(57)【要約】【課題】本発明は、過給機を備える内燃機関において計算負荷を増大させることなく筒内空気量を高い精度にて推定することのできる内燃機関の空気量推定装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の内燃機関の空気量推定装置は、スロットル弁上流部モデルとスロットル弁下流部モデルとに基づいてスロットル弁下流圧力を推定する第１圧力推定手段と、コンプレッサから吸気弁までの吸気通路である結合部内の物理モデルである結合部モデルに基づいて結合部内の空気の圧力である結合部内圧力を推定する第２圧力推定手段と、該結合部内圧力に基づいてスロットル弁下流圧力を推定する第３圧力推定手段とを備え、所定の選択条件を満足しないときには第１圧力推定手段によるスロットル弁下流圧力に基づいて筒内空気量を推定し、選択条件を満足するときには第３圧力推定手段によるスロットル弁下流圧力に基づいて筒内空気量を推定する。【選択図】図５
2012184726.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、前記吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、前記コンプレッサの下流側の前記吸気通路内に配置されたスロットル弁と、前記スロットル弁の下流にて前記吸気通路と前記気筒との接続部を連通状態または遮断状態にする吸気弁とを備えた内燃機関に適用され、前記吸気通路内を流れる空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を推定する内燃機関の空気量推定装置であって、
前記コンプレッサから前記スロットル弁までの前記吸気通路であるスロットル弁上流部内の物理モデルであるスロットル弁上流部モデルと、前記スロットル弁から前記吸気弁までの前記吸気通路であるスロットル弁下流部内の物理モデルであるスロットル弁下流部モデルと、に基づいて前記スロットル弁上流部内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力および前記スロットル弁下流部内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力をそれぞれ推定する第１圧力推定手段と、
前記コンプレッサから前記吸気弁までの前記吸気通路である結合部内の物理モデルである結合部モデルに基づいて前記結合部内の空気の圧力である結合部内圧力を推定する第２圧力推定手段と、
前記第２圧力推定手段により推定された前記結合部内圧力に基づいて、該結合部内圧力より小さい値となるように前記スロットル弁下流圧力を推定する第３圧力推定手段と、
所定の選択条件を満足するか否かを判定する選択条件判定手段と、
前記選択条件を満足しないと判定されるときには前記第１圧力推定手段により推定された前記スロットル弁下流圧力に基づいて前記筒内空気量を推定し、前記選択条件を満足すると判定されるときには前記第３圧力推定手段により推定された前記スロットル弁下流圧力に基づいて前記筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空気量推定装置。
【請求項２】
前記第３圧力推定手段は、
前記スロットル弁による圧力損失を算出する圧力損失算出手段と、
前記結合部内圧力と前記圧力損失とに基づいて補正値を算出する補正値算出手段と、
前記結合部内圧力から前記補正値を差し引くことにより前記スロットル弁下流圧力を算出するスロットル弁下流圧力算出手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空気量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空気量推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機を備える内燃機関の気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を吸気通路内の空気の挙動を表す物理モデルを使用して推定する空気量推定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５２８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報に開示された従来の空気量推定装置では、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さいときは、インタークーラ部（スロットル弁上流部）内の空気に関する保存則に基づいて構築されたインタークーラモデル（スロットル弁上流部モデル）と、吸気管部（スロットル弁下流部）内の空気に関する保存則に基づいて構築された吸気管モデル（スロットル弁下流部モデル）と、に基づいて吸気管部内圧力（スロットル弁下流圧力）を推定する。一方、スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいときは、過給機のコンプレッサから吸気弁までの吸気通路である結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築された結合部モデルに基づいて吸気管部内圧力を推定する。これにより、スロットル弁開度が比較的大きいためにインタークーラ部内圧力や吸気管部内圧力の変化によりスロットル通過空気流量が短い時間内に大きく変化しやすい状態において、スロットル通過空気流量を所定時間の間一定であると仮定することを必要としない結合部モデルにより吸気管部内圧力を推定することができるので、計算負荷を増大させることなく、吸気管部内圧力を高い精度にて推定することができる。この結果、筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【０００５】
しかしながら、本発明者らの研究によれば、上記公報に開示された従来の空気量推定装置を用いて内燃機関の空燃比を制御した場合、スロットル弁上流部モデルおよびスロットル弁下流部モデルを用いて筒内空気量を推定する状態と、結合部モデルを用いて筒内空気量を推定する状態との切り替え時に、空燃比の乱れを生ずる場合がある。この点で、上記従来の技術には、改善の余地が残されている。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、過給機を備える内燃機関において計算負荷を増大させることなく筒内空気量を高い精度にて推定することのできる内燃機関の空気量推定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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、
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、前記吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、前記コンプレッサの下流側の前記吸気通路内に配置されたスロットル弁と、前記スロットル弁の下流にて前記吸気通路と前記気筒との接続部を連通状態または遮断状態にする吸気弁とを備えた内燃機関に適用され、前記吸気通路内を流れる空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を推定する内燃機関の空気量推定装置であって、
前記コンプレッサから前記スロットル弁までの前記吸気通路であるスロットル弁上流部内の物理モデルであるスロットル弁上流部モデルと、前記スロットル弁から前記吸気弁までの前記吸気通路であるスロットル弁下流部内の物理モデルであるスロットル弁下流部モデルと、に基づいて前記スロットル弁上流部内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力および前記スロットル弁下流部内の空気の圧力であるスロットル弁下流圧力をそれぞれ推定する第１圧力推定手段と、
前記コンプレッサから前記吸気弁までの前記吸気通路である結合部内の物理モデルである結合部モデルに基づいて前記結合部内の空気の圧力である結合部内圧力を推定する第２圧力推定手段と、
前記第２圧力推定手段により推定された前記結合部内圧力に基づいて、該結合部内圧力より小さい値となるように前記スロットル弁下流圧力を推定する第３圧力推定手段と、
所定の選択条件を満足するか否かを判定する選択条件判定手段と、
前記選択条件を満足しないと判定されるときには前記第１圧力推定手段により推定された前記スロットル弁下流圧力に基づいて前記筒内空気量を推定し、前記選択条件を満足すると判定されるときには前記第３圧力推定手段により推定された前記スロットル弁下流圧力に基づいて前記筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第３圧力推定手段は、
前記スロットル弁による圧力損失を算出する圧力損失算出手段と、
前記結合部内圧力と前記圧力損失とに基づいて補正値を算出する補正値算出手段と、
前記結合部内圧力から前記補正値を差し引くことにより前記スロットル弁下流圧力を算出するスロットル弁下流圧力算出手段と、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、スロットル弁上流部モデルおよびスロットル弁下流部モデルを用いて筒内空気量を推定する個別モデル状態と、結合部モデルを用いて筒内空気量を推定する結合部モデル状態との切り替え時に、スロットル弁下流圧力の推定値が不連続的に変化することを防止することができる。その結果、個別モデル状態と結合部モデル状態との切り替え時においても、筒内空気量をより高い精度で推定することができ、空燃比の乱れを確実に抑制することができる。
【００１０】
第２の発明によれば、結合部内圧力に対して精度良く補正を施して、正確なスロットル弁下流圧力を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】スロットル弁開度に応じて切り替えて使用される筒内空気量を推定するための各種モデルを示した模式図である。
【図３】インタークーラモデルおよび吸気管モデルにより筒内空気量を推定するためのロジックおよび各種モデルの機能ブロック図である。
【図４】インタークーラ吸気管結合モデルにより筒内空気量を推定するためのロジックおよび各種モデルの機能ブロック図である。
【図５】結合部内圧力に基づいて正確な吸気管部内圧力を推定する方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】圧力損失の算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の内燃機関の空気量推定装置の実施の形態について説明するが、本実施形態の内燃機関の空気量推定装置は、特開２００６−１５２８９９号公報の実施形態に記載された空気量推定装置と共通する部分が多いため、以下では、同公報記載の空気量推定装置と共通する事項については説明を簡略化または省略する。本実施形態の空気量推定装置は、以下の説明で言及していない点については、特開２００６−１５２８９９号公報記載の空気量推定装置と同様である。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０と、この内燃機関１０を制御するためのＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０とを備えている。
【００１４】
内燃機関１０の各気筒には、吸気弁３２と、排気弁３５と、点火プラグ３７と、燃料インジェクタ３９とが設けられている。吸気系統４０は、インテークマニホールド４１と、インテークマニホールド４１に連通したサージタンク４２と、エアフィルタ４４と、過給機９１のコンプレッサ９１ａと、インタークーラ４５と、スロットル弁４６とを備えている。なお、コンプレッサ９１ａの出口（下流）からスロットル弁４６までの吸気通路は、インタークーラ４５とともに、スロットル弁上流部としてのインタークーラ部を構成している。更に、スロットル弁４６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。また、コンプレッサ９１ａの出口（下流）から吸気弁３２までの吸気通路（インタークーラ部および吸気管部）は、結合部を構成している。排気系統５０は、エキゾーストマニホールドを含む排気管５１と、排気管５１内に配設された過給機９１のタービン９１ｂと、タービン９１ｂの下流の排気管５１に配設された三元触媒装置５２とを備えている。このような配置により、過給機９１のタービン９１ｂは排気ガスのエネルギーにより回転し、コンプレッサ９１ａを駆動する。これにより、コンプレッサ９１ａが吸気通路内の空気を圧縮する。また、図示を省略するが、本実施形態のシステムは、特開２００６−１５２８９９号公報の図２に記載されたシステムと同様の各種のセンサを備えている。
【００１５】
上記構成を有する本実施形態の空気量推定装置は、図２（Ａ）に示したように、所定の選択条件が満足されないときには、インタークーラ部内の空気の圧力Picおよび温度Ticと、吸気管部内の空気の圧力Pmおよび温度Tmと、を推定するための物理モデルとして、インタークーラ部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデル（インタークーラモデルＭ５）と、吸気管部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデル（吸気管モデルＭ６）と、を採用する。上記選択条件には、例えば、スロットル弁開度が所定の閾値スロットル弁開度より大きい、という条件が含まれる。
【００１６】
一方、選択条件が満足されるときは、インタークーラ部内の空気の圧力や吸気管部内の空気の圧力の変化によりスロットル弁４６の周囲を通過する空気の流量（スロットル通過空気流量）が短い時間内に大きく変化しやすい。そこで、本実施形態の空気量推定装置は、図２（Ｂ）に示したように、スロットル弁開度が上記閾値スロットル弁開度より大きいとき、インタークーラ部内の空気の圧力Picおよび温度Ticと、吸気管部内の空気の圧力Pmおよび温度Tmと、を推定するための物理モデルとして、結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデル（インタークーラ吸気管結合モデル（ＩＣ吸気管結合モデル）Ｍ８）を採用する。
【００１７】
より具体的に述べると、本実施形態の空気量推定装置は、選択条件が満足されないとき、図３に示した電子制御スロットル弁モデルＭ１、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、コンプレッサモデルＭ４、インタークーラモデル（スロットル弁上流部モデル）Ｍ５、吸気管モデル（スロットル弁下流部モデル）Ｍ６、吸気弁モデルＭ７および電子制御スロットル弁ロジックＡ１を用いて筒内空気量を推定する。この場合には、スロットルモデルＭ２、インタークーラモデルＭ５および吸気管モデルＭ６により、インタークーラ部内圧力（すなわち、過給機９１からスロットル弁４６までの吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力）Pic、インタークーラ部内温度（すなわち、コンプレッサ９１ａからスロットル弁４６までの吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度）Tic、吸気管部内圧力（すなわち、スロットル弁４６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）Pmおよび吸気管部内温度（すなわち、スロットル弁４６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が推定される。このような推定の処理が実行されることは、第１圧力推定手段の機能が達成されることに対応している。
【００１８】
一方、本実施形態の空気量推定装置は、選択条件が満足されるとき、図４に示した電子制御スロットル弁モデルＭ１、吸気弁モデルＭ３、コンプレッサモデルＭ４、吸気弁モデルＭ７、ＩＣ吸気管結合モデル（結合部モデル）Ｍ８および電子制御スロットル弁ロジックＡ１を用いて筒内空気量を推定する。この場合には、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８により、結合部内の空気の圧力である結合部内圧力Picmおよび結合部内の空気の温度である結合部内温度Ticmが推定される。このような推定の処理が実行されることは、第２圧力推定手段の機能が達成されることに対応している。
【００１９】
以下の説明では、インタークーラモデルＭ５および吸気管モデルＭ６を用いて筒内空気量が推定される状態（すなわち、選択条件が満足されないとき）を「個別モデル使用状態」と称し、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８を用いて筒内空気量が推定される状態（すなわち、選択条件が満足されるとき）を「結合部モデル使用状態」と称する。
【００２０】
特開２００６−１５２８９９号公報記載の空気量推定装置では、結合部モデル使用状態においては、インタークーラ部内圧力Picおよび吸気管部内圧力Pmが上記結合部内圧力Picmに設定されるとともに、インタークーラ部内温度Ticおよび吸気管部内温度Tmが上記結合部内温度Ticmに設定される。すなわち、インタークーラ部内圧力Picおよび吸気管部内圧力Pmが共に結合部内圧力Picmと等しいものとして推定され、また、インタークーラ部内温度Ticおよび吸気管部内温度Tmが共に結合部内温度Ticmに等しいものとして推定されている。
【００２１】
個別モデル使用状態、結合部モデル使用状態の何れにおいても、推定された吸気管部内圧力Pmを用いて、吸気弁モデルＭ７に基づき、筒内流入空気流量mcが算出される。そして、この筒内流入空気流量mcに吸気弁開弁時間（吸気弁３２が開弁してから閉弁するまでの時間）Tintを乗じて予測筒内空気量KLfwdが算出される。このような算出処理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。この予測筒内空気量KLfwdに基づいて燃料インジェクタ３９からの燃料噴射量を算出することにより、空燃比が制御される。
【００２２】
特開２００６−１５２８９９号公報記載の空気量推定装置では、個別モデル使用状態から結合部モデル使用状態に切り替わるときに、吸気管部内圧力Pmの推定値が不連続的に変化することにより、予測筒内空気量KLfwdが急変して、空燃比が乱れる場合がある。本発明者らの最近の研究によれば、この原因は、次のようなものであると考えられる。上述したように、特開２００６−１５２８９９号公報記載の空気量推定装置では、結合部モデル使用状態において、インタークーラ部内圧力Picおよび吸気管部内圧力Pmが共に結合部内圧力Picmと等しいものとして推定している。しかしながら、結合部モデル使用状態においても、実際には、吸気管部内圧力Pmがインタークーラ部内圧力Picより僅かに小さい場合がある。このような場合、結合部内圧力Picmは、実際の吸気管部内圧力Pmと実際のインタークーラ部内圧力Picとの間の値となる。すなわち、実際の吸気管部内圧力Pmは、結合部内圧力Picmより小さくなる。このため、吸気管部内圧力Pmが結合部内圧力Picmに等しいとする推定に基づいて筒内空気量を推定すると、実際の筒内空気量に対して誤差を生じ、その結果、空燃比が乱れると考えられる。
【００２３】
上記の事項に鑑みて、本実施形態の空気量推定装置では、結合部モデル使用状態において、実際の吸気管部内圧力Pmが結合部内圧力Picmより僅かに小さいことを考慮し、結合部内圧力Picmに基づいて、実際の値により近い吸気管部内圧力Pmを推定することとした。そして、その実際の値により近い吸気管部内圧力Pm（＜結合部内圧力Picm）に基づいて、筒内空気量を推定することとした。以下の説明では、「実際の値により近い」ことを「正確な」と称する。以下、図５を参照して、結合部内圧力Picmに基づいて正確な吸気管部内圧力Pmを推定する方法について説明する。
【００２４】
吸気弁３２の周囲を通過して気筒内に流入する空気の流量である筒内流入空気流量mcは、吸気管部内圧力Pmに比例する。この比例関係は、吸気弁モデルＭ３により求めることができ、次式で表される。
mc＝(Ta/Tm)・(c・Pm−d) …(1)
【００２５】
上記(1)式において、cおよびdの値は、ＥＣＵ７０に予め記憶された吸気弁モデルＭ３が備えるテーブルに基づき、現在のエンジン回転速度NE等に応じて求められる。吸気温度Taは、図示しない温度センサにより検出される。吸気管部内温度Tmは、結合部内温度Ticmにほぼ等しいので、結合部内温度Ticmの値を用いることができる。このようにして求めることのできるc、d、TaおよびTmの値から算出される値であるaおよびbを用いると、上記(1)式は、次式のように書き直すことができる。
mc＝a・Pm＋b …(2)
【００２６】
以下では、数式の記載を簡単化するための便宜上、上記(1)式に代えて上記(2)式を用いる。図５中の右上がりの直線は、グラフの横軸を吸気管部内圧力Pmとし、縦軸を筒内流入空気流量mcとして、上記(2)式の関係を表したものである。上記(2)式の関係を以下「筒内流入空気流量特性」と称する。
【００２７】
一方、図５中の曲線は、インタークーラ部内圧力Picをグラフの横軸とし、コンプレッサ９１ａから流出する空気の流量であるコンプレッサ流出空気流量mcmをグラフの縦軸をとして、両者の関係を表したものである。この関係は、コンプレッサモデルＭ４により、求めることができる。すなわち、コンプレッサモデルＭ４では、ＥＣＵ７０に予め記憶されたテーブルに基づき、現在の吸気圧力Paおよびコンプレッサ回転速度Ncmに応じて、この関係を求めることができる。この関係、すなわち図５中の曲線で示す関係を以下「コンプレッサ流量特性」と称する。
【００２８】
以下の説明では、求めるべき正確な吸気管部内圧力PmをPmacとし、正確なインタークーラ部内圧力PicをPicacとする。正確な吸気管部内圧力Pmacは結合部内圧力Picmより小さく、正確なインタークーラ部内圧力Picacは結合部内圧力Picmより大きい。正確なインタークーラ部内圧力Picacと正確な吸気管部内圧力Pmacとの差は、スロットル弁４６による圧力損失（圧力低下量）ΔPlossに相当する。圧力損失ΔPlossの算出方法については後述する。図５に示すように、結合部内圧力Picmと正確な吸気管部内圧力Pmacとの差をαとし、正確なインタークーラ部内圧力Picacと結合部内圧力Picmとの差をβとすると、次式が成り立つ。
α＋β＝ΔPloss …(3)
【００２９】
図５では、説明の便宜上、αおよびβを大きく誇張して描いているが、結合部モデル使用状態における実際のインタークーラ部内圧力Picと吸気管部内圧力Pmとは近いので、実際のαおよびβは小さい値である。
【００３０】
図５に示すように、各記号を次のように定義する。結合部内圧力Picmをインタークーラ部内圧力Picとしてコンプレッサ流量特性に当てはめた場合のコンプレッサ流出空気流量mcmと、結合部内圧力Picmを吸気管部内圧力Pmとして筒内流入空気流量特性に当てはめた場合の筒内流入空気流量mcとの差をΔmとする。正確なインタークーラ部内圧力Picacをインタークーラ部内圧力Picとしてコンプレッサ流量特性に当てはめた場合のコンプレッサ流出空気流量mcm、すなわち正確なコンプレッサ流出空気流量mcmをmcmacとする。正確な吸気管部内圧力Pmacを吸気管部内圧力Pmとして筒内流入空気流量特性に当てはめた場合の筒内流入空気流量mc、すなわち正確な筒内流入空気流量mcをmcacとする。正確なコンプレッサ流出空気流量mcmacと、正確な筒内流入空気流量mcacとの差をΔm’とする。インタークーラ部内圧力Picが結合部内圧力Picmに等しい点でのコンプレッサ流量特性の傾きを−a’とする（ただし、a’＞０）。このように定義すると、図５に示す関係より、次式が成り立つ。
Δm’＝Δm＋a・α−a’・β …(4)
【００３１】
また、上述の定義から、次式が成り立つ。
Δm’＝mcmac−mcac …(5)
mcac＝a・Pmac＋b＝a・(Picm−α)＋b …(6)
【００３２】
インタークーラ部内圧力Picと吸気管部内圧力Pmとが近い場合には、インタークーラ部内圧力Picの変化量と吸気管部内圧力Pmの変化量とはほぼ等しくなる。このため、スロットル弁４６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mt、インタークーラ部の容積をVic、吸気管部の容積をVmとすると、次式が成り立つ。
(mcmac−mt)/Vic＝(mt−mcac)/Vm …(7)
【００３３】
上記(5)式、(6)式および(7)式から、次式が導かれる。
mt＝(Vm/(Vm＋Vic))・Δm’＋a・(Picm−α)＋b …(8)
【００３４】
スロットルモデルＭ２は、スロットル通過空気流量mtを下記(9)式により推定することができる。下記(9)式において、Ct(θt)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、Rは気体定数である。Φ(Pm/Pic)は所定の関数である。
mt＝Ct(θt)・At(θt)・Pic/√(R・Tic)・Φ(Pm/Pic) …(9)
【００３５】
Ct(θt)・At(θt)の値は、スロットル弁４６の開度θtに基づいて決定できることが経験的に知られている。スロットルモデルＭ２は、スロットル弁開度θtとCt(θt)・At(θt)の値との関係を規定するテーブルをＥＣＵ７０に記憶させており、スロットル弁開度θtに基づいてCt(θt)・At(θt)の値を算出することができる。更に、スロットルモデルＭ２は、関数Φ(Pm/Pic)の値を算出するためのテーブルをＥＣＵ７０に記憶させており、Pm/Picの値に基づいてΦ(Pm/Pic)の値を算出することができる。
【００３６】
上記(9)式において、Picの値としてPicac（＝Picm＋β）を用い、Pm/Picの値としてPmac/Picacを用いることにより、次式が得られる。
mt＝Ct(θt)・At(θt)・(Picm＋β)/√(R・Tic)・Φ(Pmac/Picac) …(10)
【００３７】
βの値が小さいため、Pmac/Picacの値は、次式のように近似できる。
Pmac/Picac＝(Picm−α)/(Picm＋β)≒(Picm−α−β)/(Picm＋β−β)
∴Pmac/Picac≒(Picm−ΔPloss)/Picm …(11)
また、結合部モデル使用状態における実際のインタークーラ部内温度Ticは、結合部内温度Ticmにほぼ等しいので、結合部内温度Ticmを近似的に用いることができる。これらの近似によれば、上記(10)式は、次式に代えることができる。
mt＝Ct(θt)・At(θt)・(Picm＋β)/√(R・Ticm)・Φ((Picm−ΔPloss)/Picm) …(12)
【００３８】
上記(3)式、(4)式、(8)式および(12)式を連立してmt、βおよびΔm’を消去することにより、αの値を求めることができる。このαを結合部内圧力Picmから差し引くことにより、正確な吸気管部内圧力Pmacを算出することができる。本実施形態では、結合部モデル使用状態のとき、このようにして求められた正確な吸気管部内圧力Pmacを吸気管部内圧力Pmの推定値として用いる。これにより、個別モデル使用状態との切り替わり時に、吸気管部内圧力Pmの推定値が不連続的に変化することを防止することができる。その結果、筒内空気量をより高い精度で推定することができ、空燃比の乱れを確実に抑制することができる。
【００３９】
図６は、上述した原理に基づき、結合部モデル使用状態において正確な筒内流入空気流量mcacを推定するためにＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンは、結合部モデル使用状態において、第２圧力推定手段のＩＣ吸気管結合モデルＭ８によって結合部内圧力Picmおよび結合部内温度Ticmが推定された後、引き続いて実行される。
【００４０】
図６に示すルーチンによれば、まず、スロットル弁４６による圧力損失ΔPlossが算出される（ステップ１００）。このステップ１００での圧力損失ΔPlossの算出原理は、特開２００５−６９０２０号公報で説明された原理を過給機付き内燃機関に適用したものであるので、ここでは説明を簡略化する。図７は、圧力損失ΔPlossの算出方法を説明するための図である。図７に示すグラフには、筒内流入空気流量特性およびスロットル通過空気流量特性が示されている。筒内流入空気流量特性は、上記(2)式で表される。スロットル通過空気流量特性は、上記(9)式の関係を表したものである。吸気管部内圧力Pmがインタークーラ部内圧力Picに等しい場合には、スロットル弁４６の上流と下流との圧力差がゼロであるので、スロットル通過空気流量mtはゼロとなる。このため、図７に示すように、スロットル通過空気流量特性は、吸気管部内圧力Pmがインタークーラ部内圧力Picに等しいときにゼロとなる。内燃機関１０の定常運転時には、筒内流入空気流量mcとスロットル通過空気流量mtとは一致する。したがって、図７に示すように、定常運転時における吸気管部内圧力Pmは、筒内流入空気流量特性とスロットル通過空気流量特性との交点として求めることができる。そして、圧力損失ΔPlossは、インタークーラ部内圧力Picから定常運転時における吸気管部内圧力Pmを差し引いた値に相当する。上記ステップ１００では、結合部内圧力Picmおよび結合部内温度Ticmの値をインタークーラ部内圧力Picおよびインタークーラ部内温度Ticとしてそれぞれ用いて、上述した方法を適用することにより、圧力損失ΔPlossが算出される。
【００４１】
次いで、αの値を算出するための準備として、前述したa、b、a’およびΔmの値を算出する処理が実行される（ステップ１０２）。前述したように、aおよびbの値は吸気弁モデルＭ３に基づいて求められ、a’の値はコンプレッサモデルＭ４に基づいて求められる。また、Δmの値は、コンプレッサ流量特性に結合部内圧力Picmを当てはめた値と、筒内流入空気流量特性に結合部内圧力Picmを当てはめた値との差として算出される。
【００４２】
続いて、αの値を算出する処理が実行される（ステップ１０４）。このステップ１０４では、結合部内圧力Picm、結合部内温度Ticm、圧力損失ΔPloss、a、b、a’およびΔmの値を上記(3)式、(4)式、(8)式および(12)式に代入することにより、αの値が算出される。
【００４３】
次いで、結合部内圧力Picmの値から、上記ステップ１０４で算出されたαの値を差し引くことにより、正確な吸気管部内圧力Pmacが算出される（ステップ１０６）。そして、この正確な吸気管部内圧力Pmacを筒内流入空気流量特性に当てはめることにより、正確な筒内流入空気流量mcacが算出される（ステップ１０８）。すなわち、次式により正確な筒内流入空気流量mcacが算出される。
mcac＝a・Pmac＋b …(13)
【００４４】
結合部モデル使用状態においては、上述した図６のルーチンの処理によって正確な筒内流入空気流量mcacを算出し、この正確な筒内流入空気流量mcacに基づいて予測筒内空気量KLfwdを算出し、この予測筒内空気量KLfwdに基づいて燃料インジェクタ３９からの燃料噴射量を算出する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の空気量推定装置は、選択条件が満足されないとき（スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より小さいとき）は、インタークーラ部（スロットル弁上流部）内の空気に関する保存則に基づいて構築されたインタークーラモデル（スロットル弁上流部モデル）Ｍ５と、吸気管部（スロットル弁下流部）内の空気に関する保存則に基づいて構築された吸気管モデル（スロットル弁下流部モデル）Ｍ６と、に基づいて吸気管部内圧力（スロットル弁下流圧力）を推定する。すなわち、個別モデル使用状態とする。一方、選択条件が満足されるとき（スロットル弁開度が閾値スロットル弁開度より大きいとき）は、コンプレッサ９１ａから吸気弁３２までの吸気通路である結合部内の空気に関する保存則に基づいて構築されたＩＣ吸気管結合モデル（結合部モデル）Ｍ８に基づいて結合部内圧力Picmを推定する。すなわち、結合部モデル使用状態とする。そして、その結合部内圧力Picmに基づいて、吸気管部内圧力を推定する。更に、個別モデル使用状態、結合部モデル使用状態の何れの場合も、推定された吸気管部内圧力に基づいて筒内空気量を推定する。これにより、スロットル弁開度が比較的大きいためにインタークーラ部内圧力や吸気管部内圧力の変化によりスロットル通過空気流量が短い時間内に大きく変化しやすい状態において、スロットル通過空気流量を所定時間の間一定であると仮定することを必要としないＩＣ吸気管結合モデルＭ８を用いて吸気管部内圧力を推定することができるので、計算負荷を増大させることなく、吸気管部内圧力を高い精度にて推定することができる。この結果、筒内空気量を高い精度にて推定することができる。
【００４６】
また、本実施形態の空気量推定装置の実施形態は、結合部モデル使用状態においては、実際の吸気管部内圧力Pmが結合部内圧力Picmより僅かに小さいことを考慮し、結合部内圧力Picmに基づいて、正確な吸気管部内圧力Pmacを算出し、その正確な吸気管部内圧力Pmacを吸気管部内圧力Pmの推定値として用いて、筒内空気量（予測筒内空気量KLfwd）を推定する。これにより、個別モデル使用状態と結合部モデル使用状態とが切り替わるときに、吸気管部内圧力Pmの推定値が不連続的に変化することを確実に防止することができるので、予測筒内空気量KLfwdが急変することがない。このため、個別モデル使用状態と結合部モデル使用状態との切り替わり時においても、空燃比が乱れが生ずることを確実に防止することができる。
【００４７】
以上説明した実施の形態では、個別モデル使用状態と結合部モデル使用状態との切り替えを判断するための選択条件が、スロットル弁開度が所定の閾値スロットル弁開度より大きい、との条件を含む所定の条件であるものとして説明したが、本発明における選択条件はこれに限定されるものではない。例えば、インタークーラモデルＭ５および吸気管モデルＭ６を用いて推定される筒内流入空気流量と、ＩＣ吸気管結合モデルＭ８を用いて推定される筒内流入空気流量とを同時に計算し、その両者の差が所定値以下になることを選択条件としてもよい。この場合、スロットル弁開度の増大に伴って両者の差が所定値以下になった場合には個別モデル使用状態から結合部モデル使用状態に切り替え、スロットル弁開度の縮小に伴って両者の差が所定値以下になった場合には結合部モデル使用状態から個別モデル使用状態に切り替えればよい。
【００４８】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１００〜１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「第３圧力推定手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「圧力損失算出手段」が、上記ステップ１０２，１０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「補正値算出手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「スロットル弁下流圧力算出手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００４９】
１０  内燃機関
３２  吸気弁
３５  排気弁
３９  インジェクタ
４０  吸気系統
４１  インテークマニホールド
４５  インタークーラ
４６  スロットル弁
５０  排気系統
５１  排気管
７０  ＥＣＵ
９１  過給機
９１ａ  コンプレッサ
９１ｂ  タービン
【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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