JP2007040266A - 内燃機関の吸入空気量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気弁の開閉弁特性を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定できる内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。
【解決手段】 機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量Ｍｃｂを推定し、同基本筒内充填空気量Ｍｃｂを、機関温度（もしくは機関冷却水温度Ｔｗ）と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁の開閉タイミングＶｔと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、吸気弁の作用角Ｓａもしくはリフト量とに基づいて補正して筒内充填空気量Ｍｃを求める、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。
【選択図】 図９

Description

本発明は内燃機関の吸入空気量推定装置に関する。

内燃機関の吸気系を、スロットル弁、吸気管、吸気弁等の要素に分けてそれぞれの要素をモデル化して数式で表すとともに、それぞれのモデル相互間を圧力、温度、流量等を用いて関係づけることにより機関の吸入空気量（筒内充填空気量）を計算により求める、いわゆるエアモデルを用いた内燃機関の吸入空気量推定装置が知られている。

このようなエアモデルを用いた吸入空気量推定装置では、通常、大気圧、大気温以外には機関回転数とスロットル弁開度とのみによって筒内充填空気量を算出することが可能となる。この種の吸入空気量推定を行う装置の例としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。

特許文献１の装置は、機関の吸気系をスロットル弁、サージタンクを含む吸気管、及び吸気弁の各要素に分けてこれらの要素をシミュレーションモデルで表すとともに、それぞれのモデル内の吸気流の圧力、温度、流量をエネルギ保存則、質量保存則等の物理法則を用いて計算するものである。筒内充填空気量は、上記により算出された吸気弁を通過する吸気流量に基づいて算出される。

特許文献１の装置では、上記筒内充填空気量を算出するために用いられる吸気弁を通過する吸気流量が吸気管内圧力を変数とする一次関数により算出されるようになっている。そしてこの一次関数は機関運転状態毎に変化するものであり、一次関数を特定するための比例係数及び定数は機関回転数毎及びバルブタイミング毎（すなわちバルブオーバーラップ期間毎）に適合されマップ化されている。

特開２００１−４１０９５号公報

ところが、このマップ化（すなわち、マップの作成）に際して、上記比例係数及び定数は、機関温度が暖機後の特定温度である場合の内燃機関に対して適合されるため、例えば機関始動直後等の機関の冷間時においてはその時の機関運転状態に基づいて特定された一次関数を使用しても正確な吸気弁を通過する吸気流量を算出できず、その結果、上記筒内充填空気量を正確に算出できない場合がある。

このような機関温度の違いにより生じる誤差を補正するためには、上記一次関数に基づいて算出された筒内充填空気量に機関温度と相関のある機関冷却水温度に基づいて決定される補正係数を乗算するという方法が考えられる。しかしながら実際には、バルブタイミングや吸気管内圧力等が異なると吸気ポート内に逆流する既燃ガスの量が異なるために機関温度の違いが筒内充填空気量に与える影響も異なるので、単純に機関冷却水温度のみに基づいて決定される補正係数を上記一次関数に基づいて算出された上記筒内充填空気量に乗算しても充分な補正を行うことが出来ない場合がある。

すなわち、吸気ポート内に逆流した既燃ガスはそこで放熱し収縮することになるのであるが、この現象の筒内充填空気量に与える影響は機関温度の他、逆流する既燃ガスの量によっても異なる。このため、バルブタイミングや吸気管内圧力等が異なり吸気ポート内に逆流する既燃ガスの量が異なると機関温度の違いが同程度であっても筒内充填空気量に与える影響は異なることになる。そのため、上記一次関数に基づいて算出された上記筒内充填空気量に単純に機関冷却水温度のみに基づいて決定される補正係数を乗算しても充分な補正を行うことが出来ない場合がある。

また、機関温度の違いは吸入される空気の温度にも影響を与え、このことも上述したような機関温度の違いにより生じる誤差の要因となっている。ここで吸入される空気の温度変化は吸気ポート壁面等との熱伝達により生じるものであるが、その熱伝達率は吸気流速に依存することがわかっている。そして実際の伝熱量は吸気流速に大きな影響を受ける。このようなことから、より適切な補正を実施する方法として、上記一次関数に基づいて算出された筒内充填空気量に乗算する補正係数を機関回転数に応じて変化させることが考えられる。

しかしながら、例えば吸気弁の作用角（もしくはリフト量）を変更することが可能な内燃機関においては、同一機関回転数、同一筒内充填空気量であっても吸気流速が異なり、したがって上記熱伝達率や伝熱量が異なる場合がある。このようなことから、上記一次関数に基づいて算出された筒内充填空気量に乗算する補正係数を単純に機関回転数に応じて変化させてもより適切な補正を実施することが出来ない場合がある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気弁の開閉弁特性を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定できる内燃機関の吸入空気量推定装置を提供することである。なお、本出願において「開閉弁特性」とは作用角、リフト量及び開閉タイミングのうちの少なくとも一つを意味することとする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。

請求項１に記載の発明は、機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、同基本筒内充填空気量を、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力とに基づいて補正して筒内充填空気量を求める、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。

機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量をまず推定し、その基本筒内充填空気量を補正して実際の筒内充填空気量を求める場合において、吸気弁の開閉タイミングを変更できる場合には、機関温度及び機関回転数のみに基づいて補正を行っても充分な精度の筒内充填空気量が得られない場合がある。そしてこれは主に、吸気弁の開閉タイミングを変更できる場合には、吸気弁の開閉タイミングの違い等によって筒内から吸気ポート内へ逆流するガスの量が異なるためであると考えられる。

これに対し、請求項１に記載の発明では上述したように、上記基本筒内充填空気量が、機関温度と機関回転数の他、筒内から吸気ポート内へ逆流するガスの量に特に大きな影響を与える吸気弁の開閉タイミングと排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力とにも基づいて補正されるようになっている。したがって、このようにすることによって吸気弁の開閉タイミングを変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、同基本筒内充填空気量を、機関温度と、機関回転数と、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて補正して筒内充填空気量を求める、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。

機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量をまず推定し、その基本筒内充填空気量を補正して実際の筒内充填空気量を求める場合において、吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更できる場合には、機関温度や機関回転数のみに基づいて補正を行っても充分な精度の筒内充填空気量が得られない場合がある。そしてこれは、吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更することによって上述した逆流ガスの量が変化することの他、上記作用角もしくはリフト量の変更によって吸気流速が異なることが原因であると考えられる。

これに対し、請求項２に記載の発明では上述したように、上記基本筒内充填空気量が、機関温度と機関回転数の他、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と吸気弁の作用角もしくはリフト量とにも基づいて補正されるようになっている。したがって、このようにすることによって吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、同基本筒内充填空気量を、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて補正して筒内充填空気量を求める、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。

請求項３に記載の発明では、吸気弁の開閉タイミングを変更でき、且つ吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更できる場合において、上述した逆流ガスの量の違いや吸気流速の違いを考慮して上記基本筒内充填空気量が補正され筒内充填空気量が求められるようになっている。したがって、請求項３に記載の発明によれば、吸気弁の開閉タイミングを変更でき、且つ吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

請求項４及び５に記載の発明では請求項１または３に記載の発明において、上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記吸気弁の開閉タイミングが進角されているほど上記補正係数が大きくなるようになっている。

上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関温度が上記特定温度である場合に比べ、上述した逆流ガスの収縮する度合は大きくなる。また、上記吸気弁の開閉タイミングが進角されているほど上述した逆流ガスの量は多くなる傾向があり、したがって上記機関温度の違いの影響は大きくなる。このようなことから、請求項４及び５に記載の発明のようにすることによって、吸入空気量の推定精度を向上することができる。

請求項６に記載の発明では請求項２、３及び５の何れかに記載の発明において、上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記吸気弁の作用角もしくはリフト量が大きいほど上記補正係数が小さくなるようになっている。

上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関温度が上記特定温度である場合に比べ、吸入される空気の膨張する度合は小さくなる。また、上記吸気弁の作用角もしくはリフト量が大きいほど上述した吸気流速は速くなる傾向があり、吸気流速が速いほど結果的には吸入される空気への伝熱量が減少し吸入される空気の温度変化は小さくなる傾向があるので上記機関温度の違いの影響は小さくなる。このようなことから、請求項６に記載の発明のようにすることによって、吸入空気量の推定精度を向上することができる。

請求項７に記載の発明では請求項１から６の何れかの発明において、上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、同補正係数は上記機関温度が高いほど小さくなるようになっている。
上記機関温度が高いほど、上述した逆流ガスの収縮する度合は小さくなり、また吸入される空気の膨張する度合は大きくなる。このようなことから、請求項７に記載の発明のようにすることによって、吸入空気量の推定精度を向上することができる。

請求項８に記載の発明では請求項１から７の何れかに記載の発明において、上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関回転数が高いほど上記補正係数が小さくなるようになっている。

上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関温度が上記特定温度である場合に比べ、吸入される空気の膨張する度合は小さくなる。また、上記機関回転数が高いほど上述した吸気流速は速くなる傾向があり、吸気流速が速いほど結果的には吸入される空気への伝熱量が減少し吸入される空気の温度変化は小さくなる傾向があるので上記機関温度の違いの影響は小さくなる。このようなことから、請求項８に記載の発明のようにすることによって、吸入空気量の推定精度を向上することができる。

請求項９に記載の発明では請求項１から８の何れかに記載の発明において、上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力が大きいほど上記補正係数が小さくなるようになっている。

上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関温度が上記特定温度である場合に比べ、上述した逆流ガスの収縮する度合は大きくなる。また、上記排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力が大きいほど上述した逆流ガスの量は少なくなる傾向があり、したがって上記機関温度の違いの影響は小さくなる。このようなことから、請求項９に記載の発明のようにすることによって、吸入空気量の推定精度を向上することができる。

請求項１０に記載の発明は、機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、同基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して筒内充填空気量を求める内燃機関の吸入空気量推定装置であって、上記補正係数は、機関温度と機関回転数とに基づいて定まる第１の補正係数と、機関温度と吸気弁の開閉タイミングとに基づいて定まる第２の補正係数と、機関温度と排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力とに基づいて定まる第３の補正係数と、機関温度と吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる第４の補正係数とのうちの少なくとも二つの補正係数の積であるか、または上記第２から第４の補正係数のうちの何れかである、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。

請求項１０に記載の発明によれば、吸気弁の開閉弁特性を変更できる場合において、必要もしくは状況に応じて、上述した逆流ガスの量の違いや吸気流速の違いを考慮して上記基本筒内充填空気量を補正し筒内充填空気量を求めることができる。したがって請求項１０に記載の発明によっても、吸気弁の開閉弁特性を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

また、請求項１０に記載の発明では、上記第１から第４の補正係数が個別に定められるようになっている。このようにすると、例えば各補正係数をマップもしくは関数から求めるようにする場合において、マップの引数の数もしくは関数中の変数の数を低減することができるので適合工数を低減することができると共に、制御実行時における制御負荷を低減することができる。更に、各補正係数に対応する運転状態を表すパラメータ（すなわち例えば、吸気弁の開閉タイミングや排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力等）の影響を選択的に考慮するようにできるので、より多様な状況に対する適用が容易になり、より多様な状況において適切に上記基本筒内充填空気量を補正して筒内充填空気量を求めることができる。

請求項１１に記載の発明は、機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、同基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して筒内充填空気量を求める内燃機関の吸入空気量推定装置であって、上記補正係数は、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと筒内から吸気ポート内に逆流するガスの量の違いとに起因して生ずる誤差について補正する逆流ガス補正係数であるか、または、同逆流ガス補正係数と、機関温度と機関回転数とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと吸気流速の違いとに起因して生じる誤差について補正する吸入空気補正係数との積である、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。

請求項１１に記載の発明によれば、吸気弁の開閉タイミングを変更できる場合において、より実際の現象に即して上述した逆流ガスの量の違いや吸気流速の違いを考慮して上記基本筒内充填空気量が補正され筒内充填空気量が求められるようになっている。したがって、請求項１１に記載の発明によれば、吸気弁の開閉タイミングを変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

また、請求項１１に記載の発明では、上記逆流ガス補正係数と上記吸入空気補正係数とが個別に定められるようになっている。このようにすると、上記逆流ガスの量に関連する影響と上記吸気流速に関連する影響とを選択的に考慮するようにできるので、より多様な状況に対する適用が容易になり、より多様な状況において適切に上記基本筒内充填空気量を補正して筒内充填空気量を求めることができる。

請求項１２に記載の発明は、機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、同基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して筒内充填空気量を求める内燃機関の吸入空気量推定装置であって、上記補正係数は、機関温度と、機関回転数と、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと筒内から吸気ポート内に逆流するガスの量の違いとに起因して生ずる誤差について補正する逆流ガス補正係数と、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと吸気流速の違いとに起因して生じる誤差について補正する吸入空気補正係数とのうちの一方であるか、または、これらの補正係数の積である、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。

請求項１２に記載の発明によれば、吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更できる場合において、より実際の現象に即して上述した逆流ガスの量の違いや吸気流速の違いを考慮して上記基本筒内充填空気量が補正され筒内充填空気量が求められるようになっている。したがって、請求項１２に記載の発明によれば、吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

また、請求項１２に記載の発明においても請求項１１に記載の発明と同様、上記逆流ガス補正係数と上記吸入空気補正係数とが個別に定められるようになっている。このようにすると、請求項１１に記載の発明の場合と同様、上記逆流ガスの量に関連する影響と上記吸気流速に関連する影響とを選択的に考慮するようにできるので、より多様な状況に対する適用が容易になり、より多様な状況において適切に上記基本筒内充填空気量を補正して筒内充填空気量を求めることができる。

請求項１３に記載の発明は、機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、同基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して筒内充填空気量を求める内燃機関の吸入空気量推定装置であって、上記補正係数は、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと筒内から吸気ポート内に逆流するガスの量の違いとに起因して生ずる誤差について補正する逆流ガス補正係数と、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと吸気流速の違いとに起因して生じる誤差について補正する吸入空気補正係数とのうちの一方であるか、または、これらの補正係数の積である、内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。

請求項１３に記載の発明によれば、吸気弁の開閉タイミングを変更でき、且つ吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更できる場合において、より実際の現象に即して上述した逆流ガスの量の違いや吸気流速の違いを考慮して上記基本筒内充填空気量が補正され筒内充填空気量が求められるようになっている。したがって、請求項１３に記載の発明によれば、吸気弁の開閉タイミングを変更でき、且つ吸気弁の作用角もしくはリフト量を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

また、請求項１３に記載の発明においても請求項１１及び１２に記載の発明と同様、上記逆流ガス補正係数と上記吸入空気補正係数とが個別に定められるようになっている。このようにすると、請求項１１及び１２に記載の発明の場合と同様、上記逆流ガスの量に関連する影響と上記吸気流速に関連する影響とを選択的に考慮するようにできるので、より多様な状況に対する適用が容易になり、より多様な状況において適切に上記基本筒内充填空気量を補正して筒内充填空気量を求めることができる。

各請求項に記載の発明は、吸気弁の開閉弁特性を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定できるという共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一または類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
図１は本発明の内燃機関の吸入空気量推定装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用してもよい。

図１に示したように、機関本体１はシリンダブロック２と、シリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４とを具備する。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室５が形成される。シリンダヘッド４には気筒毎に吸気弁６と、吸気ポート７と、排気弁８と、排気ポート９とが配置される。

図１に示したようにシリンダブロック２には機関冷却水温度を検出する冷却水温度センサ２７が設けられている。また、シリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。なお、図１中のＦは、燃焼室５内に噴射された燃料を示している。

吸気弁６には、同弁の開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更機構２３が設けられている。また、吸気弁６には、同弁の作用角を変更する作用角変更機構２５も設けられている。なお、本実施形態では、吸気弁６の作用角を変更すると、同時に吸気弁６のリフト量も変更されるようになっている。より詳細には吸気弁６の作用角を大きくすると吸気弁６のリフト量が大きくなり、吸気弁６の作用角を小さくすると吸気弁６のリフト量が小さくなるようになっている。この意味で本実施形態では上記作用角変更機構２５はリフト量変更機構であるとも言える。但し、以下では説明を簡単にするために作用角を用いて説明する。

なお、本実施形態の変形例では作用角のみ、もしくはリフト量のみが変更されるようになっていてもよい。また本実施形態の変形例では、吸気弁６にバルブタイミング変更機構２３と作用角変更機構２５の何れか一方のみが設けられていてもよい。

各気筒の吸気ポート７は下流側の吸気管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は上流側の吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。上記吸気管１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気管１９に連結され、この排気管１９は排気浄化装置２０に連結される。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。

スロットル弁１８の開度を検出するためのスロットル開度センサ４３と、内燃機関の周囲の大気の圧力、または吸気管１５に吸入される空気の圧力（吸気圧）を検出するための大気圧センサ４４と、内燃機関の周囲の大気の温度、または吸気管１５に吸入される空気の温度（吸気温）を検出するための大気温センサ４５とが設けられ、これらセンサの出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

アクセルペダル４６にはアクセルペダル４６の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４７が接続され、負荷センサ４７の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、上述した冷却水温度センサ２７の出力電圧も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４８は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４８の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びステップモータ１７等に接続される。また、バルブタイミング変更機構２３及び作用角変更機構２５も電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１によって制御される。

ところで、近年、内燃機関の吸気系をモデル化すると共にそれらモデルに対してエネルギ保存則、質量保存側、状態方程式等を適用して機関の吸入空気量（筒内充填空気量）を算出するようにした内燃機関の吸入空気量推定装置が公知となっている。このような吸入空気量推定装置においては、例えば、内燃機関の吸気系について、スロットルモデル、吸気管モデル、吸気弁モデル等が構築され、これら各モデルを用いることによりスロットル弁開度、大気圧、及び大気温度等から筒内充填空気量が求められる。そして、このような吸入空気量推定装置を備えた内燃機関では、このようにして求めた筒内充填空気量に基づいて各種制御が実施される。

そして本実施形態においても、図１に示したような構成においてモデルを用いた吸入空気量の推定が行われ、その値に基づいた制御が行われるのであるが、本実施形態の特徴的部分の説明の前に、ここでまず、本実施形態の吸入空気量推定装置の前提部分となる吸入空気量モデルＭ２０を用いた場合について説明する。

図２は、吸入空気量モデルＭ２０を示す図である。吸入空気量モデルＭ２０は、図２に示したようにスロットルモデルＭ２１、吸気管モデルＭ２２、吸気弁モデルＭ２３を備える。スロットルモデルＭ２１には、スロットル開度センサによって検出されたスロットル弁の開度（スロットル弁開度）θｔと、大気圧センサによって検出された内燃機関周囲の大気圧Ｐａと、大気温センサによって検出された内燃機関周囲の大気温度Ｔａと、後述する吸気管モデルＭ２２において算出されたスロットル弁から吸気弁に至るまでの吸気管内の圧力（吸気管内圧力）Ｐｍとが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述するスロットルモデルＭ２１のモデル式に代入することで、単位時間当たりにスロットル弁を通過する空気の流量（スロットル弁通過空気流量）ｍｔが算出される。スロットルモデルＭ２１において算出されたスロットル弁通過空気流量ｍｔは、吸気管モデルＭ２２へ入力される。

吸気管モデルＭ２２には、スロットルモデルＭ２１において算出されたスロットル弁通過空気流量ｍｔと、以下で詳述する単位時間当たりに燃焼室内に流入する空気の流量（以下、「筒内吸入空気流量ｍｃ」と称す。なお、筒内吸入空気流量ｍｃの定義については、吸気弁モデルＭ２３において詳述する）とが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気管モデルＭ２２のモデル式に代入することで、上記吸気管内圧力Ｐｍとスロットル弁から吸気弁に至るまでの吸気管内の温度（吸気管内温度）Ｔｍとが算出される。吸気管モデルＭ２２において算出された吸気管内圧力Ｐｍと吸気管内温度Ｔｍは共に吸気弁モデルＭ２３へ入力され、更に吸気管内圧力ＰｍはスロットルモデルＭ２１にも入力される。

吸気弁モデルＭ２３には、吸気管モデルＭ２２において算出された吸気管内圧力Ｐｍ及び吸気管内温度Ｔｍの他に大気温度Ｔａが入力され、それらの値を後述する吸気弁モデルＭ２３のモデル式に代入することで、筒内吸入空気流量ｍｃが算出される。算出された筒内吸入空気流量ｍｃは、筒内充填空気量Ｍｃに変換され、この筒内充填空気量Ｍｃに基づいて燃料噴射弁からの燃料噴射量が決定される。また、吸気弁モデルＭ２３において算出された筒内吸入空気流量ｍｃは吸気管モデルＭ２２に入力される。

図２から分かるように、吸入空気量モデルＭ２０ではあるモデルにおいて算出されたパラメータの値が別のモデルへの入力値として利用される。このため、吸入空気量モデルＭ２０を用いた場合には、大気圧Ｐａ、大気温度Ｔａ、スロットル弁開度θｔ及び機関回転数から筒内充填空気量Ｍｃを算出することができる。

次に、吸入空気量モデルＭ２０の各モデルＭ２１〜Ｍ２３について説明する。
スロットルモデルＭ２１では、大気圧Ｐａ（ｋＰａ）、大気温度Ｔａ（Ｋ）、吸気管内圧力Ｐｍ（ｋＰａ）、スロットル弁開度θｔから、下記式（１）に基づいて、スロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）が算出される。ここで、式（１）におけるμはスロットル弁における流量係数で、スロットル弁開度θｔの関数であり、図３に示したようなマップから定まる。また、Ａｔ（ｍ²）はスロットル弁の開口断面積（スロットル開口面積）を示し、スロットル弁開度θｔの関数である。なお、これら流量係数μ及びスロットル開口面積Ａｔをまとめたμ・Ａｔをスロットル弁開度θｔから一つのマップで求めるようにしてもよい。また、Ｒは気体定数である。

Φ（Ｐｍ／Ｐａ）は下記式（２）に示した関数であり、この式（２）におけるκは比熱比（κ＝Ｃｐ（等圧比熱）／Ｃｖ（等容比熱）であり、一定値とする）である。この関数Φ（Ｐｍ／Ｐａ）は図４に示したようなグラフに表すことができるので、このようなグラフをマップとしてＥＣＵのＲＯＭに保存し、実際には式（２）を用いて計算するのではなくマップからΦ（Ｐｍ／Ｐａ）の値を求めるようにしてもよい。

これらスロットルモデルＭ２１の式（１）及び式（２）は、スロットル弁１８上流の気体の圧力を大気圧Ｐａ、スロットル弁１８上流の気体の温度を大気温度Ｔａ、スロットル弁１８を通過する気体の圧力を吸気管内圧力Ｐｍとして、図５に示したようなスロットル弁１８のモデルに対して、質量保存則、エネルギ保存則及び運動量保存則を適用し、さらに気体の状態方程式、比熱比の定義式、及びマイヤーの関係式を利用することによって得られる。

吸気管モデルＭ２２では、スロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）、筒内吸入空気流量ｍｃ（ｇ／ｓ）、及び大気温度Ｔａ（Ｋ）から、下記式（３）及び式（４）に基づいて吸気管内圧力Ｐｍ（ｋＰａ）及び吸気管内温度Ｔｍ（Ｋ）が算出される。なお、式（３）及び式（４）におけるＶｍ（ｍ³）は、サージタンクを含めたスロットル弁から吸気弁までの吸気管等の部分（以下、「吸気管部分」と称す）１３´の容積に等しい定数である。

ここで、吸気管モデルＭ２２について図６を参照して説明する。吸気管部分１３´の総気体量をＭとすると、総気体量Ｍの時間的変化は、吸気管部分１３´に流入する気体の流量、すなわちスロットル弁通過空気流量ｍｔと、吸気管部分１３´から流出する気体の流量、すなわち筒内吸入空気流量ｍｃとの差に等しいため、質量保存則により下記式（５）が得られ、この式（５）及び気体の状態方程式（Ｐｍ・Ｖｍ＝Ｍ・Ｒ・Ｔｍ）より、式（３）が得られる。

また、吸気管部分１３´の気体のエネルギＭ・Ｃｖ・Ｔｍの時間的変化量は、吸気管部分１３´に流入する気体のエネルギと吸気管部分１３´から流出する気体のエネルギとの差に等しい。このため、吸気管部分１３´に流入する気体の温度を大気温度Ｔａ、吸気管部分１３´から流出する気体の温度を吸気管内温度Ｔｍとすると、エネルギ保存則により下記式（６）が得られ、この式（６）及び上記気体の状態方程式より、式（４）が得られる。

吸気弁モデルＭ２３では、吸気管内圧力Ｐｍ、吸気管内温度Ｔｍ、及び大気温度Ｔａから、下記式（７）に基づいて、筒内吸入空気流量ｍｃが算出される。式（７）におけるａ、ｂは、少なくとも機関回転数に基づいて定められる適合パラメータであり、予めマップを作成しておき、必要に応じてマップを検索して求めるようにする。なお、図１に示した構成のように、吸気弁６に対してバルブタイミング変更機構２３及び作用角変更機構２５が設けられている場合には、上記適合パラメータａ、ｂは、吸気弁６の開閉タイミング（すなわち、基準開閉タイミングからの進角又は遅角量）及び作用角にも基づいて定められる。

上述した吸気弁モデルＭ２３について図７を参照して説明する。一般に、吸気弁６が閉じた時に燃焼室５内に充填されている空気の量である筒内充填空気量Ｍｃは、吸気弁６が閉弁した時（吸気弁閉弁時）に確定し、吸気弁閉弁時の燃焼室５内の圧力に比例する。また、吸気弁閉弁時の燃焼室５内の圧力は吸気弁上流の気体の圧力、すなわち吸気管内圧力Ｐｍと等しいとみなすことができる。したがって、筒内充填空気量Ｍｃは、吸気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍに比例すると近似することができる。

ここで、単位時間当たりに吸気管部分１３´から流出する全空気の量を平均化したもの、または単位時間当たりに吸気管部分１３´から全ての燃焼室５に吸入される空気の量を一つの気筒の吸気行程に亘って平均化したものを筒内吸入空気流量ｍｃ（以下で詳述する）とすると、筒内充填空気量Ｍｃが吸気管内圧力Ｐｍに比例することから、筒内吸入空気流量ｍｃも吸気管内圧力Ｐｍに比例すると考えられる。このことから、理論及び経験則に基づいて、上記式（７）が得られる。なお、式（７）における適合パラメータａは比例係数であり、適合パラメータｂは排気弁閉弁時において燃焼室５内に残存している既燃ガス量に関連する値である。また、実際の運転では過渡時に吸気管内温度Ｔｍが大きく変化する場合があるため、これに対する補正として理論及び経験則に基づいて導かれたＴａ／Ｔｍが乗算されている。

ここで、筒内吸入空気流量ｍｃについて、図８を参照して内燃機関が４気筒である場合について説明する。なお、図８は横軸がクランクシャフトの回転角度、縦軸が単位時間当たりに吸気管部分１３´から燃焼室５に実際に流入する空気の量である。図８に示したように、４気筒の内燃機関では、吸気弁６が例えば１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順に開弁し、各気筒に対応する吸気弁６の開弁量に応じて吸気管部分１３´から各気筒の燃焼室５内へ空気が流入する。吸気管部分１３´から各気筒の燃焼室５内に流入する空気の流量の変位は図８に破線で示した通りであり、これらを総合した吸気管部分１３´から全気筒の燃焼室５に流入する空気の流量は図８に実線で示した通りである。また、例えば１番気筒への筒内充填空気量Ｍｃは図８に斜線で示した部分に相当する。

これに対して、実線で示した吸気管部分１３´から全ての気筒の燃焼室５に流入する空気の量を平均化したものが筒内吸入空気流量ｍｃであり、図中に一点鎖線で示されている。そして、この一点鎖線で示した筒内吸入空気流量ｍｃに、４気筒の場合にはクランクシャフトが１８０°（すなわち、４ストローク式内燃機関において１サイクル中にクランクシャフトが回転する角度７２０°を気筒数で割った角度）回転するのにかかる時間ΔＴ_180°（機関回転数から算出可能）を乗算したものが筒内充填空気量Ｍｃとなる。したがって、吸気弁モデルＭ２３で算出された筒内吸入空気流量ｍｃにΔＴ_180°を乗算することで、筒内充填空気量Ｍｃを算出することができる（Ｍｃ＝ｍｃ・ΔＴ_180°）。

次に、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて、実際に筒内充填空気量Ｍｃを算出する場合について説明する。筒内充填空気量Ｍｃは吸入空気量モデルＭ２０を用いて、上記式（１）、式（３）、式（４）、及び式（７）を解くことにより求められる。この場合、ＥＣＵ３１で処理するために、これらの式を離散化する必要がある。時刻ｔ、計算間隔（離散時間）Δｔを用いて式（１）、式（３）、式（４）、及び式（７）を離散化すると、それぞれ下記式（８）、式（９）、式（１０）、及び式（１１）が得られる。なお、吸気管内温度Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）は、式（９）及び式（１０）によってそれぞれ算出されたＰｍ／Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）及びＰｍ（ｔ＋Δｔ）から、式（１２）によって算出される。

このようにして実装された吸入空気量モデルＭ２０では、スロットルモデルＭ２１の式（８）で算出された時刻ｔにおけるスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｔ）と、吸気弁モデルＭ２３の式（１１）で算出された時刻ｔにおける筒内吸入空気流量ｍｃ（ｔ）とが、吸気管モデルＭ２２の式（９）及び式（１０）に代入され、これにより時刻ｔ＋Δｔにおける吸気管内圧力Ｐｍ（ｔ＋Δｔ）及び吸気管内温度Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）が算出される。次いで、算出されたＰｍ（ｔ＋Δｔ）及びＴｍ（ｔ＋Δｔ）は、スロットルモデルＭ２１及び吸気弁モデルＭ２３の式（８）及び式（１１）に代入され、これにより時刻ｔ＋Δｔにおけるスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｔ＋Δｔ）及び筒内吸入空気流量ｍｃ（ｔ＋Δｔ）が算出される。そして、このような計算を繰り返すことによって、スロットル弁開度θｔ、大気圧Ｐａ、及び大気温度Ｔａから、任意の時刻ｔにおける筒内吸入空気流量ｍｃが算出され、算出された筒内吸入空気流量ｍｃに上記時間ΔＴ_180°を乗算することで、任意の時刻ｔにおける筒内充填空気量Ｍｃが算出される。

なお、内燃機関の始動時には、すなわち時刻ｔ＝０においては、吸気管内圧力Ｐｍは大気圧と等しい（Ｐｍ（０）＝Ｐａ）とされ、吸気管内温度Ｔｍは大気温度と等しい（Ｔｍ（０）＝Ｔａ）とされて、各モデルＭ２１〜Ｍ２３における計算が開始される。

また、上記吸入空気量モデルＭ２０では、大気温度Ｔａ及び大気圧Ｐａが一定であるとしているが、時刻によって変化する値としてもよく、例えば、大気温度を検出するための大気温センサによって時刻ｔにおいて検出された値を大気温度Ｔａ（ｔ）、大気圧を検出するための大気圧センサによって時刻ｔにおいて検出された値を大気圧Ｐａ（ｔ）として上記式（８）、式（１０）及び式（１１）に代入するようにしてもよい。

ところで、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いた場合には、上述したように筒内吸入空気流量ｍｃが吸気管内圧力Ｐｍを変数とする一次関数により算出され、その筒内吸入空気流量ｍｃが筒内充填空気量Ｍｃに変換されるようになっている。ここで、この一次関数に用いられる上記適合パラメータａ、ｂの値は通常、機関温度が暖機後の特定温度である場合の内燃機関に対して適合された値である。すなわち、上記適合パラメータａ、ｂのマップの作成に際しては、通常、機関温度が暖機後の特定温度である場合の内燃機関に対して適合が行われる。このため、例えば機関始動直後等の機関の冷間時においてはその時の機関回転数等に基づいて特定された適合パラメータａ、ｂを使用しても正確な筒内吸入空気流量ｍｃを算出できず、その結果、筒内充填空気量Ｍｃを正確に算出できない場合がある。

このような機関温度の違いにより生じる誤差を補正するためには、例えば、上記適合パラメータａ、ｂを用いた一次関数に基づいて算出された上記筒内充填空気量に機関温度または機関温度と相関のある機関冷却水温度に基づいて決定される補正係数を乗算するという方法が考えられる。しかしながら実際には、バルブタイミングや吸気管内圧力等が異なると吸気ポート７内に逆流する既燃ガスの量が異なるために機関温度の違いが筒内充填空気量に与える影響も異なるので、単純に機関温度または機関冷却水温度のみに基づいて決定される補正係数を上記一次関数に基づいて算出された上記筒内充填空気量に乗算しても充分な補正を行うことが出来ない場合がある。

すなわち、実際の内燃機関の運転では吸気弁６が閉弁するのが吸気下死点後となる場合があり、この場合には吸気下死点後に筒内から吸気ポート７内に筒内のガスが逆流することになる。このようにして吸気ポート７内に逆流したガスは、次に吸気弁６が開弁する時（吸気弁開弁時）まで吸気ポート７内に留まり、次の吸気弁開弁時に新気（新たに機関外から吸入される空気）と共に筒内に吸入されることになる。

上記のように吸気ポート７内に逆流した既燃ガスはそこで放熱し収縮することになるのであるが、この現象の筒内充填空気量に与える影響は機関温度の他、逆流する既燃ガスの量によっても異なる。このため、バルブタイミングや吸気管内圧力等が異なり吸気ポート７内に逆流する既燃ガスの量が異なると機関温度の違いが同程度であっても筒内充填空気量に与える影響は異なることになる。そのため、上記一次関数に基づいて算出された上記筒内充填空気量に単純に機関温度または機関冷却水温度のみに基づいて決定される補正係数を乗算しても充分な補正を行うことが出来ない場合がある。

また、機関温度の違いは吸入される空気の温度にも影響を与え、このことも上述したような機関温度の違いにより生じる誤差の要因となっている。ここで吸入される空気の温度変化は吸気ポート壁面等との熱伝達により生じるものであるが、その熱伝達率は吸気流速に比例することがわかっている。また、実際の伝熱量は吸気流速に大きな影響を受け、吸気流速が速いほど伝熱量は減少する傾向がある（そのために結果的には吸気流速が速いほど吸入される空気の温度変化は小さくなる傾向がある）。このようなことから、より適切な補正を実施する方法として、上記一次関数に基づいて算出された筒内充填空気量に乗算する補正係数を機関回転数に応じて変化させることが考えられる。

しかしながら、例えば本実施形態のように吸気弁の作用角（もしくはリフト量）を変更することが可能な内燃機関においては、同一機関回転数、同一筒内充填空気量であっても吸気流速が異なり、したがって上記熱伝達率や伝熱量が異なる場合がある。このようなことから、上記一次関数に基づいて算出された筒内充填空気量に乗算する補正係数を単純に機関回転数に応じて変化させてもより適切な補正を実施することが出来ない場合がある。

本実施形態では、以上のようなことを踏まえ、吸気弁の開閉弁特性の違いが上記のような機関温度の違いにより生ずる誤差に与える影響を考慮して上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した筒内充填空気量を補正し、吸気弁の開閉弁特性を変更できる内燃機関において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定できるようにしている。

以下、本実施形態で実施される上記補正について具体的に説明する。すなわち、本実施形態では、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した筒内充填空気量を基本筒内充填空気量Ｍｃｂとし、この値を機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁の開閉タイミングＶｔと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、吸気弁の作用角Ｓａとに基づいて補正して、筒内充填空気量Ｍｃを求めるようにしている。なお、本実施形態では機関温度を表す指標として機関冷却水温度Ｔｗを用いる。

図９は、本実施形態において上記補正のために実施される制御を示すフローチャートである。この制御がスタートすると、まずステップ１０１において、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、吸気弁６の作用角Ｓａの読込みが行われる。ここで、吸気弁６の開閉タイミングＶｔは予め定めた基準開閉タイミングからの進角又は遅角量で表される。

ステップ１０１において、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、吸気弁６の作用角Ｓａの読込みが行われると、次にステップ１０３に進み、排気弁閉弁時（すなわち、排気弁８の閉弁完了時）の吸気管内圧力Ｐｍｅが推定される。この推定は、上述した吸入空気量モデルＭ２０を用いて行われる。

ステップ１０３において、上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅが推定されると、次にステップ１０５に進む。ステップ１０５においては、ステップ１０１において読込んだ機関冷却水温度Ｔｗ、機関回転数Ｎｅ、吸気弁６の開閉タイミングＶｔ、及び吸気弁６の作用角Ｓａと、ステップ１０３において推定した上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとに基づいて補正係数Ｃｒが決定される。

この補正係数Ｃｒは、後続するステップ１０７において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算してその値を補正し、筒内充填空気量Ｍｃを求めるものである。本実施形態では、このような目的に適合する補正係数Ｃｒが得られるように、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、吸気弁６の作用角Ｓａと、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとを引数として予め補正係数Ｃｒのマップが作成されており、ステップ１０５においてはこのマップを用いて上記補正係数Ｃｒが求められる。なお、他の実施形態では、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、吸気弁６の作用角Ｓａと、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとを変数とした補正係数Ｃｒを求めるための関数を予め設定しておき、ステップ１０５においてはこの関数を用いて補正係数Ｃｒを求めるようにしてもよい。

図１０から図１５は、この補正係数Ｃｒと引数として用いられる上記の運転状態を表すパラメータ（すなわち、機関冷却水温度Ｔｗ、機関回転数Ｎｅ、吸気弁６の開閉タイミングＶｔ、吸気弁６の作用角Ｓａ、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅ）との関係を示す図の例である。

図１０には補正係数Ｃｒと機関冷却水温度Ｔｗとの関係が示されている。この図によれば、機関冷却水温度Ｔｗが高いほど、すなわち機関温度が高いほど、補正係数Ｃｒが小さくなるようになっている。ここで、上記機関温度が高いほど、上述した逆流ガスの収縮する度合は小さくなり、また吸入される空気の膨張する度合は大きくなる。このようなことから、補正係数Ｃｒと機関冷却水温度Ｔｗとが図１０に示すような関係を有することによって上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂを適切に補正することができ、筒内充填空気量Ｍｃの推定精度を向上することができる。

図１１には、上記機関温度が上記適合パラメータａ、ｂの適合が行われた暖機後の特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと吸気弁６の開閉タイミングＶｔ及び排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとの関係が示されている。図中の曲線Ｐｍｅ１、Ｐｍｅ２、Ｐｍｅ３は、それぞれ排気弁閉弁時の吸気管内圧力ＰｍｅがＰｍｅ１、Ｐｍｅ２、Ｐｍｅ３である場合の補正係数Ｃｒと吸気弁６の開閉タイミングＶｔとの関係を示しており、ここではＰｍｅ１＜Ｐｍｅ２＜Ｐｍｅ３である。

この図によれば、上記吸気弁６の開閉タイミングＶｔが進角されているほど補正係数Ｃｒが大きくなる傾向がある。また、上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅが大きいほど補正係数Ｃｒが小さくなる傾向がある。上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関温度が上記特定温度である場合に比べ、上述した逆流ガスの収縮する度合は大きくなる。また、上記吸気弁６の開閉タイミングＶｔが進角されているほどバルブオーバーラップ期間が長くなって上述した逆流ガスの量は多くなる傾向があり、したがって上記機関温度の違いの影響は大きくなる。一方、上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅが大きいほど上述した逆流ガスの量は少なくなる傾向があり、したがって上記機関温度の違いの影響は小さくなる。このようなことから、補正係数Ｃｒと吸気弁６の開閉タイミングＶｔ及び排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとが図１１に示すような関係を有することによって上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂを適切に補正することができ、筒内充填空気量Ｍｃの推定精度を向上することができる。

図１２には、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅ及び吸気弁６の開閉タイミングＶｔとの関係が示されている。図中の曲線Ｖｔ１、Ｖｔ２、Ｖｔ３は、それぞれ吸気弁６の開閉タイミングＶｔがＶｔ１、Ｖｔ２、Ｖｔ３である場合の補正係数Ｃｒと排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとの関係を示しており、ここではＶｔ１が最も遅角側のタイミングであり、Ｖｔ２、Ｖｔ３の順で次第に進角側のタイミングとなる。なお、図１２は実質的には図１１と同様の図であり、そこに示されている傾向も図１１と同様であるのでここでは詳細な説明は省略する。

図１３には、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと吸気弁６の作用角Ｓａ及び機関回転数Ｎｅとの関係が示されている。図中の曲線Ｎｅ１、Ｎｅ２、Ｎｅ３は、それぞれ機関回転数ＮｅがＮｅ１、Ｎｅ２、Ｎｅ３である場合の補正係数Ｃｒと吸気弁６の作用角Ｓａとの関係を示しており、ここではＮｅ１＜Ｎｅ２＜Ｎｅ３である。

この図によれば、上記吸気弁６の作用角Ｓａが大きいほど補正係数Ｃｒが小さくなる傾向がある。また、機関回転数Ｎｅが高いほど補正係数Ｃｒが小さくなる傾向がある。上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関温度が上記特定温度である場合に比べ、吸入される空気の膨張する度合は小さくなる。また、上記吸気弁６の作用角が大きいほど上述した吸気流速は速くなる傾向があり、吸気流速が速いほど結果的には吸入される空気への伝熱量が減少し吸入される空気の温度変化は小さくなる傾向があるので上記機関温度の違いの影響は小さくなる。同様に、機関回転数が高いほど上述した吸気流速は速くなるので上記機関温度の違いの影響は小さくなる。このようなことから、補正係数Ｃｒと吸気弁６の作用角Ｓａ及び機関回転数Ｎｅとが図１３に示すような関係を有することによって上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂを適切に補正することができ、筒内充填空気量Ｍｃの推定精度を向上することができる。

図１４には、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと機関回転数Ｎｅ及び吸気弁６の開閉タイミングＶｔとの関係が示されている。図中の曲線Ｖｔ４、Ｖｔ５、Ｖｔ６は、それぞれ吸気弁６の開閉タイミングＶｔがＶｔ４、Ｖｔ５、Ｖｔ６である場合の補正係数Ｃｒと機関回転数Ｎｅとの関係を示しており、ここではＶｔ４が最も遅角側のタイミングであり、Ｖｔ５、Ｖｔ６の順で次第に進角側のタイミングとなる。

この図によれば、機関回転数Ｎｅが高いほど補正係数Ｃｒが小さくなる傾向がある。また、上記吸気弁６の開閉タイミングが進角されているほど補正係数Ｃｒが大きくなる傾向がある。上述したように、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関温度が上記特定温度である場合に比べ、吸入される空気の膨張する度合は小さくなり、また上述した逆流ガスの収縮する度合は大きくなる。また、機関回転数Ｎｅが高いほど上述した吸気流速は速くなる傾向があり、吸気流速が速いほど結果的には吸入される空気への伝熱量が減少し吸入される空気の温度変化は小さくなる傾向があるので上記機関温度の違いの影響は小さくなる。一方、上記吸気弁６の開閉タイミングＶｔが進角されているほどバルブオーバーラップ期間が長くなって上述した逆流ガスの量は多くなる傾向があり、したがって上記機関温度の違いの影響は大きくなる。このようなことから、補正係数Ｃｒと機関回転数Ｎｅ及び吸気弁６の開閉タイミングＶｔとが図１４に示すような関係を有することによって上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂを適切に補正することができ、筒内充填空気量Ｍｃの推定精度を向上することができる。

図１５には、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅ及び機関回転数Ｎｅとの関係が示されている。図中の曲線Ｎｅ４、Ｎｅ５、Ｎｅ６は、それぞれ機関回転数ＮｅがＮｅ４、Ｎｅ５、Ｎｅ６である場合の補正係数Ｃｒと排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとの関係を示しており、ここではＮｅ４＜Ｎｅ５＜Ｎｅ６である。

この図によれば、上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅが大きいほど補正係数Ｃｒが小さくなる傾向がある。また、機関回転数Ｎｅが高いほど補正係数Ｃｒが小さくなる傾向がある。上述したように、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関温度が上記特定温度である場合に比べ、上述した逆流ガスの収縮する度合は大きくなり、また吸入される空気の膨張する度合は小さくなる。また、上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅが大きいほど上述した逆流ガスの量は少なくなる傾向があり、したがって上記機関温度の違いの影響は小さくなる。更に機関回転数Ｎｅが高いほど上述した吸気流速は速くなる傾向があり、吸気流速が速いほど結果的には吸入される空気への伝熱量が減少し吸入される空気の温度変化は小さくなる傾向があるので上記機関温度の違いの影響は小さくなる。このようなことから、補正係数Ｃｒと排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅ及び機関回転数Ｎｅとが図１５に示すような関係を有することによって上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂを適切に補正することができ、筒内充填空気量Ｍｃの推定精度を向上することができる。

ステップ１０５において上記補正係数Ｃｒが決定されると、ステップ１０７に進む。ステップ１０７においては、上述したように、ステップ１０５で決定された補正係数Ｃｒが上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算される（Ｍｃ＝Ｃｒ・Ｍｃｂ）。そしてこれにより、上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され、筒内充填空気量Ｍｃが求められ、本制御が終了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量Ｍｃｂを、機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、排気弁８が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、吸気弁６の作用角Ｓａとに基づいて補正して筒内充填空気量Ｍｃを求めるようになっている。このようにすると、吸気弁６の開閉タイミングＶｔを変更でき、且つ吸気弁６の作用角Ｓａを変更できる場合において、上述した逆流ガスの量の違いや吸気流速の違いを考慮して上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され筒内充填空気量Ｍｃが求められる。そしてこの結果、吸気弁６の開閉タイミングＶｔを変更でき、且つ吸気弁６の作用角Ｓａを変更できる場合において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

なお、上述したように本実施形態の変形例では、吸気弁６にバルブタイミング変更機構２３と作用角変更機構２５の何れか一方のみが設けられていてもよい。これまでの説明から容易に理解されると思われるので詳細な説明は省略するが、吸気弁６にバルブタイミング変更機構２３のみが設けられている場合には、機関温度が上記特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量Ｍｃｂが、機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、排気弁８が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅとに基づいて補正されて筒内充填空気量Ｍｃが求められ、吸気弁６に作用角変更機構２５のみが設けられている場合には、上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが、機関温度と、機関回転数Ｎｅと、排気弁８が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、吸気弁６の作用角Ｓａとに基づいて補正されて筒内充填空気量Ｍｃが求められる。

次に本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態は、図１に示した構成で実施され得るものである。また、この実施形態においても、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出された筒内充填空気量が基本筒内充填空気量Ｍｃｂとされ、その値が機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁の開閉タイミングＶｔと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、吸気弁の作用角Ｓａとに基づいて補正されて筒内充填空気量Ｍｃが求められるようになっている。なお、本実施形態においても機関温度を表す指標として機関冷却水温度Ｔｗが用いられる。また、以下の本実施形態に関する説明では上述した実施形態と共通する部分については原則として説明を省略する。

図１６は、本実施形態において上記補正のために実施される制御を示すフローチャートである。この制御がスタートするとまずステップ２０１において、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、吸気弁６の作用角Ｓａの読込みが行われる。そして、続くステップ２０３においては、排気弁閉弁時（すなわち、排気弁８の閉弁完了時）の吸気管内圧力Ｐｍｅが推定される。これらステップ２０１及びステップ２０３で実施される制御は、上述したステップ１０１及びステップ１０３で行われる制御と夫々同じである。

ステップ２０３において、上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅが推定されると、次にステップ２０５に進む。ステップ２０５においては、ステップ２０１において読込んだ機関冷却水温度Ｔｗと機関回転数Ｎｅとに基づいて第１の補正係数Ｃｒ１が決定される。この第１の補正係数Ｃｒ１は、機関回転数Ｎｅの影響を考慮するためのものであり、後述するステップ２１３において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算してその値を補正し、筒内充填空気量Ｍｃを求めるためのものである。

本実施形態では、このような目的に適合する第１の補正係数Ｃｒ１が得られるように、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅとを引数として予め第１の補正係数Ｃｒ１のマップが作成されており、ステップ２０５においてはこのマップを用いて上記第１の補正係数Ｃｒ１が求められる。なお、他の実施形態では、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅとを変数とした第１の補正係数Ｃｒ１を求めるための関数を予め設定しておき、ステップ２０５においてはこの関数を用いて第１の補正係数Ｃｒ１を求めるようにしてもよい。

ステップ２０５において上記第１の補正係数Ｃｒ１が決定されると、ステップ２０７に進む。ステップ２０７においては、ステップ２０１において読込んだ機関冷却水温度Ｔｗと吸気弁６の開閉タイミングＶｔとに基づいて第２の補正係数Ｃｒ２が決定される。この第２の補正係数Ｃｒ２は、吸気弁６の開閉タイミングＶｔの影響を考慮するためのものであり、上記第１の補正係数Ｃｒ１と同様、後述するステップ２１３において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算してその値を補正し、筒内充填空気量Ｍｃを求めるためのものである。

本実施形態では、このような目的に適合する第２の補正係数Ｃｒ２が得られるように、機関冷却水温度Ｔｗと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔとを引数として予め第２の補正係数Ｃｒ２のマップが作成されており、ステップ２０７においてはこのマップを用いて上記第２の補正係数Ｃｒ２が求められる。なお、他の実施形態では、機関冷却水温度Ｔｗと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔとを変数とした第２の補正係数Ｃｒ２を求めるための関数を予め設定しておき、ステップ２０７においてはこの関数を用いて第２の補正係数Ｃｒ２を求めるようにしてもよい。

ステップ２０７において上記第２の補正係数Ｃｒ２が決定されると、ステップ２０９に進む。ステップ２０９においては、ステップ２０１において読込んだ機関冷却水温度Ｔｗとステップ２０３において推定した上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとに基づいて第３の補正係数Ｃｒ３が決定される。この第３の補正係数Ｃｒ３は、上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅの影響を考慮するためのものであり、上記第１及び第２の補正係数Ｃｒ１及びＣｒ２と同様、後述するステップ２１３において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算してその値を補正し、筒内充填空気量Ｍｃを求めるためのものである。

本実施形態では、このような目的に適合する第３の補正係数Ｃｒ３が得られるように、機関冷却水温度Ｔｗと、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとを引数として予め第３の補正係数Ｃｒ３のマップが作成されており、ステップ２０９においてはこのマップを用いて上記第３の補正係数Ｃｒ３が求められる。なお、他の実施形態では、機関冷却水温度Ｔｗと、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとを変数とした第３の補正係数Ｃｒ３を求めるための関数を予め設定しておき、ステップ２０９においてはこの関数を用いて第３の補正係数Ｃｒ３を求めるようにしてもよい。

ステップ２０９において上記第３の補正係数Ｃｒ３が決定されると、ステップ２１１に進む。ステップ２１１においては、ステップ２０１において読込んだ機関冷却水温度Ｔｗと吸気弁６の作用角Ｓａとに基づいて第４の補正係数Ｃｒ４が決定される。この第４の補正係数Ｃｒ４は、吸気弁６の作用角Ｓａの影響を考慮するためのものであり、上記第１、第２及び第３の補正係数Ｃｒ１、Ｃｒ２及びＣｒ３と同様、後述するステップ２１３において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算してその値を補正し、筒内充填空気量Ｍｃを求めるためのものである。

本実施形態では、このような目的に適合する第４の補正係数Ｃｒ４が得られるように、機関冷却水温度Ｔｗと、吸気弁６の作用角Ｓａとを引数として予め第４の補正係数Ｃｒ４のマップが作成されており、ステップ２１１においてはこのマップを用いて上記第４の補正係数Ｃｒ４が求められる。なお、他の実施形態では、機関冷却水温度Ｔｗと、吸気弁６の作用角Ｓａとを変数とした第４の補正係数Ｃｒ４を求めるための関数を予め設定しておき、ステップ２１１においてはこの関数を用いて第４の補正係数Ｃｒ４を求めるようにしてもよい。

ステップ２１１において上記第４の補正係数Ｃｒ４が決定されると、ステップ２１３に進む。ステップ２１３においては、上述したように、ステップ２０５からステップ２１１で決定された各補正係数Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３、Ｃｒ４が上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算される（Ｍｃ＝Ｃｒ１・Ｃｒ２・Ｃｒ３・Ｃｒ４・Ｍｃｂ）。そしてこれにより、上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され、筒内充填空気量Ｍｃが求められ、本制御が終了する。

以上、説明したように本実施形態においては、機関温度が上記特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量Ｍｃｂに対し、機関温度と機関回転数Ｎｅとに基づいて定まる第１の補正係数Ｃｒ１と、機関温度と吸気弁６の開閉タイミングＶｔとに基づいて定まる第２の補正係数Ｃｒ２と、機関温度と排気弁８が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅとに基づいて定まる第３の補正係数Ｃｒ３と、機関温度と吸気弁６の作用角Ｓａとに基づいて定まる第４の補正係数Ｃｒ４とを乗算して筒内充填空気量Ｍｃを求めるようになっている。

このようにすると、吸気弁６の開閉タイミングＶｔを変更でき、且つ吸気弁６の作用角Ｓａを変更できる場合において、上述した逆流ガスの量の違いや吸気流速の違いを考慮して上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され筒内充填空気量Ｍｃが求められる。そしてこの結果、吸気弁６の開閉タイミングＶｔを変更でき、且つ吸気弁６の作用角Ｓａを変更できる場合において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

また、本実施形態では、上記第１から第４の補正係数Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３、Ｃｒ４が個別に定められるようになっている。このようにすると、各補正係数Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３、Ｃｒ４をマップもしくは関数から求めるようにする場合において、マップの引数の数もしくは関数中の変数の数を低減することができるので適合工数を低減することができると共に、制御実行時における制御負荷を低減することができる。

更に、上記第１から第４の補正係数Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３、Ｃｒ４が個別に定められることを利用して、他の実施形態においては、上記第１から第４の補正係数Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３、Ｃｒ４のうちの何れか一つのみ、もしくは上記第１から第４の補正係数Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３、Ｃｒ４のうちの二つまたは三つの補正係数の積を上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂに対して乗算して筒内充填空気量Ｍｃを求めるようにしてもよい。

すなわち、この場合、各補正係数Ｃｒ１、Ｃｒ２、Ｃｒ３、Ｃｒ４に対応する運転状態を表すパラメータ（すなわち例えば、吸気弁の開閉タイミングや排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力等）の影響を必要もしくは状況に応じて選択的に考慮するようにできるので、より多様な状況に対する適用が容易になり、より多様な状況において適切に上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂを補正して筒内充填空気量Ｍｃを求めることができる。

次に本発明の更に他の実施形態について説明する。この実施形態も図１に示した構成によって実施可能なものである。また、この実施形態においても、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出された筒内充填空気量が基本筒内充填空気量Ｍｃｂとされ、その値が機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁の開閉タイミングＶｔと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、吸気弁の作用角Ｓａとに基づいて補正されて筒内充填空気量Ｍｃが求められるようになっている。

そして特にこの実施形態においては、実際の現象に即した補正を行うようになっている。すなわち、機関温度の違いよって筒内充填空気量に誤差が生ずる要因は、実際の現象を考えると吸入される空気に関するものと、吸気ポート内へ逆流するガスに関するものとの二つに分けられる。つまり、吸入される空気に関しては、機関温度の違い及び吸気流速の違いに起因した吸入空気への伝熱量の違いと吸気流速の違いによる熱伝達率の違いに起因した吸入空気への伝熱量の違いとから生じる吸入空気の温度の違いのために吸入される空気の膨張する度合が異なり、それによって筒内に充填される空気量が異なることが考えられる。また、吸気ポート内へ逆流するガスに関しては、逆流するガスの量の違い、及び機関温度の違いによる逆流ガスの収縮する度合の違いによって新気の吸入開始時期が異なり、それによって筒内に充填される空気量が異なることが考えられる。

本実施形態では、以上のようなことを踏まえ、吸入空気に関する補正係数と逆流ガスに関する補正係数とを別個に定めるようにして、実際の現象に即したより厳密な補正を行うようにしている。なお、本実施形態においても機関温度を表す指標として機関冷却水温度Ｔｗが用いられる。また、以下の本実施形態に関する説明においても上述した他の実施形態と共通する部分については原則として説明を省略する。

図１７は、本実施形態において上記補正のために実施される制御を示すフローチャートである。この制御がスタートするとまずステップ３０１において、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、吸気弁６の作用角Ｓａの読込みが行われる。そして、続くステップ３０３においては、排気弁閉弁時（すなわち、排気弁８の閉弁完了時）の吸気管内圧力Ｐｍｅが推定される。これらステップ３０１及びステップ３０３で実施される制御は、上述したステップ１０１及びステップ１０３、もしくはステップ２０１及びステップ２０３で行われる制御と夫々同じである。

ステップ３０３において、上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅが推定されると、次にステップ３０５に進む。ステップ３０５においては、ステップ３０１において読込んだ機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の作用角Ｓａとに基づいて吸気流速Ｑａが推定される。本実施形態では、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の作用角Ｓａとを引数として予め吸気流速Ｑａのマップが作成されており、ステップ３０５においてはこのマップを用いて上記吸気流速Ｑａが求められる。なお、他の実施形態では、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の作用角Ｓａとを変数とした吸気流速Ｑａを求めるための関数を予め設定しておき、ステップ３０５においてはこの関数を用いて吸気流速Ｑａを求めるようにしてもよい。

ステップ３０５において上記吸気流速Ｑａが推定されると、ステップ３０７に進む。ステップ３０７においては、ステップ３０１において読込んだ機関回転数Ｎｅ、吸気弁６の開閉タイミングＶｔ、及び吸気弁６の作用角Ｓａと、ステップ３０３において推定した上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとに基づいて筒内から吸気ポート内に逆流するガスの量Ｖｇが推定される。本実施形態では、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、吸気弁６の作用角Ｓａと、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとを引数として予め上記逆流ガス量Ｖｇのマップが作成されており、ステップ３０７においてはこのマップを用いて上記逆流ガス量Ｖｇが求められる。なお、他の実施形態では、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、吸気弁６の作用角Ｓａと、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとを変数とした逆流ガス量Ｖｇを求めるための関数を予め設定しておき、ステップ３０７においてはこの関数を用いて逆流ガス量Ｖｇを求めるようにしてもよい。

ステップ３０７において上記逆流ガス量Ｖｇが推定されると、ステップ３０９に進む。ステップ３０９においては、ステップ３０１において読込んだ機関冷却水温度Ｔｗと、ステップ３０５において推定した上記吸気流速Ｑａとに基づいて吸入空気補正係数Ｃｒａが決定される。この吸入空気補正係数Ｃｒａは、機関温度の違いと吸気流速の違いとに起因して生じる誤差を補正するものであり、後述するステップ３１３において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算してその値を補正し、筒内充填空気量Ｍｃを求めるためのものである。

本実施形態では、このような目的に適合する吸入空気補正係数Ｃｒａが得られるように、機関冷却水温度Ｔｗと、吸気流速Ｑａとを引数として予め吸入空気補正係数Ｃｒａのマップが作成されており、ステップ３０９においてはこのマップを用いて上記吸入空気補正係数Ｃｒａが求められる。なお、他の実施形態では、機関冷却水温度Ｔｗと、吸気流速Ｑａとを変数とした吸入空気補正係数Ｃｒａを求めるための関数を予め設定しておき、ステップ３０９においてはこの関数を用いて吸入空気補正係数Ｃｒａを求めるようにしてもよい。

ステップ３０９において上記吸入空気補正係数Ｃｒａが決定されると、ステップ３１１に進む。ステップ３１１においては、ステップ３０１において読込んだ機関冷却水温度Ｔｗ及び機関回転数Ｎｅと、ステップ３０３において推定した上記排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、ステップ３０７において推定した上記逆流ガス量Ｖｇとに基づいて逆流ガス補正係数Ｃｒｇが決定される。この逆流ガス補正係数Ｃｒｇは、機関温度の違いと逆流ガス量の違いとに起因して生じる誤差を補正するものであり、上記吸入空気補正係数Ｃｒａと同様、後述するステップ３１３において、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算してその値を補正し、筒内充填空気量Ｍｃを求めるためのものである。

本実施形態では、このような目的に適合する逆流ガス補正係数Ｃｒｇが得られるように、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅと、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、逆流ガス量Ｖｇとを引数として予め逆流ガス補正係数Ｃｒｇのマップが作成されており、ステップ３１１においてはこのマップを用いて上記逆流ガス補正係数Ｃｒｇが求められる。なお、他の実施形態では、機関冷却水温度Ｔｗと、機関回転数Ｎｅと、排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、逆流ガス量Ｖｇとを変数とした逆流ガス補正係数Ｃｒｇを求めるための関数を予め設定しておき、ステップ３１１においてはこの関数を用いて逆流ガス補正係数Ｃｒｇを求めるようにしてもよい。

ステップ３１１において上記逆流ガス補正係数Ｃｒｇが決定されると、ステップ３１３に進む。ステップ３１３においては、上述したように、ステップ３０９で決定された吸入空気量補正係数Ｃｒａとステップ３１１で決定された逆流ガス補正係数Ｃｒｇとが上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて算出した基本筒内充填空気量Ｍｃｂに乗算される（Ｍｃ＝Ｃｒａ・Ｃｒｇ・Ｍｃｂ）。そしてこれにより、上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され、筒内充填空気量Ｍｃが求められ、本制御が終了する。

以上、説明したように本実施形態においては、機関温度が上記特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量Ｍｃｂに対し、機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、排気弁８が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、吸気弁６の作用角Ｓａとに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと筒内から吸気ポート内に逆流するガスの量Ｖｇの違いとに起因して生ずる誤差について補正する逆流ガス補正係数Ｃｒｇと、機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の作用角Ｓａとに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと吸気流速Ｑａの違いとに起因して生じる誤差について補正する吸入空気補正係数Ｃｒａとを乗算して筒内充填空気量Ｍｃを求めるようになっている。

このようにすると、吸気弁６の開閉タイミングＶｔを変更でき、且つ吸気弁６の作用角Ｓａを変更できる場合において、より実際の現象に即して上述した逆流ガスの量の違いや吸気流速の違いを考慮して上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂが補正され筒内充填空気量Ｍｃが求められる。そしてこの結果、吸気弁６の開閉タイミングＶｔを変更でき、且つ吸気弁６の作用角Ｓａを変更できる場合において、内燃機関の温度状態（すなわち、機関温度）にかかわらず、吸入空気量を精度良く推定することが可能となる。

また、本実施形態では、上記逆流ガス補正係数Ｃｒｇと上記吸入空気補正係数Ｃｒａとが個別に定められるようになっている。このことを利用して他の実施形態では、上記逆流ガス補正係数Ｃｒｇと上記吸入空気補正係数Ｃｒａの何れか一方のみを上記基本筒内充填空気量Ｍｃｂに対して乗算して筒内充填空気量Ｍｃを求めるようにしてもよい。この場合、上記機関温度の違いの筒内充填空気量に与える影響のうち、逆流ガスに関するもの（より詳細には上記逆流ガスの量に関連する影響）と吸入される空気に関するもの（より詳細には上記吸気流速に関連する影響）とを選択的に考慮するようにできるので、より多様な状況に対する適用が容易になり、より多様な状況において適切に上記基本筒内充填空気量を補正して筒内充填空気量を求めることができる。

なお、本実施形態の変形例では、吸気弁６にバルブタイミング変更機構２３と作用角変更機構２５の何れか一方のみが設けられていてもよい。これまでの説明から容易に理解されると思われるので詳細な説明は省略するが、吸気弁６にバルブタイミング変更機構２３のみが設けられている場合には、上記逆流ガス補正係数Ｃｒｇが、機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の開閉タイミングＶｔと、排気弁８が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅとに基づいて定められると共に上記吸入空気補正係数Ｃｒａが、機関温度と、機関回転数Ｎｅとに基づいて定められる。一方、吸気弁６に作用角変更機構２５のみが設けられている場合には、上記逆流ガス補正係数Ｃｒｇが、機関温度と、機関回転数Ｎｅと、排気弁８が閉弁する時の吸気管内圧力Ｐｍｅと、吸気弁６の作用角Ｓａ量とに基づいて定められると共に上記吸入空気補正係数Ｃｒａが、機関温度と、機関回転数Ｎｅと、吸気弁６の作用角Ｓａとに基づいて定められる。

図１は、本発明の内燃機関の吸入空気量推定装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。 図２は、吸入空気量モデルを示す図である。 図３は、スロットル弁開度と流量係数との関係を示す図である。 図４は、関数Φ（Ｐｍ／Ｐａ）を示す図である。 図５は、スロットルモデルの基本概念を示す図である。 図６は、吸気管モデルの基本概念を示す図である。 図７は、吸気弁モデルの基本概念を示す図である。 図８は、筒内充填空気量及び筒内吸入空気流量の定義に関する図である。 図９は、本発明の一実施形態において実施される制御を示すフローチャートである。 図１０は、補正係数Ｃｒと機関冷却水温度Ｔｗとの関係を示す図である。 図１１は、機関温度が適合パラメータａ、ｂの適合が行われた特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと吸気弁の開閉タイミングＶｔ及び排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅとの関係を示す図である。 図１２は、機関温度が上記特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅ及び吸気弁の開閉タイミングＶｔとの関係を示す図である。 図１３は、機関温度が上記特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと吸気弁の作用角Ｓａ及び機関回転数Ｎｅとの関係を示す図である。 図１４は、機関温度が上記特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと機関回転数Ｎｅ及び吸気弁の開閉タイミングＶｔとの関係を示す図である。 図１５は、機関温度が上記特定温度よりも低い場合における補正係数Ｃｒと排気弁閉弁時の吸気管内圧力Ｐｍｅ及び機関回転数Ｎｅとの関係が示されている。 図１６は、本発明の他の実施形態において実施される制御を示すフローチャートである。 図１７は、本発明の更に他の実施形態において実施される制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
５ 燃焼室
６ 吸気弁
７ 吸気ポート
８ 排気弁
９ 排気ポート
１１ 燃料噴射弁
１３ 吸気管
１８ スロットル弁
２３ バルブタイミング変更機構
２５ 作用角（リフト量）変更機構
２７ 冷却水温度センサ

Claims (13)

1. 機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、該基本筒内充填空気量を、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力とに基づいて補正して筒内充填空気量を求める、内燃機関の吸入空気量推定装置。
2. 機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、該基本筒内充填空気量を、機関温度と、機関回転数と、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて補正して筒内充填空気量を求める、内燃機関の吸入空気量推定装置。
3. 機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、該基本筒内充填空気量を、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて補正して筒内充填空気量を求める、内燃機関の吸入空気量推定装置。
4. 上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記吸気弁の開閉タイミングが進角されているほど上記補正係数が大きくなるようになっている、請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
5. 上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記吸気弁の開閉タイミングが進角されているほど上記補正係数が大きくなるようになっている、請求項３に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
6. 上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記吸気弁の作用角もしくはリフト量が大きいほど上記補正係数が小さくなるようになっている、請求項２、３及び５の何れか一項に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
7. 上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、該補正係数は上記機関温度が高いほど小さくなるようになっている、請求項１から６の何れか一項に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
8. 上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記機関回転数が高いほど上記補正係数が小さくなるようになっている、請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
9. 上記筒内充填空気量は上記基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して求められ、上記機関温度が上記特定温度よりも低い場合においては、上記排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力が大きいほど上記補正係数が小さくなるようになっている、請求項１から８の何れか一項に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
10. 機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、該基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して筒内充填空気量を求める内燃機関の吸入空気量推定装置であって、上記補正係数は、機関温度と機関回転数とに基づいて定まる第１の補正係数と、機関温度と吸気弁の開閉タイミングとに基づいて定まる第２の補正係数と、機関温度と排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力とに基づいて定まる第３の補正係数と、機関温度と吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる第４の補正係数とのうちの少なくとも二つの補正係数の積であるか、または上記第２から第４の補正係数のうちの何れかである、内燃機関の吸入空気量推定装置。
11. 機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、該基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して筒内充填空気量を求める内燃機関の吸入空気量推定装置であって、
    上記補正係数は、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと筒内から吸気ポート内に逆流するガスの量の違いとに起因して生ずる誤差について補正する逆流ガス補正係数であるか、または、該逆流ガス補正係数と、機関温度と機関回転数とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと吸気流速の違いとに起因して生じる誤差について補正する吸入空気補正係数との積である、内燃機関の吸入空気量推定装置。
12. 機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、該基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して筒内充填空気量を求める内燃機関の吸入空気量推定装置であって、
    上記補正係数は、機関温度と、機関回転数と、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと筒内から吸気ポート内に逆流するガスの量の違いとに起因して生ずる誤差について補正する逆流ガス補正係数と、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと吸気流速の違いとに起因して生じる誤差について補正する吸入空気補正係数とのうちの一方であるか、または、これらの補正係数の積である、内燃機関の吸入空気量推定装置。
13. 機関温度が特定温度である場合の筒内充填空気量である基本筒内充填空気量を推定し、該基本筒内充填空気量に補正係数を乗算して筒内充填空気量を求める内燃機関の吸入空気量推定装置であって、
    上記補正係数は、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、排気弁が閉弁する時の吸気管内圧力と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと筒内から吸気ポート内に逆流するガスの量の違いとに起因して生ずる誤差について補正する逆流ガス補正係数と、機関温度と、機関回転数と、吸気弁の作用角もしくはリフト量とに基づいて定まる補正係数であって機関温度の違いと吸気流速の違いとに起因して生じる誤差について補正する吸入空気補正係数とのうちの一方であるか、または、これらの補正係数の積である、内燃機関の吸入空気量推定装置。

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