JP2005201187A - 内燃機関の吸入空気量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射量を計算するために使用される筒内吸入空気（新気）量を精度良く推定すること。
【解決手段】 この吸入空気量制御装置は、所定の物理法則を用いた各種モデルを用いて今回の吸気行程で吸気弁を通過して燃焼室内に吸入される筒内吸入空気量KLFWDを推定し、燃料噴射制御が実行状態にある通常の場合、KLFWDそのものを今回の筒内吸入空気（新気）量とする。一方、燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射時における筒内吸入空気量を推定するとき、前記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における燃焼室内が空気（新気）で満たされているとの仮定のもと同排気弁閉弁時における同燃焼室内の空気量を状態方程式により初期空気量Maとして推定し、上記KLFWDにMaを加えた値を上記初回の燃料噴射時における筒内吸入空気（新気）量とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、燃焼室内に吸入される筒内吸入空気（新気）量を推定する内燃機関の吸入空気量推定装置に関する。

従来より、クランク角度が運転状態に応じた所定の角度になる毎に燃料を噴射する燃料噴射制御が実行可能な内燃機関に適用され、前記噴射される燃料噴射量を計算するために使用される燃焼室内に吸入される筒内吸入空気（新気）量を、内燃機関の運転状態（例えば、スロットル弁開度、機関回転速度等）に基づいて推定する吸入空気量推定装置が広く知られている（例えば、下記特許文献１を参照。）。
特開２００２−３７１８９４号公報

一般に、内燃機関の排気行程において、燃焼室内を満たしている排ガス、未燃ＨＣ，ＣＯ等（以下、「排ガス等」と称呼する。）は排気弁を介して排気通路へと排出されていく。しかしながら、排気行程が終了する時点（具体的には、排気弁が開状態から閉状態へ移行した時点（以下、「排気弁閉弁時」と称呼する。））において燃焼室内を満たしている排ガス等は排気通路に排出され得ずにそのまま燃焼室内に残留する（図８を参照。）。

従って、上述した従来の吸入空気量推定装置が推定する筒内吸入空気量は、前回の燃焼サイクルでの排気弁閉弁時以降であって上述したように燃焼室内に排ガス等が残留した状態で、今回の燃焼サイクルでの吸気行程において吸気弁を通過して同燃焼室内に新たに吸入されてくる空気（新気）量を推定するようになっている。

ところで、近年、動力源として、内燃機関と、電動機等の他の動力源とを備えた車両（以下、「ハイブリッド車両」と称呼する。）が開発されてきている。一般に、係るハイブリッド車両においては、上記他の動力源が発生する駆動力のみで車両が駆動される状態（即ち、上記燃料噴射制御が停止している状態）から、内燃機関の駆動力で車両が駆動される状態（即ち、上記燃料噴射制御が実行される状態）に移行する場合、例えば、同他の動力源の駆動力により所定時間に渡って内燃機関のモータリングが実行されている状態で同燃料噴射制御が開始されるようになっている。

このような場合、上述した燃焼室内に残留する排ガス等は総て、上記モータリングにより掃気されて排気通路へと排出され得るから、上記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における燃焼室内は空気（新気）のみで満たされていることになる。換言すれば、係る初回の燃料噴射時点での筒内吸入空気量は、上述した内燃機関の運転状態に基づいて推定される値よりも、上記排気弁閉弁時において燃焼室内を満たしている空気（新気）量（以下、「初期空気量」と称呼する。）の分だけ多くなる。

以上のことから、上述した従来の吸入空気量推定装置により、上記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射量を計算するために使用される筒内吸入空気量を推定すると、上記初期空気量の分だけ誤差が生じ、この結果、同初回の燃料噴射量が適正な量と異なる量に計算されることで機関の空燃比を狙いとする空燃比に設定することができず、エミッションの排出量が増大するという問題がある。

よって、本発明の目的は、燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射量を計算するために使用される筒内吸入空気量を精度良く推定することができる内燃機関の吸入空気量推定装置を提供することにある。

本発明の特徴は、前記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射量を計算するために使用される筒内吸入空気量を推定するとき、前記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における燃焼室内のガスが全て空気（新気）であるとの仮定のもと同排気弁閉弁時における同燃焼室内の空気量を初期空気量として推定するとともに、内燃機関の運転状態に基づいて推定される筒内吸入空気量を同初期空気量の分だけ補正することにある。

これによれば、例えば、内燃機関の運転状態（例えば、スロットル弁開度、機関の回転速度等）に基づいて推定される筒内吸入空気量に上記初期空気量を加えた値が、上記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における上記初回の燃料噴射量を計算するために使用される筒内吸入空気量として推定され得るから、同初回の燃料噴射量を計算するために使用される筒内吸入空気量が精度良く推定され得る。

ここにおいて、前記燃料噴射制御が停止状態にある場合としては、機関のモータリングが実行されている場合（即ち、機関は回転作動しているが燃料の噴射が停止せしめられている場合）と、機関の回転が停止している場合とが挙げられる。また、前記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合とは、例えば、同燃料噴射制御が停止状態にある場合において機関のモータリングが実行されている場合については、上記ハイブリッド車両において内燃機関以外の他の動力源が発生する駆動力のみで車両が駆動されている状態から同内燃機関の駆動力で車両が駆動される状態に移行する場合、動力源として内燃機関のみを備えるが消費エネルギー削減のため走行状態（例えば、アクセルオフ）に応じて燃料の噴射（燃料噴射制御）を一時的に停止する制御（所謂フューエルカット制御）が実行される車両においてフューエルカット制御が実行されている状態から同フューエルカット制御が解除された場合等を意味し、一方、上記燃料噴射制御が停止状態にある場合において機関の回転が停止している場合については、内燃機関（の回転）が停止している状態から、スタータモータにより機関が始動せしめられる（燃料噴射制御が開始される）場合等を意味する。

この場合、前記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における前記燃焼室内のガスについての状態方程式を利用して前記初期空気量を推定するように構成されることが好適である。排気弁閉弁時における燃焼室容積は、既知である排気弁閉弁時におけるクランク角度と、機関の設計諸元とに基づいて求めることができる。従って、上記のように、排気弁閉弁時における燃焼室内のガスについての状態方程式を利用して前記初期空気量を推定するように構成すれば、排気弁閉弁時における燃焼室内のガス圧力、及びガス温度が取得可能であることを条件に、簡易、且つ正確に、排気弁閉弁時における燃焼室内の空気量、即ち、初期空気量を推定することができる。

上記のように、排気弁閉弁時における燃焼室内のガスについての状態方程式を利用して前記初期空気量を推定するように構成する場合、排気弁閉弁時における燃焼室内のガス（空気）圧力として、大気圧を取得する大気圧取得手段により取得された大気圧を使用するとともに、排気弁閉弁時における燃焼室内のガス（空気）温度として、内燃機関の冷却水の温度を取得する冷却水温取得手段により取得された冷却水の温度を使用するように構成されることが好適である。

上記燃料噴射制御が停止状態にある場合において機関の回転が停止している場合、燃焼室内のガス（空気）圧力は大気圧と等しい。また、上記燃料噴射制御が停止状態にある場合において機関のモータリングが実行されている場合も、排気弁閉弁時における燃焼室内のガス（空気）圧力は大気圧と略等しいと考えられる。これは以下の理由に基づく。

即ち、一般に、排気弁閉弁時は排気上死点の近傍に設定されるから排気弁閉弁時におけるピストン速度は遅く、従って、同排気弁閉弁時における燃焼室容積の変化速度も遅い。また、上記燃料噴射制御が停止状態にあるから燃焼室内において燃焼エネルギーも発生しない。従って、排気弁閉弁時における燃焼室内のガス（空気）圧力は排気通路内のガス（具体的には空気（新気））の圧力に略等しい。一方、機関のモータリングが実行されている場合、排気通路内のガス（空気）圧力は大気圧に略等しいと考えられる。よって、機関のモータリングが実行されている場合、排気弁閉弁時における燃焼室内のガス圧力は大気圧に略等しい。

他方、排気弁閉弁時における燃焼室内のガス温度は、機関の回転が停止している場合も同機関のモータリングが実行されている場合も、機関の冷却水の温度と略等しいと考えることができる。以上のことから、排気弁閉弁時における燃焼室内のガス（空気）圧力として前記取得された大気圧を使用するとともに、同排気弁閉弁時における燃焼室内のガス（空気）温度として前記取得された冷却水の温度を使用するように構成すれば、高価な筒内ガス圧力センサ、及び筒内ガス温度センサを用いることなく、且つ精度良く上記初期空気量を推定することができる。

また、上記何れかの本発明に係る吸入空気量推定装置が適用される内燃機関は、同内燃機関のモータリングを実行するモータリング手段により同モータリングが実行せしめられている状態にて、前記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における前記初回の燃料噴射が実行されるように構成されることが好適である。

これによれば、モータリングによる燃焼室内残留ガスの掃気作用により、上記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における燃焼室内が空気（新気）のみで満たされていることがより確実に保証され得る。従って、上記初回の燃料噴射量を計算するために使用される筒内吸入空気量をより一層精度良く推定することができる。

以下、本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明すると、図１は、同燃料噴射量制御装置を適用した火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０を搭載した車両の動力伝達系についての概略構成を示している。

この車両は、内燃機関１０と電動モータＭの２種類の動力源を備え、走行状態に応じて２つの駆動力の何れか一方、又は同２つの駆動力を最適に組み合わせた駆動力にて前輪を駆動して走行する前輪駆動型の所謂ハイブリッド車両である（図１において、太い実線は動力伝達経路を示している。）。より具体的には、この車両は、図１に示したように、内燃機関１０と、電動モータＭと、車両の走行状態に応じて動力の伝達経路を切替可能な動力切替機構Ｐと、動力切替機構Ｐから伝達（入力）される動力を前輪側の動力伝達系に伝達するトランスミッションＴＭとを備えている。

電動モータＭは、交流同期電動機であって、バッテリーＢから供給される直流電力を所定の交流電力に変換するインバータＩから供給される同交流電力により駆動制御されるようになっている。

動力切替機構Ｐは、動力伝達経路が電動モータＭとトランスミッションＴＭとの間で接続されるとともに内燃機関１０とトランスミッションＴＭ（、及び電動モータＭ）との間で遮断されるモータ走行モード、動力伝達経路が内燃機関１０とトランスミッションＴＭとの間で接続されるとともに電動モータＭとトランスミッションＴＭ（、及び内燃機関１０）との間で遮断されるエンジン走行モード、及び、動力伝達経路が内燃機関１０、電動モータＭ、及びトランスミッションＴＭとの間で互いに接続されるモータアシスト走行モードの３つの走行モードを有している。

従って、動力切替機構Ｐがエンジン走行モード、又はモータアシスト走行モードが選択されている状態にあるときであって機関１０の燃料噴射（制御）が停止状態にあるとき、同機関１０は、トランスミッションＴＭ（或いは、電動モータＭ）から受ける動力により受動的に回転せしめられるようになっている（即ち、モータリングを実行されるようになっている）。よって、トランスミッションＴＭ、電動モータＭ、及び動力切替機構Ｐはモータリング手段に相当している。

次に、本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置を上記内燃機関１０に適用したシステムの概略構成について、図２を参照しつつ説明する。

図２に示したように、上記内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、及び、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ４３を備えている。スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａにより吸気管４１内で回転駆動されるようになっている。

排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ５２、及びエキゾーストパイプ５２に介装された触媒コンバータ（三元触媒装置）５３を備えている。ここで、排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、吸気温センサ６２、大気圧センサ（スロットルバルブ上流圧力センサ）６３、スロットルポジションセンサ６４、カムポジションセンサ６６、クランクポジションセンサ６７、水温センサ６８、空燃比センサ６９、及びアクセル開度センサ８１を備えている。

エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気（新気）の質量流量を計測し、同質量流量に応じた電圧Vgを出力するようになっている。吸気温センサ６２は、エアフローメータ６１内に備えられていて、吸入空気の温度を検出し、吸気温度THAを表す信号を出力するようになっている。大気圧センサ６３（大気圧取得手段）は、スロットルバルブ４３の上流の圧力（即ち、大気圧）を検出し、スロットルバルブ上流圧力（大気圧）Paを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６４は、スロットルバルブ４３の開度を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。

カムポジションセンサ６６は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６７は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度Neを表す。水温センサ６８（冷却水温取得手段）は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。空燃比センサ６９は、触媒コンバータ５３に流入する排ガスの空燃比Ａ／Ｆに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧vabyfsを出力するようになっている。アクセル開度センサ８１は、運転者によって操作されるアクセルペダル８２の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、及びＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６９，８１、並びに図示しない各種センサと接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６９，８１等からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットルバルブアクチュエータ４３ａ、図１に示したインバータＩ、及び動力切替機構Ｐに駆動・制御信号を送出するようになっている。

これにより、動力切替機構Ｐのモードは、ＣＰＵ７１の指示により車両の（走行）状態に応じて選択・変更されるようになっている。モータ走行モードが選択されている場合、内燃機関１０は、燃料噴射制御の停止により駆動力を発生しないようになっている（即ち、回転が停止するようになっている）。この場合、電動モータＭは、ＣＰＵ７１の指示に応じて作動するインバータＩが発生する所定の交流電力の供給を受けて駆動（トルク）制御され、駆動力を発生するようになっている。

一方、動力切替機構Ｐのモードがモータ走行モードから、エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードに変更される場合（即ち、燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合）、同変更時点から所定時間Tmortorに渡って機関１０がトランスミッションＴＭ（或いは、電動モータＭ）から受ける動力により機関１０のモータリングが実行されるようになっている。

そして、所定時間Tmortorが経過することでエンジン回転速度NEが機関１０が安定して連続的に作動し得る所定のアイドリング速度以上になっている状態で、燃料噴射制御が開始され、これにより、機関１０が始動し、駆動力を発生開始するようになっている。換言すれば、機関１０においては、モータリングが実行されている状態で、燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射が実行されるようになっている。

次に、上記のように構成された吸入空気量推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置（以下、「本装置」と云うこともある。）による物理モデルを用いた燃料噴射量の決定方法について説明する。以下に述べる処理は、ＣＰＵ７１がプログラムを実行することによりなされる。

（燃料噴射量Fiの決定方法の概要）
この本装置は、吸気行程にある気筒の吸気弁３２が閉じる前に同気筒に対して燃料を噴射しなければならないので、吸気弁３２が閉じた時点で（即ち、吸気弁閉弁時に）同気筒内に吸入されているであろう吸入空気量（筒内吸入空気量）を予測する必要がある。一方、吸気弁閉弁時の吸気管圧力PMFWDは、今回の吸気行程において吸気弁３２を通過して燃焼室２５に吸入されている空気量と略比例関係にあることが判っている。

従って、吸気弁閉弁時の吸気管圧力PMFWDを予測することができれば、今回の吸気行程において吸気弁３２を通過して吸入された筒内吸入空気量を推定することができる。そこで、本装置は、燃料を噴射する必要があるモードである上記エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードが動力切替機構Ｐにおいて選択されている場合、吸気弁閉弁時の吸気管圧力PMFWDを予測・推定し、推定した吸気管圧力PMFWDに所定の比例計算を施すことで（今回の吸気行程において吸気弁３２を通過して吸入された）一気筒当たりの筒内吸入空気量KLFWD（機関の運転状態に基づいて推定される筒内吸入空気量）を求めるとともに、下記(1)式に基づいて、機関作動中における通常の（即ち、後述する初期空気量Maを考慮しない）燃料噴射量Fiを決定する。下記(1)式において、Kは設定空燃比の逆数である。

Fi ＝K・KLFWD ・・・(1)

なお、エアフローメータ６１の出力電圧Vgと筒内吸入空気量との関係を規定したテーブルと、エアフローメータ６１の実際の出力電圧Vgとに基づいて現時点での筒内吸入空気量mtAFMを求め、下記(2)式により、機関作動中における通常の（即ち、後述する初期空気量Maを考慮しない）燃料噴射量Fiを簡易的に求めてもよい。

Fi ＝K・mtAFM ・・・(2)

本装置は、上記(1)式により燃料噴射量Fiを求めるため、上記吸気弁閉弁時の吸気管圧力PMFWDを予測・推定する必要がある。本装置は、図３に示したように、電子制御スロットルモデルＭ１、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、及びインテークマニホールドモデルＭ４により吸気弁閉弁時の吸気管圧力PMFWDを推定する。以下、各モデルについて個別に説明する。

（１）電子制御スロットルモデルＭ１
電子制御スロットルモデルＭ１は、現時点までのアクセルペダル操作量Accpに基づいて吸気弁閉弁時のスロットルバルブ開度TASを推定するモデルである。本実施形態においては、スロットルバルブ電子制御ロジックＡ１にて、アクセル開度センサ８１により検出されたアクセルペダル操作量Accpと、図４に示したアクセルペダル操作量Accpと目標スロットルバルブ開度θｒとの関係を規定するテーブルとに基づいて暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１が求められ、この暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１を所定時間Ｔ（例えば、６４msec）だけ遅延させた値が最終的な目標スロットルバルブ開度θｒとして決定される。そして、スロットルバルブ電子制御ロジックＡ１（電気制御装置７０）は、実際のスロットルバルブ開度TAが目標スロットルバルブ開度θｒとなるようにスロットルバルブアクチュエータ４３ａに対して駆動信号を送出する。

このように、目標スロットルバルブ開度θｒは、現時点から所定時間Ｔだけ前の時点におけるアクセルペダル操作量Accpに応じて決定されるから、現時点から吸気弁閉弁時までの時間をｔとすると、吸気弁閉弁時の目標スロットルバルブ開度θｒは、現時点から時間（Ｔ−ｔ）前における暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１と等しい。また、目標スロットルバルブ開度θｒは、スロットルバルブアクチュエータ４３ａの作動遅れ時間を無視すれば、スロットルバルブ開度TASと等しい。このような考えに基づき、電子制御スロットルモデルＭ１は、検出されるエンジン回転速度Neと、内燃機関１０の運転状態に応じて別途定められる吸気弁の開閉タイミング（進角量）VT（上記信号Neと上記Ｇ２信号とにより求めた実際の開閉タイミングVTでも良い。）等に基づいて現時点から吸気弁閉弁時までの時間ｔを求め、同時間ｔと、現時点から所定時間Ｔだけ前の時点から現時点までのアクセルペダル操作量Accp（又は、暫定的な目標スロットルバルブ開度θｒ１）の変化の経緯とに基づいて吸気弁閉弁時のスロットルバルブ開度TASを推定する。なお、スロットルバルブアクチュエータ４３ａの作動遅れ時間を考慮に加えて、吸気弁閉弁時のスロットルバルブ開度TASを推定してもよい。

（２）スロットルモデルＭ２
スロットルモデルＭ２は、スロットルバルブ４３を通過する空気流量（スロットル通過空気流量）mtを、エネルギー保存則、運動量保存則、質量保存則、及び状態方程式に基づいて得られた下記(3)式及び下記(4)式に基づいて推定するモデルである。下記(3)式及び下記(4)式において、μは流量係数、Ａtはスロットル開口面積、νはスロットルバルブ４３を通過する空気の流速、Paはスロットルバルブ上流圧力（大気圧）、Pmは吸気管圧力、Taは吸気温度、ρmは吸気密度、Ｒは気体定数、及びκは比熱比（以下、κを一定値として扱う。）である。

mt＝μ・Ａt・ν・ρm＝μ・Ａt・｛Pa/(Ｒ・Ta)^1/2｝・Φ（Pm/Pa） ・・・(3)

ここで、上記(3)式は、k1を所定の係数（＝μ・Ａt・｛Pa/(Ｒ・Ta)^1/2｝）、mtsを吸気弁閉弁時のスロットル通過空気量とするとき下記(5)式に書き換えられる。また、(5)式において、内燃機関１０が定常状態にある場合（スロットルバルブ開度が一定である場合）のスロットル通過空気量をmtsTA、及び吸気管圧力をPmTAとすると、下記(6)式が得られるので、(5)式及び(6)式から係数k1を消去して下記(7)式を得ることができる。

mts＝k1・Φ（Pm/Pa） ・・・(5)

mtsTA＝k1・Φ（PmTA/Pa） ・・・(6)

mts＝｛mtsTA／Φ（PmTA/Pa）｝・Φ（Pm/Pa） ・・・(7)

上記(7)式の右辺における値｛mtsTA／Φ（PmTA/Pa）｝は、スロットルバルブ開度TAが一定であるときの吸入空気流量（スロットル通過空気流量）に関する値であり、スロットルバルブ開度TA、エンジン回転速度Ne、吸気弁の開閉タイミングVT、及びスロットルバルブ上流圧力Paが決定されると、実質的に一意に定まる値である。スロットルモデルＭ２は、スロットルバルブ開度TA、エンジン回転速度Ne、吸気弁の開閉タイミングVT、及びスロットルバルブ上流圧力Paと、値｛mtsTA／Φ（PmTA/Pa）｝との関係を規定したテーブルをＲＯＭ７２内に記憶していて、このテーブルと吸気弁閉弁時の推定スロットルバルブ開度TAS、実際のエンジン回転速度Ne、実際の吸気弁の開閉タイミングVT、及び実際のスロットルバルブ上流圧力Paとに基づいて値｛mtsTA／Φ（PmTA/Pa）｝を求める。

また、(7)式の右辺における値Φ（Pm/Pa）は、上記数(4)式から理解されるように、比熱比κが一定であるとき、吸気管圧力Pmとスロットルバルブ上流圧力Paにより決定される値である。スロットルモデルＭ２は、吸気管圧力Pm及びスロットルバルブ上流圧力Paと、値Φ（Pm/Pa）との関係を規定したテーブルをＲＯＭ７２内に記憶していて、このテーブルと、後述するインテークマニホールドモデルＭ４が現時点で既に演算している最新の吸気管圧力Pm、及び実際のスロットルバルブ上流圧力Paとに基づいて値Φ（Pm/Pa）を求める。以上により、吸気弁閉弁時のスロットル通過空気流量mtsが求められる。

（３）吸気弁モデルＭ３
吸気弁モデルＭ３は、吸気管圧力Pm、吸気管内温度Tm、及び吸気温度THA等から筒内吸入空気流量mcを推定するモデルである。吸気弁閉弁時の気筒内圧力は吸気弁３２の上流の圧力、即ち吸気弁閉弁時の吸気管圧力Pmとみなすことができるので、筒内吸入空気流量mcは吸気弁閉弁時の吸気管圧力Pmに比例する。そこで、吸気弁モデルＭ３は筒内吸入空気流量mcを、経験則に基づく下記(8)式にしたがって求める。

mc＝（THA/Tm）・（ｃ・Pm−ｄ） ・・・(8)

上記(8)式において、値ｃは比例係数、値ｄは筒内に残存していた既燃ガス量である。吸気弁モデルＭ３は、エンジン回転速度Ne、及び吸気弁の開閉タイミングVTと、比例係数ｃ、及び既燃ガス量ｄとの関係をそれぞれ規定するテーブルをＲＯＭ７２内に格納していて、実際のエンジン回転速度Neと、実際の吸気弁の開閉タイミングVTと前記格納しているテーブルとから比例係数ｃ、及び既燃ガス量ｄを求める。また、吸気弁モデルＭ３は、演算時点において、後述するインテークマニホールドモデルＭ４により既に推定されている直前（最新）の吸気弁閉弁時の吸気管圧力Pmと直前の吸気管内空気温度Tmとを上記(8)式に適用し、吸気弁閉弁時の筒内吸入空気流量mcを推定する。

（４）インテークマニホールドモデルＭ４
インテークマニホールドモデルＭ４は、質量保存則とエネルギー保存則とにそれぞれ基づいた下記(9)式及び下記(10)式にしたがって、吸気弁閉弁時の吸気管圧力Pmと、吸気弁閉弁時の吸気管内温度Tmとを求める。なお、Ｖは吸気管（スロットルバルブ下流の吸気通路）の容積、Ｒは気体定数、mtはスロットル通過空気流量、Taはスロットルバルブ通過空気温度（即ち、吸気温度THA）、mcは筒内吸入空気流量である。

dPm/dt＝κ・(Ｒ/Ｖ)・(mt・Ta−mc・Tm) ・・・(9)

d(Pm/Tm)/dt＝(Ｒ/Ｖ)・(mt−mc) ・・・(10)

図３に示したように、インテークマニホールドモデルＭ４は、スロットルモデルＭ２により推定されたスロットル通過空気流量mtsを上記(9)式，(10)式におけるスロットル通過空気流量mtとして使用し、吸気弁モデルＭ３により推定された吸気弁閉弁時の筒内吸入空気流量mcを上記(9)式，(10)式の筒内吸入空気流量mcとして使用する。以上、本装置は、上記エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードが選択されている間において、このインテークマニホールドモデルＭ４により推定された吸気管圧力Pmを吸気弁閉弁時の吸気管圧力PMFWDとして使用し、この吸気管圧力PMFWDに基づいて今回の吸気行程において吸気弁３２を通過して吸入された一気筒当たりの筒内吸入空気量KLFWDを気筒毎に求めるとともに、上記(1)式に基づいて、（後述する初期空気量Maを考慮しない）燃料噴射量Fiを気筒毎に決定する。

（初期空気量Maの考慮）
先に説明したように、機関１０の作動中においても、通常、前回の燃焼サイクルにおける排気弁閉弁時において燃焼室２５内を満たしている排ガス等は、今回の燃焼サイクルにおける吸気行程においてもそのまま燃焼室２５内に残留する。換言すれば、今回の吸気弁閉弁時において燃焼室２５内に吸入されている空気（新気）は、今回の吸気行程において吸気弁３２を通過して吸入された空気（新気）のみである。

また、上述したように推定される筒内吸入空気量KLFWDは、今回の吸気行程において吸気弁３２を通過して吸入された筒内吸入空気量である。従って、上記エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードが選択されている場合における通常の機関作動中においては、上記筒内吸入空気量KLFWDそのものが一気筒当たりの筒内吸入空気量を精度良く表す値となる。

一方、動力切替機構Ｐのモードがモータ走行モードから、エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードに変更される場合、先に述べたように、同変更時点から所定時間Tmortorに渡って機関１０のモータリングが実行されるとともに（即ち、燃料噴射が実行されず）、所定時間Tmortorが経過した時点で初回の燃料噴射が実行される。

この場合、係るモータリングの実行により、上述した燃焼室内に残留していた排ガス等は総て掃気されて排気通路へと排出される。従って、上記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における燃焼室内は空気（新気）のみで満たされていることになる。換言すれば、係る初回の燃料噴射時点での筒内吸入空気量は、上述したように推定される筒内吸入空気量KLFWDよりも、上記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時において燃焼室２５内を満たしている空気（新気）量（即ち、前記初期空気量Ma）の分だけ多くなる。

以上のことから、上記モータリング終了後の（燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における）初回の燃料噴射時において燃焼室２５内に吸入されている筒内吸入空気量を精度良く推定するためには、上記初期空気量Maを求めるとともに、上記筒内吸入空気量KLFWDに初期空気量Maを加えた値を最終的な筒内吸入空気量とする必要がある。

以下、初期空気量Maを求める方法について説明する。初期空気量Maは、上記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時において燃焼室２５内を満たしている空気量であって、気体の状態方程式を利用して下記(11)式に従って求めることができる。下記(11)式において、Pcは上記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における燃焼室内空気圧力、Vcは同排気弁閉弁時における燃焼室内容積、Rは気体定数、Tcは同排気弁閉弁時における燃焼室内空気温度である。

Ma＝(Pc・Vc)/(R・Tc) ・・・(11)

ここで、上記排気弁閉弁時における燃焼室内容積は、既知である排気弁閉弁時におけるクランク角度と、機関１０の設計諸元とに基づいて求めることができる。また、上記排気弁閉弁時における燃焼室内空気圧力Pcは、上述したごとく、同排気弁閉弁時における燃焼室容積の変化速度が遅いこと、及びモータリングが実行されていることから燃焼室内において燃焼エネルギーが発生しないことを考慮すると、排気通路内のガス（具体的には空気）の圧力（即ち、大気圧Pa）に略等しいと考えられる。

更には、上記排気弁閉弁時における燃焼室内空気温度Tcは、機関の冷却水の温度と略等しいと考えることができる。以上のことから、本装置は、上記モータリング終了時点において、下記(12)式に従って初期空気量Maを計算するとともに、下記(13)式に従って上記モータリング終了後の初回（のみについて）の燃料噴射量Fiを計算する。

Ma＝(Pa0・Vc)/(R・THW0) ・・・(12)

Fi ＝K・(KLFWD＋Ma) ・・・(13)

上記(12)式において、Pa0はモータリング終了時点において大気圧センサ６３により検出される大気圧Paであり、THW0はモータリング終了時点において水温センサ６８により検出される冷却水温THWである。以上のようにして、本装置は、動力切替機構Ｐのモードがモータ走行モードから、エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードに変更された場合、同変更時点以降実行されるモータリングが終了した後の各気筒についての初回の燃料噴射量Fiを上記(13)式に従って気筒毎に求め、噴射タイミングが到来した気筒のインジェクタ３９から同求めた量の燃料を一回ずつ噴射する。

そして、総ての気筒についての初回の燃料噴射が終了した後は、総ての気筒について、排気弁閉弁時において燃焼により発生した排ガス等が燃焼室２５内に残留するようになるから、本装置は、上記初期空気量Maを考慮しない上記(1)式に従って燃料噴射量Fiを気筒毎に求めるとともに、噴射タイミングが到来した気筒のインジェクタ３９から同求めた量の燃料を噴射していく。以上が、本装置による燃料噴射量Fiの決定方法の概要である。

（実際の作動）
以下、上記内燃機関の吸入空気量推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置の作動について、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）をフローチャートにより示した図５〜図７を参照しながら説明する。なお、ＣＰＵ７１は運転者がイグニッションスイッチの状態をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更した時点からこれらのルーチンの実行を開始する。

なお、後述する燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値、及び後述するモータリング実行中フラグＸＭの値は、イグニッションスイッチの状態がＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更された時点で「０」に初期設定される。ここで、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲは、その値が「１」のとき動力切替機構Ｐのモードがエンジン走行モード又はモータアシスト走行モードに設定されていることを示し、その値が「０」のとき動力切替機構Ｐのモードがモータ走行モードに設定されていることを示す。また、モータリング実行中フラグＸＭは、その値が「１」のとき機関１０のモータリングが実行されていることを示し、その値が「０」のとき同モータリングが実行されていないことを示す。

ＣＰＵ７１は、図５に示した燃料噴射制御の実行・停止の判定を行うルーチンを所定時間の経過毎に繰返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ５００から処理を開始し、ステップ５０５に進んで燃料噴射制御開始条件が成立したか否かをモニタする。この燃料噴射制御開始条件は、本例では、動力切替機構Ｐのモードが、モータ走行モードから、エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードに変更された場合に成立する。

いま、動力切替機構Ｐのモードがモータ走行モードに維持されているもの（動力伝達経路が電動モータＭとトランスミッションＴＭとの間で接続されるとともに内燃機関１０とトランスミッションＴＭ（、及び電動モータＭ）との間で遮断されているもの）とすると、燃料噴射制御開始条件が成立していないことから、ＣＰＵ７１はステップ５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５１０に進み、燃料噴射制御停止条件が成立したか否かをモニタする。この燃料噴射制御停止条件は、本例では、動力切替機構Ｐのモードが、エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードから、モータ走行モードに変更された場合に成立する。

現時点では、動力切替機構Ｐのモードがモータ走行モードに維持されているから、ＣＰＵ７１はステップ５１０でも「Ｎｏ」と判定してステップ５９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。以降、ＣＰＵ７１は、上記燃料噴射制御開始条件が成立するまで、ステップ５００、５０５、５１０の処理を繰り返し実行する。

また、ＣＰＵ７１は、図６に示したモータリングの実行、及び初期空気量の計算を行うルーチンを所定時間の経過毎に繰返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ６００から処理を開始し、ステップ６０５に進んで燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値が「０」から「１」に変更されたか否かを判定する。

現時点では、動力切替機構Ｐのモードがモータ走行モードに維持されている（従って、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値が「０」に維持されている）から、ＣＰＵ７１はステップ６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６１０に進んで、モータリング実行中フラグＸＭの値が「１」になっているか否かを判定する。

現時点では、モータリング実行中フラグＸＭの値が上述した初期設定値である「０」に維持されたままになっているから、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６１５に進み、モータリング実行中フラグＸＭの値が「１」から「０」に変更されたか否かを判定し、同ステップ６１５でも「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。以降、ＣＰＵ７１は、上記燃料噴射制御開始条件が成立するまで（即ち、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値が「０」から「１」に変更されるまで）、ステップ６００、６０５、６１０、６１５の処理を繰り返し実行する。

また、ＣＰＵ７１は、図７に示した燃料噴射制御を実行するルーチンを、吸気行程を迎える任意の気筒のクランク角がその気筒の吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、BTDC90°CA）になる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角が前記所定のクランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んで、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値が「１」であって、且つ、モータリング実行中フラグＸＭの値が「０」であるか否かを判定する。しかしながら、現時点では、モータ走行モードが選択されていて機関１０の回転が停止しているから本ルーチンは実行され得ない。従って、燃料の噴射も実行されない。

次に、この状態から、上記燃料噴射制御開始条件が成立した場合（即ち、動力切替機構Ｐのモードが、モータ走行モードから、エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードに変更された場合）について説明する。この場合、動力伝達経路が内燃機関１０とトランスミッションＴＭとの間で接続され、この結果、機関１０が少なくともトランスミッションＴＭからの動力を受けて回転可能となることから、燃料の噴射が実行されない限りにおいて機関１０のモータリングが実行されるとともに、上述した図７のルーチンの処理が開始される。

この場合、ＣＰＵ７１は図５のステップ５０５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１５に進み、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値を「０」から「１」に変更する。以降、ＣＰＵ７１は上記燃料噴射制御停止条件が成立するまでの間、ステップ５００、５０５、５１０の処理を繰り返し実行する。換言すれば、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値は「１」に維持される。

また、先のステップ５１５の実行により、ＣＰＵ７１は図６のステップ６０５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進んでカウンタＮの値を「０」に初期化し、続くステップ６２５にてモータリング実行中フラグＸＭの値を「０」から「１」に変更する。ここで、カウンタＮの値は、上記燃料噴射制御開始条件が成立した時点（即ち、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値が「０」から「１」に変更された時点）からの経過時間を表す。

続いて、ＣＰＵ７１は上述したステップ６１０に進んで「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３０に進み、機関１０のモータリングを開始・実行する。現時点では、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値が先のステップ５１５の実行により「１」に維持されているものの、モータリング実行中フラグＸＭの値が「１」になっているから、ＣＰＵ７１は図７のステップ７０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定して燃料の噴射が実行され得ないからである。

次に、ＣＰＵ７１はステップ６３５に進んでカウンタＮの値がモータリング実行時間相当基準値Nref以上となっているか否かを判定する。モータリング実行時間相当基準値Nrefは、上述した所定時間Tmortorに相当する値である。

現時点では、カウンタＮの値は「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ６３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６４０に進んで、カウンタＮの値をインクリメントする。以降、ステップ６４０の繰り返し実行によりカウンタＮの値がモータリング実行時間相当基準値Nrefに達するまでの間（即ち、モータリングの実行時間が上述した所定時間Tmortorに達するまでの間）、ＣＰＵ７１は、ステップ６００、６０５、６１０、６３０、６３５、６４０の処理を繰り返し実行することで、機関１０のモータリングを継続的に実行する。

そして、カウンタＮの値がモータリング実行時間相当基準値Nrefに達すると、ＣＰＵ７１はステップ６３５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４５に進み、モータリング実行中フラグＸＭの値を「１」から「０」に変更した後、図６のルーチンを一旦終了する。

この結果、ＣＰＵ７１は、次の図６のルーチン実行時においてステップ６１０に進んだとき「Ｎｏ」と判定して前述のステップ６１５に進むようになる。この時点は、先のステップ６４５の実行によりモータリング実行中フラグＸＭの値が「１」から「０」に変更された直後であるから、ＣＰＵ７１はステップ６１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６５０に進んで、現時点（即ち、モータリング終了時点）で大気圧センサ６３、及び水温センサ６８によりそれぞれ検出される大気圧Pa、及び冷却水温THWを、大気圧Pa0、及び冷却水温THW0としてそれぞれ取得し、続くステップ６５５にて上記(12)式に基づいて初期空気量Maを計算した後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

以降、再び、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値が「０」から「１」に変更されない限りにおいて（即ち、上記燃料噴射制御開始条件が成立しない限りにおいて）、モータリング実行中フラグＸＭの値は「０」に維持されるから、ＣＰＵ７１はステップ６００、６０５、６１０、６１５の処理を繰り返し実行し続ける。

更には、先のステップ６４５の処理が実行される場合、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値は「１」に維持されたまま、モータリング実行中フラグＸＭの値が「１」から「０」に変更されるから、ＣＰＵ７１は図７のステップ７０５に進んだとき「Ｙｅｓ」を判定してステップ７１０に進むようになる。

ＣＰＵ７１はステップ７１０に進むと、図３に示したモデルに従って別途計算されている上記吸気弁閉弁時の筒内吸入空気量KLFWDと、上記数１の右辺に基づくステップ７１０内に記載の式とに基づき今回の燃料噴射量Fiを算出する。

続いて、ＣＰＵ７１はステップ７１５に進んで、今回の燃料噴射が、今回の燃料噴射気筒について、モータリング実行中フラグＸＭの値が「１」から「０」に変更された後における初回の燃料噴射であるか否かを判定する。

現時点では、今回の燃料噴射は上記初回の燃料噴射であるから、ＣＰＵ７１はステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、先のステップ６５５の処理にて既に計算されている初期空気量Maと、ステップ７１０にて使用した吸気弁閉弁時の筒内吸入空気量KLFWDと、上記(13)式の右辺に基づくステップ７２０内に記載の式とに基づき今回の最終的な燃料噴射量Fiを求める（即ち、ステップ７１０にて求められた燃料噴射量Fiが初期空気量Maの分だけ補正される）。

次に、ＣＰＵ７１はステップ７２５に進んで、ステップ７２０にて決定した今回の燃料噴射量Fiだけ燃料を噴射するように前記燃料噴射気筒についてのインジェクタ３９に駆動信号を送出し、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上のようなステップ７００、７０５、７１０、７１５、７２０、７２５の一連の処理（ステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定される処理）は、各気筒について一回ずつ実行され、この結果、モータリング終了後における総ての気筒についての初回の燃料噴射量Fiが上記(13)式に従って計算されることになる。

これ以降、ＣＰＵ７１はステップ７１５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ７２０の処理を実行しないようになるから、ステップ７１０にて決定した今回の燃料噴射量Fiだけ燃料を噴射するように前記燃料噴射気筒についてのインジェクタ３９に駆動信号を送出するようになる。この結果、燃料噴射量Fiが上記(1)式に従って計算されていくことになる。

次に、この状態から、上記燃料噴射制御停止条件が成立した場合（即ち、動力切替機構Ｐのモードが、エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードから、モータ走行モードに変更された場合）について説明する。この場合、動力伝達経路が内燃機関１０とトランスミッションＴＭ（、及び電動モータＭ）との間で解除される。

また、この場合、ステップ５００、５０５、５１０の処理を繰り返し実行しているＣＰＵ７１は図５のステップ５１０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２０に進み、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値を「１」から「０」に変更する。以降、ＣＰＵ７１は燃料噴射制御開始条件が再び成立するまでの間、ステップ５００、５０５、５１０の処理を繰り返し実行する。換言すれば、燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値は「０」に維持される。

また、先のステップ５２０の実行により燃料噴射制御実行中フラグＸＰＷＲの値が「０」になるから、ＣＰＵ７１は図７のステップ７０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に直ちに進むようになる。この結果、燃料噴射制御が停止せしめられる。そして、再び、燃料噴射制御開始条件が成立し、且つ、その後のモータリングが終了すると、燃料噴射制御が再び開始される。

以上説明したように、本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置の実施形態は、燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合（具体的には、動力切替機構Ｐのモードがモータ走行モードから、エンジン走行モード又はモータアシスト走行モードに変更される場合）において、同変更時点から所定時間だけモータリングが実行されている状態で初回の燃料噴射が実行される機関に適用される。本実施形態は、今回の吸気行程で吸気弁を通過して燃焼室内に吸入される筒内吸入空気量KLFWDを図３に示した各種モデルを用いて推定する。そして、燃料噴射制御が実行状態にある通常の場合、上記推定された筒内吸入空気量KLFWDそのものを今回の筒内吸入空気量とする。一方、本実施形態は、上記モータリングによる燃焼室内のガスの掃気作用により、上記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における燃焼室内のガスが総て空気になっているとの仮定のもと同排気弁閉弁時における燃焼室内の空気量を初期空気量Maとして推定するとともに、上記筒内吸入空気量KLFWDに初期空気量Maを加えた値を上記初回の燃料噴射時において燃焼室内に吸入されている筒内吸入空気量とする。この結果、上記初回の燃料噴射時における筒内吸入空気量が精度良く計算され得、同筒内吸入空気量を使用して計算される初回の燃料噴射量が機関の空燃比を狙いの値とするための適正な量として計算され得るから、エミッションの排出量の増大を抑制することができた。

また、本実施形態は、上記排気弁閉弁時における燃焼室内のガス（空気）についての状態方程式を使用して上記初期空気量Maを推定する。また、上記状態方程式を使用するにあたり必要となる上記排気弁閉弁時における燃焼室内の空気の圧力として大気圧、同排気弁閉弁時における燃焼室内の空気の温度として機関の冷却水温を使用する。従って、高価な筒内ガス圧力センサ、及び筒内ガス温度センサを用いることなく、且つ精度良く上記初期空気量Maを推定することができた。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、上記(12)式に従って初期空気量Maを計算しているが、上記(11)式に従って初期空気量Maを計算するように構成してもよい。この場合、筒内ガス圧力センサ、及び筒内ガス温度センサを配設し、筒内ガス圧力センサ、及び筒内ガス温度センサによりそれぞれ検出される上記排気弁閉弁時における燃焼室内空気圧力Pc、及び燃焼室内空気温度Tcを上記(11)式に適用する必要がある。

また、上記実施形態においては、燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合として、上記ハイブリッド車両において内燃機関以外の他の動力源が発生する駆動力のみで車両が駆動されている状態（モータ走行モード選択時）から同内燃機関の駆動力で車両が駆動される状態（エンジン走行モード又はモータアシスト走行モード）に移行する場合が適用されているが、消費エネルギー削減のため走行状態に応じて燃料噴射制御を一時的に停止する制御（所謂フューエルカット制御）が実行される車両においてフューエルカット制御が実行されている状態から同フューエルカット制御が解除された場合を適用してもよい。更には、機関の回転が停止している状態からスタータモータにより機関が始動せしめられる場合においては、機関の回転が停止している状態からスタータモータにより機関の回転が開始された場合を燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合として適用してもよい。

本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置を適用した火花点火式多気筒内燃機関を搭載した車両の動力伝達系についての概略構成図である。 本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置を含んだ燃料噴射量制御装置を火花点火式多気筒内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。 図２に示したＣＰＵが吸気弁閉弁時の筒内吸入空気量を推定するために採用した各種モデルの接続関係を示す機能ブロック図である。 図２に示したＣＰＵが参照するアクセルペダル操作量と目標スロットルバルブ開度との関係を規定したテーブルを示したグラフである。 図２に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御の実行・停止を判定するためのルーチンを示したフローチャートである。 図２に示したＣＰＵが実行するモータリングの実行、及び初期空気量の計算を行うためのルーチンを示したフローチャートである。 図２に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御を行うためのルーチンを示したフローチャートである。 排気弁閉弁時において燃焼室内を満たしている排ガス等がそのまま燃焼室内に残留する様子を示した燃焼室、及びその近傍部分を示した概念図である。

符号の説明

１０…火花点火式多気筒内燃機関、２０…シリンダブロック部（エンジン本体部）、２５…燃焼室、３２…吸気弁、３５…排気弁、３９…インジェクタ、４１…吸気管、４３…スロットルバルブ、６３…大気圧センサ、６８…水温センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、Ｍ…電動モータ、Ｐ…動力切替機構

Claims (4)

1. クランク角度が運転状態に応じた所定の角度になる毎に燃料を噴射する燃料噴射制御が実行可能な内燃機関に適用され、
   少なくとも前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記噴射される燃料噴射量を計算するために使用される燃焼室内に吸入される筒内吸入空気量を推定する筒内吸入空気量推定手段を備えた内燃機関の吸入空気量推定装置において、
   前記筒内吸入空気量推定手段は、
   前記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における初回の燃料噴射量を計算するために使用される前記筒内吸入空気量を推定するとき、前記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における前記燃焼室内のガスが全て空気であるとの仮定のもと同排気弁閉弁時における同燃焼室内の空気量を初期空気量として推定するとともに、同初期空気量の分だけ前記推定された筒内吸入空気量を補正するように構成された内燃機関の吸入空気量推定装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、
   前記筒内吸入空気量推定手段は、
   前記初回の燃料噴射の直前の排気弁閉弁時における前記燃焼室内のガスについての状態方程式を利用して前記初期空気量を推定するように構成された内燃機関の吸入空気量推定装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置であって、
   大気圧を取得する大気圧取得手段と、
   前記内燃機関の冷却水の温度を取得する冷却水温取得手段と、を更に備え、
   前記筒内吸入空気量推定手段は、
   前記状態方程式を利用する際、前記燃焼室内のガス圧力として前記取得された大気圧を使用するとともに、前記燃焼室内のガス温度として前記取得された冷却水の温度を使用するように構成された内燃機関の吸入空気量推定装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置であって、
   前記吸入空気量推定装置が適用される内燃機関は、同内燃機関のモータリングを実行するモータリング手段により同モータリングが実行せしめられている状態にて、前記燃料噴射制御が停止状態から実行状態に移行する場合における前記初回の燃料噴射が実行されるように構成された内燃機関の吸入空気量推定装置。
   

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