KR100825694B1 - 내연기관의 공기량 추정장치 - Google Patents

Abstract

이 공기량 추정 장치는 압축기 (91a) 의 상류의 흡기통로에 배치된 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을 AFM 역 모델 (M1) 에 입력함으로써, 검출 지연이 보상된 실제로 압축기에 유입하는 공기의 유량 (압축기 유입 공기 유량) (mcmi) 을 추정한다. 이 장치는 현시점에서 실제로 압축기로부터 유출하는 공기의 유량으로서 채용하는 상기 추정된 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 과, 상기 압축기의 하류의 흡기통로 내의 공기의 거동을 물리법칙에 따라 기술한 제 1 공기 모델 (M10) 및 제 2 공기 모델 (M20) 에 따라 현시점 이후의 미래 시점의 기통내에 도입되어 있는 공기의 양 (기통 내 공기량) (KLfwd) 을 추정한다.

Description

내연기관의 공기량 추정장치{INTERNAL COMBUSTION ENGINE AIR VOLUME ESTIMATION DEVICE}

본 발명은 내연기관의 기통 내에 도입되어 있는 공기의 양을 추정하는 장치에 관한 것이다.

종래부터, 내연기관의 흡기 통로 내를 통류하는 공기의 거동을 모델화한 물리모델을 사용하여 기통 내 공기량 (내연기관의 기통 내에 도입되어 있는 공기의 양) 을 추정하는 장치가 공지되어 있다.

일본 공개특허공보 제 2003-184613 호에는 이러한 장치의 하나가 개시되어 있다. 상기 개시된 장치는 추정되는 기통 내 공기량이 스로틀 밸브의 상류의 공기 (스로틀 밸브 상류공기) 의 압력 및 온도와, 스로틀 밸브의 하류의 공기 (스로틀 밸브 하류공기) 의 압력 및 온도를 포함하는 관계식에 의해 나타내지는 물리모델을 사용한다. 따라서, 스로틀 밸브 상류 공기의 압력 및 온도가 정밀도 있게 추정되지 않으면, 기통 내 공기량을 정밀도 있게 추정할 수 없다.

그런데, 상기 종래의 장치가 적용되는 자연흡기를 실행하는 내연기관에 있어서는, 스로틀 밸브 상류 공기의 압력 및 온도는, 대기의 압력 및 온도와 대략 동일하다. 따라서, 상기 종래의 장치에서는, 스로틀 밸브의 상류의 흡기 통로에 배치된 흡기압 센서 및 흡기 온도 센서에 의해 검출된 압력 및 온도를 스로틀 밸브 상류 공기의 압력 및 온도로 각각 채용하고 있다.

한편, 몇몇 경우에, 내연기관의 최고출력을 향상시키기 위해서, 과급기는 내연기관에 제공된다. 상기 과급기는, 흡기 통로 내의 스로틀 밸브의 상류에 배치된 압축기를 포함한다. 이러한 내연기관에 있어서는, 압축기가 작동함으로써, 이 압축기의 하류의 공기 (스로틀 밸브 상류공기) 가 압축되기 때문에, 스로틀 밸브 상류 공기의 압력 및 온도는 대기의 압력 및 온도와 비교하여 급격히 변화한다. 따라서, 흡기압 센서 및 흡기 온도 센서에 의해 검출된 압력 및 온도를 스로틀 밸브 상류 공기의 압력 및 온도로서 각각 채용하면, 기통 내 공기량을 정확하게 추정하지 못할 우려가 있다.

이 때문에, 압축기로부터 스로틀 밸브까지 뻗어있는 흡기통로 (스로틀 밸브 상류부) 내의 공기에 관한 보존 법칙에 따라 물리모델을 구축하여, 이 구축된 물리모델에 의해 스로틀 밸브 상류공기의 압력 및 온도를 추정하는 방안을 생각할 수 있다. 일반적으로, 어떤 공간 내의 공기에 관한 보존 법칙에 따라 구축된 물리모델에 의하면, 이 공간 내의 공기의 압력 및 온도는, 이 공간에 유입하는 공기의 유량을 포함하는 관계식에 의해 표현된다. 따라서, 상기 물리 모델에 의해, 스로틀 밸브 상류 공기의 압력 및 온도를 정확히 추정하기 위해서는, 압축기로부터 유출하는 공기의 유량 (압축기 유출 공기 유량) 을 정확히 구할 필요가 있다.

그런데, 이 압축기 유출 공기 유량은, 압축기에 유입하는 공기의 유량인 압축기 유입 공기 유량과 같다고 생각할 수 있다. 따라서, 일반적으로 압축기의 상류의 흡기통로에 배치되어 있는 열선식 공기 유량계를 사용하여 압축기 유입 공기 유량을 검출하여, 검출된 압축기 유입 공기 유량을 압축기 유출 공기 유량으로서 채용함으로써, 압축기 유출 공기 유량을 구할 수 있다.

그러나, 열선식 공기 유량계에 의해 검출되는 공기의 유량은, 실제의 공기의 유량에 대하여, 공기와 열선 사이에서 열이 전달되는데 요구되는 시간 및 열선을 가열하는데 요구되는 시간 등에 기인하는 시간 지연을 수반한다. 이러한 검출 지연은, 열선식 공기 유량계가 사용될 때 뿐만 아니라 다른 방식의 공기 유량계가 사용될 때에도 발생한다. 따라서, 운전상태 (부하 및 엔진 회전 속도 등) 가 변화하는 과도 시 등, 압축기 유입 공기 유량이 짧은 시간내에 변화하는 경우, 공기 유량계에 의해 검출되는 압축기 유입 공기 유량은, 실제의 압축기 유입 공기 유량과 크게 다르기 때문에, 이 검출된 압축기 유입 공기유량을 압축기 유출 공기 유량으로서 채용하더라도, 스로틀 밸브 상류공기의 압력 및 온도를 높은 정확도로 추정할 수 없다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 일 목적은, 공기 유량계의 검출 지연을 보상하는 공기 유량계 역모델 (inverse model) 을 사용하여 압축기 유입 공기 유량을 정확히 추정함으로써, 기통 내 공기량을 정확히 추정할 수 있는 과급기를 구비한 내연기관용 공기량 추정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 내연기관용 공기량 추정장치는, 외부 공기를 기통 내에 도입하는 흡기 통로와, 상기 흡기 통로에 배치되어 이 흡기 통로 내의 공기를 압축하는 압축기를 갖는 과급기를 구비하는 내연기관에 적용된다. 상기 공기량 추정 장치는 상기 기통 내에 도입되어 있는 공기의 양인 통 내 공기량을 추정한다.

또한, 이 공기량 추정 장치는, 공기 유량계와, 압축기 유입 공기 유량추정 수단과, 기통 내 공기량 추정 수단을 포함한다.

공기 유량계는, 상기 압축기의 상류에서 상기 흡기통로에 배치된다. 상기 공기 유량계는 입력량으로서의 상기 흡기통로를 통과하는 공기의 유량을 출력량으로서의 전기적인 물리량으로 변환하여 출력한다.

압축기 유입 공기 유량 추정 수단은, 상기 공기 유량계의 입력량과 출력량과의 관계를 기술하는 공기 유량계의 순모델 (forward model) 에 반대되는 역모델 (inverse model) 을 포함하며, 상기 순모델의 출력량을 입력량으로서 상기 역모델에 제공할 때, 상기 역모델이 상기 순모델의 대응 입력량을 출력량으로서 출력하도록 구성되어 있다. 상기 압축기 유입 공기 유량 추정 수단은, 상기 공기 유량계가 실제로 출력하고 있는 상기 전기적인 물리량을 상기 역모델에 상기 역모델의 입력량으로서 제공함으로써 상기 역모델의 출력량을 현시점에서 실제로 상기 압축기에 유입하고 있는 공기의 유량인 압축기 유입 공기 유량으로서 취득한다.

기통 내 공기량 추정 수단은, 상기 압축기로부터 상기 흡기 통로 내로 유출하는 공기의 유량인 압축기 유출 공기 유량을 사용하여 상기 압축기의 하류의 상기 흡기 통로 내의 공기의 거동을 물리법칙에 따라서 기술한 공기 모델을 포함한다. 상기 기통 내 공기량 추정 수단은 상기 취득된 현시점의 압축기 유입 공기 유량을 현시점의 상기 압축기 유출 공기유량으로서 상기 공기 모델에 적용하여 상기 기통 내 공기량을 추정한다.

이러한 구성에 의하면, 실제로 압축기에 유입하고 있는 공기의 유량인 압축기 유입 공기 유량에 대한 공기 유량계의 검출 지연이 보상된다. 따라서, 정확히 현시점의 압축기 유입 공기 유량을 추정할 수 있다. 또한, 추정된 현시점의 압축기 유입 공기 유량이 현시점에서 압축기로부터 유출하는 공기의 유량인 압축기 유출 공기 유량으로서 상기 공기 모델에게 적용되어, 기통 내 공기량이 추정된다. 이 결과, 기통 내 공기량을 정확히 추정할 수 있다.

이 경우, 상기 기통 내 공기량 추정 수단의 공기모델은, 상기 압축기에 의해 상기 압축기를 통과하는 공기에 제공되는 에너지가 적용되는 압축기를 사용하여 상기 공기의 거동을 설명하며, 압축기 부여 에너지는 상기 압축기의 회전속도에 따라 변경되며,

상기 기통 내 공기량 추정 수단은,

상기 압축기 유출 공기 유량과 상기 압축기의 회전속도의 관계인 압축기 작동 상태 관계를 미리 기억하는 압축기 작동 상태 관계 기억 수단과,

상기 저장된 압축기 작동 상태 관계와, 상기 공기 모델에 적용된 현시점의 압축기 유출 공기 유량에 따라서 현시점의 상기 압축기의 회전속도를 구하기 위한 압축기 회전 속도 취득 수단과,

상기 취득된 현시점의 압축기의 회전속도에 따라서 현시점의 상기 압축기 부여 에너지를 추정하기 위한 압축기 부여 에너지 추정 수단을 포함하고,

상기 추정된 현시점의 압축기 부여 에너지를 상기 공기 모델에게 적용하여 상기 기통 내 공기량을 추정하는 가장 바람직하다.

상기 공기 모델은, 압축기의 하류의 흡기 통로 내의 공기의 거동을 에너지 보존 법칙 및 질량 보존 법칙 등의 물리법칙에 따라서 기술한 모델이다. 그런데, 압축기를 통과하여 압축기의 하류의 흡기 통로 내로 유입하는 공기에는, 에너지 (압축기 부여 에너지) 가 부여된다. 이 압축기 부여 에너지는, 상기 공기 모델에 있어서 고려된다. 따라서, 압축기 부여 에너지를 정확히 추정하지 않으면, 상기 공기 모델에 의해 기통 내 공기량을 정확히 추정할 수 없다.

한편, 압축기 유출 공기 유량과 압축기 회전속도는 밀접한 관계에 있다. 또한, 압축기의 회전속도와 압축기 부여 에너지는 밀접한 관계에 있다. 따라서, 상기 구성과 같이, 현시점의 압축기 유출 공기 유량에 따라서 현시점의 압축기의 회전 속도를 취득하고, 상기 취득된 현시점의 압축기의 회전속도에 따라서 현시점의 압축기 부여 에너지를 추정하는 경우에, 상기 압축기 부여 에너지를 정확히 추정할 수 있다. 그래서, 상기 추정된 현시점의 압축기 부여 에너지에 따라서 기통 내 공기량이 추정된다. 결과적으로, 기통 내 공기량을 정확히 추정할 수 있다.

또한, 본 장치에 따른 내연기관용 공기량 추정 장치는, 외부 공기를 기통 내에 도입시키기 위한 흡기 통로와, 상기 흡기통로에 배치되어 상기 흡기통로 내의 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 과급기와, 상기 과급기의 하류에서 상기 흡기통로 내에 배치되어 상기 흡기 통로 내를 통류하는 공기의 양을 변경하도록 개방도를 조정가능한 스로틀 밸브를 구비하는 내연기관에 적용된다. 상기 공기량 추정장치는 상기 기통 내에 도입되어 있는 공기의 양인 기통 내 공기량을 추정한다.

또한, 상기 공기량 추정 장치는, 공기 유량계와, 압축기 유입 공기 유량 추정 수단과, 기통 내 공기량 추정 수단을 포함한다.

공기 유량계는, 상기 압축기의 상류의 상기 흡기 통로에 배치된다. 상기 공기 유량계는 상기 흡기 통로를 통과하는 입력량으로서의 공기의 유량을, 출력량으로서의 전기적인 물리량으로 변환하여 출력한다.

압축기 유입 공기 유량 추정 수단은, 상기 공기 유량계의 입력량과 출력량과의 관계를 설명한 공기 유량계의 순모델에 반대되는 역모델을 포함하며, 또한 상기 순모델의 출력량을 입력량으로서 상기 역모델에 제공할 때, 상기 역모델이 상기 순모델의 대응 입력량을 출력량으로서 출력하도록 구성된다. 상기 압축기 유입 공기 유량 추정 수단은, 상기 공기 유량계가 실제로 출력하고 있는 상기 전기적인 물리량을 상기 역모델에 상기 역모델의 입력량으로서 제공함으로써 상기 역모델의 출력량을 현시점에서 실제로 상기 압축기에 유입하고 있는 공기의 유량인 압축기 유입 공기 유량으로서 취득한다.

상기 기통 내 공기량 추정 수단은, 적어도 상기 스로틀 밸브의 개방도와, 상기 압축기로부터 상기 흡기 통로 내로 유출하는 공기의 유량인 압축기 유출 공기 유량을 사용하여, 상기 압축기의 하류의 상기 흡기 통로 내의 공기의 거동을 물리법칙에 따라서 설명한 공기모델과, 현시점 이후의 미래 시점에서 상기 스로틀 밸브의 개방도를 추정하는 스로틀 밸브 개방도 추정 수단과, 상기 취득된 현시점의 압축기 유입 공기 유량에 따라서 상기 미래 시점에서 상기 압축기 유출 공기 유량을 추정하는 압축기 유출 공기 유량 추정 수단을 포함하며, 상기 기통 내 공기량 추정 수단은 상기 미래 시점의 스로틀 밸브의 추정된 개방도와, 상기 미래 시점의 추정된 압축기 유출 공기 유량을 상기 공기 모델에게 적용함으로써 상기 미래 시점의 상기 기통 내 공기량을 추정한다.

이러한 구성에 의하면, 실제의 압축기 유입 공기 유량에 대한 공기 유량계의 검출 지연이 보상된다. 따라서, 높은 정밀도로 현시점의 압축기 유입 공기 유량을 추정할 수 있다. 또한, 추정된 현시점의 압축기 유입 공기 유량에 따라서 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량이 추정되며, 상기 추정된 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량이 공기 모델에 적용됨으로써, 기통 내 공기량이 추정된다. 결과적으로, 현시점보다 상기 미래 시점의 기통 내 공기량을 정확히 추정할 수 있다.

이 경우, 이 공기량 추정 장치는,

현시점의 상기 압축기의 하류의 상기 흡기 통로 내의 공기의 압력인 압축기하류압력을 추정하기 위한 현재 압축기 하류 압력 추정 수단을 포함하며,

상기 기통 내 공기량 추정 수단은,

현시점 이후의 미래 시점에서 상기 압축기 하류 압력을 추정하는 장래 압축기 하류 압력 추정 수단을 포함하며,

상기 기통 내 공기량 추정 수단의 압축기 유출 공기 유량 추정 수단은 상기 압축기 유출 공기 유량과, 상기 압축기 하류 압력과, 상기 압축기의 회전속도의 관계인 압축기 작동 상태 관계를 미리 기억하는 압축기 작동 상태 관계 기억 수단과,

상기 기억된 압축기 작동 상태 관계와, 현시점의 압축기 유출 공기 유량으로서 채용한 상기 취득된 현시점의 압축기 유입 공기 유량과, 상기 추정된 현시점의 압축기 하류 압력에 따라서 현시점의 상기 압축기의 회전속도를 취득하는 압축기 회전 속도 취득 수단과,

상기 기억된 압축기 작동 상태 관계와, 상기 미래 시점의 압축기 하류 압력과, 상기 미래 시점의 압축기의 회전속도로서 채용한 상기취득된 현시점의 압축기의 회전속도에 따라서, 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기유량을 취득하는 장래 압축기 유출 공기유량 취득 수단을 포함하며,

여기서, 상기 기통 내 공기량 추정 수단은, 상기 추정된 미래 시점의 압축기 하류 압력과, 상기 취득된 미래 시점의 압축기 유출 공기유량을 사용하여 상기 미래 시점의 기통 내 공기량을 추정한다.

압축기 유출 공기 유량과, 압축기 하류 압력 (압축기의 하류의 흡기 통로 내의 공기의 압력) 과, 압축기의 회전속도는 밀접한 상관관계가 있다. 따라서, 압축기 유출 공기 유량과, 압축기 하류 압력과, 압축기의 회전속도의 관계인 압축기 작동 상태 관계를 상기 구성과 같이, 미리 기억시켜 놓음으로써, 상기 기억된 압축기 작동 상태 관계와, 추정된 현시점의 압축기 하류 압력과, 현시점의 압축기유출 공기 유량에 따라서 현시점의 압축기의 회전속도를 취득할 수 있다.

또한, 압축기의 회전 속도는, 짧은 시간 내에서는 거의 변화하지 않는다. 따라서, 상기 취득된 현시점의 압축기의 회전 속도를 상기 미래 시점의 압축기의 회전속도로서 취급한다면, 상기 기억된 압축기 작동 상태 관계와, 추정된 미래 시점의 압축기 하류 압력과, 상기 미래 시점의 압축기의 회전속도에 따라서 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량을 정확히 추정할 수 있다. 또한, 상기 추정된 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량에 따라서 상기 미래 시점의 기통 내 공기량이 추정된다. 결과적으로, 상기 미래 시점의 기통 내 공기량을 정확히 추정할 수 있다.

이 경우, 상기 기통 내 공기량 추정 수단의 압축기 유출 공기 유량 추정 수단은,

상기 기억된 압축기 작동 상태 관계와, 상기 추정된 현시점의 압축기 하류 압력과, 상기 취득된 현시점의 압축기 회전 속도에 따라서 현시점의 압축기 유출 공기 유량을 취득하는 현재 압축기 유출 공기 유량 취득 수단과,

현시점의 압축기 유출 공기 유량으로서의 상기 압축기 유입 공기 유량 추정 수단에 의해 취득된 현시점의 압축기 유입 공기 유량 (a) 과, 상기 현재 압축기 유출 공기 유량 취득 수단에 의해 취득된 현시점의 압축기 유출 공기 유량 (b) 의 비에 따라서, 상기 장래 압축기 유출 공기 유량 취득수단에 의해 취득된 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량을 보정하는 장래 압축기 유출 공기 유량 보정 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 기억된 압축기 작동 상태 관계가 테이블에 의해 주어지는 경우, 상기 테이블을 구성하는 전체 데이터로부터 원하는 데이터를 검색하는데 요구되는 시간을 단축함과 동시에, 전체 데이터의 기억 영역을 축소시키기 위해서, 상기 테이블을 구성하는 데이터 수를 적게 하는 것이 바람직하다. 그런데, 압축기의 회전속도의 변화하는 범위는 매우 넓다. 따라서, 압축기 회전속도를 소정의 양 씩 변화시키는 동작을 반복하여 테이블을 작성할 때에, 상기 소정의 값을 크게함으로써 테이블의 데이터 수를 감소시키는 것을 고려할 수 있다.

그러나, 그 소정의 값을 크게하면, 테이블을 사용하여 취득되는 압축기의 회전속도에 포함되는 오차가 커진다. 따라서, 상기 취득된 압축기의 회전속도와, 상기 테이블에 따라서 압축기 유출 공기 유량을 취득하면, 상기 취득된 압축기유출 공기 유량에 포함되는 오차도 커진다는 문제가 있다.

그런데, 상기 오차를 포함하는 압축기의 회전속도 및 상기 테이블을 사용하여 취득된 현시점의 압축기 유출 공기 유량 및 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기유량에는, 상기 압축기의 회전속도에 포함되는 오차의 영향이 동일하게 나타난다. 바뀌 말하면, 현시점과 기통 내 공기량이 추정된 미래 시점 사이의 짧은 시간 내에서는, 상기 테이블를 사용하여 취득되는 오차를 포함하는 압축기 유출 공기 유량과, 참된 압축기 유출 공기 유량의 비는, 그다지 크게 변화하지 않는다고 고려될 수 있다.

따라서, 상기 구성과 같이, 압축기 작동 상태 관계를 나타내는 테이블을 사용하여 얻어진 압축기의 회전속도와 상기 테이블에 따라서 취득된 현시점의 압축기 유출 공기 유량과, 참된 압축기 유출 공기 유량으로서의 상기 추정된 현시점의 압축기 유입 공기 유량의 비에 따라서, 상기 취득된 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량을 보정한다. 그 결과, 테이블의 데이터 수를 증가시키지 않고 상기 미래 시점의 압축기유출 공기 유량을 정확히 추정할 수 있다.

상술한 모든 공기량 추정 장치에 있어서, 상기 압축기 유입 공기 유량 추정수단은,

소정의 입력량으로부터 소정의 피드백 양을 뺀 값을 PID 제어기에 입력하여, 상기 PID 제어기로부터 출력된 양을 상기 공기 유량 모델의 순모델에 상기 순모델의 입력량으로서 입력함과 동시에, 상기 순모델의 출력량을 상기 소정의 피드백 양으로 하는 피드팩 루프를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 압축기 유입 공기 유량 추정 수단은, 상기 소정의 입력량으로서 상기 공기 유량계가 실제로 출력하고 있는 상기 전기적인 물리량을 제공함으로써 상기 PID 제어기로부터 출력된 양을 상기 역모델의 출력량으로서 취득하도록 구성되는 것이 가장 바람직하다.

공기 유량계의 순모델의 전달 함수를 (H) 로 하면, 상기한 바와 같이 구성된 역모델의 전달함수는, PID 제어기를 적절히 설정함으로써, 1/H 에 충분히 근접한 함수가 된다. 따라서, 순모델이 복잡하기 때문에, 수학적으로 엄밀한 역모델을 구축할 수 없는 경우에도, 충분히 정확한 역모델을 용이하게 구축할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 내연기관의 공기량 추정 장치는, 외부 공기를 기통 내에 도입하는 흡기 통로와, 상기 흡기 통로에 배치되어 상기 흡기 통로 내의 공기를 압축하는 압축기를 갖는 과급기와, 상기 과급기의 하류에서 상기 흡기 통로 내에 배치되어 상기 흡기 통로 내를 통류하는 공기의 양을 변경하도록 개방도를 조정가능한 스로틀 밸브를 구비하는 내연기관에 적용된다. 상기 공기량 추정 장치는 상기 기통 내에 도입되어 있는 공기의 양인 기통 내 공기량을 추정한다.

또한, 상기 공기량 추정 장치는, 스로틀 위치 센서와, 스로틀 밸브 개방도 산출 수단과, 공기 유량계와, 공기 유량계 출력량 기억 수단과, 압축기유입 공기 유량 추정 수단과, 기통 내 공기량 추정 수단을 구비한다.

스로틀 위치 센서는, 입력량으로서의 상기 스로틀 밸브의 개방도를 출력량으로서의 제 1 전기적인 물리량으로 변환하여 출력한다.

스로틀 밸브 개방도 산출 수단은, 제 1 소정시간의 경과마다 상기 스로틀 위치 센서로부터 실제로 출력하고 있는 상기 제 1 의 전기적인 물리량을 취득하여, 상기 취득된 제 1 전기적인 물리량에 따라서, 상기 취득된 제 1 전기적인 물리량이 상기 스로틀 위치 센서로부터 출력될 때의 실제의 상기 스로틀 밸브의 개방도를 산출한다.

공기 유량계는, 상기 압축기의 상류의 상기 흡기 통로에 배치된다. 상기 공기 유량계는 상기 흡기 통로를 통과하는 입력량으로서의 공기의 유량을, 출력량으로서의 제 2 전기적인 물리량으로 변환하여 출력한다.

공기 유량계 출력량 기억 수단은, 제 2 소정 시간의 경과마다 상기 공기 유량계로부터 실제로 출력하고 있는 상기 제 2 전기적인 물리량을 취득하여, 상기 취득된 제 2 전기적인 물리량을 기억한다.

압축기 유입 공기 유량 추정 수단은, 상기 공기 유량계의 입력량과 출력량과의 관계를 설명한 공기 유량계의 순모델에 반대되는 역모델이며, 상기 순모델의 출력량을 입력량으로서 상기 역모델에 제공할 때, 상기 역모델이 상기 순모델의 대응 입력량을 출력량으로서 출력하는 역모델을 구비하도록 구성되어 있다. 현시점 이전에 산출되어 있는 최신의 상기 실제의 스로틀 밸브의 개방도에 대응하는 상기 제 1 전기적인 물리량을 상기 스로틀 위치 센서가 출력하는 시점 근방의 시점에서 상기 공기 유량계 출력량 기억 수단에 의해 기억된 상기 제 2 전기적인 물리량을 상기 역모델에 상기 역모델의 입력량으로서 제공함으로써 상기 역모델의 출력량을 현시점에서 실제로 상기 압축기에 유입하고 있는 공기의 유량인 압축기 유입 공기유량으로서 취득한다.

기통 내 공기량 추정 수단은, 적어도 상기 스로틀 밸브의 개방도와, 상기 압축기로부터 상기 흡기 통로 내에 유출하는 공기의 유량인 압축기 유출 공기유량을 사용하여, 상기 압축기의 하류의 상기 흡기 통로내의 공기의 거동을 물리법칙에 따라 기술한 공기모델을 포함한다. 상기 기통 내 공기량을 추정하기 위해서, 현시점의 상기 스로틀 밸브의 개방도로서 상기 현시점 이전에 산출되어 있는 최신의 실제의 스로틀 밸브의 개방도를 상기 공기 모델에 적용하고, 현시점의 상기 압축기 유출 공기 유량으로서 채용한 상기 취득된 현시점의 압축기 유입 공기 유량을 상기 공기 모델에 적용한다.

제 1 전기적인 물리량 (스로틀 위치 센서의 출력량) 이 출력되는 시점과 상기 제 1 전기적인 물리량에 따라서 실제의 스로틀 밸브의 개방도가 산출되는 시점 간의 스로틀 밸브 개방도 산출 시간은, 여러 가지의 계산에 따른 보정 등이 행하여지기 때문에, 제 2 전기적인 물리량 (공기 유량계의 출력량) 이 출력되는 시점과 상기 제 2 전기적인 물리량에 따라서 실제의 압축기 유입 공기유량이 취득되는 시점 간의 압축기 유입 공기 유량 추정 시간보다 길다.

따라서, 실제의 스로틀 밸브의 개방도가 산출된 시점이, 실제의 압축기 유입 공기 유량이 취득된 시점과 대략 동일한 시점이더라도, 상기 실제의 스로틀 밸브의 개방도를 산출하는 기준이 된 스로틀 위치 센서의 출력량 (제 1 전기적인 물리량) 이 출력된 시점은, 상기 실제의 압축기 유입 공기 유량을 취득하는 기준이 된 공기 유량계의 출력량 (제 2 전기적인 물리량) 이 출력된 시점보다, 상기 스로틀 밸브 개방도 산출 시간과 상기 압축기 유입 공기 유량 추정 시간과의 차만큼 앞선 시점이 된다.

따라서, 현시점 이전에 취득되어 있는 최신의 공기 유량계의 출력량에 따라서 실제의 압축기 유입 공기 유량을 취득함과 동시에, 상기 취득된 실제의 압축기 유입 공기 유량과, 현시점 이전에 산출되어 있는 최신의 실제의 스로틀 밸브의 개방도를 공기 모델에 적용하면, 서로 다른 시점에서 출력된 전기적인 물리량에 각각 따르는 스로틀 밸브의 개방도 및 압축기 유입 공기 유량은 상기 공기 모델에 적용된다. 따라서, 정확히 기통 내 공기량을 추정할 수 없다.

이에 반하여, 상기 구성에 따르면, 소정시간의 경과마다 공기 유량계의 출력량이 기억되며, 현시점에서 산출되어 있는 최신의 실제의 스로틀 밸브의 개방도를 산출하는 기준이 된 스로틀 위치 센서의 출력량이 출력된 시점의 근방의 시점에서 기억된 공기 유량계의 출력량에 따라서 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유량이 취득된다.

또한, 상기 현시점 이전에 산출되어 있는 최신의 실제의 스로틀 밸브의 개방도와, 상기 취득된 현시점의 압축기 유입 공기 유량이 공기 모델에게 적용된다. 이러한 구성에 의해, 서로 근접한 시점에서 출력된 전기적인 물리량에 각각 따르는 스로틀 밸브의 개방도 및 압축기 유입 공기 유량을 상기 공기모델에 적용할 수 있다. 결과적으로 정확히 기통 내 공기량을 추정할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 따른 공기량 추정 장치를 불꽃 점화 방식 다기통 내연기관에 적용한 시스템의 개략구성도.

도 2 는, 도 1 에 나타낸 공기 유량계의 개략 사시도.

도 3 는, 도 2 에 나타낸 공기 유량계의 열선 측정부의 확대 사시도.

도 4 는, 스로틀 밸브 개방도를 제어함과 동시에 기통 내 공기량을 추정하기 위한 논리 및 각종 모델의 기능 블럭도.

도 5 는, 도 4 에 나타낸 AFM 역모델의 상세한 기능 블럭도.

도 6 는, 도 4 에 나타낸 제 1 공기모델의 상세한 기능 블록도.

도 7 는, 도 1 에 나타낸 CPU 가 참조하는 테이블로서, 압축기 유출 공기 유량과 인터쿨러부 내 압력을 흡기압력으로 나눈 값과, 압축기 회전 속도와의 관계를 규정한 테이블.

도 8 은, 도 1 에 나타낸 CPU 가 참조하는 테이블로서, 압축기 유출 공기 유량과 압축기 회전 속도와 압축기 효율과의 관계를 규정한 테이블.

도 9 는, 도 1 에 나타낸 CPU가 참조하는 테이블로서, 엑셀 패달 조작량과 목표 스로틀 밸브 개방도와의 관계를 규정한 테이블을 나타낸 도면.

도 10 는, 잠정 목표 스로틀 밸브 개방도, 목표 스로틀 밸브 개방도 및 예측스로틀 밸브 개방도의 변화를 나타낸 타임차트.

도 11 는, 예측 스로틀 밸브 개방도를 산출할 때에 사용되는 함수를 나타낸 그래프.

도 12 는, 도 4 에 나타낸 제 2 공기 모델의 상세한 기능 블럭도.

도 13 는, 도 1 에 나타낸 CPU 가 스로틀 밸브 개방도를 추정하도록 실행하는 프로그램을 나타낸 순서도.

도 14 는, 도 1 에 나타낸 CPU 가 제 1 공기모델에 의해 압축기 회전 속도를 추정하도록 실행하는 프로그램을 나타낸 순서도.

도 15 는, 도 1 에 나타낸 CPU 가 실제의 스로틀 밸브 개방도에 따라서 스로틀 통과 공기 유량을 추정하도록 실행하는 프로그램을 나타낸 순서도.

도 16 는, 도 1 에 나타낸 CPU 가 실제의 압축기 유입 공기 유량을 추정하도록 실행하는 프로그램을 나타낸 순서도.

도 17 는, 도 1 에 나타낸 CPU 가 압축기 회전 속도 및 압축기 부여 에너지를 추정하도록 실행하는 프로그램을 나타낸 순서도.

도 18 은, 도 1 에 나타낸 CPU 가 제 2 공기 모델에 의해 기통 내 공기량을 추정하도록 실행하는 프로그램을 나타낸 순서도.

도 19 는, 도 1 에 나타낸 CPU 가 추정된 스로틀 밸브 개방도에 따라서 스로틀 통과 공기 유량을 추정하도록 실행하는 프로그램을 나타낸 순서도.

도 20 는, 스로틀 밸브 개방도 유지 추정 유지 가능 시점, 소정의 시간 간격 (△t0), 이전 추정 시점 (t1) 및 이번 추정 시점 (t2) 의 관계를 나타낸 모식도.

도 21 는, 도 1 에 나타낸 CPU 가 압축기 유출 공기 유량 및 압축기 부여 에 너지를 추정하도록 실행하는 프로그램을 나타낸 순서도.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 의한 내연기관의 공기량 추정장치의 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 실시형태에 따른 상기 공기량 추정장치를 불꽃 점화 방식 다기통 (4기통) 내연기관에 적용한 시스템의 개략구성을 나타내고 있다. 또, 도 1 은, 특정 기통의 단면만을 나타내고 있지만, 다른 기통도 동일한 구성을 갖고 있다.

이 내연기관 (10) 은, 기통 블럭, 기통 블럭 하부 케이스 및 오일 팬 등을 포함하는 기통 블럭부 (20) 와, 이 기통 블럭부 (20) 의 위에 고정되는 기통 헤드부 (30) 와, 상기 기통 블럭부 (20) 에 연료와 공기로 이루어지는 혼합기를 공급하기 위한 흡기계통 (40) 과, 기통 블럭부 (20) 로부터의 배기 가스를 외부로 방출하기 위한 배기계통 (50) 을 포함한다.

기통 블럭부 (20) 는, 기통 (21), 피스톤 (22), 커넥팅 로드 (23) 및 크랭크 축 (24) 을 포함한다. 각각의 피스톤 (22) 은 기통 (21) 내를 왕복 운동한다. 피스톤 (22) 의 왕복운동이 대응 커넥팅 로드 (23) 를 통하여 크랭크 축 (24) 에 전달되며, 이에 의해 상기 크랭크축 (24) 이 회전한다. 기통 (21), 피스톤 (22) 의 헤드 및 기통 헤드부 (30) 는, 연소실 (기통) (25) 을 형성한다.

기통 헤드부 (30) 는, 연소실 (25) 과 연통된 흡기 포트 (31), 이 흡기 포트 (31) 를 개폐하는 흡기 밸브 (32), 흡기 밸브 (32) 를 구동하는 흡기 캠 샤프트를 포함함과 동시에 상기 흡기 캠 샤프트의 위상 각을 연속적으로 변경하는 가변 흡기 타이밍 장치 (33), 이 가변 흡기 타이밍 장치 (33) 의 액츄에이터 (33a), 연소실 (25) 과 연통된 배기 포트 (34), 이 배기 포트 (34) 를 개폐하는 배기 밸브 (35), 이 배기밸브 (35) 를 구동하는 배기 캠 샤프트 (36), 점화 플러그 (37), 점화 플러그 (37) 에 제공하는 고전압을 발생시키는 점화 코일을 포함하는 점화기 (38) 및 연료를 흡기포트 (31) 내에 분사하는 인젝터 (39) 를 구비하고 있다.

흡기계통 (40) 은, 흡기포트 (31) 과 연통된 흡기 매니 폴드 (41), 이 흡기 매니 폴드 (41) 에 연통된 서지 (surge) 탱크 (42), 이 서지 탱크 (42) 에 일단부가 접속되며 흡기포트 (31) 와 흡기 매니 폴드 (41) 와 서지 탱크 (42) 와 함께 흡기통로를 형성하는 흡기덕트 (43), 이 흡기덕트 (43) 의 타단부로부터 하류 측 (서지 탱크 (42)) 을 향하여 순서대로 흡기덕트 (43) 에 배치된 에어 필터 (44), 과급기 (91) 의 압축기 (91a), 인터쿨러 (45), 스로틀 밸브 (46) 및 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 를 구비하고 있다. 또, 압축기 (91a) 의 출구 (하류) 로부터 스로틀 밸브 (46) 까지 뻗어있는 흡기통로는, 인터쿨러 (45) 와 함께, 스로틀 밸브 상류부로서의 인터쿨러부를 구성하고 있다. 또한, 스로틀 밸브 (46) 로부터 흡기 밸브 (32) 까지 뻗어있는 흡기통로는 흡기관부 (스로틀 밸브 하류부) 를 형성한다.

인터쿨러 (45) 는 공냉식이고, 흡기통로를 관류하는 공기를 내연기관 (10) 의 외부의 공기에 의해 냉각하게 되어 있다.

스로틀 밸브 (46) 는 흡기덕트 (43) 에 회전가능하게 지지된다. 스로틀 밸브 (46) 의 개방도는 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 에 의해 구동되는 스로틀 밸브 (46) 에 의해 조정될 수 있다. 그래서, 스로틀 밸브 (46) 는, 흡기 덕트 (43) 의 통로 단면적을 변경가능 하게 된다. 스로틀 밸브 (46) 의 개방도 (스로틀 밸브 개방도) 는, 스로틀 밸브 (46) 가 통로 단면적을 최소로 하는 위치로부터 스로틀 밸브 (46) 가 회전된 각도에 의해 정의된다.

DC 모터로 이루어지는 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 는, 후술하는 전기 제어 장치 (70) 가 후술하는 전자 제어 스로틀 밸브 논리의 기능을 달성함으로써 송출되는 구동신호에 따라, 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 가 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 에 일치하도록 스로틀 밸브 (46) 를 구동시킨다.

배기계통 (50) 은, 배기포트 (34) 에 연통하고 이 배기포트 (34) 와 함께 배기통로를 형성하는 배기 매니폴더를 포함하는 배기관 (51), 이 배기관 (51) 내에 배치된 과급기 (91) 의 터빈 (91b) 및 터빈 (91b) 의 하류에서 배기관 (51) 에 배치된 삼원 촉매 장치 (52) 를 포함한다.

이러한 배치에 의해, 과급기 (91) 의 터빈 (9lb) 은 배기 가스의 에너지에 의해 회전한다. 더욱이, 터빈 (91b) 은, 샤프트를 통하여 흡기계통 (40) 의 압축기 (91a) 와 연결되어 있다. 따라서, 흡기계통 (40) 의 압축기 (91a) 가 흡기통로 내의 공기를 압축하도록 터빈 (91b) 과 함께 회전한다. 즉, 과급기 (91) 는, 배기 가스의 에너지를 이용하여 내연기관 (10) 내로 공기를 과급하도록 되어 있다.

한편, 이 시스템은, 열선식 (熱線式) 의 공기 유량계 (61), 흡기 온도 센서 (62), 흡기압 센서 (63), 스로틀 위치 센서 (64), 캠 위치 센서 (65), 크랭크 위치 센서 (66), 작동 상태량 취득 수단로서의 액셀러레이터 개방도 센서 (67) 및 전기 제어 장치 (70) 를 포함한다.

공기 유량계 (61) 는, 개략 사시도인 도 2 에 나타낸 바와 같이, 흡기덕트 (43) 를 관류하는 공기의 일부가 유입하는 바이패스 통로와, 이 바이패스 통로에 배치된 열선 측정부 (61a) 와, 이 열선 측정부 (61a) 에 연결된 신호 처리부 (61b) 를 포함한다.

열선 측정부 (61a) 는, 그 확대 사시도인 도 3 에 나타낸 바와 같이, 백금 열선으로 이루어지는 흡기온도 계측용 저항 (보빈부) (61a1) 와, 상기 흡기온도 계측용 저항 (61a1) 을 상기 신호처리부 (61b) 에 연결하여 그 저항 (61a1) 을 유지하는 지지부 (61a2) 와, 가열용 저항 (히터) (61a3) 와, 이 가열용 저항 (61a3) 을 상기 신호처리부 (61b) 에 연결하여 그 저항 (61a3) 을 유지하는 지지부 (61a4) 를 포함한다.

신호 처리부 (61b) 는, 흡기 온도 계측용 저항 (61a1) 과 가열용 저항 (61a3) 을 포함하는 브릿지 회로를 구비하며, 이 브릿지 회로에 의해, 흡기 온도 계측용 저항 (61a1) 과 가열용 저항 (61a3) 과의 온도차를 항상 일정히 유지하도록 상기 가열용 저항 (61a3) 에 공급되는 전력을 조정함과 동시에, 이 공급되는 전력을 전압 (Vafm) 으로 변환하여 출력한다.

이러한 구성에 의해, 공기 유량계 (61) 는, 입력량으로서의 흡기통로 (흡기덕트 (43)) 를 통과하는 공기의 유량을, 전기적인 물리량 (출력량) 인 상기 전압 (Vafm) 으로 변환하여 출력한다.

흡기 온도 센서 (62) 는, 공기 유량계 (61) 내에 구비되고 있으며, 흡입 공기의 온도 (흡기 온도) 를 검출하여, 흡기 온도 (Ta) 를 나타내는 신호를 출력한다. 흡기압 센서 (63) 는, 흡입공기의 압력 (흡기압력) 을 검출하여, 흡기압력 (Pa) 를 나타내는 신호를 출력하도록 되어 있다.

스로틀 위치 센서 (64) 는, 입력량으로서의 스로틀 밸브 (46) 의 개방도 (스로틀 밸브 개방도) 를, 스로틀 밸브 개방도에 따라 변하는 전기적인 물리량 (출력량) 인 전압 (Vta) 으로 변환하여 출력한다.

캠 위치 센서 (65) 는, 흡기 캠 샤프트가 90°회전할 때마다 (즉, 크랭크축 (24) 이 180°회전할 때마다) 하나의 펄스를 갖는 신호 (G2 신호) 를 발생시킨다.

크랭크 위치 센서 (66) 는, 크랭크축 (24) 이 10°회전할 때마다 폭이 좁은 펄스를 갖고 이 크랭크축 (24) 이 360° 회전할 때마다 폭이 넓은 펄스를 갖는 신호를 출력하도록 되어 있다. 이 신호는, 엔진 회전 속도 (NE) 를 나타낸다. 액셀러레이터 개방도 센서 (67) 는, 운전자에 의해서 조작되는 엑셀 패달 (68) 의 조작량을 검출하여, 이 액셀러레이터의 조작량 (엑셀 패달 조작량) (Accp) 을 나타내는 신호를 출력한다.

전기 제어 장치 (70) 는, 버스로 서로 연결된 CPU (71), 이 CPU (71) 에 의해 실행되는 프로그램, 테이블 (룩업 (look up) 테이블, 맵), 상수 등이 미리 기억된 ROM (72), CPU (71) 가 필요에 따라 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM (73), 전원이 투입된 상태로 데이터를 기억함과 동시에 상기 기억한 데이터를 전원이 차단되어 있는 사이에도 유지시키는 백업 RAM (74) 및 AD 컨버터를 포함하는 인터페이스 (75) 를 포함하는 마이크로 컴퓨터이다. 인터페이스 (75) 는, 상기 센서 (61) ~ (67) 와 연결된다. 센서 (61) ~ (67) 로부터의 신호는 인터페이스 (75) 를 통하여 CPU (71) 에 공급된다. 이 CPU (71) 로부터의 구동신호 (지시신호) 는, 인터페이스 (75) 를 통하여 가변 흡기 타이밍 장치 (33) 의 액츄에이터 (33a), 점화기 (38), 인젝터 (39) 및 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 에 송출된다.

다음으로, 상기한 바와 같이 구성된 내연기관의 공기량 추정장치가 어떻게 기통 내 공기량을 추정하는가에 관해서 설명한다.

이 공기량 추정 장치가 적용되는 내연기관 (10) 에서, 인젝터 (39) 는 흡기 밸브 (32) 의 상류에 배치된다. 따라서, 연료는 흡기 밸브 (32) 가 닫혀져 흡기행정이 종료되는 시점 (흡기밸브 폐쇄 시점) 까지 연료가 분사되지 않으면 않된다. 따라서, 기통 내에 형성되는 혼합기의 공연비를 목표로 하는 공연비와 일치시키는 분사연료량을 결정하기 위해서, 이 공기량 추정 장치는, 연료 분사 전의 소정의 시점에서 흡기 밸브 폐쇄시에 있어서의 기통 내 공기량 (KLfwd) 를 추정해야 한다.

상기 관점에서, 현재 공기량 추정장치는, 에너지 보존 법칙, 운동량 보존 법칙 및 질량 보존 법칙 등의 물리법칙에 따라서 구축된 물리모델을 사용하여 현시점 이후의 미래 시점의 인터쿨러부 내의 공기의 압력 (Pic) 및 온도 (Tic) 와, 흡기관부 내의 공기의 압력 (Pm) 및 온도 (Tm) 를 추정하며, 상기 추정한 미래 시점의 인 터쿨러부 내의 공기의 압력 (Pic) 및 온도 (Tic) 와, 흡기관부 내의 공기의 압력 (Pm) 및 온도 (Tm) 에 따라서, 상기 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd) 를 추정한다.

이 공기량 추정 장치는, 상기 미래 시점의 인터쿨러부 내의 공기의 압력 (Pic) 및 온도 (Tic) 를 추정하기 위한 물리모델로서, 상기 미래 시점에서 압축기 (91a) 로부터 유출하는 공기의 유량인 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 을 사용하는 물리모델을 채용한다. 따라서, 상기 현재 공기량 추정장치는, 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 을 추정해야 한다.

이 때문에, 상기 현재 공기량 추정장치는, 압축기 (91a) 의 상류의 흡기통로에 배치된 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 에 따라, 현시점에서 압축기 (91a) 에 유입하는 공기의 유량인 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 를 추정한 후, 상기 추정된 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 에 따라서 현시점의 압축기 (91a) 의 회전속도 (압축기 회전 속도) (Ncm) 을 추정한다. 또한, 상기 현재 공기량 추정장치는, 현시점의 압축기 회전속도 (Ncm) 에 따라서, 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 을 추정한다.

그런데, 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 은, 실제의 압축기 유입 공기유량 (mcmi) 에 대하여 시간적으로 지연되어 변화한다. 그래서, 이 현재 공기량 추정 장치는, 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을, 공기 유량계 (61) 의 역모델에게 입력함으로써, 상기 검출 지연이 보상된 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 를 추정한다. 공기 유량계 (61) 의 역모델은, 공기 유량계 (61) 의 입 력량과 출력량의 관계를 설명한 공기 유량계 (61) 의 순모델의 출력량을 입력량으로서 제공할 때, 상기 순모델의 입력량을 출력량으로서 출력하는 모델이다.

이렇게 하여, 상기 공기량 추정장치는, 현시점 이후의 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd) 를 추정한다.

구체적으로는, 상기 현재 공기량 추정장치는, 기능 블록도인 도 4 에 나타낸 바와 같이, 공기 유량계 (61) 의 역모델 (AFM 역모델) (M1), 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 및 전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 을 포함한다. 상기 현재 공기량 추정 장치는 상기 물리 모델로서, 제 1 공기 모델 (M10) 및 제 2 공기 모델 (M20) 을 포함한다. 또한, 상기 현재 공기량 추정 장치는, 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 를 포함한다.

이 현재 공기량 추정 장치는, AFM 역모델 (M1) 에 의해, 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 에 따라서 상기 검출 지연이 보상된 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 를 추정한다. 또한, 이 현재 공기량 추정 장치는, 스로틀 밸브 개방도 산출 수단 (M2) 에 의해, 스로틀 위치 센서 (64) 의 출력량 (Vta) 에 따라서 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 를 산출한다. 그래서, 이 현재 공기량 추정 장치는, 상기 검출 지연이 보상된 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 와, 이 산출된 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 를 제 1 공기모델 (M10) 에 적용함으로써, 현시점의 압축기 회전속도 (Ncm) 을 추정한다.

한편, 이 현재 공기량 추정 장치는, 전자 제어 스로틀 밸브 논리 A1 에 의해 스로틀 밸브 (46) 의 개방도를 제어함과 동시에, 전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 에 의해 현시점 이후의 시점의 스로틀 밸브 개방도 (θte) 를 추정한다.

그런데, 압축기 회전 속도 (Ncm) 은 짧은 시간 내에서는 그다지 크게 변화하지않는다. 그래서, 이 현재 공기량 추정 장치는, 상기 추정된 상기 미래 시점의 스로틀 밸브 개방도 (θte) 와, 상기 미래 시점의 압축기 회전 속도 (Ncm) 로서 채용한 상기 추정된 현시점의 압축기 회전속도 (Ncm) 를 제 2 공기모델 (M20) 에 적용함으로써, 상기 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd) 를 추정한다.

이하, 각각 구체적으로, 각각의 모델 및 논리에 대해서 설명한다. 또한, 이하, 변수명의 말미에 부여된 숫자가「1」인 변수는, 주로 제 1 공기모델 (M10) 에서 사용된 현시점의 물리량을 나타내는 변수인 것을 의미한다. 또한,「2」인 변수는, 주로 제 2 공기모델 (M20) 에서 사용된 상기 미래 시점의 물리량을 나타내는 변수인 것을 의미한다.

<AFM 역모델 M1>

AFM 역모델 M1 은, 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 에 따라 현시점에서 실제로 압축기 (91a) 에 유입하는 공기의 유량 (압축기 유입 공기 유량) (mcmi) 를 추정하는 모델이다. AFM 역모델 (M1) 은, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 로우 패스 필터 (M1a), PID 제어기 (M1b) 및 공기 유량계 (61) 의 순모델 (AFM 순모델) (M1c) 을 포함한다.

로우 패스 필터 (M1a) 는, 소정의 시간 간격마다 입력량이 주어질 때, 상기 로우 패스 필터 (M1a) 는, 이 주어진 입력량의 데이터 열에 의해 형성된 파형의 고주파수 성분의 진폭을 감쇠시키는 (잡음성분을 제거한다) 처리를 한다. 그리 고, 로우 패스 필터 (M1a) 는, 입력량으로부터 잡음성분을 제거한 양을 출력량으로서 출력한다.

PID 제어기 (M1b) 는, 비례요소, 미분요소 및 적분요소를 포함하며, AFM 역모델 (M1) 이 압축기 유입 공기유량 (mcmi) 을 정확히 산출할 수 있도록 각 요소의 게인 (gain) 을 설정한다.

AFM 순모델 (M1c) 은, 상술한 검출 지연을 모의하도록 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) (공기 유량계 (61) 의 입력량) 과 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 의 관계를 설명하는 모델이다. 즉, AFM 순모델 (M1c) 에 의하면, 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 에 따라 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을 추정할 수 있다. AFM 순모델 (M1c) 은 상세히 잘 알려져 있고, 예를 들어, 일본 공개특허공보 제 2000-320391 호에 기재되어 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서는 동 AFM 순모델 (M1c) 의 상세한 설명을 생략하고, 개요에 관해서만 설명한다.

AFM 순모델 (M1c) 은, 실제의 압축기 유입 공기 유량 (memi) 이 입력되면, 압축기 유입 공기 유량 (memi) 와, 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 가 변화하지 않은 상태 (정상상태) 에서의 흡기온도 계측용 저항 (61a1) 의 방열량 (정상 방열량, 완전 방열량) (W) 의 관계를 규정하는 테이블 및 입력된 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 에 따라서 정상 방열량 (W) 를 취득한다. AFM 순모델 (M1c) 은, 이 취득된 정상 방열량 (W) 과, 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 이 변화하는 상태 (과도상태) 에서의 흡기온도 계측용 저항 (61a1) 의 방열량 (과도 방열량, 응답 방열량) (ω) 의 관계를 나타내는 하기 (1) 식에 따라서, 이 취득된 정상 방열량 (W) 이 시간적으로 지연되도록 처리 (일차 지연 처리) 하여, 검출 지연을 포함한 방열량 (ω) 을 산출한다. 여기서, τ 는, 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 에 따라 산출되는 시간 상수이다.

···(1)

AFM 순모델 (M1c) 은, 계산된 방열량 (ω) 과 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 의 관계를 규정하는 테이블 및 상기 방열량 (ω) 에 따라서 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을 추정한다. 이렇게 하여, AFM 순모델 (M1c) 은, 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 에 따라서 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을 추정한다.

이와 같이 구성된 AFM 역모델 (M1) 은, 소정의 연산 주기의 경과마다 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을 입력량 (x0) 로서 로우 패스 필터 (M1a) 에 제공한다. AFM 역모델 (M1) 은, 로우 패스 필터 (M1a) 로부터 상기 입력량 (x0) 의 잡음성분을 감쇠시킨 출력량 (x) 를 취득한다. AFM 역모델 (M1) 은, 상기 출력량 (x) 로부터 AFM 순모델 (M1c) 의 출력량 (zz) 를 빼어 얻어지는 양 (y) 을 입력 양 (y) 로서 PID 제어기 (M1b) 에 제공한다. AFM 역모델 (M1) 은, PID 제어기 (M1b) 로부터 출력량 (z) 를 취득한다. AFM 역모델 (M1) 은, 이 출력량 (z) 를 입력량 (z) 로서 AFM 순모델 (M1c) 에 제공함과 동시에, 이 출력량 (z) 를 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 로서 출력한다.

이하, AFM 역모델 (M1) 에 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을 입력하면, 상기 AFM 역모델 (M1) 의 출력량이 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 이 되는 근거를 설명한다.

PID 제어기 (M1b) 에 제공된 입력량 (y) 과 이 PID 제어기 (M1b) 로부터 출력된 출력량 (z) 의 관계는, 하기 (2) 식과 같이 표현된다. 여기서, G 는 PID 제어기 (M1b) 에 대응하는 전달함수이다.

z = G·y ···(2)

상기 PID 제어기 (M1b) 에 제공된 입력량 (y) 는, 로우 패스 필터 (M1a) 의 출력량 (x) 에서 AFM 순모델 (M1c) 의 출력량 (zz) 를 뺀 양이므로, 상기 입력량 (y) 는 하기 (3) 식과같이 표현된다.

y = x-zz ···(3)

AFM 순모델 (M1c) 에 제공된 입력량 (z) 와, 상기 AFM 순모델 (M1c) 로부터 출력된 출력량 (zz) 의 관계는, 하기 (4) 식과 같이 표현된다. 여기서, H 는 AFM 순모델 (M1c) 에 대응하는 전달함수이다.

zz = H·z ···(4) ·

상기 (2) 식에 상기 (3) 식을 대입하여 y 를 소거하면, 하기 (6) 식이 얻어진다. ·

z = (x-zz)·G ···(5)

또한, 상기 (5) 식에 상기 (4) 식을 대입하여 zz 를 소거함과 동시에,

z/x 에 대해서 풀면, 하기 (6) 식이 얻어진다.

z/x = G/(1 + G·H) ···(6)

또한, 상기 (6) 식의 우변에 H 및 1/H 를 곱함과 동시에, 전달함수 G 의 각 요소의 게인 (gain) 을 │G·H│가 1 보다 충분히 크게 되도록 설정하면, G·H/(1 + G · H) ≒ 1 로 근사될 수 있으므로, 하기 (7) 식이 얻어진다.

··· (7)

상기 (7) 식에 의하면, AFM 역모델 (M1) 에 대응하는 실질적인 전달함수는, AFM 순모델 (M1c) 에 대응하는 전달함수의 역함수 (1/H) 이다. 즉, AFM 역모델 (M1) 은, AFM 순모델 (M1c) 의 출력량을 입력량으로서 제공함으로써 상기 AFM 순모델 (M1c) 의 입력량을 출력량으로서 출력하는 역모델을 구성하고 있다고 할 수 있다. 따라서, 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을 AFM 역모델 (M1) 에 입력하면, 상기 AFM 역모델 (M1) 은 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 를 출력한다.

상기 설명된 바와 같이, 입력량 (x) 로부터 피드백량 (zz) 를 뺀 값 (y) 를 PID 제어기 (M1b) 에 입력하며, 상기 PID 제어기 (M1b) 로부터 출력된 양 (z) 를 AFM 순모델 (M1c) 에 입력함과 동시에, 이 AFM 순모델 (M1c) 의 출력량 (zz) 를 상기 피드백량으로 사용하는 피드백 루프를 포함하여, 상기 PID 제어기 (M1b) 로부터 출력된 양 (z) 을 AFM 역모델 (M1) 의 출력량 (mcmi) 으로서 출력하도록, 상기 AFM 역모델 (M1) 을 구성함으로써, 수학적으로 역함수를 구하지 않고도 충분히 정확한 역모델을 용이하게 구축할 수 있다.

<스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2)>

스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 은, 스로틀 위치 센서 (64) 의 출력량 (Vta) 에 따라 현시점의 실제의 스로틀 밸브 (46) 의 개방도 (스로틀 밸브 개방도) (θta) 를 산출하는 수단이다. 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 은 상세히 잘 공지되어 있고, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평9-126036 호에 기재되어 있다. 따라서, 본 명세서에 있어서는 이 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 의 상세한 설명은 생략하고, 개요에 관해서만 설명한다.

스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 은, 스로틀 밸브 개방도가 변하지 않은 정상 운전 상태에 있어서, 엔진 회전 속도 (NE) 및 스로틀 밸브 개방도 (θta0) 와, 기통 내 공기량 (KL) 의 관계를 규정하는 테이블 (MAPKL) 과, 엔진 회전 속도 (NE) 와, 스로틀 위치 센서 (64) 의 출력량 (Vta) 및 보정치 (△θ) 에 따라 구해진 스로틀 밸브 개방도 (θtaO) 로부터 참조 기통 내 공기량 (KLstd) 을 구한다. 또한, 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 은, 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 에 따라서 실제의 기통 내 공기량 (KLa) 을 구한다.

또한, 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 은, 이 구해진 참조 기통 내 공기량 (KLstd) 과, 이 구해진 실제 기통 내 공기량 (KLa) 를 비교하여, 상기 구해진 참조 공기량 (KLstd) 와 상기 구해진 실제 기통 내 공기량 (KLa) 의 차가 충분히 작아지도록 보정치 (△θ) 를 변경한다. 또한, 상기 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 은, 스로틀 위치 센서 (64) 의 출력량 (Vta) 및 이 변경된 보정치 (△θ) 에 따라 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 를 산출한다.

<제 1 공기모델 (M10)>

제 1 공기모델 (M10) 은, 상기 AFM 역모델 (M1) 에 의해 추정된 현시점의 실제의 압축기 유입 공기유량 (mcmi) 와, 상기 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 에 의해 산출된 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 에 따라서 현시점의 압축기 회전 속도 (Ncm) 을 추정한다. 제 1 공기모델 (M10) 은, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 과급기 (91) 를 구비하는 내연기관 (10) 에서 압축기 (91a) 의 하류의 흡기통로 내의 공기의 거동을 모델화한 공기모델을 구성하는 스로틀 모델 (M11), 흡기 밸브 모델 (M12), 제 1 압축기 모델 (M13), 인터쿨러 모델 (M14) 및 흡기관 모델 (M15) 을 포함한다.

후술하는 바와 같이, 제 1 공기모델 (M10) 의 상기 모델 (M11) ~ (M15) 을 나타내는, 상기 물리 법칙에 따라서 도출된 수식 (이하,「일반화된 수식」 이라고도 함) 의 일부는, 인터쿨러부 내의 공기의 압력 (Pic) 및 온도 (Tic) 및, 흡기관부 내의 공기의 압력 (Pm) 및 온도 (Tm) 에 관한 시간 미분항을 포함한다. 제 1 공기모델 (M10) 은, 마이크로 컴퓨터에 의한 계산이 가능하도록 상기 시간 미분항을 포함하는 수식을 이산화하여(discretiz), 이 이산화된 수식과, 이번 연산 시점에서의 물리량으로서 추정된 물리량에 근거하여, 상기 이번 연산 시점보다 소정의 연산 주기 후의 다음 연산 시점에서의 물리량을 추정한다.

그래서, 제 1 공기모델 (M10) 은, 이와 같은 추정을 반복함으로써, 연산주기의 경과마다 다음 연산시점 (현시점으로부터 연산 주기 후의 시점) 의 물리량을 추정한다. 즉, 제 1 공기모델 (M10) 은, 반복하여 물리량을 추정함으로써, 각각의 연산 주기에 대한 물리량을 순차 추정하는 것이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, k-1 가 덧붙여진 각 물리량을 나타내는 변수는, k-1 회째의 추정시 (전회의 연산시점) 에서 추정된 물리량을 나타내는 변수이다. 또한, k 가 덧붙여진 각각의 물리량을 나타내는 변수는, k 회째의 추정시 (이번의 연산시점) 에 추정된 물리량을 나타내는 변수이다.

이하, 도 6 에 나타낸 각각의 모델에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 스로틀 모델 (M11), 흡기 밸브 모델 (M12) 및 흡기관 모델 (M15) 을 나타내는 식의 도출 방법은 공지되어 있기 때문에 (일본 공개 특허 공보 2001-41095호 및 일본 공개특허공보 2003-184613 호 참조), 본 명세서에서는 상세한 설명을 생략한다.

(스로틀 모델 (M11)) · ·

스로틀 모델 (M11) 은, 본 모델을 나타내는 일반화된 수식이며 또한, 에너지 보존 법칙, 운동량 보존 법칙, 질량 보존 법칙 및 상태 방정식 등의 물리법칙에 따라 얻어진 하기 (8) 식 및 하기 (9-1) 식 및 (9-2) 식에 따라서, 스로틀 밸브 (46) 의 주위를 통과하는 공기의 유량 (스로틀 통과 공기 유량) (mt) 을 추정하는 모델이다. 하기 (8) 식에 있어서, Ct (θt) 는 스로틀 밸브 개방도 (θt) 에 따라 변화하는 유량계수, At(θt) 는 스로틀 밸브 개방도 (θt) 에 따라 변화하는 스로틀 개구 단면적 (흡기통로 내의 스로틀 밸브 (46) 의 주위의 개구 단면적), Pic 는 인터쿨러부 내의 공기의 압력인 인터쿨러부 내 압력 (즉, 과급기 (91) 로부터 스로틀 밸브 (46) 까지의 흡기통로 내의 공기의 압력인 압축기 하류 압력 (스로틀 밸브 상류 압력)), Pm 은 흡기관부 내의 공기의 압력인 흡기관부 내 압력 (즉, 스로틀 밸브 (46) 로부터 흡기 밸브 (32) 까지의 흡기 통로 내의 공기의 압력인 스로틀 밸브 하류 압력): Tic 은 인터쿨러부 내의 공기의 온도인 인터쿨러부 내 온도 (즉, 과급기 (91) 로부터 스로틀 밸브 (46) 까지의 흡기통로 내의 공기의 온도인 압축기 하류 온도 (스로틀 밸브 상류 온도)), R 는 기체상수 및 κ 는 공기의 비열비 (이하, κ 를 일정치로 한다) 이다.

··· (8)

여기서, 상기 (8) 식의 우변의 유량 계수 (Ct(θt)) 및 스로틀 개구 단면적 (At(θt)) 의 곱 (Ct(θt)·At(θt)) 는, 스로틀 밸브 개방도 (θt) 에 따라서 결정할 수 있다고 경험적으로 알려져 있다. 따라서, 값 Ct(θt)·At(θt) 는, 스로틀밸브 개방도 (θt) 와, 값 Ct(θt)·At(θt) 의 관계를 규정하는 테이블 (MAPCTAT) 및 스로틀 밸브 개방도 (θt) 에 따라서 구해진다. 여기서, 스로틀 모델 (M11) 은, 상기 ROM (72) 에 기억된 테이블 (MAPCTAT) 을 사용한다. 또한, 스로틀 모델 (M11) 은, 값 (Pm/Pic) 와 값 (Φ(Pm/Pic)) 의 관계를 규정하는 테이블 (MAPΦ) (ROM (72) 에 기억되어 있음) 을 사용한다.

스로틀 모델 (M11) 은, 상기 (8) 식, 상기 (9-1) 식 및 (9-2) 식과, 상기 테이블 (MAPCTAT) 및 상기 테이블 (MAP) 을 사용하여 스로틀 통과 공기 유량 (mt) 을 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 스로틀 모델 (M11) 은, 상기 테이블 (MAPCTAT) 과, 상기 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 에 의해 산출된 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 로부터 값 Ct1(θta)·At1(θta) (= MAPCTAT(θta)) 를 구한다.

또한, 스로틀 모델 (M11) 은, 상기 테이블 (MAPΦ) 과, 후술하는 흡기관 모델 (M15) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 흡기관부 내압력 (Pm1(k-1)) 을, 후술하는 인터쿨러 모델 (M14) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부 내압력 (Pic1(k-1)) 으로 나눈 값 (Pm1(k-1)/Pic1(k-1)) 으로부터 값 (Φ1(Pm1(k-1)/ Pic1(k- 1)) (= MAPΦ(Pm1(k-1)/Pic1(k-1)))) 을 구한다.

스로틀 모델 (M11) 은, 이상과 같이 구한 값 (Ct1(θta)·At1(θta)) 및 값 (Φ1(Pm1(k-1)/Pic1(k-1))) 과, 후술하는 인터쿨러 모델 (M14) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부 내 압력 (Pic1(k-1)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k-1)) 를 상기 (8) 식에 적용하여 스로틀 통과 공기 유량 (mt1(k-1)) 을 구한다.

(흡기 밸브 모델 (M12))

흡기 밸브 모델 (M12) 은, 흡기관부 내의 공기의 압력인 흡기관부내 압력 (Pm) 및 흡기관부 내의 공기의 온도인 흡기관부내 온도 (즉, 스로틀 밸브 (46) 로부터 흡기 밸브 (32) 뻗어있는 흡기통로 내의 공기의 온도인 스로틀 밸브 하류 온도) (Tm) 등에 따라 흡기 밸브 (32) 의 주위를 통과한 후에 기통내 (연소실 (25) 내) 에 유입하는 공기의 유량인 기통 내 유입 공기 유량 (mc) 을 추정하는 모델이다. 흡기행정 (흡기 밸브 (32) 의 폐쇄시도 포함함) 에 따른 기간 동안의 기통 내의 압력은 흡기 밸브 (32) 의 상류의 압력, 즉, 흡기관부내 압력 (Pm) 과 동일하다고 할 수 있다. 따라서, 기통 내 유입 공기 유량 (mc) 은 흡기 밸브 폐쇄 시의 흡기관부내 압력 (Pm) 에 비례하여 변한다고 할 수 있다. 이러한 관점에서, 흡기 밸브 모델 (M12) 는, 기통 내 유입 공기 유량 (mc) 을, 본 모델을 나타내는 일반화된 수식이며, 경험 법칙에 따른 하기 (10) 식에 따라 구한다.

mc = (Ta/Tm)·(c·Pm-d) ··· (10)

상기 (10) 식에 있어서, 값 (c) 은 비례계수이며 값 (d) 는 기통 내에 잔존하여 있는 이미 연소된 가스량을 반영한 값이다. 값 c 은, 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 과 값 (c) 와의 관계를 규정하는 테이블 (MAPC), 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 으로부터 구해진다. 여기서, 흡기 밸브 모델 (M12) 에 사용된, 상기 테이블 (MAPC) 은 ROM (72) 에 저장되어 있다. 유사하게, 값 (d) 는, 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 와 상수 (d) 와의 관계를 규정하는 테이블 (MAPD), 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 으로부터 구 해진다. 여기서, 흡기 밸브 모델 (M12) 에 사용된 상기 테이블 (MAPD) 는 ROM (72) 에 저장되어 있다.

흡기 밸브 모델 (M12) 은, 상기 (10) 식과, 상기 테이블 (MAPC) 및 상기 테이블 (MAPD) 을 사용하여 기통 내 유입 공기 유량 (mc) 을 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 흡기 밸브 모델 (M12) 는, 상기 테이블 (MAPC) 과, 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 및 현시점의 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 로부터 값 c 를 구한다 (c = MAPC(NE,VT)). 또한, 흡기 밸브 모델 (M12) 는, 상기 테이블 (MAPD) 와, 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 및 현시점의 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 로부터 값 (d) 를 구한다 (d = MAPD(NE,VT)).

흡기 밸브모델 (M12) 은, 후술하는 흡기관 모델 (M15) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 흡기관부내 압력 Pm1(k-1) 및 흡기관부내 온도 Tm1(k-1) 와, 현시점의 흡기온도 (Ta) 와, 상기 요청된 값 (c) 및 값 (d) 를 상기 (1O) 식에 적용하여, 기통 내 유입 공기 유량 mc1(k-1) 을 구한다.

(제 1 압축기 모델 (M13))

제 1 압축기모델 (M13) 은, 인터쿨러부내 압력 (Pic), 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 등에 따라서, 압축기 (91a) 의 회전속도 (압축기 회전 속도) (Ncm) 및 인터쿨러부에 공급되는 공기가 과급기 (91) 의 압축기 (91a) 를 통과할 때에 단위시간당 상기 압축기 (91a) 에 의해 제공되는 압축기 부여 에너지 (Ecm) 를 추정하는 모델이다.

먼저, 본 모델에 의해 추정되는 압축기 회전 속도 (Ncm) 에 관해서 설명한 다. 압축기 회전 속도 (Ncm) 는, 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 과, 인터쿨러부내 압력 (Pic) 을 흡기압력 (Pa) 로 나눈 값 Pic/Pa 에 따라 구할 수 있음이 경험적으로 알려져 있다. 따라서, 압축기 회전 속도 (Ncm) 는, 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 과, (Pic/Pa) (인터쿨러부내 압력 (Pic) 을 흡기압력 (Pa) 으로 나누어 구함) 과, 압축기 회전속도 (Ncm) 의 관계 (압축기 작동 상태 관계) 를 규정하여 미리 실험에 의해 구해진 테이블 (MAPCM), 값 (Pic/Pa) (인터쿨러부내 압력 (Pic) 을 흡기압력 (Pa) 으로 나누어 구함) 및 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 에 따라서 구해진다. 도 7 은, ROM (72) 에 저장되어, 제 1 압축기 모델 (M13) 에 의해 사용되는 테이블 (MAPCM) 을 나타낸다. 또한, 상기 테이블 (MAPCM) 을 저장하는 ROM (72) 는 압축기 작동 상태 관계 기억 수단을 구성한다.

제 1 압축기 모델 (M13) 은, 상기 테이블 (MAPCM) 을 사용하여 압축기 회전 속도 (Ncm) 를 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제 1 압축기 모델 (M13) 은, 상기 테이블 (MAPCM) 과, 현시점의 압축기 유출 공기 유량 mcm1(k-1) 으로서 채용한 상기 AFM 역모델 (M1) 에 의해 추정된 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi(k-1)) 과, 후술하는 인터쿨러 모델 (M14) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 을 현시점의 흡기 압력 (Pa) 으로 나눈 값 (Pic1(k-1)/Pa) 으로부터 현시점의 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1) (= MAPCM(mcm1(k-1), Pic1(k-1)/Pa))) 를 추정한다.

또한, 제 1 압축기모델 (M13) 은, 상기 테이블 (MAPCM) 대신에, ROM (72) 에 기억된 테이블 (MAPCMSTD) 을 사용할 수 있다. 상기 테이블 (MAPCMSTD) 은, 표 준상태의 압축기 유출 공기 유량 (mcmstd) 과, 상기 표준 상태의 인터쿨러부내 압력 (Picstd) 를 표준압력 (Pstd) 으로 나눈 값 Picstd/Pstd 와, 이 표준상태의 압축기 회전 속도 (Ncmstd) 의 관계를 규정한다. 여기서, 상기 표준상태는, 압축기 (91a) 에 유입하는 공기인 압축기 유입 공기의 압력이 표준압력 (Pstd) (예를 들어, 96276 Pa) 임과 동시에 압축기 유입 공기의 온도가 표준온도 (Tstd) (예를 들어, 303.02 K) 인 상태이다.

이 경우, 제 1 압축기 모델 (M13) 은, 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 을 하기 (11) 식의 우변에 적용하여 얻어지는 표준상태의 압축기 유출 공기 유량 (mcmstd) 과, 인터쿨러부내 압력 (Pic) 을 흡기압력 (Pa) 으로 나눈 값 (Pic/Pa) 와, 상기 테이블 (MAPCMSTD) 로부터 상기 표준 상태의 압축기 회전 속도 (Ncmstd) 를 구하며, 상기 구해진 표준상태의 압축기 회전 속도 (Ncmstd) 를 하기 (12) 식의 우변에 적용하여 압축기 유입 공기의 압력이 흡기압력 (Pa) 과 동일함과 동시에 압축기 유입 공기의 온도가 흡기온도 (Ta) 와 동일한 상태의 압축기 회전 속도 (Ncm) 을 구한다.

···(11)

···(12)

다음으로, 본 모델에 의해 추정된 압축기 부여 에너지 (Ecm) 에 관해서 설명한다. 압축기 부여 에너지 (Ecm) 는, 본 모델의 일부를 나타내는 일반화된 수식이며, 또한 에너지 보존 법칙에 따른 하기 (13) 식, 압축기 효율 (η), 압축기 유출 공기 유량 (mcm), 인터쿨러부내 압력 (Pic) 을 흡기압력 (Pa) 으로 나눈 값 Pic/Pa 및 흡기온도 (Ta) 에 의해 구해진다.

여기서, Cp 는 공기의 정압비열이다. 또한, 압축기 효율 (η) 은, 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 과, 압축기 회전 속도 (Ncm) 에 따라서 추정할 수 있는 것이 경험적으로 알려져 있다. 따라서, 압축기 효율 (η) 은, 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 과, 압축기 회전 속도 (Ncm) 과, 압축기 효율 (η) 의 관계를 규정하여 미리 실험에 의해 구해진 테이블 (MAPETA), 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 및 압축기 회전 속도 (Ncm) 에 따라서 구해진다. 이러한 관점에서, 제 1 압축기 모델 (M13) 은, ROM (72) 에 기억되어 있는 테이블 (MAPETA) (도 8 에 도시됨) 을 사용한다.

제 1 압축기모델 (M13) 은, 상기 (13) 식과, 상기 테이블 (MAPETA) 를 사용하여 압축기 부여 에너지 (Ecm) 을 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제 1 압축기 모델 (M13) 은, 현시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcml(k-1)) 으로서 채용한 상기 AFM 역모델 (M1) 에 의해 추정된 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유 량 (mcmi(k-1)) 과, 상기 추정된 현시점의 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 와, 상기 테이블 (MAPETA) 로부터 압축기 효율 η1(k-1) (= MAPETA (mcml(k-1), Ncm(k-1))) 을 추정한다.

그리고, 제 1 압축기 모델 (M13) 은, 이 추정된 압축기 효율 (η1(k-1)) 과, 상기 현시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-l)) 과, 후술하는 인터쿨러 모델 (M14) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 을 현시점의 흡기 압력 (Pa) 으로 나눈 값 (Pic1(k-1)/Pa) 와, 현시점의 흡기온도 (Ta) 를 상기 (13) 식에 적용하여, 압축기 부여 에너지 (Ecm1(k-1)) 를 추정한다.

여기서, 제 1 압축기 모델 (M13) 의 일부를 설명한 상기 (13) 식의 도출 과정에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서, 압축기 (91a) 에 유입하고 나서 유출하기까지의 공기의 에너지의 전부가 온도상승에 기여한다는 (즉, 운동에너지를 무시한다) 것을 가정한다.

압축기 (91a) 에 유입하는 공기인 압축기 유입공기의 유량을 mi 및 상기 압축기 유입공기의 온도를 Ti 로 함과 동시에, 압축기 (91a) 로부터 유출하는 공기인 압축기 유출 공기의 유량을 mo 및 상기 압축기 유출 공기의 온도를 To 로 하면, 압축기 유입 공기의 에너지는 Cp·mi·Ti 로 표시되며, 압축기 유출 공기의 에너지는 Cp·mo·To 로 표시된다. 압축기 유입 공기의 에너지에 압축기 부여 에너지 (Ecm) 을 더한 에너지는 압축기 유출 공기의 에너지와 같기 때문에, 에너지 보존 법칙에 따라 하기 (14) 식이 얻어진다.

Cp·mi·Ti+Ecm = Cp·mo·To ···(14)

그런데, 압축기 유입 공기의 유량 (mi) 는 압축기 유출 공기의 유량 (mo) 와 같다고 생각할 수 있기 때문에, 상기 (l4) 식으로부터 하기 (15) 식이 얻어진다.

Ecm = Cp·mo·(To-Ti) ···(15)

한편, 압축기 효율 (η) 는, 하기 (16) 식에 의해 정의된다.

여기서, Pi 는 압축기 유입 공기의 압력 및, Po 는 압축기 유출 공기의 압력이다. 식 (15) 의 (To-Ti) 에 식 (16) 을 대입하여, (To-Ti) 를 제거하면, 하기 (17) 식이 얻어진다.

압축기 유입 공기의 압력 (Pi) 및 온도 (Ti) 는, 각각 흡기 압력 (Pa) 및 흡기 온도 (Ta) 와 같다고 생각할 수 있다. 또한, 압력은 온도에 비하여 전파하기 쉽기 때문에, 압축기 유출 공기의 압력 (Po) 은 인터쿨러부내 압력 (Pic) 과 같다고 생각할 수 있다. 또한, 압축기 유출 공기의 유량 (mo) 는 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 이다. 이들을 고려하면, 상기 (17) 식으로부터 상기 설명된 (13) 식이 얻어진다.

(인터쿨러 모델 (M14))

인터쿨러 모델 (M14) 은, 본 모델을 나타내는 일반화된 수식이며 또한, 인터 쿨러부내의 공기에 관한 질량 보존 법칙 및 에너지 보존 법칙에 각각 따르는 하기 (18) 식 및 하기 (19) 식, 흡기온도 (Ta), 인터쿨러부에 유입하는 공기의 유량 (즉, 압축기 유출 공기 유량) (mcm), 압축기 부여 에너지 (Ecm) 및 인터쿨러부로부터 유출하는 공기의 유량 (즉, 스로틀 통과 공기 유량) (mt) 으로부터, 인터쿨러부내 압력 (Pic) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic) 를 구하는 모델이다. 또한, 하기 (18) 식 및 하기 (19) 식에 있어서, Vic 는 인터쿨러부의 용적을 나타낸다.

d(Pic/Tic)/dt = (R/Vic)·(mcm - mt) ···(18)

dPic/dt = κ·(R/Vic)·(mcm·Ta - mt·Tic)

+(κ-1)/(Vic)·(Ecm-K·(Tic-Ta)) ···(19)

인터쿨러 모델 (M14) 은, 상기 (18) 식 및 상기 (19) 식을 각각 차분법 (difference method) 의해 이산화하여 얻어지는 하기 (20) 식 및 하기 (21) 식을 사용하며, 인터쿨러부내 압력 (Pic) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic) 를 추정한다. 여기서, △t 는, 본 모델의 연산주기에 해당하는 시간이다.

(Pic/Tic)(k) = (Pic/Tic)(k-1)

+△t·(R/Vic)·(mcm(k-1)-mt(k-1)) ···(20)

Pic(k) = Pic(k-1)

+△t·κ·(R/Vic)·(mcm(k-1)·Ta -mt(k-1)·Tic(k-1))

+△t·(κ-1)/(Vic)·(Ecm(k-1)-K·(Tic(k-1)-Ta)) ···(21)

보다 구체적으로 설명하면, 인터쿨러 모델 (M14) 은, 상기 (20) 식 및 상기 (21) 식과, 상기 현시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-1)) 으로서 채용한 상기 AFM 역모델 (M1) 에 의해 추정된 현시점의 실제의 압축기 유입 공기유량 (mcmi(k-1)) 과, 제 1 압축기 모델 (M13) 에 의해 취득된 압축기 부여 에너지 (Ecm1(k-1)) 와, 스로틀 모델 (M11) 에 의해 취득된 스로틀 통과 공기 유량 (mt1(k-1)) 과, 현시점의 흡기온도 (Ta) 와, 본 모델에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k-1)) 에 따라서, 가장 최근의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k)) 를 추정한다. 특히, 인터쿨러부내 압력 (Pic1) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic1) 의 추정이 전혀 행하여지고 있지 않을 때 (본 모델에 의해 1 회째의 추정을 행할 시 (본 예에서는, 내연기관의 운전개시시)), 인터쿨러 모델 (M14) 은, 인터쿨러부내 압력 (Pic1(O)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic1(0)) 로서, 흡기압력 (Pa) 및 흡기온도 (Ta) 를 각각 채용한다.

여기서, 인터쿨러 모델 (M14) 을 설명한 상기 (18) 식 및 상기 (19) 식의 도출과정에 대해서 설명한다. 먼저, 인터쿨러부 내의 공기에 관한 질량 보존 법칙에 따라서 (18) 식에 대해서 검토한다. 인터쿨러부 내의 총 공기량을 (M) 으로 하면, 총 공기량 (M) 의 단위 시간당의 변화량 (시간적 변화) 는, 인터쿨러부에 유입하는 공기의 유량에 상당하는 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 과, 이 인터쿨러부로부터 유출하는 공기의 유량에 상당하는 스로틀 통과 공기 유량 (mt) 의 차와 같다. 따라서, 질량 보존 법칙에 따라 하기 (22) 식이 얻어진다.

dM/dt = mcm - mt ···(22)

또한, 인터쿨러부 내의 공기의 압력 및 온도가 공간적으로 일정하다고 가정 하면, 상태방정식에 따라 하기 (23) 식이 얻어진다. 그리고, 상기 (22) 식에 하기 (23) 식을 대입하여 총공기량 (M) 을 소거함과 동시에, 인터쿨러부의 용적 (Vic) 가 변화하지 않는 것을 고려하면, 상기 (18) 식이 얻어진다.

Pic·Vic = M·R·Tic …(23)

다음으로, 인터쿨러 부내의 공기에 관한 에너지 보존 법칙에 따른 (l9) 식에 관해서 검토한다. 인터쿨러부 내의 공기의 에너지 M·Cv·Tic (Cv는 공기의 정적비열 (the specific heat of air at constant volume)) 의 단위 시간당의 변화량 (d(M·Cv·Tic)/dt) 은, 단위시간당 인터쿨러부 내의 공기에 제공되는 에너지와, 단위시간당 이 인터쿨러부 내의 공기로부터 빼앗기는 에너지의 차와 같다. 이하의 설명에서는, 인터쿨러부 내의 공기의 에너지의 전부가 온도상승에 기여한다는 (즉, 운동에너지는 무시한다) 것을 가정한다.

상기 인터쿨러부 내의 공기에 제공되는 에너지는, 인터쿨러부에 유입하는 공기의 에너지이다. 이 인터쿨러부에 유입하는 공기의 에너지는, 압축기 (91a) 에 의해 압축되지 않는다고 가정한 경우에 흡기온도 (Ta) 인 채로 인터쿨러부에 유입하는 공기의 에너지 Cp·mcm·Ta 와, 과급기 (91) 의 압축기 (91a) 에 의해 인터쿨러부에 유입하는 공기에 제공되는 압축기 부여 에너지 (Ecm) 의 합과 같다.

한편, 상기 인터쿨러부 내에서 공기로부터 빼앗기는 에너지는, 인터쿨러부에서 유출하는 공기의 에너지 Cp·mt·Tic 와, 인터쿨러 (45) 내의 공기와 인터쿨러 (45) 의 벽 사이에서 교환되는 에너지인 열교환 에너지의 합과 같다.

이 열교환 에너지는, 일반적인 경험 법칙에 따른 식으로부터, 인터쿨러 (45) 내의 공기의 온도 (Tic) 와, 인터쿨러 (45) 의 벽의 온도 (Ticw) 의 차에 비례하는 값 K·(Tic - Ticw) 으로서 구해진다. 여기서, K 는, 인터쿨러 (45) 의 표면적과, 인터쿨러 (45) 내의 공기와 인터쿨러 (45) 의 벽 사이의 열전달 계수의 곱에 따른 값이다. 그런데, 전술한 바와 같이, 인터쿨러 (45) 는, 내연기관 (10) 의 외부의 공기에 의해 흡기통로 내의 공기를 냉각하도록 되어 있기 때문에, 인터쿨러 (45) 의 벽의 온도 (Ticw) 는 내연기관 (10) 의 외부의 공기의 온도와 대략 동일하다. 따라서, 인터쿨러 (45) 의 벽의 온도 (Ticw) 는 흡기온도 (Ta) 와 동일하다고 생각할 수 있다. 따라서, 상기 열교환 에너지는, 값 (K·(Tic - Ta)) 으로서 구해진다.

그래서, 인터쿨러부내의 공기에 관한 에너지 보존 법칙에 따른 하기 (24) 식이 얻어질 수 있다.

d(M·Cv·Tic)/dt = Cp·mcm·Ta-Cp·mt·Tic

+Ecm-K·(Tic-Ta) ···(24)

그런데, 비열비 (k) 는 하기 (25) 식에 의해 표시되고, 메이어 관계 (Mayer relation) 는 하기 (26) 식으로 표시된다. 따라서, 상기 (23) 식 (Pic·Vic = M·R·Tic), 하기 (25) 식 및 하기 (26) 식을 사용하여 상기 (24) 식을 변형함으로써, 상기 (19) 식이 얻어진다. 상기 변형은, 인터쿨러부의 용적 (Vic) 이 변하지 않는다는 것을 고려하여 실행된다.

κ = Cp/Cv ···(25)

Cp = Cv + R ··(26)

(흡기관 모델 (M15))

흡기관 모델 (M15) 은, 본 모델을 나타내는 일반화된 수식이며, 흡기관부 내의 공기에 관한 질량 보존 법칙과 에너지 보존 법칙에 각각 따르는 하기 (27) 식 및 하기 (28) 식, 흡기관부에 유입하는 공기의 유량 (즉, 스로틀 통과 공기 유량) (mt), 인터쿨러부내 온도 (Tic) 및 흡기관부로부터 유출하는 공기의 유량 (즉, 기통 내 유입공기 유량) (mc) 으로부터, 흡기관부내 압력 (스로틀 밸브 하류 압력) (Pm) 및 흡기관부내 온도 (스로틀 밸브 하류온도) (Tm) 를 구하는 모델이다. 또한, 하기 (27) 식 및 하기 (28) 식에 있어서, Vm 은 흡기관부 (스로틀 밸브 (46) 로부터 흡기 밸브 (32) 로 뻗어있는 흡기통로) 의 용적이다.

d(Pm/Tm)/dt = (R/Vm)·(mt-mc) ··· (27)

dPm/dt = κ·(R/Vm)·(mt·Tic - mc·Tm) ···(28)

흡기관 모델 (M15) 은, 상기(27) 식 및 상기 (28) 식을 각각 차분법에 의해 이산화하여 얻어지는 하기 (29) 식 및 하기 (30) 식을 사용하여, 흡기관부내 압력 (Pm) 및 흡기관부내 온도 (Tm) 을 추정한다. 여기서, △t 는, 본 모델의 연산주기와 동일한 시간이다.

(Pm/Tm)(k) = (Pm/Tm)(κ-1)

+△t·(R/Vm)·(mt(k-1)-mc(k-1)) ···(29)

Pm(k) = Pm(k-l)+△t·κ·(R/Vm)·(mt(k-1)·Tic(k-1)

-mc(k-1)·Tm(k-1)) ···(30)

보다 구체적으로 설명하면, 흡기관 모델 (M15) 은, 상기 (29) 식 및 상기 (30) 식과, 상기 스로틀 모델 (M11) 에 의해 취득된 스로틀 통과 공기 유량 (mt1(k-1)) 과, 흡기 밸브 모델 (M12) 에 의해 취득된 기통 내 유입 공기 유량 (mc1(k-1)) 과, 인터쿨러 모델 (M14) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 온도 Tic1(k-1) 와, 본 모델에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 흡기관부내 압력 Pm1(k- 1) 및 흡기관부내 온도 Tm1(k-1) 에 따라서 가장 최근의 흡기관부내 압력 Pm1(k) 및 흡기관부내 온도 Tm1(k) 를 추정한다. 다만, 흡기관부내 압력 (Pm1) 및 흡기관부내 온도 (Tm1) 의 추정이 전혀 행하여지고 있지 않을 때에 (본 모델에 의해 1 회째의 추정을 할 시 (본 예에서는, 내연기관의 운전 개시시)), 흡기관 모델 (M15) 은, 흡기관부내 압력 Pm1(0) 및 흡기관부내 온도 Tm1(0) 로서, 흡기압력 (Pa) 및 흡기온도 (Ta) 를 각각 채용한다.

이와 같이, 제 1 공기모델 (M10) 은, 상기 AFM 역모델 (M1) 에 의해 추정된 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 와, 상기 스로틀 밸브 개방도 산출수단 (M2) 에 의해 산출된 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 에 따라서 현시점의 압축기 회전속도 (Ncm) 을 추정한다.

<전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 과 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1)>

다음으로, 스로틀 밸브 개방도를 제어하기 위한 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 와, 현시점 이후의 미래 시점의 스로틀 밸브 개방도를 추정하는 전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 에 대해서 설명한다. 전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 은, 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 와 상호 작용하여, 현시점까지의 엑셀 패달 조작량 (Accp) 에 따라 소정의 지연시간 (TD) (본 예에서는, 64 ms) 후의 시점 (스 로틀 밸브 개방도 추정 가능 시점) 까지의 스로틀 밸브 개방도 (θt) 를 추정하는 모델이다.

구체적으로 설명하면, 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 는, 엑셀 패달 조작량 (Accp) 과 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 와의 관계를 규정하는 도 9 의 테이블 및 액셀 개방도 센서 (67) 에 의해 검출된 실제의 엑셀 패달 조작량 (Accp) 에 따른 잠정 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt1) 를 소정시간 (△Tt1) (본 예에서는, 2ms) 의 경과마다 결정한다. 또한, 전자제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 는, 타임차트인 도 10 에 나타낸 바와 같이, 이 잠정 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt1) 를 상기 스로틀 밸브 개방도 추정 가능 시점의 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 로서 저장한다. 즉, 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 는, 소정의 지연시간 (TD) 전의 시점에서 결정된 잠정 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt1) 를 현시점의 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 로서 설정한다. 이어서, 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 는, 현시점의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 가 현시점의 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 와 일치하도록 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 에 구동신호를 송출한다.

그런데, 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 로부터 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 로 상기 구동신호가 송출되면, 이 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 의 작동의 지연이나 스로틀 밸브 (46) 의 관성 등으로 인해, 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 는, 어떤 지연이 동반되어 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 를 따르게 된다. 이러한 관점에서, 전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 은, 하기 (31) 식에 따라서 규정된 지연시간 (TD) 후의 시점에서의 스로틀 밸브 개방도를 추정 (예측) 한다 (도 10 를 참조).

θte(n) = θte(n-1)+△Tt1·g(θtt(n), θte(n-1)) . . . (31)

상기 (31) 식에서, θte(n) 는 이번의 연산시점에서 새롭게 추정되는 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte) 이며, θtt(n) 는 이번의 연산시점에서 새롭게 설정된 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 이며, θte(n-1) 는 이번의 연산시점 전에 이미 추정되어 있던 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte) (즉, 전회의 연산시점에서 새롭게 추정된 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte)) 이다. 또한, 함수 g(θtt, θ te) 는, 도 11 에 나타낸 바와 같이, θtt 와 θte 와의 차 △θt (= θtt - θte) 에 따라서 증가하는 값을 취하는 함수 (△θt 에 관해서 단조 (單調) 증가하는 함수 (g)) 이다.

상기 설명된 바와 같이, 전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 은, 이번의 연산시점에서 상기 스로틀 밸브 개방도 추정 가능시점 (현시점으로부터 지연시간 (TD) 후의 시점) 의 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 를 새롭게 결정함과 동시에, 상기 스로틀 밸브 개방도 추정 가능 시점의 스로틀 밸브 개방도 (θte) 를 새롭게 추정하여, 상기 스로틀 밸브 개방도 추정 가능 시점까지의 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 와 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte) 를, 현시점으로부터의 시간경과에 대응시킨 형태로 RAM (73) 에 기억시킨다 (저장한다). 특히, 상기 구동신호가 스로틀 밸브액츄에이터 (46a) 에 송출된 시점으로부터 조금도 늦지 않고 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 가 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 와 일치하는 경우에는, 상기 (31) 식에 대신에 식 (θte(n) = θtt(n)) 을 사용하여 스로틀 밸브 개방도를 추정해도 된다.

<제 2 공기모델 (M20)>

제 2 공기모델 (M20) 은, 상기 전자 제어 스로틀 밸브모델 (M3) 에 의해 추정된 상기 미래 시점의 스로틀 밸브 개방도 (θte) 와, 상기 제 1 공기 모델 (M10) 에 의해 추정된 현시점의 압축기 회전속도 (Ncm) 에 따라서, 현시점 이후의 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd) 을 추정하는 모델이다. 제 2 공기모델 (M20) 은, 도 12 에 나타낸 바와 같이, 과급기 (91) 를 구비하는 내연기관 (10) 에서 압축기 (91a) 의 하류의 흡기 통로 내의 공기의 거동을 모델화한 상기 제 1 공기모델 (M10) 의 공기모델 (도 6 을 참조) 과 동일한 모델이다. 상기 제 2 공기 모델 (M20) 은, 스로틀 모델 (M21), 흡기 밸브 모델 (M22), 제 2 압축기 모델 (M23), 인터쿨러 모델 (M24), 흡기관 모델 (M25) 및 흡기 밸브 모델 (M26) 을 포함한다.

그런데, 제 2 공기모델 (M20) 은, 상기 제 1 공기모델 (M10) 이 현시점의 물리량을 추정하는 모델인데 반하여, 미래 시점의 물리량을 추정한다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 모델 M21 ~ M26 에 적용되는 스로틀 밸브 개방도 (θt), 압축기 회전 속도 (Ncm), 흡기 압력 (Pa), 흡기 온도 (Ta), 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 등은, 현시점 이후의 미래 시점으로 해야 한다.

따라서, 제 2 공기모델 (M20) 은, 상기 전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 에 의해 추정된 현시점 이후 미래 시점의 스로틀 밸브 개방도 (θte) 를 사용한다. 또한, 압축기 회전속도 (Ncm) 는 현시점으로부터, 기통 내 공기량 (KLfwd) 이 추정되는 미래 시점까지의 짧은 시간 내에서는 그다지 크게 변화하지 않는다. 따 라서, 제 2 공기모델 (M20) 은, 상기 미래 시점의 압축기 회전 속도 (Ncm) 로서 상기 제 1 공기모델 (M10) 에 의해 추정된 현시점의 압축기 회전 속도 (Ncm) 를 채용한다.

또한, 흡기 압력 (Pa), 흡기 온도 (Ta), 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 은, 현시점으로부터, 기통 내 공기량 (KLfwd) 이 추정되는 상기 미래 시점까지의 짧은 시간 내에서는 그다지 크게 변화하지않는다. 따라서, 제 2 공기모델 (M20) 은, 상기 미래 시점의 흡기 압력 (Pa), 흡기 온도 (Ta), 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 으로서, 현시점의 흡기압력 (Pa), 흡기온도 (Ta), 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 를 각각 채용한다.

상기에 설명된 바와 같이, 제 2 공기 모델 (M20) 은, 추정된 상기 미래 시점의 스로틀 밸브 개방도 (θte) 와, 추정된 현시점의 압축기 회전 속도 (Ncm) 과, 현시점의 흡기 압력 (Pa), 현시점의 흡기 온도 (Ta), 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 및 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 에 따라서, 상기 모델 (M21 ~ M26) 을 사용하여 상기 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd) 를 추정한다.

또한, 후술하는 바와 같이, 제 2 공기 모델 (M20) 의 상기 모델 (M21 ~ M26) 을 나타내는 일반화된 수식의 일부는, 상기 제 1 공기모델 (M10) 과 동일하게, 인터쿨러부 내의 공기의 압력 (Pic) 및 온도 (Tic) 와, 흡기관부 내의 공기의 압력 (Pm) 및 온도 (Tm) 에 관한 시간 미분항을 포함한다. 제 2 공기 모델 (M20) 은, 제 1 공기 모델 (M10) 의 경우와 같이, 상기 시간 미분항을 포함하는 수식을 이산 화하여, 이 이산화된 수식과, 현시점 이후의 제 1 시점 (후술하는 전회 추정시점 t1) 에서의 물리량에 따라서, 상기 제 1 시점 이후의 소정의 미소 시간 후의 제 2 시점 (후술하는 이번 추정 시점 (t2)) 에서의 물리량을 추정한다.

제 2 공기모델 (M20) 은, 이러한 추정을 반복하는 것에 의해, 또한 더 미래 시점에서의 물리량을 추정한다. 즉, 제 2 공기모델 (M20) 은, 반복하여 물리량을 추정함으로써, 상기 미소 시간의 각각의 주기 (간격) 의 물리량을 순차 추정하는 것이다. 또한, 이하의 설명에 있어서, (k-1) 가 부착된 각 물리량을 나타내는 변수는, k-1 회째의 추정시 (전회의 연산시점) 에서 추정된 물리량을 나타내는 변수이다. 또한, k 가 부착된 각 물리량을 나타내는 변수는, k 회째의 추정시 (이번의 연산시점) 에서 추정된 물리량을 나타내는 변수이다.

이하, 도 12 에 나타낸 각 모델에 관해서, 구체적으로 설명한다. 특히, 스로틀 모델 (M21), 흡기 밸브 모델 (M22), 인터쿨러 모델 (M24) 및 흡기관 모델 (M25) 은, 도 6 에 나타낸 상기 제 1 공기 모델 (M10) 이 구비되는 스로틀 모델 (Ml1), 흡기 밸브모델 (M12), 인터쿨러 모델 (M14) 및 흡기관 모델 (M15) 과 각각 유사하다. 따라서, 이들의 모델에 관해서는, 상기 제 1 공기모델 (M10) 의 대응 모델과 다른 점을 중심으로 설명한다.

(스로틀 모델 (M21)) ·

스로틀 모델 (M21) 은, 상기 스로틀 모델 (M11) 과 마찬가지로, 상기 (8) 식 및 상기 (9-1) 식 및 (9-2) 식과, 상기 설명된 테이블 (MAPCTAT) 및 상기 설명된 테이블 (MAPΦ) 을 사용하여 스로틀 통과 공기 유량 (mt) 을 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 스로틀 모델 (M21) 은, 상기 테이블 (MAPCTAT) 과, 상기 전자 제어 스로틀 밸브 모델 (M3) 에 의해 추정된 상기 미래 시점의 스로틀 밸브 개방도 (θte) 에 따라 값 (Ct2 (θ te)·At2 (θte) (= MAPCTAT(θte))) 를 구한다.

또한, 스로틀 모델 (M21) 은, 상기 테이블 (MAPΦ) 와, 후술하는 흡기관 모델 (M25) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 흡기관부내 압력 (Pm2(k-1)) 을 후술하는 인터쿨러 모델 (M24) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 으로 나눈값 ((Pm2(k-1)/Pic2(k-1))) 에 따라 값 (Φ2(Pm2(k-1)/Pic2(k-1)) (= MAPΦ(Pm2(k-1)/Pic2(k- 1)))) 을 구한다.

스로틀 모델 (M21) 은, 이상과 같이 구한 값 (Ct2(θte)·At2(θte)) 및 값(Φ2(Pm2(k-1)/Pic2(k-1))) 과, 후술하는 인터쿨러 모델 (M24) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k-1)) 를 상기 (8) 식에 적용하여, 스로틀 통과 공기 유량 (mt2(k-1)) 을 구한다.

(흡기 밸브 모델 (M22))

흡기 밸브모델 (M22) 은, 상기 흡기 밸브모델 (M12) 과 마찬가지로, 상기 (10) 식과, 상기 테이블 (MAPC) 및 상기 테이블 (MAPD) 를 사용하여 기통 내 유입 공기유량 (mc) 을 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 흡기 밸브 모델 (M22) 은, 상기 테이블 (MAPC) 와, 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 및 현시점의 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 에 따라 값 (c) 를 구한다 (c = MAPC(NE,VT)). 또한, 흡기 밸브 모델 (M22) 은, 상기 테이블 (MAPD) 와, 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 및 현시점의 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 로부터 값 (d) 를 구한다 (d = MAPD(NE,VT)).

흡기 밸브 모델 (M22) 은, 후술하는 흡기관 모델 (M25) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 흡기관부내 압력 Pm2(k-1) 및 흡기관부내 온도 Tm2(k-1) 와, 현시점의 흡기온도 (Ta) 와, 상기 구해진 값 (c) 및 값 (d) 를 상기 (10) 식에 적용하여, 기통 내 유입 공기유량 mc2(k-1) 을 추정한다. (제 2 압축기 모델 (M23))

제 2 압축기 모델 (M23) 은, 인터쿨러부내 압력 (Pic), 압축기 회전속도 (Ncm) 등에 따라서, 압축기 유출 공기유량 (mcm) 및 압축기 부여 에너지 (Ecm) 을 추정하는 모델이다.

먼저, 본 모델에 의해 추정되는 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 에 관해서 설명한다. 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 은, 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 에서 사용되는 테이블 MAPCM 과, 인터쿨러부내 압력 (Pic) 을 흡기압력 (Pa) 으로 나눈값 Pic/Pa 및 압축기 회전 속도 (Ncm) 에 따라서 구해진다. 여기서, 제 2 압축기 모델 (M23) 은, 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 과 동일하게, ROM (72) 에 저장된 테이블 (MAPCM) 을 사용한다. 특히, 상기 테이블 (MAPCM) 을 저장하고 있는 ROM (72) 는, 압축기 작동 상태 관계 기억 수단을 구성한다.

제 2 압축기 모델 (M23) 은, 상기 테이블 (MAPCM) 을 사용하여 압축기 유출 공기유량 (mcm) 을 추정한다. 구체적으로 설명하면, 제 2 압축기 모델 (M23) 은, 상기 테이블 (MAPCM) 과, 후술하는 인터쿨러 모델 (M24) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 을 현시점의 흡기압력 (Pa) 으로 나눈 값 (Pic2(k-1)/Pa) 과, 상기 미래 시점의 압축기 회전 속도 Ncm(k-1) 로서 채용된 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 에 의해 추정된, 현시점의 압축기 회전 속도 Ncm(k-1) 에 따라 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)(= MAPCM(Pic2(k-1)/Pa, Ncm(k-1))))) 를 추정한다.

특히, 제 2 압축기 모델 (M23) 은, 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 과 동일하게, 상기 테이블 (MAPCM) 대신에, ROM (72) 에 저장된 테이블 (MAPMCMSTD) 을 사용할 수 있다. 상기 테이블 (MAPMCMSTD) 은, 표준 상태의 인터쿨러부내 압력 (Picstd) 을 표준압력 (Pstd) 으로 나눈값 (Picstd/Pstd) 및 상기 표준 상태의 압축기 회전 속도 (Ncmstd) 와, 이 표준상태의 압축기 유출 공기유량 (mcmstd) 의 관계를 규정한다.

다음으로, 본 모델에 의해 추정되는 압축기 부여 에너지 (Ecm) 에 대해서 설명한다. 압축기 부여 에너지 (Ecm) 는, 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 의 경우와 마찬가지로, 본 모델의 일부를 나타내는 일반화된 수식이며, 또한 에너지 보존 법칙에 따른 상기 (13) 식, 압축기 효율 (η), 압축기 유출 공기 유량 (mcm), 인터쿨러부내 압력 (Pic) 을 흡기압력 (Pa) 으로 나눈값 (Pic/Pa) 및 흡기온도 (Ta) 에 따라 구해진다. 또한, 압축기 효율 (η) 은, 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 에서 사용되는 테이블 (MAPETA) 와, 압축기 유출 공기 유량 (mcm) 및 압축기 회전속도 (Ncm) 에 따라서 구해진다. 상기 제 2 압축기 모델 (M23) 은, 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 과 동일하게, ROM (72) 에 저장된 테이블 (MAPETA) 을 사용한다.

상기 제 2 압축기 모델 (M23) 은, 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 과 마찬가지로, 상기 (13) 식과, 상기 테이블 (MAPETA) 을 사용하여 압축기 부여 에너지 (Ecm) 을 추정한다. 구체적으로 말하면, 제 2 압축기 모델 (M23) 은, 상기 테이블 (MAPETA) 와, 상기 추정된 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 과, 현시점 이후의 미래 시점에서 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 로서 채용한 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 에 의해 추정된, 현시점의 압축기 회전 속도 Ncm(k-1) 에 따라 압축기 효율 (η2(k-1)(= MAPETA(mcm2(k-1),Ncm(k-1)))) 을 추정한다.

이어서, 제 2 압축기 모델 (M23) 은, 상기 추정된 압축기 효율 (η2(k-1)) 과, 상기 추정된 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 과, 인터쿨러 모델 (M24) 에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부 내 압력 (Pic2(k-1)) 을 현시점의 흡기압력 (Pa) 으로 나눈 값 Pic2(k-1)/Pa 와, 현시점의 흡기온도 (Ta) 를 상기 (13) 식에 적용하여 압축기 부여 에너지 (Ecm2(k-l)) 를 추정한다.

(인터쿨러 모델 (M24))

인터쿨러 모델 (M24) 은, 상기 (20) 식 및 상기 (21) 식을 사용하여, 인터쿨러부내 압력 (Pic) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic) 를 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 인터쿨러 모델 (M24) 은, 상기 (20) 식 및 상기 (21) 식과, 상기 제 2 압축기 모델 (M23) 에 의해 취득된 압축기 유출 공기유량 (mcm2(k-1)) 및 압축기 부여 에너지 (Ecm2(k-1)) 와, 스로틀 모델 (M21) 에 의해 취득된 스로틀 통과 공기유량 (mt2(k-1)) 와, 현시점의 흡기온도 (Ta) 와, 본 모델에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k- 1)) 에 따라서 가장 최근의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k)) 및 최신의 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k)) 를 추정한다. 특히, 인터쿨러부내 압력 (Pic2) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic2) 의 추정이 전혀 행하여지고 있지 않을 때 (본 모델에 의해 1 회째의 추정을 할 때 (본 예에서는, 내연기관의 운전 개시시)), 인터쿨러 모델 (M24) 은, 인터쿨러부내 압력 (Pic2(0)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic2(0)) 로서, 흡기압력 (Pa) 및 흡기온도 (Ta) 를 각각 채용한다.

(흡기관 모델 (M25))

흡기관 모델 (M25) 은, 상기 (29) 식 및 상기 (80) 식을 사용하여, 흡기관부내 압력 (Pm) 및 흡기관부내 온도 (Tm) 을 추정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 흡기관 모델 (M25) 은, 상기 (29) 식 및 상기 (30) 식과, 상기 스로틀 모델 (M 21) 에 의해 취득된 스로틀 통과 공기유량 (mt2(k-1)) 과, 흡기 밸브모델 (M22) 에 의해 취득된 기통 내 유입 공기유량 (mc2(k-1)) 과, 인터쿨러모델 (M24) 에 의해 k-1회째의 추정시에 추정된 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k-1)) 와, 본 모델에 의해 k-1 회째의 추정시에 추정된 흡기관부내 압력 (Pm2(k-1)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(k-1)) 에 따라서 가장 최근의 흡기관부내 압력 (Pm2(k)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(k)) 를 추정한다. 다만, 흡기관부내 압력 (Pm2) 및 흡기관부내 온도 (Tm2) 의 추정이 전혀 행하여지고 있지 않을 때 (본 모델에 의해 1회째의 추정을 할 때 (본 예에서는, 내연기관의 운전개시 때)), 흡기관 모델 (M25) 은, 흡기관부내 압력 (Pm2(0)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(0)) 로서, 흡기 압력 (Pa) 및 흡기 온도 (Ta) 를 각각 채용한다.

(흡기 밸브모델 (M26))

흡기 밸브모델 (M26) 은, 흡기 밸브 모델 (M22) 과 유사한 모델을 포함한다. 흡기 밸브 모델 (M26) 에서는, 흡기관 모델 (M25) 에 의해 k 회째의 추정시에 추정된 가장 최근의 흡기관부내 압력 (Pm2(k)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(k)) 와 현시점의 흡기온도 (Ta) 를, 본 모델을 나타내는 일반화된 수식이며 또한 상기 경험 법칙에 따른 (1O) 식 (mc=(Ta/Tm)·(c·Pm-d)) 에 적용하여 가장 최근의 기통 내 유입 공기유량 (mc2(k)) 을 구한다. 이어서, 흡기 밸브 모델 (M26) 은, 구해진 기통 내 유입 공기유량 (mc2(k)) 에, 흡기 밸브 (32) 가 개방된 상태 동안의 시간 (흡기 밸브 개방 시간) (Tint) 을 곱한다. 상기 흡기 밸브 개방 시간 (Tint) 은, 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 및 현시점의 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 으로부터 산출된다. 결과적으로, 현시점 이후의 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd)을 구한다.

상기 설명된 바와 같이, 제 2 공기 모델 (M20) 은, 상기 전자 제어 스로틀 밸브모델 (M3) 에 의해 추정된 상기 미래 시점의 스로틀 밸브 개방도 (θte) 와, 상기 제 1 공기 모델 (M10) 에 의해 추정된 현시점의 압축기 회전 속도 (Ncm) 에 따라서, 현시점 이후의 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd) 을 추정한다.

다음으로, 전기 제어 장치 (70) 의 실제의 작동에 관해서, 도 13 ~ 도 21 를 참조하여 설명한다.

<스로틀 밸브 개방도 추정>

CPU (71) 는, 도 13 에 플로우차트에 의해 나타낸 스로틀 밸브 개방도 추정 루틴을, 소정의 연산 주기 (△Tt1) (본 예에서는, 2 ms) 의 경과마다 실행함으로써, 상기 전자 제어 스로틀 밸브모델 (M3) 및 상기 전자 제어 스로틀 밸브논리 (A1) 의 기능을 달성한다. 특히, 스로틀 밸브 개방도 추정 루틴이 실행된다는 것은, 스로틀 밸브 개방도 추정수단의 기능이 달성된다는 것에 대응한다.

구체적으로 설명하면, CPU (71) 은 소정의 타이밍으로 단계 (1300) 로부터 처리를 시작하여, 단계 (1305) 로 진행하여 변수 i 에「0」을 설정 (변수 i 에 대한 메모리 영역에 「0」을 설정) 한 후에, 단계 (1310) 으로 진행하여 변수 i 가 지연 회수 (ntdly) 와 같은가를 판정한다. 이 지연회수 (ntdly) 는, 지연시간 (TD) (본 예에서는, 64 ms) 을 상기 규정된 연산 주기 (△Tt1) 로 나눈 값 (본 예에서는, 32) 이다.

이 시점에서 변수 i 는「0」이므로, CPU (71) 는 단계 (1310) 에서 「No」 라고 판정하며, 단계 (1315) 로 진행하여 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(i)) 에 대한 메모리 영역에 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(i+1)) 의 값을 저장한다. 상기 CPU (71) 는 다음 단계 (1320) 에서 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(i)) 에 대한 메모리 영역에 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(i+1)) 의 값을 저장한다. 이상의 처리에 의해, 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(0)) 에 대한 상기 메모리 영역에 목표 스로틀 밸브개방도 (θtt(1)) 의 값이 저장되며, 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(O)) 에 대한 메모리 영역에 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(1)) 의 값이 저장된다.

다음으로, CPU (71) 는, 단계 (1325) 에서 변수 i 의 값을 「1」만 증가시킨 후 단계 (1310) 로 되돌아간다. 그리고, 변수 i 의 값이 지연회수 (ntdly) 보다 작으면, 상기 CPU (71) 는 다시 단계 (1315) ~ 단계 (1325) 를 실행한다. 즉, 단계 (1315) ~ 단계 (1325) 는, 변수 i 의 값이 지연회수 (ntdly) 와 동일하게 될 때까지 반복 실행된다. 결과적으로, 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(i+1)) 의 값이 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(i)) 에 대한 메모리 영역에 순차 시프트되며, 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(i+1)) 의 값이 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(i)) 에 순차 시프트된다.

전술의 단계 (1325) 가 되풀이됨으로써 변수 i 의 값이 지연회수 (ntdly) 와 동일하게 되면, CPU (71) 은 단계 (1310) 에서 「Yes」라고 판정하여 단계 (1330) 로 진행한다. 상기 단계 (1330) 에서, 현시점의 엑셀 패달 조작량 (Accp) 과, 도 9에 나타낸 테이블에 따라서 이번의 잠정 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt1) 를 구하여, 이를 지연시간 TD 후의 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 로 사용하기 위해서 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(ntdly)) 에 대한 메모리 영역에 저장한다.

다음으로, CPU (71) 은 단계 (1335) 로 진행하여, 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(ntdly-1)) 와, 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(ntdly)) 및, 상기 (31) 식 (우변) 에 따른, 단계 (1335) 의 박스에 나타낸 식에 따라서, 현시점으로부터 지연시간 (TD) 후의 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(ntdly)) 를 산출한다. 상기 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(ntdly-1)) 는, 이전 연산 시점에서 이 이전 연산 시점으로부터 지연시간 (TD) 후의 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 로서 저장된다. 상기 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(ntdly)) 는, 시간 지연 (TD) 후의 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 로서 상기 설명된 단계 (1330) 에 저장된다. 이후, CPU (71) 는 단계 (1340) 로 진행하여, 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 가 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(0)) 와 일치 (동일) 하도록, 구동 신호를 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 에 송출한다. 이후, 상기 CPU (71) 는 단계 (1395) 로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

상기 설명된 바와 같이, 이상과 같이, 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 에 관한 메모리 (RAM (73)) 에 있어서는, 본 루틴이 실행될 때마다 메모리의 내용이 하나씩 시프트되어져, 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(0)) 에 대한 메모리 영역에 저장된 값이, 전자 제어 스로틀 밸브 논리 (A1) 에 의해 스로틀 밸브 액츄에이터 (46a) 에 출력되는 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt) 로서 설정된다. 즉, 본 루틴의 현재 실행의 결과로 목표 스로틀 밸브 개방도 (θtt(ntdly)) 에 대하여 메모리 영역에 저장된 값은, 이후에 본 루틴이 지연회수 (ntdly) 만큼 반복되었을 때 (지연시간 (TD) 후) 에 (θtt(0)) 에 대한 메모리 영역에 저장된다. 또한, 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte) 에 관한 메모리에서는, 상기 현시점으로부터 소정시간 (m ·△Tt1) 경과 후의 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte) 가 메모리 내의 (θte(m))) 에 대한 메모리 영역에 저장된다. 이 경우의 값 m 은, O ~ ntdly 사이의 정수이다.

<스로틀 밸브 개방도 산출>

한편, CPU (71) 은, 상기 스로틀 밸브 개방도 산출 수단 (M2) 의 기능을, 도시하지 않은 스로틀 밸브 개방도 산출 루틴을 소정의 연산 주기 (△Tt2 (본 예에 서는, 8 ms) 의 경과마다 실행함으로써 달성한다. 구체적으로, 상기 소정의 연산 주기 (△Tt2) 의 경과마다, 상기 CPU (71) 는 스로틀 위치 센서 (64) 가 실제로 출력하고 있는 전기적인 물리량인 전압 (출력량) (Vta) 을 취득하여, 상기 취득된 스로틀 위치 센서 (64) 의 출력량 (Vta) 에 따라서 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 를 산출한다. 그런데, 상기 루틴에 의해 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 를 산출하기 위해서는, 상기 CPU (71) 는 소정의 스로틀 밸브 개방도 산출 시간 (본 예에서는, 8 ms) 이 필요하다. 따라서, 스로틀 위치 센서 (64) 의 출력량 (Vta) 이 출력된 시점으로부터, 상기 소정의 스로틀 밸브 개방도 산출 시간만큼 후의 시점에서 상기 출력량 (Vta) 에 따르는 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 가 산출된다.

<제 1 공기 모델 (M10) 에 의한 압축기 회전 속도의 계산>

또한, CPU (71) 은, 상기 스로틀 밸브 개방도 산출 루틴의 실행이 종료하면, 상기 CPU (71) 는 도 14 의 순서도에 의해 나타낸, 제 1 공기모델 (M10) 에 의해 압축기 회전 속도를 계산하기 위한 루틴을 실행함으로써, 본 루틴을 실행하는 시점에서의 압축기 회전속도 (Ncm(k-1)) 를 추정한다. 여기서, k 는 본 루틴의 실행이 시작될 때마다 1 이 가산되는 정수이며, 본 루틴의 실행이 시작된 회수를 나타낸다. 특히, 후술하는 단계 (1415) 를 제외한, 도 14 의 루틴의 각 단계의 처리가 실행되는 것은, 기통 내 공기량 추정 수단의 기능의 일부가 달성되는 것에 대응한다.

구체적으로 설명하면, 소정의 타이밍이 되었을 때, CPU (71) 는 단계 (1400) 로부터 처리를 시작하여, 단계 (1405) 으로 진행하여, 상기 스로틀 모델 (M11) 에 의해 스로틀 통과 공기 유량 (mt1(k-1)) 을 구하도록, 도 15 의 순서도에 나타낸 단계 (1500) 로 진행한다.

이어서, CPU (71) 는, 단계 (1505) 로 진행하여 상기 스로틀 밸브 개방도 산출 루틴에 의해 산출된 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 를 구한다.

그리고, CPU (71) 는, 단계 (1510) 로 진행하여, 상기 (8) 식의 Ct(θt) · At(θt) 를, 상기 테이블 (MAPCTAT) 와, 상기 단계 (1505) 에서 구한 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 로부터 값 (CtAt1(k-1)) 으로서 구한다.

다음으로, CPU (71) 는 단계 (1515) 로 진행하여, 상기 테이블 (MAPΦ) 과, 전회의 도 14 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1430) 에서 구해진 이번의 연산시점 (현시점) 의 흡기관부내 압력 (Pm1(k-1)) 을, 전회의 도 14 의 루틴의 실행시에서 후술하는 단계 (1425) 에서 구해진 이번의 연산시점에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 으로 나눈 값 (Pm1(k-1)/Pic1(k-l)) 으로부터 값 (Φ 1(Pm1(k-1)/Pic1(k-1))) 을 구한다.

그리고, CPU (71) 은 스텝 (1520) 으로 진행하여, 상기 단계 (1510) 및 단계 (1515) 에서 각각 구해진 값과, 상기 스로틀 모델 (M11) 을 나타내는 상기 (8) 식에 따른, 단계 (1520) 의 박스 내에 나타낸 식과, 전회의 도 14 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1425) 에서 구해진 이번의 연산 시점에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k-1)) 에 따라서, 이번의 연산시점에서의 스로틀 통과 공기유량 (mtl(k-1)) 을 구한다. 이어서, 상기 CPU (71) 는 단계 (1595) 를 경유하여 도 14 의 단계 (1410) 로 진행한다.

단계 (1410) 에서 CPU (71) 는, 상기 테이블 (MAPC) 와, 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 및 현시점의 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 에 따라 상기 흡기 밸브모델 (M12) 을 나타내는 상기 (10) 식의 값 (c) 을 구한다. 유사하게, 상기 CPU (71) 는 상기 테이블 (MAPD) 과, 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 및 현시점의 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 에 따라 값 (d) 를 구한다. 이어서, 상기 단계 (1410) 에서, CPU (71) 는, 상기 흡기 밸브 모델 (M12) 을 나타내는 상기 (10) 식을 따르는 단계 (1410) 의 박스 내에 나타낸 식과, 전회의 본 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1430) 에서 구해진 이번의 연산시점의 흡기관부내 압력 (Pml(k-l)) 및 흡기관부내 온도 (Tm1(k-1)) 와, 현시점의 흡기온도 (Ta) 에 따라서 이번의 연산 시점의 기통 내 유입 공기유량 (mc1(k-1)) 을 구한다.

다음으로, CPU (71) 는 단계 (1415) 로 진행한 후에, 상기 AFM 역모델 (M1) 에 의해 압축기 유입 공기유량 (mcmi(k-1)) 을 구하도록, 도 16 의 순서도에 나타낸 단계 (1600) 로 진행한다. 특히, 도 16 의 루틴이 실행되는 것은, 압축기 유입 공기 유량 추정 수단의 기능이 달성되는 것에 대응한다.

이어서, CPU (71) 은, 단계 (1605) 로 진행하여 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm(k-1)) 을 읽어냄과 동시에, 상기 읽어낸 출력량 (Vafm(k-1)) 을 RAM (73) 에 저장시킨다. 특히, 단계 (1605) 의 처리가 실행되는 것은, 공기 유량계 출력량 기억수단의 기능이 달성되는 것에 대응한다.

이어서, CPU (71) 는, 단계 (1610) 로 진행한 후에, 상기 AFM 역모델 (M1) 에 대한 입력량 (x0(k-1)) 으로 사용되도록, 본 루틴의 전회 실행시 동안에 상기 단계 (1605) 에서 읽어냄과 동시에 RAM (73) 에 기억되어 있던 전회의 연산 시점에서의 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm(k-2)) 을 설정한다.

전술한 바와 같이, 스로틀 포지센 센서 (64) 로부터 출력량 (Vta) 이 출력된 시점으로부터 소정의 스로틀 밸브 개방도 산출시간 (본 예에서는, 8 ms) 이 경과한 후에, 상기 출력량 (Vta) 에 따른 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 가 산출되며, 상기 산출된 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 가 도 15 의 상기 단계 (1505) 에서 취득된다.

여기서, 이 실시형태는, 상기 단계 (1610) 에서 나타낸 바와 같이, 상기 소정의 스로틀 밸브 개방도 산출시간만큼, 이전의 시점 (전회의 연산시점) 에서 RAM (73) 에 기억된 공기 유량계 (61) 에 의한 출력량 (Vafm(k-2)) 을, 현시점 (이번의 연산시점, 즉, 전회의 연산시점으로부터 연산주기 (△Tt2) (8 ms) 만큼 후의 시점) 에서 상기 AFM 역모델 (M1) 에 상기 AFM 역모델 (M1) 의 입력량 (x0(k-1)) 으로서 입력 (제공) 한다.

이에 의해, 후술하는 바와 같이, 현시점 이전에 산출되어 있는 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 의 가장 최근의 실제의 스로틀 밸브 개방도 (θta) 를 산출하는 스로틀 위치 센서 (64) 의 출력량 (Vta) 이 출력된 시점과 동일의 시점에서 출력된 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm(k-2)) 에 따라 압축기 유입 공기 유량 (mcmi(k-1)) 이 추정된다. 따라서, 동일의 시점에서 출력된 출력량에 각각 따르는 스로틀 밸브 개방도 (θta) 및 압축기 유입 공기 유량 (mcmi(k-1)) 을 제 1 공기 모델 (M10) 에 적용할 수 있기 때문에, 높은 정밀도로 기통 내 공기량을 추정할 수 있다.

다음으로, CPU (71) 는, 단계 (1615) 로 진행하여 상기 로우 패스 필터 (M1 a) 에 입력량 (x0(k-1)) 을 입력함으로써, 출력량 (x(k-1)) 을 산출한다. 이 후, CPU (71) 는, 단계 (1620) 로 진행하여, 본 루틴의 전회 실행 동안의 후술하는 단계 (1630) 에서 산출된 전회의 연산시점에서의 AFM 순모델 (M1c) 의 출력량 ((zz(k-2)) (피드백 양) 을, 상기 단계 (1615) 에서 산출된 출력량 (x(k-1)) 에서 뺌으로써, 값 (y(k-1)) 을 산출한다.

이어서, CPU (71) 는, 단계 (1625) 로 진행하여 상기 단계 (1620) 에서 산출된 값 (y(k-1)) 를 상기 PID 제어기 (M1b) 에 입력함으로써, 출력량 (z(k-1)) 을 산출한다. 그 후, CPU (71) 는, 단계 (1630) 로 진행하여 상기 단계 (1625) 에서 산출된 출력량 (z(k-1)) 을 상기 AFM 순모델 (M1c) 에 입력함으로써, 출력량 (zz(k-1)) 을 산출한다.

다음으로, CPU (71) 는, 단계 (1635) 로 진행하여, 압축기 유입 공기 유량 (mcmi(k-1)) 으로서 사용되도록 상기 단계 (1625) 에서 산출된 출력량 (z(k-1)) 을 설정한다. 그 후, 상기 CPU (71) 는 단계 (1695) 를 경유하여 도 14 의 단계 (1420) 로 진행한다.

그리고, CPU (71) 는 상기 단계 (1420) 에서 상기 제 1 압축기 모델 (M13) 에 의해 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 및 압축기 부여 에너지 (Ecml(k-1)) 가 구해지도록, 도 17 의 순서도에 나타낸 단계 (1700) 로 진행한다.

이어서, CPU (71) 는, 단계 (1705) 로 진행하여, 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-1)) 으로서 사용되도록, 도 16 의 상기 단계 (1635) 에서 구해진 압축기 유입 공기 유량 (mcmi(k-1)) 을 설정한다. 그 후, CPU (71) 는, 단계 (1710) 로 진행하여, 상기 테이블 (MAPCM) 과, 전회의 도 14 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1425) 에서 구해진 이번의 연산 시점에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 을 현시점의 흡기압력 (Pa) 로 나눈 값 (Pic1(k-1)/Pa) 및 상기 단계 (1705) 에서 저장된 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-1)) 에 따라 이번의 연산시점에서의 압축기 회전속도 (Ncm(k-1)) 를 구한다. 특히, 단계 (1710) 의 처리가 실행되는 것은, 압축기 회전 속도 취득 수단의 기능이 달성되는 것에 대응한다. 또한, 단계 (1705) 및 단계 (1710) 의 처리가 실행되는 것은, 압축기 유출 공기 유량 추정 수단의 기능의 일부가 달성되는 것에 대응한다.

그리고, CPU (71) 는, 단계 (1715) 로 진행하여, 상기 테이블 (MAPETA) 과, 상기 단계 (1705) 에서 저장된 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-1)) 및 상기 단계 (1710) 에서 구해진 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 에 따라 압축기 효율 (η1(k-1)) 을 구한다.

다음으로, CPU (71) 는, 단계 (1720) 로 진행하여, 전회의 도 14 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1425) 에서 구해진 이번의 연산시점에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 을, 현시점의 흡기압력 (Pa) 으로 나눈값 (Pic1(k-1))/(Pa) 과, 상기 단계 (1705) 에서 저장된 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-1)) 과, 상기 단계 (1715) 에서 구해진 압축기 효율 (η1(k-1)) 과, 현시점의 흡기 온도 (Ta) 와, 제 1 압축기 모델 (M13) 의 일부를 나타내는 상기 (13) 식에 따르는 단계 (1720) 의 박스 내에 나타낸 식에 따라, 이번의 연산시점에서의 압축기 부여 에너지 (Ecm(k-1)) 를 구한다. 그 후, 상기 CPU (71) 는 단계 (1795) 를 경유하여 도 14 의 단계 (1425) 로 진행한다. 특히, 단계 (1715) 및 단계 (1720) 의 처리가 실행되는 것은, 압축기 부여 에너지 추정 수단의 기능이 달성되는 것에 대응한다.

CPU (71) 는, 상기 단계 (1425) 에서, 상기 인터쿨러 모델 (M14) 을 나타내는 상기 (18) 식 및 상기 (19) 식을 이산화하여 얻어진 상기 (20) 식 및 상기 (21) 식에 따르는, 단계 (1425) 의 박스 내에 나타낸 식 (차분 방정식) 과, 상기 단계 (1405) 및 단계 (1420) 에서 구해진 스로틀 통과 공기 유량 (mt1(k-1)), 압축기 유출 공기 유량 (mcml(k-1)) 및 압축기 부여 에너지 (Ecm1(k-1)) 에 따라서, 다음번의 연산 시점에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k)) 과, 상기 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k)) 을 다음번의 연산 시점에서의 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k)) 로 나눈 값 {Pic1/Tic1} (k) 을 구한다. 특히, △t1 은 인터쿨러 모델 (M14) 및 후술하는 흡기관 모델 (M15) 에서 사용되는 시간 단계 (시간 이산 간격) 을 나타내며, 식 (△t1 = △Tt2) 에 의해 표현된다. 즉, 단계 (1425) 에서는, 이번의 연산시점에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k-1)) 등으로부터, 다음번의 연산 시점에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k)) 가 구해진다. 특히, 단계 (1425) 의 처리가 실행되는 것은, 현재 압축기 하류 압력 추정 수단의 기능의 일부가 달성되는 것에 대응한다.

다음으로, CPU (71) 는 단계 (1430) 로 진행하여, 상기 흡기관 모델 (M15) 을 나타내는 상기 (27) 식 및 상기 (28) 식을 이산화하여 얻어진 상기 (29) 식 및 상기 (80) 식에 따른, 단계 (1430) 의 박스 내에 나타낸 식 (차분 방정식) 과, 상기 단계 (1405) 및 단계 (1410) 에서 각각 구한 스로틀 통과 공기 유량 (mt1(k-1)) 및 기통 내 유입 공기유량 (mc1(k-l)) 과, 본 루틴의 전회 실행 동안의 상기 단계 (1425) 에서 구해진 이번의 연산시점에서의 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k-1)) 에 따라서, 다음번의 연산시점에서의 흡기관부내 압력 (Pm1(k)) 과, 상기 흡기관부내 압력 (Pm1(k)) 을 다음번의 연산시점에서의 흡기관부내 온도 (Tm1(k)) 로 나눈 값 ({Pm1/Tm1}(k)) 을 구한다. 즉, 단계 (1430) 에서는, 이번의 연산시점에서의 흡기관부내 압력 (Pm1(k-1)) 및 흡기관부내 온도 (Tm1(k-1)) 등으로부터, 다음번의 연산시점에서의 흡기관부내 압력 (Pm1(k)) 및 흡기관부내 온도 (Tm1(k)) 를 구한다.

이어서, CPU (71) 는, 단계 (1495) 로 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다.

상기 설명된 바와 같이, 도 14 의 루틴이 실행됨으로써, 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 에 따라서, 실제의 압축기 유입 공기유량 (mcmi(k-1)) 이 추정된다. 다음으로, 상기 추정된 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi(k-1)) 에 따라서 현시점의 압축기 회전속도 (Ncm(k-1)) 가 추정됨과 동시에, 이번의 연산시점보다 미소시간 (△t1) 만큼 이후의 시점 (다음번의 연산시점) 의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k)), 인터쿨러부내 온도 (Tic1(k)), 흡기관부내 압력 (Pm(k)) 및 흡기관부내 온도 (Tm(k)) 가 추정된다.

<제 2 공기 모델 (M20) 에 의한 기통 내 공기량의 계산>

한편, 도 14 의 루틴의 실행이 종료할 때, CPU (71) 는, 도 18 에 순서도에 의해 나타낸, 제 2 공기모델 (M20) 에 의해 기통 내 공기량을 계산하기 위한 루틴을 실행함으로써, 상기 루틴을 실행하는 시점 이후의 미래 시점에서의 기통 내 공기량 (KLfwd) 를 추정한다. 특히, 도 18 의 루틴이 실행되는 것은, 기통 내 공기량 추정수단의 기능의 일부가 달성되는 것에 대응한다.

구체적으로 설명하면, 소정의 타이밍이 되었을 때, CPU (71) 는 단계 (1800) 로부터 처리를 시작하여, 단계 (1805) 로 진행한 후에, 상기 스로틀 모델 (M21) 에 의해 스로틀 통과 공기 유량 (mt2(k-1)) 이 구해지도록, 도 19 의 순서도에 나타낸 단계 (1900) 로 진행한다.

이어서, CPU (71) 는, 단계 (1905) 로 진행하여, 도 13 의 스로틀 밸브 개방도 추정 루틴에 의해 메모리에 저장된 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(m)) (m 은, O ~ ntd1y 의 정수) 로부터, 현시점으로부터 소정의 시간 간격 (△tO) (본 예에서는, 특정 기통의 연료분사 개시 시기 전의 소정의 시점 (그 전에 분사 연료량을 결정할 필요가 있는 최종 시점) 과 상기 기통의 흡기행정에서 흡기 밸브 (32) 가 폐쇄되는 시점 (흡기 행정 종료 시점) 사이의 시간 주기) 만큼 후의 시점과 가장 가까운 시점의 스로틀 밸브 개방도로서 추정된 예측 스로틀 밸브 개방도 (θte(m)) 를, 예측 스로틀 밸브 개방도 ( θt(k)) 로서 읽어낸다. 상기 설명된 바와 같이, k 는, 도 14 의 루틴의 실행이 시작된 회수를 나타낸다. 그런데, 본 루틴은, 도 14 의 루틴의 실행이 종료한 후에 계속해서 실행된다. 따라서, k 는, 본 루틴의 실행이 시작된 회수도 나타낸다.

이하, 설명의 편의상, 전회의 연산시점 (본 루틴을 k-l 회째에 실행하고 있는 시점) 의, 상기 단계 (1905) 에서 읽어낸 예측 스로틀 밸브 개방도 (θt(k-1)) 에 대응하는 시점을, 전회 추정시점 (t1) 으로 하며, 이번의 연산시점 (본 루틴을 k 회째에 실행하고 있는 시점) 의 상기 단계 (1905) 에서 읽어낸 예측 스로틀 밸브 개방도 (θt(k)) 에 대응하는 시점을, 이번 추정시점 (t2) 으로 한다 (스로틀 밸브 개방도 추정 가능 시점, 소정의 시간 간격 (△t0), 전회 추정 시점 (t1) 및 이번 추정 시점 (t2) 의 관계를 나타낸 모식도인 도 20 을 참조).

그리고, CPU (71) 는, 단계 (1910) 로 진행하여, 상기 테이블 (MAPCTAT) 과, 이전 연산 시점에서의 상기 단계 (1905) 에서 읽어낸 예측 스로틀 밸브 개방도 (θt(k-1)) 에 따라, 상기 (8) 식의 Ct(θt)·At(θt) 를, 값 (CtAt2(k-1)) 으로서 구한다.

다음으로, CPU (71) 는 단계 (1915) 로 진행하여, 상기 테이블 (MAPΦ) 과, 전회의 도 18 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1825) 에서 구해진 전회 추정시점 (t1) 에서의 흡기관부내 압력 (Pm2(k-1)) 을, 전회의 도 18 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1820) 에서 구해진 전회 추정시점 (t1) 에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 으로 나눈 값 (Pm2(k-1)/Pic2(k-1)) 에 따라 값 (Φ2(Pm2(k-1)/Pic2(k-1))) 을 구한다.

그리고, CPU (71) 는 단계 (1920) 으로 진행하여, 상기 단계 (1910) 및 단계 (1915) 에서 각각 구한 값과, 상기 스로틀 모델 (M21) 을 나타내는 상기 (8) 식에 따르는, 단계 (1920) 의 박스 내에 나타낸 식과, 전회의 도 18 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1820) 에서 구해진 전회 추정 시점 (t1) 에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k-1)) 에 따라서, 전회 추정시점 (t1) 에 서의 스로틀 통과 공기 유량 (mt2(k-1)) 을 구한다. 이어서, 상기 CPU (71) 는 단계 (1995) 를 경유하여 도 18의 단계 (1810) 로 진행한다.

상기 CPU (71) 는, 단계 (1810) 에서 상기 흡기 밸브 모델 (M22) 을 나타내는 상기 (10) 식에 따르는, 단계 (1810) 의 박스에 나타낸 식과, 전회의 본 루틴의 실행시에 서의 후술하는 스텝 (1825) 에서 구해진 전회 추정 시점 (t1) 에서의 흡기관부내 압력 (Pm2(k-1)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(k-1)) 와, 현시점의 흡기온도 (Ta) 에 따라서, 전회 추정 시점 (t1) 에서의 기통 내 유입 공기 유량 (mc2(k-1)) 을 구한다. 이 때, 도 14 의 상기 단계 (1410) 에서 구한 값 (c) 및 값 (d) 를 단계 (1810) 의 값 (c) 및 값 (d) 로서 사용한다.

다음으로, CPU (71) 는, 단계 (1815) 로 진행한 후, 상기 제 2 압축기 모델 (M23) 을 사용하여 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 및 압축기 부여 에너지 (Ecm2(k-1)) 가 구해지도록, 도 21 의 순서도의 단계 (2100) 로 진행한다.

이어서, CPU (71) 는, 단계 (2105) 로 진행하여, 상기 테이블 (MAPCM) 과, 전회의 도 18 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1820) 에서 구해진 전회 추정 시점 (t1) 에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 을 현시점의 흡기 압력 (Pa) 으로 나눈 값 (Pic2(k-1)/Pa) 및 전회 추정 시점 (t1) 에서의 압축기 회전 속도로서 채용된, 도 14 의 상기 단계 (1420) 에서 구해진 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 에 따라, 전회 추정 시점 (t1) 에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 을 구한다. 특히, 단계 (2105) 의 처리가 실행되는 것은, 미래 압축기 유출 공기 유량 취득 수단의 기능이 달성되는 것에 대응한다.

그리고, CPU (71) 은, 단계 (2110) 로 진행하여, 상기 테이블 (MAPCM) 과, 전회의 도 14 의 루틴의 실행시에서의 상기 단계 (1425) 에서 구해진 이번의 연산시점에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic1(k-1)) 을 현시점의 흡기압력 (Pa) 으로 나눈 값 (Pic1(k-1)/Pa) 및 도 14 의 상기 단계 (1420) 에서 구해진 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 에 따라, 상기 테이블 (MAPCM) 에 의해 구한 이번의 연산시점에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm1map) 을 구한다. 특히, 단계 (2110) 의 처리가 실행되는 것은, 현재 압축기 유출 공기 유량 취득 수단의 기능이 달성되는 것에 대응한다.

다음으로, CPU (71) 는, 단계 (2115) 로 진행하여, 이번의 연산시점에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-1)) 으로서 채용한 도 14 의 상기 단계 (1415) 에서 구해진 압축기 유입 공기 유량 (mcmi(k-1)) 을 상기 단계 (2110) 에서 상기 테이블 (MAPCM) 을 사용하여 구한 이번의 연산 시점에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm1map) 으로 나눈 제 2 값을, 상기 단계 (2105) 에서 구해진 전회 추정 시점 (t 1) 에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 에 곱하여 얻어진 제 1 값으로, 상기 전회 추정시점 (t1) 에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 을 갱신한다.

그런데, 압축기 회전 속도의 변화하는 범위는 매우 넓기 때문에, 상기 테이블 (MAPCM) 의 데이터수를 적게 하기 위해서, 상기 테이블 (MAPCM) 내에서의 압축 기 회전 속도의 인접하는 데이터 사이의 값의 차는 비교적 크다. 따라서, 도 14 의 상기 단계 (1420) 에서 구해진 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 은 오차를 포함한다. 따라서, 상기 단계 (2105) 에 나타낸 바와 같이, 상기 테이블 (MAPCM) 과, 상기 구해진 압축기 회전속도 (Ncm(k-1)) 에 따라 전회 추정 시점 (t1) 에서의 압축기 유출 공기유량 (mcm2(k-1)) 을 구하면, 상기 구해진 전회 추정시점 (t1) 에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 은 오차를 포함한다.

이러한 관점에서, 이 실시형태는, 상기 테이블 (MAPCM) 을 사용하지 않고 구한 이번의 연산시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-1)) 과, 상기 테이블 (MAPCM) 을 사용하여 구한 이번의 연산시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcm1map) 과의 비 (압축기 유출 공기 유량 (mcm1map) 에 대한 압축기 유출 공기 유량 (mcm1(k-1)) 의 비 (mcm1(k-1)/mcm1map) 를 보정계수로서, 상기 테이블 (MAPCM) 을 사용하여 구한 전회 추정 시점 (t1) 에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 에 곱함으로써, 상기 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 을 보정한다.

이러한 과정에 의해, 상기 테이블 (MAPCM) 을 사용하여 구해진 전회 추정 시점 (t1) 에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 에 포함되는 오차가 보정된다. 따라서, 상기 테이블 (MAPCM) 의 데이터수를 증가시키지 않고, 상기 전회 추정시점 (t1) 에 서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 을 정확히 추정할 수 있다. 특히, 단계 (2115) 의 처리가 실행되는 것은, 미래 압축기 유출 공기 유량 보정 수단의 기능이 달성되는 것에 대응한다. 또한, 단계 (2105) 로부터 단계 (2115) 까지의 처리가 실행되는 것은, 압축기 유출 공기 유량 추정 수단의 기능의 일부가 달성되는 것에 대응한다.

다음으로, CPU (71) 은, 단계 (2120) 로 진행하여, 상기 테이블 (MAPETA) 과, 상기 단계 (2115) 에서 구해진 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 및 도 14 의 상기 단계 (1420) 에서 구해진 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 로부터 압축기 효율 (η2(k-1)) 을 구한다.

다음으로, CPU (71) 는, 단계 (2125) 로 진행하여, 전회의 도 18 의 루틴의 실행시에서의 후술하는 단계 (1820) 에서 구해진 전회 추정 시점 (t1) 에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 을 현시점의 흡기압력 (Pa) 으로 나눈 값 (Pic2(k-1)/Pa) 과, 상기 단계 (2115) 에서 구해진 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 과, 상기 단계 (2120) 에서 구해진 압축기 효율 (η2(k-1)) 과, 현시점의 흡기 온도 (Ta) 와, 제 2 압축기 모델 (M23) 의 일부를 나타내는 상기 (13) 식에 따라 단계 (2125) 의 박스에 나타낸 식에 따라서, 전회 추정 시점 (t1) 에서의 압축기 부여 에너지 (Ecm2(k-1)) 를 구한다. 그 후, 상기 CPU (71) 는 단계 (2195) 를 경유하여 도 18 의 단계 (1820) 로 진행한다.

상기 단계 (1820) 에서, CPU (71) 는, 상기 인터쿨러 모델 (M24) 을 나타내는 상기 (18) 식 및 상기 (19) 식을 이산화한 상기 (20) 식 및 상기 (21) 식에 따르는 단계 (1820) 의 박스에 나타낸 식 (차분 방정식) 과, 상기 단계 (1805) 및 단계 (1815) 에서 구해진 스로틀 통과 공기 유량 (mt2(k-1)), 압축기 유출 공기 유량 (mcm2(k-1)) 및 압축기 부여 에너지 (Ecm2(k-1)) 에 따라서, 이번 추정 시점 (t2) 에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k)) 과, 상기 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k)) 을 이 번 추정 시점 (t2) 에서의 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k)) 로 나눈 값 ({Pic2/Tic2}(k)) 를 구한다. 특히, △ (t2) 는 인터쿨러 모델 (M24) 및 후술하는 흡기관 모델 (M25) 에서 사용되는 시간 이산 간격을 나타내며, 식 (△t2 = t2 - t1) 에 의해 표현된다. 즉, 단계 (1820) 에서는, 전회 추정 시점 (t1) 에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k-1)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k-1)) 등으로부터, 이번 추정 시점 (t2) 에서의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k)) 및 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k)) 가 구해진다. 특히, 단계 (1820) 의 처리가 실행되는 것은, 미래 압축기 하류 압력 추정 수단의 기능의 일부가 달성되는 것에 대응한다.

다음으로, CPU (71) 는 단계 (1825) 로 진행하여, 상기 흡기관 모델 (M25) 을 나타내는 상기 (27) 식 및 상기 (28) 식을 이산화한 상기 (29) 식 및 상기 (30) 식에 따르는 단계 (1825) 의 박스에 나타낸 식 (차분 방정식) 과, 상기 단계 (1805) 및 단계 (1810) 에서 각각 구한 스로틀 통과 공기 유량 (mt2(k-1)) 및 기통 내 유입 공기유량 (mc2(k-1)) 과, 전회의 본 루틴의 실행시에서의 상기 단계 (1820) 에서 구해진 전회 추정 시점 (t1) 에서의 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k-1)) 에 따라서, 이번 추정 시점 (t2) 에서의 흡기관부내 압력 (Pm2(k)) 과, 상기 흡기관부내 압력 (Pm2(k)) 을 이번 추정시점 (t2) 에서의 흡기관부내 온도 (Tm2(k)) 로 나눈 값 ({Pm2/Tm2}(k)) 을 구한다. 즉, 단계 (1825) 에서는 전회 추정 시점 (t1) 에서의 흡기관부내 압력 (Pm2(k-1)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(k-1)) 등으로부터, 이번 추정시점 (t2) 에서의 흡기관부내 압력 (Pm2(k)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(k)) 를 구한다.

그 후, CPU (71) 는, 단계 (1830) 로 진행하여, 상기 흡기 밸브모델 (M26) 을 나타내는 (10) 식을 사용하여 이번 추정시점 (t2) 에서의 기통 내 유입 공기 유량 (mc2(k)) 을 구한다. 이 때, 상기 단계 (1410) 에서 얻어진 값 (c) 및 값 (d) 를, 단계 (1830) 에서의 값 (c) 및 값 (d) 로서 사용한다. 또한, 상기 단계 (1825) 에서 구해진 이번 추정 시점 (t2) 에서의 흡기관부내 압력 (Pm2(k)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(k)) (최신의 값) 를 단계 (1830) 에서 사용한다.

그 후, CPU (71) 는, 단계 (1835) 로 진행하여, 현시점의 엔진 회전 속도 (NE) 와, 현시점의 흡기 밸브 (32) 의 개폐 타이밍 (VT) 에 의해 구해지는 흡기 밸브 개방 시간 (흡기 밸브 (32) 가 개방된 상태 동안의 시간) (Tint) 을 계산하며, 다음 단계 (1840) 에서 상기 이번 추정 시점 (t2) 에서의 기통 내 유입 공기 유량 (mc2(k)) 에 흡기 밸브 개방 시간 (Tint) 을 곱하여 기통 내 공기량 (KLfwd) 를 산출한다. 이어서, 상기 CPU (71) 는 단계 (1895) 로 진행하여 본 루틴을 종료한다.

이와 같이, 도 18 의 루틴이 실행됨으로써, 현시점의 압축기 회전 속도 (Ncm(k-1)) 에 따라서, 현시점 이후의 이번 추정 시점 (t2) 의 인터쿨러부내 압력 (Pic2(k)), 인터쿨러부내 온도 (Tic2(k)), 흡기관부내 압력 (Pm2(k)) 및 흡기관부내 온도 (Tm2(k)) 가 추정됨과 동시에, 상기 이번 추정시점 (t2) 의 기통 내 공기량 (KLfwd) 이 추정된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 내연기관의 공기량 추정 장치의 실시형태는, 공기 유량계 (61) 의 출력량 (Vafm) 을, AFM 역모델 (M1) 에 상기 AFM 역모델 (M1) 의 입력량 (x0) 로서 제공함으로써, 상기 AFM 역모델 (M1) 의 출력량 (z) 을 현시점의 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 으로서 구한다. 이에 의해, 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 에 대한 공기 유량계 (61) 의 검출 지연을 보상할 수 있다. 따라서, 정확히 실제의 압축기 유입공기 유량 (mcmi) 을 추정할 수 있다.

또한, 이 실시형태는, 피드백 루프에서 AFM 순모델 (M1c) 을 사용하는 AFM 역모델 (M1) 을 사용한다. 따라서, AFM 순모델 (M1c) 이 복잡하기 때문에, 수학적으로 엄밀한 역모델을 구축할 수 없는 경우에도, 충분히 정확한 상기 AFM 순모델 (M1c) 의 역 모델을 용이하게 구축할 수 있다.

더구나, 이 실시형태는, ROM (72) 에 기억된 테이블 (MAPCM) 과, 현시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcm1) 으로서 채용한 상기 추정된 실제의 압축기 유입 공기 유량 (mcmi) 와, 제 1 공기모델 (M10) 에 의해 추정된 인터쿨러부내 압력 (압축기 하류 압력) (Pic1) 을 현시점의 흡기압력 (Pa) 로 나눈 값 (Pic1/Pa) 에 따라서, 현시점의 압축기 회전 속도 (Ncm) 을 추정한다.

또한, 이 실시형태는, ROM (72) 에 기억된 테이블 (MAPCM) 과, 제 2 공기 모델 (M20) 에 의해 추정된 인터쿨러부내 압력 (압축기 하류 압력) (Pic2) 을 현시점의 흡기압력 (Pa) 으로 나눈 값 (Pic2/Pa) 와, 상기 미래 시점의 압축기 회전 속도로서 채용한 상기 추정된 현시점의 압축기 회전속도 (Ncm) 에 따라서, 현재 시점 이후의 미래 시점에서의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2) 을 추정한다.

더구나, 이 실시형태는, 상기 추정된 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량 (mcm2) 에 따라서, 상기 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd) 을 추정한다. 이 결과, 상기 미래 시점의 기통 내 공기량 (KLfwd) 을 정확히 추정할 수 있다.

특히, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형 예를 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시형태에서, 지연시간 (TD) 을 일정한 시간이라고 하였다. 하지만, 상기 지연 시간을, 내연기관 (10) 이 소정의 크랭크 각도 (예를 들어, 크랭크 각도 270°) 만 회전하는데 필요한 시간 (T270) 으로 하는 등, 엔진 회전 속도 (NE) 에 따른 가변의 시간으로 할 수도 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 인터쿨러 (45) 를 공냉식으로 하였다. 하지만, 상기 인터쿨러 (45) 는 흡기 통로를 통류하는 공기를 냉각수를 순환시킴으로써 냉각하는 수냉식으로 해도 된다. 이 경우, 공기량 추정 장치는, 냉각수의 온도 (Tw) 를 검출하는 수온 센서를 포함하며, 상기 수온 센서에 의해 검출된 냉각수의 온도 (Tw) 에 따라서 인터쿨러 (45) 내의 공기와 인터쿨러 (45) 의 벽의 사이에서 교환되는 에너지 (열교환 에너지) 를 구하더라도 좋다. 즉, 상기 인터쿨러모델 (M14) 및 상기 인터쿨러 모델 (M24) 에서, 상기 (19) 식 대신에, 하기 (32) 식이 사용된다.

dPic/dt = κ·(R/Vic)·(mcm·Ta-mt·Tic)

+(κ-1)/(Vic)·(Ecm-K·(Tic-Tw)) ···(32)

또한, 상기 실시형태에서는, 공기 유량계 (61) 를 열선식의 공기 유량계로 하였다. 하지만, 다른 방식에 의한 공기 유량계로 할 수 있다. 또한, 상 기 실시형태에서는, 과급기 (91) 를 터보식 과급기로 하였다. 그러나, 상기 과급기 (91) 대신에 기계식 또는 전기식의 과급기로 할 수도 있다.

Claims (7)

1. 외부 공기를 기통 내에 도입시키기 위한 흡기 통로와, 이 흡기통로에 배치되어 이 흡기통로 내의 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 과급기를 구비하는 내연기관용 공기량 추정 장치로서, 상기 기통 내에 도입되어 있는 공기의 양인 기통 내 공기량을 추정하며,

   상기 압축기의 상류의 상기 흡기 통로에 배치됨과 동시에, 입력량으로서의 상기 흡기통로를 통과하는 공기의 유량을 출력량으로서의 전기적인 물리량으로 변환하여 출력하는 공기 유량계와,

   상기 공기 유량계의 입력량과 출력량의 관계를 설명한 순모델과, 공기 유량계의 순모델과 반대의 모델인 역모델을 포함하고, 이 순모델의 출력량을 입력량으로서 상기 역모델에 제공할 때 상기 역모델이 상기 순모델의 대응 입력량을 출력량으로서 출력되도록 구성되어 있으며, 상기 공기 유량계로부터의 실제로 출력하는 상기 전기적인 물리량을 상기 역모델에 상기 역모델의 입력량으로서 제공함으로써 상기 역모델의 출력량을 현시점에서 실제로 상기 압축기에 유입하는 공기의 유량인 압축기 유입 공기 유량으로서 구하는 압축기 유입 공기 유량 추정 수단과,

   상기 압축기로부터 상기 흡기통로 내로 유출하는 공기의 유량인 압축기 유출 공기 유량을 사용하여 상기 압축기의 하류의 상기 흡기 통로 내의 공기의 거동을 물리법칙에 따라 기술하는 공기 모델을 포함하며, 상기 취득된 현시점의 압축기 유입 공기유량을 현시점의 상기 압축기 유출 공기유량으로 상기 공기 모델에 적용하 여, 상기 기통 내 공기량을 추정하는 기통 내 공기량 추정 수단을 포함하는 내연기관용 공기량 추정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기통 내 공기량 추정 수단의 공기 모델은, 상기 압축기를 통과하는 공기에 이 압축기에 의해 적용되는 에너지인, 상기 압축기의 회전 속도에 따라 변하는 압축기 부여 에너지를 사용하여 상기 공기의 거동을 기술하며,

   상기 기통 내 공기량 추정수단은,

   상기 압축기 유출 공기 유량과, 상기 압축기의 회전속도의 관계인 압축기 작동 상태 관계를 미리 저장하기 위한 압축기 작동 상태 관계 기억 수단과,

   상기 저장된 압축기 작동 상태 관계와, 상기 공기 모델에 적용된 현시점의 압축기 유출 공기 유량에 따라서 현시점의 상기 압축기의 회전 속도를 구하기 위한 압축기 회전 속도 취득 수단과,

   상기 취득된 현시점의 압축기의 회전속도에 따라서 현시점의 상기 압축기 부여 에너지를 추정하기 위한 압축기 부여 에너지 추정 수단을 포함하며,

   상기 기통 내 공기량 추정 수단은 상기 추정된 현시점의 압축기 부여 에너지를 상기 공기 모델에게 적용하여 상기 기통 내 공기량을 추정하는 내연기관용 공기량 추정 장치.
3. 외부 공기를 기통 내에 도입하는 흡기 통로와, 상기 흡기 통로에 배치되어 이 흡기 통로 내의 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 과급기와, 상기 과급기의 하류에서 상기 흡기 통로 내에 배치되어 이 흡기 통로 내를 관류하는 공기의 양이 변경되도록 개방도를 조정가능한 스로틀 밸브를 구비하는 내연기관용 공기량 추정 장치로서, 상기 기통 내에 도입되어 있는 공기의 양인 기통 내 공기량을 추정하며,

   상기 압축기의 상류의 상기 흡기 통로에 배치됨과 동시에, 입력량으로서의 상기 흡기통로를 통과하는 공기의 유량을 출력량으로서의 전기적인 물리량으로 변환하여 출력하는 공기 유량계와,

   상기 공기 유량계의 입력량과 출력량의 관계를 설명한 순모델과, 공기 유량계의 상기 순모델과 반대의 모델인 역모델을 포함하고, 이 순모델의 출력량을 상기 역모델에 입력량으로서 제공할 때 상기 역모델은 이 순모델의 대응 입력량을 출력량으로서 출력하도록 구성되어 있으며, 상기 공기 유량계가 실제로 출력하는 상기 전기적인 물리량을 상기 역모델에 이 역모델의 입력량으로서 제공함으로써 이 역모델의 출력량을 현시점에서 실제로 상기 압축기에 유입하고 있는 공기의 유량인 압축기 유입 공기 유량으로서 구하는 압축기 유입 공기 유량 추정 수단과,

   적어도 상기 스로틀 밸브의 개방도와, 상기 압축기로부터 상기 흡기 통로 내로 유출하는 공기의 유량인 압축기 유출 공기 유량을 사용하여 상기 압축기의 하류의 상기 흡기 통로 내의 공기의 거동을 물리법칙에 따라 기술하는 공기 모델과, 현시점 이후의 미래 시점의 상기 스로틀 밸브의 개방도를 추정하기 위한 스로틀 밸브 개방도 추정 수단과, 상기 취득된 현시점의 압축기 유입 공기 유량에 따라 상기 미래 시점의 상기 압축기 유출 공기 유량을 추정하기 위한 압축기 유출 공기 유량 추 정수단을 포함하며, 이 추정된 상기 미래 시점의 스로틀 밸브의 개방도와, 상기 추정된 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량을 상기 공기 모델에게 적용하여 상기 미래 시점의 상기 기통 내 공기량을 추정하는 기통 내 공기량 추정수단을 포함하는 내연기관용 공기량 추정장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   현시점의 상기 압축기의 하류에서 상기 흡기 통로 내의 공기의 압력인 압축기 하류 압력을 추정하기 위한 현재 압축기 하류 압력 추정 수단을 더 포함하며,

   상기 기통 내 공기량 추정 수단은,

   현시점 이후의 미래 시점의 상기 압축기 하류 압력을 추정하기 위한 미래 압축기 하류 압력 추정 수단을 포함하고,

   상기 기통 내 공기량 추정 수단의 압축기 유출 공기 유량 추정 수단은,

   상기 압축기 유출 공기 유량과, 상기 압축기 하류 압력과, 상기 압축기의 회전속도의 관계인 압축기 작동 상태 관계를 미리 기억시키기 위한 압축기 작동 상태 관계 기억 수단과,

   상기 기억된 압축기 작동 상태 관계와, 현시점의 압축기 유출 공기 유량으로서 채용된 상기 구해진 현시점의 압축기 유입 공기 유량과, 상기 추정된 현시점의 압축기 하류 압력에 따라서, 현시점의 상기 압축기의 회전 속도를 구하기 위한 압축기 회전 속도 취득 수단과,

   상기 기억된 압축기 작동 상태 관계와, 상기 추정된 상기 미래 시점의 압축 기 하류 압력과, 상기 미래 시점에서 압축기의 회전속도로서 채용한 상기 구해진 현시점의 압축기의 회전속도에 따라서, 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량을 구하기 위한 미래 압축기 유출 공기 유량 취득 수단을 포함하고,

   또한, 상기 기통 내 공기량 추정 수단은, 상기 추정된 미래 시점의 압축기 하류 압력과, 상기 취득된 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량을 사용하여 상기 미래 시점의 기통 내 공기량을 추정하는 내연기관용 공기량 추정 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 기통 내 공기량 추정 수단의 압축기 유출 공기 유량 추정 수단은,

   상기 기억된 압축기 작동 상태 관계와, 상기 추정된 현시점의 압축기 하류 압력과, 상기 구해진 현시점의 압축기 회전속도에 따라서, 현시점의 압축기 유출 공기 유량을 구하기 위한 현재 압축기 유출 공기 유량 취득 수단과,

   현시점의 압축기 유출 공기 유량으로서 상기 압축기 유입 공기 유량 추정 수단에 의해 구해진 현시점의 압축기 유입 공기 유량과, 상기 현재 압축기 유출 공기 유량 취득 수단에 의해 구해진 현시점의 압축기 유출 공기 유량의 비에 따라서, 상기 미래 압축기 유출 공기 유량 취득 수단에 의해 구해진 상기 미래 시점의 압축기 유출 공기 유량을 보정하기 위한 미래 압축기 유출 공기 유량 보정 수단을 포함하는 내연기관용 공기량 추정 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 압축기 유입 공기 유량 추정 수단은,

   소정의 입력량으로부터 소정의 피드백량을 뺀 값을 PID 제어기에 입력하며, 이 PID 제어기로부터 출력된 양을 상기 공기 유량 모델의 순모델에 상기 순모델의 입력량으로서 입력하고, 상기 순모델의 출력량을 상기 소정의 피드팩량으로 사용하는 피드백 루프를 포함하며, 상기 압축기 유입 공기 유량 추정 수단은 상기 소정의 입력량으로서 상기 공기 유량계로부터 실제로 출력되는 상기 전기적인 물리량을 제공함으로써 상기 PID 제어기로부터 출력된 양을 상기 역모델의 출력량으로서 구하는 내연기관용 공기량 추정 장치.
7. 외부 공기를 기통 내에 도입시키기 위한 흡기 통로와, 상기 흡기통로에 배치되어 이 흡기통로 내의 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 과급기와, 상기 과급기의 하류에서 상기 흡기 통로 내에 배치되어 이 흡기 통로 내를 관류하는 공기의 양이 변경되도록 개방도를 조정가능한 스로틀 밸브를 구비하는 내연기관용 공기량 추정 장치로서, 상기 기통 내에 도입되어 있는 공기의 양인 기통 내 공기량을 추정하며,

   입력량으로서의 상기 스로틀 밸브의 개방도를 출력량으로서의 제 1 전기적인 물리량으로 변환하여 출력하는 스로틀 위치 센서와,

   제 1 소정 시간의 경과마다 상기 스로틀 위치 센서로부터 실제로 출력하는 상기 제 1 전기적인 물리량을 구하며 또한, 이 구해진 제 1 전기적인 물리량에 따라서 상기 구해진 제 1 전기적인 물리량이 상기 스로틀 위치 센서로부터 출력된 시 점의 실제의 상기 스로틀 밸브의 개방도를 산출하기 위한 스로틀 밸브 개방도 산출 수단과,

   상기 압축기의 상류에서 상기 흡기 통로에 배치되며, 입력량으로서의 상기 흡기 통로를 통과하는 공기의 유량을 출력량으로서의 제 2 전기적인 물리량으로 변환하여 출력하는 공기 유량계와,

   제 2 소정 시간의 경과마다 상기 공기 유량계로부터 실제로 출력하는 상기 제 2 전기적인 물리량을 취득하여, 상기 취득된 제 2 의 전기적인 물리량을 기억하기 위한 공기 유량계 출력량 기억 수단과,

   상기 공기 유량계의 입력량과 출력량과의 관계를 설명한 공기 유량계의 순모델과, 상기 공기 유량계의 순모델과 반대의 모델인 역모델을 포함하며 상기 순모델의 출력량을 입력량으로서 상기 역모델에 제공할 때 상기 역모델이 상기 순모델의 대응 입력량을 출력량으로서 출력하도록 구성되며, 현시점 이전에 산출된 최신의 상기 실제의 스로틀 밸브의 개방도에 대응하는 상기 제 1 전기적인 물리량이 상기 스로틀 위치 센서에 의해 출력된 시점 근방의 시점에서 상기 공기 유량계 출력량 기억수단에 의해 저장된 상기 제 2 전기적인 물리량을, 상기 역모델에 이 역모델의 입력량으로서 제공함으로써, 상기 역모델의 출력량을 현시점에서 실제로 상기 압축기에 유입하는 공기의 유량인 압축기 유입 공기 유량으로서 구하는 압축기 유입 공기 유량 추정 수단과,

   적어도 상기 스로틀 밸브의 개방도와 상기 압축기로부터 상기 흡기 통로 내로 유출하는 공기의 유량인 압축기 유출 공기 유량을 사용하여 상기 압축기의 하류 의 상기 흡기 통로 내의 공기의 거동을 물리 법칙에 따라 기술한 공기 모델을 포함하는 기통 내 공기량 추정 수단으로서, 현시점의 상기 스로틀 밸브의 개방도로서의 상기 현시점 이전에 산출된 최신의 실제의 스로틀 밸브의 개방도와, 현시점의 상기 압축기 유출 공기 유량으로서 채용한 상기 취득된 현시점의 압축기 유입 공기 유량을 상기 공기 모델에 적용하여 상기 기통 내 공기량을 추정하는 상기 기통 내 공기량 추정 수단을 포함하는 내연기관용 공기량 추정 장치.

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