JP2006063802A - Air amount estimating device for internal combustion engine - Google Patents

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JP2006063802A JP2004243543A JP2004243543A JP2006063802A JP 2006063802 A JP2006063802 A JP 2006063802A JP 2004243543 A JP2004243543 A JP 2004243543A JP 2004243543 A JP2004243543 A JP 2004243543A JP 2006063802 A JP2006063802 A JP 2006063802A
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Rei Eiraku
玲 永楽
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air amount estimating device for an internal combustion engine with a supercharger for estimating a cylinder air amount at a time later from a present time with high accuracy. <P>SOLUTION: The air amount estimating device is applied to the internal combustion engine 10 with a supercharger (a compressor 45) and a throttle valve 47 in an intake passage. It comprises a pressure sensor 61 and a temperature sensor 62 provided in the intake passage between the supercharger and the throttle valve. The air amount estimating device estimates the cylinder air amount later from the present time in accordance with a physical model using the opening of the throttle valve and the pressure and temperature of air in the intake passage on the upstream side of the throttle valve for showing the behavior of the air passing through the intake passage around the throttle valve and flowing into a cylinder, the opening of the throttle valve at a time later from the present time, the pressure detected by the pressure sensor, and the temperature detected by the temperature sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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

内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比と一致させるためには、同内燃機関の気筒内に導入される空気の量（以下、「筒内空気量」と称呼する。）を精度良く推定しなければならない。この筒内空気量は、スロットル弁の開度が殆ど変化しない定常運転状態においては、内燃機関の吸気通路に設けられた空気流量センサの出力値により精度良く推定される。一方、スロットル弁の開度が急激に変化する過渡運転状態においては、空気流量センサの時間応答性が良好でないことから、空気流量センサの出力値に基づいて筒内空気量を精度良く求めることは困難である。従って、筒内空気量を空気流量センサよりも応答性良く推定することが求められる。   In order to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine coincide with the target air-fuel ratio, the amount of air introduced into the cylinder of the internal combustion engine (hereinafter referred to as “in-cylinder air amount”). It must be estimated accurately. This in-cylinder air amount is accurately estimated from the output value of the air flow rate sensor provided in the intake passage of the internal combustion engine in a steady operation state where the opening degree of the throttle valve hardly changes. On the other hand, in a transient operation state in which the opening of the throttle valve changes rapidly, the time response of the air flow sensor is not good, so it is not possible to accurately determine the in-cylinder air amount based on the output value of the air flow sensor. Have difficulty. Therefore, it is required to estimate the in-cylinder air amount with better responsiveness than the air flow rate sensor.

更に、燃料は、一般に吸気行程が終了するまでに噴射される。一方、筒内空気量は、吸気行程が終了する時点（吸気弁閉弁時）において確定する。従って、燃料噴射時においては筒内空気量が確定していない。このため、気筒内に形成される混合気を目標とする空燃比と一致させる噴射燃料量を決定するためには、燃料噴射前（即ち、吸気行程が終了する前）の所定の時点にて吸気弁閉弁時における筒内空気量を推定することが求められる。   Furthermore, the fuel is generally injected by the end of the intake stroke. On the other hand, the in-cylinder air amount is determined when the intake stroke ends (when the intake valve is closed). Therefore, the cylinder air amount is not fixed at the time of fuel injection. Therefore, in order to determine the amount of fuel to be injected so that the air-fuel ratio formed in the cylinder matches the target air-fuel ratio, the intake air is taken in at a predetermined time before fuel injection (that is, before the intake stroke ends). It is required to estimate the in-cylinder air amount when the valve is closed.

このような要求を満足するための筒内空気量推定装置の一つとして、吸気通路内を通流する空気の挙動をモデル化した物理モデルを使用して現時点より先の時点の筒内空気量を推定する装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００１−４１０９５号公報 As one of the in-cylinder air amount estimation devices for satisfying such demands, the in-cylinder air amount at a time earlier than the present time using a physical model that models the behavior of air flowing through the intake passage. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-41095 A

この装置が使用する物理モデルによれば、推定される現時点より先の時点の筒内空気量は、同先の時点のスロットル弁の上流の空気（スロットル弁上流空気）の圧力及び温度を含む関係式により表される。従って、上記先の時点のスロットル弁上流空気の圧力及び温度が精度良く推定されなければ、同先の時点の筒内空気量を精度良く推定することができない。   According to the physical model used by this device, the estimated amount of cylinder air before the present time includes the pressure and temperature of the air upstream of the throttle valve (the air upstream of the throttle valve) at the previous time. It is expressed by the formula. Therefore, if the pressure and temperature of the air upstream of the throttle valve at the previous time point are not accurately estimated, the in-cylinder air amount at the previous time point cannot be accurately estimated.

ところで、上記従来の装置が適用される内燃機関においては、スロットル弁上流空気の圧力及び温度は、大気の圧力及び温度と略等しい。また、大気の圧力及び温度は、現時点から筒内空気量が推定される先の時点までの短い時間内では殆ど変化しない。従って、上記従来の装置は、現時点より先の時点のスロットル弁上流空気の圧力として大気の圧力を採用し、同先の時点のスロットル弁上流空気の温度としてスロットル弁の上流にて吸気通路に配設された温度センサの検出値を採用する。この結果、上記従来の装置により、現時点より先の時点の筒内空気量が高い精度にて推定される。   By the way, in the internal combustion engine to which the conventional apparatus is applied, the pressure and temperature of the air upstream of the throttle valve are substantially equal to the pressure and temperature of the atmosphere. Further, the atmospheric pressure and temperature hardly change within a short time from the present time to the previous time point at which the in-cylinder air amount is estimated. Therefore, the above-mentioned conventional apparatus adopts atmospheric pressure as the pressure of the throttle valve upstream air at a time earlier than the present time, and distributes it to the intake passage upstream of the throttle valve as the temperature of the throttle valve upstream air at the previous time. The detection value of the installed temperature sensor is adopted. As a result, the in-cylinder air amount at a time point before the current time is estimated with high accuracy by the conventional device.

一方、内燃機関の最高出力を向上させること等を目的として、吸気通路内のスロットル弁の上流に過給機が配設されることがある。このような内燃機関においては、過給機の作動状態の変化により、スロットル弁上流空気の圧力及び温度は短い時間内に変化する。従って、上記物理モデルを使用して、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定するためには、過給機を通過する空気の挙動をモデル化し、その物理モデルを用いて同先の時点のスロットル弁上流空気の圧力及び温度を推定する必要があると考えられる。   On the other hand, a turbocharger may be disposed upstream of the throttle valve in the intake passage for the purpose of improving the maximum output of the internal combustion engine. In such an internal combustion engine, the pressure and temperature of the air upstream of the throttle valve change within a short time due to a change in the operating state of the supercharger. Therefore, in order to estimate the in-cylinder air amount at a time earlier than the present time with high accuracy using the above physical model, the behavior of the air passing through the supercharger is modeled, and the physical model is used. It is considered necessary to estimate the pressure and temperature of the air upstream of the throttle valve at the same time.

しかしながら、過給機を通過する空気の挙動を、簡便で（計算負荷が小さく）、且つ、正確な物理モデルにより表現することは困難であるから、過給機を備える内燃機関においては、現時点より先の時点のスロットル弁上流空気の圧力及び温度を精度良く推定することができない。その結果、上記従来の技術により、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定することは困難であるという問題があった。   However, it is difficult to express the behavior of air passing through the supercharger with a simple (small calculation load) and accurate physical model. The pressure and temperature of the air upstream of the throttle valve at the previous time cannot be accurately estimated. As a result, there has been a problem that it is difficult to estimate the in-cylinder air amount at a time earlier than the current time with high accuracy by the conventional technique.

本発明の発明者は、上述した課題に対処するために種々の検討を行った結果、過給機からスロットル弁までの吸気通路内におけるスロットル弁上流空気の圧力及び温度は現時点から筒内空気量が推定される先の時点までの短い時間内ではそれほど大きく変化しないという知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、過給機を備える内燃機関において現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定することが可能な内燃機関の空気量推定装置を提供することを目的とする。   The inventor of the present invention has made various studies in order to cope with the above-described problems. As a result, the pressure and temperature of the air upstream of the throttle valve in the intake passage from the supercharger to the throttle valve are determined from the present time. It was found that the change does not change so much in a short time until the estimated time. The present invention has been made based on such knowledge, and in an internal combustion engine equipped with a supercharger, it is possible to estimate an in-cylinder air amount at a time earlier than the present time with high accuracy. An object is to provide an apparatus.

具体的に述べると、本発明の空気量推定装置は、外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路内に配置され同吸気通路内を通流する空気の量を変更するように開度を調整可能なスロットル弁と、前記スロットル弁の上流にて前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気を圧縮する過給機と、を備える内燃機関に適用される。   More specifically, the air amount estimation device of the present invention changes an intake passage for introducing air taken in from the outside into the cylinder, and an amount of air arranged in the intake passage and flowing through the intake passage. Thus, the present invention is applied to an internal combustion engine including a throttle valve whose opening degree can be adjusted, and a supercharger that is disposed in the intake passage upstream of the throttle valve and compresses air in the intake passage.

前記空気量推定装置は、前記吸気通路内において前記スロットル弁の周囲を通過して前記気筒内に流入する空気の挙動を少なくとも同スロットル弁の開度と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度とを用いて表す物理モデルと、現時点より先の時点の同スロットル弁の開度と、同先の時点の同スロットル弁上流圧力と、同先の時点の同スロットル弁上流温度と、に基づいて同先の時点にて同気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段を備える。   The air amount estimation device determines the behavior of the air that flows around the throttle valve in the intake passage and flows into the cylinder at least within the intake passage upstream of the throttle valve and the throttle valve. The physical model expressed using the throttle valve upstream pressure, which is the air pressure, and the throttle valve upstream temperature, which is the temperature of the air in the intake passage upstream of the throttle valve, and the opening of the throttle valve at a time earlier than the present time. Cylinder, which is the amount of air introduced into the cylinder at the previous point based on the same, the same throttle valve upstream pressure at the same point, and the same throttle valve upstream temperature at the previous point In-cylinder air amount estimation means for estimating the amount of internal air is provided.

前記空気量推定装置は、前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気の圧力を検出する圧力センサと、同過給機と同スロットル弁の間の同吸気通路に配設され同吸気通路内の空気の温度を検出する温度センサと、を備える。   The air amount estimation device includes a pressure sensor that is disposed in the intake passage between the supercharger and the throttle valve and detects the pressure of air in the intake passage, and between the supercharger and the throttle valve. A temperature sensor that is disposed in the intake passage and detects the temperature of air in the intake passage.

前記筒内空気量推定手段は、前記先の時点のスロットル弁上流圧力として前記検出された圧力を採用し、且つ、前記先の時点のスロットル弁上流温度として前記検出された温度を採用することにより、前記先の時点の筒内空気量を推定する。   The in-cylinder air amount estimation means adopts the detected pressure as the throttle valve upstream pressure at the previous time point, and adopts the detected temperature as the throttle valve upstream temperature at the previous time point. The cylinder air amount at the previous time is estimated.

これによれば、過給機の下流であってスロットル弁の上流の空気（スロットル弁上流空気）の圧力及び温度が圧力センサ及び温度センサによりそれぞれ検出され、同検出された圧力及び温度に基づいて、現時点より先の時点の筒内空気量が推定される。この結果、過給機を備える内燃機関において、過給機を通過する空気の挙動を表す物理モデルを導入しなくとも、同先の時点における筒内空気量を高い精度にて推定することができる。   According to this, the pressure and temperature of the air downstream of the supercharger and upstream of the throttle valve (the throttle valve upstream air) are detected by the pressure sensor and the temperature sensor, respectively, and based on the detected pressure and temperature. The in-cylinder air amount at a time earlier than the current time is estimated. As a result, in an internal combustion engine equipped with a supercharger, the in-cylinder air amount at the same point in time can be estimated with high accuracy without introducing a physical model representing the behavior of air passing through the supercharger. .

この場合、前記空気量推定装置は、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路に一端が接続されるとともに、他端が同過給機の上流にて同吸気通路に接続され又は同他端が前記内燃機関の外部に連通されたバイパス通路と、
指示信号に応じて前記バイパス通路を連通状態又は遮断状態に切り替え可能なバイパス通路切替手段と、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路内の空気の圧力が急激に変化する状態にあるか否かを判定する圧力急変判定手段と、
前記圧力急変判定手段により前記圧力が急激に変化する状態にあると判定したときに、前記バイパス通路を連通状態とするように前記バイパス通路切替手段に前記指示信号を送出するバイパス通路切替制御手段と、
を備えてなることが好適である。 In this case, the air amount estimation device
One end is connected to the intake passage between the supercharger and the throttle valve, and the other end is connected to the intake passage upstream of the supercharger or the other end is connected to the outside of the internal combustion engine. A bypass passage communicated with,
A bypass passage switching means capable of switching the bypass passage to a communication state or a cutoff state in response to an instruction signal;
Pressure abrupt change determination means for determining whether or not the pressure of air in the intake passage between the supercharger and the throttle valve is in a state of rapidly changing;
A bypass passage switching control means for sending the instruction signal to the bypass passage switching means so as to place the bypass passage in a communicating state when the pressure sudden change judgment means determines that the pressure is in a state of sudden change; ,
It is preferable to comprise.

前述したように、本発明に係る内燃機関の空気量推定装置は、現時点より先の時点のスロットル弁上流空気の圧力（スロットル弁上流圧力）として、検出された圧力を採用する。従って、圧力を検出した時点から同先の時点までの間にスロットル弁上流圧力が急激に変化すると、推定される筒内空気量の精度が悪化する。   As described above, the air amount estimation device for an internal combustion engine according to the present invention employs the detected pressure as the pressure of the throttle valve upstream air (throttle valve upstream pressure) at a time earlier than the current time. Therefore, if the upstream pressure of the throttle valve changes abruptly from the time when the pressure is detected to the previous time, the accuracy of the estimated in-cylinder air amount deteriorates.

ところで、過給機を備える内燃機関においては、スロットル弁上流圧力が急激に変化することがある。例えば、スロットル弁の開度が急激に増大した場合（例えば、急加速時）には、過給機が抵抗となり内燃機関の外部からの空気の供給が阻害されるのでスロットル弁上流圧力は短い時間内に急激に減少する。この場合、検出された圧力と現時点より先の時点のスロットル弁上流圧力とが大きく異なるようになるので、推定される筒内空気量の精度は悪化してしまう。   By the way, in an internal combustion engine provided with a supercharger, the throttle valve upstream pressure may change suddenly. For example, when the opening of the throttle valve suddenly increases (for example, during rapid acceleration), the turbocharger becomes a resistance and the air supply from the outside of the internal combustion engine is obstructed, so the throttle valve upstream pressure is short. Decreases rapidly within. In this case, since the detected pressure and the throttle valve upstream pressure at a time earlier than the current time are greatly different, the accuracy of the estimated in-cylinder air amount is deteriorated.

これに対し、上記構成によれば、圧力急変判定手段によりスロットル弁上流圧力が急激に変化する状態にあると判定されたときは、バイパス通路が連通状態とされる。これにより、空気は、過給機を通過することなく過給機とスロットル弁の間の吸気通路に速やかに供給される。この結果、スロットル弁上流圧力の変化が緩慢となる。従って、検出された圧力と現時点より先の時点のスロットル弁上流圧力との差を小さく維持することができるので、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定することができる。   On the other hand, according to the above configuration, when it is determined by the pressure sudden change determination means that the throttle valve upstream pressure is in a state of sudden change, the bypass passage is brought into a communication state. Thus, the air is promptly supplied to the intake passage between the supercharger and the throttle valve without passing through the supercharger. As a result, the change in the throttle valve upstream pressure becomes slow. Accordingly, the difference between the detected pressure and the throttle valve upstream pressure at a time earlier than the current time can be kept small, so that the in-cylinder air amount at a time earlier than the current time can be estimated with high accuracy.

以下、本発明による内燃機関の空気量推定装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る前記空気量推定装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。   Embodiments of an air amount estimation device for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a system in which the air amount estimation device according to the first embodiment of the present invention is applied to a spark ignition type multi-cylinder (four-cylinder) internal combustion engine. FIG. 1 shows only a cross section of a specific cylinder, but the other cylinders have the same configuration.

この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に燃料と空気とからなる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。   The internal combustion engine 10 includes a cylinder block portion 20 including a cylinder block, a cylinder block lower case, an oil pan, and the like, a cylinder head portion 30 fixed on the cylinder block portion 20, and fuel and air in the cylinder block portion 20. And an exhaust system 50 for releasing the exhaust gas from the cylinder block 20 to the outside.

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１、ピストン２２のヘッド及びシリンダヘッド部３０は、燃焼室２５を形成している。   The cylinder block unit 20 includes a cylinder 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24. The piston 22 reciprocates in the cylinder 21, and the reciprocating motion of the piston 22 is transmitted to the crankshaft 24 through the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates. The cylinder 21, the head of the piston 22 and the cylinder head part 30 form a combustion chamber 25.

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３９を備えている。   The cylinder head portion 30 includes an intake port 31 communicating with the combustion chamber 25, an intake valve 32 that opens and closes the intake port 31, an intake camshaft that drives the intake valve 32, and continuously changes the phase angle of the intake camshaft. The variable intake timing device 33, the actuator 33 a of the variable intake timing device 33, the exhaust port 34 communicating with the combustion chamber 25, the exhaust valve 35 that opens and closes the exhaust port 34, the exhaust camshaft 36 that drives the exhaust valve 35, and the spark plug 37 And an igniter 38 including an ignition coil for generating a high voltage to be applied to the spark plug 37 and an injector 39 for injecting fuel into the intake port 31.

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１に連通したサージタンク４２、サージタンク４２に一端が接続されインテークマニホールド４１及びサージタンク４２とともに吸気通路を形成する吸気ダクト４３、吸気ダクト４３の他端部から下流（サージタンク４２）に向けて順に吸気ダクト４３に配設されたエアフィルタ４４、過給機の一部を構成するコンプレッサ４５、インタークーラ４６、スロットル弁４７及びスロットル弁アクチュエータ４７ａを備えている。なお、スロットル弁４７から吸気弁３２までの吸気通路は、吸気管部を構成している。   The intake system 40 includes an intake manifold 41 that communicates with the intake port 31, a surge tank 42 that communicates with the intake manifold 41, an intake duct 43 that has one end connected to the surge tank 42 and forms an intake passage with the intake manifold 41 and the surge tank 42, An air filter 44 disposed in the intake duct 43 in order from the other end of the intake duct 43 toward the downstream (surge tank 42), a compressor 45 constituting a part of the supercharger, an intercooler 46, a throttle valve 47, and A throttle valve actuator 47a is provided. The intake passage from the throttle valve 47 to the intake valve 32 forms an intake pipe portion.

コンプレッサ４５は、後述する排気通路の下流部に配設されたタービンが排ガスのエネルギーにより回転させられることにより、回転して吸気ダクト４３内の空気を圧縮する。これにより、コンプレッサ４５は、内燃機関１０に空気を過給するようになっている。   The compressor 45 rotates and compresses the air in the intake duct 43 when a turbine disposed in a downstream portion of an exhaust passage, which will be described later, is rotated by the energy of the exhaust gas. Thereby, the compressor 45 supercharges air to the internal combustion engine 10.

インタークーラ４６は水冷式であって、吸気ダクト４３を通過する空気を冷却するようになっている。   The intercooler 46 is water-cooled and cools the air passing through the intake duct 43.

スロットル弁４７は吸気ダクト４３に回転可能に支持され、スロットル弁駆動手段を構成するスロットル弁アクチュエータ４７ａにより駆動されることにより開度が調整できるようになっている。これにより、スロットル弁４７は、吸気ダクト４３の通路断面積を可変とするようになっている。   The throttle valve 47 is rotatably supported by the intake duct 43, and the opening degree can be adjusted by being driven by a throttle valve actuator 47a constituting a throttle valve driving means. As a result, the throttle valve 47 can change the passage cross-sectional area of the intake duct 43.

ＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４７ａは、後述する電気制御装置７０が達成する電子制御スロットル弁ロジックにより送出される駆動信号に応じて、実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θttとなるようにスロットル弁４７を駆動するようになっている。   In the throttle valve actuator 47a formed of a DC motor, the actual throttle valve opening θta becomes the target throttle valve opening θtt in accordance with a drive signal sent by an electronically controlled throttle valve logic achieved by an electric control device 70 described later. Thus, the throttle valve 47 is driven.

吸気系統４０は、更に、バイパス通路４８と、バイパス通路切替手段としてのバイパス通路切替弁４８ａ及びバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂと、を備えている。   The intake system 40 further includes a bypass passage 48, and a bypass passage switching valve 48a and a bypass passage switching valve actuator 48b as bypass passage switching means.

バイパス通路４８は、一端がエアフィルタ４４の下流であってコンプレッサ４５の上流にて吸気ダクト４３に接続されるとともに、他端がインタークーラ４６の下流であってスロットル弁４７の上流にて同吸気ダクト４３に接続された通路である。即ち、バイパス通路４８は、コンプレッサ４５及びインタークーラ４６の上流と下流とを連通している。なお、バイパス通路４８は、一端が内燃機関１０の外部と直接連通されるとともに、他端がインタークーラ４６の下流であってスロットル弁４７の上流にて吸気ダクト４３に接続されていてもよい。   The bypass passage 48 is connected at one end downstream of the air filter 44 and upstream of the compressor 45 to the intake duct 43, and at the other end downstream of the intercooler 46 and upstream of the throttle valve 47. A passage connected to the duct 43. That is, the bypass passage 48 communicates the upstream and downstream of the compressor 45 and the intercooler 46. The bypass passage 48 may have one end directly communicating with the outside of the internal combustion engine 10 and the other end connected to the intake duct 43 downstream of the intercooler 46 and upstream of the throttle valve 47.

バイパス通路切替弁４８ａは、バイパス通路４８に回転可能に支持され、指示信号に応じて作動するバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂにより駆動されることによりバイパス通路４８を連通状態又は遮断状態とするようになっている。   The bypass passage switching valve 48a is rotatably supported by the bypass passage 48, and is driven by a bypass passage switching valve actuator 48b that operates in response to an instruction signal, thereby bringing the bypass passage 48 into a communication state or a cutoff state. ing.

排気系統５０は、排気ポート３４に連通し同排気ポート３４とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを含む排気管５１を備えている。排気系統５０の下流部は図示しない触媒を介して排ガスを外部へ放出するようになっている。   The exhaust system 50 includes an exhaust pipe 51 including an exhaust manifold that communicates with the exhaust port 34 and forms an exhaust passage together with the exhaust port 34. The downstream part of the exhaust system 50 discharges exhaust gas to the outside via a catalyst (not shown).

一方、このシステムは、圧力センサ６１、温度センサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、運転状態量取得手段としてのアクセル開度センサ６５及び電気制御装置７０を備えている。   On the other hand, this system includes a pressure sensor 61, a temperature sensor 62, a cam position sensor 63, a crank position sensor 64, an accelerator opening sensor 65 as an operation state quantity acquisition means, and an electric control device 70.

圧力センサ６１は、インタークーラ４６とスロットル弁４７の間の吸気ダクト４３に配設されている。圧力センサ６１は、吸気ダクト４３内の空気の圧力を検出し、スロットル弁４７の上流の吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力Puactを表す信号を出力するようになっている。温度センサ６２は、インタークーラ４６とスロットル弁４７の間の吸気ダクト４３に配設されている。温度センサ６２は、吸気ダクト４３内の空気の温度を検出し、スロットル弁４７の上流の吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度Tuact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６３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６４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。アクセル開度センサ６５は、運転者によって操作されるアクセルペダル６６の操作量を検出し、同アクセルペダルの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。   The pressure sensor 61 is disposed in the intake duct 43 between the intercooler 46 and the throttle valve 47. The pressure sensor 61 detects the pressure of air in the intake duct 43 and outputs a signal representing the throttle valve upstream pressure Puact, which is the pressure of air in the intake passage upstream of the throttle valve 47. The temperature sensor 62 is disposed in the intake duct 43 between the intercooler 46 and the throttle valve 47. The temperature sensor 62 detects the temperature of the air in the intake duct 43 and outputs a signal representing the throttle valve upstream temperature Tuact, which is the temperature of the air in the intake passage upstream of the throttle valve 47. The cam position sensor 63 generates a signal (G2 signal) having one pulse every time the intake camshaft rotates 90 ° (that is, every time the crankshaft 24 rotates 180 °). The crank position sensor 64 outputs a signal having a narrow pulse every time the crankshaft 24 rotates 10 °, and a wide pulse every time the crankshaft 24 rotates 360 °. This signal represents the engine speed NE. The accelerator opening sensor 65 detects the operation amount of the accelerator pedal 66 operated by the driver, and outputs a signal indicating the operation amount Accp of the accelerator pedal.

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に記憶するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを記憶するとともに同記憶したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４及びＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６５と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６５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、スロットル弁アクチュエータ４７ａ及びバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。   The electric control device 70 is connected to each other via a bus 71, a ROM 72 pre-stored with programs executed by the CPU 71, tables (look-up tables, maps), constants, and the like, and the CPU 71 temporarily stores data as necessary. The microcomputer includes a RAM 73, a backup RAM 74 that stores data while the power is turned on, and retains the stored data while the power is shut off, an interface 75 including an AD converter, and the like. The interface 75 is connected to the sensors 61 to 65, supplies signals from the sensors 61 to 65 to the CPU 71, and in response to instructions from the CPU 71, the actuator 33a, the igniter 38, the injector 39, and the throttle of the variable intake timing device 33. A drive signal (instruction signal) is sent to the valve actuator 47a and the bypass passage switching valve actuator 48b.

次に、上記のように構成された内燃機関の空気量推定装置による筒内空気量の推定方法の概要について説明する。   Next, an outline of a method for estimating the in-cylinder air amount by the air amount estimating apparatus for an internal combustion engine configured as described above will be described.

この空気量推定装置が適用される内燃機関１０においては、インジェクタ３９は吸気弁３２の上流に配置されているので、吸気弁閉弁時（吸気行程が終了する時点）までに燃料が噴射されなければならない。従って、気筒内に形成される混合気を目標とする空燃比と一致させる噴射燃料量を決定するためには、この空気量推定装置は、燃料噴射前の所定の時点にて吸気弁閉弁時における筒内空気量を推定する必要がある。このため、この空気量推定装置は、エネルギー保存則、運動量保存則及び質量保存則などの物理法則に基づいて構築された物理モデルを用いて、現時点（演算時点）より先の時点の筒内空気量を推定する。   In the internal combustion engine 10 to which this air amount estimation device is applied, the injector 39 is disposed upstream of the intake valve 32, so that fuel must be injected before the intake valve is closed (at the end of the intake stroke). I must. Therefore, in order to determine the amount of fuel to be injected so that the air-fuel ratio formed in the cylinder matches the target air-fuel ratio, this air amount estimation device is used when the intake valve is closed at a predetermined time before fuel injection. It is necessary to estimate the in-cylinder air amount at. For this reason, this air amount estimation device uses the physical model constructed based on the physical laws such as the energy conservation law, the momentum conservation law, and the mass conservation law, so that the in-cylinder air at a time earlier than the current time (calculation time). Estimate the amount.

この空気量推定装置は、機能ブロック図である図２に示したように、電子制御スロットル弁モデルＭ１を備えるとともに、上記物理モデルとして、スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、吸気管モデルＭ４及び吸気弁モデルＭ５を備えている。また、この空気量推定装置は、電子制御スロットル弁ロジックＡ１を備えている。   As shown in FIG. 2 which is a functional block diagram, the air amount estimation device includes an electronically controlled throttle valve model M1, and as a physical model, the throttle model M2, the intake valve model M3, the intake pipe model M4, and the intake air A valve model M5 is provided. The air amount estimation device includes an electronic control throttle valve logic A1.

モデルＭ２〜Ｍ５（スロットルモデルＭ２、吸気弁モデルＭ３、吸気管モデルＭ４及び吸気弁モデルＭ５）は、ある時点における空気の挙動を表すように上記物理法則に基づいて導き出された数式（以下、「一般化された数式」とも言う。）により表される。   The models M2 to M5 (the throttle model M2, the intake valve model M3, the intake pipe model M4, and the intake valve model M5) are mathematical expressions derived based on the above physical laws (hereinafter, “ It is also referred to as “generalized formula”.

ここで、一般化された数式において使用される値（変数）は、求めたい値が「ある時点」の値であるならば、すべて「ある時点」の値でなくてはならない。即ち、例えば、あるモデルがｙ＝ｆ（ｘ）という一般化された数式により表されているとき、現時点より先の特定の時点のｙの値を求めるには、変数ｘを同先の特定の時点の値としなければならない。   Here, the values (variables) used in the generalized mathematical formulas must all be “at a certain point” if the values to be obtained are “at a certain point”. That is, for example, when a certain model is represented by a generalized mathematical formula y = f (x), in order to obtain the value of y at a specific time earlier than the current time, the variable x is set to a specific Must be the current value.

ところで、前述したように、本空気量推定装置により求めたい筒内空気量は、現時点（演算時点）より先の時点の値である。従って、後述するようにモデルＭ２〜Ｍ５にて使用するスロットル弁開度θt、スロットル弁上流圧力Pu、スロットル弁上流温度Tu、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVT等の値は、すべて現時点より先の時点の値とする必要がある。   By the way, as described above, the in-cylinder air amount desired to be obtained by the present air amount estimation device is a value at a time point before the current time point (calculation time point). Therefore, as will be described later, the values of the throttle valve opening θt, the throttle valve upstream pressure Pu, the throttle valve upstream temperature Tu, the engine rotational speed NE, the opening / closing timing VT of the intake valve 32, etc. used in the models M2 to M5 are all It is necessary to set the value at a time earlier than the current time.

このため、本空気量推定装置は、目標とするスロットル弁開度を決定した時点から遅延させてスロットル弁４７を制御することにより、現時点より先の時点（現時点から現時点より先の第１時点（本例では、現時点から遅延時間TDだけ経過した後の時点）までの時点）のスロットル弁開度を推定する。   For this reason, the present air amount estimation device controls the throttle valve 47 with a delay from the time when the target throttle valve opening is determined, so that the time earlier than the current time (the first time before the current time ( In this example, the throttle valve opening from the present time to the time after the delay time TD has elapsed) is estimated.

更に、本発明の発明者により見出された知見によれば、スロットル弁上流圧力Pu及びスロットル弁上流温度Tuは、現時点から筒内空気量が推定される先の時点までの短い時間内ではそれほど大きく変化しない。そこで、本空気量推定装置は、上記先の時点のスロットル弁上流圧力Puとして圧力センサ６１により検出された現時点のスロットル弁上流圧力Puactを採用するとともに、同先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。   Further, according to the knowledge found by the inventors of the present invention, the throttle valve upstream pressure Pu and the throttle valve upstream temperature Tu are not so much in a short time from the present time to the time point before the cylinder air amount is estimated. It does not change greatly. Therefore, the present air amount estimation device employs the current throttle valve upstream pressure Puact detected by the pressure sensor 61 as the throttle valve upstream pressure Pu at the previous time point, and the throttle valve upstream temperature Tu at the previous time point. The current throttle valve upstream temperature Tuact detected by the temperature sensor 62 is employed.

また、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTも、上記先の時点までの短い時間内ではそれほど大きく変化しない。従って、本空気量推定装置は、上記一般化された数式において、上記先の時点のエンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTとして、現時点のエンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTをそれぞれ採用する。   Further, the engine rotational speed NE and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 do not change so much within a short period of time up to the previous time point. Therefore, the present air amount estimation apparatus uses the current engine rotational speed NE and the intake valve 32 opening / closing timing VT as the previous engine rotational speed NE and the intake valve 32 opening / closing timing VT in the above generalized equation. Respectively.

以上のように、本空気量推定装置は、推定された現時点より先の時点のスロットル弁開度θtと、検出された現時点のスロットル弁上流圧力Puact及びスロットル弁上流温度Tuactと、現時点のエンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと、上記モデルＭ２〜Ｍ５と、に基づいて同先の時点の筒内空気量を推定する。   As described above, the present air amount estimation device determines the throttle valve opening degree θt at a time point before the estimated current time point, the detected current throttle valve upstream pressure Puact and the throttle valve upstream temperature Tuact, and the current engine speed. Based on the speed NE and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 and the models M2 to M5, the in-cylinder air amount at the same point in time is estimated.

以下、具体的に、各モデルＭ１〜Ｍ５及びロジックＡ１について説明する。なお、これらのモデルを表す式の導出は周知であるため（特開２００１−４１０９５号公報及び特開２００３−１８４６１３号公報を参照。）、本明細書においては詳細な説明を省略する。   Hereinafter, the models M1 to M5 and the logic A1 will be specifically described. In addition, since the derivation | leading-out of the expression showing these models is known (refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-41095 and Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-184613), detailed description is abbreviate | omitted in this specification.

（電子制御スロットル弁モデルＭ１と電子制御スロットル弁ロジックＡ１）
電子制御スロットル弁モデルＭ１は、電子制御スロットル弁ロジックＡ１と協働して、現時点までのアクセルペダル操作量Accpに基づいて上記第１時点までのスロットル弁開度θtを推定するモデルである。 (Electronic control throttle valve model M1 and electronic control throttle valve logic A1)
The electronically controlled throttle valve model M1 is a model that estimates the throttle valve opening θt up to the first time point based on the accelerator pedal operation amount Accp up to the present time in cooperation with the electronically controlled throttle valve logic A1.

具体的に述べると、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、図３に示したアクセルペダル操作量Accpと目標スロットル弁開度θttとの関係を規定するテーブル及びアクセル開度センサ６５により検出された実際のアクセルペダル操作量Accpに基づいて暫定的な目標スロットル弁開度である暫定目標スロットル弁開度θtt１を所定時間ΔTt１（本例では、２ｍｓ）の経過毎に決定する。また、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、タイムチャートである図４に示したように、この暫定目標スロットル弁開度θtt１を所定の遅延時間TD（本例では、６４ｍｓ）後の時点（第１時点）の目標スロットル弁開度θttとして設定する。即ち、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、所定の遅延時間TD前の時点にて決定された暫定目標スロットル弁開度θtt１を現時点の目標スロットル弁開度θttとして設定する。そして、電子制御スロットル弁ロジックＡ１は、現時点のスロットル弁開度θtaが現時点の目標スロットル弁開度θttとなるようにスロットル弁アクチュエータ４７ａに対して駆動信号を送出する。   More specifically, the electronically controlled throttle valve logic A1 is a table that defines the relationship between the accelerator pedal operation amount Accp and the target throttle valve opening θtt shown in FIG. Based on the accelerator pedal operation amount Accp, a temporary target throttle valve opening θtt1 that is a temporary target throttle valve opening is determined every elapse of a predetermined time ΔTt1 (2 ms in this example). Further, as shown in FIG. 4 which is a time chart, the electronically controlled throttle valve logic A1 sets the temporary target throttle valve opening θtt1 to a time point (first time point) after a predetermined delay time TD (64 ms in this example). ) Target throttle valve opening θtt. That is, the electronically controlled throttle valve logic A1 sets the provisional target throttle valve opening degree θtt1 determined at the time point before the predetermined delay time TD as the current target throttle valve opening degree θtt. Then, the electronically controlled throttle valve logic A1 sends a drive signal to the throttle valve actuator 47a so that the current throttle valve opening θta becomes the current target throttle valve opening θtt.

ところで、電子制御スロットル弁ロジックＡ１から上記駆動信号がスロットル弁アクチュエータ４７ａに対して送出されると、同スロットル弁アクチュエータ４７ａの作動の遅れやスロットル弁４７の慣性などにより、実際のスロットル弁開度θtaは、ある遅れを伴って目標スロットル弁開度θttに追従する。そこで、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、(1)式に基づいて遅延時間TD後の時点におけるスロットル弁開度を推定（予測）する（図４を参照。）。
θte(k)＝θte(k-1)＋ΔTt１・ｆ（θtt(k)，θte(k-1)) …(1) By the way, when the drive signal is sent from the electronically controlled throttle valve logic A1 to the throttle valve actuator 47a, the actual throttle valve opening θta is caused by the delay in the operation of the throttle valve actuator 47a, the inertia of the throttle valve 47, and the like. Follows the target throttle valve opening θtt with a certain delay. Therefore, the electronically controlled throttle valve model M1 estimates (predicts) the throttle valve opening at the time after the delay time TD based on the equation (1) (see FIG. 4).
θte (k) = θte (k-1) + ΔTt1 · f (θtt (k), θte (k-1)) (1)

(1)式において、θte(k)は今回の演算時点にて新たに推定される予測スロットル弁開度θteであり、θtt(k)は今回の演算時点にて新たに設定された目標スロットル弁開度θttであり、θte(k-1)は今回の演算時点にて既に推定されていた予測スロットル弁開度θte（即ち、前回の演算時点にて新たに推定された予測スロットル弁開度θte）である。また、関数ｆ（θtt，θte)は、図５に示したように、θttとθteとの差Δθ（＝θtt−θte)が大きい程大きい値をとる関数（Δθに関して単調増加する関数ｆ）である。   In equation (1), θte (k) is the predicted throttle valve opening θte newly estimated at the current calculation time, and θtt (k) is the target throttle valve newly set at the current calculation time. The opening θtt, and θte (k-1) is the predicted throttle valve opening θte that has already been estimated at the time of this calculation (that is, the predicted throttle valve opening θte that has been newly estimated at the time of the previous calculation). ). Further, as shown in FIG. 5, the function f (θtt, θte) is a function (a function f that monotonously increases with respect to Δθ) that takes a larger value as the difference Δθ (= θtt−θte) between θtt and θte increases. is there.

このように、電子制御スロットル弁モデルＭ１は、今回の演算時点にて上記第１時点（現時点から遅延時間TD後の時点）の目標スロットル弁開度θttを新たに決定するとともに、上記第１時点のスロットル弁開度θteを新たに推定し、上記第１時点までの目標スロットル弁開度θttと予測スロットル弁開度θteとを、現時点からの時間経過に対応させた形でＲＡＭ７３に記憶させる（格納する）。なお、上記駆動信号がスロットル弁アクチュエータ４７ａに対して送出された時点から殆ど遅れることなく実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θttとなる場合には、(1)式に換えて式（θte(k)＝θtt(k)）を用いてスロットル弁開度を推定してもよい。   As described above, the electronically controlled throttle valve model M1 newly determines the target throttle valve opening degree θtt at the first time point (time point after the delay time TD from the current time) at the time of the current calculation, and the first time point. The throttle valve opening θte is newly estimated, and the target throttle valve opening θtt and the predicted throttle valve opening θte up to the first time point are stored in the RAM 73 in a form corresponding to the passage of time from the present time ( Store). When the actual throttle valve opening θta becomes the target throttle valve opening θtt with almost no delay from the time when the drive signal is sent to the throttle valve actuator 47a, the equation is replaced with the equation (1). The throttle valve opening may be estimated using (θte (k) = θtt (k)).

（スロットルモデルＭ２）
スロットルモデルＭ２は、本モデルを表す一般化された数式であり、エネルギー保存則、運動量保存則、質量保存則及び状態方程式等の物理法則に基づいて得られた(2)式及び(3)式に基づいて、スロットル弁４７の周囲を通過する空気の流量（スロットル通過空気流量）mtを推定するモデルである。(2)式において、Ct（θt）はスロットル弁開度θtに応じて変化する流量係数、At（θt）はスロットル弁開度θtに応じて変化するスロットル開口断面積（吸気通路内のスロットル弁４７の周囲の開口断面積）、Puはスロットル弁４７の上流の吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力、Pmは吸気管部内の空気の圧力である吸気管内圧力、Tuはスロットル弁４７の上流の吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度、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。 (Throttle model M2)
The throttle model M2 is a generalized mathematical expression that represents this model, and is obtained based on physical laws such as energy conservation law, momentum conservation law, mass conservation law, and state equation (2) and (3). Is a model for estimating a flow rate of air passing through the periphery of the throttle valve 47 (throttle passing air flow rate) mt. In Equation (2), Ct (θt) is a flow coefficient that changes according to the throttle valve opening θt, and At (θt) is a throttle opening cross-sectional area that changes according to the throttle valve opening θt (the throttle valve in the intake passage). 47 is an opening cross-sectional area around 47), Pu is a throttle valve upstream pressure which is the pressure of air in the intake passage upstream of the throttle valve 47, Pm is an intake pipe pressure which is the pressure of air in the intake pipe section, and Tu is a throttle valve 47 is a temperature upstream of the throttle valve, which is the temperature of the air in the intake passage upstream of 47, R is a gas constant, and κ is a specific heat ratio (hereinafter, κ is treated as a constant value).

Figure 2006063802
Figure 2006063802

Figure 2006063802
Figure 2006063802

上記(2)式及び(3)式は、同一時点における物理量の関係を表す式である。従って、厳密には、上記(2)式の右辺の各変数にスロットル通過空気流量mtを推定したい先の時点の値を代入して、同先の時点のスロットル通過空気流量mtを求める必要がある。しかし、上述したように、スロットル弁上流圧力Pu及びスロットル弁上流温度Tuは、現時点からスロットル通過空気流量mtを推定したい上記先の時点までの短い時間内ではそれほど大きく変化しない。そこで、本モデルは、上記先の時点のスロットル弁上流圧力Puとして圧力センサ６１により検出された現時点のスロットル弁上流圧力Puactを採用するとともに、同先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。   The above equations (2) and (3) are equations representing the relationship between physical quantities at the same time. Therefore, strictly speaking, it is necessary to obtain the throttle passage air flow rate mt at the previous time point by substituting the value at the previous time point at which the throttle passage air flow rate mt is to be estimated for each variable on the right side of the above equation (2). . However, as described above, the throttle valve upstream pressure Pu and the throttle valve upstream temperature Tu do not change so much within a short time from the current time point to the time point when the throttle passage air flow rate mt is desired to be estimated. Therefore, this model employs the current throttle valve upstream pressure Puact detected by the pressure sensor 61 as the throttle valve upstream pressure Pu at the previous time point, and the temperature sensor 62 as the throttle valve upstream temperature Tu at the previous time point. The current throttle valve upstream temperature Tuact detected by is used.

次に、(2)式及び(3)式を用いたスロットル通過空気流量mtの実際の求め方を述べる。いま、スロットル弁開度θtが一定である定常運転時を想定し、その場合のスロットル通過空気流量及び吸気管内圧力がそれぞれmtTA及びPmTAであるとすると、(2)式から下記(4)式が得られる。
mtTA＝Ct(θt)・At(θt)・｛Pu/(R・Tu)1/2｝・Φ（PmTA/Pu) …(4) Next, an actual method for obtaining the throttle passage air flow rate mt using the equations (2) and (3) will be described. Assuming a steady operation in which the throttle valve opening θt is constant, and assuming that the air flow rate through the throttle and the pressure in the intake pipe are mtTA and PmTA, respectively, the following equation (4) is derived from equation (2): can get.
mtTA ＝ Ct (θt) ・ At (θt) ・ {Pu / (R ・ Tu) 1/2 } ・ Φ (PmTA / Pu)… (4)

従って、(2)式及び(4)式から下記(5)式を得る。   Therefore, the following equation (5) is obtained from the equations (2) and (4).

Figure 2006063802
Figure 2006063802

ところで、後述する吸気弁モデルＭ３によれば、吸気弁３２の周囲を通過して気筒内に流入する空気の流量である筒内流入空気流量mcは下記(6)式に従う。
mc＝（Tu/Tm）・（c・Pm−d） …(6)
(6)式において、Tmは吸気管部内の空気の温度である吸気管内温度及び値c,dは適合定数である。後述するように、値cは、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと定数cとの関係を規定するテーブルMAPC、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTから求めることができる(c=MAPC(NE,VT))。同様に、値dは、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと定数dとの関係を規定するテーブルMAPD、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTから求めることができる(d=MAPD(NE,VT))。 By the way, according to the intake valve model M3 described later, the in-cylinder inflow air flow rate mc, which is the flow rate of air that passes around the intake valve 32 and flows into the cylinder, follows the following equation (6).
mc = (Tu / Tm) ・ (c ・ Pm−d) (6)
In Equation (6), Tm is the temperature of the air in the intake pipe section, and the values in the intake pipe and the values c and d are adaptation constants. As will be described later, the value c can be obtained from the table MAPC that defines the relationship between the engine speed NE and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 and the constant c, the engine speed NE, and the opening / closing timing VT of the intake valve 32. (c = MAPC (NE, VT)). Similarly, the value d can be obtained from the table MAPD that defines the relationship between the engine speed NE and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 and the constant d, the engine speed NE, and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 (d = MAPD (NE, VT)).

また、スロットル弁開度θtが一定である定常運転時においては、スロットル通過空気流量mt（この場合、mtTA）と筒内流入空気流量mcとは等しいので、(6)式から下記(7)式が得られる。
mtTA＝（Tu/Tm）・（c・PmTA−d） …(7) In addition, during steady operation where the throttle valve opening θt is constant, the throttle passing air flow rate mt (in this case, mtTA) and the in-cylinder inflow air flow rate mc are equal to each other. Is obtained.
mtTA = (Tu / Tm) ・ (c ・ PmTA−d) (7)

ここで、(7)式の右辺の吸気管内圧力PmTAは、スロットル弁開度θt、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTに基づいて経験的に決定することができる。そこで、スロットルモデルＭ２は、スロットル弁開度θt、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと、定常運転時における吸気管内圧力PmTAと、の関係を規定するテーブルMAPPMをＲＯＭ７２に記憶させていて、電子制御スロットル弁モデルＭ１により推定された予測スロットル弁開度θt(k-1)（＝θte）と、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、前記テーブルMAPPMと、に基づいて吸気管内圧力PmTA(k-1)（＝MAPPM(θt(k-1),NE,VT)）を求める。   Here, the intake pipe pressure PmTA on the right side of the equation (7) can be determined empirically based on the throttle valve opening θt, the engine speed NE, and the opening / closing timing VT of the intake valve 32. Therefore, the throttle model M2 stores in the ROM 72 a table MAPPM that defines the relationship among the throttle valve opening θt, the engine speed NE, the opening / closing timing VT of the intake valve 32, and the intake pipe pressure PmTA during steady operation. The estimated throttle valve opening θt (k−1) (= θte) estimated by the electronically controlled throttle valve model M1, the current engine speed NE, the current open / close timing VT of the intake valve 32, and the table MAPPM Then, the intake pipe pressure PmTA (k-1) (= MAPPM (θt (k-1), NE, VT)) is obtained.

更に、スロットルモデルＭ２は、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、上記テーブルMAPC及び上記テーブルMAPDと、後述する吸気管モデルＭ４により既に推定されている直前（最新）の吸気管内温度Tm(k-1)と、温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactと、を(7)式に適用してmtTA(k-1)を求める。   Furthermore, the throttle model M2 is immediately before the latest engine speed NE and the opening / closing timing VT of the current intake valve 32, the table MAPC and the table MAPD, and the intake pipe model M4 described later (latest). The intake pipe internal temperature Tm (k-1) and the current throttle valve upstream temperature Tuact detected by the temperature sensor 62 are applied to the equation (7) to obtain mtTA (k-1).

更に、スロットルモデルＭ２は、値Pm/Puと値Φ(Pm/Pu)との関係を規定するテーブルMAPΦをＲＯＭ７２に記憶させていて、前記吸気管内圧力PmTA(k-1)を圧力センサ６１により検出したスロットル弁上流圧力Puactで除した値（PmTA(k-1)/Puact）と、前記テーブルMAPΦと、から値Φ(PmTA(k-1)/Puact)（＝MAPΦ(PmTA(k-1)/Puact)）を求める。同様にして、スロットルモデルＭ２は、後述する吸気管モデルＭ４により既に推定されている直前（最新）の吸気管内圧力Pm(k-1)を上記検出したスロットル弁上流圧力Puactで除した値（Pm(k-1)/Puact）と、前記テーブルMAPΦと、から値Φ(Pm(k-1)/Puact)（＝MAPΦ(Pm(k-1)/Puact)）を求める。スロットルモデルＭ２は、以上のように求めたスロットル通過空気流量mtTA(k-1)と、値Φ(PmTA(k-1)/Puact)と、値Φ(Pm(k-1)/Puact)と、を上記(5)式に適用してスロットル通過空気流量mt(k-1)を求める。   Further, the throttle model M2 stores a table MAPΦ defining the relationship between the value Pm / Pu and the value Φ (Pm / Pu) in the ROM 72, and the pressure sensor 61 determines the intake pipe pressure PmTA (k-1). From the value (PmTA (k-1) / Puact) divided by the detected upstream pressure Puact of the throttle valve and the table MAPΦ, the value Φ (PmTA (k-1) / Puact) (= MAPΦ (PmTA (k-1 ) / Puact)). Similarly, the throttle model M2 is obtained by dividing the immediately preceding (latest) intake pipe pressure Pm (k-1), which has already been estimated by the intake pipe model M4 described later, by the detected throttle valve upstream pressure Puact (Pm The value Φ (Pm (k−1) / Puact) (= MAPΦ (Pm (k−1) / Puact)) is obtained from (k−1) / Puact) and the table MAPΦ. The throttle model M2 has the throttle passage air flow rate mtTA (k-1), the value Φ (PmTA (k-1) / Puact), the value Φ (Pm (k-1) / Puact) Are applied to the above equation (5) to obtain the throttle passage air flow rate mt (k−1).

（吸気弁モデルＭ３）
吸気弁モデルＭ３は、吸気管内圧力Pm、吸気管内温度Tm及びスロットル弁上流温度Tu等から筒内流入空気流量mcを推定するモデルである。吸気行程（吸気弁３２の閉弁時も含む）における気筒内（シリンダ２１内、燃焼室２５内）の圧力は吸気弁３２の上流の圧力、即ち、吸気管内圧力Pmとみなすことができるので、筒内流入空気流量mcは吸気弁閉弁時の吸気管内圧力Pmに比例すると考えることができる。そこで、吸気弁モデルＭ３は、筒内流入空気流量mcを、本モデルを表す一般化された数式であり、経験則に基づく下記(8)式にしたがって求める。
mc＝（Tu/Tm）・（c・Pm−d） …(8) (Intake valve model M3)
The intake valve model M3 is a model that estimates the in-cylinder inflow air flow rate mc from the intake pipe pressure Pm, the intake pipe temperature Tm, the throttle valve upstream temperature Tu, and the like. Since the pressure in the cylinder (in the cylinder 21 and in the combustion chamber 25) in the intake stroke (including when the intake valve 32 is closed) can be regarded as the pressure upstream of the intake valve 32, that is, the intake pipe pressure Pm. The in-cylinder inflow air flow rate mc can be considered to be proportional to the intake pipe pressure Pm when the intake valve is closed. In view of this, the intake valve model M3 is a generalized mathematical expression that represents the in-cylinder inflow air flow rate mc according to the following equation (8) based on an empirical rule.
mc = (Tu / Tm) ・ (c ・ Pm−d) (8)

筒内流入空気流量mcを求めるためには、厳密には、上記(8)式の右辺の各変数に同筒内流入空気流量mcを推定したい先の時点の値を代入する必要がある。しかし、上述のスロットルモデルＭ２と同様に、本モデルは、上記先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。   In order to obtain the in-cylinder inflow air flow rate mc, strictly speaking, it is necessary to substitute the value at the previous time point at which the in-cylinder inflow air flow rate mc is to be estimated for each variable on the right side of the equation (8). However, similar to the throttle model M2 described above, this model employs the current throttle valve upstream temperature Tuact detected by the temperature sensor 62 as the throttle valve upstream temperature Tu at the previous time point.

上記(8)式において、値cは比例係数、値dは気筒内に残存していた既燃ガス量を反映した値である。上述したように、値cは、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと定数cとの関係を規定するテーブルMAPC、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから求めることができる(c=MAPC(NE,VT))。吸気弁モデルＭ３は、上記テーブルMAPCをＲＯＭ７２に記憶させている。同様に、値dは、エンジン回転速度NE及び吸気弁３２の開閉タイミングVTと定数dとの関係を規定するテーブルMAPD、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから求めることができる(d=MAPD(NE,VT))。吸気弁モデルＭ３は、上記テーブルMAPDをＲＯＭ７２に記憶させている。   In the above equation (8), the value c is a proportional coefficient, and the value d is a value reflecting the amount of burned gas remaining in the cylinder. As described above, the value c is determined from the table MAPC that defines the relationship between the engine speed NE and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 and the constant c, the current engine speed NE, and the current opening / closing timing VT of the intake valve 32. (C = MAPC (NE, VT)). The intake valve model M3 stores the table MAPC in the ROM 72. Similarly, the value d is obtained from the table MAPD that defines the relationship between the engine rotational speed NE and the opening / closing timing VT of the intake valve 32 and the constant d, the current engine rotational speed NE, and the current opening / closing timing VT of the intake valve 32. (D = MAPD (NE, VT)). The intake valve model M3 stores the table MAPD in the ROM 72.

吸気弁モデルＭ３は、後述する吸気管モデルＭ４により既に推定されている直前（最新）の吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)と、温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactと、を上記(8)式に適用し、筒内流入空気流量mc(k-1)を推定する。   The intake valve model M3 is detected by the temperature sensor 62 and the intake pipe pressure Pm (k-1) and the intake pipe temperature Tm (k-1) immediately before (latest) already estimated by the intake pipe model M4 described later. The current throttle valve upstream temperature Tuact is applied to the above equation (8) to estimate the in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1).

（吸気管モデルＭ４）
吸気管モデルＭ４は、本モデルを表す一般化された数式であり、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、吸気管部に流入する空気の流量（即ち、スロットル通過空気流量）mt、スロットル弁上流温度Tu及び吸気管部から流出する空気の流量（即ち、筒内流入空気流量）mcから、吸気管内圧力Pm及び吸気管内温度Tmを求めるモデルである。なお、下記(9)式及び下記(10)式において、Vmは吸気管部（スロットル弁４７から吸気弁３２までの吸気通路）の容積である。
d(Pm/Tm）/dt＝(R/Vm)・(mt−mc) …(9)
dPm/dt＝κ・(R/Vm)・(mt・Tu−mc・Tm) …(10) (Intake pipe model M4)
The intake pipe model M4 is a generalized mathematical expression representing this model. The following equations (9) and (10) based on the law of conservation of mass and the law of conservation of energy, respectively, and the air flowing into the intake pipe part A model for determining the intake pipe pressure Pm and the intake pipe temperature Tm from the flow rate (that is, the throttle passage air flow rate) mt, the throttle valve upstream temperature Tu, and the flow rate of the air flowing out from the intake pipe portion (ie, the in-cylinder inflow air flow rate) mc It is. In the following equations (9) and (10), Vm is the volume of the intake pipe portion (the intake passage from the throttle valve 47 to the intake valve 32).
d (Pm / Tm) / dt = (R / Vm) ・ (mt−mc) (9)
dPm / dt = κ ・ (R / Vm) ・ (mt ・ Tu−mc ・ Tm) (10)

吸気管内圧力Pmの時間微分値dPm/dtを求めるためには、厳密には、上記(10)式の右辺の各変数に同時間微分値dPm/dtを推定したい先の時点の値を代入する必要がある。しかし、上述のスロットルモデルＭ２及び吸気弁モデルＭ３と同様に、本モデルは、上記先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。   In order to obtain the time differential value dPm / dt of the intake pipe pressure Pm, strictly speaking, the value at the previous time point at which the same time differential value dPm / dt is to be estimated is substituted for each variable on the right side of the above equation (10). There is a need. However, similar to the throttle model M2 and the intake valve model M3 described above, this model employs the current throttle valve upstream temperature Tuact detected by the temperature sensor 62 as the throttle valve upstream temperature Tu at the previous time point.

吸気管モデルＭ４は、スロットルモデルＭ２により取得されたスロットル通過空気流量mt(k-1)と、吸気弁モデルＭ３により取得された筒内流入空気流量mc(k-1)と、温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactと、を上記(9)式及び上記(10)式の右辺に適用する。そして、(9)式及び(10)式に基づく計算を行って、最新の吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)を推定する。   The intake pipe model M4 includes a throttle passage air flow rate mt (k-1) acquired by the throttle model M2, a cylinder inflow air flow rate mc (k-1) acquired by the intake valve model M3, and a temperature sensor 62. The detected current throttle valve upstream temperature Tuact is applied to the right side of the above formula (9) and the above formula (10). Then, the latest intake pipe pressure Pm (k) and intake pipe temperature Tm (k) are estimated by performing calculations based on the equations (9) and (10).

（吸気弁モデルＭ５）
吸気弁モデルＭ５は、上述の吸気弁モデルＭ３と同様のモデルを含んでいる。本モデルも、筒内流入空気流量mcを推定したい先の時点のスロットル弁上流温度Tuとして温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactを採用する。 (Intake valve model M5)
The intake valve model M5 includes a model similar to the intake valve model M3 described above. This model also employs the current throttle valve upstream temperature Tuact detected by the temperature sensor 62 as the throttle valve upstream temperature Tu at which the cylinder inflow air flow rate mc is to be estimated.

吸気弁モデルＭ５においては、上記吸気管モデルＭ４が推定した最新の吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)と、温度センサ６２により検出された現時点のスロットル弁上流温度Tuactと、を本モデルを表す一般化された数式であり上記経験則に基づく(8)式（mc＝（Tu/Tm）・（c・Pm−d））に適用して最新の筒内流入空気流量mc(k)を求める。そして、吸気弁モデルＭ５は、求めた筒内流入空気流量mc(k)に現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTから算出される吸気弁３２が開弁してから閉弁するまでの時間Tintを乗じることにより推定される筒内空気量である予測筒内空気量KLfwdを求める。   In the intake valve model M5, the latest intake pipe pressure Pm (k) and intake pipe temperature Tm (k) estimated by the intake pipe model M4, the current throttle valve upstream temperature Tuact detected by the temperature sensor 62, Is the generalized formula that represents this model and is applied to the formula (8) (mc = (Tu / Tm) ・ (c ・ Pm−d)) based on the above empirical rule. Find (k). Then, the intake valve model M5 is closed after the intake valve 32 calculated from the current engine rotational speed NE and the current opening / closing timing VT of the intake valve 32 is added to the obtained in-cylinder inflow air flow rate mc (k). A predicted in-cylinder air amount KLfwd, which is an in-cylinder air amount estimated by multiplying the time Tint until valved, is obtained.

次に、電気制御装置７０の実際の作動について、図６〜図１０を参照しながら説明する。   Next, the actual operation of the electric control device 70 will be described with reference to FIGS.

（スロットル弁開度推定）
ＣＰＵ７１は、図６にフローチャートにより示したスロットル弁開度推定ルーチンを所定の演算周期ΔTt１（本例では、２ｍｓ）の経過毎に実行することにより、上記電子制御スロットル弁モデルＭ１及び上記電子制御スロットル弁ロジックＡ１の機能を達成する。具体的に述べると、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ６００から処理を開始し、ステップ６０５に進んで変数ｉに「０」を設定し、ステップ６１０に進んで変数ｉが遅延回数ntdlyと等しいか否かを判定する。この遅延回数ntdlyは、遅延時間TD（本例では、６４ｍｓ）を上記演算周期ΔTt１で除した値（本例では、３２）である。 (Throttle valve opening estimation)
The CPU 71 executes the throttle valve opening estimation routine shown in the flowchart of FIG. 6 every elapse of a predetermined calculation cycle ΔTt1 (in this example, 2 ms), whereby the electronic control throttle valve model M1 and the electronic control throttle The function of the valve logic A1 is achieved. More specifically, the CPU 71 starts processing from step 600 at a predetermined timing, proceeds to step 605, sets “0” to the variable i, proceeds to step 610, and determines whether the variable i is equal to the delay count ntdly. Determine whether or not. The number of delays ntdly is a value (32 in this example) obtained by dividing the delay time TD (64 ms in this example) by the calculation cycle ΔTt1.

この時点で変数ｉは「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６１５に進んで目標スロットル弁開度θtt(i)に目標スロットル弁開度θtt(i+1)の値を格納するとともに、続くステップ６２０にて予測スロットル弁開度θte(i)に予測スロットル弁開度θte(i+1)の値を格納する。以上の処理により、目標スロットル弁開度θtt(0)に目標スロットル弁開度θtt(1)の値が格納され、予測スロットル弁開度θte(0)に予測スロットル弁開度θte(1)の値が格納される。   Since the variable i is “0” at this time, the CPU 71 makes a “No” determination at step 610 and proceeds to step 615 to set the target throttle valve opening θtt (i +) to the target throttle valve opening θtt (i). In step 620, the value of 1) is stored, and the value of the predicted throttle valve opening θte (i + 1) is stored in the predicted throttle valve opening θte (i). With the above processing, the target throttle valve opening θtt (0) is stored in the target throttle valve opening θtt (0), and the predicted throttle valve opening θte (1) is stored in the predicted throttle valve opening θte (0). Stores the value.

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ６２５にて変数ｉの値を「１」だけ増大してステップ６１０にもどる。そして、変数ｉの値が遅延回数ntdlyより小さければ、再びステップ６１５〜６２５を実行する。即ち、ステップ６１５〜６２５は、変数ｉの値が遅延回数ntdlyと等しくなるまで繰り返し実行される。これにより、目標スロットル弁開度θtt(i+1)の値が目標スロットル弁開度θtt(i)に順次シフトされ、予測スロットル弁開度θte(i+1)の値が予測スロットル弁開度θte(i)に順次シフトされて行く。   Next, the CPU 71 increases the value of the variable i by “1” in step 625 and returns to step 610. If the value of the variable i is smaller than the delay count ntdly, steps 615 to 625 are executed again. That is, steps 615 to 625 are repeatedly executed until the value of the variable i becomes equal to the delay number ntdly. As a result, the value of the target throttle valve opening θtt (i + 1) is sequentially shifted to the target throttle valve opening θtt (i), and the value of the predicted throttle valve opening θte (i + 1) is changed to the predicted throttle valve opening Shifted sequentially to θte (i).

前述のステップ６２５が繰り返されることにより変数ｉの値が遅延回数ntdlyと等しくなると、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３０に進み、同ステップ６３０にて現時点のアクセルペダル操作量Accpと、図３に示したテーブルと、に基づいて今回の暫定目標スロットル弁開度θtt１を求め、これを遅延時間TD後の目標スロットル弁開度θttとするために目標スロットル弁開度θtt(ntdly)に格納する。   When the value of the variable i becomes equal to the number of delays ntdly by repeating the above-described step 625, the CPU 71 determines “Yes” in step 610 and proceeds to step 630. In step 630, the current accelerator pedal operation amount Based on Accp and the table shown in FIG. 3, the current temporary target throttle valve opening θtt1 is obtained, and the target throttle valve opening θtt ( ntdly).

次に、ＣＰＵ７１はステップ６３５に進み、同ステップ６３５にて、前回の演算時点にて同演算時点から遅延時間TD後の予測スロットル弁開度θteとして格納した予測スロットル弁開度θte(ntdly-1)と、上記ステップ６３０にて遅延時間TD後の目標スロットル弁開度θttとして格納した目標スロットル弁開度θtt(ntdly)と、上記(1)式（の右辺）に基づくステップ６３５内に示した式と、に応じて現時点から遅延時間TD後の予測スロットル弁開度θte(ntdly)を算出する。そして、ステップ６４０にて実際のスロットル弁開度θtaが目標スロットル弁開度θtt(0)となるようにスロットル弁アクチュエータ４７ａに対して駆動信号を送出し、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 635 where the predicted throttle valve opening θte (ntdly−1) stored as the predicted throttle valve opening θte after the delay time TD from the time of the previous calculation at the time of the previous calculation. ), The target throttle valve opening degree θtt (ntdly) stored as the target throttle valve opening degree θtt after the delay time TD in the above step 630, and the above formula (1) (right side) based on the step 635 The predicted throttle valve opening θte (ntdly) after the delay time TD from the current time is calculated according to the equation. In step 640, a drive signal is sent to the throttle valve actuator 47a so that the actual throttle valve opening θta becomes the target throttle valve opening θtt (0). To do.

以上のように、目標スロットル弁開度θttに関するメモリ（ＲＡＭ７３）においては、本ルーチンが実行される毎にメモリの内容が一つずつシフトされていき、目標スロットル弁開度θtt(0)に格納された値が、電子制御スロットル弁ロジックＡ１によりスロットル弁アクチュエータ４７ａに出力される目標スロットル弁開度θttとして設定される。即ち、今回の本ルーチンの実行により目標スロットル弁開度θtt(ntdly)に格納された値は、今後において本ルーチンが遅延回数ntdlyだけ繰り返されたとき（遅延時間TD後）にθtt(0)に格納される。また、予測スロットル弁開度θteに関するメモリにおいては、同メモリ内のθte(m）に現時点から所定時間(m・ΔTt）経過後の予測スロットル弁開度θteが格納される。この場合の値mは、０〜ntdlyの整数である。   As described above, in the memory (RAM 73) regarding the target throttle valve opening degree θtt, the contents of the memory are shifted one by one every time this routine is executed and stored in the target throttle valve opening degree θtt (0). The obtained value is set as the target throttle valve opening degree θtt output to the throttle valve actuator 47a by the electronically controlled throttle valve logic A1. In other words, the value stored in the target throttle valve opening θtt (ntdly) by the execution of this routine will be changed to θtt (0) when the routine is repeated for the delay number ntdly in the future (after the delay time TD). Stored. Further, in the memory relating to the predicted throttle valve opening θte, the predicted throttle valve opening θte after a predetermined time (m · ΔTt) has elapsed from the present time is stored in θte (m) in the memory. In this case, the value m is an integer from 0 to ntdly.

（筒内空気量推定）
一方、ＣＰＵ７１は、図７にフローチャートにより示した筒内空気量推定ルーチンを所定の演算周期ΔTt２（本例では、８ｍｓ）の経過毎に実行することにより、現時点より先の時点の筒内空気量を推定する。具体的に説明すると、所定のタイミングになったとき、ＣＰＵ７１はステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んで圧力センサ６１により検出されたスロットル弁上流圧力Puactを読み込むとともに、続くステップ７１０にて温度センサ６２により検出されたスロットル弁上流温度Tuactを読み込む。 (In-cylinder air volume estimation)
On the other hand, the CPU 71 executes the in-cylinder air amount estimation routine shown in the flowchart of FIG. 7 every elapse of a predetermined calculation cycle ΔTt2 (in this example, 8 ms), so that the in-cylinder air amount at a time earlier than the present time. Is estimated. Specifically, when the predetermined timing comes, the CPU 71 starts processing from step 700, proceeds to step 705, reads the throttle valve upstream pressure Puact detected by the pressure sensor 61, and continues at step 710. The throttle valve upstream temperature Tuact detected by the temperature sensor 62 is read.

次に、ＣＰＵ７１は、ステップ７１５に進んで上記スロットルモデルＭ２（上記(5)式に基づくステップ７１５内に示した式）によりスロットル通過空気流量mt(k-1)を求めるため、図８のフローチャートに示したステップ８００に進む。   Next, the CPU 71 proceeds to step 715 to obtain the throttle passage air flow rate mt (k-1) from the throttle model M2 (the equation shown in step 715 based on the above equation (5)). The process proceeds to step 800 shown in FIG.

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ８０５に進んで、図６のスロットル弁開度推定ルーチンによりメモリに格納されているθte(m)（mは、０〜ntdlyの整数）から、現時点より所定の時間間隔Δt0（本例では、特定の気筒の燃料噴射開始時期前の所定の時点（筒内空気量の推定が完了している必要がある最終の時点）から同気筒の吸気行程における吸気弁３２の閉弁時（第２時点）までの時間）だけ後の時点と最も近い時点のスロットル弁開度として推定された予測スロットル弁開度θte(m)を予測スロットル弁開度θt(k-1)として読み込む。以下、説明の便宜上、前回の演算時点における上記予測スロットル弁開度θt(k-1)に対応する時点を前回推定時点t1とし、今回の演算時点における上記予測スロットル弁開度θt(k-1)に対応する時点を今回推定時点t2とする（第１時点、所定の時間間隔Δt0、前回推定時点t1及び今回推定時点t2の関係を示した模式図である図９を参照。）。   Next, the CPU 71 proceeds to step 805, and from θte (m) (m is an integer of 0 to ntdly) stored in the memory by the throttle valve opening estimation routine of FIG. 6, a predetermined time interval Δt0 from the present time. (In this example, the intake valve 32 is closed in the intake stroke of the cylinder from a predetermined time before the fuel injection start timing of the specific cylinder (the final time when the estimation of the in-cylinder air amount needs to be completed). The estimated throttle valve opening θte (m) estimated as the throttle valve opening at the time closest to the later time (time until the second time) is read as the predicted throttle valve opening θt (k-1) . Hereinafter, for convenience of explanation, a time corresponding to the predicted throttle valve opening θt (k-1) at the previous calculation time is defined as a previous estimated time t1, and the predicted throttle valve opening θt (k-1 (k-1) at the current calculation time is set. ) Is the current estimated time point t2 (see FIG. 9, which is a schematic diagram showing the relationship among the first time point, the predetermined time interval Δt0, the previous estimated time point t1, and the current estimated time point t2).

その後、ＣＰＵ７１は、ステップ８１０に進んで、上記(7)式の係数cを、上記テーブルMAPCと、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、から求める。また、同様に値dを、上記テーブルMAPDと、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、から求める。   Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 810, and obtains the coefficient c of the equation (7) from the table MAPC, the current engine speed NE, and the current open / close timing VT of the intake valve 32. Similarly, the value d is obtained from the table MAPD, the current engine speed NE, and the current open / close timing VT of the intake valve 32.

次いで、ＣＰＵ７１はステップ８１５に進んで、予測スロットル弁開度θt(k-1)、現時点のエンジン回転速度NE及び現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、上記テーブルMAPPMと、から定常運転時の吸気管内圧力PmTA(k-1)を求め、ステップ８２０に進んで、ステップ７１０にて読み込んだスロットル弁上流温度Tuactと、前回の図７のルーチンの実行時における後述するステップ７２５にて求められた前回推定時点t1における吸気管内温度Tm(k-1)と、上記(7)式と、に基づいて定常運転時のスロットル通過空気流量mtTA(k-1)を求める。   Next, the CPU 71 proceeds to step 815, and from the predicted throttle valve opening θt (k-1), the current engine speed NE, the current opening / closing timing VT of the intake valve 32, and the table MAPPM, The intake pipe pressure PmTA (k-1) is obtained, and the routine proceeds to step 820, where the throttle valve upstream temperature Tuact read in step 710 and the step 725, which will be described later when the routine of FIG. The throttle passage air flow rate mtTA (k-1) at the time of steady operation is obtained based on the intake pipe internal temperature Tm (k-1) at the previous estimated time t1 and the above equation (7).

次いで、ＣＰＵ７１はステップ８２５に進み、同ステップ８２５にて値Φ(PmTA(k-1)/Puact)を上記テーブルMAPΦと、上記ステップ８１５にて求めた吸気管内圧力PmTA(k-1)をステップ７０５にて読み込んだスロットル弁上流圧力Puactで除した値（PmTA(k-1)/Puact）と、から求める。また、続くステップ８３０にて、前回の図７のルーチンの実行時における後述するステップ７２５にて求められた前回推定時点t1における吸気管内圧力Pm(k-1)を上記スロットル弁上流圧力Puactで除した値（Pm(k-1)/Puact）と、上記テーブルMAPΦと、から値Φ(Pm(k-1)/Puact)を求め、続くステップ８３５にて上記ステップ８２０、ステップ８２５及びステップ８３０にてそれぞれ求めた値と、スロットルモデルＭ２を表すステップ８３５内に示した式と、に基づいて前回推定時点t1におけるスロットル通過空気流量mt(k-1)を求め、ステップ８９５を経由して図７のステップ７２０に進む。   Next, the CPU 71 proceeds to step 825 where the value Φ (PmTA (k-1) / Puact) is set to the table MAPΦ and the intake pipe pressure PmTA (k-1) determined at step 815 is stepped. It is obtained from the value (PmTA (k-1) / Puact) divided by the throttle valve upstream pressure Puact read in 705. In the subsequent step 830, the intake pipe pressure Pm (k-1) at the previous estimated time t1 obtained in step 725 (to be described later) when the routine of FIG. 7 is executed is divided by the throttle valve upstream pressure Puact. The value Φ (Pm (k-1) / Puact) is obtained from the calculated value (Pm (k-1) / Puact) and the table MAPΦ, and in step 835, the above steps 820, 825 and 830 are performed. Then, the throttle passage air flow rate mt (k-1) at the previous estimated time t1 is obtained based on the values obtained in step 835 representing the throttle model M2 and the equation shown in FIG. Proceed to step 720.

ＣＰＵ７１は、ステップ７２０にて上記吸気弁モデルＭ３を表す(8)式を用いて前回推定時点t1における筒内流入空気流量mc(k-1)を求める。このとき、係数c及び値dとして、図８のステップ８１０にて求めた値を使用する。また、吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)は、前回の本ルーチン実行時における後述するステップ７２５にて求められた値（前回推定時点t1における値）を用いる。   In step 720, the CPU 71 obtains the in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1) at the previous estimated time t1 using the equation (8) representing the intake valve model M3. At this time, the values obtained in step 810 in FIG. 8 are used as the coefficient c and the value d. For the intake pipe pressure Pm (k-1) and the intake pipe temperature Tm (k-1), the values obtained at step 725 (to be described later) during the previous execution of this routine (the values at the previous estimated time t1) are used. .

次に、ＣＰＵ７１はステップ７２５に進み、上記吸気管モデルＭ４を表す(9)式及び(10)式を離散化したステップ７２５に示した式（差分方程式）と、上記ステップ７１５及びステップ７２０にてそれぞれ求めたスロットル通過空気流量mt(k-1)及び筒内流入空気流量mc(k-1)と、に基づいて、今回推定時点t2における吸気管内圧力Pm(k)と、同吸気管内圧力Pm(k)を今回推定時点t2における吸気管内温度Tm(k)にて除した値｛Pm/Tm｝(k)と、を求める。なお、Δｔは吸気管モデルＭ４で使用される離散間隔を示し、式（Δｔ＝t2−t1）により表される。即ち、ステップ７２５においては、前回推定時点t1における吸気管内圧力Pm(k-1)及び吸気管内温度Tm(k-1)等から、今回推定時点t2における吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)が求められる。   Next, the CPU 71 proceeds to step 725, in which the equations (9) and (10) representing the intake pipe model M4 are discretized from the equations (difference equations) shown in step 725, and the above steps 715 and 720. Based on the obtained throttle passage air flow rate mt (k-1) and in-cylinder inflow air flow rate mc (k-1), the intake pipe pressure Pm (k) and the intake pipe pressure Pm at the current estimated time t2 A value {Pm / Tm} (k) obtained by dividing (k) by the intake pipe temperature Tm (k) at the current estimated time t2 is obtained. Note that Δt represents a discrete interval used in the intake pipe model M4 and is represented by an equation (Δt = t2−t1). That is, in step 725, the intake pipe pressure Pm (k) and the intake pipe temperature at the current estimated time t2 are calculated from the intake pipe pressure Pm (k-1) and the intake pipe temperature Tm (k-1) at the previous estimated time t1. Tm (k) is obtained.

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ７３０にて上記吸気弁モデルＭ５を表す(8)式を用いて今回推定時点t2における筒内流入空気流量mc(k)を求める。このとき、係数c及び値dとして、図８のステップ８１０にて求めた値を使用する。また、吸気管内圧力Pm(k)及び吸気管内温度Tm(k)は、上記ステップ７２５にて求められた今回推定時点t2における値（最新の値）を用いる。   Next, in step 730, the CPU 71 obtains the in-cylinder inflow air flow rate mc (k) at the current estimated time t2 using the equation (8) representing the intake valve model M5. At this time, the values obtained in step 810 in FIG. 8 are used as the coefficient c and the value d. Further, as the intake pipe internal pressure Pm (k) and the intake pipe internal temperature Tm (k), the values (latest values) at the current estimated time t2 obtained in step 725 are used.

そして、ＣＰＵ７１は、ステップ７３５に進んで現時点のエンジン回転速度NEと、現時点の吸気弁３２の開閉タイミングVTと、により求められる吸気弁開弁時間（吸気弁３２が開弁してから閉弁するまでの時間）Tintを計算し、続くステップ７４０にて上記今回推定時点t2における筒内流入空気流量mc(k)に吸気弁開弁時間Tintを乗じて予測筒内空気量KLfwdを算出し、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Then, the CPU 71 proceeds to step 735, and closes the intake valve opening time (the intake valve 32 is opened after the intake valve 32 is opened) determined by the current engine speed NE and the current opening / closing timing VT of the intake valve 32. Tint is calculated, and in step 740, the in-cylinder inflow air flow rate mc (k) at the current estimated time t2 is multiplied by the intake valve opening time Tint to calculate the predicted in-cylinder air amount KLfwd. Proceed to 795 to end the present routine tentatively.

これにより、前回推定時点t1の予測スロットル弁開度θt(k-1)と、圧力センサ６１により検出されたスロットル弁上流圧力Puactと、温度センサ６２により検出されたスロットル弁上流温度Tuactと、に基づいて前回推定時点t1より微小時間Δｔだけ先の今回推定時点t2の予測筒内空気量KLfwdが推定される。なお、Δｔは極めて短い時間なので、現時点より先の時点の予測スロットル弁開度θt(k-1)と、同先の時点のスロットル弁上流圧力としての上記検出されたスロットル弁上流圧力Puactと、同先の時点のスロットル弁上流温度としての上記検出されたスロットル弁上流温度Tuactと、に基づいて同先の時点の予測筒内空気量KLfwdが推定されることになる。   Thus, the predicted throttle valve opening degree θt (k−1) at the previous estimated time t1, the throttle valve upstream pressure Puact detected by the pressure sensor 61, and the throttle valve upstream temperature Tuact detected by the temperature sensor 62. Based on this, the predicted in-cylinder air amount KLfwd at the current estimated time t2 that is a minute time Δt ahead of the previous estimated time t1 is estimated. Note that since Δt is an extremely short time, the predicted throttle valve opening θt (k−1) at a time earlier than the current time, and the detected throttle valve upstream pressure Puact as the throttle valve upstream pressure at the previous time, Based on the detected throttle valve upstream temperature Tuact as the throttle valve upstream temperature at the previous time point, the predicted in-cylinder air amount KLfwd at the previous time point is estimated.

以上のように算出される予測筒内空気量KLfwdについて、更に、説明する。ここで、説明の便宜上、図７の筒内空気量推定ルーチンの演算周期ΔTt２がクランク軸２４が３６０°回転する時間よりも十分に短い場合であって、且つ、所定の時間間隔Δt0が大きく変化しない場合を考える。このとき、今回推定時点t2は、上述した筒内空気量推定ルーチンの実行が繰り返される毎に略演算周期ΔTt２だけ先の時点へと移行していく。そして、特定の気筒の燃料噴射開始時期前の所定の時点（筒内空気量の推定が完了している必要がある最終の時点）にて本ルーチンが実行されると、今回推定時点t2は上記第２時点（同気筒の吸気行程における吸気弁３２の閉弁時）と略一致する。従って、この時点にて算出される予測筒内空気量KLfwdは、上記第２時点の筒内空気量の推定値となっている。   The predicted in-cylinder air amount KLfwd calculated as described above will be further described. Here, for convenience of explanation, the calculation period ΔTt2 of the cylinder air amount estimation routine of FIG. 7 is sufficiently shorter than the time for which the crankshaft 24 rotates 360 °, and the predetermined time interval Δt0 changes greatly. Think of when not to. At this time, the current estimation time point t2 shifts to the previous time point by approximately the calculation cycle ΔTt2 every time the above-described in-cylinder air amount estimation routine is repeated. When this routine is executed at a predetermined time before the fuel injection start timing of the specific cylinder (the final time when the estimation of the in-cylinder air amount needs to be completed), the current estimation time t2 This substantially coincides with the second time point (when the intake valve 32 is closed in the intake stroke of the cylinder). Therefore, the predicted in-cylinder air amount KLfwd calculated at this time is an estimated value of the in-cylinder air amount at the second time.

（バイパス通路切替制御）
更に、ＣＰＵ７１は、図１０にフローチャートにより示したバイパス通路切替制御ルーチンを所定の演算周期ΔTt３（本例では、２ｍｓ）の経過毎に実行する。具体的に説明すると、所定のタイミングになったとき、ＣＰＵ７１はステップ１０００から処理を開始し、ステップ１０１０に進んで圧力センサ６１により検出されたスロットル弁上流圧力Puactを読み込む。次に、ＣＰＵ７１は、ステップ１０２０に進んで、上記検出されたスロットル弁上流圧力Puactがスロットル弁上流圧力の所定の閾値Puthより大きいか否かを判定する。ここで、所定の閾値Puthは、大気の圧力Paより小さい値に設定されている。 (Bypass passage switching control)
Further, the CPU 71 executes the bypass passage switching control routine shown by the flowchart in FIG. 10 every elapse of a predetermined calculation cycle ΔTt3 (2 ms in this example). More specifically, when the predetermined timing is reached, the CPU 71 starts processing from step 1000, proceeds to step 1010, and reads the throttle valve upstream pressure Puact detected by the pressure sensor 61. Next, the CPU 71 proceeds to step 1020 to determine whether or not the detected throttle valve upstream pressure Puact is greater than a predetermined threshold value Puth of the throttle valve upstream pressure. Here, the predetermined threshold value Puth is set to a value smaller than the atmospheric pressure Pa.

いま、内燃機関１０のスロットル弁開度θtが、図１１（ａ）の時刻T1に至るまでの時点に示したように、小さい一定の値であると仮定して説明を続ける。このとき、気筒内に導入される空気の量は少ないので、コンプレッサ４５を通過する空気の流量は小さい。従って、コンプレッサ４５は殆ど吸気抵抗となっていない。更に、排ガスのエネルギーが十分小さいため、コンプレッサ４５は空気を圧縮できるほど回転しておらず過給を行っていない。この結果、スロットル弁上流圧力Puは、図１１（ｂ）に示したように大気の圧力Paより僅かだけ小さい値となっている。即ち、上記検出されたスロットル弁上流圧力Puactは所定の閾値Puthより大きい値となる。   Now, the description will be continued on the assumption that the throttle valve opening θt of the internal combustion engine 10 is a small constant value as shown in FIG. 11A until the time T1. At this time, since the amount of air introduced into the cylinder is small, the flow rate of the air passing through the compressor 45 is small. Therefore, the compressor 45 has almost no intake resistance. Furthermore, since the energy of the exhaust gas is sufficiently small, the compressor 45 does not rotate enough to compress air and is not supercharged. As a result, the throttle valve upstream pressure Pu is a value slightly smaller than the atmospheric pressure Pa as shown in FIG. That is, the detected throttle valve upstream pressure Puact becomes a value larger than the predetermined threshold value Puth.

従って、ＣＰＵ７１は、ステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０３０に進み、バイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに全閉用駆動信号を送出することにより、バイパス通路切替弁４８ａを開度が全閉状態となるように制御する。これにより、バイパス通路４８は遮断状態となる。なお、ステップ１０３０を実行する時点において、バイパス通路４８が遮断状態となっていれば、ＣＰＵ７１はバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに駆動信号を送出しない。次に、ＣＰＵ７１はステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ１０１０及びステップ１０２０の処理が実行されることは、圧力急変判定手段の機能が達成されることに対応している。   Accordingly, the CPU 71 makes a “Yes” determination at step 1020 and proceeds to step 1030 to send a full-close drive signal to the bypass passage switching valve actuator 48b, thereby opening the bypass passage switching valve 48a to the fully closed position. Control to be in a state. As a result, the bypass passage 48 is cut off. If the bypass passage 48 is in the shut-off state at the time when step 1030 is executed, the CPU 71 does not send a drive signal to the bypass passage switching valve actuator 48b. Next, the CPU 71 proceeds to step 1095 to end the present routine tentatively. Note that the execution of the processing of step 1010 and step 1020 corresponds to the achievement of the function of the sudden pressure change determination means.

次に、内燃機関１０のスロットル弁開度θtが、図１１（ａ）の時刻T1となった直後の時点に示したように、急激に増大していると仮定して説明を続ける。このとき、スロットル弁４７の上流の吸気通路内の空気は短時間内に多量にスロットル弁４７の下流へと流出する。一方、短時間内に多量の空気がコンプレッサ４５を通過しようとすると、コンプレッサ４５が吸気抵抗となるので、コンプレッサ４５より下流の吸気通路内に十分な空気が供給されない。このため、スロットル弁上流圧力Puは、図１１（ｂ）の実線にて示したように、一時的に急激に減少し所定の閾値Puthより小さくなる。   Next, the description will be continued on the assumption that the throttle valve opening θt of the internal combustion engine 10 is increasing rapidly as shown at the time immediately after time T1 in FIG. At this time, a large amount of air in the intake passage upstream of the throttle valve 47 flows out downstream of the throttle valve 47 within a short time. On the other hand, if a large amount of air tries to pass through the compressor 45 within a short time, the compressor 45 becomes an intake resistance, so that sufficient air is not supplied into the intake passage downstream of the compressor 45. For this reason, the throttle valve upstream pressure Pu is temporarily abruptly decreased and becomes smaller than a predetermined threshold value Puth, as shown by the solid line in FIG.

このとき、ＣＰＵ７１が本ルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１はステップ１０２０に進んだとき「Ｎｏ」と判定して、ステップ１０４０に進みバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに全開用駆動信号を送出することにより、バイパス通路切替弁４８ａを開度が全開状態となるように制御する。これにより、バイパス通路４８は連通状態となる。なお、ステップ１０４０を実行する時点において、バイパス通路４８が連通状態となっていれば、ＣＰＵ７１はバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに駆動信号を送出しない。次に、ＣＰＵ７１はステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ１０４０の処理が実行されることは、バイパス通路切替制御手段の機能が達成されることに対応している。   At this time, when the CPU 71 starts the processing of this routine, the CPU 71 determines “No” when it proceeds to step 1020, proceeds to step 1040, and sends a full-open drive signal to the bypass passage switching valve actuator 48 b. The bypass passage switching valve 48a is controlled so that the opening degree is fully opened. Thereby, the bypass passage 48 becomes a communication state. If the bypass passage 48 is in a communicating state at the time of executing step 1040, the CPU 71 does not send a drive signal to the bypass passage switching valve actuator 48b. Next, the CPU 71 proceeds to step 1095 to end the present routine tentatively. Note that the execution of the process of step 1040 corresponds to the achievement of the function of the bypass passage switching control means.

これにより、空気は、コンプレッサ４５を通過することなくコンプレッサ４５とスロットル弁４７の間の吸気通路に速やかに供給される。この結果、スロットル弁上流圧力Puの変化は、コンプレッサ４５をバイパスしない場合（図１１（ｂ）の点線にて示した場合）に比較して緩慢となる。   As a result, air is quickly supplied to the intake passage between the compressor 45 and the throttle valve 47 without passing through the compressor 45. As a result, the change in the throttle valve upstream pressure Pu becomes slower than when the compressor 45 is not bypassed (indicated by the dotted line in FIG. 11B).

その後、排ガスのエネルギーが十分大きくなり、コンプレッサ４５が過給を行うようになると、図１１（ｂ）の時刻T2より後の時点に示したように、スロットル弁上流圧力Puは所定の閾値Puthを超えるようになる。   After that, when the energy of the exhaust gas becomes sufficiently large and the compressor 45 starts supercharging, the throttle valve upstream pressure Pu becomes a predetermined threshold value Puth as shown at a time point after time T2 in FIG. It will exceed.

このとき、ＣＰＵ７１が本ルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１はステップ１０２０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定して、ステップ１０３０に進みバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに全閉用駆動信号を送出することにより、バイパス通路切替弁４８ａを開度が全閉状態となるように制御する。これにより、バイパス通路４８は遮断状態となる。次に、ＣＰＵ７１はステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。   At this time, when the CPU 71 starts the processing of this routine, the CPU 71 determines “Yes” when it proceeds to step 1020, proceeds to step 1030, and sends a full-close drive signal to the bypass passage switching valve actuator 48 b. Thus, the bypass passage switching valve 48a is controlled so that the opening degree is fully closed. As a result, the bypass passage 48 is cut off. Next, the CPU 71 proceeds to step 1095 to end the present routine tentatively.

以上説明したように、本発明による内燃機関の空気量推定装置の第１実施形態は、過給機（コンプレッサ４５）の下流であってスロットル弁４７の上流の空気（スロットル弁上流空気）の圧力及び温度を圧力センサ６１及び温度センサ６２によりそれぞれ検出し、同検出した圧力及び温度に基づいて、現時点より先の時点の筒内空気量を推定する。この結果、過給機を備える内燃機関１０において、過給機（コンプレッサ４５）を通過する空気の挙動を表す物理モデルを導入しなくとも、同先の時点における筒内空気量を高い精度にて推定することができる。   As described above, the first embodiment of the air amount estimation device for an internal combustion engine according to the present invention is the pressure of the air downstream of the supercharger (compressor 45) and upstream of the throttle valve 47 (the throttle valve upstream air). And the temperature are detected by the pressure sensor 61 and the temperature sensor 62, respectively, and based on the detected pressure and temperature, the in-cylinder air amount at a time earlier than the current time is estimated. As a result, in the internal combustion engine 10 equipped with the supercharger, the cylinder air amount at the same point in time can be accurately determined without introducing a physical model representing the behavior of the air passing through the supercharger (compressor 45). Can be estimated.

更に、第１実施形態は、圧力急変判定手段によりスロットル弁上流圧力が急激に変化する状態にあると判定したときに、バイパス通路４８を連通状態に制御する。これにより、空気は、過給機のコンプレッサ４５を通過することなくコンプレッサ４５とスロットル弁４７の間の吸気通路に速やかに供給される。この結果、スロットル弁上流圧力の変化が緩慢となる。従って、圧力センサ６１により検出された圧力と現時点より先の時点のスロットル弁上流圧力との差を小さく維持することができるので、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定することができる。   Further, in the first embodiment, when the pressure sudden change determination means determines that the throttle valve upstream pressure is in a state of sudden change, the bypass passage 48 is controlled to be in a communication state. Thus, the air is promptly supplied to the intake passage between the compressor 45 and the throttle valve 47 without passing through the compressor 45 of the supercharger. As a result, the change in the throttle valve upstream pressure becomes slow. Accordingly, the difference between the pressure detected by the pressure sensor 61 and the throttle valve upstream pressure at a time earlier than the current time can be kept small, so that the in-cylinder air amount at the time earlier than the current time is estimated with high accuracy. be able to.

次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の空気量推定装置について説明する。この第２実施形態は、圧力急変判定手段及びバイパス通路切替制御手段の機能を達成するバイパス通路切替制御ルーチンが相違する点を除き、上述した第１実施形態と同一である。第１実施形態では、検出されたスロットル弁上流圧力Puactが所定の閾値Puthより小さいときにコンプレッサ４５をバイパスしていたが、第２実施形態では、検出されたスロットル弁上流圧力の一定時間における変化量Rpが所定の閾値Rpthより小さいときにコンプレッサ４５をバイパスする。これにより、上述した第１実施形態と同様にスロットル弁上流圧力の変化が緩慢となる。   Next, an air amount estimation device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is the same as the first embodiment described above except that the bypass passage switching control routine for achieving the functions of the pressure sudden change determination means and the bypass passage switching control means is different. In the first embodiment, the compressor 45 is bypassed when the detected throttle valve upstream pressure Puact is smaller than the predetermined threshold value Puth. However, in the second embodiment, the detected throttle valve upstream pressure changes over time. The compressor 45 is bypassed when the quantity Rp is smaller than a predetermined threshold value Rpth. As a result, the change in the throttle valve upstream pressure becomes slow as in the first embodiment described above.

（バイパス通路切替制御）
以下、第１実施形態と異なるバイパス通路切替制御ルーチンを中心に第２実施形態を説明する。第２実施形態においてＣＰＵ７１は、図１２にフローチャートにより示したバイパス通路切替制御ルーチンを所定の演算周期ΔTt３（本例では、２ｍｓ）の経過毎に実行する。具体的に説明すると、所定のタイミングになったとき、ＣＰＵ７１はステップ１２００から処理を開始し、ステップ１２１０に進んで圧力センサ６１により検出されたスロットル弁上流圧力Puactを読み込む。 (Bypass passage switching control)
Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on a bypass passage switching control routine different from the first embodiment. In the second embodiment, the CPU 71 executes the bypass passage switching control routine shown by the flowchart in FIG. 12 every elapse of a predetermined calculation cycle ΔTt3 (2 ms in this example). Specifically, when the predetermined timing is reached, the CPU 71 starts processing from step 1200, proceeds to step 1210, and reads the throttle valve upstream pressure Puact detected by the pressure sensor 61.

次に、ＣＰＵ７１はステップ１２２０に進み圧力変化率Rpを上記検出されたスロットル弁上流圧力Puactと、本ルーチンを前回実行した時に後述するステップ１２３０にて設定されている過去のスロットル弁上流圧力Puoldと、の差に設定する。本ルーチンは、所定時間ΔTt３の経過毎に実行されているから、圧力変化率Rpには所定時間ΔTt３に対するスロットル弁上流圧力Puactの変化量が設定されることになる。そして、ＣＰＵ７１はステップ１２３０に進み過去のスロットル弁上流圧力Puoldを本ルーチンの実行時に検出されたスロットル弁上流圧力Puactにより更新する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1220 to determine the pressure change rate Rp as the detected throttle valve upstream pressure Puact and the past throttle valve upstream pressure Puold set at step 1230 described later when this routine was executed last time. Set to the difference between. Since this routine is executed every elapse of the predetermined time ΔTt3, the amount of change in the throttle valve upstream pressure Puact with respect to the predetermined time ΔTt3 is set in the pressure change rate Rp. Then, the CPU 71 proceeds to step 1230 and updates the past throttle valve upstream pressure Puold with the throttle valve upstream pressure Puact detected during execution of this routine.

次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ１２４０に進んで、ステップ１２２０にて設定された圧力変化率Rpが圧力変化率の所定の閾値Rpthより小さいか否かを判定する。ここで、所定の閾値Rpthは、圧力の急激な減少に対応する負の値に設定されている。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1240 to determine whether or not the pressure change rate Rp set in step 1220 is smaller than a predetermined threshold value Rpth of the pressure change rate. Here, the predetermined threshold value Rpth is set to a negative value corresponding to a rapid decrease in pressure.

いま、内燃機関１０のスロットル弁開度θtが、図１１（ａ）の時刻T1となった直後の時点に示したように、急激に増大していると仮定して説明を続ける。この場合、上述したように、スロットル弁上流圧力Puは、図１１（ｂ）の実線にて示したように、一時的に急激に減少する。この結果、圧力変化率Rpは所定の閾値Rpthより小さくなる。   Now, the description will be continued on the assumption that the throttle valve opening θt of the internal combustion engine 10 is increasing rapidly as shown at the time point immediately after time T1 in FIG. In this case, as described above, the throttle valve upstream pressure Pu temporarily decreases rapidly as shown by the solid line in FIG. As a result, the pressure change rate Rp becomes smaller than a predetermined threshold value Rpth.

従って、ＣＰＵ７１は、ステップ１２４０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップ１２５０に進みバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに一時全開用駆動信号を送出することにより、バイパス通路切替弁４８ａを所定時間だけ開度が全開状態となるように制御する。これにより、バイパス通路４８は上記所定時間だけ連通状態となる。なお、ステップ１２４０を実行する時点において、バイパス通路４８が連通状態となっていれば、ＣＰＵ７１はバイパス通路切替弁アクチュエータ４８ｂに駆動信号を送出しない。次に、ＣＰＵ７１はステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ１２１０〜ステップ１２４０の処理が実行されることは、圧力急変判定手段の機能が達成されることに対応している。また、ステップ１２５０の処理が実行されることは、バイパス通路切替制御手段の機能が達成されることに対応している。   Accordingly, the CPU 71 determines “Yes” in step 1240 and proceeds to step 1250 to send a temporary full-open drive signal to the bypass passage switching valve actuator 48b, thereby opening the bypass passage switching valve 48a for a predetermined time. Is controlled to be fully opened. Thereby, the bypass passage 48 is in a communication state for the predetermined time. If the bypass passage 48 is in a communicating state at the time of executing step 1240, the CPU 71 does not send a drive signal to the bypass passage switching valve actuator 48b. Next, the CPU 71 proceeds to step 1295 to end the present routine tentatively. Note that the execution of the processing from step 1210 to step 1240 corresponds to the achievement of the function of the sudden pressure change determination means. Further, the execution of the processing of step 1250 corresponds to the achievement of the function of the bypass passage switching control means.

これにより、空気は、コンプレッサ４５を通過することなくコンプレッサ４５とスロットル弁４７の間の吸気通路に速やかに供給される。この結果、スロットル弁上流圧力Puの変化は、コンプレッサ４５をバイパスしない場合（図１１（ｂ）の点線にて示した場合）に比較して緩慢となる。   As a result, air is quickly supplied to the intake passage between the compressor 45 and the throttle valve 47 without passing through the compressor 45. As a result, the change in the throttle valve upstream pressure Pu becomes slower than when the compressor 45 is not bypassed (indicated by the dotted line in FIG. 11B).

一方、スロットル弁上流圧力Puが増大している場合又は緩やかに減少している場合に、ＣＰＵ７１が本ルーチンの処理を開始すると、同ＣＰＵ７１はステップ１２４０に進んだとき「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、本発明による内燃機関の空気量推定装置の第２実施形態は、上記第１実施形態と同様に、スロットル弁上流圧力の変化を緩慢にすることができるので、現時点より先の時点の筒内空気量を高い精度にて推定することができる。   On the other hand, if the CPU 71 starts processing of this routine when the throttle valve upstream pressure Pu is increasing or slowly decreasing, the CPU 71 determines “No” when it proceeds to step 1240, Proceeding to 1295, the present routine is ended once. As a result, the second embodiment of the air amount estimation device for an internal combustion engine according to the present invention can slow down the change in the upstream pressure of the throttle valve, as in the first embodiment. The in-cylinder air amount can be estimated with high accuracy.

以上説明したように、本発明の上記各実施形態によれば、過給機を備える内燃機関１０において、過給機（コンプレッサ４５）を通過する空気の挙動を表す物理モデルを導入しなくとも、現時点より先の時点における筒内空気量を高い精度にて推定することができる。   As described above, according to the above embodiments of the present invention, in the internal combustion engine 10 including a supercharger, even if a physical model representing the behavior of air passing through the supercharger (compressor 45) is not introduced, The in-cylinder air amount at a time earlier than the current time can be estimated with high accuracy.

なお、本発明は上記各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、上記各実施形態においては、遅延時間TDを一定の時間としていたが、内燃機関１０が所定のクランク角度（例えば、クランク角度にして２７０°）だけ回転するのに要する時間T270とする等、エンジン回転速度NEに応じた可変の時間とすることもできる。   In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, in each of the embodiments described above, the delay time TD is set to a fixed time, but the time T270 required for the internal combustion engine 10 to rotate by a predetermined crank angle (for example, 270 ° as a crank angle) is set. It is also possible to set a variable time according to the engine speed NE.

また、上記各実施形態においては、過給機をターボ式過給機としていたが、機械式又は電気式の過給機とすることもできる。   In each of the above embodiments, the turbocharger is a turbocharger. However, a mechanical or electrical supercharger may be used.

本発明の第１実施形態に係る空気量推定装置を火花点火式多気筒内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a system in which an air amount estimation device according to a first embodiment of the present invention is applied to a spark ignition type multi-cylinder internal combustion engine. スロットル弁開度を制御するとともに筒内空気量を推定するためのロジック及び各種モデルの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of logic and various models for controlling the throttle valve opening and estimating the in-cylinder air amount. 図１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弁開度との関係を規定したテーブルを示した図である。It is the figure which showed the table which prescribed | regulated the relationship between the accelerator pedal operation amount and target throttle valve opening which CPU shown in FIG. 1 refers. 暫定目標スロットル弁開度、目標スロットル弁開度及び予測スロットル弁開度の変化を示したタイムチャートである。5 is a time chart showing changes in a provisional target throttle valve opening, a target throttle valve opening, and a predicted throttle valve opening. 予測スロットル弁開度を算出する際に用いる関数を示したグラフである。It is the graph which showed the function used when calculating a predicted throttle valve opening. 図１に示したＣＰＵが実行するスロットル弁開度を推定するためのプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program for estimating the throttle valve opening degree which CPU shown in FIG. 1 performs. 図１に示したＣＰＵが実行する筒内空気量を推定するためのプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program for estimating the in-cylinder air quantity which CPU shown in FIG. 1 performs. 図１に示したＣＰＵが実行するスロットル通過空気流量を推定するためのプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program for estimating the throttle passage air flow rate which CPU shown in FIG. 1 performs. 第１時点、所定の時間間隔Δt0、前回推定時点t1及び今回推定時点t2の関係を示した模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a relationship among a first time point, a predetermined time interval Δt0, a previous estimated time point t1, and a current estimated time point t2. 図１に示したＣＰＵが実行するバイパス通路切替弁を制御するためのプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program for controlling the bypass passage switching valve which CPU shown in FIG. 1 performs. スロットル弁開度が急激に変化した場合におけるスロットル弁上流圧力の変化を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the change of the throttle valve upstream pressure when the throttle valve opening changes rapidly. 本発明の第２実施形態に係る空気量推定装置のＣＰＵが実行するバイパス通路切替弁を制御するためのプログラムを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the program for controlling the bypass passage switching valve which CPU of the air quantity estimation apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention performs.

符号の説明Explanation of symbols

１０…内燃機関、２１…シリンダ、２５…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…吸気弁、３４…排気ポート、３５…排気弁、３９…インジェクタ、４１…インテークマニホールド、４２…サージタンク、４３…吸気ダクト、４４…エアフィルタ、４５…コンプレッサ、４６…インタークーラ、４７…スロットル弁、４７ａ…スロットル弁アクチュエータ、４８…バイパス通路、４８ａ…バイパス通路切替弁、４８ｂ…バイパス通路切替弁アクチュエータ、６１…圧力センサ、６２…温度センサ、６４…クランクポジションセンサ、６５…アクセル開度センサ、６６…アクセルペダル、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、７２…ＲＯＭ、７３…ＲＡＭ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 21 ... Cylinder, 25 ... Combustion chamber, 31 ... Intake port, 32 ... Intake valve, 34 ... Exhaust port, 35 ... Exhaust valve, 39 ... Injector, 41 ... Intake manifold, 42 ... Surge tank, 43 ... Intake duct, 44 ... Air filter, 45 ... Compressor, 46 ... Intercooler, 47 ... Throttle valve, 47a ... Throttle valve actuator, 48 ... Bypass passage, 48a ... Bypass passage switching valve, 48b ... Bypass passage switching valve actuator, 61 ... Pressure sensor, 62 ... temperature sensor, 64 ... crank position sensor, 65 ... accelerator opening sensor, 66 ... accelerator pedal, 70 ... electric control device, 71 ... CPU, 72 ... ROM, 73 ... RAM.

Claims (2)

外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路と、前記吸気通路内に配置され同吸気通路内を通流する空気の量を変更するように開度を調整可能なスロットル弁と、前記スロットル弁の上流にて前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気を圧縮する過給機と、を備える内燃機関に適用され、
前記吸気通路内において前記スロットル弁の周囲を通過して前記気筒内に流入する空気の挙動を少なくとも同スロットル弁の開度と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の圧力であるスロットル弁上流圧力と同スロットル弁の上流の同吸気通路内の空気の温度であるスロットル弁上流温度とを用いて表す物理モデルと、現時点より先の時点の同スロットル弁の開度と、同先の時点の同スロットル弁上流圧力と、同先の時点の同スロットル弁上流温度と、に基づいて同先の時点にて同気筒内に導入されている空気の量である筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段を備えた内燃機関の空気量推定装置であって、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路に配設され同吸気通路内の空気の圧力を検出する圧力センサと、同過給機と同スロットル弁の間の同吸気通路に配設され同吸気通路内の空気の温度を検出する温度センサと、を備えるとともに、
前記筒内空気量推定手段は、前記先の時点のスロットル弁上流圧力として前記検出された圧力を採用し、且つ、前記先の時点のスロットル弁上流温度として前記検出された温度を採用することにより、前記先の時点の筒内空気量を推定する
内燃機関の空気量推定装置。 An intake passage that introduces air taken from outside into the cylinder, a throttle valve that is disposed in the intake passage and can be adjusted to change the amount of air flowing through the intake passage, and the throttle Applied to an internal combustion engine comprising a supercharger disposed in the intake passage upstream of a valve and compressing air in the intake passage;
In the intake passage, the behavior of the air that flows around the throttle valve and flows into the cylinder is determined by at least the throttle valve opening and the pressure of the air in the intake passage upstream of the throttle valve. The physical model expressed using the upstream pressure and the upstream temperature of the throttle valve, which is the temperature of the air in the intake passage upstream of the throttle valve, the opening of the throttle valve before the current time, and the previous time The cylinder that estimates the in-cylinder air amount that is the amount of air that has been introduced into the cylinder at the previous time based on the upstream pressure of the throttle valve and the upstream temperature of the throttle valve at the previous time An air amount estimation device for an internal combustion engine provided with an internal air amount estimation means,
A pressure sensor disposed in the intake passage between the supercharger and the throttle valve for detecting the pressure of air in the intake passage, and disposed in the intake passage between the supercharger and the throttle valve; And a temperature sensor for detecting the temperature of the air in the intake passage,
The in-cylinder air amount estimation means adopts the detected pressure as the throttle valve upstream pressure at the previous time point, and adopts the detected temperature as the throttle valve upstream temperature at the previous time point. An air amount estimation device for an internal combustion engine that estimates the in-cylinder air amount at the previous time point. 請求項１に記載の内燃機関の空気量推定装置であって、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路に一端が接続されるとともに、他端が同過給機の上流にて同吸気通路に接続され又は同他端が前記内燃機関の外部に連通されたバイパス通路と、
指示信号に応じて前記バイパス通路を連通状態又は遮断状態に切り替え可能なバイパス通路切替手段と、
前記過給機と前記スロットル弁の間の前記吸気通路内の空気の圧力が急激に変化する状態にあるか否かを判定する圧力急変判定手段と、
前記圧力急変判定手段により前記圧力が急激に変化する状態にあると判定したときに、前記バイパス通路を連通状態とするように前記バイパス通路切替手段に前記指示信号を送出するバイパス通路切替制御手段と、
を備える内燃機関の空気量推定装置。
An air amount estimation device for an internal combustion engine according to claim 1,
One end is connected to the intake passage between the supercharger and the throttle valve, and the other end is connected to the intake passage upstream of the supercharger or the other end is connected to the outside of the internal combustion engine. A bypass passage communicated with,
A bypass passage switching means capable of switching the bypass passage to a communication state or a cutoff state in response to an instruction signal;
Pressure abrupt change determination means for determining whether or not the pressure of air in the intake passage between the supercharger and the throttle valve is in a state of rapidly changing;
A bypass passage switching control means for sending the instruction signal to the bypass passage switching means so as to place the bypass passage in a communicating state when the pressure sudden change judgment means determines that the pressure is in a state of sudden change; ,
An air amount estimation device for an internal combustion engine comprising:
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