(57)【要約】【課題】テーブル（マップ）の適合点数を減少しつつ、排気ガス還流率を精度良く推定し得る内燃機関の排気ガス還流率推定装置を提供すること。【解決手段】この排気ガス還流率推定装置は、スロットル弁通過空気流量mt、還流弁通過排気ガス流量me、吸気弁通過混合ガス流量mc、及びスロットル弁下流吸気通路内の空気と排気ガスとの混合ガスに関する質量保存則に基づいて計算される同通路内の混合ガス量Mと、同還流弁通過排気ガス流量me、吸気弁通過排気ガス流量mce、及び同通路内の排気ガスに関する質量保存則に基づいて計算される同通路内の排気ガス量Meと、同通路内での排気ガスの拡散割合Rv(=Ve/Vm)を用いて、同通路内における排気ガス還流率をMe/(Rv・M) なる式にて推定し、排気ガスの同通路の通過時間に相当するむだ時間前に推定された前記同通路内における排気ガス還流率を燃焼室内における排気ガス還流率として推定する。【選択図】  図７
2004204783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路とスロットル弁よりも下流のスロットル弁下流吸気通路とを接続する排気ガス還流通路と、前記排気ガス還流通路を開閉する排気ガス還流弁とを備えた内燃機関に適用され、前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を推定するとともに少なくとも同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率に基づいて燃焼室内における排気ガス還流率を推定する排気ガス還流率推定手段を備えた内燃機関の排気ガス還流率推定装置であって、
前記排気ガス還流弁を通過した排気ガスが前記スロットル弁下流吸気通路に流入してから前記燃焼室に流入するまでの時間をむだ時間として取得するむだ時間取得手段を備え、
前記排気ガス還流率推定手段は、
前記燃焼室内における排気ガス還流率が前記むだ時間前における前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率と等しいことを利用して、前記スロットル弁下流吸気通路内の空気と排気ガスとの混合ガスの状態に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の混合ガス量と、前記スロットル弁下流吸気通路内の排気ガスについて適用される質量保存則に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガス量と、に基づいて同スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を計算により推定するとともに、前記むだ時間前における同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を前記燃焼室内における排気ガス還流率として推定するように構成された内燃機関の排気ガス還流率推定装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路とスロットル弁よりも下流のスロットル弁下流吸気通路とを接続する排気ガス還流通路と、前記排気ガス還流通路を開閉する排気ガス還流弁とを備えた内燃機関に適用され、前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を推定するとともに少なくとも同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率に基づいて燃焼室内における排気ガス還流率を推定する排気ガス還流率推定手段を備えた内燃機関の排気ガス還流率推定装置であって、
前記スロットル弁を通過して前記スロットル弁下流吸気通路に流入する空気流量を取得するスロットル弁通過空気流量取得手段と、
前記排気ガス還流弁を通過して前記スロットル弁下流吸気通路に流入する排気ガス流量を取得する還流弁通過排気ガス流量取得手段と、
前記スロットル弁下流吸気通路と前記燃焼室とを連通・遮断する吸気弁を通過して前記スロットル弁下流吸気通路から同燃焼室に流入する空気と排気ガスとの混合ガス流量を取得する吸気弁通過混合ガス流量取得手段と、
前記排気ガス還流弁を通過した排気ガスが前記スロットル弁下流吸気通路に流入してから前記燃焼室に流入するまでの時間をむだ時間として取得するむだ時間取得手段と、を備え、
前記排気ガス還流率推定手段は、
前記吸気弁通過混合ガス流量と、同排気ガス還流率推定手段により既に推定した前記むだ時間前における前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率とに基づいて前記吸気弁を通過する排気ガス流量を取得する吸気弁通過排気ガス流量取得手段を備えるとともに、
前記スロットル弁通過空気流量、前記還流弁通過排気ガス流量、前記吸気弁通過混合ガス流量、及び前記スロットル弁下流吸気通路内の混合ガスについて適用される質量保存則に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の混合ガス量と、前記還流弁通過排気ガス流量、前記吸気弁通過排気ガス流量、及び前記スロットル弁下流吸気通路内の排気ガスについて適用される質量保存則に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガス量と、に基づいて同スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を計算により推定するとともに、前記むだ時間前における同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を前記燃焼室内における排気ガス還流率として推定するように構成された内燃機関の排気ガス還流率推定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気ガス還流率推定装置であって、
前記スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスが同スロットル弁下流吸気通路内で拡散する程度を示す排気ガス拡散指標値を推定する排気ガス拡散指標値推定手段を備え、
前記排気ガス還流率推定手段は、前記排気ガス拡散指標値に基づいて前記推定したスロットル弁下流排気通路内における排気ガス還流率を補正する補正手段を備えるとともに、前記補正手段により補正された前記むだ時間前におけるスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を前記燃焼室内における排気ガス還流率として推定するように構成された内燃機関の排気ガス還流率推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の排気ガス還流率推定装置において、
前記むだ時間取得手段は、前記スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスの同スロットル弁下流吸気通路内における流速を推定するとともに、同推定した流速に基づいて前記むだ時間を取得するように構成された内燃機関の排気ガス還流率推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス還流弁を介して排気通路内から還流されて燃焼室に流入する排気ガスの排気ガス還流率を推定する内燃機関の排気ガス還流率推定装置に関する。本明細書において、「排気ガス還流率」は、吸入された空気に対する還流された排気ガスの質量比（又は体積比等）、吸入された空気と還流された排気ガスとの混合ガスに対する同排気ガスの質量比（又は体積比等）等、吸入された空気量に対する還流された排気ガス量の割合に応じた値である。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関において、排気通路とスロットル弁よりも下流のスロットル弁下流吸気通路とを接続する排気ガス還流通路を設けて排気ガスの一部をスロットル弁下流吸気通路に還流させるとともに、排気ガス還流通路の途中に排気ガス還流弁を設けて排気ガスの還流量を制御することで、外部に排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の低減と燃費の向上を図る排気ガス還流制御が知られている。
【０００３】
この還流される排気ガスは燃焼に寄与しないガスであるから、還流される排気ガス（の還流量）は内燃機関の空燃比或いは燃料噴射量を制御する際に外乱となる。従って、前記排気ガス還流制御においては、燃焼室に流入したガス（空気と排気ガスとの混合ガス）の燃焼室内における排気ガス還流率を精度良く推定する必要がある。
【０００４】
このため、例えば、下記特許文献１に開示された内燃機関の排気ガス還流率推定装置は、エンジン回転速度、及びスロットル弁下流吸気通路内圧力と、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率との関係を規定するテーブル（マップ）を記憶していて、各センサにより検出される実際のエンジン回転速度、及び実際のスロットル弁下流吸気通路内圧力と、前記記憶しているテーブルとからスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を推定する。
【０００５】
また、前記開示された装置は、排気ガス還流弁を通過した排気ガスがスロットル弁下流吸気通路に流入してから燃焼室に流入するまでのむだ時間を、実際のエンジン回転速度、及び実際のスロットル弁下流吸気通路内圧力と、エンジン回転速度及びスロットル弁下流吸気通路内圧力と前記むだ時間との関係を規定する所定のテーブルとから求める。そして、前記開示された装置は、燃焼室内における排気ガス還流率が前記求めたむだ時間前におけるスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率に等しいとの仮定の下、同むだ時間前における前記推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を燃焼室内における排気ガス還流率として推定するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１２８３５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記開示された装置においては、複数のパラメータに基づくテーブル検索によりスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を推定し、これに基づいて燃焼室内における排気ガス還流率を推定しているので、膨大な数に及ぶ各パラメータの組合せの全てに対して、正確な燃焼室内における排気ガス還流率を得るためのスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を定めることが難しく、また、その適合を行う際の労力が多大であるという問題がある。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、上記課題に対処するためになされたものであって、その特徴は、内燃機関の排気通路とスロットル弁よりも下流のスロットル弁下流吸気通路とを接続する排気ガス還流通路と、前記排気ガス還流通路を開閉する排気ガス還流弁とを備えた内燃機関に適用され、前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を推定するとともに少なくとも同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率に基づいて燃焼室内における排気ガス還流率を推定する排気ガス還流率推定手段を備えた内燃機関の排気ガス還流率推定装置が、前記排気ガス還流弁を通過した排気ガスが前記スロットル弁下流吸気通路に流入してから前記燃焼室に流入するまでの時間をむだ時間として取得するむだ時間取得手段を備え、前記排気ガス還流率推定手段は、前記燃焼室内における排気ガス還流率が前記むだ時間前における前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率と等しいことを利用して、前記スロットル弁下流吸気通路内の空気と排気ガスとの混合ガスの状態に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の混合ガス量と、前記スロットル弁下流吸気通路内の排気ガスについて適用される質量保存則に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガス量と、に基づいて同スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を計算により推定するとともに、前記むだ時間前における同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を前記燃焼室内における排気ガス還流率として推定するように構成されたことにある。
【０００９】
これによれば、スロットル弁下流吸気通路内における混合ガスの状態に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の混合ガス量と、物理法則である質量保存則に従って計算される同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガス量とに基づいて同スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率（例えば、スロットル弁下流吸気通路内の混合ガス質量に対する同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガス質量の割合）が計算により求められる。
【００１０】
また、燃焼室内における排気ガス還流率（例えば、燃焼室内の混合ガス質量に対する同燃焼室内の排気ガス質量の割合）は、排気ガス還流弁を通過した排気ガスがスロットル弁下流吸気通路に流入してから燃焼室に流入するまでに必要な前記むだ時間前におけるスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率と等しいと仮定することで、同むだ時間前における同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率が同燃焼室内における排気ガス還流率として推定される。
【００１１】
従って、多くのパラメータの組合せに対するテーブル値の適合を行うことなくスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を精度良く求めることが可能となる。更には、前記むだ時間を考慮しながら、前記推定精度の高いスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率に基づいて燃焼室内における排気ガス還流率も精度良く求められるので、機関の空燃比制御、或いは燃料噴射量制御等を高精度に行うことが可能となる。
【００１２】
上記内燃機関の排気ガス還流率推定装置のより具体的態様としては、同装置は、前記スロットル弁を通過して前記スロットル弁下流吸気通路に流入する空気流量を取得するスロットル弁通過空気流量取得手段と、前記排気ガス還流弁を通過して前記スロットル弁下流吸気通路に流入する排気ガス流量を取得する還流弁通過排気ガス流量取得手段と、前記スロットル弁下流吸気通路と前記燃焼室とを連通・遮断する吸気弁を通過して前記スロットル弁下流吸気通路から同燃焼室に流入する空気と排気ガスとの混合ガス流量を取得する吸気弁通過混合ガス流量取得手段とを備え、前記排気ガス還流率推定手段は、前記吸気弁通過混合ガス流量と、同排気ガス還流率推定手段により既に推定した前記むだ時間前における前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率とに基づいて前記吸気弁を通過する排気ガス流量を取得する吸気弁通過排気ガス流量取得手段を備えるとともに、前記スロットル弁通過空気流量、前記還流弁通過排気ガス流量、前記吸気弁通過混合ガス流量、及び前記スロットル弁下流吸気通路内の混合ガスについて適用される質量保存則に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の混合ガス量と、前記還流弁通過排気ガス流量、前記吸気弁通過排気ガス流量、及び前記スロットル弁下流吸気通路内の排気ガスについて適用される質量保存則に基づいて計算される同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガス量と、に基づいて同スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を計算により推定するとともに、前記むだ時間前における同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を前記燃焼室内における排気ガス還流率として推定するように構成されることが好適である。
【００１３】
これによれば、特に、前記むだ時間を考慮しながら、吸気弁を通過する混合ガス流量である前記吸気弁通過混合ガス流量に基づいて同吸気弁を通過する排気ガス流量である吸気弁通過排気ガス流量が精度良く求められるので、スロットル弁下流吸気通路内の排気ガスについて適用される質量保存則に基づいて同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガス量も精度良く求めることができ、この結果、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率をより一層正確に計算することができる。
【００１４】
上記何れかの排気ガス還流率推定装置においては、前記スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスが同スロットル弁下流吸気通路内で拡散する程度を示す排気ガス拡散指標値を推定する排気ガス拡散指標値推定手段を備え、前記排気ガス還流率推定手段は、前記排気ガス拡散指標値に基づいて前記推定したスロットル弁下流排気通路内における排気ガス還流率を補正する補正手段を備えるとともに、前記補正手段により補正された前記むだ時間前におけるスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を前記燃焼室内における排気ガス還流率として推定するように構成されることが好適である。ここにおいて、前記スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスが同スロットル弁下流吸気通路内で拡散する程度を示す「排気ガス拡散指標値」は、例えば、同スロットル弁下流吸気通路の容積全体に対して同スロットル弁下流吸気通路内で拡散する排気ガスが占める割合等であって、これに限定されない。
【００１５】
例えば、排気ガス還流通路がスロットル弁下流吸気通路に接続される位置がスロットル弁から離れた吸気弁に近い位置である場合、スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスが同スロットル弁下流吸気通路内全体に拡散すると仮定してスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を求めると、同排気ガス還流率の推定精度が低下する可能性がある。このような場合、上記のように排気ガス拡散指標値に基づいてスロットル弁下流排気ガス還流率を補正するように構成することにより、スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスが同スロットル弁下流吸気通路内の一部（例えば、吸気弁の近傍）のみに拡散する場合であっても、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を精度良く求めることが可能となる。
【００１６】
また、上記何れかの排気ガス還流率推定装置においては、前記むだ時間取得手段は、前記スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスの同スロットル弁下流吸気通路内における流速を推定するとともに、同推定した流速に基づいて前記むだ時間を取得するように構成されることが好適である。
【００１７】
これによれば、排気ガス還流通路がスロットル弁下流吸気通路に接続される位置から吸気弁までの距離を予め求めておくことにより、同求めた距離と前記推定された排気ガスの流速とに基づいて簡易且つ容易に前記むだ時間を求めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による内燃機関の排気ガス還流率推定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、本発明の実施形態に係る排気ガス還流率推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置を火花点火式多気筒（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。
【００１９】
この内燃機関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。
【００２０】
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。
【００２１】
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を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置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。
【００２２】
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弁４３、スロットル弁駆動手段を構成するスロットル弁アクチュエータ４３ａ、スワールコントロールバルブ（以下、「ＳＣＶ」と称呼する。）４４、及びＳＣＶアクチュエータ４４ａを備えている。ここで、スロットル弁４３よりも下流であって吸気弁３２よりも上流の吸気通路は「スロットル弁下流吸気通路」を構成している。
【００２３】
ＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａは、後述する電子制御装置７０が達成する電子制御スロットル弁ロジックにより目標スロットル弁開度TAtが与えられると、実際のスロットル弁開度TAが目標スロットル弁開度TAtとなるようにスロットル弁４３を駆動するようになっている。
【００２４】
ＤＣモータからなるＳＣＶアクチュエータ４４ａは、電気制御装置７０から駆動信号を受け、前記スロットル弁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、燃焼室２５に吸入される空気にスワールを発生させるためのＳＣＶ４４を回転駆動するようになっている。
【００２５】
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、エキゾーストパイプ５２に介装された所謂酸素吸蔵・放出機能を備えた触媒コンバータ（三元触媒装置）５３、排気ガス還流通路５４、及び、排気ガス還流通路５４の途中に配設されるとともに同排気ガス還流通路５４を連通・遮断する排気ガス還流弁としてのＥＧＲバルブ５５を備えている。ここで、排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００２６】
排気ガス還流通路５４は、排気ポート３４の下流側近傍の排気通路と、スロットル弁４３の下流側であってインジェクタ３９の上流側の吸気通路とを連通する連通路である。ＥＧＲバルブ５５は、弁体のリフト量Le（即ち、ＥＧＲバルブ５５の開口面積）を調整可能な常閉型のリニア式電磁弁から構成されていて、電子制御装置７０により目標リフト量Letが与えられると、実際のリフト量Leが同目標リフト量Letとなるように同弁体が駆動されるようになっている。換言すれば、電気制御装置７０からの駆動信号に応じて、排気通路からスロットル弁下流吸気通路に還流される排気ガスの還流量が調整できるようになっている。
【００２７】
一方、このシステムは、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（スロットル弁上流圧力センサ）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、クランクポジションセンサ６７、水温センサ６８、空燃比センサ６９、アクセル操作量検出手段（の一部）を構成するアクセル開度センサ８１、排気ガス温度センサ８２、及び、リフト量センサ８３を備えている。
【００２８】
エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量を計測し、同質量流量に応じた電圧Vgを出力するようになっている。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（吸気温度）を検出し、吸気温度THA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、スロットル弁４３の上流の圧力（即ち、大気圧）を検出し、スロットル弁上流圧力Paを表す信号を出力するようになっている。
【００２９】
スロットルポジションセンサ６４は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度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。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。クランクポジションセンサ６７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。
【００３０】
水温センサ６８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。空燃比センサ６９は、触媒コンバータ５３に流入する排ガス中の酸素濃度を検出することで空燃比を表す信号を出力するようになっている。アクセル開度センサ８１は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量を検出し、同アクセルペダルの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。排気ガス温度センサ８２は、ＥＧＲバルブ５５に流入する排気ガスの温度を検出し、排気ガス温度Teを表す信号を出力するようになっている。リフト量センサ８３は、ＥＧＲバルブ５５の弁体の実際のリフト量を検出し、リフト量Leを表す信号を出力するようになっている。
【００３１】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、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ＲＡＭ７４、及びＡＤコンバータを含むインターフェース７５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７５は、前記センサ６１〜６９，８１〜８３と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６９，８１〜８３からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、ＳＣＶアクチュエータ４４ａ、及びＥＧＲバルブ５５に駆動信号を送出するようになっている。
【００３２】
ＲＯＭ７２は、エンジン回転速度NE、及び後述する吸入空気量KLfwdと、目標リフト量Letとの関係を規定する所定のテーブルを記憶していて、ＣＰＵ７１は、クランクポジションセンサ６７の出力に基づく実際のエンジン回転速度NE、及び後述するように求められる吸入空気量KLfwd（KLfwd(k-1)）と、前記ＲＯＭ７２が記憶しているテーブルとから目標リフト量Letを逐次求め、同目標リフト量Letに応じた駆動信号をＥＧＲバルブ５５に逐次出力するようになっている。
【００３３】
次に、上記のように構成された排気ガス還流率推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置（以下、「本装置」と云うこともある。）による物理モデルを用いた燃料噴射量の決定方法について説明する。以下に述べる処理は、ＣＰＵ７１がプログラムを実行することにより行われる。
【００３４】
（燃料噴射量fiの決定方法の概要）
このような燃料噴射量制御装置は、吸気行程にある気筒、又は吸気行程の直前の状態にある気筒（即ち、燃料噴射気筒）の吸気弁３２が、その吸気行程において開弁した状態から閉弁する状態に移行する時点（吸気弁閉弁時）より前の時点にて、同気筒に対して所定量の燃料を噴射する必要がある。そのため、本燃料噴射量制御装置は、吸気弁３２が閉弁状態に移行する時点において同気筒内に吸入されているであろう吸入空気量を前もって予測し、同予測した吸入空気量に応じた燃料量の燃料を同吸気弁３２の閉弁時より前の時点で同気筒に対して噴射する。本例においては、噴射終了時期を、燃料噴射気筒の吸気上死点前７５°クランクアングル（以下、「BTDC７５°CA」と表す。他のクランクアングルについても同様に表す。）と定めている。従って、本装置は、噴射に要する時間（インジェクタの開弁時間）、ＣＰＵ７１の計算時間を考慮して、BTDC７５°CAの時点よりも前の時点にて、燃料噴射気筒の吸入空気量を予測する。
【００３５】
一方、吸気弁閉弁時の吸気管圧力（即ち、吸気管内空気圧力、又は、スロットル弁下流吸気通路内における空気と排気ガスとの混合ガス圧力）は、吸入空気量（又は、吸入混合ガス量）と密接な関係にある。また、吸気弁閉弁時の吸気管圧力は、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度に依存する。そこで、本装置は、吸気弁閉弁時のスロットル弁開度を予測・推定し、そのスロットル弁開度に基づいて燃料噴射気筒の吸入空気量KLfwd(k)を事前に予測し、下記数１に示したように、予測した予測吸入空気量KLfwd(k)をエンジンの運転状態に応じて別途定められる目標空燃比AbyFrefで除することで燃料噴射量fi(k)を求める。ここで、添え字ｋは今回の演算値であることを示している（以下、他の変数等についても同様。）。以上が、燃料噴射量fiを求める方法の概要である。
【００３６】
【数１】
fi(k) ＝ KLfwd(k) / AbyFref
【００３７】
（具体的構成・作用）
以下、上記した燃料噴射量fiを求めるための本装置の具体的構成、及び作用について説明する。この排気ガス還流率推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置は、機能ブロック図である図２に示したように、現時点での実際のアクセルペダルの操作量Accpを検出するアクセル開度センサ８１、電子制御スロットル弁ロジックＡ１、電子制御スロットル弁モデルＭ１、内燃機関の吸気系における空気（及び排気ガス）の挙動をモデル化した空気モデルを含む吸入空気モデルＡ２、目標空燃比設定手段Ａ３、及び噴射量決定手段Ａ４を含んでいる。以下、個別具体的に、各手段、及びモデル等について説明する。
【００３８】
（電子制御スロットル弁ロジックと電子制御スロットル弁モデル）
先ず、スロットル弁開度を制御するための電子制御スロットル弁ロジックＡ１と、将来における（現時点よりも先の時点における）スロットル弁開度TAestを予測する電子制御スロットル弁モデルＭ１について説明する。
【００３９】
電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、先ず、演算周期ΔTt（例えば、８msec）の経過毎にアクセル開度センサ８１の出力値に基づいてアクセルペダル操作量Accpを読込み、読み込んだアクセル操作量Accpと図３のアクセル操作量Accpと目標スロットル弁開度TAaccとの関係を規定したテーブルとに基づいて今回の暫定目標スロットル弁開度TAaccを求め、この暫定目標スロットル弁開度TAaccを図４のタイムチャートに示したように、所定の遅延時間TDだけ遅延し、この遅延した暫定目標スロットル弁開度TAaccを目標スロットル弁開度TAtとして設定してスロットル弁アクチュエータ４３ａに出力する。なお、遅延時間TDは、本例においては一定の時間であるが、内燃機関が所定のクランク角度（例えば、クランク角２７０°CA）だけ回転するのに要する時間T270とする等、エンジン回転速度NEに応じた可変の時間とすることもできる。
【００４０】
ところで、電子制御スロットル弁ロジックＡ１から目標スロットル弁開度TAtがスロットル弁アクチュエータ４３ａに出力された場合であっても、同スロットル弁アクチュエータ４３ａの遅れや、スロットル弁４３の慣性などにより、実際のスロットル弁開度TAは、ある遅れをもって目標スロットル弁開度TAtに追従する。そこで、電子制御スロットル弁モデルＭ１においては、下記数２に基いて遅延時間TD後におけるスロットル弁開度を予測・推定する（図４を参照）。
【００４１】
【数２】
TAest(k+1)＝TAest(k)＋ΔTt・ｆ（TAt(k)，TAest(k))
【００４２】
数２において、TAest(k+1)は今回の演算タイミングにおいて新たに予測・推定される予測スロットル弁開度TAestであり、TAt(k)は今回の演算タイミングにて新たに得られた目標スロットル弁開度TAtであり、TAest(k)は今回の演算タイミングにおいて既に予測・推定されていた最新の予測スロットル弁開度TAest（即ち、前回の演算タイミングにおいて予測・推定されたスロットル弁開度TAest）である。また、関数ｆ（TAt(k)，TAest(k)）は、図５に示したように、TAt(k)とTAest(k)との差ΔTA（＝TAt(k)−TAest(k))が大きい程大きい値をとる関数（ΔTAに関して単調増加する関数ｆ）である。
【００４３】
このように、電子制御スロットル弁モデルＭ１（ＣＰＵ７１）は、今回の演算タイミングにて遅延時間TD後の目標スロットル弁開度TAtを新たに決定するとともに、遅延時間TD後のスロットル弁開度TAestを新たに予測・推定し、現時点から遅延時間TD経過後までの目標スロットル弁開度TAtと予測スロットル弁開度TAestを、現時点からの時間経過に対応させた形でＲＡＭ７３に記憶・格納する。
【００４４】
(吸入空気モデルＡ２)
吸入空気モデルＡ２は、内燃機関の吸気系における空気（及び、排気ガス）の挙動をモデル化した空気モデルを構成するスロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、ＥＧＲ弁モデルＭ４、吸気管モデルＭ５、及び吸気弁モデルＭ６を備えていて、少なくとも電子制御スロットル弁モデルＭ１により予測・推定された予測スロットル弁開度TAestに基いて同燃料噴射気筒の今回の吸気行程における吸気弁閉弁時の吸入空気量（予測吸入空気量）KLfwd(k)を予測・推定する。上記スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、ＥＧＲ弁モデルＭ４、吸気管モデルＭ５、及び吸気弁モデルＭ６については、後に詳述する。
【００４５】
なお、本例では、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、ＥＧＲ弁モデルＭ４、吸気管モデルＭ５、及び吸気弁モデルＭ６により吸気弁閉弁時の予測吸入空気量KLfwd(k)を予測・推定するが、吸入空気モデルＡ２は、燃料噴射気筒の今回の吸気行程における吸気弁閉弁時の予測スロットル弁開度TAest、同燃料噴射気筒の今回の吸気行程における吸気弁閉弁時の実エンジン回転速度NE、及びテーブル（スロットル弁開度TA、エンジン回転速度NE、及び吸入空気量との関係を規定したテーブル）を用いて、今回の吸気行程における吸気弁閉弁時の予測吸入空気量KLfwd(k)を求める（予測する）ように構成されていてもよい。
【００４６】
（目標空燃比設定手段Ａ３）
目標空燃比設定手段Ａ３は、内燃機関の運転状態であるエンジン回転速度NE、及び目標スロットル弁開度TAt等に基いて目標空燃比AbyFrefを決定する手段である。この目標空燃比AbyFrefは、例えば、内燃機関の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に設定されてよい。
【００４７】
（噴射量決定手段Ａ４）
図２に示した噴射量決定手段Ａ４は、吸入空気モデルＡ２により算出された特定気筒の今回の吸気行程における吸気弁閉弁時の予測吸入空気量KLfwd(k)、及び目標空燃比設定手段Ａ３により決定された目標空燃比AbyFrefに基いて、上記数１に従って、同特定気筒の今回の吸気行程に対する燃料噴射量fi(k)を決定する手段である。
【００４８】
次に、上述した吸入空気モデルＡ２について詳細に説明する。図２に示したように、吸入空気モデルＡ２はモデルＭ２〜Ｍ６を備えている。以下、吸入空気モデルＡ２が備える各モデルについて、個別に説明を加える。
【００４９】
（スロットルモデルＭ２）
スロットルモデルＭ２は、スロットル弁４３を通過した空気流量（スロットル弁通過空気流量）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に基づいて推定するモデルである。下記数３において、Ct（θt）はスロットル弁開度θt（＝TA）に応じて変化する流量係数、At（θt）はスロットル弁開度θt（＝TA）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はスロットル弁上流圧力（即ち、大気圧）、Pmは吸気管圧力（スロットル弁下流吸気通路内混合ガス（空気）圧力）、Taは吸気温度（大気温度）、Tmは吸気管内混合ガス（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。
【００５０】
【数３】
2004204783.tif 000003
【００５１】
ここで、上記スロットルモデルＭ２を記述した上記数３の導出過程について説明する。いま、スロットル弁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、スロットル弁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、スロットル弁４３を通過する空気の流速をvdとすると、スロットル弁通過空気流量mtは、下記数４で表される。数４は質量保存則を記述した式と言える。
【００５２】
【数４】
mt＝Ad・ρd・vd＝Au・ρu・vu
【００５３】
一方、運動エネルギーは、空気の質量をmとすると、スロットル弁４３の上流でm・vu2／２であり、スロットル弁４３を通過する場所でm・vd2／２である。他方、熱エネルギーは、スロットル弁４３の上流でm・Cp・Tuであり、スロットル弁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５が得られる。なお、Tuはスロットル弁上流の空気温度、Tdはスロットル弁下流の空気温度（混合ガス温度）、Cpは定圧比熱である。
【００５４】
【数５】
m・vu2／２＋m・Cp・Tu＝m・vd2／２＋m・Cp・Td
【００５５】
ところで、状態方程式は下記数６、比熱比κは下記数７、マイヤーの関係は下記数８で示されるから、数６〜数８よりCp・Tは下記数９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。
【００５６】
【数６】
P＝ρ・R・T
【００５７】
【数７】
κ＝Cp／Cv
【００５８】
【数８】
Cp＝Cv＋R
【００５９】
【数９】
Cp・T＝｛κ/(κ-1)｝・(P／ρ)
【００６０】
上記数９の関係を用いて上記エネルギー保存則に基づく数５を書換えると、下記数１０が得られる。ここで、Puはスロットル弁４３上流の空気圧力、Pdはスロットル弁４３の下流の混合ガス（空気）圧力（即ち、吸気管圧力（スロットル弁下流吸気通路内混合ガス圧力）Pm）である。
【００６１】
【数１０】
vu2／２＋｛κ/(κ-1)｝・(Pu／ρu)＝vd2／２＋｛κ/(κ-1)｝・(Pd／ρd)
【００６２】
そして、スロットル弁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１０は下記数１１に書き換えられる。
【００６３】
【数１１】
｛κ/(κ-1)｝・(Pu／ρu)＝vd2／２＋｛κ/(κ-1)｝・(Pd／ρd)
【００６４】
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Ad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１２が得られる。
【００６５】
【数１２】
ρd・vd2・Ad−ρu・vu2・Au＝Pu・Au−Pd・Ad＋Pmean・（Ad−Au）
【００６６】
上記数１２で、Au＝∞、vu＝０を考慮すると、下記数１３が得られるので、同数１３と上記数１２とから下記数１４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。
【００６７】
【数１３】
Pmean＝Pｕ
【００６８】
【数１４】
ρd・vd2＝Pu−Pd
【００６９】
従って、上記数４、上記数１１、及び数１４から、下記数１５が得られる。
【００７０】
【数１５】
2004204783.tif 000004
【００７１】
上記数１５において、Puはスロットル弁上流圧力Paであり、Pdは吸気管圧力Pmである。また、状態方程式から得られるρu＝M／Vu＝Pu／（R・Tu）を上記数１５に代入するとともに、開口断面積Adを開口面積A(θt)と置きなおし、更に流量係数をCt(θt)を加えて上記数１５を整理すると、上記数３が得られる。
【００７２】
次に、スロットルモデルＭ２におけるスロットル通過空気流量mtの求め方を述べると、上記数３は下記数１６及び下記数１７により表され、k1をCt(θt)・At(θt)・｛Pa/(R・Ta)1/2｝とおき、mtsを吸気弁閉弁時のスロットル通過空気流量とするとき下記数１６は下記数１８に書き換えられる。
【００７３】
【数１６】
mt＝Ct(θt)・At(θt)・｛Pa/(R・Ta)1/2｝・Φ（Pm/Pa)
【００７４】
【数１７】
2004204783.tif 000005
【００７５】
【数１８】
mts＝k1・Φ（Pm/Pa)
【００７６】
また、数１８において、内燃機関１０が定常状態にある場合（スロットル弁開度が一定のまま推移して吸気弁閉弁に至る場合）のスロットル弁通過空気流量をmtsTA、及びそのときの吸気管圧力をPmTAとすると、下記数１９が得られるので、数１８及び数１９から係数k1を消去して下記数２０を得ることができる。
【００７７】
【数１９】
mtsTA＝k1・Φ（PmTA/Pa）
【００７８】
【数２０】
mts＝｛mtsTA／Φ（PmTA/Pa）｝・Φ（Pm/Pa）
【００７９】
上記数２０の右辺における値mtsTAは、スロットル弁開度TAが一定である定常運転状態での吸入空気流量（スロットル弁通過空気流量）に関する値であり、このような定常運転状態にあってはスロットル弁通過空気流量mtは、吸気弁通過混合ガス流量mcから還流弁通過排気ガス流量meを減じた流量と等しくなる。そこで、スロットルモデルＭ２は、後述する吸気弁モデルＭ３で用いる経験則により得られた式（下記数２１）を用いて現時点から演算周期ΔTtだけ前の時点の吸気弁通過混合ガス流量mcTAを求めるとともに、後述するＥＧＲ弁モデルＭ４で用いる図６に示したテーブルを用いて現時点から演算周期ΔTtだけ前の時点の還流弁通過排気ガス流量meTAを求め、吸気弁通過混合ガス流量mcTAから還流弁通過排気ガス流量meTAを減じた値を値mtsTAとする。なお、この値mtsTAを求める際の各パラメータ（エンジン回転速度NE、及び吸気弁開閉タイミングVT）は、総て現時点から演算周期ΔTt前での実際の値を用いる。
【００８０】
また、スロットルモデルＭ２は、燃料噴射開始時期直前（BTDC９０°CA）から吸気弁閉弁時までの時間をエンジン回転速度NEから求め、この時間と略一致する遅延時間後の予測スロットル弁開度TAestをＲＡＭ７２から読み出し、それを予測スロットル弁開度TAest(k-1)とする。加えて、スロットルモデルＭ２は、スロットル弁開度TA、予測吸入空気量KLfwd、エンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVTと、吸気管圧力Pmとの関係を規定するテーブルMAPPMをＲＯＭ７２内に記憶していて、前記予測スロットル弁開度TAest(k-1)、後述する吸気弁モデルＭ６が既に求めている前回の（予測）吸入空気量KLfwd(k-1)、現時点から演算周期ΔTt前の実際のエンジン回転速度NE、及び現時点から演算周期ΔTt前の実際の吸気弁の開閉タイミングVTと、前記テーブルMAPPMとに基づいて上記数２０の右辺における吸気管圧力PmTA（＝MAPPM(TAest(k-1),KLfwd(k-1),NE,VT)）を求める。
【００８１】
更に、スロットルモデルＭ２は、値Pm/Paと値Φ(Pm/Pa)との関係を規定するテーブルMAPΦを記憶していて、前記吸気管圧力PmTAをスロットル弁上流圧力Paで除した値（PmTA/Pa）と、前記テーブルMAPΦとから、上記数２０の右辺における値Φ(PmTA/Pa)（＝MAPΦ(PmTA/Pa)）を求める。同様にして、スロットルモデルＭ２は、後述する吸気管モデルＭ５が既に求めている前回の吸気管圧力Pm(k-1)をスロットル弁上流圧力Paで除した値（Pm(k-1)/Pa）と、前記テーブルMAPΦとから、上記数２０の右辺における値Φ(Pm/Pa)（＝MAPΦ(Pm(k-1)/Pa)）を求める。以上により、上記数２０の右辺の各因数が求められるので、これらを掛け合わせることにより、予測スロットル弁通過空気流量mts(＝mt(k-1))が求められる。このようにして予測スロットル弁通過空気流量mts(＝mt(k-1))を取得する手段がスロットル弁通過空気流量取得手段に相当する。
【００８２】
（吸気弁モデルＭ３）
吸気弁モデルＭ３は、吸気管圧力Pm、吸気管内温度Tm、及び吸気温度THA等から吸気弁通過混合ガス流量mcを推定するモデルである。吸気弁閉弁時の気筒内圧力は吸気弁３２の上流の圧力、即ち吸気弁閉弁時の吸気管圧力Pmとみなすことができるので、吸気弁通過混合ガス流量mcは吸気弁閉弁時の吸気管圧力Pmに比例する。そこで、吸気弁モデルＭ３は吸気弁通過混合ガス流量mcを、経験則に基づく下記数２１にしたがって求める。
【００８３】
【数２１】
mc＝（THA/Tm）・（c・Pm−d）
【００８４】
数２１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量に対応する量である。吸気弁モデルＭ３は、エンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVT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MAPC、及びMAPDをＲＯＭ７２内に格納していて、現時点の実際のエンジン回転速度NEと、現時点の実際の吸気弁の開閉タイミングVTと、前記格納しているテーブルとから比例係数c（＝MAPC(NE,VT)）、及び既燃ガス量d（＝MAPD(NE,VT)）を求める。また、吸気弁モデルＭ３は、演算時点にて、後述する吸気管モデルＭ５により既に推定されている最新の吸気管圧力Pm(＝Pm(k-1))と最新の吸気管内混合ガス温度Tm(＝Tm(k-1))とを上記数２１に適用し、吸気弁通過混合ガス流量mc（＝mc(k-1)）を推定する。このようにして吸気弁通過混合ガス流量mc（＝mc(k-1)）を取得する手段が吸気弁通過混合ガス流量取得手段に相当する。
【００８５】
（ＥＧＲ弁モデルＭ４）
ＥＧＲ弁モデルＭ４は、吸気管圧力Pm、スロットル弁上流圧力Pa、及びＥＧＲバルブ５５の弁体のリフト量Leから還流弁通過排気ガス流量meを推定するモデルである。より具体的に述べると、ＥＧＲ弁モデルＭ４は、吸気管圧力Pmをスロットル弁上流圧力Paで除した値(Pm/Pa)、及びＥＧＲバルブ５５の弁体のリフト量Leと、還流弁通過排気ガス流量meとの関係を規定する図６に示したテーブルMAPMEをＲＯＭ７２内に記憶していて、演算時点にて、後述する吸気管モデルＭ５により既に推定されている最新の吸気管圧力Pm(＝Pm(k-1))をスロットル弁上流圧力Paで除した値(Pm(k-1)/Pa)、及び現時点から演算周期ΔTt前の実際のＥＧＲバルブ５５の弁体のリフト量Leと、前記テーブルMAPMEとに基づいて還流弁通過排気ガス流量me(＝me(k-1))を推定する。このようにして還流弁通過排気ガス流量me（＝me(k-1)）を取得する手段が還流弁通過排気ガス流量取得手段に相当する。
【００８６】
（吸気管モデルＭ５）
吸気管モデルＭ５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２２及び下記数２３、スロットル弁通過空気流量mt、スロットル弁通過空気温度（即ち、吸入空気温度THA）Ta、還流弁通過排気ガス流量me、ＥＧＲバルブ５５に流入する排気ガス温度Te、及び吸気管４１から流出する吸気弁通過混合ガス流量mcから、吸気管圧力Pm、及び吸気管内混合ガス温度Tmを求めるモデルである。なお、下記数２２、及び下記数２３において、Vmはスロットル弁下流吸気通路の容積である。
【００８７】
【数２２】
d(Pm/Tm)/dt＝(R/Vm)・(mt＋me−mc)
【００８８】
【数２３】
dPm/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Ta＋me・Te−mc・Tm)
【００８９】
吸気管モデルＭ５は、上記数２２、及び上記数２３の右辺におけるスロットル弁通過空気流量mt（＝mt(k-1)）をスロットルモデルＭ２から取得し、吸気弁通過混合ガス流量mc（＝mc(k-1)）を吸気弁モデルＭ３から取得するとともに、還流弁通過排気ガス流量me（＝me(k-1)）をＥＧＲ弁モデルＭ４から取得する。そして、数２２及び数２３に基づく計算を行って最新の吸気管圧力Pm(＝Pm(k))、及び吸気管内混合ガス温度Tm(＝Tm(k))を推定する。
【００９０】
ここで、上記吸気管モデルＭ５を記述した数２２及び数２３の導出過程について説明する。いま、スロットル弁下流吸気通路内の総混合ガス量（総空気量Maと総排気ガス量Meの和）をMとすると、総混合ガス量Mの時間的変化量は、スロットル弁下流吸気通路に流入する空気量に相当するスロットル弁通過空気流量mtと同スロットル弁下流吸気通路に流入する排気ガス量に相当する還流弁通過排気ガス流量meの和から同スロットル弁下流吸気通路から流出する混合ガス量に相当する吸気弁通過混合ガス流量mcを減じた量であるから、混合ガスについて適用される質量保存則に基づく下記数２４が得られる。
【００９１】
【数２４】
dM／dt＝mt＋me−mc
【００９２】
また、状態方程式は下記数２５となるから、上記数２４と下記数２５とから総空気量Mを消去することにより、混合ガスについて適用される質量保存則に基づく上記数２２が得られる。
【００９３】
【数２５】
Pm・Vm＝M・R・Tm
【００９４】
次に、スロットル弁下流吸気通路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、スロットル弁下流吸気通路の容積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、スロットル弁下流吸気通路の混合ガスのエネルギーM・Cv・Tmの時間的変化量は、同スロットル弁下流吸気通路に流入する空気のエネルギーCp・mt・Taと同スロットル弁下流吸気通路に流入する排気ガスのエネルギーCp・me・Teの和から同スロットル弁下流吸気通路から流出する混合ガスのエネルギーCp・mc・Tmを減じた量に等しいので、下記数２６が得られる。
【００９５】
【数２６】
d(M・Cv・Tm)／dt＝Cp・mt・Ta＋Cp・me・Te−Cp・mc・Tm
【００９６】
この数２６を、上記数７（κ＝Cp／Cv）と、上記数２５（Pm・Vm＝M・R・Tm）とを用いて変形することにより、上記数２３が得られる。
【００９７】
実際には、吸気管モデルＭ５は、上記数２２及び上記数２３の各々を時間について演算周期Δtをもって離散化した下記数２７及び下記数２８に基づいて、吸気管圧力Pm(k)、及び吸気管内混合ガス温度Tm(k)を求める。なお、下記数２７及び下記数２８において、添え字k-1は前回の演算値であることを示している（以下、他の変数等についても同様。）。
【００９８】
【数２７】
2004204783.tif 000006
【００９９】
【数２８】
2004204783.tif 000007
【０１００】
また、吸気管モデルＭ５は、上記吸気管圧力Pm、及び吸気管内混合ガス温度Tmを求めるのみならず、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)、及び燃焼室２５内における排気ガス還流率Re(k-N)をも求めるモデルであるが、この点については後述する。
【０１０１】
（吸気弁モデルＭ６）
吸気弁モデルＭ６は、上記吸気弁モデルＭ３と同様のモデルを含んでいて、ここでは吸気管モデルＭ５が算出した最新の吸気管圧力Pm(＝Pm(k))、及び吸気管内混合ガス温度Tm(＝Tm(k))と、現時点のエンジン回転速度NEと、現時点の吸気弁の開閉タイミングVTと、前記マップMAPCと、前記マップMAPDと、上記経験則に基づく数２１（mc＝（THA/Tm）・（c・Pm−d））とを用いて最新の吸気弁通過混合ガス流量mc（＝mc(k)）を求める。そして、吸気弁モデルＭ６は、前記求めた吸気弁通過混合ガス流量mc(k)と吸気管モデルＭ５が求めている後述する燃焼室内における排気ガス還流率Re(k-N)とから最新の吸気弁通過空気流量mca(k)を求め、この吸気弁通過空気流量mca(k)に、エンジン回転速度NEから算出される吸気行程に要する時間（吸気弁３２が開弁してから閉弁するまでの時間）Tintを乗じることにより予測吸入空気量KLfwd(k)を求める。吸気弁モデルＭ６は、このような演算を各気筒毎に所定時間の経過毎に行う。
【０１０２】
このように、吸入空気モデルＡ２は、予測吸入空気量KLfwd(k)を所定時間の経過毎に更新するが、燃料噴射開始時期直前（BTDC９０°CA）から吸気弁閉弁時までの時間と略一致する遅延時間TD後の予測スロットル弁開度TAestに基いて予測吸入空気量KLfwd(k)を計算すること、及び同燃料噴射開始時期直前の時点での予測吸入空気量KLfwd(k)に基いて燃料噴射量fi(k)が計算されること（上記数１を参照。）から、同吸入空気モデルＡ２は、ある気筒の吸気行程に対する吸気弁閉弁時の予測スロットル弁開度TAestに基いて、吸入空気量を実質的に予測する予測吸入空気量算出手段を構成していることになる。
【０１０３】
即ち、吸入空気モデルＡ２は、特定の気筒の今回の吸気行程に対する吸気弁閉弁時より前の所定時点（本例においては、同気筒の今回の吸気行程に対する燃料噴射開始（BTDC７５°CA）前の所定のタイミング、具体的にはBTDC９０°CAにて同気筒の今回の吸気行程での吸気弁閉弁時の吸入空気量である予測吸入空気量KLfwd(k)を、電子制御スロットル弁モデルＭ１により予測された今回の吸気行程の吸気弁閉弁時近傍の時点の予測スロットル弁開度TAestとモデルＭ２〜Ｍ６とに基づいて算出するのである。
【０１０４】
（吸気管モデルＭ５による排気ガス還流率の推定方法の概要）
吸気管モデルＭ５は、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)を、同スロットル弁下流吸気通路内の混合ガスについて適用される上記数２４に基づく質量保存則、同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガスについて適用される質量保存則、及び状態方程式等の物理法則に基づいて得られる下記数２９に基づいて推定するとともに、同推定したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)に基づいて燃焼室２５内における排気ガス還流率Re(k-N)を推定する。下記数２９において、Rvはスロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスが同スロットル弁下流吸気通路内で拡散する排気ガス拡散割合（即ち、スロットル弁下流吸気通路の容積Vmに対する同スロットル弁下流吸気通路内にて排気ガスが拡散する空間容積Veの割合、排気ガス拡散指標値）であって、その詳細は後述する。
【０１０５】
【数２９】
2004204783.tif 000008
【０１０６】
以下、上記数２９の導出過程について、排気ガス還流率の導出過程を説明するためのスロットル弁下流吸気通路内のモデル図である図７を参照しながら説明する。本例では、排気ガス還流通路５４がスロットル弁下流吸気通路に接続される位置がスロットル弁４３から離れていて、且つ、吸気弁３２に近いので、同スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスは同スロットル弁下流吸気通路内において吸気弁３２に近い所定の空間容積Ve内のみに拡散する可能性が高い（図７において微細な多数のドットで示された領域は排気ガスが拡散する空間（領域）を示している。）。
【０１０７】
ここで、スロットル弁下流吸気通路内において排気ガスが拡散している空間容積Ve内における混合ガス量は、前記排気ガス拡散割合Rv、及び、スロットル弁下流吸気通路内の前記総混合ガス量Mを用いてRv・Mと仮定する。そうすると、スロットル弁下流吸気通路内の総排気ガス量（即ち、前記空間容積Ve内における排気ガス量）をMeとしたとき、前記空間容積Ve内における混合ガス量に対する同空間容積Ve内における排気ガス量の割合は、下記数３０の右辺にて表すことができる。本装置は、この割合をスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)と定義する。
【０１０８】
【数３０】
Re(k)＝Me(k)/(Rv(k)・M(k))
【０１０９】
上記数３０において、排気ガス拡散割合Rv(k)は、少なくとも吸気弁３２の開閉タイミングVT、吸気管圧力Pm、及びエンジン回転速度NEに応じて変化すると考えられるから、現時点での吸気弁３２の開閉タイミングVT、吸気管モデルＭ５が算出した最新の吸気管圧力Pm(k)、及び現時点での実際のエンジン回転速度NEをそれぞれ引数とする関数frvにより下記数３１に基づいて求めることができる。下記数３１に従って排気ガス拡散割合Rv(k)を推定する手段が排気ガス拡散指標値推定手段に相当する。
【０１１０】
【数３１】
Rv(K)＝frv(VT,Pm(k),NE)
【０１１１】
また、前記スロットル弁下流吸気通路内の総排気ガス量Meの時間的変化量は、同スロットル弁下流吸気通路に流入する排気ガス量に相当する還流弁通過排気ガス流量meと同スロットル弁下流吸気通路から流出する排気ガス量に相当する吸気弁通過排気ガス流量mceの差であるから、同スロットル弁下流吸気通路内の排気ガスについて適用される質量保存則に基づく下記数３２が得られる。
【０１１２】
【数３２】
dMe／dt＝me−mce
【０１１３】
ここで、上記数３２における吸気弁通過排気ガス流量mceについて検討する。ＥＧＲバルブ５５を通過した排気ガスがスロットル弁下流吸気通路に流入してから燃料室２５に流入する（吸気弁３２を通過する）までには所定の時間（以下、「むだ時間τ」と称呼する。）を要する。従って、時刻ｔにおける燃焼室２５内における排気ガス還流率は時刻ｔより前記むだ時間τ前におけるスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(t-τ)と等しいと仮定することができる。従って、時刻ｔにおける吸気弁通過排気ガス流量mce(t)は時刻ｔにおける吸気弁通過混合ガス流量mc(t)を用いて下記数３３により表すことができる。下記数３３に従って吸気弁通過排気ガス流量mceを取得する手段が吸気弁通過排気ガス流量取得手段に相当する。
【０１１４】
【数３３】
mce(t)＝Re(t-τ)・mc(t)
【０１１５】
また、前記むだ時間τは、少なくともエンジン回転速度NE、及び吸入空気量KLfwdに応じて変化すると考えられるから、現時点での実際のエンジン回転速度NE、及び吸気弁モデルＭ６が算出した最新の（前回の）予測吸入空気量KLfwd(k-1)をそれぞれ引数とする関数ftにより下記数３４に基づいて求めることができる。下記数３４に従ってむだ時間τを取得する手段がむだ時間取得手段に相当する。
【０１１６】
【数３４】
τ＝ft(NE,KLfwd(k-1))
【０１１７】
ここで、上記数３２を時間について演算周期Δｔをもって離散化すると、下記数３５が得られる。
【０１１８】
【数３５】
Me(k)＝Me(k-1)+Δt・(me(k-1)-mce(k-1))
【０１１９】
一方、上記数３３を時間について演算周期Δｔをもって離散化すると、下記数３６が得られる。下記数３６において、値Nは前記むだ時間τに相当する値（正の整数値）であって、Re(k-N)は、吸気管モデルＭ５そのものが算出したスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率ReのN回前の演算値である。
【０１２０】
【数３６】
mce(k-1)＝Re(k-N)・mc(k-1)
【０１２１】
従って、上記数３５を上記数３６を用いて変形すると、下記３７が得られる。
【０１２２】
【数３７】
Me(k)＝Me(k-1)+Δt・(me(k-1)-Re(k-N)・mc(k-1))
【０１２３】
この数３７の関係を上記数３０（Re(k)＝Me(k)/(Rv(k)・M(k))）に代入した後の式に対し、上記数３０から得られる下記数３８の関係、及び、上記数２５（Pm・Vm＝M・R・Tm）から得られる下記数３９及び下記数４０の関係をそれぞれ代入して整理すると、上記数２９が得られる。
【０１２４】
【数３８】
Me(k-1)＝Re(k-1)・Rv(k-1)・M(k-1)
【０１２５】
【数３９】
M(k-1)＝(Vm/R)・{Pm/Tm}（k-1）
【０１２６】
【数４０】
M(k)＝(Vm/R)・{Pm/Tm}（k）
【０１２７】
このように、吸気管モデルＭ５は、混合ガスについて適用される質量保存則に基づく上記数２４(dM／dt＝mt＋me−mc)、排気ガスについて適用される質量保存則に基づく上記数３２(dMe／dt＝me−mce)、及び、時刻ｔにおける燃焼室２５内における排気ガス還流率は時刻ｔより前記むだ時間τ前におけるスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(t-τ)と等しいこと、を実質的に利用することで、上記数２９に従って、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)を所定時間（演算周期Δｔ）の経過毎に更新する。そして吸気管モデルＭ５は、前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Reの過去の演算値のうち上記数３４に従って求められるむだ時間τに相当するN回前の演算値Re(k-N)を選択し、同選択したN回前の演算値Re(k-N)を燃焼室２５内における排気ガス還流率として設定（推定）する。
【０１２８】
また、燃焼室２５内における排気ガス還流率Re(k-N)が求まれば、同燃焼室２５内における排気ガス還流率Re(k-N)と吸気弁モデルＭ６が計算した前記最新の吸気弁通過混合ガス流量mc(k)とを用いて、下記数４１に基づいて前記最新の吸気弁通過空気流量mca(k)を求めることができる。即ち、吸気弁モデルＭ６は、下記数４１に従って最新の吸気弁通過空気流量mca(k)を求め、この最新の吸気弁通過空気流量mca(k)に、前記Tintを乗じることにより予測吸入空気量KLfwd(k)を求める。以上、図２に示した各モデル、及び各手段により、燃料噴射量fiが計算される。
【０１２９】
【数４１】
mca(k)＝(1-Re(k-N))・mc(k）
【０１３０】
次に、電気制御装置７０の実際の作動について、図８〜図１３に示したフローチャートを参照しながら説明する。
【０１３１】
（目標スロットル弁開度、及び推定スロットル弁開度の計算）
ＣＰＵ７１は、図８にフローチャートにより示したルーチンを演算周期ΔTt（ここでは、８msec）の経過毎に実行することにより、上記電子制御スロットル弁ロジックＡ１、及び電子制御スロットル弁モデルＭ１の機能を達成する。具体的に述べると、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進んで変数ｉに「０」を設定し、ステップ８１０に進んで変数ｉが遅延回数ntdlyと等しいか否かを判定する。この遅延回数ntdlyは、遅延時間TDを演算周期ΔTtで除した値である。
【０１３２】
この時点で変数ｉは「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８１５に進んで暫定目標スロットル弁開度TAt(i)に暫定目標スロットル弁開度TAt(i+1)の値を格納するとともに、続くステップ８２０にて予測スロットル弁開度TAest(i)に予測スロットル弁開度TAest(i+1)の値を格納する。以上の処理により、暫定目標スロットル弁開度TAt(0)に暫定目標スロットル弁開度TAt(1)の値が格納され、予測スロットル弁開度TAest(0)に予測スロットル弁開度TAest(1)の値が格納される。
【０１３３】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ８２５にて変数ｉの値を「１」だけ増大してステップ８１０にもどる。そして変数ｉの値が今回の遅延回数ntdlyより小さければ、再びステップ８１５〜８２５を実行する。即ち、ステップ８１５〜８２５は、変数ｉの値が遅延回数ntdlyと等しくなるまで繰り返し実行される。これにより、暫定目標スロットル弁開度TAt(i+1)の値が暫定目標スロットル弁開度TAt(i)に順次シフトされ、予測スロットル弁開度TAest(i+1)の値が予測スロットル弁開度TAest(i)に順次シフトされて行く。
【０１３４】
前述のステップ８２５が繰り返されることにより変数ｉの値が遅延回数ntdlyと等しくなると、ＣＰＵ７１はステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステッ８３０に進み、同ステップ８３０にて現時点の実際のアクセル操作量Accpと、図３に示したテーブルとに基づいて今回の暫定目標スロットル弁開度TAaccを求め、これを暫定目標スロットル弁開度TAt(ntdly)に格納する。
【０１３５】
次に、ＣＰＵ７１はステップ８３５に進み、同ステップ８３５にて前回の予測（推定）スロットル弁開度TAest(ntdly)と、今回の暫定目標スロットル弁開度TAaccと、上記数２（の右辺）に基づくステップ８３５内に記載した式とに応じて今回の予測スロットル弁開度TAest(ntdly)を算出する。そして、ステップ８４０にて目標スロットル弁開度TAtに暫定目標スロットル弁開度TAt(0)の値を設定するとともに、予測スロットル弁開度TAestに最新の予測スロットル弁開度TAest(ntdly)を格納し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３６】
以上のように、目標スロットル弁開度TAtに関するメモリにおいては、本ルーチンが実行される毎にメモリの内容が一つずつシフトされて行き、暫定目標スロットル弁開度TAt(0)に格納された値が、電子制御スロットル弁ロジックＡ１によってスロットル弁アクチュエータ４３ａに出力される目標スロットル弁開度TAtとして設定される。即ち、今回の本ルーチンの実行により暫定目標スロットル弁開度TAt(ntdly)に格納された値は、今後において本ルーチンが遅延回数ntdlyだけ繰り返されたときにTAt(0)に格納され、目標スロットル弁開度TAtとなる。また、予測スロットル弁開度TAestに関するメモリにおいては、同メモリ内のTAest(m）に現時点から所定時間(m*ΔTt）経過後の予測スロットル弁開度TAestが格納されて行く。この場合の値mは、１〜ntdlyの整数である。
【０１３７】
（予測吸入空気量KLfwdの計算）
ＣＰＵ７１は、所定の演算周期ΔTt（８msec）の経過毎に図９に示した予測吸入空気量計算ルーチンを実行することで、吸入空気モデルＡ２（スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、ＥＧＲ弁モデルＭ４、吸気管モデルＭ５、及び吸気弁モデルＭ６）の機能を達成するようになっている。具体的に説明すると、所定のタイミングになったとき、ＣＰＵ７１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んで上記スロットルモデルＭ２（上記数２０に基くステップ９０５内に示した式）によりスロットル弁通過空気流量mt(k-1)を求めるため、図１０のフローチャートに示したステップ１０００に進む。なお、スロットル弁通過空気流量mtの括弧内の変数がkではなくk-1となっているのは、このスロットル弁通過空気流量mt(k-1)が演算周期ΔTt前の各種値を用いて求められた値であることを意味していて、この変数k，k-1の意味は以下に述べる他の値についても同様である。
【０１３８】
ステップ１０００に進んだＣＰＵ７１は、ステップ１００５に進んで上記数２１の係数c（＝c(k-1)）を、上記テーブルMAPCと、現時点より演算周期ΔTt前のエンジン回転速度NE、及び現時点より演算周期ΔTt前の吸気弁の開閉タイミングVTとから求める。また、同様に値d（＝d(k-1)）を、上記テーブルMAPDと、現時点より演算周期ΔTt前のエンジン回転速度NE、及び現時点より演算周期ΔTt前の吸気弁の開閉タイミングVTとから求める。
【０１３９】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１０１０に進んで燃料噴射開始時期直前（BTDC９０°CA）から吸気弁閉弁時までの時間をエンジン回転速度NEから求め、この時間と略一致する遅延時間後の予測スロットル弁開度TAestをＲＡＭ７３から読み出し、それを予測スロットル弁開度TAest(k-1)とし、その予測スロットル弁開度TAest(k-1)、前回の本ルーチン実行時における後述する図９のステップ９４５にて求められた予測吸入空気量KLfwd(k-1)、現時点より演算周期ΔTt前のエンジン回転速度NE、及び現時点より演算周期ΔTt前の吸気弁の開閉タイミングVTと、上記テーブルMAPPMと、から吸気管圧力PmTAを求める。
【０１４０】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１０１５に進んで、前記求めた吸気管圧力PmTA、現時点から演算周期ΔTt前の実際のＥＧＲバルブ５５の弁体のリフト量Leと、図６に示したテーブルと同様のステップ１０１５内に記載のテーブルと、から還流弁通過排気ガス流量meTAを求めるとともに、ステップ１０２０に進んで上記数２１に基づくステッ１０２０内に記載の式により、吸気弁通過混合ガス流量mcTAを求める。なお、ステップ１０２０において用いるスロットル弁通過空気温度Taは吸気温センサ６２が検出する吸入空気温度THAを用い、吸気管内混合ガス温度Tm(k-1)は、前回の本ルーチン実行時における後述する図９のステップ９２０にて求められた値を用いる。
【０１４１】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１０２５に進み、同ステップ１０２５内に記載の式に従ってスロットル弁通過空気流量mtsTAを求める。次いで、ＣＰＵ７１はステップ１０３０に進み、同ステップ１０３０にて値Φ(PmTA/Pa)を上記テーブルMAPΦと上記ステップ１０１０にて求めた吸気管圧力PmTAをスロットル弁上流圧力（大気圧センサ６３が検出する大気圧）Paで除した値（PmTA/Pa）とから求める。また、ＣＰＵ７１は続くステップ１０３５にて、前回の本ルーチン実行時における後述する図９のステップ９２０にて求められた吸気管圧力Pm(k-1)をスロットル弁上流圧力Paで除した値（Pm(k-1)/Pa）と、上記テーブルMAPΦとから値Φ(Pm(k-1)/Pa)を求め、続くステップ１０４０にて上記ステップ１０２５、ステップ１０３０、及びステップ１０３５にてそれぞれ求めた値と、スロットルモデルＭ２を表すステップ１０４０内に示した式とに基いてスロットル弁通過空気流量mt(k-1)を求めた後、ステップ１０９５を経由して図９のステップ９１０に進む。
【０１４２】
ＣＰＵ７１は、ステップ９１０にて上記吸気弁モデルＭ３を表す上記数２１を用いて吸気弁通過混合ガス流量mc(k-1)を求める。このとき、係数c、及び値dとして、上記ステップ１００５にて求めた値を使用する。また、吸気管圧力Pm(k-1)、及び吸気管内混合ガス温度Tm(k-1)は、前回の本ルーチン実行時における後述するステップ９２０にて求められた値を用い、スロットル通過空気温度Taは吸気温センサ６２が検出する吸入空気温度THAを用いる。
【０１４３】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ９１５に進み、図６に示した前記テーブルMAPMEと同様のステップ９１５内に記載のテーブルを用いて還流弁通過排気ガス流量me(k-1)を求める。このとき、吸気管圧力Pm(k-1)は、前回の本ルーチン実行時における後述するステップ９２０にて求められた値を用い、リフト量Leは、現時点から演算周期ΔTt前の実際のＥＧＲバルブ５５の弁体のリフト量を用いる。
【０１４４】
次に、ＣＰＵ７１はステップ９２０に進み、上記吸気管モデルＭ５を表す上記数２７、及び数２８と、上記ステップ９０５、ステップ９１０、及びステップ９１５にてそれぞれ求めたスロットル弁通過空気流量mt(k-1)、吸気弁通過混合ガス流量mc(k-1)、及び還流弁通過排気ガス流量me(k-1)に基いて、今回の吸気管圧力Pm(k)と、同吸気管圧力Pm(k)を今回の吸気管内混合ガス温度Tm(k)にて除した値｛Pm/Tm｝(k)とを求める。なお、Δｔは吸気管モデルＭ５で使用される離散間隔を示し、計算時間をΔTt（＝８msec）、前回(k-1)の燃料噴射開始時期から吸気弁閉弁時までの時間をt0、今回(k)の燃料噴射開始時期から吸気弁閉弁時までの時間をt1とするとき、Δｔ＝ΔTt＋（t1−t0）で表される時間である。
【０１４５】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ９２５に進み、同ステップ９２５に示した上記数２１に相当する吸気弁モデルＭ６を表す式に基いて今回の吸気弁通過混合ガス流量mc(k)を求める。具体的に述べると、ＣＰＵ７１はステップ９２５に進んだとき、図１１に示したステップ１１００に進み、次のステップ１１０５にて係数c(k)をエンジン回転速度NEと吸気弁の開閉タイミングVTとMAPCとにより求め（c(k)＝MAPC(NE,VT)）、続くステップ１１１０にて値d(k)をエンジン回転速度NEと吸気弁の開閉タイミングVTとMAPDとにより求める（d(k)＝MAPD(NE,VT)）。このときのエンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVTは、現時点での値を用いる。
【０１４６】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１１１５に進んで、上記図９のステップ９２０にて求められた今回の吸気管圧力Pm(k)、及び同ステップ９２０にて求められた今回の吸気管内混合ガス温度Tm(k)、ステップ１１０５にて求められた係数c(K)、及びステップ１１１０にて求められた値d(k)を用いて、今回の吸気弁通過混合ガス流量mc(k)を算出し、ステップ１１９５を経由して図９のステップ９３０に進む。
【０１４７】
ＣＰＵ７１はステップ９３０に進むと、スロットル弁下流排気ガス還流率Re(k)を算出するため図１２に示したステップ１２００に進み、続くステップ１２０５にて上記数３１に相当するステップ１２０５内に記載の式に従って、排気ガス拡散割合Rv(k)を計算する。このとき、エンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVTは、それぞれ現時点での値を用い、吸気管圧力Pm(k)は今回の本ルーチン実行時において図９のステップ９２０にて求めた値を用いる。
【０１４８】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１２１０に進んで、上記数３４に相当するステップ１２１０内に記載の式に従って前記むだ時間τを計算するとともに、同計算したむだ時間τに相当する演算回数を表す値Nを計算する。このとき、エンジン回転速度NEは現時点での値を用い、予測吸入空気量KLfwd(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９４５にて求めた値を用いる。
【０１４９】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１２１５に進んで、上記数２９に相当するステップ１２１５内に記載の式に従ってスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)を計算する。このとき、排気ガス還流率Re(k-1)、排気ガス拡散割合Rv(k-1)、及び、{Pm/Tm}（k-1）は、それぞれ、前回の本ルーチン実行時においてステップ１２１５、１２０５、及び、図９のステップ９２０にて求めた値を用い、排気ガス拡散割合Rv(k)、{Pm/Tm}（k）は、それぞれ、今回の本ルーチン実行時においてステップ１２０５、ステップ９２０にて求めた値を用いる。また、還流弁通過排気ガス流量me(k-1)、及び吸気弁通過混合ガス流量mc(k-1)は、それぞれ、今回の本ルーチン実行時において図９のステップ９１５、及びステップ９１０にて求めた値を用いる。燃焼室２５内における排気ガス還流率を表すRe(k-N)は、N回前の本ルーチン実行時においてステップ１２１５にて求めた値を用いる。そして、ＣＰＵ７１はステップ１２９５を経由して図９のステップ９３５に進む。
【０１５０】
ＣＰＵ７１はステップ９３５にて、上記数４１に相当するステップ９３５内に記載の式に従って今回の吸気弁通過空気流量mca(k)を計算する。このとき、吸気弁通過混合ガス流量mc(k)は今回の本ルーチン実行時においてステップ９２５にて求めた値を用い、燃焼室内における排気ガス還流率Re(k-N)は今回の本ルーチン実行時において図１２のステップ１２１５にて使用した値を用いる。
【０１５１】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ９４０に進んで、現時点でのエンジン回転速度NEと、インテークカムシャフトのカムプロフィールで決定されている吸気弁開弁角とから吸気弁開弁時間（吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間）Tintを計算し、続くステップ９４５にて上記今回の吸気弁通過空気流量mca(k)に吸気弁開弁時間Tintを乗じて予測吸入空気量KLfwd(k)を算出し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、予測吸入空気量KLfwd(k)が求められる。
【０１５２】
（噴射実行ルーチン）
次に、電気制御装置７０が、実際に噴射を行うために実行するルーチンについて、同ルーチンをフローチャートにより示した図１３を参照して説明すると、ＣＰＵ７１は各気筒のクランク角度がBTDC９０°ＣＡになる毎に、各気筒毎に同図１３に示したルーチンを実行するようになっている。
【０１５３】
従って、特定の（任意の）気筒（吸気行程を迎える気筒）のクランク角度がBTDC９０°ＣＡになると、ＣＰＵ７１はステップ１３００から処理を開始し、続くステップ１３０５にて、図９のステップ９４５にて求められている最新の予測吸入空気量KLfwd(k)（即ち、特定の気筒の今回の吸気行程での吸気弁閉弁時（近傍の時点）の予測吸入吸気量）を目標空燃比AbyFrefで除することにより特定の気筒の燃料噴射量fi(k)を求める。
【０１５４】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１３１０に進んで、前記特定の気筒のインジェクタ３９に対して前記燃料噴射量fi(k)の燃料の噴射を指示する。これにより、燃料噴射量fi(k)に応じた量の燃料が前記特定気筒のインジェクタ３９から噴射される。そして、ＣＰＵ７１はステップ１３９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１５５】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の排気ガス還流率推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置の上記実施形態によれば、物理法則である質量保存則に従って計算されるスロットル弁下流吸気通路内の混合ガス量Mと排気ガス量Meとに実質的に基づいてスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(＝Me/(Rv・M))が計算により求められる。従って、多くのパラメータの組合せに対するテーブル値の適合を行うことなくスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)を精度良く求めることができた。
【０１５６】
また、前記むだ時間τ前に相当するN回前の前記スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率の演算値Re(k-N)そのものを燃焼室２５内における排気ガス還流率として設定するので、燃焼室２５内における排気ガス還流率Re(k-N)も精度良く求められる。従って、燃焼室２５内における排気ガス還流率Re(k-N)に基づいて計算される燃料噴射量fi(k)も精度良く計算され、その結果、機関の空燃比を目標空燃比AbyFrefに高精度に維持することが可能となった。
【０１５７】
更には、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス拡散割合Rvを考慮して（排気ガス拡散割合Rvで補正して）同スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(＝Me/(Rv・M))を計算するので、同スロットル弁下流吸気通路に流入した排気ガスが同スロットル弁下流吸気通路内の一部のみに拡散する場合であっても、同スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)を精度良く求めることが可能となった。
【０１５８】
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、上記実施形態においては、スロットル弁通過空気流量を物理モデルにて、還流弁通過排気ガス流量を所定のテーブルにてそれぞれ求めているが、これらのうちの少なくとも一つがエアフローメータ等の流量計を用いて決定されるように構成してもよい。
【０１５９】
また、上記実施形態においては、排気ガス還流通路がスロットル弁下流吸気通路に接続される位置がスロットル弁から離れていて、且つ、吸気弁に近いので、前記排気ガス拡散割合Rv（0＜Rv≦1）を考慮してスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を推定しているが、排気ガス還流通路がスロットル弁下流吸気通路に接続される位置がスロットル弁に近い場合には、同排気ガス拡散割合Rvを「１」に設定することで同排気ガス拡散割合Rvを考慮することなくスロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率を推定するように構成してもよい。
【０１６０】
また、上記実施形態においては、吸気管モデルＭ５が吸気管内圧力Pm等を計算する際に使用する排気ガス温度を排気ガス温度センサにより取得しているが、水温センサにより得られる冷却水温を同排気ガス温度として代用するように構成してもよい。
【０１６１】
また、上記実施形態においては、スロットル弁下流吸気通路内において排気ガスが拡散している空間容積Ve内における混合ガス量をRv・Mと仮定することで、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Reを、上記数３０に示したようにMe/(Rv・M)と定義している。これに対し、スロットル弁下流吸気通路内においては空気は均一に分布していると仮定すると、スロットル弁下流吸気通路内において排気ガスが拡散している空間容積Ve内における空気量は(M-Me)・Rvと表すことができるから、同空間容積Ve内における混合ガス量は (M-Me)・Rv+Me と表すことができる。よって、この場合、前記空間容積Ve内における混合ガス量に対する同空間容積Ve内における排気ガス量の割合としての排気ガス還流率Reを下記数４２に示すように定義することができ、かかる定義に基づいて排気ガス還流率Reを求めるように構成してもよい。
【０１６２】
【数４２】
Re＝Me/((M-Me)・Rv+Me)
【０１６３】
また、上記実施形態においては、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガス還流率Re(k)を混合ガス量に対する排気ガス量の割合に基づいて求めているが、同排気ガス還流率Re(k)を空気量に対する排気ガス量の割合に基づいて求めるように構成してもよい。この場合、吸気弁通過空気流量mca(k)は、吸気弁モデルＭ６が計算する吸気弁通過混合ガス流量mc(k)と、吸気管モデルＭ５が計算した燃焼室内における排気ガス還流率Re(k-N)とを用いて、上記数４１の代わりに下記数４３のように表すことができる。
【０１６４】
【数４３】
mca(k)＝(1/(Re(k-N)+1))・mc(k)
【０１６５】
また、上記実施形態においては、吸気管モデルＭ５が計算した燃焼室内における排気ガス還流率Re(k-N)に基づいて燃料噴射量を計算するように構成されているが、同排気ガス還流率Re(k-N)に基づいて点火時期を求めるように構成してもよい。この場合、具体的には、内燃機関の運転状態に応じて決定される基本点火時期を前記排気ガス還流率Re(k-N)に応じた進角量で補正することで点火時期を求めるように構成すればよい。
【０１６６】
また、上記実施形態においては、上記数３４に従って、実際のエンジン回転速度NE、及び吸気弁モデルＭ６が算出した最新の（前回の）予測吸入空気量KLfwd(k-1)に基づいてむだ時間τを計算しているが、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガスの流速を推定することで前記むだ時間τを計算するように構成してもよい。
【０１６７】
この場合、具体的には、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガスの流速は、ＥＧＲ弁モデルＭ４が計算する還流弁通過排気ガス流量me(＝me(k-1))を、スロットル弁下流吸気通路内における排気ガスの密度ρ（＝(Pm/(R・Tm))）で除することで同スロットル弁下流吸気通路内における排気ガスの単位時間あたりの移動体積を求め、同移動体積を同スロットル弁下流吸気通路の断面積で除することで求めることができる。そして、前記求めた流速に、排気ガス還流通路がスロットル弁下流吸気通路に接続される位置から吸気弁までの距離を乗算することでむだ時間τを求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気ガス還流率推定装置を含んだ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】スロットル弁開度を制御するとともに排気ガス還流率、及び燃料噴射量を決定するための各種ロジック、及び各種モデルの機能ブロック図である。
【図３】図１に示したＣＰＵが参照するアクセルペダル操作量と暫定目標スロットル弁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４】暫定目標スロットル弁開度、目標スロットル弁開度、及び予測スロットル弁開度の変化を示したタイムチャートである。
【図５】予測スロットル弁開度を算出する際に用いる関数を示したグラフである。
【図６】図１に示したＣＰＵが参照する吸気管圧力、及びＥＧＲバルブの弁体のリフト量と、還流弁通過排気ガス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７】排気ガス還流率の導出過程を説明するためのスロットル弁下流吸気通路内のモデル図である。
【図８】図１に示したＣＰＵが実行する目標スロットル弁開度、及び予測スロットル弁開度を演算するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図９】図１に示したＣＰＵが実行する予測吸入空気量を算出するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが実行する（予測）スロットル弁通過空気流量を算出するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１１】図１に示したＣＰＵが実行する（予測）吸気弁通過混合ガス流量を算出するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１２】図１に示したＣＰＵが実行する排気ガス還流率を算出するためのプログラムを示したフローチャートである。
【図１３】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射実行（燃料噴射量計算）のためのプログラムを示したフローチャートである。
【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、３９…インジェクタ、４１…吸気管、４３…スロットル弁、４３ａ…スロットル弁アクチュエータ、５４…排気ガス還流通路、５５…ＥＧＲバルブ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ
【図１】
2004204783.tif 000009
【図２】
2004204783.tif 000010
【図３】
2004204783.tif 000011
【図４】
2004204783.tif 000012
【図５】
2004204783.tif 000013
【図６】
2004204783.tif 000014
【図７】
2004204783.tif 000015
【図８】
2004204783.tif 000016
【図９】
2004204783.tif 000017
【図１０】
2004204783.tif 000018
【図１１】
2004204783.tif 000019
【図１２】
2004204783.tif 000020
【図１３】
2004204783.tif 000021