、吸入空気量に基づいて計算される値である。回転数ＮＲＰＭ（ｒｐｍ）は、クランク角センサ１４の信号に基づき計算される値である。Ｋは、一回転あたりに燃料を何回噴射しているのかを示す係数であり、４気筒の場合には２の値を代入し、６気筒の場合には３の値を代入するように、気筒数に応じて各値を代入する。
【０１４０】
本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣを推定する手段（ステップ１０，８３）と、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１１）と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数ＲＥＸを算出する手段（ステップ９）と、少なくとも筒内温度ＴＥＶＣ、筒内圧力ＰＥＶＣ、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１２）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２４）と、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を算出する手段（ステップ７）と、を含んで構成され、筒内温度推定手段は、機関運転状態に基づいて定常状態での筒内温度である筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣを算出する手段（ステップ８０）と、筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣの変化に対し時間遅れを持たせて筒内温度推定値ＴＥＶＣを算出する手段（ステップ８１〜８３）と、を含んで構成される。このため、特に、過渡運転状態においては、シリンダ内部の筒内温度ＴＥＶＣが刻々と変化するが、その変化していく筒内温度ＴＥＶＣの変化に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できるので、過渡運転時の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定精度を向上でき、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。そして、燃焼終了後のシリンダ内部の状態量（温度ＴＥＶＣ・圧力ＰＥＶＣ・ガス定数ＲＥＸ）に基づき、物理式から内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。さらに、温度・圧力変化による密度変化や、燃焼空燃比変化に伴うガス定数の変化による密度変化にも対応できる。
【０１４１】
また本実施形態によれば、筒内平衡温度算出手段は、機関での発熱量ＦＨＥＡＴに関するパラメータ（目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、基本噴射量ＴＰ、回転数ＮＲＰＭ）に基づいて所定時間毎の発熱量ＦＨＥＡＴを算出する手段（ステップ７９，８７）と、所定時間毎の発熱量ＦＨＥＡＴに基づいて筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣを推定する手段（ステップ８０）と、を含んで構成される。このため、全開運転時や始動直後でのリッチ燃焼時においても、酸化されない燃料分は発熱されず、この燃料分による筒内温度ＴＥＶＣの推定誤差の増大を防止でき、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳをより精度良く推定でき、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。
【０１４２】
また本実施形態によれば、筒内温度推定値算出手段は、筒内平衡温度ＴＥＱＥＶＣと前回の筒内温度推定値ＴＥＶＣ（−１）との差分ＴＤＥＶＣを算出する手段（ステップ８１）と、前回の筒内温度推定値ＴＥＶＣ（−１）に差分ＴＤＥＶＣの所定割合（ＴＤＥＶＣ×ＫＴＥＶＣ）を加算して一次遅れにより筒内温度推定値ＴＥＶＣを更新する手段（ステップ８２，８３）と、を含んで構成される。このため、燃料カットによって平衡温度が急変する場合や、始動時・加速時等、発熱量と放熱量のバランスが崩れる過渡中においても、筒内温度ＴＥＶＣの推定精度を向上でき、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳが精度良く推定でき、燃費・排気・運転性の悪化を未然に防止できる。
【０１４３】
また本実施形態によれば、筒内温度推定値更新手段は、燃料噴射のサイクル毎に筒内温度推定値を更新する（ステップ８２）。このため、筒内温度の上昇または下降は、クランク角センサ１４のＲＥＦ信号の入力により、燃焼による発熱量毎に行われ、過渡状態の現象に合わせた追随が可能となる。
【０１４４】
また本実施形態によれば、筒内温度推定値算出手段は、機関の始動時に機関冷却水温度ＴＷＮに基づいて筒内温度推定値ＴＥＶＣを初期設定する初期設定手段を含んで構成される（ステップ７８）。このため、エンジン停止中の筒内温度ＴＥＶＣは、ほぼ冷却水の温度ＴＷＮに収束するため、始動直後からの温度推定が可能となる。
【０１４５】
また本実施形態によれば、排気バルブ６及び吸気バルブ５の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング可変機構（可変動弁ソレノイド）２２，２３と、バルブタイミング可変機構２２，２３の開閉タイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、ＶＴＩＯＦＳに基づいてバルブタイミングを算出する手段と、バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣを推定する手段（ステップ１０，８３）と、バルブタイミング算出手段により算出される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１１）と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数ＲＥＸを算出する手段（ステップ９）と、少なくとも筒内温度ＴＥＶＣ、筒内圧力ＰＥＶＣ、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５，１２）と、バルブタイミング算出手段の算出結果に基づく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を算出する手段と（ステップ６，２４）、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を算出する手段（ステップ７）と、を含んで構成され、バルブタイミング算出手段は、バルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを推定する手段（ステップ５１）と、バルブ温度の推定値ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩに応じてバルブクリアランス量ＶＣＬＥを推定する手段（ステップ４７，５５）と、バルブクリアランス量ＶＣＬＥによりバルブタイミングを補正する手段（ステップ４８、４９）と、を含んで構成され、バルブ温度推定手段は、機関運転状態に基づいて定常状態でのバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩであるバルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩを算出する手段（ステップ８０）と、バルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩの変化に対し時間遅れを持たせてバルブ温度推定値ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを算出する手段（ステップ８１〜８３）と、を含んで構成される。このため、特に、過渡運転状態においては、排気バルブ６または吸気バルブ５のバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩが刻々と変化するが、その変化していくバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩの変化に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できるので、過渡運転時の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定精度を向上でき、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。
【０１４６】
また本実施形態によれば、バルブ平衡温度算出手段は、機関での発熱量ＦＨＥＡＴに関するパラメータ（目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、基本噴射量ＴＰ、回転数ＮＲＰＭ）に基づいて所定時間毎の発熱量ＦＨＥＡＴを算出する手段と、所定時間毎の発熱量ＦＨＥＡＴに基づいてバルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩを推定する手段（ステップ８０）と、を含んで構成される。このため、全開運転時や始動直後でのリッチ燃焼時においても、酸化されない燃料分は発熱されず、この燃料分によるバルブ温度の推定誤差の増大を防止でき、内部ＥＧＲ量をより精度良く推定でき、運転性の向上や燃費・排気の改善ができる。
【０１４７】
また本実施形態によれば、バルブ温度推定値算出手段は、バルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩと前回のバルブ温度推定値ＶＴＭＰＥ（−１）、ＶＴＭＰＥ（−１）との差分ＶＴＭＰＤＥ、ＶＴＭＰＤＩを算出する手段（ステップ８１）と、前回のバルブ温度推定値ＶＴＭＰＥ（−１）、ＶＴＭＰＥ（−１）に差分ＶＴＭＰＤＥ、ＶＴＭＰＤＩの所定割合（ＶＴＭＰＤＥ×ＫＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＤＩ×ＫＶＴＭＰＩ）を加算して一次遅れによりバルブ温度推定値ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを更新する手段（ステップ８２，８３）と、を含んで構成される。このため、燃料カットによってバルブ平衡温度ＶＴＭＰＥＱＥ、ＶＴＭＰＥＱＩが急変する場合や、始動時・加速時等、発熱量と放熱量のバランスが崩れる過渡中においても、バルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩの推定精度を向上でき、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳが精度良く推定でき、燃費・排気・運転性の悪化を未然に防止できる。
【０１４８】
また本実施形態によれば、バルブ温度推定値更新手段は、燃料噴射のサイクル毎にバルブ温度推定値ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを更新する（ステップ８２）。このため、バルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩの上昇または下降は、クランク角センサ１４のＲＥＦ信号の入力により、燃焼による発熱量毎に行われ、過渡状態の現象に合わせた追随が可能となる。
【０１４９】
また本実施形態によれば、バルブ温度推定値算出手段は、機関の始動時に機関冷却水温度ＴＷＮに基づいてバルブ温度推定値ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを初期設定する初期設定手段を含んで構成される（ステップ７８）。このため、エンジン停止中のバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩは、ほぼ冷却水の温度ＴＷＮに収束するため、始動直後からの温度推定が可能となる。
【０１５０】
また本実施形態によれば、バルブ温度推定手段（ステップ５１）、バルブクリアランス推定手段（ステップ４７）、及びバルブタイミング補正手段（ステップ４８，４９）は、吸気バルブ５及び排気バルブ６の各々について独立して設けられる。このため、吸気バルブ５と排気バルブ６との温度範囲が異なること及びバルブ５，６の材質が異なることが原因で、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩがそれぞれ異なる場合であっても、バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、ＶＴＩＯＦＳを算出し、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、吸気・排気カムプロフィールの設計により、バルブタイミングが異なる場合であっても、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩに応じたバルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩを考慮したバルブタイミングが算出でき、精度良く内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定ができる。
【０１５１】
また本実施形態によれば、バルブタイミング補正手段は、所定条件下（ステップ６３〜ステップ６６）でバルブ５，６の動作振動に基づいて実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩを検出する手段（ステップ５８）と、所定条件下（ステップ６３〜ステップ６６）でのバルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩによる補正後のバルブタイミングを推定する手段（ステップ５９）と、実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩと推定バルブタイミングＶＣＬＴＥＥ、ＶＣＬＴＥＩとの誤差ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ、ＶＴＨＯＳＩｔｍｐを算出する手段（ステップ６０）と、誤差ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ、ＶＴＨＯＳＩｔｍｐに基づいてバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩを算出する手段（ステップ４９）とを備え、バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩにより補正する（ステップ５０）。このため、バルブ５，６の振動を精度良く検出できる領域（着座ノイズが精度良く検出できる低回転域、ノックが発生しない低負荷域、バルブタイミング誤差が生じにくいバルブタイミング基本変化量が０且つ暖機後の領域）で実バルブタイミング（バルブ閉時期実際値）ＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩを検出できる。そして、バルブ振動の検出値に基づく実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩと、推定バルブタイミング（バルブ閉時期推定値）ＶＣＬＴＥＥ、ＶＣＬＴＥＩとの誤差分は、摩耗によるものであり、この摩耗分は、全運転領域においてバルブタイミングに一律に影響を与えるものであるため、この誤差分を事前に補正することで経時劣化による誤差を防止できる。
【０１５２】
また本実施形態によれば、実バルブタイミング算出手段（ステップ５８）は、バルブの動作振動を、ノックセンサ２５により検出する。このため、既存のノックセンサ２５の入力により実バルブタイミングの動作振動を検出でき、コスト削減が図れる。
【０１５３】
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は、排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを算出する手段（ステップ８，４５）と、排気バルブ閉弁時筒内温度推定手段（ステップ１０，８３）と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段（ステップ１１）と、ガス定数算出手段（ステップ９）と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する（ステップ２４）。このため、さらに排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを考慮して、シリンダ内部の状態量（容積ＶＥＶＣ・温度ＴＥＶＣ・圧力ＰＥＶＣ・ガス定数ＲＥＸ）に基づき、物理式から内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、多次元パラメータを含む制御構築であっても、各パラメータに応じ、物理式に基づいて内部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。
【０１５４】
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（ステップ６，２４）は、排気バルブ閉弁時筒内温度推定手段（ステップ１０，８３）と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段（ステップ１１）と、ガス定数算出手段（ステップ９）と、吸気圧力ＰＩＮを算出する手段（ステップ２５）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１５，２９）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有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬを算出する手段（ステップ１３）と、機関回転数ＮＲＰＭを算出する手段（ステップ１４）と、過給ＴＢＣＲＧ及びチョークＣＨＯＫＥの有無を判定する手段（ステップ１７，１８，２０）と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。このため、オーバーラップ中の状態量（回転数ＮＲＰＭ、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲ、過給ＴＢＣＲＧ、チョークＣＨＯＫＥ）に応じて、吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを精度良く算出できる。そして、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オーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出できる。
【０１５５】
なお、本実施形態では、吸気バルブ５と排気バルブ６との双方にバルブタイミング可変機構を設けるものとしたが、これに限定されず、吸気バルブ５と排気バルブ６とのいずれかのリフト特性が可変であり、以ってバルブオーバーラップ量が可変となるものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部ＥＧＲ量推定装置のシステム構成図
【図２】内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図
【図３】内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図
【図４】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図
【図５】オーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図
【図６】排気ガス比熱比算出手段の制御構成図
【図７】過給・チョーク判定手段の制御構成図
【図８】排気バルブ閉弁時筒内容積算出の制御構成図
【図９】排気バルブタイミング変化量の算出の制御構成図
【図１０】排気バルブクリアランス量算出の制御構成図
【図１１】バルブタイミング補正学習値算出の制御構成図
【図１２】オーバーラップ中有効面積算出の制御構成図
【図１３】吸気バルブタイミング変化量算出の制御構成図
【図１４】温度推定算出の制御構成図
【図１５】内部ＥＧＲ率算出フロー
【図１６】内部ＥＧＲ量算出フロー
【図１７】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出フロー
【図１８】オーバーラップ中吹き返しガス量算出フロー
【図１９】過給判定・チョーク判定フロー
【図２０】過給無し・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２１】過給無し・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２２】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
【図２３】過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２４】排気バルブ閉弁時筒内容積算出フロー
【図２５】排気バルブタイミング変化量算出フロー
【図２６】バルブクリアランス量算出フロー
【図２７】バルブタイミング補正学習値算出フロー
【図２８】バルブタイミング実際値算出許可フラグ算出フロー
【図２９】オーバーラップ中有効面積積算値算出フロー
【図３０】吸気バルブタイミング変化量算出フロー
【図３１】温度算出フロー
【図３２】発熱量算出フロー
【図３３】排気ガスガス定数算出テーブル
【図３４】排気ガス比熱比算出テーブル
【図３５】混合気比熱比算出テーブル
【図３６】排気バルブ閉弁時筒内容積算出テーブル
【図３７】排気・吸気バルブタイミング変化量補正量算出テーブル
【図３８】オーバーラップ中有効面積特性図
【図３９】オーバーラップ中の有効面積積算値の説明図
【図４０】排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【図４１】吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【図４２】発熱量と平衡温度との関係を示す特性図
【符号の説明】
１  エンジン
５  吸気バルブ
６  排気バルブ
９  エアフロメータ
１０  吸気圧力センサ
１１  排気圧力センサ
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  ノックセンサ
２６  スタータスイッチ
３０  ＥＣＵ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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