内燃機関の制御装置
【課題】 内燃機関の気筒吸入空気量の予測値をより高い精度で算出しつつ、実際の気筒吸入空気量を目標値に精度良く制御する制御装置を提供する。
【解決手段】 スロットル弁開度に応じて推定スロットル弁通過空気流量が算出され、吸気圧及び吸気温に応じて理論気筒吸入空気量が算出されるとともに、気筒吸入空気量の過去値及び理論気筒吸入空気量を用いて機関の体積効率が算出される。推定スロットル弁通過空気流量及び体積効率を吸気管モデル式に適用して、気筒吸入空気量が算出され、気筒吸入空気量の今回値を用いて予測気筒吸入空気量が算出される。吸気管モデルの逆モデルに目標気筒吸入空気量及び体積効率を適用して、目標スロットル弁通過空気流量が算出され、目標スロットル弁通過空気流量に応じてスロットル弁の目標開度が設定される。
【解決手段】 スロットル弁開度に応じて推定スロットル弁通過空気流量が算出され、吸気圧及び吸気温に応じて理論気筒吸入空気量が算出されるとともに、気筒吸入空気量の過去値及び理論気筒吸入空気量を用いて機関の体積効率が算出される。推定スロットル弁通過空気流量及び体積効率を吸気管モデル式に適用して、気筒吸入空気量が算出され、気筒吸入空気量の今回値を用いて予測気筒吸入空気量が算出される。吸気管モデルの逆モデルに目標気筒吸入空気量及び体積効率を適用して、目標スロットル弁通過空気流量が算出され、目標スロットル弁通過空気流量に応じてスロットル弁の目標開度が設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に機関の気筒吸入空気量の予測値（未来の値）を算出しつつ、機関の実気筒吸入空気量が目標気筒吸入空気量と一致するように、スロット弁を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、機関の気筒吸入空気量を吸気管モデル（一次遅れモデル）を用いて算出するとともに、気筒吸入空気量の目標値（目標気筒吸入空気量）に、吸気管モデルの時定数を用いた進み位相補償を施して、スロットル弁を通過する空気流量の目標値（目標スロットル弁通過空気流量）を算出し、目標スロットル弁通過空気流量に基づいてスロットル弁を制御する制御装置が示されている。
【０００３】
特許文献２には、内燃機関の気筒吸入空気量の予測値を算出し、算出した予測値に基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量制御装置が示されている。この装置によれば、吸気の質量保存則に基づいて設定された物理モデル式に、気筒吸入空気量の前回予測値及び検出される吸入空気流量を適用して気筒吸入空気量の今回予測値が算出され、算出された今回予測値に基づいて燃料噴射量が算出される。予測値を用いることにより、機関の過渡運転状態における空燃比制御精度の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３３５２４９号公報
【特許文献２】特開平２−１５７４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
機関の出力トルクを要求トルクに精度良く一致させるためには、気筒吸入空気量に適した量の燃料を供給することが必要であり、実際の気筒吸入空気量を、要求トルクに応じた目標気筒吸入空気量に一致させる吸気量制御と、実際の気筒吸入空気量に応じた燃料供給量制御とを行う必要がある。
【０００６】
特許文献１には、燃料供給量制御については詳細な記載が無いが、気筒吸入空気量の予測値を算出する点が示されていないので、算出される気筒吸入空気量が燃料供給量制御に適用されると推測される。しかしながら、そのような燃料供給量制御では、要求トルクが変化する過渡状態では燃料量の過不足が生じ、制御精度が低下する。
【０００７】
そこで特許文献１に示された装置に、特許文献２に示された気筒吸入空気量の予測値算出手法を適用することにより、改善は可能であるが、予測値は予測誤差を当然に含むため、気筒吸入空気量の予測値を、前回予測値を用いて算出する特許文献１の手法では、予測値の算出精度の点で改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、上述した点に着目してなされたものであり、内燃機関の気筒吸入空気量の予測値をより高い精度で算出しつつ、実際の気筒吸入空気量を目標値に精度良く制御することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を制御する吸入空気量制御手段を備える内燃機関の制御装置において、前記機関のスロットル弁（３）を通過する新気の流量であるスロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ，ＧＡＩＲＴＨ）を算出または検出するスロットル弁通過空気流量取得手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧検出手段と、前記機関に吸入される空気の温度である吸気温（ＴＡ）を検出する吸気温検出手段と、前記吸気圧（ＰＢＡ）及び吸気温（ＴＡ）に基づいて理論気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＳＴＤ）を算出する理論気筒吸入空気量算出手段と、前記気筒吸入空気量の過去値（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）及び前記理論気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＳＴＤ）を用いて、前記機関の体積効率（ηｖ）を算出する体積効率算出手段と、前記機関の吸気管をモデル化した吸気管モデル式に、前記スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）及び体積効率（ηｖ）を適用して、前記気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を算出する気筒吸入空気量算出手段と、該気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を用いて該気筒吸入空気量の予測値である予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）を算出する気筒吸入空気量予測手段と、目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）を算出する目標気筒吸入空気量算出手段と、前記吸気管モデル式の逆モデル式に前記目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）及び体積効率（ηｖ）を適用して、目標スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）を算出する目標スロットル弁通過空気流量算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記体積効率算出手段は、前記気筒吸入空気量算出手段により算出された気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を用いて、前記体積効率（ηｖ）を少なくとも１回更新することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記体積効率算出手段は、前記気筒の容積（Ｖｃｙｌ）と前記吸気管の容積（Ｖｉｎ）との比、及び前記スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）をさらに用いて前記体積効率（ηｖ）を算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段と、前記目標スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）に応じて前記スロットル弁の目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する目標開度算出手段とを備え、前記スロットル弁通過空気流量取得手段は、前記スロットル弁の開度と該スロットル弁を通過する空気の流量との関係をモデル化した弁通過空気流量モデル式に前記スロットル弁開度（ＴＨ）を適用して、前記スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）を算出し、前記目標開度算出手段は、前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に前記目標スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）を適用して前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨ）を検出する空気流量検出手段と、前記スロットル弁通過空気流量の検出値（ＧＡＩＲＴＨ）に基づいて前記弁通過空気流量モデル式を補正する弁通過空気流量モデル式補正手段とを備え、前記スロットル弁通過空気流量取得手段は、補正された弁通過空気流量モデル式を用いて前記スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）の算出を行い、前記目標開度算出手段は、補正された弁通過空気流量モデル式の逆モデル式を用いて前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）の算出を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）の開き側及び／または閉じ側の限界値（ＴＨＯＦＨ，ＴＨＯＦＬ）を算出する限界値算出手段と、前記スロットル弁の開度を前記限界値（ＴＨＯＦＨ，ＴＨＯＦＬ）に設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する限界スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ，ＧＡＩＲＴＨＬＭＬ）を算出する限界スロットル弁通過空気流量算出手段と、前記限界スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ，ＧＡＩＲＴＨＬＭＬ）に対応する限界気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ，ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬ）を算出する限界気筒吸入空気量算出手段と、前記目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）が前記限界気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ，ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬ）で規定される制限範囲内の値をとるように制限処理を行う制限処理手段とを備え、前記目標スロットル弁通過空気流量算出手段は、前記制限処理後の目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）を用いて前記目標スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）の算出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、スロットル弁通過空気流量が算出または検出され、検出される吸気圧及び吸気温に基づいて理論気筒吸入空気量が算出され、気筒吸入空気量の過去値及び理論気筒吸入空気量を用いて、機関の体積効率が算出される。また機関の吸気管をモデル化した吸気管モデル式に、スロットル弁通過空気流量及び体積効率を適用して、気筒吸入空気量が算出され、その気筒吸入空気量を用いて予測気筒吸入空気量が算出される。すなわち、算出された気筒吸入空気量の最新値を用いて予測気筒吸入空気量が算出されるので、前回予測値を用いる先行例と比較して、より高い精度で予測気筒吸入空気量を算出することができる。また吸気管モデル式の逆モデル式に目標気筒吸入空気量及び体積効率を適用して、目標スロットル弁通過空気流量が算出されるので、気筒吸入空気量の算出に適用される体積効率をそのまま使用して、目標スロットル弁通過空気流量を精度良く算出することができる。したがって、算出された目標スロットル弁通過空気流量に応じてスロットル弁の目標開度を算出し、スロットル弁開度をその目標開度に制御することによって、実際の気筒吸入空気量を目標気筒吸入空気量に精度良く制御することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、算出された気筒吸入空気量を用いて、体積効率が少なくとも１回更新されるので、体積効率の算出精度を高めることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、気筒容積と吸気管容積との比、及びスロットル弁通過空気流量をさらに用いて体積効率が算出される。気筒容積と吸気管容積との比及びスロットル弁通過空気流量をさらに用いることによって、繰り返し（更新）演算を行うことなく、体積効率の算出精度を高めることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、弁通過空気流量モデル式に検出スロットル弁開度を適用して、スロットル弁通過空気流量が算出されるとともに、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に目標スロットル弁通過空気流量を適用してスロットル弁の目標開度が算出される。これにより、検出スロットル弁開度に応じたスロットル弁通過空気流量の算出、及び目標スロットル弁通過空気流量に応じた目標開度の算出をともに精度良く行うことができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、スロットル弁通過空気流量の検出値に基づいて弁通過空気流量モデル式が補正され、補正された弁通過空気流量モデル式を用いてスロットル弁通過空気流量の算出が行われるとともに、補正された弁通過空気流量モデル式の逆モデル式を用いて目標開度の算出が行われる。したがって、スロットル弁の特性ばらつきや経時変化、有効吸気管断面積の減少、運転環境の変化、あるいはセンサの温度特性などに起因する弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を抑制し、良好な制御性能を得ることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、スロットル弁開度の開き側及び／または閉じ側の限界値が算出され、スロットル弁の開度を算出される限界値に設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する限界スロットル弁通過空気流量が算出され、さらに限界スロットル弁通過空気流量に対応する限界気筒吸入空気量が算出され、目標気筒吸入空気量が限界気筒吸入空気量で規定される制限範囲内の値をとるように制限処理が行われ、制限処理後の目標気筒吸入空気量を用いて目標スロットル弁通過空気流量の算出が行われる。したがって、実現不可能なスロットル弁開度に対応した目標スロットル弁通過空気流量が算出されることを確実に防止し、特に要求トルクが変化する過渡状態において目標開度を適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）及びスロットル弁の目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出するモジュールの構成を示す図である。
【図３】図１に示す内燃機関の構成を模式的に示す図である。
【図４】予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）の算出手法を説明するためのタイムチャートである。
【図５】スロットル弁開度（ＴＨ）と、モデルを用いて算出されるスロットル弁通過空気流量の誤差を示すパラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）との関係を示す図である。
【図６】推定スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）を算出する処理のフローチャートである。
【図７】図６の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図８】予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）を算出する処理のフローチャートである。
【図９】弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正する係数（ＫＭＤＬＬ，ＫＭＤＬＳ）を算出する処理のフローチャートである。
【図１０】図９の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１１】弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を示す係数（ＫＴＨＥＲＲ）と、スロットル弁開度（ＴＨ）との相関関係を示すモデルパラメータを算出する処理のフローチャートである。
【図１２】図１１の処理で実行される同定演算を行う処理のフローチャートである。
【図１３】目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図１４】図１３の処理で実行されるリミット処理のフローチャートである。
【図１５】気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を算出する処理のフローチャートである（第２の実施形態）。
【図１６】図１５の処理を説明するためのタイムチャートである。
【図１７】機関出力トルクの制御動作例を示すタイムチャートである。
【図１８】本発明の第４の実施形態で使用されるテーブルを示す図である。
【図１９】図１８に示すテーブルを更新する処理のフローチャートである。
【図２０】図１９の処理で実行される設定更新処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁の作動位相を連続的に変更する弁作動特性可変機構４０を備えている。
【００２３】
エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配置されている。また、スロットル弁３にはその開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、スロットル弁開度ＴＨに応じた電気信号を出力して電子制御ユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。
【００２４】
吸気管２には、スロットル弁３を介してエンジン１に吸入される空気（新気）の流量である吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ１３が設けられ、さらにスロットル弁３の上流側に吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。これらのセンサ１３及び９の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２５】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００２６】
エンジン１の各気筒の点火プラグ１２は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１２に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサ８及び１０の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２７】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００２８】
ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、エンジン１により駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２９】
またエンジン１は排気還流機構（図示せず）を備えており、エンジン１の排気が吸気管２のスロットル弁３の下流側に還流される。
【００３０】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、点火プラグ１２、弁作動特性可変機構４０に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００３１】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、点火時期制御、及び吸気弁の作動位相制御を行う。
【００３２】
またＥＣＵ５のＣＰＵは、スロットル弁３を通過する空気流量の推定値（以下「推定スロットル弁通過空気流量」という）ＨＧＡＩＲＴＨを算出するとともに、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ、吸気圧ＰＢＡ、及び吸気温ＴＡに基づいてエンジン１の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ［ｇ／ＴＤＣ］（１ＴＤＣ期間、すなわち４気筒エンジンであればエンジン１のクランク軸が１８０度回転するのに要する時間当たりの空気量）を算出する。
【００３３】
さらにＥＣＵ５のＣＰＵは、スロットル弁３を通過する空気流量の１行程期間後の予測値（以下「予測スロットル弁通過空気流量」という）ＨＧＡＩＲＴＨＰを算出するとともに、予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを用いて、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの１行程期間後の予測値（以下「予測気筒吸入空気量」という）ＧＡＩＲＣＹＬＰを算出する。算出した予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰは、燃料供給量や点火時期の制御に適用される。
【００３４】
また、ＥＣＵ５のＣＰＵは、エンジン１の要求出力に応じた目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出し、実際の気筒吸入空気量を目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤに制御するためのスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、検出されるスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤと一致するように、アクチュエータ７の駆動制御を行う。
【００３５】
図２は、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ及び目標開度ＴＨＣＭＤを算出するモジュールの構成を示すブロック図である。図２に示す各ブロックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により実現される。
【００３６】
図２に示す演算モジュールは、スロットル弁通過空気流量算出部５１と、予測気筒吸入空気量算出部５２と、モデル補正係数算出部５３と、目標気筒吸入空気量算出部５４と、リミット処理部５５と、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６と、目標開度算出部５７とを備えている。
【００３７】
スロットル弁通過空気流量算出部５１は、検出されるスロットル弁開度ＴＨを、弁通過空気流量モデル式に適用して、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を算出し、後述する長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを補正することにより、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出する。弁通過空気流量モデル式は、スロットル弁開度ＴＨと、スロットル弁３を通過する空気の流量との関係をモデル化したものである。
【００３８】
スロットル弁通過空気流量算出部５１は、さらに後述する短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを用いて第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを補正することにより、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出し、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］の単位変換を行って、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。
【００３９】
予測気筒吸入空気量算出部５２は、吸気管２（より具体的には吸気管２のスロットル弁下流側）をモデル化した吸気管モデル式に、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを適用して、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを算出するとともに、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを用いて予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰを算出し、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰを用いて、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰを算出する。また、予測気筒吸入空気量算出部５２は、吸気管モデル式のモデルパラメータの１つであるエンジン１の体積効率ηｖを算出し、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの算出に適用する。算出される体積効率ηｖは、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６における演算にも適用される。
【００４０】
モデル補正係数算出部５３は、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲ、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ、及び第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬに基づいて、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬは、スロットル弁３の特性ばらつき及び経時変化に起因する、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための補正係数であり、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは、環境（例えば気温や大気圧など）の変化に起因する、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための補正係数である。
【００４１】
目標気筒吸入空気量算出部５４は、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出する。
【００４２】
リミット処理部５５は、スロットル弁開度の１制御周期で変更可能なスロットル弁開度変化量（最大変化量）ＤＴＨＬＭＴと、検出されるスロットル弁開度ＴＨ（現在値）とに応じて、開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを算出し、スロットル弁開度を開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬに設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬを算出する。この演算には、弁通過空気流量モデル式が適用され、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが使用される。
【００４３】
リミット処理部５５は、さらに上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬに対応する上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＬを算出し、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＬで定義される制限範囲内の値をとるようにリミット処理を行う。
【００４４】
目標スロットル弁通過空気流量算出部５６は、リミット処理後の目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを吸気管モデル式の逆モデル式に適用し、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを算出する。
【００４５】
目標開度算出部５７は、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に適用し、目標開度ＴＨＣＭＤを算出する。この演算には、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが適用される。
【００４６】
次に、スロットル弁通過空気流量算出部５１における推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨの算出手法と、予測気筒吸入空気量算出部５２における予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ、及び予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出手法とを詳細に説明する。
【００４７】
図３はエンジン１を模式的に示す図であり、スロットル弁３，吸気弁２１、排気弁２２、及び気筒１ａが示されている。
スロットル弁３の開度ＴＨと、スロットル弁通過空気流量（吸入空気流量ＧＡＩＲ）の推定値ＨＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］との関係は、弁通過空気流量モデルを定義する下記式（１）で表すことができる。式（１）のＫＣは流量の単位を［ｇ／ｓｅｃ］とするための変換定数であり、ＫＴＨ（ＴＨ）はスロットル弁開度ＴＨに応じて算出される開口面積流量関数であり、Ψ（ＲＰ）は、スロットル弁３の上流側圧力である大気圧ＰＡと、下流側圧力である吸気圧ＰＢＡとの比率ＲＰ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）に応じて算出される圧力比流量関数であり、Ｒは気体定数である。開口面積流量関数ＫＴＨ（ＴＨ）の値は、予め実験的に求められた図７（ａ）に示すＫＴＨテーブルを用いて算出される。
【００４８】
また圧力比流量関数Ψは、下記式（２）で与えられる。式（２）の「κ」は空気の比熱比である。ただし、空気流速が音速を超えると、圧力比流量関数Ψは圧力比に拘わらず極大値をとるので、実際の演算処理では、圧力比流量関数Ψ（ＲＰ）の値も予め設定されたΨ（ＲＰ）テーブル（図７（ｂ））を用いて算出される。
【００４９】
【数１】
【００５０】
本実施形態では、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正する長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（３）に適用し、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出し、式（３）により算出される第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを、エンジン回転数ＮＥを用いて１ＴＤＣ期間当たりの流量に変換することにより、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］が算出される。
ＨＧＡＩＲＬＳ＝ＨＧＡＩＲ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ （３）
【００５１】
一方吸気管２のスロットル弁下流側部分２ａ内の空気量の変化量ＤＧＡＩＲＩＮは、下記式（１１）で与えられる。式（１１）のＶｉｎはスロットル弁下流側部分２ａの吸気管容積、ＴＡＫは絶対温度に変換した吸気温ＴＡ、Ｒは気体定数、ＤＰＢＡは吸気圧ＰＢＡの変化量（ＰＢＡ(k)−ＰＢＡ(k-1））である。また「ｋ」は１行程に相当する期間で離散化した離散化時刻である。
ＤＧＡＩＲＩＮ＝Ｖｉｎ×ＤＰＢＡ／（Ｒ×ＴＡＫ） （１１）
【００５２】
したがって、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］と、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ［ｇ／ＴＤＣ］の差は、下記式（１２）で示されるように上記変化量ＤＧＡＩＲＩＮと等しくなる。
ＤＧＡＩＲＩＮ＝ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1) （１２）
【００５３】
一方、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮは、下記式（１３）で与えられる。式（１３）のＶｃｙｌは気筒容積であり、ηｖは体積効率である。
ＧＡＩＲＣＹＬＮ＝Ｖｃｙｌ×ηｖ×ＰＢＡ／（Ｒ×ＴＡＫ） （１３）
【００５４】
式（１３）を用いると、吸気圧変化量ＤＰＢＡは、下記式（１４）で与えられる。式（１４）で与えられるＤＰＢＡ及び式（１２）の関係を式（１１）に適用することにより、下記の式（１５）（吸気管モデルの定義式）が得られる。
【数２】
【００５５】
したがって、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを下記式（１６）で定義すると、式（１５）は下記式（１５ａ）で示され、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮは、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを入力とする一次遅れモデルの式を用いて算出することができる。
ＣＧＡＣＹＬ＝Ｖｃｙｌ×ηｖ／Ｖｉｎ （１６）
ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ×ＨＧＡＩＲＴＨ(k) （１５ａ）
【００５６】
式（１６）により遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを算出するためには、体積効率ηｖを算出することが必要である。体積効率ηｖは、エンジン運転状態（エンジン回転数ＮＥ，吸気圧ＰＢＡ）、吸気弁の作動位相、排気還流率などに依存して変化するものであるため、本実施形態では、下記式（１７）により、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)の算出に用いる体積効率ηｖを算出するようにしている。
ηｖ＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k) （１７）
【００５７】
式（１７）のＧＡＩＲＳＴＤ(k)は下記式（１８）により算出される理論気筒吸入空気量である。
ＧＡＩＲＳＴＤ(k)＝ＰＢＡ(k)×Ｖｃｙｌ／（Ｒ×ＴＡＫ） （１８）
【００５８】
式（１７）を用いることにより、マップやテーブルを用いることなく体積効率ηｖを算出することが可能となり、常に更新されるのでエンジン特性の経時変化の影響を受けることなく最適な値を得ることできる。
【００５９】
図４は、本実施形態における予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出手法を説明するためのタイムチャートである。
一点鎖線及び細い実線は、それぞれ推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ及び予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰの推移を示し、破線及び太い実線は、それぞれ気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの推移を示す。
【００６０】
本実施形態では、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨに基づいて予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰが算出され、時刻ｋにおける予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)と、時刻ｋにおける気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)とを用いて、時刻ｋにおける予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)が算出される。予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)は、時刻（ｋ＋１）における気筒吸入空気量の予測値を示す。
【００６１】
したがって、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの前回値（図の点ＰＰに相当する値）を用いて予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)を算出する従来手法では、前回値ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k-1)が予測誤差ＥＲＲＰを含むのに対し、本実施形態では予測誤差ＥＲＲＰを含まない気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を用いて予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)が算出されるので、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)の算出精度を向上させることができる。
【００６２】
図４に示すように燃料噴射が吸気行程で実行されるため、燃料噴射量を予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)に基づいて算出することにより、実際の気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k+1)とほぼ等しいと推定される空気量）に適した量の燃料を供給することができ、過渡運転状態での空燃比制御精度を向上させることができる。時刻ｋにおいて算出される気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)は、その直前の１行程期間に吸入される空気量を示すため、図示される加速状態では、実際の吸入空気量より小さな値となる。
【００６３】
次に弁通過空気流量モデルの逆モデル、及び吸気管モデルの逆モデルを定義する式について説明する。
弁通過空気流量モデルを定義する式（１）を変形すると下記式（２１）が得られる。したがって、弁通過空気流量モデルの逆モデルは、下記式（２２）で定義される。
【数３】
【００６４】
一方、吸気管モデルを定義する式（１５ａ）を変形すると、下記式（２３）が得られる。したがって、吸気管モデルの逆モデルは、式（２３）で定義される。
ＨＧＡＩＲＴＨ(k)＝
（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）／ＣＧＡＣＹＬ
＋ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1) （２３）
【００６５】
目標スロットル弁通過空気流量算出部５６では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤから目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出されるので、式（２３）のＨＧＡＩＲＴＨ及びＧＡＩＲＣＹＬＮを、それぞれＧＡＩＲＴＨＣＭＤ及びＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤに置換した下記式（２４）を用いて、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出される。
ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)＝
（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)）／ＣＧＡＣＹＬ
＋ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1) （２４）
【００６６】
また目標開度算出部５７では、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ［ｇ／ＴＤＣ］を単位時間当たりの流量［ｇ／ｓｅｃ］に変換することにより、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ、及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（２５）に適用して、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣが算出される。
ＧＡＩＲＣＭＤＣ＝ＧＡＩＲＣＭＤ／（ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ） （２５）
【００６７】
さらに、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣを下記式（２６）に適用して目標開度ＴＨＣＭＤが算出される。式（２６）は、式（２２）のＨＧＡＩＲをＧＡＩＲＣＭＤＣに置換したものである。なお、式（２６）の演算は、図７（ａ）に示すＫＴＨテーブルを逆検索することにより行われる。
【数４】
【００６８】
次に弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳの算出手法の概要を説明する。モデル化誤差は、基本的には吸入空気流量センサ１３により検出される吸入空気流量ＧＡＩＲと、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲとのずれに相当するものであるが、本実施形態では吸入空気流量センサ１３の検出遅れを考慮し、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲについて検出遅れ補正を行って、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを算出し、モデル化誤差を示すパラメータとして、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを下記式（３１）で定義する。
ＫＴＨＥＲＲ＝ＧＡＩＲ／ＨＧＡＩＲＡＦＭ （３１）
【００６９】
モデル化誤差がなければ、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは「１．０」となり、「１．０」との差が大きくなるほど、モデル化誤差が大きいことを示す。そこで、本実施形態では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲに基づいて長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する。
【００７０】
一方短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは、以下のようにして算出する。推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬで補正した第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬについて検出遅れ補正を行って遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを算出し、これを下記式（３２）に適用して補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出する。そして、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを下記式（３３）に適用してなまし演算を行うことにより、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。式（３３）のＣＳは、例えば「０．０２」に設定されるなまし係数である。ｊは演算周期ＴＳ（例えば１ＴＤＣ期間に設定される）で離散化した離散化時刻である。
ＫＴＨＥＲＲＳ＝ＧＡＩＲ／ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ （３２）
ＫＭＤＬＳ(j)＝ＣＳ×（１／ＫＴＨＥＲＲＳ）＋（１−ＣＳ）×ＫＭＤＬＳ(j-1)
（３３）
【００７１】
なお、検出吸入空気流量ＧＡＩＲが脈動しているとき、及び圧力比流量関数Ψに適用される圧力比ＲＰが上限値に到達しているときは、なまし係数ＣＳが「０」に設定され、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは前回値に維持される。
【００７２】
遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ（ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ）を算出するために、吸入空気流量センサ１３をモデル化した吸入空気流量センサモデル（以下「ＡＦＭモデル」という）が使用される。ＡＦＭモデルは、むだ時間要素と一次遅れ要素の結合で近似することができるので、本実施形態では、下記式（３４）により、ＡＦＭモデルを定義する。式（３４）のｊＴＮはむだ時間ＴＮを演算周期ＴＳで離散化した離散化むだ時間であり、ＣＴＤは下記式（３５）で与えられる遅れ定数である。遅れ定数ＣＴＤは「０」より大きく「１」より小さい値をとる。式（３５）のＴＤは一次遅れ要素の遅れ時定数である。遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭは、下記式（３４ａ）で与えられる。
ＨＧＡＩＲＡＦＭ(j)＝ＣＴＤ×ＨＧＡＩＲ(j-jTN)
＋（１−ＣＴＤ）×ＨＧＡＩＲＡＦＭ(j-1) （３４）
ＣＴＤ＝１−ｅ-(TS/TD) （３５）
ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ(j)＝ＣＴＤ×ＨＧＡＩＲＬ(j-jTN)
＋（１−ＣＴＤ）×ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ(j-1) （３４ａ）
【００７３】
次に長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出手法を詳細に説明する。図５は、スロットル弁開度ＴＨと、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲとの関係を示す図であり、この図に示す黒丸はモデル化誤差が存在する状態における実験データを示し、実線Ｌ１は実験データからスロットル弁開度ＴＨとモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲとの関係を近似するための曲線を示す。この図から明らかなように、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢより大きい範囲では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは「１．０」とほぼ等しくなる。そこで、本実施形態では、曲線Ｌ１（ＴＨ≦ＴＨＢの範囲）を２次曲線で近似することとし、下記式（３６）で誤差モデルを定義する。式（３６）のＫＴＨＥＲＲＣＯＲを以下「誤差パラメータ」という。
ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ＝ＫＴＨＥＲＲ−１＝Ａ×（ＴＨ−ＴＨＢ）2 （３６）
【００７４】
式（３６）は、図５に示す破線Ｌ２を示す数式に相当し、「Ａ」はモデルパラメータである。式（３６）を用いることにより、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出するために必要なモデルパラメータが１つとなり（一般的な２次式では、モデルパラメータは３つである）、モデルパラメータの同定演算を簡単化することができる。
【００７５】
モデルパラメータＡは、最小二乗法を用いる場合、下記式（３７）で与えられる。
【数５】
【００７６】
同定されたモデルパラメータＡ及びスロットル弁開度ＴＨを式（３６）に適用して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出し、その誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを下記式（３８）に適用することにより、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが得られる。
ＫＭＤＬＬ＝１／ＫＴＨＥＲＲ＝１／（ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ＋１） （３８）
【００７７】
このように長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬは、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳに比べて、より長い期間における検出データ（ＴＨ，ＧＡＩＲ）を統計処理することにより算出されるモデルパラメータＡを用いて算出される。弁通過空気流量モデルのモデル化誤差は、スロットル弁の特性ばらつきや経時変化、有効吸気管断面積の減少などに起因するので、モデルを補正するための補正係数の正確な値を得るためには、比較的長い期間で得られる検出データに基づく演算を行う必要がある。したがって、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いることにより、モデル化誤差をより高い精度で補正することが可能となる。
【００７８】
図６は、スロットル弁通過空気流量算出部５１における演算処理のフローチャートである。
ステップＳ１１では、スロットル弁開度ＴＨに応じて図７（ａ）に示す開口面積流量関数テーブルを検索し、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）を算出する。ステップＳ１２では、圧力比ＲＰ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）に応じて図７（ｂ）に示す圧力比流量関数テーブルを検索し、圧力比流量関数値Ψ（ＲＰ）を算出する。
【００７９】
ステップＳ１３では、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）、圧力比流量関数値Ψ（ＲＰ）、及び吸気温ＴＡを前記式（１）に適用し、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。ステップＳ１４では、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを下記式（４１）に適用して、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出し、さらに第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（４２）に適用して、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出する。
ＨＧＡＩＲＬ＝ＨＧＡＩＲ×ＫＭＤＬＬ （４１）
ＨＧＡＩＲＬＳ＝ＨＧＡＩＲＬ×ＫＭＤＬＳ （４２）
【００８０】
ステップＳ１５では、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］及びエンジン回転数ＮＥを下記式（４３）に適用し、１ＴＤＣ期間当たりの吸入空気量である推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。式（４３）のＫＣＶは変換係数である。
ＨＧＡＩＲＴＨ＝ＨＧＡＩＲＬＳ×ＫＣＶ／ＮＥ （４３）
【００８１】
図８は、予測気筒吸入空気量算出部５２における演算処理のフローチャートである。
ステップＳ２１では前記式（１７）を用いて体積効率ηｖを算出する。なお、この算出には、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの前回値を用いるため、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの初期値ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩの設定が必要である。本実施形態では、初期値ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩは、下記式（４５）により、理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤに設定される。よって体積効率ηｖの初期値は「１」となる（式（１７）参照）。
ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩ＝ＧＡＩＲＳＴＤ
＝ＰＢＡ×Ｖｃｙｌ／（Ｒ×ＴＡＫ） （４５）
【００８２】
ステップＳ２２では、算出された体積効率ηｖを前記式（１６）に適用し、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを算出する。ステップＳ２３では、算出された遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを前記式（１５ａ）に適用し、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を算出する。
【００８３】
ステップＳ２４では、下記式（４６）により予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)を算出する。式（４６）のＫＰは、実験により設定される所定予測ゲインである。
ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)＝ＨＧＡＩＲＴＨ(k)
＋{ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＨＧＡＩＲＴＨ(k-1)｝×ＫＰ （４６）
【００８４】
ステップＳ２５では、下記式（４７）により予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)を算出する。式（４７）は、式（１５ａ）と同形式の吸気管モデル式であり、式（１５ａ）のＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)及びＨＧＡＩＲＴＨ(k)を、それぞれＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)及びＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)に代えたものである。
ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)
＋ＣＧＡＣＹＬ×ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k) （４７）
【００８５】
図９は、図２のモデル補正係数算出部５３において、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで、演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１０１では、前記式（１）を用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。ステップＳ１０２では、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて図１０（ａ）に示すＴＮテーブルを検索し、無駄時間ＴＮを算出するとともに、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて図１０（ｂ）に示すＴＤテーブルを検索し、遅れ時定数ＴＤを算出する。なお、無駄時間ＴＮ及び遅れ時定数ＴＤは、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて算出するようにしてもよい。
【００８６】
ステップＳ１０３では、スロットル弁開度ＴＨを式（３６）に適用して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出し、その誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを式（３８）に適用することにより、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する。
【００８７】
ステップＳ１０４では、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを式（４１）に適用し、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出する。ステップＳ１０５では、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを式（３４ａ）に適用して、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを算出し、ステップＳ１０６では、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを式（３２）に適用して、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出し、ステップＳ１０７では、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを式（３３）に適用して、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。
【００８８】
図１１は、モデルパラメータＡを算出する学習処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで、演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１１０では、学習実行フラグＦＬＥＡＲＮが「１」であるか否かを判別する。学習実行フラグＦＬＥＡＲＮは、エンジン１の今回の運転開始（エンジン始動）時点からの走行距離ＤＩＳＴが所定値ＤＬＥＡＲＮ未満であるとき「１」に設定される。
【００８９】
ステップＳ１１０の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了する。学習実行フラグＦＬＥＡＲＮが「１」であるときは、ステップＳ１１１〜Ｓ１１６の学習処理を実行する。ステップＳ１１１及びＳ１１２における演算は、図９のステップＳ１０１及びＳ１０２における演算と同一である。
【００９０】
ステップＳ１１３では、式（３４）により遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを算出し、算出した遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ及び検出吸入空気流量ＧＡＩＲを式（３１）に適用して、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを算出する（ステップＳ１１４）。
【００９１】
ステップＳ１１５では、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは図１２に示す同定演算を実行し（ステップＳ１１６）、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢ以上であるときは直ちに処理を終了する。
【００９２】
図１２は図１１のステップＳ１１６で実行される同定演算処理のフローチャートである。
ステップＳ１４０では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲから「１」を減算して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出する。Ｓ１４１〜Ｓ１４３では、スロットル弁開度ＴＨが、所定開度ＴＨ１〜ＴＨ３（ＴＨ１＜ＴＨ２＜ＴＨ３）によって定義される第１〜第４領域のいずれにあるかを判別し、スロットル弁開度ＴＨが第１領域（ＴＨ＜ＴＨ１）にあるときは領域パラメータｎを「１」に設定し（ステップＳ１４４）、スロットル弁開度ＴＨが第２領域（ＴＨ１≦ＴＨ＜ＴＨ２）にあるときは領域パラメータｎを「２」に設定し（ステップＳ１４５）、スロットル弁開度ＴＨが第３領域（ＴＨ２≦ＴＨ＜ＴＨ３）にあるときは領域パラメータｎを「３」に設定し（ステップＳ１４６）、スロットル弁開度ＴＨが第４領域（ＴＨ３≦ＴＨ）にあるときは領域パラメータｎを「４」に設定する（ステップＳ１４７）。
【００９３】
ステップＳ１４８では、下記式（６１）により第ｎ領域の分母積算値ＸＸＸＸ[n]を算出する。分母積算値ＸＸＸＸ[n]は、式（３７）の分母に対応するものであり、式（６１）のＸＸＸＸ[n］zは、分母積算値ＸＸＸＸ[n］の前回算出値である。
ＸＸＸＸ[n］＝ＸＸＸＸ[n]z＋（ＴＨ−ＴＨＢ）4 （６１）
【００９４】
ステップＳ１４９では、分子積算値ＸＸＹ[n]を下記式（６２）により算出する。分子積算値ＸＸＹ[n]は、式（３７）の分子に対応するものであり、式（６２）のＸＸＹ[n]zは、分子積算値ＸＸＹ[n]の前回算出値である。
ＸＸＹ[n]＝ＸＸＹ[n]z＋ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ×（ＴＨ−ＴＨＢ）2 （６２）
【００９５】
ステップＳ１５０では、第ｎ領域のサンプリング数ＮＳＡＭＰＬ[n]を「１」だけインクリメントする（前回値ＮＳＡＭＰＬ[n]zに「１」を加算する）。ステップＳ１５１では、下記式（６３）により、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬを算出する。式（６３）によれば、４つの領域毎に算出される分母平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬが算出される。
【数６】
【００９６】
ステップＳ１５２では、下記式（６４）により、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを算出する。式（６４）によれば、４つの領域毎に算出される分子平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬが算出される。
【数７】
【００９７】
ステップＳ１５３では、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬで除算することにより、モデルパラメータＡを算出する。
【００９８】
図１２に示す処理によれば、スロットル弁開度ＴＨの変化範囲が４つの領域に分割され、各領域毎の分子平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬが算出されるとともに、各領域毎の分母平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬが算出され、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬで除算してモデルパラメータＡが算出される。これにより、サンプリングされるスロットル弁開度ＴＨの値に偏りがある場合でも、高い精度を確保することができる。
【００９９】
図１２の処理により算出されるモデルパラメータＡは、エンジン運転期間（エンジン始動時点からイグニッションスイッチがオフされるまでの期間）の終了時点でメモリに格納され、次のエンジン運転期間において式（３６）の演算に適用される。
【０１００】
図１３は、図２の目標気筒吸入空気量算出部５４、リミット処理部５５、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６、及び目標開度算出部５７における処理のフローチャートである。
【０１０１】
ステップＳ３１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出する。ステップＳ３２では、図１４に示すリミット処理を実行し、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを、上限値ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限値ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬの範囲内の値に制限する。
【０１０２】
ステップＳ３３では、吸気管モデル式の逆モデル式（式（２４））にリミット処理後の目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k)及びＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)を適用し、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)を算出する。
【０１０３】
ステップＳ３４では、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)［ｇ／ＴＤＣ］を下記式（６５）に適用し、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(k)［ｇ／ｓｅｃ］に変換する。
ＧＡＩＲＣＭＤ(k)＝ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)×ＮＥ／ＫＣＶ （６５）
【０１０４】
ステップＳ３５では、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(k)を前記式（２５）に適用し、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣ(k)を算出する。ステップＳ３６では、式（２１）の「ＨＧＡＩＲ」として補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣ(k)を適用し、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）を算出する。ステップＳ３７では、ステップＳ３６で算出した開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）に応じて、図７（ａ）に示す開口面積流量関数テーブルを逆検索し、目標開度ＴＨＣＭＤ(k)を算出する（式（２６）の演算を行う）。
【０１０５】
図１４は、図１３のステップＳ３２におけるリミット処理のフローチャートである。
ステップＳ４１では、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７の電源電圧ＶＢＤＢＷに応じて、スロットル弁開度の単位時間当たりの最大変化量ＤＴＨｌｍｔ［ｄｅｇ／ｍｓ］を算出し、スロットル弁３の制御周期ＴＣＴＬ（例えば２ｍｓ）当たりの最大変化量ＤＴＨＬＭＴ［ｄｅｇ／ＴＣＴＬ］に変換する。なお、最大変化量ＤＴＨＬＭＴは、予め設定した値を用いてもよい。
【０１０６】
ステップＳ４２では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び最大変化量ＤＴＨＬＭＴを下記式（６６）に適用し、基本開き側限界値ＴＨＯＦＨＢを算出する。式（６６）は、ＴＨＭＡＸと（ＴＨ＋ＤＴＨＬＭＴ）の小さい方を選択する演算を行うものであり、ＴＨＭＡＸは所定最大開度（例えば８５ｄｅｇ）である。
ＴＨＯＦＨＢ＝Ｍｉｎ（ＴＨＭＡＸ，ＴＨ＋ＤＴＨＬＭＴ） （６６）
【０１０７】
ステップＳ４３では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び最大変化量ＤＴＨＬＭＴを下記式（６７）に適用し、基本閉じ側限界値ＴＨＯＦＬＢを算出する。式（６７）は、ＴＨＭＩＮと（ＴＨ−ＤＴＨＬＭＴ）の大きい方を選択する演算を行うものであり、ＴＨＭＩＮは所定最小開度（例えば０．５ｄｅｇ）である。
ＴＨＯＦＬＢ＝Ｍａｘ（ＴＨＭＩＮ，ＴＨ−ＤＴＨＬＭＴ） （６７）
【０１０８】
ステップＳ４４では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び基本開き側限界値ＴＨＯＦＨＢを下記式（６８）に適用し、開き側限界値ＴＨＯＦＨを算出する。式（６８）のＣＴＨＡＤＤは、０から１の間の値に設定される開き側なまし係数である。
ＴＨＯＦＨ＝ＴＨ＋ＣＴＨＡＤＤ×（ＴＨＯＦＨＢ−ＴＨ） （６８）
【０１０９】
ステップＳ４５では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び基本閉じ側限界値ＴＨＯＦＬＢを下記式（６９）に適用し、閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを算出する。式（６９）のＣＴＨＤＥＣは、０から１の間の値に設定される閉じ側なまし係数である。
ＴＨＯＦＬ＝ＴＨ＋ＣＴＨＤＥＣ×（ＴＨＯＦＬＢ−ＴＨ） （６９）
【０１１０】
閉じ側なまし係数ＣＴＨＤＥＣは、開き側なまし係数ＣＴＨＡＤＤより大きな値に設定され、かつなまし係数ＣＴＨＤＥＣ及びＣＴＨＡＤＤは、ともに制御周期ＴＣＴＬが長くなるほどより大きな値をとるように設定される。
【０１１１】
ステップＳ４６では、開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを、弁通過空気流量モデル式（式（１））に適用し、対応する上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨ［ｇ／ｓｅｃ］及び下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬ［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。さらに上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨ及び下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬを下記式（７０）及び（７１）に適用し、補正上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ及び補正下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬＬＳを算出する。
ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ＝ＧＡＩＲＬＭＨ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ （７０）
ＧＡＩＲＬＭＬＬＳ＝ＧＡＩＲＬＭＬ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ （７１）
【０１１２】
ステップＳ４７では、補正上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］及び補正下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］に（ＫＣＶ／ＮＥ）を乗算して、上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ［ｇ／ＴＤＣ］及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。
【０１１３】
ステップＳ４８では、上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬを吸気管モデル式（式（１５ａ））に適用し、上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬを算出する。
【０１１４】
ステップＳ４９では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨに設定し（ステップＳ５０）、ステップＳ５１に進む。ステップＳ４９の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ５１に進む。
【０１１５】
ステップＳ５１では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬに設定し（ステップＳ５２）、処理を終了する。ステップＳ５１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。
【０１１６】
以上のように本実施形態では、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨが算出され、検出される吸気圧ＰＢＡ及び吸気温ＴＡに基づいて理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤが算出され、気筒吸入空気量の前回値ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)及び理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤを用いて、体積効率ηｖが算出される。また吸気管２（スロットル弁下流側）をモデル化した吸気管モデルの定義式（１５ａ）に、スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ及び体積効率ηｖを適用して、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮが算出され、その気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを用いて予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰが算出される。すなわち、算出された気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの最新値を用いて予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰが算出されるので、前回予測値を用いる先行例と比較して、より高い精度で予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰを算出することができる。
【０１１７】
また吸気管モデル式の逆モデル式に目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ及び体積効率ηｖを適用して、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出されるので、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの算出に適用される体積効率ηｖをそのまま使用して、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを精度良く算出することができる。したがって、算出された目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤに応じてスロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、スロットル弁開度ＴＨをその目標開度ＴＨＣＭＤに制御することによって、実際の気筒吸入空気量を目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤに精度良く制御することができる。
【０１１８】
また弁通過空気流量モデル式に検出スロットル弁開度ＴＨを適用して、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨが算出されるとともに、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを適用して目標開度ＴＨＣＭＤが算出される。これにより、検出スロットル弁開度ＴＨに応じた推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨの算出、及び目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤに応じた目標開度ＴＨＣＭＤの算出をともに精度良く行うことができる。
【０１１９】
またスロットル弁通過空気流量の検出値、すなわち吸入空気流量センサ１３により検出される吸入空気流量ＧＡＩＲに基づいて、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが算出され、これらのモデル補正係数ＫＭＤＬＬ，ＫＭＬＤＳ（補正された弁通過空気流量モデル式）を用いて、スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＲＩＴＨの算出が行われるとともに、モデル補正係数ＫＭＤＬＬ，ＫＭＬＤＳ（補正された弁通過空気流量モデル式の逆モデル式）を用いて、目標開度ＴＨＣＭＤが算出される。したがって、スロットル弁の特性ばらつきや経時変化、有効吸気管断面積の減少、運転環境の変化、あるいはセンサの温度特性などに起因する弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を抑制し、良好な制御性能を得ることができる。
【０１２０】
またスロットル弁開度の開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＨＬが算出され、スロットル弁開度を算出される限界値ＴＨＯＦＨ，ＴＨＯＦＬに設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬが算出される。さらに上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬに対応する上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬが算出され、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが，上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬで定義される制限範囲内の値をとるようにリミット処理が行われ、リミット処理後の目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを用いて目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤの算出が行われる。したがって、実現不可能なスロットル弁開度に対応した目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出されることを確実に防止し、特に要求トルクが変化する過渡状態において目標開度ＴＨＣＭＤを適切に設定することができる。
【０１２１】
本実施形態では、スロットル弁開度センサ４、吸気圧センサ８、吸気温センサ９、及び吸入空気流量センサ１３がそれぞれスロットル弁開度検出手段、吸気圧検出手段、吸気温検出手段、及び空気流量検出手段に相当し、ＥＣＵ５が吸入空気量制御手段の一部、スロットル弁通過空気流量取得手段、理論気筒吸入空気量算出手段、体積効率算出手段、気筒吸入空気量算出手段、気筒吸入空気量予測手段、目標気筒吸入空気量算出手段、目標スロットル弁通過空気流量算出手段、目標開度算出手段、弁通過空気流量モデル補正手段、限界値算出手段、限界スロットル弁通過空気流量算出手段、限界気筒吸入空気量算出手段、及び制限処理手段を構成する。具体的には、図６の処理がスロットル弁通過空気流量取得手段に相当し、図８のステップＳ２１が体積効率算出手段に相当し、ステップＳ２３が気筒吸入空気量算出手段に相当し、ステップＳ２４及びＳ２５が気筒吸入空気量予測手段に相当し、図１３のステップＳ３１が目標気筒吸入空気量算出手段に相当し、ステップＳ３３が目標スロットル弁通過空気流量算出手段に相当し、ステップＳ３４〜Ｓ３７が目標開度算出手段に相当し、図９の処理が弁通過空気流量モデル式補正手段に相当し、図１４のステップＳ４１〜Ｓ４５が限界値算出手段に相当し、ステップＳ４６及びＳ４７が限界スロットル弁通過空気流量算出手段に相当し、ステップＳ４８が限界気筒吸入空気量算出手段に相当し、ステップＳ４９〜Ｓ５２が制限処理手段に相当する。
【０１２２】
［変形例１］
上述した実施形態では、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出に適用するモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを用いて算出するようにしたが（式（３１））、定常的なエンジン運転状態においてモデルパラメータＡの学習を行うことにより、吸入空気流量センサ１３の検出遅れの影響を排除することができる。したがって、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭに代えて、検出遅れ補正を行わない推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを用いてモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを算出するようにしてもよい。
【０１２３】
［変形例２］
上述した実施形態では、モデルパラメータＡの算出に適用される分母加重平均値ＸＸＸＴＴＬ及び分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを、それぞれ式（６３）及び（６４）により算出するようにしたが、これらの数式に代えて、下記式（６３ａ）及び（６４ａ）を用いて算出するようにしてもよい。
【０１２４】
【数８】
【数９】
【０１２５】
式（６３ａ）及び（６４ａ）のＫＧ１〜ＫＧ４は、重み係数であり下記式（７２）及び（７３）を満たすように設定される。
ＫＧ１＞ＫＧ２＞ＫＧ３＞ＫＧ４ （７２）
ＫＧ１＋ＫＧ２＋ＫＧ３＋ＫＧ４＝１ （７３）
【０１２６】
弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差は、図５に示したように、スロットル弁開度ＴＨが低下するほど増加する傾向がある。したがって、式（７２）を満たすように設定される重み係数ＫＧ１〜ＫＧ４を用いることにより、モデルパラメータＡの同定演算に上記傾向を適切に反映させ、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出精度を高めることができる。
なお、重み係数ＫＧ１〜ＫＧ４は、これらのうちいずれかが同じ値となるように設定してもよい。
【０１２７】
［変形例３］
理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤの算出方法として、公知の特許文献３（ＷＯ２０１０／０９５４７７号公報）の段落００８３〜００８９に開示された以下の手法を用いてもよい。この場合には、吸気圧ＰＢＡが基準大気圧ＰＡ０に等しくかつ吸気温ＴＡが基準温度ＴＡ０に等しい状態における最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを、エンジン回転数ＮＥに対応して（複数の所定エンジン回転数毎に）予め求めてテーブルとして記憶しておき、エンジン運転時にはエンジン回転数ＮＥに応じたテーブル検索により最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを算出し、検出される吸気圧ＰＢＡ、基準大気圧ＰＡ０、及び最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを特許文献３の式（２１）に適用して基準理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤＢを算出し、さらに検出される吸気温ＴＡ及びエンジン冷却水温ＴＷに応じて基準理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤＢを補正することにより、理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤを算出することができる。
【０１２８】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態において離散化時刻ｋにおける体積効率ηｖ、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ、及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの演算を複数回実行することにより、エンジンの過渡運転状態においてより正確な気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを得られるようにしたものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
【０１２９】
図１５は、本実施形態における気筒吸入空気量算出処理のフローチャートである。この処理は、ＴＤＣパルスの発生に同期して１行程毎に（４気筒エンジンであればクランク軸が１８０度回転する毎に）ＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【０１３０】
ステップＳ８１では、前記式（１８）により理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤ(k)を算出する。ステップＳ８２では、初期化フラグＦＩＮＩが「１」であるか否かを判別する。エンジンの始動直後は、初期化フラグＦＩＮＩは「０」であるので、ステップＳ８３に進み、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤ(k)に設定するとともに、体積効率ηｖ(k)を「１．０」に設定する。次いで初期化フラグＦＩＮＩを「１」に設定する（ステップＳ８４）。
【０１３１】
初期化フラグＦＩＮＩが「１」であるときは、ステップＳ８３からステップＳ８５に進み、更新演算の実行回数を計数するインデクスパラメータｉを「０」に設定する。以下の説明ではインデクスパラメータｉを付したＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)、ηｖ(i)、及びＣＧＡＣＹＬ(i)をそれぞれ更新気筒吸入空気量、更新体積効率、及び更新遅れ係数という。
【０１３２】
ステップＳ８６では、更新気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)（ｉ＝０）を気筒吸入空気量の前回値ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)に設定するとともに、更新体積効率ηｖ(i)（ｉ＝０）を体積効率の前回値ηｖ(k-1)に設定する。
【０１３３】
ステップＳ８７では、インデクスパラメータｉを「１」だけインクリメントし、ステップＳ８８では下記式（１７ａ）により、更新体積効率ηｖ(i)を算出する。
ηｖ(i)＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i-1)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k) （１７ａ）
【０１３４】
ステップＳ８９では、下記式（１６ａ）により、更新遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(i)を算出する。
ＣＧＡＣＹＬ(i)＝Ｖｃｙｌ×ηｖ(i)／Ｖｉｎ （１６ａ）
【０１３５】
ステップＳ９０では、下記式（１５ｂ）により、更新気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)を算出する。
ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ(i)）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ(i)×ＨＧＡＩＲＴＨ(k) （１５ｂ）
【０１３６】
ステップＳ９１では、インデクスパラメータｉが上限値ｉＭＡＸに達したか否かを判別する。本実施形態では、上限値ｉＭＡＸは例えばＣＰＵの処理能力（演算速度）に応じて２以上の値に設定される。最初はステップＳ９１の答は否定（ＮＯ）であるので、ステップＳ９２に進み、下記式（７４）により体積効率変化量Ｄηｖを算出する。
Ｄηｖ＝｜ηｖ(i)−ηｖ(i-1)｜ （７４）
【０１３７】
ステップＳ９３では、体積効率変化量Ｄηｖが所定閾値ＤηｖＬより小さいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときはステップＳ８７に戻り、ステップＳ８７〜Ｓ９０により、更新体積効率ηｖ(i)及び更新気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)の算出を再度実行する。
【０１３８】
ステップＳ９１またはＳ９３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ９４に進み、その時点の体積効率ηｖ(k)及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を、それぞれその時点の更新体積効率ηｖ(i)及び更新気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)に設定する。
【０１３９】
図１６は、図１５の処理を説明するためのタイムチャートであり、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮが増加する過渡状態における理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ、及び体積効率ηｖの推移が示されている。気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び体積効率ηｖの推移を示す破線は、第１の実施形態の算出手法に対応し、実線が本実施形態の算出手法に対応する。
【０１４０】
時刻ｋにおける演算において、細い実線の矢印がｉ＝１の演算を示し、破線の矢印がｉ＝２の演算を示し、一点鎖線の矢印がｉ＝３の演算を示す。この例では、時刻ｋにおいてインデクスパラメータｉが「３」となるまで更新演算がおこなわれたことが示されており、時刻（ｋ＋１）、（ｋ＋２）においても同様に更新演算が行われ（図示省略）、時刻（ｋ＋２）において、定常状態に達した気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを得ることができる。このように更新演算を行うことにより、過渡的な運転状態においてより正確な体積効率ηｖ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを得ることができる。
【０１４１】
またインデクスパラメータｉが上限値ｉＭＡＸに達する前でも、体積効率変化量Ｄηｖが所定閾値ＤηｖＬより小さくなったときは、更新演算を終了するようにしたので、更新演算を適切な時期に終了することができる。
【０１４２】
本実施形態では、図１５のステップＳ８２〜Ｓ９４が体積効率算出手段及び気筒吸入空気量算出手段に相当する。
【０１４３】
［変形例］
図１５のステップＳ９２及びＳ９３を削除し、ステップＳ９１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ８７に戻るようにしてもよい。この変形例では、更新演算は常にインデクスパラメータｉが上限値ｉＭＡＸに達するまで実行される。
【０１４４】
［第３の実施形態］
第２の実施形態に示した更新演算を用いる手法は、時刻ｋにおける繰り返し演算が必要となり、ＣＰＵの演算負荷が増大するという課題がある。そこで、本実施形態は、第２の実施形態に示した繰り返し演算を行うことなく、過渡状態においても正確な体積効率ηｖが得られるようにしたものである。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【０１４５】
上述した実施形態では、体積効率ηｖの算出式として下記式（１７）（再掲）を用いたが、過渡状態を考慮するとより厳密には体積効率ηｖは下記式（８１）を用いて算出することが望ましい。
ηｖ＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k) （１７）
ηｖ＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k) （８１）
【０１４６】
式（８１）を用いると遅れ係数ＣＧＡＣＹＬは、下記式（８２）で与えられる。ここで演算パラメータλ(k)を下記式（８３）で定義すると、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬは、下記式（８４）で与えられる。
【数１０】
ＣＧＡＣＹＬ(k)＝λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k) （８４）
【０１４７】
気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)は、下記式（１５ａ）（再掲）で与えられるので、これを式（８４）に適用すると、下記式（８５）が得られる。
ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ(k)）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ(k)×ＨＧＡＩＲＴＨ(k) （１５ａ）
ＣＧＡＣＹＬ(k)
＝λ(k)×｛（１−ＣＧＡＣＹＬ(k)）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ(k)×ＨＧＡＩＲＴＨ(k)｝
＝λ(k)×｛ＣＧＡＣＹＬ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）
＋ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)}
＝λ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）×ＣＧＡＣＹＬ(k)
＋λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1) （８５）
【０１４８】
式（８５）を用いると、第２の実施形態における更新遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(i)に相当するパラメータは、下記数式群（８６）で与えられる（ｉはインデクスパラメータ）。
【数１１】
【０１４９】
ここで、演算パラメータΓ(k)及びＨ(k)を下記式（８７）及び（８８）で定義すると、数式群（８６）は、下記数式群（８９）で表される。
Γ(k)＝λ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＨＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)） （８７）
Ｈ(k)＝λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1) （８８）
【数１２】
【０１５０】
第２の実施形態における繰り返し演算の結果得られる遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(k)は、理論的にはインデクスパラメータｉを無限大とした極値に相当するので、演算パラメータΓ(k)が「−１」から「１」の間の値をとるという条件の下で、下記式（９０）で与えられる。式（９０）から明らかなように、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(k)は、初期値ＣＧＡＣＹＬ(k)0に依存しない。
【数１３】
【０１５１】
式（９０）の演算パラメータΓ(k)及びＨ(k)（並びにΓ(k)及びＨ(k)に含まれるλ(k)）をもとの数式に戻すことにより、下記式（９１）が得られる。したがって、繰り返し演算により得られる体積効率ηｖは、式（９２）で与えられる。
【数１４】
【０１５２】
図１７は、要求トルクＴＲＱＣＭＤが急激に増加する過渡状態における動作例のタイムチャートである。図１７の破線が要求トルクＴＲＱＣＭＤの推移を示し、実線が実出力トルクＴＲＱの推移を示す。このように、本実施形態に示した算出手法による体積効率ηｖを使用することにより、良好なトルク制御性能を得ることができる。
【０１５３】
以上のように本実施形態では、図８のステップＳ２１において式（９２）を用いて体積効率ηｖを算出するようにしている。式（９２）を用いることにより、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤとともに、気筒容積Ｖｃｙｌと吸気管容積Ｖｉｎとの比、及び推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨをさらに用いて体積効率ηｖが算出され、繰り返し（更新）演算を行うことなく、すなわちＣＰＵの負荷の大幅に増加させることなく、体積効率ηｖの算出精度を高めることができる。
【０１５４】
［第４の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態における長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出手法を変更したものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
第１の実施形態では、スロットル弁開度ＴＨを式（３６）に適用して誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出したが、本実施形態では、式（３６）で示される関係をＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルとして設定し、テーブル検索により誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出するようにしたものである。
【０１５５】
図１８は、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを表形式で示す図である。ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルには、スロットル弁開度ＴＨについて１［ｄｅｇ］から（ＴＨＢ−１）［ｄｅｇ］に対応して、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[1]，ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[2]，…，ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[THB-1]（ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]，ｐ＝１〜（ＴＨＢ−１））が設定され、所定開度ＴＨＢに対応して「１」が設定されている。
【０１５６】
図１９は、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを更新する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１６１〜Ｓ１６５は、図１１のステップＳ１１１〜Ｓ１１５と同一である。
ステップＳ１６６では、図２０に示す設定値更新処理を実行し、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]（ｐ＝１〜（ＴＨＢ−１））の更新を行う。
【０１５７】
図２０のステップＳ１７１では、図１９のステップＳ１６４で算出されたモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲから「１」を減算して誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出する。ステップＳ１７２では、スロットル弁開度ＴＨに応じて更新すべきテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]を選択する。例えばスロットル弁開度ＴＨが０．３［ｄｅｇ］であるときは、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[1]（ｐＳ＝１）が選択され、スロットル弁開度ＴＨが１．８［ｄｅｇ］であるときは、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[2]（ｐＳ＝２）が選択される。
【０１５８】
ステップＳ１７３では、更新すべきテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]の算出に適用されたデータ数ＮＤＡＴＡ[pS]を「１」だけインクリメントする。ＮＤＡＴＡ[pS]zは、前回更新時のデータ数である。ステップＳ１７４では、ステップＳ１７１で算出した誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを下記式（１０１）に適用し、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]の更新を行う。式（１０１）のＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]zは、更新前のテーブル設定値である。
【数１５】
【０１５９】
図２０の処理により、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]の更新を行うことにより、スロットル弁開度ＴＨの１［ｄｅｇ］から（ＴＨＢ−１）［ｄｅｇ］までの範囲において、テーブルの設定格子点（ＴＨ＝１，２，…，（ＴＨＢ−１））毎に設定値の更新が行われ、更新回数が増加するほど各格子点におけるテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]の精度を高め、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出精度を高めることができる。
【０１６０】
［変形例］
第４の実施形態では、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲが設定されたＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを使用するようにしたが、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲに代えて長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが設定されたＫＭＤＬＬテーブルを使用し、ＫＭＤＬＬテーブルの設定値を更新するようにしてもよい。
【０１６１】
また、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルにおけるスロットル弁開度ＴＨの格子点は１［ｄｅｇ］間隔で設定したが、これに限るものではなく、１［ｄｅｇ］より大きい間隔または小さい間隔で設定するようにしてもよい。
【０１６２】
なお本発明は上述した第１〜第４実施形態に限るものではなく、種々の他の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬを用いてリミット処理を行うようにしたが、例えばエンジンの加速時は上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨのみを用いてリミット処理を行い、減速時は下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬのみを用いてリミット処理を行うようにしてもよい。
【０１６３】
また上述した実施形態では、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出には、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを使用したが、吸入空気流量センサ１３により検出される吸入空気流量ＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を１ＴＤＣ期間毎の流量に変換した検出スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨを使用するようにしてもよい。
【０１６４】
また、上述した実施形態では大気圧センサ３３により検出した大気圧ＰＡを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出するようにしたが、公知の大気圧推定手法（例えば米国特許第６０１６４６０号公報参照）を用いて算出した推定大気圧ＨＰＡを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出するようにしてもよい。
【０１６５】
また上述した実施形態では、本発明をガソリン内燃エンジンに適用した例を示したが、本発明はディーゼル内燃エンジンにも適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどにも適用が可能である。
【符号の説明】
【０１６６】
１ 内燃機関
１ａ 気筒
２ 吸気管
３ スロットル弁
４ スロットル弁開度センサ（スロットル弁開度検出手段）
５ 電子制御ユニット（吸入空気量制御手段、スロットル弁通過空気流量取得手段、理論気筒吸入空気量算出手段、体積効率算出手段、気筒吸入空気量算出手段、気筒吸入空気量予測手段、目標気筒吸入空気量算出手段、目標スロットル弁通過空気流量算出手段、目標開度算出手段、弁通過空気流量モデル補正手段、限界値算出手段、限界スロットル弁通過空気流量算出手段、限界気筒吸入空気量算出手段、制限処理手段）
８ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
９ 吸気温センサ（吸気温検出手段）
１３ 吸入空気流量センサ（空気流量検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に機関の気筒吸入空気量の予測値（未来の値）を算出しつつ、機関の実気筒吸入空気量が目標気筒吸入空気量と一致するように、スロット弁を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、機関の気筒吸入空気量を吸気管モデル（一次遅れモデル）を用いて算出するとともに、気筒吸入空気量の目標値（目標気筒吸入空気量）に、吸気管モデルの時定数を用いた進み位相補償を施して、スロットル弁を通過する空気流量の目標値（目標スロットル弁通過空気流量）を算出し、目標スロットル弁通過空気流量に基づいてスロットル弁を制御する制御装置が示されている。
【０００３】
特許文献２には、内燃機関の気筒吸入空気量の予測値を算出し、算出した予測値に基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量制御装置が示されている。この装置によれば、吸気の質量保存則に基づいて設定された物理モデル式に、気筒吸入空気量の前回予測値及び検出される吸入空気流量を適用して気筒吸入空気量の今回予測値が算出され、算出された今回予測値に基づいて燃料噴射量が算出される。予測値を用いることにより、機関の過渡運転状態における空燃比制御精度の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３３５２４９号公報
【特許文献２】特開平２−１５７４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
機関の出力トルクを要求トルクに精度良く一致させるためには、気筒吸入空気量に適した量の燃料を供給することが必要であり、実際の気筒吸入空気量を、要求トルクに応じた目標気筒吸入空気量に一致させる吸気量制御と、実際の気筒吸入空気量に応じた燃料供給量制御とを行う必要がある。
【０００６】
特許文献１には、燃料供給量制御については詳細な記載が無いが、気筒吸入空気量の予測値を算出する点が示されていないので、算出される気筒吸入空気量が燃料供給量制御に適用されると推測される。しかしながら、そのような燃料供給量制御では、要求トルクが変化する過渡状態では燃料量の過不足が生じ、制御精度が低下する。
【０００７】
そこで特許文献１に示された装置に、特許文献２に示された気筒吸入空気量の予測値算出手法を適用することにより、改善は可能であるが、予測値は予測誤差を当然に含むため、気筒吸入空気量の予測値を、前回予測値を用いて算出する特許文献１の手法では、予測値の算出精度の点で改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、上述した点に着目してなされたものであり、内燃機関の気筒吸入空気量の予測値をより高い精度で算出しつつ、実際の気筒吸入空気量を目標値に精度良く制御することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を制御する吸入空気量制御手段を備える内燃機関の制御装置において、前記機関のスロットル弁（３）を通過する新気の流量であるスロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ，ＧＡＩＲＴＨ）を算出または検出するスロットル弁通過空気流量取得手段と、前記機関の吸気圧（ＰＢＡ）を検出する吸気圧検出手段と、前記機関に吸入される空気の温度である吸気温（ＴＡ）を検出する吸気温検出手段と、前記吸気圧（ＰＢＡ）及び吸気温（ＴＡ）に基づいて理論気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＳＴＤ）を算出する理論気筒吸入空気量算出手段と、前記気筒吸入空気量の過去値（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）及び前記理論気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＳＴＤ）を用いて、前記機関の体積効率（ηｖ）を算出する体積効率算出手段と、前記機関の吸気管をモデル化した吸気管モデル式に、前記スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）及び体積効率（ηｖ）を適用して、前記気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を算出する気筒吸入空気量算出手段と、該気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を用いて該気筒吸入空気量の予測値である予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）を算出する気筒吸入空気量予測手段と、目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）を算出する目標気筒吸入空気量算出手段と、前記吸気管モデル式の逆モデル式に前記目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）及び体積効率（ηｖ）を適用して、目標スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）を算出する目標スロットル弁通過空気流量算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記体積効率算出手段は、前記気筒吸入空気量算出手段により算出された気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を用いて、前記体積効率（ηｖ）を少なくとも１回更新することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記体積効率算出手段は、前記気筒の容積（Ｖｃｙｌ）と前記吸気管の容積（Ｖｉｎ）との比、及び前記スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）をさらに用いて前記体積効率（ηｖ）を算出することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段と、前記目標スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）に応じて前記スロットル弁の目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する目標開度算出手段とを備え、前記スロットル弁通過空気流量取得手段は、前記スロットル弁の開度と該スロットル弁を通過する空気の流量との関係をモデル化した弁通過空気流量モデル式に前記スロットル弁開度（ＴＨ）を適用して、前記スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）を算出し、前記目標開度算出手段は、前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に前記目標スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）を適用して前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨ）を検出する空気流量検出手段と、前記スロットル弁通過空気流量の検出値（ＧＡＩＲＴＨ）に基づいて前記弁通過空気流量モデル式を補正する弁通過空気流量モデル式補正手段とを備え、前記スロットル弁通過空気流量取得手段は、補正された弁通過空気流量モデル式を用いて前記スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）の算出を行い、前記目標開度算出手段は、補正された弁通過空気流量モデル式の逆モデル式を用いて前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）の算出を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）の開き側及び／または閉じ側の限界値（ＴＨＯＦＨ，ＴＨＯＦＬ）を算出する限界値算出手段と、前記スロットル弁の開度を前記限界値（ＴＨＯＦＨ，ＴＨＯＦＬ）に設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する限界スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ，ＧＡＩＲＴＨＬＭＬ）を算出する限界スロットル弁通過空気流量算出手段と、前記限界スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ，ＧＡＩＲＴＨＬＭＬ）に対応する限界気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ，ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬ）を算出する限界気筒吸入空気量算出手段と、前記目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）が前記限界気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ，ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬ）で規定される制限範囲内の値をとるように制限処理を行う制限処理手段とを備え、前記目標スロットル弁通過空気流量算出手段は、前記制限処理後の目標気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ）を用いて前記目標スロットル弁通過空気流量（ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ）の算出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、スロットル弁通過空気流量が算出または検出され、検出される吸気圧及び吸気温に基づいて理論気筒吸入空気量が算出され、気筒吸入空気量の過去値及び理論気筒吸入空気量を用いて、機関の体積効率が算出される。また機関の吸気管をモデル化した吸気管モデル式に、スロットル弁通過空気流量及び体積効率を適用して、気筒吸入空気量が算出され、その気筒吸入空気量を用いて予測気筒吸入空気量が算出される。すなわち、算出された気筒吸入空気量の最新値を用いて予測気筒吸入空気量が算出されるので、前回予測値を用いる先行例と比較して、より高い精度で予測気筒吸入空気量を算出することができる。また吸気管モデル式の逆モデル式に目標気筒吸入空気量及び体積効率を適用して、目標スロットル弁通過空気流量が算出されるので、気筒吸入空気量の算出に適用される体積効率をそのまま使用して、目標スロットル弁通過空気流量を精度良く算出することができる。したがって、算出された目標スロットル弁通過空気流量に応じてスロットル弁の目標開度を算出し、スロットル弁開度をその目標開度に制御することによって、実際の気筒吸入空気量を目標気筒吸入空気量に精度良く制御することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、算出された気筒吸入空気量を用いて、体積効率が少なくとも１回更新されるので、体積効率の算出精度を高めることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、気筒容積と吸気管容積との比、及びスロットル弁通過空気流量をさらに用いて体積効率が算出される。気筒容積と吸気管容積との比及びスロットル弁通過空気流量をさらに用いることによって、繰り返し（更新）演算を行うことなく、体積効率の算出精度を高めることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、弁通過空気流量モデル式に検出スロットル弁開度を適用して、スロットル弁通過空気流量が算出されるとともに、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に目標スロットル弁通過空気流量を適用してスロットル弁の目標開度が算出される。これにより、検出スロットル弁開度に応じたスロットル弁通過空気流量の算出、及び目標スロットル弁通過空気流量に応じた目標開度の算出をともに精度良く行うことができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、スロットル弁通過空気流量の検出値に基づいて弁通過空気流量モデル式が補正され、補正された弁通過空気流量モデル式を用いてスロットル弁通過空気流量の算出が行われるとともに、補正された弁通過空気流量モデル式の逆モデル式を用いて目標開度の算出が行われる。したがって、スロットル弁の特性ばらつきや経時変化、有効吸気管断面積の減少、運転環境の変化、あるいはセンサの温度特性などに起因する弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を抑制し、良好な制御性能を得ることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、スロットル弁開度の開き側及び／または閉じ側の限界値が算出され、スロットル弁の開度を算出される限界値に設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する限界スロットル弁通過空気流量が算出され、さらに限界スロットル弁通過空気流量に対応する限界気筒吸入空気量が算出され、目標気筒吸入空気量が限界気筒吸入空気量で規定される制限範囲内の値をとるように制限処理が行われ、制限処理後の目標気筒吸入空気量を用いて目標スロットル弁通過空気流量の算出が行われる。したがって、実現不可能なスロットル弁開度に対応した目標スロットル弁通過空気流量が算出されることを確実に防止し、特に要求トルクが変化する過渡状態において目標開度を適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）及びスロットル弁の目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出するモジュールの構成を示す図である。
【図３】図１に示す内燃機関の構成を模式的に示す図である。
【図４】予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）の算出手法を説明するためのタイムチャートである。
【図５】スロットル弁開度（ＴＨ）と、モデルを用いて算出されるスロットル弁通過空気流量の誤差を示すパラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）との関係を示す図である。
【図６】推定スロットル弁通過空気流量（ＨＧＡＩＲＴＨ）を算出する処理のフローチャートである。
【図７】図６の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図８】予測気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＰ）を算出する処理のフローチャートである。
【図９】弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正する係数（ＫＭＤＬＬ，ＫＭＤＬＳ）を算出する処理のフローチャートである。
【図１０】図９の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図１１】弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を示す係数（ＫＴＨＥＲＲ）と、スロットル弁開度（ＴＨ）との相関関係を示すモデルパラメータを算出する処理のフローチャートである。
【図１２】図１１の処理で実行される同定演算を行う処理のフローチャートである。
【図１３】目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図１４】図１３の処理で実行されるリミット処理のフローチャートである。
【図１５】気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ）を算出する処理のフローチャートである（第２の実施形態）。
【図１６】図１５の処理を説明するためのタイムチャートである。
【図１７】機関出力トルクの制御動作例を示すタイムチャートである。
【図１８】本発明の第４の実施形態で使用されるテーブルを示す図である。
【図１９】図１８に示すテーブルを更新する処理のフローチャートである。
【図２０】図１９の処理で実行される設定更新処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁の作動位相を連続的に変更する弁作動特性可変機構４０を備えている。
【００２３】
エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配置されている。また、スロットル弁３にはその開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、スロットル弁開度ＴＨに応じた電気信号を出力して電子制御ユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。
【００２４】
吸気管２には、スロットル弁３を介してエンジン１に吸入される空気（新気）の流量である吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ１３が設けられ、さらにスロットル弁３の上流側に吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。これらのセンサ１３及び９の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２５】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００２６】
エンジン１の各気筒の点火プラグ１２は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５は点火プラグ１２に点火信号を供給し、点火時期制御を行う。
スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサ８及び１０の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２７】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００２８】
ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、エンジン１により駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２９】
またエンジン１は排気還流機構（図示せず）を備えており、エンジン１の排気が吸気管２のスロットル弁３の下流側に還流される。
【００３０】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、点火プラグ１２、弁作動特性可変機構４０に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００３１】
ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、点火時期制御、及び吸気弁の作動位相制御を行う。
【００３２】
またＥＣＵ５のＣＰＵは、スロットル弁３を通過する空気流量の推定値（以下「推定スロットル弁通過空気流量」という）ＨＧＡＩＲＴＨを算出するとともに、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ、吸気圧ＰＢＡ、及び吸気温ＴＡに基づいてエンジン１の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ［ｇ／ＴＤＣ］（１ＴＤＣ期間、すなわち４気筒エンジンであればエンジン１のクランク軸が１８０度回転するのに要する時間当たりの空気量）を算出する。
【００３３】
さらにＥＣＵ５のＣＰＵは、スロットル弁３を通過する空気流量の１行程期間後の予測値（以下「予測スロットル弁通過空気流量」という）ＨＧＡＩＲＴＨＰを算出するとともに、予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを用いて、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの１行程期間後の予測値（以下「予測気筒吸入空気量」という）ＧＡＩＲＣＹＬＰを算出する。算出した予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰは、燃料供給量や点火時期の制御に適用される。
【００３４】
また、ＥＣＵ５のＣＰＵは、エンジン１の要求出力に応じた目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出し、実際の気筒吸入空気量を目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤに制御するためのスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、検出されるスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤと一致するように、アクチュエータ７の駆動制御を行う。
【００３５】
図２は、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ及び目標開度ＴＨＣＭＤを算出するモジュールの構成を示すブロック図である。図２に示す各ブロックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により実現される。
【００３６】
図２に示す演算モジュールは、スロットル弁通過空気流量算出部５１と、予測気筒吸入空気量算出部５２と、モデル補正係数算出部５３と、目標気筒吸入空気量算出部５４と、リミット処理部５５と、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６と、目標開度算出部５７とを備えている。
【００３７】
スロットル弁通過空気流量算出部５１は、検出されるスロットル弁開度ＴＨを、弁通過空気流量モデル式に適用して、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を算出し、後述する長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを補正することにより、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出する。弁通過空気流量モデル式は、スロットル弁開度ＴＨと、スロットル弁３を通過する空気の流量との関係をモデル化したものである。
【００３８】
スロットル弁通過空気流量算出部５１は、さらに後述する短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを用いて第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを補正することにより、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出し、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］の単位変換を行って、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。
【００３９】
予測気筒吸入空気量算出部５２は、吸気管２（より具体的には吸気管２のスロットル弁下流側）をモデル化した吸気管モデル式に、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを適用して、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを算出するとともに、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを用いて予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰを算出し、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰを用いて、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰを算出する。また、予測気筒吸入空気量算出部５２は、吸気管モデル式のモデルパラメータの１つであるエンジン１の体積効率ηｖを算出し、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの算出に適用する。算出される体積効率ηｖは、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６における演算にも適用される。
【００４０】
モデル補正係数算出部５３は、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲ、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ、及び第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬに基づいて、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬは、スロットル弁３の特性ばらつき及び経時変化に起因する、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための補正係数であり、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは、環境（例えば気温や大気圧など）の変化に起因する、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための補正係数である。
【００４１】
目標気筒吸入空気量算出部５４は、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出する。
【００４２】
リミット処理部５５は、スロットル弁開度の１制御周期で変更可能なスロットル弁開度変化量（最大変化量）ＤＴＨＬＭＴと、検出されるスロットル弁開度ＴＨ（現在値）とに応じて、開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを算出し、スロットル弁開度を開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬに設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬを算出する。この演算には、弁通過空気流量モデル式が適用され、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが使用される。
【００４３】
リミット処理部５５は、さらに上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬに対応する上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＬを算出し、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＨＭＬで定義される制限範囲内の値をとるようにリミット処理を行う。
【００４４】
目標スロットル弁通過空気流量算出部５６は、リミット処理後の目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを吸気管モデル式の逆モデル式に適用し、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを算出する。
【００４５】
目標開度算出部５７は、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に適用し、目標開度ＴＨＣＭＤを算出する。この演算には、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが適用される。
【００４６】
次に、スロットル弁通過空気流量算出部５１における推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨの算出手法と、予測気筒吸入空気量算出部５２における予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ、及び予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出手法とを詳細に説明する。
【００４７】
図３はエンジン１を模式的に示す図であり、スロットル弁３，吸気弁２１、排気弁２２、及び気筒１ａが示されている。
スロットル弁３の開度ＴＨと、スロットル弁通過空気流量（吸入空気流量ＧＡＩＲ）の推定値ＨＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］との関係は、弁通過空気流量モデルを定義する下記式（１）で表すことができる。式（１）のＫＣは流量の単位を［ｇ／ｓｅｃ］とするための変換定数であり、ＫＴＨ（ＴＨ）はスロットル弁開度ＴＨに応じて算出される開口面積流量関数であり、Ψ（ＲＰ）は、スロットル弁３の上流側圧力である大気圧ＰＡと、下流側圧力である吸気圧ＰＢＡとの比率ＲＰ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）に応じて算出される圧力比流量関数であり、Ｒは気体定数である。開口面積流量関数ＫＴＨ（ＴＨ）の値は、予め実験的に求められた図７（ａ）に示すＫＴＨテーブルを用いて算出される。
【００４８】
また圧力比流量関数Ψは、下記式（２）で与えられる。式（２）の「κ」は空気の比熱比である。ただし、空気流速が音速を超えると、圧力比流量関数Ψは圧力比に拘わらず極大値をとるので、実際の演算処理では、圧力比流量関数Ψ（ＲＰ）の値も予め設定されたΨ（ＲＰ）テーブル（図７（ｂ））を用いて算出される。
【００４９】
【数１】
【００５０】
本実施形態では、弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正する長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（３）に適用し、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出し、式（３）により算出される第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを、エンジン回転数ＮＥを用いて１ＴＤＣ期間当たりの流量に変換することにより、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］が算出される。
ＨＧＡＩＲＬＳ＝ＨＧＡＩＲ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ （３）
【００５１】
一方吸気管２のスロットル弁下流側部分２ａ内の空気量の変化量ＤＧＡＩＲＩＮは、下記式（１１）で与えられる。式（１１）のＶｉｎはスロットル弁下流側部分２ａの吸気管容積、ＴＡＫは絶対温度に変換した吸気温ＴＡ、Ｒは気体定数、ＤＰＢＡは吸気圧ＰＢＡの変化量（ＰＢＡ(k)−ＰＢＡ(k-1））である。また「ｋ」は１行程に相当する期間で離散化した離散化時刻である。
ＤＧＡＩＲＩＮ＝Ｖｉｎ×ＤＰＢＡ／（Ｒ×ＴＡＫ） （１１）
【００５２】
したがって、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］と、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ［ｇ／ＴＤＣ］の差は、下記式（１２）で示されるように上記変化量ＤＧＡＩＲＩＮと等しくなる。
ＤＧＡＩＲＩＮ＝ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1) （１２）
【００５３】
一方、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮは、下記式（１３）で与えられる。式（１３）のＶｃｙｌは気筒容積であり、ηｖは体積効率である。
ＧＡＩＲＣＹＬＮ＝Ｖｃｙｌ×ηｖ×ＰＢＡ／（Ｒ×ＴＡＫ） （１３）
【００５４】
式（１３）を用いると、吸気圧変化量ＤＰＢＡは、下記式（１４）で与えられる。式（１４）で与えられるＤＰＢＡ及び式（１２）の関係を式（１１）に適用することにより、下記の式（１５）（吸気管モデルの定義式）が得られる。
【数２】
【００５５】
したがって、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを下記式（１６）で定義すると、式（１５）は下記式（１５ａ）で示され、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮは、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを入力とする一次遅れモデルの式を用いて算出することができる。
ＣＧＡＣＹＬ＝Ｖｃｙｌ×ηｖ／Ｖｉｎ （１６）
ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ×ＨＧＡＩＲＴＨ(k) （１５ａ）
【００５６】
式（１６）により遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを算出するためには、体積効率ηｖを算出することが必要である。体積効率ηｖは、エンジン運転状態（エンジン回転数ＮＥ，吸気圧ＰＢＡ）、吸気弁の作動位相、排気還流率などに依存して変化するものであるため、本実施形態では、下記式（１７）により、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)の算出に用いる体積効率ηｖを算出するようにしている。
ηｖ＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k) （１７）
【００５７】
式（１７）のＧＡＩＲＳＴＤ(k)は下記式（１８）により算出される理論気筒吸入空気量である。
ＧＡＩＲＳＴＤ(k)＝ＰＢＡ(k)×Ｖｃｙｌ／（Ｒ×ＴＡＫ） （１８）
【００５８】
式（１７）を用いることにより、マップやテーブルを用いることなく体積効率ηｖを算出することが可能となり、常に更新されるのでエンジン特性の経時変化の影響を受けることなく最適な値を得ることできる。
【００５９】
図４は、本実施形態における予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出手法を説明するためのタイムチャートである。
一点鎖線及び細い実線は、それぞれ推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ及び予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰの推移を示し、破線及び太い実線は、それぞれ気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの推移を示す。
【００６０】
本実施形態では、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨに基づいて予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰが算出され、時刻ｋにおける予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)と、時刻ｋにおける気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)とを用いて、時刻ｋにおける予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)が算出される。予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)は、時刻（ｋ＋１）における気筒吸入空気量の予測値を示す。
【００６１】
したがって、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの前回値（図の点ＰＰに相当する値）を用いて予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)を算出する従来手法では、前回値ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k-1)が予測誤差ＥＲＲＰを含むのに対し、本実施形態では予測誤差ＥＲＲＰを含まない気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を用いて予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)が算出されるので、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)の算出精度を向上させることができる。
【００６２】
図４に示すように燃料噴射が吸気行程で実行されるため、燃料噴射量を予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)に基づいて算出することにより、実際の気筒吸入空気量（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k+1)とほぼ等しいと推定される空気量）に適した量の燃料を供給することができ、過渡運転状態での空燃比制御精度を向上させることができる。時刻ｋにおいて算出される気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)は、その直前の１行程期間に吸入される空気量を示すため、図示される加速状態では、実際の吸入空気量より小さな値となる。
【００６３】
次に弁通過空気流量モデルの逆モデル、及び吸気管モデルの逆モデルを定義する式について説明する。
弁通過空気流量モデルを定義する式（１）を変形すると下記式（２１）が得られる。したがって、弁通過空気流量モデルの逆モデルは、下記式（２２）で定義される。
【数３】
【００６４】
一方、吸気管モデルを定義する式（１５ａ）を変形すると、下記式（２３）が得られる。したがって、吸気管モデルの逆モデルは、式（２３）で定義される。
ＨＧＡＩＲＴＨ(k)＝
（ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）／ＣＧＡＣＹＬ
＋ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1) （２３）
【００６５】
目標スロットル弁通過空気流量算出部５６では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤから目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出されるので、式（２３）のＨＧＡＩＲＴＨ及びＧＡＩＲＣＹＬＮを、それぞれＧＡＩＲＴＨＣＭＤ及びＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤに置換した下記式（２４）を用いて、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出される。
ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)＝
（ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)）／ＣＧＡＣＹＬ
＋ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1) （２４）
【００６６】
また目標開度算出部５７では、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ［ｇ／ＴＤＣ］を単位時間当たりの流量［ｇ／ｓｅｃ］に変換することにより、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤが算出され、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ、及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（２５）に適用して、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣが算出される。
ＧＡＩＲＣＭＤＣ＝ＧＡＩＲＣＭＤ／（ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ） （２５）
【００６７】
さらに、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣを下記式（２６）に適用して目標開度ＴＨＣＭＤが算出される。式（２６）は、式（２２）のＨＧＡＩＲをＧＡＩＲＣＭＤＣに置換したものである。なお、式（２６）の演算は、図７（ａ）に示すＫＴＨテーブルを逆検索することにより行われる。
【数４】
【００６８】
次に弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を補正するための長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳの算出手法の概要を説明する。モデル化誤差は、基本的には吸入空気流量センサ１３により検出される吸入空気流量ＧＡＩＲと、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲとのずれに相当するものであるが、本実施形態では吸入空気流量センサ１３の検出遅れを考慮し、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲについて検出遅れ補正を行って、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを算出し、モデル化誤差を示すパラメータとして、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを下記式（３１）で定義する。
ＫＴＨＥＲＲ＝ＧＡＩＲ／ＨＧＡＩＲＡＦＭ （３１）
【００６９】
モデル化誤差がなければ、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは「１．０」となり、「１．０」との差が大きくなるほど、モデル化誤差が大きいことを示す。そこで、本実施形態では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲに基づいて長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する。
【００７０】
一方短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは、以下のようにして算出する。推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬで補正した第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬについて検出遅れ補正を行って遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを算出し、これを下記式（３２）に適用して補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出する。そして、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを下記式（３３）に適用してなまし演算を行うことにより、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。式（３３）のＣＳは、例えば「０．０２」に設定されるなまし係数である。ｊは演算周期ＴＳ（例えば１ＴＤＣ期間に設定される）で離散化した離散化時刻である。
ＫＴＨＥＲＲＳ＝ＧＡＩＲ／ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ （３２）
ＫＭＤＬＳ(j)＝ＣＳ×（１／ＫＴＨＥＲＲＳ）＋（１−ＣＳ）×ＫＭＤＬＳ(j-1)
（３３）
【００７１】
なお、検出吸入空気流量ＧＡＩＲが脈動しているとき、及び圧力比流量関数Ψに適用される圧力比ＲＰが上限値に到達しているときは、なまし係数ＣＳが「０」に設定され、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは前回値に維持される。
【００７２】
遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ（ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ）を算出するために、吸入空気流量センサ１３をモデル化した吸入空気流量センサモデル（以下「ＡＦＭモデル」という）が使用される。ＡＦＭモデルは、むだ時間要素と一次遅れ要素の結合で近似することができるので、本実施形態では、下記式（３４）により、ＡＦＭモデルを定義する。式（３４）のｊＴＮはむだ時間ＴＮを演算周期ＴＳで離散化した離散化むだ時間であり、ＣＴＤは下記式（３５）で与えられる遅れ定数である。遅れ定数ＣＴＤは「０」より大きく「１」より小さい値をとる。式（３５）のＴＤは一次遅れ要素の遅れ時定数である。遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭは、下記式（３４ａ）で与えられる。
ＨＧＡＩＲＡＦＭ(j)＝ＣＴＤ×ＨＧＡＩＲ(j-jTN)
＋（１−ＣＴＤ）×ＨＧＡＩＲＡＦＭ(j-1) （３４）
ＣＴＤ＝１−ｅ-(TS/TD) （３５）
ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ(j)＝ＣＴＤ×ＨＧＡＩＲＬ(j-jTN)
＋（１−ＣＴＤ）×ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ(j-1) （３４ａ）
【００７３】
次に長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出手法を詳細に説明する。図５は、スロットル弁開度ＴＨと、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲとの関係を示す図であり、この図に示す黒丸はモデル化誤差が存在する状態における実験データを示し、実線Ｌ１は実験データからスロットル弁開度ＴＨとモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲとの関係を近似するための曲線を示す。この図から明らかなように、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢより大きい範囲では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは「１．０」とほぼ等しくなる。そこで、本実施形態では、曲線Ｌ１（ＴＨ≦ＴＨＢの範囲）を２次曲線で近似することとし、下記式（３６）で誤差モデルを定義する。式（３６）のＫＴＨＥＲＲＣＯＲを以下「誤差パラメータ」という。
ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ＝ＫＴＨＥＲＲ−１＝Ａ×（ＴＨ−ＴＨＢ）2 （３６）
【００７４】
式（３６）は、図５に示す破線Ｌ２を示す数式に相当し、「Ａ」はモデルパラメータである。式（３６）を用いることにより、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出するために必要なモデルパラメータが１つとなり（一般的な２次式では、モデルパラメータは３つである）、モデルパラメータの同定演算を簡単化することができる。
【００７５】
モデルパラメータＡは、最小二乗法を用いる場合、下記式（３７）で与えられる。
【数５】
【００７６】
同定されたモデルパラメータＡ及びスロットル弁開度ＴＨを式（３６）に適用して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出し、その誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを下記式（３８）に適用することにより、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが得られる。
ＫＭＤＬＬ＝１／ＫＴＨＥＲＲ＝１／（ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ＋１） （３８）
【００７７】
このように長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬは、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳに比べて、より長い期間における検出データ（ＴＨ，ＧＡＩＲ）を統計処理することにより算出されるモデルパラメータＡを用いて算出される。弁通過空気流量モデルのモデル化誤差は、スロットル弁の特性ばらつきや経時変化、有効吸気管断面積の減少などに起因するので、モデルを補正するための補正係数の正確な値を得るためには、比較的長い期間で得られる検出データに基づく演算を行う必要がある。したがって、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いることにより、モデル化誤差をより高い精度で補正することが可能となる。
【００７８】
図６は、スロットル弁通過空気流量算出部５１における演算処理のフローチャートである。
ステップＳ１１では、スロットル弁開度ＴＨに応じて図７（ａ）に示す開口面積流量関数テーブルを検索し、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）を算出する。ステップＳ１２では、圧力比ＲＰ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）に応じて図７（ｂ）に示す圧力比流量関数テーブルを検索し、圧力比流量関数値Ψ（ＲＰ）を算出する。
【００７９】
ステップＳ１３では、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）、圧力比流量関数値Ψ（ＲＰ）、及び吸気温ＴＡを前記式（１）に適用し、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。ステップＳ１４では、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを下記式（４１）に適用して、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出し、さらに第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを下記式（４２）に適用して、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳを算出する。
ＨＧＡＩＲＬ＝ＨＧＡＩＲ×ＫＭＤＬＬ （４１）
ＨＧＡＩＲＬＳ＝ＨＧＡＩＲＬ×ＫＭＤＬＳ （４２）
【００８０】
ステップＳ１５では、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］及びエンジン回転数ＮＥを下記式（４３）に適用し、１ＴＤＣ期間当たりの吸入空気量である推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。式（４３）のＫＣＶは変換係数である。
ＨＧＡＩＲＴＨ＝ＨＧＡＩＲＬＳ×ＫＣＶ／ＮＥ （４３）
【００８１】
図８は、予測気筒吸入空気量算出部５２における演算処理のフローチャートである。
ステップＳ２１では前記式（１７）を用いて体積効率ηｖを算出する。なお、この算出には、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの前回値を用いるため、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの初期値ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩの設定が必要である。本実施形態では、初期値ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩは、下記式（４５）により、理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤに設定される。よって体積効率ηｖの初期値は「１」となる（式（１７）参照）。
ＧＡＩＲＣＹＬＮＩＮＩ＝ＧＡＩＲＳＴＤ
＝ＰＢＡ×Ｖｃｙｌ／（Ｒ×ＴＡＫ） （４５）
【００８２】
ステップＳ２２では、算出された体積効率ηｖを前記式（１６）に適用し、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを算出する。ステップＳ２３では、算出された遅れ係数ＣＧＡＣＹＬを前記式（１５ａ）に適用し、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を算出する。
【００８３】
ステップＳ２４では、下記式（４６）により予測スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)を算出する。式（４６）のＫＰは、実験により設定される所定予測ゲインである。
ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)＝ＨＧＡＩＲＴＨ(k)
＋{ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＨＧＡＩＲＴＨ(k-1)｝×ＫＰ （４６）
【００８４】
ステップＳ２５では、下記式（４７）により予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)を算出する。式（４７）は、式（１５ａ）と同形式の吸気管モデル式であり、式（１５ａ）のＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)及びＨＧＡＩＲＴＨ(k)を、それぞれＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)及びＨＧＡＩＲＴＨＰ(k)に代えたものである。
ＧＡＩＲＣＹＬＰ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)
＋ＣＧＡＣＹＬ×ＨＧＡＩＲＴＨＰ(k) （４７）
【００８５】
図９は、図２のモデル補正係数算出部５３において、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで、演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１０１では、前記式（１）を用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出する。ステップＳ１０２では、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて図１０（ａ）に示すＴＮテーブルを検索し、無駄時間ＴＮを算出するとともに、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲに応じて図１０（ｂ）に示すＴＤテーブルを検索し、遅れ時定数ＴＤを算出する。なお、無駄時間ＴＮ及び遅れ時定数ＴＤは、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて算出するようにしてもよい。
【００８６】
ステップＳ１０３では、スロットル弁開度ＴＨを式（３６）に適用して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出し、その誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを式（３８）に適用することにより、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出する。
【００８７】
ステップＳ１０４では、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを式（４１）に適用し、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを算出する。ステップＳ１０５では、第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを式（３４ａ）に適用して、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを算出し、ステップＳ１０６では、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを式（３２）に適用して、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出し、ステップＳ１０７では、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを式（３３）に適用して、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出する。
【００８８】
図１１は、モデルパラメータＡを算出する学習処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで、演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１１０では、学習実行フラグＦＬＥＡＲＮが「１」であるか否かを判別する。学習実行フラグＦＬＥＡＲＮは、エンジン１の今回の運転開始（エンジン始動）時点からの走行距離ＤＩＳＴが所定値ＤＬＥＡＲＮ未満であるとき「１」に設定される。
【００８９】
ステップＳ１１０の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了する。学習実行フラグＦＬＥＡＲＮが「１」であるときは、ステップＳ１１１〜Ｓ１１６の学習処理を実行する。ステップＳ１１１及びＳ１１２における演算は、図９のステップＳ１０１及びＳ１０２における演算と同一である。
【００９０】
ステップＳ１１３では、式（３４）により遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを算出し、算出した遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ及び検出吸入空気流量ＧＡＩＲを式（３１）に適用して、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを算出する（ステップＳ１１４）。
【００９１】
ステップＳ１１５では、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは図１２に示す同定演算を実行し（ステップＳ１１６）、スロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨＢ以上であるときは直ちに処理を終了する。
【００９２】
図１２は図１１のステップＳ１１６で実行される同定演算処理のフローチャートである。
ステップＳ１４０では、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲから「１」を減算して、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出する。Ｓ１４１〜Ｓ１４３では、スロットル弁開度ＴＨが、所定開度ＴＨ１〜ＴＨ３（ＴＨ１＜ＴＨ２＜ＴＨ３）によって定義される第１〜第４領域のいずれにあるかを判別し、スロットル弁開度ＴＨが第１領域（ＴＨ＜ＴＨ１）にあるときは領域パラメータｎを「１」に設定し（ステップＳ１４４）、スロットル弁開度ＴＨが第２領域（ＴＨ１≦ＴＨ＜ＴＨ２）にあるときは領域パラメータｎを「２」に設定し（ステップＳ１４５）、スロットル弁開度ＴＨが第３領域（ＴＨ２≦ＴＨ＜ＴＨ３）にあるときは領域パラメータｎを「３」に設定し（ステップＳ１４６）、スロットル弁開度ＴＨが第４領域（ＴＨ３≦ＴＨ）にあるときは領域パラメータｎを「４」に設定する（ステップＳ１４７）。
【００９３】
ステップＳ１４８では、下記式（６１）により第ｎ領域の分母積算値ＸＸＸＸ[n]を算出する。分母積算値ＸＸＸＸ[n]は、式（３７）の分母に対応するものであり、式（６１）のＸＸＸＸ[n］zは、分母積算値ＸＸＸＸ[n］の前回算出値である。
ＸＸＸＸ[n］＝ＸＸＸＸ[n]z＋（ＴＨ−ＴＨＢ）4 （６１）
【００９４】
ステップＳ１４９では、分子積算値ＸＸＹ[n]を下記式（６２）により算出する。分子積算値ＸＸＹ[n]は、式（３７）の分子に対応するものであり、式（６２）のＸＸＹ[n]zは、分子積算値ＸＸＹ[n]の前回算出値である。
ＸＸＹ[n]＝ＸＸＹ[n]z＋ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ×（ＴＨ−ＴＨＢ）2 （６２）
【００９５】
ステップＳ１５０では、第ｎ領域のサンプリング数ＮＳＡＭＰＬ[n]を「１」だけインクリメントする（前回値ＮＳＡＭＰＬ[n]zに「１」を加算する）。ステップＳ１５１では、下記式（６３）により、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬを算出する。式（６３）によれば、４つの領域毎に算出される分母平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬが算出される。
【数６】
【００９６】
ステップＳ１５２では、下記式（６４）により、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを算出する。式（６４）によれば、４つの領域毎に算出される分子平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬが算出される。
【数７】
【００９７】
ステップＳ１５３では、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬで除算することにより、モデルパラメータＡを算出する。
【００９８】
図１２に示す処理によれば、スロットル弁開度ＴＨの変化範囲が４つの領域に分割され、各領域毎の分子平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬが算出されるとともに、各領域毎の分母平均値を、均等の重み付けで加算することにより、分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬが算出され、分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを分母加重平均値ＸＸＸＸＴＴＬで除算してモデルパラメータＡが算出される。これにより、サンプリングされるスロットル弁開度ＴＨの値に偏りがある場合でも、高い精度を確保することができる。
【００９９】
図１２の処理により算出されるモデルパラメータＡは、エンジン運転期間（エンジン始動時点からイグニッションスイッチがオフされるまでの期間）の終了時点でメモリに格納され、次のエンジン運転期間において式（３６）の演算に適用される。
【０１００】
図１３は、図２の目標気筒吸入空気量算出部５４、リミット処理部５５、目標スロットル弁通過空気流量算出部５６、及び目標開度算出部５７における処理のフローチャートである。
【０１０１】
ステップＳ３１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを算出する。ステップＳ３２では、図１４に示すリミット処理を実行し、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを、上限値ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限値ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬの範囲内の値に制限する。
【０１０２】
ステップＳ３３では、吸気管モデル式の逆モデル式（式（２４））にリミット処理後の目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k)及びＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ(k-1)を適用し、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)を算出する。
【０１０３】
ステップＳ３４では、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)［ｇ／ＴＤＣ］を下記式（６５）に適用し、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(k)［ｇ／ｓｅｃ］に変換する。
ＧＡＩＲＣＭＤ(k)＝ＧＡＩＲＴＨＣＭＤ(k)×ＮＥ／ＫＣＶ （６５）
【０１０４】
ステップＳ３５では、目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤ(k)を前記式（２５）に適用し、補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣ(k)を算出する。ステップＳ３６では、式（２１）の「ＨＧＡＩＲ」として補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣ(k)を適用し、開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）を算出する。ステップＳ３７では、ステップＳ３６で算出した開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）に応じて、図７（ａ）に示す開口面積流量関数テーブルを逆検索し、目標開度ＴＨＣＭＤ(k)を算出する（式（２６）の演算を行う）。
【０１０５】
図１４は、図１３のステップＳ３２におけるリミット処理のフローチャートである。
ステップＳ４１では、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７の電源電圧ＶＢＤＢＷに応じて、スロットル弁開度の単位時間当たりの最大変化量ＤＴＨｌｍｔ［ｄｅｇ／ｍｓ］を算出し、スロットル弁３の制御周期ＴＣＴＬ（例えば２ｍｓ）当たりの最大変化量ＤＴＨＬＭＴ［ｄｅｇ／ＴＣＴＬ］に変換する。なお、最大変化量ＤＴＨＬＭＴは、予め設定した値を用いてもよい。
【０１０６】
ステップＳ４２では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び最大変化量ＤＴＨＬＭＴを下記式（６６）に適用し、基本開き側限界値ＴＨＯＦＨＢを算出する。式（６６）は、ＴＨＭＡＸと（ＴＨ＋ＤＴＨＬＭＴ）の小さい方を選択する演算を行うものであり、ＴＨＭＡＸは所定最大開度（例えば８５ｄｅｇ）である。
ＴＨＯＦＨＢ＝Ｍｉｎ（ＴＨＭＡＸ，ＴＨ＋ＤＴＨＬＭＴ） （６６）
【０１０７】
ステップＳ４３では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び最大変化量ＤＴＨＬＭＴを下記式（６７）に適用し、基本閉じ側限界値ＴＨＯＦＬＢを算出する。式（６７）は、ＴＨＭＩＮと（ＴＨ−ＤＴＨＬＭＴ）の大きい方を選択する演算を行うものであり、ＴＨＭＩＮは所定最小開度（例えば０．５ｄｅｇ）である。
ＴＨＯＦＬＢ＝Ｍａｘ（ＴＨＭＩＮ，ＴＨ−ＤＴＨＬＭＴ） （６７）
【０１０８】
ステップＳ４４では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び基本開き側限界値ＴＨＯＦＨＢを下記式（６８）に適用し、開き側限界値ＴＨＯＦＨを算出する。式（６８）のＣＴＨＡＤＤは、０から１の間の値に設定される開き側なまし係数である。
ＴＨＯＦＨ＝ＴＨ＋ＣＴＨＡＤＤ×（ＴＨＯＦＨＢ−ＴＨ） （６８）
【０１０９】
ステップＳ４５では、検出スロットル弁開度ＴＨ及び基本閉じ側限界値ＴＨＯＦＬＢを下記式（６９）に適用し、閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを算出する。式（６９）のＣＴＨＤＥＣは、０から１の間の値に設定される閉じ側なまし係数である。
ＴＨＯＦＬ＝ＴＨ＋ＣＴＨＤＥＣ×（ＴＨＯＦＬＢ−ＴＨ） （６９）
【０１１０】
閉じ側なまし係数ＣＴＨＤＥＣは、開き側なまし係数ＣＴＨＡＤＤより大きな値に設定され、かつなまし係数ＣＴＨＤＥＣ及びＣＴＨＡＤＤは、ともに制御周期ＴＣＴＬが長くなるほどより大きな値をとるように設定される。
【０１１１】
ステップＳ４６では、開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＦＬを、弁通過空気流量モデル式（式（１））に適用し、対応する上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨ［ｇ／ｓｅｃ］及び下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬ［ｇ／ｓｅｃ］を算出する。さらに上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨ及び下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬを下記式（７０）及び（７１）に適用し、補正上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ及び補正下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬＬＳを算出する。
ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ＝ＧＡＩＲＬＭＨ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ （７０）
ＧＡＩＲＬＭＬＬＳ＝ＧＡＩＲＬＭＬ×ＫＭＤＬＬ×ＫＭＤＬＳ （７１）
【０１１２】
ステップＳ４７では、補正上限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＨＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］及び補正下限吸入空気流量ＧＡＩＲＬＭＬＬＳ［ｇ／ｓｅｃ］に（ＫＣＶ／ＮＥ）を乗算して、上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ［ｇ／ＴＤＣ］及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬ［ｇ／ＴＤＣ］を算出する。
【０１１３】
ステップＳ４８では、上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬを吸気管モデル式（式（１５ａ））に適用し、上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬを算出する。
【０１１４】
ステップＳ４９では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨに設定し（ステップＳ５０）、ステップＳ５１に進む。ステップＳ４９の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ５１に進む。
【０１１５】
ステップＳ５１では、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬより小さいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬに設定し（ステップＳ５２）、処理を終了する。ステップＳ５１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。
【０１１６】
以上のように本実施形態では、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨが算出され、検出される吸気圧ＰＢＡ及び吸気温ＴＡに基づいて理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤが算出され、気筒吸入空気量の前回値ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)及び理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤを用いて、体積効率ηｖが算出される。また吸気管２（スロットル弁下流側）をモデル化した吸気管モデルの定義式（１５ａ）に、スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨ及び体積効率ηｖを適用して、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮが算出され、その気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを用いて予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰが算出される。すなわち、算出された気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの最新値を用いて予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰが算出されるので、前回予測値を用いる先行例と比較して、より高い精度で予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰを算出することができる。
【０１１７】
また吸気管モデル式の逆モデル式に目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤ及び体積効率ηｖを適用して、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出されるので、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの算出に適用される体積効率ηｖをそのまま使用して、目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを精度良く算出することができる。したがって、算出された目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤに応じてスロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、スロットル弁開度ＴＨをその目標開度ＴＨＣＭＤに制御することによって、実際の気筒吸入空気量を目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤに精度良く制御することができる。
【０１１８】
また弁通過空気流量モデル式に検出スロットル弁開度ＴＨを適用して、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨが算出されるとともに、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤを適用して目標開度ＴＨＣＭＤが算出される。これにより、検出スロットル弁開度ＴＨに応じた推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨの算出、及び目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤに応じた目標開度ＴＨＣＭＤの算出をともに精度良く行うことができる。
【０１１９】
またスロットル弁通過空気流量の検出値、すなわち吸入空気流量センサ１３により検出される吸入空気流量ＧＡＩＲに基づいて、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが算出され、これらのモデル補正係数ＫＭＤＬＬ，ＫＭＬＤＳ（補正された弁通過空気流量モデル式）を用いて、スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＲＩＴＨの算出が行われるとともに、モデル補正係数ＫＭＤＬＬ，ＫＭＬＤＳ（補正された弁通過空気流量モデル式の逆モデル式）を用いて、目標開度ＴＨＣＭＤが算出される。したがって、スロットル弁の特性ばらつきや経時変化、有効吸気管断面積の減少、運転環境の変化、あるいはセンサの温度特性などに起因する弁通過空気流量モデルのモデル化誤差を抑制し、良好な制御性能を得ることができる。
【０１２０】
またスロットル弁開度の開き側限界値ＴＨＯＦＨ及び閉じ側限界値ＴＨＯＨＬが算出され、スロットル弁開度を算出される限界値ＴＨＯＦＨ，ＴＨＯＦＬに設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬが算出される。さらに上限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＨ及び下限スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＬＭＬに対応する上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬが算出され、目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤが，上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬで定義される制限範囲内の値をとるようにリミット処理が行われ、リミット処理後の目標気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＣＭＤを用いて目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤの算出が行われる。したがって、実現不可能なスロットル弁開度に対応した目標スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨＣＭＤが算出されることを確実に防止し、特に要求トルクが変化する過渡状態において目標開度ＴＨＣＭＤを適切に設定することができる。
【０１２１】
本実施形態では、スロットル弁開度センサ４、吸気圧センサ８、吸気温センサ９、及び吸入空気流量センサ１３がそれぞれスロットル弁開度検出手段、吸気圧検出手段、吸気温検出手段、及び空気流量検出手段に相当し、ＥＣＵ５が吸入空気量制御手段の一部、スロットル弁通過空気流量取得手段、理論気筒吸入空気量算出手段、体積効率算出手段、気筒吸入空気量算出手段、気筒吸入空気量予測手段、目標気筒吸入空気量算出手段、目標スロットル弁通過空気流量算出手段、目標開度算出手段、弁通過空気流量モデル補正手段、限界値算出手段、限界スロットル弁通過空気流量算出手段、限界気筒吸入空気量算出手段、及び制限処理手段を構成する。具体的には、図６の処理がスロットル弁通過空気流量取得手段に相当し、図８のステップＳ２１が体積効率算出手段に相当し、ステップＳ２３が気筒吸入空気量算出手段に相当し、ステップＳ２４及びＳ２５が気筒吸入空気量予測手段に相当し、図１３のステップＳ３１が目標気筒吸入空気量算出手段に相当し、ステップＳ３３が目標スロットル弁通過空気流量算出手段に相当し、ステップＳ３４〜Ｓ３７が目標開度算出手段に相当し、図９の処理が弁通過空気流量モデル式補正手段に相当し、図１４のステップＳ４１〜Ｓ４５が限界値算出手段に相当し、ステップＳ４６及びＳ４７が限界スロットル弁通過空気流量算出手段に相当し、ステップＳ４８が限界気筒吸入空気量算出手段に相当し、ステップＳ４９〜Ｓ５２が制限処理手段に相当する。
【０１２２】
［変形例１］
上述した実施形態では、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出に適用するモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭを用いて算出するようにしたが（式（３１））、定常的なエンジン運転状態においてモデルパラメータＡの学習を行うことにより、吸入空気流量センサ１３の検出遅れの影響を排除することができる。したがって、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭに代えて、検出遅れ補正を行わない推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを用いてモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを算出するようにしてもよい。
【０１２３】
［変形例２］
上述した実施形態では、モデルパラメータＡの算出に適用される分母加重平均値ＸＸＸＴＴＬ及び分子加重平均値ＸＸＹＴＴＬを、それぞれ式（６３）及び（６４）により算出するようにしたが、これらの数式に代えて、下記式（６３ａ）及び（６４ａ）を用いて算出するようにしてもよい。
【０１２４】
【数８】
【数９】
【０１２５】
式（６３ａ）及び（６４ａ）のＫＧ１〜ＫＧ４は、重み係数であり下記式（７２）及び（７３）を満たすように設定される。
ＫＧ１＞ＫＧ２＞ＫＧ３＞ＫＧ４ （７２）
ＫＧ１＋ＫＧ２＋ＫＧ３＋ＫＧ４＝１ （７３）
【０１２６】
弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差は、図５に示したように、スロットル弁開度ＴＨが低下するほど増加する傾向がある。したがって、式（７２）を満たすように設定される重み係数ＫＧ１〜ＫＧ４を用いることにより、モデルパラメータＡの同定演算に上記傾向を適切に反映させ、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出精度を高めることができる。
なお、重み係数ＫＧ１〜ＫＧ４は、これらのうちいずれかが同じ値となるように設定してもよい。
【０１２７】
［変形例３］
理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤの算出方法として、公知の特許文献３（ＷＯ２０１０／０９５４７７号公報）の段落００８３〜００８９に開示された以下の手法を用いてもよい。この場合には、吸気圧ＰＢＡが基準大気圧ＰＡ０に等しくかつ吸気温ＴＡが基準温度ＴＡ０に等しい状態における最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを、エンジン回転数ＮＥに対応して（複数の所定エンジン回転数毎に）予め求めてテーブルとして記憶しておき、エンジン運転時にはエンジン回転数ＮＥに応じたテーブル検索により最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを算出し、検出される吸気圧ＰＢＡ、基準大気圧ＰＡ０、及び最大気筒吸入空気量ＧＡＩＲＷＯＴを特許文献３の式（２１）に適用して基準理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤＢを算出し、さらに検出される吸気温ＴＡ及びエンジン冷却水温ＴＷに応じて基準理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤＢを補正することにより、理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤを算出することができる。
【０１２８】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態において離散化時刻ｋにおける体積効率ηｖ、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ、及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮの演算を複数回実行することにより、エンジンの過渡運転状態においてより正確な気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを得られるようにしたものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
【０１２９】
図１５は、本実施形態における気筒吸入空気量算出処理のフローチャートである。この処理は、ＴＤＣパルスの発生に同期して１行程毎に（４気筒エンジンであればクランク軸が１８０度回転する毎に）ＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
【０１３０】
ステップＳ８１では、前記式（１８）により理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤ(k)を算出する。ステップＳ８２では、初期化フラグＦＩＮＩが「１」であるか否かを判別する。エンジンの始動直後は、初期化フラグＦＩＮＩは「０」であるので、ステップＳ８３に進み、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤ(k)に設定するとともに、体積効率ηｖ(k)を「１．０」に設定する。次いで初期化フラグＦＩＮＩを「１」に設定する（ステップＳ８４）。
【０１３１】
初期化フラグＦＩＮＩが「１」であるときは、ステップＳ８３からステップＳ８５に進み、更新演算の実行回数を計数するインデクスパラメータｉを「０」に設定する。以下の説明ではインデクスパラメータｉを付したＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)、ηｖ(i)、及びＣＧＡＣＹＬ(i)をそれぞれ更新気筒吸入空気量、更新体積効率、及び更新遅れ係数という。
【０１３２】
ステップＳ８６では、更新気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)（ｉ＝０）を気筒吸入空気量の前回値ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)に設定するとともに、更新体積効率ηｖ(i)（ｉ＝０）を体積効率の前回値ηｖ(k-1)に設定する。
【０１３３】
ステップＳ８７では、インデクスパラメータｉを「１」だけインクリメントし、ステップＳ８８では下記式（１７ａ）により、更新体積効率ηｖ(i)を算出する。
ηｖ(i)＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i-1)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k) （１７ａ）
【０１３４】
ステップＳ８９では、下記式（１６ａ）により、更新遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(i)を算出する。
ＣＧＡＣＹＬ(i)＝Ｖｃｙｌ×ηｖ(i)／Ｖｉｎ （１６ａ）
【０１３５】
ステップＳ９０では、下記式（１５ｂ）により、更新気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)を算出する。
ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ(i)）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ(i)×ＨＧＡＩＲＴＨ(k) （１５ｂ）
【０１３６】
ステップＳ９１では、インデクスパラメータｉが上限値ｉＭＡＸに達したか否かを判別する。本実施形態では、上限値ｉＭＡＸは例えばＣＰＵの処理能力（演算速度）に応じて２以上の値に設定される。最初はステップＳ９１の答は否定（ＮＯ）であるので、ステップＳ９２に進み、下記式（７４）により体積効率変化量Ｄηｖを算出する。
Ｄηｖ＝｜ηｖ(i)−ηｖ(i-1)｜ （７４）
【０１３７】
ステップＳ９３では、体積効率変化量Ｄηｖが所定閾値ＤηｖＬより小さいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときはステップＳ８７に戻り、ステップＳ８７〜Ｓ９０により、更新体積効率ηｖ(i)及び更新気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)の算出を再度実行する。
【０１３８】
ステップＳ９１またはＳ９３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ９４に進み、その時点の体積効率ηｖ(k)及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)を、それぞれその時点の更新体積効率ηｖ(i)及び更新気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(i)に設定する。
【０１３９】
図１６は、図１５の処理を説明するためのタイムチャートであり、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮが増加する過渡状態における理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤ、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ、及び体積効率ηｖの推移が示されている。気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び体積効率ηｖの推移を示す破線は、第１の実施形態の算出手法に対応し、実線が本実施形態の算出手法に対応する。
【０１４０】
時刻ｋにおける演算において、細い実線の矢印がｉ＝１の演算を示し、破線の矢印がｉ＝２の演算を示し、一点鎖線の矢印がｉ＝３の演算を示す。この例では、時刻ｋにおいてインデクスパラメータｉが「３」となるまで更新演算がおこなわれたことが示されており、時刻（ｋ＋１）、（ｋ＋２）においても同様に更新演算が行われ（図示省略）、時刻（ｋ＋２）において、定常状態に達した気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを得ることができる。このように更新演算を行うことにより、過渡的な運転状態においてより正確な体積効率ηｖ及び気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを得ることができる。
【０１４１】
またインデクスパラメータｉが上限値ｉＭＡＸに達する前でも、体積効率変化量Ｄηｖが所定閾値ＤηｖＬより小さくなったときは、更新演算を終了するようにしたので、更新演算を適切な時期に終了することができる。
【０１４２】
本実施形態では、図１５のステップＳ８２〜Ｓ９４が体積効率算出手段及び気筒吸入空気量算出手段に相当する。
【０１４３】
［変形例］
図１５のステップＳ９２及びＳ９３を削除し、ステップＳ９１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ８７に戻るようにしてもよい。この変形例では、更新演算は常にインデクスパラメータｉが上限値ｉＭＡＸに達するまで実行される。
【０１４４】
［第３の実施形態］
第２の実施形態に示した更新演算を用いる手法は、時刻ｋにおける繰り返し演算が必要となり、ＣＰＵの演算負荷が増大するという課題がある。そこで、本実施形態は、第２の実施形態に示した繰り返し演算を行うことなく、過渡状態においても正確な体積効率ηｖが得られるようにしたものである。以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。
【０１４５】
上述した実施形態では、体積効率ηｖの算出式として下記式（１７）（再掲）を用いたが、過渡状態を考慮するとより厳密には体積効率ηｖは下記式（８１）を用いて算出することが望ましい。
ηｖ＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k) （１７）
ηｖ＝ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)／ＧＡＩＲＳＴＤ(k) （８１）
【０１４６】
式（８１）を用いると遅れ係数ＣＧＡＣＹＬは、下記式（８２）で与えられる。ここで演算パラメータλ(k)を下記式（８３）で定義すると、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬは、下記式（８４）で与えられる。
【数１０】
ＣＧＡＣＹＬ(k)＝λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k) （８４）
【０１４７】
気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)は、下記式（１５ａ）（再掲）で与えられるので、これを式（８４）に適用すると、下記式（８５）が得られる。
ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k)＝（１−ＣＧＡＣＹＬ(k)）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ(k)×ＨＧＡＩＲＴＨ(k) （１５ａ）
ＣＧＡＣＹＬ(k)
＝λ(k)×｛（１−ＣＧＡＣＹＬ(k)）×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)
＋ＣＧＡＣＹＬ(k)×ＨＧＡＩＲＴＨ(k)｝
＝λ(k)×｛ＣＧＡＣＹＬ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）
＋ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)}
＝λ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)）×ＣＧＡＣＹＬ(k)
＋λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1) （８５）
【０１４８】
式（８５）を用いると、第２の実施形態における更新遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(i)に相当するパラメータは、下記数式群（８６）で与えられる（ｉはインデクスパラメータ）。
【数１１】
【０１４９】
ここで、演算パラメータΓ(k)及びＨ(k)を下記式（８７）及び（８８）で定義すると、数式群（８６）は、下記数式群（８９）で表される。
Γ(k)＝λ(k)×（ＨＧＡＩＲＴＨ(k)−ＨＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1)） （８７）
Ｈ(k)＝λ(k)×ＧＡＩＲＣＹＬＮ(k-1) （８８）
【数１２】
【０１５０】
第２の実施形態における繰り返し演算の結果得られる遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(k)は、理論的にはインデクスパラメータｉを無限大とした極値に相当するので、演算パラメータΓ(k)が「−１」から「１」の間の値をとるという条件の下で、下記式（９０）で与えられる。式（９０）から明らかなように、遅れ係数ＣＧＡＣＹＬ(k)は、初期値ＣＧＡＣＹＬ(k)0に依存しない。
【数１３】
【０１５１】
式（９０）の演算パラメータΓ(k)及びＨ(k)（並びにΓ(k)及びＨ(k)に含まれるλ(k)）をもとの数式に戻すことにより、下記式（９１）が得られる。したがって、繰り返し演算により得られる体積効率ηｖは、式（９２）で与えられる。
【数１４】
【０１５２】
図１７は、要求トルクＴＲＱＣＭＤが急激に増加する過渡状態における動作例のタイムチャートである。図１７の破線が要求トルクＴＲＱＣＭＤの推移を示し、実線が実出力トルクＴＲＱの推移を示す。このように、本実施形態に示した算出手法による体積効率ηｖを使用することにより、良好なトルク制御性能を得ることができる。
【０１５３】
以上のように本実施形態では、図８のステップＳ２１において式（９２）を用いて体積効率ηｖを算出するようにしている。式（９２）を用いることにより、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び理論気筒吸入空気量ＧＡＩＲＳＴＤとともに、気筒容積Ｖｃｙｌと吸気管容積Ｖｉｎとの比、及び推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨをさらに用いて体積効率ηｖが算出され、繰り返し（更新）演算を行うことなく、すなわちＣＰＵの負荷の大幅に増加させることなく、体積効率ηｖの算出精度を高めることができる。
【０１５４】
［第４の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態における長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出手法を変更したものである。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
第１の実施形態では、スロットル弁開度ＴＨを式（３６）に適用して誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出したが、本実施形態では、式（３６）で示される関係をＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルとして設定し、テーブル検索により誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出するようにしたものである。
【０１５５】
図１８は、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを表形式で示す図である。ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルには、スロットル弁開度ＴＨについて１［ｄｅｇ］から（ＴＨＢ−１）［ｄｅｇ］に対応して、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[1]，ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[2]，…，ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[THB-1]（ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]，ｐ＝１〜（ＴＨＢ−１））が設定され、所定開度ＴＨＢに対応して「１」が設定されている。
【０１５６】
図１９は、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを更新する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで演算周期ＴＳで実行される。
ステップＳ１６１〜Ｓ１６５は、図１１のステップＳ１１１〜Ｓ１１５と同一である。
ステップＳ１６６では、図２０に示す設定値更新処理を実行し、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]（ｐ＝１〜（ＴＨＢ−１））の更新を行う。
【０１５７】
図２０のステップＳ１７１では、図１９のステップＳ１６４で算出されたモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲから「１」を減算して誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを算出する。ステップＳ１７２では、スロットル弁開度ＴＨに応じて更新すべきテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]を選択する。例えばスロットル弁開度ＴＨが０．３［ｄｅｇ］であるときは、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[1]（ｐＳ＝１）が選択され、スロットル弁開度ＴＨが１．８［ｄｅｇ］であるときは、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[2]（ｐＳ＝２）が選択される。
【０１５８】
ステップＳ１７３では、更新すべきテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]の算出に適用されたデータ数ＮＤＡＴＡ[pS]を「１」だけインクリメントする。ＮＤＡＴＡ[pS]zは、前回更新時のデータ数である。ステップＳ１７４では、ステップＳ１７１で算出した誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲを下記式（１０１）に適用し、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]の更新を行う。式（１０１）のＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[pS]zは、更新前のテーブル設定値である。
【数１５】
【０１５９】
図２０の処理により、テーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]の更新を行うことにより、スロットル弁開度ＴＨの１［ｄｅｇ］から（ＴＨＢ−１）［ｄｅｇ］までの範囲において、テーブルの設定格子点（ＴＨ＝１，２，…，（ＴＨＢ−１））毎に設定値の更新が行われ、更新回数が増加するほど各格子点におけるテーブル設定値ＫＴＨＥＲＲＣＯＲ[p]の精度を高め、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの算出精度を高めることができる。
【０１６０】
［変形例］
第４の実施形態では、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲが設定されたＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルを使用するようにしたが、誤差パラメータＫＴＨＥＲＲＣＯＲに代えて長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが設定されたＫＭＤＬＬテーブルを使用し、ＫＭＤＬＬテーブルの設定値を更新するようにしてもよい。
【０１６１】
また、ＫＴＨＥＲＲＣＯＲテーブルにおけるスロットル弁開度ＴＨの格子点は１［ｄｅｇ］間隔で設定したが、これに限るものではなく、１［ｄｅｇ］より大きい間隔または小さい間隔で設定するようにしてもよい。
【０１６２】
なお本発明は上述した第１〜第４実施形態に限るものではなく、種々の他の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨ及び下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬを用いてリミット処理を行うようにしたが、例えばエンジンの加速時は上限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＨのみを用いてリミット処理を行い、減速時は下限気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＬＭＬのみを用いてリミット処理を行うようにしてもよい。
【０１６３】
また上述した実施形態では、気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮ及び予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出には、推定スロットル弁通過空気流量ＨＧＡＩＲＴＨを使用したが、吸入空気流量センサ１３により検出される吸入空気流量ＧＡＩＲ［ｇ／ｓｅｃ］を１ＴＤＣ期間毎の流量に変換した検出スロットル弁通過空気流量ＧＡＩＲＴＨを使用するようにしてもよい。
【０１６４】
また、上述した実施形態では大気圧センサ３３により検出した大気圧ＰＡを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出するようにしたが、公知の大気圧推定手法（例えば米国特許第６０１６４６０号公報参照）を用いて算出した推定大気圧ＨＰＡを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出するようにしてもよい。
【０１６５】
また上述した実施形態では、本発明をガソリン内燃エンジンに適用した例を示したが、本発明はディーゼル内燃エンジンにも適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどにも適用が可能である。
【符号の説明】
【０１６６】
１ 内燃機関
１ａ 気筒
２ 吸気管
３ スロットル弁
４ スロットル弁開度センサ（スロットル弁開度検出手段）
５ 電子制御ユニット（吸入空気量制御手段、スロットル弁通過空気流量取得手段、理論気筒吸入空気量算出手段、体積効率算出手段、気筒吸入空気量算出手段、気筒吸入空気量予測手段、目標気筒吸入空気量算出手段、目標スロットル弁通過空気流量算出手段、目標開度算出手段、弁通過空気流量モデル補正手段、限界値算出手段、限界スロットル弁通過空気流量算出手段、限界気筒吸入空気量算出手段、制限処理手段）
８ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
９ 吸気温センサ（吸気温検出手段）
１３ 吸入空気流量センサ（空気流量検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段を備える内燃機関の制御装置において、
前記機関のスロットル弁を通過する新気の流量であるスロットル弁通過空気流量を算出または検出するスロットル弁通過空気流量取得手段と、
前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
前記機関に吸入される空気の温度である吸気温を検出する吸気温検出手段と、
前記吸気圧及び吸気温に基づいて理論気筒吸入空気量を算出する理論気筒吸入空気量算出手段と、
前記気筒吸入空気量の過去値及び前記理論気筒吸入空気量を用いて、前記機関の体積効率を算出する体積効率算出手段と、
前記機関の吸気管をモデル化した吸気管モデル式に、前記スロットル弁通過空気流量及び体積効率を適用して、前記気筒吸入空気量を算出する気筒吸入空気量算出手段と、
該気筒吸入空気量を用いて該気筒吸入空気量の予測値である予測気筒吸入空気量を算出する気筒吸入空気量予測手段と、
目標気筒吸入空気量を算出する目標気筒吸入空気量算出手段と、
前記吸気管モデル式の逆モデル式に前記目標気筒吸入空気量及び体積効率を適用して、目標スロットル弁通過空気流量を算出する目標スロットル弁通過空気流量算出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記体積効率算出手段は、前記気筒吸入空気量算出手段により算出された気筒吸入空気量を用いて、前記体積効率を少なくとも１回更新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。
【請求項３】
前記体積効率算出手段は、前記気筒の容積と前記吸気管の容積との比、及び前記スロットル弁通過空気流量をさらに用いて前記体積効率を算出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。
【請求項４】
前記スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度検出手段と、
前記目標スロットル弁通過空気流量に応じて前記スロットル弁の目標開度を算出する目標開度算出手段とを備え、
前記スロットル弁通過空気流量取得手段は、前記スロットル弁の開度と該スロットル弁を通過する空気の流量との関係をモデル化した弁通過空気流量モデル式に前記スロットル弁開度を適用して、前記スロットル弁通過空気流量を算出し、
前記目標開度算出手段は、前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に前記目標スロットル弁通過空気流量を適用して前記目標開度を算出することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記スロットル弁通過空気流量を検出する空気流量検出手段と、
前記スロットル弁通過空気流量の検出値に基づいて前記弁通過空気流量モデル式を補正する弁通過空気流量モデル補正手段とを備え、
前記スロットル弁通過空気流量取得手段は、補正された弁通過空気流量モデル式を用いて前記スロットル弁通過空気流量の算出を行い、前記目標開度算出手段は、補正された弁通過空気流量モデル式の逆モデル式を用いて前記目標開度の算出を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記スロットル弁の開度の開き側及び／または閉じ側の限界値を算出する限界値算出手段と、
前記スロットル弁の開度を前記限界値に設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する限界スロットル弁通過空気流量を算出する限界スロットル弁通過空気流量算出手段と、
前記限界スロットル弁通過空気流量に対応する限界気筒吸入空気量を算出する限界気筒吸入空気量算出手段と、
前記目標気筒吸入空気量が前記限界気筒吸入空気量で規定される制限範囲内の値をとるように制限処理を行う制限処理手段とを備え、
前記目標スロットル弁通過空気流量算出手段は、前記制限処理後の目標気筒吸入空気量を用いて前記目標スロットル弁通過空気流量の算出を行うことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の気筒に吸入される新気量である気筒吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段を備える内燃機関の制御装置において、
前記機関のスロットル弁を通過する新気の流量であるスロットル弁通過空気流量を算出または検出するスロットル弁通過空気流量取得手段と、
前記機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
前記機関に吸入される空気の温度である吸気温を検出する吸気温検出手段と、
前記吸気圧及び吸気温に基づいて理論気筒吸入空気量を算出する理論気筒吸入空気量算出手段と、
前記気筒吸入空気量の過去値及び前記理論気筒吸入空気量を用いて、前記機関の体積効率を算出する体積効率算出手段と、
前記機関の吸気管をモデル化した吸気管モデル式に、前記スロットル弁通過空気流量及び体積効率を適用して、前記気筒吸入空気量を算出する気筒吸入空気量算出手段と、
該気筒吸入空気量を用いて該気筒吸入空気量の予測値である予測気筒吸入空気量を算出する気筒吸入空気量予測手段と、
目標気筒吸入空気量を算出する目標気筒吸入空気量算出手段と、
前記吸気管モデル式の逆モデル式に前記目標気筒吸入空気量及び体積効率を適用して、目標スロットル弁通過空気流量を算出する目標スロットル弁通過空気流量算出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記体積効率算出手段は、前記気筒吸入空気量算出手段により算出された気筒吸入空気量を用いて、前記体積効率を少なくとも１回更新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。
【請求項３】
前記体積効率算出手段は、前記気筒の容積と前記吸気管の容積との比、及び前記スロットル弁通過空気流量をさらに用いて前記体積効率を算出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。
【請求項４】
前記スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度検出手段と、
前記目標スロットル弁通過空気流量に応じて前記スロットル弁の目標開度を算出する目標開度算出手段とを備え、
前記スロットル弁通過空気流量取得手段は、前記スロットル弁の開度と該スロットル弁を通過する空気の流量との関係をモデル化した弁通過空気流量モデル式に前記スロットル弁開度を適用して、前記スロットル弁通過空気流量を算出し、
前記目標開度算出手段は、前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に前記目標スロットル弁通過空気流量を適用して前記目標開度を算出することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記スロットル弁通過空気流量を検出する空気流量検出手段と、
前記スロットル弁通過空気流量の検出値に基づいて前記弁通過空気流量モデル式を補正する弁通過空気流量モデル補正手段とを備え、
前記スロットル弁通過空気流量取得手段は、補正された弁通過空気流量モデル式を用いて前記スロットル弁通過空気流量の算出を行い、前記目標開度算出手段は、補正された弁通過空気流量モデル式の逆モデル式を用いて前記目標開度の算出を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記スロットル弁の開度の開き側及び／または閉じ側の限界値を算出する限界値算出手段と、
前記スロットル弁の開度を前記限界値に設定したときのスロットル弁通過空気流量に相当する限界スロットル弁通過空気流量を算出する限界スロットル弁通過空気流量算出手段と、
前記限界スロットル弁通過空気流量に対応する限界気筒吸入空気量を算出する限界気筒吸入空気量算出手段と、
前記目標気筒吸入空気量が前記限界気筒吸入空気量で規定される制限範囲内の値をとるように制限処理を行う制限処理手段とを備え、
前記目標スロットル弁通過空気流量算出手段は、前記制限処理後の目標気筒吸入空気量を用いて前記目標スロットル弁通過空気流量の算出を行うことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１５４２８７（Ｐ２０１２−１５４２８７Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９３５（Ｐ２０１１−１５９３５）
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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