(57)【要約】【課題】  過渡運転時において内燃機関を適切に制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】  この制御装置は、筒内空気量KLを推定する空気モデルＭ３０と、筒内空気量KLに基づいて噴射燃料量τを決定する噴射燃料量決定手段Ｍ４０と、を備える。空気モデルＭ３０が含むスロットルモデルＭ３１は、流れの乱れの程度等を表す指標として流量係数μを用いてスロットル通過空気流量mtを推定する。そこで、この制御装置は、スロットル弁駆動速度vを取得し、取得されたスロットル弁駆動速度に基づいて流量係数を決定し、決定された流量係数を上記スロットルモデルに適用する。これにより、スロットル弁開度が変化しているとき（過渡運転時）の流量係数が高い精度にて推定される。この結果、噴射燃料量を適切に決定することができ、内燃機関１０を適切に制御することができる。【選択図】  図４
2007016660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路に配設され同吸気通路内を通流する空気の量を変更するように開度を調整可能なスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段と、前記スロットル弁の開度を取得するスロットル弁開度取得手段と、を備える内燃機関に適用され、
前記スロットル弁の開度と、流量係数と、を用いて前記スロットル弁の周囲を通過する空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記スロットル弁の周囲を通過する空気の流量であるスロットル通過空気流量を推定するスロットル通過空気流量推定手段を備え、
前記推定されたスロットル通過空気流量に基づいて前記内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記スロットル弁駆動手段により前記スロットル弁が駆動される速度であるスロットル弁駆動速度を取得するスロットル弁駆動速度取得手段と、
前記取得されたスロットル弁駆動速度に基づいて流量係数を決定する流量係数決定手段と、を備え、
前記スロットル通過空気流量推定手段は、前記取得されたスロットル弁の開度と、前記決定された流量係数と、を前記物理モデルに適用して前記スロットル通過空気流量を推定するように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記流量係数決定手段は、前記取得されたスロットル弁駆動速度が大きくなるにつれて前記決定される流量係数が小さくなるように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記スロットル弁の下流における空気の圧力であるスロットル弁下流圧力を取得するスロットル弁下流圧力取得手段を備え、
前記流量係数決定手段は、更に、前記取得されたスロットル弁下流圧力に基づいて前記流量係数を決定する内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
前記流量係数決定手段は、前記取得されたスロットル弁下流圧力が小さくなるにつれて前記決定される流量係数が小さくなるように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
エンジン回転速度を取得するエンジン回転速度取得手段を備え、
前記流量係数決定手段は、更に、前記取得されたエンジン回転速度に基づいて前記流量係数を決定する内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、
前記流量係数決定手段は、前記取得されたエンジン回転速度が大きくなるにつれて前記決定される流量係数が小さくなるように構成された内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気通路に配設されたスロットル弁の周囲を通過する空気の流量を推定し、推定された空気の流量に基づいて内燃機関を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の制御装置は、内燃機関の制御を行うために燃焼室内に導入された空気量（筒内空気量）を求める必要がある。筒内空気量は、スロットル弁の周囲を通過する空気の流量（スロットル通過空気流量）に基づいて求められる。そこで、従来の装置の１つは、スロットル弁の周囲を通過する空気の挙動を表す物理モデルを用いて、スロットル通過空気流量を求めている。この物理モデルは、スロットル通過空気流量を求める際に、スロットル弁の開度（スロットル弁開度）と、流れの乱れの程度等を表す指標としての流量係数と、を使用する（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
上記従来の装置は、スロットル弁開度が一定であるとき（定常運転時）における流量係数と、スロットル弁開度と、の関係を規定するテーブルを予め記憶していて、このテーブルとスロットル弁開度とに基づいて流量係数を決定し、決定された流量係数とスロットル弁開度とに基づいてスロットル通過空気流量を推定する。更に、この装置は、推定されたスロットル通過空気流量に基づいて筒内空気量を推定し、推定された筒内空気量に基づいて燃料噴射量等を決定し内燃機関を制御する。
【０００４】
上記従来の装置によれば、上記定常運転時は、実際の流量係数が高い精度にて推定されるので、スロットル通過空気流量が高い精度にて推定される。その結果、適切に内燃機関を制御することができる。
【特許文献１】特開２００５−３６６７２号公報
【０００５】
しかしながら、スロットル弁開度が変化しているとき（過渡運転時）は、上記定常運転時と比較してスロットル弁の周囲を通過する空気の流れが乱されやすいため、実際の流量係数が上記定常運転時における値より小さくなる。従って、過渡運転時においては実際の流量係数を高い精度にて推定することができないため、上記従来の装置により適切に内燃機関を制御できない恐れがあった。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は上述した課題に対処するためになされたものであって、その目的は、過渡運転時において内燃機関を適切に制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
かかる目的を達成するため本発明に係る内燃機関の制御装置は、
外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路に配設され同吸気通路内を通流する空気の量を変更するように開度を調整可能なスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段と、前記スロットル弁の開度を取得するスロットル弁開度取得手段と、を備える内燃機関に適用され、
前記スロットル弁の開度と、流量係数と、を用いて前記スロットル弁の周囲を通過する空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記スロットル弁の周囲を通過する空気の流量であるスロットル通過空気流量を推定するスロットル通過空気流量推定手段を備え、
前記推定されたスロットル通過空気流量に基づいて前記内燃機関を制御する。
【０００８】
更に、この制御装置は、前記スロットル弁駆動手段により前記スロットル弁が駆動される速度であるスロットル弁駆動速度を取得するスロットル弁駆動速度取得手段と、
前記取得されたスロットル弁駆動速度に基づいて流量係数を決定する流量係数決定手段と、を備える。
前記スロットル通過空気流量推定手段は、前記取得されたスロットル弁の開度と、前記決定された流量係数と、を前記物理モデルに適用して前記スロットル通過空気流量を推定するように構成される。
【０００９】
スロットル弁が駆動される速度であるスロットル弁駆動速度は、スロットル弁の周囲を通過する空気の流れの乱れの程度をよく表す。従って、上記構成のように、取得されたスロットル弁駆動速度に基づいて流量係数を決定することにより、スロットル弁開度が変化しているとき（過渡運転時）の実際の流量係数が高い精度にて推定される。これにより、スロットル通過空気流量を高い精度にて推定することができる。この結果、例えば、推定されたスロットル通過空気流量に基づいて噴射される燃料の量（噴射燃料量）等の内燃機関の制御量を決定すると、決定された制御量により内燃機関を適切に制御することができる。
【００１０】
この場合、前記流量係数決定手段は、前記取得されたスロットル弁駆動速度が大きくなるにつれて前記決定される流量係数が小さくなるように構成されることが好適である。
【００１１】
スロットル弁駆動速度が大きくなるにつれてスロットル弁の周囲を通過する空気の流れが大きく乱されるので、実際の流量係数は小さくなる。従って、上記構成のように、スロットル弁駆動速度が大きくなるにつれて決定される流量係数が小さくなるように流量係数決定手段を構成することにより、スロットル弁駆動速度に応じた実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【００１２】
この場合、上記制御装置は、前記スロットル弁の下流における空気の圧力であるスロットル弁下流圧力を取得するスロットル弁下流圧力取得手段を備え、
前記流量係数決定手段は、更に、前記取得されたスロットル弁下流圧力に基づいて前記流量係数を決定することが好適である。
【００１３】
スロットル弁が駆動されることにより空気の流れが乱される程度は、スロットル弁下流圧力に応じて変化する。従って、上記構成のように、スロットル弁駆動速度に加えてスロットル弁下流圧力を考慮に入れて流量係数を決定することにより、スロットル弁下流圧力が変化しても実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【００１４】
この場合、前記流量係数決定手段は、前記取得されたスロットル弁下流圧力が小さくなるにつれて前記決定される流量係数が小さくなるように構成されることが好適である。
【００１５】
スロットル弁下流圧力が小さくなると、同スロットル弁下流圧力と、スロットル弁の上流における空気の圧力（スロットル弁上流圧力）と、の差が大きくなるので、スロットル弁が駆動されることにより空気の流れが乱される程度は大きくなる。従って、上記構成のように、スロットル弁下流圧力が小さくなるにつれて決定される流量係数が小さくなるように流量係数決定手段を構成することにより、スロットル弁下流圧力に応じた実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【００１６】
この場合、上記制御装置は、エンジン回転速度を取得するエンジン回転速度取得手段を備え、
前記流量係数決定手段は、更に、前記取得されたエンジン回転速度に基づいて前記流量係数を決定することが好適である。
【００１７】
スロットル弁が駆動されることにより空気の流れが乱される程度は、エンジン回転速度に応じて変化する。従って、上記構成のように、スロットル弁駆動速度に加えてエンジン回転速度を考慮に入れて流量係数を決定することにより、エンジン回転速度が変化しても実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【００１８】
この場合、前記流量係数決定手段は、前記取得されたエンジン回転速度が大きくなるにつれて前記決定される流量係数が小さくなるように構成されることが好適である。
【００１９】
エンジン回転速度が大きくなると、スロットル通過空気流量が多くなるので、スロットル弁が駆動されることにより空気の流れが乱される程度は大きくなる。従って、上記構成のように、エンジン回転速度が大きくなるにつれて決定される流量係数が小さくなるように流量係数決定手段を構成することにより、エンジン回転速度に応じた実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る前記制御装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００２１】
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に燃料と空気とからなる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。
【００２２】
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、ピストン２２のヘッド及びシリンダヘッド部３０は、燃焼室（気筒）２５を形成している。
【００２３】
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及び燃料噴射弁としてのインジェクタ３９を備えている。
【００２４】
インジェクタ３９は、後述する電気制御装置７０が後述する燃料噴射弁制御手段の機能を達成することにより送出される指示信号に応じて、噴射燃料量τの燃料を吸気ポート３１内に噴射するようになっている。
【００２５】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１に連通したサージタンク４２、サージタンク４２に一端が接続され吸気ポート３１とインテークマニホールド４１とサージタンク４２とともに吸気通路を形成する吸気ダクト４３、吸気ダクト４３の他端部から下流（サージタンク４２）に向けて順に吸気ダクト４３に配設されたエアフィルタ４４、スロットル弁４５及びスロットル弁駆動手段としてのスロットル弁アクチュエータ４５ａを備えている。なお、スロットル弁４５から吸気弁３２までの吸気通路は、スロットル弁下流部としての吸気管部を構成している。
【００２６】
スロットル弁４５は吸気ダクト４３に回転可能に支持され、スロットル弁アクチュエータ４５ａにより駆動されることにより開度が調整できるようになっている。これにより、スロットル弁４５は、吸気ダクト４３の通路断面積を可変とするようになっている。スロットル弁４５の開度（スロットル弁開度）は、通路断面積を最小とする状態（スロットル弁全閉状態）におけるスロットル弁４５の位置から回転した角度により定義される。
【００２７】
ＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４５ａは、後述する電気制御装置７０が後述するスロットル弁制御手段の機能を達成することにより送出される駆動信号に応じて、実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θttとなるようにスロットル弁４６を駆動するようになっている。
【００２８】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通し同排気ポート３４とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを含む排気管５１及び排気管５１に配設された三元触媒装置５２を備えている。
【００２９】
一方、このシステムは、圧力センサ６１、温度センサ６２、スロットル弁開度取得手段としてのスロットルポジションセンサ６３、カムポジションセンサ６４、エンジン回転速度取得手段としてのクランクポジションセンサ６５、運転状態量取得手段としてのアクセル開度センサ６６及び電気制御装置７０を備えている。
【００３０】
圧力センサ６１は、エアフィルタ４４とスロットル弁４５との間の吸気ダクト４３に配設されている。圧力センサ６１は、スロットル弁４５の上流における空気の圧力（スロットル弁上流圧力、即ち、吸気圧力）を検出し、吸気圧力Paを表す信号を出力するようになっている。温度センサ６２は、エアフィルタ４４とスロットル弁４５との間の吸気ダクト４３に配設されている。温度センサ６２は、スロットル弁４５の上流における空気の温度（スロットル弁上流温度、即ち、吸気温度）を検出し、吸気温度Taを表す信号を出力するようになっている。
【００３１】
スロットルポジションセンサ６３は、スロットル弁４５の開度（スロットル弁開度）を検出し、同スロットル弁開度θta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６４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６５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。アクセル開度センサ６６は、運転者によって操作されるアクセルペダル６７の操作量を検出し、同アクセルペダルの操作量（アクセルペダル操作量）Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００３２】
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記憶するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを記憶するとともに同記憶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６１〜６６と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６６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４５ａに駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００３３】
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置がどのように内燃機関１０を制御するかについて説明する。
【００３４】
この制御装置は、燃焼室２５内に形成される混合気の空燃比を運転状態に応じて定められる目標空燃比と一致させるために燃焼室２５内に導入されている空気量（筒内空気量）を推定し、推定された筒内空気量に基づいてインジェクタ３９から噴射される燃料量（噴射燃料量）を決定する。
【００３５】
この制御装置は、上記筒内空気量を推定するために、エネルギー保存則、運動量保存則及び質量保存則などの物理法則に基づいて構築された物理モデルを用いる。この物理モデルは、特開２００１−４１０９５号公報及び特開２００３−１８４６１３号公報等に開示された周知のモデルである。この物理モデルは、吸気通路においてスロットル弁４５の周囲を通過する空気の流量であるスロットル通過空気流量を推定するスロットルモデルを含む。このスロットルモデルにおいては、流れの乱れの程度等を表す指標として流量係数が用いられている。
【００３６】
図２は、スロットル弁開度の変化と、実際の流量係数の変化と、の関係を概念的に示したグラフである。図２（Ａ）は、互いに異なる速度で駆動されるスロットル弁４５の開度の変化を示したグラフである。図２（Ｂ）の直線Mt1は、図２（Ａ）の直線Ｏ１に示したようにスロットル弁開度が変化した場合において、上記従来技術におけるスロットル弁開度と定常運転時の流量係数との関係に基づいて決定される流量係数（従来流量係数）の変化を示している。図２（Ｂ）の直線Mt2は、図２（Ａ）の直線Ｏ２に示したようにスロットル弁開度が変化した場合における上記従来流量係数の変化を示している。
【００３７】
図２（Ｂ）の曲線M1は、図２（Ａ）の直線Ｏ１に示したようにスロットル弁開度が変化した場合における実際の流量係数の変化を示している。図２（Ｂ）の曲線M2は、図２（Ａ）の直線Ｏ２に示したようにスロットル弁開度が変化した場合における実際の流量係数の変化を示している。
【００３８】
図２に示したように、実際の流量係数は、スロットル弁開度が変化（増加）している間は、上記従来流量係数より小さくなる。更に、スロットル弁４５が駆動される速度であるスロットル弁駆動速度が大きいほど、スロットル弁４５の周囲を通過する空気の流れが大きく乱されるので、実際の流量係数はより一層小さくなる。
【００３９】
また、スロットル弁４５の下流における空気の圧力（スロットル弁下流圧力、即ち、吸気管部内圧力）が小さくなるにつれて、スロットル弁下流圧力と、スロットル弁４５の上流における空気の圧力（スロットル弁上流圧力、即ち、吸気圧力）と、の差が大きくなるので、スロットル弁４５が駆動されることにより空気の流れが乱される程度は大きくなる。従って、図３に示したように、スロットル弁４５を一定の速度で駆動した場合であっても、スロットル弁下流圧力Pmが小さくなるにつれて、実際の流量係数は上記従来流量係数より一層小さくなる。
【００４０】
そこで、この制御装置は、過渡運転時においては、スロットル弁駆動速度及びスロットル弁下流圧力を取得し、取得されたスロットル弁駆動速度及びスロットル弁下流圧力に基づいて流量係数を決定し、決定された流量係数を上記スロットルモデルに適用する。
【００４１】
従って、この制御装置によれば、スロットル弁開度が変化しているとき（過渡運転時）の実際の流量係数が高い精度にて推定されるので、筒内空気量を高い精度にて推定することができる。これにより、噴射燃料量を適切に決定することができるので、燃焼室２５内に上記目標空燃比を有する混合気を形成することができ、内燃機関１０を適切に制御することができる。
【００４２】
より具体的に述べると、この制御装置は、機能ブロック図である図４に示したように、スロットル弁制御手段Ｃ１０と、燃料噴射弁制御手段Ｃ２０と、スロットル弁駆動速度取得手段Ｍ１０と、流量係数決定手段Ｍ２０と、空気モデルＭ３０と、噴射燃料量決定手段Ｍ４０と、を備えている。
【００４３】
スロットル弁制御手段Ｃ１０は、アクセルペダル操作量Accpと目標スロットル弁開度θttとの関係であって、目標スロットル弁開度θttがアクセルペダル操作量Accpに関して単調に増加する関係を規定するテーブルをＲＯＭ７２に記憶させている。スロットル弁制御手段Ｃ１０は、同テーブル及びアクセル開度センサ６７により検出された実際のアクセルペダル操作量Accpに基づいて目標スロットル弁開度θttを決定し、決定された目標スロットル弁開度θttに応じた駆動信号をスロットル弁アクチュエータ４５ａに対して送出するようになっている。
【００４４】
燃料噴射弁制御手段Ｃ２０は、後述する噴射燃料量決定手段Ｍ４０により決定される噴射燃料量τに応じた指示信号をインジェクタ（燃料噴射弁）３９に対して送出するようになっている。
【００４５】
スロットル弁駆動速度取得手段Ｍ１０は、スロットルポジションセンサ６３により検出されたスロットル弁開度θtaに基づいてスロットル弁４５が駆動される速度であるスロットル弁駆動速度v（v＝dθta／dt）を算出するようになっている。
【００４６】
流量係数決定手段Ｍ２０は、過渡運転時においては、上記スロットル弁開度θtaと、上記スロットル弁駆動速度取得手段Ｍ１０により算出されたスロットル弁駆動速度vと、空気モデルＭ３０により推定されたスロットル弁４５の下流における空気の圧力（スロットル弁下流圧力、即ち、吸気管部内圧力）Pmと、に基づいて流量係数μを決定するようになっている。一方、定常運転時においては、流量係数決定手段Ｍ２０は、上記スロットル弁開度θtaと、上記吸気管部内圧力Pmと、エンジン回転速度NEと、に基づいて流量係数μを決定するようになっている。
【００４７】
空気モデルＭ３０は、上記物理法則に基づいて構築された物理モデルであって、スロットルモデルＭ３１、吸気弁モデルＭ３２、吸気管モデルＭ３３及び吸気弁モデルＭ３４を備えている。スロットルモデルＭ３１は、スロットルポジションセンサ６３により検出されたスロットル弁開度θtaと、上記流量係数決定手段Ｍ２０により決定された流量係数μと、に基づいてスロットル通過空気流量mtを推定するようになっている。
【００４８】
吸気弁モデルＭ３２、吸気管モデルＭ３３及び吸気弁モデルＭ３４は、上記スロットルモデルＭ３１により推定されたスロットル通過空気流量mtに基づいて筒内空気量KLを推定するようになっている。
【００４９】
噴射燃料量決定手段Ｍ４０は、上記空気モデルＭ３０により推定された筒内空気量KLと、運転状態に応じて定められた目標空燃比（AbyF）と、に基づいて噴射燃料量τ（τ＝k・KL／AbyF、kは定数。）を決定するようになっている。
【００５０】
ここで、上記空気モデルＭ３０について詳述する。
後述するように、上記空気モデルＭ３０が備える上記モデルＭ３１〜Ｍ３４を表す上記物理法則に基づいて導き出された数式（以下、「一般化された数式」とも言う。）の一部は、吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmに関する時間微分項を含む。空気モデルＭ３０は、マイクロコンピュータによる計算が可能となるように上記時間微分項を含む数式を離散化し、同離散化された数式と、今回の演算時点における物理量として推定された物理量と、に基づいて、同時点より所定の演算周期後の次回の演算時点における物理量を推定する。
【００５１】
そして、空気モデルＭ３０は、このような推定を繰り返すことにより、演算周期の経過毎に次回の演算時点（現時点より演算周期後の時点）の物理量を推定する。即ち、空気モデルＭ３０は、反復して物理量の推定を行うことにより、上記演算周期毎の物理量を順次推定するものである。なお、以下の説明において、(k-1)が付された各物理量を表す変数は、k-1回目の推定時（前回の演算時点）にて推定された今回の演算時点におけるそれぞれの物理量を表す変数である。また、(k)が付された各物理量を表す変数は、k回目の推定時（今回の演算時点）にて推定された次回の演算時点におけるそれぞれの物理量を表す変数である。
【００５２】
以下、上記空気モデルＭ３０を構成するスロットルモデルＭ３１、吸気弁モデルＭ３２、吸気管モデルＭ３３及び吸気弁モデルＭ３４について、個別具体的に説明する。なお、各モデルを表す式の導出は上述した公報に詳細に開示されていて周知であるため、本明細書においては詳細な説明を省略する。
【００５３】
（スロットルモデルＭ３１）
スロットルモデルＭ３１は、本モデルを表す一般化された数式であり、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(1)式及び下記(2)式に基づいて、スロットル弁４５の周囲を通過する空気の流量（スロットル通過空気流量）mtを推定するモデルである。下記(1)式において、μは流量係数、At（θt）はスロットル弁開度θtに応じて変化するスロットル開口断面積（吸気通路内のスロットル弁４５の周囲の開口断面積）、Paはスロットル弁４５の上流における吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力（即ち、吸気圧力）、Pmは吸気管部内の空気の圧力である吸気管部内圧力（即ち、スロットル弁４５から吸気弁３２までの吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力）、Taはスロットル弁４５の上流における吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度（即ち、吸気温度）、Rは気体定数及びκは空気の比熱比ある。
【数１】
2007016660.tif 000003
【数２】
2007016660.tif 000004
【００５４】
ここで、上記(1)式の右辺のスロットル開口断面積At（θt）は、スロットル弁開度θtに応じて定まる値である。そこで、スロットルモデルＭ３１は、スロットル弁開度θtと、スロットル開口断面積At（θt）と、の関係を規定するテーブルMAPATをＲＯＭ７２に記憶させていて、スロットルポジションセンサ６３により検出されたスロットル弁開度θtaに基づいてスロットル開口断面積At（θta）（＝MAPAT(θta)）を求める。
【００５５】
更に、スロットルモデルＭ３１は、値Pm/Paと値Φ(Pm/Pa)との関係を規定するテーブルMAPΦをＲＯＭ７２に記憶させていて、後述する吸気管モデルＭ３３によりk-1回目の推定時に推定された吸気管部内圧力Pm(k-1)を圧力センサ６１により検出された吸気圧力Paで除した値Pm(k-1)/Paと、前記テーブルMAPΦと、から値Φ(Pm(k-1)/Pa)（＝MAPΦ(Pm(k-1)/Pa)）を求める。
【００５６】
スロットルモデルＭ３１は、以上のように求めたスロットル開口断面積At（θta）及び値Φ(Pm(k-1)/Pa)と、上記流量係数決定手段Ｍ２０により決定された流量係数μと、上記吸気圧力Pa及び温度センサ６２により検出された吸気温度Taと、を上記(1)式に適用してスロットル通過空気流量mt(k-1)を求める。
【００５７】
（吸気弁モデルＭ３２）
吸気弁モデルＭ３２は、上記吸気管部内圧力Pm及び上記吸気管部内の空気の温度である吸気管部内温度（即ち、スロットル弁４５から吸気弁３２までの吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁下流温度）Tm等から吸気弁３２の周囲を通過して気筒内（燃焼室２５内）に流入する空気の流量である筒内流入空気流量mcを推定するモデルである。吸気行程（吸気弁３２の閉弁時も含む）における気筒内の圧力は吸気弁３２の上流の圧力、即ち、吸気管部内圧力Pmとみなすことができるので、筒内流入空気流量mcは吸気弁閉弁時の吸気管部内圧力Pmに比例すると考えることができる。そこで、吸気弁モデルＭ３２は、筒内流入空気流量mcを、本モデルを表す一般化された数式であり、経験則に基づく下記(3)式にしたがって求める。
mc＝（Ta/Tm）・（c・Pm−d）  …(3)
【００５８】
上記(3)式において、値cは比例係数及び値dは気筒内に残存していた既燃ガス量を反映した値である。値cは、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと値cとの関係を規定するテーブルMAPC、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから求めることができる(c=MAPC(NE,VT))。吸気弁モデルＭ３２は、上記テーブルMAPCをＲＯＭ７２に記憶させている。同様に、値dは、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと値dとの関係を規定するテーブルMAPD、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから求めることができる(d=MAPD(NE,VT))。吸気弁モデルＭ３２は、上記テーブルMAPDをＲＯＭ７２に記憶させている。
【００５９】
吸気弁モデルＭ３２は、後述する吸気管モデルＭ３３によりk-1回目の推定時に推定された吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、を上記(3)式に適用し、筒内流入空気流量mc(k-1)を推定する。
【００６０】
（吸気管モデルＭ３３）
吸気管モデルＭ３３は、本モデルを表す一般化された数式であり、吸気管部内の空気に関する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(4)式及び下記(5)式、吸気管部に流入する空気の流量（即ち、スロットル通過空気流量）mt、吸気温度Ta及び吸気管部から流出する空気の流量（即ち、筒内流入空気流量）mcから、吸気管部内圧力（スロットル弁下流圧力）Pm及び吸気管部内温度（スロットル弁下流温度）Tmを求めるモデルである。なお、下記(4)式及び下記(5)式において、Vmは吸気管部（スロットル弁４５から吸気弁３２までの吸気通路）の容積である。
d(Pm/Tm）/dt＝(R/Vm)・(mt−mc)  …(4)
dPm/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Ta−mc・Tm)  …(5)
【００６１】
吸気管モデルＭ３３は、上記(4)式及び上記(5)式をそれぞれ差分法により離散化して得られる下記(6)式及び下記(7)式と、スロットルモデルＭ３１により取得されたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、吸気弁モデルＭ３２により取得された筒内流入空気流量mc(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、本モデルによりk-1回目の推定時に推定された吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、に基づいて最新の吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を推定する。ただし、吸気管部内圧力Pm及び吸気管部内温度Tmの推定が一度も行われていないとき（本モデルにより１回目の推定を行うとき（本例では、内燃機関の運転開始時））、吸気管モデルＭ３３は、吸気管部内圧力Pm(0)及び吸気管部内温度Tm(0)として、吸気圧力Pa及び吸気温度Taをそれぞれ採用する。
(Pm/Tm)(k)＝(Pm/Tm)(k-1)＋Δt・(R/Vm)・(mt(k-1)−mc(k-1))  …(6)
Pm(k)＝Pm(k-1)＋Δt・κ・(R/Vm)・(mt(k-1)・Ta−mc(k-1)・Tm(k-1))  …(7)
【００６２】
（吸気弁モデルＭ３４）
吸気弁モデルＭ３４は、上記吸気弁モデルＭ３２と同様のモデルを含んでいる。吸気弁モデルＭ３４においては、上記吸気管モデルＭ３３によりk回目の推定時に推定された最新の吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)と、現時点の吸気温度Taと、を本モデルを表す一般化された数式であり上記経験則に基づく(3)式（mc＝（Ta/Tm）・（c・Pm−d））に適用して最新の筒内流入空気流量mc(k)を求める。そして、吸気弁モデルＭ３４は、求めた筒内流入空気流量mc(k)に現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから算出される吸気弁３２が開弁してから閉弁するまでの時間（吸気弁開弁時間）Tintを乗じることにより吸気行程において吸気弁３２が閉弁される時点にて気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量KLを求める。
【００６３】
次に、電気制御装置７０の実際の作動について、図５〜図７を参照しながら説明する。
【００６４】
（筒内空気量推定）
電気制御装置７０のＣＰＵ７１は、図５にフローチャートにより示した筒内空気量推定ルーチンを所定の演算周期Δt（本例では、８ｍｓ）の経過毎に実行することにより、次回の演算時点における筒内空気量KLを推定する。なお、筒内空気量推定ルーチンが実行されることは、筒内空気量推定手段の機能が達成されることに対応している。
【００６５】
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５００から処理を開始し、ステップ５０５に進んで上記スロットルモデルＭ３１によりスロットル通過空気流量mt(k-1)を求めるため、図６のフローチャートに示したステップ６００に進む。なお、図６のルーチンが実行されることは、スロットル通過空気流量推定手段の機能が達成されることに対応している。
【００６６】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ６０５に進み、スロットルポジションセンサ６３により検出されたスロットル弁開度θtaを読み込む。
【００６７】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ６１０に進み、上記(1)式のスロットル開口断面積AtとしてのAt(k-1)を、上記テーブルMAPATと、上記ステップ６０５にて読み込まれた（今回の演算時点、即ち、現時点における）スロットル弁開度θtaと、から求める。
【００６８】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６１５に進み、流量係数μ(k-1)を決定するため、図７のフローチャートに示したステップ７００に進む。なお、図７のルーチンが実行されることは、流量係数決定手段Ｍ２０の機能が達成されることに対応している。
【００６９】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ７０５に進み、今回の演算時点のスロットル弁開度θtaと、前回の図６のルーチンの実行時において後述するステップ６３０にて設定された（前回の演算時点の）スロットル弁開度θtapと、の差の絶対値が０より大きいか否かを判定する。即ち、スロットル弁開度θtaと、スロットル弁開度θtapと、が異なるか否かを判定する。
【００７０】
いま、運転者がアクセルペダル６７を踏み込み始めた場合について説明する。この場合、アクセル開度センサ６６により検出されるアクセルペダル操作量Accpが増加する。従って、内燃機関１０の負荷が増加するので、気筒内に導入される空気量を増加させるために、スロットル弁制御手段Ｃ１０は、スロットル弁開度が増加するようにスロットル弁アクチュエータ４５ａに駆動信号を送出する。これにより、スロットル弁４５は開度が増加するように駆動される。
【００７１】
この場合、今回の演算時点におけるスロットル弁開度θtaは、前回の演算時点におけるスロットル弁開度θtapより大きくなる。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７１０に進んで、過渡状態流量係数採用フラグXkの値が「０」であるか否かを判定する。
【００７２】
ここで、過渡状態流量係数採用フラグXkは、前回の本ルーチンの実行時において過渡運転時における流量係数として算出される過渡状態流量係数μkを流量係数として採用したか否かを表すフラグであって、その値が「１」であれば過渡状態流量係数μkを流量係数として採用し、「０」であれば定常運転時における流量係数として算出される定常状態流量係数μtを流量係数として採用したことを示す。後述するように、過渡状態流量係数採用フラグXkの値は、スロットル弁開度が変化し始めたとき、「１」に設定され（ステップ７３０を参照。）、その後、過渡状態流量係数μkが、定常状態流量係数μtに十分近しい値となったとき、「０」に設定される（ステップ７６５乃至ステップ７７５を参照。）。
【００７３】
現時点は、内燃機関１０の運転状態が定常運転状態（スロットル弁開度が一定の状態）から過渡運転状態（スロットル弁開度が増加している状態）となった時点である。従って、前回の本ルーチンの実行時まではスロットル弁開度が略一定であったので、現時点においては、過渡状態流量係数採用フラグXkの値は「０」である。
【００７４】
従って、ＣＰＵ７１はステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７１５に進んで、内燃機関１０の運転状態が過渡運転状態となった時点におけるスロットル弁開度である過渡状態初期スロットル弁開度θta0を前回の演算時点におけるスロットル弁開度θtapに設定する。更に、ＣＰＵ７１は同ステップ７１５にて、内燃機関１０の運転状態が過渡運転状態となった時点における吸気管部内圧力である過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0を前々回の図５のルーチンの実行時において後述するステップ５１５にて求められた前回の演算時点における吸気管部内圧力Pm(k-2)に設定する。
【００７５】
加えて、ＣＰＵ７１は同ステップ７１５にて、スロットル弁駆動速度vを、今回の演算時点におけるスロットル弁開度θtaと前回の演算時点におけるスロットル弁開度θtapとの差を演算周期Δtにより除した値に設定するとともに、内燃機関１０の運転状態が過渡運転状態となった時点から経過した時間である過渡状態経過時間tをΔtに設定する。なお、ステップ７１５の処理が実行されることは、スロットル弁駆動速度取得手段の機能が達成されることに対応している。
【００７６】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ７２０に進み、過渡状態流量係数μkと、過渡状態初期スロットル弁開度θta0、過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0、スロットル弁駆動速度v及び過渡状態経過時間tと、の関係を規定する過渡状態流量係数テーブルfk、上記ステップ７１５にて設定された過渡状態初期スロットル弁開度θta0、過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0、スロットル弁駆動速度v及び過渡状態経過時間tに基づいて過渡状態流量係数μkを決定する。
【００７７】
ここで、過渡状態流量係数テーブルfkは、実験による測定値に基づいて作成されていて、予めＲＯＭ７２に記憶されている。過渡状態流量係数テーブルfkにより取得される過渡状態流量係数μkは、スロットル弁開度が変化（増加又は減少）し始めてから短い期間のうちに急激に減少し、その後、時間の経過に伴って、徐々に増加することにより定常状態流量係数μtに近づいていくようになっている。
【００７８】
従って、上記過渡状態流量係数テーブルfkに基づいて過渡状態流量係数μkを決定することにより、スロットル弁開度が変化しているとき（過渡運転時）の実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【００７９】
更に、過渡状態流量係数テーブルfkにより取得される過渡状態流量係数μkは、スロットル弁駆動速度vが大きくなるにつれて小さくなるようになっている。加えて、この過渡状態流量係数μkは、過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0が小さくなるにつれて小さくなるようになっている。
【００８０】
従って、スロットル弁駆動速度v及び過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0の大きさに応じた空気の流れの乱れの程度を考慮に入れて過渡状態流量係数μkを決定することができるので、スロットル弁駆動速度v及び過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0に応じた実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【００８１】
この結果、後述するように、決定された過渡状態流量係数μkに基づいてスロットル通過空気流量mt及び筒内空気量KLを推定すると、スロットル通過空気流量mt及び筒内空気量KLを高い精度にて推定することができる。
【００８２】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ７２５に進み、流量係数μ(k-1)を上記ステップ７２０にて決定された過渡状態流量係数μkに設定する。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ７３０に進み、過渡状態流量係数採用フラグXkの値を１に設定し、続くステップ７３５にて過渡状態経過時間tを同過渡状態経過時間tに演算周期Δtを加えた値に設定する。
【００８３】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ７９５を経由して図６のステップ６２０に進んで、上記テーブルMAPΦと、前回の図５のルーチンの実行時における後述するステップ５１５にて求められた今回の演算時点（現時点）における吸気管部内圧力Pm(k-1)を圧力センサ６１により検出された吸気圧力Paで除した値Pm(k-1)/Paと、から値Φ(Pm(k-1)/Pa)を求める。
【００８４】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６２５に進み、上記ステップ６１０、上記ステップ６１５及び上記ステップ６２０にてそれぞれ求めた値と、上記スロットルモデルＭ３１を表す(1)式に基づくステップ６２５内に示した式と、上記吸気圧力Pa及び温度センサ６２により検出された吸気温度Taと、に基づいて今回の演算時点におけるスロットル通過空気流量mt(k-1)を求める。
【００８５】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ６３０に進み、過去のスロットル弁開度としてのスロットル弁開度θtapを今回の本ルーチンの実行時において上記ステップ６０５にて読み込まれたスロットル弁開度θtaに設定し、ステップ６９５を経由して図５のステップ５１０に進む。
【００８６】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ５１０に進み上記吸気弁モデルＭ３２を表す(3)式の係数cを、上記テーブルMAPCと、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、から求める。また、同様に値dを、上記テーブルMAPDと、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、から求める。
【００８７】
そして、ＣＰＵ７１は、同ステップ５１０にて上記吸気弁モデルＭ３２を表す(3)式に基づくステップ５１０内に示した式と、前回の本ルーチンの実行時における後述するステップ５１５にて求められた今回の演算時点における吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、上記吸気温度Taと、に基づいて今回の演算時点における筒内流入空気流量mc(k-1)を求める。
【００８８】
次に、ＣＰＵ７１はステップ５１５に進み、上記吸気管モデルＭ３３を表す(4)式及び(5)式を離散化した(6)式及び(7)式（ステップ５１５内に示した式（差分方程式））と、上記ステップ５０５にて求めたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、上記ステップ５１０にて求めた筒内流入空気流量mc(k-1)と、上記吸気温度Taと、に基づいて、次回の演算時点における吸気管部内圧力Pm(k)と、同吸気管部内圧力Pm(k)を次回の演算時点における吸気管部内温度Tm(k)にて除した値｛Pm/Tm｝(k)と、を求める。即ち、ステップ５１５においては、今回の演算時点における吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)等から、次回の演算時点における吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)が求められる。なお、ステップ５１５の処理が実行されることは、スロットル弁下流圧力取得手段の機能の一部が達成されることに対応している。
【００８９】
その後、ＣＰＵ７１は、ステップ５２０に進み上記吸気弁モデルＭ３４を表す(3)式を用いて次回の演算時点における筒内流入空気流量mc(k)を求める。このとき、値c及び値dとして、上記ステップ５１０にて求めた値を使用する。また、吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)は、上記ステップ５１５にて求められた次回の演算時点における値（最新の値）を用いる。
【００９０】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ５２５に進んで現時点のエンジン回転速度NEと、現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、により求められる吸気弁開弁時間（吸気弁３２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５３０にて上記次回の演算時点における筒内流入空気流量mc(k)に吸気弁開弁時間Tintを乗じて筒内空気量KLを算出し、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９１】
このように、筒内空気量推定ルーチンが上記演算周期Δtの経過毎に実行されることにより、各演算時点における筒内空気量KLが順次推定される。
【００９２】
一方、ＣＰＵ７１は、図示しない噴射燃料量を決定するためのルーチンを所定のタイミングにて実行する。
【００９３】
噴射燃料量は、ＣＰＵ７１により同噴射燃料量を決定するために要する時間等を考慮して、噴射開始時期より前の時点にて決定されている必要がある。従って、この制御装置は、吸気行程が開始した直後の時点となる毎に噴射燃料量決定ルーチンを実行するようになっている。
【００９４】
そして、ＣＰＵ７１は、噴射燃料量決定ルーチンの実行時において求められている最新の筒内空気量KLを、内燃機関１０の運転状態に応じて定められる目標空燃比AbyFにより除した値に定数kを乗じることにより、噴射燃料量τを決定する。
【００９５】
以降、アクセルペダル操作量Accpが増加している期間においては、今回の演算時点のスロットル弁開度θtaと、前回の演算時点のスロットル弁開度θtapと、の差の絶対値は０より大きい。従って、ＣＰＵ７１が図７のルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１は、ステップ７０５に進んだとき、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７１０に進んで、過渡状態流量係数採用フラグXkの値が「０」であるか否かを判定する。
【００９６】
この時点においては、過渡状態流量係数採用フラグXkの値は、前回の本ルーチンの実行時における上記ステップ７３０にて「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７２０に進んで、上述したように過渡状態流量係数μkを決定する。そして、ＣＰＵ７１は、上記ステップ７２５〜上記ステップ７３５の処理を実行して本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００９７】
このように、この制御装置によれば、スロットル弁開度が変化しているとき（過渡運転時）の実際の流量係数が高い精度にて推定される。これにより、スロットル通過空気流量mtが高い精度にて推定されるので、筒内空気量KLを高い精度にて推定することができる。この結果、噴射燃料量τを適切に決定することができ、内燃機関１０を適切に制御することができる。
【００９８】
その後、運転者がアクセルペダル６７の踏み込みを停止すると（即ち、アクセルペダル６７の位置が維持されると）、アクセル開度センサ６６により検出されるアクセルペダル操作量Accpが一定となるので、目標スロットル弁開度θttも一定となる。従って、スロットル弁４５は開度が一定となるように制御される。かかる状態となると、前回の演算時点のスロットル弁開度θtapと、今回の演算時点のスロットル弁開度θtaと、は等しくなる。従って、ＣＰＵ７１が図７のルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１は、ステップ７０５に進んだとき、「Ｎｏ」と判定し、ステップ７５０に進んで、過渡状態流量係数採用フラグXkの値が「１」であるか否かを判定する。
【００９９】
この時点においては、過渡状態流量係数採用フラグXkの値は、前回の本ルーチンの実行時における上記ステップ７３０にて「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７５５に進んで、定常状態流量係数μtと、スロットル弁開度θta、吸気管部内圧力Pm及びエンジン回転速度NEと、の関係を規定する定常状態流量係数テーブルft、今回の図６のルーチンの実行時における上記ステップ６０５にて読み込まれたスロットル弁開度θta、前回の図５のルーチンの実行時における上記ステップ５１５にて求められた今回の演算時点における吸気管部内圧力Pm(k-1)及び現時点のエンジン回転速度NEに基づいて定常状態流量係数μtを決定する。
【０１００】
ここで、定常状態流量係数テーブルftは、実験による測定値に基づいて作成されていて、予めＲＯＭ７２に記憶されている。定常状態流量係数テーブルftにより取得される定常状態流量係数μtは、スロットル弁開度θtaが大きくなるにつれて小さくなるようになっている。
【０１０１】
次に、ＣＰＵ７１は、ステップ７６０に進み、上記ステップ７２０と同様に過渡状態流量係数μkを決定する。そして、ＣＰＵ７１は、ステップ７６５に進み、上記ステップ７５５にて決定した定常状態流量係数μtと、上記ステップ７６０にて決定した過渡状態流量係数μkと、の差の絶対値が十分に小さい（０に近しい）所定の値αより大きいか否かを判定する。即ち、定常状態流量係数μtと、過渡状態流量係数μkと、が互いに十分に近しい値であるか否かを判定する。
【０１０２】
この時点は、スロットル弁４５の駆動が終了した直後の時点である。従って、スロットル弁４５が駆動されていた間の流れの乱れが残っているので、流れの乱れの程度は、定常運転状態と比較して大きい。従って、過渡状態流量係数μkが定常状態流量係数μtより小さいので、ＣＰＵ７１は、ステップ７６５にて「Ｙｅｓ」と判定し、上記ステップ７２５〜上記ステップ７３５の処理を実行して本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１０３】
その後、時間の経過に伴って、流れの乱れは定常運転時と略等しい程度になる。この時点において、ＣＰＵ７１が図７のルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１は、ステップ７６５に進んだとき、「Ｎｏ」と判定し、ステップ７７０に進んで、流量係数μ(k-1)を上記ステップ７５５にて決定された定常状態流量係数μtに設定する。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ７７５に進み、過渡状態流量係数採用フラグXkの値を「０」に設定し、続くステップ７３５の処理を実行して本ルーチンの処理を一旦終了する。
【０１０４】
更に、図７のルーチンの処理が実行される次のタイミングになり、ＣＰＵ７１が同ルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１は、ステップ７５０に進んだとき、「Ｎｏ」と判定し、ステップ７８０に進んで、上記ステップ７５５と同様に定常状態流量係数μtを決定する。次いで、ＣＰＵ７１は、上記ステップ７７０、上記ステップ７７５及び上記ステップ７３５の処理を実行して本ルーチンの処理を一旦終了する。従って、定常運転時においては、定常状態流量係数μtが流量係数として採用される。
【０１０５】
以上説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の第１実施形態は、過渡運転時においては、スロットル弁駆動速度vを取得し、取得されたスロットル弁駆動速度vに基づいて流量係数μを決定する。これにより、過渡運転時の実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【０１０６】
更に、この第１実施形態は、スロットル弁駆動速度vが大きくなるにつれて決定される流量係数μが小さくなるように構成される。これにより、スロットル弁駆動速度vに応じた実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【０１０７】
加えて、この第１実施形態は、スロットル弁駆動速度vに加えて吸気管部内圧力（スロットル弁下流圧力）Pm（実際には、過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0）を考慮に入れて流量係数μを決定する。これにより、過渡運転時の吸気管部内圧力Pmがどのような値であっても、実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【０１０８】
更に、この第１実施形態は、吸気管部内圧力Pm（実際には、過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0）が小さくなるにつれて決定される流量係数μが小さくなるように構成される。これにより、吸気管部内圧力Pmに応じた実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【０１０９】
このように、この第１実施形態によれば、スロットル弁開度が変化しているとき（過渡運転時）の実際の流量係数が高い精度にて推定される。この結果、推定された流量係数に基づいてスロットル通過空気流量mtを高い精度にて推定することができる。従って、噴射燃料量τを適切に決定することができ、内燃機関１０を適切に制御することができる。
【０１１０】
なお、上記第１実施形態においては、スロットル弁下流圧力（吸気管部内圧力）Pmを空気モデルＭ３０により推定していたが、吸気管部内の空気の圧力を検出する圧力センサにより吸気管部内圧力Pmを検出してもよい。
【０１１１】
また、上記第１実施形態においては、過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0と、過渡状態流量係数μkと、の関係を規定する過渡状態流量係数テーブルfk及び過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0に基づいて過渡状態流量係数μkを推定していたが、吸気管部内圧力Pmと、過渡状態流量係数μkと、の関係を規定するテーブル及び各演算時点における吸気管部内圧力Pmに基づいて過渡状態流量係数μkを推定してもよい。
【０１１２】
（第２実施形態）
次に、本発明による内燃機関の制御装置に係る第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、過渡状態流量係数μkを過渡状態初期吸気管部内圧力Pm0に代えてエンジン回転速度NEに基づいて決定する点のみにおいて上記第１実施形態と相違している。従って、以下かかる相違点について説明する。
【０１１３】
ところで、エンジン回転速度NEが大きくなると、スロットル通過空気流量mtが多くなるので、スロットル弁４５が駆動されることにより空気の流れが乱される程度は大きくなる。従って、図８に示したように、エンジン回転速度NEが大きくなるにつれて、実際の流量係数は、上記従来技術におけるスロットル弁開度と定常運転時の流量係数との関係に基づいて決定される流量係数（従来流量係数）より一層小さくなる。
【０１１４】
そこで、この第２実施形態に係る制御装置は、過渡運転時においては、スロットル弁駆動速度v及びエンジン回転速度NEを取得し、取得されたスロットル弁駆動速度v及びエンジン回転速度NEに基づいて流量係数μを決定し、決定された流量係数μを上記スロットルモデルＭ３１に適用する。
【０１１５】
従って、この制御装置によれば、スロットル弁開度が変化しているとき（過渡運転時）の実際の流量係数が高い精度にて推定されるので、スロットル通過空気流量mt及び筒内空気量KLを高い精度にて推定することができる。これにより、噴射燃料量τを適切に決定することができるので、燃焼室２５内に内燃機関１０の運転状態に応じて定められた目標空燃比を有する混合気を形成することができ、内燃機関１０を適切に制御することができる。
【０１１６】
より具体的に述べると、この制御装置は、上記第１実施形態がＲＯＭ７２に記憶していた過渡状態流量係数テーブルfkに代えて、過渡状態流量係数μkと、過渡状態初期スロットル弁開度θta0、エンジン回転速度NE、スロットル弁駆動速度v及び過渡状態経過時間tと、の関係を規定する過渡状態流量係数テーブルfknをＲＯＭ７２に記憶している。
【０１１７】
過渡状態流量係数テーブルfknは、実験による測定値に基づいて作成されている。過渡状態流量係数テーブルfknにより取得される過渡状態流量係数μkは、スロットル弁開度が変化（増加又は減少）し始めてから短い期間のうちに急激に減少し、その後、時間の経過に伴って、徐々に増加することにより定常状態流量係数μtに近づいていくようになっている。
【０１１８】
更に、この過渡状態流量係数μkは、スロットル弁駆動速度vが大きくなるにつれて小さくなるようになっている。加えて、この過渡状態流量係数μkは、エンジン回転速度NEが大きくなるにつれて小さくなるようになっている。
【０１１９】
この制御装置は、図７のステップ７２０及びステップ７６０の処理を、上記過渡状態流量係数テーブルfknと、現時点のエンジン回転速度NEと、図７のルーチンにおける上記ステップ７１５にて設定された過渡状態初期スロットル弁開度θta0、スロットル弁駆動速度v及び過渡状態経過時間tと、に基づいて過渡状態流量係数μkを決定する処理に置換して同ルーチンを実行する。
【０１２０】
これにより、エンジン回転速度NEに応じた実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。
【０１２１】
以上説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の第２実施形態は、スロットル弁駆動速度vに加えてエンジン回転速度NEを考慮に入れて流量係数μを決定する。これにより、エンジン回転速度NEに応じた実際の流量係数を高い精度にて推定することができる。この結果、推定された流量係数に基づいてスロットル通過空気流量mtを高い精度にて推定することができる。従って、筒内空気量KLを高い精度にて推定することができ、噴射燃料量τを適切に決定することができる。
【０１２２】
なお、本発明は上記各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、上記各実施形態においては、決定された流量係数μに基づいて求められる筒内空気量KLに従って噴射燃料量τを決定していたが、更に、吸気弁３２及び排気弁３４をそれぞれ開閉するタイミング、燃料噴射タイミング及び点火タイミング等を決定してもよい。
【０１２３】
また、上記各実施形態においては、スロットルポジションセンサ６３により検出された現時点のスロットル弁開度に基づいて現時点の噴射燃料量τを決定していたが、現時点より先の時点のスロットル弁開度を推定する手段により推定された同先の時点のスロットル弁開度に基づいて同先の時点の噴射燃料量τを決定してもよい。
【０１２４】
加えて、上記各実施形態においては、スロットル弁下流圧力Pm及びエンジン回転速度NEの何れか一方に基づいて過渡状態流量係数μkを決定していたが、スロットル弁下流圧力Pm及びエンジン回転速度NEの両方に基づいて過渡状態流量係数μkを決定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置を火花点火式多気筒内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。
【図２】スロットル弁開度の変化と、流量係数の変化と、の関係を概念的に示したグラフである。
【図３】スロットル弁下流圧力と、実際の流量係数の変化と、の関係を概念的に示したグラフである。
【図４】噴射燃料量を決定するための手段及びモデルの機能ブロック図である。
【図５】図１に示したＣＰＵが実行する筒内空気量を推定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６】図１に示したＣＰＵが実行するスロットル通過空気流量を推定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７】図１に示したＣＰＵが実行する流量係数を決定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８】エンジン回転速度と、実際の流量係数の変化と、の関係を概念的に示したグラフである。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…内燃機関、２１…シリンダ、２５…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…吸気弁、３４…排気ポート、３５…排気弁、３９…インジェクタ、４１…インテークマニホールド、４２…サージタンク、４３…吸気ダクト、４４…エアフィルタ、４５…スロットル弁、４５ａ…スロットル弁アクチュエータ、５１…排気管、６１…圧力センサ、６２…温度センサ、６３…スロットルポジションセンサ、６５…クランクポジションセンサ、６６…アクセル開度センサ、６７…アクセルペダル、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、７２…ＲＯＭ、７３…ＲＡＭ。
【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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