(57)【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の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、
を備える内燃機関に適用され、
前記吸気通路内の空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記コンプレッサよりも下流側の同吸気通路内の空気の圧力であるコンプレッサ下流圧力を推定し、同推定したコンプレッサ下流圧力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筒内空気量推定手段を備える内燃機関の空気量推定装置であって、
前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記内燃機関の外部における空気の圧力である大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備え、
前記筒内空気量推定手段は、所定の演算時点が到来する毎に同演算時点に応じて定められる推定時点の前記コンプレッサ下流圧力を前回の演算時点にて推定された同コンプレッサ下流圧力に基づいて推定するように構成され、且つ、前記取得された運転状態が所定の軽負荷閾値よりも軽負荷側の軽負荷運転領域内にある場合に同推定したコンプレッサ下流圧力を前記検出された大気圧に近づけるように同推定したコンプレッサ下流圧力を補正するように構成された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、内燃機関の気筒内に導入される空気の量を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸気通路内の空気を圧縮する過給機と、過給機よりも下流側の吸気通路に配設されたインタークーラと、インタークーラよりも下流側の吸気通路に配設されたスロットル弁と、を備える内燃機関の燃焼室（気筒）に導入される空気の量である筒内空気量を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を参照。）。
【特許文献１】特開２００６−７０８８１号公報
【０００３】
この空気量推定装置は、電子制御スロットル弁モデルと、インタークーラモデルと、スロットルモデルと、を用いて筒内空気量を推定する。
具体的には、空気量推定装置は、電子制御スロットル弁モデルを用いてスロットル弁開度（スロットル弁の開度）を推定する。
【０００４】
更に、空気量推定装置は、スロットルモデルにより推定されたスロットル通過空気流量（吸気通路のうちのスロットル弁の周囲を通過する空気の流量）をインタークーラモデルに適用することにより、インタークーラ内の空気の圧力であるインタークーラ内圧力（コンプレッサ下流圧力）を新たに推定する（更新する）。
【０００５】
加えて、空気量推定装置は、電子制御スロットル弁モデルにより推定されたスロットル弁開度と、インタークーラモデルにより推定されたインタークーラ内圧力と、をスロットルモデルに適用することにより、スロットル通過空気流量を新たに推定する。そして、空気量推定装置は、スロットルモデルにより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する。
【発明の開示】
【０００６】
ところで、吸気管、スロットル弁及びスロットル弁のアクチュエータ等の製品バラツキに起因して、スロットルモデルにより推定されるスロットル通過空気流量が実際のスロットル通過空気流量と比較的大きく相違する場合がある。この結果、インタークーラモデルによって推定されるインタークーラ内圧力も実際のインタークーラ内圧力と比較的大きく相違する。また、過給機等の製品バラツキに起因して、インタークーラモデルにより推定されるインタークーラ内圧力が実際のインタークーラ内圧力と比較的大きく相違する場合もある。
【０００７】
このような場合、推定されたインタークーラ内圧力に基づいて推定されるスロットル通過空気流量（スロットル通過空気流量の推定値）が実際のスロットル通過空気流量（スロットル通過空気流量の実際値）と比較的大きく相違するので、推定される筒内空気量が実際の筒内空気量と比較的大きく相違する。
【０００８】
また、軽負荷運転時には、過給機による過給（吸気通路内の空気の圧縮）は殆ど行われない。更に、スロットル弁開度は比較的小さい開度に設定される。従って、スロットル通過空気流量は少ない。従って、「スロットル通過空気流量の推定値」に対する「スロットル通過空気流量の推定値とスロットル通過空気流量の実際値との差（推定誤差）」の割合が高くなる。その結果、軽負荷運転時、推定されるインタークーラ内圧力が実際のインタークーラ内圧力と比較的大きく相違しやすい。
【０００９】
更に、推定されたインタークーラ内圧力に基づいてスロットル通過空気流量が推定されるので、一度、推定されるインタークーラ内圧力が実際のインタークーラ内圧力と比較的大きく相違する状態になると、その状態が継続しやすい。
【００１０】
従って、軽負荷運転時に、推定されたインタークーラ内圧力が実際のインタークーラ内圧力と比較的大きく相違してしまうと、軽負荷運転時以降（例えば、軽負荷運転から高負荷運転へ切り替わる急加速時）においても、推定されたインタークーラ内圧力が実際のインタークーラ内圧力と比較的大きく相違しやすい。即ち、上記従来の空気量推定装置によれば、軽負荷運転時及び軽負荷運転時以降の時点にて、インタークーラ内圧力の推定精度が比較的低くなることにより、筒内空気量の推定精度が比較的低くなる可能性が高いという問題があった。
【００１１】
その結果、例えば、この空気量推定装置により推定された筒内空気量に基づいて燃料噴射量を決定する制御装置においては、実際の筒内空気量に対して供給されるべき量と異なる量の燃料が燃焼室に供給される。従って、目標とする空燃比と相違する空燃比を有する混合ガスが燃焼する。従って、燃費が悪化する虞があった。また、排ガス中の有害成分が過度に多くなる（エミッションが悪化する）虞があった。
【００１２】
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、過給機を備える内燃機関において、軽負荷運転時及び軽負荷運転時以降の時点においても筒内空気量の推定精度を比較的高く維持することが可能な内燃機関の空気量推定装置を提供することにある。
【００１３】
かかる目的を達成するため本発明による内燃機関の空気量推定装置は、
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の空気を圧縮するコンプレッサを有する過給機と、を備える内燃機関に適用される。
【００１４】
前記空気量推定装置は、
前記吸気通路内の空気の挙動を表す物理モデルに基づいて前記コンプレッサよりも下流側の同吸気通路内の空気の圧力であるコンプレッサ下流圧力を推定し、同推定したコンプレッサ下流圧力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筒内空気量推定手段を備える。
【００１５】
更に、前記空気量推定装置は、
前記内燃機関の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記内燃機関の外部における空気の圧力である大気圧を検出する大気圧検出手段と、を備える。
【００１６】
加えて、前記筒内空気量推定手段は、所定の演算時点が到来する毎に同演算時点に応じて定められる推定時点の前記コンプレッサ下流圧力を前回の演算時点にて推定された同コンプレッサ下流圧力に基づいて推定するように構成され、且つ、前記取得された運転状態が所定の軽負荷閾値よりも軽負荷側の軽負荷運転領域内にある場合に同推定したコンプレッサ下流圧力を前記検出された大気圧に近づけるように同推定したコンプレッサ下流圧力を補正するように構成される。
【００１７】
内燃機関の運転状態が軽負荷運転領域内にある場合（軽負荷運転時）、過給機による過給（吸気通路内の空気の圧縮）は殆ど行われない。従って、コンプレッサ下流圧力は、大気圧に略一致する。従って、上記構成のように、軽負荷運転時、推定されたコンプレッサ下流圧力を大気圧に近づけるように、推定されたコンプレッサ下流圧力を補正すれば、推定されたコンプレッサ下流圧力を実際のコンプレッサ下流圧力に近づけることができる。この結果、軽負荷運転時及び軽負荷運転時以降の時点にて、コンプレッサ下流圧力の推定精度を比較的高く維持することができるので、筒内空気量の推定精度を比較的高く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による内燃機関の空気量推定装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る前記空気量推定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、ある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。
【００１９】
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。
【００２０】
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２５を形成している。
【００２１】
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及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３９を備えている。
【００２２】
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に一端が接続された吸気ダクト４３、エアフィルタ４４、過給機９１のコンプレッサ９１ａ、インタークーラ４５、スロットル弁４６及びスロットル弁アクチュエータ４６ａを備えている。なお、インテークマニホールド４１、サージタンク４２及び吸気ダクト４３は、内燃機関１０の外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路を形成している。
【００２３】
エアフィルタ４４は、吸気ダクト４３の最も上流側の端部（サージタンク４２に接続された端部と反対側の端部）に配設されている。
コンプレッサ９１ａは、エアフィルタ４４よりも下流側の位置にて吸気ダクト４３に配設されている。
【００２４】
インタークーラ４５は、コンプレッサ９１ａよりも下流側の位置にて吸気ダクト４３に配設されている。インタークーラ４５は、空冷式であって、吸気通路を通過する空気を内燃機関１０の外部の空気により冷却するようになっている。
【００２５】
スロットル弁４６は、インタークーラ４５よりも下流側の位置にて吸気ダクト４３に配設されている。スロットル弁４６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４６ａ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４６は、吸気ダクト４３の通路断面積を変更することにより吸気通路内を通過する空気の量を変更する。
【００２６】
ＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４６ａは、後述する電気制御装置７０が達成する電子制御スロットル弁ロジック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。
【００２７】
なお、コンプレッサ９１ａの出口（下流）からスロットル弁４６までの吸気通路及びインタークーラ４５は、インタークーラ部を構成している。また、スロットル弁４６から吸気弁３２までの吸気通路は、吸気管部を構成している。
【００２８】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通し排気ポート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、排気管５１内に配設された過給機９１のタービン９１ｂ及びタービン９１ｂよりも下流側の位置にて排気管５１に配設された三元触媒装置５２を備えている。
【００２９】
このような配置により、過給機９１のタービン９１ｂは排ガスのエネルギーにより回転する。更に、タービン９１ｂは、シャフトを介して吸気系統４０のコンプレッサ９１ａと連結されている。これにより、吸気系統４０のコンプレッサ９１ａがタービン９１ｂと一体となって回転して吸気通路内の空気を圧縮する。即ち、過給機９１は、内燃機関１０に空気を過給するようになっている。
【００３０】
一方、このシステムは、大気圧検出手段としての圧力センサ６１、温度センサ６２、コンプレッサ回転速度センサ６３、カムポジションセンサ６４、運転状態取得手段の一部を構成するクランクポジションセンサ６５、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。
【００３１】
圧力センサ６１は、エアフィルタ４４とコンプレッサ９１ａ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、吸気ダクト４３内の空気の圧力を検出し、コンプレッサ９１ａの上流の吸気通路内の空気の圧力である吸気圧力Paを表す信号を出力するようになっている。なお、吸気圧力Paは、内燃機関１０の外部における空気の圧力である大気圧を表していると言うことができる。
【００３２】
温度センサ６２は、エアフィルタ４４とコンプレッサ９１ａの間の吸気ダクト４３に配設されている。温度センサ６２は、吸気ダクト４３内の空気の温度を検出し、コンプレッサ９１ａの上流の吸気通路内の空気の温度である吸気温度Taを表す信号を出力するようになっている。
【００３３】
コンプレッサ回転速度センサ６３は、コンプレッサ９１ａの回転軸が３６０°回転する毎に信号を出力するようになっている。この信号は、１分間にコンプレッサ９１ａの回転軸が３６０°だけ回転する回数を表すコンプレッサ回転速度Ncmを取得するために使用される。
【００３４】
カムポジションセンサ６４は、インテークカムシャフトが３６０°だけ回転する（即ち、クランク軸２４が７２０°だけ回転する）間に３回だけ生じるパルスを有する信号（Ｇ２信号）を出力するようになっている。この３つのパルスは、第１のパルスと、第１のパルスが生じてからインテークカムシャフトが９０°だけ回転する（即ち、クランク軸２４が１８０°だけ回転する）と生じる第２のパルスと、第２のパルスが生じてからインテークカムシャフトが９０°だけ回転すると生じる第３のパルスと、からなる。即ち、第３のパルスが生じてからインテークカムシャフトが１８０°だけ回転すると再び第１のパルスが生じる。
【００３５】
クランクポジションセンサ６５は、クランク軸２４が１０°回転する毎に生じる幅狭のパルスを有するとともにクランク軸２４が３６０°回転する毎に生じる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、１分間にクランク軸２４が３６０°だけ回転する回数を表すエンジン回転速度ＮＥを取得するために使用される。
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、アクセルペダルの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００３６】
電気制御装置７０は、互いにバスにより接続された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）、定数等のデータを保持するようにそれらのデータを予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１の指示に応じてデータを一時的に保持するＲＡＭ７３、内燃機関１０が運転されている状態にてデータを記憶するとともに記憶したデータを内燃機関１０の運転が停止し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。
【００３７】
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、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４６ａに駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００３８】
＜推定方法の概要＞
次に、上記のように構成された内燃機関の空気量推定装置による筒内空気量の推定方法の概要について説明する。
【００３９】
この空気量推定装置が適用される内燃機関１０においては、インジェクタ３９は吸気弁３２よりも上流側に配置されているので、吸気弁閉弁時（吸気行程が終了する時点）までに燃料が噴射されなければならない。従って、気筒内に形成される混合気の空燃比を目標とする空燃比と一致させる噴射燃料量を決定するためには、この空気量推定装置は、燃料噴射前の所定の時点にて吸気弁閉弁時における筒内空気量を推定する必要がある。
【００４０】
そこで、この空気量推定装置は、エネルギー保存則、運動量保存則及び質量保存則等の物理法則に基づいて吸気通路内の空気の挙動を表すように構築された物理モデルを用いて、現時点よりも先の時点の筒内空気量を推定する。
【００４１】
具体的には、この空気量推定装置は、アクセルペダル操作量Accpに基づいて目標とするスロットル弁開度（暫定目標スロットル弁開度）θtt1を決定するとともに、遅延時間ＴＤだけ前の時点にて決定された暫定目標スロットル弁開度θtt1に実際のスロットル弁４６の開度を一致させるようにスロットル弁４６を制御する。これにより、空気量推定装置は、現時点から遅延時間ＴＤ後までのスロットル弁開度（予測スロットル弁開度）θte（即ち、現時点よりも先の時点のスロットル弁開度）を極めて高い精度にて推定することができる。
【００４２】
更に、空気量推定装置は、所定の演算時点が到来する毎にその演算時点に応じて定められる現時点よりも先の推定時点のスロットル弁開度（予測スロットル弁開度）θteを推定し、推定したスロットル弁開度θteに基づいて、吸気通路のうちのスロットル弁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mtを推定する。
【００４３】
加えて、この空気量推定装置は、推定したスロットル通過空気流量mtと、前回の演算時点にて推定されたインタークーラ内の空気の圧力であるインタークーラ内圧力（即ち、コンプレッサ９１ａよりも下流側の吸気通路内の空気の圧力であるコンプレッサ下流圧力）Picと、に基づいて、今回の演算時点に応じて定められた推定時点のインタークーラ内圧力Picを推定する。加えて、空気量推定装置は、推定したインタークーラ内圧力Picに基づいて筒内空気量（予測筒内空気量）KLfwdを推定する。
【００４４】
ところで、内燃機関１０の運転状態が軽負荷運転領域内にある場合（軽負荷運転時）、コンプレッサ９１ａによる過給（吸気通路内の空気の圧縮）は殆ど行われない。従って、インタークーラ内圧力Picは、吸気圧力Paに略一致する。そこで、空気量推定装置は、軽負荷運転時、上記推定したインタークーラ内圧力Picを検出された吸気圧力Paに近づけるように上記推定したインタークーラ内圧力Picを補正する。
【００４５】
これにより、推定されたインタークーラ内圧力Picを実際のインタークーラ内圧力に近づけることができる。この結果、軽負荷運転時及び軽負荷運転時以降の時点にて、インタークーラ内圧力Picの推定精度を比較的高く維持することができるので、筒内空気量KLfwdの推定精度を比較的高く維持することができる。
【００４６】
より具体的に述べると、この空気量推定装置は、機能ブロック図である図２に示したように、電子制御スロットル弁モデルＭ１を備えるとともに、上記物理法則に基づいて構築された物理モデル（空気モデル）として、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Ｍ５、吸気管モデルＭ６及び吸気弁モデルＭ７を備えている。また、この空気量推定装置は、電子制御スロットル弁ロジックＡ１を備えている。
【００４７】
後述するように、上記空気モデル（モデルＭ２〜Ｍ７）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、並びに、インタークーラ部内の空気の圧力Pic及び温度Ticに関する時間微分項を含む。上記空気モデルは、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、離散化された数式と、ある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、その時点より所定の微小時間（タイムステップΔt）後の（先の）時点における物理量を推定する。
【００４８】
そして、空気モデルは、このような推定を繰り返すことにより、更に先の時点の物理量を推定する。即ち、空気モデルは、反復して物理量の推定を行うことにより、上記微小時間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、物理量を表す変数のうちの(k-1)が付された変数は、k-1回目の（前回の）演算時点にて推定された物理量を表す変数である。また、物理量を表す変数のうちの(k)が付された変数は、k回目の（今回の）演算時点にて推定された物理量を表す変数である。
【００４９】
＜モデル及びロジック＞
以下、具体的に、各モデルＭ１〜Ｍ７及びロジックＡ１について説明する。なお、以下に述べるスロットルモデル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Ｍ５、吸気管モデルＭ６及び吸気弁モデルＭ７を表す式の導出方法は周知であるため（特開２００１−４１０９５号公報、特開２００３−１８４６１３号公報及び特開２００６−７０８８１号公報を参照。）、本明細書においては詳細な説明を省略する。
【００５０】
（電子制御スロットル弁ロジックＡ１）
電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、アクセルペダル操作量Accpと暫定目標スロットル弁開度θtt1との関係であって暫定目標スロットル弁開度θtt1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Mapθtt1を備えている。
【００５１】
電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、テーブルMapθtt1と、検出されたアクセルペダル操作量Accpと、に基づいて暫定目標スロットル弁開度θtt1（＝Mapθtt1(Accp)）を所定の演算周期ΔTt１（本例では、２ｍｓ）の経過毎に決定するようになっている。更に、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、現時点よりも所定の遅延時間ＴＤ（本例では、３２ｍｓ）だけ先の時点のスロットル弁開度の目標値（目標スロットル弁開度）θttを現時点にて決定された暫定目標スロットル弁開度θtt1に設定するようになっている。
【００５２】
換言すると、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、現時点の目標スロットル弁開度θttを現時点よりも遅延時間ＴＤだけ前の時点にて決定された暫定目標スロットル弁開度θtt1に設定するようになっている。そして、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、設定された現時点の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４６ａに対して送出するようになっている。
【００５３】
（電子制御スロットル弁モデルＭ１）
電子制御スロットル弁モデルＭ１は、電子制御スロットル弁ロジックＡ１により設定された現時点よりも遅延時間ＴＤだけ先の時点までの目標スロットル弁開度θttに基づいて現時点から（現時点よりも）遅延時間ＴＤだけ先の時点までのスロットル弁開度（予測スロットル弁開度）θteを推定するようになっている。
【００５４】
ところで、電子制御スロットル弁ロジックＡ１から上記駆動信号がスロットル弁アクチュエータ４６ａに対して送出されると、スロットル弁アクチュエータ４６ａの作動の遅れやスロットル弁４６の慣性などにより、実際のスロットル弁開度θtaは、ある遅れを伴って目標スロットル弁開度θttに追従する。そこで、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、下記(1)式に基づいて遅延時間ＴＤ後の時点におけるスロットル弁開度を推定（予測）する（図３を参照。）。
θte(k)＝θte(k-1)＋ΔTt１・ｆ（θtt(k)，θte(k-1))  …(1)
【００５５】
上記(1)式において、θte(k)は今回の演算時点にて新たに推定される予測スロットル弁開度θteであり、θtt(k)は今回の演算時点にて新たに設定された目標スロットル弁開度θttであり、θte(k-1)は今回の演算時点にて既に推定されていた予測スロットル弁開度θte（即ち、前回の演算時点にて新たに推定された予測スロットル弁開度θte）である。また、関数ｆ(θtt,θte)は、θttとθteとの差Δθ（＝θtt−θte)が大きくなるにつれて大きい値をとる関数（Δθに関して単調増加する関数ｆ）である。
【００５６】
このように、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、今回の演算時点にて現時点から遅延時間ＴＤ後の時点（第１時点）の目標スロットル弁開度θttを新たに決定するとともに、第１時点のスロットル弁開度θteを新たに推定し、現時点から第１時点までの目標スロットル弁開度θttと予測スロットル弁開度θteとを、現時点からの時間経過に対応させた形でＲＡＭ７３に保持（記憶）させる。
【００５７】
なお、上記駆動信号がスロットル弁アクチュエータ４６ａに対して送出された時点から殆ど遅れることなく実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θttに一致する場合には、上記(1)式に代えて式（θte(k)＝θtt(k)）を用いてスロットル弁開度を推定してもよい。
【００５８】
（スロットルモデルＭ２）
スロットルモデルＭ２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導出された下記(2)式及び下記(3)式に基づいて、吸気通路のうちのスロットル弁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）mtを推定するモデルである。下記(2)式において、Ct（θt）はスロットル弁開度θtに応じて変化する流量係数、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４６の周囲の開口断面積）、Picはインタークーラ部内の空気の圧力であるインタークーラ内圧力（即ち、コンプレッサ９１ａよりも下流側の吸気通路内の空気の圧力であるコンプレッサ下流圧力）、Pmは吸気管部内の空気の圧力である吸気管内圧力、Ticはインタークーラ部内の空気の温度であるインタークーラ内温度、Rは気体定数及びκは空気の比熱比（以下、κを一定値として扱う。）である。
【００５９】
【数１】
0004892460.tif 000002
【００６０】
【数２】
0004892460.tif 000003
【００６１】
ここで、上記(2)式の右辺の流量係数Ct（θt）及びスロットル開口断面積At（θt）の積Ct（θt）・At（θt）は、スロットル弁開度θtに基づいて決定できることが経験的に知られている。そこで、スロットルモデルＭ２は、スロットル弁開度θtと、値Ct（θt）・At（θt）と、の関係を規定するテーブルMapCTATをＲＯＭ７２に保持させていて、そのテーブルMapCTATと、電子制御スロットル弁モデルＭ１により推定された予測スロットル弁開度θt(k-1)（＝θte）と、に基づいて値Ct（θt）・At（θt）（＝MapCTAT(θt(k-1))）を求める。
【００６２】
更に、スロットルモデルＭ２は、値Pm/Picと値Φ(Pm/Pic)との関係を規定するテーブルMapΦをＲＯＭ７２に保持させていて、後述する吸気管モデルＭ６によりk-1回目（前回）の演算時点にて推定された吸気管内圧力Pm(k-1)を後述するインタークーラモデルＭ５によりk-1回目の演算時点にて推定されたインタークーラ内圧力Pic(k-1)により除した値Pm(k-1)/Pic(k-1)と、前記テーブルMapΦと、から値Φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))（＝MapΦ(Pm(k-1)/Pic(k-1))）を求める。
【００６３】
スロットルモデルＭ２は、以上のように求めた値Φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))と、後述するインタークーラモデルＭ５によりk-1回目の演算時点にて推定されたインタークーラ内圧力Pic(k-1)及びインタークーラ内温度Tic(k-1)と、を上記(2)式に適用してスロットル通過空気流量mt(k-1)を求める。
【００６４】
（吸気弁モデルＭ３）
吸気弁モデルＭ３は、吸気管部内の空気の圧力である吸気管内圧力Pm及び吸気管部内の空気の温度である吸気管内温度Tm等から吸気弁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（シリンダ２１内、燃焼室２５内）の圧力は吸気弁３２の上流の圧力、即ち、吸気管内圧力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Ｍ３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(4)式にしたがって求める。
mc＝（Ta/Tm）・（c・Pm−d）  …(4)
【００６５】
上記(4)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))。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))。
【００６６】
吸気弁モデルＭ３は、後述する吸気管モデルＭ６によりk-1回目の演算時点にて推定された吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、を上記(4)式に適用し、筒内流入空気流量mc(k-1)を推定する。
【００６７】
（コンプレッサモデルＭ４）
コンプレッサモデルＭ４は、インタークーラ内圧力Pic、コンプレッサ回転速度Ncm等に基づいて、コンプレッサ９１ａから流出する空気（インタークーラ４５に供給される空気）の流量（コンプレッサ流出空気流量）mcm及びインタークーラ４５に供給される空気が過給機９１のコンプレッサ９１ａを通過する際に単位時間あたりにコンプレッサ９１ａにより与えられるコンプレッサ付与エネルギーEcmを推定するモデルである。
【００６８】
先ず、本モデルにより推定されるコンプレッサ流出空気流量mcmについて説明する。コンプレッサ流出空気流量mcmは、インタークーラ内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Paと、コンプレッサ回転速度Ncmと、に基づいて推定できることが経験的に知られている。従って、コンプレッサ流出空気流量mcmは、インタークーラ内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Pa及びコンプレッサ回転速度Ncmとコンプレッサ流出空気流量mcmとの関係を規定するテーブルMapMCM、インタークーラ内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Pa及びコンプレッサ回転速度Ncmに基づいて求められる。
【００６９】
コンプレッサモデルＭ４は、後述するインタークーラモデルＭ５によりk-1回目の演算時点にて推定されたインタークーラ内圧力Pic(k-1)を現時点の吸気圧力Paで除した値Pic(k-1)/Paと、コンプレッサ回転速度センサ６３からの信号に基づいて別途算出されている最新の（現時点の）コンプレッサ回転速度Ncmと、上記テーブルMapMCMと、からコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)（＝MapMCM(Pic(k-1)/Pa,Ncm)）を推定する。
【００７０】
次に、本モデルにより推定されるコンプレッサ付与エネルギーEcmについて説明する。コンプレッサ付与エネルギーEcmは、本モデルの一部を表す一般化された数式であり、エネルギー保存則に基づいた下記(5)式、コンプレッサ効率η、コンプレッサ流出空気流量mcm、インタークーラ内圧力Picを吸気圧力Paで除した値Pic/Pa及び吸気温度Taにより求められる。
【００７１】
【数３】
0004892460.tif 000004
【００７２】
ここで、Cpは空気の定圧比熱である。また、コンプレッサ効率ηは、コンプレッサ流出空気流量mcmと、コンプレッサ回転速度Ncmと、に基づいて推定できることが経験的に知られている。従って、コンプレッサ効率ηは、コンプレッサ流出空気流量mcm及びコンプレッサ回転速度Ncmとコンプレッサ効率ηとの関係を規定するテーブルMapETA、コンプレッサ流出空気流量mcm及びコンプレッサ回転速度Ncmに基づいて求められる。
【００７３】
コンプレッサモデルＭ４は、上記推定されたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)と、現時点のコンプレッサ回転速度Ncmと、上記テーブルMapETAと、からコンプレッサ効率η(k-1)（＝MapETA(mcm(k-1),Ncm)）を推定する。
【００７４】
そして、コンプレッサモデルＭ４は、推定されたコンプレッサ効率η(k-1)と、上記推定されたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)と、後述するインタークーラモデルＭ５によりk-1回目の演算時点にて推定されたインタークーラ内圧力Pic(k-1)を現時点の吸気圧力Paにより除した値Pic(k-1)/Paと、現時点の吸気温度Taと、を上記(5)式に適用してコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を推定する。
【００７５】
（インタークーラモデルＭ５）
インタークーラモデルＭ５は、本モデルを表す一般化された数式であり、質量保存則及びエネルギー保存則に基づいた下記(6)式及び下記(7)式、吸気温度Ta、インタークーラ部に流入する空気の流量（即ち、コンプレッサ流出空気流量）mcm、コンプレッサ付与エネルギーEcm及びインタークーラ部から流出する空気の流量（即ち、スロットル通過空気流量）mtから、インタークーラ内圧力Pic及びインタークーラ内温度Ticを求めるモデルである。なお、下記(6)式及び下記(7)式において、Vicはインタークーラ部の容積である。
d(Pic/Tic）/dt＝(R/Vic)・(mcm−mt)  …(6)
dPic/dt＝κ・(R/Vic)・(mcm・Ta−mt・Tic)
＋(κ−1)/(Vic)・(Ecm−K・(Tic−Ta))  …(7)
【００７６】
ここで、Kは、インタークーラ４５内の空気が接するインタークーラ４５の壁面の表面積と、インタークーラ４５内の空気とインタークーラ４５の壁面との間の熱伝達率と、の積に応じた値である。インタークーラモデルＭ５は、コンプレッサモデルＭ４により取得されたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)と、スロットルモデルＭ２により取得されたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、を上記(6)式及び上記(7)式の右辺に適用する。そして、(6)式及び(7)式に基づく計算を行って、最新のインタークーラ内圧力Pic(k)及びインタークーラ内温度Tic(k)を推定する。
【００７７】
更に、インタークーラモデルＭ５は、電子制御スロットル弁モデルＭ１により推定された予測スロットル弁開度θt(k)（＝θte）及び現時点のエンジン回転速度ＮＥからなる内燃機関１０の運転状態が所定の軽負荷閾値よりも軽負荷側の軽負荷運転領域内にある軽負荷運転状態が所定期間以上継続しているか否かを判定する。そして、インタークーラモデルＭ５は、軽負荷運転状態が所定期間以上継続している場合、推定した最新のインタークーラ内圧力Pic(k)を圧力センサ６１により検出された吸気圧力Paに近づけるように、推定した最新のインタークーラ内圧力Pic(k)を補正する。
【００７８】
（吸気管モデルＭ６）
吸気管モデルＭ６は、本モデルを表す一般化された数式であり、質量保存則及びエネルギー保存則に基づいた下記(8)式及び下記(9)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、インタークーラ内温度Tic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、吸気管内圧力Pm及び吸気管内温度Tmを求めるモデルである。なお、下記(8)式及び下記(9)式において、Vmは吸気管部（スロットル弁４６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)  …(8)
dPm/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Tic−mc・Tm)  …(9)
【００７９】
吸気管モデルＭ６は、スロットルモデルＭ２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Ｍ３により取得された筒内流入空気流量mc(k-1)と、インタークーラモデルＭ５により今回の演算時点にて推定された（最新の）インタークーラ内温度Tic(k)と、を上記(8)式及び上記(9)式の右辺に適用する。そして、(8)式及び(9)式に基づく計算を行って、最新の吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)を推定する。
【００８０】
（吸気弁モデルＭ７）
吸気弁モデルＭ７は、上述の吸気弁モデルＭ３と同様のモデルを含んでいる。吸気弁モデルＭ７においては、上記吸気管モデルＭ６が推定した最新の吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度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(4)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Ｍ７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Tintを乗じることにより筒内空気量（予測筒内空気量）KLfwdを推定する。
【００８１】
＜実際の作動＞
次に、電気制御装置７０の実際の作動について、図４〜図１１を参照しながら説明する。
【００８２】
（スロットル弁開度推定）
ＣＰＵ７１は、図４にフローチャートにより示したスロットル弁開度推定ルーチンを所定の演算周期ΔTt１（本例では、２ｍｓ）の経過（演算時点が到来する）毎に実行するようになっている。なお、図４のルーチンの処理が実行されることは、上記電子制御スロットル弁モデルＭ１及び上記電子制御スロットル弁ロジックＡ１の機能が達成されることに対応している。
【００８３】
また、このスロットル弁開度推定ルーチンの処理の詳細については、特開２００６−７０８８１号公報に記載されているため、本明細書においては概略のみを説明する。なお、後述する図５のルーチン、図６のルーチン及び図８のルーチンについても同様である。
【００８４】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は、ステップ４０５〜ステップ４２５の処理を実行することにより、現時点から時間ｉ・ΔTt１経過後の時点の目標スロットル弁開度θtt(i)を、前回の演算時点にてその時点から時間(ｉ＋1)・ΔTt１経過後の時点の目標スロットル弁開度として設定された値θtt(i+1)に設定する。ここで、値ｉは、０〜ntdly−１の整数である。また、遅延回数ntdlyは、遅延時間ＴＤ（本例では、３２ｍｓ）を上記演算周期ΔTt１により除した値（本例では、１６）である。即ち、目標スロットル弁開度θtt(1)〜θtt(ntdly)は、値の順序を維持しながら目標スロットル弁開度θtt(0)〜θtt(ntdly-1)にシフトさせられる。
【００８５】
同様に、ＣＰＵ７１は、現時点から時間ｉ・ΔTt１経過後の時点の予測スロットル弁開度θte(i)を、前回の演算時点にてその時点から時間(ｉ＋1)・ΔTt１経過後の時点の予測スロットル弁開度として設定された値θte(i+1)に設定する。即ち、予測スロットル弁開度θte(1)〜θte(ntdly)も、値の順序を維持しながら予測スロットル弁開度θte(0)〜θte(ntdly-1)にシフトさせられる。
【００８６】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ４３０にて、現時点のアクセルペダル操作量Accpと、上記テーブルMapθtt1と、に基づいて今回の暫定目標スロットル弁開度θtt1を求め、求めた暫定目標スロットル弁開度θtt1を現時点から遅延時間ＴＤ後の時点（第１時点）の目標スロットル弁開度θttとするために目標スロットル弁開度θtt(ntdly)に設定する。
【００８７】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ４３５にて、前回の演算時点にてその時点から遅延時間ＴＤ後の予測スロットル弁開度θteとして推定された予測スロットル弁開度θte(ntdly-1)と、上記ステップ４３０にて遅延時間ＴＤ後の目標スロットル弁開度θttとして設定された目標スロットル弁開度θtt(ntdly)と、上記(1)式（の右辺）に基づくステップ４３５内に示した式と、に基づいて現時点から遅延時間ＴＤ後の予測スロットル弁開度θte(ntdly)を算出する。
【００８８】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ４４０にて、実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θtt(0)に一致するようにスロットル弁アクチュエータ４６ａに対して駆動信号を送出し、続くステップ４９５にて本ルーチンを一旦終了する。即ち、今回の演算時点にて目標スロットル弁開度θtt(ntdly)に設定された値は、今後において本ルーチンが遅延回数ntdlyだけ繰り返して実行されたとき（遅延時間ＴＤ後）にθtt(0)に設定され、その値に応じた駆動信号がスロットル弁アクチュエータ４６ａに対して出力される。
【００８９】
（筒内空気量推定）
一方、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ΔTt２（本例では、８ｍｓ）の経過（演算時点が到来する）毎に実行するようになっている。なお、図５のルーチンの処理が実行されることは、筒内空気量推定手段の機能の一部が達成されることに対応している。
【００９０】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は、ステップ５０５に進んで上記スロットルモデルＭ２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にフローチャートにより示したルーチンを実行する。
【００９１】
ＣＰＵ７１は、ステップ６０５にて、図４のスロットル弁開度推定ルーチンにより設定されている予測スロットル弁開度θte(i)（ｉは、０〜ntdlyの整数）から、現時点よりも所定の時間間隔Δt0だけ後の時点と最も近い時点のスロットル弁開度として推定された予測スロットル弁開度θte(m)を予測スロットル弁開度θt(k)として読み込む（取得する）。
【００９２】
ここで、時間間隔Δt0は、特定の気筒の燃料噴射開始時期前の所定の燃料噴射量決定時点（燃料噴射量を決定する必要がある最終の時点、本例では、特定の気筒のクランク角が吸気行程開始時点（その気筒の吸気弁３２の開弁時）近傍の上死点（吸気上死点）よりも７５°だけ進角したクランク角に一致した時点）から吸気行程終了時点（その気筒の吸気弁３２の閉弁時）までの時間である。また、値kは図５のルーチンの実行が開始される毎に「１」が加算される整数であり、図５のルーチンの実行が開始された回数を表すようになっている。
【００９３】
以下、本明細書においては、前回の演算時点（本ルーチンをk-1回目に実行している時点）においてステップ６０５にて読み込んだ予測スロットル弁開度θt(k-1)に対応する時点（前回の演算時点に応じて定められる推定時点）を前回推定時点t1と呼び、今回の演算時点（本ルーチンをk回目に実行している時点）においてステップ６０５にて読み込んだ予測スロットル弁開度θt(k)に対応する時点（今回の演算時点に応じて定められる推定時点）を今回推定時点t2と呼ぶ（第１時点、時間間隔Δt0、前回推定時点t1及び今回推定時点t2の関係を示した模式図である図７を参照。）。
なお、ステップ６０５の処理が実行されることは、運転状態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。
【００９４】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ６１０〜ステップ６２０の処理を実行することにより、前回の演算時点にて上記ステップ６０５にて設定された予測スロットル弁開度θt(k-1)と、上記テーブルMapCTATと、上記テーブルMapΦと、上記スロットルモデルＭ２を表す(2)式に基づくステップ６２０内に示した式と、前回の演算時点にて後述するステップ５２５にて推定された前回推定時点t1の吸気管内圧力Pm(k-1)と、前回の演算時点にて後述するステップ５２０にて推定された前回推定時点t1のインタークーラ内圧力Pic(k-1)及びインタークーラ内温度Tic(k-1)と、に基づいて前回推定時点t1のスロットル通過空気流量mt(k-1)を求め、ステップ６９５を経由して図５のステップ５１０に進む。
【００９５】
ＣＰＵ７１は、ステップ５１０にて、上記テーブルMapCと、上記テーブルMapDと、現時点のエンジン回転速度（即ち、クランクポジションセンサ６５からの信号に基づいて別途算出されている最新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、上記吸気弁モデルＭ３を表す(4)式に基づくステップ５１０内に示した式と、前回の演算時点にて後述するステップ５２５にて推定された前回推定時点t1の吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)と、現時点の（現時点にて温度センサ６２により検出された）吸気温度Taと、に基づいて前回推定時点t1の筒内流入空気流量mc(k-1)を求める。
【００９６】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ５１５に進んで上記コンプレッサモデルＭ４によりコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を求めるため、図８にフローチャートにより示したルーチンを実行する。
【００９７】
ＣＰＵ７１は、ステップ８０５及びステップ８１０の処理を実行することにより、上記テーブルMapMCMと、現時点のコンプレッサ回転速度Ncmと、現時点の（現時点にて圧力センサ６１により検出された）吸気圧力Paと、前回の演算時点にて後述するステップ５２０にて推定された前回推定時点t1のインタークーラ内圧力Pic(k-1)と、に基づいて前回推定時点t1のコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)を求める。
【００９８】
更に、ＣＰＵ７１は、ステップ８１５及びステップ８２０の処理を実行することにより、コンプレッサモデルＭ４の一部を表す上記(5)式に基づくステップ８２０内に示した式と、上記テーブルMapETAと、上記ステップ８１０にて求められたコンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)と、現時点のコンプレッサ回転速度Ncmと、現時点の吸気圧力Paと、前回の演算時点にて後述するステップ５２０にて推定された前回推定時点t1のインタークーラ内圧力Pic(k-1)と、現時点の吸気温度Taと、に基づいて前回推定時点t1のコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)を求め、ステップ８９５を経由して図５のステップ５２０に進む。
【００９９】
ＣＰＵ７１は、ステップ５２０にて、上記インタークーラモデルＭ５を表す(6)式及び(7)式を離散化したステップ５２０内に示した式（差分方程式）と、上記ステップ５０５及びステップ５１５にてそれぞれ求めたスロットル通過空気流量mt(k-1)、コンプレッサ流出空気流量mcm(k-1)及びコンプレッサ付与エネルギーEcm(k-1)と、に基づいて、今回推定時点t2のインタークーラ内圧力Pic(k)と、インタークーラ内圧力Pic(k)を今回推定時点t2のインタークーラ内温度Tic(k)により除した値Pic/Tic(k)と、を求める。
【０１００】
なお、ΔｔはインタークーラモデルＭ５及び吸気管モデルＭ６に基づく計算において使用される離散間隔を示し、式（Δｔ＝t2−t1）により表される。即ち、ステップ５２０においては、前回推定時点t1におけるインタークーラ内圧力Pic(k-1)及びインタークーラ内温度Tic(k-1)に基づいて、今回推定時点t2におけるインタークーラ内圧力Pic(k)及びインタークーラ内温度Tic(k)が推定される。
【０１０１】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ５２５にて、上記吸気管モデルＭ６を表す(8)式及び(9)式を離散化したステップ５２５内に示した式（差分方程式）と、上記ステップ５０５及びステップ５１０にてそれぞれ求めたスロットル通過空気流量mt(k-1)及び筒内流入空気流量mc(k-1)と、前回の演算時点にてステップ５２０にて推定された前回推定時点t1のインタークーラ内温度Tic(k-1)と、に基づいて、今回推定時点t2の吸気管内圧力Pm(k)と、吸気管内圧力Pm(k)を今回推定時点t2の吸気管内温度Tm(k)により除した値Pm/Tm(k)と、を求める。即ち、ステップ５２５においては、前回推定時点t1における吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)に基づいて、今回推定時点t2における吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)が推定される。
【０１０２】
更に、ＣＰＵ７１は、ステップ５３０にて、上記吸気弁モデルＭ７を表す(4)式に基づくステップ５３０内に示した式と、上記ステップ５２５にて求められた今回推定時点t2の吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)と、に基づいて今回推定時点t2の筒内流入空気流量mc(k)を求める。 
【０１０３】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ５３５にて、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を算出し、続くステップ５４０にて上記今回推定時点t2の筒内流入空気流量mc(k)に吸気弁開弁時間Tintを乗じることにより予測筒内空気量KLfwd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。
【０１０４】
以上のように算出される予測筒内空気量KLfwdについて、更に、説明する。ここで、説明の便宜上、図５の筒内空気量推定ルーチンの演算周期ΔTt２がクランク軸２４が３６０°回転する時間よりも十分に短い場合であって、且つ、上記時間間隔Δt0が大きく変化しない場合を考える。
【０１０５】
このとき、今回推定時点t2は、上述した筒内空気量推定ルーチンの実行が繰り返される毎に略演算周期ΔTt２だけ先の時点へと移行していく。そして、上記燃料噴射量決定時点にて本ルーチンが実行されると、今回推定時点t2は上記吸気行程終了時点（上記特定の気筒の吸気弁３２の閉弁時）と略一致する。従って、この時点にて算出される予測筒内空気量KLfwdは、上記吸気行程終了時点の筒内空気量の推定値となっている。
【０１０６】
（インタークーラ内圧力補正）
一方、ＣＰＵ７１は、図９にフローチャートにより示したインタークーラ内圧力補正ルーチンを、図５の筒内空気量推定ルーチンに続いて実行するようになっている。なお、図９のルーチンの処理が実行されることは、筒内空気量推定手段の機能の一部が達成されることに対応している。
【０１０７】
従って、筒内空気量推定ルーチンの実行が終了すると、ＣＰＵ７１は、ステップ９００から処理を開始してステップ９０５に進み、クランクポジションセンサ６５からの信号に基づいて別途算出されている最新のエンジン回転速度ＮＥを読み込む。なお、ステップ９０５の処理が実行されることは、運転状態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。
【０１０８】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ９１０に進んで、上記ステップ６０５にて読み込んだ予測スロットル弁開度θt(k)及び上記ステップ９０５にて読み込んだエンジン回転速度ＮＥと、図１０に示した運転領域マップと、に基づいて内燃機関１０の運転状態が軽負荷運転領域Ｒ１内にあるか否かを判定する。ここで、内燃機関１０の運転状態は、予測スロットル弁開度θt(k)及びエンジン回転速度ＮＥにより表される。なお、内燃機関１０の運転状態は、アクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度ＮＥにより表されていてもよい。
【０１０９】
図１０に示したように、運転領域は、軽負荷運転領域Ｒ１と中高負荷運転領域Ｒ２とからなる。軽負荷運転領域Ｒ１は、任意のエンジン回転速度ＮＥに対して予測スロットル弁開度θtが所定の軽負荷閾値（直線Ｌ１）よりも小さくなる運転領域である。一方、中高負荷運転領域Ｒ２は、軽負荷運転領域Ｒ１以外の領域である。
【０１１０】
いま、運転者がアクセルペダル６７を操作することによりアクセルペダル操作量Accpが減少し、その結果、図１１に示したように、時点ｔａにて、予測スロットル弁開度θtが第１の予測スロットル弁開度θt1から軽負荷閾値θtthよりも小さい第２の予測スロットル弁開度θt2へ減少することにより、内燃機関１０の運転状態が中高負荷運転領域Ｒ２から軽負荷運転領域Ｒ１へ移行する場合を想定する。先ず、この場合において、時点ｔａよりも前の時点から説明する。
【０１１１】
この時点では、予測スロットル弁開度θtは第１の予測スロットル弁開度θt1である。即ち、内燃機関１０の運転状態は、中高負荷運転領域Ｒ２内にある。従って、ＣＰＵ７１はステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９１５に進み、軽負荷運転連続回数Ｃｋの値を「０」に設定する。ここで、軽負荷運転連続回数Ｃｋは、内燃機関１０の運転状態が軽負荷運転領域Ｒ１内にあると連続して判定された回数を表す整数である。
【０１１２】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ９２０に進んで、軽負荷運転連続回数Ｃｋが閾値回数Ｃｋｔｈよりも多いか否かを判定する。本例では、閾値回数Ｃｋｔｈは、「１０」に設定されている。
【０１１３】
この時点では、軽負荷運転連続回数Ｃｋの値は「０」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ９２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１１４】
その後、時点ｔａになると、予測スロットル弁開度θtは、第２の予測スロットル弁開度θt2となる。即ち、内燃機関１０の運転状態は、軽負荷運転領域Ｒ１内の運転状態となる。
【０１１５】
従って、この時点ｔａにてＣＰＵ７１がステップ９１０に進んだとき、ＣＰＵ７１は、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２５に進み、軽負荷運転連続回数Ｃｋに「１」を加えた値Ｃｋ＋１に軽負荷運転連続回数Ｃｋを設定する。
【０１１６】
次いで、ＣＰＵ７１は、軽負荷運転連続回数Ｃｋが閾値回数Ｃｋｔｈよりも多いか否かを判定するステップ９２０に進んで、ステップ９２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に進み、このルーチンを一旦終了する。
【０１１７】
このような処理は、軽負荷運転連続回数Ｃｋが閾値回数Ｃｋｔｈよりも多くなるまで繰り返し実行される。
【０１１８】
ところで、この状態においては、スロットル弁開度θtaが十分に小さいので、過給機９１による過給（吸気通路内の空気の圧縮）は殆ど行われない。従って、実際のインタークーラ内圧力は、大気圧へ徐々に近づいていく。また、筒内空気量推定ルーチンが実行されることにより推定されるインタークーラ内圧力Pic(k)も、吸気圧力（大気圧）Paへ向けて徐々に低下する。
【０１１９】
ここでは、スロットル弁アクチュエータ４６ａの製品ばらつきにより、推定されるインタークーラ内圧力Pic(k)が、図１１に示したように、吸気圧力Paよりも比較的大きい誤差εだけ高い第２のインタークーラ内圧力Pic2までしか低下しない場合を想定して説明を続ける。
【０１２０】
そして、時点ｔｂになると、ＣＰＵ７１が上記ステップ９２５の処理を実行したとき、軽負荷運転連続回数Ｃｋは「１１」に設定される。従って、ＣＰＵ７１は、軽負荷運転連続回数Ｃｋが閾値回数Ｃｋｔｈよりも多いか否かを判定するステップ９２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９３０に進む。
【０１２１】
ステップ９３０にて、ＣＰＵ７１は、圧力センサ６１により検出された吸気圧力Paを読み込む。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ９３５に進んで、上記ステップ５２０にて推定された最新のインタークーラ内圧力Pic(k)から上記ステップ９３０にて読み込んだ吸気圧力Paを減じた値Pic(k)−Paが所定の第１閾値αよりも大きいか否かを判定する。ここで、第１閾値αは、正の値であって極めて小さい値である。
【０１２２】
上記仮定に従えば、インタークーラ内圧力Pic(k)は、吸気圧力Paよりも誤差εだけ高い。従って、この状態においては、値Pic(k)−Paは第１閾値αよりも大きい。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ９３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９４０に進み、インタークーラ内圧力Pic(k)から所定の変化量ΔPを減じた値Pic(k)−ΔPに、インタークーラ内圧力Pic(k)を設定する。
そして、ＣＰＵ７１はステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２３】
このような処理は、値Pic(k)−Paが第１閾値α以下となる（即ち、インタークーラ内圧力Pic(k)が十分に吸気圧力Paに近づけられる）まで繰り返し実行される。
【０１２４】
そして、時点ｔｃになると、図５の筒内空気量推定ルーチンにより推定されるインタークーラ内圧力Pic(k)は、値Pa＋α以下となる。この時点ｔｃにて、ＣＰＵ７１がステップ９３５に進んだとき、ＣＰＵ７１は、ステップ９３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９４５に進む。
【０１２５】
ＣＰＵ７１は、ステップ９４５にて、上記ステップ５２０にて推定された最新のインタークーラ内圧力Pic(k)から上記ステップ９３０にて読み込んだ吸気圧力Paを減じた値Pic(k)−Paが所定の第２閾値βよりも小さいか否かを判定する。ここで、第２閾値βは、負の値であって、その大きさ（絶対値）が極めて小さい値である。
【０１２６】
この時点では、インタークーラ内圧力Pic(k)は、吸気圧力Paよりも僅かに大きい。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ９４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直接進み、このルーチンを一旦終了する。
【０１２７】
このように、軽負荷運転時、推定されたインタークーラ内圧力Pic(k)（コンプレッサ下流圧力）を大気圧としての吸気圧力Paに近づけるように、推定されたインタークーラ内圧力Pic(k)が補正される。
【０１２８】
次に、時点ｔｂにて、スロットル弁アクチュエータ４６ａの製品ばらつきにより、推定されるインタークーラ内圧力Pic(k)が、吸気圧力Paよりも比較的大きい誤差εだけ低い第３のインタークーラ内圧力Pic3となっている場合を想定して説明を続ける。
【０１２９】
この場合、時点ｔｂにて、ＣＰＵ７１が図９のインタークーラ内圧力補正ルーチンの処理を開始してステップ９３５に進んだとき、ＣＰＵ７１は、ステップ９３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９４５に進む。
【０１３０】
ＣＰＵ７１は、ステップ９４５にて、上記ステップ５２０にて推定された最新のインタークーラ内圧力Pic(k)から上記ステップ９３０にて読み込んだ吸気圧力Paを減じた値Pic(k)−Paが第２閾値βよりも小さいか否かを判定する。
【０１３１】
上記仮定に従えば、インタークーラ内圧力Pic(k)は、吸気圧力Paよりも誤差εだけ低い。従って、この状態においては、値Pic(k)−Paは第２閾値βよりも小さい（即ち、値Pic(k)−Paは負の値であって、その大きさは第２閾値βの大きさよりも大きい）。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ９４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９５０に進み、インタークーラ内圧力Pic(k)に所定の変化量ΔPを加えた値Pic(k)＋ΔPに、インタークーラ内圧力Pic(k)を設定する。
そして、ＣＰＵ７１はステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３２】
このような処理は、値Pic(k)−Paが第２閾値β以上となる（即ち、インタークーラ内圧力Pic(k)が十分に吸気圧力Paに近づけられる）まで繰り返し実行される。
【０１３３】
そして、時点ｔｃになると、図５の筒内空気量推定ルーチンにより推定されるインタークーラ内圧力Pic(k)は、値Pa＋β以上となる。従って、この時点ｔｃにて、ＣＰＵ７１がステップ９４５に進んだとき、ＣＰＵ７１は、ステップ９４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直接進み、このルーチンを一旦終了する。
【０１３４】
このように、軽負荷運転時、推定されたインタークーラ内圧力Pic(k)（コンプレッサ下流圧力）を大気圧としての吸気圧力Paに近づけるように、推定されたインタークーラ内圧力Pic(k)が補正される。
【０１３５】
従って、インタークーラ内圧力Pic(k)が実際のインタークーラ内圧力に近づけられる。これにより、ＣＰＵ７１が図６のステップ６１５及びステップ６２０の処理を実行することによりインタークーラ内圧力Pic(k-1)に基づいて算出されるスロットル通過空気流量mt(k-1)も実際のスロットル通過空気流量に近づけられる。この結果、吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)のそれぞれが実際の吸気管内圧力及び実際の吸気管内温度に近づけられるので、ステップ５４０にて推定される筒内空気量KLfwdも実際の筒内空気量に近づけられる。
【０１３６】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の空気量推定装置の実施形態によれば、軽負荷運転時、推定されたインタークーラ内圧力Pic(k)（コンプレッサ下流圧力）を大気圧としての吸気圧力Paに近づけるように、推定されたインタークーラ内圧力Pic(k)が補正される。これにより、推定されたインタークーラ内圧力Pic(k)を実際のインタークーラ内圧力に近づけることができる。この結果、軽負荷運転時及び軽負荷運転時以降の時点にて、インタークーラ内圧力の推定精度を比較的高く維持することができるので、筒内空気量KLfwdの推定精度を比較的高く維持することができる。
【０１３７】
従って、軽負荷運転が継続した後（例えば、図１１の時点ｔｃの直後等）に、運転者によりアクセルペダル６７が踏み込まれることによりスロットル弁開度が急速に大きくされる場合であっても、インタークーラ内圧力の推定精度が比較的高く維持されているので、筒内空気量KLfwdを比較的高い精度にて推定することができる。
【０１３８】
なお、本発明は上記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、上記実施形態においては、過給機をターボ式過給機としていたが、機械式又は電気式の過給機とすることもできる。また、上記実施形態に係る空気量推定装置は、インタークーラを備えていない内燃機関に適用されてもよい。
【０１３９】
更に、上記実施形態は、インタークーラ内圧力Pic(k)を吸気圧力Paに近づけるために、推定されたインタークーラ内圧力Pic(k)を直接補正するように構成されていたが（ステップ９４０及びステップ９５０を参照。）、インタークーラ内圧力に影響を及ぼす他の物理量を補正するように構成されていてもよい。インタークーラ内圧力に影響を及ぼす他の物理量は、例えば、コンプレッサ流出空気流量mcm、コンプレッサ付与エネルギーEcm及び吸気温度Taのうちの少なくとも１つであってもよい。
【０１４０】
また、上記実施形態は、
外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路（吸気ダクト４３）と、
前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気を圧縮するコンプレッサ９１ａを有する過給機９１と、
前記コンプレッサ９１ａよりも下流側の位置にて前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気を冷却するインタークーラ４５と、
前記インタークーラ４５よりも下流側の位置にて前記吸気通路に配設され且つ開度を変更することにより同吸気通路内を通過する空気の量を変更するスロットル弁４６と、
を備える内燃機関１０に適用され、
前記スロットル弁４６の開度θtを取得するとともに、前記吸気通路内の空気の挙動を表す物理モデルＭ２〜Ｍ７と同取得したスロットル弁の開度θtとに基づいて前記インタークーラ４５内の空気の圧力であるインタークーラ内圧力Picを推定し、同推定したインタークーラ内圧力Pic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KLfwdを推定する筒内空気量推定手段を備える内燃機関の空気量推定装置であって、
前記内燃機関１０の運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記内燃機関１０の外部における空気の圧力である大気圧Paを検出する大気圧検出手段と、を備え、
前記筒内空気量推定手段は、所定の演算時点が到来する（演算周期ΔTt２が経過する）毎に同演算時点に応じて定められる推定時点t2の前記インタークーラ内圧力Pic(k)を前回の演算時点にて推定された同インタークーラ内圧力Pic(k-1)に基づいて推定するように構成され、且つ、前記取得された運転状態が所定の軽負荷閾値よりも軽負荷側の軽負荷運転領域Ｒ１内にある場合に同推定したインタークーラ内圧力Pic(k)を前記検出された大気圧Paに近づけるように同推定したインタークーラ内圧力Pic(k)を補正するように構成された内燃機関の空気量推定装置である、と言うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の実施形態に係る空気量推定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】スロットル弁開度を制御するとともに筒内空気量を推定するためのロジック及び各種モデルの機能ブロック図である。
【図３】暫定目標スロットル弁開度、目標スロットル弁開度及び予測スロットル弁開度の変化を示したタイムチャートである。
【図４】図１に示したＣＰＵが実行するスロットル弁開度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】第１時点、時間間隔Δt0、前回推定時点t1及び今回推定時点t2の関係を示した模式図である。
【図８】図１に示したＣＰＵが実行するコンプレッサ流出空気流量及びコンプレッサ付与エネルギー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９】図１に示したＣＰＵが実行するインタークーラ内圧力を補正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１０】図１に示したＣＰＵが図９のフローチャートを実行する際に参照する運転領域マップである。
【図１１】中負荷運転から軽負荷運転へ移行した場合における、予測スロットル弁開度、インタークーラ内圧力及び軽負荷運転連続回数の変化を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１４２】
１０…内燃機関、２１…シリンダ、２２…ピストン、２４…クランク軸、２５…燃焼室、３２…吸気弁、４０…吸気系統、４３…吸気ダクト、４５…インタークーラ、４６…スロットル弁、４６ａ…スロットル弁アクチュエータ、６１…圧力センサ、６３…コンプレッサ回転速度センサ、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、７３…ＲＡＭ、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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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