(57)【要約】【課題】演算ロジックの簡素化を図りつつ、筒内充填空気量を精度良く算出する。【解決手段】基本充填空気量算出部５０は、基本空気量Ｇｂａｓｅ、吸気温補正係数Ｋａ、脈動補正係数Ｋｂをそれぞれ算出すると共に、これらにより基本充填空気量Ｇｎｂを算出する。また、内部ＥＧＲ量算出部６０は、排気バルブ閉時期ＥＶＣに基づいて隙間容積ＥＧＲ量を算出すると共に、バルブオーバーラップ量ＯＬ、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気管圧力Ｐｍに基づいて吹き戻しＥＧＲ量を算出し、更に隙間容積ＥＧＲ量と吹き戻しＥＧＲ量との加算により内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを算出する。そして、筒内充填空気量算出部７０は、基本充填空気量Ｇｎｂから内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを減算して筒内充填空気量Ｇｎを算出する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方の開閉時期又はリフト量を可変とする可変動弁手段を備えた内燃機関の筒内充填空気量算出装置において、
内燃機関の運転領域に基づいて基本空気量を算出する基本空気量算出手段と、
前記可変動弁手段による吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期等によって発生する内部ＥＧＲのガス量を算出する内部ＥＧＲ量算出手段と、
前記基本空気量と内部ＥＧＲ量により前記筒内充填空気量を算出する筒内充填空気量算出手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の空気量算出装置。
【請求項２】
前記内部ＥＧＲ量算出手段は、吸気管圧力、機関回転数、排気バルブの閉時期、吸気バルブ及び排気バルブの開弁オーバーラップ量に基づいて内部ＥＧＲ量を算出する請求項１に記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項３】
前記内部ＥＧＲ量算出手段は、内燃機関の排気通路内の排気圧力をパラメータとして加えて内部ＥＧＲ量を算出する請求項２に記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項４】
排気通路に設けられたタービンに、吸気通路に設けられたコンプレッサが連結され、タービンを作動することにより内燃機関に供給される吸気を過給する過給機を備え、前記排気通路をバイパスして過給圧を調整するウェストゲートバルブを設けた内燃機関に適用され、
前記内部ＥＧＲ量算出手段は、前記ウェストゲートバルブの開度をパラメータとして加えて内部ＥＧＲ量を算出する請求項２に記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項５】
前記内部ＥＧＲ量算出手段は、燃焼後に気筒内に残留する既燃ガス量である第１ガス量を算出する手段と、吸気通路側に吹き戻される既燃ガス量である第２ガス量を算出する手段とを備え、これら第１ガス量と第２ガス量とを加算して内部ＥＧＲ量を算出する請求項１に記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項６】
前記内部ＥＧＲ量算出手段は、少なくとも排気バルブの閉時期に基づいて前記第１ガス量を算出する請求項５に記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項７】
前記内部ＥＧＲ量算出手段は、少なくとも吸気バルブ及び排気バルブの開弁オーバーラップ量に基づいて前記第２ガス量を算出する請求項５又は６に記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項８】
前記内部ＥＧＲ量算出手段は、内燃機関の排気通路内の排気圧力をパラメータとして加えて前記第１ガス量、前記第２ガス量の少なくとも一方を算出する請求項５乃至７の何れかに記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項９】
排気通路に設けられたタービンに、吸気通路に設けられたコンプレッサが連結され、タービンを作動することにより内燃機関に供給される吸気を過給する過給機を備え、前記排気通路をバイパスして過給圧を調整するウェストゲートバルブを設けた内燃機関に適用され、
前記内部ＥＧＲ量算出手段は、前記ウェストゲートバルブの開度をパラメータとして加えて前記第１ガス量、前記第２ガス量の少なくとも一方を算出する請求項５乃至７の何れかに記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項１０】
将来のバルブ開閉時期等の変化を予測する手段を備え、前記内部ＥＧＲ量算出手段は、前記予測した将来のバルブ開閉時期等に基づいて内部ＥＧＲ量を算出する請求項１乃至９の何れかに記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項１１】
内燃機関の将来の負荷を予測する手段を備え、前記基本空気量算出手段は、前記予測した将来の負荷をパラメータとして用い基本空気量を算出する請求項１乃至１０の何れかに記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項１２】
前記基本空気量算出手段は、内燃機関の回転数、負荷、吸気バルブの閉時期に基づいて基本空気量を算出する請求項１乃至１１の何れかに記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項１３】
所定の負荷以上となる機関運転状態で、機関回転数に対応して生じる吸気脈動の影響を解消するよう前記基本空気量を補正する手段を更に備えた請求項１乃至１２の何れかに記載の内燃機関の空気量算出装置。
【請求項１４】
前記吸気通路より吸入される空気の温度に応じて前記基本空気量を補正する手段を更に備えた請求項１乃至１３の何れかに記載の内燃機関の空気量算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変動弁手段を備えた内燃機関において、当該内燃機関の気筒内に充填される筒内充填空気量を精度良く算出するための内燃機関の空気量算出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒内に充填される筒内充填空気量を算出し、その筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量や点火時期を制御する技術がある。この場合、筒内充填空気量は実際に気筒内に閉じこめられ、気筒内での燃焼に関与する空気量であるため、この筒内充填空気量をパラメータとして用いることで燃料噴射量や点火時期の制御の高精度化が可能となる。筒内充填空気量の算出手法としては、機関回転数と吸気管圧力とに基づいて算出するものがある。
【０００３】
ところで近年では、可変動弁手段を備えた内燃機関が数多く実用化されており、可変動弁手段により吸気バルブや排気バルブの開閉時期等が調整され、出力や燃費の改善等が図られている。またこの場合、吸気バルブや排気バルブの開閉時期等が調整されることにより、いわゆる内部ＥＧＲが発生する。この可変動弁手段を備えた内燃機関では、吸気管圧力が同一であってもバルブ開閉時期等が変更されることで内部ＥＧＲの状態が大きく変化し、筒内充填空気量が正確に算出できないという問題が生じる。また、内部ＥＧＲの影響を反映すべく、機関運転領域やバルブ開閉時期等の各パラメータについて全ての組み合わせで適合を行うことも考えられるが、これでは適合工数や演算処理負荷が増加するという問題を招いてしまう。
【０００４】
なお、可変動弁手段を備えた内燃機関の空気量検出装置として、例えば特許文献１の技術が知られている。この特許文献１では、点火時期制御においてエアフロメータにより吸入空気量を検出し、吸気バルブ開時期及び吸気バルブ閉時期における吸入空気量の平均値、又は吸気バルブ開期間の中間点における吸入空気量を筒内充填空気量としている。そして、この筒内充填空気量により点火時期を演算する構成としていた。しかしながら、かかる構成では、基本的にエアフロメータの検出結果から筒内充填空気量を求め、その筒内充填空気量に基づいて点火時期制御を実施しており、エアフロメータの検出遅れや吸入空気の吸気管通過遅れにより、過渡時に充填空気量を正確に算出できないという問題が生じる。
【特許文献１】特開平９−３０３２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、演算ロジックの簡素化を図りつつ、筒内充填空気量を精度良く算出することができる内燃機関の空気量算出装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
可変動弁手段を備えた内燃機関では、吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期やリフト量の変更を要因として内部ＥＧＲ量が大きく変化し、それにより気筒内に充填される新気の量（筒内充填空気量）が変化する。ここで、請求項１に記載の発明では、内燃機関の運転領域に基づいて基本空気量が算出されると共に、可変動弁手段による吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期等によって発生する内部ＥＧＲのガス量（内部ＥＧＲ量）が算出され、更に基本空気量と内部ＥＧＲ量により筒内充填空気量が算出される。この場合、基本空気量と内部ＥＧＲ量とが個別に算出されることにより、吸気バルブ又は排気バルブの開閉時期等の変更に伴う内部ＥＧＲの発生時にも筒内充填空気量が精度良く算出できる。また、既存の技術において筒内充填空気量を精度良く求めるには、機関回転数や負荷といった運転領域パラメータ以外に吸気バルブや排気バルブの開閉時期等もパラメータとして加え、全てのパラメータの組み合わせで予め適合を行う必要があり、適合工数の増大や演算処理負荷の増加といった問題が生じていた。これに対し本発明では、内部ＥＧＲ量を別途算出することとしたため、その分適合の組み合わせを減らすことができる。以上により、演算ロジックの簡素化を図りつつ、筒内充填空気量を精度良く算出することができる。なお、簡易には、基本空気量から内部ＥＧＲ量を減算して筒内充填空気量を算出すると良い。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、吸気管圧力、機関回転数、排気バルブの閉時期、吸気バルブ及び排気バルブの開弁オーバーラップ量に基づいて内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、吸気管圧力、機関回転数、排気バルブの閉時期、吸気バルブ及び排気バルブの開弁オーバーラップ量によって内部ＥＧＲ量が変化するため、これらをパラメータとすれば内部ＥＧＲ量を正確に算出できる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、内燃機関の排気通路内の排気圧力をパラメータとして加えて内部ＥＧＲ量が算出される。排気圧力が変わると内部ＥＧＲ量が変化する。この場合、排気圧力をパラメータとすれば内部ＥＧＲ量がより正確に算出できる。従って、排気圧力の変化時にも筒内充填空気量を精度良く算出することができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、過給圧調整のためのウェストゲートバルブを設けた内燃機関において、ウェストゲートバルブの開度をパラメータとして加えて内部ＥＧＲ量が算出される。ウェストゲートバルブの開度が変わると排気圧力が変化するため、内部ＥＧＲ量が変化する。この場合、ウェストゲートバルブの開度をパラメータとすれば内部ＥＧＲ量がより正確に算出できる。従って、ウェストゲートバルブの開度変更時にも筒内充填空気量を精度良く算出することができる。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明では、燃焼後に気筒内に残留する既燃ガス量である第１ガス量が算出されると共に、吸気通路側に吹き戻される既燃ガス量である第２ガス量が算出され、これら第１ガス量と第２ガス量との加算により内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、内部ＥＧＲの発生要因に合わせて正確に内部ＥＧＲ量が算出できるようになり、ひいては筒内充填空気量の算出精度が向上する。例えば、第１ガス量算出用のマップと、第２ガス量算出用のマップとを各々用意することにより、簡易に内部ＥＧＲガス量が算出できるようになる。
【００１１】
ここで、第１ガス量は、排気バルブが閉じた時に排気通路側に排出されずに残留した既燃ガス量であり、基本的に排気バルブが閉じる時の筒内容積（これを隙間容積とも言う）に依存する。故に、請求項６に記載したように、少なくとも排気バルブの閉時期に基づいて第１ガス量が算出されると良い。具体的には、排気バルブの閉時期が吸気ＴＤＣから離れるほど、第１ガス量が大きくなるよう算出される。
【００１２】
また、第２ガス量は、吸気バルブと排気バルブとが共に開弁しているオーバーラップ期間中に吸気通路側に吹き戻される既燃ガス量であり、基本的に前記両バルブの開弁オーバーラップ量に依存する。故に、請求項７に記載したように、少なくとも吸気バルブ及び排気バルブの開弁オーバーラップ量に基づいて第２ガス量が算出されると良い。具体的には、オーバーラップ量が大きいほど、第２ガス量が大きくなるよう算出される。なお、オーバーラップ量以外に、機関回転数や吸気通路内圧力をパラメータとして加え、第２ガス量を算出する構成とすることも可能である。
【００１３】
請求項８に記載の発明では、内燃機関の排気通路内の排気圧力をパラメータとして加えて前記第１ガス量、前記第２ガス量の少なくとも一方が算出される。排気圧力が変わると、気筒内に残留する既燃ガス量、又は吸気通路側に吹き戻される既燃ガス量が変化する。排気圧力をパラメータとすれば第１ガス量、第２ガス量がより正確に算出でき、その結果内部ＥＧＲ量の算出精度が向上する。従って、排気圧力の変化時にも筒内充填空気量を精度良く算出することができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明では、過給圧調整のためのウェストゲートバルブを設けた内燃機関において、ウェストゲートバルブの開度をパラメータとして加えて前記第１ガス量、前記第２ガス量の少なくとも一方が算出される。ウェストゲートバルブの開度が変わると排気圧力が変化するため、気筒内に残留する既燃ガス量、又は吸気通路側に吹き戻される既燃ガス量が変化する。ウェストゲートバルブの開度をパラメータとすれば第１ガス量、第２ガス量がより正確に算出でき、その結果内部ＥＧＲ量の算出精度が向上する。従って、ウェストゲートバルブの開度変更時にも筒内充填空気量を精度良く算出することができる。
【００１５】
請求項１０に記載の発明では、将来のバルブ開閉時期等の変化が予測され、該予測された将来のバルブ開閉時期等に基づいて内部ＥＧＲ量が算出される。この場合、将来のバルブ開閉時期等の変化を反映して内部ＥＧＲ量が算出されるため、運転条件が急変する過渡時等にも筒内充填空気量を精度良く算出することが可能となる。
【００１６】
請求項１１に記載の発明では、内燃機関の将来の負荷が予測され、該予測された将来の負荷をパラメータとして基本空気量が算出される。この場合、将来の負荷変化を反映して基本空気量が算出されるため、運転条件が急変する過渡時等にも筒内充填空気量を精度良く算出することが可能となる。
【００１７】
請求項１２に記載の発明では、内燃機関の回転数、負荷、吸気バルブの閉時期に基づいて基本空気量が算出される。この場合、機関回転数や負荷により、吸気系から気筒に給送される空気量が決まり、吸気バルブの閉時期により、給送される空気のどれだけが気筒内に充填されるかが決まる。機関回転数、負荷、吸気バルブの閉時期をパラメータとして基本空気量を算出する構成では、当該基本空気量が精度良く算出できる。
【００１８】
請求項１３に記載の発明では、所定の負荷以上となる機関運転状態で、機関回転数に対応して生じる吸気脈動の影響を解消するよう前記基本空気量が補正される。基本空気量は、内燃機関の低中負荷状態では概ね負荷に比例し、高負荷状態（例えばＷＯＴ状態）では吸気脈動の影響を受けて変動する。この吸気脈動は特定の機関回転域で発生することから、機関回転数に応じて補正量を定め、その補正量により基本空気量を補正すると良い。これにより、吸気脈動の影響が解消され、筒内充填空気量の算出精度が向上する。
【００１９】
請求項１４に記載の発明では、前記吸気通路より吸入される空気の温度に応じて前記基本空気量が補正される。吸入空気の温度が変化すると、密度変化により基本空気量が変化する。吸入空気の温度に応じて基本空気量を補正することにより、筒内充填空気量の算出精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載用多気筒４サイクルエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
【００２１】
図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ１４と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１５とが設けられている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。
【００２２】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。吸気バルブ２１及び排気バルブ２２にはそれぞれ可変動弁機構２５，２６が設けられている。これら可変動弁機構２５，２６は、各バルブ２１，２２の開閉タイミングを連続的に可変とすることができる構造を有し、その都度のアクセル開度やエンジン運転状態等に応じてバルブ開閉タイミングが適宜調整されるようになっている。
【００２３】
エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられており、点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる点火装置２８を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００２４】
排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比又はリッチ／リーンを検出するための空燃比センサ３２（リニア空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジン１０の所定クランク角毎に（例えば１０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ３４が取り付けられている。その他に、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ３５や、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ３６が設けられている。
【００２５】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に基づいて燃料噴射弁１９による燃料噴射、点火プラグ２７による点火時期、可変動弁機構２５，２６による吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉タイミングなどを制御する。
【００２６】
図２には、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２のリフト動作を示しており、同図２において、ＥＶＯは排気バルブ開時期、ＥＶＣは排気バルブ閉時期、ＩＶＯは吸気バルブ開時期、ＩＶＣは吸気バルブ閉時期、ＯＬはバルブオーバーラップ量である。各バルブ２１，２２の開閉時期は可変動弁機構２５，２６により調整され、吸気バルブ開閉時期は最遅角位置を基準にして進角側に、排気バルブ開閉時期は最進角位置を基準にして遅角側に、それぞれ制御される。このとき、吸気バルブ側の進角制御と排気バルブ側の遅角制御とにより、各バルブが共に開状態となるバルブオーバーラップが生じる。なお本実施の形態では、吸気バルブ２１は最遅角状態でＩＶＯ＝吸気ＴＤＣ後４０°ＣＡとし、その最遅角位置から最大６０°ＣＡ進角できる構成としている。また、排気バルブ２２は最進角状態でＥＶＣ＝吸気ＴＤＣ前４°ＣＡとし、その最進角位置から最大６０°ＣＡ遅角できる構成としている。
【００２７】
ここで、排気バルブ２２が遅角側に制御されるか、又はバルブオーバーラップ量が大きくなると内部ＥＧＲが増加する。本実施の形態では、内部ＥＧＲを、排気バルブ閉時期の遅角化を要因とするＥＧＲ分と、バルブオーバーラップを要因とするＥＧＲ分とに分けて考えることとし、そのメカニズムを図３により説明する。
【００２８】
図３の（ａ）では、排気バルブ閉時期ＥＶＣがＴＤＣ後となっている（但し、バルブオーバーラップはないものとしている）。この場合、ＴＤＣを過ぎ、ピストンが上昇から下降に転じた後でも排気バルブ２２が開いているため、排気ポートより気筒内（燃焼室２３内）に既燃ガスが流入する。これにより、排気バルブ２２の閉鎖後において気筒内に既燃ガスが残留し、内部ＥＧＲが発生する。筒内残留ガスによる内部ＥＧＲ量は、排気バルブ２２が閉じるまでにおいてピストンの下降により拡張された筒内容積分に依存して決まることが本願発明者により確認されている。以下、この内部ＥＧＲ量を「隙間容積ＥＧＲ量」と言う。このとき、排気バルブ閉時期ＥＶＣでの筒内容積が隙間容積であり、排気バルブ閉時期ＥＶＣに応じて隙間容積ＥＧＲ量が算出できる。
【００２９】
また、図３の（ｂ）では、バルブオーバーラップが生じている。この場合、吸気バルブ２１と排気バルブ２２とが同時に開くため、既燃ガスが吸気側に吹き戻される。これにより、後続の吸気行程において既燃ガスが気筒内に再流入し、内部ＥＧＲが発生する。吹き戻しによる内部ＥＧＲ量は、バルブオーバーラップ量に依存して決まることが本願発明者により確認されている。以下、この内部ＥＧＲ量を「吹き戻しＥＧＲ量」と言う。このとき、バルブオーバーラップ量に応じて吹き戻しＥＧＲ量が算出できる。
【００３０】
内部ＥＧＲ量が増えると、そのＥＧＲ量に応じて気筒内に充填される空気量（筒内充填空気量）が減少する。このとき、隙間容積ＥＧＲ、吹き戻しＥＧＲにより筒内充填空気量の減少が生じ、先ず隙間容積ＥＧＲについては、図４に示すように、排気バルブ閉時期ＥＶＣが吸気ＴＤＣを基準に遅角側に移行するほど隙間容積ＥＧＲ量が増え、それに伴い筒内充填空気量が減少する。また、吹き戻しＥＧＲについては、図５に示すように、バルブオーバーラップ量ＯＬが大きくなるほど、吹き戻しＥＧＲ量が増え、それに伴い筒内充填空気量が減少する。
【００３１】
燃料噴射量制御や点火時期制御の制御精度を向上させるには、吸気バルブ２１が閉じた時点で実際にエンジン気筒内に充填される新気の量（筒内充填空気量Ｇｎ）を精度良く把握することを要する。そこで本実施の形態では、前記内部ＥＧＲによる筒内充填空気量の減少分を補正することで、筒内充填空気量の算出精度向上を図ることとする。その他、吸気脈動補正や吸気温補正等を行うことで、更なる筒内充填空気量の算出精度向上を図るようにする。
【００３２】
筒内充填空気量Ｇｎは、例えば燃料噴射量の演算時においてその演算パラメータとして算出され、実際には将来の過渡変化等も考慮して算出される。具体的には、吸気管圧力Ｐｍを基に筒内充填空気量Ｇｎを算出する構成としており、将来の吸気管圧力Ｐｍを予測し、その予測Ｐｍを用いて筒内充填空気量Ｇｎを算出する。なお、吸気管圧力Ｐｍの予測手法としては、例えばスロットル遅延モデルを用いたものが適用でき、運転者により操作されるアクセル開度から将来のスロットル開度を予測し、その予測スロットル開度に基づいて将来の吸気管圧力Ｐｍを予測している。
【００３３】
図６は、筒内充填空気量の演算に関するＥＣＵ４０の機能ブロック図である。ここで、筒内充填空気量Ｇｎの演算に用いる吸気管圧力Ｐｍは何れも前述の予測Ｐｍであり、エンジン回転数Ｎｅ、吸気温Ｔａといった各パラメータは各種センサの検出結果に基づく値である。
【００３４】
図６では、主要な構成として基本充填空気量算出部５０と内部ＥＧＲ量算出部６０とを設けており、基本充填空気量算出部５０にて基本充填空気量Ｇｎｂが算出され、内部ＥＧＲ量算出部６０にて内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒが算出される。先ずは基本充填空気量算出部５０について詳しく説明する。基本充填空気量算出部５０において、基本空気量算出部５１は、吸気管圧力Ｐｍ、吸気バルブ閉時期ＩＶＣ、エンジン回転数Ｎｅに基づいて基本空気量Ｇｂａｓｅを算出する。このとき、例えば図７に示す基本空気量マップを用い、その都度のＰｍ、ＩＶＣ、Ｎｅをパラメータとして基本空気量Ｇｂａｓｅを算出する。図７の基本空気量マップでは、内部ＥＧＲ量が最小となる条件下での基本空気量Ｇｂａｓｅが算出されるようになっており、エンジン回転数毎に概ね吸気管圧力Ｐｍが大きいほど、又は吸気バルブ閉時期ＩＶＣが進角側であるほど、基本空気量Ｇｂａｓｅが大きくなるような関係が定められている。
【００３５】
吸気温補正係数算出部５２は、その都度の吸気温Ｔａに基づいて吸気温補正係数Ｋａを算出する。このとき、吸気温Ｔａによる空気密度の変化に対応すべく、吸気温Ｔａが高いほど吸気温補正係数Ｋａを小さい値とすると良い。
【００３６】
脈動補正係数算出部５３は、エンジン回転数Ｎｅと吸気管圧力Ｐｍとに基づいて脈動補正係数Ｋｂを算出する。これは、吸気管内で発生する吸気脈動による充填空気量のばらつきを抑制するためのものであり、一例として図８に示す関係に基づいて脈動補正係数Ｋｂを算出する。但し、吸気脈動は主に高負荷状態（例えばＷＯＴ状態）で発生するため、所定の高負荷運転状態に限って脈動補正係数Ｋｂを算出すると良い。
【００３７】
基本空気量補正部５４は、基本空気量Ｇｂａｓｅに吸気温補正係数Ｋａ、脈動補正係数Ｋｂを掛け合わせて基本充填空気量Ｇｎｂを算出する（Ｇｎｂ＝Ｇｂａｓｅ×Ｋａ×Ｋｂ）。
【００３８】
また、内部ＥＧＲ量算出部６０において、隙間容積ＥＧＲ量算出部６１は、排気バルブ閉時期ＥＶＣに基づいて隙間容積ＥＧＲ量を算出する。このとき、排気バルブ閉時期ＥＶＣと隙間容積ＥＧＲ量との関係は前述の図４のとおりであり、この図４の関係に基づいて作成した隙間容積ＥＧＲマップを用いて隙間容積ＥＧＲ量を算出する。なお、排気バルブ閉時期ＥＶＣは、排気バルブ２２が将来に制御される制御予測値である。
【００３９】
吹き戻しＥＧＲ量算出部６２は、バルブオーバーラップ量ＯＬ、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気管圧力Ｐｍに基づいて吹き戻しＥＧＲ量を算出する。このとき、バルブオーバーラップ量と吹き戻しＥＧＲ量との関係は前述の図５のとおりであり、この図５の関係に基づいて作成した吹き戻しＥＧＲマップを用いて吹き戻しＥＧＲ量を算出する。また、エンジン回転数Ｎｅが高い場合には吹き戻しの時間が短縮されるために吹き戻しＥＧＲ量を少なくし、吸気管圧力Ｐｍが小さい（負圧が大きい）場合には吹き戻しの度合が増すために吹き戻しＥＧＲ量を大きくすると良い。なお、バルブオーバーラップ量ＯＬは、各バルブ２１，２２が将来に制御される制御予測値である。吸気管圧力Ｐｍに代えて、吸気管圧力と排気圧力の差圧をパラメータとすることも可能である。
【００４０】
そして、内部ＥＧＲ量算出部６３は、隙間容積ＥＧＲ量と吹き戻しＥＧＲ量とを加算して内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを算出する。更に、筒内充填空気量算出部７０は、基本充填空気量Ｇｎｂから内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを減算して筒内充填空気量Ｇｎを算出する。こうして算出された筒内充填空気量Ｇｎにより、燃料噴射量の演算や点火時期の演算等が行われ、それらの演算結果に基づいて燃料噴射制御や点火時期制御が実施される。
【００４１】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００４２】
筒内充填空気量Ｇｎの算出に際し、基本充填空気量Ｇｎｂと内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒとを個別に算出し、これらＧｎｂ，Ｇｅｇｒにより筒内充填空気量Ｇｎを算出するようにしたため、内部ＥＧＲ量を反映して筒内充填空気量Ｇｎを精度良く算出することができる。このとき、基本空気量適合データとしての基本空気量マップを用いて基本空気量Ｇｂａｓｅを算出する一方、内部ＥＧＲ量適合データとしての隙間容積ＥＧＲマップ及び吹き戻しＥＧＲマップを用いて内部ＥＧＲ量を算出する構成としたため、適合の組み合わせが減り、複雑な適合が不要となる。また、各マップデータの縮小化も可能となる（マップデータの巨大化が抑制できる）。以上により、演算ロジックの簡素化を図りつつ、筒内充填空気量Ｇｎを精度良く算出することができるようになる。筒内充填空気量Ｇｎの算出精度が上がることで、燃料噴射量や点火時期の制御精度を向上させることも可能となる。
【００４３】
また、隙間容積ＥＧＲ量（第１ガス量）と吹き戻しＥＧＲ量（第２ガス量）との加算により内部ＥＧＲ量を算出する構成としたため、内部ＥＧＲの発生要因に合わせて正確に内部ＥＧＲ量が算出でき、ひいては筒内充填空気量Ｇｎの算出精度が向上する。
【００４４】
隙間容積ＥＧＲ量、吹き戻しＥＧＲ量の算出に際し、将来の制御予測値（排気バルブ閉時期ＥＶＣ、バルブオーバーラップ量ＯＬ）をパラメータとして用いる構成としたため、運転条件が急変する過渡時等にも内部ＥＧＲ量を精度良く算出することが可能となる。
【００４５】
また、基本充填空気量Ｇｎｂの算出に際し、将来の変化を見込んだ吸気管圧力Ｐｍの予測値（予測Ｐｍ）をパラメータとして用いる構成としたため、運転条件が急変する過渡時等にも基本充填空気量Ｇｎｂを精度良く算出することが可能となる。
【００４６】
基本充填空気量Ｇｎｂは、吸気バルブ閉時期において気筒内に閉じ込められる全ガス量（新気＋既燃ガス）であり、エンジン回転数Ｎｅ、吸気管圧力Ｐｍ、吸気バルブ閉時期をパラメータとすることで正確に求められる。また、吸気脈動補正や吸気温補正を行って基本充填空気量Ｇｎｂを算出するようにしたため、筒内充填空気量Ｇｎの算出精度が大いに向上する。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。
【００４８】
エンジン排気管２４内の排気圧力をパラメータとして加えて内部ＥＧＲ量を算出する構成としても良い。この場合、排気圧力に応じて隙間容積ＥＧＲ量又は吹き戻しＥＧＲ量が変化する。具体的には、排気圧力が大きくなるほど、隙間容積ＥＧＲ量又は吹き戻しＥＧＲ量が多くなると考えられる。排気圧力をパラメータとして加えれば隙間容積ＥＧＲ量、吹き戻しＥＧＲ量がより正確に算出でき、その結果内部ＥＧＲ量の算出精度が向上する。従って、排気圧力の変化時にも筒内充填空気量Ｇｎを精度良く算出することができる。
【００４９】
ターボ（過給機）を備えたエンジンでは、当該ターボの排気タービンを迂回させるように設けたウェストゲートバルブの開度をパラメータとして加えて内部ＥＧＲ量を算出する構成としても良い。この場合、ウェストゲートバルブの開度が変わると排気圧力が変化するため、隙間容積ＥＧＲ量又は吹き戻しＥＧＲ量が変化する。具体的には、ウェストゲートバルブ開度が小さいほど、排気圧力が大きくなるため、隙間容積ＥＧＲ量又は吹き戻しＥＧＲ量が多くなると考えられる。図９には、ウェストゲートバルブ開度と吹き戻しＥＧＲ量との関係を示す。ウェストゲートバルブ開度をパラメータに加えれば隙間容積ＥＧＲ量、吹き戻しＥＧＲ量がより正確に算出でき、その結果内部ＥＧＲ量の算出精度が向上する。従って、ウェストゲートバルブの開度変更時にも筒内充填空気量Ｇｎを精度良く算出することができる。
【００５０】
上記実施の形態では、隙間容積ＥＧＲ量と吹き戻しＥＧＲ量とを各々算出した後、それらの加算により内部ＥＧＲ量を算出する構成としたが、この構成を変更し、隙間容積ＥＧＲと吹き戻しＥＧＲとを分けずに、マップ等により内部ＥＧＲ量を直接算出することも可能である。かかる場合であっても、基本充填空気量Ｇｎｂと内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒとを個別に算出することで、既述のとおり演算ロジックの簡素化と、筒内充填空気量Ｇｎの算出精度向上を図ることができる。基本充填空気量Ｇｎｂと内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒとを各々のマップデータ等を用いて個別に算出すると良い。
【００５１】
上記実施の形態では、基本的に吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期に応じて内部ＥＧＲ量を算出する構成としたが、これを変更する。例えば、バルブリフト量を可変とする可変動弁機構を備えたエンジンにおいて、バルブリフト量をパラメータとして内部ＥＧＲ量を算出する。
【００５２】
上記実施の形態では、基本充填空気量Ｇｎｂから内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを減算して筒内充填空気量Ｇｎを算出したが、これを変更しても良い。例えば、内部ＥＧＲ量Ｇｅｇｒにより補正係数を設定し（但し、補正係数＜１）、この補正係数により基本充填空気量Ｇｎｂを補正して筒内充填空気量Ｇｎを算出する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。
【図２】吸気バルブ及び排気バルブのリフト動作を示す図である。
【図３】隙間容積ＥＧＲと吹き戻しＥＧＲを説明するための図である。
【図４】隙間容積ＥＧＲと排気バルブ閉時期との関係を示す図である。
【図５】吹き戻しＥＧＲとバルブオーバーラップ量との関係を示す図である。
【図６】筒内充填空気量の演算に関するＥＣＵの機能ブロック図である。
【図７】基本空気量を算出するための図である。
【図８】脈動補正係数を算出するための図である。
【図９】ウェストゲートバルブ開度と吹き戻しＥＧＲ量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０…エンジン、１１…吸気管、２１…吸気バルブ、２２…排気バルブ、２４…排気管、２５，２６…可変動弁機構、４０…ＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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