JP2011043125A - 内燃機関の筒内ガス量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒内のＥＧＲガスなどの所定ガスの量を精度良く推定することができ、その結果として、推定したガス量に基づいて内燃機関を制御することにより、良好なドライバビリティを確保しながら、排ガス中の有害物質を低減することができる内燃機関の筒内ガス推定装置を提供する。
【解決手段】気筒３ａ内に存在するＥＧＲガスの量を推定する内燃機関３の筒内ガス量推定装置１であって、気筒３ａ内の筒内圧ＰＣＹＬＴを検出する筒内圧センサ５と、気筒３ａ内にＥＧＲガスが存在しない状態において非燃焼時に気筒３ａ内に発生する圧力を、基準圧Ｐmodelkとして推定するモータリング圧推定手段２と、を備え、検出された筒内圧ＰＣＹＬＴと推定された基準圧Ｐmodelkとの偏差に基づき、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガスの筒内ＥＧＲ率を推定する筒内ガス量パラメータ推定手段２を、さらに備えている。
【選択図】図７

Description

本発明は、気筒内に存在するＥＧＲガスなどの所定ガスの量を推定する内燃機関の筒内ガス量推定装置に関する。

従来、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用され、気筒内に流入するＥＧＲガス量を算出する装置（以下「ＥＧＲガス量算出装置」という）として、特許文献１に開示されたものが知られている。このＥＧＲガス量算出装置では、まず、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ制御弁を通過するＥＧＲガス量（以下「通過ＥＧＲガス量」という）を、排気圧、排気温度、吸気管圧力およびＥＧＲ制御弁の開度に応じて算出する。そして、算出された通過ＥＧＲガス量を、内燃機関の回転数などに応じた所定のパラメータを用いて補正する。具体的には、上記のパラメータとして、ＥＧＲ制御弁を通過したＥＧＲガスが気筒に到達するまでの時間に相当する無駄時間、および通過ＥＧＲガス量の変化に応じた一次遅れの時定数を用い、これらの無駄時間および時定数によって、通過ＥＧＲガス量を補正することにより、気筒内に流入するＥＧＲガス量（以下「流入ＥＧＲガス量」という）を算出する。

特開２００４−１９７６２０号公報

このＥＧＲガス量算出装置よって算出された流入ＥＧＲガス量は、ＥＧＲ制御弁を通過したＥＧＲガスの無駄時間および一次遅れを考慮して算出されたものであるものの、気筒内に存在するＥＧＲガス量を直接的に検出するものではないため、精度が十分であるとは言えない。特に、内燃機関の運転状態が過渡状態にあるときには、気筒内の燃焼や排ガスの流れが不安定になりやすく、しかも過渡遅れが生じることなどにより、算出された流入ＥＧＲガス量の精度が低下するおそれがある。また、内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングなどによっては、気筒内にＥＧＲガスが残留することがあり、上記のＥＧＲガス量算出装置では、残留したＥＧＲガス量を含む、気筒内に存在するＥＧＲガス量を適正に算出することが困難である。したがって、このような低精度の流入ＥＧＲガス量に基づいて内燃機関の制御が行われると、良好なドライバビリティを確保することができず、また、排ガス中のＮＯｘや煤などの有害物質が増大してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、気筒内のＥＧＲガスなどの所定ガスの量を精度良く推定することができ、その結果として、推定したガス量に基づいて内燃機関を制御することにより、良好なドライバビリティを確保しながら、排ガス中の有害物質を低減することができる内燃機関の筒内ガス量推定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、気筒３ａ内に存在する所定ガスの量を推定する内燃機関３の筒内ガス量推定装置１であって、気筒３ａ内の圧力を筒内圧ＰＣＹＬＴとして検出する筒内圧センサ５と、気筒３ａ内にＥＧＲガスが存在しない状態において非燃焼時に気筒３ａ内に発生する圧力を、基準圧Ｐmodelkとして推定する基準圧推定手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２、ステップ５）と、を備え、所定ガスは、ＥＧＲガスであり、検出された筒内圧ＰＣＹＬＴと推定された基準圧Ｐmodelkとの偏差（補正パラメータＫ1）に基づき、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガスの量を表す筒内ガス量パラメータ（筒内ＥＧＲ率）を推定する筒内ガス量パラメータ推定手段（ＥＣＵ２、ステップ７、８）を、さらに備えていることを特徴とする。なお、「気筒内にＥＧＲガスが存在しない状態」とは、内燃機関において、意図して排ガス還流（外部ＥＧＲ）やバルブオーバーラップ（内部ＥＧＲ）が行われない運転状態のときの気筒内の状態である。ただし、上記の運転状態では、排気の過程で気筒内に意図しない若干量のＥＧＲガスが残留することがある。したがって、「気筒内にＥＧＲガスが存在しない状態」とは、ＥＧＲガスがまったく存在しない場合に加えて、若干量のＥＧＲガスが存在する場合を含み、つまり、気筒内にＥＧＲガスがほとんど無い状態を意味する。

この構成によれば、筒内圧センサにより、気筒内の圧力である筒内圧を検出するとともに、基準圧推定手段により、気筒内にＥＧＲガスが存在しない状態において非燃焼時に気筒内に発生する圧力である基準圧を推定する。そして、筒内ガス量パラメータ推定手段により、気筒内に存在するＥＧＲガスの量を表す筒内ガス量パラメータを、検出された筒内圧と推定された基準圧との偏差に基づいて推定する。上述したように、基準圧は、ＥＧＲガスが存在しない気筒における非燃焼時の圧力であるので、気筒内にＥＧＲガスが存在する場合、そのＥＧＲガス量分が、筒内圧と基準圧との偏差として現れる。つまり、この偏差は、気筒内に流入するＥＧＲガスおよび気筒内に残留するＥＧＲガスの量を良好に反映する。したがって、この偏差に基づき、気筒内に存在するＥＧＲガスの量を表す筒内ガス量パラメータ、例えばＥＧＲガスの量および／または割合を、精度良く推定することができる。以上のように、気筒内に存在するＥＧＲガスの量を直接的に推定した筒内ガス量パラメータを用いて、内燃機関を制御することにより、良好なドライバビリティを確保しながら、排ガス中の有害物質を低減することができる。なお、上記の「非燃焼時に気筒内に発生する圧力である基準圧」とは、燃料噴射および燃焼の発生の有無に関わらず、圧縮行程中の非燃焼期間において発生する圧力である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置において、筒内ガス量パラメータ推定手段は、検出された筒内圧および推定された基準圧の少なくとも一方を偏差が最小になるように補正するための補正パラメータＫ1を算出する補正パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ７）を有していることを特徴とする。

この構成によれば、補正パラメータ算出手段により、検出された筒内圧および推定された基準圧の少なくとも一方を両者の偏差が最小になるように補正するための補正パラメータを算出する。この補正パラメータは、筒内圧および基準圧の一方に対する他方のずれ度合を表し、気筒内に存在するＥＧＲガスの筒内ガス量パラメータを良好に反映する。したがって、この補正パラメータに基づき、ＥＧＲガスの筒内ガス量パラメータをより精度良く推定することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置において、内燃機関には、気筒から排気通路７に排出された排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路６に還流させるＥＧＲ装置（高圧ＥＧＲ装置２１、低圧ＥＧＲ装置２２）が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、ＥＧＲ装置により、気筒から排気通路に排出された排ガスの一部が、ＥＧＲガスとして吸気通路に還流される。そして、この還流されたＥＧＲガスが、気筒内に流入することにより、気筒内における燃焼が緩慢になることで、最高燃焼温度が低下し、それにより、ＮＯｘの発生を低減することができる。この場合、前記請求項１または２により、気筒内に存在するＥＧＲガスの筒内ガス量パラメータを精度良く推定できるので、ＥＧＲ装置による排ガスの還流によって気筒内に流入したＥＧＲガスを含めて、気筒内に存在するＥＧＲガスの筒内ガス量パラメータを精度良く推定することができる。したがって、ＮＯｘの発生の低減を確保しながら、ＥＧＲガスの筒内ガス量パラメータを用いて、内燃機関を適切に制御することができる。特に、上記ＥＧＲ装置が、いわゆる低圧ＥＧＲ装置を備えている場合、ＥＧＲガスが排気通路から気筒に流入するまでの経路が比較的長く、大きな無駄時間を生じやすいものの、気筒内に存在するＥＧＲガスの量を直接的に推定するので、無駄時間による遅れの影響を排除しながら、内燃機関の制御を行うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置において、吸気通路６内の圧力を吸気圧Ｐｂとして検出する吸気圧検出手段（吸気圧センサ１６）と、検出された吸気圧に基づき、吸気通路内の圧力が所定の安定状態にあるか否かを判定する安定状態判定手段（ＥＣＵ２）と、をさらに備え、基準圧推定手段は、基準圧を算出するための所定のモデル式（筒内圧モデル式Ｐmodel）を設定するモデル式設定手段と、設定されたモデル式のモデル化誤差を補償するために、モデル式に乗算される乗算項（補正パラメータＫ0）、および乗算されたモデル式に加算される加算項（補正パラメータＣ0）を算出する第１モデル化誤差補償手段と、吸気通路内の圧力が所定の安定状態にあると判定されたときに、算出された加算項の代わりに、検出された吸気圧を用いて、モデル式のモデル化誤差を補償する第２モデル化誤差補償手段（ＥＣＵ２）と、を有していることを特徴とする。なお、吸気圧検出手段による吸気圧の検出には、吸気圧を直接検出する他、推定することも含まれる。

この構成によれば、吸気圧検出手段により、吸気通路内の圧力である吸気圧を検出し、この吸気圧に基づき、安定状態判定手段により、吸気通路内の圧力が所定の安定状態にあるか否かを判定する。また、モデル式設定手段により、基準圧を算出するための所定のモデル式を設定し、そのモデル式のモデル化誤差を補償するために、第１モデル化誤差補償手段により、モデル式に乗算される乗算項、および乗算されたモデル式に加算される加算項を算出する。そして、吸気通路内の圧力が所定の安定状態にあると判定されたときには、第２モデル化誤差補償手段により、上記の加算項の代わりに、検出された吸気圧を用いて、モデル式のモデル化誤差を補償する。

上記の加算項は、モデル式のモデル化誤差を補償するときの定常偏差に相当するものであり、これを演算によって求める場合、その演算結果に誤差が含まれやすい。他方、上記の定常偏差は、吸気圧に対して比例関係を有しており、吸気通路内の圧力が安定しているときには、吸気圧が上記の定常偏差を良好に反映する。したがって、吸気通路内の圧力が所定の安定状態にあるときに、加算項の代わりに、検出された吸気圧を用いることにより、上記のモデル式のモデル化誤差をより適切に補償することができる。それにより、基準圧を適正に算出でき、その結果、筒内ガス量パラメータをより精度良く推定することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置において、気筒が複数の気筒で構成され、筒内圧センサが気筒ごとに筒内圧を検出する複数の筒内圧センサで構成されるとともに、基準圧推定手段が気筒ごとに基準圧を推定するように構成されており、気筒ごとに吸入される空気量を、吸入空気量ＧＣＹＬＡＦ、Ｇｃｙｌとして検出する吸入空気量検出手段（エアフローセンサ１１、ＥＣＵ２）を、さらに備え、所定ガスは、空気であり、筒内ガス量パラメータ推定手段は、気筒ごとの偏差（補正パラメータＫ1＿＃ｍ）および検出された吸入空気量ＧＣＹＬＡＦ、Ｇｃｙｌに基づき、気筒内に存在する空気の量を表す筒内ガス量パラメータ（筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍ）を推定することを特徴とする。なお、吸入空気量検出手段による吸入空気量の検出には、吸入空気量を直接検出する他、推定することも含まれる。

この構成によれば、複数の筒内圧センサにより気筒ごとに筒内圧が検出され、基準圧推定手段により気筒ごとに基準圧が推定される。また、吸入空気量検出手段により、気筒ごとに吸入される空気量である吸入空気量が検出される。そして、筒内ガス量パラメータ推定手段により、気筒ごとに、気筒内に存在する空気の量を表す筒内ガス量パラメータ、例えば実際に気筒内に充填された空気量（以下「筒内空気量」という）を、気筒ごとに検出された筒内圧と推定された基準圧との偏差、および気筒ごとの吸入空気量に基づいて推定する。

前述したように、基準圧は、ＥＧＲガスが存在しない気筒における非燃焼時の圧力であるので、気筒間の筒内空気量のばらつきの度合が、各気筒の筒内圧と基準圧との偏差のばらつきとして現れる。したがって、気筒ごとの偏差および吸入空気量に基づいて、気筒ごとの筒内空気量を適正に推定することができる。その結果、気筒ごとに筒内空気量がばらついている場合でも、気筒ごとの推定された筒内空気量に基づいて、内燃機関を制御することにより、良好なドライバビリティを確保しながら、排ガス中の有害物質を低減することができる。例えば、気筒ごとに燃料噴射量などを制御することにより、気筒間の空燃比を一致させることができ、それにより、排ガス中の有害物質を低減することができる。また、気筒ごとに点火時期などを制御することにより、気筒間のトルクを一致させることができ、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置において、筒内ガス量パラメータ推定手段は、複数の気筒における各気筒ごとの偏差（補正パラメータＫ1＿＃ｍ）の平均値を、平均偏差（平均値Ｋｃｙｌ＿ＡＶＥ）として算出する平均偏差算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１２）と、気筒ごとの偏差および算出された平均偏差によって、吸入空気量Ｇｃｙｌを補正することにより、気筒内に存在する空気量を筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍとして算出する筒内空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１４）と、を有していることを特徴とする。

この構成によれば、平均偏差算出手段により、複数の気筒における各気筒ごとの前記偏差の平均値である平均偏差を算出する。また、筒内空気量算出手段により、気筒ごとの偏差および算出された平均偏差によって吸入空気量を補正する。一般に、吸入空気量は、１燃焼サイクルにおいて各気筒に吸入される空気量であり、気筒間で値が同じになる。したがって、この吸入空気量を、上述したように、気筒ごとの偏差および平均偏差を用いて補正することにより、各気筒の筒内空気量を適正に算出することができる。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置において、内燃機関には、気筒ごとに設けられた吸気バルブ８のリフトを可変に制御する可変バルブリフト制御手段（可変バルブタイミングリフト機構３２、ＥＣＵ２）が設けられており、気筒間の筒内空気量のばらつきを表すパラメータを、筒内空気量ばらつきパラメータＧｃｙｌ＿ＶＡＲとして算出するばらつきパラメータ算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２１）を、さらに備え、可変バルブリフト制御手段は、算出された筒内空気量ばらつきパラメータが所定のしきい値Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲＨよりも大きいときに、吸気バルブのリフトを所定リフトよりも小さくならないように制限することを特徴とする。

この構成によれば、内燃機関に可変バルブリフト制御手段が設けられているので、吸気バルブのリフトを制御することにより、気筒内に実際に吸入される空気量が制御される。また、ばらつきパラメータ算出手段により、気筒間の筒内空気量のばらつきを表す筒内空気量ばらつきパラメータが算出される。そして、算出された筒内空気量ばらつきパラメータが所定のしきい値よりも大ききときに、吸気バルブのリフトを所定リフトよりも小さくならないように制限する。

例えば、吸気バルブなどの製造上または組立上の誤差や、経年劣化に伴う機械的な誤差などにより、いずれかの気筒の吸気バルブのリフトが、適正な本来のリフトに対してずれた場合、気筒間の筒内空気量がばらついてしまう。特に、吸気バルブのリフトが非常に小さくなるように制御される場合、そのリフトのずれが小さくても、その気筒の筒内空気量は、本来の筒内空気量に対するずれ度合が非常に大きくなってしまう。したがって、筒内空気量ばらつきパラメータが所定のしきい値よりも大きいとき、すなわち気筒間の筒内空気量のばらつきが大きいときに、吸気バルブのリフトを所定リフトよりも小さくならないように制限し、それにより、気筒間の空燃比やトルクのばらつきを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による筒内ガス量推定装置を適用したディーゼルエンジンを概略的に示す図である。 筒内ガス量推定装置の概略構成を示すブロック図である。 エンジンモデルにおけるピストンクランク機構を示す図である。 基準筒内圧モデル式Ｐmodelkの算出処理を説明するための図である。 実際のエンジンの運転中に実行される補正パラメータの算出処理を説明するための図である。 補正パラメータＫ1に応じて筒内ＥＧＲ率を設定したマップである。 筒内ＥＧＲ率推定処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態による筒内ガス量推定装置を、ガソリンエンジンとともに概略的に示す図である。 筒内空気量推定処理を示すフローチャートである。 （ａ）は、筒内空気量に応じて燃料噴射量を設定したマップであり、（ｂ）は筒内空気量に応じて点火時期を設定したマップである。 気筒間筒内空気量のばらつき判定処理を示すフローチャートである。 低リフト制御禁止処理を示すフローチャートである。 図１１の処理で用いられるしきい値を設定したマップである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による筒内ガス量推定装置１を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３を概略的に示しており、図２は、筒内ガス量推定装置１の概略構成を示している。図２に示すように、筒内ガス量推定装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガス量の割合である筒内ＥＧＲ率（筒内ガス量パラメータ）を推定し、これに基づいて、燃料噴射制御などの各種の制御処理を実行する。

エンジン３は、例えば車両用の直列４気筒タイプのディーゼルエンジンであり、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（図１では１組のみ図示）と、クランクシャフト３ｃを備えている。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｄとの間には、燃焼室３ｅが形成されており、シリンダヘッド３ｄには、燃焼室３ｅに臨むように、気筒３ａごとに燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４が取り付けられている。各インジェクタ４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、開閉タイミングが制御されることにより、燃料の噴射量、噴射時期および噴射回数が制御される。

また、シリンダヘッド３ｄには、気筒３ａごとに、その内部の圧力である筒内圧を検出するための筒内圧センサ５が取り付けられている。各筒内圧センサ５は、グロープラグと一体型の圧電素子タイプのものであり、対応する気筒３ａ内の圧力の変化量ＤＰＶを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この圧力変化量ＤＰＶを積分した後、その積分値を焦電補正することなどによって、気筒３ａの筒内圧ＰＣＹＬＴを算出する。また、上記の筒内圧センサ５は、熱による感度変化が非常に小さく、高温域においても精度良く、筒内圧ＰＣＹＬＴを検出できるように構成されている。

さらに、シリンダヘッド３ｄには、吸気通路６および排気通路７が接続され、気筒３ａごとに、吸気バルブ８および排気バルブ９が設けられている。吸気通路６には、上流側から順に、エアフローセンサ１１、エアクリーナ１２、スロットル弁１３、ターボチャージャ１４、インタークーラ１５、吸気圧センサ１６および吸気温センサ１７などが設けられている。

エアフローセンサ１１は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気口６ａから吸気通路６に流入する空気の流量を検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、エアフローセンサ１１の検出信号に基づき、吸入空気量ＧＣＹＬＡＦを算出する。エアクリーナ１２は、フィルタ１２ａにより、吸気通路６に流入した空気から不純物を除去する。また、スロットル弁１３は、ＥＣＵ２によって開度が制御されるように構成されており、エアクリーナ１２を通過した空気の流量を制御するのに加えて、後述する低圧ＥＧＲ装置２２によるＥＧＲガスの吸気通路６への流入を促進する。

ターボチャージャ１４は、吸気通路６に設けられたコンプレッサブレード１４ａと、排気通路７に設けられ、コンプレッサブレード１４ａと一体に回転するタービンブレード１４ｂなどを備えている。このターボチャージャ１４では、排気通路７内を流れる排ガスによって、タービンブレード１４ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード１４ａも同時に回転することにより、スロットル弁１３を通過した吸気通路６内の空気や、後述する低圧ＥＧＲ通路２５を通過したＥＧＲガスを加圧し、過給動作が行われる。そして、この過給動作によって温度上昇した空気やＥＧＲガスが、インタークーラ１５を通過することによって冷却される。

吸気圧センサ１６は、吸気通路６内の吸気の圧力（以下「吸気圧」という）Ｐｂを絶対圧として検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、吸気温センサ１７は、吸気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、排気通路７には、前記ターボチャージャ１４のタービンブレード１４ｂよりも下流側に、排ガスを浄化するための触媒１８およびＤＰＦ１９が設けられている。触媒１８は、排ガス中のＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘを酸化還元反応などによって浄化する一方、ＤＰＦ１９は、排ガス中の煤などのパティキュレートを捕集し、大気中への放出を防止する。

また、このエンジン３には、気筒３ａから排気通路７に排出された排ガスの一部を、ＥＧＲガスとして、吸気通路６に還流させる２種類のＥＧＲ装置、具体的には高圧ＥＧＲ装置２１および低圧ＥＧＲ装置２２が設けられている。

高圧ＥＧＲ装置２１は、吸気通路６のインタークーラ１５よりも下流側と排気通路７のタービンブレード１４ｂよりも上流側との間に接続された高圧ＥＧＲ通路２３と、この高圧ＥＧＲ通路２３を開閉する高圧ＥＧＲ制御弁２４などで構成されている。高圧ＥＧＲ制御弁２４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって開度が制御されることにより、高圧ＥＧＲ通路２３を介して還流するＥＧＲ量が制御される。

一方、低圧ＥＧＲ装置２２は、吸気通路６のコンプレッサブレード１４ａよりも上流側と排気通路７のＤＰＦ１９よりも下流側との間に接続された低圧ＥＧＲ通路２５と、この低圧ＥＧＲ通路２５を開閉する低圧ＥＧＲ制御弁２６と、低圧ＥＧＲ通路２５を通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２７などで構成されている。低圧ＥＧＲ制御弁２６は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって開度が制御されることにより、低圧ＥＧＲ通路２５を介して還流するＥＧＲ量が制御される。

また、エンジン３には、クランク角センサ２８が設けられている。このクランク角センサ２８は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１°）ごとに出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時の上死点よりも若干、手前の所定クランク角位置にあることを表す信号であり、４気筒のエンジン３では、クランク角１８０°ごとに出力される。ＥＣＵ２は、これらのＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号に応じて、気筒３ａごとにクランク角ＣＡを算出する。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。このＥＣＵ２は、前述した各種センサ５、１１、１６、１７および２８からの検出信号に応じて、各気筒３ａの筒内ＥＧＲ率を推定するとともに、この推定した筒内ＥＧＲ率に基づいて、燃料噴射制御を実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、本発明の基準圧推定手段、筒内ガス量パラメータ推定手段、補正パラメータ算出手段、安定状態判定手段、および第２モデル化誤差補償手段に相当する。

本実施形態では、気筒３ａごとに筒内圧センサ５によって検出された筒内圧ＰＣＹＬＴと、基準圧Ｐmodelkとを用いて、気筒３ａの筒内ＥＧＲ率を推定する。この基準圧Ｐmodelkは、気筒３ａ内にＥＧＲガスが存在しない状態において非燃焼時に気筒３ａ内に発生する圧力である。

ここで、ＥＣＵ２で実行される基準圧Ｐmodelkの算出処理、および筒内ＥＧＲ率の推定処理の概要について説明する。一般に、ピストンクランク機構を備えたエンジンの気筒に充填されたガス（以下「筒内ガス」という）に気体の状態方程式を適用すると、その筒内ガスの圧力、すなわち気筒内の圧力Ｐは、次式（１）により算出される。
Ｐ＝ＧＲＴ／Ｖ ・・・（１）
ここで、Ｇは筒内ガス量、Ｒは気体定数、Ｔは筒内ガス温度、Ｖは筒内ガスの体積、すなわち気筒内の容積である。

また、図３は、モデル化したエンジン（以下「エンジンモデル」という）におけるピストンクランク機構を示している。このピストンクランク機構において、クランク半径ｒ、コンロッド長ｌ（エル）、およびクランク角θを用い、λ＝ｌ／ｒとすると、ＴＤＣ位置からのピストンの距離ｘは、次式（２）により算出される。

そして、ピストンがＴＤＣ位置に位置するときの気筒内の容積Ｖdeadおよびピストンの頭頂部の面積Ａpstnを用いると、気筒内の容積Ｖは、次式（３）により算出される。

また、気筒内の筒内ガスが断熱圧縮される場合、その筒内ガスの温度Ｔおよび体積Ｖについては、次式（４）の関係が成立する。
ＴＶ^κ-1＝一定 ・・・（４）
ここで、κは、筒内ガスの比熱比である。

そして、式（４）により、圧縮前の筒内ガス温度Ｔ₁、ピストンが下死点であるＢＤＣ位置に位置するとき（クランク角θ＝１８０°）の気筒内の容積Ｖ₁、ならびに圧縮行程中の筒内ガス温度Ｔ₂および気筒内の容積Ｖ₂については、次式（５）が成立する。
Ｔ₁Ｖ₁ ^κ-1＝Ｔ₂Ｖ₂ ^κ-1 ・・・（５）
したがって、この式（５）から、次式（６）に示すように、圧縮行程中の筒内ガス温度Ｔ₂が得られる。

そして、式（６）を、前記式（１）の右辺のＴに代入すると、エンジンモデルの気筒内における非燃焼時の圧力のモデル式（以下「筒内圧モデル式」という）Ｐmodelが、次式（７）によって得られる。

また、この筒内圧モデル式Ｐmodelと、実際のエンジンにおける気筒内の圧力とのモデル化誤差を補償するために、筒内圧モデル式Ｐmodelを、次式（８）によって補正することにより、基準圧としての基準筒内圧モデル式Ｐmodelkが得られる。

この（８）式の右辺の補正パラメータＫ0およびＣ0はそれぞれ、筒内圧モデル式Ｐmodelを補正するための乗算項および加算項として、実験によって決定される。なお、上述した筒内モデル式Ｐmodelおよび基準筒内圧モデル式Ｐmodelkを算出するための処理は、ＥＣＵ２と同様に構成された、エンジンモデルを制御するＥＣＵによって行われる。したがって、このＥＣＵが、本発明のモデル式設定手段および第１モデル化誤差補償手段に相当する。

ここで、上記の補正パラメータＫ0およびＣ0の算出方法について簡単に説明する。図４（ａ）は、エンジンモデルにおいて、θ＝２８０°〜４４０°のクランク角範囲における気筒内の圧力Ｐの推移の一例を示している。同図中の曲線Ａは、アイドル運転中において、前述した筒内圧センサ５と同様の高精度の筒内圧センサを用いて検出した筒内圧（以下「検出筒内圧」という）ＰＣＹＬＴを示している。一方、曲線Ｂは、筒内圧モデル式Ｐmodelを示している。この例では、筒内圧モデル式Ｐmodelが、ＴＤＣ位置を中心とするクランク角θの所定範囲において、検出筒内圧ＰＣＹＬＴに対して小さい側にずれている。

そして、図４（ｂ）に示すように、ＴＤＣ位置を中心とする所定範囲のクランク角θにおいて検出された検出筒内圧ＰＣＹＬＴに基づき、曲線Ｂの筒内圧モデル式Ｐmodelを、曲線Ａの検出筒内圧ＰＣＹＬＴに一致させるように、基準筒内圧モデル式Ｐmodelkの補正パラメータＫ0およびＣ0を同定する。なお、この同定による補正パラメータＫ0およびＣ0の具体的な演算手法は、後述する補正パラメータＫ1およびＣ1のそれと同様である。

曲線Ｃは、上記のようにして算出された補正パラメータＫ0およびＣ0を用いた基準筒内圧モデル式Ｐmodelkを示している。なお、算出された補正パラメータＫ0およびＣ0は、筒内ガス量Ｇおよびエンジン回転数ＮＥに応じてマップ化され（Ｋ０＿Ｃ０マップ）、ＥＣＵ２のＲＯＭに記憶される。

次に、筒内ＥＧＲ率の推定処理の概要について説明する。図５（ａ）は、前記エンジン３の気筒３ａ内にＥＧＲガスが存在し、クランク角ＣＡの所定範囲（例えば１８０°〜５４０°）における気筒３ａ内の圧力Ｐの推移の一例を示しており、ＣＡ＝３６０°が膨張（燃焼）行程開始時のＴＤＣ位置に相当する。同図（ａ）の曲線Ｄは、気筒３ａにおいて燃焼が行われたときに、筒内圧センサ５によって検出された検出筒内圧ＰＣＹＬＴを示しており、この検出筒内圧ＰＣＹＬＴは、ＴＣＤ位置を過ぎた所定位置においてピークになる。一方、曲線Ｅは、前記式（８）による基準筒内圧モデル式Ｐmodelkを示している。このＰmodelkは、前述したように、気筒３ａ内にＥＧＲガスが存在しない状態において非燃焼時に気筒３ａ内に発生する圧力である基準圧を示している。なお、以下の説明では、基準圧にＰmodelkのラベルを付すものとする。

また、図５（ａ）に示すように、この例では、基準圧Ｐmodelkに対し、検出筒内圧ＰＣＹＬＴが大きい側にずれている。このずれは、基準圧Ｐmodelkが、気筒３ａ内にＥＧＲガスが存在しない状態における気筒３ａ内の圧力を推定したものであるのに対し、検出筒内圧ＰＣＹＬＴが、気筒３ａ内にＥＧＲガスが存在している状態における気筒３ａ内の圧力を表しているからである。したがって、検出筒内圧ＰＣＹＬＴと基準圧Ｐmodelkとの偏差が、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガス量に相関する。

そして、図５（ｂ）に示すように、圧縮行程中の所定の同定区間Ｉにおいて、曲線Ｅの基準圧Ｐmodelkを曲線Ｄの検出筒内圧ＰＣＹＬＴに一致させるように、次式（９）で補正する。
ＰＣＹＬＴ＝Ｐmodelk・Ｋ1＋Ｃ1 ・・・（９）

これらの補正パラメータＫ1およびＣ1は、上記の同定区間Ｉにおいて同定されるものであり、具体的には、この同定区間Ｉにおいて検出された検出筒内圧ＰＣＹＬＴと、同じクランク角ＣＡのタイミングで算出された基準圧Ｐmodelkとの偏差（ＰＣＹＬＴ−Ｐmodelk）の二乗が最小になるよう、最小二乗法によって、補正パラメータＫ1およびＣ1を算出する。

ここで、上記の補正パラメータＫ1およびＣ１の算出方法を詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、検出筒内圧ＰＣＹＬＴを「Ｙ」、基準圧Ｐmodelkを「Ｘ」、補正パラメータＫ1およびＣ1をそれぞれ「ａ」および「ｂ」、前記式（９）の右辺の値を「Ｙhat」とするものとする。この場合、式（９）の右辺は、次式（１０）のように表される。
Ｙhat＝ａＸ＋ｂ ・・・（１０）

また、クランク角ＣＡのサンプリング番号をｉとしたときの上記Ｙ、ＸおよびＹhatのサンプリングデータをそれぞれ、ｙ(i)、ｘ(i)およびｙhat(i)と表すものとする。なおｉは０〜ｎ（ｎ：整数）の値とする。

最小二乗法による補正パラメータａおよびｂの算出ではまず、検出筒内圧Ｙと基準圧Ｙhatとの偏差の二乗の和が、次式（１１）で表される。

この式（１１）のＦの値を最小にするよう、補正パラメータａおよびｂを求めればよいので、Ｆ（ａ，ｂ）をａおよびｂについて偏微分し、値を０とすると、次式（１２）および（１３）のように表される。

これらの式（１２）および（１３）を整理すると、それぞれ次式（１４）および（１５）のように表される。

また、これらの式を行列で表すと、次式（１６）のようになる。

この式（１６）を逆行列を用いて変形すると、次式（１７）のようになる。

２行２列の逆行列は、次式（１８）に示すように表される。

したがって、式（１８）に基づいて、式（１７）を書き直すと、補正パラメータａおよびｂは、次式（１９）により算出される。

以上により、ａである補正パラメータＫ1、およびｂである補正パラメータＣ1が算出される。そして、これらの算出された補正パラメータのうち、補正パラメータＫ1は、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガス量の割合、すなわち筒内ＥＧＲ率に相関する。

図６は、補正パラメータＫ1と気筒３ａの筒内ＥＧＲ率との関係を示す筒内ＥＧＲ率マップである。この筒内ＥＧＲ率マップは、Ｋ1と筒内ＥＧＲ率の関係が実験によって求められ、ＥＣＵ２のＲＯＭに記憶されている。同図から明らかなように、補正パラメータＫ1の値が１．０以下であるときには、筒内ＥＧＲ率は０％であり、Ｋ1＞１．０のときには、補正パラメータＫ1が大きいほど、筒内ＥＧＲ率がより大きくなっている。このような筒内ＥＧＲ率マップを補正パラメータＫ1に応じて検索することにより、気筒３ａの筒内ＥＧＲ率を精度良く推定することができる。

次に、図７を参照しながら、ＥＣＵ２で実行される各気筒３ａの筒内ＥＧＲ率の推定処理について説明する。本処理は、各気筒３ａの１燃焼サイクルごとに実行され、排気行程中の所定クランク角ＣＡにおいて開始される。なお、本処理の開始前に、筒内圧センサ５によって所定クランク角（例えば１°）ごとに検出された検出筒内圧ＰＣＹＬＴ(i)が、ＥＣＵ２のＲＡＭに記憶される。上記ＰＣＹＬＴ(i)のｉは、サンプリング番号であり、ｉ＝０〜ｎ（ｎ：整数）である。

本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、同定区間Ｉ（図５（ｂ）参照）の開始および終了クランク角ＣＡを決定する。この処理では、後述するステップ７において実行される補正パラメータＫ1およびＣ1を同定するための開始クランク角ＣＡ（例えば２８５°）および終了クランク角ＣＡ（例えば３４０°）を決定する。なお、これらのクランク角ＣＡは、燃料の噴射時期などに応じて決定される。

次いで、吸入空気量ＧＣＹＬＡＦおよび吸気温ＴＡを読み込む（ステップ２）。具体的には、エアフローセンサ１１で検出した吸入空気量ＧＣＹＬＡＦを読み込むとともに、吸気温センサ１７で検出した吸気温ＴＡを読み込む。次いで、気筒３ａ内の容積Ｖを計算する（ステップ３）。具体的には、前記ステップ１で決定した開始クランク角ＣＡおよび終了クランク角間において、所定クランク角（例えば１°）ごとに、前記式（３）を用いて算出し、それらの算出結果をＥＣＵ２のＲＡＭに記憶する。

次いで、ステップ４において、吸入空気量ＧＣＹＬＡＦおよびエンジン回転数ＮＥに応じて補正パラメータＫ0およびＣ0を検索する。具体的には、ステップ２において読み込んだ吸入空気量ＧＣＹＬＡＦおよび今回のエンジン回転数ＮＥに応じて、前記Ｋ０＿Ｃ０マップから、補正パラメータＫ0およびＣ0を検索する。

次いで、基準圧Ｐmodelkを算出する（ステップ５）。具体的には、前記式（８）を用い、その右辺に、ステップ２〜４で得られた値を適宜、代入することによって、クランク角ＣＡの所定範囲（例えば同定区間Ｉ）の基準圧Ｐmodelkを所定クランク角（例えば１°）ごとに算出し、ＥＣＵ２のＲＡＭに記憶する。

この場合、式（８）の右辺の各パラメータＧ、Ｒ、Ｔ₁、Ｖ₂、Ｖ₁、κ、Ｖ、Ｋ0、およびＣ0として、下記の値を用いる。
Ｇ：ステップ２において読み込んだ吸入空気量ＧＣＹＬＡＦを、エンジン回転数ＮＥに応じて１気筒当たりの空気量に補正した値
Ｒ：気体定数（例えば２８７．０４Ｊ／（ｋｇ・ｋ））
Ｔ₁：ステップ２において読み込んだ吸気温ＴＡ
Ｖ₂：ステップ３において計算され、ＥＣＵ２のＲＡＭに記憶された、所定クランク角ごとの気筒３ａ内の容積の値
Ｖ₁：ピストン３ｂがＢＤＣ位置に位置するときの気筒３ａ内の容積の値
κ：空気の比熱比（例えば１．３３）
Ｖ：Ｖ₂と同じ値
Ｋ0：ステップ４において検索したＫ0
Ｃ0：ステップ４において検索したＣ0

したがって、ステップ５により、同定区間Ｉにおける基準圧Ｐmodelk、すなわち所定クランクごとの基準圧Ｐmodelk(i)が、前記検出筒内圧ＰＣＹＬＴ(i)のサンプリングタイミングに一致するように計算され、ＥＣＵ２のＲＡＭに記憶される。

なお、上記の基準圧Ｐmodelk(i)を算出する場合、吸気通路６内の圧力が所定の安定状態にあるか否かを判定する。例えば、エンジン３の始動時や吸気圧センサ１６の故障時など、吸気通路６内の圧力が不安定な状態にあるときには、Ｋ０＿Ｃ０マップから検索したＣ0をそのまま使用する一方、吸気通路６内の圧力が所定の安定状態にあると判定されたときには、前記式（８）の補正パラメータＣ0の代わりに、吸気圧Ｐｂを用いて、筒内圧モデル式Ｐmodelを補正し、基準圧Ｐmodelk(i)を算出するのが好ましい。具体的には、例えば、吸気圧センサ１６で検出された吸気圧Ｐｂの変動が小さく、その値が安定して適正に得られる状態にあると判定されたときに、補正パラメータＣ0の代わりに、吸気圧Ｐｂを用いる。なお、この吸気圧Ｐｂは、具体的には、吸気行程と圧縮行程の間のＢＤＣ位置を中心とするクランク角ＣＡの所定範囲の平均値を採用するのが好ましい。上記のように、補正パラメータＣ0を吸気圧Ｐｂで代替するのは、以下の理由による。

すなわち、上記の補正パラメータＣ0は、筒内圧モデル式Ｐmodelのモデル化誤差を補償するときの定常偏差、具体的には、ＥＧＲガスが存在しない気筒における非燃焼時の検出筒内圧と筒内圧モデル式Ｐmodelとの偏差が最小になるように補正するときの定常偏差であり、これを演算によって求める場合、その演算結果に誤差が含まれやすい。他方、上記の定常偏差は、吸気圧Ｐｂに対して比例関係を有しており、吸気通路６内の圧力が安定しているときには、吸気圧Ｐｂが上記の定常偏差を良好に反映するからである。したがって、吸気通路６内の圧力が所定の安定状態にあるときに、補正パラメータＣ0の代わりに、吸気圧Ｐｂを用いることにより、筒内モデル式Ｐmodelのモデル化誤差をより適切に補償することができる。それにより、基準圧Ｐmodelk(i)を適正に算出でき、その結果、補正パラメータＫ1およびＣ1の同定精度を向上させることができ、この高精度の補正パラメータＫ1に基づいて、筒内ＥＧＲ率をより精度良く推定することができる。

次いで、ＥＣＵ２のＲＡＭから、基準圧Ｐmodelk(i)および検出筒内圧ＰＣＹＬＴ(i)を読み込む（ステップ６）。具体的には、同定区間Ｉにおける基準圧Ｐmodelk(i)および検出筒内圧ＰＣＹＬＴ(i)のすべてのデータを読み込む。そして、読み込んだこれらのデータを用い、補正パラメータＫ1およびＣ1を同定する（ステップ７）。具体的には、前述した式（９）〜（１９）により、補正パラメータＫ1およびＣ1を算出する。

そして、ステップ８において、筒内ＥＧＲ率を検索する。具体的には、前述したように、ステップ７において得られた補正パラメータＫ1に基づき、前記図６に示す筒内ＥＧＲ率マップから、筒内ＥＧＲ率を検索する。

以上のようにして、気筒３ａごとに、筒内ＥＧＲ率が推定される。そして、この推定された筒内ＥＧＲ率に基づいて、燃料噴射制御が実行される。具体的には、筒内ＥＧＲ率の他、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＣＹＬＡＦおよび燃料噴射量を用い、これらに基づいて、各気筒３ａにおける燃料の噴射パターン（プレ噴射回数）、噴射タイミング（プレ、メイン）および噴射量（プレ、メイン）が決定され、燃料噴射制御が実行される。

以上のように、本実施形態によれば、検出筒内圧ＰＣＹＬＴと基準圧Ｐmodelkとの偏差が最小になるよう、補正パラメータＫ1およびＣ1を同定し、この補正パラメータＫ1が筒内ＥＧＲ率に相関するので、補正パラメータＫ1に基づいて、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガスの筒内ＥＧＲ率を、精度良く推定することができる。このように、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガスの量を直接的に推定したＥＧＲ率を用いて、エンジン３を制御することにより、良好なドライバビリティを確保しながら、排ガス中の有害物質を低減することができる。

また、本実施形態のエンジン３は、高圧ＥＧＲ装置２１に加えて、低圧ＥＧＲ装置２２を備えており、この低圧ＥＧＲ装置２２では、ＥＧＲガスが排気通路７から気筒３ａに流入するまでの経路が比較的長く、大きな無駄時間を生じやすいものの、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガスの量を直接的に推定するので、無駄時間による遅れの影響を排除しながら、エンジン３の制御を適切に行うことができる。

次に、図８〜図１３を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の筒内ガス量推定装置は、エンジン３として、例えば車両用の直列４気筒タイプのガソリンエンジンに適用されており、気筒３ａごとに、その内部に存在する空気量、具体的には吸気行程中に実際に気筒３ａに充填された空気量である筒内空気量を推定するものである。なお、以下の説明では、エンジン３の構成については、前述した第１実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略し、差異を中心に説明するものとする。

図８に示すように、このエンジン３には、吸気通路６にインジェクタ４が気筒３ａごとに設けられ、シリンダヘッド３ｄに点火プラグ３１が気筒３ａごとに取り付けられている。各インジェクタ４は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって開閉タイミングが制御されることにより、気筒３ａごとに燃料噴射量が制御される。また、各点火プラグ３１は、対応する気筒３ａの燃焼室３ｅに臨むように取り付けられており、ＥＣＵ２からの駆動信号により、気筒３ａ内の混合気に点火するよう、点火時期が制御される。

また、エンジン３には、可変バルブタイミングリフト機構３２（可変バルブリフト制御手段）が設けられている。この可変バルブタイミングリフト機構３２は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって、吸気バルブ８および排気バルブ９の開閉タイミングおよびリフトを変更可能に構成されている。特に、吸気バルブ８は、リフトが連続的に可変であり、例えば高負荷運転のときに比較的高いリフト（例えば１０〜１１ｍｍ）に制御される他、アイドル運転や低負荷運転のときに比較的低いリフト（例えば１〜２ｍｍ）に制御される（低リフト制御）。

さらに、エンジン３には、気筒３ａごとに、その側面に筒内圧センサ５が取り付けられている。各筒内圧センサ５は、第１実施形態のそれと同様、熱による感度変化が非常に小さく、高温域においても精度良く、筒内圧ＰＣＹＬＴを検出できるように構成されている。なお、筒内圧センサとして、上記以外に、例えば、点火プラグ３１とシリンダヘッド３ｄとの間に挟持された状態で取り付けられるタイプのものを採用することも可能である。

また、本実施形態では、ＥＣＵ２が、第１実施形態における本発明の前述した各種手段に加えて、本発明の平均偏差算出手段、筒内空気量算出手段、可変バルブリフト制御手段およびばらつきパラメータ算出手段にも相当する。

図９は、ＥＣＵ２で実行される筒内空気量の推定処理を示している。本処理は、前述した第１実施形態の筒内ＥＧＲ率の推定処理と同様のタイミングで、気筒３ａごとに実行されるものであり、以下の説明では、気筒３ａごとに算出されたり設定されたりする各種のパラメータの末尾に、気筒３ａの気筒番号（＃１〜＃４）を表記し、気筒番号を特に限定する必要がないときには、「＃ｍ」を付するものとする。

本処理では、まずステップ１１において、第１実施形態と同様にして算出され、ＥＣＵ２のＲＡＭに記憶された４つの気筒３ａのそれぞれの補正パラメータＫ1＿＃１、Ｋ1＿＃２、Ｋ1＿＃３およびＫ1＿＃４を読み込む。これらの補正パラメータＫ1＿＃ｍのばらつきは、各気筒３ａの筒内空気量のばらつき度合として現れる。次いで、補正パラメータＫ1＿＃ｍの平均値Ｋｃｙｌ＿ＡＶＥ（平均偏差）を、次式（２０）によって算出する（ステップ１２）。

次いで、エアフローセンサ１１（吸入空気量検出手段）によって所定時間ｄｔごとに検出された吸入空気量ＧＣＹＬＡＦが気筒３ａに到達するまでの吸気遅れ、すなわち無駄時間ｄｔおよび一次遅れを補償するために、次式（２１）により、ＧＣＹＬＡＦを補正し、吸入空気量Ｇｃｙｌを算出する（ステップ１３）。
Ｇｃｙｌ＝τ・ＧＣＹＬＡＦ＋（１−τ）・Ｇｃｙｌｚ ・・・（２１）
ここで、τは時定数、ＧｃｙｌｚはＧｃｙｌの前回値である。

そして、次式（２２）により、気筒３ａごとの筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍを算出する。

以上により、各気筒３ａに実際に充填された空気量である筒内空気量が推定される。そして、この推定された筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍに基づいて、気筒３ａごとに、燃料噴射制御および点火時期制御が実行される。具体的には、燃料噴射制御については、図１０（ａ）に示すマップを用い、筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍに応じて、各気筒３ａごとの燃料噴射量ＩｎｊＦｕｅｌ＿＃ｍが決定される。このマップは、筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍが多いほど、燃料噴射量ＩｎｊＦｕｅｌ＿＃ｍがより多くなるように設定されている。一方、点火時期制御については、同図（ｂ）に示すマップを用い、筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍに応じて、点火時期ＩＧ＿＃ｍが決定される。このマップは、筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍが多いほど、点火時期ＩＧ＿＃ｍが遅角するように設定されている。

以上のように、本実施形態によれば、気筒３ａごとに、筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍを適正に推定できるので、気筒３ａごとに筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍがばらついている場合でも、気筒３ａごとに燃料噴射量ＩｎｊＦｕｅｌ＿＃ｍを制御することにより、気筒３ａ間の空燃比を一致させることができ、それにより、排ガス中の有害物質を低減することができる。また、気筒３ａごとに、点火時期ＩＧ＿＃ｍを制御することにより、気筒３ａ間のトルクを一致させることができ、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる。このように、本実施形態によれば、良好なドライバビリティを確保しながら、排ガス中の有害物質を低減することができる。

次に、図１１〜図１３を参照して、吸気バルブ８の低リフト制御の禁止処理について説明する。図１１は、気筒間の筒内空気量のばらつき判定処理を示している。本処理ではまず、気筒３ａ間の筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍのばらつきを表すパラメータ、具体的には、次式（２３）により、吸入空気量Ｇｃｙｌに対する各筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍのばらつき度合を分散によって表すパラメータとして、筒内空気量ばらつきパラメータＧｃｙｌ＿ＶＡＲを算出する（ステップ２１）。

次いで、吸入空気量Ｇｃｙｌに応じて、図１３に示すマップから、所定のしきい値Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲＨを検索する（ステップ２２）。同図のマップは、吸入空気量Ｇｃｙｌが多いほど、しきい値Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲＨがより大きくなるように設定されている。

次いで、筒内空気量ばらつきパラメータＧｃｙｌ＿ＶＡＲが、しきい値Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲＨよりも大きいか否かを判別する（ステップ２３）。この判別結果がＹＥＳのときには、気筒３ａ間の筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍのばらつきが大きいとして、下限リフト制限フラグＦ＿Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲを「１」にセットし（ステップ２４）、本処理を終了する。一方、ステップ２３の判別結果がＮＯのときには、気筒３ａ間の筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍのばらつきが小さいとして、下限リフト制限フラグＦ＿Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲを「０」にセットし（ステップ２５）、本処理を終了する。

図１２は、低リフト制御の禁止処理を示している。同図に示すように、本処理ではまず、ステップ３１において、前記ステップ２４または２５でセットされた下限リフト制限フラグＦ＿Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲが「１」であるか否かを判別する。その判別結果がＹＥＳで、気筒３ａ間の筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍのばらつきが大きいときには、ステップ３２に進み、後述する下限リフト制限実行中フラグＦ＿ｌｉｍｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、吸気バルブ８の下限リフトが制限されていないときには、その下限リフトを制限し（ステップ３３）、そのことを表すための下限リフト制限実行中フラグＦ＿ｌｉｍｔを「１」にセットして（ステップ３４）、本処理を終了する。一方、ステップ３２の判別結果がＹＥＳで、吸気バルブ８の下限リフトが既に制限されているときには、本処理をそのまま終了する。

また、前記ステップ３１の判別結果がＮＯで、Ｆ＿Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲ≠１のときには、ステップ３５に進み、前記ステップ３４でセットされる下限リフト制限実行中フラグＦ＿ｌｉｍｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、前回の燃焼サイクルまで、吸気バルブ８の下限リフトの制限が実行されていたときには、下限リフトの制限を解除し（ステップ３６）、そのことを表すために、下限リフト制限実行中フラグＦ＿ｌｉｍｔを「０」にセットして（ステップ３７）、本処理を終了する。一方、ステップ３５の判別結果がＮＯで、吸気バルブ８の下限リフトが制限されていないときには、本処理をそのまま終了し、低リフト制御が継続する。

以上のように、吸気バルブ８の低リフト制御の実行中において、筒内空気量ばらつきパラメータＧｃｙｌ＿ＶＡＲが所定のしきい値Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲＨよりも大きくなり、気筒３ａ間の筒内空気量Ｇｃｙｌ＿＃ｍのばらつきが大きいときには、低リフト制御を実行すべきでないとして、吸気バルブ８のリフトを所定のリフトよりも小さくならないように制限する。それにより、気筒３ａ間の空燃比やトルクのばらつきを抑制することができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１実施形態では、本発明の筒内ガス量パラメータとして、気筒３ａ内に存在するＥＧＲガスの割合である筒内ＥＧＲ率を推定したが、ＥＧＲ量を推定するようにしてもよい。また、実施形態では、吸気圧Ｐｂを吸気圧センサ１６で直接検出し、吸入空気量ＧＣＹＬＡＦをエアフローセンサ１１で直接検出するようにしたが、これらのの吸気圧Ｐｂおよび吸入空気量ＧＣＹＬＡＦを、他の適当なセンサの検出値を用いて推定するようにしてもよい。

また、実施形態は、本発明を車両用のディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、他の用途のエンジン、例えばクランク軸を鉛直方向に配置した船外機のような船舶推進機用エンジンなどに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。

１ 筒内ガス量推定装置
２ ＥＣＵ（基準圧推定手段、筒内ガス量パラメータ推定手段、
補正パラメータ算出手段、安定状態判定手段、第２モデル化誤差補償
手段、平均偏差算出手段、筒内空気量算出手段、可変バルブリフト制御
手段、ばらつきパラメータ算出手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
５ 筒内圧センサ
６ 吸気通路
７ 排気通路
８ 吸気バルブ
９ 排気バルブ
１１ エアフローセンサ（吸入空気量検出手段）
１６ 吸気圧センサ
１７ 吸気温センサ
２１ 高圧ＥＧＲ装置
２２ 低圧ＥＧＲ装置
３２ 可変バルブタイミングリフト機構（可変バルブリフト制御手段）
ＰＣＹＬＴ 筒内圧
ＧＣＹＬＡＦ エアフローセンサで検出した吸入空気量
Ｐｂ 吸気圧
ＴＡ 吸気温
Ｐmodel 筒内圧モデル式（モデル式）
Ｐmodelk 基準圧
Ｋ0 補正パラメータ（乗算項）
Ｃ0 補正パラメータ（加算項）
Ｋ1 補正パラメータ
Ｃ1 補正パラメータ
Ｇｃｙｌ 吸入空気量
Ｇｃｙｌ＿＃ｍ 各気筒の筒内空気量
Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲ 筒内空気量ばらつきパラメータ
Ｇｃｙｌ＿ＶＡＲＨ しきい値

Claims (7)

1. 気筒内に存在する所定ガスの量を推定する内燃機関の筒内ガス量推定装置であって、
   前記気筒内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧センサと、
   前記気筒内にＥＧＲガスが存在しない状態において非燃焼時に当該気筒内に発生する圧力を、基準圧として推定する基準圧推定手段と、を備え、
   前記所定ガスは、ＥＧＲガスであり、
   前記検出された筒内圧と前記推定された基準圧との偏差に基づき、前記気筒内に存在するＥＧＲガスの量を表す筒内ガス量パラメータを推定する筒内ガス量パラメータ推定手段を、さらに備えていることを特徴とする内燃機関の筒内ガス量推定装置。
2. 前記筒内ガス量パラメータ推定手段は、前記検出された筒内圧および前記推定された基準圧の少なくとも一方を前記偏差が最小になるように補正するための補正パラメータを算出する補正パラメータ算出手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置。
3. 前記内燃機関には、前記気筒から排気通路に排出された排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ装置が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置。
4. 吸気通路内の圧力を吸気圧として検出する吸気圧検出手段と、
   前記検出された吸気圧に基づき、前記吸気通路内の圧力が所定の安定状態にあるか否かを判定する安定状態判定手段と、
   をさらに備え、
   前記基準圧推定手段は、
   前記基準圧を算出するための所定のモデル式を設定するモデル式設定手段と、
   前記設定されたモデル式のモデル化誤差を補償するために、当該モデル式に乗算される乗算項、および当該乗算されたモデル式に加算される加算項を算出する第１モデル化誤差補償手段と、
   前記吸気通路内の圧力が前記所定の安定状態にあると判定されたときに、前記算出された加算項の代わりに、前記検出された吸気圧を用いて、前記モデル式のモデル化誤差を補償する第２モデル化誤差補償手段と、
   を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置。
5. 前記気筒が複数の気筒で構成され、前記筒内圧センサが前記気筒ごとに前記筒内圧を検出する複数の筒内圧センサで構成されるとともに、前記基準圧推定手段が前記気筒ごとに前記基準圧を推定するように構成されており、
   前記気筒ごとに吸入される空気量を、吸入空気量として検出する吸入空気量検出手段を、さらに備え、
   前記所定ガスは、空気であり、
   前記筒内ガス量パラメータ推定手段は、前記気筒ごとの前記偏差および前記検出された吸入空気量に基づき、前記気筒内に存在する空気の量を表す筒内ガス量パラメータを推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置。
6. 前記筒内ガス量パラメータ推定手段は、
   前記複数の気筒における各気筒ごとの前記偏差の平均値を、平均偏差として算出する平均偏差算出手段と、
   前記気筒ごとの前記偏差および前記算出された平均偏差によって、前記吸入空気量を補正することにより、当該気筒内に存在する空気量を筒内空気量として算出する筒内空気量算出手段と、
   を有していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置。
7. 前記内燃機関には、前記気筒ごとに設けられた吸気バルブのリフトを可変に制御する可変バルブリフト制御手段が設けられており、
   前記気筒間の前記筒内空気量のばらつきを表すパラメータを、筒内空気量ばらつきパラメータとして算出するばらつきパラメータ算出手段を、さらに備え、
   前記可変バルブリフト制御手段は、前記算出された筒内空気量ばらつきパラメータが所定のしきい値よりも大きいときに、前記吸気バルブのリフトを所定リフトよりも小さくならないように制限することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の筒内ガス量推定装置。
   

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