JP2007077935A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】過渡運転時に吸排気バルブ等の各種デバイスの動作に応じて、変化するシリンダ内空気量を正確に推定し、燃料噴射量、点火時期を最適に制御する。
【解決手段】エンジン制御装置にエンジン動作をシミュレートするエンジンモデルを実装し、このエンジンモデルにより所定時間経過後の各パラメータを予測し、この予測結果が目標値になるように各デバイスを制御する。また、エンジンモデルの誤差は、各種センサの結果に基づき修正されるようにする。
【選択図】図３
【解決手段】エンジン制御装置にエンジン動作をシミュレートするエンジンモデルを実装し、このエンジンモデルにより所定時間経過後の各パラメータを予測し、この予測結果が目標値になるように各デバイスを制御する。また、エンジンモデルの誤差は、各種センサの結果に基づき修正されるようにする。
【選択図】図３
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、目標トルクに基づいて、空気量、燃料噴射量、点火時期等を制御するトルクベース制御方式の内燃機関の制御装置に関する。
内燃機関（以下、エンジンと云うことがある）の制御装置として、内燃機関の目標出力トルクを算出し、算出した目標出力トルクと機関回転速度とに基いて設定空燃比を算出し、目標出力トルクと設定空燃比とに基いて目標シリンダ空気量を算出し、目標シリンダ空気量と機関回転速度に基いて目標吸入空気量を算出し、その目標吸入空気量に対して所定の進み特性のフィルタ処理を施した目標吸入空気量に基いて吸入空気量の制御を行なうものがある（例えば、特許文献１）。
吸入空気量を変化させる制御要素としては、バルブリフトの特性等が挙げられ、可変バルブ機構、バルブリフト量（およびバルブ作動角）を制御することによって吸入空気量を制御するものがある（例えば、特許文献２）。
また、新しいロジックのエンジン制御方式として、トルクベース（トルクデマンド）制御方式が実用化されている。このエンジン制御方式の開発背景としては、車両用エンジンにおけるトラクションコントロール等のように、エンジン外部からエンジン側へ要求されるトルクが増え、その処理部が必要となったこと、キーデバイスである電制スロットルが実用化したこと等がある。
具体的な制御内容としては、ドライバのアクセル操作の他、アイドル要求トルクや車体制御等の外部要求トルクを総合的に判断して目標エンジントルクを設定し、それを達成するように燃料噴射量および吸入空気量を制御するものである。
エンジントルクは、燃料噴射量に大きく依存するため、目標エンジントルクの実現には燃料制御が重要である。同時に排気ガス浄化触媒の高効率利用の観点より、空燃比を所望値に合わせることも必須の要求である。
すなわち、トルクベース制御においては、燃料制御と空燃比制御の制御精度の両立が重要となる。トルクベース制御として提案されている方式は、燃料噴射量の決定方法により、次の２種類が存在する。
その一つは、実吸入空気量を計測した後に燃料噴射量を決定する空気主導（先行）型のものであり（例えば、特許文献３）、もう一つは、目標トルク演算結果を基に直接燃料噴射量を決定する燃料主導（先行）型である（例えば、特許文献４）。
空気主導型のトルクベース制御では、目標トルクの演算結果を基に目標空気量を演算し、目標空気量を得るべく電制スロットルの駆動部へ目標スロットル開度の指令信号を送信し、それに応じてシリンダ（燃焼室）内に吸入される実空気量をエアフローセンサ等の空気量センサにより計測し、計測した実空気量と目標空燃比に基づいて燃料噴射量を決定する。
空気主導型のトルクベース制御では、実空気量を基に燃料噴射量を決定することから、空燃比精度は保証される特徴がある。しかし、トルクを決める燃料噴射量は空気量を介して決定されるため、空気量制御の精度如何では、発生トルクが目標トルクから大きく外れることがある。
一方、燃料主導型のトルクベース制御においては、目標トルク演算結果を基に、所望の空燃比となるように目標燃料噴射量と目標空気量を決定し、それぞれ燃料噴射を行うインジェクタと電制スロットルに対応する指令信号が送信される。
燃料主導型のトルクベース制御では、燃料噴射量、空気量それぞれが、目標値どおりに実現されない場合、所望の空燃比が得られない欠点がある。特に、吸入空気量については、目標空気量と実空気量を一致させるのが困難であり、空気量制御の精度向上が大きな課題となる。
特開平１１−２２５１１号公報
特開２００４−０４４５４９号公報
特開平１０−８９１４０号公報
特開平１−３１３６３６号公報
従来の技術では、空気量センサの出力をもとに内燃機関に装着された各種アクチュエータを、予め決められた運転状態に応じて制御を実施している。しかし、空気量センサは、可変吸気バルブ等、内燃機関に装備されている各種アクチュエータの上流側に位置しているため、各種アクチュエータの動作後の空気流量しか測定できない。このため、特に、過運転時におけるシリンダへの吸入空気量を正確に計測することができない。このため、燃料噴射量、点火時期を最適に制御することができない。
本発明は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、過渡運転時に各種アクチュエータの動作に応じて変化するシリンダ内空気量を正確に推定し、燃料噴射量、点火時期を最適に制御する内燃機関の制御装置を提供することである。
本発明による内燃機関の制御装置は、スロットルバルブによって内燃機関への空気量を制御するスロットル制御装置と、吸気バルブを所定の位置に動作させる吸気バルブ制御装置と、前記吸気バルブの動作状態を検出する吸気バルブセンサと、燃料供給を行う燃料噴射装置と、点火を行う点火装置とを有する内燃機関の制御装置において、前記吸気バルブセンサの出力に応じて吸気バルブ通過空気量を推定する吸気バルブ通過空気量推定モデル部と、前記吸気バルブセンサの出力に応じてシリンダ内残留ガス量を推定するシリンダ内残留ガス推定モデル部と、前記吸気バルブ通過空気量推定モデル部によって推定された吸気バルブ通過空気量に応じてシリンダ内吸気圧力を推定するシリンダ内吸気圧力推定モデル部と、前記シリンダ内吸気圧力推定モデル部によって推定されたシリンダ内吸気圧力と前記シリンダ内残留ガス推定モデル部によって推定されたシリンダ内残留ガス量に応じてシリンダ内空気量を推定するシリンダ内空気量推定モデル部とを有し、前記シリンダ内空気量推定モデル部によって推定されたシリンダ内空気量に基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射と前記点火装置による点火時期の少なくとも何れか一方の制御する。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、燃料タンクの蒸発ガスを機関吸気系にパージするパージ装置によるパージ空気流量を算出するパージ空気流量演算部を有し、前記パージ空気流量演算部によって算出されたパージ空気流量によって、前記シリンダ内空気量推定モデル部により推定されたシリンダ内空気量を燃焼寄与空気量として補正する。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、排気ガス再循環装置によるＥＧＲ空気流量を算出するＥＧＲ空気流量演算部を有し、前記ＥＧＲ空気流量演算部によって算出されたＥＧＲ空気流量によって、前記シリンダ内空気量推定モデル部により推定されたシリンダ内空気量を燃焼寄与空気量として補正する。
本発明による内燃機関の制御装置は、更に、目標燃焼トルクに基づいて目標シリンダ内空気量を算出する目標シリンダ内空気量算出モデル部を有し、前記スロットル制御装置と前記吸気バルブ制御装置は、前記目標シリンダ内空気量推定モデル部によって算出された目標シリンダ内空気量と前記シリンダ内空気量推定モデル部によって推定されたシリンダ内空気量との差が減少するように動作する。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記各推定モデル部による推定モデルを、吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力あるいは空燃比センサ検出される空燃比に応じて修正する。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記推定モデル部による推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ部の圧力と前記吸気管圧力センサの圧力との偏差が小さくなるように推定モデルを修正する。
本発明による内燃機関の制御装置は、吸気バルブを所定の位置に動作させる吸気バルブ制御装置と、前記吸気バルブの動作状態を検出する吸気バルブセンサと、燃料供給を行う燃料噴射装置と、点火を行う点火装置とを有する内燃機関の制御装置において、前記吸気バルブセンサの出力に応じて吸気バルブ通過空気量を算出する吸気バルブ空気流量演算手段と、前記吸気バルブ空気流量演算部によって算出された吸気バルブ空気流量に応じてシリンダ内吸気圧力を算出するシリンダ内吸気圧演算手段と、前記シリンダ内吸気圧演算手段によって算出されたシリンダ内吸気圧力に応じてシリンダ内空気流量を算出するシリンダ内空気流量演算手段と、燃料タンクの蒸発ガスを機関吸気系にパージするパージ装置によるパージ空気流量を算出するパージ空気流量演算手段と、排気ガス再循環装置によるＥＧＲ空気流量を算出するＥＧＲ空気流量演算手段と、前記吸気バルブセンサの出力に応じてバルブオーバラップによるシリンダ内残留ガス流量を算出するシリンダ内残留ガス流量演算手段と、前記シリンダ内空気流量演算手段によって算出されたシリンダ内空気流量と前記パージ空気流量演算手段によって算出されたパージ空気流量と前記ＥＧＲ空気演算手段によって算出されたＥＧＲ空気流量とシリンダ内残留ガス流量演算手段によって算出されたシリンダ内残留ガス流量とから燃焼寄与空気量を算出する燃焼寄与空気量演算手段とを有し、前記燃焼寄与空気量演算手段によって算出された燃焼寄与空気量に基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射と前記点火装置による点火時期の少なくとも何れか一方の制御する。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、インテークコレクタ部の圧力を推定するインテークコレクタ部圧力推定演算手段と、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサとを有し、前記インテークコレクタ部圧力推定演算手段によって推定されたインテークコレクタ部推定圧力と前記吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、前記吸気バルブ空気流量演算手段による吸気バルブ空気流量の演算に用いる吸気バルブ開口面積を補正する。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、インテークコレクタ部の圧力を推定するインテークコレクタ部圧力推定演算手段と、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサとを有し、前記インテークコレクタ部圧力推定演算手段によって推定されたインテークコレクタ部推定圧力と前記吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、前記ＥＧＲ空気流量演算部によるＥＧＲ空気流量の演算に用いるＥＧＲバルブ開口面積を補正する。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、インテークコレクタ部の圧力を推定するインテークコレクタ部圧力推定演算手段と、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサとを有し、前記インテークコレクタ部圧力推定演算手段によって推定されたインテークコレクタ部推定圧力と前記吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、前記シリンダ内残留ガス流量演算手段によるシリンダ内残留ガス流量の演算に用いるバルブオーバラップ開口面積を補正する。
本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、インテークコレクタ部の圧力を推定するインテークコレクタ部圧力推定演算手段と、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサとを有し、前記インテークコレクタ部圧力推定演算手段によって推定されたインテークコレクタ部推定圧力と前記吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、前記パージ空気流量演算手段によるパージ空気流量の演算に用いるパージ開口面積を補正する。
本発明は、上記各種推定モデルをエンジンモデルとし、エンジン制御装置にエンジン動作をシミュレートするエンジンモデルを実装し、このエンジンモデルにより所定時間経過後の各パラメータを予測し、この予測結果が目標値になるように各アクチュエータを制御するものであり、各種アクチュエータの動作状態が急激に変化する過渡運転時におけるシリンダ内空気量を、エンジンモデルを用いたシリンダ内空気量推定モデルにより決定されるシリンダ流入空気量により、燃料噴射量や点火時期を求めることにより、過渡運転時のトルク変動や排気悪化等を防止できる。
本発明の内燃機関の制御装置の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施形態の制御装置が適用される燃料噴射式の内燃機関のシステム構成を示している。
図１は、本発明の一つの実施形態の制御装置が適用される燃料噴射式の内燃機関のシステム構成を示している。
本実施形態の内燃機関１０は、Ｖ型エンジンとして構成されている。内燃機関１０は、エンジンブロック１１に形成されたシリンダボア１２内にピストン１３を有し、各バンクにおいて複数個の燃焼室（シリンダ室）１４を画定している。ピストン１３はコネクティングロッド４３によってクランク軸４４に駆動連結されている。
エンジンブロック１１にはクランク軸４４の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ４５と、冷却水温度を検出する水温センサ４６が取り付けられている。
エアークリーナ１５には、吸入空気量を計測する空気量センサ１６と、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ１７が設けられている。
空気は、エアークリーナ１５より取り入れられ、吸入空気量を制御するスロットルバルブ１８を備えた絞り弁組立体、すなわちスロットルボディ１９と吸気管２０Ａを通り、インテークコレクタ（サージタンク）２０に入る。スロットルバルブ１８は燃焼室１４への空気量を制御する電動式のスロットル制御装置、いわゆる電制スロットルである。
スロットルボディ１９にはスロットルバルブ１８の開度を検出するスロットルセンサ２１が取り付けられている。吸気管２０Ａには吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ４９が取り付けられている。
インテークコレクタ２０には内燃機関１０の各気筒（燃焼室１４）に空気を分岐供給する吸気分岐管２２が接続されている。吸気分岐管２２には、燃料供給を行う燃料噴射装置として、各気筒毎に燃料噴射弁２３が取り付けられている。
内燃機関１０の吸気側には、吸気ポート２４を開閉する吸気バルブ２５、吸気バルブ２５を所定の位置に動作させる吸気バルブ制御装置として吸気バルブ２５を可変動作できる吸気可変動弁機構２６が設けられている。なお、図１では図示を省略しているが、機関吸気側には吸気バルブ２５の動作状態を検出する吸気バルブセンサ４８（図３参照）が設けられている。
内燃機関１０の排気側には、排気ポート２７を開閉する排気バルブ２８、排気バルブ２８を可変動作できる排気可変動弁機構２９が設けられている。排気ポート２７には途中に触媒コンバータ３０を取り付けられている排気管３１が接続されている。触媒コンバータ３０の上流側には空燃比センサ４１が、触媒コンバータ３０の下流側には酸素センサ４２が各々取り付けられている。
内燃機関１０には排気ガス再循環通路３２が設けられている。排気ガス再循環通路３２にはＥＧＲバルブ３３が取り付けられている。ＥＧＲバルブ３３は排気ガスの一部を吸気系に戻すＥＧＲ量を制御する。
燃料噴射弁２３には、燃料タンク３４の燃料が燃料ポンプ３５によって加圧され、プレッシャレギュレータ４７によって調圧されて供給される。燃料タンク３４には、燃料タンク３４の蒸発ガスを機関吸気系にパージするパージ装置として、燃料タンク３４内の蒸発ガスを吸着するキャニスタ３６が設けられている。
キャニスタ３６に吸着された燃料は、燃料タンク３４の蒸発ガスを機関吸気系にパージするパージ装置として設けられているパージ通路３７、パージバルブ３８を通って吸気系に戻される。
内燃機関１０には、点火装置として、各燃焼室１４毎に点火プラグ３９が取り付けられている。点火プラグ３９は点火コイル４０によって放電電圧を印加され、火花放電によって燃焼室１４の燃料と空気との混合気の点火を行う。
内燃機関１０は、制御装置として、電子制御式のエンジン制御装置１００（以下、ＥＣＵと云う）を有する。ＥＣＵ１００は、空気量センサ１６、吸気温センサ１７、スロットルセンサ２１、空燃比センサ４１、酸素センサ４２、クランク角センサ４５、水温センサ４６、の各々よりセンサ信号を入力し、演算処理を行い、スロットルバルブ１８、燃料噴射弁２３、プレッシャレギュレータ４７、点火コイル４０、吸気可変動弁機構２６、排気可変動弁機構２９、ＥＧＲバルブ３３、パージバルブ３８の各々に対して制御指令信号を出力する。
ＥＣＵ１００は、図２に示されているように、入力回路１０１、Ａ／Ｄ変換部１０２、ＣＰＵ（中央演算部）１０３、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０５、出力回路１０６を含んだコンピュータにより構成されいる。
入力回路１０１は上述のセンサ類より出力された信号を入力信号として取り込む。この入力信号がアナログ信号（スロットルセンサ２１、水温センサ４６からの信号）の場合には、入力回路１０１は、該信号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変換部１０２に出力する。
ＣＰＵ１０３は、入力回路１０１およびＡ／Ｄ変換部１０２によってＡ／Ｄ変換されたセンサ信号を入力し、ＲＯＭ１０４に記憶された制御ロジック（プログラム）を実行することによって制御、診断等を実行する。
ＣＰＵ１０３で演算された演算結果及びＡ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１０５に一時的に記憶されると共に、演算結果による制御指令信号は、出力回路１０６より燃料噴射弁２３、点火コイル４０等のアクチュエータ類に出力され、これらアクチュエータ類の制御に用いられる。
ＥＣＵ１００は、図３に示されているように、ＣＰＵ１０３がコンピュータプログラムを実行することによるソフトウェア処理により、スロットル通過空気量推定モデル部２０１、吸気バルブ通過空気量推定モデル部２０２、シリンダ内吸気圧力推定モデル部２０３、シリンダ内残留ガス推定モデル部２０４、シリンダ内空気量推定モデル部２０５、燃料噴射制御モデル部２０６、点火時期制御モデル部２０７、目標シリンダ内空気量算出モデル部２０８、スロットル制御モデル部２０９、吸気バルブ制御モデル部２１０によるエンジンモデルを構成する。
スロットル通過空気量推定モデル部２０１は、スロットルセンサ２１の出力に基づいてスロットル制御装置５１（スロットルバルブ１８）の前後圧力と、スロットル通過空気量を、数学的演算によって推定する。
吸気バルブ通過空気量推定モデル部２０２は、吸気バルブセンサ４８の出力に基づいて吸気バルブ制御装置５２（吸気バルブ２５）の前後圧力と、吸気バルブ通過空気量を、数学的演算によって推定する。
シリンダ内吸気圧力推定モデル部２０３は、吸気バルブ通過空気量推定モデル部２０２によって推定された吸気バルブ通過空気量に基づいてシリンダ内吸気圧力を、数学的演算によって推定する。
シリンダ内残留ガス推定モデル部２０４は、吸気バルブセンサ４８の出力に基づいてシリンダ内残留ガス量を、数学的演算によって推定する。
シリンダ内空気量推定モデル部２０５は、シリンダ内吸気圧力推定モデル部２０３によって推定されたシリンダ内吸気圧力と、シリンダ内残留ガス推定モデル部２０４によって推定されたシリンダ内残留ガス量に基づいてシリンダ内吸入空気量を、数学的演算によって推定する。
シリンダ内空気量推定モデル部２０５によって推定されたシリンダ内吸入空気量は、燃料噴射制御モデル部２０６と点火時期制御モデル部２０７に渡され、点火時期と燃料噴射量の算出に用いられる。換言すると、点火時期と燃料噴射量は、少なくともシリンダ内空気量推定モデル部２０５によって推定されたシリンダ流入空気量を用いて算出される。
燃料噴射制御モデル部２０６は、燃料噴射制御装置５３（燃料噴射弁２３）へ制御指令信号（駆動信号）を出力し、点火時期制御モデル部２０７は、点火時期制御部５４（点火コイル４０）へ制御指令信号（駆動信号）を出力する。
本実施形態では、このように、各種推定モデルをエンジンモデルとし、ＥＣＵ１００にエンジン動作をシミュレートする上記エンジンモデルを実装し、このエンジンモデルにより所定時間経過後の各パラメータを予測し、この予測結果が目標値になるように各アクチュエータを制御する。
目標シリンダ内空気量算出モデル部２０８は、目標燃焼トルクに基づいて目標シリンダ内空気量を算出する。
スロットル制御モデル部２０９は、シリンダ内空気量推定モデル部２０５によって推定されたシリンダ内空気量と目標シリンダ内空気量算出モデル部２０８によって算出された目標燃焼トルクに基づく目標シリンダ内空気量との偏差を算出し、この偏差が減少（零）するように、スロット制御装置５１に操作量信号を出力する。
吸気バルブ制御モデル部２１０は、シリンダ内空気量推定モデル部２０５によって推定されたシリンダ内空気量と目標シリンダ内空気量算出モデル部２０８によって算出された目標燃焼トルクに基づく目標シリンダ内空気量との偏差を算出し、この偏差が減少（零）するように、吸気バルブ制御装置５２（吸気可変動弁機構２６）に操作量信号を出力する。
上述したエンジンモデルの誤差は、各種センサの結果に基づき修正される。この実施形態では、各種推定モデルは、吸気管圧力センサ４９、空燃比センサ４１、吸気温センサ１７、水温センサ４６の出力に応じて修正される。また、各種推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ２０の圧力と吸気管圧力センサ４９の圧力の偏差が小さくなるように推定モデルを修正する。
次に、燃焼寄与空気量の演算処理の詳細を、図４に示されている演算処理ブロック図と、図５に示されているフローチャートを参照して説明する。
燃焼寄与空気量の演算処理は、図４に示されているように、シリンダ内空気量推定モデル部２０５による空気量推定の演算処理は、シリンダ内空気流量演算部２０５１（シリンダ内空気量推定モデル部２０５）と、吸気バルブ空気流量演算部２０５２（吸気バルブ通過空気量推定モデル部２０２）と、スロットル空気流量演算部２０５３（スロットル通過空気量推定モデル部２０１）と、インテークコレクタ部推定圧力演算部２０５４と、ＥＧＲ空気流量演算部２０５５と、残留ガス空気流量演算部２０５６（シリンダ内残留ガス推定演算部２０４）と、燃焼寄与空気量演算部２０５７と、排気管空気流量演算部２０５８と、パージ空気流量演算部２０５９と、シリンダ内吸気圧力演算部２０６０（シリンダ内吸気圧力推定モデル部２０３）と、排気管圧力演算部２０６１により行われる。
上述したシリンダ内空気量推定モデル部２０５の各演算部が行う具体的な演算内容については、以下に説明する演算処理フロー（図５）の説明で明らかにする。
まず、各種変数の初期化を実施する（ステップＳ５０１）。空気量関連の変数は、初期値を０とし、圧力関係の変数は初期値を大気圧とする。温度関係の変数は、初期値を所定の値に設定する。
変数の初期化処理後、エンジンの空気量算出に必要な基本情報であるエンジン回転数ＮＤＡＴＡを取り込む（ステップＳ５０２）。
つぎに、シリンダ内空気流量演算部２０５１によってエンジンが吸入する空気量であるシリンダ内空気流量ＱＥＸＴＶを算出する（ステップＳ５０３）。シリンダ内空気流量ＱＥＸＴＶを算出する計算式は、内燃機関の文献をもとに簡略化した下式に従って求める。
ＱＥＸＴＶ＝ＥＴＡＶ・ＶＬ・ＮＤＡＴＡ
但し、ＥＴＡＶ：吸入効率、ＶＬ：エンジン排気量、ＮＤＡＴＡ：エンジン回転数
ＱＥＸＴＶ＝ＥＴＡＶ・ＶＬ・ＮＤＡＴＡ
但し、ＥＴＡＶ：吸入効率、ＶＬ：エンジン排気量、ＮＤＡＴＡ：エンジン回転数
エンジン回転数ＮＤＡＴＡは、クランク角センサ４５の出力信号より求められる。
吸入効率ＥＴＡＶは、下式で求める。
ＥＴＡＶ＝ＰＣＹＬ／（８４８００＋１７３・ＴＣＹＬ）・Ｋ１−ＰＥＸＴＵＢ／（８４８００＋１７３・ＴＣＹＬ）・０．８７・Ｋ２
但し、ＰＣＹＬ：シリンダ内吸気圧力、ＴＣＹＬ：シリンダ内空気推定温度、ＰＥＸＴＵＢ：エンジン排気管圧力、Ｋ１＝ε／（ε−１）、Ｋ２＝１／（ε−１）、 ε：エンジンの圧縮比
吸入効率ＥＴＡＶは、下式で求める。
ＥＴＡＶ＝ＰＣＹＬ／（８４８００＋１７３・ＴＣＹＬ）・Ｋ１−ＰＥＸＴＵＢ／（８４８００＋１７３・ＴＣＹＬ）・０．８７・Ｋ２
但し、ＰＣＹＬ：シリンダ内吸気圧力、ＴＣＹＬ：シリンダ内空気推定温度、ＰＥＸＴＵＢ：エンジン排気管圧力、Ｋ１＝ε／（ε−１）、Ｋ２＝１／（ε−１）、 ε：エンジンの圧縮比
エンジン始動時は、シリンダ内吸気圧力ＰＣＹＬは大気圧相当、シリンダ内空気推定温度ＴＣＹＬは外気温度相当で、スタータでエンジンが回転し、エンジン回転数ＮＤＡＴＡが決まり、シリンダ内空気流量演算部２０５１の処理によってエンジンの吸入空気量ＱＥＸＴＶが決まる。
次に、吸気バルブセンサ４８より吸気バルブ開口面積ＡＩＮＴＶを取り込み（ステップＳ５０４）、下式より吸気バルブを通過する吸気バルブ空気流量ＱＩＮＴＶを求める（ステップＳ０５）。
ＱＩＮＴＶ＝ＡＩＮＴＶ・ＣＩＮＴＶ・ＫＡＩＲＤ・ＣＰＭＩＮＴＶ・ＳＯＮＩＣ
但し、
ＡＩＮＴＶ：吸気バルブ開口面積
ＣＩＮＴＶ：吸気バルブ部流量係数
ＫＡＩＲＤ：空気密度
ＣＰＭＩＮＴＶ：吸気バルブ部圧力比
ＳＯＮＩＣ：空気の音速
ＱＩＮＴＶ＝ＡＩＮＴＶ・ＣＩＮＴＶ・ＫＡＩＲＤ・ＣＰＭＩＮＴＶ・ＳＯＮＩＣ
但し、
ＡＩＮＴＶ：吸気バルブ開口面積
ＣＩＮＴＶ：吸気バルブ部流量係数
ＫＡＩＲＤ：空気密度
ＣＰＭＩＮＴＶ：吸気バルブ部圧力比
ＳＯＮＩＣ：空気の音速
ここで、空気密度ＫＡＩＲＤは、下式に従って求める。
ＫＡＩＲＤ＝１．２９３・２７３／（２７３＋ＴＩＮＴＶ）・ＰＡＴＭ
ＴＩＮＴＶ：吸気バルブ部空気推定温度
ＰＡＴＭ：大気圧
吸気バルブ部圧力比ＣＰＭＩＮＴＶは下式に従って求める。
ＫＡＩＲＤ＝１．２９３・２７３／（２７３＋ＴＩＮＴＶ）・ＰＡＴＭ
ＴＩＮＴＶ：吸気バルブ部空気推定温度
ＰＡＴＭ：大気圧
吸気バルブ部圧力比ＣＰＭＩＮＴＶは下式に従って求める。
圧力比Ｃｐ１は、下式に従って求める。
Ｃｐ１＝ＰＣＹＬ／ＰＭ
但し、ＰＣＹＬ：シリンダ内吸気圧力、ＰＭ：インテークコレクタ部推定圧力（初期値は大気圧）
Ｃｐ１＝ＰＣＹＬ／ＰＭ
但し、ＰＣＹＬ：シリンダ内吸気圧力、ＰＭ：インテークコレクタ部推定圧力（初期値は大気圧）
ここで、シリンダ内吸気圧力ＰＣＹＬについては、流出量と流入量の差分が圧力変化分となることから、シリンダ内吸気圧力演算部２０６０によって下式に従って求めることができる。
ＰＣＹＬ＝ＫＰＣＹＬ・（ＱＩＮＴＶ−ＱＥＸＴＶ）＋ＰＣＹＬ[Z]
但し、
ＫＰＣＹＬ：圧力勾配係数
ＱＩＮＴＶ：吸気バルブ空気流量（初期値は０）
ＱＥＸＴＶ：エンジン吸入空気量
ＰＣＹＬ[Z]：ＰＣＹＬの前回計算値（初期値は大気圧）
ＰＣＹＬ＝ＫＰＣＹＬ・（ＱＩＮＴＶ−ＱＥＸＴＶ）＋ＰＣＹＬ[Z]
但し、
ＫＰＣＹＬ：圧力勾配係数
ＱＩＮＴＶ：吸気バルブ空気流量（初期値は０）
ＱＥＸＴＶ：エンジン吸入空気量
ＰＣＹＬ[Z]：ＰＣＹＬの前回計算値（初期値は大気圧）
次に、スロット空気流量演算部２０５３によってスロットル空気流量ＱＴＶＯを算出する（ステップＳ５０６）。本実施形態では、空気量センサ１６が、スロットルバルブ１８より上流側に配置されているから、図８に示す処理フローによって直接スロットル空気流量ＱＴＶＯを算出する。
ここで、スロットル空気流量ＱＴＶＯの算出処理について、図８に示されているフローチャートを参照して説明する。
図８に示すスロットル空気量算出フローにおいて、まず、エアフローセンサ（空気量センサ１６）の電圧値を検出し（ステップＳ８０１）、電圧から流量への変換を行い（ステップＳ８０２）、スロットル空気流量ＱＴＶＯへ代入する。
図５のフローチャートに戻り、次に、インテークコレクタ２０の圧力（インテークコレクタ部推定圧力）ＰＭを下式に従って算出する（ステップＳ５０７）。
ＰＭ＝ＫＰＭ・（ＱＴＶＯ+ＱＰＲＧ+ＱＥＧＲ+ＱＲＥＭ−ＱＩＮＴＶ）＋ＰＭ[Z]
但し、
ＫＰＭ：インテークコレクタ内圧力勾配係数
ＱＴＶＯ：スロットル空気流量（初期値は０）
ＱＰＲＧ：パージ空気流量
ＱＥＧＲ：ＥＧＲ空気流量
ＱＲＥＭ：残留ガス空気流量
ＱＩＮＴＶ：吸気バルブ空気流量
ＰＭ[Z]：ＰＭの前回計算値（初期値は大気圧）
ＰＭ＝ＫＰＭ・（ＱＴＶＯ+ＱＰＲＧ+ＱＥＧＲ+ＱＲＥＭ−ＱＩＮＴＶ）＋ＰＭ[Z]
但し、
ＫＰＭ：インテークコレクタ内圧力勾配係数
ＱＴＶＯ：スロットル空気流量（初期値は０）
ＱＰＲＧ：パージ空気流量
ＱＥＧＲ：ＥＧＲ空気流量
ＱＲＥＭ：残留ガス空気流量
ＱＩＮＴＶ：吸気バルブ空気流量
ＰＭ[Z]：ＰＭの前回計算値（初期値は大気圧）
次に、ＥＧＲバルブ３３の開口面積ＡＥＧＲを取り込み（ステップＳ５０８）、ＥＧＲ空気流量演算部２０５５によってＥＧＲバルブ部を流れるＥＧＲ空気流量ＱＥＧＲを下式に従って求める（ステップＳ５０９）。
ＱＥＧＲ＝ＡＥＧＲ・ＣＥＧＲ・ＫＡＩＲＤ・ＣＰＭＥＧＲ・ＳＯＮＩＣ
但し、
ＡＥＧＲ：ＥＧＲ開口面積
ＣＥＧＲ：ＥＧＲバルブ部流量係数
ＫＡＩＲＤ：空気密度
ＣＰＭＥＧＲ：ＥＧＲバルブ部圧力比
ＳＯＮＩＣ：空気の音速
ＱＥＧＲ＝ＡＥＧＲ・ＣＥＧＲ・ＫＡＩＲＤ・ＣＰＭＥＧＲ・ＳＯＮＩＣ
但し、
ＡＥＧＲ：ＥＧＲ開口面積
ＣＥＧＲ：ＥＧＲバルブ部流量係数
ＫＡＩＲＤ：空気密度
ＣＰＭＥＧＲ：ＥＧＲバルブ部圧力比
ＳＯＮＩＣ：空気の音速
ここで、ＥＧＲバルブ部圧力比ＣＰＭＥＧＲは下式に従って求める。
Ｃｐ２：ＥＧＲ部圧力比
ｋ：気体の比熱比
ＥＧＲ部圧力比Ｃｐ２は、下式に従って求める。
Ｃｐ２＝ＰＭ／ＰＥＸＴＵＢ
ＰＭ：インテークコレクタ部推定圧力
ＰＥＸＴＵＢ：排気管圧力
Ｃｐ２＝ＰＭ／ＰＥＸＴＵＢ
ＰＭ：インテークコレクタ部推定圧力
ＰＥＸＴＵＢ：排気管圧力
次に、バルブオーバーラップ（バルブＯＬ）開口面積ＡＶＯＬを読み取り（ステップＳ５１０）、残留ガス空気流量演算部２０５６によってシリンダ内の残留ガス空気流量ＱＲＥＭを求める（ステップＳ５１１）。シリンダ内の残留ガス空気流量ＱＲＥＭは、エンジン回転数ＮＤＡＴＡと、シリンダ内圧力ＰＣＹＬと、吸気バルブセンサ４８の出力信号より求められたバルブオーバラップ開口面積ＡＶＯＬと、クランク角センサ４５によるクランク位置をもとに算出する。
次に、パージバルブ３８の開口面積ＡＰＲＧを取り込み（ステップＳ５１２）、パージ空気流量演算部２０５９によってパージバルブ部を流れるパージ空気流量ＱＰＲＧを下式に従って算出する（ステップＳ５１３）。
ＱＰＲＧ＝ＡＰＲＧ・ＣＰＲＧ・ＫＡＩＲＤ・ＣＰＭＰＲＧ・ＳＯＮＩＣ
但し、
ＡＰＲＧ：パージバルブ開口面積
ＣＰＲＧ：パージバルブ部流量係数
ＫＡＩＲＤ：空気密度
ＣＰＭＰＲＧ：パージバルブ部圧力比
ＳＯＮＩＣ：空気の音速
ＱＰＲＧ＝ＡＰＲＧ・ＣＰＲＧ・ＫＡＩＲＤ・ＣＰＭＰＲＧ・ＳＯＮＩＣ
但し、
ＡＰＲＧ：パージバルブ開口面積
ＣＰＲＧ：パージバルブ部流量係数
ＫＡＩＲＤ：空気密度
ＣＰＭＰＲＧ：パージバルブ部圧力比
ＳＯＮＩＣ：空気の音速
ここで、パージバルブ部圧力比ＣＰＭＰＲＧは下式に従って求める。
ＫＣｐ３：パージバルブ部圧力比
ｋ：気体の比熱比
パージバルブ部圧力比Ｃｐ３は下式に従って求める。
Ｃｐ３＝ＰＭ／ＰＡＴＭ
ＰＭ：インテークコレクタ部推定圧力
ＰＡＴＭ：大気圧
Ｃｐ３＝ＰＭ／ＰＡＴＭ
ＰＭ：インテークコレクタ部推定圧力
ＰＡＴＭ：大気圧
次に、以上求めたシリンダ内空気流量ＱＥＸＴＶ、ＥＧＲ空気流量ＱＥＧＲ、残留ガス空気流量ＱＲＥＭ、パージ空気流量ＱＰＲＧをもとに、燃焼寄与空気量演算部２０５７によって燃焼寄与空気量ＱＣＹＬを下式に従って求める（ステップＳ５１４）。
ＱＣＹＬ＝ＱＥＸＴＶ−ＱＥＧＲ−ＱＲＥＭ−ＱＰＲＧ
ＱＣＹＬ＝ＱＥＸＴＶ−ＱＥＧＲ−ＱＲＥＭ−ＱＰＲＧ
次に、排気管圧力ＰＥＸＴＵＢを排気管圧力演算部２０６１によって下式に従って求める（ステップＳ５１５）。
ＰＥＸＴＵＢ＝ＫＰＥＸＴＵＢ・（ＱＥＸＴＶ−ＱＥＸＴＵＢ[Z]−ＱＥＧＲ−ＱＲＥＭ）＋ＰＥＸＴＵＢ[Z]
但し、
ＫＰＥＸＴＵＢ：排気管圧力勾配係数
ＱＥＸＴＶ：シリンダ内空気流量
ＱＥＸＴＵＢ[Z]：排気管空気流量の前回計算値
ＱＥＧＲ：ＥＧＲ空気流量
ＱＲＥＭ：残留ガス空気流量
ＰＥＸＴＵＢ［Ｚ］：ＰＥＸＴＵＢの前回計算値
ＰＥＸＴＵＢ＝ＫＰＥＸＴＵＢ・（ＱＥＸＴＶ−ＱＥＸＴＵＢ[Z]−ＱＥＧＲ−ＱＲＥＭ）＋ＰＥＸＴＵＢ[Z]
但し、
ＫＰＥＸＴＵＢ：排気管圧力勾配係数
ＱＥＸＴＶ：シリンダ内空気流量
ＱＥＸＴＵＢ[Z]：排気管空気流量の前回計算値
ＱＥＧＲ：ＥＧＲ空気流量
ＱＲＥＭ：残留ガス空気流量
ＰＥＸＴＵＢ［Ｚ］：ＰＥＸＴＵＢの前回計算値
次に、排気管空気流量演算部２０５８によって排気管空気流量ＱＥＸＴＵＢを下式に従って求める（ステップＳ５１６）。
ＱＥＸＴＵＢ＝ＡＥＸＴＵＢ・ＣＥＸＴＵＢ・ＫＡＩＲＤ・ＣＰＭＥＸＴＵＢ・ＳＯＮＩＣ
但し、
ＡＥＸＴＵＢ：排気管開口面積
ＣＥＸＴＵＢ：排気管部流量係数
ＫＡＩＲＤ：空気密度
ＣＰＭＥＸＴＵＢ：排気管部圧力比
ＳＯＮＩＣ：空気の音速
ＱＥＸＴＵＢ＝ＡＥＸＴＵＢ・ＣＥＸＴＵＢ・ＫＡＩＲＤ・ＣＰＭＥＸＴＵＢ・ＳＯＮＩＣ
但し、
ＡＥＸＴＵＢ：排気管開口面積
ＣＥＸＴＵＢ：排気管部流量係数
ＫＡＩＲＤ：空気密度
ＣＰＭＥＸＴＵＢ：排気管部圧力比
ＳＯＮＩＣ：空気の音速
ここで、排気管部圧力比ＣＰＭＥＸＴＵＢは下式に従って求める。
Ｃｐ４：排気管部圧力比
排気管部Ｃｐ４は下式に従って求める。
Ｃｐ４＝ＰＡＴＭ／ＰＥＸＴＵＢ
ＰＡＴＭ：大気圧
ＰＥＸＴＵＢ：排気管圧力
Ｃｐ４＝ＰＡＴＭ／ＰＥＸＴＵＢ
ＰＡＴＭ：大気圧
ＰＥＸＴＵＢ：排気管圧力
以上の処理フローにより、一連のエンジン各部の空気流量と圧力が算出され、最終的に本フローを必要回数繰り返し実行することで、将来の燃焼寄与空気量（シリンダ内空気量推定量）を予測する。本実施形態では、１回の計算で４０ｍｓ先の各部の空気量と圧力が求まるように、圧力勾配係数等があらかじめＲＯＭ１０４に設定してある。
図５に示されているフローチャートのステップＳ５１４にて算出した燃焼寄与空気量ＱＣＹＬをもとに、スロットルバルブ１８、吸気バルブ２５の開度（開口面積）を制御する制御処理について、図６に示されているフローチャートを参照して説明する。
始めに、アクセル開度、トラクションコントロール、クルーズコントロール、変速機等のＥＣＵ１００外部のデバイスからの外部要求トルクにより目標燃焼トルクＴＧＴＴＲＱを決める（ステップＳ６０１）。
次に、目標燃焼トルクＴＧＴＴＲＱに基づき、目標シリンダ内空気量ＴＧＱＡＲを算出し（ステップＳ６０２）、燃焼寄与空気量ＱＣＹＬを取り込み（ステップＳ６０３）、目標燃焼トルクＴＧＴＴＲＱと燃焼寄与空気量ＱＣＹＬとを比較する（ステップＳ６０４）。
目標燃焼トルクＴＧＴＴＲＱが燃焼寄与空気量ＱＣＹＬより大きければ、エンジン出力トルクを増加させるよう、スロットルバルブ１８と吸気バルブ２５を動作させる（ステップＳ６０５）。これは、空気量増加制御であり、スロットルバルブ１８、吸気バルブ２５の開口面積を大きくする。
これに対し、目標燃焼トルクＴＧＴＴＲＱが燃焼寄与空気量ＱＣＹＬより小さければ、
大きければ、エンジン出力トルクが減少するよう、スロットルバルブ１８と吸気バルブ２５を動作させる。これは、空気量減少制御であり、スロットルバルブ１８、吸気バルブ２５の開口面積を小さくする。
大きければ、エンジン出力トルクが減少するよう、スロットルバルブ１８と吸気バルブ２５を動作させる。これは、空気量減少制御であり、スロットルバルブ１８、吸気バルブ２５の開口面積を小さくする。
燃料噴射と点火時期算出の処理フロ−を、図７に示されているフローチャートを参照して説明する。
始めに、燃焼寄与空気量ＱＣＹＬを取り込む（ステップＳ７０１）。ここでは、燃料噴射量算出用に８０ｍｓ先の予測燃焼寄与空気量ＱＣＹＬ８０と現在の燃焼寄与空気量ＱＣＹＬと取り込む。
次に、予め設定した目標空燃比ＴＧＡＢＦを取り込み（ステップＳ７０２）、目標空燃比ＴＧＡＢＦと予測燃焼寄与空気量ＱＣＹＬとから、必要燃料噴射量ＴＩＳＥＴを算出する（ステップＳ７０３）。必要燃料噴射量ＴＩＳＥＴの信号は、図３に示されている燃料噴射制御モデル部２０６から燃料噴射弁制御装置５３へ送信される。これにより、燃料噴射弁２３より所定のタイミングで、必要燃料噴射量ＴＩＳＥＴによる燃料噴射が行われる。
次に、燃焼寄与空気量ＱＣＹＬとエンジン回転数ＮＤＡＴＡより点火時期ＦＡＤＶを算出する（ステップＳ７０４）。点火時期ＦＡＤＶの信号は、図３に示されている点火時期制御モデル部２０７から点火時期制御装置５４へ送信される。これにより、点火コイル４０により所定のタイミングで点火プラグ３９に放電電圧が印加され、点火プラグ３９が点火時期ＦＡＤＶをもって点火動作する。
上述した各種推定モデル部による推定モデルは、吸気管圧力センサ４９あるいは空燃比センサ４１の計測値に応じて修正することができる。この推定モデルの修正は、各種推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ部圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９により検出された吸気管圧力との偏差が小さくなるように推定モデルを修正する。
本実施形態では、吸気管圧力センサ４９を備えた内燃機関１０において、吸気管圧力センサ４９による吸気管圧力の検出結果に応じて、各種推定モデルを修正する処理を、図１０〜図１３に示されているフローチャートを参照して以下に説明する。
図１０は、吸気管圧力センサ４９の検出結果に応じて、推定したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを修正する処理フローの一例を示している。
まず、吸気管圧力センサ４９の電圧値を取り込み、電圧値から圧力への変換を行なったものを吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとする（ステップＳ１００１）。
次に、推定したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを取り込み（ステップＳ１００２）、吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとインテークコレクタ部推定圧力ＰＭとの偏差を取り、この偏差が所定範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ１００３）。
偏差が所定範囲内に収まってない場合には、外乱要因を停止する（ステップＳ１００４）。ここでの外乱要因停止は、ＥＧＲ、パージを停止し、バルブオーバーラップを所定値とすることである。
次に、上記外乱がない状態で、前記偏差を基に吸気バルブ開口面積ＡＩＮＴＶを修正する（ステップＳ１００５）。これに応じて吸気バルブ流量ＱＩＮＴＶが修正される（ステップＳ１００６）。そして、修正された吸気バルブ流量ＱＩＮＴＶに応じてインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを更新する（ステップＳ１００７）。
そして、ステップＳ１００２に戻り、ステップＳ１００７で更新したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを再度取り込み、ステップＳ１００３で吸気管圧力センサの出力ＰＳとの偏差をチェックし、偏差が所定範囲内に収まるまで、ステップＳ１００２〜ステップＳ１００７までのフローを繰り返す。
つまり、ＥＧＲ等の外乱がない状態において、吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとインテークコレクタ部推定圧力ＰＭとの偏差が所定範囲内に収まるよう、吸気バルブ開口面積ＡＩＮＴＶを修正する。
これにより、図１４に示されているように、各種推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９によって検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、吸気バルブ開口面積ＡＩＮＴＶが修正される。
図１１は、吸気管圧力センサ４９の検出結果に応じて、推定したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを修正するもう一つの処理フローの一例を示している。この処理フローは、図１０に示されている処理フローによって吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとインテークコレクタ部推定圧力ＰＭとの偏差が所定範囲内に収まった後、ＥＧＲ制御を実施した場合に実行する。
まず、吸気管圧力センサ４９の電圧値を取り込み、電圧値から圧力への変換を行なったものを吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとする（ステップＳ１１０１）。
次に、推定したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを取り込み（ステップＳ１１０２）、吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとインテークコレクタ部推定圧力ＰＭとの偏差を取り、この偏差が所定範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ１１０３）。
偏差が所定範囲内に収まってない場合には、外乱要因を停止する（ステップＳ１１０４）。ここでの外乱要因停止は、パージを停止し、バルブオーバーラップを所定値とすることである。
次に、ＥＧＲバルブ部空気流量ＱＥＧＲを取り込み（ステップＳ１１０５）、ＥＧＲ制御中であれば（ステップＳ１１０６肯定）、ＥＧＲ開口面積ＡＥＧＲを修正する（ステップＳ１１０７）。これに応じてＥＧＲバルブ部空気流量ＱＥＧＲが修正される（ステップＳ１１０８）。そして修正されたＥＧＲバルブ部空気流量ＱＥＧＲに応じてインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを更新する（ステップＳ１１０９）。
そして、ステップＳ１１０２に戻り、ステップＳ１１０９で更新したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを再度取り込み、ステップＳ１１０３で吸気管圧力センサの出力ＰＳとの偏差をチェックし、偏差が所定範囲内に収まるまで、ステップＳ１１０２〜ステップＳ１１０９までのフローを繰り返す。
つまり、吸気バルブ開口面積ＡＩＮＴＶの修正によってインテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサの出力ＰＳとの偏差が所定範囲内に収まった後に、ＥＧＲ制御だけを実行し、インテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとの偏差が所定範囲内に収まっていない場合には、偏差が所定範囲内に収まるよう、ＥＧＲバルブ開口面積ＡＥＧＲを修正する。
これにより、図１５に示されているように、各種推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９によって検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、ＥＧＲバルブ開口面積ＡＥＧＲが修正される。
図１２は、吸気管圧力センサ４９の検出結果に応じて、推定したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを修正するもう一つの処理フローの一例を示している。この処理フローは、図１１に示されている処理フローによって吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとインテークコレクタ部推定圧力ＰＭとの偏差が所定範囲内に収まった後、バルブオーバーラップ量を変化させることにより、残留ガス流量ＱＲＥＭが変化する場合に実行する。
まず、吸気管圧力センサ４９の電圧値を取り込み、電圧値から圧力への変換を行なったものを吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとする（ステップＳ１２０１）。
次に、推定したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを取り込み（ステップＳ１２０２）、吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとインテークコレクタ部推定圧力ＰＭとの偏差を取り、この偏差が所定範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ１２０３）。
偏差が所定範囲内に収まってない場合には、外乱要因を停止する（ステップＳ１２０４）。ここでの外乱要因停止は、ＥＧＲ、パージを停止することである。
次に、前記偏差に応じてバルブオーバーラップ開口面積ＡＶＯＬを修正する（ステップＳ１２０５）。これに応じて残留ガス流量ＱＲＥＭが修正される（ステップＳ１２０６）。そして修正された残留ガス流量ＱＲＥＭに応じてインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを更新する（ステップＳ１２０７）。
そして、ステップＳ１２０２に戻り、ステップＳ１２０７で更新したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを再度取り込み、ステップＳ１２０３で吸気管圧力センサの出力ＰＳとの偏差をチェックし、偏差が所定範囲内に収まるまで、ステップＳ１２０２〜ステップＳ１２０７までのフローを繰り返す。
つまり、吸気バルブ開口面積ＡＩＮＴＶの修正ならびにＥＧＲバルブ開口面積ＡＥＧＲの修正によってインテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとの偏差が所定範囲内に収まった後に、バルブオーバーラップを変化させ、残留ガス流量ＱＲＥＭが変化する場合において、インテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ出力ＰＳとの偏差が所定範囲内に収まっていない場合は、偏差が所定範囲内に収まるよう、バルブオーバーラップ開口面積ＡＶＯＬを修正する。
これにより、図１６に示されているように、各種推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９によって検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、バルブオーバーラップ開口面積ＡＶＯＬが修正される。
図１３は、吸気管圧力センサ４９の検出結果に応じて、推定したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを修正するもう一つの処理フローの一例を示している。この処理フローは、図１２に示されている処理フローによって吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとインテークコレクタ部推定圧力ＰＭとの偏差が所定範囲内に収まった後、
パージ制御を行う場合に実行する。
パージ制御を行う場合に実行する。
まず、吸気管圧力センサ４９の電圧値を取り込み、電圧値から圧力への変換を行なったものを吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとする（ステップＳ１３０１）。
次に、推定したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを取り込み（ステップＳ１３０２）、吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとインテークコレクタ部推定圧力ＰＭとの偏差を取り、この偏差が所定範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ１３０３）。
偏差が所定範囲内に収まってない場合には、外乱要因を停止する（ステップＳ１３０４）。ここでの外乱要因停止は、ＥＧＲを停止し、バルブオーバーラップを所定値とすることである。
次に、パージ開口面積ＡＰＲＧを修正する（ステップＳ１３０５）。これに応じてパージ空気流量ＱＰＲＧが修正される（ステップＳ１３０６）。そして、修正されたパージ空気流量ＱＰＲＧに応じてインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを更新する（ステップＳ１３０７）。
そして、ステップＳ１３０２に戻り、ステップＳ１３０７で更新したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭを再度取り込み、ステップＳ１３０３で吸気管圧力センサの出力ＰＳとの偏差をチェックし、偏差が所定範囲内に収まるまで、ステップＳ１３０２〜ステップＳ１３０７までのフローを繰り返す。
つまり、吸気バルブ開口面積ＡＩＮＴＶの修正ならびにＥＧＲバルブ開口面積ＡＥＧＲ、バルブオーバーラップ開口面積ＡＶＯＬの修正によってインテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとの偏差が所定範囲内に収まった後に、パージ制御だけを実行し、インテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９の出力ＰＳとの偏差が所定範囲内に収まっていない場合には、偏差が所定範囲内に収まるよう、パージ開口面積ＡＰＲＧを修正する。
これにより、図１７に示されているように、各種推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ部推定圧力ＰＭと吸気管圧力センサ４９によって検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、パージ開口面積ＡＰＲＧが修正される。
以上、説明した各種推定モデル部の演算に用いる変数（吸気に関する流路面積）を修正することにより、各種推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ部の圧力ＰＭと吸気管圧力センサとの圧力の偏差が小さくなるように、推定モデルを修正することができる。
上述した本実施形態（本発明）による制御動作と従来の制御動作を、図９に示されているタイムチャートを参照して説明する。このタイムチャートは、横軸を時間として、上から順に、可変動弁機構（ＶＥＬ）の動作結果を示す吸気バルブ開口面積、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期、空燃比、トルクを示している。
従来制御では、図中実線により示されているように、吸気バルブ開口面積の動作に対して該エアフローセンサ検知空気量はエンジン吸入空気量に対し遅れを生じるので、燃料噴射量、点火時期ともに正確な制御ができない。このため、空燃比の変動を生じ、結果としてトルク変動を引き起こしている。
本発明による制御では、これまで説明した各種推定モデル部をエンジンモデルとし、エンジン制御装置１００にエンジン動作をシミュレートする上記エンジンモデルを実装し、このエンジンモデルにより所定時間経過後の各パラメータを予測し、この予測結果が目標値になるように各デバイスを制御し、更には、エンジンモデルの誤差は、各種センサの結果に基づき修正されるようにしたことにより、図９に点線で示されているように、吸気バルブ開口面積の動作に応じてエンジンへの吸入空気量を正確に推定し、これに基づき燃料噴射、点火時期制御が可能となるので、無用な空燃比変動やトルク変動をなくすことが可能となる。なお、上記の各デバイスとは、スロットルバルブ１８、吸気バルブ２５、排気バルブ２８、燃料噴射弁２３、点火コイル４０である。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。また、本発明は、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
１０ 内燃機関
１１ エンジンブロック
１２ シリンダボア
１３ ピストン
１４ 燃焼室（シリンダ室）
１５ エアークリーナ
１６ 空気量センサ
１７ 吸気温センサ
１８ スロットルバルブ
１９ スロットルボディ
２０ インテークコレクタ
２０Ａ 吸気管
２１ スロットルセンサ
２２ 吸気分岐管
２３ 燃料噴射弁
２４ 吸気ポート
２５ 吸気バルブ
２６ 吸気可変動弁機構
２７ 排気ポート
２８ 排気バルブ
２９ 排気可変動弁機構
３０ 触媒コンバータ
３１ 排気管
３２ 排気ガス再循環通路
３３ ＥＧＲバルブ
３４ 燃料タンク
３５ 燃料ポンプ
３６ キャニスタ
３７ パージ通路
３８ パージバルブ
３９ 点火プラグ
４０ 点火コイル
４１ 空燃比センサ
４２ 酸素センサ
４３ コネクティングロッド
４４ クランク軸
４５ クランク角センサ
４６ 水温センサ
４７ プレッシャレギュレータ
４８ 吸気バルブセンサ
４９ 吸気管圧力センサ
５１ スロットル制御装置
５２ 吸気バルブ制御装置
５３ 燃料噴射制御装置
５４ 点火時期制御装置
１００ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
１０１ 入力回路
１０２ Ａ／Ｄ変換部
１０３ ＣＰＵ
１０４ ＲＯＭ
１０５ ＲＡＭ
１０６ 出力回路
２０１ スロットル通過空気量推定モデル部
２０２ 吸気バルブ通過空気量推定モデル部
２０３ シリンダ内吸気圧力推定モデル部
２０４ シリンダ内残留ガス推定モデル部
２０５ シリンダ内空気量推定モデル部
２０６ 燃料噴射制御モデル部
２０７ 点火時期制御モデル部
２０８ 目標シリンダ内空気量算出モデル部
２０９ スロットル制御モデル部
２１０ 吸気バルブ制御モデル部
２０５１ シリンダ内空気流量演算部
２０５２ 吸気バルブ空気流量演算部
２０５３ スロット空気流量演算部
２０５４ インテークコレクタ部推定圧力演算部
２０５５ ＥＧＲ空気流量演算部
２０５６ 残留ガス空気流量演算部
２０５７ 燃焼寄与空気量演算部
２０５８ 排気管空気流量演算部
２０５９ パージ空気流量演算部
１１ エンジンブロック
１２ シリンダボア
１３ ピストン
１４ 燃焼室（シリンダ室）
１５ エアークリーナ
１６ 空気量センサ
１７ 吸気温センサ
１８ スロットルバルブ
１９ スロットルボディ
２０ インテークコレクタ
２０Ａ 吸気管
２１ スロットルセンサ
２２ 吸気分岐管
２３ 燃料噴射弁
２４ 吸気ポート
２５ 吸気バルブ
２６ 吸気可変動弁機構
２７ 排気ポート
２８ 排気バルブ
２９ 排気可変動弁機構
３０ 触媒コンバータ
３１ 排気管
３２ 排気ガス再循環通路
３３ ＥＧＲバルブ
３４ 燃料タンク
３５ 燃料ポンプ
３６ キャニスタ
３７ パージ通路
３８ パージバルブ
３９ 点火プラグ
４０ 点火コイル
４１ 空燃比センサ
４２ 酸素センサ
４３ コネクティングロッド
４４ クランク軸
４５ クランク角センサ
４６ 水温センサ
４７ プレッシャレギュレータ
４８ 吸気バルブセンサ
４９ 吸気管圧力センサ
５１ スロットル制御装置
５２ 吸気バルブ制御装置
５３ 燃料噴射制御装置
５４ 点火時期制御装置
１００ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
１０１ 入力回路
１０２ Ａ／Ｄ変換部
１０３ ＣＰＵ
１０４ ＲＯＭ
１０５ ＲＡＭ
１０６ 出力回路
２０１ スロットル通過空気量推定モデル部
２０２ 吸気バルブ通過空気量推定モデル部
２０３ シリンダ内吸気圧力推定モデル部
２０４ シリンダ内残留ガス推定モデル部
２０５ シリンダ内空気量推定モデル部
２０６ 燃料噴射制御モデル部
２０７ 点火時期制御モデル部
２０８ 目標シリンダ内空気量算出モデル部
２０９ スロットル制御モデル部
２１０ 吸気バルブ制御モデル部
２０５１ シリンダ内空気流量演算部
２０５２ 吸気バルブ空気流量演算部
２０５３ スロット空気流量演算部
２０５４ インテークコレクタ部推定圧力演算部
２０５５ ＥＧＲ空気流量演算部
２０５６ 残留ガス空気流量演算部
２０５７ 燃焼寄与空気量演算部
２０５８ 排気管空気流量演算部
２０５９ パージ空気流量演算部
Claims (11)
- スロットルバルブによって内燃機関への空気量を制御するスロットル制御装置と、吸気バルブを所定の位置に動作させる吸気バルブ制御装置と、前記吸気バルブの動作状態を検出する吸気バルブセンサと、燃料供給を行う燃料噴射装置と、点火を行う点火装置とを有する内燃機関の制御装置であって、
前記吸気バルブセンサの出力に応じて吸気バルブ通過空気量を推定する吸気バルブ通過空気量推定モデル部と、
前記吸気バルブセンサの出力に応じてシリンダ内残留ガス量を推定するシリンダ内残留ガス推定モデル部と、
前記吸気バルブ通過空気量推定モデル部によって推定された吸気バルブ通過空気量に応じてシリンダ内吸気圧力を推定するシリンダ内吸気圧力推定モデル部と、
前記シリンダ内吸気圧力推定モデル部によって推定されたシリンダ内吸気圧力と前記シリンダ内残留ガス推定モデル部によって推定されたシリンダ内残留ガス量に応じてシリンダ内空気量を推定するシリンダ内空気量推定モデル部と、を有し、
前記シリンダ内空気量推定モデル部によって推定されたシリンダ内空気量に基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射と前記点火装置による点火時期の少なくとも何れか一方の制御をすることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 燃料タンクの蒸発ガスを機関吸気系にパージするパージ装置によるパージ空気流量を算出するパージ空気流量演算部を有し、前記パージ空気流量演算部によって算出されたパージ空気流量によって、前記シリンダ内空気量推定モデル部により推定されたシリンダ内空気量を燃焼寄与空気量として補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 排気ガス再循環装置によるＥＧＲ空気流量を算出するＥＧＲ空気流量演算部を有し、前記ＥＧＲ空気流量演算部によって算出されたＥＧＲ空気流量によって、前記シリンダ内空気量推定モデル部により推定されたシリンダ内空気量を燃焼寄与空気量として補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
- 目標燃焼トルクに基づいて目標シリンダ内空気量を算出する目標シリンダ内空気量算出モデル部を有し、
前記スロットル制御装置と前記吸気バルブ制御装置は、前記目標シリンダ内空気量推定モデル部によって算出された目標シリンダ内空気量と前記シリンダ内空気量推定モデル部によって推定されたシリンダ内空気量との差が減少するように動作することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記各推定モデル部による推定モデルを、吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力あるいは空燃比センサ検出される空燃比に応じて修正することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記推定モデル部による推定モデルの結果から算出したインテークコレクタ部の圧力と前記吸気管圧力センサの圧力との偏差が小さくなるように推定モデルを修正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
- 吸気バルブを所定の位置に動作させる吸気バルブ制御装置と、前記吸気バルブの動作状態を検出する吸気バルブセンサと、燃料供給を行う燃料噴射装置と、点火を行う点火装置とを有する内燃機関の制御装置であって、
前記吸気バルブセンサの出力に応じて吸気バルブ通過空気量を算出する吸気バルブ空気流量演算手段と、
前記吸気バルブ空気流量演算部によって算出された吸気バルブ空気流量に応じてシリンダ内吸気圧力を算出するシリンダ内吸気圧演算手段と、
前記シリンダ内吸気圧演算手段によって算出されたシリンダ内吸気圧力に応じてシリンダ内空気流量を算出するシリンダ内空気流量演算手段と、
燃料タンクの蒸発ガスを機関吸気系にパージするパージ装置によるパージ空気流量を算出するパージ空気流量演算手段と、
排気ガス再循環装置によるＥＧＲ空気流量を算出するＥＧＲ空気流量演算手段と、
前記吸気バルブセンサの出力に応じてバルブオーバラップによるシリンダ内残留ガス流量を算出するシリンダ内残留ガス流量演算手段と、
前記シリンダ内空気流量演算手段によって算出されたシリンダ内空気流量と前記パージ空気流量演算手段によって算出されたパージ空気流量と前記ＥＧＲ空気演算手段によって算出されたＥＧＲ空気流量とシリンダ内残留ガス流量演算手段によって算出されたシリンダ内残留ガス流量とから燃焼寄与空気量を算出する燃焼寄与空気量演算手段と、を有し、
前記燃焼寄与空気量演算手段によって算出された燃焼寄与空気量に基づいて前記燃料噴射装置による燃料噴射と前記点火装置による点火時期の少なくとも何れか一方の制御をすることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - インテークコレクタ部の圧力を推定するインテークコレクタ部圧力推定演算手段と、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサとを有し、前記インテークコレクタ部圧力推定演算手段によって推定されたインテークコレクタ部推定圧力と前記吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、前記吸気バルブ空気流量演算手段による吸気バルブ空気流量の演算に用いる吸気バルブ開口面積を補正することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
- インテークコレクタ部の圧力を推定するインテークコレクタ部圧力推定演算手段と、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサとを有し、前記インテークコレクタ部圧力推定演算手段によって推定されたインテークコレクタ部推定圧力と前記吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、前記ＥＧＲ空気流量演算部によるＥＧＲ空気流量の演算に用いるＥＧＲバルブ開口面積を補正することを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関の制御装置。
- インテークコレクタ部の圧力を推定するインテークコレクタ部圧力推定演算手段と、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサとを有し、前記インテークコレクタ部圧力推定演算手段によって推定されたインテークコレクタ部推定圧力と前記吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、前記シリンダ内残留ガス流量演算手段によるシリンダ内残留ガス流量の演算に用いるバルブオーバラップ開口面積を補正することを特徴とする請求項７から９の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- インテークコレクタ部の圧力を推定するインテークコレクタ部圧力推定演算手段と、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサとを有し、前記インテークコレクタ部圧力推定演算手段によって推定されたインテークコレクタ部推定圧力と前記吸気管圧力センサにより検出される吸気管圧力との偏差が小さくなるように、前記パージ空気流量演算手段によるパージ空気流量の演算に用いるパージ開口面積を補正することを特徴とする請求項７から１０の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
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