(57)【要約】【課題】  ＰＣＶ弁を通過するブローバイガスを考慮して吸気管圧力等の内燃機関の吸気に係わる状態量を精度良く推定すること。【解決手段】  この状態量推定装置（の吸気管モデルＭ５）は、スロットル弁下流吸気通路（吸気管内）の空気について質量保存則、及びエネルギー保存則等を適用することでスロットル弁下流吸気通路内の吸気圧力Pm(k)、吸気温度Tm(k)を逐次推定していく。かかる推定において、スロットル弁を通過して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(k-1)、吸気弁を通過してスロットル弁下流吸気通路から流出するガス量に相当する吸気弁通過ガス流量mc(k-1)のみならず、ＰＣＶ弁を通過してスロットル弁下流吸気通路に流入するブローバイガス量に相当するＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv(k-1)（従って、ブローバイガスの質量、及びエネルギー）が考慮される。【選択図】  図３
2005201053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケース内のブローバイガスをＰＣＶ弁を介してスロットル弁よりも下流のスロットル弁下流吸気通路内に還元するブローバイガス還元装置を備えた内燃機関に適用されるとともに、前記スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力を含む同内燃機関の吸気に係わる状態量を推定する状態量推定手段を備えた内燃機関の状態量推定装置であって、
前記ＰＣＶ弁を通過する前記ブローバイガスの流量であるＰＣＶ弁通過ガス流量を取得するＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段を備え、
前記状態量推定手段は、少なくとも前記取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量を利用して前記吸気に係わる状態量を推定するように構成された内燃機関の状態量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の状態量推定装置であって、
前記状態量推定装置が適用される前記ブローバイガス還元装置に使用されるＰＣＶ弁は、弁体を一方向に付勢するための付勢手段による付勢力と、前記クランクケース内のブローバイガス圧力と前記スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力との差圧に基づいて同弁体が受ける前記一方向と反対方向の力との関係に応じて同弁体が移動し、同弁体の位置に基づいて開口面積が決定される構成を有していて、
前記クランクケース内のブローバイガス圧力を取得するクランクケース内ガス圧力取得手段を更に備え、
前記ＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段は、
前記取得されたクランクケース内のブローバイガス圧力と、前記推定された前記スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力と、同クランクケース内のブローバイガス圧力と同スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力との差圧に基づいて決定される前記ＰＣＶ弁の開口面積と、を利用して前記ＰＣＶ弁通過ガス流量を取得するように構成された内燃機関の状態量推定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の状態量推定装置であって、
前記スロットル弁を通過する空気の流量であるスロットル弁通過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を更に備え、
前記状態量推定手段は、
少なくとも前記取得されたスロットル弁通過空気流量と、前記取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量とに基づいて前記スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力を推定するように構成されるとともに、更に、
少なくとも前記推定されたスロットル弁下流吸気通路内のガス圧力に基づいてシリンダ内に吸入されるガス量である筒内吸入ガス量を推定する筒内吸入ガス量推定手段と、
前記スロットル弁下流吸気通路内に流入した前記取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量のブローバイガスのうち空気の割合を取得する空気割合取得手段と、
前記取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量と前記取得された空気の割合とを利用して前記シリンダ内に吸入されるブローバイガスのうち空気を除いた残りのガス量を推定するとともに、前記推定された筒内吸入ガス量から前記推定された残りのガス量を減じることで前記シリンダ内に吸入される空気量であ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状態量推定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の状態量推定装置において、
前記筒内吸入空気量推定手段は、
前記ＰＣＶ弁を通過したブローバイガスが前記スロットル弁下流吸気通路内に流入してから前記シリンダ内に吸入され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るとともに、
前記むだ時間前に取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量と、前記むだ時間前に取得された空気の割合とを利用して前記残りのガス量を推定するように構成された内燃機関の状態量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内（筒内）からクランクケース内に漏出したブローバイガス（空気、排気ガス等により構成されるガス）をＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）弁を介してスロットル弁よりも下流のスロットル弁下流吸気通路内に還元するブローバイガス還元装置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のガス圧力、同スロットル弁下流吸気通路内のガス温度、筒内吸入空気量等の内燃機関の吸気に係わる状態量を推定する内燃機関の状態量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スロットル弁下流吸気管内におけるガス（吸気）について質量保存則、エネルギー保存則、状態方程式等の所定の物理法則を適用することで、同スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力、及びガス温度（以下、本明細書において、単に、「吸気管圧力」、「吸気管温度」と云うこともある。）を計算により推定・取得する手法が知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−１８４６１３号公報
【０００３】
これによれば、一般に応答遅れの比較的大きい圧力センサ、及び温度センサにより吸気管圧力、及び吸気管温度が物理的に検出される場合と異なり、過渡運転状態においても同吸気管圧力、及び吸気管温度が精度良く取得され得る。この結果、これらの値（特に、吸気管圧力の値）に基づいて計算され得る一吸気行程あたりの筒内吸入空気量も精度良く取得され得るから、所定の空燃比を得るために必要な燃料噴射量も精度良く取得され得る。
【０００４】
ところで、内燃機関においては、クランクケース内に貯留されているエンジンオイルの劣化（希釈化）、エンジン内部の錆の発生等を防止するため、上述したブローバイガス還元装置が備えられることがある。係るブローバイガス還元装置を備えた内燃機関においては、スロットル弁を通過した空気（新気）のみならずＰＣＶ弁を通過したブローバイガスもスロットル弁下流吸気通路内に流入し得る。
【０００５】
しかしながら、上記文献に開示された装置（燃料噴射量制御装置）においては、吸気管圧力、吸気管温度（従って、筒内吸入空気量）を推定するにあたり、スロットル弁下流吸気通路に流入するガスとしてスロットル弁を通過した空気（新気）のみが考慮されている。従って、上記ブローバイガス還元装置を備えた内燃機関に上記開示された装置を適用すると、ＰＣＶ弁を通過したブローバイガスが考慮され得ないから、吸気管圧力、及び吸気管温度（従って、筒内吸入空気量）の計算・推定において誤差が生じ、この結果、吸気圧力、及び吸気温度の計算精度が低下する（従って、内燃機関の吸気に係わる状態量の計算精度が低下する）という問題があった。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、上記問題に対処するためになされたものであって、その目的は、ＰＣＶ弁を使用したブローバイガス還元装置を備えた内燃機関に適用される状態量推定装置であって、ＰＣＶ弁を通過するブローバイガスを考慮して吸気管圧力等の内燃機関の吸気に係わる状態量を精度良く推定できるものを提供することにある。
【０００７】
本発明の特徴は、ＰＣＶ弁を使用したブローバイガス還元装置を備えた内燃機関に適用されるとともに、前記吸気管圧力を含む同内燃機関の吸気に係わる状態量を推定する状態量推定手段を備えた内燃機関の状態量推定装置が、前記ＰＣＶ弁を通過するブローバイガスの流量であるＰＣＶ弁通過ガス流量を取得するＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段を備え、前記状態量推定手段は、少なくとも前記取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量を利用して前記吸気に係わる状態量を推定するように構成されたことにある。
【０００８】
ここにおいて、前記内燃機関の吸気に係わる状態量は、例えば、吸気管圧力、吸気管温度、（一吸気行程あたりの）筒内吸入空気量（筒内吸入ガス量）であって、これらに限定されない。前記ＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段は、流量計等のセンサにより前記ＰＣＶ弁通過ガス流量を物理的に直接計測する手段であっても、ＰＣＶ弁を通過するガスの通過前後の差圧（即ち、クランクケース内のブローバイガス圧力と吸気管圧力との差圧）等に基づいて所定のテーブル（マップ）等を利用して同ＰＣＶ弁通過ガス流量を推定する手段であってもよい。また、状態量推定手段は、例えば、スロットル弁下流吸気通路内の空気について質量保存則、エネルギー保存則等の物理法則を適用して吸気管圧力、吸気管温度（、及び、これらに基づいて筒内吸入空気（ガス）量）を推定するように構成される。
【０００９】
これによれば、少なくとも前記ＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段により取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量を利用して吸気管圧力を含む前記吸気に係わる状態量が推定されるから、ＰＣＶ弁を使用したブローバイガス還元装置を備えた内燃機関に本発明に係る状態量推定装置を適用すれば、同吸気に係わる状態量が精度良く推定され得る。
【００１０】
ブローバイガス還元装置に使用されるＰＣＶ弁は、一般に、弁体を一方向に付勢するための付勢手段（例えば、コイルスプリング）による付勢力と、前記クランクケース内のブローバイガス圧力と前記スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力との差圧に基づいて同弁体が受ける前記一方向と反対方向の力（即ち、同差圧に弁体の有効受圧面積を乗じた値により表される力）との関係に応じて同弁体が移動し、同弁体の位置に基づいて開口面積が決定される構成（即ち、前記差圧のみにより開口面積が決定される構成）を有している。
【００１１】
この場合、上記本発明に係る状態量推定装置は、前記クランクケース内のブローバイガス圧力を取得するクランクケース内ガス圧力取得手段を更に備え、前記ＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段は、前記取得されたクランクケース内のブローバイガス圧力と、前記推定された前記スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力と、同クランクケース内のブローバイガス圧力と同スロットル弁下流吸気通路内のガス圧力との差圧に基づいて決定される前記ＰＣＶ弁の開口面積と、を利用して前記ＰＣＶ弁通過ガス流量を取得するように構成されることが好適である。
【００１２】
具体的には、上記差圧とＰＣＶ弁の開口面積との関係を規定するテーブル（マップ）と、クランクケース内のブローバイガス圧力及び吸気管圧力と単位開口面積あたりにＰＣＶ弁を通過するブローバイガス流量との関係を規定するテーブル（マップ）と、を予め実験等により作製しておく。そして、前記ＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段は、前記取得されたクランクケース内のブローバイガス圧力と、前記推定された吸気管圧力と、上記２つのテーブルとに基づいて上記ＰＣＶ弁通過ガス流量を推定するように構成される。或いは、上記２つのテーブル（マップ）に基づいて上記差圧と上記ＰＣＶ弁通過ガス流量との関係を直接規定するテーブル（マップ）を更に作製しておき、このテーブルと上記取得される差圧とに基づいて同ＰＣＶ弁通過ガス流量を推定するように構成される。これによれば、ＰＣＶ弁通過ガス流量を取得するためのセンサを設けることなく、同ＰＣＶ弁通過ガス流量を精度良く推定することができる。
【００１３】
上記何れかの本発明に係る状態量推定装置においては、前記スロットル弁を通過する空気の流量であるスロットル弁通過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を更に備え、前記状態量推定手段は、少なくとも前記取得されたスロットル弁通過空気流量と、前記取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量とに基づいて前記吸気管圧力を推定するように構成されることが望ましい。これにより、スロットル弁下流吸気通路に流入する総ガス流量が精度良く取得され得るから、この結果、吸気管圧力を含む前記吸気に係わる状態量を精度良く推定することができる。
【００１４】
更に、前記状態量推定手段は、筒内吸入ガス量推定手段と、空気割合取得手段と、筒内吸入空気量推定手段とを備えるとよい。以下、個別に説明していく。先ず、前記筒内吸入ガス量推定手段は、少なくとも前記推定された吸気管圧力に基づいてシリンダ内に吸入されるガス量である筒内吸入ガス量を推定する手段である。スロットル弁下流吸気通路内に存在するガスは、スロットル弁から流入した空気（新気）とＰＣＶ弁から流入したブローバイガスとで構成されるガス（従って、空気、排気ガス等により構成されるガス）であり、係るガスがシリンダ内に吸入される。このシリンダに吸入されるガス量が前記筒内吸入ガス量推定手段により推定される。
【００１５】
前記空気割合取得手段は、前記ＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段により取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量のブローバイガス（即ち、スロットル弁下流吸気通路内に流入したブローバイガス）のうち空気の割合を取得する手段である。スロットル弁下流吸気通路内に流入するブローバイガスのうちの空気の割合は、機関の運転状態（例えば、機関の回転速度、機関の負荷（一吸気行程あたりの筒内吸入ガス量に応じた値）等）に応じて変化する。従って、前記空気割合取得手段は、例えば、所定のパラメータ（例えば、機関の回転速度、負荷等）と上記空気の割合との関係を規定するテーブル（マップ）を予め作製しておき、係るテーブルと同所定のパラメータとに基づいて同空気の割合を取得するように構成される。
【００１６】
前記筒内吸入空気量推定手段は、前記取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量と前記取得された空気の割合とを利用して前記シリンダ内に吸入されるブローバイガスのうち空気を除いた残りのガス量を推定するとともに、前記推定された筒内吸入ガス量から前記推定された残りのガス量を減じることで前記シリンダ内に吸入される空気量である筒内吸入空気量を推定する手段である。
【００１７】
前記ＰＣＶ弁通過ガス流量と前記空気の割合とが取得できれば、スロットル弁下流吸気通路内に流入したブローバイガスのうち空気を除いた残りのガス量（即ち、排気ガス等から構成されるガスの量）が推定され得、この結果、係る「スロットル弁下流吸気通路内に流入した残りのガス量」に基づいてシリンダ内に吸入されるブローバイガスのうち空気を除いた残りのガス量（即ち、排気ガス等から構成されるガスの量）を推定することができる。
【００１８】
一方、シリンダに吸入されるガスは、上述のごとく、スロットル弁から流入する空気（新気）とＰＣＶ弁から流入するブローバイガスとから構成されている。従って、上記のように「シリンダ内に吸入される残りのガス量」が推定できれば、前記筒内吸入ガス量推定手段により推定された筒内吸入ガス量から同「シリンダ内に吸入される残りのガス量」を減じることでシリンダ内に吸入される総空気量（即ち、筒内吸入空気量）を精度良く推定することができる。
【００１９】
以上のことから、上記筒内吸入空気量推定手段によれば、シリンダ内において実質的に燃焼に寄与し得る空気量（新気量）が精度良く推定され得るから、所定の空燃比を得るために必要な燃料噴射量も精度良く推定することができ、この結果、エミッションの排出量を小さい値に維持することができる。
【００２０】
この場合、前記筒内吸入空気量推定手段は、前記ＰＣＶ弁を通過したブローバイガスが前記スロットル弁下流吸気通路内に流入してから前記シリンダ内に吸入され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るとともに、前記むだ時間前に取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量と、前記むだ時間前に取得された空気の割合とを利用して前記残りのガス量を推定するように構成されることが好適である。
【００２１】
上記むだ時間は、スロットル弁下流吸気通路内におけるガスの流速に応じた値であって、機関の運転状態（例えば、機関の回転速度、機関の負荷（一吸気行程あたりの筒内吸入ガス量に応じた値）等）に応じて変化する。従って、前記むだ時間取得手段は、例えば、スロットル弁下流吸気通路内におけるガスの流速に影響を与える所定のパラメータ（例えば、機関の回転速度、負荷等）と上記むだ時間との関係を規定するテーブル（マップ）を予め作製しておき、係るテーブルと同所定のパラメータとに基づいて同むだ時間を取得するように構成される。
【００２２】
ＰＣＶ弁を通過したブローバイガスがスロットル弁下流吸気通路内に流入してからシリンダ内に吸入されるまでには上記むだ時間を要する。従って、上記「シリンダ内に吸入される残りのガス量」は、むだ時間前に「スロットル弁下流吸気通路内に流入した残りのガス量」に基づいた値となる。また、むだ時間前に「スロットル弁下流吸気通路内に流入した残りのガス量」は、同むだ時間前に取得された前記ＰＣＶ弁通過ガス流量と、同むだ時間前に取得された前記空気の割合とを利用して求められる。
【００２３】
以上のことから、上記のように、前記むだ時間前に取得されたＰＣＶ弁通過ガス流量と、前記むだ時間前に取得された空気の割合とを利用して（現在の、今回の吸気行程における）「シリンダ内に吸入される残りのガス量」を推定するように構成すれば、（現在の、今回の吸気行程における）「シリンダ内に吸入される残りのガス量」がより一層精度良く推定され得、この結果、シリンダ内に吸入される実質的に燃焼に寄与し得る空気量（新気量）も更に一層精度良く推定され得るから、エミッションの排出量を更に一層小さい値に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明による内燃機関の状態量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状態量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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、ブローバイガス還元用通路４４、及びブローバイガス還元用通路４４の途中に配設されるとともに同還元用通路の開口断面積を調整可能なＰＣＶ弁４５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。
【００２９】
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。
【００３０】
ブローバイガス還元用通路４４は、クランクケース内とスロットル弁下流吸気通路（具体的には、サージタンク）とを連通する連通路である。ＰＣＶ弁４５は、その概略構成を表す図２に示すように、大略的に円筒内壁面を備えるハウジング４５ａと、ハウジング４５ａ内を同ハウジング４５ａと同軸的に軸方向に移動可能な略円柱状の弁体４５ｂと、コイルスプリング４５ｃと、ハウジング４５ａに固定されるとともに弁体４５ｂの初期位置を規定するためのストッパ４５ｄとから構成されている。
【００３１】
弁体４５ｂの先端部４５ｂａは、先端に近づくにつれて細くなるテーパー状を呈しているとともに、弁体４５ｂがストッパ４５ｄとの当接により上記初期位置にあるとき（図２に示す位置）において、同先端部４５ｂａの一部（先端部分）がハウジング４５ａの弁座部４５ａａの円形貫通孔内に同軸的に挿入されている。かかる弁体４５ｂの先端部４５ｂａとハウジング４５ａの弁座部４５ａａとにより形成される環状の開口断面積がＰＣＶ弁４５の開口断面積Apcvを形成している。従って、ＰＣＶ弁４５の開口断面積Apcvは、弁体４５ｂが上記初期位置から軸方向に、図２において右に移動するほど小さくなる。
【００３２】
コイルスプリング４５ｃは、その一端が弁体４５ｂのフランジ部４５ｂｂに、他端がハウジング４５ａの弁座部４５ａａに係止されていて、弁体４５ｂを常時、図２において左方向に付勢している。コイルスプリング４５ｃのばね定数をk、弁体４５ｂが上記初期位置にあるときにおけるコイルスプリング４５ｃの自然長からの縮み量をx0とし、弁体４５ｂの軸方向位置ｘを図２のように採ると、コイルスプリング４５ｃが弁体を図２において左方向に付勢する付勢力Ｆ２（図２を参照）は、「Ｆ２＝k・（x+x0）」と表すことができる。
【００３３】
一方、弁体４５ｂは、クランクケース内のブローバイガスの圧力Pcrと、スロットル弁下流吸気通路内の圧力（即ち、吸気管圧力Pm）との差圧(Pcr−Pm)と、同弁体４５ｂの有効受圧面積Avlvとに基づいて、図２において右方向の力「Ｆ１＝Avlv・(Pcr−Pm)」（図２を参照）を受けるようになっている。換言すれば、弁体４５ｂは、上記力Ｆ１と上記力Ｆ２との関係に応じて軸方向に移動し、上記差圧(Pcr−Pm)により弁体４５ｂの位置（従って、ＰＣＶ弁４５の開口断面積Apcv）が決定されるようになっている。以上、ブローバイガス還元用通路４４、及びＰＣＶ弁４５はブローバイガス還元装置を構成している。
【００３４】
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。
【００３５】
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、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、ブローバイガス温度センサ８２、及び、ブローバイガス圧力センサ８３を備えている。
【００３６】
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（大気圧）Paを表す信号を出力するようになっている。
【００３７】
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。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。
【００３８】
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。ブローバイガス温度センサ８２は、クランクケース内のブローバイガスの温度を検出し、ブローバイガス温度Tcrを表す信号を出力するようになっている。ブローバイガス圧力センサ８３は、クランクケース内のブローバイガスの圧力を検出し、ブローバイガス圧力Pcrを表す信号を出力するようになっている。
【００３９】
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、及び、スロットル弁アクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００４０】
次に、上記のように構成された状態量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。
【００４１】
（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。
【００４２】
一方、吸気弁閉弁時のスロットル弁下流吸気通路内の圧力（即ち、吸気管圧力。スロットル弁下流吸気通路内における空気とブローバイガスとから構成されるガス圧力）は、吸入空気量（吸入ガス量）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(1)式に示したように、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。
【００４３】
fi(k) ＝ KLfwd(k) / AbyFref  ・・・(1)
【００４４】
（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。この状態量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３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（、及びブローバイガス）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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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４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５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。
【００４７】
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(2)式に基づいて遅延時間TD後におけるスロットル弁開度を予測・推定する（図５を参照）。
【００４８】
TAest(k+1)＝TAest(k)＋ΔTt・ｆ（TAt(k)，TAest(k)）  ・・・(2)
【００４９】
上記(2)式において、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６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。
【００５０】
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。
【００５１】
(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、ブローバイガス）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、ＰＣＶ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に基づ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、ＰＣＶ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。
【００５２】
なお、本例では、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、ＰＣＶ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。
【００５３】
（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等に基づいて目標空燃比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。
【００５４】
（噴射量決定手段Ａ４）
図３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に基づいて、上記(1)式に従って、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。
【００５５】
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３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。
【００５６】
（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(3)式、及び下記(4)式に基づいて推定するモデルである。下記(3)式、及び下記(4)式において、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）、νはスロットル弁４３を通過する空気の流速、ρｍは大気密度、Paはスロットル弁上流の空気圧力（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ガス圧力）、Ta(＝THA)はスロットル弁上流の空気温度（吸気温度、大気温度）、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。
【００５７】
mt＝Ct(θt)・At(θt)・ν・ρm＝Ct(θt)・At(θt)・｛Pa/(R・Ta)1/2｝・Φ（Pm/Pa）  ・・・(3)
【００５８】
【数１】
2005201053.tif 000003
【００５９】
上記(4)式において、値(1/(κ+1))は吸気管圧力Pmが流体力学における臨界圧力(critical
pressure)になっているときに対応している。上記(4)式にて示される値(Pm/Pa)と値Φ（Pm/Pa）との関係は図７に示すようになる。図７に示すように、吸気管圧力Pmが前記臨界圧力よりも大きいとき（即ち、値(Pm/Pa)＞(1/(κ+1))のとき）、同吸気管圧力Pmの増加に応じて値Φ（Pm/Pa）（従って、スロットル弁通過空気流量mt）は減少する。他方、吸気管圧力Pmが前記臨界圧力以下のとき（即ち、値(Pm/Pa)≦(1/(κ+1))のとき）、値Φ（Pm/Pa）（従って、スロットル弁通過空気流量mt）は吸気管圧力Pmに係わらず一定値となる。
【００６０】
次に、スロットルモデルＭ２におけるスロットル弁通過空気流量mtの求め方を述べると、上記(3)式においてCt(θt)・At(θt)・｛Pa/(R・Ta)1/2｝をk1とおき、mtsを吸気弁閉弁時のスロットル弁通過空気流量とするとき上記(3)式は下記(5)式に書き換えられる。
【００６１】
mts＝k1・Φ（Pm/Pa）  ・・・(5)
【００６２】
また、上記(5)式において、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(6)式が得られるので、上記(5)式及び下記(6)式から係数k1を消去して下記(7)式を得ることができる。
【００６３】
mtsTA＝k1・Φ（PmTA/Pa）  ・・・(6)
【００６４】
mts＝｛mtsTA／Φ（PmTA/Pa）｝・Φ（Pm/Pa）  ・・・(7)
【００６５】
従って、上記(7)式から理解できるように、定常状態でのスロットル弁通過空気流量mtsTA、及び定常状態での吸気管圧力PmTAが求められると吸気弁閉弁時のスロットル弁通過空気流量mtsを求めることができる。以下、先ず、定常状態での吸気管圧力PmTAの求め方について説明する。
【００６６】
上記(3)式、及び上記(4)式により求められるスロットル弁通過空気流量mtと吸気管圧力Pmとの関係は、吸気管圧力Pm以外のパラメータ（具体的には、スロットル弁開度TA、大気圧Pa、及び吸気温度Ta）が一定であるものとすると、図８（の破線）に示すようになる。また、後述する吸気弁モデルＭ３を表す下記(8)式により求められる吸気弁通過ガス流量mcと吸気管圧力Pmとの関係は、吸気管圧力Pm以外のパラメータ（具体的には、吸気温度Ta、吸気管内ガス温度Tm、エンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVT）が一定であるものとすると、図８（の仮想線）に示すようになる。
【００６７】
更には、後述するＰＣＶ弁モデルＭ４を表す図１０に示したＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvと「クランクケース内ブローバイガス圧力Pcrと吸気管圧力Pmの差圧(Pcr-Pm)」との関係から容易に求められる、吸気管圧力Pm以外のパラメータ（ブローバイガス圧力Pcr）が一定であるものとしたときの「ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvと吸気管圧力Pmとの関係」と、上記「スロットル弁通過空気流量mtと吸気管圧力Pmとの関係（図８の破線を参照）」と、から得られる「スロットル弁通過空気流量mtとＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvの和と吸気管圧力Pmとの関係」は、吸気管圧力Pm以外のパラメータ（具体的には、スロットル弁開度TA、大気圧Pa、吸気温度Ta、及びブローバイガス圧力Pcr）が一定であるものとすると、図８（の実線）に示すようになる。
【００６８】
ここで、スロットル弁下流吸気通路に流入するガスは、スロットル弁４３を通過して流入してくる空気（新気）とＰＣＶ弁４５を通過して流入してくるブローバイガスである。一方、スロットル弁下流吸気通路から流出するガスは、吸気弁３２を通過して流出していくガスのみである。従って、機関が定常状態にある場合、スロットル弁通過空気流量mtとＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvの和(mt＋mpcv)は、吸気弁通過ガス流量mcと等しくなる。
【００６９】
以上のことから、定常状態での吸気管圧力PmTAは、上記吸気管圧力Pm以外の総てのパラメータが与えられると、同与えられたパラメータに基づいて描かれる図８に示した実線と仮想線との交点Ａに相当する吸気管圧力Pmとして求めることができる。換言すれば、上記吸気管圧力Pm以外の総てのパラメータ（具体的には、スロットル弁開度TA、吸気管内ガス温度Tm、ブローバイガス圧力Pcr、大気圧Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVT）の組み合わせを順次変更していった各場合における定常状態での吸気管圧力PmTAを上記手法により順次求めていくことで、上記吸気管圧力Pm以外のパラメータ（の組み合わせ）と、定常状態での吸気管圧力PmTAとの関係を規定するテーブルを予め作製することができる。
【００７０】
スロットルモデルＭ２は、係るテーブルMAPPMをＲＯＭ７２内に記憶していて、上記吸気管圧力Pm以外の総てのパラメータと、同テーブルMAPPMとに基づいて上記定常状態での吸気管圧力PmTAを求める。このとき、スロットル弁モデル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（即ち、吸気弁閉弁時での）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)とするとともに、同予測スロットル弁開度TAest(k-1)をパラメータ（スロットル弁開度TA）として与える。
【００７１】
また、パラメータである吸気管内ガス温度Tmとしては、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内ガス温度Tm(＝Tm(k-1))が使用される。また、残りのパラメータ（ブローバイガス圧力Pcr、大気圧Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVT）としては、総て現時点から演算周期ΔTt前での実際の値が用いられる。以上、上記(7)式の右辺における定常状態での吸気管圧力PmTAは、MAPPM(TAest(k-1),Tm(k-1),Pcr,Pa,Ta,NE,VT)として求められる。
【００７２】
次に、上記(7)式の右辺における定常状態でのスロットル弁通過空気流量mtsTAの求め方について説明する。先に述べたように、機関が定常状態にある場合、スロットル弁通過空気流量mtは、吸気弁通過ガス流量mcからＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvを減じた値と等しくなる。そこで、スロットルモデルＭ２は、後述する吸気弁モデルＭ３を表す下記(8)式と、上記定常状態での吸気管圧力PmTAと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ガス流量mcTAを求めるとともに、後述するＰＣＶ弁モデルＭ４で用いる後述する図１０に示したテーブルと同定常状態での吸気管圧力PmTAとを用いて現時点から演算周期ΔTtだけ前の時点のＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvTAを求め、吸気弁通過ガス流量mcTAからＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvTAを減じた値を定常状態でのスロットル弁通過空気流量mtsTAとする。
【００７３】
なお、このとき、スロットル弁モデルＭ２は、吸気管圧力Pm以外の残りのパラメータ（吸気管内ガス温度Tm、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE、吸気弁開閉タイミングVT、及びブローバイガス圧力Pcr）のうち、吸気管内ガス温度Tmとしては、上記最新の吸気管内ガス温度Tm(＝Tm(k-1))を使用するとともに、残りのパラメータ（吸気温度Ta、エンジン回転速度NE、吸気弁開閉タイミングVT、及びブローバイガス圧力Pcr）としては、総て現時点から演算周期ΔTt前での実際の値を用いる。以上のようにして、上記(7)式の右辺における定常状態でのスロットル弁通過空気流量mtsTAが求められる。
【００７４】
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、前記定常状態での吸気管圧力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(7)式の右辺における値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(7)式の右辺における値Φ(Pm/Pa)（＝MAPΦ(Pm(k-1)/Pa)）を求める。以上により、上記(7)式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。
【００７５】
（吸気弁モデルＭ３）
吸気弁モデルＭ３は、吸気管圧力Pm、吸気管内ガス温度Tm、及び吸気温度THA等から吸気弁通過ガス流量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は吸気弁通過ガス流量mcを、経験則に基づく下記(8)式にしたがって求める。
【００７６】
mc＝（THA/Tm）・（c・Pm−d）  ・・・(8)
【００７７】
上記(8)式において、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(8)式に適用し、吸気弁通過ガス流量mc（＝mc(k-1)）を推定する。このようにして吸気弁通過ガス流量mc（＝mc(k-1)）を取得する手段が吸気弁通過ガス流量取得手段に相当する。
【００７８】
（ＰＣＶ弁モデルＭ４）
ＰＣＶ弁モデルＭ４は、吸気管圧力Pm、及びクランクケース内のブローバイガス圧力PcrからＰＣＶ弁４５を通過するブローバイガス流量であるＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvを推定するモデルである。先に説明したように、ＰＣＶ弁４５の開口断面積Apcvはブローバイガス圧力Pcrと吸気管圧力Pmの差圧(Pcr−Pm)により決定され、図９に示したように、同差圧(Pcr−Pm)の増大に応じて減少する。図９において、ΔP0は、弁体４５ｂが初期位置にあるときにおけるコイルスプリング４５ｃの付勢力Ｆ２＝k・x0と、差圧(Pcr−Pm)に基づく力Ｆ１＝Avlv・(Pcr−Pm)とが等しくなるときの差圧(Pcr-Pm)であって、「ΔP0＝(k・x0)/Avlv」で表される値である（図２を参照）。
【００７９】
ここで、差圧(Pcr−Pm)と、図９に示した「差圧(Pcr−Pm)と開口断面積Apcvとの関係」から求められる開口断面積Apcvに、上記(4)式（図７を参照）において大気圧Paをブローバイガス圧力Pcrに置き換えることで得られる値Φ（Pm/Pcr）を乗じた値がＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvに一致することが実験等を通じて判明した。即ち、下記(9)式が成立する。なお、下記(9)式において、値Φ（Pm/Pcr）はＰＣＶ弁４５の単位開口断面積あたりに同ＰＣＶ弁４５を通過するブローバイガス流量に相当する。
【００８０】
mpcv＝Apcv・Φ（Pm/Pcr）  ・・・(9)
【００８１】
従って、上記(9)式、及び図９に示した「差圧(Pcr−Pm)と開口断面積Apcvとの関係」から理解できるように、ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvは、吸気管圧力Pm、及びブローバイガス圧力Pcrが与えられると求めることができ、例えば、上記差圧(Pcr−Pm)とＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvとの関係は図１０に示すようになる。
【００８２】
ＰＣＶ弁モデルＭ４は、この図１０に示した「上記差圧(Pcr−Pm)とＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvとの関係」を規定するテーブルMAPMPCV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))、及び現時点から演算周期ΔTt前の実際のブローバイガス圧力Pcrと、前記テーブルMAPMPCVとに基づいてＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv(＝mpcv(k-1))を推定する。このようにしてＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv（＝mpcv(k-1)）を取得する手段がＰＣＶ弁通過ガス流量取得手段に相当する。
【００８３】
（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(10)式及び下記(11)式、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、ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv、クランクケース内のブローバイガス温度Tcr、及び吸気弁通過ガス流量mcから、吸気管圧力Pm、及び吸気管内ガス温度Tmを求めるモデルである。なお、下記(10)式、及び下記(11)式において、Vmはスロットル弁下流吸気通路の容積であって、ＰＣＶ弁４５と吸気管４１（サージタンク）との間のブローバイガス還元用通路４４の容積を含む。
【００８４】
d(Pm/Tm)/dt＝(R/Vm)・(mt＋mpcv−mc)  ・・・(10)
【００８５】
dPm/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Ta＋mpcv・Tcr−mc・Tm)  ・・・(11)
【００８６】
吸気管モデルＭ５は、上記(10)式、及び上記(11)式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、ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv（＝mpcv(k-1)）をＰＣＶ弁モデルＭ４から取得する。そして、(10)式及び(11)式に基づく計算を行って最新の吸気管圧力Pm(＝Pm(k))、及び吸気管内ガス温度Tm(＝Tm(k))を推定する。
【００８７】
ここで、上記吸気管モデルＭ５を記述した(10)式及び(11)式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ガス量をMとすると、総ガス量Mの時間的変化量は、スロットル弁下流吸気通路内に流入する空気量（新気量）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内に流入するブローバイガス量に相当するＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvの和から、同スロットル弁下流吸気通路から流出するガス量に相当する吸気弁通過ガス流量mcを減じた量であるから、スロットル弁下流吸気通路内のガスについて適用される質量保存則に基づく下記(12)式が得られる。
【００８８】
dM／dt＝mt＋mpcv−mc  ・・・(12)
【００８９】
また、状態方程式は下記(13)式となるから、上記(12)式と下記(13)式とから総ガス量Mを消去することにより、スロットル弁下流吸気通路内のガスについて適用される質量保存則に基づく上記(10)式が得られる。
【００９０】
Pm・Vm＝M・R・Tm  ・・・(13)
【００９１】
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内のガスのエネルギー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（新気）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ブローバイガスのエネルギーCp・mpcv・Tcrの和から同スロットル弁下流吸気通路から流出するガスのエネルギーCp・mc・Tmを減じた量に等しいので、下記(14)式が得られる。ここにおいて、Cvは定容比熱、Cpは定圧比熱である。
【００９２】
d(M・Cv・Tm)／dt＝Cp・mt・Ta＋Cp・mpcv・Tcr−Cp・mc・Tm  ・・・(14)
【００９３】
この(14)式を、比熱比κ＝Cp／Cvなる関係と、上記(13)式（Pm・Vm＝M・R・Tm）とを用いて変形することにより、上記(11)式が得られる。
【００９４】
実際には、吸気管モデルＭ５は、上記(10)式及び上記(11)式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(15)及び下記(16)式に基づいて、吸気管圧力Pm(k)、及び吸気管内ガス温度Tm(k)を求める。なお、下記(15)式及び下記(16)式において、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。）。
【００９５】
【数２】
2005201053.tif 000004
【００９６】
【数３】
2005201053.tif 000005
【００９７】
（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(8)式（mc＝（THA/Tm）・（c・Pm−d））とを用いて最新の吸気弁通過ガス流量mc（＝mc(k)）を求める。このようにして吸気弁通過ガス流量mc(k)を推定する手段が筒内吸入ガス量推定手段に相当する。
【００９８】
また、吸気弁モデルＭ６は、吸気弁３２を通過するガスのうち空気（新気）を除いた残りのガス（燃焼に寄与し得ないガス。以下、「残余ガス」と称呼する。）についての吸気弁通過残余ガス流量mcb（＝mcb(k)）も求める。以下、係る吸気弁通過残余ガス流量mcbの求め方について説明する。
【００９９】
ＰＣＶ弁４５を通過してスロットル弁下流吸気通路内に流入するブローバイガスは、先に説明したように、空気のみならず残余ガス（排ガス等）を含んでいる。ここで、スロットル弁下流吸気通路内に現時点で流入するブローバイガスのうち空気の割合Rair（＝Rair(k)）は、少なくともエンジン回転速度NE、及び吸気弁モデルＭ６により既に推定されている後述する最新の予測吸入空気量kLfwd（＝KLfwd(k-1)）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、及び上記予測吸入空気量KLfwd(k-1)を引数とする関数gにより、下記(17)式に基づいて求めることができる。下記(17)式に従って上記空気の割合Rair(k)を推定する手段が空気割合取得手段に相当する。
【０１００】
Rair(k)＝g(NE,KLfwd(k-1))  ・・・(17)
【０１０１】
従って、ＰＣＶ弁４５を通過してスロットル弁下流吸気通路内に流入する現時点での残余ガス流量（ＰＣＶ弁通過残余ガス流量mpcvb(k)）は、ＰＣＶ弁モデルＭ４により既に推定されている最新のＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv(k-1)に上記空気の割合Rair(k)を乗じることで下記(18)に従って表すことができる。
【０１０２】
mpcvb(k)＝mpcv(k-1)・(1-Rair(k))  ・・・(18)
【０１０３】
一方、ＰＣＶ弁４５を通過した残余ガス（ブローバイガス）がスロットル弁下流吸気通路に流入してから燃焼室２５（シリンダ内）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。このむだ時間τは、少なくともエンジン回転速度NE、及び上記予測吸入空気量KLfwd（＝KLfwd(k-1)）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、及び同予測吸入空気量KLfwd(k-1)をそれぞれ引数とする関数hにより下記(19)式に基づいて求めることができる。下記(19)式に従ってむだ時間τを取得する手段がむだ時間取得手段に相当する。
【０１０４】
τ＝h(NE,KLfwd(k-1))  ・・・(19)
【０１０５】
従って、現時点で吸気弁３２を通過する吸気弁通過ガス流量mc(k)（従って、吸気弁通過残余ガス流量mcb(k)）は、むだ時間τ前におけるＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv(k-N)（従って、ＰＣＶ弁通過残余ガス流量mpcvb(k-N)）と原則的に等しいと仮定することができ、係る仮定と上記(18)式とから、下記(20)式が成立する。下記(20)式において、値Nは、むだ時間τに相当する値（自然数）であって、例えば、Rair(k-N)は、上記(17)式により求められる空気の割合RairのN回前の演算値である。
【０１０６】
mcb(k)＝mpcvb(k-N)＝mpcv(k-1-N)・(1-Rair(k-N))  ・・・(20)
【０１０７】
上記仮定（mcb(k)＝mpcvb(k-N)）に従えば、上記(20)式に従って、現時点で吸気弁３２を通過する吸気弁通過残余ガス流量mcb(k)を求めることができる。しかしながら、実際には、ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvの変動がそのまま、むだ時間τ後に吸気弁通過ガス流量mcの変動となって現れることはなく、ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvを一次遅れ処理した値（一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvsm）の変動がむだ時間τ後に吸気弁通過ガス流量mcの変動となって現れると考えられる。
【０１０８】
一方、一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvsm（＝mpcvsm(k)）は、下記(21)式に従って求めることができる。下記(21)式において、αは一次遅れの時定数に対応する値（０＜α＜１）、mpcv(k-1)はＰＣＶ弁モデルＭ４により既に推定されている最新のＰＣＶ弁通過ガス流量、mpcvsm(k-1)は一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvsmの前回の演算値である。
【０１０９】
mpcvsm(k)＝mpcvsm(k-1)＋α・(mpcv(k-1)−mpcvsm(k-1))
＝α・mpcv(k-1)＋(1-α)・mpcvsm(k-1)  ・・・(21)
【０１１０】
上記(21)式によれば、ＰＣＶ弁モデルＭ４により最新のＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv(k-1)が推定されると、一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量の今回演算値mpcvsm(k)が求められるから、ＰＣＶ弁モデルＭ４によりＰＣＶ弁通過ガス流量のN回前の演算値mpcv(k-1-N)が推定されると、上記(21)式を用いて、一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量のN回前の演算値mpcvsm(k-N)が求められることになる。
【０１１１】
以上のことから、上記(20)式において、ＰＣＶ弁通過ガス流量のN回前の演算値「mpcv(k-1-N)」を、上記(21)式により得られる一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量のN回前の演算値「mpcvsm(k-N)」に置き換えれば、下記(22)式が得られ、吸気弁モデルＭ６は、下記(22)式に従って、吸気弁通過残余ガス流量mcb（＝mcb(k)）を求める。
【０１１２】
mcb(k)＝mpcvsm(k-N)・(1-Rair(k-N))  ・・・(22)
【０１１３】
そして、吸気弁モデルＭ６は、前記求めた吸気弁通過ガス流量mc(k)から上記求めた吸気弁通過残余ガス流量mcb(k)を減じることで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。このようにして吸気弁通過空気流量mca(k)（或いは、予測吸入空気量KLfwd(k)）を推定する手段が筒内吸入空気量推定手段に相当する。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。
【０１１４】
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後の予測スロットル弁開度TAest(k-1)に基づ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)に基づいて燃料噴射量fi(k)が計算されること（上記(1)式を参照。）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(k-1)に基づいて、筒内吸入空気量(予測吸入空気量KLfwd(k-1))を実質的に予測する。
【０１１５】
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(k-1)とモデルＭ２〜Ｍ６とに基づいて算出するのである。
【０１１６】
以上、図３に示した各モデル、及び各手段により、機関１０の吸気に係わる状態量である吸気管圧力Pm、吸気管内ガス温度Tm、予測吸入空気量KLfwd(k)が推定され、この予測吸入空気量kLfwd(k)に基づいて燃料噴射量fiが計算されていく。即ち、図３に示した各モデル、及び各手段（或いは、これらの一部）が状態量推定手段に相当する。
【０１１７】
次に、電気制御装置７０の実際の作動について、図１１〜図１６に示したフローチャートを参照しながら説明する。
【０１１８】
（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１１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１１００から処理を開始し、ステップ１１０５に進んで変数ｉに「０」を設定し、ステップ１１１０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。
【０１１９】
この時点で変数ｉは「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１１１５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１１２０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。
【０１２０】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１１２５にて変数ｉの値を「１」だけ増大してステップ１１１０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１１１５〜１１２５を実行する。即ち、ステップ１１１５〜１１２５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。
【０１２１】
前述のステップ１１２５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１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０に進み、同ステップ１１３０にて現時点の実際のアクセル操作量Accpと、図４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。
【０１２２】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１１３５に進み、同ステップ１１３５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(2)式（の右辺）に基づくステップ１１３５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１１４０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１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２３】
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。
【０１２４】
（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１２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、ＰＣＶ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１２００から処理を開始し、ステップ１２０５に進んで上記スロットルモデルＭ２（上記(7)式に基づくステップ１２０５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１３のフローチャートに示したステップ１３００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。
【０１２５】
ステップ１３００に進んだＣＰＵ７１は、ステップ１３０５に進んで上記(8)式の係数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。
【０１２６】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１３１０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１２のステップ１２２０にて求められた吸気管内ガス温度Tm(k-1)、現時点より演算周期ΔTt前の各センサによる検出値（クランクケース内のブローバイガス圧力Pcr、大気圧Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVT）と、上記テーブルMAPPMと、から定常状態での吸気管圧力PmTAを求める。
【０１２７】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１３１５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前の実際のブローバイガス圧力Pcrと、図１０に示したテーブルと同様のステップ１３１５内に記載のテーブルと、からＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvTAを求めるとともに、ステップ１３２０に進んで上記(8)式に基づくステッ１３２０内に記載の式により、吸気弁通過ガス流量mcTAを求める。なお、ステップ１３２０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１２のステップ１２２０にて求められた値を用いる。
【０１２８】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１３２５に進み、同ステップ１３２５内に記載の式に従って定常状態での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１３３０に進み、同ステップ１３３０にて値Φ(PmTA/Pa)を上記テーブルMAPΦと上記ステップ１３１０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１３３５にて、前回の本ルーチン実行時における後述する図１２のステップ１２２０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１３４０にて上記ステップ１３２５、ステップ１３３０、及びステップ１３３５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１３４０内に示した式とに基づ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１３９５を経由して図１２のステップ１２１０に進む。
【０１２９】
ＣＰＵ７１は、ステップ１２１０にて上記吸気弁モデルＭ３を表す上記(8)式を用いて吸気弁通過ガス流量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１３０５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１２２０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。
【０１３０】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１２１５に進み、図１０に示した前記テーブルMAPMPCVと同様のステップ１２１５内に記載のテーブルを用いてＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv(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１２２０にて求められた値を用い、ブローバイガス圧力Pcrは、現時点から演算周期ΔTt前の実際の値（検出値）を用いる。
【０１３１】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１２２０に進み、上記吸気管モデルＭ５を表す上記(15)式、及び(16)式と、上記ステップ１２０５、ステップ１２１０、及びステップ１２１５にてそれぞれ求めたスロットル弁通過空気流量mt(k-1)、吸気弁通過ガス流量mc(k-1)、及びＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv(k-1)に基づいて、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。
【０１３２】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１２２５に進み、同ステップ１２２５に示した上記(8)式に相当する吸気弁モデルＭ６を表す式に基づいて今回の吸気弁通過ガス流量mc(k)を求める。具体的に述べると、ＣＰＵ７１はステップ１２２５に進んだとき、図１４に示したステップ１４００に進み、次のステップ１４０５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１４１０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。
【０１３３】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ１４１５に進んで、上記図１２のステップ１２２０にて求められた今回の吸気管圧力Pm(k)、及び同ステップ１２２０にて求められた今回の吸気管内ガス温度Tm(k)、ステップ１４０５にて求められた係数c(K)、及びステップ１４１０にて求められた値d(k)を用いて、今回の吸気弁通過ガス流量mc(k)を算出し、ステップ１４９５を経由して図１２のステップ１２３０に進む。
【０１３４】
ＣＰＵ７１はステップ１２３０に進むと、吸気弁通過残余ガス流量mcb(k)を算出するため図１５に示したステップ１５００に進み、続くステップ１５０５にて上記(21)式に相当するステップ１５０５内に記載の式に従って、一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvsm(k)を計算する。このとき、mpcv(k-1)は今回の本ルーチン実行時において図１２のステップ１２１５にて求めた値を用いる。mpcvsm(k-1)は、前回の本ルーチン実行時において本ステップ１５０５にて求めた値である。
【０１３５】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１５１０に進んで、上記(17)式に相当するステップ１５１０内に記載の式に従って前記空気の割合Rair(k)を計算し、続くステップ１５１５にて上記(19)式に相当するステップ１５１５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図１２のステップ１２４５にて求めた値を用いる。
【０１３６】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１５２０に進んで、上記(22)式に相当するステップ１５２０内に記載の式に従って吸気弁通過残余ガス流量mcb(k)を計算する。このとき、一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvsm(k-N)、及び、空気の割合Rair（k-1）は、それぞれ、N回前の本ルーチン実行時においてステップ１５０５、及びステップ１５１０にて求めた値を用いる。そして、ＣＰＵ７１はステップ１５９５を経由して図１２のステップ１２３５に進む。
【０１３７】
ＣＰＵ７１はステップ１２３５にて、同ステップ１２３５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１２２５にて求めた値を用い、吸気弁通過残余ガス流量mcb(k)は今回の本ルーチン実行時において図１５のステップ１５２０にて使用した値を用いる。
【０１３８】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１２４０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１２４５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１２９５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。
【０１３９】
（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１６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１６に示したルーチンを実行するようになっている。
【０１４０】
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１６００から処理を開始し、続くステップ１６０５にて、図１２のステップ１２４５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。
【０１４１】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１６１０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１６９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１４２】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の状態量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、スロットル弁下流吸気通路の空気について質量保存則、及びエネルギー保存則等を適用することでスロットル弁下流吸気通路内の吸気圧力Pm(k)、吸気温度Tm(k)が逐次求められる。このとき、質量保存則、及びエネルギー保存則を記述した上記(15)式、及び上記(16)式（ステップ１２２０）において、スロットル弁を通過して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（＝mt(k-1)）、吸気弁を通過してスロットル弁下流吸気通路から流出するガス量に相当する吸気弁通過ガス流量mc（＝mc(k-1)）のみならず、ＰＣＶ弁を通過してスロットル弁下流吸気通路に流入するブローバイガス量に相当するＰＣＶ弁通過ガス流量mpcv（＝mpcv(k-1)）（、及びブローバイガス温度Tcr）が考慮される。従って、ＰＣＶ弁を通過するブローバイガスの質量、及びエネルギーを考慮することで、上記吸気管圧力Pm(k)、吸気管内ガス温度Tm(k)（従って、予測吸入空気量KLfwd(k)）が精度良く推定された。
【０１４３】
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、図１０に示した「差圧(Pcr−Pm)とＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvとの関係」を規定するテーブルMAPMPCV（ステップ１２１５）を利用して、上記差圧（Pcr−Pm）と同テーブルMAPMPCVとから直接ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvを推定するように構成されているが、図９に示した「差圧(Pcr−Pm)とＰＣＶ弁の開口断面積Apcvとの関係」を規定するテーブルと上記差圧（Pcr−Pm）とからＰＣＶ弁の開口断面積Apcvを求め、同求めた開口断面積Apcvに、上記(4)式（図７を参照）において大気圧Paをブローバイガス圧力Pcrに置き換えることで得られる値Φ(Pm/Pcr)を乗じることでＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvを推定するように構成してもよい。
【０１４４】
また、上記実施形態においては、一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvsmのN回前の演算値mpcvsm(k-N)と、ＰＣＶ弁を通過するブローバイガス中の空気の割合RairのN回前の演算値Rair(k-N)と、上記(22)式（mcb(k)＝mpcvsm(k-N)・(1-Rair(k-N))）とに基づいて吸気弁通過残余ガス流量mcb（＝mcb(k)）が推定されているが、一次遅れ処理後ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvsmのN回前の演算値mpcvsm(k-N)に代えて、（一次遅れ処理実行前の）ＰＣＶ弁通過ガス流量mpcvのN回前の演算値mpcv(k-1-N)を使用して、上記(20)式（mcb(k)＝mpcv(k-1-N)・(1-Rair(k-N))）により吸気弁通過残余ガス流量mcb（＝mcb(k)）を推定するように構成してもよい。
【０１４５】
また、上記実施形態においては、上記「吸気管圧力Pm以外の総てのパラメータ」（具体的には、スロットル弁開度TA、吸気管内ガス温度Tm、ブローバイガス圧力Pcr、大気圧Pa、吸気温度Ta、エンジン回転速度NE、及び吸気弁の開閉タイミングVT）と、定常状態での吸気管圧力PmTAとの関係を規定するテーブルMAPPMを予め作製しておき、上記「吸気管圧力Pm以外の総てのパラメータ」の各値と、同テーブルMAPPMとに基づいて定常状態での吸気管圧力PmTAを求めるように構成されているが（ステップ１３１０を参照）、上記テーブルMAPPMを予め作製することなく、定常状態での吸気管圧力PmTAを求めるタイミングが到来する毎に（即ち、図１３のルーチンが実行される毎に）、上記「吸気管圧力Pm以外の総てのパラメータ」の各値に基づいて描かれる図８に示した実線「(mt＋mpcv)を表す線」と仮想線「mcを表す線」との交点Ａを求めることで定常状態での吸気管圧力Pmを求めるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明による状態量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】図１に示したＰＣＶ弁の概略構成図である。
【図３】スロットル弁開度を制御するとともに予測吸入空気量、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４】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５】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６】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７】図１に示したＣＰＵが参照する「吸気管圧力を大気圧で除した値」と、値Φ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】定常状態での吸気管圧力を求める手法を説明するための図である。
【図９】「クランクケース内のブローバイガス圧力と吸気管圧力の差圧」と、ＰＣＶ弁の開口断面積との関係を示したグラフである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが参照する「クランクケース内のブローバイガス圧力と吸気管圧力の差圧」と、ＰＣＶ弁通過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１１】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１２】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１３】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１４】図１に示したＣＰＵが実行する（予測）吸気弁通過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１５】図１に示したＣＰＵが実行する吸気弁通過残余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１６】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】
【０１４７】
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、４４…ブローバイガス還元用通路、４５…ＰＣＶ弁、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、８２…ブローバイガス温度センサ、８３…ブローバイガス圧力センサ
【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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