内燃機関の制御装置
【課題】 スロットル弁を備える機関の吸気系をより適切にモデル化するとともに、得られたモデルのモデル化誤差を適切に補正することにより、吸入空気量に関連する制御パラメータを高い精度で算出することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 スロットル弁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検出スロットル弁開度を適用して、推定吸入空気流量が算出され、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を示すモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及びＫＴＨＥＲＲＳが、検出される吸入空気流量を用いて算出される。モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳ及びＫＴＨＥＲＲを用いてモデル補正係数ＫＭＤＬＳ及びＫＭＤＬＬが算出され、モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及びＫＭＤＬＬにより推定吸入空気流量が補正され、補正された推定吸入空気流量が機関制御パラメータの算出に適用される。
【解決手段】 スロットル弁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検出スロットル弁開度を適用して、推定吸入空気流量が算出され、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を示すモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及びＫＴＨＥＲＲＳが、検出される吸入空気流量を用いて算出される。モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳ及びＫＴＨＥＲＲを用いてモデル補正係数ＫＭＤＬＳ及びＫＭＤＬＬが算出され、モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及びＫＭＤＬＬにより推定吸入空気流量が補正され、補正された推定吸入空気流量が機関制御パラメータの算出に適用される。
【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、特に機関吸気系をモデル化した吸気系モデルを用いて機関の吸入空気量に関連する制御パラメータ（スロットル弁の目標開度、燃料供給量、点火時期）を算出する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アクセルペダル操作量に応じて機関の目標吸入空気量を算出し、目標吸入空気量を吸気系モデルを用いて目標吸気圧に変換し、得られた目標吸気圧に基づいて機関の吸入空気量を制御する制御装置が示されている。この制御装置において使用される吸気系モデルは、気体状態方程式に基づく数式で定義されており、このモデル定義式は、学習値Ｋｎを乗算係数として含む。学習値Ｋｎは、ベース値Ｋｎｂａｓｅを平均化することにより算出され、ベース値Ｋｎｂａｓｅは、実吸気圧Ｐａｃｔと実吸入空気量Ｇａｃｔとの比（Ｐａｃｔ／Ｇａｃｔ）に基づいて、モデル化誤差を補正するように算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０９９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
機関の吸気圧は、吸気管に設けられるスロットル弁の下流側の圧力であり、スロットル弁開度が変化することにより変化するパラメータである。ところが、特許文献１に示された制御装置では、スロットル弁開度を含まない吸気系モデル式を用いているため、スロットル弁開度変化の影響が適切に反映されず、目標吸気圧の算出精度が低いという課題がある。特に、機関の過渡運転状態のようにスロットル弁開度が変化する運転状態では、算出精度の低下度合がより大きくなる。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、スロットル弁を備える機関の吸気系をより適切にモデル化するとともに、得られたモデルのモデル化誤差を適切に補正することにより、吸入空気量に関連する制御パラメータを高い精度で算出することができる内燃機関の制御装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気管（２）に設けられたスロットル弁（３）の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段（４）と、前記スロットル弁を通過する空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検出手段（１３）とを備える内燃機関の制御装置において、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、前記吸入空気流量の推定値である推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を算出する吸入空気流量推定手段と、前記弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を示す誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ，ＫＴＨＥＲＲＳ）を、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）を用いて算出する誤差パラメータ算出手段と、前記誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲＳ）を平均化することにより、前記モデル化誤差を補正するための第１誤差補正値（ＫＭＤＬＳ）を算出する第１誤差補正値算出手段と、前記誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）と前記スロットル弁開度（ＴＨ）との相関関係を用いて、前記モデル化誤差を補正するための第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出する第２誤差補正値算出手段と、前記第１及び第２誤差補正値（ＫＭＤＬＳ，ＫＭＤＬＬ）を用いて前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を補正し、補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＬＳ）を算出する補正手段とを備え、前記補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＬＳ）を前記機関の制御パラメータの算出に適用することを特徴とする。
【０００７】
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、前記誤差パラメータは、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）と前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）との比率を示すパラメータであることを特徴とする。
【０００８】
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、前記誤差パラメータ算出手段は、前記第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を用いて前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を補正し、誤差補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＬ）を算出する誤差補正推定吸入空気流量算出手段と、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）と前記誤差補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＬ）との比率を示す第１誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲＳ）を算出する第１誤差パラメータ算出手段と、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）と前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）との比率を示す第２誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）を算出する第２誤差パラメータ算出手段とを有し、前記第１誤差補正値算出手段は、前記第１誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲＳ）を用いて前記第１誤差補正値（ＫＭＤＬＳ）を算出し、前記第２誤差補正値算出手段は、前記第２誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）を用いて前記第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気流量検出手段（１３）をモデル化した流量センサモデル式に、前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を適用して、遅れ補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＡＦＭ）を算出する検出遅れ補正手段を備え、前記誤差パラメータ算出手段は、前記遅れ補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＡＦＭ）を用いて前記誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項５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、前記誤差パラメータ算出手段は、前記弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値（ＫＴＨ（ＴＨ））を、前記スロットル弁開度（ＴＨ）に応じて算出する第１モデルパラメータ値算出手段と、前記弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量（ＧＡＩＲ）を適用することにより、前記開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値（ＫＴＨＧＡＩＲ）を算出する第２モデルパラメータ値算出手段とを有し、前記誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）は、前記第１モデルパラメータ値（ＫＴＨ（ＴＨ））と第２モデルパラメータ値（ＫＴＨＧＡＩＲ）の比率を示すパラメータであることを特徴とする。
【００１１】
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、前記第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）の更新周期は、前記第１誤差補正値（ＫＭＤＬＳ）の更新周期より長いことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記第２誤差補正値算出手段は、前記相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータ（Ａ）を同定する同定手段を有し、同定されたモデルパラメータ（Ａ）及び前記誤差モデル式を用いて前記第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する目標吸入空気流量算出手段と、前記第１及び第２誤差補正値（ＫＭＤＬＳ，ＫＭＤＬＬ）を用いて前記目標吸入空気流量を補正し、補正目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤＣ）を算出する補正目標吸入空気流量算出手段と、前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に前記補正目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤＣ）を適用し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、前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）に応じて前記スロットル弁の開度を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、内燃機関の吸気管（２）に設けられたスロットル弁（３）の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段（４）と、前記スロットル弁を通過する空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検出手段（１３）とを備える内燃機関の制御装置において、前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する目標吸入空気流量算出手段と、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の逆モデル式を用いて、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、前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）に応じて前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁開度制御手段と、前記弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値（ＫＴＨ（ＴＨ））を、前記スロットル弁開度（ＴＨ）に応じて算出する第１モデルパラメータ値算出手段と、前記弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量（ＧＡＩＲ）を適用することにより、前記開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値（ＫＴＨＧＡＩＲ）を算出する第２モデルパラメータ値算出手段と、前記第１モデルパラメータ値（ＫＴＨ（ＴＨ））と第２モデルパラメータ値（ＫＴＨＧＡＩＲ）との比率を示す誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）と、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）との相関関係を用いて、前記弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を補正する誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出する誤差補正値算出手段と、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を前記誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）により補正し、補正目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤＣ）を算出する補正目標吸入空気流量算出手段とを備え、前記目標開度算出手段は、前記補正目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤＣ）を前記逆モデル式に適用して、前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、前記誤差補正値算出手段は、前記誤差パラメータとスロットル弁開度との相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータ（Ａ）を同定する同定手段を有し、同定されたモデルパラメータ（Ａ）及び前記誤差モデル式を用いて前記誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、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検出されるスロットル弁開度を適用して、推定吸入空気流量が算出され、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を示す誤差パラメータが、検出される吸入空気流量を用いて算出される。さらに誤差パラメータを平均化することにより、モデル化誤差を補正するための第１誤差補正値が算出されるとともに、誤差パラメータと検出スロットル弁開度との相関関係を用いて、モデル化誤差を補正するための第２誤差補正値が算出される。第１及び第２誤差補正値を用いて推定吸入空気流量を補正して補正推定吸入空気流量が算出され、補正推定吸入空気流量が機関の制御パラメータの算出に適用される。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。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、検出される吸入空気流量と推定吸入空気流量との比率を示すパラメータが誤差パラメータとして使用されるので、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を誤差パラメータにより直接的に把握し、第１及び第２誤差補正値に反映させることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、第２誤差補正値を用いて推定吸入空気流量を補正して誤差補正推定吸入空気流量が算出され、検出される吸入空気流量と誤差補正推定吸入空気流量との比率を示す第１誤差パラメータが算出されるとともに、検出される吸入空気流量と推定吸入空気流量との比率を示す第２誤差パラメータが算出される。第１誤差補正値は第１誤差パラメータを用いて算出され、第２誤差補正値は第２誤差パラメータを用いて算出される。第２誤差補正値には、スロットル弁開度とモデル化誤差との相関関係が反映されるので、スロットル弁開度に依存して変化するモデル化誤差（比較的長期間の経時変化）を第２誤差補正値によって補正することができる。したがって、第２誤差補正値によって補正された誤差補正推定吸入空気流量を用いて第１誤差パラメータを算出し、第１誤差パラメータを用いて第１誤差補正値を算出することにより、スロットル弁開度に依存するモデル化誤差の影響を除いたモデル化誤差を、第１誤差補正値によって補正することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、吸入空気流量検出手段をモデル化した流量センサモデル式に、推定吸入空気流量を適用して、遅れ補正推定吸入空気流量が算出され、遅れ補正推定吸入空気流量を用いて誤差パラメータが算出されるので、吸入空気流量検出手段における検出遅れの影響を排除して、正確な誤差パラメータ、ひいては正確な誤差補正値を得ることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値が、スロットル弁開度に応じて算出されるとともに、弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量を適用することにより、開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値が算出され、誤差パラメータが、第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値の比率を示すパラメータとして算出される。弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差は、主としてスロットル弁開度を有効開口面積に変換する開口面積流量関数の設定誤差と考えられるので、第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値との比率は、モデル化誤差を示す誤差パラメータとして使用することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、第２誤差補正値の更新周期は、第１誤差補正値の更新周期より長く設定される。弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差をスロットル弁開度の関数として正確に把握するためには、比較的長い学習期間を必要とする。したがって、第２誤差補正値の更新周期を第１誤差補正値の更新周期より長く設定することにより、第２誤差補正値の算出精度を高めることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、誤差パラメータとスロットル弁開度との相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータが機関制御実行中に同定され、同定されたモデルパラメータ及び誤差モデル式を用いて第２誤差補正値が算出される。したがって、経時変化する相関関係を精度よく把握し、スロットル弁の全開度範囲に亘って正確な第２誤差補正値を得ることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、第１及び第２誤差補正値を用いて目標吸入空気流量を補正して補正目標吸入空気流量が算出され、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に補正目標吸入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、目標開度に応じてスロットル弁の開度が制御される。したがって、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差の影響を排除して、必要な吸入空気流量を得るための目標開度を精度良く算出することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明によれば、弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値が、スロットル弁開度に応じて算出され、弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量を適用することにより、開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値が算出され、第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値の比率を示す誤差パラメータと、スロットル弁開度との相関関係を用いて、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を補正する誤差補正値が算出される。さらに目標吸入空気流量を誤差補正値により補正して、補正目標吸入空気流量が算出され、補正目標吸入空気流量を弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に適用してスロットル弁の目標開度が算出される。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て、正確な目標開度を得、良好な吸入空気量制御性能を得ることができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明によれば、誤差パラメータとスロットル弁開度との相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータが機関制御実行中に同定され、同定されたモデルパラメータ及び誤差モデル式を用いて誤差補正値が算出される。したがって、経時変化する相関関係を精度よく把握し、スロットル弁の全開度範囲に亘って正確な誤差補正値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】本発明の第３の実施形態で使用されるテーブルを示す図である。
【図１６】図１５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１７】図１６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】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
【数１】
【００５５】
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）
【００５６】
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）
【００５７】
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）
【００５８】
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）
【００５９】
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】
【００６０】
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）
【００６１】
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）
【００６２】
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）
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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】
【００６９】
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）
【００７０】
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）
【００７１】
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）
【００７２】
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】
【００７３】
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）
【００７４】
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。
【００７５】
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）
【００７６】
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。
【００７７】
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）
【００７８】
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）
【００７９】
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。
【００８０】
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】
【００８１】
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）
【００８２】
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、比較的長い期間に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。
【００８３】
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。
【００８４】
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）
【００８５】
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）
【００８６】
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）
【００８７】
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。
【００８８】
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）
【００８９】
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）
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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）。
【００９６】
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。
【００９７】
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）。
【００９８】
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）
【００９９】
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）
【０１００】
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】
【０１０１】
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】
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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）
【０１０９】
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）。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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）
【０１１２】
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）
【０１１３】
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）
【０１１４】
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）
【０１１５】
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。
【０１１６】
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）
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
以上のように本実施形態では、スロットル弁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（１）に検出されるスロットル弁開度ＴＨを適用して、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲが算出され、弁通過空気流量モデル式（１）のモデル化誤差を示すモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及び補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳが、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲを用いて算出される。さらに補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳの逆数を平均化することにより、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが算出されるとともに、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＲと検出スロットル弁開度ＴＨとの相関関係を用いて、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが算出される。さらに短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを補正して第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳが算出され、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳが、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出、ひいては燃料噴射量及び点火時期の算出に適用される。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。
【０１２２】
また検出吸入空気流量ＧＡＩＲと、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭとの比率を示すパラメータとして、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲが定義されるとともに、検出吸入空気流量ＧＡＩＲと、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭとの比率を示すパラメータとして、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳが定義されるので、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差をモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及び補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳにより直接的に把握し、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳに反映させることができる。
【０１２３】
また長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを補正して第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬが算出され、さらに第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬについて吸入空気流量センサの検出遅れ補正を行って遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭが算出され、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲと遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭとの比率を示す補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳが算出される。長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬには、スロットル弁開度ＴＨとモデル化誤差との相関関係が反映されるので、スロットル弁開度ＴＨに依存して変化するモデル化誤差（比較的長期間の経時変化）を長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬによって補正することができる。したがって、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬによって補正された第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを用いて補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出し、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを用いて短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出することにより、スロットル弁開度ＴＨに依存する長期的なモデル化誤差の影響を除いたモデル化誤差を、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳによって補正することができる。
【０１２４】
また吸入空気流量センサ１３をモデル化したＡＦＭモデルを定義する式（３４）に、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを適用して、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ及びＨＧＡＩＲＬＡＦＭが算出され、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ及びＨＧＡＩＲＬＡＦＭを用いてモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及びＫＴＨＥＲＲＳが算出されるので、吸入空気流量センサ１３における検出遅れの影響を排除して、正確なモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及びＫＴＨＥＲＲＳを得、ひいては正確なモデル補正係数ＫＭＤＬＬ及びＫＭＤＬＳを得ることができる。
【０１２５】
また長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬは、前回のエンジン運転期間中に同定されたモデルパラメータＡを用いて算出されるので、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳに比べて更新周期が長くなる。弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差をスロットル弁開度の関数として正確に把握するためには、比較的長い学習期間を必要とするので、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの更新周期を短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳの更新周期より長く設定することにより、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。
【０１２６】
またモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲとスロットル弁開度ＴＨとの相関関係を定義する誤差モデル式（３６）のモデルパラメータＡがエンジン制御実行中に同定され、同定されたモデルパラメータＡ及び誤差モデル式（３６）を用いて長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが算出されるので、経時変化する相関関係を精度よく把握し、スロットル弁の全開度範囲に亘って正確な長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを得ることができる。
【０１２７】
また短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤを補正して補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣが算出され、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式（２２）に補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣを適用してスロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤが算出され、目標開度ＴＨＣＭＤに応じてスロットル弁の開度ＴＨが制御される。したがって、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差の影響を排除して、必要な吸入空気流量を得るための目標開度ＴＨＣＭＤを精度良く算出することができる。
【０１２８】
本実施形態では、スロットル弁開度センサ４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及び吸入空気流量検出手段に相当し、ＥＣＵ５が吸入空気流量推定手段、誤差パラメータ算出手段、第１誤差補正値算出手段、第２誤差補正値算出手段、補正手段、誤差補正推定吸入空気流量算出手段、第１誤差パラメータ算出手段、第２誤差パラメータ算出手段、検出遅れ補正手段、第１モデルパラメータ値算出手段、第２モデルパラメータ値算出手段、同定手段、目標吸入空気流量算出手段、補正目標吸入空気流量算出手段、目標開度算出手段、スロットル弁開度制御手段、及び誤差補正値算出手段を構成する。
【０１２９】
具体的には、図６のステップＳ１３が吸入空気流量推定手段に相当し、図９のステップＳ１０６が第１誤差パラメータ算出手段に相当し、図１１のステップＳ１１１〜Ｓ１１４が第２誤差パラメータ算出手段に相当し、図９のステップＳＳ１０７が第１誤差補正値算出手段に相当し、図９のステップＳ１０３が第２誤差補正値算出手段（誤差補正値算出手段）に相当し、図６のステップＳ１４が補正手段及び誤差補正推定吸入空気流量算出手段に相当する。また、図９のステップＳ１０２及びＳ１０５、並びに図１１のステップＳ１１２及びＳ１１３が検出遅れ補正手段に相当し、図１２の処理が同定手段に相当し、図１３のステップＳ３１〜Ｓ３４が目標吸入空気流量算出手段に相当し、ステップＳ３５が補正目標吸入空気流量算出手段に相当し、ステップＳ３６及びＳ３７が目標開度算出手段に相当する。
【０１３０】
［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。
【０１３１】
［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。
【０１３２】
【数８】
【数９】
【０１３３】
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）
【０１３４】
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。
【０１３５】
［変形例３］
上述した実施形態では、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を算出するようにしたが、これに代えて補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを下記式（３３ａ）に適用して、なまし演算を行うことにより、平均化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳＡＶを算出し、平均化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳＡＶの逆数を短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳをして算出するようにしてもよい（式（３３ｂ））。
ＫＴＨＥＲＲＳＡＶ(j)＝ＣＳ×ＫＴＨＥＲＲＳ
＋（１−ＣＳ）×ＫＴＨＥＲＲＳＡＶ(j-1) （３３ａ）
ＫＭＤＬＳ＝１／ＫＴＨＥＲＲＳＡＶ(j) （３３ｂ）
なお、式（３３）及び（３３ａ）によるなまし演算は、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳの最新の所定数の算出値を用いた移動平均化演算に代えてもよい。
【０１３６】
［変形例４］
上述した実施形態では、短期モデル補正係数ＫＭＬＤＳの算出に適用されるモデル化誤差補正係数ＫＴＨＥＲＲＳを、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを用いて算出するようにしたが（式（３２））、定常的なエンジン運転状態において短期モデル補正係数ＫＭＬＤＳの更新を行うことにより、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ＨＧＡＩＲＬＡＦＭに代えて、検出遅れ補正を行わない第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを用いて補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出するようにしてもよい。
【０１３７】
［変形例５］
上述した実施形態では、式（３１）及び（３２）を用いて検出値（ＧＡＩＲ）を推定値（ＨＧＡＩＲＡＦＭ，ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ）で除算する形式でモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及び補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを定義したが、逆に推定値を検出値で除算する形式で定義するようにしてもよい。その場合には、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは、変形例３における平均化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳＡＶと等しくなり、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬはモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲと等しくなる。
【０１３８】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態におけるモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ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。
【０１３９】
モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは、第１の実施形態の変形例１に示したように吸入空気流量センサ１３の検出遅れ補正を行わない場合には、下記式（３１ａ）で定義される。
ＫＴＨＥＲＲ＝ＧＡＩＲ／ＨＧＡＩＲ （３１ａ）
式（３１ａ）に弁通過空気流量モデル式（１）を適用すると、下記式（８１）が得られる。
【数１０】
【０１４０】
式（８１）の分子は、式（１）を下記式（１ａ）に変形し、「ＨＧＡＩＲ」に代えて検出吸入空気流量ＧＡＩＲを適用したものに相当する。
【数１１】
【０１４１】
そこで、本実施形態では、式（８１）の分母、すなわちスロットル弁開度ＴＨに応じてＫＴＨテーブル（図７（ａ））を検索することにより算出される開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）を「第１モデルパラメータ値ＫＴＨ（ＴＨ）」と定義し、式（８１）の分子、すなわち式（１ａ）に検出吸入空気流量ＧＡＩＲを適用して算出される開口面積流量関数値を「第２モデルパラメータ値ＫＴＨＧＡＩＲ」と定義する。これにより、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは、下記式（８２）により第１モデルパラメータ値ＫＴＨ（ＴＨ）と、第２モデルパラメータ値ＫＴＨＧＡＩＲとの比率で定義される。
ＫＴＨＥＲＲ＝ＫＴＨＧＡＩＲ／ＫＴＨ（ＴＨ） （８２）
【０１４２】
本実施形態によれば、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出することなく、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを算出することができ、したがって長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出することができる。
【０１４３】
本実施形態におけるＥＣＵ５が第１モデルパラメータ値算出手段及び第２モデルパラメータ値算出手段を構成する。
【０１４４】
［変形例］
第２の実施形態において、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを使用しないようにしてもよい（演算式中の「ＫＭＤＬＳ」をすべて「１」とする）。その場合、目標開度ＴＨＣＭＤの算出に適用する補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣは、下記式（８３）で与えられる。
ＧＡＩＲＣＭＤＣ＝ＧＡＩＲＣＭＤ／ＫＭＤＬＬ （８３）
【０１４５】
したがって、本変形例によれば、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出することなく、スロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤを算出することが可能となる。
［第３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。
【０１４６】
図１５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。
【０１４７】
図１６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１７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。
【０１４８】
図１７のステップＳ１７１では、図１６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。
【０１４９】
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１２】
【０１５０】
図１７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。
【０１５１】
［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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
なお本発明は上述した第１〜第３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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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】
【０１５７】
１ 内燃機関
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（吸入空気流量推定手段、誤差パラメータ算出手段、第１誤差補正値算出手段、第２誤差補正値算出手段、補正手段、誤差補正推定吸入空気流量算出手段、第１誤差パラメータ算出手段、第２誤差パラメータ算出手段、検出遅れ補正手段、第１モデルパラメータ値算出手段、第２モデルパラメータ値算出手段、同定手段、目標吸入空気流量算出手段、補正目標吸入空気流量算出手段、目標開度算出手段、スロットル弁開度制御手段、誤差補正値算出手段）
１３ 吸入空気流量センサ（吸入空気流量検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に機関吸気系をモデル化した吸気系モデルを用いて機関の吸入空気量に関連する制御パラメータ（スロットル弁の目標開度、燃料供給量、点火時期）を算出する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アクセルペダル操作量に応じて機関の目標吸入空気量を算出し、目標吸入空気量を吸気系モデルを用いて目標吸気圧に変換し、得られた目標吸気圧に基づいて機関の吸入空気量を制御する制御装置が示されている。この制御装置において使用される吸気系モデルは、気体状態方程式に基づく数式で定義されており、このモデル定義式は、学習値Ｋｎを乗算係数として含む。学習値Ｋｎは、ベース値Ｋｎｂａｓｅを平均化することにより算出され、ベース値Ｋｎｂａｓｅは、実吸気圧Ｐａｃｔと実吸入空気量Ｇａｃｔとの比（Ｐａｃｔ／Ｇａｃｔ）に基づいて、モデル化誤差を補正するように算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０９９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
機関の吸気圧は、吸気管に設けられるスロットル弁の下流側の圧力であり、スロットル弁開度が変化することにより変化するパラメータである。ところが、特許文献１に示された制御装置では、スロットル弁開度を含まない吸気系モデル式を用いているため、スロットル弁開度変化の影響が適切に反映されず、目標吸気圧の算出精度が低いという課題がある。特に、機関の過渡運転状態のようにスロットル弁開度が変化する運転状態では、算出精度の低下度合がより大きくなる。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、スロットル弁を備える機関の吸気系をより適切にモデル化するとともに、得られたモデルのモデル化誤差を適切に補正することにより、吸入空気量に関連する制御パラメータを高い精度で算出することができる内燃機関の制御装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気管（２）に設けられたスロットル弁（３）の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段（４）と、前記スロットル弁を通過する空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検出手段（１３）とを備える内燃機関の制御装置において、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、前記吸入空気流量の推定値である推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を算出する吸入空気流量推定手段と、前記弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を示す誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ，ＫＴＨＥＲＲＳ）を、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）を用いて算出する誤差パラメータ算出手段と、前記誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲＳ）を平均化することにより、前記モデル化誤差を補正するための第１誤差補正値（ＫＭＤＬＳ）を算出する第１誤差補正値算出手段と、前記誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）と前記スロットル弁開度（ＴＨ）との相関関係を用いて、前記モデル化誤差を補正するための第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出する第２誤差補正値算出手段と、前記第１及び第２誤差補正値（ＫＭＤＬＳ，ＫＭＤＬＬ）を用いて前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を補正し、補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＬＳ）を算出する補正手段とを備え、前記補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＬＳ）を前記機関の制御パラメータの算出に適用することを特徴とする。
【０００７】
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、前記誤差パラメータは、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）と前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）との比率を示すパラメータであることを特徴とする。
【０００８】
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、前記誤差パラメータ算出手段は、前記第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を用いて前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を補正し、誤差補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＬ）を算出する誤差補正推定吸入空気流量算出手段と、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）と前記誤差補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＬ）との比率を示す第１誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲＳ）を算出する第１誤差パラメータ算出手段と、検出される吸入空気流量（ＧＡＩＲ）と前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）との比率を示す第２誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）を算出する第２誤差パラメータ算出手段とを有し、前記第１誤差補正値算出手段は、前記第１誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲＳ）を用いて前記第１誤差補正値（ＫＭＤＬＳ）を算出し、前記第２誤差補正値算出手段は、前記第２誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）を用いて前記第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気流量検出手段（１３）をモデル化した流量センサモデル式に、前記推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲ）を適用して、遅れ補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＡＦＭ）を算出する検出遅れ補正手段を備え、前記誤差パラメータ算出手段は、前記遅れ補正推定吸入空気流量（ＨＧＡＩＲＡＦＭ）を用いて前記誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）を算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項５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、前記誤差パラメータ算出手段は、前記弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値（ＫＴＨ（ＴＨ））を、前記スロットル弁開度（ＴＨ）に応じて算出する第１モデルパラメータ値算出手段と、前記弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量（ＧＡＩＲ）を適用することにより、前記開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値（ＫＴＨＧＡＩＲ）を算出する第２モデルパラメータ値算出手段とを有し、前記誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）は、前記第１モデルパラメータ値（ＫＴＨ（ＴＨ））と第２モデルパラメータ値（ＫＴＨＧＡＩＲ）の比率を示すパラメータであることを特徴とする。
【００１１】
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、前記第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）の更新周期は、前記第１誤差補正値（ＫＭＤＬＳ）の更新周期より長いことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記第２誤差補正値算出手段は、前記相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータ（Ａ）を同定する同定手段を有し、同定されたモデルパラメータ（Ａ）及び前記誤差モデル式を用いて前記第２誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する目標吸入空気流量算出手段と、前記第１及び第２誤差補正値（ＫＭＤＬＳ，ＫＭＤＬＬ）を用いて前記目標吸入空気流量を補正し、補正目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤＣ）を算出する補正目標吸入空気流量算出手段と、前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に前記補正目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤＣ）を適用し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、前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）に応じて前記スロットル弁の開度を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、内燃機関の吸気管（２）に設けられたスロットル弁（３）の開度（ＴＨ）を検出するスロットル弁開度検出手段（４）と、前記スロットル弁を通過する空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検出手段（１３）とを備える内燃機関の制御装置において、前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を算出する目標吸入空気流量算出手段と、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の逆モデル式を用いて、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、前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）に応じて前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁開度制御手段と、前記弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値（ＫＴＨ（ＴＨ））を、前記スロットル弁開度（ＴＨ）に応じて算出する第１モデルパラメータ値算出手段と、前記弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量（ＧＡＩＲ）を適用することにより、前記開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値（ＫＴＨＧＡＩＲ）を算出する第２モデルパラメータ値算出手段と、前記第１モデルパラメータ値（ＫＴＨ（ＴＨ））と第２モデルパラメータ値（ＫＴＨＧＡＩＲ）との比率を示す誤差パラメータ（ＫＴＨＥＲＲ）と、前記スロットル弁の開度（ＴＨ）との相関関係を用いて、前記弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を補正する誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出する誤差補正値算出手段と、前記目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤ）を前記誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）により補正し、補正目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤＣ）を算出する補正目標吸入空気流量算出手段とを備え、前記目標開度算出手段は、前記補正目標吸入空気流量（ＧＡＩＲＣＭＤＣ）を前記逆モデル式に適用して、前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、前記誤差補正値算出手段は、前記誤差パラメータとスロットル弁開度との相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータ（Ａ）を同定する同定手段を有し、同定されたモデルパラメータ（Ａ）及び前記誤差モデル式を用いて前記誤差補正値（ＫＭＤＬＬ）を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、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検出されるスロットル弁開度を適用して、推定吸入空気流量が算出され、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を示す誤差パラメータが、検出される吸入空気流量を用いて算出される。さらに誤差パラメータを平均化することにより、モデル化誤差を補正するための第１誤差補正値が算出されるとともに、誤差パラメータと検出スロットル弁開度との相関関係を用いて、モデル化誤差を補正するための第２誤差補正値が算出される。第１及び第２誤差補正値を用いて推定吸入空気流量を補正して補正推定吸入空気流量が算出され、補正推定吸入空気流量が機関の制御パラメータの算出に適用される。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。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、検出される吸入空気流量と推定吸入空気流量との比率を示すパラメータが誤差パラメータとして使用されるので、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を誤差パラメータにより直接的に把握し、第１及び第２誤差補正値に反映させることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、第２誤差補正値を用いて推定吸入空気流量を補正して誤差補正推定吸入空気流量が算出され、検出される吸入空気流量と誤差補正推定吸入空気流量との比率を示す第１誤差パラメータが算出されるとともに、検出される吸入空気流量と推定吸入空気流量との比率を示す第２誤差パラメータが算出される。第１誤差補正値は第１誤差パラメータを用いて算出され、第２誤差補正値は第２誤差パラメータを用いて算出される。第２誤差補正値には、スロットル弁開度とモデル化誤差との相関関係が反映されるので、スロットル弁開度に依存して変化するモデル化誤差（比較的長期間の経時変化）を第２誤差補正値によって補正することができる。したがって、第２誤差補正値によって補正された誤差補正推定吸入空気流量を用いて第１誤差パラメータを算出し、第１誤差パラメータを用いて第１誤差補正値を算出することにより、スロットル弁開度に依存するモデル化誤差の影響を除いたモデル化誤差を、第１誤差補正値によって補正することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、吸入空気流量検出手段をモデル化した流量センサモデル式に、推定吸入空気流量を適用して、遅れ補正推定吸入空気流量が算出され、遅れ補正推定吸入空気流量を用いて誤差パラメータが算出されるので、吸入空気流量検出手段における検出遅れの影響を排除して、正確な誤差パラメータ、ひいては正確な誤差補正値を得ることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値が、スロットル弁開度に応じて算出されるとともに、弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量を適用することにより、開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値が算出され、誤差パラメータが、第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値の比率を示すパラメータとして算出される。弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差は、主としてスロットル弁開度を有効開口面積に変換する開口面積流量関数の設定誤差と考えられるので、第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値との比率は、モデル化誤差を示す誤差パラメータとして使用することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、第２誤差補正値の更新周期は、第１誤差補正値の更新周期より長く設定される。弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差をスロットル弁開度の関数として正確に把握するためには、比較的長い学習期間を必要とする。したがって、第２誤差補正値の更新周期を第１誤差補正値の更新周期より長く設定することにより、第２誤差補正値の算出精度を高めることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、誤差パラメータとスロットル弁開度との相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータが機関制御実行中に同定され、同定されたモデルパラメータ及び誤差モデル式を用いて第２誤差補正値が算出される。したがって、経時変化する相関関係を精度よく把握し、スロットル弁の全開度範囲に亘って正確な第２誤差補正値を得ることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、第１及び第２誤差補正値を用いて目標吸入空気流量を補正して補正目標吸入空気流量が算出され、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に補正目標吸入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、目標開度に応じてスロットル弁の開度が制御される。したがって、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差の影響を排除して、必要な吸入空気流量を得るための目標開度を精度良く算出することができる。
【００２４】
請求項９に記載の発明によれば、弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値が、スロットル弁開度に応じて算出され、弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量を適用することにより、開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値が算出され、第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値の比率を示す誤差パラメータと、スロットル弁開度との相関関係を用いて、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を補正する誤差補正値が算出される。さらに目標吸入空気流量を誤差補正値により補正して、補正目標吸入空気流量が算出され、補正目標吸入空気流量を弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に適用してスロットル弁の目標開度が算出される。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て、正確な目標開度を得、良好な吸入空気量制御性能を得ることができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明によれば、誤差パラメータとスロットル弁開度との相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータが機関制御実行中に同定され、同定されたモデルパラメータ及び誤差モデル式を用いて誤差補正値が算出される。したがって、経時変化する相関関係を精度よく把握し、スロットル弁の全開度範囲に亘って正確な誤差補正値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】本発明の第３の実施形態で使用されるテーブルを示す図である。
【図１６】図１５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１７】図１６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】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
【数１】
【００５５】
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）
【００５６】
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）
【００５７】
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）
【００５８】
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）
【００５９】
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】
【００６０】
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）
【００６１】
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）
【００６２】
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）
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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】
【００６９】
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）
【００７０】
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）
【００７１】
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）
【００７２】
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】
【００７３】
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）
【００７４】
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。
【００７５】
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）
【００７６】
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。
【００７７】
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）
【００７８】
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）
【００７９】
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。
【００８０】
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】
【００８１】
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）
【００８２】
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、比較的長い期間に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。
【００８３】
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。
【００８４】
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）
【００８５】
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）
【００８６】
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）
【００８７】
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。
【００８８】
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）
【００８９】
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）
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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）。
【００９６】
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。
【００９７】
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）。
【００９８】
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）
【００９９】
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）
【０１００】
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】
【０１０１】
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】
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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）
【０１０９】
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）。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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）
【０１１２】
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）
【０１１３】
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）
【０１１４】
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）
【０１１５】
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。
【０１１６】
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）
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
以上のように本実施形態では、スロットル弁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（１）に検出されるスロットル弁開度ＴＨを適用して、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲが算出され、弁通過空気流量モデル式（１）のモデル化誤差を示すモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及び補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳが、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲを用いて算出される。さらに補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳの逆数を平均化することにより、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳが算出されるとともに、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＲと検出スロットル弁開度ＴＨとの相関関係を用いて、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが算出される。さらに短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを補正して第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳが算出され、第２補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＳが、予測気筒吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＰの算出、ひいては燃料噴射量及び点火時期の算出に適用される。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。
【０１２２】
また検出吸入空気流量ＧＡＩＲと、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭとの比率を示すパラメータとして、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲが定義されるとともに、検出吸入空気流量ＧＡＩＲと、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭとの比率を示すパラメータとして、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳが定義されるので、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差をモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及び補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳにより直接的に把握し、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬ及び短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳに反映させることができる。
【０１２３】
また長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを補正して第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬが算出され、さらに第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬについて吸入空気流量センサの検出遅れ補正を行って遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭが算出され、検出される吸入空気流量ＧＡＩＲと遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭとの比率を示す補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳが算出される。長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬには、スロットル弁開度ＴＨとモデル化誤差との相関関係が反映されるので、スロットル弁開度ＴＨに依存して変化するモデル化誤差（比較的長期間の経時変化）を長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬによって補正することができる。したがって、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬによって補正された第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを用いて補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出し、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを用いて短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを算出することにより、スロットル弁開度ＴＨに依存する長期的なモデル化誤差の影響を除いたモデル化誤差を、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳによって補正することができる。
【０１２４】
また吸入空気流量センサ１３をモデル化したＡＦＭモデルを定義する式（３４）に、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを適用して、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ及びＨＧＡＩＲＬＡＦＭが算出され、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＡＦＭ及びＨＧＡＩＲＬＡＦＭを用いてモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及びＫＴＨＥＲＲＳが算出されるので、吸入空気流量センサ１３における検出遅れの影響を排除して、正確なモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及びＫＴＨＥＲＲＳを得、ひいては正確なモデル補正係数ＫＭＤＬＬ及びＫＭＤＬＳを得ることができる。
【０１２５】
また長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬは、前回のエンジン運転期間中に同定されたモデルパラメータＡを用いて算出されるので、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳに比べて更新周期が長くなる。弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差をスロットル弁開度の関数として正確に把握するためには、比較的長い学習期間を必要とするので、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬの更新周期を短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳの更新周期より長く設定することにより、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。
【０１２６】
またモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲとスロットル弁開度ＴＨとの相関関係を定義する誤差モデル式（３６）のモデルパラメータＡがエンジン制御実行中に同定され、同定されたモデルパラメータＡ及び誤差モデル式（３６）を用いて長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬが算出されるので、経時変化する相関関係を精度よく把握し、スロットル弁の全開度範囲に亘って正確な長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを得ることができる。
【０１２７】
また短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳ及び長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを用いて目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤを補正して補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣが算出され、弁通過空気流量モデル式の逆モデル式（２２）に補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣを適用してスロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤが算出され、目標開度ＴＨＣＭＤに応じてスロットル弁の開度ＴＨが制御される。したがって、弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差の影響を排除して、必要な吸入空気流量を得るための目標開度ＴＨＣＭＤを精度良く算出することができる。
【０１２８】
本実施形態では、スロットル弁開度センサ４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及び吸入空気流量検出手段に相当し、ＥＣＵ５が吸入空気流量推定手段、誤差パラメータ算出手段、第１誤差補正値算出手段、第２誤差補正値算出手段、補正手段、誤差補正推定吸入空気流量算出手段、第１誤差パラメータ算出手段、第２誤差パラメータ算出手段、検出遅れ補正手段、第１モデルパラメータ値算出手段、第２モデルパラメータ値算出手段、同定手段、目標吸入空気流量算出手段、補正目標吸入空気流量算出手段、目標開度算出手段、スロットル弁開度制御手段、及び誤差補正値算出手段を構成する。
【０１２９】
具体的には、図６のステップＳ１３が吸入空気流量推定手段に相当し、図９のステップＳ１０６が第１誤差パラメータ算出手段に相当し、図１１のステップＳ１１１〜Ｓ１１４が第２誤差パラメータ算出手段に相当し、図９のステップＳＳ１０７が第１誤差補正値算出手段に相当し、図９のステップＳ１０３が第２誤差補正値算出手段（誤差補正値算出手段）に相当し、図６のステップＳ１４が補正手段及び誤差補正推定吸入空気流量算出手段に相当する。また、図９のステップＳ１０２及びＳ１０５、並びに図１１のステップＳ１１２及びＳ１１３が検出遅れ補正手段に相当し、図１２の処理が同定手段に相当し、図１３のステップＳ３１〜Ｓ３４が目標吸入空気流量算出手段に相当し、ステップＳ３５が補正目標吸入空気流量算出手段に相当し、ステップＳ３６及びＳ３７が目標開度算出手段に相当する。
【０１３０】
［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。
【０１３１】
［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。
【０１３２】
【数８】
【数９】
【０１３３】
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）
【０１３４】
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。
【０１３５】
［変形例３］
上述した実施形態では、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を算出するようにしたが、これに代えて補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを下記式（３３ａ）に適用して、なまし演算を行うことにより、平均化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳＡＶを算出し、平均化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳＡＶの逆数を短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳをして算出するようにしてもよい（式（３３ｂ））。
ＫＴＨＥＲＲＳＡＶ(j)＝ＣＳ×ＫＴＨＥＲＲＳ
＋（１−ＣＳ）×ＫＴＨＥＲＲＳＡＶ(j-1) （３３ａ）
ＫＭＤＬＳ＝１／ＫＴＨＥＲＲＳＡＶ(j) （３３ｂ）
なお、式（３３）及び（３３ａ）によるなまし演算は、補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳの最新の所定数の算出値を用いた移動平均化演算に代えてもよい。
【０１３６】
［変形例４］
上述した実施形態では、短期モデル補正係数ＫＭＬＤＳの算出に適用されるモデル化誤差補正係数ＫＴＨＥＲＲＳを、遅れ補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬＡＦＭを用いて算出するようにしたが（式（３２））、定常的なエンジン運転状態において短期モデル補正係数ＫＭＬＤＳの更新を行うことにより、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ＨＧＡＩＲＬＡＦＭに代えて、検出遅れ補正を行わない第１補正推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲＬを用いて補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを算出するようにしてもよい。
【０１３７】
［変形例５］
上述した実施形態では、式（３１）及び（３２）を用いて検出値（ＧＡＩＲ）を推定値（ＨＧＡＩＲＡＦＭ，ＨＧＡＩＲＬＡＦＭ）で除算する形式でモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ及び補正モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳを定義したが、逆に推定値を検出値で除算する形式で定義するようにしてもよい。その場合には、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳは、変形例３における平均化誤差係数ＫＴＨＥＲＲＳＡＶと等しくなり、長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬはモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲと等しくなる。
【０１３８】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態におけるモデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲ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。
【０１３９】
モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは、第１の実施形態の変形例１に示したように吸入空気流量センサ１３の検出遅れ補正を行わない場合には、下記式（３１ａ）で定義される。
ＫＴＨＥＲＲ＝ＧＡＩＲ／ＨＧＡＩＲ （３１ａ）
式（３１ａ）に弁通過空気流量モデル式（１）を適用すると、下記式（８１）が得られる。
【数１０】
【０１４０】
式（８１）の分子は、式（１）を下記式（１ａ）に変形し、「ＨＧＡＩＲ」に代えて検出吸入空気流量ＧＡＩＲを適用したものに相当する。
【数１１】
【０１４１】
そこで、本実施形態では、式（８１）の分母、すなわちスロットル弁開度ＴＨに応じてＫＴＨテーブル（図７（ａ））を検索することにより算出される開口面積流量関数値ＫＴＨ（ＴＨ）を「第１モデルパラメータ値ＫＴＨ（ＴＨ）」と定義し、式（８１）の分子、すなわち式（１ａ）に検出吸入空気流量ＧＡＩＲを適用して算出される開口面積流量関数値を「第２モデルパラメータ値ＫＴＨＧＡＩＲ」と定義する。これにより、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲは、下記式（８２）により第１モデルパラメータ値ＫＴＨ（ＴＨ）と、第２モデルパラメータ値ＫＴＨＧＡＩＲとの比率で定義される。
ＫＴＨＥＲＲ＝ＫＴＨＧＡＩＲ／ＫＴＨ（ＴＨ） （８２）
【０１４２】
本実施形態によれば、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出することなく、モデル化誤差係数ＫＴＨＥＲＲを算出することができ、したがって長期モデル補正係数ＫＭＤＬＬを算出することができる。
【０１４３】
本実施形態におけるＥＣＵ５が第１モデルパラメータ値算出手段及び第２モデルパラメータ値算出手段を構成する。
【０１４４】
［変形例］
第２の実施形態において、短期モデル補正係数ＫＭＤＬＳを使用しないようにしてもよい（演算式中の「ＫＭＤＬＳ」をすべて「１」とする）。その場合、目標開度ＴＨＣＭＤの算出に適用する補正目標吸入空気流量ＧＡＩＲＣＭＤＣは、下記式（８３）で与えられる。
ＧＡＩＲＣＭＤＣ＝ＧＡＩＲＣＭＤ／ＫＭＤＬＬ （８３）
【０１４５】
したがって、本変形例によれば、推定吸入空気流量ＨＧＡＩＲを算出することなく、スロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤを算出することが可能となる。
［第３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。
【０１４６】
図１５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。
【０１４７】
図１６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１７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。
【０１４８】
図１７のステップＳ１７１では、図１６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。
【０１４９】
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１２】
【０１５０】
図１７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。
【０１５１】
［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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
なお本発明は上述した第１〜第３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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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】
【０１５７】
１ 内燃機関
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（吸入空気流量推定手段、誤差パラメータ算出手段、第１誤差補正値算出手段、第２誤差補正値算出手段、補正手段、誤差補正推定吸入空気流量算出手段、第１誤差パラメータ算出手段、第２誤差パラメータ算出手段、検出遅れ補正手段、第１モデルパラメータ値算出手段、第２モデルパラメータ値算出手段、同定手段、目標吸入空気流量算出手段、補正目標吸入空気流量算出手段、目標開度算出手段、スロットル弁開度制御手段、誤差補正値算出手段）
１３ 吸入空気流量センサ（吸入空気流量検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気管に設けられた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、前記スロットル弁を通過する空気の流量である吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段とを備える内燃機関の制御装置において、
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、前記吸入空気流量の推定値である推定吸入空気流量を算出する吸入空気流量推定手段と、
前記弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を示す誤差パラメータを、検出される吸入空気流量を用いて算出する誤差パラメータ算出手段と、
前記誤差パラメータを平均化することにより、前記モデル化誤差を補正するための第１誤差補正値を算出する第１誤差補正値算出手段と、
前記誤差パラメータと前記スロットル弁開度との相関関係を用いて、前記モデル化誤差を補正するための第２誤差補正値を算出する第２誤差補正値算出手段と、
前記第１及び第２誤差補正値を用いて前記推定吸入空気流量を補正し、補正推定吸入空気流量を算出する補正手段とを備え、
前記補正推定吸入空気流量を前記機関の制御パラメータの算出に適用することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記誤差パラメータは、検出される吸入空気流量と前記推定吸入空気流量との比率を示すパラメータであ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】
前記誤差パラメータ算出手段は、
前記第２誤差補正値を用いて前記推定吸入空気流量を補正し、誤差補正推定吸入空気流量を算出する誤差補正推定吸入空気流量算出手段と、
検出される吸入空気流量と前記誤差補正推定吸入空気流量との比率を示す第１誤差パラメータを算出する第１誤差パラメータ算出手段と、
検出される吸入空気流量と前記推定吸入空気流量との比率を示す第２誤差パラメータを算出する第２誤差パラメータ算出手段とを有し、
前記第１誤差補正値算出手段は、前記第１誤差パラメータを用いて前記第１誤差補正値を算出し、
前記第２誤差補正値算出手段は、前記第２誤差パラメータを用いて前記第２誤差補正値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】
前記吸入空気流量検出手段をモデル化した流量センサモデル式に、前記推定吸入空気流量を適用して、遅れ補正推定吸入空気流量を算出する検出遅れ補正手段を備え、
前記誤差パラメータ算出手段は、前記遅れ補正推定吸入空気流量を用いて前記誤差パラメータを算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記誤差パラメータ算出手段は、
前記弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値を、前記スロットル弁開度に応じて算出する第１モデルパラメータ値算出手段と、
前記弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量を適用することにより、前記開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値を算出する第２モデルパラメータ値算出手段とを有し、
前記誤差パラメータは、前記第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値の比率を示すパラメータであ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６】
前記第２誤差補正値の更新周期は、前記第１誤差補正値の更新周期より長い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７】
前記第２誤差補正値算出手段は、前記相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータを同定する同定手段を有し、
同定されたモデルパラメータ及び前記誤差モデル式を用いて前記第２誤差補正値を算出することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段と、
前記第１及び第２誤差補正値を用いて前記目標吸入空気流量を補正し、補正目標吸入空気流量を算出する補正目標吸入空気流量算出手段と、
前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に前記補正目標吸入空気流量を適用し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、
前記目標開度に応じて前記スロットル弁の開度を制御することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の吸気管に設けられた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、前記スロットル弁を通過する空気の流量である吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段とを備える内燃機関の制御装置において、
前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段と、
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の逆モデル式を用いて、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、
前記目標開度に応じて前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁開度制御手段と、
前記弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値を、前記スロットル弁開度に応じて算出する第１モデルパラメータ値算出手段と、
前記弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量を適用することにより、前記開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値を算出する第２モデルパラメータ値算出手段と、
前記第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値との比率を示す誤差パラメータと、前記スロットル弁の開度との相関関係を用いて、前記弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を補正する誤差補正値を算出する誤差補正値算出手段と、
前記目標吸入空気流量を前記誤差補正値により補正し、補正目標吸入空気流量を算出する補正目標吸入空気流量算出手段とを備え、
前記目標開度算出手段は、前記補正目標吸入空気流量を前記逆モデル式に適用して、前記目標開度を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記誤差補正値算出手段は、前記誤差パラメータとスロットル弁開度との相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータを同定する同定手段を有し、
同定されたモデルパラメータ及び前記誤差モデル式を用いて前記誤差補正値を算出することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の吸気管に設けられた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、前記スロットル弁を通過する空気の流量である吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段とを備える内燃機関の制御装置において、
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、前記吸入空気流量の推定値である推定吸入空気流量を算出する吸入空気流量推定手段と、
前記弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を示す誤差パラメータを、検出される吸入空気流量を用いて算出する誤差パラメータ算出手段と、
前記誤差パラメータを平均化することにより、前記モデル化誤差を補正するための第１誤差補正値を算出する第１誤差補正値算出手段と、
前記誤差パラメータと前記スロットル弁開度との相関関係を用いて、前記モデル化誤差を補正するための第２誤差補正値を算出する第２誤差補正値算出手段と、
前記第１及び第２誤差補正値を用いて前記推定吸入空気流量を補正し、補正推定吸入空気流量を算出する補正手段とを備え、
前記補正推定吸入空気流量を前記機関の制御パラメータの算出に適用することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記誤差パラメータは、検出される吸入空気流量と前記推定吸入空気流量との比率を示すパラメータであ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】
前記誤差パラメータ算出手段は、
前記第２誤差補正値を用いて前記推定吸入空気流量を補正し、誤差補正推定吸入空気流量を算出する誤差補正推定吸入空気流量算出手段と、
検出される吸入空気流量と前記誤差補正推定吸入空気流量との比率を示す第１誤差パラメータを算出する第１誤差パラメータ算出手段と、
検出される吸入空気流量と前記推定吸入空気流量との比率を示す第２誤差パラメータを算出する第２誤差パラメータ算出手段とを有し、
前記第１誤差補正値算出手段は、前記第１誤差パラメータを用いて前記第１誤差補正値を算出し、
前記第２誤差補正値算出手段は、前記第２誤差パラメータを用いて前記第２誤差補正値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】
前記吸入空気流量検出手段をモデル化した流量センサモデル式に、前記推定吸入空気流量を適用して、遅れ補正推定吸入空気流量を算出する検出遅れ補正手段を備え、
前記誤差パラメータ算出手段は、前記遅れ補正推定吸入空気流量を用いて前記誤差パラメータを算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記誤差パラメータ算出手段は、
前記弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値を、前記スロットル弁開度に応じて算出する第１モデルパラメータ値算出手段と、
前記弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量を適用することにより、前記開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値を算出する第２モデルパラメータ値算出手段とを有し、
前記誤差パラメータは、前記第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値の比率を示すパラメータであ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６】
前記第２誤差補正値の更新周期は、前記第１誤差補正値の更新周期より長い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７】
前記第２誤差補正値算出手段は、前記相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータを同定する同定手段を有し、
同定されたモデルパラメータ及び前記誤差モデル式を用いて前記第２誤差補正値を算出することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段と、
前記第１及び第２誤差補正値を用いて前記目標吸入空気流量を補正し、補正目標吸入空気流量を算出する補正目標吸入空気流量算出手段と、
前記弁通過空気流量モデル式の逆モデル式に前記補正目標吸入空気流量を適用し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、
前記目標開度に応じて前記スロットル弁の開度を制御することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の吸気管に設けられた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、前記スロットル弁を通過する空気の流量である吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段とを備える内燃機関の制御装置において、
前記吸入空気流量の目標値である目標吸入空気流量を算出する目標吸入空気流量算出手段と、
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の逆モデル式を用いて、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、
前記目標開度に応じて前記スロットル弁の開度を制御するスロットル弁開度制御手段と、
前記弁通過空気流量モデル式に含まれる開口面積流量関数値を示す第１モデルパラメータ値を、前記スロットル弁開度に応じて算出する第１モデルパラメータ値算出手段と、
前記弁通過空気流量モデル式に検出吸入空気流量を適用することにより、前記開口面積流量関数値を示す第２モデルパラメータ値を算出する第２モデルパラメータ値算出手段と、
前記第１モデルパラメータ値と第２モデルパラメータ値との比率を示す誤差パラメータと、前記スロットル弁の開度との相関関係を用いて、前記弁通過空気流量モデル式のモデル化誤差を補正する誤差補正値を算出する誤差補正値算出手段と、
前記目標吸入空気流量を前記誤差補正値により補正し、補正目標吸入空気流量を算出する補正目標吸入空気流量算出手段とを備え、
前記目標開度算出手段は、前記補正目標吸入空気流量を前記逆モデル式に適用して、前記目標開度を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記誤差補正値算出手段は、前記誤差パラメータとスロットル弁開度との相関関係を定義する誤差モデル式のモデルパラメータを同定する同定手段を有し、
同定されたモデルパラメータ及び前記誤差モデル式を用いて前記誤差補正値を算出することを特徴とする請求項９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】
【公開番号】特開２０１２−１５４２８８（Ｐ２０１２−１５４２８８Ａ）
【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２０１１−１５９３６（Ｐ２０１１−１５９３６）
【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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