JP2008144680A - Air quantity estimation device for internal combustion engine - Google Patents

Air quantity estimation device for internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP2008144680A
JP2008144680A JP2006333309A JP2006333309A JP2008144680A JP 2008144680 A JP2008144680 A JP 2008144680A JP 2006333309 A JP2006333309 A JP 2006333309A JP 2006333309 A JP2006333309 A JP 2006333309A JP 2008144680 A JP2008144680 A JP 2008144680A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
intake
model
cylinder
air amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006333309A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takaaki Degaki
貴章 出垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2006333309A priority Critical patent/JP2008144680A/en
Publication of JP2008144680A publication Critical patent/JP2008144680A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air quantity estimation device for an internal combustion engine capable of reducing calculation load while keeping estimation accuracy of cylinder air quantity as high as possible. <P>SOLUTION: The estimation devise estimates cylinder air quantity KL with using a first air model M10 constructed under an assumption that thermal energy (thermal transmission energy) transmitted from a wall surface of an intake passage to air in the intake passage is zero when temperature Tim, Tst of wall surfaces of the intake passage is low and throttle valve opening TAe is large (when conditions of quantity of operation state are satisfied). On the other hand, cylinder air quantity KL is estimated by estimating heat transfer energy and applying the estimated heat transfer energy to a second air model M20 constructed based on the energy conservation law with considering heat transfer energy. As the result, calculation load can be reduced with keeping estimation accuracy of cylinder air quantity KL when the conditions of quantity of operation state are satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に導入されている空気の量を推定する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for estimating the amount of air introduced into a cylinder of an internal combustion engine.

従来、外部から取り込んだ空気を内燃機関の気筒内に導入する吸気通路のうちのスロットル弁から吸気弁までの吸気管部(サージタンク及びインテークマニホールドを含む)内の空気に関するエネルギー保存則に基づいて構築された物理モデルを用いることにより、気筒内に導入されている空気量(筒内空気量)を推定する内燃機関の空気量推定装置が知られている。この物理モデルを構築する基となったエネルギー保存則においては、吸気管部の壁面から吸気管部内の空気へ伝達される熱エネルギー(熱伝達エネルギー)が吸気管部内の空気のエネルギーの増加分として取り扱われている。   Conventionally, based on the energy conservation law regarding the air in the intake pipe portion (including the surge tank and the intake manifold) from the throttle valve to the intake valve in the intake passage for introducing the air taken from outside into the cylinder of the internal combustion engine 2. Description of the Related Art An air amount estimation device for an internal combustion engine that estimates an air amount (in-cylinder air amount) introduced into a cylinder by using a built physical model is known. In the energy conservation law that became the basis for constructing this physical model, the heat energy (heat transfer energy) transferred from the wall surface of the intake pipe to the air in the intake pipe is determined as the increase in the energy of the air in the intake pipe. It is handled.

この空気量推定装置においては、吸気管部の壁面から吸気管部内の空気へ熱エネルギーが伝達されることによる筒内空気量の変化が考慮されるので、この熱エネルギーにより筒内空気量が比較的大きく変化する場合においても筒内空気量が高い精度にて推定される(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2004−293546号公報
In this air amount estimation device, since the change in the in-cylinder air amount due to the transfer of thermal energy from the wall surface of the intake pipe portion to the air in the intake pipe portion is taken into account, the in-cylinder air amount is compared by this thermal energy. Even in the case of a large change, the in-cylinder air amount is estimated with high accuracy (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-293546 A

ところで、熱伝達エネルギーが考慮されることにより構築された上記物理モデル(以下、「前者の物理モデル」とも称呼する。)を用いて筒内空気量を推定する処理は、前記熱伝達エネルギーが0であるとの仮定の下で吸気管部内の空気に関するエネルギー保存則に基づいて構築された物理モデル(以下、「後者の物理モデル」とも称呼する。)を用いる場合よりも複雑となる。従って、前者の物理モデルを用いて筒内空気量を算出する際の計算負荷は、後者の物理モデルを用いる場合よりも高くなる。   By the way, in the process of estimating the in-cylinder air amount using the physical model constructed by considering heat transfer energy (hereinafter also referred to as “the former physical model”), the heat transfer energy is 0. This is more complicated than the case of using a physical model (hereinafter also referred to as “the latter physical model”) constructed based on the energy conservation law regarding the air in the intake pipe section under the assumption that Therefore, the calculation load when calculating the in-cylinder air amount using the former physical model is higher than that when using the latter physical model.

一方、吸気管部内の空気のエネルギーの増加分に占める熱伝達エネルギーの割合である熱エネルギー割合が小さくなるほど、熱伝達エネルギーの変化が筒内空気量の変化に及ぼす影響の程度は小さくなる。従って、前者の物理モデルを用いて推定される筒内空気量と後者の物理モデルを用いて推定される筒内空気量との差の大きさも小さくなる。従って、熱エネルギー割合が十分に小さいときには、上記後者の物理モデルを用いても十分に高い精度にて筒内空気量が推定される。しかしながら、上記従来の空気量推定装置においては、常に上記前者の物理モデルを用いて筒内空気量を推定しているので、計算負荷が無駄に高くなってしまう場合があった。   On the other hand, the smaller the heat energy ratio, which is the ratio of heat transfer energy to the increase in the air energy in the intake pipe section, the smaller the degree of influence that the change in heat transfer energy has on the change in the in-cylinder air amount. Therefore, the magnitude of the difference between the in-cylinder air amount estimated using the former physical model and the in-cylinder air amount estimated using the latter physical model is also reduced. Therefore, when the thermal energy ratio is sufficiently small, the in-cylinder air amount is estimated with sufficiently high accuracy even if the latter physical model is used. However, in the conventional air amount estimation device, the cylinder air amount is always estimated using the former physical model, and thus the calculation load may become uselessly high.

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであって、その目的は、筒内空気量の推定精度を極力高く維持しながら計算負荷を軽減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。   The present invention has been made based on such knowledge, and its purpose is to estimate the air amount of an internal combustion engine that can reduce the calculation load while maintaining the estimation accuracy of the in-cylinder air amount as high as possible. To provide an apparatus.

かかる目的を達成するため本発明に係る内燃機関の空気量推定装置は、第1筒内空気量推定手段と、第2筒内空気量推定手段と、運転状態量条件判定手段と、筒内空気量推定切替手段と、を備える。
第1筒内空気量推定手段は、外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路の壁面から同吸気通路の所定領域内の空気へ伝達される熱エネルギーである熱伝達エネルギーが0であるという仮定の下で同所定領域内の空気に関するエネルギー保存則に基づいて構築された第1の物理モデルを使用することにより同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手段である。
In order to achieve the above object, an air amount estimation device for an internal combustion engine according to the present invention includes a first in-cylinder air amount estimation unit, a second in-cylinder air amount estimation unit, an operating state amount condition determination unit, and an in-cylinder air. Quantity estimation switching means.
The first in-cylinder air amount estimating means has zero heat transfer energy, which is heat energy transmitted from the wall surface of the intake passage for introducing air taken from outside into the cylinder to air in a predetermined region of the intake passage. The in-cylinder air amount, which is the amount of air introduced into the cylinder, is estimated by using the first physical model constructed based on the energy conservation law for the air in the predetermined region under the assumption It is means to do.

第2筒内空気量推定手段は、前記熱伝達エネルギーを推定するとともに、前記所定領域内の空気に関するエネルギー保存則であって前記熱伝達エネルギーが同所定領域内の空気のエネルギーの増加分として取り扱われるエネルギー保存則に基づいて構築された第2の物理モデルに同推定された熱伝達エネルギーを適用することにより前記筒内空気量を推定する手段である。   The second in-cylinder air amount estimation means estimates the heat transfer energy and treats the heat transfer energy as an increase in the energy of the air in the predetermined region as an energy conservation law for the air in the predetermined region. The in-cylinder air amount is estimated by applying the heat transfer energy estimated to the second physical model constructed based on the energy conservation law.

運転状態量条件判定手段は、前記所定領域内の空気のエネルギーの増加分に占める前記熱伝達エネルギーの割合である熱エネルギー割合に影響を与える前記内燃機関の運転状態量を取得するとともに、同取得された運転状態量が前記第1筒内空気量推定手段により推定されるであろう筒内空気量と前記第2筒内空気量推定手段により推定されるであろう筒内空気量との差の大きさを所定の大きさよりも小さくする範囲内にあるという運転状態量条件を満足するか否かを判定する手段である。   The operating state quantity condition determining means acquires the operating state quantity of the internal combustion engine that affects the heat energy ratio that is the ratio of the heat transfer energy to the increase in the energy of air in the predetermined region. The difference between the in-cylinder air amount that would be estimated by the first in-cylinder air amount estimating means and the in-cylinder air amount that would be estimated by the second in-cylinder air amount estimating means Is a means for determining whether or not the operating state quantity condition that the size is within a range that is smaller than a predetermined size is satisfied.

筒内空気量推定切替手段は、前記運転状態量条件判定手段により前記運転状態量条件を満足すると判定されるときに前記第1筒内空気量推定手段によって前記筒内空気量を推定させ、一方、同運転状態量条件判定手段により同運転状態量条件を満足しないと判定されるときに前記第2筒内空気量推定手段によって前記筒内空気量を推定させる手段である。   The in-cylinder air amount estimation switching means causes the first in-cylinder air amount estimation means to estimate the in-cylinder air amount when it is determined by the operating state quantity condition determining means that the operating state quantity condition is satisfied, The cylinder air amount is estimated by the second cylinder air amount estimating means when it is determined by the operation state quantity condition determining means that the condition of the operation state quantity is not satisfied.

これによれば、運転状態量条件が満足されるとき、熱伝達エネルギーが0であるとの仮定の下でエネルギー保存則に基づいて構築された第1の物理モデルを用いて筒内空気量が推定される。このとき、第1の物理モデルを用いて推定されるであろう筒内空気量と、熱伝達エネルギーが所定領域内の空気のエネルギーの増加分として取り扱われるエネルギー保存則に基づいて構築された第2の物理モデルを用いて推定されるであろう筒内空気量と、の差の大きさは比較的小さい。従って、第1の物理モデルを用いても筒内空気量を十分に高い精度にて推定することができる。更に、第2の物理モデルを用いる場合よりも計算負荷を軽減することができる。即ち、運転状態量条件が満足されるときには、筒内空気量の推定精度を極力高く維持しながら計算負荷を軽減することができる。   According to this, when the operating state quantity condition is satisfied, the in-cylinder air quantity is determined using the first physical model constructed based on the energy conservation law under the assumption that the heat transfer energy is zero. Presumed. At this time, the in-cylinder air amount that would be estimated using the first physical model and the energy conservation law in which the heat transfer energy is treated as an increase in the energy of the air in the predetermined region are constructed. The magnitude of the difference between the in-cylinder air amount that would be estimated using the physical model 2 is relatively small. Therefore, the in-cylinder air amount can be estimated with sufficiently high accuracy even when the first physical model is used. Furthermore, the calculation load can be reduced as compared with the case where the second physical model is used. That is, when the operating state quantity condition is satisfied, the calculation load can be reduced while maintaining the estimation accuracy of the cylinder air quantity as high as possible.

一方、運転状態量条件が満足されないとき、第2の物理モデルを用いて筒内空気量が推定される。これにより、熱伝達エネルギーによって筒内空気量が比較的大きく変化しても、筒内空気量を高い精度にて推定することができる。   On the other hand, when the operating state quantity condition is not satisfied, the in-cylinder air quantity is estimated using the second physical model. Thereby, even if the in-cylinder air amount changes relatively greatly due to heat transfer energy, the in-cylinder air amount can be estimated with high accuracy.

この場合、前記運転状態量条件判定手段は、前記運転状態量として前記吸気通路の壁面の温度を取得するとともに、同壁面の温度が所定の閾値温度よりも低いときに前記運転状態量条件を満足すると判定するように構成されていることが好適である。   In this case, the operating state quantity condition determining means acquires the temperature of the wall surface of the intake passage as the operating state quantity, and satisfies the operating state quantity condition when the temperature of the wall surface is lower than a predetermined threshold temperature. Then, it is preferable to be configured to determine.

吸気通路の壁面の温度(壁面温度)が低くなるほど、壁面温度と所定領域内の空気の温度との間の差が小さくなるので熱伝達エネルギーは小さくなる。従って、壁面温度が十分に低いときには、上記熱エネルギー割合は十分に小さくなる。その結果、熱伝達エネルギーが筒内空気量に及ぼす影響が十分に小さくなるので、第1の物理モデルを用いて推定されるであろう筒内空気量と、第2の物理モデルを用いて推定されるであろう筒内空気量と、の差の大きさは十分に小さくなる。従って、上記構成のように、壁面温度が閾値温度よりも低いときに第1の物理モデルに基づいて筒内空気量を推定すれば、筒内空気量の推定精度を極力高く維持しながら計算負荷を軽減することができる。   As the temperature of the wall surface of the intake passage (wall surface temperature) decreases, the difference between the wall surface temperature and the temperature of the air in the predetermined region decreases, so the heat transfer energy decreases. Therefore, when the wall surface temperature is sufficiently low, the thermal energy ratio is sufficiently small. As a result, the influence of the heat transfer energy on the in-cylinder air amount is sufficiently small, so that the in-cylinder air amount that would be estimated using the first physical model and the second physical model are used for estimation. The magnitude of the difference from the in-cylinder air amount that would be performed is sufficiently small. Therefore, if the cylinder air amount is estimated based on the first physical model when the wall surface temperature is lower than the threshold temperature as in the above configuration, the calculation load is maintained while maintaining the estimation accuracy of the cylinder air amount as high as possible. Can be reduced.

また、本発明による内燃機関の空気量推定装置の他の態様において、
前記運転状態量条件判定手段は、前記吸気通路内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流量を変更するスロットル弁の開度を前記運転状態量として取得するとともに、同スロットル弁の開度が所定の閾値開度よりも大きいときに前記運転状態量条件を満足すると判定するように構成されていることが好適である。
Moreover, in another aspect of the air amount estimation device for an internal combustion engine according to the present invention,
The operating state quantity condition determining means obtains, as the operating state quantity, an opening degree of a throttle valve that is disposed in the intake passage and changes the flow rate of air passing through the intake passage by changing the opening degree. In addition, it is preferable that when the opening degree of the throttle valve is larger than a predetermined threshold opening degree, it is determined that the operation state quantity condition is satisfied.

吸気通路内に配設されたスロットル弁の開度(スロットル弁開度)が大きくなるほど、吸気通路内を通過する空気の流量は多くなる。従って、吸気通路の所定領域に流入する空気が保有するエネルギー(所定領域に流入する空気のエネルギー、即ち、流入エネルギー)は大きくなる。従って、スロットル弁開度が十分に大きいときには、吸気通路の所定領域内の空気のエネルギーの増加分に占める流入エネルギーの割合が十分に大きくなるので、上記熱エネルギー割合は十分に小さくなる。その結果、熱伝達エネルギーが筒内空気量に及ぼす影響が十分に小さくなるので、第1の物理モデルを用いて推定されるであろう筒内空気量と、第2の物理モデルを用いて推定されるであろう筒内空気量と、の差の大きさは十分に小さくなる。従って、上記構成のように、スロットル弁開度が閾値開度よりも大きいときに第1の物理モデルに基づいて筒内空気量を推定すれば、筒内空気量の推定精度を極力高く維持しながら計算負荷を軽減することができる。   As the opening degree of the throttle valve (throttle valve opening degree) disposed in the intake passage increases, the flow rate of air passing through the intake passage increases. Accordingly, the energy held by the air flowing into the predetermined area of the intake passage (the energy of the air flowing into the predetermined area, that is, the inflow energy) is increased. Accordingly, when the throttle valve opening is sufficiently large, the ratio of the inflow energy to the increase in the energy of the air in the predetermined region of the intake passage is sufficiently large, so that the thermal energy ratio is sufficiently small. As a result, the influence of the heat transfer energy on the in-cylinder air amount is sufficiently small, so that the in-cylinder air amount that would be estimated using the first physical model and the second physical model are used for estimation. The magnitude of the difference from the in-cylinder air amount that would be performed is sufficiently small. Therefore, if the cylinder air amount is estimated based on the first physical model when the throttle valve opening is larger than the threshold opening as in the above configuration, the estimation accuracy of the cylinder air amount is maintained as high as possible. The calculation load can be reduced.

<構成>
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、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。
<Configuration>
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an air amount estimating device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a system in which the air amount estimation device according to an embodiment of the present invention is applied to a spark ignition type multi-cylinder (four-cylinder) internal combustion engine. FIG. 1 shows only a cross section of a specific cylinder, but the other cylinders have the same configuration.

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に空気と燃料とからなる混合ガス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。   The internal combustion engine 10 includes a cylinder block portion 20 including a cylinder block, a cylinder block lower case, an oil pan, and the like, a cylinder head portion 30 fixed on the cylinder block portion 20, and air and fuel in the cylinder block portion 20. And an exhaust system 50 for releasing the exhaust gas from the cylinder block unit 20 to the outside.

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(気筒)25を形成している。   The cylinder block unit 20 includes a cylinder 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24. The piston 22 reciprocates in the cylinder 21, and the reciprocating motion of the piston 22 is transmitted to the crankshaft 24 through the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates. The cylinder 21, the head of the piston 22, and the cylinder head portion 30 form a combustion chamber (cylinder) 25.

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及び指示信号に応答して燃焼室25内に供給するための燃料を吸気ポート31内に噴射する燃料噴射手段としてのインジェクタ39を備えている。   The cylinder head portion 30 includes an intake port 31 communicating with the combustion chamber 25, an intake valve 32 that opens and closes the intake port 31, an intake camshaft that drives the intake valve 32, and continuously changes the phase angle of the intake camshaft. The variable intake timing device 33, the actuator 33 a of the variable intake timing device 33, the exhaust port 34 communicating with the combustion chamber 25, the exhaust valve 35 that opens and closes the exhaust port 34, the exhaust camshaft 36 that drives the exhaust valve 35, and the spark plug 37 An igniter 38 including an ignition coil that generates a high voltage to be applied to the spark plug 37, and an injector 39 as fuel injection means for injecting fuel to be supplied into the combustion chamber 25 in response to the instruction signal into the intake port 31. I have.

吸気系統40は、各気筒の吸気ポート31にそれぞれ連通する独立した複数の通路からなるインテークマニホールド41、インテークマニホールド41のすべての通路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、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、吸気ポート31、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。また、スロットル弁45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。なお、本明細書において、吸気管部は吸気通路の所定領域とも称呼される。   The intake system 40 includes an intake manifold 41 including a plurality of independent passages that communicate with the intake ports 31 of the cylinders, a surge tank 42 that communicates with all the passages of the intake manifold 41, and an intake air that has one end connected to the surge tank 42. A duct 43, an air filter 44, a throttle valve 45, and a throttle valve actuator 45a as a throttle valve driving means are provided in the intake duct 43 in order from the other end of the intake duct 43 to the downstream (surge tank 42). Yes. The intake port 31, the intake manifold 41, the surge tank 42, and the intake duct 43 form an intake passage through which air taken from the outside of the internal combustion engine 10 is introduced into the cylinder. Further, the intake passage from the throttle valve 45 to the intake valve 32 constitutes an intake pipe portion. In the present specification, the intake pipe portion is also referred to as a predetermined region of the intake passage.

スロットル弁45は、吸気ダクト43に回転可能に支持されている。スロットル弁45は、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って開度を変更することにより吸気ダクト43の通路断面積を変更するようになっている。このような構成により、スロットル弁45は、吸気ダクト43(吸気通路)内を通過する空気の流量を変更できる。   The throttle valve 45 is rotatably supported by the intake duct 43. The throttle valve 45 is driven by a throttle valve actuator 45a to change the passage sectional area of the intake duct 43 by changing the opening degree. With such a configuration, the throttle valve 45 can change the flow rate of air passing through the intake duct 43 (intake passage).

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が後述する電子制御スロットル弁ロジック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45の開度(スロットル弁開度)TAが目標スロットル弁開度TAtに一致するようにスロットル弁45を駆動するようになっている。   The throttle valve actuator 45a formed of a DC motor is operated by an electric control device 70, which will be described later, in accordance with a drive signal sent by the electronic control throttle valve logic, which will be described later. The throttle valve 45 is driven so that the valve opening) TA matches the target throttle valve opening TAt.

排気系統50は、各気筒の排気ポート34に連通したエキゾーストマニホールド51、エキゾーストマニホールド51に接続され排気ポート34とエキゾーストマニホールド51とともに排気通路を形成する排気管52及び排気管52に配設された排気浄化用触媒としての三元触媒53を備えている。   The exhaust system 50 is connected to the exhaust port 34 of each cylinder, the exhaust manifold 52 connected to the exhaust manifold 51 and forming an exhaust passage together with the exhaust port 34 and the exhaust manifold 51, and the exhaust pipe 52 disposed in the exhaust pipe 52. A three-way catalyst 53 is provided as a purification catalyst.

一方、このシステムは、熱線式のエアフローメータ61、吸気温度センサ62、吸気圧力センサ63、スロットルポジションセンサ64、カムポジションセンサ65、クランクポジションセンサ66、冷却水温度センサ67、アクセルペダル操作量検出手段としてのアクセル開度センサ68及び電気制御装置70を備えている。   On the other hand, this system includes a hot-wire air flow meter 61, an intake air temperature sensor 62, an intake air pressure sensor 63, a throttle position sensor 64, a cam position sensor 65, a crank position sensor 66, a coolant temperature sensor 67, and an accelerator pedal operation amount detection means. The accelerator opening sensor 68 and the electric control device 70 are provided.

エアフローメータ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。エアフローメータ61は、吸気ダクト43内を通過する空気の流量(即ち、吸気流量)を検出し、吸気流量Gaを表す信号を出力するようになっている。
吸気温度センサ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。吸気温度センサ62は、スロットル弁45の上流における空気の温度(即ち、吸気温度)Ta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。
吸気圧力センサ63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。吸気圧力センサ63は、スロットル弁45の上流における空気の圧力(即ち、吸気圧力)Pa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。
The air flow meter 61 is disposed in the intake duct 43 between the air filter 44 and the throttle valve 45. The air flow meter 61 detects the flow rate of air passing through the intake duct 43 (that is, the intake flow rate) and outputs a signal representing the intake flow rate Ga.
The intake air temperature sensor 62 is disposed in the intake duct 43 between the air filter 44 and the throttle valve 45. The intake air temperature sensor 62 detects an air temperature (ie, intake air temperature) Ta upstream of the throttle valve 45 and outputs a signal representing the intake air temperature Ta.
The intake pressure sensor 63 is disposed in the intake duct 43 between the air filter 44 and the throttle valve 45. The intake pressure sensor 63 detects air pressure (ie, intake pressure) Pa upstream of the throttle valve 45 and outputs a signal representing the intake pressure Pa.

スロットルポジションセンサ64は、スロットル弁45の開度(スロットル弁開度)TAaを検出し、同スロットル弁開度TAa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65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)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。
クランクポジションセンサ66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同クランク軸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、エンジン回転速度NEを表す。
The throttle position sensor 64 detects the opening degree (throttle valve opening degree) TAa of the throttle valve 45 and outputs a signal representing the throttle valve opening degree TAa.
The cam position sensor 65 outputs a signal (G2 signal) having a pulse that is generated every time the intake camshaft rotates 90 ° (that is, every time the crankshaft 24 rotates 180 °).
The crank position sensor 66 outputs a signal having a narrow pulse generated every time the crankshaft 24 rotates 10 ° and a wide pulse generated every time the crankshaft 24 rotates 360 °. . This signal represents the engine speed NE.

冷却水温度センサ67は、シリンダ21の側壁内を循環する冷却水の温度(冷却水温度)Twを検出し、冷却水温度Twを表す信号を出力するようになっている。   The cooling water temperature sensor 67 detects the temperature (cooling water temperature) Tw of the cooling water circulating in the side wall of the cylinder 21 and outputs a signal representing the cooling water temperature Tw.

アクセル開度センサ68は、運転者によって操作されるアクセルペダル81の操作量Accpを検出し、アクセルペダル81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。   The accelerator opening sensor 68 detects the operation amount Accp of the accelerator pedal 81 operated by the driver, and outputs a signal representing the operation amount (accelerator pedal operation amount) Accp of the accelerator pedal 81.

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にて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61〜68と接続され、CPU71にセンサ61〜68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45aに駆動信号(指示信号)を送出するようになっている。   The electric control device 70 is connected to each other via a bus 71, a ROM 72 pre-stored with programs executed by the CPU 71, tables (look-up tables, maps), constants, and the like, and the CPU 71 temporarily stores data as necessary. The microcomputer includes a RAM 73, a backup RAM 74 that stores data while the power is turned on, and retains the stored data while the power is shut off, an interface 75 including an AD converter, and the like. The interface 75 is connected to the sensors 61 to 68, supplies signals from the sensors 61 to 68 to the CPU 71, and in response to instructions from the CPU 71, the actuator 33a, the igniter 38, the injector 39, and the throttle valve of the variable intake timing device 33. A drive signal (instruction signal) is sent to the actuator 45a.

<作動の概要>
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が気筒内に導入されている空気量(筒内空気量)をどのように推定するかについて説明する。
<Overview of operation>
Next, how the air amount estimation device for an internal combustion engine configured as described above estimates the amount of air introduced into the cylinder (in-cylinder air amount) will be described.

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の上流に配置されているので、吸気弁32が閉弁することにより吸気行程が終了する時点(吸気弁閉弁時)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ガスの空燃比を目標とする空燃比と一致させる燃料噴射量を決定するために、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KLを推定する必要がある。   In the internal combustion engine 10 to which this air amount estimation device is applied, the injector 39 is disposed upstream of the intake valve 32, and therefore, when the intake stroke ends when the intake valve 32 is closed (intake valve closed). By the time). Therefore, in order to determine the fuel injection amount that matches the air-fuel ratio of the mixed gas formed in the cylinder with the target air-fuel ratio, this air amount estimation device closes the intake valve at a predetermined time before fuel injection. It is necessary to estimate the in-cylinder air amount KL at the time of valve operation.

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とにより、現時点よりも先の時点の吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmを推定し同推定した先の時点の吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmに基づいて同先の時点の筒内空気量KLを推定する。   Therefore, this air amount estimation device uses a physical model constructed based on physical laws such as the energy conservation law, the momentum conservation law, and the mass conservation law. The pressure Pm and the temperature Tm are estimated, and the in-cylinder air amount KL at the previous point is estimated based on the estimated pressure Pm and temperature Tm of the air in the intake pipe at the previous point.

ところで、サージタンク42の内壁面の温度(サージタンク壁面温度)Tst及びインテークマニホールド41の内壁面の温度(インテークマニホールド壁面温度)Timが低くなるほど、これらの壁面(吸気通路の壁面)から吸気管部(吸気通路の所定領域)内の空気へ伝達される熱エネルギーである熱伝達エネルギーは小さくなる。従って、吸気管部内の空気のエネルギーの増加分に占める熱伝達エネルギーの割合である熱エネルギー割合も小さくなる。即ち、サージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timのいずれもが十分に低いときには、熱伝達エネルギーによって吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmはほとんど変化しない。   By the way, as the temperature of the inner wall surface (surge tank wall surface temperature) Tst of the surge tank 42 and the temperature of the inner wall surface of the intake manifold 41 (intake manifold wall surface temperature) Tim are lowered, the intake pipe portion extends from these wall surfaces (wall surface of the intake passage). The heat transfer energy, which is the heat energy transferred to the air in the (predetermined region of the intake passage), becomes small. Accordingly, the heat energy ratio, which is the ratio of the heat transfer energy in the increased amount of air energy in the intake pipe portion, is also reduced. That is, when both the surge tank wall surface temperature Tst and the intake manifold wall surface temperature Tim are sufficiently low, the pressure Pm and the temperature Tm of the air in the intake pipe portion hardly change due to the heat transfer energy.

また、スロットル弁45の開度(スロットル弁開度)TAが大きくなるほど、吸気管部内を通過する空気の流量は多くなる。従って、流入エネルギーが大きくなる。即ち、吸気管部内の空気のエネルギーの増加分に占める流入エネルギーの割合が大きくなるので、上記熱エネルギー割合が小さくなる。従って、スロットル弁開度TAが十分に大きいときには、熱伝達エネルギーによって吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmがほとんど変化しない。   Further, as the opening degree (throttle valve opening degree) TA of the throttle valve 45 increases, the flow rate of the air passing through the intake pipe portion increases. Therefore, inflow energy becomes large. That is, since the ratio of the inflow energy in the increase in the energy of the air in the intake pipe portion is increased, the thermal energy ratio is decreased. Therefore, when the throttle valve opening degree TA is sufficiently large, the pressure Pm and the temperature Tm of the air in the intake pipe portion hardly change due to the heat transfer energy.

そこで、この空気量推定装置は、(1)サージタンク壁面温度Tstが所定の閾値温度αよりも低いという条件、(2)インテークマニホールド壁面温度Timが所定の閾値温度βよりも低いという条件、及び、(3)スロットル弁開度TAが所定の閾値開度γよりも大きいという条件、のいずれもが成立しているとき(即ち、後述する運転状態量条件を満足するとき)、熱伝達エネルギーが考慮されないエネルギー保存則に基づいて構築された第1の物理モデルを、吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmと筒内空気量KLとを推定するための上記物理モデルとして使用する。これにより、空気量推定装置は、筒内空気量KLを高い精度にて推定することができる。   Therefore, the air amount estimation device includes (1) a condition that the surge tank wall surface temperature Tst is lower than a predetermined threshold temperature α, (2) a condition that the intake manifold wall surface temperature Tim is lower than a predetermined threshold temperature β, and (3) When any of the conditions that the throttle valve opening TA is larger than the predetermined threshold opening γ is satisfied (that is, when an operating state quantity condition described later is satisfied), the heat transfer energy is The first physical model constructed based on the energy conservation law that is not considered is used as the physical model for estimating the pressure Pm and temperature Tm of the air in the intake pipe and the in-cylinder air amount KL. Thereby, the air amount estimation device can estimate the in-cylinder air amount KL with high accuracy.

一方、上記(1)〜(3)の条件のいずれか1つが成立していないとき、熱伝達エネルギーによって吸気管部内の圧力Pm及び温度Tmは比較的大きく変化する。従って、空気量推定装置は、熱伝達エネルギーが考慮されたエネルギー保存則に基づいて構築された第2の物理モデルを、吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmと筒内空気量KLとを推定するための上記物理モデルとして使用する。これにより、空気量推定装置は、熱伝達エネルギーによって吸気管部内の空気の圧力Pm及び温度Tmが比較的大きく変化しても、筒内空気量KLを高い精度にて推定することができる。   On the other hand, when any one of the above conditions (1) to (3) is not satisfied, the pressure Pm and the temperature Tm in the intake pipe portion change relatively greatly by the heat transfer energy. Therefore, the air amount estimation device uses the second physical model constructed based on the energy conservation law that takes heat transfer energy into consideration, and calculates the air pressure Pm and temperature Tm in the intake pipe section and the in-cylinder air amount KL. Used as the above physical model for estimation. As a result, the air amount estimation device can estimate the in-cylinder air amount KL with high accuracy even if the pressure Pm and the temperature Tm of the air in the intake pipe section change relatively greatly due to heat transfer energy.

この結果、筒内空気量KLの推定精度を確保しつつ、上記(1)〜(3)の条件のいずれもが成立している場合には第1の物理モデルが使用されるので計算負荷を軽減することができる。なお、本明細書において、サージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timのそれぞれは、吸気通路の壁面の温度とも称呼される。   As a result, while ensuring the estimation accuracy of the in-cylinder air amount KL, if any of the above conditions (1) to (3) is satisfied, the first physical model is used, so the calculation load is reduced. Can be reduced. In the present specification, each of the surge tank wall surface temperature Tst and the intake manifold wall surface temperature Tim is also referred to as the temperature of the wall surface of the intake passage.

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ロジックA1、噴射量決定ロジックA2、電子制御スロットル弁モデルM1、吸気通路部壁面温度推定手段M2、空気モデル選択部M3、第1の物理モデルとしての第1空気モデルM10及び第2の物理モデルとしての第2空気モデルM20を備えている。   More specifically, as shown in FIG. 2 which is a functional block diagram, this air amount estimation device is an electronically controlled throttle valve logic A1, an injection amount determining logic A2, an electronically controlled throttle valve model M1, an intake passage portion. A wall surface temperature estimation unit M2, an air model selection unit M3, a first air model M10 as a first physical model, and a second air model M20 as a second physical model are provided.

(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TAt1との関係であって暫定目標スロットル弁開度TAt1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MapTAtを備えている。
(Electronic control throttle valve logic A1)
The electronically controlled throttle valve logic A1 is a table that defines the relationship between the accelerator pedal operation amount Accp and the provisional target throttle valve opening degree TAt1, and the provisional target throttle valve opening degree TAt1 monotonically increasing with respect to the accelerator pedal operation amount Accp. Has MapTAt.

電子制御スロットル弁ロジックA1は、テーブルMapTAt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TAt1(=MapTAt(Accp))を決定し、現時点よりも所定の遅延時間TD(本例では、64ms)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)TAtを現時点にて決定された暫定目標スロットル弁開度TAt1に設定するようになっている。   The electronically controlled throttle valve logic A1 determines the temporary target throttle valve opening degree TAt1 (= MapTAt (Accp)) based on the table MapTAt and the detected accelerator pedal operation amount Accp, and has a predetermined delay time from the present time. The target value (target throttle valve opening) TAt of the throttle valve opening at the previous time point by TD (64 ms in this example) TAt is set to the provisional target throttle valve opening TAt1 determined at the present time. .

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TAt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TAt1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TAt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。   In other words, the electronically controlled throttle valve logic A1 sets the current target throttle valve opening TAt to the provisional target throttle valve opening TAt1 determined at the time before the current time by the delay time TD. . The electronic control throttle valve logic A1 sends a drive signal corresponding to the set target throttle valve opening degree TAt to the throttle valve actuator 45a.

(噴射量決定ロジックA2)
噴射量決定ロジックA2は、第1空気モデルM10又は第2空気モデルM20のいずれか一方により推定された筒内空気量KLと、内燃機関10の運転状態に応じて定められた目標空燃比AbyFと、に基づいて燃料噴射量fi(fi=Kf・KL/AbyF、Kfは定数。)を決定し、決定された燃料噴射量fiに応じた指示信号をインジェクタ39に対して送出するようになっている。
(Injection amount determination logic A2)
The injection amount determination logic A2 includes an in-cylinder air amount KL estimated by either the first air model M10 or the second air model M20, and a target air-fuel ratio AbyF determined according to the operating state of the internal combustion engine 10. , The fuel injection amount fi (fi = Kf · KL / AbyF, Kf is a constant) is determined, and an instruction signal corresponding to the determined fuel injection amount fi is sent to the injector 39. Yes.

(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TAt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)TAeを推定するようになっている。
(Electronic control throttle valve model M1)
The electronically controlled throttle valve model M1 has a delay time TD from the current time (from the current time) based on the target throttle valve opening degree TAt up to a time point TD ahead of the current time set by the electronically controlled throttle valve logic A1. The throttle valve opening (predicted throttle valve opening) TAe up to the previous time point is estimated.

電子制御スロットル弁モデルM1は、目標スロットル弁開度TAtに応じた駆動信号がスロットル弁アクチュエータ45aに対して送出されてから遅れることなく実際のスロットル弁開度TAがその目標スロットル弁開度TAtに追従するとの仮定に基づくモデルであって、現時点よりも遅延時間TDだけ先の時点の予測スロットル弁開度TAeを同時点の目標スロットル弁開度TAtに設定するようになっている。   In the electronically controlled throttle valve model M1, the actual throttle valve opening TA becomes the target throttle valve opening TAt without delay after the drive signal corresponding to the target throttle valve opening TAt is sent to the throttle valve actuator 45a. The model is based on the assumption that it follows, and the predicted throttle valve opening degree TAe at a time point ahead of the current time point by the delay time TD is set to the target throttle valve opening degree TAt at the same time point.

なお、目標スロットル弁開度TAtに応じた駆動信号がスロットル弁アクチュエータ45aに対して送出されてから実際のスロットル弁開度TAがその目標スロットル弁開度TAtに追従するまでに比較的大きな遅れを伴う場合、電子制御スロットル弁モデルM1は、この遅れを考慮に入れて予測スロットル弁開度TAeを算出するように構成されることが好適である。   It should be noted that there is a relatively large delay from when the drive signal corresponding to the target throttle valve opening degree TAt is sent to the throttle valve actuator 45a until the actual throttle valve opening degree TA follows the target throttle valve opening degree TAt. In this case, the electronic control throttle valve model M1 is preferably configured to calculate the predicted throttle valve opening degree TAe taking this delay into account.

(吸気通路部壁面温度推定手段M2)
吸気通路部壁面温度推定手段M2は、サージタンク壁面温度Tstと冷却水温度Tw及び吸気温度Taとの関係を規定するテーブルであって実験による測定値に基づいて予め設定されたテーブルMapTstを備える。吸気通路部壁面温度推定手段M2は、このテーブルMapTstと、冷却水温度センサ67により検出された冷却水温度Twと、吸気温度センサ62により検出された吸気温度Taと、に基づいてサージタンク壁面温度Tstを求めるようになっている。
(Intake passage wall surface temperature estimating means M2)
The intake passage wall surface temperature estimation means M2 includes a table MapTst that is a table that defines the relationship between the surge tank wall surface temperature Tst, the coolant temperature Tw, and the intake air temperature Ta, and is preset based on experimentally measured values. The intake passage wall surface temperature estimating means M2 is based on the table MapTst, the cooling water temperature Tw detected by the cooling water temperature sensor 67, and the intake air temperature Ta detected by the intake air temperature sensor 62. Tst is calculated.

吸気通路部壁面温度推定手段M2は、インテークマニホールド壁面温度Timと冷却水温度Twとの関係を規定するテーブルであって実験による測定値に基づいて予め設定されたテーブルMapTimを更に備える。吸気通路部壁面温度推定手段M2は、このテーブルMapTimと、冷却水温度センサ67により検出された冷却水温度Twと、に基づいてインテークマニホールド壁面温度Timを求めるようになっている。   The intake passage wall surface temperature estimation means M2 further includes a table MapTim that is a table that defines the relationship between the intake manifold wall surface temperature Tim and the coolant temperature Tw, and is preset based on experimentally measured values. The intake passage wall surface temperature estimating means M2 calculates the intake manifold wall surface temperature Tim based on the table MapTim and the coolant temperature Tw detected by the coolant temperature sensor 67.

(空気モデル選択部M3)
空気モデル選択部M3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TAeと、吸気通路部壁面温度推定手段M2により推定されたサージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timと、に基づいて第1空気モデルM10及び第2空気モデルM20のいずれを使用するかを決定する(第1空気モデルM10及び第2空気モデルM20のいずれか一方を選択する)ようになっている。
(Air model selection unit M3)
The air model selection unit M3 includes a predicted throttle valve opening degree TAe estimated by the electronically controlled throttle valve model M1, a surge tank wall surface temperature Tst and an intake manifold wall surface temperature Tim estimated by the intake passage wall surface temperature estimation means M2. Based on this, it is determined which one of the first air model M10 and the second air model M20 is to be used (one of the first air model M10 and the second air model M20 is selected).

空気モデル選択部M3は、運転状態量条件を満足するときに第1空気モデルM10を選択し、一方、運転状態量条件を満足しないときに第2空気モデルM20を選択する。ここで、運転状態量条件は、(1)サージタンク壁面温度Tstが所定の閾値温度αよりも低く、且つ、(2)インテークマニホールド壁面温度Timが所定の閾値温度βよりも低く、且つ、(3)予測スロットル弁開度TAeが所定の閾値開度γよりも大きい、という条件である。   The air model selection unit M3 selects the first air model M10 when the operating state quantity condition is satisfied, and selects the second air model M20 when the operating state quantity condition is not satisfied. Here, the operating state quantity condition is (1) the surge tank wall surface temperature Tst is lower than the predetermined threshold temperature α, and (2) the intake manifold wall surface temperature Tim is lower than the predetermined threshold temperature β, and ( 3) The condition is that the predicted throttle valve opening degree TAe is larger than a predetermined threshold opening degree γ.

また、閾値温度α、閾値温度β及び閾値開度γは、上記運転状態量条件が満足されている限り、後述する第1空気モデルM10により推定される筒内空気量KLと、後述する第2空気モデルM20により推定される筒内空気量KLと、の差の大きさが所定の大きさよりも小さくなるように、予め設定されている。   In addition, the threshold temperature α, the threshold temperature β, and the threshold opening γ are the in-cylinder air amount KL estimated by the first air model M10 described later, and the second air pressure described later, as long as the above-described operation state amount condition is satisfied. It is set in advance so that the magnitude of the difference from the in-cylinder air amount KL estimated by the air model M20 is smaller than a predetermined magnitude.

(第1空気モデルM10)
第1空気モデルM10は、電子制御スロットル弁モデルM1により推定されたスロットル弁開度(予測スロットル弁開度)TAeと、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構築された物理モデルと、に基づいて現時点よりも先の時点の筒内空気量KLを推定するようになっている。この物理モデルは、特開2003−184613号公報及び特開2001−41095号公報等に詳細に開示されている。
第1空気モデルM10は、図3に示したように、スロットルモデルM11、吸気弁モデルM12、第1吸気管モデルM13及び吸気弁モデルM14を備えている。
(First air model M10)
The first air model M10 is constructed based on the throttle valve opening (predicted throttle valve opening) TAe estimated by the electronically controlled throttle valve model M1 and physical laws such as the energy conservation law, the momentum conservation law, and the mass conservation law. The in-cylinder air amount KL at a time earlier than the current time is estimated based on the physical model thus made. This physical model is disclosed in detail in JP2003-184613A and JP200141095A.
As shown in FIG. 3, the first air model M10 includes a throttle model M11, an intake valve model M12, a first intake pipe model M13, and an intake valve model M14.

後述するように、上記モデルM11〜M14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。第1空気モデルM10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、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、同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。   As will be described later, some of the mathematical formulas (hereinafter also referred to as “generalized mathematical formulas”) derived based on the physical laws representing the models M11 to M14 are part of the air pressure Pm and the intake pipe portion. Includes a time derivative term for temperature Tm. The first air model M10 discretizes the mathematical expression including the time derivative term so that the calculation by the microcomputer is possible, and based on the discrete mathematical expression and the physical quantity estimated as the physical quantity at a certain time point. The physical quantity at a previous time after a predetermined minute time (time step Δt) from the simultaneous point is estimated.

そして、第1空気モデルM10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、第1空気モデルM10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回目の推定時(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回目の推定時(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。   And the 1st air model M10 estimates the physical quantity of the further previous time by repeating such estimation. That is, the first air model M10 sequentially estimates the physical quantity for each minute time by repeatedly estimating the physical quantity. In the following description, among the variables representing physical quantities, the variables with (k-1) are variables representing physical quantities estimated at the k-1th estimation time (previous calculation time). . Of the variables representing the physical quantity, the variable with (k) is a variable representing the physical quantity estimated at the time of the k-th estimation (current calculation time).

以下、上記第1空気モデルM10を構成する上記モデルM11〜M14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るため、本明細書においては詳細な説明を省略する。   Hereinafter, the models M11 to M14 constituting the first air model M10 will be described individually and specifically. In addition, since the derivation | leading-out of the expression showing each model is disclosed in detail in the gazette mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted in this specification.

(スロットルモデルM11)
スロットルモデルM11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、Ct(TA)はスロットル弁開度TAに応じて変化する流量係数、At(TA)はスロットル弁開度TA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。

Figure 2008144680
Figure 2008144680
(Throttle model M11)
The throttle model M11 is a generalized mathematical expression representing this model, and the following formula (1) and (2) obtained based on physical laws such as energy conservation law, momentum conservation law, mass conservation law, and state equation. ) Is a model for estimating the flow rate of air passing through the periphery of the throttle valve 45 (throttle passage air flow rate) mt. In the following equation (1), Ct (TA) is a flow coefficient that changes according to the throttle valve opening TA, At (TA) is a throttle opening cross-sectional area that changes according to the throttle valve opening TA (the throttle in the intake passage) (Open sectional area around the valve 45), Pa is the throttle valve upstream pressure (ie, intake pressure), which is the pressure of air in the intake passage upstream of the throttle valve 45, and Pm is the intake pressure, which is the pressure of air in the intake pipe section In-pipe pressure (that is, throttle valve downstream pressure, which is the pressure of air in the intake passage from the throttle valve 45 to the intake valve 32), Ta is the temperature of air in the intake passage upstream of the throttle valve 45, and upstream of the throttle valve Temperature (ie, intake air temperature), R is a gas constant, and κ is a specific heat ratio of air.
Figure 2008144680
Figure 2008144680

ここで、上記(1)式の右辺の流量係数Ct(TA)及びスロットル開口断面積At(TA)の積Ct(TA)・At(TA)は、スロットル弁開度TA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M11は、スロットル弁開度TAと、値Ct(TA)・At(TA)と、の関係を規定するテーブルMapCTATをROM72に記憶させていて、同テーブル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TAeと、に基づいて値Ct(TAe)・At(TAe)(=MapCTAT(TAe))を求める。   Here, the product Ct (TA) · At (TA) of the flow coefficient Ct (TA) on the right side of the equation (1) and the throttle opening cross-sectional area At (TA) can be determined based on the throttle valve opening TA. Known empirically. Therefore, the throttle model M11 stores a table MapCTAT that defines the relationship between the throttle valve opening TA and the values Ct (TA) · At (TA) in the ROM 72. The table MapCTAT and the electronically controlled throttle valve The value Ct (TAe) · At (TAe) (= MapCTAT (TAe)) is obtained based on the predicted throttle valve opening degree TAe estimated by the model M1.

更に、スロットルモデルM11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、後述する第1吸気管モデルM13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)を吸気圧力センサ63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。   Further, the throttle model M11 stores a table MapΦ for defining the relationship between the value Pm / Pa and the value Φ (Pm / Pa) in the ROM 72, and the k-1th estimation is performed by the first intake pipe model M13 described later. From the value Pm (k-1) / Pa obtained by dividing the intake pipe pressure Pm (k-1) estimated by the intake pressure Pa detected by the intake pressure sensor 63 and the table MapΦ, the value Φ (Pm (k-1) / Pa) (= MapΦ (Pm (k-1) / Pa)) is obtained.

スロットルモデルM11は、以上のように求めた値Ct(TAe)・At(TAe)及び値Φ(Pm(k-1)/Pa)と、上記吸気圧力Pa及び吸気温度センサ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。   The throttle model M11 has the values Ct (TAe) · At (TAe) and Φ (Pm (k-1) / Pa) obtained as described above, and the intake pressure detected by the intake pressure Pa and intake temperature sensor 62. The temperature Ta is applied to the above equation (1) to obtain the throttle passage air flow rate mt (k−1).

(吸気弁モデルM12)
吸気弁モデルM12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(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M12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)式に従って求める。
mc=(Ta/Tm)・(c・Pm−d) …(3)
(Intake valve model M12)
The intake valve model M12 includes an intake pipe section temperature Pm and an intake pipe section temperature that is the temperature of air in the intake pipe section (that is, a throttle valve that is the temperature of air in the intake passage from the throttle valve 45 to the intake valve 32). This is a model for estimating the in-cylinder inflow air flow rate mc, which is the flow rate of air that flows around the intake valve 32 and flows into the cylinder (combustion chamber 25) from the downstream temperature Tm or the like. The pressure in the cylinder during the intake stroke (including when the intake valve 32 is closed) can be regarded as the pressure upstream of the intake valve 32, that is, the intake pipe pressure Pm. It can be considered that it is proportional to the pressure Pm in the intake pipe when the valve is closed. In view of this, the intake valve model M12 is a generalized mathematical expression that represents the in-cylinder inflow air flow rate mc according to the following equation (3) based on an empirical rule.
mc = (Ta / Tm) ・ (c ・ Pm−d) (3)

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))。テーブルMapCは、ROM72に記憶されている。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))。テーブルMapDは、ROM72に記憶されている。   In the above equation (3), the value c is a proportional coefficient and the value d is a value reflecting the amount of burnt gas remaining in the cylinder. The value c can be obtained from the table MapC that defines the relationship between the engine speed NE and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 and the value c, the current engine speed NE, and the current opening / closing timing VT of the intake valve 32 ( c = MapC (NE, VT)). The table MapC is stored in the ROM 72. Similarly, the value d is obtained from the table MapD that defines the relationship between the engine speed NE and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 and the value d, the current engine speed NE, and the current opening / closing timing VT of the intake valve 32. (D = MapD (NE, VT)). The table MapD is stored in the ROM 72.

吸気弁モデルM12は、後述する第1吸気管モデルM13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。   The intake valve model M12 includes an intake pipe internal pressure Pm (k-1) and an intake pipe internal temperature Tm (k-1) estimated at the time of the k-1th estimation by a first intake pipe model M13, which will be described later. The intake air temperature Ta is applied to the above equation (3) to estimate the in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1).

(第1吸気管モデルM13)
第1吸気管モデルM13は、本モデルを表す一般化された数式であって吸気管部(吸気通路の所定領域)内の空気に関する質量保存則に基づいた下記(4)式、本モデルを表す一般化された数式であって熱伝達エネルギーが0であると仮定した場合における吸気管部内の空気に関するエネルギー保存則に基づいた下記(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)
(First intake pipe model M13)
The first intake pipe model M13 is a generalized mathematical expression representing the present model, and represents the following expression (4) based on the law of conservation of mass regarding the air in the intake pipe portion (predetermined region of the intake passage). The following formula (5) based on the energy conservation law regarding the air in the intake pipe when assuming that the heat transfer energy is 0, which is a generalized equation, the flow rate of air flowing into the intake pipe (ie, From the flow rate of air passing through the throttle (mt), the intake air temperature Ta, and the flow rate of air flowing out from the intake pipe (that is, the flow rate of air flowing into the cylinder) mc, the pressure in the intake pipe (throttle valve downstream pressure) Pm and the temperature in the intake pipe (throttle) This is a model for determining the valve downstream temperature (Tm). In the following formulas (4) and (5), Vm is the volume of the intake pipe portion (the intake passage from the throttle valve 45 to the intake valve 32).
d (Pm / Tm) / dt = (R / Vm) ・ (mt−mc) (4)
dPm / dt = κ ・ (R / Vm) ・ (mt ・ Ta−mc ・ Tm) (5)

第1吸気管モデルM13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M11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M12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、タイムステップΔt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10の運転開始時))、第1吸気管モデルM13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)
The first intake pipe model M13 includes the following equation (6) and equation (7) obtained by discretizing the equations (4) and (5) by the difference method, and the throttle obtained by the throttle model M11. Passing air flow rate mt (k-1), in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1) acquired by the intake valve model M12, current intake air temperature Ta, and estimated at the time of the (k-1) th estimation by this model The latest intake pipe internal pressure Pm (k) and intake pipe internal temperature Tm (based on the intake pipe internal pressure Pm (k-1), intake pipe internal temperature Tm (k-1), and time step Δt. k) is estimated. However, when the estimation of the intake pipe internal pressure Pm and the intake pipe internal temperature Tm has never been performed (when the first estimation is performed by this model (in this example, when the operation of the internal combustion engine 10 is started)), The one intake pipe model M13 employs the intake pressure Pa and the intake air temperature Ta as the intake pipe internal pressure Pm (0) and the intake pipe internal temperature Tm (0), respectively.
(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)

ここで、第1吸気管モデルM13を記述した上記(4)式及び上記(5)式の導出過程について説明する。先ず、吸気管部内の空気に関する質量保存側に基づく(4)式について検討する。吸気管部内の総空気量をMとすると、総空気量Mの単位時間あたりの変化量(時間的変化)は、吸気管部に流入する空気の流量に相当するスロットル通過空気流量mtと、同吸気管部から流出する空気の流量に相当する筒内流入空気流量mcと、の差であるから、質量保存則に基づく下記(8)式が得られる。
dM/dt=mt−mc …(8)
Here, the derivation process of the equation (4) and the equation (5) describing the first intake pipe model M13 will be described. First, Equation (4) based on the mass conservation side for the air in the intake pipe section is studied. Assuming that the total air amount in the intake pipe is M, the amount of change (time change) per unit time of the total air amount M is the same as the throttle passage air flow rate mt corresponding to the flow rate of air flowing into the intake pipe. Since this is the difference between the in-cylinder inflow air flow rate mc corresponding to the flow rate of air flowing out from the intake pipe, the following equation (8) based on the law of conservation of mass is obtained.
dM / dt = mt−mc (8)

また、吸気管部内の空気の圧力及び温度が空間的に一様であることを仮定すると、状態方程式に基づく下記(9)式が得られる。そして、上記(8)式に下記(9)式を代入して総空気量Mを消去するとともに、吸気管部の容積Vmが変化しないことを考慮すると、質量保存則に基づく上記(4)式が得られる。
Pm・Vm=M・R・Tm …(9)
Further, assuming that the pressure and temperature of the air in the intake pipe are spatially uniform, the following equation (9) based on the state equation is obtained. Then, substituting the following equation (9) into the above equation (8) to eliminate the total air amount M and considering that the volume Vm of the intake pipe portion does not change, the above equation (4) based on the law of conservation of mass Is obtained.
Pm ・ Vm = M ・ R ・ Tm (9)

次に、吸気管部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく上記(5)式について検討する。吸気管部内の空気のエネルギーM・Cv・Tm(Cvは空気の定容比熱)の単位時間あたりの変化量(d(M・Cv・Tm)/dt)は、単位時間あたりの吸気管部内の空気のエネルギーの増加分(単位時間あたりに吸気管部内の空気に与えられるエネルギー)と、単位時間あたりの吸気管部内の空気のエネルギーの減少分(単位時間あたりに吸気管部内の空気から奪われるエネルギー)と、の差に等しい。以下、吸気管部内の空気のエネルギーのすべてが温度上昇に寄与する(即ち、運動エネルギーを無視する)ことを仮定する。   Next, the above equation (5) based on the energy conservation law for the air in the intake pipe section will be examined. The amount of change (d (M ・ Cv ・ Tm) / dt) per unit time of the energy M ・ Cv ・ Tm (Cv is the constant volume specific heat of air) of the air in the intake pipe Increase in air energy (energy given to the air in the intake pipe per unit time) and decrease in air energy in the intake pipe per unit time (deprived from the air in the intake pipe per unit time) Energy). In the following, it is assumed that all of the energy of the air in the intake pipe part contributes to the temperature rise (that is, the kinetic energy is ignored).

上記吸気管部内の空気のエネルギーの増加分は、吸気管部の壁面から吸気管部内の空気へ伝達される熱エネルギーである熱伝達エネルギーが0であることを仮定すると、単位時間あたりに吸気管部に流入する空気が保有するエネルギー(単位時間あたりに吸気管部に流入する空気のエネルギー、即ち、流入エネルギー)のみである。この流入エネルギーは、Cp・mt・Taと表される。ここで、Cpは空気の定圧比熱である。一方、上記吸気管部内の空気のエネルギーの減少分は、吸気管部から流出する空気が保有するエネルギー(吸気管部から流出する空気のエネルギー、即ち、流出エネルギー)Cp・mt・Ticである。   Assuming that the heat transfer energy, which is the heat energy transferred from the wall surface of the intake pipe portion to the air in the intake pipe portion, is 0, the increase in the energy of the air in the intake pipe portion is the intake pipe per unit time. It is only the energy (the energy of the air that flows into the intake pipe unit per unit time, that is, the inflow energy) held by the air that flows into the section. This inflow energy is expressed as Cp · mt · Ta. Here, Cp is the constant pressure specific heat of air. On the other hand, the decrease in the energy of the air in the intake pipe portion is the energy (the energy of the air flowing out from the intake pipe portion, that is, the outflow energy) Cp · mt · Tic held by the air flowing out from the intake pipe portion.

従って、吸気管部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく下記(10)式が得られる。
d(M・Cv・Tm)/dt=Cp・mt・Ta−Cp・mc・Tm …(10)
Accordingly, the following equation (10) based on the energy conservation law regarding the air in the intake pipe portion is obtained.
d (M ・ Cv ・ Tm) / dt = Cp ・ mt ・ Ta−Cp ・ mc ・ Tm (10)

ところで、比熱比κは下記(11)式、マイヤーの関係は下記(12)式で示されるから、上記(9)式(Pic・Vic=M・R・Tic)、下記(11)式及び下記(12)式を用いて上記(10)式を変形することにより、上記(5)式が得られる。ここで、吸気管部の容積Vmは変化しないことが考慮されている。
κ=Cp/Cv …(11)
Cp=Cv+R …(12)
By the way, the specific heat ratio κ is expressed by the following formula (11), and the Meyer relationship is expressed by the following formula (12). Therefore, the above formula (9) (Pic · Vic = M · R · Tic), the following formula (11) and the following formula The equation (5) is obtained by modifying the equation (10) using the equation (12). Here, it is considered that the volume Vm of the intake pipe portion does not change.
κ = Cp / Cv (11)
Cp = Cv + R (12)

(吸気弁モデルM14)
吸気弁モデルM14は、上記吸気弁モデルM12と同様のモデルを含んでいる。吸気弁モデルM14においては、上記第1吸気管モデルM13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M14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が閉弁す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。
(Intake valve model M14)
The intake valve model M14 includes a model similar to the intake valve model M12. In the intake valve model M14, the latest intake pipe internal pressure Pm (k) and intake pipe internal temperature Tm (k) estimated at the time of the k-th estimation by the first intake pipe model M13, the current intake air temperature Ta, and Is the generalized formula that represents this model, and is applied to the formula (3) (mc = (Ta / Tm) · (c · Pm−d)) based on the above empirical rule. Find mc (k). The intake valve model M14 is closed after the intake valve 32 calculated based on the current in-cylinder inflow air flow rate mc (k) from the current engine speed NE and the current open / close timing VT of the intake valve 32 is opened. The in-cylinder air amount KL, which is the amount of air introduced into the cylinder at the time when the intake valve 32 is closed in the intake stroke, is obtained by multiplying the time until valve opening (intake valve opening time) Tint.

(第2空気モデルM20)
第2空気モデルM20は、第1吸気管モデルM13に代えて第2吸気管モデルM23を備える点、及び、熱伝達モデルM24を備える点、のみにおいて上記第1空気モデルM10と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。
(Second air model M20)
The second air model M20 differs from the first air model M10 only in that it includes a second intake pipe model M23 instead of the first intake pipe model M13 and a heat transfer model M24. Hereinafter, this difference will be mainly described.

第2空気モデルM20は、電子制御スロットル弁モデルM1により推定されたスロットル弁開度(予測スロットル弁開度)TAeと、吸気通路部壁面温度推定手段M2により推定されたサージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timと、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構築された物理モデルと、に基づいて現時点よりも先の時点の筒内空気量KLを推定するようになっている。この物理モデルは、特開2004−293546号公報等に詳細に開示されている。   The second air model M20 includes a throttle valve opening (predicted throttle valve opening) TAe estimated by the electronically controlled throttle valve model M1, a surge tank wall surface temperature Tst estimated by the intake passage wall surface temperature estimating means M2, and an intake. Estimate the in-cylinder air amount KL at a time earlier than the current time based on the manifold wall temperature Tim and a physical model constructed based on physical laws such as the energy conservation law, momentum conservation law, and mass conservation law It has become. This physical model is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-293546.

第2空気モデルM20は、図4に示したように、スロットルモデルM21、吸気弁モデルM22、第2吸気管モデルM23、熱伝達モデルM24及び吸気弁モデルM25を備えている。
スロットルモデルM21、吸気弁モデルM22及び吸気弁モデルM25は、第1空気モデルM10が備えるスロットルモデルM11、吸気弁モデルM12及び吸気弁モデルM14とそれぞれ同一のモデルである。
As shown in FIG. 4, the second air model M20 includes a throttle model M21, an intake valve model M22, a second intake pipe model M23, a heat transfer model M24, and an intake valve model M25.
The throttle model M21, the intake valve model M22, and the intake valve model M25 are the same models as the throttle model M11, the intake valve model M12, and the intake valve model M14 provided in the first air model M10.

(第2吸気管モデルM23)
第2吸気管モデルM23は、熱伝達エネルギーが0であると仮定した場合における吸気管部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく上記(5)式に代えて、熱伝達エネルギーが上記吸気管部内の空気のエネルギーの増加分として取り扱われるエネルギー保存則に基づく数式を用いる点のみにおいて、第1空気モデルM10における第1吸気管モデルM13と相違している。
(Second intake pipe model M23)
In the second intake pipe model M23, instead of the above equation (5) based on the energy conservation law regarding the air in the intake pipe section when the heat transfer energy is assumed to be 0, the heat transfer energy is the air in the intake pipe section. This is different from the first intake pipe model M13 in the first air model M10 only in that a mathematical formula based on an energy conservation law that is handled as an increase in the amount of energy is used.

より具体的に述べると、上記吸気管部内の空気のエネルギーの増加分は、熱伝達エネルギーが0であることを仮定しない場合、熱伝達エネルギーと流入エネルギーとの和である。従って、本モデルにおける吸気管部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく数式は、単位時間あたりに吸気管部の壁面から吸気管部内の空気へ伝達される熱エネルギー(単位時間あたりの熱伝達エネルギー)Qを流入エネルギーに加えることにより得られる。即ち、熱伝達エネルギーQを上記(10)式の右辺に加えることにより上記エネルギー保存則に基づく数式としての下記(13)式が得られる。
d(M・Cv・Tm)/dt=Cp・mt・Ta−Cp・mc・Tm+Q … (13)
More specifically, the increase in the energy of the air in the intake pipe portion is the sum of the heat transfer energy and the inflow energy unless it is assumed that the heat transfer energy is zero. Therefore, the mathematical formula based on the energy conservation law for the air in the intake pipe in this model is the thermal energy (heat transfer energy per unit time) Q transferred from the wall of the intake pipe to the air in the intake pipe per unit time Is added to the inflow energy. That is, by adding the heat transfer energy Q to the right side of the above formula (10), the following formula (13) is obtained as a formula based on the above energy conservation law.
d (M ・ Cv ・ Tm) / dt = Cp ・ mt ・ Ta−Cp ・ mc ・ Tm + Q (13)

そして、第1吸気管モデルM13と同様に、上記(9)式、上記(11)式及び上記(12)式を用いて上記(13)式を変形することにより、本モデルを表す一般化された数式のうちの吸気管部内の空気に関するエネルギー保存則に基づく数式である下記(14)式が得られる。
dPm/dt=κ・(R/Vm)・(mt・Ta−mc・Tm+Q/Cp) …(14)
Similar to the first intake pipe model M13, the above expression (9), the above expression (11), and the above expression (12) are used to modify the above expression (13) to generalize this model. Among the above formulas, the following formula (14) which is a formula based on the energy conservation law regarding the air in the intake pipe portion is obtained.
dPm / dt = κ ・ (R / Vm) ・ (mt ・ Ta−mc ・ Tm + Q / Cp)… (14)

第2吸気管モデルM23は、上記(6)式と、上記(14)式を差分法により離散化して得られる下記(15)式と、スロットルモデルM21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M22により取得された筒内流入空気流量mc(k-1)と、後述する熱伝達モデルM24により取得された熱伝達エネルギーQ(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、タイムステップΔt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。
Pm(k)=Pm(k-1)+Δt・κ・(R/Vm)・(mt(k-1)・Ta−mc(k-1)・Tm(k-1)
+Q(k-1)/Cp) …(15)
The second intake pipe model M23 includes the above expression (6), the following expression (15) obtained by discretizing the above expression (14) by the difference method, and the throttle passage air flow rate mt (k obtained by the throttle model M21. -1), in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1) acquired by the intake valve model M22, heat transfer energy Q (k-1) acquired by a heat transfer model M24 described later, and the current intake air Based on the temperature Ta, the intake pipe internal pressure Pm (k-1) and the intake pipe internal temperature Tm (k-1) estimated at the time of the (k-1) th estimation by this model, and the time step Δt, the latest Intake pipe internal pressure Pm (k) and intake pipe internal temperature Tm (k) are estimated.
Pm (k) = Pm (k-1) + Δt ・ κ ・ (R / Vm) ・ (mt (k-1) ・ Ta−mc (k-1) ・ Tm (k-1)
+ Q (k-1) / Cp)… (15)

(熱伝達モデルM24)
熱伝達モデルM24は、サージタンク壁面温度Tst、インテークマニホールド壁面温度Tim及び吸気管部内温度Tm等から上記第2吸気管モデルM23において用いられる単位時間あたりの熱伝達エネルギーQを推定するモデルである。
(Heat transfer model M24)
The heat transfer model M24 is a model for estimating the heat transfer energy Q per unit time used in the second intake pipe model M23 from the surge tank wall surface temperature Tst, the intake manifold wall surface temperature Tim, the intake pipe internal temperature Tm, and the like.

熱伝達エネルギーQは、サージタンク42の内壁面からサージタンク42内の空気に伝達される熱エネルギー(サージタンク熱伝達エネルギー)Qstと、インテークマニホールド41の内壁面からインテークマニホールド41内の空気に伝達される熱エネルギー(インテークマニホールド熱伝達エネルギー)Qimと、の和により下記(16)式のように表される。
Q=Qst+Qim …(16)
The heat transfer energy Q is transferred from the inner wall surface of the surge tank 42 to the air in the surge tank 42 (surge tank heat transfer energy) Qst and from the inner wall surface of the intake manifold 41 to the air in the intake manifold 41. The sum of the heat energy (intake manifold heat transfer energy) Qim is expressed as the following equation (16).
Q = Qst + Qim (16)

ところで、サージタンク42内においては、空気が比較的長く滞留するので、サージタンク42の内壁面とサージタンク42内の空気との間の熱伝達は、自然対流による熱伝達が主であると考えることができる。そこで、熱伝達モデルM24は、サージタンク熱伝達エネルギーQstを、本モデルの一部を表す一般化された数式であり、経験則に基づく下記(17)式及び下記(18)式に従って求める。
Qst=Ast・hwst・(Tst−Tm) …(17)
hwst=f1(Tst−Tm) …(18)
By the way, since air stays in the surge tank 42 for a relatively long time, it is considered that heat transfer between the inner wall surface of the surge tank 42 and the air in the surge tank 42 is mainly heat transfer by natural convection. be able to. Therefore, the heat transfer model M24 is a generalized mathematical expression representing a part of this model, and the surge tank heat transfer energy Qst is obtained according to the following formula (17) and the following formula (18) based on an empirical rule.
Qst = Ast ・ hwst ・ (Tst−Tm) (17)
hwst = f1 (Tst−Tm) (18)

ここで、Astはサージタンク42の内壁面の表面積に相当する値であり、hwstは自然対流熱伝達率である。また、関数f1は、図5に示したように、サージタンク壁面温度Tstと吸気管部内温度Tmとの差である温度差(Tst−Tm)にかかわらず略一定となる値を有する関数である。なお、関数f1は、温度差(Tst−Tm)が大きくなるほど大きい値を有する関数(温度差(Tst−Tm)に関して単調増加する関数f1)であってもよい。   Here, Ast is a value corresponding to the surface area of the inner wall surface of the surge tank 42, and hwst is a natural convection heat transfer coefficient. Further, as shown in FIG. 5, the function f1 is a function having a substantially constant value regardless of the temperature difference (Tst−Tm) that is the difference between the surge tank wall surface temperature Tst and the intake pipe internal temperature Tm. . The function f1 may be a function having a larger value as the temperature difference (Tst−Tm) becomes larger (a function f1 that increases monotonously with respect to the temperature difference (Tst−Tm)).

一方、インテークマニホールド41内においては、空気が比較的短い時間のうちに通過するので、インテークマニホールド41の内壁面とインテークマニホールド41内の空気との間の熱伝達は、強制対流による熱伝達が主であると考えることができる。そこで、熱伝達モデルM24は、インテークマニホールド熱伝達エネルギーQimを、本モデルの一部を表す一般化された数式であり、経験則に基づく下記(19)式及び下記(20)式に従って求める。
Qim=Aim・hwim・(Tim−Tm) …(19)
hwim=f2(mc) …(20)
On the other hand, since air passes in the intake manifold 41 in a relatively short time, heat transfer between the inner wall surface of the intake manifold 41 and the air in the intake manifold 41 is mainly by forced convection. Can be considered. Therefore, the heat transfer model M24 is a generalized mathematical expression representing a part of the model, and the intake manifold heat transfer energy Qim is obtained according to the following formula (19) and the following formula (20) based on an empirical rule.
Qim = Aim ・ hwim ・ (Tim−Tm)… (19)
hwim = f2 (mc)… (20)

ここで、Aimはインテークマニホールド41の内壁面の表面積に相当する値であり、hwimは強制対流熱伝達率である。また、関数f2は、図6に示したように、筒内流入空気流量mcが大きくなるほど大きい値を有する関数である。本例では、f2=kmc・mc0.8(kmcは定数)である。 Here, Aim is a value corresponding to the surface area of the inner wall surface of the intake manifold 41, and hwim is a forced convection heat transfer coefficient. Further, as shown in FIG. 6, the function f2 is a function having a larger value as the in-cylinder inflow air flow rate mc increases. In this example, f2 = kmc · mc 0.8 (kmc is a constant).

熱伝達モデルM24は、第2吸気管モデルM23によりk-1回目の推定時に推定された吸気管部内温度Tm(k-1)と、吸気通路部壁面温度推定手段M2により推定されたサージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timと、を上記(16)〜(20)式に適用することにより、熱伝達エネルギーQ(k-1)を推定する。   The heat transfer model M24 includes the intake pipe temperature Tm (k-1) estimated at the time of the (k-1) th estimation by the second intake pipe model M23 and the surge tank wall surface estimated by the intake passage wall surface temperature estimation means M2. The heat transfer energy Q (k−1) is estimated by applying the temperature Tst and the intake manifold wall surface temperature Tim to the above equations (16) to (20).

<作動の詳細>
次に、電気制御装置70の実際の作動について、図7〜図10を参照しながら説明する。
<Details of operation>
Next, the actual operation of the electric control device 70 will be described with reference to FIGS.

(目標スロットル弁開度設定)
電気制御装置70のCPU71は、上記電子制御スロットル弁ロジックA1の機能を達成するための図示しない目標スロットル弁開度設定ルーチンを所定の演算周期Δt1(本例では、2ms)の経過毎に実行するようになっている。
(Target throttle valve opening setting)
The CPU 71 of the electric control device 70 executes a target throttle valve opening setting routine (not shown) for achieving the function of the electronic control throttle valve logic A1 every elapse of a predetermined calculation cycle Δt1 (2 ms in this example). It is like that.

従って、所定のタイミングになると、CPU71は、前回までのこのルーチンの実行により設定されている目標スロットル弁開度TAt(1)〜TAt(Ntd)を値の順序を維持したまま目標スロットル弁開度TAt(0)〜TAt(Ntd-1)にシフトさせる。ここで、Ntdは、遅延時間TD(本例では、64ms)を上記演算周期Δt1で除した値(本例では、32)である。   Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU 71 maintains the target throttle valve opening degree TAt (1) to TAt (Ntd) set by the execution of this routine until the previous time while maintaining the order of values. Shift from TAt (0) to TAt (Ntd-1). Here, Ntd is a value (32 in this example) obtained by dividing the delay time TD (64 ms in this example) by the calculation cycle Δt1.

次いで、CPU71は、アクセル開度センサ68により検出されたアクセルペダル操作量Accpを読み込むとともに、読み込んだアクセルペダル操作量Accpと、上記テーブルMapTAtと、に基づいて暫定目標スロットル弁開度TAt1(=MapTAt(Accp))を決定する。そして、CPU71は、現時点よりも遅延時間TDだけ先の時点(スロットル弁開度推定可能時点)のスロットル弁開度の目標値(目標スロットル弁開度)TAt(Ntd)を現時点にて決定された暫定目標スロットル弁開度TAt1に設定する。   Next, the CPU 71 reads the accelerator pedal operation amount Accp detected by the accelerator opening sensor 68, and based on the read accelerator pedal operation amount Accp and the table MapTAt, the temporary target throttle valve opening amount TAt1 (= MapTAt (Accp)). Then, the CPU 71 determines the target value (target throttle valve opening) TAt (Ntd) of the throttle valve opening at the time point (the time when the throttle valve opening can be estimated) ahead of the current time by the delay time TD. Set to provisional target throttle valve opening TAt1.

そして、CPU71は、設定された現時点の目標スロットル弁開度TAt(0)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。このようにして、現時点よりも遅延時間TDだけ前の時点にて検出されたアクセルペダル操作量Accpに基づく駆動信号が現時点にてスロットル弁アクチュエータ45aに対して送出される。これにより、実際のスロットル弁開度TAは、スロットル弁アクチュエータ45aが駆動信号を受信してからそれほど遅れることなく現時点の目標スロットル弁開度TAt(0)と一致する。   Then, the CPU 71 sends a drive signal corresponding to the set current target throttle valve opening degree TAt (0) to the throttle valve actuator 45a. In this way, a drive signal based on the accelerator pedal operation amount Accp detected at the time point before the current time by the delay time TD is sent to the throttle valve actuator 45a at the current time point. Thereby, the actual throttle valve opening TA coincides with the current target throttle valve opening TAt (0) without much delay after the throttle valve actuator 45a receives the drive signal.

(スロットル弁開度推定)
一方、CPU71は、上記電子制御スロットル弁モデルM1の機能を達成するための図示しないスロットル弁開度推定ルーチンを上記目標スロットル弁開度設定ルーチンに続いて実行するようになっている。
(Throttle valve opening estimation)
On the other hand, the CPU 71 executes a throttle valve opening estimation routine (not shown) for achieving the function of the electronic control throttle valve model M1 following the target throttle valve opening setting routine.

従って、上記目標スロットル弁開度設定ルーチンの実行が終了すると、CPU71は、スロットル弁開度推定ルーチンの処理を開始し、現時点よりも遅延時間TDだけ先の時点の予測スロットル弁開度TAe(Ntd)を上記目標スロットル弁開度設定ルーチンにおいて設定された現時点よりも遅延時間TDだけ先の時点の目標スロットル弁開度TAt(Ntd)に設定する。従って、CPU71がこのルーチンを実行することにより、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TAが推定(予測)された(即ち、予測スロットル弁開度TAe(0)〜TAe(Ntd)が算出された)状態が常に維持される。   Therefore, when the execution of the target throttle valve opening setting routine is finished, the CPU 71 starts the processing of the throttle valve opening estimation routine, and predicts the predicted throttle valve opening TAe (Ntd at a time earlier than the current time by the delay time TD. ) Is set to the target throttle valve opening degree TAt (Ntd) at a time point earlier than the current time set in the target throttle valve opening degree setting routine by the delay time TD. Therefore, the CPU 71 executes this routine to estimate (predict) the throttle valve opening TA from the present time to the previous time by the delay time TD (ie, the predicted throttle valve opening TAe ( 0) to TAe (Ntd) are always maintained.

(空気モデル選択)
一方、CPU71は、図7にフローチャートにより示した空気モデル選択ルーチンを所定の演算周期Δt2(本例では、8ms)の経過毎に実行するようになっている。
(Air model selection)
On the other hand, the CPU 71 executes the air model selection routine shown in the flowchart of FIG. 7 every elapse of a predetermined calculation cycle Δt2 (8 ms in this example).

従って、所定のタイミングになると、CPU71は、ステップ700から処理を開始してステップ705に進み、吸気温度センサ62により検出された吸気温度Taを読み込む。次いで、CPU71は、ステップ710に進んで冷却水温度センサ67により検出された冷却水温度Twを読み込む。   Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU 71 starts processing from step 700 and proceeds to step 705 to read the intake air temperature Ta detected by the intake air temperature sensor 62. Next, the CPU 71 proceeds to step 710 and reads the cooling water temperature Tw detected by the cooling water temperature sensor 67.

そして、CPU71は、ステップ715に進んで、上記テーブルMapTstと、上記ステップ705にて読み込まれた吸気温度Taと、上記ステップ710にて読み込まれた冷却水温度Twと、に基づいて、上記熱エネルギー割合に影響を与える運転状態量の1つとしてのサージタンク壁面温度Tstを推定(取得)する。次に、CPU71は、ステップ720に進んで、上記テーブルMapTimと、上記ステップ710にて読み込まれた冷却水温度Twと、に基づいて、上記熱エネルギー割合に影響を与える運転状態量の1つとしてのインテークマニホールド壁面温度Timを推定(取得)する。   Then, the CPU 71 proceeds to step 715, and based on the table MapTst, the intake air temperature Ta read in the step 705, and the cooling water temperature Tw read in the step 710, the heat energy. Estimate (acquire) the surge tank wall surface temperature Tst as one of the operating state quantities affecting the ratio. Next, the CPU 71 proceeds to step 720, and as one of the operation state quantities affecting the heat energy ratio based on the table MapTim and the cooling water temperature Tw read in the step 710. Estimate (acquire) intake manifold wall surface temperature Tim.

次いで、CPU71は、ステップ725に進んで、上記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TAe(m)(mは、0〜Ntdの整数)から、現時点より所定の時間間隔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TAe(n)を予測スロットル弁開度TA(k)として読み込む。即ち、CPU71は、上記熱エネルギー割合に影響を与える運転状態量の1つとしての予測スロットル弁開度TA(k)を取得する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 725 to calculate a predetermined time interval from the present time based on the predicted throttle valve opening degree TAe (m) (m is an integer of 0 to Ntd) set by the throttle valve opening degree estimation routine. The predicted throttle valve opening degree TAe (n) estimated as the throttle valve opening degree closest to the time point after Δt0 is read as the predicted throttle valve opening degree TA (k). That is, the CPU 71 acquires the predicted throttle valve opening degree TA (k) as one of the operation state quantities that influence the thermal energy ratio.

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は本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、本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。   Here, the time interval Δt0 is a predetermined fuel injection amount determination time before the fuel injection start timing of a specific cylinder (the final time when the fuel injection amount needs to be determined, in this example, the crank angle of the specific cylinder is From the start of the intake stroke (when the intake valve 32 of the cylinder is opened) to the end of the intake stroke from the top dead center (increase the crank angle advanced by 75 ° from the intake top dead center) Until the intake valve 32 is closed). The value k is an integer to which 1 is added every time execution of this routine is started, and represents the number of times execution of this routine is started.

以下、説明の便宜上、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)において同ステップ725にて読み込んだ予測スロットル弁開度TA(k-1)に対応する時点を前回推定時点t1とし、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)において同ステップ725にて読み込んだ予測スロットル弁開度TA(k)に対応する時点を今回推定時点t2とする(スロットル弁開度推定可能時点、所定の時間間隔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を参照。)。   Hereinafter, for convenience of explanation, the time corresponding to the predicted throttle valve opening TA (k-1) read in step 725 at the previous calculation time (when this routine is executed for the (k-1) th time) is the previous time. Estimated time t1 is set, and the time corresponding to the predicted throttle valve opening TA (k) read in step 725 at the current calculation time (time when this routine is executed k times) is set as the current estimated time t2. (Refer to FIG. 8, which is a schematic diagram showing the relationship among the time when the throttle valve opening can be estimated, the predetermined time interval Δt0, the previous estimated time t1, and the current estimated time t2.)

そして、CPU71は、ステップ730に進んで、運転状態量条件を満足する(運転状態量条件が成立している)か否かを判定する。ここで、運転状態量条件は、(1)上記ステップ715にて推定されたサージタンク壁面温度Tstが上記閾値温度αよりも低く、且つ、(2)上記ステップ720にて推定されたインテークマニホールド壁面温度Timが上記閾値温度βよりも低く、且つ、(3)前回の演算時点において上記ステップ725にて読み込んだ予測スロットル弁開度TA(k-1)が上記閾値開度γよりも大きい、という前述した条件である。なお、ステップ715〜ステップ730の処理が実行されることは、運転状態量条件判定手段の機能が達成されることに対応している。   Then, the CPU 71 proceeds to step 730 and determines whether or not the driving state quantity condition is satisfied (the driving state quantity condition is satisfied). Here, the operating state quantity condition is (1) the surge tank wall surface temperature Tst estimated in the above step 715 is lower than the threshold temperature α, and (2) the intake manifold wall surface estimated in the above step 720. The temperature Tim is lower than the threshold temperature β, and (3) the predicted throttle valve opening TA (k−1) read in step 725 at the previous calculation time is larger than the threshold opening γ. This is the condition described above. In addition, that the process of step 715-step 730 is performed respond | corresponds to the function of a driving | running state amount condition determination means being achieved.

まず、内燃機関10の運転が開始した直後の時点であって、運転者がアクセルペダル81を操作することによりアクセルペダル操作量Accpが比較的大きくなり、その結果、スロットル弁開度TAが上記閾値開度γよりも大きくなった場合から説明する。この場合、内燃機関10の温度が比較的低いので、サージタンク壁面温度Tstは上記閾値温度αよりも低く、且つ、インテークマニホールド壁面温度Timは上記閾値温度βよりも低い。   First, at the time immediately after the operation of the internal combustion engine 10 is started, when the driver operates the accelerator pedal 81, the accelerator pedal operation amount Accp becomes relatively large. As a result, the throttle valve opening TA is set to the threshold value. The case where the opening degree γ becomes larger will be described. In this case, since the temperature of the internal combustion engine 10 is relatively low, the surge tank wall surface temperature Tst is lower than the threshold temperature α, and the intake manifold wall surface temperature Tim is lower than the threshold temperature β.

従って、CPU71は、ステップ730にて「Yes」と判定してステップ735に進み、使用空気モデルフラグXamの値を「1」に設定する。ここで、使用空気モデルフラグXamは、使用される予定の空気モデルを表すフラグであって、その値が「1」であれば第1空気モデルM10を使用する予定であり、「2」であれば第2空気モデルM20を使用する予定であることを示す。後述する通り、使用空気モデルフラグXamの値は、本ルーチンにおいて、運転状態量条件を満足する(運転状態量条件が成立している)ときに「1」に設定され、運転状態量条件を満足しない(運転状態量条件が成立していない)ときに「2」に設定される。なお、ステップ735の処理が実行されることは、筒内空気量推定切替手段の機能の一部が達成されることに対応している。
そして、CPU71はステップ799に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Accordingly, the CPU 71 determines “Yes” in step 730 and proceeds to step 735 to set the value of the use air model flag Xam to “1”. Here, the used air model flag Xam is a flag representing an air model to be used. If the value is “1”, the first air model M10 is to be used, and if it is “2”. Indicates that the second air model M20 is scheduled to be used. As will be described later, the value of the operating air model flag Xam is set to “1” when the operating state quantity condition is satisfied (the operating state quantity condition is satisfied) in this routine, and the operating state quantity condition is satisfied. It is set to “2” when not (operating state quantity condition is not satisfied). Note that the execution of the process of step 735 corresponds to the achievement of part of the function of the cylinder air amount estimation switching means.
Then, the CPU 71 proceeds to step 799 to end this routine once.

(筒内空気量推定)
一方、CPU71は、図9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空気モデル選択ルーチンに続いて実行するようになっている。
(In-cylinder air volume estimation)
On the other hand, the CPU 71 executes an in-cylinder air amount estimation routine shown by a flowchart in FIG. 9 following the air model selection routine.

従って、所定のタイミングになると、CPU71は、ステップ900から処理を開始してステップ905に進み、上記スロットルモデルM11(又は、スロットルモデルM21)により前回推定時点t1のスロットル通過空気流量mt(k-1)を求める。   Accordingly, when the predetermined timing is reached, the CPU 71 starts the process from step 900 and proceeds to step 905, where the throttle model M11 (or the throttle model M21) uses the throttle passage air flow rate mt (k−1) at the previous estimated time t1. )

より具体的に述べると、CPU71は、上記空気モデル選択ルーチンの前回の実行時において上記ステップ725にて読み込んだ予測スロットル弁開度TA(k-1)と、上記テーブルMapCTATと、に基づいて値CtAt(TA(k-1))を求める。   More specifically, the CPU 71 determines a value based on the predicted throttle valve opening TA (k−1) read in the step 725 at the previous execution of the air model selection routine and the table MapCTAT. Calculate CtAt (TA (k-1)).

更に、CPU71は、本ルーチンの前回実行時において後述するステップ920又はステップ955にて求められた前回推定時点t1における吸気管部内圧力Pm(k-1)を吸気圧力センサ63により検出された吸気圧力Paにより除した値Pm(k-1)/Paと、上記テーブルMapΦと、に基づいて値Φ(Pm(k-1)/Pa)を求める。   Further, the CPU 71 detects the intake air pressure detected by the intake pressure sensor 63 at the previous estimated time point t1 obtained in step 920 or step 955, which will be described later, at the previous execution of this routine. A value Φ (Pm (k−1) / Pa) is obtained based on the value Pm (k−1) / Pa divided by Pa and the table MapΦ.

加えて、CPU71は、求められた値CtAt(TA(k-1))及び値Φ(Pm(k-1)/Pa)と、上記吸気圧力Pa及び吸気温度センサ62により検出された吸気温度Taと、を上記スロットルモデルM11を表す(1)式に基づくステップ905内に示した式に適用してスロットル通過空気流量mt(k-1)を求める。   In addition, the CPU 71 determines the value CtAt (TA (k-1)) and the value Φ (Pm (k-1) / Pa) obtained, and the intake air temperature Ta detected by the intake air pressure Pa and the intake air temperature sensor 62. Is applied to the equation shown in step 905 based on the equation (1) representing the throttle model M11 to obtain the throttle passage air flow rate mt (k-1).

次いで、CPU71は、ステップ910に進んで上記吸気弁モデルM12(又は、吸気弁モデルM22)により前回推定時点t1の筒内流入空気流量mc(k-1)を求める。
より具体的に述べると、CPU71は、クランクポジションセンサ66により検出されたエンジン回転速度NEと、現時点の吸気弁32の開閉タイミングVTと、上記テーブルMapC及び上記テーブルMapDと、に基づいて値c及び値dを求める。更に、CPU71は、求められた値c及び値dを上記吸気弁モデルM12を表す(3)式に基づくステップ910内に示した式に適用して筒内流入空気流量mc(k-1)を求める。
Next, the CPU 71 proceeds to step 910 to obtain the in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1) at the previous estimated time t1 from the intake valve model M12 (or intake valve model M22).
More specifically, the CPU 71 determines the values c and c based on the engine speed NE detected by the crank position sensor 66, the current open / close timing VT of the intake valve 32, the table MapC, and the table MapD. Determine the value d. Further, the CPU 71 applies the obtained value c and value d to the equation shown in step 910 based on the equation (3) representing the intake valve model M12 to thereby calculate the in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1). Ask.

そして、CPU71は、ステップ915に進んで、使用空気モデルフラグXamの値が「1」であるか否かを判定する。この時点では、使用空気モデルフラグXamの値が「1」であるので、CPU71は、ステップ915にて「Yes」と判定してステップ920に進む。なお、ステップ915の処理が実行されることは、筒内空気量推定切替手段の機能の一部が達成されることに対応している。   Then, the CPU 71 proceeds to step 915 to determine whether or not the value of the use air model flag Xam is “1”. At this time, since the value of the use air model flag Xam is “1”, the CPU 71 determines “Yes” in step 915 and proceeds to step 920. Note that the execution of the processing of step 915 corresponds to the achievement of part of the function of the cylinder air amount estimation switching means.

ステップ920にてCPU71は、上記第1吸気管モデルM13により今回推定時点t2の(最新の)吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を求める。
より具体的に述べると、CPU71は、今回推定時点t2と前回推定時点t1との差であるタイムステップΔt(=t2−t1)と、上記求められたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、上記求められた筒内流入空気流量mc(k-1)と、本ルーチンの前回実行時において求められた前回推定時点t1の吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、を上記第1吸気管モデルM13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920内に示した式(差分方程式))に適用して、今回推定時点t2の吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を求める。
In step 920, the CPU 71 obtains the (latest) intake pipe internal pressure Pm (k) and intake pipe internal temperature Tm (k) at the current estimated time t2 from the first intake pipe model M13.
More specifically, the CPU 71 calculates the time step Δt (= t2−t1) that is the difference between the current estimated time t2 and the previous estimated time t1, and the obtained throttle passage air flow rate mt (k−1). The in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1) obtained above, the intake pipe internal pressure Pm (k-1) and the intake pipe internal temperature Tm () at the previous estimated time t1 obtained during the previous execution of this routine (k-1) and (6) and (7) obtained by discretizing the equations (4) and (5) representing the first intake pipe model M13 (the equation (difference equation) shown in step 920) ) To obtain the intake pipe internal pressure Pm (k) and the intake pipe internal temperature Tm (k) at the estimated time t2.

そして、CPU71は、ステップ925に進んで上記吸気弁モデルM14(又は、吸気弁モデルM25)により今回推定時点t2の(最新の)筒内流入空気流量mc(k)を求める。
より具体的に述べると、CPU71は、上記ステップ920にて求められた今回推定時点t2の吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)と、上記ステップ910にて求められた値c及び値dと、を上記吸気弁モデルM14を表す(3)式に基づくステップ925内に示した式に適用して筒内流入空気流量mc(k)を求める。
Then, the CPU 71 proceeds to step 925 to obtain the (latest) in-cylinder inflow air flow rate mc (k) at the current estimated time t2 from the intake valve model M14 (or intake valve model M25).
More specifically, the CPU 71 obtains the intake pipe internal pressure Pm (k) and the intake pipe internal temperature Tm (k) at the current estimated time t2 obtained in step 920, and obtained in the above step 910. The in-cylinder inflow air flow rate mc (k) is obtained by applying the value c and the value d to the equation shown in step 925 based on the equation (3) representing the intake valve model M14.

次いで、CPU71は、ステップ930に進んで、検出されたエンジン回転速度NEと、現時点の吸気弁32の開閉タイミングVTと、に基づいて吸気弁開弁時間(気筒内に空気を導入するために吸気弁32が開弁してから閉弁するまでの時間)Tintを求め、続くステップ935にて同求められた吸気弁開弁時間Tintを上記ステップ925にて求められた筒内流入空気流量mc(k)に乗じることにより今回推定時点t2における筒内空気量KLを求める。
そして、CPU71はステップ999に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the CPU 71 proceeds to step 930, and based on the detected engine speed NE and the current opening / closing timing VT of the intake valve 32, the intake valve opening time (intake air to introduce air into the cylinder) The time from when the valve 32 is opened until it is closed) Tint is obtained, and in the subsequent step 935, the intake valve opening time Tint obtained in the same step 925 is calculated as the in-cylinder inflow air flow rate mc ( By multiplying k), the in-cylinder air amount KL at the present estimated time t2 is obtained.
Then, the CPU 71 proceeds to step 999 to end this routine once.

以上のように推定される筒内空気量KLについて、更に、説明する。ここで、説明の便宜上、クランク軸24が360°だけ回転する間に経過する時間よりも上記筒内空気量推定ルーチンの演算周期Δt2が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。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ほぼ演算周期Δt2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筒内空気量KL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。   The in-cylinder air amount KL estimated as described above will be further described. Here, for convenience of explanation, the calculation period Δt2 of the in-cylinder air amount estimation routine is sufficiently shorter than the time that elapses while the crankshaft 24 rotates by 360 °, and the time interval Δt0 is Consider the case where there is no significant change. At this time, the current estimation time point t2 shifts to the previous time point approximately by the calculation cycle Δt2 every time the above-described in-cylinder air amount estimation routine is executed. When this routine is executed at the fuel injection amount determination time, the current estimated time t2 substantially coincides with the intake stroke end time (when the intake valve 32 of the specific cylinder is closed). Therefore, the in-cylinder air amount KL calculated at this time is an estimated value of the in-cylinder air amount at the end of the intake stroke.

なお、ステップ905、ステップ910及びステップ920〜ステップ935の処理が実行されることは、第1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。   Note that the execution of the processing of Step 905, Step 910 and Step 920 to Step 935 corresponds to the achievement of the function of the first in-cylinder air amount estimation means.

(燃料噴射量決定)
一方、CPU71は、図示しない燃料噴射量決定ルーチンを上記燃料噴射量決定時点が到来する毎に実行する。なお、燃料噴射量決定ルーチンが実行されることは、噴射量決定ロジックA2の機能が達成されることに対応している。
(Fuel injection amount determination)
On the other hand, the CPU 71 executes a fuel injection amount determination routine (not shown) every time the fuel injection amount determination time comes. Note that the execution of the fuel injection amount determination routine corresponds to the achievement of the function of the injection amount determination logic A2.

従って、所定のタイミングになると、CPU71は燃料噴射量決定ルーチンの処理を開始し、内燃機関10の運転状態に応じて目標空燃比AbyFを決定し、同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を決定された目標空燃比AbyFにより除した値に定数Kfを乗じることにより、燃料噴射量fiを決定する。そして、CPU71は、決定された燃料噴射量fiに応じた指示信号をインジェクタ39に対して送出する。なお、本例においては、定数Kfは、「1」に設定され、目標空燃比AbyFは、理論空燃比に設定されている。   Therefore, when the predetermined timing is reached, the CPU 71 starts the process of the fuel injection amount determination routine, determines the target air-fuel ratio AbyF according to the operating state of the internal combustion engine 10, and the latest obtained at the time of execution of the routine. The fuel injection amount fi is determined by multiplying the value obtained by dividing the in-cylinder air amount KL by the determined target air-fuel ratio AbyF by a constant Kf. Then, the CPU 71 sends an instruction signal corresponding to the determined fuel injection amount fi to the injector 39. In this example, the constant Kf is set to “1”, and the target air-fuel ratio AbyF is set to the stoichiometric air-fuel ratio.

このように、運転状態量条件が満足される場合には、熱伝達エネルギーが0であるとの仮定の下でエネルギー保存則に基づいて構築された第1空気モデルM10を用いて筒内空気量KLが推定される。   As described above, when the operating state quantity condition is satisfied, the in-cylinder air quantity using the first air model M10 constructed based on the energy conservation law under the assumption that the heat transfer energy is zero. KL is estimated.

この場合においては、サージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timが十分に低いので、熱伝達エネルギーが十分に小さい。更に、この場合においては、スロットル弁開度TAが十分に大きいので、吸気管部内を通過する空気の流量は十分に多い。従って、上記熱エネルギー割合は十分に小さい。   In this case, since the surge tank wall surface temperature Tst and the intake manifold wall surface temperature Tim are sufficiently low, the heat transfer energy is sufficiently small. Further, in this case, since the throttle valve opening TA is sufficiently large, the flow rate of air passing through the intake pipe portion is sufficiently large. Therefore, the thermal energy ratio is sufficiently small.

その結果、第1空気モデルM10を用いることにより筒内空気量KLを十分に高い精度にて推定することができる。更に、第2空気モデルM20を用いる場合よりも計算負荷を軽減することができる。即ち、運転状態量条件が満足されるときには、筒内空気量KLの推定精度を極力高く維持しながら計算負荷を軽減することができる。   As a result, the in-cylinder air amount KL can be estimated with sufficiently high accuracy by using the first air model M10. Furthermore, the calculation load can be reduced as compared with the case where the second air model M20 is used. That is, when the operating state quantity condition is satisfied, the calculation load can be reduced while maintaining the estimation accuracy of the cylinder air quantity KL as high as possible.

次に、運転者がアクセルペダル81を操作することによりアクセルペダル操作量Accpが比較的小さくなり、その結果、スロットル弁開度TAが上記閾値開度γよりも小さくなった場合について説明を続ける。   Next, the description will be continued with respect to the case where the accelerator pedal operation amount Accp becomes relatively small as the driver operates the accelerator pedal 81, and as a result, the throttle valve opening degree TA becomes smaller than the threshold opening degree γ.

この場合、CPU71が図7の空気モデル選択ルーチンの処理を開始してステップ730に進んだとき、CPU71は、同ステップ730にて「No」と判定してステップ740に進む。CPU71は、ステップ740にて使用空気モデルフラグXamの値を「2」に設定し、ステップ799に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ740の処理が実行されることは、筒内空気量推定切替手段の機能の一部が達成されることに対応している。   In this case, when the CPU 71 starts the processing of the air model selection routine of FIG. 7 and proceeds to step 730, the CPU 71 determines “No” in step 730 and proceeds to step 740. In step 740, the CPU 71 sets the value of the use air model flag Xam to “2”, proceeds to step 799, and once ends this routine. Note that the execution of the processing of step 740 corresponds to the achievement of part of the function of the cylinder air amount estimation switching means.

更に、CPU71が図9の筒内空気量推定ルーチンの実行を開始すると、CPU71は、使用空気モデルフラグXamの値が「1」であるか否かを判定するステップ915に進んだとき、同ステップ915にて「No」と判定し、ステップ950に進んで上記熱伝達モデルM24により熱伝達エネルギーQ(k-1)を求めるため、図10のフローチャートに示したステップ1000に進む。   Further, when the CPU 71 starts executing the in-cylinder air amount estimation routine of FIG. 9, the CPU 71 proceeds to step 915 in which it is determined whether or not the value of the use air model flag Xam is “1”. In step 915, “No” is determined, and the process proceeds to step 950, and the process proceeds to step 1000 shown in the flowchart of FIG. 10 in order to obtain the heat transfer energy Q (k−1) by the heat transfer model M24.

そして、CPU71は、ステップ1005に進んで吸気温度センサ62により検出された吸気温度Taを読み込むとともに、続くステップ1010にて冷却水温度センサ67により検出された冷却水温度Twを読み込む。   Then, the CPU 71 proceeds to step 1005 and reads the intake water temperature Ta detected by the intake air temperature sensor 62 and reads the cooling water temperature Tw detected by the cooling water temperature sensor 67 in the subsequent step 1010.

次いで、CPU71は、ステップ1015に進んで、上記ステップ1005にて読み込んだ吸気温度Taと、上記ステップ1010にて読み込んだ冷却水温度Twと、上記テーブルMapTstと、に基づいてサージタンク壁面温度Tstを推定する。なお、ステップ1015の処理が実行されることは、吸気通路部壁面温度推定手段M2の機能の一部が達成されることに対応している。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1015 to determine the surge tank wall surface temperature Tst based on the intake air temperature Ta read in step 1005, the coolant temperature Tw read in step 1010, and the table MapTst. presume. Note that the execution of the processing of step 1015 corresponds to the achievement of part of the function of the intake passage wall surface temperature estimation means M2.

そして、CPU71は、ステップ1020に進んで、上記筒内空気量推定ルーチンの前回実行時において上記ステップ920又は後述するステップ955にて求められた前回推定時点t1における吸気管部内温度Tm(k-1)を上記ステップ1015にて推定されたサージタンク壁面温度Tstから減じた値Tst-Tm(k-1)と、上記関数f1と、に基づいて自然対流熱伝達率hwstを求める。   Then, the CPU 71 proceeds to step 1020, and at the previous execution of the in-cylinder air amount estimation routine, the intake pipe portion internal temperature Tm (k-1) at the previous estimated time t1 obtained in step 920 or step 955 described later. ) Is obtained from the value Tst−Tm (k−1) obtained by subtracting from the surge tank wall surface temperature Tst estimated in step 1015 and the function f1 to obtain the natural convection heat transfer coefficient hwst.

次いで、CPU71は、ステップ1025に進んで、上記値Tst-Tm(k-1)と、上記ステップ1020にて求められた自然対流熱伝達率hwstと、を上記熱伝達モデルM24を表す(17)式に基づくステップ1025内に示した式に適用してサージタンク熱伝達エネルギーQstを推定する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1025 to represent the value Tst−Tm (k−1) and the natural convection heat transfer coefficient hwst obtained in step 1020 as the heat transfer model M24 (17). The surge tank heat transfer energy Qst is estimated by applying to the equation shown in step 1025 based on the equation.

次に、CPU71は、ステップ1030に進んで上記ステップ1010にて読み込んだ冷却水温度Twと、上記テーブルMapTimと、に基づいてインテークマニホールド壁面温度Timを推定する。なお、ステップ1030の処理が実行されることは、吸気通路部壁面温度推定手段M2の機能の一部が達成されることに対応している。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1030 to estimate the intake manifold wall surface temperature Tim based on the cooling water temperature Tw read in step 1010 and the table MapTim. The execution of the process of step 1030 corresponds to the achievement of a part of the function of the intake passage wall surface temperature estimating means M2.

そして、CPU71は、ステップ1035に進んで、上記筒内空気量推定ルーチンの今回実行時において上記ステップ910にて求められた前回推定時点t1における筒内流入空気流量mc(k-1)と、上記関数f2と、に基づいて強制対流熱伝達率hwimを求める。   Then, the CPU 71 proceeds to step 1035, and the in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1) at the previous estimated time t1 obtained in the step 910 when the in-cylinder air amount estimation routine is executed this time, and the above The forced convection heat transfer coefficient hwim is obtained based on the function f2.

次いで、CPU71は、ステップ1040に進んで、上記筒内空気量推定ルーチンの前回実行時において上記ステップ920又は後述するステップ955にて求められた前回推定時点t1における吸気管部内温度Tm(k-1)を上記ステップ1030にて推定されたインテークマニホールド壁面温度Timから減じた値Tim-Tm(k-1)と、上記ステップ1035にて求められた強制対流熱伝達率hwimと、を上記熱伝達モデルM24を表す(19)式に基づくステップ1040内に示した式に適用してインテークマニホールド熱伝達エネルギーQimを推定する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1040, and at the previous execution of the in-cylinder air amount estimation routine, the intake pipe section internal temperature Tm (k-1) at the previous estimated time t1 obtained in step 920 or step 955 described later. ) Is subtracted from the intake manifold wall surface temperature Tim estimated in step 1030, and the forced convection heat transfer coefficient hwim determined in step 1035 is the heat transfer model. The intake manifold heat transfer energy Qim is estimated by applying the equation shown in step 1040 based on the equation (19) representing M24.

そして、CPU71は、ステップ1045に進んで上記ステップ1025にて推定されたサージタンク熱伝達エネルギーQstに上記ステップ1040にて推定されたインテークマニホールド熱伝達エネルギーQimを加えることにより前回推定時点t1の熱伝達エネルギーQ(k-1)を推定する。
そして、CPUはステップ1099を経由して図9のステップ955に進む。
Then, the CPU 71 proceeds to step 1045 to add the intake manifold heat transfer energy Qim estimated at step 1040 to the surge tank heat transfer energy Qst estimated at step 1025, thereby transferring the heat transfer at the previous estimated time t1. Estimate energy Q (k-1).
Then, the CPU proceeds to step 955 in FIG.

ステップ955にてCPU71は、上記第2吸気管モデルM23により今回推定時点t2の(最新の)吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を求める。
より具体的に述べると、CPU71は、上記ステップ950にて推定された前回推定時点t1の熱伝達エネルギーQ(k-1)と、上記タイムステップΔt(=t2−t1)と、上記求められたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、上記求められた筒内流入空気流量mc(k-1)と、本ルーチンの前回実行時において求められた前回推定時点t1の吸気管部内圧力Pm(k-1)及び吸気管部内温度Tm(k-1)と、を上記第2吸気管モデルM23を表す(4)式及び(14)式を離散化した(6)式及び(15)式(ステップ955内に示した式(差分方程式))に適用して、今回推定時点t2の吸気管部内圧力Pm(k)及び吸気管部内温度Tm(k)を求める。
In step 955, the CPU 71 obtains the (latest) intake pipe internal pressure Pm (k) and intake pipe internal temperature Tm (k) at the current estimated time t2 from the second intake pipe model M23.
More specifically, the CPU 71 obtains the heat transfer energy Q (k−1) at the previous estimated time t1 estimated in step 950, the time step Δt (= t2−t1), and the above-described calculation. Throttle passage air flow rate mt (k-1), the above-obtained in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1), and the intake pipe internal pressure Pm (at the previous estimated time t1 obtained at the previous execution of this routine) k-1) and the intake pipe internal temperature Tm (k-1), and the expressions (6) and (15) obtained by discretizing the expressions (4) and (14) representing the second intake pipe model M23 ( Applying to the equation (difference equation) shown in step 955, the intake pipe internal pressure Pm (k) and the intake pipe internal temperature Tm (k) at the current estimated time t2 are obtained.

次いで、CPU71は、ステップ925以降のステップに進んで、今回推定時点t2における筒内空気量KLを求めた後、図9のルーチンを一旦終了する。
なお、ステップ905、ステップ910、ステップ950、ステップ955及びステップ925〜ステップ935の処理が実行されることは、第2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。
Next, the CPU 71 proceeds to the steps after step 925, obtains the in-cylinder air amount KL at the current estimation time t2, and once ends the routine of FIG.
Note that the execution of the processing of Step 905, Step 910, Step 950, Step 955, and Step 925 to Step 935 corresponds to the achievement of the function of the second cylinder air amount estimation means.

このように、運転状態量条件が満足されない場合には、第2空気モデルM20を用いて筒内空気量KLが推定される。
この場合においては、スロットル弁開度TAが比較的小さいので、吸気管部内を通過する空気の流量は比較的少ない。即ち、上記流入エネルギーが比較的小さいので、上記熱エネルギー割合は比較的大きい。
Thus, when the operating state quantity condition is not satisfied, the in-cylinder air quantity KL is estimated using the second air model M20.
In this case, since the throttle valve opening TA is relatively small, the flow rate of air passing through the intake pipe is relatively small. That is, since the inflow energy is relatively small, the thermal energy ratio is relatively large.

そこで、上述したように、第2空気モデルM20を用いることにより、熱伝達エネルギーQによって筒内空気量KLが比較的大きく変化しても、筒内空気量KLを高い精度にて推定することができる。   Therefore, as described above, by using the second air model M20, it is possible to estimate the in-cylinder air amount KL with high accuracy even if the in-cylinder air amount KL changes relatively largely due to the heat transfer energy Q. it can.

一方、内燃機関10の運転に伴い燃焼室25にて発生する熱エネルギーによりサージタンク42が加熱されることによってサージタンク壁面温度Tstが上記閾値温度αよりも高くなった場合、又は、インテークマニホールド41が加熱されることによってインテークマニホールド壁面温度Timが上記閾値温度βよりも高くなった場合について説明を続ける。   On the other hand, when the surge tank 42 is heated by the heat energy generated in the combustion chamber 25 as the internal combustion engine 10 is operated, the surge tank wall surface temperature Tst becomes higher than the threshold temperature α, or the intake manifold 41 The case where the intake manifold wall surface temperature Tim becomes higher than the threshold temperature β by being heated will continue to be described.

この場合も、スロットル弁開度TAが上記閾値開度γよりも小さくなった場合と同様に、第2空気モデルM20を用いて筒内空気量KLが推定される。この場合においては、サージタンク壁面温度Tst又はインテークマニホールド壁面温度Timが比較的高いので、熱伝達エネルギーが比較的大きい。従って、この場合においては、上記熱エネルギー割合は比較的大きい。そこで、上述したように、第2空気モデルM20を用いることにより、熱伝達エネルギーQによって筒内空気量KLが比較的大きく変化しても、筒内空気量KLを高い精度にて推定することができる。   In this case as well, the cylinder air amount KL is estimated using the second air model M20, as in the case where the throttle valve opening TA is smaller than the threshold opening γ. In this case, since the surge tank wall surface temperature Tst or the intake manifold wall surface temperature Tim is relatively high, the heat transfer energy is relatively large. Therefore, in this case, the thermal energy ratio is relatively large. Therefore, as described above, by using the second air model M20, it is possible to estimate the in-cylinder air amount KL with high accuracy even if the in-cylinder air amount KL changes relatively largely due to the heat transfer energy Q. it can.

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、運転状態量条件が満足されるときには、第1空気モデルM10(第1の物理モデル)を用いることにより筒内空気量KLの推定精度を極力高く維持しながら計算負荷を軽減することができる。一方、運転状態量条件が満足されないときには、第2空気モデルM20(第2の物理モデル)を用いることにより、熱伝達エネルギーQによって筒内空気量KLが比較的大きく変化しても、筒内空気量KLを高い精度にて推定することができる。   As described above, according to the embodiment of the air amount estimation device for the internal combustion engine according to the present invention, the cylinder is obtained by using the first air model M10 (first physical model) when the operating state amount condition is satisfied. The calculation load can be reduced while maintaining the estimation accuracy of the internal air amount KL as high as possible. On the other hand, when the operating state quantity condition is not satisfied, the in-cylinder air can be obtained even if the in-cylinder air amount KL is changed by the heat transfer energy Q by using the second air model M20 (second physical model). The quantity KL can be estimated with high accuracy.

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、上記実施形態は、(1)サージタンク壁面温度Tstが上記閾値温度αよりも低いという条件、(2)インテークマニホールド壁面温度Timが上記閾値温度βよりも低いという条件、及び、(3)スロットル弁開度TAが上記閾値開度γよりも大きいという条件、からなる3つの条件のすべてに基づいて使用される予定の空気モデルを選択するように構成されていたが、(1)〜(3)の3つの条件のうちの1つの条件又は2つの条件のみに基づいて使用される予定の空気モデルを選択するように構成されていてもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, (1) the condition that the surge tank wall surface temperature Tst is lower than the threshold temperature α, (2) the condition that the intake manifold wall surface temperature Tim is lower than the threshold temperature β, and (3) The throttle valve opening TA is configured to select an air model to be used based on all three conditions including the condition that the threshold opening γ is larger than the threshold opening γ. (1) to ( The air model to be used may be selected based on one or only two of the three conditions of 3).

より具体的に述べると、上記実施形態は、サージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Tim(吸気通路の壁面の温度)にかかわらず(上記(1)の条件及び上記(2)の条件を用いることなく)、上記(3)の条件のみに基づいて、使用される予定の空気モデルを選択するように構成されていてもよい。一方、上記実施形態は、スロットル弁開度TAにかかわらず(上記(3)の条件を用いることなく)、上記(1)の条件及び上記(2)の条件の両方に基づいて、使用される予定の空気モデルを選択するように構成されていてもよい。更に、上記(1)の条件及び上記(2)の条件のいずれか一方のみに基づいて、使用される予定の空気モデルを選択するように構成されていてもよい。   More specifically, the above embodiment uses the conditions (1) and (2) regardless of the surge tank wall surface temperature Tst and the intake manifold wall surface temperature Tim (the temperature of the intake passage wall surface). It may be configured to select an air model to be used based only on the condition (3). On the other hand, the above embodiment is used based on both the above condition (1) and the above condition (2) regardless of the throttle valve opening TA (without using the above condition (3)). It may be configured to select a scheduled air model. Furthermore, the air model to be used may be selected based on only one of the condition (1) and the condition (2).

また、上記実施形態は、サージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timに代えて、吸気通路の壁面の温度を代表する温度Twallを取得し、取得された温度Twallが所定の閾値温度よりも低いか否かに基づいて、使用される予定の空気モデルを選択するように構成されていてもよい。
更に、上記実施形態は、吸気通路の壁面の温度を表す物理量として冷却水温度Twを採用してもよい。
In the above embodiment, instead of the surge tank wall surface temperature Tst and the intake manifold wall surface temperature Tim, a temperature Twall representative of the temperature of the wall surface of the intake passage is acquired, and the acquired temperature Twall is lower than a predetermined threshold temperature. Or may be configured to select the air model that is to be used.
Further, in the above embodiment, the cooling water temperature Tw may be adopted as a physical quantity representing the temperature of the wall surface of the intake passage.

また、上記実施形態においては、熱伝達モデルM24は、サージタンク42内の空気の自然対流による熱伝達と、インテークマニホールド41内の空気の強制対流による熱伝達と、を考慮に入れたモデルであったが、サージタンク42内の空気の強制対流による熱伝達を更に考慮に入れてもよく、インテークマニホールド41内の空気の自然対流による熱伝達を更に考慮に入れてもよい。また、熱伝達モデルM24は、自然対流による熱伝達と、強制対流による熱伝達と、を区別することなく熱伝達エネルギーQを求めるモデルであってもよい。   In the above embodiment, the heat transfer model M24 is a model that takes into account heat transfer by natural convection of air in the surge tank 42 and heat transfer by forced convection of air in the intake manifold 41. However, heat transfer by forced convection of air in the surge tank 42 may be further taken into consideration, and heat transfer by natural convection of air in the intake manifold 41 may be further taken into consideration. The heat transfer model M24 may be a model for obtaining the heat transfer energy Q without distinguishing between heat transfer by natural convection and heat transfer by forced convection.

加えて、上記実施形態は、サージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timを予め記憶されたテーブルに基づいて推定するように構成されていたが、テーブルを用いることなく物理モデル等に基づいてサージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timを推定するように構成されていてもよい。また、上記実施形態は、サージタンク壁面温度Tst及びインテークマニホールド壁面温度Timを検出するセンサを備えていてもよい。   In addition, the above-described embodiment is configured to estimate the surge tank wall surface temperature Tst and the intake manifold wall surface temperature Tim based on a pre-stored table. However, the surge tank is based on a physical model or the like without using a table. The tank wall surface temperature Tst and the intake manifold wall surface temperature Tim may be estimated. Moreover, the said embodiment may be provided with the sensor which detects surge tank wall surface temperature Tst and intake manifold wall surface temperature Tim.

本発明の実施形態に係る内燃機関の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。1 is a schematic configuration diagram of a system in which an air amount estimation device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied to a spark ignition multi-cylinder internal combustion engine. 筒内空気量を推定することにより燃料噴射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。FIG. 5 is a functional block diagram of means and a model for determining a fuel injection amount by estimating an in-cylinder air amount. 図2に示した第1空気モデルの詳細な機能ブロック図である。It is a detailed functional block diagram of the 1st air model shown in FIG. 図2に示した第2空気モデルの詳細な機能ブロック図である。It is a detailed functional block diagram of the 2nd air model shown in FIG. 図4に示した熱伝達モデルにより用いられる自然対流熱伝達率を決定するための関数を示すグラフである。It is a graph which shows the function for determining the natural convection heat transfer coefficient used by the heat transfer model shown in FIG. 図4に示した熱伝達モデルにより用いられる強制対流熱伝達率を決定するための関数を示すグラフである。It is a graph which shows the function for determining the forced convection heat transfer coefficient used by the heat transfer model shown in FIG. 図1に示したCPUが実行するプログラムであって使用される予定の空気モデルを選択するためのプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program for selecting the air model which the CPU shown in FIG. 1 performs and is going to be used. スロットル弁開度推定可能時点、所定の時間間隔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。FIG. 6 is a schematic diagram showing a relationship among a throttle valve opening estimation possible time, a predetermined time interval Δt0, a previous estimated time t1, and a current estimated time t2. 図1に示したCPUが実行するプログラムであって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。2 is a flowchart showing a program executed by the CPU shown in FIG. 1 for estimating an in-cylinder air amount. 図1に示したCPUが実行するプログラムであって熱伝達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。It is the flowchart which showed the program for the heat | fever transfer energy which is a program which CPU shown in FIG. 1 performs.

符号の説明Explanation of symbols

10…内燃機関、20…シリンダブロック部、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、40…吸気系統、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、45…スロットル弁、45a…スロットル弁アクチュエータ、62…吸気温度センサ、63…吸気圧力センサ、64…スロットルポジションセンサ、67…冷却水温度センサ、68…アクセル開度センサ、70…電気制御装置、71…CPU、81…アクセルペダル、A1…電子制御スロットル弁ロジック、A2…噴射量決定ロジック、M1…電子制御スロットル弁モデル、M2…吸気通路部壁面温度推定手段、M3…空気モデル選択部、M10…第1空気モデル、M20…第2空気モデル、M13…第1吸気管モデル、M23…第2吸気管モデル、M24…熱伝達モデル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 20 ... Cylinder block part, 25 ... Combustion chamber, 31 ... Intake port, 32 ... Intake valve, 34 ... Exhaust port, 35 ... Exhaust valve, 39 ... Injector, 40 ... Intake system, 41 ... Intake manifold, 42 ... Surge tank, 43 ... Intake duct, 45 ... Throttle valve, 45a ... Throttle valve actuator, 62 ... Intake temperature sensor, 63 ... Intake pressure sensor, 64 ... Throttle position sensor, 67 ... Coolant temperature sensor, 68 ... Open accelerator Degree sensor, 70 ... electric control device, 71 ... CPU, 81 ... accelerator pedal, A1 ... electronically controlled throttle valve logic, A2 ... injection amount determining logic, M1 ... electronically controlled throttle valve model, M2 ... intake passage wall surface temperature estimating means , M3 ... Air model selection unit, M10 ... First air model, M20 ... Second air model, 13 ... first intake pipe model, M23 ... second intake pipe model, M24 ... heat transfer model.

Claims (3)

内燃機関の空気量推定装置であって、
外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路の壁面から同吸気通路の所定領域内の空気へ伝達される熱エネルギーである熱伝達エネルギーが0であるという仮定の下で同所定領域内の空気に関するエネルギー保存則に基づいて構築された第1の物理モデルを使用することにより同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第1筒内空気量推定手段と、
前記熱伝達エネルギーを推定するとともに、前記所定領域内の空気に関するエネルギー保存則であって前記熱伝達エネルギーが同所定領域内の空気のエネルギーの増加分として取り扱われるエネルギー保存則に基づいて構築された第2の物理モデルに同推定された熱伝達エネルギーを適用することにより前記筒内空気量を推定する第2筒内空気量推定手段と、
前記所定領域内の空気のエネルギーの増加分に占める前記熱伝達エネルギーの割合である熱エネルギー割合に影響を与える前記内燃機関の運転状態量を取得するとともに、同取得された運転状態量が前記第1筒内空気量推定手段により推定されるであろう筒内空気量と前記第2筒内空気量推定手段により推定されるであろう筒内空気量との差の大きさを所定の大きさよりも小さくする範囲内にあるという運転状態量条件を満足するか否かを判定する運転状態量条件判定手段と、
前記運転状態量条件判定手段により前記運転状態量条件を満足すると判定されるときに前記第1筒内空気量推定手段によって前記筒内空気量を推定させ、一方、同運転状態量条件判定手段により同運転状態量条件を満足しないと判定されるときに前記第2筒内空気量推定手段によって前記筒内空気量を推定させる筒内空気量推定切替手段と、
を備える空気量推定装置。
An air amount estimation device for an internal combustion engine,
Under the assumption that the heat transfer energy, which is the heat energy transferred from the wall of the intake passage for introducing the air taken in from the outside into the cylinder to the air in the predetermined region of the intake passage, is zero. First in-cylinder air amount estimation means for estimating an in-cylinder air amount that is the amount of air introduced into the cylinder by using a first physical model constructed based on an energy conservation law relating to air; ,
The heat transfer energy is estimated, and is constructed based on an energy conservation law relating to air in the predetermined region, wherein the heat transfer energy is handled as an increase in the energy of air in the predetermined region. Second in-cylinder air amount estimating means for estimating the in-cylinder air amount by applying the heat transfer energy estimated to the second physical model;
An operating state quantity of the internal combustion engine that affects a heat energy ratio that is a ratio of the heat transfer energy to an increase in air energy in the predetermined region is acquired, and the acquired operating state quantity is the first The magnitude of the difference between the in-cylinder air amount that would be estimated by the in-cylinder air amount estimation unit and the in-cylinder air amount that would be estimated by the second in-cylinder air amount estimation unit is larger than a predetermined size. Driving state quantity condition determining means for determining whether or not the driving state quantity condition of being within the range to be reduced is satisfied,
The in-cylinder air amount is estimated by the first in-cylinder air amount estimating unit when the operating state amount condition determining unit determines that the operating state amount condition is satisfied, while the operating state amount condition determining unit In-cylinder air amount estimation switching means for estimating the in-cylinder air amount by the second in-cylinder air amount estimating means when it is determined that the operating state quantity condition is not satisfied,
An air amount estimation device comprising:
請求項1に記載の内燃機関の空気量推定装置において、
前記運転状態量条件判定手段は、前記運転状態量として前記吸気通路の壁面の温度を取得するとともに、同壁面の温度が所定の閾値温度よりも低いときに前記運転状態量条件を満足すると判定するように構成されている空気量推定装置。
In the internal combustion engine air amount estimation device according to claim 1,
The operating state quantity condition determining means acquires the temperature of the wall surface of the intake passage as the operating state quantity, and determines that the operating state quantity condition is satisfied when the temperature of the wall surface is lower than a predetermined threshold temperature. An air amount estimation device configured as described above.
請求項1に記載の内燃機関の空気量推定装置において、
前記運転状態量条件判定手段は、前記吸気通路内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流量を変更するスロットル弁の開度を前記運転状態量として取得するとともに、同スロットル弁の開度が所定の閾値開度よりも大きいときに前記運転状態量条件を満足すると判定するように構成されている内燃機関の空気量推定装置。
In the internal combustion engine air amount estimation device according to claim 1,
The operating state quantity condition determining means obtains, as the operating state quantity, an opening degree of a throttle valve that is disposed in the intake passage and changes the flow rate of air passing through the intake passage by changing the opening degree. And an air amount estimating device for an internal combustion engine configured to determine that the operating state amount condition is satisfied when the opening degree of the throttle valve is larger than a predetermined threshold opening degree.
JP2006333309A 2006-12-11 2006-12-11 Air quantity estimation device for internal combustion engine Pending JP2008144680A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006333309A JP2008144680A (en) 2006-12-11 2006-12-11 Air quantity estimation device for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006333309A JP2008144680A (en) 2006-12-11 2006-12-11 Air quantity estimation device for internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008144680A true JP2008144680A (en) 2008-06-26

Family

ID=39605123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006333309A Pending JP2008144680A (en) 2006-12-11 2006-12-11 Air quantity estimation device for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008144680A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011132277A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 トヨタ自動車株式会社 Controller for internal combustion engine
JP2013083160A (en) * 2011-10-06 2013-05-09 Toyota Motor Corp Internal combustion engine control apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08303293A (en) * 1995-04-28 1996-11-19 Saturn Corp Control method for internal combustion engine
JP2004293546A (en) * 2003-03-13 2004-10-21 Toyota Motor Corp Intake air amount estimation device for internal combustion engine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08303293A (en) * 1995-04-28 1996-11-19 Saturn Corp Control method for internal combustion engine
JP2004293546A (en) * 2003-03-13 2004-10-21 Toyota Motor Corp Intake air amount estimation device for internal combustion engine

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011132277A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 トヨタ自動車株式会社 Controller for internal combustion engine
CN102985673A (en) * 2010-04-21 2013-03-20 丰田自动车株式会社 Controller for internal combustion engine
JP5168419B2 (en) * 2010-04-21 2013-03-21 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
US8478507B2 (en) 2010-04-21 2013-07-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control device for internal combustion engine
JP2013083160A (en) * 2011-10-06 2013-05-09 Toyota Motor Corp Internal combustion engine control apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3922277B2 (en) Air quantity estimation device for internal combustion engine
JP4143862B2 (en) Air quantity estimation device for internal combustion engine
JP2004197620A (en) Calculation device for amount of flowing-in-cylinder exhaust gas in internal combustion engine and calculation device for amount of flowing-in-intake-passage exhaust gas
JP4345803B2 (en) In-cylinder inflow exhaust gas amount calculation device for internal combustion engine and inflow exhaust gas amount calculation device for intake passage
JP5177463B2 (en) Gas state estimating apparatus for internal combustion engine
JP2008002327A (en) Fuel injection quantity control device of internal combustion engine
JP2009228447A (en) Fuel injection control device of internal combustion engine
JP2008144680A (en) Air quantity estimation device for internal combustion engine
JP4274064B2 (en) In-cylinder intake fresh air volume estimation device for internal combustion engine
JP4534914B2 (en) Fuel injection control device for internal combustion engine
JP4892460B2 (en) Air quantity estimation device for internal combustion engine
JP4099159B2 (en) Intake air amount estimation device for internal combustion engine
JP2007040266A (en) Suction air amount estimating device for internal combustion engine
JP2010144584A (en) Control device for internal combustion engine
JP2009197711A (en) Air volume estimation device of internal combustion engine
JP2007332864A (en) Fuel injection control device of internal combustion engine
JP4737254B2 (en) Internal combustion engine system control device
JP2005201053A (en) State quantity estimation device for internal combustion engine
JP2005036672A (en) Controller of internal combustion engine
JP4218530B2 (en) State quantity estimation device for internal combustion engine
JP2006063802A (en) Air amount estimating device for internal combustion engine
JP4000972B2 (en) In-cylinder gas state acquisition device for internal combustion engine
JP4241560B2 (en) Intake air amount estimation device for internal combustion engine
JP2007016660A (en) Control device for internal combustion engine
JP6060812B2 (en) Engine control device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090903

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110324

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110329

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110607