JP5273318B2 - 過給機付き内燃機関の空気量推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関において気筒内に吸入される空気量を推定する装置に関し、詳しくは、吸気通路内を流れる空気の挙動を表す物理モデルを用いた計算によって空気量を推定する装置に関する。

内燃機関の気筒内に吸入される空気量を吸気通路内の空気の挙動を表す物理モデルを用いた計算によって推定する手法が知られている。そのような空気量の推定方法は、過給機付きの内燃機関にも適用することが可能であり、さらには、エアバイパスバルブ（以下、ＡＢＶ）や排気ガス再循環システム（以下、ＥＧＲ）を備えた過給機付き内燃機関にも適用することができる。

図９は、過給機付き内燃機関における吸気通路内の空気の挙動を厳密にモデル化した場合の空気量推定モデルを示す機能ブロック図である。図９に示す空気量推定モデルは、サブモデルとして、インタークーラーモデル、スロットルモデル、吸気管モデル、及び吸気弁モデルを備えている。以下、式を用いて各サブモデルの詳細について説明する。

インタークーラーモデルは、吸気通路におけるインタークーラー部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルである。インタークーラーモデルとしては、具体的には、エネルギー保存則に基づいた下記の式（１）と流量保存則に基づいた下記の式（２）とが用いられている。ここで、Ｐ_ｉｃはインタークーラー部内の圧力（以下、インタークーラー圧力）、Ｔ_ｉｃはインタークーラー温度、Ｖ_ｉｃはインタークーラー容積、Ｒは気体定数、κは比熱比、ｍ_ｃｐはコンプレッサを通過するガスの流量（以下、コンプレッサ流量）、ｍ_ａｂｖはＡＢＶによってインタークーラー部内から抜き出されるガスの流量（以下、ＡＢＶ流量）、ｍ_ｔはスロットルを通過するガスの流量（以下、スロットル流量）、そして、Ｔ_ａは大気温度である。インタークーラーモデルでは、コンプレッサ流量ｍ_ｃｐ、スロットル流量ｍ_ｔ、及びＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖ等が入力され、式（１）及び式（２）に従ってインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃが算出される。

スロットルモデルとしては、下記の式（３）及び式（４）に示す絞りの式が用いられる。ここで、μは流量係数、Ａ_ｔはスロットル開度がＴＡの時の開口面積、Ｐ_ｍは吸気管圧力である。また、Ｐ_ｍ／Ｐ_ｉｃは、スロットルの前後の圧力比である。スロットルモデルでは、スロットル開度ＴＡ、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃ、吸気管圧力Ｐ_ｍ等が入力され、式（３）及び式（４）に従ってスロットル流量ｍ_ｔが算出される。

吸気管モデルは、吸気管内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルである（ただし、本明細書における吸気管には、吸気マニホールドとサージタンクが含まれている）。吸気管モデルとしては、具体的には、エネルギー保存則に基づいた下記の式（５）と流量保存則に基づいた下記の式（６）とが用いられている。ここで、ｍ_ｅｇｒはＥＧＲによって吸気管内に導入されるガスの流量（以下、ＥＧＲ流量）、Ｔ_ｅｇｒはＥＧＲ温度、ｍ_ｃは吸気弁を通って気筒内に吸入されるガスの流量（以下、吸気弁流量）、そして、Ｔ_ｍは吸気管温度である。吸気管モデルでは、スロットル流量ｍ_ｔ、吸気弁流量ｍ_ｃ、ＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒ等が入力され、式（５）及び式（６）に従って吸気管圧力Ｐ_ｍが算出される。

吸気弁モデルは、吸気弁流量ｍ_ｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとの関係について調べた実験ベースのモデルである。吸気弁流量ｍ_ｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとの関係は直線で近似することができる。このため、吸気弁モデルとしては、具体的には、経験則に基づいた下記の式（７）が用いられている。式（７）におけるａ及びｂは機関回転数に応じて定まる定数である。吸気弁モデルでは、吸気管圧力Ｐ_ｍが入力され、式（７）に従って吸気弁流量ｍ_ｃが算出される。

内燃機関の制御装置であるＥＣＵは、上記の各式で表される空気量推定モデルを用いて吸気弁流量ｍ_ｃを算出し、吸気弁流量ｍ_ｃから気筒内に吸入される空気量を推定する。ただし、ＥＣＵでは四則演算による数値計算が行われるが、上記の式は微分方程式を含むためにそのままの形ではＥＣＵによる計算を行うことはできない。このため、空気量推定モデルをＥＣＵに搭載する場合には、四則演算によって解を求めることが可能になるように、差分法を用いて微分方程式を離散化することが行われている。

ところが、上記の空気量推定モデルには、特開２００６−１５２８９９号公報に記載されているような計算上の問題が存在する。スロットル開度がＷＯＴの付近であってスロットルの前後の差圧が小さい条件では、過給状態が変化すると、吸気管圧力Ｐ_ｍの計算値が振動的に変化してしまう。これは、スロットルの前後の差圧が小さい領域、すなわち、スロットルの前後の圧力比が１に近い領域では、圧力比の微小変化に対して式（３）の圧力比項Φの値が大きく変化する結果、ハンチングが発生してしまうためである。この問題を解決する一つの方法としては、近似式で用いるタイムステップの値を小さくとることが考えられるが、上記公報でも指摘されているように、その方法ではＥＣＵの計算負荷を増大させてしまうことになる。

上記の問題に対する解決策として、特開２００６−１５２８９９号公報に記載の空気量推定装置（以下、先行技術による装置）では、スロットルの開度とその前後の圧力差とに応じて空気量推定モデルを切り替える方法が採られている。具体的には、先行技術による装置によれば、スロットル開度が閾値開度よりも大きく、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとがほぼ等しい定常値に収束している状況では、図１０に示す空気量推定モデルが使用され、それ以外では、前述の図９に示す空気量推定モデルが使用される。図１０に示す空気量推定モデルでは、図９に示す空気量推定モデルにおけるインタークーラーモデル、スロットルモデル及び吸気管モデルに代えて、インタークーラー吸気管合体モデルが用いられている。

インタークーラー吸気管合体モデルは、スロットルを無視してインタークーラー部から吸気管までを一体化したボリュームとして扱い、そのボリューム内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルである。したがって、インタークーラー吸気管合体モデルでは、絞りの式を用いたスロットル流量の計算は行われない。インタークーラー吸気管合体モデルでは、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとは等しいと仮定される。また、インタークーラー温度Ｔ_ｉｃと吸気管温度Ｔ_ｍとは等しいと仮定される。インタークーラー吸気管合体モデルとしては、具体的には、エネルギー保存則に基づいた下記の式（８）と流量保存則に基づいた下記の式（９）とが用いられる。

上記の式（８）及び式（９）で定義されるインタークーラー吸気管合体モデルによれば、主としてインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気弁流量ｍ_ｃとから吸気管圧力Ｐ_ｍを算出することができる。これによれば、絞りの式を用いたスロットル流量の計算を必要としないので、従来、吸気管圧力Ｐ_ｍの計算値が振動的になりやすかった領域でも、精度良く吸気管圧力Ｐ_ｍを算出することができる。しかも、上記のインタークーラー吸気管合体モデルによれば、計算負荷を増大させることもない。したがって、先行技術による装置は、前述の問題に対する解決策としては有効であると考えられる。

しかしながら、先行技術による装置には、空気量の推定精度に関していくつかの課題がある。

その課題の１つは、インタークーラー吸気管合体モデルを使用可能な領域に関係する課題である。インタークーラー吸気管合体モデルは、スロットル開度がＷＯＴの付近であってインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとがほぼ等しいことを前提としたモデルである。このため、先行技術による装置では、スロットルの前後に差圧が生じている状況では、図９に示す空気量推定モデル、すなわち、絞りの式を含む計算モデルによって計算が行われることになる。ところが、絞りの式を用いる場合には、スロットルの前後に差圧が生じているときであっても、その差圧が小さいときには吸気管圧力Ｐ_ｍの計算値は振動的になってしまう場合がある。このような理由により、先行技術による装置は、スロットル開度がＷＯＴよりも小さく、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとの間にある程度の圧力差が生じている状況での空気量の推定精度について改善の余地がある。

もう１つの課題は、吸気通路内の空気の流量に影響するＥＧＲやＡＢＶに関係する課題である。ＥＧＲが動作した場合、ＥＧＲ通路から吸気管内に空気（排気ガス）が導入される。図９に示す空気量推定モデルによれば、ＥＧＲの動作に伴って生じるＥＧＲ流量ｍ_ａｂｖは、直接的には吸気管圧力Ｐ_ｍにのみ影響する。ＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒのインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃに対する影響は間接的であり、ＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒの変化の影響により吸気管圧力Ｐ_ｍが変化し、吸気管圧力Ｐ_ｍの変化の影響によりスロットル流量ｍ_ｔが変化し、スロットル流量ｍ_ｔの変化の影響によりインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃが変化するという過程を経て、ＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒの変化がインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃに影響する。したがって、ＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒの変化に対するインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃの応答は、吸気管圧力Ｐ_ｍの応答に比較して遅くなる。

また、ＡＢＶが動作した場合は、インタークーラー部内から外部に空気が抜き出される。図９に示す空気量推定モデルによれば、ＡＢＶの動作に伴って生じるＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖは、直接的にはインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃにのみ影響する。ＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖの吸気管圧力Ｐ_ｍに対する影響は間接的であり、ＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖの変化の影響によりインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃが変化し、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃの変化の影響によりスロットル流量ｍ_ｔが変化し、スロットル流量ｍ_ｔの変化の影響により吸気管圧力Ｐ_ｍが変化するという過程を経て、ＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖの変化が吸気管圧力Ｐ_ｍに影響する。したがって、ＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖの変化に対する吸気管圧力Ｐ_ｍの応答は、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃの応答に比較して遅くなる。

ところが、図１０に示す空気量推定モデルの場合には、ＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒの変化の影響はインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍの両方に直接的に影響する。またＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖの変化の影響もインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍの両方に直接的に影響する。インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとが等しいことが、インタークーラー吸気管合体モデルの前提になっているからである。このため、図１０に示す空気量推定モデルでは、ＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒやＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖの変化に伴ってインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍの両方が同時に変化することとなって、モデルによる計算結果と現実に起きている現象との間で乖離が発生してしまう。

図１１の表には、吸気管モデル、インタークーラーモデル、及びインタークーラー吸気管合体モデルのそれぞれについて、ＥＧＲのみが動作したときの圧力変化量と、ＡＢＶのみが動作したときの圧力変化量とが数式で記載されている。吸気管モデルにより計算される吸気管圧力Ｐ_ｍの変化量は、吸気管内にて現実に起きている現象を厳密に表し、インタークーラーモデルにより計算されるインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃの変化量は、インタークーラー部内で現実に起きている現象を厳密に表している。これらとインタークーラー吸気管合体モデルによる計算結果との比較から分かるように、インタークーラー吸気管合体モデルでは、ＥＧＲやＡＢＶの動作時には、吸気通路の各部における圧力の変化を精度良く計算することができない。このため、先行技術による装置では、ＥＧＲやＡＢＶが動作してＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒやＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖが変化した場合に、空気量の推定精度が悪化するおそれがある。

特開２００６−１５２８９９号公報 特開２００８−００８１５５号公報

以上のように、先行技術による装置は、過給機付き内燃機関における空気量の推定精度に関して未だ改善の余地を有している。そこで、本発明は、計算負荷を増大させることなく空気量をより高い精度で推定することができる過給機付き内燃機関の空気量推定装置を提供することを目的とする。

本発明が提供する空気量推定装置は、コンプレッサ流量を計算する機能、スロットル上流圧力を計算する機能、スロットル流量を計算する機能、スロットル下流圧力を計算する機能、吸気弁流量を計算する機能、及び、気筒内に吸入される空気量を計算する機能を有している。これらの機能はそれぞれが専用のハードウェアによって実現されてもよいし、ハードウェアは機能間で共有して個々の機能はソフトウェアによって実現されてもよい。以下、本空気量推定装置が有する各機能について説明する。

コンプレッサ流量はコンプレッサを通過する空気の流量である。本空気量推定装置は、コンプレッサからスロットルまでの吸気通路であるスロットル上流部内の空気の圧力（以下、スロットル上流圧力）と、コンプレッサの回転速度とに基づいてコンプレッサ流量を計算する。その計算には、スロットル上流圧力及びコンプレッサ回転速度にコンプレッサ流量を関連付けたマップ、或いは、コンプレッサの物理モデルを用いることができる。

スロットル上流圧力の計算のためには、本空気量推定装置は、スロットル上流部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルを使用する。その物理モデルへの主たる入力としては、コンプレッサ流量とスロットルを通過する空気の流量であるスロットル流量とが用いられる。前記の物理モデルにコンプレッサ流量とスロットル流量とが入力されると、その物理モデルからはスロットル上流圧力が算出される。なお、内燃機関には、スロットル上流部内から外部に空気を抜き出し、或いは、スロットル上流部内に外部から空気を導入するアクチュエータが備えられている場合がある。そのような場合には、アクチュエータの作動に伴うスロットル上流部内の空気流量の増減に応じてスロットル上流圧力が補正されるように、前記の物理モデルを構築しておけばよい。

スロットル流量を計算する機能の詳細については後述する。本機能は先行技術に対する本空気量推定装置の一つの特徴であって、前述の課題を達成するための核となる機能である。

スロットル流量は、スロットルから吸気弁までの吸気通路であるスロットル下流部内の空気の圧力（以下、スロットル下流圧力）の計算に用いられる。本空気量推定装置は、スロットル下流圧力の計算のためにスロットル下流部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルを使用する。その物理モデルへの主たる入力として、スロットル流量と吸気弁流量とが用いられる。前記の物理モデルにスロットル流量と吸気弁流量とが入力されると、その物理モデルからはスロットル下流圧力が算出される。なお、内燃機関には、スロットル下流部内から外部に空気を抜き出し、或いは、スロットル下流部内に外部から空気を導入するアクチュエータが備えられている場合がある。そのような場合には、アクチュエータの作動に伴うスロットル下流部内の空気流量の増減に応じてスロットル下流圧力が補正されるように、前記の物理モデルを構築しておけばよい。

吸気弁流量は吸気弁を通過する空気の流量である。本空気量推定装置は、スロットル下流圧力に基づいて吸気弁流量を計算する。その計算には、経験則に基づく数式、具体的には、スロットル下流圧力を変数とする一次関数を用いることができる。本空気量推定装置は、吸気弁流量に基づいて、詳しくは、吸気弁が開いてから閉じるまでの吸気弁流量の積算値から気筒内に吸入される空気量を計算する。

本空気量推定装置は、スロットル流量の計算の方法として、次の２つの計算方法を採ることができる。第１の計算方法は、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力とスロットルの開度とに基づいて絞りの式によってスロットル流量を計算する方法である。本空気量推定装置が採用する絞りの式は、具体的には、前述の式（３）及び式（４）に示す式である。

本空気量推定装置が採りうる第２の計算方法は、スロットル流量はコンプレッサ流量と吸気弁流量との中間にあるとの仮定のもと、コンプレッサ流量と吸気弁流量とに基づいて線形補間の式によってスロットル流量を計算する方法である。本空気量推定装置が採用する線形補間の式は、スロットル上流部の容積とスロットル下流部の容積との比を内分比とする式であって、具体的には次に示す式（１０）である。式（１０）において、ｍ_ｔはスロットル流量、ｍ_ｃｐはコンプレッサ流量、ｍ_ｃは吸気弁流量、Ｖ_ｕｓはスロットル上流部の容積、そして、Ｖ_ｄｓはスロットル下流部の容積である。

本空気量推定装置は、上記の２つの計算方法のうちの１つを選択し、選択した計算方法に従ってスロットル流量を計算する。その選択条件には、スロットル下流圧力とスロットル上流圧力との関係に関する圧力条件が含まれている。本空気量推定装置において用いられている圧力条件は、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力との差が基準差より小さいこと、或いは、スロットル下流圧力とスロットル上流圧力との比が基準比より大きいことである。本空気量推定装置は、このような圧力条件を含む所定の選択条件が満たされているかどうか判定する。選択条件が満たされていないと判定されるときは、本空気量推定装置は、第１の計算方法に従ってスロットル流量を計算することを選択する。一方、選択条件が満たされていると判定されるときは、本空気量推定装置は、第２の計算方法に従ってスロットル流量を計算することを選択する。

上記の選択条件は、絞りの式を用いた計算では、スロットル下流圧力、すなわち、吸気管圧力の計算値に振動が発生するような条件である。本空気量推定装置は、そのような条件下では、絞りの式に代えて線形補間の式によってスロットル流量を計算する。スロットル流量の計算に絞りの式を用いる場合には、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力はその計算において相互に複雑に関係する。しかし、スロットル流量の計算に式（１０）に示すような線形補間の式を用いれば、スロットル上流圧力とスロットル下流圧力を個別に計算することができる。これによれば、絞りの式を用いてスロットル流量を計算する場合にはスロットル下流圧力の計算値が振動的になってしまう領域でも、精度良くスロットル下流圧力を算出することが可能となる。また、式（１０）に示す関係は、スロットル開度がＷＯＴよりも小さく、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとの間にある程度の圧力差が生じている状況でも成り立つ関係である。したがって、式（１０）に示すような線形補間の式を用いれば、スロットル下流圧力の計算値が振動的になってしまう全ての領域において、空気量の推定精度を向上させることができる。しかも、式（１０）に示すような線形補間の式によれば、空気量の推定精度と引き換えに計算負荷が増大してしまうこともない。

ここで、スロットル流量の計算に線形補間の式を用いることの妥当性について説明する。まず、スロットル上流部内の空気の状態の変化は、流量保存則により式（１１）によって表すことができる。式（１１）において、Ｐ_ｕｓはスロットル上流圧力であり、Ｔ_ｕｓはスロットル上流温度である。ただし、簡単のために、ここではスロットル上流部内から外部に空気を抜き出し、或いは、スロットル下流部内に外部から空気を導入するアクチュエータは存在していない、若しくは、存在していても作動していないものとする。

スロットル上流部内の流量保存則の式（１１）において、スロットル流量ｍ_ｔが式（１０）で計算されるものとすると、式（１１）は式（１２）のように表すことができる。

一方、スロットル下流部内の空気の状態の変化は、流量保存則により式（１３）によって表すことができる。式（１３）において、Ｐ_ｄｓはスロットル下流圧力であり、Ｔ_ｄｓはスロットル下流温度である。ただし、簡単のために、ここではスロットル下流部内から外部に空気を抜き出し、或いは、スロットル下流部内に外部から空気を導入するアクチュエータは存在していない、若しくは、存在していても作動していないものとする。

スロットル下流部内の流量保存則の式（１３）において、スロットル流量ｍ_ｔが式（１０）で計算されるものとすると、式（１３）は式（１４）のように表すことができる。

式（１３）と式（１４）とからは、次の式（１５）で示す関係が導き出される。

前述の圧力条件が満たされるような状況では、スロットル上流温度Ｔ_ｕｓとスロットル下流温度Ｔ_ｄｓとは等しいと考えてもよい。したがって、式（１５）からは次の式（１６）で示す関係を得ることができる。式（１６）は、スロットル上流圧力Ｐ_ｕｓの変化量とスロットル下流圧力Ｐ_ｄｓの変化量とが等しいことを表している。

式（１６）に示すスロットル上流圧力Ｐ_ｕｓとスロットル下流圧力Ｐ_ｄｓとの関係は、前述の圧力条件が満たされる状況で現実に成り立っている関係である。式（１０）に示す線形補間の式によれば、内燃機関の過給状態によらず、スロットル上流圧力Ｐ_ｕｓの計算値とスロットル下流圧力Ｐ_ｄｓの計算値との間に式（１６）に示す関係を成り立たせることができる。これにより、前述の圧力条件が成立する状況でのスロットル流量の計算式としては、式（１０）に示す線形補間の式が妥当であることが確認できる。

また、本空気量推定装置によれば、スロットル上流部内から外部に空気を抜き出し、或いは、スロットル上流部内に外部から空気を導入するアクチュエータが作動した場合、その影響は直接的にはスロットル上流圧力の計算にのみ影響し、スロットル下流圧力の計算には直接的には影響しない。同様に、スロットル下流部内から外部に空気を抜き出し、或いは、スロットル下流部内に外部から空気を導入するアクチュエータが作動した場合、その影響は直接的にはスロットル下流圧力の計算にのみ影響し、スロットル上流圧力の計算には直接的には影響しない。したがって、本空気量推定装置によれば、内燃機関にＡＢＶやＥＧＲといったアクチュエータが備えられ、それらアクチュエータが作動している場合であっても、スロットル上流圧力やスロットル下流圧の正確な計算が可能であり、ひいては、精度良く空気量を推定することができる。

本発明の実施の形態の空気量推定装置で用いられている空気量推定モデルを示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態の空気量推定装置で用いられている空気量推定モデルを示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態の空気量推定装置で用いられている空気量推定モデルを示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態の空気量推定装置で用いられている空気量推定モデルを示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態の空気量推定装置で用いられている空気量推定モデルを示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態の空気量推定装置で用いられているスロットルモデルについて説明するための図である。 本発明の実施の形態の空気量推定装置によるインタークーラー圧力の計算処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の空気量推定装置による吸気管圧力の計算処理の流れを示すフローチャートである。 過給機付き内燃機関における吸気通路内の空気の挙動を厳密にモデル化した場合の空気量推定モデルを示す機能ブロック図である。 先行技術による装置で用いられている空気量推定モデルを示す機能ブロック図である。 先行技術による装置で用いられている空気量推定モデルの課題について説明するための図である。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

本実施の形態の空気量推定装置は、過給機付き内燃機関に適用される。本空気量推定装置の適用対象となる内燃機関は、スロットルによる空気量の調整によってトルクを制御することのできる４サイクルレシプロエンジンである。本実施の形態において内燃機関に設けられる過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサを排気通路に配置されたタービンの回転によって駆動するターボ式の過給機である。コンプレッサとスロットルとの間には、コンプレッサによる圧縮によって温度が上昇した空気を冷却するためのインタークーラーが設けられている。また、本実施の形態の過給機付き内燃機関は、インタークーラー部内の空気を吸気通路におけるコンプレッサの上流側へパイパスさせるＡＢＶと、排気通路の排気ガスを吸気管内に再循環させるＥＧＲとを備えている。また、本実施の形態の過給機付き内燃機関は、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関でもある。

本空気量推定装置は、内燃機関に備えられるＥＣＵの一機能として実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、ＥＣＵは空気量推定装置として機能する。ＥＣＵが空気量推定装置として機能する場合、ＥＣＵは、プログラムされている空気量推定モデルを用いて、気筒内に吸入される空気量（以下、筒内空気量）を推定する。

本実施の形態で用いられる空気量推定モデルは、第１から第４までの４つの計算モデルから構成されている。図１は、空気量推定モデルの第１の計算モデルを示す機能ブロック図である。第１の計算モデルは、現在のスロットル開度に対する吸気弁流量を計算するための計算モデルである。第１の計算モデルは、ターボ回転数モデルＭ１、コンプレッサモデルＭ２、インタークーラーモデルＭ３、スロットルモデルＭ４、吸気管モデルＭ５、吸気弁モデルＭ６、エアクリーナモデルＭ７、ＡＢＶモデルＭ８、及びＥＧＲモデルＭ９を含んでいる。以下、第１の計算モデルに含まれる各サブモデルの内容について説明する。

ターボ回転数モデルＭ１は、過給機の回転挙動のモデルであって、数式で表される物理モデル或いは実験データに基づくマップによって構成されている。ターボ回転数モデルＭ１では、ウエストゲートバルブのダイヤフラム圧Ｐ_ｗｇｖと、後述する吸気弁モデルＭ６で算出された吸気弁流量ｍ_ｃ(eklcrt)とが入力され、それらの入力情報からターボ回転数Ｎ_ｔｂが算出される。なお、ダイヤフラム圧Ｐ_ｗｇｖは、センサによって得られるセンサ情報である。

コンプレッサモデルＭ２は、過給機のコンプレッサのモデルであって、数式で表される物理モデル或いは実験データに基づくマップによって構成されている。コンプレッサモデルＭ２では、ターボ回転数モデルＭ１で算出されたターボ回転数Ｎ_ｔｂと、後述するインタークーラーモデルＭ３で算出されたインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃとが入力され、それらの入力情報からコンプレッサ流量ｍ_ｃｐが算出される。

エアクリーナモデルＭ７は、吸気通路の入口に配置されるエアクリーナでの圧力損失を算出するためのモデルであって、数式で表される物理モデル或いは実験データに基づくマップによって構成されている。エアクリーナモデルＭ７は、大気圧Ｐ_ａから圧力損失分だけ減算した値をコンプレッサ上流圧力Ｐ_ａｃとして算出する。なお、エアクリーナモデルＭ７に入力される大気圧Ｐ_ａは、ベース値Ｐ_ａ０に大気圧センサの出力値ｋＰａを乗じることで得ることができる。

ＡＢＶモデルＭ８は、ＡＢＶによってインタークーラー部から外部に抜き出される空気の流量を算出するためのモデルである。ＡＢＶモデルＭ８としては、絞りの式が用いられている。ＡＢＶモデルＭ８では、エアクリーナモデルＭ７で算出されたコンプレッサ上流圧力Ｐ_ａｃ、後述するインタークーラーモデルＭ３で算出されたインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃ、及びＡＢＶの駆動デューティＤ_ａｂｖ等の情報が入力され、それらの入力情報からＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖが算出される。なお、ＡＢＶの駆動デューティＤ_ａｂｖは、ＥＣＵによるＡＢＶ制御において算出される。

ＥＧＲモデルＭ９は、ＥＧＲによって排気通路から吸気管内に再循環される空気（排気ガス）の流量を算出するためのモデルであって、数式で表される物理モデル或いは実験データに基づくマップによって構成されている。ＥＧＲモデルＭ９では、後述する吸気管モデルＭ５で算出された吸気管圧力Ｐ_ａｍ、内燃機関の負荷ＫＬ、及びＥＧＲバルブの駆動デューティＤ_ｅｇｒ等の情報が入力され、それらの入力情報からＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒが算出される。なお、ＥＧＲバルブの駆動デューティＤ_ｅｇｒは、ＥＣＵによるＥＧＲ制御において算出され、負荷ＫＬは、筒内吸入空気量から計算される。

インタークーラーモデルＭ３、スロットルモデルＭ４、吸気管モデルＭ５、及び吸気弁モデルＭ６については、図９に示す従来の空気量推定モデルに関連して説明したとおりである。すなわち、インタークーラーモデルＭ３によれば、コンプレッサモデルＭ２で算出されたコンプレッサ流量ｍ_ｃｐ、後述するスロットルモデルＭ４で算出されたスロットル流量ｍ_ｔ、及びＡＢＶモデルＭ８で算出されたＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖ等の入力情報から、前述の式（１）及び式（２）に従ってインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃが算出される。

また、スロットルモデルＭ４によれば、スロットル開度ＴＡ、インタークーラーモデルＭ３で算出されたインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃ、及び後述する吸気管モデルＭ５で算出された吸気管圧力Ｐ_ｍ等の入力情報から、前述の式（３）及び式（４）に従ってスロットル流量ｍ_ｔが算出される。なお、スロットル開度ＴＡは、センサによって得られるセンサ情報である。

また、吸気管モデルＭ５によれば、スロットルモデルＭ４で算出されたスロットル流量ｍ_ｔ、後述する吸気弁モデルＭ６で算出された吸気弁流量ｍ_ｃ(eklcrt)、及び後述するＥＧＲモデルＭ９で算出されたＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒ等の入力情報から、前述の式（５）及び式（６）に従って吸気管圧力Ｐ_ｍが算出される。

また、吸気弁モデルＭ６によれば、吸気管モデルＭ５で算出された吸気管圧力Ｐ_ｍから、前述の式（７）に従って吸気弁流量ｍ_ｃが算出される。ただし、図１に示すように、本空気量推定モデルの第１の計算モデルは、吸気弁モデルＭ６を２つ備えている。一方の吸気弁モデルＭ６には、吸気管モデルＭ５で算出された吸気管圧力Ｐ_ｍがそのまま入力されている。吸気管圧力Ｐ_ｍから算出された吸気弁流量ｍ_ｃ(eklcrt)は、前述のようにターボ回転数モデルＭ１や吸気管モデルＭ５における計算で使用される。

そして、他方の吸気弁モデルＭ６には、吸気管モデルＭ５で算出された吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmcrt)と、第１の計算モデルのモデル誤差を補正するための補正量との合計値である補正吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmact)が入力されている。他方の吸気弁モデルＭ６では、補正吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmact)に基づいて吸気弁流量ｍ_ｃ(eklact)が算出される。本空気量推定装置は、吸気弁流量ｍ_ｃ(eklact)に基づいて、詳しくは、吸気弁が開いてから閉じるまでの吸気弁流量ｍ_ｃ(eklact)の積算値から筒内空気量を計算する。

吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmcrt)に加えられる補正量は、第２の計算モデル及び第３の計算モデルによって計算される。図２は、空気量推定モデルの第２の計算モデルを示す機能ブロック図、図３は、空気量推定モデルの第３の計算モデルを示す機能ブロック図である。第２の計算モデルは、エアフローメータ（以下、ＡＦＭ）により実際に計測される空気の流量（以下、ＡＦＭ流量）に基づいて吸気管圧力を算出するモデルである。第３の計算モデルは、ＡＦＭ流量の計算値に基づいて吸気管圧力を算出するモデルである。

第２の計算モデルは、インタークーラーモデルＭ３、スロットルモデルＭ４、吸気管モデルＭ５、吸気弁モデルＭ６、エアクリーナモデルＭ７、ＡＢＶモデルＭ８、及びＥＧＲモデルＭ９を含んでいる。これらサブモデルＭ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８，Ｍ９間における情報の入出力は、第１の計算モデルにおけるそれと共通している。ただし、第２の計算モデルでは、ＡＦＭにより計測されたＡＦＭ流量egaafmと、ＡＢＶモデルＭ８で算出されたＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖとの合計値がコンプレッサ流量ｍ_ｃｐとして算出される。第２の計算モデルは、このようにして算出されたコンプレッサ流量ｍ_ｃに基づいて吸気弁流量ｍ_ｃ(eklsm)を算出し、また、吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmafm)を算出する。

一方、第３の計算モデルは、第２の計算モデルが有するサブモデルＭ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８，Ｍ９に加えて、エアフローメータモデルＭ１０を含んでいる。ＡＦＭは固有の応答特性に基づく応答遅れを有している。エアフローメータモデルＭ１０は、そのようなＡＦＭの応答特性をシミュレートしたモデルであり、入力された流量に対してＡＦＭの応答遅れを考慮した流量を出力する。

第３の計算モデルでは、ＡＦＭ流量の計算値（以下、計算ＡＦＭ流量）ｍ_ａｆｍがエアフローメータモデルＭ１０に入力される。計算ＡＦＭ流量ｍ_ａｆｍは、第１の計算モデルのコンプレッサモデルＭ２で算出されたコンプレッサ流量ｍ_ｃｐと、第１の計算モデルのＡＢＶモデルＭ８で算出されたＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖとの差分として算出される。エアフローメータモデルＭ１０からは、ＡＦＭの応答遅れに合わせてディレイ処理された計算ＡＦＭ流量ｍ_ａｆｍが出力される。そして、第３の計算モデルでは、エアフローメータモデルＭ１０でディレイ処理された計算ＡＦＭ流量ｍ_ａｆｍと、ＡＢＶモデルＭ８で算出されたＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖとの合計値がコンプレッサ流量ｍ_ｃｐとして算出される。第３の計算モデルは、このようにして算出されたコンプレッサ流量ｍ_ｃに基づいて吸気弁流量ｍ_ｃ(eklcrt4)を算出し、また、吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmcrtsm)を算出する。

第１の計算モデルでは、第２の計算モデルで算出された吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmafm)と、第３の計算モデルで算出された吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmcrtsm)との差分が算出される。この差分は、モデルにより算出された計算ＡＦＭ流量ｍ_ａｆｍが実際のＡＦＭ流量egaafmに対して持っている誤差を吸気管圧力Ｐ_ｍの差に換算した値（モデル誤差）であるとみなすことができる。第１の計算モデルは、上記の差分をモデル誤差の補正量として吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmcrt)に加算し、その加算値を補正吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmact)として算出する。本空気量推定装置は、この補正吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmact)から吸気弁流量ｍ_ｃ(eklact)を算出し、吸気弁流量ｍ_ｃ(eklact)に基づいて、詳しくは、吸気弁が開いてから閉じるまでの吸気弁流量ｍ_ｃ(eklact)の積算値から筒内空気量を計算する。これによれば、筒内空気量を精度良く推定することができる。

ところで、実際の内燃機関において筒内空気量が確定する時点は吸気弁の閉弁時である。一方、本実施形態の内燃機関はポート噴射型の内燃機関であるので、各サイクルの燃料噴射は少なくとも吸気弁の閉弁時よりも前に完了する必要がある。したがって、筒内に形成される混合気の空燃比を目標空燃比に一致させるためには、吸気弁閉弁時よりも前の燃料噴射時にそのサイクルの吸気弁閉弁時の筒内空気量を先読みすることが求められる。この先読みを可能とするためには、現時点より先の時点のスロットル開度、つまり未来のスロットル開度を先読みする必要がある。そこで、本空気量推定装置は、車両のアクセルペダル操作量に基づいて算出される目標スロットル開度に対し、実際のスロットル開度が所定時間だけ遅れるようにスロットルを動作させる、いわゆるスロットルディレイ制御を実施する。このスロットルディレイ制御によれば、目標スロットル開度は所定時間だけ未来のスロットル開度に相当するので、目標スロットル開度から未来のスロットル開度を先読みすることが可能となる。

第４の計算モデルは、先読みした未来のスロットル開度ＴＡ_ｆｗｄに基づいて、吸気弁閉弁時の筒内空気量を算出するための計算モデルである。図４は、第４の計算モデルを示す機能ブロック図である。図４に示すように、第４の計算モデルは、ターボ回転数モデルＭ１、コンプレッサモデルＭ２、インタークーラーモデルＭ３、スロットルモデルＭ４、吸気管モデルＭ５、吸気弁モデルＭ６、エアクリーナモデルＭ７、ＡＢＶモデルＭ８、及びＥＧＲモデルＭ９を含んでいる。それらサブモデルＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８，Ｍ９間における情報の入出力は、第１の計算モデルにおけるそれと共通している。ただし、第４の計算モデルでは、先読みしたスロットル開度ＴＡ_ｆｗｄがスロットルモデルＭ４に入力される。

また、第４の計算モデルは、第１の計算モデルと同様に、吸気弁モデルＭ６を２つ備えている。一方の吸気弁モデルＭ６には、吸気管モデルＭ５で算出された吸気管圧力Ｐ_ｍがそのまま入力されている。吸気管圧力Ｐ_ｍから算出された吸気弁流量ｍ_ｃ(eklvlv)は、ターボ回転数モデルＭ１や吸気管モデルＭ５における計算で使用される。

他方の吸気弁モデルＭ６には、吸気管モデルＭ５で算出された吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmvlv)と、第４の計算モデルのモデル誤差を補正するための補正量との合計値である補正吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmfwd)が入力されている。補正量には、第２の計算モデルで算出された吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmafm)と、第３の計算モデルで算出された吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmcrtsm)との差分が用いられる。他方の吸気弁モデルＭ６では、補正吸気管圧力Ｐ_ｍ(epmfwd)に基づいて吸気弁流量ｍ_ｃ(eklcylfwd)が算出される。吸気弁流量ｍ_ｃ(eklcylfwd)は、所定時間だけ未来の吸気弁流量である。本空気量推定装置は、この先読みした吸気弁流量ｍ_ｃ(eklcylfwd)に基づいて吸気弁閉弁時の筒内空気量を推定し、吸気弁閉弁時の推定筒内空気量と目標空燃比とを用いて燃料噴射量を計算する。

以上、本実施の形態の空気量推定モデルを構成する４つの計算モデルについて説明した。ただし、本実施の形態の空気量推定モデルには２つのモードがあり、それぞれの計算モデルごとに２つのモードが用意されている。図１乃至図４に示す各計算モデルの構成は、そのうちの１つのモードに対応する構成である。以下、空気量推定モデルの２つのモードについて説明する。

本空気量推定装置は、空気量推定モデルのモードとして、所定の選択条件が満たされていないときに選択する第１のモードと、所定の選択条件が満たされたときに選択する第２のモードとを有している。図１乃至図４で表される空気量推定モデルの構成は、第１のモードにおける構成である。第１のモードの特徴は、絞りの式、すなわち、前述の式（３）及び式(４)によってスロットル流量ｍ_ｔを計算するスロットルモデルＭ４が用いられることである。

モードの切り替えの条件である選択条件には、スロットルモデルＭ４によるスロットル流量ｍ_ｔの計算では筒内空気量を精度良く推定できないような圧力条件が含まれている。具体的には、吸気管圧力Ｐ_ｍとインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃとの圧力比Ｐ_ｍ／Ｐ_ｉｃの大きさが、１より小さい値に設定された所定の基準比より大きいという圧力条件が選択条件には含まれている。吸気管圧力Ｐ_ｍとインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃとの圧力比Ｐ_ｍ／Ｐ_ｉｃが１に近い領域では、圧力比Ｐ_ｍ／Ｐ_ｉｃの微小変化に対して式（３）の圧力比項Φの値が大きく変化する。その結果、ハンチングが発生して吸気管圧力Ｐ_ｍが振動的になり、筒内空気量を精度良く推定することができなくなる。

上記の選択条件が満たされたときに使用される空気量推定モデルの第２のモードは、スロットル流量ｍ_ｔの計算に絞りの式を使用しないモードである。第２のモードでは、第１のモードのスロットルモデルＭ４に代えて、以下に説明するスロットルモデルＭ４ａが各計算モデルにおいて使用される。図５は、第２のモードにおける第１の計算モデルを示す機能ブロック図である。図示は省略するが、他の計算モデルにおけるスロットルモデルＭ４ａとの他のサブモデルとの間における情報の入出力は、図５に示す第１の計算モデルにおけるそれと共通している。

スロットルモデルＭ４ａでは、スロットル流量ｍ_ｔの計算に下記の式（１７）が用いられる。下記の式（１７）は、コンプレッサ流量ｍ_ｃｐと吸気弁流量ｍ_ｃとから線形補間によってスロットル流量ｍ_ｔを計算するための式である。この線形補間の式では、図６に示すように、スロットル上流部の容積であるインタークーラー部容積Ｖ_ｉｃと、スロットル下流部の容積である吸気管容積Ｖ_ｍとの比を内分比として、中間点であるスロットル流量ｍ_ｔの計算が行われる。

スロットルモデルＭ４ａによれば、コンプレッサモデルＭ２で算出されたコンプレッサ流量ｍ_ｃｐと、吸気弁モデルＭ６で算出された吸気弁流量ｍ_ｃ(eklcrt)とを入力情報としてスロットル流量ｍ_ｔが算出される。入力情報としてスロットル開度は不要であり、また、吸気管圧力Ｐ_ｍやインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃといった圧力に関する情報も不要である。スロットル流量ｍ_ｔの計算に絞りの式を用いる場合には、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍはその計算において相互に複雑に関係する。しかし、スロットル流量ｍ_ｔの計算に式（１７）に示す線形補間の式を用いれば、図７及び図８のフローチャートに示すように、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍを個別に計算することができる。

図７及び図８のフローチャートについて説明すると、図７のフローチャートには本空気量推定装置によるインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃの計算処理の流れが示され、図８のフローチャートには本空気量推定装置による吸気管圧力Ｐ_ｍの計算処理の流れが示されている。

インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃの計算では、図７のフローチャートに示すように、まず、コンプレッサモデルＭ２によってコンプレッサ流量ｍ_ｃｐが算出される（ステップＳ１０１）。次に、絞りの式を用いたスロットル流量ｍ_ｔの計算では吸気管圧力Ｐ_ｍに振動が発生する領域かどうか、すなわち、前述の選択条件が満たされているかどうか判定される（ステップＳ１０２）。判定の結果が否定であるならば、吸気管圧力Ｐ_ｍ、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃ、及びスロットル開度ＴＡに基づき、式（３）及び式（４）に示す絞りの式に従ってスロットル流量ｍ_ｔが算出される（ステップＳ１０５）。一方、判定の結果が肯定であるならば、吸気弁モデルＭ６によって吸気弁流量ｍ_ｃが算出される（ステップＳ１０３）。そして、コンプレッサ流量ｍ_ｃｐと吸気弁流量ｍ_ｃとに基づき、式（１７）に示す線形補間の式に従ってスロットル流量ｍ_ｔが算出される（ステップＳ１０４）。スロットル流量ｍ_ｔの計算後は、ＡＢＶモデルＭ８によってＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖが算出される（ステップＳ１０６）。そして、インタークーラーモデルＭ３によってインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃが算出される（ステップＳ１０７）。

吸気管圧力Ｐ_ｍの計算では、図８のフローチャートに示すように、まず、吸気弁モデルＭ６によって吸気弁流量ｍ_ｃが算出される（ステップＳ２０１）。次に、絞りの式を用いたスロットル流量ｍ_ｔの計算では吸気管圧力Ｐ_ｍに振動が発生する領域かどうか、すなわち、前述の選択条件が満たされているかどうか判定される（ステップＳ２０２）。判定の結果が否定であるならば、吸気管圧力Ｐ_ｍ、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃ、及びスロットル開度ＴＡに基づき、式（３）及び式（４）に示す絞りの式に従ってスロットル流量ｍ_ｔが算出される（ステップＳ２０５）。一方、判定の結果が肯定であるならば、コンプレッサモデルＭ２によってコンプレッサ流量ｍ_ｃｐが算出される（ステップＳ２０３）。そして、コンプレッサ流量ｍ_ｃｐと吸気弁流量ｍ_ｃとに基づき、式（１７）に示す線形補間の式に従ってスロットル流量ｍ_ｔが算出される（ステップＳ２０４）。スロットル流量ｍ_ｔの計算後は、ＥＧＲモデルＭ９によってＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒが算出される（ステップＳ２０６）。そして、吸気管Ｍ５によって吸気管圧力Ｐ_ｍが算出される（ステップＳ２０７）。

以上のような手順でインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃ及び吸気管圧力Ｐ_ｍの計算が行われることで、絞りの式では吸気管圧力Ｐ_ｍの振動が発生しやすい領域でも、振動を生じさせることなく精度良く吸気管圧力Ｐ_ｍを算出することが可能となる。しかも、式（１７）によるスロットル流量ｍ_ｔの計算であれば、筒内空気量の推定精度と引き換えに計算負荷が増大してしまうこともない。

ここで、図５においてインタークーラーモデルＭ３、スロットルモデルＭ４ａ、及び吸気管モデルＭ５から構成されるモデルを、インタークーラー吸気管モデルＭ１００ａと定義する。また、図１乃至図４の各図においてインタークーラーモデルＭ３、スロットルモデルＭ４、及び吸気管モデルＭ５から構成されるモデルを、インタークーラー吸気管モデルＭ１００と定義する。各計算モデルにおけるモードの切り替えでは、前述の選択条件が満たされた場合に、インタークーラー吸気管モデルＭ１００がインタークーラー吸気管モデルＭ１００ａに切り替えられる。

特開２００６−１５２８９９号公報に記載された先行技術による装置では、インタークーラー吸気管モデルＭ１００ａに当たる部分に図１０に示すインタークーラー吸気管合体モデルが使用されている。先行技術のインタークーラー吸気管合体モデルとインタークーラー吸気管モデルＭ１００ａとを比較した場合、インタークーラー吸気管モデルＭ１００ａによれば、ＡＢＶ流量ｍ_ａｂｖの直接的な影響はインタークーラー圧力Ｐ_ｉｃの計算にのみ限定することができ、ＥＧＲ流量ｍ_ｅｇｒの直接的な影響は吸気管圧力Ｐ_ｍの計算にのみ限定することができるという特徴がある。このような特徴を備えることで、本空気量推定装置によれば、ＡＢＶやＥＧＲが作動している場合であっても、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃや吸気管圧力Ｐ_ｍの正確な計算が可能であり、ひいては、精度良く筒内空気量を推定することができる。

以上が本発明の実施の形態についての説明である。ただし、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実施の形態では、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとの圧力比が基準比よりも大きいことを圧力条件としていたが、インタークーラー圧力Ｐ_ｉｃと吸気管圧力Ｐ_ｍとの差が基準差より小さいことを圧力条件としてもよい。また、圧力条件に加えて、スロットル開度が基準開度よりも大きいことを選択条件の一つに含めてもよい。

本発明の空気量推定装置が適用される過給機付き内燃機関は、吸気通路に配置されたコンプレッサを内燃機関の出力軸から取り出した駆動力によって駆動する機械式の過給機を備えた内燃機関でもよい。また、上述の実施の形態のようなポート噴射型の内燃機関には限定されず、直噴型の内燃機関や、ポート噴射と直噴の両方が可能な内燃機関にも本発明の空気量推定装置は適用可能である。

また、本発明の空気量推定装置が適用される過給機付き内燃機関においては、インタークーラーは必須ではない。また、ＡＢＶやＥＧＲも必須ではない。ＡＢＶとＥＧＲのいずれか一方のみが設けられている内燃機関や、ＡＢＶとＥＧＲのどちらも設けられていない内燃機関にも本発明の空気量推定装置は適用可能である。また、ＥＧＲは、排気ガスを吸気管内ではなくスロットルの上流部に再循環させるものであってもよい。

Ｍ１ ターボ回転数モデル
Ｍ２ コンプレッサモデル
Ｍ３ インタークーラーモデル
Ｍ４ Ｐ_ｍ発振領域外で使用するスロットルモデル
Ｍ４ａ Ｐ_ｍ発振領域で使用するスロットルモデル
Ｍ５ 吸気管モデル
Ｍ６ 吸気弁モデル
Ｍ７ エアクリーナモデル
Ｍ８ ＡＢＶモデル
Ｍ９ ＥＧＲモデル
Ｍ１０ エアフローメータモデル
Ｍ１００ Ｐ_ｍ発振領域外で使用するインタークーラー吸気管モデル
Ｍ１００ａ Ｐ_ｍ発振領域で使用するインタークーラー吸気管モデル

Claims (4)

1. 外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路に配置されたコンプレッサと、前記コンプレッサの下流にて前記吸気通路内に配置されたスロットルと、前記吸気通路と前記気筒との接続部に配置された吸気弁と、を備える過給機付き内燃機関の空気量推定装置において、
   前記コンプレッサから前記スロットルまでの吸気通路（以下、スロットル上流部）内の空気の圧力（以下、スロットル上流圧力）と前記コンプレッサの回転速度とに基づき前記コンプレッサを通過する空気の流量（以下、コンプレッサ流量）を計算するコンプレッサ流量計算手段と、
   前記スロットル上流部内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルを用いて、前記コンプレッサ流量と前記スロットルを通過する空気の流量（以下、スロットル流量）とに基づき前記スロットル上流圧力を計算するスロットル上流圧力計算手段と、
   前記スロットル流量を計算するスロットル流量計算手段と、
   前記スロットルから前記吸気弁までの吸気通路（以下、スロットル下流部）内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルを用いて、前記スロットル流量と前記吸気弁を通過する空気の流量（以下、吸気弁流量）とに基づき前記スロットル下流部内の空気の圧力（以下、スロットル下流圧力）を計算するスロットル下流圧力計算手段と、
   前記スロットル下流圧力に基づき前記吸気弁流量を計算する吸気弁流量計算手段と、
   前記吸気弁流量に基づき前記気筒内に吸入される空気量を計算する空気量計算手段と、を備え、
   前記スロットル流量計算手段は、
   前記スロットル上流圧力と前記スロットル下流圧力と前記スロットルの開度とに基づいて絞りの式によって前記スロットル流量を計算する第１の計算手段と、
   前記コンプレッサ流量と前記吸気弁流量とに基づいて線形補間の式によって前記スロットル流量を計算する第２の計算手段と、
   前記スロットル上流圧力と前記スロットル下流圧力との差が基準差より小さいか、或いは、前記スロットル下流圧力と前記スロットル上流圧力との比が基準比より大きいという圧力条件を含む所定の選択条件を満足するか否かを判定する選択条件判定と、
   前記選択条件を満足しないと判定されるときは、前記第１の計算手段により前記スロットル流量を計算することを選択し、前記選択条件を満足すると判定されるときは、前記第２の計算手段により前記スロットル流量を計算することを選択する選択手段と、
   を含むことを特徴とする過給機付き内燃機関の空気量推定装置。
2. 前記内燃機関は、前記スロットル上流部内から外部に空気を抜き出し、或いは、前記スロットル上流部内に外部から空気を導入するアクチュエータを備え、
   前記スロットル上流圧力計算手段は、前記アクチュエータの作動に伴う前記スロットル上流部内の空気流量の増減に応じて前記スロットル上流圧力を補正するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の空気量推定装置。
3. 前記内燃機関は、前記スロットル下流部内から外部に空気を抜き出し、或いは、前記スロットル下流部内に外部から空気を導入するアクチュエータを備え、
   前記スロットル下流圧力計算手段は、前記アクチュエータの作動に伴う前記スロットル下流部内の空気流量の増減に応じて前記スロットル下流圧力を補正するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き内燃機関の空気量推定装置。
4. 前記第２の計算手段は、前記スロットル流量をｍ_ｔ、前記コンプレッサ流量をｍ_ｃｐ、前記吸気弁流量をｍ_ｃ、前記スロットル上流部の容積をＶ_ｕｓ、前記スロットル下流部の容積をＶ_ｄｓとした場合、以下の式によって前記スロットル流量を計算するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の過給機付き内燃機関の空気量推定装置。
   

   

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