(57)【要約】【課題】燃料の噴射開始時期までに、クランク角に先駆けて制御対象気筒の吸気弁閉時の吸入空気量を予測推定する際に、過渡運転状態でのスロットル流路面積の変化を考慮して吸入空気量を高精度に推定可能な内燃機関制御装置を得る。【解決手段】スロットル弁１の上流圧力および下流圧力と、流路面積と、エンジン回転数と、筒内容積と、吸入空気温度とを用いて、燃料の噴射開始時期までに、制御対象気筒の吸気弁３の閉弁時での吸入空気量を予測推定する吸入空気量予測推定手段７と、スロットル弁１の流路面積を検出する流路面積検出手段と、吸入空気量の予測推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル弁１の流路面積を予測推定する流路面積予測推定手段７とを備えている。【選択図】図３
2007187064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路面積を制御することにより内燃機関への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
前記吸入空気量制御手段の流路面積を算出する流路面積算出手段と、
前記吸入空気量制御手段の下流側の圧力を検出する下流圧力検出手段と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関の筒内に吸引される吸入空気量を推定する吸入空気量推定手段とを備え、
前記流路面積算出手段は、
前記流路面積を検出する流路面積検出手段と、
前記吸入空気量推定手段が前記吸入空気量の推定処理を開始する吸入空気量推定開始時期から、前記内燃機関の制御対象気筒の吸気弁が閉成完了する吸気弁閉成完了時点までの間の、前記流路面積を予測推定する流路面積予測手段とを含み、
前記吸入空気量推定手段は、
前記吸入空気量制御手段の上流側および下流側の各圧力と、前記流路面積と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関の吸入空気温度と、前記内燃機関の筒内容積とを用いて、
前記吸入空気量推定開始時期から、前記制御対象気筒に対して燃料噴射を開始する噴射開始時期までの間に、前記吸気弁閉成完了時点までの前記吸入空気量を予測推定することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記流路面積推定手段は、前記吸入空気量推定開始時期と、前記吸入空気量推定開始時期よりも以前の所定時期に検出された流路面積とを用いて、前記吸入空気量推定開始時期から前記吸気弁閉成完了時点までの間の前記吸入空気量制御手段の流路面積を予測推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】
前記流路面積推定手段により予測推定される流路面積は、所定値に到達した後から前記吸気弁閉成完了時点までの期間にわたって、前記所定値に固定設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関制御装置。
【請求項４】
前記吸入空気量制御手段は、前記流路面積を目標値に制御するとともに、前記吸入空気量推定開始時期における流路面積の目標値を前記所定値に設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関制御装置。
【請求項５】
前記吸入空気量推定手段は、前記吸入空気量推定開始時期から前記吸気弁閉成完了時点までの間に前記筒内に吸引される吸入空気量を、前記吸気弁閉成完了時点の筒内圧力に基づいて推定することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項６】
前記吸入空気量推定手段は、予測推定下流圧設定手段を含み、
前記予測推定下流圧設定手段は、前記内燃機関のクランク角に先駆けて推定される前記吸気弁閉成完了時点での予測推定下流圧を、前記吸気弁閉成完了時点の筒内圧力として設定することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項７】
前記予測推定下流圧設定手段は、
前回の予測推定下流圧と、前記吸入空気量制御手段の上流側の圧力と、前記流路面積と、前記内燃機関の筒内容積と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関の吸入空気温度とに基づいて、前回から所定周期後の予測推定下流圧を推定するとともに、
前記前回から所定周期後の予測推定下流圧の推定処理を繰り返し実行することによって、前記吸気弁閉成完了時点の予測推定下流圧を推定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関制御装置。
【請求項８】
前記予測推定下流圧の推定処理を開始する下流圧推定開始時期は、前記噴射開始時期よりも前の所定時期に設定され、
前記所定時期は、前記内燃機関の回転数が増加するほど、前記噴射開始時期に対して前記下流圧推定開始時期が早まる方向にシフトされることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関の複数の気筒の各々に対応する複数の吸気弁と、
前記各吸気弁に一端が連通された複数の独立吸気管と、
前記各独立吸気管の一端に連通された集合部と、
前記各独立吸気管に配設された吸入空気量制限手段とを備え、
前記吸入空気量推定手段は、２つの吸入空気量推定モデルを有し、
前記２つの吸入空気量推定モデルは、
前記吸入空気量制御手段の上流側から前記各吸気弁までの吸気通路をモデル化した吸気弁閉モデルと、
前記吸入空気量制御手段の上流側から容積変化を考慮した前記筒内までの吸気通路をモデル化した吸気弁開モデルと
からなることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関の複数の気筒の各々に対応する複数の独立吸気管と、
前記各独立吸気管の一端に連通された集合部と、
前記集合部に配設された吸入空気量制限手段とを備え、
前記吸入空気量推定手段は、前記吸入空気量制御手段の上流側から容積変化を考慮した前記筒内までの吸気通路をモデル化した吸入空気量推定モデルを有することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１１】
前記下流圧力検出手段は、前回推定した前記吸入空気量制御手段の下流側の圧力と、前記吸入空気量制御手段の上流側の圧力と、前記流路面積と、前記内燃機関の筒内容積と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関の吸入空気温度とに基づいて、今回の前記吸入空気量制御手段の下流側の圧力を推定することを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１２】
前記下流圧力検出手段は、前記今回の吸入空気量制御手段の下流側の圧力を、前記内燃機関のクランク角にしたがう所定周期ごとに推定することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１３】
前記下流圧力検出手段は、前記吸入空気量制御手段の下流側に配設された圧力センサを含み、
前記吸入空気量制御手段の下流側の圧力は、前記圧力センサの検出信号に基づいて検出されることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１４】
前記吸入空気量制御手段は、スロットル弁を含み、
前記流路面積検出手段および前記流路面積予測手段を含む前記流路面積算出手段は、前記スロットル弁の開度に基づいて前記流路面積を算出することを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１５】
前記回転数検出手段は、前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサを含み、前記内燃機関の回転数を検出するとともに、前記クランク角に基づいて設定される前記筒内容積を検出することを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１６】
大気圧を検出する大気圧センサを備え、
前記吸入空気量制御手段の上流側の圧力は、前記大気圧センサにより検出される大気圧に基づいて補正されることを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１７】
前記内燃機関の吸気通路に配設された温度センサを備え、
前記吸入空気温度は、前記温度センサの検出信号に基づいて補正されることを特徴とする請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関（エンジン）への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段を備えた内燃機関制御装置において、気筒の吸気弁が閉じきった吸気弁閉成完了時点の筒内圧力および筒内に吸引された吸入空気量を、燃料噴射を開始する噴射開始時期よりも前に推定するようにした内燃機関制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関制御装置においては、圧力センサやエアフローセンサなどの各種センサを設置し、各種センサの検出値に基づいて筒内への吸入空気量を算出する技術が知られている。しかしながら、この場合、センサ類の具備により多大なコストがかかるうえ、特に、気筒ごとにスロットルを設置した多連スロットルシステムにおいては、センサ類を気筒ごとに設置する必要があり、さらなるコストアップにつながる。
【０００３】
そこで、圧力センサやエアフローセンサなどを用いずに、筒内への吸入空気量を推定演算して燃料噴射量を制御する内燃機関制御装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の従来装置においては、スロットル弁、吸気弁、排気弁をオリフィスと見なして、オリフィスの流路面積と、オリフィスの上流側および下流側の各圧力とを用い、流体力学の式に基づいて、オリフィス部を通過する空気量（オリフィス通過流量）を推定演算している。
【０００４】
また、特許文献１に記載の従来装置においては、推定したスロットル部通過流量と吸気弁通過流量とから、新たなスロットル下流圧力を推定演算するとともに、吸気弁通過流量と排気弁通過流量とから新たな筒内圧力を推定演算し、次回の各通過流量の推定演算に用いている。
以下、上記推定演算をクランク角にしたがって逐次実行し、スロットル下流圧力および筒内圧力を推定して、筒内への吸気流入出量を積算することにより、吸入空気量を推定する。これにより、圧力センサやエアフローセンサなどを用いずに、筒内への吸入空気量を推定して燃料量制御を行うようになっている。
【０００５】
ところで、一般的に、内燃機関の制御対象気筒に対して燃料噴射を開始する噴射開始時期は、気筒内への燃料吸引時間と燃料の霧化に要する時間とを考慮して、制御対象気筒の吸気弁が閉じきる吸気弁閉成完了時点よりも２行程程度前までに設定されている。
このことは、制御対象気筒への噴射開始時期よりも２行程程度先の筒内への吸入空気量を推定する必要があることを示している。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１においては、内燃機関のクランク角（回転基準位置）に基づいて、スロットル（吸入空気量制御手段）の下流側の圧力（以下、「スロットル下流圧力」という）、筒内圧力、および筒内への吸気流入出量をリアルタイムで推定している。
したがって、特許文献１によれば、燃料噴射制御に用いる吸入空気量として、たとえば、制御対象気筒が吸気行程を完了する２行程前に吸気行程を完了した「他気筒の吸入空気量」を用いる必要がある。
【０００７】
ここで、図３５および図３６を参照しながら、特許文献１に参照されるような従来装置による燃料噴射制御について説明する。
図３５は４気筒の４サイクルエンジンにおける各気筒（第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒）の行程表を示す説明図であり、横軸は時間、縦軸は気筒番号を示している。
また、図３６は図３５の燃料噴射制御による過渡運転時での吸入空気量の特性を示す説明図であり、横軸は時間、縦軸は吸入空気量を示している。
【０００８】
図３５において、「吸」、「圧」、「膨」および「排」は、それぞれ、「吸気行程」、「圧縮行程」、「膨張行程」および「排気行程」を示し、ハッチング部は、燃料噴射時期を示している。
また、各行程を結合する白抜き矢印は、燃料噴射量の算出に用いられる吸入空気量の参照状態を示し、α、β、γは、それぞれ第４気筒の燃料噴射時期、第４気筒の吸気行程、第１気筒の吸気行程を示している。
【０００９】
また、図３６において、実線の特性曲線は、燃料噴射量の算出に用いる吸入空気量を示し、破線の特性曲線は、実際の吸入空気量を示し、１点鎖線の特性曲線は、第１の吸入空気量推定手段（後述する）のみを用いて算出した吸入空気量を示している。
図３６の各吸入空気量の相互関係から分かるように、吸入空気量が急変（たとえば、急増）する過渡運転時においては、実際の吸入空気量（破線）に対して、第１の吸入空気量推定手段のみを用いて算出される吸入空気量（１点鎖線）は小さい値となり、従来装置の燃料噴射制御に用いられる吸入空気量（実線）は、さらに小さい値となる。
【００１０】
まず、図３５において、第４気筒の燃料噴射時期αに注目した場合を例にとって、従来装置による燃料噴射制御をについて説明する。
前述のとおり、たとえば第４気筒の燃料噴射時期αで噴射される燃料は、実際には第４気筒の吸気行程βにおいて第４気筒内に吸引されるので、第４気筒の吸気行程βでの吸入空気量に応じて噴射量を制御することが望ましい。
【００１１】
しかし、図３５から明らかなように、第４気筒の吸気行程βよりも前に第４気筒の燃料噴射時期αが到来するので、第４気筒の燃料噴射時期αにおいて第４気筒の吸気行程βに基づく燃料制御を実現することはできない。
したがって、従来装置においては、第１気筒の吸気行程γで推定した吸入空気量に基づいて、第４気筒の燃料噴射時期αでの燃料噴射量を制御している。
【００１２】
この場合、特に過渡運転時においては、たとえばスロットルの流路面積が急激に変化すると、図３６内の吸入空気量（実線）で示すように、実際の吸入空気量（破線）と燃料量算出に用いる吸入空気量とのずれが大きくなり、排ガスや燃費、ドライバビリティなどに悪影響を与えてしまうことが分かる。
【００１３】
また、上記従来装置による燃料噴射制御においては、スロットル下流圧力、筒内圧力、筒内への吸入空気量および排出空気量の推定に際し、３箇所（スロットル弁、吸気弁および排気弁）での通過流量を推定しているので、制御ユニット内で実行する計算負荷が大きくなる。
特に、内燃機関の回転数（以下、「エンジン回転数」という）が大きくなればなるほど、各部の通過流量推定のための計算の許容時間が減少していくので、計算負荷が大きい場合には推定演算が間に合わなくなる。
また、計算負荷増大による許容時間減少に対処するために、さらに高機能の制御ユニットを設置すると、コストアップを招くことになる。
【００１４】
そこで、この問題を解消するために、特許文献１の燃料噴射制御（クランク角にしたがうリアルタイムでのスロットル下流圧力および筒内圧力と、吸入空気量との推定と）に加えて、たとえば第１の吸入空気量推定手段を用いることが考えられる。
第１の吸入空気量推定手段は、制御対象気筒の噴射開始時期までに、クランク角（実際の制御基準位置）に先駆けて、制御対象気筒の吸気弁閉成完了時点の筒内への吸入空気量を予測推定するように構成される。これにより、推定した制御対象気筒への吸入空気量に基づいて、前述の従来装置よりも高精度な燃料噴射制御を実現するようになっている。
【００１５】
しかし、第１の吸入空気量推定手段においては、流体力学の式に基づき制御対象気筒の吸気弁閉成完了時点の筒内への吸入空気量をクランク角に先駆けて予測推定する際に、吸入空気量の予測推定を開始する吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間での、実際のスロットル流路面積変化を考慮していない。
【００１６】
したがって、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間で、実際のスロットル流路面積が大きく変化するような過渡状態においては、第１の吸入空気量推定手段を用いたとしても、図３６に示すように、実際の吸入空気量（破線）と燃料量算出に用いる吸入空気量（１点鎖線）との間にずれが生じて、結局、排ガスや燃費、ドライバビリティなどに悪影響を与えてしまうことになる。
【００１７】
【特許文献１】特開平５−２２２９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来の内燃機関制御装置では、特許文献１に記載の従来装置の場合には、クランク角にしたがって、リアルタイムでのスロットル下流圧力および筒内圧力と、筒内への吸入空気量および排出空気量とを推定しているので、燃料噴射制御に用いる吸入空気量として、たとえば、制御対象気筒が吸気行程を完了する２行程前に吸気行程を完了した他気筒の吸入空気量を用いる必要があり、特に過渡運転時に実際の吸入空気量と燃料量算出に用いる吸入空気量とのずれが大きくなり、排ガスや燃費、ドライバビリティなどに悪影響を与えるという課題があった。
【００１９】
また、特許文献１に記載の従来装置の場合には、スロットル下流圧力、筒内圧力、筒内への吸入空気量および排出空気量の推定に際し、３箇所（スロットル弁、吸気弁、排気弁）での通過流量を推定しているので、制御ユニット内で実行される計算負荷が大きいという課題があった。
また、エンジン回転数が大きくなると、各部の通過流量の推定計算の許容時間が減少して推定計算が間に合わなくなるので、これを回避しようとすると、さらに高機能の制御ユニットを設置する必要が生じ、コストアップを招くという課題があった。
【００２０】
また、特許文献１の燃料噴射制御に加えて第１の吸入空気量推定手段を用い、制御対象気筒の噴射開始時期までに、クランク角に先駆けて制御対象気筒の吸気弁閉成完了時点の筒内への吸入空気量を予測推定して、予測推定した制御対象気筒への吸入空気量に基づく燃料噴射制御を適用したとしても、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間での実際のスロットル流路面積変化を考慮していないので、過渡運転状態では、やはり実際の吸入空気量と燃料量算出に用いる吸入空気量との間にずれが生じてしまい、結局、排ガスや燃費、ドライバビリティなどに悪影響を与えてしまうという課題があった。
【００２１】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、制御対象気筒の噴射開始時期までに、吸気弁閉成完了時点の筒内への吸入空気量をクランク角に先駆けて予測推定する際に、過渡運転状態での流路面積の変化を考慮して、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間の吸入空気量制御手段の流路面積を予測推定することにより、吸入空気量をより高精度に推定することのできる内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明による内燃機関制御装置は、流路面積を制御することにより内燃機関への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、吸入空気量制御手段の流路面積を算出する流路面積算出手段と、吸入空気量制御手段の下流側の圧力を検出する下流圧力検出手段と、エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、内燃機関の筒内に吸引される吸入空気量を推定する吸入空気量推定手段とを備え、流路面積算出手段は、流路面積を検出する流路面積検出手段と、吸入空気量推定手段が吸入空気量の推定処理を開始する吸入空気量推定開始時期から、内燃機関の制御対象気筒の吸気弁が閉成完了する吸気弁閉成完了時点までの間の、流路面積を予測推定する流路面積予測手段とを含み、吸入空気量推定手段は、吸入空気量制御手段の上流側および下流側の各圧力と、流路面積と、エンジン回転数と、内燃機関の吸入空気温度と、内燃機関の筒内容積とを用いて、吸入空気量推定開始時期から、制御対象気筒に対して燃料噴射を開始する噴射開始時期までの間に、吸気弁閉成完了時点までの吸入空気量を予測推定するものである。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、スロットル開度を予測推定することにより、スロットル開度が急激に変化（増加または減少）する過渡運転時においても、実際の吸入空気量と燃料量制御に用いる吸入空気量との間にずれが生じるのを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、前述の第１の吸入空気量推定手段による演算処理について説明する。
第１の吸入空気量推定手段は、上記特許文献１のリアルタイム下流圧推定制御（流体力学の式に基づき、クランク角にしたがう所定周期ごとにリアルタイムでのスロットル下流圧力および筒内圧力と、吸入空気量とを推定する制御）を実行するのみでなく、吸入空気量予測推定制御（クランク角に先駆けて、噴射開始時期までに、吸気弁閉成完了時点の筒内への吸入空気量を予測推定する制御）も実行する。
【００２５】
第１の吸入空気量推定手段によるリアルタイムでの下流圧力推定制御および吸入空気量の予測推定制御において、任意のクランク角ＣＡにおけるスロットル下流圧力Ｐ（ＣＡ）は、たとえば以下の式（１）のような漸化式で推定される。
【００２６】
【数１】
2007187064.tif 000003
【００２７】
ただし、式（１）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【００２８】
【数２】
2007187064.tif 000004
【００２９】
なお、ｇ（ＣＡ，ΔＣＡ）は、所定周期ΔＣＡの他に、クランク角ＣＡでのスロットル下流圧力推定のために用いられる関数（スロットル通過流量の推定関数など）を示す。
また、式（１）の右辺は、以下のように、
【数３】
2007187064.tif 000005
【００３０】
を推定するための関数である。つまり、任意のクランク角ＣＡ−ΔＣＡでのスロットル下流圧力Ｐ（ＣＡ−ΔＣＡ）は、クランク角ＣＡでのスロットル下流圧力Ｐ（ＣＡ）を推定するための基礎となる。
クランク角ＣＡは、吸気行程時の上死点ＴＤＣを基準としたクランク角度であり、４気筒の４サイクルエンジンの場合、０［°］〜７２０［°］で１周期となる。
【００３１】
吸入空気量予測推定制御は、噴射開始時期よりも前の所定時期（以下、「所定時期Ａ」という）から、吸気弁閉成完了時点の筒内への吸入空気量を即座に推定することを目的とし、スロットルの上流圧力および下流圧力と、スロットルの流路面積と、内燃機関の筒内容積と、エンジン回転数および吸入空気温度とから、流体力学の式に基づく式（１）のような漸化式を、クランク角に先駆けて吸気弁閉成完了時点に達するまで繰り返すことにより、吸気弁閉成完了時点でのスロットル下流圧力Ｐ（ＣＡ）および筒内圧力と、吸入空気量との推定処理を完了させる。
【００３２】
以下、便宜上、吸入空気量予測推定制御でのスロットル下流圧力および内燃機関の筒内圧力を、それぞれ「予測推定下流圧」および「予測推定筒内圧力」と称する。
また、吸気弁閉成完了時点の予測推定下流圧および予測推定筒内圧力を、それぞれ「燃料制御用下流圧」および「燃料制御用筒内圧力」と称する。
また、燃料制御用筒内圧力と吸気弁閉成完了時点の内燃機関の筒内容積および吸入空気温度とから推定される吸入空気量を、「燃料制御用吸入空気量」と称する。
さらに、リアルタイム下流圧推定制御におけるスロットル下流圧力および筒内圧力を、それぞれ「推定下流圧」および「推定筒内圧力」と称する。
【００３３】
この発明の実施の形態１においては、吸入空気量予測推定制御の際に、所定時期Ａから吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル流路面積の変化を考慮するために、所定時期Ａから吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル流路面積を予測推定するが、スロットル流路面積は、スロットル開度に依存するので、スロットル開度を予測推定することとする。
このように、スロットル開度を予測推定することにより、スロットル開度が急激に変化（増加または減少）する過渡運転時においても、実際の吸入空気量と燃料量制御に用いる吸入空気量との間にずれが生じることはない。
【００３４】
図１はこの発明の実施の形態１により予測推定される流路面積（スロットル開度）の推定特性を示す説明図であり、横軸は時間、縦軸はスロットル開度を示している。
図１において、点線の特性曲線は実際のスロットル開度を示し、１点鎖線は第１の吸入空気量推定手段による推定制御で用いるスロットル開度を示し、実線はこの発明の実施の形態１による吸入空気量予測推定制御で用いるスロットル開度を示している。
【００３５】
また、図１内の破線から２点鎖線までの矢印区間は、この発明の実施の形態１による吸入空気量予測推定制御でのスロットル開度の予測推定対象となる区間であり、各区間（吸入空気量予測推定制御）の開始時期（破線）は所定時期Ａに設定され、各区間の終了時期（２点鎖線）は吸気弁閉成完了時期に対応している。
【００３６】
図１は過渡運転時（所定時期Ａから吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル開度の変化が大きい運転状態）における特性を示しており、図１において、この発明の実施の形態１による吸入空気量予測推定制御の際に用いられるスロットル開度（実線）と、実際のスロットル開度（点線）との関係から明らかなように、吸入空気量予測推定制御の際に用いられるスロットル開度は、実際のスロットル開度の変化にほぼ追従して変化する。
【００３７】
すなわち、図１において、第１の吸入空気量推定手段のみによる吸入空気量予測推定制御では、所定時期Ａで検出したスロットル開度（１点鎖線参照）が用いられるので、実際のスロットル開度（点線参照）との差異が大きくなる。
これに対して、この発明の実施の形態１による吸入空気量予測推定制御では、所定時期Ａ（破線参照）から吸気弁閉成完了時点（２点鎖線参照）までの間のスロットル開度を予測推定することにより、吸入空気量予測推定制御の際に用いるスロットル開度（実線）と実際のスロットル開度（点線）との差異を小さくすることができる。
【００３８】
以下、便宜上、吸入空気量予測推定制御の際に用いるスロットル開度を予測推定する制御をスロットル開度予測推定制御と称し、このスロットル開度予測推定制御により求められるスロットル開度を予測推定スロットル開度と称する。
図２はこの発明の実施の形態１による予測推定下流圧の設定処理を示す説明図であり、横軸はクランク角、縦軸はスロットル下流圧力と各サイクルでの推定下流圧とを示している。
【００３９】
図２において、予測推定下流圧は、実際のスロットル下流圧力、ＮサイクルおよびＮ＋１サイクルでの推定下流圧と関連して示されている。
すなわち、ここでは、多連スロットルシステムを想定しており、図２中の上段はクランク角と実際のスロットル下流圧力との関係を示し、図２中の中段はクランク角とＮサイクルにおける推定下流圧および予測推定下流圧との関係を示し、図２中の下段はクランク角とＮ＋１サイクルにおける推定下流圧との関係を示している。
【００４０】
この発明の実施の形態１によれば、図２に示すように、リアルタイム下流圧推定制御により所定周期ごとに推定下流圧力を推定する一方で、所定時期Ａから噴射開始時期までの期間中に、吸入空気量予測推定制御によって燃料制御用下流圧を推定する。
このとき、吸入空気量予測推定制御を開始するために、所定時期Ａでのスロットル下流圧力を求める必要があるが、所定時期Ａでのスロットル下流圧力は、図２に示すように、リアルタイム下流圧推定制御による推定処理で求めることができる。
または、気筒ごとのスロットルの下流側に圧力センサを設け、クランク角が制御対象気筒の所定時期Ａに到達したときに、圧力センサにより取得したスロットル下流圧力の検出値を所定時期Ａでのスロットル下流圧力として用いることもできる。
【００４１】
また、特許文献１では、３箇所（スロットル弁、吸気弁、排気弁）の通過流量をリアルタイムに推定して、スロットル下流圧力、筒内圧力、吸入空気量などを推定していたが、これに対し、第１の吸入空気量推定手段は、スロットル部の通過流量のみを推定してスロットル下流圧力、筒内圧力、吸入空気量などを推定することにより、計算負荷を抑制している。
【００４２】
具体的には、多連スロットルシステムに第１の吸入空気量推定手段を適用した場合、スロットル上流側から吸気弁までの吸気通路をモデル化した「吸気弁閉モデル」と、スロットル上流側から容積変化を考慮した筒内までの吸気通路をモデル化した「吸気弁開モデル」との、２つの吸入空気量推定モデルが用いられる。
吸気弁閉モデルは、吸気弁が閉じているときのスロットル下流圧力および筒内圧力と、吸入空気量などとを推定するために用いられ、吸気弁開モデルは、吸気弁が開いているときのスロットル下流圧力および筒内圧力と、吸入空気量などとを推定するために用いられる。
【００４３】
なお、各気筒の吸気管が集合する吸気通路内にスロットルが設置され、内燃機関の吸入空気量を制御する一般的な集合部スロットルシステムでは、スロットル上流側から容積変化を考慮した各筒内までの吸気通路をモデル化した「集合部スロットルシステムモデル」（後述する）が用いられる。
【００４４】
また、燃料制御用下流圧、燃料制御用筒内圧力および燃料制御用吸入空気量の推定処理時に用いられる大気圧および吸入空気温度を、大気圧センサおよび温度センサから取得して、各センサ検出値を用いることにより、さらに高精度の燃料制御用下流圧、燃料制御用筒内圧力および燃料制御用吸入空気量を推定することができる。
【００４５】
以下、この発明の実施の形態１について、気筒ごとにスロットルを設置した多連スロットルシステムに適用した場合を例にとって説明する。
この発明の実施の形態１では、リアルタイム下流圧推定制御による所定時期Ａでの推定下流圧の推定と、スロットル開度予測推定制御により所定時期Ａから吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル開度を予測推定したうえで、所定時期Ａでの推定下流圧に基づいて、吸入空気量予測推定制御による燃料制御用吸入空気量の予測推定を行う。
【００４６】
また、この発明の実施の形態１では、推定下流圧や燃料制御用吸入空気量の推定処理において、スロットル上流側から吸気弁までの吸気通路をモデル化した「吸気弁閉モデル」と、スロットル上流側から容積変化を考慮した筒内までの吸気通路をモデル化した「吸気弁開モデル」とを用いる。
【００４７】
吸気弁閉モデルおよび吸気弁開モデルは、スロットル上流圧力およびスロットル下流圧力と、筒内圧力、スロットル流路面積、筒内容積、エンジン回転数および吸入空気温度とから、流体力学の式に基づいてスロットル通過流量を推定し、推定したスロットル通過流量および筒内容積の変化から、新たなスロットル下流圧力および筒内圧力を推定計算する。
つまり、従来装置のように３ヶ所（スロットル部、吸気弁部、排気弁部）の通過流量を計算するのではなく、スロットル部のみの通過流量を計算することにより、計算負荷を抑制している。
【００４８】
以下、図３を参照しながら、この発明の実施の形態１についてさらに詳細に説明する。
図３はこの発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置のシステム全体を概略的に示す構成図であり、４気筒に対応した多連スロットルシステムを示している。
なお、図３においては、代表的に１つの気筒（第１気筒）１０のみが示されているが、内燃機関（エンジン）の第２気筒〜第４気筒も同様に構成されている。
【００４９】
図３において、内燃機関には、気筒１０ごとに吸入空気量を制限するスロットル弁１と、燃料噴射量および燃料噴射時期を制御する燃料噴射弁２と、内燃機関への吸入空気量および吸気時期を制御する吸気弁３と、内燃機関からの排出空気量および排気時期を制御する排気弁４と、気筒１０内の混合気を燃焼させるための火花を発生する点火プラグ１１とが設けられている。
【００５０】
また、内燃機関の本体部を構成するクランク軸１２には、クランク角検出信号（内燃機関の制御基準位置およびエンジン回転数を示す）を生成するためのクランク角センサ５が設けられている。
さらに、吸気通路の最上流側には、内燃機関への吸入空気を浄化するためのエアクリーナ１３が設けられている。
【００５１】
気筒１０ごとに設置されたスロットル弁１は、スロットル弁１ごとに設置されたスロットルアクチュエータ６により駆動される。
スロットル１の下流側の吸気通路９は、吸気弁３を介して気筒１０に連通されている。
【００５２】
マイクロコンピュータからなるスロットル制御ユニット７は、スロットルアクチュエータ６に対してスロットル開度制御信号を出力することにより、スロットル弁１の開度を電子的に制御する。
同様に、マイクロコンピュータからなるエンジン制御ユニット８は、燃料噴射弁２に対して燃料噴射制御信号を出力することにより、燃料噴射弁２による燃料噴射量および燃料噴射時期を電子的に制御するとともに、点火プラグ１１に対して点火制御信号を出力することにより、点火プラグ１１による点火時期を電子的に制御する。
【００５３】
スロットル制御ユニット７は、エンジン制御ユニット８に対して、燃料制御用吸入空気量信号を入力する。
また、エンジン制御ユニット８は、スロットル制御ユニット７に対して、目標吸入空気量信号と、気筒ごとの制御基準位置に対応するクランク角信号（クランク角ＣＡを示す）と、エンジン回転数信号（エンジン回転数Ｎｅを示す）とを入力する。
【００５４】
スロットルアクチュエータ６は、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ（以下、「ＴＰＳ」という）を有しており、ＴＰＳによるスロットル開度検出信号（スロットル開度ＴＨを示す）をスロットル制御ユニット７に入力する。
なお、スロットル制御ユニット７は、スロットルアクチュエータ６ごとに対応して複数設置されており、各スロットル弁１は、各スロットル制御ユニット７により各個別に制御されるものとする。
【００５５】
スロットル制御ユニット７は、スロットルアクチュエータ６から入力されるスロットル開度検出信号と、エンジン制御ユニット８から入力されるエンジン回転数信号、クランク角信号および目標吸入空気量信号とに基づいて、スロットルアクチュエータ６に対するスロットル開度制御信号と、エンジン制御ユニット８に対する燃料制御用吸入空気量信号とを生成する。
【００５６】
スロットル制御ユニット７は、スロットル開度検出信号、燃料制御用吸入空気量信号および目標吸入空気量信号から、目標スロットル開度を決定するとともに、エンジン回転数信号およびクランク角信号などから、燃料制御用吸入空気量などの推定処理を実行する。
なお、図３において、スロットル下流圧力とは、スロットル１の下流側の吸気通路９内の圧力、筒内圧力とは、内燃機関の気筒１０内の圧力のことである。
【００５７】
エンジン制御ユニット８は、アクセルポジションセンサ（図示せず）から入力されるアクセル踏み込み量検出信号と、クランク角センサ５から入力されるクランク角検出信号と、スロットル制御ユニット７から入力される燃料制御用吸入空気量信号とに基づいて、各気筒の燃料噴射弁２に対する燃料噴射制御信号を出力する。
【００５８】
エンジン制御ユニット８は、クランク角検出信号からエンジン回転数Ｎｅおよびクランク角ＣＡを検出し、アクセル踏み込み量および燃料制御用吸入空気量などから目標吸入空気量を決定し、燃料制御用吸入空気量および運転状態に基づく目標空燃比などから燃料噴射量を決定する。
なお、燃料噴射弁２は、各気筒に対応して設置されており、気筒ごとに独立して燃料を噴射するものとする。
【００５９】
ところで、前述のように、第１の吸入空気量推定手段のみの場合は、流体力学の式に基づいて制御対象気筒の吸気弁閉成完了時点の筒内への吸入空気量を、クランク角に先駆けて予測推定する際に、筒内への吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間での実際のスロットル流路面積の変化を考慮していない。
これに対し、この発明の実施の形態１においては、さらに、スロットル開度の予測推定制御を加えることにより、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間での実際のスロットル流路面積変化を考慮して、吸入空気量をより高精度に推定するように構成されている。
【００６０】
すなわち、スロットル制御ユニット７は、スロットル上流圧力、スロットル下流圧力、流路面積、エンジン回転数Ｎｅ、筒内容積、吸入空気温度を用いて、燃料の噴射開始時期までに、制御対象気筒の吸気弁閉成完了時点での吸入空気量を予測推定する吸入空気量予測推定手段と、スロットル流路面積を検出する流路面積検出手段と、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル流路面積を予測推定する流路面積予測推定手段とを備えている。
【００６１】
また、スロットル制御ユニット７内の第１の吸入空気量推定手段は、制御対象気筒の吸気弁閉成完了時点の筒内への吸入空気量をクランク角に先駆けて予測推定する際に、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル流路面積を予測推定するようになっている。
【００６２】
以下、図４の説明図を参照しながら、この発明の実施の形態１によるスロットル開度予測推定制御について、さらに詳細に説明する。
図４はスロットル開度予測推定制御で推定された予測推定スロットル開度の特性（時間変化）を示している。なお、予測推定スロットル開度は、所定時期Ａ（時期Ａ）から吸気弁閉成完了時点（時期Ｃ）までの間に予測推定したスロットル開度である。
【００６３】
図４において、横軸は時間、縦軸はスロットル開度（実際の検出スロットル開度または予測スロットル開度）であり、時期Ｂ（所定時期Ａよりも前の一意的な時期）で検出された実際のスロットル開度ＴＨＢと、時期Ａで検出された実際のスロットル開度ＴＨＡと、スロットル開度ＴＨＢおよびＴＨＡを結ぶ直線の傾きＤＡＢと、時期Ａから時期Ｃ（吸気弁閉タイミング）までの間の予測推定されたスロットル開度ＴＨＥと、目標スロットル開度ＴＨＴとの関係が示されている。
【００６４】
なお、時期ＡおよびＣの間のスロットル開度ＴＨＥは、時期ＢおよびＡの間のスロットル開度の線形補間を伸展して予測推定される。
また、予測推定されたスロットル開度ＴＨＥは、目標スロットル開度ＴＨＴに達した後は、図４に示すように、目標スロットル開度ＴＨＴに固定される。
【００６５】
図４に示すように、スロットル制御ユニット７は、スロットル開度予測推定制御において、所定時期Ａで検出した実際のスロットル開度ＴＨＡと、所定時期Ａよりも前の一意的な時期Ｂに検出した実際のスロットル開度ＴＨＢとの線形補間を伸展することにより、所定時期Ａから時期Ｃまでの予測推定スロットル開度ＴＨＥを予測推定する。
なお、時期Ｂは、たとえば、所定時期Ａから、所定制御周期（所定クランク角に対応）前の時期に設定される。
【００６６】
上記スロットル開度予測推定制御において、スロットル制御ユニット７は、時期Ｃ（吸気弁閉成完了時期）までに、予測推定スロットル開度ＴＨＥが目標スロットル開度ＴＨＴに達する場合には、目標スロットル開度ＴＨＴに達した以降の予測推定スロットル開度ＴＨＥを、時期Ｃに至るまで目標スロットル開度に固定する。
予測推定スロットル開度ＴＨＥは、以上の手順からなるスロットル開度予測推定制御によって求められる。
【００６７】
また、スロットル制御ユニット７は、２つの吸入空気量推定モデルを備えており、各種センサからの運転状態情報に基づいて吸気弁３の状態を判定し、吸気弁３の状態に応じて、図５に示す吸気弁閉モデルと、図６に示す吸気弁開モデルとの２つの吸入空気量推定モデルを切り替えて用いる。
【００６８】
図５に示す吸気弁閉モデルは、計算負荷を小さくすることを達成するために、スロットル弁１の通過流量のみを推定して、スロットル下流圧力、筒内圧力、吸入空気量などを推定するモデルであり、多連スロットルシステムにおいて、スロットル弁１の上流側から吸気弁３までの吸気通路をモデル化したものである。
また、図６に示す吸気弁開モデルは、スロットル弁１の上流側から容積変化を考慮した筒内までの吸気通路をモデル化したものである。
【００６９】
ここで、この発明の実施の形態１で用いる吸気弁閉モデル（図５参照）と吸気弁開モデル（図６参照）とについて説明する。
図５において、流路面積ＡＴは、スロットル弁１の開口部の流路（投影）面積に相当する。
また、図５および図６において、圧力Ｐ、容積Ｖ、温度Ｔの後に付されたサブスクリプト「１」、「２」、「３」、「２３」は、それぞれ、「スロットル弁１の上流側」、「スロットル弁１の下流側〜吸気弁３」、「気筒１０内」、「スロットル弁１の下流側〜気筒１０内」を示している。
【００７０】
図５の吸気弁閉モデルは、「吸気弁３の閉成完了時点のクランク角ＩＶＣ」から「吸気弁３が開き始める開弁開始時点のクランク角ＩＶＯ」までの、吸気弁３の閉成状態に対応したモデルである。
以下、吸気弁３の開弁開始時点を「ＩＶＯ」、吸気弁３の閉成完了時点を「ＩＶＣ」と称する。
【００７１】
一方、図６の吸気弁開モデルは、「吸気弁３の開弁開始時点のクランク角ＩＶＯ」から「吸気弁３の閉成完了時点のクランク角ＩＶＣ」までの、吸気弁３の開放状態に対応したモデルである。
なお、各モデルにおいて、吸入空気の温度Ｔ１は、領域によらず一定（スロットル上流側の温度Ｔ１のまま）であるとする。
【００７２】
吸気弁閉モデル（図５）は、吸気弁３が閉じている状態での、スロットル通過流量、スロットル下流圧力および吸入空気量などを推定するために、スロットル上流側と、スロットル開口部と、スロットル弁１から吸気弁３までのスロットル下流側とにより形成されており、筒内は考慮していない。
【００７３】
図５の吸気弁閉モデルにおいて、スロットル上流側は、スロットル上流圧力Ｐ１および吸入空気温度Ｔ１により構成され、スロットル開口部は、スロットル流路面積ＡＴにより構成される。
スロットル開口部を通過する吸入空気は、スロットル上流圧力Ｐ１およびスロットル下流圧力Ｐ２から圧力を受ける。
【００７４】
また、スロットル下流側は、スロットル下流圧力Ｐ２と、スロットル下流容積Ｖ２と、吸入空気温度Ｔ１とにより構成される。
なお、スロットル上流側の圧力Ｐ１は、ほぼ大気圧として取り扱われ、スロットル上流側の吸入空気温度Ｔ１は、全域で一定として取り扱われる。
図５の吸気弁閉モデルにおけるスロットル通過流量は、流体力学の式に基づき、以下の式（２）、（３）から推定される。
【００７５】
【数４】
2007187064.tif 000006
【００７６】
ただし、式（２）、（３）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【００７７】
【数５】
2007187064.tif 000007
【００７８】
式（２）、（３）は、単位時間当りのスロットル通過流量を示しており、スロットル弁１を通過する吸入空気の速度が音速になるか否かの指標である「スロットル上流側の圧力Ｐ１とスロットル下流側の圧力Ｐ２との圧力比（＝Ｐ２／Ｐ１）」に応じて、使い分けられる。
すなわち、式（２）は、スロットル弁１を通過する吸入空気の速度が音速未満となる条件（Ｐ２／Ｐ１＞０．５２８３）を満たす場合に適用され、式（３）は、音速となる条件（Ｐ２／Ｐ１≦０．５２８３）を満たす場合に適用される。
【００７９】
以下、スロットル制御ユニット７は、式（２）、（３）で求めた単位時間当りのスロットル通過流量と、所定周期と、スロットル下流圧力Ｐ２と、スロットル下流容積Ｖ２と、吸入空気温度Ｔ１とに基づき、気体の状態方程式を用いて、所定周期後のスロットル下流圧力を推定する。
【００８０】
こうして推定されたスロットル下流圧力は、さらに、所定周期後のスロットル下流圧力を推定する際の基礎として用いられる。
上記処理を所定周期ごとに実行し、吸気弁３が開き始める時点に達したところで、図６の吸気弁開モデルに切り替える。
【００８１】
図６に示す吸気弁開モデルは、吸気弁３が開いている状態での、スロットル通過流量、スロットル下流圧力、筒内圧力および吸入空気量などを推定するために、スロットル上流側と、スロットル開口部と、スロットル弁１から吸気弁３までのスロットル下流側と、クランク角にしたがって容積が変化する筒内とにより形成されている。
【００８２】
図６の吸気弁開モデルにおいて、スロットル上流側、スロットル開口部およびスロットル下流側に関しては、吸気弁閉モデル（図５参照）と同様の構成である。また、この場合も、吸入空気温度Ｔ１は、前述と同様に、全域で一定として取り扱われる。
筒内は、筒内圧力Ｐ３と、筒内容積Ｖ３と、吸入空気温度Ｔ１とにより構成され、筒内容積Ｖ３は、クランク角にしたがって変化する。
【００８３】
また、筒内圧力Ｐ３は、吸気弁３が開き始める時点を除いて、スロットル下流圧力Ｐ２と平衡しており、スロットル弁１の下流側から気筒１０内までの圧力Ｐ２３は、Ｐ２３＝Ｐ２＝Ｐ３の関係を満たすものとする。
吸気弁３の開弁開始時点のスロットル通過流量を推定する場合、まず、吸気弁３が開き始める時点のスロットル下流圧力と筒内圧力とが平衡したときの圧力を推定する必要がある。
【００８４】
この理由は、以下のとおりである。
すなわち、吸気弁３が開く直前は排気行程なので、筒内は、ほぼ大気圧であり、この状態で吸気弁３が開くと、ほぼ大気圧の筒内と、負圧になっているスロットル下流側とが連通状態となって、スロットル下流圧力と筒内圧力が平衡状態になるからである。
圧力平衡後のスロットル下流圧力および筒内圧力は、気体の状態方程式に基づき、以下の式（４）により推定される。
【００８５】
【数６】
2007187064.tif 000008
【００８６】
ただし、式（４）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【００８７】
【数７】
2007187064.tif 000009
【００８８】
なお、吸気弁３が開き始める時点の筒内圧力は、ほぼ大気圧となっているので、スロットル上流圧力Ｐ１と等しく、以下の関係が成り立つ。
【００８９】
【数８】
2007187064.tif 000010
【００９０】
また、図６の吸気弁開モデルにおいて、スロットル通過流量を推定する際に、図５の吸気弁閉モデルと扱いが異なる点は、筒内容積の変化によりスロットル下流圧力および筒内圧力が変化するので、これらの変化を考慮する必要があることである。
そこで、スロットル通過流量の推定の際に、まず、所定周期の間にスロットル弁１からの流量がないものと仮定したうえで、筒内容積が変化したときのスロットル下流圧力および筒内圧力を、以下の式（５）により推定し、推定したスロットル下流圧力および筒内圧力に基づき、以下の式（６）、（７）によりスロットル通過流量を推定する。
【００９１】
【数９】
2007187064.tif 000011
【００９２】
ただし、式（５）〜（７）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【００９３】
【数１０】
2007187064.tif 000012
【００９４】
式（６）、（７）は、前述の式（２）、（３）と同様の式である。
なお、吸気弁３が開き始める時点では、前述の式（４）で、圧力平衡後のスロットル下流圧力および筒内圧力
【数１１】
2007187064.tif 000013
を推定したうえで、この圧力を、式（５）における筒内圧力変化時の推定圧力
【数１２】
2007187064.tif 000014
として、単位時間当りのスロットル通過流量を推定する。
以下、単位時間当りのスロットル通過流量と、所定周期と、現時点（スロットル弁１からの流量がないものと仮定したとき）のスロットル下流圧力および筒内圧力
【数１３】
2007187064.tif 000015
と、スロットル下流容積Ｖ２と現時点の筒内容積
【数１４】
2007187064.tif 000016
との和と、吸入空気温度Ｔ１とに基づき、気体の状態方程式を用いて、現時点のスロットル下流圧力および筒内圧力を推定する。
推定したスロットル下流圧力および筒内圧力は、さらに、所定周期後のスロットル下流圧力および筒内圧力を推定する際の基礎として用いられる。
【００９５】
上記処理を所定周期ごとに実行し、吸気弁閉成完了時点に到達したところで、筒内圧力、筒内容積および吸入空気温度に基づき、気体の状態方程式を用いて、筒内への吸入空気量を推定した後、図５の吸気弁閉モデルに切り替える。
以下、図５および図６のモデルを交互に切り替えながら、推定処理を実行する。
【００９６】
次に、図７〜図２０を参照しながら、この発明の実施の形態１によるスロットル制御ユニット７で実行される第１の吸入空気量推定フローについて説明する。
図７〜図１５は第１の吸入空気量推定フローを示すフローチャートであり、図１６は吸気弁３のバルブタイミングマップを示す説明図である。
また、図１７は面積項マップ、図１８は速度項マップ、図１９は筒内容積マップであり、図２０は所定時期Ａマップである。
【００９７】
図１６のバルブタイミングマップにおいて、吸気弁３の開閉状態は、各クランク角ＩＶＣ、ＩＶＯに応じて設定される。
図１７の面積項マップにおいて、面積項（スロットル弁１の流路面積）は、スロットル開度に応じて増減する。
図１８の速度項マップにおいて、速度項（スロットル弁１を通過する吸入空気の流速）は、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとスロットル上流圧力Ｐ１との比が０．５２８３以下となって、音速を越えると一定値となる。
図１９の筒内容積マップにおいて、筒内容積は、クランク角（吸入行程および圧縮行程など）に応じて周期的に増減する。
図２０の所定時期Ａマップにおいて、所定時期Ａは、エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど、燃料の噴射開始時期に対して段階的に早く（進角側に）なる。
【００９８】
なお、図７〜図１５の第１の吸入空気量推定フローにおいては、図５、図６に示した吸気弁開モデルおよび吸気弁閉モデルを用いることとする。
また、スロットル制御ユニット７内には、スロットル上流圧力Ｐ１（＝定数）および吸気温度Ｔ１（＝定数）の各値が組み込まれるとともに、吸気弁３の開閉判定用として、クランク角をパラメータとした吸気弁３のバルブタイミングマップ（図１６参照）が組み込まれているものとする。
【００９９】
図７〜図１５に示す第１の吸入空気量推定フローは、クランク角基準の所定周期ΔＣＡごとに、エンジン制御ユニット８からスロットル制御ユニット７に送られるトリガを受けたときに実行される。
これにより、吸入空気量予測推定制御に基づいて、予測推定下流圧、予測推定筒内圧力および燃料制御用吸入空気量を推定し、リアルタイム下流圧推定制御に基づいて、推定下流圧および推定筒内圧力を推定するとともに、スロットル開度予測推定制御に基づいて、予測推定スロットル開度ＴＨＥを推定するようになっている。
【０１００】
第１の吸入空気量推定フローは、リアルタイム下流圧推定制御を実行する図７〜図９の制御ロジック（特に、ステップｓ１、ｓ２、ｓ４〜ｓ２０）と、吸入空気量予測推定制御を実行する図１２〜図１４の制御ロジックと、スロットル開度予測推定制御を実行する図１５の制御ロジックとにより構成される。
【０１０１】
なお、吸気弁閉モデル計算を実行する図１０の制御ロジックは、図７内のステップｓ７の具体的処理を示している。
同様に、吸気弁開モデル計算を実行する図１１の制御ロジックは、図７内のステップｓ９の具体的処理を示している。
【０１０２】
スロットル開度予測推定制御（図１５）においては、図４とともに説明した前述の方法に基づき、以下の式（１８）を用いて、予測推定スロットル開度ＴＨＥを算出する。
【０１０３】
【数１５】
2007187064.tif 000017
【０１０４】
ただし、式（１８）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０１０５】
【数１６】
2007187064.tif 000018
【０１０６】
ここで、直線の傾きＤＡＢは、以下の式（１９）から算出する。
【０１０７】
【数１７】
2007187064.tif 000019
【０１０８】
ただし、式（１９）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０１０９】
【数１８】
2007187064.tif 000020
【０１１０】
また、吸入空気量予測推定制御およびリアルタイム下流圧推定制御においては、上記式（２）〜（７）と、気体の状態方程式とを用いて、予測推定下流圧および燃料制御用吸入空気量などを算出する。
第１の吸入空気量推定フロー内においては、上記式（２）、（３）、（６）、（７）で示した単位時間当りのスロットル通過流量と気体の状態方程式とに基づき、所定周期ΔＣＡ前から現時点までのスロットル通過流量によって変化するスロットル下流圧力を、以下の式（８）により算出する。
【０１１１】
【数１９】
2007187064.tif 000021
【０１１２】
ただし、式（８）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０１１３】
【数２０】
2007187064.tif 000022
【０１１４】
ここで、面積項は、スロットル流路面積を示し、スロットル開度ＴＨをパラメータとした面積項マップ（図１７）から算出する。マップ値は、実際にスロットル通過流量を測定し、この測定値を基に算出（または、スロットル開口部の投影面積から計算するなどにより決定）する。
また、式（８）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０１１５】
【数２１】
2007187064.tif 000023
【０１１６】
ここで、筒内容積は、クランク角にしたがって、気筒１０内のピストンが上下動することにより変化するので、変化する筒内容積
【数２２】
2007187064.tif 000024
は、クランク角をパラメータとした筒内容積マップ（図１９）から算出する）
さらに、式（８）において、変数は、以下のとおりである。
【０１１７】
【数２３】
2007187064.tif 000025
【０１１８】
また、上記式（４）で説明したように、吸気弁３の開弁開始時点のスロットル通過流量を推定する場合、まず、吸気弁３の開弁開始時点のスロットル下流圧力と筒内圧力とが平衡したときの圧力を推定する必要がある。
よって、第１の吸入空気量推定フロー内では、式（４）に基づく以下の式（９）により、上記平衡したときの圧力を算出する。
【０１１９】
【数２４】
2007187064.tif 000026
【０１２０】
ただし、式（９）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０１２１】
【数２５】
2007187064.tif 000027
【０１２２】
さらに、式（５）で示したように、図６の吸気弁開モデルでスロットル下流圧力および筒内圧力などを算出する際に、所定周期ΔＣＡ間でスロットル弁１からの流量がないものと仮定したうえで、筒内容積が変化した後のスロットル下流圧力および筒内圧力を算出する必要がある。
よって、第１の吸入空気量推定フローでは、筒内容積が変化した後のスロットル下流圧力および筒内圧力を以下の式（１０）により算出する。
【０１２３】
【数２６】
2007187064.tif 000028
【０１２４】
ただし、式（１０）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０１２５】
【数２７】
2007187064.tif 000029
【０１２６】
上記式（８）〜（１０）を、図５の吸気弁閉モデル（式（８）のみ）と、図６の吸気弁開モデル（式（８）、（１０）、および、吸気弁３の開き始め時点で式（９））とで使い分けて、スロットル下流圧力と、吸気弁３が開いているときの筒内圧力とを推定（または、予測推定）する。
なお、予測推定される燃料制御用筒内圧力、筒内容積および吸入空気温度から、気体の状態方程式を用いて、吸気弁閉成完了時点で筒内に吸引した吸入空気量を予測推定することができる。
【０１２７】
以下、フロー内のステップごとに説明する。
なお、第１の吸入空気量推定フロー内においては、式（８）〜（１０）における現時点でのクランク角ＣＡ１、計算周期ΔＣＡ１に、各値を代入するものとする。
図７において、まず、スロットル制御ユニット７内の吸入空気量推定手段は、内燃機関（エンジン）が作動中であるか否かを判定する（ステップｓ１）。
【０１２８】
ステップｓ１において、内燃機関が停止している（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、スロットル弁１を介して吸気流量がスロットル弁１の下流側容積に溜まる状態であって、スロットル下流圧力Ｐ２が大気圧まで回復し、スロットル上流圧力Ｐ２がほぼ大気圧になるものと見なされる。
【０１２９】
したがって、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとしてスロットル上流圧力Ｐ１を設定するために、「Ｐ２＿ｏｌｄ＝Ｐ１」の演算処理を実行し（ステップｓ３）、ノード「４」を介して図９の処理に進み、第１の吸入空気量推定フロー（図７〜図９）を終了し、次のトリガを受けるまで待機する。
【０１３０】
一方、ステップｓ１において、エンジン作動中（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、エンジン制御ユニット８からクランク角ＣＡ、エンジン回転数Ｎｅを読み込むとともに、スロットルアクチュエータ６からスロットル開度ＴＨを読み込み（ステップｓ２）、内燃機関の運転状態を判別する。
【０１３１】
続いて、吸気弁３のバルブタイミングマップ（図１６）を参照し、現時点のクランク角ＣＡにおいて吸気弁３が閉じているか否かを判定する（ステップｓ４）。
ステップｓ４において、吸気弁３が開いている（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ノード「２」を介して図８の処理（ステップｓ１２）に進む。
一方、ステップｓ４において、吸気弁３が閉じている（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、ステップｓ４と同様に、前サイクル（所定周期ΔＣＡ前）のクランク角（＝ＣＡ−ΔＣＡ）で吸気弁３が閉じていたか否かを判定する（ステップｓ５）。
【０１３２】
ステップｓ５において、吸気弁３が閉じていた（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、計算周期ΔＣＡ１として所定周期ΔＣＡを設定するために、「ΔＣＡ１＝ΔＣＡ」の処理を実行し、また、現時点でのクランク角ＣＡ１として現在のクランク角ＣＡを設定するために、「ＣＡ１＝ＣＡ」の処理を実行する（ステップｓ６）。
【０１３３】
続いて、吸気弁閉モデル（図５）の計算を用いたリアルタイム下流圧推定制御により、推定下流圧を算出し（ステップｓ７）、ノード「１」を介して図９の処理（ステップｓ２１）に進む。
なお、吸気弁閉モデル計算（ステップｓ７）の具体的な処理手順については、図１０を参照しながら後述する。
【０１３４】
一方、ステップｓ５において、前サイクルで吸気弁３が開いていた（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、閉成完了時点のクランク角ＩＶＣでの推定下流圧および推定筒内圧力を算出するために、計算周期ΔＣＡ１の設定処理「ΔＣＡ１＝ＩＶＣ−（ＣＡ−ΔＣＡ）」を実行し、また、現時点でのクランク角ＣＡ１として閉成完了時点のクランク角ＩＶＣを設定するために、「ＣＡ１＝ＩＶＣ」の処理を実行する（ステップｓ８）。
【０１３５】
続いて、吸気弁開モデル（図６）の計算を用いたリアルタイム下流圧推定制御により、吸気弁閉成完了時点のクランク角ＩＶＣでの推定下流圧および推定筒内圧力を算出する（ステップｓ９）。
なお、吸気弁開モデル計算（ステップｓ９）の具体的な処理手順については、図１１を参照しながら後述する。
【０１３６】
次に、エンジン回転数Ｎｅと所定時期Ａマップ（図２０）とに基づき、所定時期Ａを算出し（ステップｓ１０）、続いて、計算周期ΔＣＡ１の設定処理「ΔＣＡ１＝ＣＡ−ＩＶＣ」を実行するとともに、現時点のクランク角ＣＡ１の設定処理「ＣＡ１＝ＣＡ」を実行し（ステップｓ１１）、ステップｓ７に進む。
上記ステップｓ１０、ｓ１１を介したステップｓ７までの処理により、リアルタイム下流圧推定制御による吸気弁閉成完了時点（クランク角ＩＶＣ）以降の推定下流圧を算出する。
なお、所定時期Ａの算出処理（ステップｓ１０）の詳細については、後述する。
【０１３７】
図７内の吸気弁閉モデル計算（ステップｓ７）は、図１０に示す処理（ステップｓ２７〜ｓ３２）により構成される。
図１０において、まず、エンジン回転数Ｎｅおよび計算周期ΔＣＡ１に基づき、時間項
【数２８】
2007187064.tif 000030
を算出し（ステップｓ２７）、また、体積項として、以下のように、スロットル下流容積Ｖ２を設定する（ステップｓ２８）。
【０１３８】
【数２９】
2007187064.tif 000031
【０１３９】
続いて、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとスロットル上流圧力Ｐ１との比
【数３０】
2007187064.tif 000032
と速度項マップ（図１８）とに基づき、速度項
【数３１】
2007187064.tif 000033
を算出し（ステップｓ２９）、また、スロットル開度ＴＨと面積項マップ（図１７）から面積項
【数３２】
2007187064.tif 000034
を算出する（ステップｓ３０）。
【０１４０】
次に、前述の式（８）を用いて、現時点のクランク角ＣＡ１での推定下流圧を算出し（ステップｓ３１）、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとして、以下のように、現時点のスロットル下流圧力を設定する（ステップｓ３２）。
【０１４１】
【数３３】
2007187064.tif 000035
【０１４２】
こうして吸気弁閉モデル（図１０）の計算処理を終了すると、図１内のステップｓ７を抜け出て、ノード「１」を介して図９内のステップｓ２１に進む。
【０１４３】
一方、前サイクルのクランク角（＝ＣＡ−ΔＣＡ）で吸気弁３が開いており、かつ現時点のクランク角（＝ＣＡ）で吸気弁３が閉じている場合、つまり、図７内のステップｓ５からステップｓ８に進んだ場合は、吸気弁閉モデル計算（ステップｓ９）が実行される。
吸気弁開モデル計算（ステップｓ９）は、図１１に示す処理（ステップｓ３３〜ｓ４１）により構成される。
図１１において、まず、エンジン回転数Ｎｅおよび計算周期ΔＣＡ１に基づき、時間項
【数３４】
2007187064.tif 000036
を算出し（ステップｓ３３）、また、現時点のクランク角ＣＡ１と筒内容積マップ（図１９）に基づき、現時点のクランク角ＣＡ１での筒内容積
【数３５】
2007187064.tif 000037
を算出して、体積項（容積項）
【数３６】
2007187064.tif 000038
を算出する（ステップｓ３４）。
【０１４４】
また、式（１０）を用いて、吸気弁開モデルでＣＡ１での（スロットルからの流量がないと仮定したときの）推定下流圧および推定筒内圧力を算出する（ステップｓ３５）。
続いて、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとして、以下のように、現時点のスロットル下流圧力を設定する（ステップｓ３６）。
【０１４５】
【数３７】
2007187064.tif 000039
【０１４６】
また、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとスロットル上流圧力Ｐ１との比
【数３８】
2007187064.tif 000040
と速度項マップ（図１８）とに基づいて、速度項
【数３９】
2007187064.tif 000041
を算出し（ステップｓ３７）、さらに、スロットル開度ＴＨと面積項マップ（図１７）とに基づき、面積項
【数４０】
2007187064.tif 000042
を算出する（ステップｓ３８）。
次に、前述の式（８）を用いて、現時点のクランク角ＣＡ１での推定下流圧および推定筒内圧力を算出し（ステップｓ３９）、所定周期ΔＣＡ前の筒内容積Ｖ３＿ｏｌｄとして、以下のように、現時点の筒内容積を設定する（ステップｓ４０）。
【０１４７】
【数４１】
2007187064.tif 000043
【０１４８】
また、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとして、以下のように、現時点のスロットル下流圧力を設定する（ステップｓ４１）。
【０１４９】
【数４２】
2007187064.tif 000044
【０１５０】
こうして吸気弁開モデル（図１１）の計算処理を終了すると、図１内のステップｓ９を抜け出て、次のステップｓ１０に進む。
なお、ステップｓ１０における所定時期Ａの算出処理は、エンジン回転数Ｎｅと図２０の所定時期Ａマップ（エンジン回転数Ｎｅをパラメータとしたマップ）とに基づいて実行される。
【０１５１】
図２０に示すように、所定時期Ａは、エンジン回転数Ｎｅが増加するにつれて、推定処理時間を確保するために、吸入空気量予測推定制御の開始が早まる方向に、所定周期ΔＣＡずつ進角側にシフトされる。
こうして所定時期Ａが算出された後、ステップｓ１１において、「ΔＣＡ１＝ＣＡ−ＩＶＣ」と、「ＣＡ１＝ＣＡ」とが実行され、吸気弁閉成完了時点（クランク角ＩＶＣ）以降の推定下流圧の算出処理に備える。
また、ステップｓ７において、吸気弁閉モデル計算を実行して、現時点のクランク角ＣＡ１での推定下流圧を算出し、図９内のステップｓ２１に進む。
【０１５２】
次に、図７内のステップｓ４において、現時点（＝ＣＡ）で吸気弁３が開いている（すなわち、ＮＯ）と判定された場合の処理について説明する。
この場合、ステップｓ４から、ノード「２」を介して図８の処理に進む。
図８において、まず、前サイクルのクランク角（＝ＣＡ−ΔＣＡ）で、すでに吸気弁３が開いていたか否かを判定する（ステップｓ１２）。
【０１５３】
ステップｓ１２において、吸気弁３がすでに開いていた（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、前述のステップｓ６と同様に「ΔＣＡ１＝ΔＣＡ」および「ＣＡ１＝ＣＡ」を実行し、続いて、ステップｓ９で説明した吸気弁開モデル計算を実行してＣＡ１での推定下流圧および推定筒内圧力を算出し（ステップｓ１４）、図９内のステップｓ２１に進む。
【０１５４】
一方、ステップｓ１２において、前サイクル（＝ＣＡ−ΔＣＡ）では吸気弁３が閉じていた（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、開弁開始時点のクランク角ＩＶＯでの推定下流圧を算出する処理（ステップｓ１５、ｓ１６）と、クランク角ＩＶＯ以降の推定下流圧および推定筒内圧力を算出する処理（ステップｓ１７〜ｓ２０、ｓ１４）を実行する。
【０１５５】
まず、クランク角ＩＶＯでの推定下流圧を算出するために、計算周期ΔＣＡ１の設定処理「ΔＣＡ１＝ＩＶＯ−（ＣＡ−ΔＣＡ）」を実行し、また、現時点でのクランク角ＣＡ１として開弁開始時点のクランク角ＩＶＯを設定するために、「ＣＡ１＝ＩＶＯ」の処理を実行する（ステップｓ１５）。
【０１５６】
続いて、前述（ステップｓ７）と同様の吸気弁閉モデル計算処理により、開弁開始時点のクランク角ＩＶＯでの推定下流圧を算出する（ステップｓ１６）。
また、クランク角ＩＶＯと筒内容積マップ（図１９）とに基づき、クランク角ＩＶＯでの筒内容積
【数４３】
2007187064.tif 000045
を算出する（ステップｓ１７）。
続いて、クランク角ＩＶＯでのスロットル下流圧力と筒内圧力とが平衡したときの圧力を、前述の式（９）を用いた推定演算により算出する（ステップｓ１８）。
以下、前述と同様に、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄを、以下のように設定する（ステップｓ１９）。
【０１５７】
【数４４】
2007187064.tif 000046
【０１５８】
また、「ΔＣＡ１＝ＣＡ−ＩＶＯ」および「ＣＡ１＝ＣＡ」の処理を実行して（ステップｓ２０）、吸気弁開モデル計算（ステップｓ１４）に進み、現時点のクランク角ＣＡ１での推定下流圧および推定筒内圧力を算出した後、ノード「３」を介して図９内のステップｓ２１に進む。
【０１５９】
次に、図９内の処理（ステップｓ２１〜ｓ２３）について説明する。
ステップｓ２１以降の処理は、吸入空気量予測推定制御およびスロットル開度予測推定制御に相当する。
図９において、まず、吸入空気量予測推定制御を実行すべきか否かを判定するために、クランク角ＣＡが所定時期Ａであるか否かを判定する（ステップｓ２１）。
【０１６０】
ステップｓ２１において、クランク角ＣＡが所定時期Ａである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、吸入空気量予測推定制御およびスロットル開度予測推定制御による燃料制御用吸入空気量の算出処理を実行する（ステップｓ２３）。
ステップｓ２３は、図１２〜図１４に示す処理（ステップｓ４２〜ｓ６５）により構成される。
【０１６１】
図１２において、まず、吸入空気量予測推定制御およびスロットル開度予測推定制御の前準備処理を実行し（ステップｓ４２、ｓ４３、ｓ６４）、また、スロットル開度予測推定制御により予測推定スロットル開度ＴＨＥを算出する（ステップｓ４４、ｓ４５、ｓ６５）。
続いて、図１２〜図１４において、吸入空気量予測推定制御により、吸気弁閉成完了時点（クランク角ＩＶＣ）での予測推定下流圧および予測推定筒内圧力（＝燃料制御用下流圧および燃料制御用筒内圧力）を算出する（ステップｓ４６〜ｓ６１）。
さらに、図１４において、燃料制御用筒内圧力から燃料制御用吸入空気量を算出し（ステップｓ６２）、ステップｓ４３と同様のステップｓ６３を介して、ステップｓ２３の処理ルーチンを終了し、図９内のステップｓ２２に進む。
【０１６２】
図１２のステップｓ４２においては、「ＣＡ’＝ＣＡ」および「ＴＨＥ＝ＴＨ」の処理を実行する。
ここで、ＣＡ’は、吸入空気量予測推定制御およびスロットル開度予測推定制御の実行時に用いられるクランク角である。
【０１６３】
次に、ステップｓ４３において、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとして、以下のように、現時点のスロットル下流圧力を設定する。
【０１６４】
【数４５】
2007187064.tif 000047
【０１６５】
これにより、現時点（＝所定時期Ａ）での推定下流圧を保存する。
また、ステップｓ６４において、以下の式（２０）により、スロットル開度予測推定制御で用いる直線補間の傾きＤＡＢを算出する。
【０１６６】
【数４６】
2007187064.tif 000048
【０１６７】
ただし、式（２０）において、ＴＨ＿ｏｌｄは、所定周期ΔＣＡ前のスロットル開度（前回履歴値）を示している。
なお、式（２０）は、前述の式（１９）とほぼ同様であり、一部変数を変形したのみである。すなわち、式（１９）内のスロットル開度ＴＨＡ、ＴＨＢは、式（２０）内の所定時期Ａのスロットル開度ＴＨ、前回の所定時期Ａのスロットル開度ＴＨ＿ｏｌｄにそれぞれ対応する。
【０１６８】
以下のステップｓ４４〜ｓ６１およびｓ６５は、クランク角ＣＡ’が吸気弁閉成完了時点のクランク角ＩＶＣに達するまで繰り返されるループ制御である。
まず、クランク角ＣＡ’の増加処理「ＣＡ’＝ＣＡ’＋ΔＣＡ」を実行し（ステップｓ４５）、クランク角ＣＡ’を所定周期ΔＣＡだけ進めた後、ステップｓ６５に進む。
【０１６９】
ステップｓ６５においては、予測推定スロットル開度の計算処理を実行することにより、予測推定スロットル開度ＴＨＥを算出する。
予測推定スロットル開度ＴＨＥの計算処理（ステップｓ６５）は、図１５に示す処理（ステップｓ６６〜ｓ６９）により構成される。
【０１７０】
図１５において、まず、予測推定スロットル開度ＴＨＥがすでに目標スロットル開度ＴＨＴに達しているか否かを判定する（ステップｓ６６）。
ステップｓ６６において、予測推定スロットル開度ＴＨＥが目標スロットル開度ＴＨＴに達している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、図１５の処理ルーチンを抜け出て、図１２内のステップｓ４６に進む。
【０１７１】
一方、ステップｓ６６において、予測推定スロットル開度ＴＨＥが目標スロットル開度ＴＨＴに達していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、傾きＤＡＢの線形補間を用いて、クランク角ＣＡ’での予測推定スロットル開度ＴＨＥを、以下の式（２１）により算出する（ステップｓ６７）。
【０１７２】
【数４７】
2007187064.tif 000049
【０１７３】
なお、式（２１）は、前述の式（１８）とほぼ同様であり、一部変数を変形したのみである。
こうして、クランク角ＣＡ’での予測推定スロットル開度ＴＨＥを算出後、続いて、予測推定スロットル開度ＴＨＥが目標スロットル開度ＴＨＴに達したか否かを判定し（ステップｓ６８）、ＴＨＥ＜ＴＨＴ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、図１５の処理ルーチンを抜け出て、図１２内のステップｓ４６に進む。
【０１７４】
一方、ステップｓ６８において、予測推定スロットル開度ＴＨＥが目標スロットル開度ＴＨＴに達した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、以下のように、予測推定スロットル開度ＴＨＥの固定設定処理を実行して（ステップｓ６９）、図１２内のステップｓ４６に進む。
【０１７５】
【数４８】
2007187064.tif 000050
【０１７６】
ところで、図１２、図１３内のステップｓ４６〜ｓ６０は、前述の図７、図８内のステップｓ４〜ｓ２０と比べれば明らかなように、クランク角がＣＡからＣＡ’に変更されている点と、吸気弁閉モデル計算（ステップｓ４９、ｓ５６）および吸気弁開モデル計算（ステップｓ５１、ｓ５４）での面積項
【数４９】
2007187064.tif 000051
の算出において、スロットル開度ＴＨではなく予測推定スロットル開度ＴＨＥを用いる点とを除けば、基本的に前述のステップｓ４〜ｓ２０と同じである。
【０１７７】
したがって、ステップｓ４〜ｓ２０と対応するステップｓ４６〜ｓ６０については詳述を省略する。
具体的には、両者において、各ステップは、以下の（ａ）〜（ｃ）の対応関係にある。
【０１７８】
（ａ）「ステップｓ４６〜ｓ４９」は、前述の「ステップｓ４〜ｓ７」（前サイクル（＝ＣＡ−ΔＣＡ）で吸気弁３が閉じていて、現時点（＝ＣＡ）で吸気弁３が閉じている状態）に対応する。
（ｂ）「ステップｓ４６、ｓ５２〜ｓ５４」は、前述の「ステップｓ４、ｓ１２〜ｓ１４」（前サイクル（＝ＣＡ−ΔＣＡ）で吸気弁３が開いていて、現時点（＝ＣＡ）で吸気弁３が開いている状態）に対応する。
（ｃ）「ステップｓ４６、ｓ５２、ｓ５５〜ｓ６０を介したステップｓ５４」は、前述の「ステップｓ４、ｓ１２、ｓ１５〜ｓ２０を介したステップｓ１４」（前サイクル（＝ＣＡ−ΔＣＡ）で吸気弁３が閉じていて、現時点（＝ＣＡ）で吸気弁３が開いている状態）に対応する。
【０１７９】
なお、前述の「ステップｓ４、ｓ５、ｓ８〜ｓ１１を介したステップｓ７」（前サイクル（＝ＣＡ−ΔＣＡ）で吸気弁３が開いていて、現時点（＝ＣＡ）で吸気弁３が閉じている状態）に関しては、図１２、図１３においては、吸入空気量予測推定制御で吸気弁閉成完了時点（クランク角ＩＶＣ）以降の予測推定下流圧を算出する必要はないため、「ステップｓ４、ｓ５、ｓ８〜ｓ１１を介したステップｓ７」のうちの「ステップｓ７、ｓ１０、ｓ１１」に相当する処理を省いた「ステップｓ４、ｓ５、ｓ８、ｓ９」と「ステップｓ４６、ｓ４７、ｄ５０、ｄ５１」とが対応する。
【０１８０】
さらに、上述したとおり、図１２、図１３内の吸気弁閉モデル計算（ステップｓ４９、ｓ５６）におけるステップｓ３０（図１０参照）の面積項
【数５０】
2007187064.tif 000052
の算出処理と、吸気弁開モデル計算（ステップｓ５１、ｓ５４）におけるステップｓ３８（図３８参照）の面積項
【数５１】
2007187064.tif 000053
の算出処理とにおいては、スロットル開度ＴＨではなく、予測推定スロットル開度ＴＨＥが用いられる。
【０１８１】
以下、図１２〜図１４に示すステップｓ４４〜ｓ６１のループ制御を実行して、吸気弁閉成完了時点のクランク角ＩＶＣでの燃料制御用下流圧および燃料制御用筒内圧力を算出した後、図１４内のステップｓ６２に進む。
ステップｓ６２において、スロットル制御ユニット７は、燃料制御用筒内圧力と、吸気弁閉成完了時点のクランク角ＩＶＣでの筒内容積と、吸入空気温度とに基づき、気体の状態方程式を用いて燃料制御用吸入空気量を算出し、算出した燃料制御用吸入空気量をエンジン制御ユニット８に送信する。
【０１８２】
続いて、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとして、以下のように、所定時期Ａでのスロットル下流圧力を設定する（ステップｓ６３）。
【０１８３】
【数５２】
2007187064.tif 000054
【０１８４】
これにより、次回のトリガを受け取った後に実行するリアルタイム下流圧推定制御に備える。
以下、図１４の処理ルーチンを抜け出て、図９内のステップｓ２２に進む。
このように、図９において、ステップｓ２１で「ＮＯ」（クランク角ＣＡが所定時期Ａでない）と判定された場合、および、ステップｓ２３（燃料制御用吸入空気量算出処理）が終了してステップｓ６３（図１４）まで実行された場合には、ステップｓ２２に進む。
ステップｓ２２においては、所定周期ΔＣＡ前のスロットル開度ＴＨ＿ｏｌｄとして、以下のように、今回の所定時期Ａにおけるスロットル開度ＴＨを設定する。
【０１８５】
【数５３】
2007187064.tif 000055
【０１８６】
これにより、現時点でのスロットル開度ＴＨを保存したうえで、第１の吸入空気量推定フローを終了し、次のトリガを受け取るまで待機する。
上記処理を内燃機関動作中に気筒ごとに具備されたスロットル制御ユニット７で実行することにより、エアフローセンサや圧力センサを具備しない構成（図３）においても、所定時期Ａから燃料の噴射開始時期までにクランク角に先駆けて制御対象気筒の燃料制御用吸入空気量を予測推定することができる。
このとき、予測推定処理の際に、図４に示したように、所定時期Ａから吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル開度ＴＨＥを予測推定する。
【０１８７】
以上のように、この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置は、流路面積を制御することにより内燃機関への吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段（スロットル弁１）と、吸入空気量制御手段の流路面積を算出する流路面積算出手段（スロットル制御ユニット７）と、吸入空気量制御手段の下流側の圧力を検出する下流圧力検出手段（スロットル制御ユニット７）と、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転数検出手段（クランク角センサ５、エンジン制御ユニット８）と、内燃機関の筒内に吸引される吸入空気量を推定する吸入空気量推定手段（スロットル制御ユニット７）とを備えている。
【０１８８】
また、流路面積算出手段は、流路面積（スロットル開度ＴＨ）を検出する流路面積検出手段（ＴＰＳ）と、吸入空気量推定手段が吸入空気量の推定処理を開始する吸入空気量推定開始時期から、内燃機関の制御対象気筒の吸気弁が閉成完了する吸気弁閉成完了時点（クランク角ＩＶＣ）までの間の、流路面積を予測推定する流路面積予測手段とを含む。
吸入空気量推定手段は、吸入空気量制御手段の上流側および下流側の各圧力と、流路面積と、エンジン回転数Ｎｅと、内燃機関の吸入空気温度と、内燃機関の筒内容積とを用いて、吸入空気量推定開始時期から、制御対象気筒に対して燃料噴射を開始する噴射開始時期までの間に、吸気弁閉成完了時点までの吸入空気量を予測推定する。
【０１８９】
また、流路面積推定手段は、吸入空気量推定開始時期（所定時期Ａ）と、吸入空気量推定開始時期よりも以前の所定時期（時期Ｂ）に検出された流路面積とを用いて、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間の吸入空気量制御手段の流路面積を予測推定する。
流路面積推定手段により予測推定される流路面積は、所定値（目標スロットル開度ＴＨＴ）に到達した後から吸気弁閉成完了時点までの期間にわたって、所定値に固定設定される。
吸入空気量制御手段は、流路面積を目標値に制御するとともに、吸入空気量推定開始時期における流路面積の目標値を所定値に設定する。
【０１９０】
吸入空気量推定手段は、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間に筒内に吸引される吸入空気量を、吸気弁閉成完了時点の筒内圧力に基づいて推定する。
また、吸入空気量推定手段は、予測推定下流圧設定手段を含み、予測推定下流圧設定手段は、内燃機関のクランク角に先駆けて推定される吸気弁閉成完了時点での予測推定下流圧を、吸気弁閉成完了時点の筒内圧力として設定する。
【０１９１】
予測推定下流圧設定手段は、前回の予測推定下流圧と、吸入空気量制御手段の上流側の圧力と、吸入空気量制御手段の流路面積と、内燃機関の筒内容積と、エンジン回転数Ｎｅと、内燃機関の吸入空気温度とに基づいて、前回から所定周期後の予測推定下流圧を推定するとともに、前回から所定周期ΔＣＡ後の予測推定下流圧の推定処理を繰り返し実行することによって、吸気弁閉成完了時点の予測推定下流圧を推定する。
予測推定下流圧の推定処理を開始する下流圧推定開始時期は、噴射開始時期よりも前の所定時期に設定されており、所定時期は、エンジン回転数Ｎｅが増加するほど、噴射開始時期に対して下流圧推定開始時期が早まる方向にシフトされる。
【０１９２】
また、内燃機関の複数の気筒１０の各々に対応して設けられた各吸気弁３に、複数の独立吸気管の一端を連通し、各独立吸気管の他端に集合部を連通し、各独立吸気管に吸入空気量制限手段を配設した構成において、吸入空気量推定手段（スロットル制御ユニット７）は、２つの吸入空気量推定モデルを有しており、２つの吸入空気量推定モデルは、吸入空気量制御手段の上流側から各吸気弁３までの吸気通路をモデル化した「吸気弁閉モデル」と、吸入空気量制御手段の上流側から容積変化を考慮した筒内までの吸気通路をモデル化した「吸気弁開モデル」とからなっている。
【０１９３】
下流圧力検出手段は、前回推定した吸入空気量制御手段の下流側の圧力と、吸入空気量制御手段の上流側の圧力と、吸入空気量制御手段の流路面積と、内燃機関の筒内容積と、エンジン回転数Ｎｅと、内燃機関の吸入空気温度とに基づいて、今回の吸入空気量制御手段の下流側の圧力を推定する。
また、下流圧力検出手段は、今回の吸入空気量制御手段の下流側の圧力を、内燃機関のクランク角ＣＡにしたがう所定周期ΔＣＡごとに推定する。
【０１９４】
また、吸入空気量制御手段は、スロットル弁１を含み、流路面積検出手段および流路面積予測手段を含む流路面積算出手段は、スロットル弁１の開度に基づいて流路面積を算出する。
さらに、回転数検出手段は、内燃機関のクランク角ＣＡを検出するクランク角センサ５を含み、エンジン回転数Ｎｅを検出するとともに、クランク角ＣＡ（動作行程）に基づいて設定される筒内容積を検出する。
【０１９５】
この発明の実施の形態１によれば、上記制御により、吸入空気量予測推定制御を開始する時期から吸気弁閉成完了時点までの間で実際のスロットル開度が大きく変化するような過渡運転状態においても、吸入空気量予測推定制御の際に用いるスロットル開度と実際のスロットル開度との差異を小さく抑制することができるので、推定される制御対象気筒への燃料制御用吸入空気量の精度が向上して、高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
【０１９６】
また、従来装置のように３箇所（スロットル弁１、吸気弁３、排気弁４）の通過流量計算を実行するのではなく、スロットル弁１の通過流量のみを計算して、スロットル下流圧力、筒内圧力、吸入空気量を推定することができるので、計算負荷を軽減することができる。
【０１９７】
さらに、上記説明では、図３のように、スロットル制御ユニット７において吸入空気量の推定処理を実行し、エンジン制御ユニット８において燃料量演算処理を実行するシステムを例にとって説明したが、当然のことながら、スロットル制御ユニット７の機能をエンジン制御ユニット８に統合して、吸入空気量の推定をエンジン制御ユニット８ですべての処理を実行してもよい。
【０１９８】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図３）では、スロットル下流圧力を検出するセンサを特に設置せず、スロットル制御ユニット７内のリアルタイム下流圧推定制御により、所定時期Ａでのスロットル下流圧力を推定したが、図２１に示すように、所定時期Ａでのスロットル下流圧力を圧力センサ１４により検出してもよい。
【０１９９】
図２１はこの発明の実施の形態２に係る内燃機関制御装置のシステム全体を概略的に示す構成図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
また、図２１においては、前述と同様に多連スロットルのシステム構成を示しており、気筒１０として、代表的に第１気筒のみ示しているが、第２気筒〜第４気筒も同様に構成されている。
【０２００】
図２１において、図３との相違点は、各スロットル弁１の下流側の吸気通路９に圧力センサ１４が設けられている点のみである。
この場合、スロットル制御ユニット７Ａは、圧力センサ１４により検出した所定時期Ａでのスロットル下流圧力に基づいて、前述のスロットル開度予測推定制御および吸入空気量予測推定制御を実行することにより、燃料制御用吸入空気量の推定を行う。
【０２０１】
また、前述と同様に、推定下流圧や燃料制御用吸入空気量の推定処理における計算負荷を従来装置よりも低減するため、吸気弁閉モデル（図５）および吸気弁開モデル（図６）を用いる。
これにより、従来装置のように３ヶ所（スロットル部、吸気弁部、排気弁部）の通過流量を計算するのではなく、スロットル部のみの通過流量のみが計算されることになる。
【０２０２】
図２１において、圧力センサ１４は、各スロットル制御ユニット７Ａに対してスロットル下流圧力検出信号を送信する。
なお、図５、図６と同様の構成および式からなる吸気弁閉モデルおよび吸気弁開モデルについては、説明を省略する。
【０２０３】
次に、図２２のフローチャートを参照しながら、図２１内のスロットル制御ユニット７Ａ内で実行される第２の吸入空気量推定フローについて説明する。
図２２において、ステップｓ１０およびｓ２３は、前述（図７、図９参照）と同一の処理である。
また、図２２に示す第２の吸入空気量推定フローは、前述と同様に、各スロットル弁１が個別制御の多連スロットルシステムに設けられていることから、図５、図６の吸気弁開モデルおよび吸気弁閉モデルを用いて実行される。
【０２０４】
さらに、第２の吸入空気量推定フローは、クランク角ＣＡが、所定時期Ａマップ（図２０参照）から算出される所定周期Ａに到達した時点で、エンジン制御ユニット８からスロットル制御ユニット７Ａに対してトリガが送られたときに実行される。
これにより、スロットル開度予測推定制御により所定時期Ａから吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル開度を予測推定したうえで、吸入空気量予測推定制御により、予測推定下流圧、予測推定筒内圧力および燃料制御用吸入空気量を推定するようになっている。
【０２０５】
また、前述と同様に、スロットル制御ユニット７Ａには、スロットル上流圧力Ｐ１の値、吸入空気温度Ｔ１の値が入力されるとともに、クランク角ＣＡをパラメータとした吸気弁３のバルブタイミングマップ（図１６参照）が組み込まれている。
【０２０６】
第２の吸入空気量推定フローは、スロットル開度予測推定制御および吸入空気量予測推定制御を実行する制御ロジックのみで構成されている。
つまり、前述の第１の吸入空気量推定フローと同様に、第２の吸入空気量推定フロー内においても、前述の式（８）〜（１０）、（２０）、（２１）と、気体の状態方程式および各種マップ（図１６〜図２０）とを用いて、予測推定下流圧や燃料制御用吸入空気量などが算出されることになる。
【０２０７】
図２２において、スロットル制御ユニット７Ａは、エンジン制御ユニット８からトリガを受けた後、まず、エンジン制御ユニット８からクランク角ＣＡ、エンジン回転数Ｎｅを読み込むとともに、スロットルアクチュエータ６からスロットル開度ＴＨを読み込み、圧力センサ１４からスロットル下流圧力を読み込む（ステップｓ１０１）。
なお、スロットル制御ユニット７Ａにおいては、第２の吸入空気量推定フローの開始前に、所定時期Ａの所定周期ΔＣＡ前に検出したスロットル開度
【数５４】
2007187064.tif 000056
の読込処理および代入処理を別処理ステップで実行するものとする。
次に、ステップｓ２３においては、前述と同一の処理（図１２内のステップｓ４２〜ｓ６５）により、燃料制御用吸入空気量を算出する。
続いて、ステップｓ１０においては、前述と同一の処理により、所定時期Ａを算出してエンジン制御ユニット８に送信する。
【０２０８】
以下、図２２の第２の吸入空気量推定フローを終了し、次のトリガを受け取るまで待機する。
以上の処理を、内燃機関動作中に、気筒ごとに設けられたスロットル制御ユニット７Ａで実行することにより、圧力センサ１４を用いた燃料制御用吸入空気量の推定処理を完了することができる。
【０２０９】
この発明の実施の形態２に係る第２の吸入空気量推定フロー（図２２）によれば、気筒ごとに圧力センサ１４が設けられていることから、前述の実施の形態１と比べてコスト高となるが、第１の吸入空気量推定フロー（図７〜図９）と比べれば分かるように、さらに簡単な制御ロジックで燃料制御用吸入空気量の推定処理を実行することができる。
また、所定時期Ａでのスロットル下流圧力を圧力センサ１４で検出しているので、実際の圧力検出値に基づき、さらに高精度な燃料制御用吸入空気量の推定を実現することができる。
【０２１０】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２では、多連スロットルシステムに適用した例について説明したが、図２３に示すように、集合部スロットルシステムに適用してもよい。
図２３はこの発明の実施の形態３に係る内燃機関制御装置のシステム全体を概略的に示す構成図であり、前述（図３、図２１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。
【０２１１】
図２３において、前述との相違点は、吸気通路の集合部にスロットル弁１を設けた点、スロットル下流側の吸気通路９Ｂが集合部に位置する点、および、スロットル弁１の上流側に大気圧センサ１５および温度センサ１６を設けた点である。
この場合、大気圧センサ１５および温度センサ１６を設けることにより、前述の実施の形態１、２では適用しなかった大気圧補正処理および吸入空気温度補正処理が組み込まれている。
【０２１２】
この発明の実施の形態３においては、前述と同様に、リアルタイム下流圧推定制御により、所定時期Ａでの推定下流圧の推定処理を実行するとともに、スロットル開度予測推定制御により、所定時期Ａから吸気弁閉成完了時点（クランク角ＩＶＣ）までの間のスロットル開度を予測推定したうえで、所定時期Ａでの推定下流圧に基づいた吸入空気量予測推定制御による燃料制御用吸入空気量の推定処理を実行する。
【０２１３】
また、前述の実施の形態１、２では、推定下流圧および燃料制御用吸入空気量の推定処理に要する計算負荷を低減するために、吸気弁閉モデルおよび吸気弁開モデルを用いてスロットル部のみの通過流量を計算したが、この発明の実施の形態３では、スロットル上流から容積変化を考慮した各筒内までの吸気通路をモデル化した「集合部スロットルシステムモデル」を用いて、スロットル部のみの通過流量を計算して計算負荷を低減している。
【０２１４】
なお、この発明の実施の形態３において、前述の吸気弁閉モデルおよび吸気弁開モデルを用いない理由は、集合部スロットルシステムにおいては、スロットル下流側９Ｂで各気筒がスロットル弁１で遮蔽されることなく連通しているので、少なくとも１つの気筒１０の吸気弁３が常時開いており、さらに、２つ以上の気筒１０の吸気弁３が開いている場合では、吸気弁３が開いているすべての気筒１０の筒内容積を考慮する必要があるからである。
【０２１５】
また、この発明の実施の形態３では、リアルタイム下流圧推定制御および吸入空気量予測推定制御の実行時に用いるスロットル上流圧力および吸入空気温度を、センサ検出値で補正する制御も合わせて実行する。
【０２１６】
図２３に示した集合部スロットルシステムにおいて、前述と同様に、４気筒エンジンの場合を例にとって説明する。なお、気筒１０として、代表的に第１気筒のみを示したが、内燃機関の第２気筒〜第４気筒も同様に構成されている。
内燃機関には、前述と同様に、吸入空気量を制限するスロットル弁１が設けられ、スロットル弁１は、スロットル制御ユニット７Ｂからのスロットル開度制御信号により電子制御される。
【０２１７】
スロットルアクチュエータ６に設けられたＴＰＳは、スロットル開度検出信号（ＴＨ）をスロットル制御ユニット７Ｂに送信する。
また、スロットル制御ユニット７Ｂには、エンジン制御ユニット８Ｂからエンジン回転数信号（Ｎｅ）、クランク角信号（ＣＡ）、目標吸入空気量信号、大気圧信号、吸入空気温度信号が入力される。
一方、エンジン制御ユニット８Ｂには、スロットル制御ユニット７Ｂから燃料制御用吸入空気量信号が入力される。
【０２１８】
スロットル制御ユニット７Ｂは、スロットル開度検出信号（ＴＨ）、燃料制御用吸入空気量および目標吸入空気量信号に基づき、目標スロットル開度ＴＨＴを決定するとともに、エンジン回転数検出信号（Ｎｅ）、クランク角信号（ＣＡ）、大気圧および吸入空気温度などに基づき、燃料制御用吸入空気量などの推定処理を実行する。
なお、図２３において、スロットル下流圧力とは、スロットル下流側９Ｂでの圧力に相当する。
【０２１９】
エンジン制御ユニット８Ｂには、前述の燃料制御用吸入空気量信号、アクセル踏み込み量検出信号およびクランク角検出信号が入力されるとともに、大気圧センサ１５からの大気圧検出信号と、温度センサ１６からの吸入空気温度検出信号とが入力される。
大気圧センサ１５と温度センサ１６は、スロットル弁１とエアクリーナ１３との間の吸気通路内に設置されている。
【０２２０】
これにより、エンジン制御ユニット８Ｂからは、各気筒１０の燃料噴射弁２に対する燃料噴射制御信号と、各気筒１０の点火プラグ１１に対する点火制御信号とが出力されるとともに、スロットル制御ユニット７Ｂに対して、エンジン回転数信号、クランク角信号、目標吸入空気量信号、大気圧信号、吸入空気温度信号が出力される。
エンジン制御ユニット８Ｂは、クランク角検出信号からエンジン回転数Ｎｅおよびクランク角ＣＡを検出し、アクセル踏み込み量および燃料制御用吸入空気量などから、目標吸入空気量を決定し、燃料制御用吸入空気量および目標空燃比などから燃料噴射量を決定する。
【０２２１】
燃料噴射弁２は、気筒１０ごとに独立で燃料を噴射する。
また、この場合も、前述と同様に、所定時期Ａから吸気弁閉成完了時点（クランク角ＩＶＣ）までの間のスロットル開度ＴＨＥを予測推定するが、構成および式などは、前述と同様なので説明を省略する。
【０２２２】
また、この発明の実施の形態３において、スロットル制御ユニット７Ｂは、図２４に示すように、計算負荷を低減するために、集合部スロットルシステムにおいて、スロットル上流から、容積変化を考慮した各筒内までの間の吸気通路をモデル化した「集合部スロットルシステムモデル」を用いる。
これにより、スロットル弁１の通過流量のみを推定して、スロットル下流圧力、筒内圧力および吸入空気量などを推定することができる。
【０２２３】
ここで、図２４に説明図を参照しながら、この発明の実施の形態態３で用いられる集合部スロットルシステムモデルについて説明する。
図２４において、ＩＶＯ、ＩＶＣは、前述（図５、図６参照）と同様のクランク角である。
また、前述と同様に、吸入空気温度は一定（すべての領域で温度Ｔ１）としており、圧力Ｐ、容積Ｖ、温度Ｔに付されたサブスクリプト「１」、「２」は、それぞれ「スロットル弁上流側」、「スロットル下流側〜吸気弁３」を示している。
また、サブスクリプト「４」〜「７」は、それぞれ「第１気筒内」〜「第４気筒内」を示している。
【０２２４】
図２４に示す集合部スロットルシステムモデルは、スロットル通過流量、スロットル下流圧力、筒内圧力および吸入空気量などを推定するためのモデルであり、スロットル上流側と、スロットル開口部と、スロットル下流側９Ｂから吸気弁３までの領域と、スロットル下流側９Ｂを介した各筒内までの領域と、により構成される。
【０２２５】
図２４において、スロットル上流側からスロットル下流側９Ｂまでの領域は、吸気弁閉モデル（図５）および吸気弁開モデル（図６）と同じ構成である。
すなわち、スロットル上流側は、スロットル上流圧力Ｐ１および吸入空気温度Ｔ１により構成され、スロットル開口部は、スロットル流路面積ＡＴにより構成され、スロットル開口部を通過する吸入空気は、スロットル上流圧力Ｐ１およびスロットル下流圧力Ｐ２から圧力を受ける。
また、スロットル下流側９Ｂは、スロットル下流圧力Ｐ２、スロットル下流容積Ｖ２および吸入空気温度Ｔ１により構成される。
【０２２６】
一方、図２４に示す筒内において、個々の気筒１０の筒内構成は、前述の吸気弁開モデル（図６）での筒内構造と同様に、筒内圧力Ｐ４〜Ｐ７と、筒内容積Ｖ４〜Ｖ７と、吸入空気温度Ｔ１とにより構成される。
ここで、筒内容積Ｖ４〜Ｖ７は、各気筒１０内のピストンの上下動により変化する（ただし、吸気弁３の閉弁中は無視できる）。
また、筒内圧力Ｐ４〜Ｐ７は、開弁開始時点（クランク角ＩＶＯ）の直後を除いて、スロットル下流圧力Ｐ２と吸気弁開の他気筒圧力とが圧力平衡状態となる（ただし、吸気弁３の閉弁中は無視できる）。
【０２２７】
すなわち、筒内容積Ｖ４〜Ｖ７は、クランク角ＣＡにしたがって変化し、筒内圧力Ｐ４〜Ｐ７については、吸気弁３の開弁開始時点（ＩＶＯ）を除いて、吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力とスロットル下流圧力Ｐ２とが平衡しているものとする。
なお、スロットル上流圧力Ｐ１は、ほぼ大気圧として取り扱い、吸入空気温度Ｔ１は全域で一定として取り扱う。
【０２２８】
或る気筒１０の吸気弁３の開弁開始時点でのスロットル通過流量を推定する場合、スロットル制御ユニット７Ｂは、まず、吸気弁３の開弁開始時点での「スロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒１０の筒内圧力」と、制御対象気筒の筒内圧力が平衡したときの圧力を推定する必要がある。
【０２２９】
なぜなら、吸気弁３の開弁開始時点の直前は排気行程なので、制御対象気筒の筒内はほぼ大気圧であり、この状態で吸気弁３が開くと、ほぼ大気圧の筒内と、負圧になっている「スロットル下流側９Ｂおよび吸気弁３が開いている各気筒の筒内」の領域とが連通状態となり、「スロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒１０の筒内圧力」と、制御対象気筒の筒内圧力とが平衡状態になるからである。
【０２３０】
圧力平衡後のスロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力は、気体の状態方程式に基づき、以下の式（１１）から推定される。
【０２３１】
【数５５】
2007187064.tif 000057
【０２３２】
ただし、式（１１）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０２３３】
【数５６】
2007187064.tif 000058
【０２３４】
ところで、前述（図６参照）の吸気弁開モデルと同様に、各気筒の筒内容積の変化によりスロットル下流圧力および筒内圧力が変化するので、これらも考慮する必要がある。
そこで、スロットル通過流量の推定の際に、まず所定周期ΔＣＡの間にスロットル弁１からの流量がないと仮定したうえで、各気筒の筒内容積が変化したときのスロットル下流圧力および筒内圧力を以下の式（１２）により推定し、推定したスロットル下流圧力および筒内圧力に基づき、スロットル通過流量を以下の式（１３）、（１４）のように推定する。
【０２３５】
【数５７】
2007187064.tif 000059
【０２３６】
ただし、式（１１）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０２３７】
【数５８】
2007187064.tif 000060
【０２３８】
なお、式（１３）、（１４）は、前述の式（２）、（３）と同様に、スロットル弁１を通過する吸入空気の速度が音速に達したか否かの指標（スロットル弁１の上流および下流の圧力比）に応じて場合分けしている。
また、第１気筒〜第４気筒のいずれかの気筒の吸気弁３が開き始める時点においては、吸気弁３が開く気筒の開弁開始時点でのクランク角ＩＶＯでの推定下流圧
【数５９】
2007187064.tif 000061
を上記式（１１）で推定したうえで、その推定値を上記式（１２）における所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力
【数６０】
2007187064.tif 000062
として、単位時間当りスロットル通過流量を推定する。
【０２３９】
上記の単位時間当りスロットル通過流量と、所定周期ΔＣＡと、現時点（スロットル弁１からの流量がないと仮定したとき）のスロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力
【数６１】
2007187064.tif 000063
と、スロットル下流容積Ｖ２と現時点の「吸気弁３が開いている各気筒の筒内容積
【数６２】
2007187064.tif 000064
」との和と、吸入空気温度Ｔ１とから、気体の状態方程式を用いて、現時点のスロットル下流圧力および吸気弁が開いている各気筒の筒内圧力を推定する。
【０２４０】
推定したスロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力は、続いて、所定周期ΔＣＡ後のスロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力を推定する際の基礎となる。
以下、上記処理が所定周期ΔＣＡごとに実行される。
【０２４１】
次に、図２５〜図３２のフローチャートとともに、図３３および図３４の説明図を参照しながら、この発明の実施の形態３によるスロットル制御ユニット７Ｂで実行される第３の吸入空気量推定フローについて説明する。
図３３は吸気弁３のバルブタイミング（上段）および所定時期Ａ（下段）の各マップを示す説明図であり、図３４は速度項マップ（３次元マップ）を示す説明図である。
【０２４２】
なお、第３の吸入空気量推定フローにおいては、前述と同様に、図２４の集合部スロットルシステムモデルを用いることとする。
また、スロットル制御ユニット７Ｂには、クランク角ＣＡをパラメータとした各吸気弁３のバルブタイミングマップ（図３３内の吸気弁開閉の判定に使用）が組み込まれている。
【０２４３】
第３の吸入空気量推定フローは、クランク角基準の所定周期ΔＣＡごとに、エンジン制御ユニット８Ｂからスロットル制御ユニット７Ｂに送られるトリガを受けたときに実行される。
すなわち、吸入空気量予測推定制御により、予測推定下流圧、予測推定筒内圧力および燃料制御用吸入空気量を予測推定し、リアルタイム下流圧推定制御により、推定下流圧および推定筒内圧力を推定し、また、スロットル開度予測推定制御により予測推定スロットル開度を予測推定する。
【０２４４】
ここで、図２５〜図３２に示した第３の吸入空気量推定フローの処理手順について、数式を参照しながら、概略的に説明する。
第３の吸入空気量推定フローは、吸入空気量予測推定制御を行う制御ロジック（図３０〜３２）と、リアルタイム下流圧推定制御を行う制御ロジック（ステップｓ２０１、ｓ２０２、ｓ２０４〜ｓ２２３）と、前述（図１２内のステップｓ６５、図１５参照）と同様のスロットル開度予測推定制御を行う制御ロジックと、吸入空気温度および大気圧の補正を行う制御ロジック（ステップｓ２００）とから構成される。
【０２４５】
吸入空気量予測推定制御およびリアルタイム下流圧推定制御においては、上記式（１１）〜（１４）と気体の状態方程式とに基づき、予測推定下流圧および燃料制御用吸入空気量などを算出する。
第３の吸入空気量推定フロー内においては、上記式（１３）、（１４）で示した単位時間当りスロットル通過流量と気体の状態方程式とに基づき、所定周期ΔＣＡ間のスロットル通過流量によって変化するスロットル下流圧力を以下の式（１５）から算出する。
【０２４６】
【数６３】
2007187064.tif 000065
【０２４７】
ただし、式（１５）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０２４８】
【数６４】
2007187064.tif 000066
【０２４９】
ここで、面積項は、スロットル流路面積を示し、前述の実施の形態１と同様に、スロットル開度ＴＨをパラメータとした面積項マップ（図１７参照）から算出される。
マップ値は、実際にスロットル通過流量を測定してその測定値に基づいて算出するか、または、スロットル開口部の投影面積から計算するなどにより決定される。
また、式（１５）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０２５０】
【数６５】
2007187064.tif 000067
【０２５１】
ここで、速度項は、「スロットル部の単位面積当り流量および単位時間当り流量」に気体定数および吸入空気温度を乗算したものであり、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとスロットル上流圧力Ｐ１との比「Ｐ２＿ｏｌｄ／Ｐ１」と、スロットル上流圧力Ｐ１の２乗と吸入空気温度Ｔ１との比「Ｐ１２／Ｔ１」とをパラメータとした３次元マップからなる速度項マップ（図３４参照）に基づいて算出される。
【０２５２】
図３４に示す速度項マップにおいて、「Ｐ１２／Ｔ１」を固定パラメータとして見た場合のＹ−Ｙ’軸上（左下の２点鎖線枠内参照）の特性図（横軸が「Ｐ２＿ｏｌｄ／Ｐ１」）では、前述の図１８と同様の傾向となる。
一方、「Ｐ２＿ｏｌｄ／Ｐ１」を固定パラメータとして見た場合のＸ−Ｘ’軸上（右上の２点鎖線枠内参照）の特性図（横軸が「Ｐ１２／Ｔ１」）では、１次関数にしたがう比例増加の関係となる。
また、式（１５）内の変数は、以下のとおりである。
【０２５３】
【数６６】
2007187064.tif 000068
【０２５４】
なお、体積項（各気筒の筒内容積）の値は、上述したとおり、上下動するピストンによりクランク角ＣＡに応じて変化する。そこで、吸気弁３が開いている各気筒（吸気弁閉成完了時点ＩＶＣに達した気筒を含む）の筒内容積Ｖｋ＿ｎｅｗ（ｋ＝４〜７：ただし、吸気弁３が閉じている気筒および開弁開始時点ＩＶＯに達した気筒は無視する）は、前述と同様に、クランク角ＣＡをパラメータとした筒内容積マップ（図１９参照）に基づいて算出する。
【０２５５】
ここで、各気筒の筒内容積は、同時期では値が異なるものの、単に位相をずらした形で表される。よって、クランク角ＣＡをパラメータとした筒内容積マップとしては、第１気筒の筒内容積を算出するものとし、第２気筒〜第４気筒の各筒内容積に関しては、クランク角ＣＡの位相をずらすことで筒内容積マップを用いて算出することとする。
たとえば、第３気筒の筒内容積を求める場合、クランク角ＣＡを１８０°遅角させた値をパラメータとして筒内容積マップを参照することになる。
さらに、式（１５）内の変数は、以下のとおりである。
【０２５６】
【数６７】
2007187064.tif 000069
【０２５７】
また、上記式（１１）で説明したように、いずれかの気筒１０の吸気弁３の開弁開始時点ＩＶＯでのスロットル通過流量を推定する場合、まず、吸気弁３の開弁開始時点ＩＶＯでのスロットル下流圧力および吸気弁３が開いている筒内圧力と、制御対象気筒の筒内圧力とが平衡したときの圧力を推定する必要がある。
したがって、第３の吸入空気量推定フロー内では、前述の式（１１）に基づく以下の式（１６）により、上記のように平衡したときの圧力を算出する。
【０２５８】
【数６８】
2007187064.tif 000070
【０２５９】
ただし、式（１６）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０２６０】
【数６９】
2007187064.tif 000071
【０２６１】
さらに、前述の式（１２）のように、集合部スロットルシステムモデル（図２４）に基づいてスロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力などを算出する際に、所定周期ΔＣＡ間でスロットル弁１からの流量がないと仮定したうえで、各気筒の筒内容積が変化した後のスロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力を算出する必要がある。
したがって、第３の吸入空気量推定フロー内では、各気筒１０の筒内容積が変化した後のスロットル下流圧力および筒内圧力を以下の式（１７）により算出する。
【０２６２】
【数７０】
2007187064.tif 000072
【０２６３】
ただし、式（１７）において、各変数は、それぞれ、以下を示している。
【０２６４】
【数７１】
2007187064.tif 000073
【０２６５】
このように、上記式（１５）〜（１７）を用いて、スロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力を推定または予測推定する。
また、予測推定される燃料制御用筒内圧力および筒内容積と吸入空気温度とから、気体の状態方程式を用いて、吸気弁閉成完了時点で筒内に吸引した吸入空気量を予測推定することができる。
【０２６６】
以下、第３の吸入空気量推定フローについて、フローチャート内のステップごとに詳細に説明する。
なお、第３の吸入空気量推定フロー内では、上記式（１５）〜（１７）における現時点のクランク角をＣＡ１、計算周期をΔＣＡ１とおいて、ＣＡ１、ΔＣＡ１に値を代入するものとする。
また、各ステップｓ２２、ｓ６４、ｓ６５は、前述（実施の形態１参照）と同一処理を実行するものとする。
【０２６７】
図２５において、スロットル制御ユニット７Ｂは、まず、エンジン制御ユニット８Ｂから、大気圧、吸入空気温度（大気圧センサ１５および温度センサ１６の検出値）を読み込み（ステップｓ２００）、読み込んだ大気圧センサ値をＰ１に代入し、吸入空気温度センサ値をＴ１に代入する。
【０２６８】
続いて、エンジンが作動中か否かを判定し（ステップｓ２０１）、エンジン停止中（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、スロットル弁１を介して吸気流量がスロットル下流容積に溜まり、スロットル下流圧力が大気圧まで回復する状態なので、前述（図７）のステップｓ３と同様に、「Ｐ２＿ｏｌｄ＝Ｐ１」を実行する（ステップｓ２０３）。
以下、ノード「７」を介して図７に進み、第３の吸入空気量推定フローを終了して、次のトリガを受け取るまで待機する。
【０２６９】
一方、ステップｓ２０１において、エンジン作動中（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、エンジン制御ユニット８Ｂからクランク角ＣＡ、エンジン回転数Ｎｅを読み込むとともに、スロットルアクチュエータ６からスロットル開度ＴＨを読み込み（ステップｓ２０２）、続いて、各気筒の吸気弁のバルブタイミングマップ（図３３内の上段）を参照して、前サイクル（＝ＣＡ−ΔＣＡ）から現時点（＝ＣＡ）までの間に、いずれかの気筒のクランク角ＩＶＣまたはＩＶＯに到達したか否かを判定する（ステップｓ２０４）。
【０２７０】
ステップｓ２０４において、いずれかの気筒のＩＶＣまたはＩＶＯに到達した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、後述する処理（ステップｓ２０６）に進む。
一方、ステップｓ２０４において、いずれの気筒もＩＶＣまたはＩＶＯに到達していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ノード「１」を介して図２７内の処理に進み、ステップｓ２０５およびｓ２２３により、リアルタイム下流圧推定制御を実行し、クランク角ＣＡでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出する。
【０２７１】
図２７において、まず、「ΔＣＡ１＝ΔＣＡ」と「ＣＡ１＝ＣＡ」とを実行し（ステップｓ２０５）、続いて、推定下流圧計算を実行する（ステップｓ２２３）。
推定下流圧計算（ステップｓ２２３）は、図２８に示すように、ステップｓ２３０〜ｓ２４１により構成される。
【０２７２】
図２８において、まず、エンジン回転数Ｎｅと所定周期ΔＣＡ１とから時間項
【数７２】
2007187064.tif 000074
を算出する（ステップｓ２３０）。
続いて、現時点のクランク角ＣＡ１と筒内容積マップ（図１９参照）とに基づいて、クランク角ＣＡ１での吸気弁３の開いている各気筒（ＩＶＣに達した気筒を含む）の筒内容積の和
【数７３】
2007187064.tif 000075
を算出するとともに、算出した筒内容積の和を今回筒内容積Ｖｎｅｗに代入し、今回筒内容積Ｖｎｅｗとスロットル下流容積Ｖ２とから体積項
【数７４】
2007187064.tif 000076
を算出する（ステップｓ２３１）。
【０２７３】
次に、前述の式（１７）を用いて、クランク角ＣＡ１での（スロットル弁１からの流量がないと仮定したときの）推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出する（ステップｓ２３２）。
続いて、前述（図１０）のステップｓ３２と同様に、以下の処理を実行する（ステップｓ２３３）。
【０２７４】
【数７５】
2007187064.tif 000077
【０２７５】
また、前述の比
【数７６】
2007187064.tif 000078
と速度項マップ（図３４）とから、速度項
【数７７】
2007187064.tif 000079
を算出するとともに（ステップｓ２３４）、スロットル開度ＴＨと面積項マップ（図１７）とから、面積項
【数７８】
2007187064.tif 000080
を算出する（ステップｓ２３５）。
【０２７６】
また、式（１５）から、クランク角ＣＡ１での推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出し（ステップｓ２３６）、続いて、各吸気弁３のバルブタイミングマップ（図３３内の上段）から、クランク角ＣＡ１が第１気筒〜第４気筒のいずれかの気筒のＩＶＣまたはＩＶＯであるか否かを判定する（ステップｓ２３７）。
ステップｓ２３７において、クランク角ＣＡ１が第１気筒〜第４気筒のいずれの気筒のＩＶＣまたはＩＶＯでもない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、以下のように、今回筒内容積Ｖｎｅｗを前回値として代入する処理を実行する（ステップｓ２３８）。
【０２７７】
【数７９】
2007187064.tif 000081
【０２７８】
続いて、ステップｓ２３３と同様に、以下の処理を実行する（ステップｓ２４１）。
【０２７９】
【数８０】
2007187064.tif 000082
【０２８０】
以下、図２８の処理ルーチンを終了して、後述する図２７内の判定処理（ステップｓ２２４）に進む。
一方、ステップｓ２３７において、クランク角ＣＡ１が第１気筒〜第４気筒のいずれかの気筒のＩＶＣまたはＩＶＯである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、筒内容積マップ（図１９）を用いて、
【数８１】
2007187064.tif 000083
を算出する（ステップｓ２３９、ｓ２４０）。
この場合、今回筒内容積Ｖｎｅｗが「吸気弁３が開いている各気筒（ＩＶＣに達した気筒を含む）の筒内容積の和」であるのに対し、前回筒内容積Ｖｏｌｄは、「吸気弁３が開いている各気筒（ＩＶＯに達した気筒を含む）の筒内容積の和」であって、Ｖｎｅｗとは定義が異なる。
【０２８１】
したがって、クランク角ＣＡ１が第１気筒〜第４気筒のいずれかの気筒のＩＶＣまたはＩＶＯである場合には、単純に、
【数８２】
2007187064.tif 000084
と代入することができないので、ステップｓ２３９およびｓ２４０のように、ステップｓ２３８の処理とは場合分けしている。
すなわち、クランク角ＣＡ１と筒内容積マップとからクランク角ＣＡ１での「吸気弁３が開いている各気筒（ＩＶＣを含む）の筒内容積の和」
【数８３】
2007187064.tif 000085
を算出したうえで（ステップｓ２３９）、以下の処理を実行する（ステップｓ２４０）。
【０２８２】
【数８４】
2007187064.tif 000086
【０２８３】
その後、ステップｓ２４１に進み、以下のように前述の処理を実行し、図２７内の判定ステップｓ２２４（後述する）に進む。
【０２８４】
【数８５】
2007187064.tif 000087
【０２８５】
一方、図２５に戻り、ステップｓ２０４において、いずれかの気筒のＩＶＣまたはＩＶＯに到達した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、所定周期ΔＣＡ間をＩＶＣまたはＩＶＯごとに区切って、以下のように、推定下流圧などの算出処理を実行する（ステップｓ２０６〜ｓ２２３）。
この算出処理の実行理由は、前述の式（１１）〜（１７）に関連して述べたように、たとえば、開弁開始時点ＩＶＯでは、吸気弁３が開き始める気筒の筒内圧力と「スロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力」とが平衡したときの圧力を算出する必要があるからである。
【０２８６】
まず、各気筒の吸気弁３のバルブタイミングマップ（図３３内の上段）を参照することにより、到達したいずれかの気筒のＩＶＣまたはＩＶＯのうち、一番早く到達したのはＩＶＯの方であるか否かを判定する（ステップｓ２０６）。
ステップｓ２０６において、ＩＶＣの方が早く到達した（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、後述する処理（ステップｓ２１５に進む。
【０２８７】
一方、ステップｓ２０６において、ＩＶＯの方が早く到達した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、先に到達したクランク角ＩＶＯ（以下、「ＩＶＯ＿Ｆ」という）での推定下流圧を算出するために、「ΔＣＡ１＝ＩＶＯ＿Ｆ−（ＣＡ−ΔＣＡ）」と「ＣＡ１＝ＩＶＯ＿Ｆ」とを実行する（ステップｓ２０７）。
また、前述（図２７内のステップｓ２２３）と同様に、推定下流圧計算を実行して（ステップｓ２０８）、クランク角ＩＶＯ＿Ｆでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出し（ステップｓ２０８）、ＩＶＯ計算を実行する（ステップｓ２０９）。
【０２８８】
ＩＶＯ計算（ステップｓ２０９）は、図２９に示すとおり、ステップｓ２４２およびｓ２４３により構成される。
図２９において、まず、開弁開始時点のクランク角ＩＶＯ（ここでは、早く到達したＩＶＯ＿Ｆ）での「スロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力」と吸気弁３が開き始める気筒の筒内圧力とが平衡したときの圧力を、前述の式（１６）を用いた算出処理により推定する（ステップｓ２４２）。
続いて、ステップｓ２３３およびｓ２４１と同様に、以下の処理を実行する（ステップｓ２４３）。
【０２８９】
【数８６】
2007187064.tif 000088
【０２９０】
以下、図２９の処理ルーチンを終了して、図２５内のステップｓ２１０に進み、クランク角ＩＶＯ＿Ｆに到達した後、クランク角ＣＡに至るまでに、いずれかの気筒のＩＶＣにも到達したか否かを判定する（ステップｓ２１０）。
ステップｓ２１０において、いずれの気筒のＩＶＣにも到達しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ノード「３」を介して、後述する図２６内の処理（ステップｓ２１４）に進む。
【０２９１】
一方、ステップｓ２１０において、いずれかの気筒のＩＶＣに到達した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ノード「２」を介して図２６内の処理に進み、ＩＶＯ＿Ｆより後に到達したクランク角ＩＶＣ（以下、「ＩＶＣ＿Ｌ」という）での推定下流圧などを算出するために、「ΔＣＡ１＝ＩＶＣ＿Ｌ−ＩＶＯ＿Ｆ」と「ＣＡ１＝ＩＶＣ＿Ｌ」とを実行する（ステップｓ２１１）。
【０２９２】
続いて、前述（図２７内のステップｓ２２３）と同様の推定下流圧計算を実行して、クランク角ＩＶＣ＿Ｌでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出する（ステップｓ２１２）。
また、クランク角ＣＡでの推定下流圧などを算出するために、「ΔＣＡ１＝ＣＡ−ＩＶＣ＿Ｌ」と「ＣＡ１＝ＣＡ」とを実行し（ステップｓ２１３）、ノード「６」を介して図２７内のステップｓ２２３に進み、クランク角ＣＡでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出した後、ステップｓ２２４（後述する）に進む。
【０２９３】
一方、図２５内のステップｓ２１０において、ＩＶＯ＿Ｆに到達後からクランク角ＣＡに至るまでに、いずれの気筒のＩＶＣにも到達しない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合には、図２６内のステップｓ２１４に進み、クランク角ＣＡでの推定下流圧などを算出するために、「ΔＣＡ１＝ＣＡ−ＩＶＯ＿Ｆ」と「ＣＡ１＝ＣＡ」とを実行する。
続いて、ノード「６」を介して図２７内のステップｓ２２３に進み、クランク角ＣＡでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出した後、ステップｓ２２４に進む。
【０２９４】
一方、図２５内のステップｓ２０６において、到達したいずれかの気筒のＩＶＣまたはＩＶＯのうち、早く到達したのはＩＶＣである（すなわち、ＮＯ）と判定された場合には、先に到達したＩＶＣ（以下、「ＩＶＣ＿Ｆ」という）での推定下流圧を算出するために、「ΔＣＡ１＝ＩＶＣ＿Ｆ−（ＣＡ−ΔＣＡ）」と「ＣＡ１＝ＩＶＣ＿Ｆ」とを実行する（ステップｓ２１５）。
【０２９５】
また、前述（ステップｓ２０８、ｓ２２３）と同様に、推定下流圧計算を実行して（ステップｓ２１６）、クランク角ＩＶＣ＿Ｆでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出する。
続いて、ＩＶＣ＿Ｆに到達後からクランク角ＣＡに至るまでに、いずれかの気筒のＩＶＯにも到達したか否かを判定する（ステップｓ２１７）。
【０２９６】
ステップｓ２１７において、いずれの気筒のＩＶＣにも到達しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ノード「５」を介して、後述する図２６内の処理（ステップｓ２２２）に進む。
一方、ステップｓ２１７において、いずれかの気筒のＩＶＯに到達した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ノード「４」を介して図２６内のステップｓ２１８に進み、クランク角ＩＶＣ＿Ｆよりも後に到達したクランク角ＩＶＯ（以下、「ＩＶＯ＿Ｌ」という）での推定下流圧などを算出するために、「ΔＣＡ１＝ＩＶＯ＿Ｌ−ＩＶＣ＿Ｆ」と「ＣＡ１＝ＩＶＯ＿Ｌ」との処理を実行する。
【０２９７】
続いて、前述（ステップｓ２２３）と同様に、推定下流圧計算を実行して（ステップｓ２１９）、ＩＶＣ＿Ｆよりも後に到達したクランク角ＩＶＯ＿Ｌでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出する。
また、前述（ステップｓ２０９）と同様に、ＩＶＯ計算を実行して（ステップｓ２２０）、クランク角ＩＶＯ（ここでは、ＩＶＯ＿Ｌ）での「スロットル下流圧力および吸気弁３が開いている各気筒の筒内圧力」と吸気弁３が開き始める気筒の筒内圧力とが平衡したときの圧力を推定する。
【０２９８】
続いて、クランク角ＣＡでの推定下流圧などを算出するために、「ΔＣＡ１＝ＣＡ−ＩＶＯ＿Ｌ」と「ＣＡ１＝ＣＡ」との処理を実行し（ステップｓ２２１）、ノード「６」を介して図２７内のステップｓ２２３に進む。
以下、前述と同様に、クランク角ＣＡでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出し（ステップｓ２２３）、ステップｓ２２４に進む。
【０２９９】
一方、ステップｓ２１７において、ＩＶＣ＿Ｆへの到達後からクランク角ＣＡに至るまでに、いずれの気筒のＩＶＣにも到達しない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合は、図２６内のステップｓ２２２に進み、クランク角ＣＡでの推定下流圧などを算出するために、「ΔＣＡ１＝ＣＡ−ＩＶＣ＿Ｆ」と「ＣＡ１＝ＣＡ」との処理を実行する。
以下、ノード「６」を介して図２７内のステップｓ２２３に進み、前述と同様に、クランク角ＣＡでの推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出した後、ステップｓ２２４に進む。
【０３００】
以上のように、ステップｓ２０１〜ｓ２２３からなるリアルタイム下流圧推定制御により、推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力を算出する。
続いて、図２７内のステップｓ２２４〜ｓ２２５において、吸入空気量予測推定制御の判定処理と、吸入空気量予測推定制御およびスロットル開度予測推定制御とを実行する。
【０３０１】
まず、図２７内の判定処理において、クランク角ＣＡがいずれかの気筒の所定時期Ａであるか否かを判定する（ステップｓ２２４）。
なお、各気筒の所定時期Ａは、エンジン回転数Ｎｅと所定時期Ａマップ（図３３内の下段のエンジン回転数Ｎｅをパラメータとしたマップ）とから算出される。
図３３において、下段マップから分かるように、各気筒の所定時期Ａは、エンジン回転数Ｎｅ（１点鎖線参照）が増加するにつれて、推定処理時間を確保するために、吸入空気量予測推定制御の開始時期が早まる方向に、所定周期ΔＣＡずつシフトされる。
【０３０２】
上記ステップｓ２２４において、クランク角ＣＡがいずれの気筒の所定時期Ａでもない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、後述する判定処理（ステップｓ２２６）に進む。
一方、ステップｓ２２４において、クランク角ＣＡがいずれかの気筒の所定時期Ａである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、吸入空気量予測推定制御およびスロットル開度予測推定制御による燃料制御用吸入空気量の算出処理を実行する（ステップｓ２２５）。
【０３０３】
燃料制御用吸入空気量の算出処理（ステップｓ２２５）は、図３０〜図３２に示す処理（ステップｓ２４４〜ｓ２７４、ｓ６４および６５）により構成される。
【０３０４】
まず、図３０内のステップｓ２４４〜ｓ２４６およびｓ６４により、吸入空気量予測推定制御およびスロットル開度予測推定制御の前準備処理を実行する。
【０３０５】
また、図３０〜図３２内のステップｓ２４７〜ｓ２７１およびｓ６５において、スロットル開度予測推定制御による予測推定スロットル開度を算出したうえで、吸入空気量予測推定制御により、制御対象気筒（燃料制御用吸入空気量算出の対象気筒）のクランク角ＩＶＣでの予測推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の予測推定筒内圧力（＝燃料制御用下流圧および燃料制御用筒内圧力）を算出する。
【０３０６】
さらに、図３２内のステップｓ２７２により、燃料制御用筒内圧力から燃料制御用吸入空気量を算出した後、ステップｓ２７３およびｓ２７４を介して燃料制御用吸入空気量の算出処理（図２７内のステップｓ２２５）を終了し、ステップｓ２２６に進む。
次に、図３０〜図３２とともに、数式を参照しながら、燃料制御用吸入空気量の算出処理の各ステップについて説明する。
【０３０７】
図３０において、まず、「ＣＡ’＝ＣＡ」と「ＴＨＥ＝ＴＨ」との処理を実行する（ステップｓ２４４）。
ここで、ＣＡ’は吸入空気量予測推定制御およびスロットル開度予測推定制御を実行する際に用いるクランク角であり、ＴＨＥは吸入空気量予測推定制御の際に用いる予測推定スロットル開度である。
【０３０８】
続いて、前述のステップｓ４３と同様に、以下のように、現時点（所定時期Ａ）でのスロットル下流圧力を設定する（ステップｓ２４５）。
【０３０９】
【数８７】
2007187064.tif 000089
【０３１０】
また、以下のように、現時点（所定時期Ａ）での筒内容積を設定する（ステップｓ２４６）。
【０３１１】
【数８８】
2007187064.tif 000090
【０３１２】
また、上記処理を実行して、現時点（＝制御対象気筒の所定時期Ａ）での「推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の推定筒内圧力」と「吸気弁３が開いている各気筒（ＩＶＯに達した気筒を含む）の筒内容積の和」を保存する。
【０３１３】
さらに、前述の式（２０）から、スロットル開度予測推定制御で用いる直線補間の傾きＤＡＢを算出し（ステップｓ６４）、次のループ制御（ステップｓ２４７〜ｓ２７１およびｓ６５）に進む。
ステップｓ２４７〜ｓ２７１およびｓ６５は、クランク角ＣＡ’が制御対象気筒のＩＶＣに達するまで、ループ実行される。
【０３１４】
まず、図３０において、「ＣＡ’＝ＣＡ’＋ΔＣＡ」を実行して（ステップｓ２４８）、クランク角ＣＡ’を所定周期ΔＣＡ分だけ進めた後、前述（図１２、図１５参照）と同様の処理（ステップｓ６５）を実行し、予測推定スロットル開度計算により、予測推定スロットル開度ＴＨＥを算出する。
【０３１５】
続く処理（ステップｓ２４９〜ｓ２７０）は、図２５〜図２７と図３０〜図３２との各フローチャートを見比べれば分かるように、クランク角ＣＡがＣＡ’となっている点と、推定下流圧計算での面積項
【数８９】
2007187064.tif 000091
の算出において、スロットル開度ＴＨではなく予測推定スロットル開度ＴＨＥを用いる点とを除けば、基本的に図２５〜図２７の処理（ステップｓ２０４〜ｓ２２３）と同様である。
すなわち、上記各フローチャートの処理は、以下の（ｄ）、（ｅ）のように対応するので、ステップｓ２４９〜ｓ２７０については詳述を省略する。
【０３１６】
（ｄ）「ステップｓ２４９、ｓ２５０、ｓ２７０」は、前述の「ステップｓ２０４、ｓ２０５、ｓ２２３（前回クランク角ＣＡ−ΔＣＡから今回クランク角ＣＡまでの間に、いずれの気筒のＩＶＯおよびＩＶＣにも到達しない状態）」に対応する。
（ｅ）「ステップｓ２４９、ｓ２５１〜ｓ２５５、ｓ２６０、ｓ２７０」は、前述の「ステップｓ２０４、ｓ２０６〜ｓ２１０、ｓ２１４、ｓ２２３（ＣＡ−ΔＣＡからＣＡまでの間に、いずれかの気筒のＩＶＯに到達する状態）」に対応する。
【０３１７】
なお、前述の「ステップｓ２０４、ｓ２０６〜ｓ２１３、ｓ２２３（ＣＡ−ΔＣＡからＣＡまでの間に、まず、いずれかの気筒のＩＶＯに到達した後、いずれかの気筒のＩＶＣに到達する状態）」に関して、吸入空気量予測推定制御の目的は、制御対象気筒のＩＶＣでの予測推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の予測推定筒内圧力を算出することにある。
【０３１８】
したがって、前述の「ステップｓ２０４、ｓ２０６〜ｓ２１３、ｓ２２３」と、図３０〜図３２内の「ステップｓ２４９、ｓ２５１〜ｓ２５７、ｓ２５９、ｓ２７０」とが対応したうえで、図３１内のステップｓ２５７（クランク角ＩＶＣ＿Ｌでの予測推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の予測推定筒内圧力の算出処理）の実行後に、ステップｓ２５８（クランク角ＩＶＣ＿Ｌが制御対象気筒のクランク角ＩＶＣであるか否かを判定する制御ロジック）が組み込まれている。
【０３１９】
これにより、図３１内のステップｓ２５８において、クランク角ＩＶＣ＿Ｌが制御対象気筒のクランク角ＩＶＣでない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップｓ２５９に進み、ＩＶＣ＿Ｌが制御対象気筒のＩＶＣである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ノード「１１」を介して図３２内のステップｓ２７１に進み、ループ制御を抜け出るようになっている。
【０３２０】
同様にして、図３０〜図３２の「ステップｓ２４９、ｓ２５１、ｓ２６１、ｓ２６２、ｓ２６４〜ｓ２６８、ｓ２７０」は、前述の「ステップｓ２０４、ｓ２０６、ｓ２１５〜ｓ２２１、ｓ２２３（ＣＡ−ΔＣＡからＣＡまでの間に、まず、いずれかの気筒のＩＶＣに到達した後、いずれかの気筒のＩＶＯに到達する状態）」に対応したうえで、ステップｓ２６２（ＩＶＣ＿Ｆでの予測推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の予測推定筒内圧力の算出処理）の後に、図３１内のステップｓ２６３において、ステップｓ２５８と同様の判定制御処理が組み込まれている。
【０３２１】
また、「ステップｓ２４９、ｓ２５１、ｓ２６１、ｓ２６２、ｓ２６４、ｓ２６９、ｓ２７０」は、前述の「ステップｓ２０４、ｓ２０６、ｓ２１５〜ｓ２１７、ｓ２２２、ｓ２２３（ＣＡ−ΔＣＡからＣＡまでの間に、いずれかの気筒のＩＶＣに到達する状態）」に対応したうえで、ステップｓ２６２（ＩＶＣ＿Ｆでの予測推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の予測推定筒内圧力の算出処理）の後に、ステップｓ２６３において、ステップｓ２５８と同様の判定制御処理が組み込まれている。
【０３２２】
さらに、上述したように、ステップｓ２５３、ｓ２５７、ｓ２６２、ｓ２６６、ｓ２７０での推定下流圧計算におけるステップｓ２３５（図２８参照）の面積項
【数９０】
2007187064.tif 000092
の算出においては、スロットル開度ＴＨではなく、予測推定スロットル開度ＴＨＥが用いられている。
【０３２３】
上記推定演算により、制御対象気筒のＩＶＣでの予測推定下流圧および吸気弁３が開いている各気筒の予測推定筒内圧力（＝燃料制御用下流圧および燃料制御用筒内圧力）を算出した後、図３２内のステップｓ２７２に進む。
ステップｓ２７２においては、燃料制御用筒内圧力、制御対象気筒のＩＶＣでの筒内容積および吸入空気温度に基づき、気体の状態方程式を用いて、燃料制御用吸入空気量を算出し、算出した燃料制御用吸入空気量をエンジン制御ユニット８Ｂに送信した後、ステップｓ２７３に進む。
【０３２４】
ステップｓ２７３においては、前述ステップｓ６３と同様に、所定周期ΔＣＡ前のスロットル下流圧力Ｐ２＿ｏｌｄとして、以下のように、所定時期Ａでのスロットル下流圧力を設定する。
【０３２５】
【数９１】
2007187064.tif 000093
【０３２６】
続いて、ステップｓ２７４において、以下のように、現時点（所定時期Ａ）での筒内容積を前回値として設定する。
【０３２７】
【数９２】
2007187064.tif 000094
これにより、次のトリガを受け取った後に実行するリアルタイム下流圧推定制御に備えた状態として、燃料制御用吸入空気量の計算処理ルーチンを終了し、図２７内のステップｓ２２６に進む。
【０３２８】
ステップｓ２２６においては、クランク角ＣＡが各気筒の所定時期Ａの算出時期であるか否かを判定する。
所定時期Ａの算出時期は、たとえば第１気筒の吸気行程のＴＤＣ（上死点クランク角）などに設定され、４ストロークサイクルに１回程度の頻度となるようしておく。
ステップｓ２２６において、クランク角ＣＡが所定時期Ａ（算出時期）でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、前述（図９参照）と同様のステップｓ２２に進む。
【０３２９】
一方、ステップｓ２２６において、クランク角ＣＡが所定時期Ａ（算出時期）である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、各気筒の所定時期Ａをエンジン回転数Ｎｅと所定時期Ａマップ（図３３内の下段参照）から算出して（ステップｓ２２７）、ステップｓ２２に進む。
【０３３０】
ステップｓ２２においては、前述（実施の形態１）と同様に、以下の処理を実行する。
【０３３１】
【数９３】
2007187064.tif 000095
【０３３２】
これにより、現時点でのスロットル開度を保存したうえで、第３の吸入空気量推定フローを終了し、次のトリガを受け取るまで待機する。
以下、スロットル制御ユニット７Ｂは、以上の処理を、内燃機関の始動時から停止時までにわたって実行する。
【０３３３】
以上のように、この発明の実施の形態３に係る内燃機関制御装置（図２３参照）は、内燃機関の複数の気筒１０の各々に対応する複数の独立吸気管と、各独立吸気管の一端に連通された集合部と、集合部に配設された吸入空気量制限手段（スロットル弁１）とを備え、スロットル弁１およびスロットル制御ユニット７Ｂを含む吸入空気量推定手段は、吸入空気量制御手段（スロットル弁１）の上流側から容積変化を考慮した筒内までの吸気通路をモデル化した吸入空気量推定モデル（図２４の集合部スロットルシステムモデル）を有する。
【０３３４】
これにより、制御対象気筒の燃料噴射を開始する時期までにクランク角に先駆けて制御対象気筒の吸気弁閉成完了時点の吸入空気量を予測推定する際に、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル流路面積を予測推定するとともに、吸入空気量推定開始時期から吸気弁閉成完了時点までの間のスロットル流路面積変化を考慮することができるので、特に内燃機関の過渡運転時において高精度な燃料噴射制御を実現することができる。
すなわち、図２３に示す集合部スロットルシステムにおいても、前述の実施の形態１、２と同様に、推定した制御対象気筒への燃料制御用吸入空気量を用いて、高精度な燃料噴射制御を行うことができる。
【０３３５】
また、内燃機関の運転状態を検出する各種センサとして、スロットル弁１の上流側の吸気通路に、大気圧を検出する大気圧センサ１５および温度センサ１６が設けられており、吸入空気量制御手段の上流側の圧力は、大気圧センサにより検出される大気圧に基づいて補正され、吸入空気温度は、温度センサ１６の検出信号に基づいて補正される。
このように、各センサ検出値に基づいて、一定期間ごとに大気圧と吸入空気温度を補正することにより、さらに高精度な燃料制御用吸入空気量を推定することができる。
【０３３６】
なお、大気圧および吸入空気温度の補正処理は、前述の実施の形態１、２においても、スロットル弁１の上流側に大気圧センサ１５および温度センサ１６を設け、上記実施の形態３と同様の補正制御を組み込むことにより、適用することができる。
【０３３７】
また、上記実施の形態１〜３（図１、図２１、図２３）では、吸入空気量制御手段として、スロットル制御ユニット７、７Ａ、７Ｂの制御下で駆動されるスロットルアクチュエータ６およびスロットル弁１からなる電子スロットルを用いた場合について説明したが、通常のワイヤ駆動式の機械スロットル弁を用いた場合にも同様に適用可能なことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０３３８】
【図１】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定手段による吸入空気量予測推定制御の際に用いられるスロットル開度と実際のスロットル開度との関係を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１における実際のスロットル下流圧力と推定下流圧と予測推定下流圧との関係を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置のシステム全体を概略的に示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるスロットル開度予測推定制御で推定された予測推定スロットル開度の時間変化特性を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１における吸気弁閉モデルを示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１における吸気弁開モデルを示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態１における第１の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態１における吸気弁のバルブタイミングマップを示す説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態１における面積項マップを示す説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態１における速度項マップを示す説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態１における筒内容積マップを示す説明図である。
【図２０】この発明の実施の形態１における所定時期Ａマップを示す説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態２に係る内燃機関制御装置のシステム全体を概略的に示す構成図である。
【図２２】この発明の実施の形態２における第２の吸入空気量推定フローを示すフローチャートである。
【図２３】この発明の実施の形態３に係る内燃機関制御装置のシステム全体を概略的に示す構成図である。
【図２４】この発明の実施の形態３における集合部スロットルシステムモデルを示す説明図である。
【図２５】この発明の実施の形態３における第３の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図２６】この発明の実施の形態３における第３の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図２７】この発明の実施の形態３における第３の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図２８】この発明の実施の形態３における第３の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図２９】この発明の実施の形態３における第３の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図３０】この発明の実施の形態３における第３の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図３１】この発明の実施の形態３における第３の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図３２】この発明の実施の形態３における第３の吸入空気量推定フローの一部を示すフローチャートである。
【図３３】この発明の実施の形態３における吸気弁のバルブタイミングマップおよび所定時期Ａマップを示す説明図である。
【図３４】この発明の実施の形態３における速度項マップを示す説明図である。
【図３５】従来の４気筒エンジンにおける燃料噴射開始時期と噴射制御時に参照する吸入空気量との関係を各気筒の行程表で示す説明図である。
【図３６】従来装置および第１の吸入空気量推定手段のみによる過渡運転時における実際の吸入空気量と燃料量算出に用いられる吸入空気量との関係を特性曲線で示す説明図である。
【符号の説明】
【０３３９】
１  スロットル弁、２  燃料噴射弁、３  吸気弁、５  クランク角センサ、６  スロットルアクチュエータ、７、７Ａ、７Ｂ  スロットル制御ユニット、８、８Ｂ  エンジン制御ユニット、９  スロットル下流側、１０  気筒、１２  クランク軸、１４  圧力センサ、１５  大気圧センサ、１６  温度センサ。
【図１】
2007187064.tif 000096
【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】
2007187064.tif 000102
【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】
2007187064.tif 000108
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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