(57)【要約】    【課題】  繰り返し更新演算を行うことなく、過渡運転状態においても正確な体積効率を算出し、気筒吸入空気量の算出精度を高めることができる内燃機関の制御装置を提供する。    【解決手段】  検出される吸気圧ＰＢＡ及び吸気温ＴＨに基づいて理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤが算出され、気筒容積Ｖｃｙｌと吸気管容積Ｖｉｎとの比、気筒吸入空気量の前回算出値ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)、理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤ、及び推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを用いて、機関の体積効率ηｖが算出される。さらに算出された体積効率ηｖ、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ、及び気筒吸入空気量の前回算出値ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)を吸気管モデル式に適用して、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮが算出される。【選択図】  図７
2012154289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量を、前記機関の吸気管をモデル化した吸気管モデル式を用いて算出する気筒吸入空気量算出手段を備える内燃機関の制御装置において、
前記吸気管を通過する新気の流量である吸入空気流量を取得する吸入空気流量取得手段と、
前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
前記機関に吸入される空気の温度である吸気温を検出する吸気温検出手段と、
前記吸気圧及び吸気温に基づいて理論気筒吸入空気量を算出する理論気筒吸入空気量算出手段と、
前記気筒の容積と前記吸気管の容積との比、前記気筒吸入空気量の前回算出値、前記理論気筒吸入空気量、及び前記吸入空気流量を用いて、前記機関の体積効率を算出する体積効率算出手段とを備え、
前記気筒吸入空気量算出手段は、前記体積効率、前記吸入空気流量、及び前記気筒吸入空気量の前回算出値を前記吸気管モデル式に適用して、前記気筒吸入空気量を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記吸入空気流量の予測値である予測吸入空気流量を算出する吸入空気流量予測手段と、
前記予測吸入空気流量及び前記気筒吸入空気量を、前記吸気管モデル式に適用して、前記気筒吸入空気量の予測値である予測気筒吸入空気量を算出する気筒吸入空気量予測手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記気筒吸入空気量の目標値である目標気筒吸入空気量を算出する目標気筒吸入空気量算出手段と、
前記目標気筒吸入空気量、前記目標気筒吸入空気量の前回算出値、及び前記体積効率を、前記吸気管モデル式の逆モデル式に適用して、前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気管に配置されたスロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度検出手段と、
前記目標吸入空気流量に応じて前記スロットル弁の目標開度を算出する目標開度算出手段とを備え、
前記吸入空気流量取得手段は、前記スロットル弁の開度と該スロットル弁を通過する空気の流量との関係をモデル化した弁通過空気流量モデル式に、前記スロットル弁開度を適用して前記吸入空気流量を取得し、
前記目標開度算出手段は、前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に、前記目標吸入空気流量を適用して前記目標開度を算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記気筒吸入空気量算出手段は、前記体積効率及び前記気筒吸入空気量を、前記機関の１行程期間より短い演算周期で該１行程期間内に複数回算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記機関に燃料を供給するための燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁による燃料噴射期間を制御する燃料噴射制御手段とを備え、
前記気筒吸入空気量算出手段は、前記体積効率及び前記気筒吸入空気量を、前記機関の吸気行程期間内に複数回算出し、
前記燃料噴射制御手段は、前記気筒吸入空気量算出手段により算出される最新の演算結果を用いて前記燃料噴射期間を制御することを特徴とする請求項５に記載の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、内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の気筒に吸入される気筒吸入空気量を、機関の吸気管をモデル化した吸気管モデルを用いて算出し、算出した気筒吸入空気量を機関制御パラメータの算出に適用する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、予め設定されたマップを使用せずに、機関制御実行中に機関の体積効率を算出し、算出した体積効率を吸気管モデルに適用して気筒吸入空気量を算出する手法が示されている。この手法によれば、検出される吸気温及び吸気圧に基づいて理論気筒吸入空気量が算出され、気筒吸入空気量の前回算出値を理論気筒吸入空気量で除算することにより、体積効率が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０９５４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された第３の実施形態に記載されているように、上記体積効率の算出手において、過渡的な運転状態で体積効率の算出精度を高めるためには、繰り返し更新演算を行う必要があり、演算装置の負荷が増大するという課題がある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、繰り返し更新演算を行うことなく、過渡運転状態においても正確な体積効率を算出し、気筒吸入空気量の算出精度を高めることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量を、前記機関の吸気管（２）をモデル化した吸気管モデル式を用いて算出する気筒吸入空気量算出手段を備える内燃機関の制御装置において、前記吸気管（２）を通過する新気の流量である吸入空気流量（ＧＡＩＲＴＨ，ＨＧＡＩＲＴＨ）を取得する吸入空気流量取得手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧検出手段と、前記機関に吸入される空気の温度である吸気温（ＴＡ）を検出する吸気温検出手段と、前記吸気圧（ＰＢＡ）及び吸気温（ＴＡ）に基づいて理論気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＳＴＤ）を算出する理論気筒吸入空気量算出手段と、前記気筒の容積（Ｖｃｙｌ）と前記吸気管の容積（Ｖｉｎ）との比、前記気筒吸入空気量の前回算出値（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）、前記理論気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＳＴＤ）、及び前記吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）を用いて、前記機関の体積効率（ηｖ）を算出する体積効率算出手段とを備え、前記気筒吸入空気量算出手段は、前記体積効率（ηｖ）、前記吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）、及び前記気筒吸入空気量の前回算出値（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）を前記吸気管モデル式に適用して、前記気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)）を算出することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気流量の予測値である予測吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨＰ）を算出する吸入空気流量予測手段と、前記予測吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨＰ）及び前記気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を、前記吸気管モデル式に適用して、前記気筒吸入空気量の予測値である予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）を算出する気筒吸入空気量予測手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記気筒吸入空気量の目標値である目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）を算出する目標気筒吸入空気量算出手段と、前記目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）、前記目標気筒吸入空気量の前回算出値（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)）、及び前記体積効率（ηｖ）を、前記吸気管モデル式の逆モデル式に適用して、前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）を算出する目標吸入空気流量算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸気管に配置されたスロットル弁の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段と、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）に応じて前記スロットル弁の目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する目標開度算出手段とを備え、前記吸入空気流量取得手段は、前記スロットル弁の開度と該スロットル弁を通過する空気の流量との関係をモデル化した弁通過空気流量モデル式に、前記スロットル弁開度（ＴＨ）を適用して前記吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）を取得し、前記目標開度算出手段は、前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）を適用して前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記気筒吸入空気量算出手段は、前記体積効率（ηｖ）及び前記気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を、前記機関の１行程期間より短い演算周期で該１行程期間内に複数回算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関に燃料を供給するための燃料噴射弁（６）と、前記燃料噴射弁（６）による燃料噴射期間を制御する燃料噴射制御手段とを備え、前記気筒吸入空気量算出手段は、前記体積効率（ηｖ）及び前記気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を、前記機関の吸気行程期間内に複数回算出し、前記燃料噴射制御手段は、前記気筒吸入空気量算出手段により算出される最新の演算結果を用いて前記燃料噴射期間を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、吸気管を通過する新気の流量である吸入空気流量が取得されるとともに、検出される吸気圧及び吸気温に基づいて理論気筒吸入空気量が算出され、気筒の容積と吸気管の容積との比、気筒吸入空気量の前回算出値、理論気筒吸入空気量、及び吸入空気流量を用いて、機関の体積効率が算出される。さらに算出された体積効率、吸入空気流量、及び気筒吸入空気量の前回算出値を吸気管モデル式に適用して、気筒吸入空気量が算出される。気筒容積と吸気管容積との比及び吸入空気流量を用いることによって、繰り返し（更新）演算を行う必要がなくなり、演算装置の負荷の増大を抑制しつつ、体積効率の算出精度を高めることができ、さらにこの体積効率を吸気管モデル式に適用することによって、気筒吸入空気量の算出精度を高めることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、予測吸入空気流量が算出され、予測吸入空気流量及び気筒吸入空気量を、吸気管モデル式に適用して予測気筒吸入空気量が算出されるので、予測気筒吸入空気量の算出精度を高め、特に機関の過渡運転状態において燃料供給量及び点火時期の制御精度を向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、目標気筒吸入空気量が算出され、目標気筒吸入空気量、目標気筒吸入空気量の前回算出値、及び体積効率を、吸気管モデル式の逆モデル式に適用して目標吸入空気流量が算出される。したがって、吸入空気流量制御の目標値となる目標吸入空気流量の算出精度を高め、特に機関の過渡運転状態において吸入空気流量の制御精度を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、弁通過空気流量モデル式に、スロットル弁開度を適用して吸入空気流量が取得され、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に、目標吸入空気流量を適用してスロットル弁の目標開度が算出される。したがって、必要な吸入空気流量を得るための目標開度の算出精度を高め、特に機関の過渡運転状態において吸入空気流量の制御精度を向上させることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、体積効率及び気筒吸入空気量が、機関の１行程期間より短い演算周期で１行程期間内に複数回算出されるので、過渡運転状態において正確な気筒吸入空気量を得ることができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、体積効率及び気筒吸入空気量が、機関の吸気行程期間内に複数回算出され、最新の演算結果を用いて燃料噴射期間が制御されるので、過渡運転状態における燃料供給量を、実際の気筒吸入空気量に対応する正確な値に制御し、機関出力トルクの制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）及びスロットル弁の目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出するモジュールの構成を示す図である。
【図３】図１に示す内燃機関の構成を模式的に示す図である。
【図４】スロットル弁開度（ＴＨ）と、モデルを用いて算出されるスロットル弁通過空気流量の誤差を示すパラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）との関係を示す図である。
【図５】推定スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）を算出する処理のフローチャートである。
【図６】図６の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図７】気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を算出する処理のフローチャートである。
【図８】弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正する係数（ＫＭＤＬＬ，ＫＭＤＬＳ）を算出する処理のフローチャートである。
【図９】図９の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１０】弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を示す係数（ＫＴＨＥＲＲ）と、スロットル弁開度（ＴＨ）との相関関係を示すモデルパラメータを算出する処理のフローチャートである。
【図１１】図１０の処理で実行される同定演算を行う処理のフローチャートである。
【図１２】目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図１３】図１２の処理で実行されるリミット処理のフローチャートである。
【図１４】燃料噴射制御の概要を説明するためのタイムチャートである。
【図１５】燃料噴射制御処理のフローチャートである。
【図１６】機関出力トルクの制御動作例を示すタイムチャートである。
【図１７】本発明の第２の実施形態で使用されるテーブルを示す図である。
【図１８】図１７に示すテーブルを更新する処理のフローチャートである。
【図１９】図１８の処理で実行される設定更新処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁の作動位相を連続的に変更する弁作動特性可変機構４０を備えている。
【００２０】
エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配置されている。また、スロットル弁３にはその開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、スロットル弁開度ＴＨに応じた電気信号を出力して電子制御ユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。
【００２１】
吸気管２には、スロットル弁３を介してエンジン１に吸入される空気（新気）の流量である吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ１３が設けられ、さらにスロットル弁３の上流側に吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。これらのセンサ１３及び９の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００２３】
エンジン１の各気筒の点火プラグ１２は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１２に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサ８及び１０の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２４】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００２５】
ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、エンジン１により駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２６】
またエンジン１は排気還流機構（図示せず）を備えており、エンジン１の排気が吸気管２のスロットル弁３の下流側に還流される。
【００２７】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、点火プラグ１２、弁作動特性可変機構４０に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００２８】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、点火時期制御、及び吸気弁の作動位相制御を行う。
【００２９】
またＥＣＵ５のＣＰＵは、スロットル弁３を通過する空気流量の推定値（以下「推定スロットル弁通過空気流量」という）ＨＧＡＩＲＴＨを算出するとともに、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ、吸気圧ＰＢＡ、及び吸気温ＴＡに基づいてエンジン１の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ［ｇ／ＴＤＣ］（１ＴＤＣ期間、すなわち４気筒エンジンであればエンジン１のクランク軸が１８０度回転するのに要する時間当たりの空気量）を算出する。算出した気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮは、燃料供給量や点火時期の制御に適用される。
【００３０】
また、ＥＣＵ５のＣＰＵは、エンジン１の要求出力に応じた目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出し、実際の気筒吸入空気量を目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤに制御するためのスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、検出されるスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤと一致するように、アクチュエータ７の駆動制御を行う。
【００３１】
図２は、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び目標開度ＴＨＣＭＤを算出するモジュールの構成を示すブロック図である。図２に示す各ブロックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により実現される。
【００３２】
図２に示す演算モジュールは、スロットル弁通過空気流量算出部５１と、気筒吸入空気量算出部５２と、モデル補正係数算出部５３と、目標気筒吸入空気量算出部５４と、リミット処理部５５と、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６と、目標開度算出部５７とを備えている。
【００３３】
スロットル弁通過空気流量算出部５１は、検出されるスロットル弁開度ＴＨを、弁通過空気流量モデル式に適用して、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を算出し、後述する長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを補正することにより、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出する。弁通過空気流量モデル式は、スロットル弁開度ＴＨと、スロットル弁３を通過する空気の流量との関係をモデル化したものである。
【００３４】
スロットル弁通過空気流量算出部５１は、さらに後述する短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを用いて第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを補正することにより、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出し、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］の単位変換を行って、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。
【００３５】
気筒吸入空気量算出部５２は、吸気管２（より具体的には吸気管２のスロットル弁下流側）をモデル化した吸気管モデル式に、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを適用して、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを算出する。また、気筒吸入空気量算出部５２は、吸気管モデル式のモデルパラメータの１つであるエンジン１の体積効率ηｖを算出し、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの算出に適用する。算出される体積効率ηｖは、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６における演算にも適用される。
【００３６】
モデル補正係数算出部５３は、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲ、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ、及び第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬに基づいて、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬは、スロットル弁３の特性ばらつき及び経時変化に起因する、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための補正係数であり、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは、環境（例えば気温や大気圧など）の変化に起因する、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための補正係数である。
【００３７】
目標気筒吸入空気量算出部５４は、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出する。
【００３８】
リミット処理部５５は、スロットル弁開度の１制御周期で変更可能なスロットル弁開度変化量（最大変化量）ＤＴＨＬＭＴと、検出されるスロットル弁開度ＴＨ（現在値）とに応じて、開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを算出し、スロットル弁開度を開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬに設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬを算出する。この演算には、弁通過空気流量モデル式が適用され、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが使用される。
【００３９】
リミット処理部５５は、さらに上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬに対応する上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＬを算出し、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＬで定義される制限範囲内の値をとるようにリミット処理を行う。
【００４０】
目標スロットル弁通過空気流量算出部５６は、リミット処理後の目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを吸気管モデル式の逆モデル式に適用し、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを算出する。
【００４１】
目標開度算出部５７は、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に適用し、目標開度ＴＨＣＭＤを算出する。この演算には、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが適用される。
【００４２】
次に、スロットル弁通過空気流量算出部５１における推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨの算出手法と、気筒吸入空気量算出部５２における気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの算出手法とを詳細に説明する。
【００４３】
図３はエンジン１を模式的に示す図であり、スロットル弁３，吸気弁２１、排気弁２２、及び気筒１ａが示されている。
スロットル弁３の開度ＴＨと、スロットル弁通過空気流量（吸入空気流量ＧＡＩＲ）の推定値ＨＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］との関係は、弁通過空気流量モデルを定義する下記式（１）で表すことができる。式（１）のＫＣは流量の単位を［ｇ／ｓｅｃ］とするための変換定数であり、ＫＴＨ（ＴＨ）はスロットル弁開度ＴＨに応じて算出される開口面積流量関数であり、Ψ（ＲＰ）は、スロットル弁３の上流側圧力である大気圧ＰＡと、下流側圧力である吸気圧ＰＢＡとの比率ＲＰ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）に応じて算出される圧力比流量関数であり、Ｒは気体定数である。開口面積流量関数ＫＴＨ（ＴＨ）の値は、予め実験的に求められた図６（ａ）に示すＫＴＨテーブルを用いて算出される。
【００４４】
また圧力比流量関数Ψは、下記式（２）で与えられる。式（２）の「κ」は空気の比熱比である。ただし、空気流速が音速を超えると、圧力比流量関数Ψは圧力比に拘わらず極大値をとるので、実際の演算処理では、圧力比流量関数Ψ（ＲＰ）の値も予め設定されたΨ（ＲＰ）テーブル（図６（ｂ））を用いて算出される。
【００４５】
【数１】
2012154289.tif 000003
【００４６】
本実施形態では、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正する長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（３）に適用し、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出し、式（３）により算出される第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを、エンジン回転数ＮＥを用いて１ＴＤＣ期間当たりの流量に変換することにより、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］が算出される。
ＨＧＡＩＲＬＳ＝ＨＧＡＩＲ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ          （３）
【００４７】
一方吸気管２のスロットル弁下流側部分２ａ内の空気量の変化量ＤＧＡＩＲＩＮは、下記式（１１）で与えられる。式（１１）のＶｉｎはスロットル弁下流側部分２ａの吸気管容積、ＴＡＫは絶対温度に変換した吸気温ＴＡ、Ｒは気体定数、ＤＰＢＡは吸気圧ＰＢＡの変化量（ＰＢＡ(k)−ＰＢＡ(k-1））である。また「ｋ」は１行程に相当する期間で離散化した離散化時刻である。
ＤＧＡＩＲＩＮ＝Ｖｉｎ×ＤＰＢＡ／（Ｒ×ＴＡＫ）            （１１）
【００４８】
したがって、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］と、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ［ｇ／ＴＤＣ］の差は、下記式（１２）で示されるように上記変化量ＤＧＡＩＲＩＮと等しくなる。
ＤＧＡＩＲＩＮ＝ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)  （１２）
【００４９】
一方、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮは、下記式（１３）で与えられる。式（１３）のＶｃｙｌは気筒容積であり、ηｖは体積効率である。
ＧＡＩＲＣＹＬＮ＝Ｖｃｙｌ×ηｖ×ＰＢＡ／（Ｒ×ＴＡＫ）    （１３）
【００５０】
式（１３）を用いると、吸気圧変化量ＤＰＢＡは、下記式（１４）で与えられる。式（１４）で与えられるＤＰＢＡ及び式（１２）の関係を式（１１）に適用することにより、下記の式（１５）（吸気管モデルの定義式）が得られる。
【数２】
2012154289.tif 000004
【００５１】
したがって、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを下記式（１６）で定義すると、式（１５）は下記式（１５ａ）で示され、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮは、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを入力とする一次遅れモデルの式を用いて算出することができる。
ＣＧＡＣＹＬ＝Ｖｃｙｌ×ηｖ／Ｖｉｎ                              （１６）
ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ×ＨＧＡＩＲＴＨ(k)  （１５ａ）
【００５２】
式（１６）により遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを算出するためには、体積効率ηｖを算出することが必要である。体積効率ηｖは、エンジン運転状態（エンジン回転数ＮＥ，吸気圧ＰＢＡ）、吸気弁の作動位相、排気還流率などに依存して変化するものであるため、本実施形態では、下記式（１７）により、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)の算出に用いる体積効率ηｖを算出するようにしている。
ηｖ＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k)              （１７）
【００５３】
式（１７）のＧＡＩＲＳＴＤ(k)は下記式（１８）により算出される理論気筒吸入空気量である。
ＧＡＩＲＳＴＤ(k)＝ＰＢＡ(k)×Ｖｃｙｌ／（Ｒ×ＴＡＫ）      （１８）
【００５４】
式（１７）を用いることにより、マップやテーブルを用いることなく体積効率ηｖを算出することが可能となり、常に更新されるのでエンジン特性の経時変化の影響を受けることなく最適な値を得ることできる。
【００５５】
式（１７）による体積効率ηｖの演算を、気筒吸入空気量が変化する過渡運転状態において精度よく行うために、特許文献１（第３の実施形態、図７及び図８）に示される手法を採用すると、時刻ｋにおいて繰り返し更新演算を行う必要があり、ＣＰＵの演算負荷が増加するという課題がある。そこで本実施形態では、以下に説明する体積効率算出手法を採用し、過渡運転状態においても正確な体積効率ηｖが得られるようにしている。
【００５６】
式（１７）を用いると遅れ係数ＣＧＡＣＹＬは、下記式（１９）で与えられる。ここで演算パラメータλ(k)を下記式（２０）で定義すると、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬは、下記式（２１）で与えられる。
【数３】
2012154289.tif 000005
ＣＧＡＣＹＬ(k)＝λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)                    （２１）
【００５７】
気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)は、下記式（１５ａ）（再掲）で与えられるので、これを式（２１）に適用すると、下記式（２２）が得られる。
ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ(k)）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ(k)×ＨＧＡＩＲＴＨ(k)  （１５ａ）
ＣＧＡＣＹＬ(k)
＝λ(k)×｛（１−ＣＧＡＣＹＬ(k)）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ(k)×ＨＧＡＩＲＴＨ(k)｝
＝λ(k)×｛ＣＧＡＣＹＬ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）
＋ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)}
＝λ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）×ＣＧＡＣＹＬ(k)
＋λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)        （２２）
【００５８】
式（２２）を用いると、特許文献１に示された繰り返し更新演算の過程で算出される更新遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(i)に相当するパラメータは、下記数式群（２３）で与えられる（ｉはインデクスパラメータ）。
【数４】
2012154289.tif 000006
【００５９】
ここで、演算パラメータΓ(k)及びＨ(k)を下記式（２４）及び（２５）で定義すると、数式群（２３）は、下記数式群（２６）で表される。
Γ(k)＝λ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＨＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）      （２４）
Ｈ(k)＝λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)                                （２５）
【数５】
2012154289.tif 000007
【００６０】
特許文献１に示された繰り返し更新演算の結果得られる遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(k)は、理論的にはインデクスパラメータｉを無限大とした極値に相当するので、演算パラメータΓ(k)が「−１」から「１」の間の値をとるという条件の下で、下記式（２７）で与えられる。式（２７）から明らかなように、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(k)は、初期値ＣＧＡＣＹＬ(k)0に依存しない。
【数６】
2012154289.tif 000008
【００６１】
式（２７）の演算パラメータΓ(k)及びＨ(k)（並びにΓ(k)及びＨ(k)に含まれるλ(k)）をもとの数式に戻すことにより、下記式（２８）が得られる。したがって、繰り返し演算により得られる体積効率ηｖは、式（２９）で与えられる。
【数７】
2012154289.tif 000009
【００６２】
次に弁通過空気流量モデルの逆モデル、及び吸気管モデルの逆モデルを定義する式について説明する。
弁通過空気流量モデルを定義する式（１）を変形すると下記式（３１）が得られる。したがって、弁通過空気流量モデルの逆モデルは、下記式（３２）で定義される。
【数８】
2012154289.tif 000010
【００６３】
一方、吸気管モデルを定義する式（１５ａ）を変形すると、下記式（３３）が得られる。したがって、吸気管モデルの逆モデルは、式（３３）で定義される。
ＨＧＡＩＲＴＨ(k)＝
（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）／ＣＧＡＣＹＬ
＋ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)                                    （３３）
【００６４】
目標スロットル弁通過空気流量算出部５６では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤから目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出されるので、式（３３）のＨＧＡＩＲＴＨ及びＧＡＩＲＣＹＬＮを、それぞれＧＡＩＲＴＨＣＭＤ及びＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤに置換した下記式（３４）を用いて、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出される。
ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)＝
（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)）／ＣＧＡＣＹＬ
＋ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)                                （３４）
【００６５】
また目標開度算出部５７では、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ［ｇ／ＴＤＣ］を単位時間当たりの流量［ｇ／ｓｅｃ］に変換することにより、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ、及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（３５）に適用して、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣが算出される。
ＧＡＩＲＣＭＤＣ＝ＧＡＩＲＣＭＤ／（ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ）        （３５）
【００６６】
さらに、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣを下記式（３６）に適用して目標開度ＴＨＣＭＤが算出される。式（３６）は、式（３２）のＨＧＡＩＲをＧＡＩＲＣＭＤＣに置換したものである。なお、式（３６）の演算は、図６（ａ）に示すＫＴＨテーブルを逆検索することにより行われる。
【数９】
2012154289.tif 000011
【００６７】
次に弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳの算出手法の概要を説明する。モデル化誤差は、基本的には吸入空気流量センサ１３により検出される吸入空気流量ＧＡＩＲと、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲとのずれに相当するものであるが、本実施形態では吸入空気流量センサ１３の検出遅れを考慮し、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲについて検出遅れ補正を行って、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを算出し、モデル化誤差を示すパラメータとして、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを下記式（４１）で定義する。
ＫＴＨＥＲＲ＝ＧＡＩＲ／ＨＧＡＩＲＡＦＭ                          （４１）
【００６８】
モデル化誤差がなければ、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは「１．０」となり、「１．０」との差が大きくなるほど、モデル化誤差が大きいことを示す。そこで、本実施形態では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲに基づいて長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する。
【００６９】
一方短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは、以下のようにして算出する。推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬで補正した第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬについて検出遅れ補正を行って遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを算出し、これを下記式（４２）に適用して補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出する。そして、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを下記式（４３）に適用してなまし演算を行うことにより、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。式（４３）のＣＳは、例えば「０．０２」に設定されるなまし係数である。ｊは演算周期ＴＳ（例えばクランク角３０度に相当する期間、１行程期間の１／６に相当する期間に設定される）で離散化した離散化時刻である。
ＫＴＨＥＲＲＳ＝ＧＡＩＲ／ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ                    （４２）
ＫＭＤＬＳ(j)＝ＣＳ×（１／ＫＴＨＥＲＲＳ）＋（１−ＣＳ）×ＫＭＤＬＳ(j-1)
（４３）
【００７０】
なお、検出吸入空気流量ＧＡＩＲが脈動しているとき、及び圧力比流量関数Ψに適用される圧力比ＲＰが上限値に到達しているときは、なまし係数ＣＳが「０」に設定され、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは前回値に維持される。
【００７１】
遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ（ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ）を算出するために、吸入空気流量センサ１３をモデル化した吸入空気流量センサモデル（以下「ＡＦＭモデル」という）が使用される。ＡＦＭモデルは、むだ時間要素と一次遅れ要素の結合で近似することができるので、本実施形態では、下記式（４４）により、ＡＦＭモデルを定義する。式（４４）のｊＴＮはむだ時間ＴＮを演算周期ＴＳで離散化した離散化むだ時間であり、ＣＴＤは下記式（４５）で与えられる遅れ定数である。遅れ定数ＣＴＤは「０」より大きく「１」より小さい値をとる。式（４５）のＴＤは一次遅れ要素の遅れ時定数である。遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭは、下記式（４４ａ）で与えられる。
ＨＧＡＩＲＡＦＭ(j)＝ＣＴＤ×ＨＧＡＩＲ(j-jTN)
＋（１−ＣＴＤ）×ＨＧＡＩＲＡＦＭ(j-1)          （４４）
ＣＴＤ＝１−ｅ-(TS/TD)                                                  （４５）
ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ(j)＝ＣＴＤ×ＨＧＡＩＲＬ(j-jTN)
＋（１−ＣＴＤ）×ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ(j-1)      （４４ａ）
【００７２】
次に長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出手法を詳細に説明する。図４は、スロットル弁開度ＴＨと、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲとの関係を示す図であり、この図に示す黒丸はモデル化誤差が存在する状態における実験データを示し、実線Ｌ１は実験データからスロットル弁開度ＴＨとモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲとの関係を近似するための曲線を示す。この図から明らかなように、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢより大きい範囲では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは「１．０」とほぼ等しくなる。そこで、本実施形態では、曲線Ｌ１（ＴＨ≦ＴＨＢの範囲）を２次曲線で近似することとし、下記式（４６）で誤差モデルを定義する。式（４６）のＫＴＨＥＲＲＣＯＲを以下「誤差パラメータ」という。
ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ＝ＫＴＨＥＲＲ−１＝Ａ×（ＴＨ−ＴＨＢ）2        （４６）
【００７３】
式（４６）は、図４に示す破線Ｌ２を示す数式に相当し、「Ａ」はモデルパラメータである。式（４６）を用いることにより、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出するために必要なモデルパラメータが１つとなり（一般的な２次式では、モデルパラメータは３つである）、モデルパラメータの同定演算を簡単化することができる。
【００７４】
モデルパラメータＡは、最小二乗法を用いる場合、下記式（４７）で与えられる。
【数１０】
2012154289.tif 000012
【００７５】
同定されたモデルパラメータＡ及びスロットル弁開度ＴＨを式（４６）に適用して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出し、その誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを下記式（４８）に適用することにより、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが得られる。
ＫＭＤＬＬ＝１／ＫＴＨＥＲＲ＝１／（ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ＋１）      （４８）
【００７６】
このように長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬは、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳに比べて、より長い期間における検出データ（ＴＨ，ＧＡＩＲ）を統計処理することにより算出されるモデルパラメータＡを用いて算出される。弁通過空気流量モデルのモデル化誤差は、スロットル弁の特性ばらつきや経時変化、有効吸気管断面積の減少などに起因するので、モデルを補正するための補正係数の正確な値を得るためには、比較的長い期間に得られる検出データに基づく演算を行う必要がある。したがって、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いることにより、モデル化誤差をより高い精度で補正することが可能となる。
【００７７】
図５は、スロットル弁通過空気流量算出部５１における演算処理のフローチャートである。
ステップＳ１１では、スロットル弁開度ＴＨに応じて図６（ａ）に示す開口面積流量関数テーブルを検索し、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）を算出する。ステップＳ１２では、圧力比ＲＰ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）に応じて図６（ｂ）に示す圧力比流量関数テーブルを検索し、圧力比流量関数値Ψ（ＲＰ）を算出する。
【００７８】
ステップＳ１３では、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）、圧力比流量関数値Ψ（ＲＰ）、及び吸気温ＴＡを前記式（１）に適用し、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。ステップＳ１４では、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを下記式（５１）に適用して、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出し、さらに第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（５２）に適用して、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出する。
ＨＧＡＩＲＬ＝ＨＧＡＩＲ×ＫＭＤＬＬ                      （５１）
ＨＧＡＩＲＬＳ＝ＨＧＡＩＲＬ×ＫＭＤＬＳ                  （５２）
【００７９】
ステップＳ１５では、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］及びエンジン回転数ＮＥを下記式（５３）に適用し、１ＴＤＣ期間当たりの吸入空気量である推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。式（５３）のＫＣＶは変換係数である。
ＨＧＡＩＲＴＨ＝ＨＧＡＩＲＬＳ×ＫＣＶ／ＮＥ                （５３）
【００８０】
図７は、気筒吸入空気量算出部５２における演算処理のフローチャートである。ＥＣＵ５のＣＰＵにおいて演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ２１では前記式（２９）を用いて体積効率ηｖを算出する。なお、この算出には、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの前回値を用いるため、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの初期値ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩの設定が必要である。本実施形態では、初期値ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩは、下記式（５４）により、理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤに設定される。よって体積効率ηｖの初期値は「１」となる（式（１７）参照）。
ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩ＝ＧＡＩＲＳＴＤ
＝ＰＢＡ×Ｖｃｙｌ／（Ｒ×ＴＡＫ）  （５４）
【００８１】
ステップＳ２２では、算出された体積効率ηｖを前記式（１６）に適用し、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを算出する。ステップＳ２３では、算出された遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを前記式（１５ａ）に適用し、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を算出する。
【００８２】
図８は、図２のモデル補正係数算出部５３において、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで、演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１０１では、前記式（１）を用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。ステップＳ１０２では、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて図９（ａ）に示すＴＮテーブルを検索し、無駄時間ＴＮを算出するとともに、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて図９（ｂ）に示すＴＤテーブルを検索し、遅れ時定数ＴＤを算出する。なお、無駄時間ＴＮ及び遅れ時定数ＴＤは、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて算出するようにしてもよい。
【００８３】
ステップＳ１０３では、スロットル弁開度ＴＨを式（４６）に適用して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出し、その誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを式（４８）に適用することにより、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する。
【００８４】
ステップＳ１０４では、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを式（５１）に適用し、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出する。ステップＳ１０５では、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを式（４４ａ）に適用して、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを算出し、ステップＳ１０６では、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを式（４２）に適用して、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出し、ステップＳ１０７では、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを式（４３）に適用して、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。
【００８５】
図１０は、モデルパラメータＡを算出する学習処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで、演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１１０では、学習実行フラグＦＬＥＡＲＮが「１」であるか否かを判別する。学習実行フラグＦＬＥＡＲＮは、エンジン１の今回の運転開始（エンジン始動）時点からの走行距離ＤＩＳＴが所定値ＤＬＥＡＲＮ未満であるとき「１」に設定される。
【００８６】
ステップＳ１１０の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了する。学習実行フラグＦＬＥＡＲＮが「１」であるときは、ステップＳ１１１〜Ｓ１１６の学習処理を実行する。ステップＳ１１１及びＳ１１２における演算は、図８のステップＳ１０１及びＳ１０２における演算と同一である。
【００８７】
ステップＳ１１３では、式（４４）により遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを算出し、算出した遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ及び検出吸入空気流量ＧＡＩＲを式（４１）に適用して、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを算出する（ステップＳ１１４）。
【００８８】
ステップＳ１１５では、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは図１１に示す同定演算を実行し（ステップＳ１１６）、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢ以上であるときは直ちに処理を終了する。
【００８９】
図１１は図１０のステップＳ１１６で実行される同定演算処理のフローチャートである。
ステップＳ１４０では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲから「１」を減算して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出する。Ｓ１４１〜Ｓ１４３では、スロットル弁開度ＴＨが、所定開度ＴＨ１〜ＴＨ３（ＴＨ１＜ＴＨ２＜ＴＨ３）によって定義される第１〜第４領域のいずれにあるかを判別し、スロットル弁開度ＴＨが第１領域（ＴＨ＜ＴＨ１）にあるときは領域パラメータｎを「１」に設定し（ステップＳ１４４）、スロットル弁開度ＴＨが第２領域（ＴＨ１≦ＴＨ＜ＴＨ２）にあるときは領域パラメータｎを「２」に設定し（ステップＳ１４５）、スロットル弁開度ＴＨが第３領域（ＴＨ２≦ＴＨ＜ＴＨ３）にあるときは領域パラメータｎを「３」に設定し（ステップＳ１４６）、スロットル弁開度ＴＨが第４領域（ＴＨ３≦ＴＨ）にあるときは領域パラメータｎを「４」に設定する（ステップＳ１４７）。
【００９０】
ステップＳ１４８では、下記式（６１）により第ｎ領域の分母積算値ＸＸＸＸ[n]を算出する。分母積算値ＸＸＸＸ[n]は、式（４７）の分母に対応するものであり、式（６１）のＸＸＸＸ[n］zは、分母積算値ＸＸＸＸ[n］の前回算出値である。
ＸＸＸＸ[n］＝ＸＸＸＸ[n]z＋（ＴＨ−ＴＨＢ）4              （６１）
【００９１】
ステップＳ１４９では、分子積算値ＸＸＹ[n]を下記式（６２）により算出する。分子積算値ＸＸＹ[n]は、式（４７）の分子に対応するものであり、式（６２）のＸＸＹ[n]zは、分子積算値ＸＸＹ[n]の前回算出値である。
ＸＸＹ[n]＝ＸＸＹ[n]z＋ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ×（ＴＨ−ＴＨＢ）2    （６２）
【００９２】
ステップＳ１５０では、第ｎ領域のサンプリング数ＮＳＡＭＰＬ[n]を「１」だけインクリメントする（前回値ＮＳＡＭＰＬ[n]zに「１」を加算する）。ステップＳ１５１では、下記式（６３）により、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬを算出する。式（６３）によれば、４つの領域毎に算出される分母平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬが算出される。
【数１１】
2012154289.tif 000013
【００９３】
ステップＳ１５２では、下記式（６４）により、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを算出する。式（６４）によれば、４つの領域毎に算出される分子平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬが算出される。
【数１２】
2012154289.tif 000014
【００９４】
ステップＳ１５３では、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬで除算することにより、モデルパラメータＡを算出する。
【００９５】
図１１に示す処理によれば、スロットル弁開度ＴＨの変化範囲が４つの領域に分割され、各領域毎の分子平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬが算出されるとともに、各領域毎の分母平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬが算出され、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬで除算してモデルパラメータＡが算出される。これにより、サンプリングされるスロットル弁開度ＴＨの値に偏りがある場合でも、高い精度を確保することができる。
【００９６】
図１１の処理により算出されるモデルパラメータＡは、エンジン運転期間（エンジン始動時点からイグニッションスイッチがオフされるまでの期間）の終了時点でメモリに格納され、次のエンジン運転期間において式（４６）の演算に適用される。
【００９７】
図１２は、図２の目標気筒吸入空気量算出部５４、リミット処理部５５、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６、及び目標開度算出部５７における処理のフローチャートである。
【００９８】
ステップＳ３１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出する。ステップＳ３２では、図１３に示すリミット処理を実行し、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを、上限値ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限値ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬの範囲内の値に制限する。
【００９９】
ステップＳ３３では、吸気管モデル式の逆モデル式（式（３４））にリミット処理後の目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k)及びＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)を適用し、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)を算出する。
【０１００】
ステップＳ３４では、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)［ｇ／ＴＤＣ］を下記式（６５）に適用し、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(k)［ｇ／ｓｅｃ］に変換する。
ＧＡＩＲＣＭＤ(k)＝ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)×ＮＥ／ＫＣＶ      （６５）
【０１０１】
ステップＳ３５では、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(k)を前記式（３５）に適用し、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣ(k)を算出する。ステップＳ３６では、式（３１）の「ＨＧＡＩＲ」として補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣ(k)を適用し、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）を算出する。ステップＳ３７では、ステップＳ３６で算出した開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）に応じて、図６（ａ）に示す開口面積流量関数テーブルを逆検索し、目標開度ＴＨＣＭＤ(k)を算出する（式（３６）の演算を行う）。
【０１０２】
図１３は、図１２のステップＳ３２におけるリミット処理のフローチャートである。
ステップＳ４１では、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７の電源電圧ＶＢＤＢＷに応じて、スロットル弁開度の単位時間当たりの最大変化量ＤＴＨｌｍｔ［ｄｅｇ／ｍｓ］を算出し、スロットル弁３の制御周期ＴＣＴＬ（例えば２ｍｓ）当たりの最大変化量ＤＴＨＬＭＴ［ｄｅｇ／ＴＣＴＬ］に変換する。なお、最大変化量ＤＴＨＬＭＴは、予め設定した値を用いてもよい。
【０１０３】
ステップＳ４２では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び最大変化量ＤＴＨＬＭＴを下記式（６６）に適用し、基本開き側限界値ＴＨＯＦＨＢを算出する。式（６６）は、ＴＨＭＡＸと（ＴＨ＋ＤＴＨＬＭＴ）の小さい方を選択する演算を行うものであり、ＴＨＭＡＸは所定最大開度（例えば８５ｄｅｇ）である。
ＴＨＯＦＨＢ＝Ｍｉｎ（ＴＨＭＡＸ，ＴＨ＋ＤＴＨＬＭＴ）      （６６）
【０１０４】
ステップＳ４３では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び最大変化量ＤＴＨＬＭＴを下記式（６７）に適用し、基本閉じ側限界値ＴＨＯＦＬＢを算出する。式（６７）は、ＴＨＭＩＮと（ＴＨ−ＤＴＨＬＭＴ）の大きい方を選択する演算を行うものであり、ＴＨＭＩＮは所定最小開度（例えば０．５ｄｅｇ）である。
ＴＨＯＦＬＢ＝Ｍａｘ（ＴＨＭＩＮ，ＴＨ−ＤＴＨＬＭＴ）      （６７）
【０１０５】
ステップＳ４４では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び基本開き側限界値ＴＨＯＦＨＢを下記式（６８）に適用し、開き側限界値ＴＨＯＦＨを算出する。式（６８）のＣＴＨＡＤＤは、０から１の間の値に設定される開き側なまし係数である。
ＴＨＯＦＨ＝ＴＨ＋ＣＴＨＡＤＤ×（ＴＨＯＦＨＢ−ＴＨ）        （６８）
【０１０６】
ステップＳ４５では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び基本閉じ側限界値ＴＨＯＦＬＢを下記式（６９）に適用し、閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを算出する。式（６９）のＣＴＨＤＥＣは、０から１の間の値に設定される閉じ側なまし係数である。
ＴＨＯＦＬ＝ＴＨ＋ＣＴＨＤＥＣ×（ＴＨＯＦＬＢ−ＴＨ）        （６９）
【０１０７】
閉じ側なまし係数ＣＴＨＤＥＣは、開き側なまし係数ＣＴＨＡＤＤより大きな値に設定され、かつなまし係数ＣＴＨＤＥＣ及びＣＴＨＡＤＤは、ともに制御周期ＴＣＴＬが長くなるほどより大きな値をとるように設定される。
【０１０８】
ステップＳ４６では、開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを、弁通過空気流量モデル式（式（１））に適用し、対応する上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨ［ｇ／ｓｅｃ］及び下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬ［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。さらに上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨ及び下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬを下記式（７０）及び（７１）に適用し、補正上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ及び補正下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬＬＳを算出する。
ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ＝ＧＡＩＲＬＭＨ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ      （７０）
ＧＡＩＲＬＭＬＬＳ＝ＧＡＩＲＬＭＬ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ      （７１）
【０１０９】
ステップＳ４７では、補正上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］及び補正下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］に（ＫＣＶ／ＮＥ）を乗算して、上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ［ｇ／ＴＤＣ］及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。
【０１１０】
ステップＳ４８では、上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬを吸気管モデル式（式（１５ａ））に適用し、上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬを算出する。
【０１１１】
ステップＳ４９では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨに設定し（ステップＳ５０）、ステップＳ５１に進む。ステップＳ４９の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ５１に進む。
【０１１２】
ステップＳ５１では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬに設定し（ステップＳ５２）、処理を終了する。ステップＳ５１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。
【０１１３】
次に本実施形態における燃料噴射制御を説明する。図１４は、気筒吸入空気量及び燃料噴射時間の演算処理（以下単に「演算処理ＰＳ」という）の実行タイミングと、燃料噴射実行期間との関係を説明するためのタイムチャートであり、特定気筒（例えば＃１気筒）の排気行程及び吸気行程が示されている。図１４（ａ）には、排気弁及び吸気弁のリフトカーブが示されており、同図（ｂ）には演算処理ＰＳの実行期間が示され、同図（ｃ）には＃１気筒に対応する燃料噴射弁の開弁期間（燃料噴射実行期間）が示されている。演算処理ＰＳは、クランク角度３０度毎に実行される（１行程期間中に６回実行される）。
【０１１４】
この図に示された例では、演算処理ＰＳ１で算出される燃料噴射開始時期ＩＮＪＯＢＪｓｔａｒｔ及び燃料噴射終了時期ＩＮＪＯＢＪｅｎｄに基づいて燃料噴射が開始され、燃料噴射実行中に実行される演算処理ＰＳ２及びＰＳ３においても、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの最新の演算結果に応じて算出される燃料噴射時間ＴＯＵＴに応じて、燃料噴射終了時期ＩＮＪＯＢＪｅｎｄの修正演算が実行され、実際の燃料噴射実行期間の修正が行われる。これにより、エンジン１の過渡運転状態においても、実際の気筒吸入空気量に対応する燃料量を精度良く供給することができる。
【０１１５】
図１５は、演算処理ＰＳに含まれる燃料噴射制御処理のフローチャートである。
ステップＳ６１では、図７の処理で算出される最新の気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを読み込み、ステップＳ６２では、下記式（８１）により燃料噴射弁６の開弁時間、すなわち燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭＡＦＭ×ＫＰＡ×ＫＴＡ×ＫＴＷ×ＫＣＭＤ＋ＴＩＶＢ  （８１）
【０１１６】
式（８１）のＴＩＭＡＦＭは、基本燃料噴射時間であり、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮに比例するように（空燃比が理論空燃比となるように）設定される。ＫＰＡ，ＫＴＡ，及びＫＴＷは、それぞれ大気圧ＰＡ、吸気温ＴＡ、及び冷却水温ＴＷに応じて設定される環境補正係数であり、ＫＣＭＤはエンジン運転状態に応じて設定される目標当量比である。またＴＩＶＢは、燃料噴射弁６に電源を供給するバッテリの出力電圧に応じて設定される電圧補正項である。基本燃料噴射時間ＴＩＭＡＦＭの算出には、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの最新の算出値が適用される。
【０１１７】
ステップＳ６３では、燃料噴射実行中であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ６２で算出した燃料噴射時間ＴＯＵＴ［ｓｅｃ］を、エンジン回転数ＮＥに応じて燃料噴射期間ＴＯＵＴｄｅｇ［ｄｅｇ］に変換する。燃料噴射期間ＴＯＵＴｄｅｇは、燃料噴射時間ＴＯＵＴをクランク角度で示される期間に変換したものである。
【０１１８】
ステップＳ６５では、エンジン運転状態に応じて燃料噴射終了時期ＩＮＪＯＢＪｅｎｄを算出する。具体的には、冷却水温ＴＷが低いときは、燃料が気化し難いため、燃料噴射終了時期ＩＮＪＯＢＪｅｎｄは、高水温時より進角させた値に設定され、またエンジン負荷が増加するほど遅角するように設定される。
【０１１９】
ステップＳ６６では、燃料噴射期間ＴＯＵＴｄｅｇ及び燃料噴射終了時期ＩＮＪＯＢＪｅｎｄを下記式（８２）に適用し、燃料噴射開始時期ＩＮＪＯＢＪｓｔａｒｔを算出する。
ＩＮＪＯＢＪｓｔａｒｔ＝ＩＮＪＯＢＪｅｎｄ−ＴＯＵＴｄｅｇ        （８２）
【０１２０】
ステップＳ６３の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち燃料噴射実行中であるときは、最新の燃料噴射時間ＴＯＵＴをステップＳ６４と同様に、燃料噴射期間ＴＯＵＴｄｅｇに変換する（ステップＳ６７）。ステップＳ６８では、燃料噴射期間ＴＯＵＴｄｅｇ及びステップＳ６６で算出した燃料噴射開始時期ＩＮＪＯＢＪｓｔａｒｔを下記式（８３）に適用し、燃料噴射終了時期ＩＮＪＯＢＪｅｎｄを修正する。
ＩＮＪＯＢＪｅｎｄ＝ＩＮＪＯＢＪｓｔａｒｔ＋ＴＯＵＴｄｅｇ          （８３）
【０１２１】
図１５の処理により、図１４を参照して説明した燃料噴射制御が行われる。すなわち、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの最新の演算結果を用いて、燃料噴射実行中においても燃料噴射終了時期ＩＮＪＯＢＪｅｎｄを修正することによって、過渡運転状態における燃料噴射量の制御精度を向上させることができる。
【０１２２】
図１６は、要求トルクＴＲＱＣＭＤが急激に増加する過渡状態における動作例のタイムチャートである。図１６の破線が要求トルクＴＲＱＣＭＤの推移を示し、実線が実出力トルクＴＲＱの推移を示す。このように、本実施形態に示した体積効率ηｖ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの算出手法、並びに燃料噴射制御手法を採用することにより、良好なトルク制御性能を得ることができる。
【０１２３】
以上のように本実施形態では、図７のステップＳ２１において式（２９）を用いて体積効率ηｖを算出するようにしている。式（２９）を用いることにより、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤとともに、気筒容積Ｖｃｙｌと吸気管容積Ｖｉｎとの比、及び推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨをさらに用いて体積効率ηｖが算出され、繰り返し（更新）演算を行うことなく、すなわちＣＰＵの負荷の大幅に増加させることなく、体積効率ηｖの算出精度を高めることができる。
【０１２４】
また目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが算出され、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ、目標気筒吸入空気量の前回算出値ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)、及び体積効率ηｖを、吸気管モデル式の逆モデル式である式（３４）に適用して目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出されるので、吸入空気流量制御の目標値となる目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤの算出精度を高め、特にエンジンの過渡運転状態において吸入空気流量の制御精度を向上させることができる。
【０１２５】
また弁通過空気流量モデル式である式（１）に、スロットル弁開度ＴＨを適用して推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲが出され、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式である式（３２）に、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤから変換された目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤを適用してスロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤが算出される。したがって、必要な吸入空気流量を得るための目標開度ＴＨＣＭＤの算出精度を高め、特にエンジンの過渡運転状態において吸入空気流量の制御精度を向上させることができる。
【０１２６】
また体積効率ηｖ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮが、エンジンの１行程期間より短い演算周期、すなわちクランク角３０度周期で、１行程期間内において複数回算出されるので、過渡運転状態において正確な気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを得ることができる。
【０１２７】
また算出される気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの最新の演算結果を用いて燃料噴射期間（燃料噴射開始時期ＩＮＪＯＢＪｓｔａｒｔ，ＩＮＪＯＢＪｅｎｄ）が制御されるので、過渡運転状態における燃料供給量を、実際の気筒吸入空気量に対応する正確な値に制御し、エンジン出力トルクの制御性を向上させることができる。
【０１２８】
本実施形態では、スロットル弁開度センサ４、吸気圧センサ８、及び吸気温センサ９、がそれぞれスロットル弁開度検出手段、吸気圧検出手段、及び吸気温検出手段に相当し、ＥＣＵ５が、吸入空気流量取得手段、理論気筒吸入空気量算出手段、体積効率算出手段、気筒吸入空気量算出手段、目標気筒吸入空気量算出手段、目標吸入空気流量算出手段、目標開度算出手段、及び燃料噴射制御手段を構成する。具体的には、図５の処理が吸入空気流量取得手段に相当し、図７のステップＳ２１が体積効率算出手段に相当し、ステップＳ２３が気筒吸入空気量算出手段に相当し、図１２のステップＳ３１が目標気筒吸入空気量算出手段に相当し、ステップＳ３３が目標吸入空気流量算出手段に相当し、ステップＳ３４〜Ｓ３７が目標開度算出手段に相当し、図１５の処理が燃料噴射制御手段に相当する。
【０１２９】
［変形例１］
上述した実施形態では、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出に適用するモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを用いて算出するようにしたが（式（４１））、定常的なエンジン運転状態においてモデルパラメータＡの学習を行うことにより、吸入空気流量センサ１３の検出遅れの影響を排除することができる。したがって、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭに代えて、検出遅れ補正を行わない推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを用いてモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを算出するようにしてもよい。
【０１３０】
［変形例２］
上述した実施形態では、モデルパラメータＡの算出に適用される分母加重平均値ＸＸＸＴＴＬ及び分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを、それぞれ式（６３）及び（６４）により算出するようにしたが、これらの数式に代えて、下記式（６３ａ）及び（６４ａ）を用いて算出するようにしてもよい。
【０１３１】
【数１３】
2012154289.tif 000015
【数１４】
2012154289.tif 000016
【０１３２】
式（６３ａ）及び（６４ａ）のＫＧ１〜ＫＧ４は、重み係数であり下記式（９１）及び（９２）を満たすように設定される。
ＫＧ１＞ＫＧ２＞ＫＧ３＞ＫＧ４                      （９１）
ＫＧ１＋ＫＧ２＋ＫＧ３＋ＫＧ４＝１                  （９２）
【０１３３】
弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差は、図４に示したように、スロットル弁開度ＴＨが低下するほど増加する傾向がある。したがって、式（９１）を満たすように設定される重み係数ＫＧ１〜ＫＧ４を用いることにより、モデルパラメータＡの同定演算に上記傾向を適切に反映させ、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出精度を高めることができる。
なお、重み係数ＫＧ１〜ＫＧ４は、これらのうちいずれかが同じ値となるように設定してもよい。
【０１３４】
［変形例３］
理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤの算出方法として、特許文献１の段落００８３〜００８９に開示された以下の手法を用いてもよい。この場合には、吸気圧ＰＢＡが基準大気圧ＰＡ０に等しくかつ吸気温ＴＡが基準温度ＴＡ０に等しい状態における最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを、エンジン回転数ＮＥに対応して（複数の所定エンジン回転数毎に）予め求めてテーブルとして記憶しておき、エンジン運転時にはエンジン回転数ＮＥに応じたテーブル検索により最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを算出し、検出される吸気圧ＰＢＡ、基準大気圧ＰＡ０、及び最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを特許文献１の式（２１）に適用して基準理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤＢを算出し、さらに検出される吸気温ＴＡ及びエンジン冷却水温ＴＷに応じて基準理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤＢを補正することにより、理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤを算出することができる。
【０１３５】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態における長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出手法を変更したものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
第１の実施形態では、スロットル弁開度ＴＨを式（４６）に適用して誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出したが、本実施形態では、式（４６）で示される関係をＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルとして設定し、テーブル検索により誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出するようにしたものである。
【０１３６】
図１７は、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを表形式で示す図である。ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルには、スロットル弁開度ＴＨについて１［ｄｅｇ］から（ＴＨＢ−１）［ｄｅｇ］に対応して、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[1]，ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[2]，…，ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[THB-1]（ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]，ｐ＝１〜（ＴＨＢ−１））が設定され、所定開度ＴＨＢに対応して「１」が設定されている。
【０１３７】
図１８は、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを更新する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１６１〜Ｓ１６５は、図１０のステップＳ１１１〜Ｓ１１５と同一である。
ステップＳ１６６では、図１９に示す設定値更新処理を実行し、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]（ｐ＝１〜（ＴＨＢ−１））の更新を行う。
【０１３８】
図１９のステップＳ１７１では、図１８のステップＳ１６４で算出されたモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲから「１」を減算して誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出する。ステップＳ１７２では、スロットル弁開度ＴＨに応じて更新すべきテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]を選択する。例えばスロットル弁開度ＴＨが０．３［ｄｅｇ］であるときは、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[1]（ｐＳ＝１）が選択され、スロットル弁開度ＴＨが１．８［ｄｅｇ］であるときは、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[2]（ｐＳ＝２）が選択される。
【０１３９】
ステップＳ１７３では、更新すべきテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]の算出に適用されたデータ数ＮＤＡＴＡ[pS]を「１」だけインクリメントする。ＮＤＡＴＡ[pS]zは、前回更新時のデータ数である。ステップＳ１７４では、ステップＳ１７１で算出した誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを下記式（１０１）に適用し、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]の更新を行う。式（１０１）のＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]zは、更新前のテーブル設定値である。
【数１５】
2012154289.tif 000017
【０１４０】
図１９の処理により、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]の更新を行うことにより、スロットル弁開度ＴＨの１［ｄｅｇ］から（ＴＨＢ−１）［ｄｅｇ］までの範囲において、テーブルの設定格子点（ＴＨ＝１，２，…，（ＴＨＢ−１））毎に設定値の更新が行われ、更新回数が増加するほど各格子点におけるテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]の精度を高め、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出精度を高めることができる。
【０１４１】
［変形例］
上述した第２の実施形態では、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲが設定されたＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを使用するようにしたが、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲに代えて長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが設定されたＫＭＤＬＬテーブルを使用し、ＫＭＤＬＬテーブルの設定値を更新するようにしてもよい。
【０１４２】
また、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルにおけるスロットル弁開度ＴＨの格子点は１［ｄｅｇ］間隔で設定したが、これに限るものではなく、１［ｄｅｇ］より大きい間隔または小さい間隔で設定するようにしてもよい。
【０１４３】
［第３の実施形態］
本実施形態では、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの１行程期間後の予測値である予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰを算出し、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰに応じて燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出するようにしたものである。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【０１４４】
先ず推定スロットル弁通過空気流量の今回値ＨＧＡＩＲＴＨ(k)及び前回値ＨＧＡＩＲＴＨ(k-1)を下記式（１１１）に適用し、予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)を算出する。式（１１１）のＫＰは、実験により設定される所定予測ゲインである。
ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)＝ＨＧＡＩＲＴＨ(k)
＋{ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＨＧＡＩＲＴＨ(k-1)｝×ＫＰ            （１１１）
【０１４５】
次に下記式（１１２）により予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)を算出する。式（１１２）は、式（１５ａ）と同形式の吸気管モデル式であり、式（１５ａ）のＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)及びＨＧＡＩＲＴＨ(k)を、それぞれＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)及びＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)に代えたものである。
ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)
＋ＣＧＡＣＹＬ×ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)  （１１２）
【０１４６】
そして、算出される予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰを燃料噴射時時間ＴＯＵＴの算出に適用する。なお、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰを算出し、これを燃料噴射時時間ＴＯＵＴに適用する場合には、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ及び燃料噴射時間ＴＯＵＴの演算処理は、ＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。
【０１４７】
本実施形態によれば、予測スロットル弁通過流量ＨＧＡＲＩＴＨＰが算出され、予測スロットル弁通過流量ＨＧＡＲＩＴＨＰ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを、吸気管モデル式（式（１１２））に適用して予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰが算出されるので、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出精度を高め、特にエンジンの過渡運転状態において燃料供給量の制御精度を向上させることができる。また、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰを点火時期制御にも適用することにより、点火時期の制御精度も向上させることができる。
【０１４８】
本実施形態では、式（１１１）の演算が吸入空気流量予測手段に相当し、式（１１２）の演算が気筒吸入空気量予測手段に相当する。
【０１４９】
なお上述した第１〜第３実施形態は、種々の他の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ（及び予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ）の算出には、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを使用したが、吸入空気流量センサ１３により検出される吸入空気流量ＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を１ＴＤＣ期間毎の流量に変換した検出スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨを使用するようにしてもよい。
【０１５０】
また、上述した実施形態では大気圧センサ３３により検出した大気圧ＰＡを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出するようにしたが、公知の大気圧推定手法（例えば米国特許第６０１６４６０号公報参照）を用いて算出した推定大気圧ＨＰＡを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出するようにしてもよい。
【０１５１】
また上述した実施形態では、本発明をガソリン内燃エンジンに適用した例を示したが、本発明はディーゼル内燃エンジンにも適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどにも適用が可能である。
【符号の説明】
【０１５２】
１  内燃機関
１ａ  気筒
２  吸気管
３  スロットル弁
４  スロットル弁開度センサ（スロットル弁開度検出手段）
５  電子制御ユニット（吸入空気流量取得手段、理論気筒吸入空気量算出手段、体積効率算出手段、気筒吸入空気量算出手段、吸入空気流量予測手段、気筒吸入空気量予測手段、目標気筒吸入空気量算出手段、目標吸入空気流量算出手段、目標開度算出手段、燃料噴射制御手段）
８  吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
９  吸気温センサ（吸気温検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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