(57)【要約】【課題】実際の筒内吸入空気量と推定した筒内吸入空気量との定常的な誤差を効果的に低減できる内燃機関の筒内吸入空気量推定装置を提供すること。【解決手段】この筒内吸入空気量推定装置は、電子制御スロットルモデルＭ１、スロットルモデルＭ２、吸気管モデルＭ３、吸気弁モデルＭ４、及びシリンダモデルＭ５を使用して、筒内吸入空気量Ｍｃを求める。そして、オブザーバＯＢＳは、エアフローメータモデルＭ６により推定された、スロットルモデルＭ２による現時点でのスロットル通過空気流量ｍｔ（ｔ−Ｔ０）に対してエアフローメータ６１が出力するであろう値に基づくスロットル通過空気流量ｍｔｅｓと、エアフローメータ６１により計測された現時点での吸入空気流量ｍｔＡＦＭとの偏差ＳＡの時間積分値ＳｕｍＳＡが「０」になるように、スロットルモデルＭ２により推定されたスロットル通過空気流量ｍｔ、及び吸気弁モデルＭ４により推定された筒内吸入空気流量ｍｃをそれぞれ補正する。【選択図】　図６
2004116459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配設されたスロットルバルブを通過する空気についてのモデルを使用して同スロットルバルブを通過する空気流量を推定スロットル通過空気流量として推定するスロットル通過空気流量推定手段と、
前記吸気通路とシリンダとを連通・遮断する吸気弁を通過する空気についてのモデルを使用して同吸気弁を通過する空気流量を推定吸気弁通過空気流量として推定する吸気弁通過空気流量推定手段と、
少なくとも前記推定スロットル通過空気流量と前記推定吸気弁通過空気流量とに基いて前記シリンダに吸入される筒内吸入空気量を推定する筒内吸入空気量推定手段と、を備えた内燃機関の筒内吸入空気量推定装置であって、
前記吸気通路に吸入される実際の吸入空気流量に応じた出力値を発生するとともに同実際の吸入空気流量を実吸入空気流量として計測する空気流量センサと、前記空気流量センサについてのモデルを使用して、前記実吸入空気流量が前記推定スロットル通過空気流量であると仮定した場合に同空気流量センサが出力するであろう出力値を推定するとともに同推定した出力値に基いて前記吸気通路に吸入される吸入空気流量を推定吸入空気流量として推定する吸入空気流量推定手段と、
前記推定吸入空気流量と前記実吸入空気流量との偏差に基いて前記推定吸気弁通過空気流量を補正するように前記吸気弁通過空気流量推定手段を補正する補正手段と、
を備えた内燃機関の筒内吸入空気量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の筒内吸入空気量推定装置において、
前記補正手段は、前記推定吸入空気流量と前記実吸入空気流量との偏差に基いて前記推定スロットル通過空気流量を補正するように前記スロットル通過空気流量推定手段を補正するよう構成された内燃機関の筒内吸入空気量推定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の筒内吸入空気量推定装置であって、エネルギー保存則に基づいて求められた前記シリンダについてのモデルを使用して同シリンダ内の圧力を計算により推定する筒内圧力推定手段を備え、
前記吸気弁通過空気流量推定手段は、前記推定されたシリンダ内の圧力を使用した前記吸気弁を通過する空気についてのモデルにより前記推定吸気弁通過空気流量を推定するように構成された内燃機関の筒内吸入空気量推定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の筒内吸入空気量推定装置であって、
前記吸気弁通過空気流量推定手段が使用する前記吸気弁を通過する空気についてのモデルは、エネルギー保存則、運動量保存則、及び質量保存則に基いて得られたモデルである内燃機関の筒内吸入空気量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダ内に吸入される筒内吸入空気量を吸気系のモデル（シミュレーションモデル、物理モデル）に基づいて推定する内燃機関の筒内吸入空気量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関により燃焼される混合気の空燃比を所定の値とするためには、同内燃機関のシリンダ内（筒内、燃焼室内）に吸入される空気の量（以下、「筒内吸入空気量Ｍｃ」と称呼する。）を精度良く求める必要がある。通常、内燃機関の吸気通路には空気流量センサが備えられ、この空気流量センサの出力値により筒内吸入空気量Ｍｃが推定される。ところが、スロットルバルブ開度が時間的に大きく変化する場合等、内燃機関が過渡運転状態にある場合、前記空気流量センサの出力値から筒内吸入空気量Ｍｃを精度良く求めることは困難である。そこで、近年においては、流体力学等に基づく式により表される吸気系のモデルを用いることにより、筒内吸入空気量Ｍｃに応じた値を精度良く推定する種々の試みがなされている（例えば、下記特許文献１を参照）。図２２は、このような筒内吸入空気量推定装置のうち、本願の出願人が検討しているものを概念的に示していて、この筒内吸入空気量推定装置は、電子制御スロットルモデルＭ１０、スロットルモデルＭ２０、吸気弁モデルＭ３０、及び吸気管モデルＭ４０を備えている。
【０００３】
ところで、筒内吸入空気量Ｍｃは、吸気弁が閉弁するとき（吸気弁閉時）に確定し、その時点でのシリンダ内の圧力と比例する関係がある。また、吸気弁閉弁時のシリンダ内の圧力は吸気弁の上流であってスロットルバルブの下流の圧力、即ち吸気管内の空気圧力（吸気管圧力）Ｐｍと等しいとみなすことができる。以上のことから、図２２に示した筒内吸入空気量推定装置は、モデルＭ１０〜Ｍ４０により吸気弁閉時の吸気管内空気圧力Ｐｍを推定し、同推定した吸気管内空気圧力Ｐｍから筒内吸入空気量Ｍｃを推定するようになっている。
【０００４】
より具体的に述べると、電子制御スロットルモデルＭ１０は、吸気弁閉時のスロットルバルブ開度θｔを推定するようになっている。スロットルモデルＭ２０は、スロットルバルブを通過する空気流量（推定スロットル通過空気流量）ｍｔを、エネルギー保存則、運動量保存則、質量保存則、及び状態方程式に基づいて得られたモデルにより推定するようになっている。
【０００５】
吸気弁モデルＭ３０は、吸気管内空気圧力Ｐｍ、吸気管内空気温度Ｔｍ、及び吸気温度Ｔａ等から筒内吸入空気流量（推定吸気弁通過空気流量）ｍｃを推定するようになっている。即ち、上述したように、筒内吸入空気流量ｍｃは吸気管内空気圧力Ｐｍに比例すると考えられるから、吸気弁モデルＭ３０は経験則に基づく下記数１にしたがって筒内吸入空気流量ｍｃを求める。
【０００６】
【数１】
ｍｃ　＝（Ｔａ／Ｔｍ）・（ｃ・Ｐｍ−ｄ）
【０００７】
上記数１において、値ｃは比例係数、値ｄは筒内に残存していた既燃ガスを表す値（この値は、排気弁閉弁時の筒内ガス量と考えられる。以下、簡単に「既燃ガス量ｄ」と云う。）である。吸気弁モデルＭ３０は、エンジン回転速度Ｎｅ、吸気弁の開閉タイミングＶＴ、及び吸気弁最大リフト量Ｌｍａｘ等と、比例係数ｃ、及び既燃ガス量ｄとの関係をそれぞれ規定するテーブル（ルックアップテーブル、マップ）を記憶していて、実際のエンジン回転速度Ｎｅ、実際の吸気弁開閉タイミングＶＴ、及び吸気弁最大リフト量Ｌｍａｘと、前記記憶しているテーブルとから比例係数ｃ、及び既燃ガス量ｄを求める。また、吸気弁モデルＭ３０は、演算時点において、後述する吸気管モデルＭ４０により既に推定されている直前（最新）の吸気弁閉時の吸気管内空気圧力Ｐｍと吸気管内空気温度Ｔｍとを上記数１に適用し、筒内吸入空気流量ｍｃを推定する。
【０００８】
吸気管モデルＭ４０は、質量保存則とエネルギー保存則とにそれぞれ基づいた式にしたがって、スロットルモデルＭ２０により推定されたスロットル通過空気流量ｍｔと、吸気弁モデルＭ３０により推定された筒内吸入空気流量ｍｃとを用いて、吸気弁閉時の吸気管内空気圧力Ｐｍを推定するようになっている。そして、この筒内吸入空気量推定装置は、前記吸気管モデルＭ４０により推定された吸気弁閉時の吸気管内空気圧力Ｐｍに基づいて筒内吸入空気量Ｍｃを推定するようになっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−７４０７６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この種の筒内吸入空気量推定装置に対して、本願の出願人は、実際の筒内吸入空気量と前述のように推定された筒内吸入空気量Ｍｃとの定常的な誤差を小さくし、同推定された筒内吸入空気量Ｍｃの推定精度を向上させるため、以下のようなオブザーバを追加することを検討している（特願２００１−３１６３５０を参照）。
【００１１】
即ち、このオブザーバは、内燃機関の吸気通路に配設されるとともに同吸気通路に吸入される実際の吸入空気流量（実吸入空気流量）ｍｔＡＦＭを計測するエアフローメータ（空気流量センサ）と、同エアフローメータについてのモデルであるエアフローメータモデルを使用して、前記実吸入空気流量が前記スロットルモデルＭ２０により推定された推定スロットル通過空気流量ｍｔであると仮定した場合に同エアフローメータが出力するであろう出力値を推定するとともに同推定した出力値に基いて前記吸気通路に吸入される吸入空気流量を推定吸入空気流量ｍｔｅｓとして推定する吸入空気流量推定手段とを備え、推定吸入空気流量ｍｔｅｓと実吸入空気流量ｍｔＡＦＭとの偏差に応じて同スロットルモデルＭ２０により推定された推定スロットル通過空気流量ｍｔを補正するようになっている。
【００１２】
このようなオブザーバを追加したことにより、例えば、推定吸入空気流量ｍｔｅｓが実吸入空気流量ｍｔＡＦＭよりも小さい場合、推定スロットル通過空気流量ｍｔが推定吸入空気流量ｍｔｅｓと実吸入空気流量ｍｔＡＦＭとの偏差に応じた量だけ大きく設定されて、この結果、スロットルバルブ下流の前記吸気管内空気圧力Ｐｍが増大することにより筒内吸入空気量Ｍｃが増大する。同様に、推定吸入空気流量ｍｔｅｓが実吸入空気流量ｍｔＡＦＭよりも大きい場合、筒内吸入空気量Ｍｃが減少する。このようにして、実際の筒内吸入空気量と推定された筒内吸入空気量Ｍｃとの定常的な誤差が小さくなる。
【００１３】
しかしながら、内燃機関がスロットルバルブ開度が最大の開度で一定となるスロットル全開定常運転状態にある場合、スロットルバルブ下流の吸気管内空気圧力Ｐｍはスロットルバルブ上流の圧力（即ち、大気圧Ｐａ）よりも僅かに小さい値にまで大きくなっている。従って、内燃機関が前記スロットル全開定常運転状態にあって、且つ推定吸入空気流量ｍｔｅｓが実吸入空気流量ｍｔＡＦＭよりも小さい場合、上記オブザーバによる推定スロットル通過空気流量ｍｔの増大により前記吸気管内空気圧力Ｐｍが増大せしめられると、同吸気管内空気圧力Ｐｍが直ちに大気圧Ｐａよりも大きくなってスロットルモデルＭ２０により推定される推定スロットル通過空気流量ｍｔが直ちに負の値（逆流を示す値）となる。よって、スロットルバルブ下流の吸気管内空気圧力Ｐｍは増大できないことから筒内吸入空気量Ｍｃも増大せず、この結果、実際の筒内吸入空気量と推定された筒内吸入空気量Ｍｃとの定常的な誤差が残存してしまう場合があるという問題があった。
【００１４】
従って、本発明の目的は、内燃機関のシリンダ内に吸入される筒内吸入空気量を吸気系のモデルに基づいて推定する内燃機関の筒内吸入空気量推定装置であって、実際の筒内吸入空気量と推定した筒内吸入空気量との定常的な誤差を効果的に低減することができるものを提供することにある。
【００１５】
【本発明の概要】
本発明の特徴は、内燃機関の吸気通路に配設されたスロットルバルブを通過する空気についてのモデルを使用して同スロットルバルブを通過する空気流量を推定スロットル通過空気流量として推定するスロットル通過空気流量推定手段と、前記吸気通路とシリンダとを連通・遮断する吸気弁を通過する空気についてのモデルを使用して同吸気弁を通過する空気流量を推定吸気弁通過空気流量として推定する吸気弁通過空気流量推定手段と、少なくとも前記推定スロットル通過空気流量と前記推定吸気弁通過空気流量とに基いて前記シリンダに吸入される筒内吸入空気量を推定する筒内吸入空気量推定手段と、を備えた内燃機関の筒内吸入空気量推定装置が、前記吸気通路に吸入される実際の吸入空気流量に応じた出力値を発生するとともに同実際の吸入空気流量を実吸入空気流量として計測する空気流量センサと、前記空気流量センサについてのモデルを使用して、前記実吸入空気流量が前記推定スロットル通過空気流量であると仮定した場合に同空気流量センサが出力するであろう出力値を推定するとともに同推定した出力値に基いて前記吸気通路に吸入される吸入空気流量を推定吸入空気流量として推定する吸入空気流量推定手段と、前記推定吸入空気流量と前記実吸入空気流量との偏差に基いて前記推定吸気弁通過空気流量を補正するように前記吸気弁通過空気流量推定手段を補正する補正手段とを備えたことにある。
【００１６】
ここにおいて、前記補正手段は、前記吸気弁通過空気流量推定手段により推定された前記推定吸気弁通過空気流量を直接補正するように同吸気弁通過空気流量推定手段を補正するよう構成されていても、同吸気弁通過空気流量推定手段が同推定吸気弁通過空気流量を推定する際に所定のパラメータ（係数）を使用する場合には、同所定のパラメータを補正し、その結果として同推定吸気弁通過空気流量を補正するように同吸気弁通過空気流量推定手段を補正するよう構成されてもよい。
【００１７】
また、この場合、前記補正手段は、前記推定吸入空気流量と前記実吸入空気流量との偏差に基いて前記推定スロットル通過空気流量を補正するように前記スロットル通過空気流量推定手段をも補正するよう構成されることが好適である。この場合も、前記補正手段は、前記スロットル通過空気流量推定手段により推定された前記推定スロットル通過空気流量を直接補正するように同スロットル通過空気流量推定手段を補正するように構成されていても、同スロットル通過空気流量推定手段が同推定スロットル通過空気流量を推定する際に所定のパラメータ（係数）を使用する場合には、同所定のパラメータを補正し、その結果として同推定スロットル通過空気流量を補正するように同スロットル通過空気流量推定手段を補正するよう構成されてもよい。
【００１８】
これらによれば、補正手段により、推定吸入空気流量と実吸入空気流量との偏差に基いて推定吸気弁通過空気流量を補正するように吸気弁通過空気流量推定手段が補正される。従って、推定吸入空気流量が実吸入空気流量よりも小さい場合、上記発明が解決しようとする課題の欄にて述べたように上記スロットルバルブ下流の吸気管内空気圧力Ｐｍを増大せしめることなく、直接的に推定吸気弁通過空気流量（筒内吸入空気流量ｍｃ）を増大せしめることができ、その結果、筒内吸入空気量推定手段により推定されるシリンダに吸入される筒内吸入空気量（Ｍｃ）を増大せしめることが可能となる。
【００１９】
従って、内燃機関がスロットルバルブ開度が最大の開度で一定となる上述したスロットル全開定常運転状態にある場合であっても、前記推定吸入空気流量と前記実吸入空気流量との大小関係に拘わらず実際の筒内吸入空気量と推定された筒内吸入空気量（Ｍｃ）との定常的な誤差を確実に低減することができ、その結果、内燃機関により燃焼される混合気の空燃比を精度良く所定の値とすることができる。
【００２０】
また、上記したいずれかの内燃機関の筒内吸入空気量推定装置は、エネルギー保存則に基づいて求められた前記シリンダについてのモデルを使用して同シリンダ内の圧力を計算により推定する筒内圧力推定手段を備え、前記吸気弁通過空気流量推定手段は、前記推定されたシリンダ内の圧力を使用した前記吸気弁を通過する空気についてのモデルにより前記推定吸気弁通過空気流量を推定するように構成されることが好適である。
【００２１】
これによれば、シリンダ内の圧力（筒内圧力）が計算により求められる。また、筒内圧力が求められれば、吸気弁通過空気流量推定手段は、同筒内圧力を使用した「吸気弁を通過する空気についてのモデル」により推定吸気弁通過空気流量（筒内吸入空気流量ｍｃ）を計算により求めることが可能となる。従って、多くのパラメータの組み合わせに対するテーブル値（上記比例係数ｃ、及び既燃ガス量ｄ等）の適合を行うことなく、筒内吸入空気量（Ｍｃ）を精度良く求めることが可能となる。
【００２２】
この場合、前記吸気弁通過空気流量推定手段が使用する前記吸気弁を通過する空気についてのモデルは、エネルギー保存則、運動量保存則、及び質量保存則に基いて得られたモデルであることが好適である。これによれば、経験則ではなく、物理法則にしたがって表されたモデル（式）により推定吸気弁通過空気流量（筒内吸入空気流量ｍｃ）を計算することができるので、筒内吸入空気量（Ｍｃ）の推定精度を向上することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による内燃機関の筒内吸入空気量推定装置を含む燃料噴射量制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、この燃料噴射量制御装置を火花点火式多気筒（例えば、４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。
【００２４】
内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００２５】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００２６】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及び同吸気弁３２のバルブリフト量（最大バルブリフト量）を連続的に変更し得る吸気弁制御装置３３、吸気弁制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００２７】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ４３、及びスワールコントロールバルブ（以下、「ＳＣＶ」と称呼する。）４４を備えている。スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａにより吸気管４１内で回転駆動されるようになっている。ＳＣＶ４４は、前記スロットルバルブ４３よりも下流で前記インジェクタ３９よりも上流の位置にて前記吸気管４１に対し回動可能に支持されるとともに、ＤＣモータからなるＳＣＶアクチュエータ４４ａにより回転駆動されるようになっている。
【００２８】
図２は、一つの気筒（特定の気筒）の燃焼室２５、及び同燃焼室２５の近傍部分の概略平面図である。図２に示したように、前記吸気ポート３１は、実際には各気筒に一対ずつ設けられた吸気ポート３１ａ，３１ｂからなっている。吸気ポート３１ａは、燃焼室２５内にスワール（旋回流）を発生させるようにヘリカル状に形成され所謂スワールポートを構成し、吸気ポート３１ｂは所謂ストレートポートを構成している。吸気管４１のサージタンク（図１において符号ＳＧにより示す。）から各燃焼室２５に至る部分（即ち、インテークマニホールドの一部）には、吸気管４１の長手方向に沿って伸びる隔壁４１ａが形成されていて、これにより吸気管４１は吸気ポート３１ａに連通する第１インテークマニホールド４５と、吸気ポート３１ｂに連通する第２インテークマニホールド４６とに区画されている。隔壁４１ａの適宜個所には第１，第２インテークマニホールド４５，４６を連通する連通路４１ｂが形成されていて、前記インジェクタ３９は同連通路４１ｂの近傍位置に固定され、吸気ポート３１ａ，３１ｂに向けて燃料を噴射するようになっている。
【００２９】
前記ＳＣＶ４４は、第２インテークマニホールド４６に備えられている。従って、ＳＣＶ４４が第２インテークマニホールド４６を閉塞すると、空気（混合気）が主として吸気ポート３１ａを通過して燃焼室２５内に吸入され、同燃焼室２５内にスワールが発生し、これにより超希薄空燃比での燃焼が可能となる。一方、ＳＣＶ４４が第２インテークマニホールド４６を開放すると、空気が両吸気ポート３１ａ，３１ｂを通過して燃焼室２５内に吸入され、これにより、燃焼室２５に吸入される空気量が増加し、機関の出力を増大させることが可能となる。
【００３０】
再び図１を参照すると、排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ５２、及びエキゾーストパイプ５２に介装された触媒コンバータ（三元触媒装置）５３を備えている。
【００３１】
一方、このシステムは、空気流量センサとしての熱線式エアフローメータ６１、吸気温センサ６２、大気圧センサ（スロットルバルブ上流圧力センサ）６３、スロットルポジションセンサ６４、ＳＣＶ開度センサ６５、カムポジションセンサ６６、吸気弁リフト量センサ６７、クランクポジションセンサ６８、水温センサ６９、Ｏ２センサ７０、及びアクセル開度センサ７１を備えている。
【００３２】
エアフローメータ６１は、概略斜視図である図３に示したように、吸気管４１内を流れる吸入空気の一部をバイパスさせるバイパス通路と、このバイパス通路にバイパスされた吸入空気の質量流量を計測する熱線計量部６１ａと、計測された質量流量に応じた電圧Ｖｇ（出力値）を出力する信号処理部６１ｂとからなっている。熱線計量部６１ａは、その拡大斜視図である図４に示したように、白金熱線からなる吸気温計測用抵抗（ボビン部）６１ａ１と、同吸気温計測用抵抗６１ａ１を前記信号処理部６１ｂに連結して保持するサポート部６１ａ２と、加熱用抵抗（ヒータ）６１ａ３と、同加熱用抵抗６１ａ３を前記信号処理部６１ｂに連結して保持するサポート部６１ａ４とを備えている。信号処理部６１ｂは、吸気温計測用抵抗６１ａ１と加熱用抵抗６１ａ３とで構成されるブリッジ回路を有し、このブリッジ回路により吸気温計測用抵抗６１ａ１と加熱用抵抗６１ａ３との温度差を常に一定に維持するように同加熱用抵抗６１ａ３に供給する電力を調整するとともに、この供給する電力を前記電圧Ｖｇに変換して出力するようになっている。エアフローメータ６１の出力Ｖｇと実吸入空気流量としての吸入空気流量ｍｔＡＦＭの関係は図５に示したとおりである。
【００３３】
吸気温センサ６２は、エアフローメータ６１内に備えられていて、吸入空気の温度を検出し、吸気温度Ｔａを表す信号を出力するようになっている。大気圧センサ６３は、スロットルバルブ４３の上流の圧力（即ち、大気圧）を検出し、スロットルバルブ上流圧力Ｐａを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６４は、スロットルバルブ４３の開度（スロットルバルブ開度）を検出し、スロットルバルブ開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。ＳＣＶ開度センサ６５は、ＳＣＶ４４の開度を検出し、ＳＣＶ開度θｉｖを表す信号を出力するようになっている。
【００３４】
カムポジションセンサ６６は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。吸気弁リフト量センサ６７は、吸気弁３１のリフト量を検出し、吸気弁が全閉のとき「０」の値をとる吸気弁リフト量Ｌを表す信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ６８は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度Ｎｅを表す。水温センサ６９は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。Ｏ２センサ７０は、触媒コンバータ５３に流入する排ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力するようになっている。アクセル開度センサ７１は、運転者によって操作されるアクセルペダル８２の操作量Ａｃｃｐを表す信号を出力するようになっている。
【００３５】
電気制御装置８０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ８４、及びＡＤコンバータを含むインターフェース８５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース８５は、前記センサ６１〜７１と接続され、ＣＰＵ８１にセンサ６１〜７１からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ８１の指示に応じて吸気弁制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットルバルブアクチュエータ４３ａ、及びＳＣＶアクチュエータ４４ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００３６】
次に、上記のように構成された燃料噴射量制御装置によるシミュレーションモデルを用いた燃料噴射量の決定方法（筒内吸入空気量Ｍｃの推定方法）について説明する。以下に述べる処理は、ＣＰＵ８１がプログラムを実行することによりなされる。
【００３７】
（燃料噴射量ｆｃの決定方法・筒内吸入空気量Ｍｃの推定方法）
燃料噴射量制御装置は、吸気行程にある気筒の吸気弁３２が閉じる前に同気筒に対して燃料を噴射しなければならない。また、燃焼室２５内に直接的に燃料を噴射する形式の内燃機関であっても、吸気行程が終了する前に燃料を噴射する必要がある。このため、燃料噴射量制御装置は、吸気弁３２が閉じた時点で（即ち、吸気弁閉時に）同気筒内に吸入されているであろう筒内吸入空気量Ｍｃを吸気弁が閉弁する前に予測し、下記数２に基づいて燃料噴射量（基本噴射量）ｆｃを決定する。数２において、Ｋは運転状態に応じて変化する設定空燃比に基づく係数である。
【００３８】
【数２】
ｆｃ　＝Ｋ・Ｍｃ
【００３９】
より具体的に述べると、燃料噴射量制御装置（筒内吸入空気量推定装置）は、図６に示したように、電子制御スロットルモデルＭ１、スロットルモデルＭ２、吸気管モデルＭ３、吸気弁モデルＭ４、及びシリンダモデルＭ５のシミュレーションモデルを用いて筒内吸入空気量Ｍｃを推定する。なお、スロットルモデルＭ２はスロットル通過空気流量推定手段として機能し、吸気弁モデルＭ４は吸気弁通過空気流量推定手段として機能し、シリンダモデルＭ５は筒内圧力推定手段として機能するとともに、前記モデルＭ１〜Ｍ５はシリンダ２１内に吸入される筒内吸入空気量Ｍｃを推定する筒内吸入空気量推定手段を構成する。
【００４０】
（電子制御スロットルモデルＭ１）
電子制御スロットルモデルＭ１は、現時点までのアクセルペダル操作量Ａｃｃｐに基づいて現時点から所定時間Ｔ０先の時刻ｔにおけるスロットルバルブ開度θｔを推定するモデルである。本実施形態においては、スロットルバルブ電子制御ロジックＡ１にて、アクセル開度センサ７１により検出されたアクセルペダル操作量Ａｃｃｐと、図７に示したアクセルペダル操作量Ａｃｃｐと目標スロットルバルブ開度θｒとの関係を規定するテーブルとに基づいて暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１が求められ、この暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１を所定時間Ｔ（例えば、６４ｍｓｅｃ）だけ遅延させた値が最終的な目標スロットルバルブ開度θｒとして決定される。そして、スロットルバルブ電子制御ロジックＡ１（電気制御装置８０）は、実際のスロットルバルブ開度ＴＡが目標スロットルバルブ開度θｒとなるようにスロットルバルブアクチュエータ４３ａに対して駆動信号を送出する。
【００４１】
このように、目標スロットルバルブ開度θｒは、現時点から所定時間Ｔだけ前の時点におけるアクセルペダル操作量Ａｃｃｐに応じて決定された暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１と等しいから、現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおける目標スロットルバルブ開度θｒは現時点から時間（Ｔ−Ｔ０）前における暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１と等しい。また、現時点から時間（Ｔ−Ｔ０）前における暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１は、スロットルバルブアクチュエータ４３ａの作動遅れ時間を無視すれば、スロットルバルブ開度θｔと等しい。このような考えに基づき、電子制御スロットルモデルＭ１は、現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおけるスロットルバルブ開度θｔを推定する。即ち、現時点から時間（Ｔ−Ｔ０）前における暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１を現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおけるスロットルバルブ開度θｔとして推定する。なお、スロットルバルブアクチュエータ４３ａの作動遅れ時間を考慮に加えて、スロットルバルブ開度θｔを推定してもよい。
【００４２】
（スロットルモデルＭ２）
スロットルモデルＭ２は、スロットルバルブ４３を通過する空気流量（推定スロットル通過空気流量）ｍｔを、エネルギー保存則、運動量保存則、質量保存則、及び状態方程式等の物理法則に基づいて得られた下記数３及び下記数４に基づいて推定するモデルである。下記数３及び下記数４において、Ｃｔ（θｔ）はスロットルバルブ開度θｔに応じて変化する流量係数、Ａｔ（θｔ）はスロットルバルブ開度θｔに応じて変化するスロットル開口面積（吸気管４１の開口面積）、Ｐａはスロットルバルブ上流圧力（即ち、大気圧）、Ｐｍは吸気管内空気圧力（吸気管圧力）、Ｔａは吸気温度（大気温度）、Ｔｍは吸気管内空気温度、Ｒは気体定数、及びκは比熱比（以下、κを一定値として扱う。）である。スロットルモデルＭ２は、スロットルバルブ上流圧力Ｐａが吸気管内空気圧力Ｐｍより大きい順流の場合に数３を使用し、スロットルバルブ上流圧力Ｐａが吸気管内空気圧力Ｐｍより小さい逆流の場合に数４を使用する。この結果、スロットル通過空気流量ｍｔは、前記順流の場合に正の値を、前記逆流の場合に負の値をそれぞれ採るように計算される。
【００４３】
【数３】
2004116459.tif 000003
【００４４】
【数４】
2004116459.tif 000004
【００４５】
上記数３及び数４において、θｔは電子制御スロットルモデルＭ１により推定された現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおける推定スロットルバルブ開度である。スロットルモデルＭ２は、スロットルバルブ開度θｔと流量係数Ｃｔ（θｔ）との関係を規定した図８に示すテーブルと前記推定したスロットルバルブ開度θｔとを用いて流量係数Ｃｔ（θｔ）を求めるとともに、スロットルバルブ開度θｔと開口面積Ａｔ（θｔ）との関係を規定した図９に示すテーブルと前記推定したスロットルバルブ開度θｔとを用いて開口面積Ａｔ（θｔ）を求める。なお、スロットルモデルＭ２は、スロットルバルブ開度θｔと、流量係数Ｃｔ（θｔ）と開口面積Ａｔ（θｔ）の積値Ｃｔ（θｔ）・Ａｔ（θｔ）との関係を規定した図１０に示すテーブル、及び前記推定したスロットルバルブ開度θｔを用いて積値Ｃｔ（θｔ）・Ａｔ（θｔ）を一時に求めるように構成してもよい。
【００４６】
また、スロットルモデルＭ２は、スロットルバルブ上流圧力Ｐａ、及び吸気温度Ｔａを大気圧センサ６３、及び吸気温センサ６２からそれぞれ取得するとともに、吸気管内空気圧力Ｐｍと吸気管内空気温度Ｔｍとを後述する吸気管モデルＭ３から取得し、これらの値を用いて上記数３又は数４を計算し、時刻ｔにおけるスロットル通過空気流量ｍｔを推定する。
【００４７】
ここで、上記スロットルモデルＭ２を記述した数３及び数４の導出過程について説明する。いま、スロットルバルブ４３の上流の開口断面積をＡｕ、空気密度をρｕ、空気の流速をｖｕとし、スロットルバルブ４３による吸気管４１の開口断面積をＡｄ、そこでの空気密度をρｄ、スロットルバルブ４３を通過する空気の流速をｖｄとすると、スロットル通過空気流量ｍｔは、下記数５で表される。数５は質量保存則を記述した式と言える。
【００４８】
【数５】
ｍｔ＝Ａｄ・ρｄ・ｖｄ＝Ａｕ・ρｕ・ｖｕ
【００４９】
一方、運動エネルギーは、空気の質量をｍとすると、スロットルバルブ４３の上流でｍ・ｖｕ２／２であり、スロットルバルブ４３を通過する場所でｍ・ｖｄ２／２である。他方、熱エネルギーは、スロットルバルブ４３の上流でｍ・Ｃｐ・Ｔｕであり、スロットルバルブ４３を通過する場所でｍ・Ｃｐ・Ｔｄである。従って、エネルギー保存則により、下記数６が得られる。なお、Ｔｕはスロットルバルブ上流の空気温度、Ｔｄはスロットルバルブ下流の空気温度、Ｃｐは定圧比熱である。
【００５０】
【数６】
ｍ・ｖｕ２／２＋ｍ・Ｃｐ・Ｔｕ＝ｍ・ｖｄ２／２＋ｍ・Ｃｐ・Ｔｄ
【００５１】
ところで、状態方程式は下記数７、比熱比κは下記数８、マイヤーの関係は下記数９で示されるから、数７〜数９よりＣｐ・Ｔは下記数１０のように表される。なお、Ｐは気体の圧力、ρは気体の密度、Ｔは気体の温度、Ｒは気体定数、Ｃｖは定容比熱である。
【００５２】
【数７】
Ｐ＝ρ・Ｒ・Ｔ
【００５３】
【数８】
κ＝Ｃｐ／Ｃｖ
【００５４】
【数９】
Ｃｐ＝Ｃｖ＋Ｒ
【００５５】
【数１０】
Ｃｐ・Ｔ＝｛κ／（κ−１）｝・（Ｐ／ρ）
【００５６】
上記数１０の関係を用いて上記エネルギー保存則に基づく数６を書換えると、下記数１１が得られる。
【００５７】
【数１１】
ｖｕ２／２＋｛κ／（κ−１）｝・（Ｐｕ／ρｕ）＝ｖｄ２／２＋｛κ／（κ−１）｝・（Ｐｄ／ρｄ）
【００５８】
そして、スロットルバルブ４３の無限上流を考えると、Ａｕ＝∞、ｖｕ＝０であるから、エネルギー保存則に基づく上記数１１は下記数１２に書き換えられる。
【００５９】
【数１２】
｛κ／（κ−１）｝・（Ｐｕ／ρｕ）＝ｖｄ２／２＋｛κ／（κ−１）｝・（Ｐｄ／ρｄ）
【００６０】
次に、運動量について記述する。断面積Ａｕの部分に加わる圧力をＰｕ、断面積Ａｄの部分に加わる圧力をＰｄ、断面積Ａｕの部分と断面積Ａｕの部分との間をつなぐ固定された空間の平均圧力をＰｍｅａｎとすると、下記数１３が得られる。
【００６１】
【数１３】
ρｄ・ｖｄ２・Ａｄ−ρｕ・ｖｕ２・Ａｕ＝Ｐｕ・Ａｕ−Ｐｄ・Ａｄ＋Ｐｍｅａｎ・（Ａｄ−Ａｕ）
【００６２】
上記数１３で、Ａｕ＝∞、ｖｕ＝０を考慮すると、下記数１４が得られるので、同数１４と上記数１３とから下記数１５の運動量に関する関係（運動量保存則に基づく関係）が得られる。
【００６３】
【数１４】
Ｐｍｅａｎ＝Ｐｕ
【００６４】
【数１５】
ρｄ・ｖｄ２＝Ｐｕ−Ｐｄ
【００６５】
従って、上記数５、上記数１２、及び上記数１５から、下記数１６が得られる。
【００６６】
【数１６】
2004116459.tif 000005
【００６７】
上記数１６において、Ｐｕはスロットルバルブ上流圧力Ｐａであり、Ｐｄは吸気管内空気圧力Ｐｍであるから、流量係数をＣｔ（θｔ）を導入し、開口断面積Ａｄを開口面積Ａｔ（θｔ）とおきなおして整理すると、上記数３が得られる。上記数４の導出過程は、上記数３の導出過程と同様であるので省略する。
【００６８】
（吸気管モデルＭ３）
吸気管モデルＭ３は、質量保存則とエネルギー保存則とにそれぞれ基づいた下記数１７及び下記数１８、（推定）スロットル通過空気流量ｍｔ、スロットル通過空気温度（即ち、吸入空気温度）Ｔａ、及び吸気管から流出する空気流量ｍｃ（即ち、推定吸気弁通過空気流量、筒内吸入空気流量）から、吸気管内空気圧力Ｐｍ、及び吸気管内空気温度Ｔｍを求めるモデルである。なお、下記数１７、及び下記数１８において、Ｖｍはスロットルバルブ４３から吸気弁３２までの吸気管４１（以下、単に「吸気管部」と称呼する。）の容積である。
【００６９】
【数１７】
ｄ（Ｐｍ／Ｔｍ）／ｄｔ＝（Ｒ／Ｖｍ）・（ｍｔ−ｍｃ）
【００７０】
【数１８】
ｄＰｍ／ｄｔ＝κ・（Ｒ／Ｖｍ）・（ｍｔ・Ｔａ−ｍｃ・Ｔｍ）
【００７１】
吸気管モデルＭ３は、上記数１７、及び上記数１８におけるスロットル通過空気流量ｍｔをスロットルモデルＭ２から取得し、筒内吸入空気流量ｍｃを後述する吸気弁モデルＭ４から取得する。そして、数１７及び数１８に基づく計算を行って時刻ｔの吸気管内空気圧力Ｐｍ、及び時刻ｔの吸気管内空気温度Ｔｍを求める。
【００７２】
ここで、上記吸気管モデルＭ３を記述した数１７及び数１８の導出過程について説明する。いま、吸気管部の総空気量をＭとすると、総空気量Ｍの時間的変化は、吸気管部に流入する空気量に相当するスロットル通過空気流量ｍｔと同吸気管部から流出する空気量に相当する筒内吸入空気流量ｍｃの差であるから、質量保存則に基づく下記数１９が得られる。
【００７３】
【数１９】
ｄＭ／ｄｔ＝ｍｔ−ｍｃ
【００７４】
また、状態方程式は下記数２０となるから、上記数１９と下記数２０とから総空気量Ｍを消去することにより、質量保存則に基づく上記数１７が得られる。
【００７５】
【数２０】
Ｐｍ・Ｖｍ＝Ｍ・Ｒ・Ｔｍ
【００７６】
次に、吸気管部に関するエネルギー保存則について検討すると、この場合、吸気管部の容積Ｖｍは変化せず、また、エネルギーの殆どが温度上昇に寄与する（運動エネルギーは無視し得る）と考えられる。従って、吸気管部の空気のエネルギーＭ・Ｃｖ・Ｔｍの時間的変化量は、同吸気管部に流入する空気のエネルギーＣｐ・ｍｔ・Ｔａと同吸気管部から流出する空気のエネルギーＣｐ・ｍｃ・Ｔｍとの差に等しいので、下記数２１が得られる。
【００７７】
【数２１】
ｄ（Ｍ・Ｃｖ・Ｔｍ）／ｄｔ＝Ｃｐ・ｍｔ・Ｔａ−Ｃｐ・ｍｃ・Ｔｍ
【００７８】
この数２１を、上記数８（κ＝Ｃｐ／Ｃｖ）と、上記数２０（Ｐｍ・Ｖｍ＝Ｍ・Ｒ・Ｔｍ）とを用いて変形することにより、上記数１８が得られる。
【００７９】
（吸気弁モデルＭ４）
吸気弁モデルＭ４は、吸気弁３２の周囲を通過する空気流量（即ち、推定吸気弁通過空気流量、筒内吸入空気流量）ｍｃを、エネルギー保存則、運動量保存則、質量保存則、及び状態方程式等に基づいて得られた下記数２２及び下記数２３にしたがって推定するモデルである。数２２，２３の導出過程は、上記スロットルモデルＭ２の場合と同様である。数２２及び数２３において、Ｃｖ（Ｌ）は吸気弁３２のリフト量Ｌに応じて変化する流量係数、Ａｖ（Ｌ）は同リフト量Ｌに応じて変化する吸気弁３２の周囲に形成される開口の面積、及びＰｃは筒内圧力（シリンダ２１内の圧力Ｐｃ）である。吸気弁モデルＭ４は、吸気管内空気圧力Ｐｍが筒内圧力Ｐｃより大きい順流の場合に数２２を使用し、吸気管内空気圧力Ｐｍが筒内圧力Ｐｃより小さい逆流の場合に数２３を使用する。この結果、筒内吸入空気流量（推定吸気弁通過空気流量）ｍｔは、前記順流の場合に正の値を、前記逆流の場合に負の値をそれぞれ採るように計算される。
【００８０】
【数２２】
2004116459.tif 000006
【００８１】
【数２３】
2004116459.tif 000007
【００８２】
吸気弁モデルＭ４は、現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおけるバルブリフト量Ｌ（ｔ）を吸気弁リフト量センサ６７が検出している現時点のバルブリフト量Ｌと、エンジン回転速度Ｎｅとに基づいて推定する。そして、バルブリフト量Ｌと積値Ｃｖ（Ｌ）・Ａｖ（Ｌ）との関係を規定した図１１に示したテーブルと、前記推定したバルブリフト量Ｌ（ｔ）とに基づいて、上記数２２及び上記数２３にて使用する積値Ｃｖ（Ｌ）・Ａｖ（Ｌ）を求める。
【００８３】
また、吸気弁モデルＭ４は、吸気管内空気圧力Ｐｍと吸気管内空気温度Ｔｍとを吸気管モデルＭ３から取得するとともに、筒内圧力Ｐｃと筒内空気温度Ｔｃを後述するシリンダモデルＭ５から取得し、これらの変数を用いて上記数２２又は上記数２３を計算することで、時刻ｔにおける筒内吸入空気流量ｍｃを推定する。
【００８４】
（シリンダモデルＭ５）
シリンダモデルＭ５は、シリンダ２１についてのエネルギー保存則に基づいた下記数２４にしたがって、筒内圧力Ｐｃと筒内空気温度Ｔｃを求めるモデルである。図１２に示したように、下記数２４におけるＶｃはシリンダ２１の容積、Ｔｍはシリンダ２１に吸入される空気の温度Ｔｉと等しい吸気管内空気温度、ｍｃはシリンダ２１内（筒内）に吸入される空気流量ｍｉと等しい前記吸気管部から流出する空気流量、Ｑはシリンダ２１と同シリンダ２１外部（シリンダ壁面、吸気ポート等）との間で伝達される熱量（熱量の時間的変化量、熱の流れ）である。
【００８５】
【数２４】
2004116459.tif 000008
【００８６】
上記数２４における時刻ｔの筒内吸入空気流量ｍｃは吸気弁モデルＭ４（上記数２２又は上記数２３）により与えられ、同時刻ｔの吸気管内空気温度Ｔｍは吸気管モデルＭ３により与えられる。また、時刻ｔのシリンダ容積Ｖｃはクランク角度に基づいて知ることができるので、上記数２４の右辺第３項（熱量の項）を無視すれば、理論上、上記数２４を用いて時刻ｔにおける筒内圧力Ｐｃを得ることができる。
【００８７】
ここで、上記数２４の導出過程について説明する。先ず、Ｅを筒内のエネルギー、ｈをエンタルピー、Ｗをピストンに対する仕事とすると、シリンダ２１についてエネルギー保存則により下記数２５を得ることができる。
【００８８】
【数２５】
ｄＥ／ｄｔ＝ｍｃ・ｈ−ｄＷ／ｄｔ＋Ｑ
【００８９】
いま、内部エネルギーをｕとすれば下記数２６が成立し、状態方程式は下記数２７の通りである。また、比熱比κの式である上記数８（κ＝Ｃｐ／Ｃｖ）と、マイヤーの関係式である上記数９（Ｃｐ＝Ｃｖ＋Ｒ）とから、下記数２８及び下記数２９が成立する。なお、Ｍｃｙをシリンダ２１内の空気量とする。
【００９０】
【数２６】
ｕ＝Ｃｖ・Ｔｃ
【００９１】
【数２７】
Ｍｃｙ・Ｔｃ＝Ｐｃ・Ｖｃ／Ｒ
【００９２】
【数２８】
Ｃｖ＝Ｒ／（κ−１）
【００９３】
【数２９】
Ｃｐ＝κ・Ｒ／（κ−１）
【００９４】
従って、数２６〜数２８から数２５の左辺ｄＥ／ｄｔについて、下記数３０が成立する。
【００９５】
【数３０】
ｄＥ／ｄｔ＝ｄ（Ｍｃｙ・ｕ）／ｄｔ＝ｄ（Ｍｃｙ・Ｃｖ・Ｔｃ）／ｄｔ＝ｄ｛Ｐｃ・Ｖｃ／（κ−１）｝／ｄｔ
【００９６】
一方、数２５の右辺第１項ｍｃ・ｈについて、下記数３１のエンタルピーの定義と上記数２９から、下記３２が成立する。
【００９７】
【数３１】
ｈ＝Ｃｐ・Ｔｍ
【００９８】
【数３２】
ｍｃ・ｈ＝ｍｃ・｛κ・Ｒ／（κ−１）｝・Ｔｍ
【００９９】
更に、仕事Ｗは下記数３３で表されるから、上記数２５の右辺第２項ｄＷ／ｄｔについて下記数３４が成立する。
【０１００】
【数３３】
ｄＷ＝Ｐｃ・ｄＶｃ
【０１０１】
【数３４】
ｄＷ／ｄｔ＝Ｐｃ・ｄＶｃ／ｄｔ
【０１０２】
数３０、数３２、及び数３４で数２５を書き直して整理すると上記数２４が得られる。
【０１０３】
また、シリンダモデルＭ５は、筒内空気温度Ｔｃを状態方程式である下記数３５にしたがって求める。数３５のＭｃ１は、数２２又は数２３の筒内吸入空気流量ｍｃを吸気弁３２が開弁してから筒内空気温度Ｔｃを求める時点まで時間積分して求める。
【０１０４】
【数３５】
Ｔｃ＝（Ｐｃ・Ｖｃ）／（Ｍｃ１・Ｒ）
【０１０５】
上記原理によれば、シリンダモデルＭ５の上記数２４、及び上記数３５により筒内圧力Ｐｃ、及び筒内空気温度Ｔｃがそれぞれ求められ、これらに基づいて数２２又は数２３により筒内吸入空気流量ｍｃが得られる。従って、本燃料噴射量制御装置は、筒内吸入空気流量ｍｃを吸気弁２３が開弁した時刻ｔｏから同吸気弁３２が閉弁する時刻ｔｆまで時間積分することにより一吸気行程にてシリンダ２１内に吸入される筒内吸入空気量Ｍｃ（吸入空気総量Ｓｍｃ）を推定し、この値Ｍｃと上記数２とに基づいて燃料噴射量ｆｃを決定する。
【０１０６】
（電気制御装置８０に実装する上での改良）
上記数２４の右辺第３項の熱伝達Ｑは、値が小さく無視することができるので、通常は上記数２４を下記数３６のように離散化して電気制御装置８０に実装する。ここで、Δｔは筒内圧力Ｐｃの計算時間間隔である。
【０１０７】
【数３６】
2004116459.tif 000009
【０１０８】
しかしながら、この手法により実際に筒内圧力Ｐｃを求めてみると、図１３の一点鎖線で示したように、同筒内圧力Ｐｃは離散化の影響を受けて大きく変動し、真値と大きく異なってしまうことが判明した。そこで、本実施形態においては、数２４の右辺第３項の値Ｑを無視するとともに、便宜上、（１）シリンダの容積を一定と仮定した場合（ｄＶｃ＝０）、及び（２）筒内吸入空気流量が０である（ｍｃ＝０）と仮定した場合に分け、それぞれの仮定下で数２４を解析的に解くことで筒内圧力Ｐｃを求めることとした。以下、詳述する。
【０１０９】
（１）シリンダの容積を一定と仮定した場合（ｄＶｃ＝０）
この仮定下では、上記数２４は下記数３７の微分方程式となり、同数３７を解くと下記数３８が得られる。
【０１１０】
【数３７】
2004116459.tif 000010
【０１１１】
【数３８】
2004116459.tif 000011
【０１１２】
上記数３８において、θ０＝ｃｏｓ−１（１）である。この数３８から、筒内圧力Ｐｃは正弦波状に変化することが解る。一方。上記数３７のＥｕｌｅｒ近似は、下記数３９となる。
【０１１３】
【数３９】
2004116459.tif 000012
【０１１４】
また、筒内圧力Ｐｃが吸気管内空気圧力Ｐｍより大きくなることはないから、下記数４０が成立する。従って、数３９と数４０とから下記数４１が成立する。
【０１１５】
【数４０】
2004116459.tif 000013
【０１１６】
【数４１】
2004116459.tif 000014
【０１１７】
更に、θが１に比べて極めて小さい（θ＜＜１）とき、下記数４２が成立するから、上記数４１と下記数４２を上記数３９に適用して下記数４３を得ることができる。なお、下記数４３における筒内吸入空気流量ｍｃは上記数２２、及び上記数２３により求める。
【０１１８】
【数４２】
2004116459.tif 000015
【０１１９】
【数４３】
2004116459.tif 000016
【０１２０】
（２）筒内吸入空気量がない（ｍｃ＝０）と仮定した場合
この仮定下では、上記数２４は下記数４４の微分方程式となる。また、この場合、断熱膨張として扱えるから下記数４５が成立する。
【０１２１】
【数４４】
2004116459.tif 000017
【０１２２】
【数４５】
2004116459.tif 000018
【０１２３】
以上から、下記数４６が導かれる。
【０１２４】
【数４６】
2004116459.tif 000019
【０１２５】
上記数４３、及び上記数４６により求められる筒内圧力Ｐｃを、図１３においてそれぞれ実線、及び二点鎖線により示す。筒内圧力Ｐｃは、吸気管内空気圧力Ｐｍに近似した値となると予想されることから、本実施形態においては、吸気管内空気圧力Ｐｍにより近い上記数４３により得られる筒内圧力Ｐ’ｃ（ｔ）を最終的に求める筒内圧力Ｐｃとして採用する。
【０１２６】
また、一吸気行程での筒内吸入空気量Ｍｃは、数２２又は数２３で与えられる筒内吸入空気流量ｍｃを吸気弁２３が開弁した時刻ｔｏから同吸気弁３２が閉弁する時刻ｔｆまで時間積分することにより求められると述べたが、シミュレーションの結果、エネルギー保存則に基づく上記数２４を時刻ｔｏから時刻ｔｆまで時間積分して整理した下記数４７により求めた方が精度が高くなることが判明した。なお、Ｐｃ（ｔｏ）、及びＶｃ（ｔｏ）は、それぞれ吸気弁開弁時の筒内圧力Ｐｃ（ｔ）、及びシリンダ容積Ｖｃ（ｔ）であり、Ｐｃ（ｔｆ）、及びＶｃ（ｔｆ）は、それぞれ吸気弁閉弁時の筒内圧力Ｐｃ（ｔ）、及びシリンダ容積Ｖｃ（ｔ）である。
【０１２７】
【数４７】
2004116459.tif 000020
【０１２８】
したがって、本実施形態は、数４７を離散化した下記数４８に基づいて筒内吸入空気量Ｍｃを求める。
【０１２９】
【数４８】
2004116459.tif 000021
【０１３０】
（オブザーバの追加）
本実施形態は、さらに、補正手段としてのオブザーバＯＢＳを追加し、筒内吸入空気量Ｍｃの推定精度を向上させている。上述した図６において、破線にて囲まれた部分が追加されたオブザーバＯＢＳである。
【０１３１】
このオブザーバＯＢＳは、上記エアフローメータ６１と、吸入空気流量推定手段として機能するエアフローメータモデルＭ６とを含んで構成されている。エアフローメータモデルＭ６は、スロットル通過空気流量（実吸入空気流量）が所定の量αである場合に、エアフローメータ６１が出力するであろう値を推定し、この推定値に基づいてスロットル通過空気流量（推定吸入空気流量）ｍｔｅｓを推定するモデルである。この場合、上記所定の量αは、スロットルモデルＭ２が推定した現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおける（推定）スロットル通過空気流量ｍｔを、むだ時間要素により前記所定時間Ｔ０だけ遅延させたスロットル通過空気流量である現時点における（推定）スロットル通過空気流量ｍｔ（ｔ−Ｔ０）である。
【０１３２】
ここで、エアフローメータモデルＭ６について具体的に述べる。エアフローメータモデルＭ６は、先ず、現時点におけるスロットル通過空気流量ｍｔ（ｔ−Ｔ０）に対する完全放熱量Ｗ１，Ｗ２を、同完全放熱量Ｗ１，Ｗ２とスロットル通過空気流量ｍｔとの関係をそれぞれ規定した図１４に示したテーブルと、前記求められた現時点でのスロットル通過空気流量ｍｔ（ｔ−Ｔ０）とに基づいて求める。完全放熱量Ｗ１、及び完全放熱量Ｗ２は、図４に示した熱線計量部６１ａのボビン部６１ａ１、及び同熱線計量部６１ａのサポート部６１ａ２にそれぞれ対応した放熱遅れを含まない放熱量である。
【０１３３】
次に、エアフローメータモデルＭ６は、ボビン部６１ａ１、及びサポート部６１ａ２にそれぞれ対応する放熱量であり、完全放熱量Ｗ１，Ｗ２に対してそれぞれ一次遅れの特性を有する（応答遅れを含む）放熱量（応答放熱量）ｗ１，ｗ２を下記数４９及び下記数５０にしたがって求める。数４９，数５０における添え字（ｋ）は今回の演算値、添え字（ｋ−１）は前回の演算値を表し、Δｔは前回の演算値を求めてから今回の演算値を求めるまでの時間である。
【０１３４】
【数４９】
ｗ１（ｋ）＝Δｔ・（Ｗ１（ｋ）−ｗ１（ｋ−１））／τ１＋ｗ１（ｋ−１）
【０１３５】
【数５０】
ｗ２（ｋ）＝Δｔ・（Ｗ２（ｋ）−ｗ２（ｋ−１））／τ２＋ｗ２（ｋ−１）
【０１３６】
上記数４９，数５０において、τ１、及びτ２は、ボビン部６１ａ１、及びサポート部６１ａ２にそれぞれ対応する上記一次遅れ特性の時定数であり、下記数５１及び下記数５２により求められる。数５１，数５２中の値ｋ１０，ｋ２０、及び値ｍ１，ｍ２には、実験的に求められた値である。また、数５１，数５２中の値ｕはエアフローメータ６１の熱線計量部６１ａにバイパスされた単位断面積当たりの通過空気量であり、図５に示したエアフローメータ６１の出力電圧Ｖｇと実測された吸入空気流量ｍｔＡＦＭとの関係を規定するＶｇ−ｍｔＡＦＭ変換テーブルと、エアフローメータ６１の実際の出力電圧Ｖｇとに基づいて求められた吸入空気流量ｍｔＡＦＭを、前記熱線計量部６１ａのバイパス流路断面積Ｓで除した値（ｍｔＡＦＭ／Ｓ）である。
【０１３７】
【数５１】
τ１＝ｋ１０・ｕｍ１
【０１３８】
【数５２】
τ２＝ｋ２０・ｕｍ２
【０１３９】
そして、エアフローメータモデルＭ６は、応答放熱量ｗ１，ｗ２の和（ｗ１＋ｗ２）とエアフローメータ６１が出力するであろう値に基づくスロットル通過空気流量ｍｔｅｓとの関係を規定した図１５に示したテーブルと、上記数４９〜数５２により求められた応答放熱量ｗ１，ｗ２の和（ｗ１＋ｗ２）とに基づいて、現時点でエアフローメータ６１が出力するであろう値に基づくスロットル通過空気流量ｍｔｅｓを求める。なお、内燃機関がスロットルバルブ開度ＴＡが一定となる定常運転状態にある場合、このスロットル通過空気流量ｍｔｅｓは、スロットルモデルＭ２が推定した現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおける（推定）スロットル通過空気流量ｍｔ（及び、現時点におけるスロットル通過空気流量ｍｔ（ｔ−Ｔ０））と同一となる。
【０１４０】
再び、図６を参照すると、オブザーバＯＢＳはこのスロットル通過空気流量ｍｔｅｓを表す信号を比較要素ＣＯＭの一端に入力する。一方、オブザーバＯＢＳはエアフローメータ６１の出力Ｖｇを図５に示したテーブルにより現時点での吸入空気流量（実吸入空気流量）ｍｔＡＦＭに変換し、同吸入空気流量ｍｔＡＦＭを表す信号を比較要素ＣＯＭの他端に入力する。
【０１４１】
そして、オブザーバＯＢＳは比較要素ＣＯＭにおいてスロットル通過空気流量ｍｔｅｓと吸入空気流量ｍｔＡＦＭとの偏差ＳＡを求め、この偏差ＳＡを積分要素により時間積分して偏差積分値ＳｕｍＳＡを求めるとともに、偏差積分値ＳｕｍＳＡに所定のゲインＧ１（負の一定値）を乗算した値、及び同偏差積分値ＳｕｍＳＡに所定のゲインＧ２（負の一定値）を乗算した値を、それぞれ、スロットルモデルＭ２が推定するスロットル通過空気流量ｍｔ、及び吸気弁モデルＭ４が推定する筒内吸入空気流量ｍｃに加算する（フィードバックする）。即ち、本実施形態における筒内吸入空気量推定装置は、スロットル通過空気流量ｍｔを、上記数３又は上記数４の代わりに下記数５３又は下記数５４に基いて推定する。
【０１４２】
【数５３】
2004116459.tif 000022
【０１４３】
【数５４】
2004116459.tif 000023
【０１４４】
また、本筒内吸入空気量推定装置は、筒内吸入空気流量ｍｃを、上記数２２又は上記数２３の代わりに下記数５５又は下記数５６に基いて推定する。
【０１４５】
【数５５】
2004116459.tif 000024
【０１４６】
【数５６】
2004116459.tif 000025
【０１４７】
このようにして、上記偏差ＳＡ（上記偏差積分値ＳｕｍＳＡ）が「０」になる（小さくなる）ように、同偏差ＳＡに基いてスロットルモデルＭ２により推定されたスロットル通過空気流量ｍｔ、及び吸気弁モデルＭ４により推定された筒内吸入空気流量ｍｃがそれぞれ直接補正され、この結果、実際の筒内吸入空気量と上記モデルＭ１〜Ｍ５により得られる筒内吸入空気量Ｍｃの定常的な誤差が低減される。
【０１４８】
（実際の作動）
次に、電気制御装置８０が筒内吸入空気量Ｍｃを推定するとともに、燃料噴射量ｆｃを決定する際の実際の作動について説明する。
【０１４９】
（スロットルバルブ制御）
電気制御装置８０のＣＰＵ８１は、図１６にフローチャートにより示したスロットルバルブ開度を制御するためのルーチンを所定時間（１ｍｓｅｃ）の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングとなると、ＣＰＵ８１はステップ１６００から処理を開始し、ステップ１６０５に進んでアクセルペダル操作量Ａｃｃｐ読み込む。次いで、ＣＰＵ８１はステップ１６１０に進み、同ステップ１６１０にて図７と同じテーブルを用いることにより上記読み込んだアクセルペダル操作量Ａｃｃｐに基づく暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１を求める。
【０１５０】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１６１５に進んで変数Ｉを「６４」に設定し、続くステップ１６２０にて記憶値θｒ（Ｉ）にθｒ（Ｉ−１）の値を格納する。現時点では、変数Ｉは「６４」であるから、記憶値θｒ（６４）に記憶値θｒ（６３）の値が格納される。次いで、ＣＰＵ８１はステップ１６２５に進み、変数Ｉが「１」と等しくなったか否かを判定する。この場合、変数Ｉの値は「６４」であるから、ＣＰＵ８１はステップ１６２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６３０に進み、同ステップ１６３０にて変数Ｉの値を「１」だけ減少し、その後上記ステップ１６２０に戻る。この結果、ステップ１６２０が実行されると、記憶値θｒ（６３）に記憶値θｒ（６２）の値が格納される。このような処理は、変数Ｉの値が「１」となるまで繰り返し実行される。
【０１５１】
その後、ステップ１６３０の処理が繰り返されて変数Ｉの値が「１」となると、ＣＰＵ８１はステップ１６２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６３５に進み、同ステップ１６３５にて前記ステップ１６１０にて求めた現時点における暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１を記憶値θｒ（０）に格納する。以上により、現時点からＩｍｓｅｃ前（０ｍｓｅｃ≦Ｉｍｓｅｃ≦６４ｍｓｅｃ，Ｉは整数）の暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ（Ｉ）（Ｉ＝６４，６３，６２，・・・，２，１，０）がＲＡＭ８３内に記憶されることになる。
【０１５２】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１６４０に進み、同ステップ１６４０にて記憶値θｒ（６４）を最終的な目標スロットルバルブ開度θｒとして設定し、続くステップ１６４５にて実際のスロットルバルブ開度が目標スロットルバルブ開度θｒと等しくなるように、スロットルバルブアクチュエータ４３ａに対し駆動信号を出力し、その後ステップ１６９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１５３】
以降においても、上記ルーチンの処理は１ｍｓｅｃの経過毎に実行される。この結果、実際のスロットルバルブ開度が、所定時間Ｔ（＝６４ｍｓｅｃ）前のアクセルペダル操作量Ａｃｃｐに基づく目標スロットルバルブ開度θｒと等しくなるように制御される。これにより、上記電子制御スロットルモデルＭ１は、現時点から時間（Ｔ−Ｔ０）前の目標スロットルバルブ開度θ（Ｔ−Ｔ０）を、現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおけるスロットルバルブ開度θｔとして推定する。
【０１５４】
（スロットル通過空気流量ｍｔ、吸気管内空気圧力Ｐｍ、吸気管内空気温度Ｔｍ推定）ＣＰＵ８１は、図１７及びこれに続く図１８にフローチャートにより示したルーチンを所定時間（８ｍｓｅｃ）の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ１７００から処理を開始し、ステップ１７０５に進んで、図５に示したテーブルと同じテーブルと、エアフローメータ６１の出力Ｖｇとを用いて吸入空気流量（実吸入空気流量）ｍｔＡＦＭを求める。
【０１５５】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１７１０に進み、図１４に示したテーブルと同じテーブルと、前回以前の本ルーチン実行時において後述するステップ１８１０にて既に求められているスロットル通過空気流量ｍｔ（ｋ）を前記所定時間Ｔ０だけ遅延させることにより得られる現時点におけるスロットル通過空気流量ｍｔ（ｋ−Ｔ０）とを用いて完全放熱量Ｗ１（ｋ），Ｗ２（ｋ）をそれぞれを求める。なお、本ルーチンにおいて、添え字（ｋ）が付された値は今回本ルーチンを実行した際に求める値を表し、添え字（ｋ−１）が付された値は前回本ルーチンを実行した際に求めた値を表す。
【０１５６】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１７１５に進んで、上記数５１及び上記数５２に従って時定数τ１、τ２をそれぞれ求めるとともに、続くステップ１７２０にて上記数４９及び上記数５０に従って応答放熱量ｗ１（ｋ），ｗ２（ｋ）をそれぞれ求める。なお、Δｔは本ルーチンの計算周期（即ち、８ｍｓｅｃ）である。次に、ＣＰＵ８１はステップ１７２５に進み、図１５に示したテーブルと同じテーブルと、前記応答放熱量ｗ１（ｋ），ｗ２（ｋ）の和（ｗ１（ｋ）＋ｗ２（ｋ））とを用いて現時点でエアフローメータ６１が出力するであろう値に基づくスロットル通過空気流量（推定吸入空気流量）ｍｔｅｓを求める。
【０１５７】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１７３０に進んで、前記スロットル通過空気流量ｍｔｅｓから前記吸入空気流量ｍｔＡＦＭを減じた値を偏差ＳＡ（ｋ）として格納するとともに、続くステップ１７３５にて、その時点での（前回の）偏差積分値ＳｕｍＳＡ（ｋ−１）に前記偏差ＳＡ（ｋ）を加えた値を新たな（今回の）偏差積分値ＳｕｍＳＡ（ｋ）として設定する。
【０１５８】
次いで、ＣＰＵ８１は図１８のステップ１８０５に進んで図１０に示したテーブルと同じテーブルと、現時点から所定時間Ｔ０だけ先の時刻ｔにおける推定スロットルバルブ開度θｔとを用いて流量係数Ｃｔ（θｔ）と開口面積Ａｔ（θｔ）の積値Ｃｔ（θｔ）・Ａｔ（θｔ）を求める。
【０１５９】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１８１０に進み、同ステップ１８１０にて上記数５３、又は上記数５４にしたがってスロットル通過空気流量ｍｔを計算する。この計算で使用されるスロットルバルブ上流圧力Ｐａ、及び吸気温度Ｔａは、それぞれ大気圧センサ６３、及び吸気温センサ６２から取得される。また、吸気管内空気圧力Ｐｍ（ｋ−１）、及び吸気管内空気温度Ｔｍ（ｋ−１）は、前回の本ルーチン実行時において後述するステップ１８１５にて求められた値Ｐｍ（ｋ）、及びＴｍ（ｋ）であり、偏差積分値ＳｕｍＳＡ（ｋ）は前記ステップ１７３５で求められた値である。
【０１６０】
次にＣＰＵ８１はステップ１８１５に進み、上記数１７及び上記数１８を積分して離散化した下記数５７及び下記数５８に基づいて吸気管内空気圧力Ｐｍ（ｋ）、及び吸気管内空気温度Ｔｍ（ｋ）を求めた後、ステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、下記数５７及び数５８において、Δｔは本ルーチンの計算周期（即ち、８ｍｓｅｃ）である。
【０１６１】
【数５７】
2004116459.tif 000026
【０１６２】
【数５８】
2004116459.tif 000027
【０１６３】
実際には、ＣＰＵ８１は、上記数５７にてＰｍ／Ｔｍを求め、これと上記数５８により求めたＰｍとからＴｍを求める。なお、数５７及び数５８におけるｍｃＡＶＥ（ｋ−１）は、後述する１ｍｓｅｃルーチンで求められる筒内吸入空気流量ｍｃの平均値である。
【０１６４】
（筒内圧力Ｐｃ、筒内吸入空気流量ｍｃ、筒内吸入空気量Ｍｃ等の推定）
ＣＰＵ８１は、図１９及びこれに続く図２０にフローチャートにより示したルーチンを所定時間（１ｍｓｅｃ）の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ１９００から処理を開始し、ステップ１９０５に進んで前記時刻ｔにおけるバルブリフト量Ｌと、図１１に示したテーブルと同じテーブルとに基づいて、上記数５５及び上記数５６にて使用する積値Ｃｖ（Ｌ）・Ａｖ（Ｌ）を求め、続くステップ１９１０にて同数５５又は同数５６にしたがって筒内吸入空気流量ｍｃ（ｔ）を計算する。
【０１６５】
ここで、Ｐｍ（ｋ）、及びＴｍ（ｋ）は、前述のステップ１８１５にてそれぞれ求められた吸気管内空気圧、及び吸気管内空気温度であり、Ｔｃ（ｔ）は、前回の本ルーチン実行時において後述するステップ２０４５で設定された値である。また、ＳｕｍＳＡ（ｋ）は上述した図１７のステップ１７３５で求められた偏差積分値であり、Ｐｃ（ｔ）は前回の本ルーチン実行時において後述するステップ１９２５で設定された値である。
【０１６６】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１９１５に進み、同ステップ１９１５にて上記数４３にしたがって筒内圧力Ｐ’ｃ（ｔ＋Δｔ）を求める。Δｔは本ルーチンの計算周期（即ち、１ｍｓｅｃ）である。また、ｍｃ（ｔ）は前記ステップ１９１０で求められた値である。
【０１６７】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ１９２０に進み、上記数４６にしたがって筒内圧力Ｐｃ（ｔ＋Δｔ）を求め、続くステップ１９２５にて今回求めた筒内圧力Ｐ’ｃ（ｔ＋Δｔ）、及び筒内圧力Ｐｃ（ｔ＋Δｔ）を、次回の本ルーチンの演算のためにそれぞれ筒内圧力Ｐ’ｃ（ｔ）、及び筒内圧力Ｐｃ（ｔ）に格納する。
【０１６８】
次いで、ＣＰＵ８１は図２０に示したステップ２００５に進み、時刻ｔが吸気弁２３が閉状態から開状態へと変化した直後の時点であるか否かを判定し、閉状態から開状態へと変化した直後であれば、ステップ２０１０にて変数Ｚの値を「０」として初期化し、ステップ２０１５にてその時点で求められている筒内圧力Ｐｃ’（ｔ）を吸気弁２３が開弁した時（吸気弁開時）の筒内圧力Ｐｃ（ｔｏ）として格納する。そして、ＣＰＵ８１はステップ２０２０にて時刻ｔのシリンダ容積Ｖｃ（ｔ）を吸気弁開時のシリンダ容積Ｖｃ（ｔｏ）として格納し、続くステップ２０２５にて吸気弁開時からの筒内吸入空気量Ｍｃ１の値を値Ｍｃ０（初期値、例えば「０」）に設定してステップ２０３０に進む。一方、時刻ｔが吸気弁２３が閉状態から開状態へと変化した直後の時点でなければ、ＣＰＵ８１はステップ２００５にて「Ｎｏ」と判定して直接２０３０に進む。
【０１６９】
次に、ＣＰＵ８１はステップ２０３０にて時刻ｔにおいて吸気弁２３が開状態にあるか否かを判定する。いま、時刻ｔが吸気弁２３が閉状態から開状態になった直後に相当していれば、ＣＰＵ８１はステップ２０３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２０３５に進み、同ステップ２０３５にて変数Ｚに値Ｐｃ’（ｔ）・ｄＶｃ（ｔ）／ｄｔ・Δｔの値を加えて同変数Ｚを更新する。これにより、変数Ｚは値Ｐ’（ｔ）・ｄＶｃ（ｔ）／ｄｔの積分値相当量となる。続いて、ＣＰＵ８１はステップ２０４０にて吸気弁開時からの筒内吸入空気量Ｍｃ１にｍｃ（ｔ）・Δｔを加えた値を新たな筒内吸入空気量Ｍｃ１として格納し、ステップ２０４５に進んで下記数５９に基づき筒内空気温度Ｔｃ（ｔ）を求め、ステップ２０９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１７０】
【数５９】
Ｔｃ（ｔ）＝Ｐｃ（ｔ）・Ｖｃ（ｔ）／（Ｍｃ１・Ｒ）
【０１７１】
上記ステップ２０３０〜２０４５の処理は、吸気弁２３が開弁している間、継続されるので、値Ｐ’（ｔ）・ｄＶｃ（ｔ）／ｄｔ・Δｔの総和を示す変数Ｚ、吸気弁開時からの筒内吸入空気量Ｍｃ１、及び筒内空気温度Ｔｃ（ｔ）が更新されて行く。
【０１７２】
その後、所定の時間が経過して時刻ｔが吸気弁２３が開状態から閉状態に変化した直後の時刻になると、ＣＰＵ８１はステップ２００５及びステップ２０３０に進んだとき、何れも「Ｎｏ」と判定してステップ２０５０に進み、同ステップ２０５０にて吸気弁２３が開状態から閉状態に変化した直後であるか否かを判定する。そして、この場合、ＣＰＵ８１はステップ２０５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２０５５に進んで一吸気行程における筒内吸入空気量Ｍｃを上記数４８にしたがって推定する。
【０１７３】
その後、ＣＰＵ８１はステップ２０６０に進み、上記求めた筒内吸入空気量Ｍｃをクランク角１８０°ＣＡに相当する時間Ｔ１８０ＣＡで除して、筒内吸入空気量Ｍｃの平均値ｍｃＡＶＥ（ｋ−１）を求め、続くステップ２０６５にて筒内吸入空気量Ｍｃの平均値ｍｃＡＶＥ（ｋ−１）に設定空燃比により変化する係数Ｋを乗じて燃料噴射量ｆｃを求める。なお、筒内吸入空気量Ｍｃの平均値ｍｃＡＶＥ（ｋ−１）は、筒内吸入空気量Ｍｃに比例しているから、燃料噴射量ｆｃは数２にしたがって計算されることになる。そして、ＣＰＵ８１はステップ２０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１７４】
また、時刻ｔが、吸気弁３２が閉状態から開状態に変化した直後の時刻でなく、且つ開状態から閉状態への変化した直後の時刻でなく、且つ同吸気弁３２が閉状態にある時刻である場合、ＣＰＵ８１は図１９のステップ１９００〜１９２５の処理を実行後、図２０のステップ２００５、２０３０、２０５０にて全て「Ｎｏ」と判定してステップ２０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１７５】
以上により、筒内吸入空気量Ｍｃが各モデルを用いて推定され、これに応じた燃料噴射量ｆｃが決定される。そして、ＣＰＵ８１は、図示しない燃料噴射ルーチンを所定のタイミングにて実行し、前記決定された燃料噴射量ｆｃだけ燃料を噴射する。
【０１７６】
以上説明したように、本発明による筒内吸入空気量推定装置を含む燃料噴射量制御装置の実施形態によれば、シリンダモデルＭ５により筒内圧力Ｐｃと筒内空気温度Ｔｃとが求められ、これらの値が吸気弁モデルＭ４に提供される。従って、吸気弁モデルＭ４は、従来のように多くの変数によるテーブル検索に基づくのではなく、上記数２２，２３（実際には、上記数５５，５６）にしたがった数値計算により筒内吸入空気流量ｍｃ（従って、筒内吸入空気量Ｍｃ）を求めることができる。この結果、テーブル値の適合に要する労力を低減することができるとともに、精度良く燃料噴射量ｆｃを求めることができた。
【０１７７】
また、オブザーバＯＢＳにより、スロットル通過空気流量（推定吸入空気流量）ｍｔｅｓと吸入空気流量（実吸入空気流量）ｍｔＡＦＭとの偏差ＳＡ（上記偏差積分値ＳｕｍＳＡ）が「０」になるように、同偏差ＳＡに基いてスロットルモデルＭ２により推定されたスロットル通過空気流量ｍｔ、及び吸気弁モデルＭ４により推定された筒内吸入空気流量ｍｃがそれぞれ直接補正される。従って、スロットル通過空気流量ｍｔｅｓが吸入空気流量ｍｔＡＦＭよりも小さい場合、上記吸気管モデルＭ３により推定される吸気管内空気圧力Ｐｍを増大せしめることなく、直接的に筒内吸入空気流量（推定吸気弁通過空気流量）ｍｃを増大せしめることができ、その結果、筒内吸入空気量Ｍｃを増大せしめることが可能となる。
【０１７８】
従って、内燃機関がスロットルバルブ開度が最大の開度で一定となるスロットル全開定常運転状態にある場合であっても、スロットル通過空気流量ｍｔｅｓと吸入空気流量ｍｔＡＦＭとの大小関係に拘わらず実際の筒内吸入空気量と推定された筒内吸入空気量Ｍｃとの定常的な誤差を確実に低減することができ、その結果、適正な燃料噴射量ｆｃを得ることで内燃機関により燃焼される混合気の空燃比を精度良く狙いの値とすることができた。
【０１７９】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、補正手段としてのオブザーバＯＢＳは、スロットルモデルＭ２により推定されたスロットル通過空気流量ｍｔ、及び吸気弁モデルＭ４により推定された筒内吸入空気流量ｍｃをそれぞれ直接補正しているが、スロットル通過空気流量（推定吸入空気流量）ｍｔｅｓと吸入空気流量（実吸入空気流量）ｍｔＡＦＭとの偏差ＳＡ（上記偏差積分値ＳｕｍＳＡ）が「０」になるように、同偏差ＳＡに基いて、上記数３及び数４にて使用する流量係数Ｃｔ（θｔ）と開口面積Ａｔ（θｔ）の積値Ｃｔ（θｔ）・Ａｔ（θｔ）、及び上記数２２及び数２３にて使用する流量係数Ｃｖ（Ｌ）と開口面積Ａｖ（Ｌ）の積値Ｃｖ（Ｌ）・Ａｖ（Ｌ）を補正し、その結果として、上記スロットル通過空気流量ｍｔ、及び上記筒内吸入空気流量ｍｃをそれぞれ補正してもよい。
【０１８０】
また、上記実施形態の各モデルの他、排気弁を介してシリンダ２１内に流入する空気流量ｍｅを推定するための排気弁モデルを追加採用することもできる。この場合、図２１に示したように、排気弁モデルＭ７はシリンダモデルＭ５に対して接続され、吸気弁モデルＭ４と同様な導出過程を経て得られた下記数６０、及び下記数６１により表される。なお、数６０、及び数６１において、Ｐｅは排気管内空気圧力、Ｔｅは排気管内空気温度であり、数６０は排気系からシリンダ２１内に空気が流入する場合（Ｐｃ＜Ｐｅ）、下記数６１はシリンダ２１から排気系に空気が流出する場合（Ｐｃ＞Ｐｅ）に用いられる。この結果、上記空気流量ｍｅは、排気系からシリンダ２１内に空気が流入する場合に正の値を、シリンダ２１から排気系に空気が流出する場合に負の値をそれぞれ採るように計算される。なお、この場合、排気管内空気圧力を検出するセンサ、及び排気管内空気温度を検出するセンサを設けることが望ましい。
【０１８１】
【数６０】
2004116459.tif 000028
【０１８２】
【数６１】
2004116459.tif 000029
【０１８３】
また、上記実施形態においては、インジェクタ３９は吸気ポート３１ａ，３１ｂに向けて燃料を噴射するようになっていたが、燃焼室２５内に直接噴射するように構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による筒内吸入空気量推定装置を含む燃料噴射量制御装置を火花点火式多気筒内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。
【図２】図１に示した特定の気筒の燃焼室、及び同燃焼室の近傍部分を示す概略平面図である。
【図３】図１に示したエアフローメータの概略斜視図である。
【図４】図３に示したエアフローメータの熱線計量部の拡大斜視図である。
【図５】図１に示したＣＰＵが参照するエアフローメータの出力と吸入空気流量との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図６】図１に示した電気制御装置が筒内吸入空気量を推定するために採用した各種モデルの接続関係を示した機能ブロック図である。
【図７】図１に示したＣＰＵが参照するアクセルペダル操作量と目標スロットルバルブ開度との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図８】スロットルバルブ開度と流量係数との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図９】スロットルバルブ開度と開口面積との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図１０】スロットルバルブ開度と、流量係数と開口面積の積値との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図１１】バルブリフト量と、流量係数と開口面積の積値との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図１２】シリンダモデルを表すために使用する変数を説明するためシリンダ及びその近傍を概念的に示した図である。
【図１３】シリンダモデルによるシリンダ内圧力の計算結果について説明するためのタイムチャートである。
【図１４】図１に示したＣＰＵが参照するスロットル通過空気流量と完全放熱量との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図１５】図１に示したＣＰＵが参照する応答放熱量の和とエアフローメータが出力するであろう値に基づくスロットル通過空気流量との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図１６】図１に示したＣＰＵが実行するスロットルバルブを制御するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１７】図１に示したＣＰＵが８ｍｓｅｃ毎に実行するルーチンの前半部を示したフローチャートである。
【図１８】図１に示したＣＰＵが８ｍｓｅｃ毎に実行するルーチンの後半部を示したフローチャートである。
【図１９】図１に示したＣＰＵが１ｍｓｅｃ毎に実行するルーチンの前半部を示したフローチャートである。
【図２０】図１に示したＣＰＵが１ｍｓｅｃ毎に実行するルーチンの後半部を示したフローチャートである。
【図２１】本発明による燃料噴射量制御装置（筒内吸入空気量推定装置）の実施形態の他の変形例を示した機能ブロック図である。
【図２２】本出願人が検討している燃料噴射量制御装置（筒内吸入空気量推定装置）の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０…火花点火式多気筒内燃機関、２０…シリンダブロック部（エンジン本体部）、２５…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…吸気弁、３３…可変吸気タイミング装置、３９…インジェクタ、４１…吸気管、４３…スロットルバルブ、４４…スワールコントロールバルブ、４４ａ…ＳＣＶアクチュエータ、６１…エアフローメータ、８０…電気制御装置、８１…ＣＰＵ、Ｍ１…電子制御スロットルモデル、Ｍ２…スロットルモデル、Ｍ３…吸気管モデル、Ｍ４…吸気弁モデル、Ｍ５…シリンダモデル、Ｍ６…エアフローメータモデル。
【図１】
2004116459.tif 000030
【図２】
2004116459.tif 000031
【図３】
2004116459.tif 000032
【図４】
2004116459.tif 000033
【図５】
2004116459.tif 000034
【図６】
2004116459.tif 000035
【図７】
2004116459.tif 000036
【図８】
2004116459.tif 000037
【図９】
2004116459.tif 000038
【図１０】
2004116459.tif 000039
【図１１】
2004116459.tif 000040
【図１２】
2004116459.tif 000041
【図１３】
2004116459.tif 000042
【図１４】
2004116459.tif 000043
【図１５】
2004116459.tif 000044
【図１６】
2004116459.tif 000045
【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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