JP2004225654A - 内燃機関の内部ｅｇｒ量推定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バルブクリアランスを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正して、内部ＥＧＲ量をより精度良く推定する。
【解決手段】可変動弁ソレノイド２２，２３の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミングを算出し、これに基づいて算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度、筒内圧力、ガス定数、筒内容積から筒内ガス量を算出する。また、吸気バルブ開期間及び排気バルブ開期間のオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する。そして、筒内ガス量と吹き返しガス量との算出値に基づいて、内部ＥＧＲ量を算出する。ここで、前記バルブタイミングの算出に際して、バルブ温度に基づいてバルブクリアランス量を推定し、これによってバルブタイミングを補正する。
【選択図】 図１
【解決手段】可変動弁ソレノイド２２，２３の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミングを算出し、これに基づいて算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度、筒内圧力、ガス定数、筒内容積から筒内ガス量を算出する。また、吸気バルブ開期間及び排気バルブ開期間のオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する。そして、筒内ガス量と吹き返しガス量との算出値に基づいて、内部ＥＧＲ量を算出する。ここで、前記バルブタイミングの算出に際して、バルブ温度に基づいてバルブクリアランス量を推定し、これによってバルブタイミングを補正する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から火花点火式内燃機関では、燃焼ガス中の不活性成分増大化による燃焼温度抑制によるＮＯｘ（窒素酸化物）の低減と、ポンプロスの低減による燃費低減とを図るために、可変動弁機構を利用して、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ量を拡大し、内部ＥＧＲ量を増加させるものがある。この場合、内部ＥＧＲ量に応じて、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングなどを補正する制御を行うことが望ましい。
【０００３】
特許文献１には、オーバーラップ無し条件での機関の運転状態（負荷・回転数・空燃比・ＥＧＲ率・吸気負圧など）から内部ＥＧＲ量の基本値を算出し、オーバーラップ時には、オーバーラップ時間とその中心クランク角位置、及び吸気圧に基づいて算出したオーバーラップによる増量補正分を、基本値に加算して内部ＥＧＲ量を算出することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２２１１０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、運転状態が変化した場合、例えば始動後の冷機中、減速時燃料カット運転後、高速高負荷運転時の高水温時においては、バルブやシリンダヘッドなどの温度変化によりバルブ構成部品（特にシャフト部）が熱膨張することで、バルブクリアランスが変化し、オーバーラップ時間等が実際のものと異なり、内部ＥＧＲ量算出値に対する実内部ＥＧＲ量の誤差が大きくなってしまう。このため、実際の点火時期や実際の要求噴射量を満足できず、運転性の悪化や燃費・排気悪化を招くおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、バルブクリアランスを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正して、内部ＥＧＲ量をより精度良く推定することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミング（排気バルブ閉時期、吸気バルブ開時期等）を算出するが、バルブクリアランスを推定し、バルブクリアランスによりバルブタイミングを補正する。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度及び筒内圧力と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数とを算出し、これらに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する。そして、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出し、筒内ガス量と吹き返しガス量とに基づいて内部ＥＧＲ量を算出する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、バルブクリアランスを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正するため、内部ＥＧＲ量をより精度良く推定することができ、点火時期、燃料噴射量などを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善が図れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置のシステム構成図である。
【００１０】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火プラグ４を囲むように、吸気バルブ５と排気バルブ６とを備えている。吸気バルブ５及び排気バルブ６のリフト特性（開閉時期）は、吸気側及び排気側に設けられたバルブタイミング可変機構の可変動弁ソレノイド２２，２３により、カム軸に対するカムの位相を変化させることで、バルブタイミングの制御が可能である。
【００１１】
吸気通路７には、電子制御スロットル弁１９が設けられており、これにより吸入新気量が制御される。燃料の供給は、吸気通路７に気筒毎に（または各燃焼室３に直接臨ませて）設けたインジェクタ２０によりなされる。燃焼室３内で混合気は点火プラグ４により点火されて燃焼し、排気通路８へ排出される。
【００１２】
ここで、電子制御スロットル弁１９、インジェクタ２０、点火プラグ４（パワトラ内蔵点火コイル２１）、可変動弁ソレノイド２２，２３の作動は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０により制御される。
【００１３】
これらの制御のため、ＥＣＵ３０には、各種センサからの信号が入力されている。
クランク角センサ１４は、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力し、これによりクランク角位置と共にエンジン回転数を検出可能である。そして、カム角センサ１６，１７は、吸気バルブ５及び排気バルブ６のカム角を検出可能であり、これにより可変動弁ソレノイド２２，２３の作動状態を検出可能である。
【００１４】
そして、吸気通路７にて吸入新気量を検出するエアフロメータ９、電子制御スロットル弁１９下流にて吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１０、排気通路７にて排気圧力を検出する排気圧力センサ１１、排気通路８にて排気温度を検出する排気温度センサ１２、排気通路８にて排気中に含まれる酸素濃度を検出するＯ２センサ（酸素センサ）１３、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ１５、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８、エンジン１の振動（特にノッキング振動）を検出するノックセンサ２５の出力信号もＥＣＵ３０に入力され、これらの状態を検出可能である。なおノックセンサ２５は、吸気バルブ５及び排気バルブ６の動作振動（着座振動など）を検出可能である。
【００１５】
次に、ＥＣＵ３０が行う内部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ率の推定について以下に説明する。図２〜図１３は制御構成図であり、図１４〜図２９は制御フローチャートであり、図３０〜図３７は各値を求めるテーブルである。
【００１６】
内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲの算出について、図２の内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図と、図１４の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ算出フローとを用いて説明する。
【００１７】
図２に示す吸入新気量算出手段は吸入新気量（新気質量）ＭＡＣＹＬ、目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、内部ＥＧＲ量算出手段は内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部ＥＧＲ率算出手段は内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出する。
【００１８】
図１４のステップ１（図ではＳ１と記す。以下同様）では、エアフロメータ９により計測された吸入新気量に基づいて１シリンダ当たりの吸入新気量ＭＡＣＹＬを算出する。
【００１９】
ステップ２では、クランク角センサ１４の信号に基づいて検出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサ１８の信号に基づいて検出されるアクセル開度と、水温センサ１５の信号に基づいて検出される冷却水温度とに応じて決まる目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出する。
【００２０】
なお、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡは、理論空燃比（ストイキ）を１４．７とすると、目標燃焼空燃比より次式により表され、目標燃焼空燃比がストイキのときに１となる。
【００２１】
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／目標燃焼空燃比・・・（１）
ステップ３では、後述する図１５のフローチャートに従って、１シリンダ当たりの内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
【００２２】
ステップ４では、内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ（１シリンダ当たりの総ガス量に対する内部ＥＧＲ量の割合）を次式により算出し、処理を終了する。
ＭＲＥＳＦＲ＝ＭＲＥＳ／｛ＭＲＥＳ＋ＭＡＣＹＬ×（１＋ＴＦＢＹＡ／１４．７）｝・・・（２）
ここで、ステップ３の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの算出について、図３の内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図と、図１５の内部ＥＧＲ量算出フローとを用いて説明する。
【００２３】
図３に示す排気バルブ閉弁時（図には「ＥＶＣ時」と示す）筒内ガス量算出手段は筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ、吸気バルブ５及び排気バルブ６のオーバーラップ（図には「Ｏ／Ｌ」と示す）中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部ＥＧＲ量算出手段は内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
【００２４】
図１５のステップ５では、後述する図１６のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留しているガス量である排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。
【００２５】
ステップ６では、後述する図１７のフローチャートに従って、オーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量であるオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。
【００２６】
ステップ７では、排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬとオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬとを加算して、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを次式により算出する。
【００２７】
ＭＲＥＳ＝ＭＲＥＳＣＹＬ＋ＭＲＥＳＯＬ・・・（３）
ここで、ステップ５の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬの算出について、図４の排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図と、図１６の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ算出フローとを用いて説明する。
【００２８】
図４に示す目標燃焼当量比算出手段は排気ガスの目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出し、この値に基づき、排気ガスガス定数算出手段はガス定数ＲＥＸを算出する。排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は筒内容積ＶＥＶＣ、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ閉弁時圧力算出手段は筒内圧力ＰＥＶＣをそれぞれ算出する。そして、これらの算出値に基づき、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。
【００２９】
図１６のステップ８では、後述する図２３のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを求める。
ステップ９では、図３０に示すテーブルから目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気ガスのガス定数ＲＥＸを求める。図３０は、排気ガスガス定数ＲＥＸ算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガスのガス定数ＲＥＸを示している。なお、図３０中の点線はストイキを示している。
【００３０】
ステップ１０では、排気温度センサ１２の信号に基づいて検出した排気温度に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣは、インジェクタ２０の燃料噴射量に応じた熱量により変化するため、このような特性を利用したテーブルから求めてもよい。
【００３１】
ステップ１１では、排気圧力センサ１１の信号に基づいて検出された排気圧力に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣは、混合気体積と排気系の管内抵抗とで決まるため、混合気体積流量に応じたテーブルから求めてもよい。
【００３２】
ステップ１２では、ステップ８〜ステップ１１において算出された排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ、排気ガスガス定数ＲＥＸ、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣの算出値から、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留している排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを次式により算出する。
【００３３】
ＭＲＥＳＣＹＬ＝（ＰＥＶＣ×ＶＥＶＣ）／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）・・・（４）
ここで、図９のステップ６のオーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量ＭＲＥＳＯＬの算出について、図５のオーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図と、図１７のオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬ算出フローとを用いて説明する。
【００３４】
図５では、目標燃焼当量比算出手段は当量比ＴＦＢＹＡを算出し、この算出値に基づいて、排気ガスガス定数算出手段はガス定数ＲＥＸを算出する。オーバーラップ中有効面積算出手段は、後述する図２８に従って、有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。そして、これらの算出値と、エンジン回転数算出手段、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段、チョーク過給判定算出手段による各算出値とに基づいて、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。
【００３５】
図１７のステップ１３では、後述する図２８のフローチャートに従って、オーバーラップ中有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。
ステップ１４では、クランク角センサ１４の信号に基づいてエンジン回転数ＮＲＰＭを算出する。
【００３６】
ステップ１５では、図３１に示すマップから排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する。この制御構成は図６に示す。
図６に示す目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度ＴＥＶＣをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づき、排気ガス比熱比算出手段は排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する。
【００３７】
図３１は、排気ガス比熱比算出マップであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを示している。なお、図中の点線はストイキの位置を示しており、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡがストイキ近傍にあるときは排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲが小さくなり、リッチ側またはリーン側になると比熱比ＳＨＥＡＴＲが大きくなる。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣが変化した場合を太線矢印で示す。ここで、図１４のステップ２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡと、図１６のステップ１０で算出した排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣとに応じて、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを求める。
【００３８】
ステップ１６では、後述する図７の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図１８の過給判定ＴＢＣＲＧ・チョーク判定ＣＨＯＫＥフローとにより、過給判定ＴＢＣＲＧ及びチョーク判定ＣＨＯＫＥを行う。
【００３９】
ステップ１７では、ステップ１６での過給判定フラグＴＢＣＲＧが０であるか否か、すなわち過給状態を判断する。過給判定フラグＴＢＣＲＧが０の場合は、ステップ１８へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧが０でない場合は、ステップ２１へ進む。
【００４０】
ステップ１８では、ステップ１６でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０であるか否か、すなわちチョーク状態を判断する。
チョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ１９へ進み、後述する図１９のフローから、過給無し且つチョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４１】
一方、ステップ１８で、ステップ１６でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０でない場合には、ステップ２０へ進み、後述する図２０のフローから、過給無し・チョーク有り時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４２】
また、ステップ１７で、ステップ１６での過給判定フラグＴＢＣＲＧが１、すなわち過給状態であり、且つステップ２１でチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ２２へ進み、後述する図２１のフローから、過給有り・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４３】
一方、ステップ２１で、ステップ１６でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが１の場合は、ステップ２３へ進み、後述する図２２のフローから、過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４４】
ステップ１９，２０，２２，２３で吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出した後は、ステップ２４へ進む。
ステップ２４では、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐとオーバーラップ期間中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬとを積算することで、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを次式により算出する。
【００４５】
ＭＲＥＳＯＬ＝（ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ×ＡＳＵＭＯＬ×６０）／（ＮＲＰＭ×３６０）・・・（５）
ここで、ステップ１６における過給・チョーク判定について、図７の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図１８の過給判定ＴＢＣＲＧ・チョーク判定ＣＨＯＫＥフローとを用いて説明する。
【００４６】
図７に示す通り、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段の各算出値に基づき、過給・チョーク判定手段は過給判定ＴＢＣＲＧとチョーク判定ＣＨＯＫＥとを行う。
【００４７】
図１８のステップ２５では、吸気圧力センサ１０の信号に基づいて検出された吸気圧力ＰＩＮと、図１６のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣとの比、すなわち吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸを次式により算出する。
【００４８】
ＰＩＮＢＹＥＸ＝ＰＩＮ／ＰＥＶＣ・・・（６）
ステップ２６では、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下であるか否か、すなわち過給状態を判断する。
【００４９】
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下の場合、すなわち過給無しの場合は、ステップ２７へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧを０に設定し、ステップ３０へ進む。
【００５０】
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１より大きい場合、すなわち過給有りの場合は、ステップ２８へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧを１に設定し、ステップ２９へ進み、図１７のステップ１５で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを、図３２に示すテーブルから求めた空気及び燃料の混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲとする（ＳＨＥＡＴＲ＝ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ）。
【００５１】
図３２は、混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲを示している。
なお、図中の点線はストイキを示し、比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲは、リーン側のときは大きく、リッチ側のときは小さくなる。そして、図１４のステップ２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに対応する混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲをテーブルから求める。
【００５２】
そして、ステップ２９において、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲに置き換える（ＳＨＥＡＴＲ＝ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ）ことで、ターボ過給や慣性過給等の過給時におけるオーバーラップ中のガス流れが吸気系から排気系へ向かう（吹き抜ける）ときにおいても、オリフィスを通過するガスの比熱比を排気ガスの比熱比から吸気混合気の比熱比に変更することにより、吹き抜けるガス量を精度良く推定し、内部ＥＧＲ量を精度良く算出する。
【００５３】
ステップ３０では、ステップ１５またはステップ２９で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに基づき、最小と最大とのチョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ，ＳＬＣＨＯＫＥＨを次式により算出する。
【００５４】
ＳＬＣＨＯＫＥＬ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝・・・（７ａ）
ＳＬＣＨＯＫＥＨ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛−ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝・・・（７ｂ）
このチョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ，ＳＬＣＨＯＫＥＨは、チョークする限界値を算出している。
【００５５】
また、ステップ３０において、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め、（７ａ），（７ｂ）式の計算結果を、最小チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬテーブルと最大チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＨテーブルとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに応じて求めてもよい。
【００５６】
ステップ３１では、ステップ２５で算出した吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが、最小チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ以上で且つ最大チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＨ以下の範囲内にあるか否か、すなわちチョーク状態を判定する。
【００５７】
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが範囲内にある場合、すなわちチョーク無しと判断した場合は、ステップ３２へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを０に設定する。
【００５８】
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが範囲内にない場合、すなわちチョーク有りと判断した場合は、ステップ３３へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを１に設定する。
【００５９】
また、図１７のステップ１９の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図１９の過給無し・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００６０】
ステップ３４では、図１６のステップ９で算出された排気ガスのガス定数ＲＥＸと、ステップ１０で算出された排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣとに基づき、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを次式により算出する。
【００６１】
ＭＲＳＯＬＤ＝ＳＱＲＴ｛１／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）｝・・・（８）
ここで、ＳＱＲＴは温度及びガス定数に関する係数である。なお、制御構成上、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤの算出が困難な場合は、予め、（８）式の計算結果をマップとして記憶しておき、排気ガスガス定数ＲＥＸと筒内温度ＴＥＶＣとに応じて求めてもよい。
【００６２】
ステップ３５では、図１７のステップ１５で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、図１８のステップ２５で算出された吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに基づき、ガス流量算出式圧力差項ＭＲＳＯＬＰを次式により算出する。
【００６３】
ＭＲＳＯＬＰ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］・・・（９）
ステップ３６では、図１６のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図１９のステップ３４とステップ３５とで算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤとガス流量算出式圧力差項ＭＲＳＯＬＰとに基づいて、過給無し・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返し流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００６４】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝１．４×ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰ・・・（１０）
また、ステップ２０の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐについて、図２０の過給無し・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００６５】
ステップ３７では、図２０のステップ３４と同じく、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを前述の（８）式より算出する。
ステップ３８では、図１７のステップ１５で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに基づき、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを次式により求める。
【００６６】
ＭＲＳＯＬＰＣ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ×｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝］・・・（１１）
なお、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め（１１）式の計算結果を、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに応じて求めてもよい。
【００６７】
ステップ３９では、図１６のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図２０のステップ３７で算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤと、ステップ３８で算出されたチョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣに基づいて、過給無し・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００６８】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰＣ・・・（１２）
また、ステップ２２のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２１の過給有り・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００６９】
ステップ４０では、図１７のステップ２９で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、ステップ２５で算出された吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに基づき、ガス流量算出式過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴを次式により求める。
【００７０】
ＭＲＳＯＬＰＴ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］・・・（１３）
なお、制御の構成上、累乗計算が困難な場合は、予め（１３）式の計算結果を、ガス流量算出式過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに応じて求めてもよい。
【００７１】
ステップ４１では、吸気圧力センサ１０の信号に基づいて検出された吸気圧力ＰＩＮと、ステップ４０で算出された過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴとに基づいて、過給有り・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００７２】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１５２×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＴ・・・（１４）
ここで、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気系から排気系へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、これに基づいて内部ＥＧＲ量を減じる。
【００７３】
また、ステップ２３の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２２の過給有り・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００７４】
ステップ４２では、図２０のステップ３８と同じく、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを（１１）式またはマップから求める。
ステップ４３では、吸気圧力ＰＩＮと、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣとに基づいて、過給有り・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００７５】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１０８×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＣ・・・（１５）
ここで、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気側から排気側へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、内部ＥＧＲ量を減じることとなる。
【００７６】
ここで、ステップ１９，２０，２２，２３で、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。そして、前述のステップ２４でオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出した後は、図１５のステップ６からステップ７へ進み、前述のステップ７で内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。そして、図１４のステップ３からステップ４へ進み、前述の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出して、処理を終了する。
【００７７】
また、図１６のステップ８の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣの算出について、図８の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出の制御構成図と、図２３の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出フローとを用いて説明する。
【００７８】
図８に示す排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は、後述する排気バルブタイミング変化量算出手段の算出値ＶＴＥＯＦＳに基づいて、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを算出する。
【００７９】
図２３のステップ４４では、後述する図２４のフローチャートに従って、オーバーラップ増大側、すなわち排気バルブ閉弁時が遅くなる方への変化量である排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【００８０】
ステップ４５では、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳに応じて、図３３に示すテーブルから排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを求める。
図３３は、排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出テーブルであり、横軸は排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、横軸は排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを示している。
【００８１】
なお、排気バルブ閉弁時のピストン２の位置と筒内容積ＶＥＶＣとの関係を変化させる機構を有するエンジンにおいては、それらの変化量に応じた排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求めてもよい。
【００８２】
なお、圧縮比を変化させる機構を有するエンジンにおいては、圧縮比の変化量に応じた排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求めてもよい。
ここで、図２３のステップ４４の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳの算出について、図９の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳの算出の制御構成図と、図２４の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ算出フローとを用いて説明する。
【００８３】
図９では、排気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及び排気側カム角センサ１７の信号から、両者の相対関係に応じて検出される排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値ＶＣＬＥに基づいて、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを算出する。そして排気バルブタイミング変化量算出手段が、これらの算出値ＶＴＣＮＯＷＥ、ＶＴＣＬＥとバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値ＶＴＨＯＳＥとに基づいて、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【００８４】
図２４のステップ４６では、クランク角センサ１４及び排気側カム角センサ１７の信号に基づいて、排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。
【００８５】
ステップ４７では、後述する図２５のフローチャートに従って、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを算出する。
ステップ４８では、排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥに応じて、図３４（イ）に示すテーブルから排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを求める。
【００８６】
図３４（イ）は、排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥ算出テーブルであり、横軸は排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、縦軸は基準クリアランス量（定常状態時）でのバルブタイミングに対する排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを示している。これによると、排気バルブ６のクリアランス量ＶＣＬＥが小さくなると（左側へ向かうと）、閉弁時期がＶＴＣＬＥ分遅くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【００８７】
図２４のステップ４９では、後述する図２６のフローチャートに従って、バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを算出する。
ステップ５０では、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを、排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥ、バルブ温度ＶＴＭＰＥによるバルブクリアランス量ＶＣＬＥの変化に基づく排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥ、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量ＶＣＬＥの変化の学習値に基づく排気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを加算することにより、次式により求める。
【００８８】
ＶＴＥＯＦＳ＝ＶＴＣＮＯＷＥ＋ＶＴＣＬＥ＋ＶＴＨＯＳＥ・・・（１６）ここで、ステップ４７のバルブクリアランス量ＶＣＬＥの算出について、図１０の排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥ算出の制御構成図と、図２５のバルブクリアランス量ＶＣＬＥ算出フローとを用いて説明する。
【００８９】
図１０のバルブクリアランス量算出手段は、エアフロメータ９の信号に基づき算出される吸入新気量ＭＡＣＹＬに応じた燃料噴射量から、バルブ温度ＶＴＭＰＥを算出するバルブ温度算出手段の算出値に基づいて、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを算出する。ここで、バルブ温度算出手段は、直接温度を計測するセンサによる入力であってもよい。
【００９０】
図２５のステップ５１では、燃料噴射量に応じて、排気バルブ温度ＶＴＭＰＥを図３５に示すテーブルから求める。なお本フローでは、吸気バルブ５と排気バルブ６とについて各々独立して算出しているが、処理は同じものであるため、排気バルブ６について説明する。
【００９１】
図３５は、定常状態におけるバルブ温度算出テーブルであり、横軸は燃料噴射量、縦軸はエンジン負荷を代表する排気バルブ温度ＶＴＭＰＥを示している。図３５（イ）は排気バルブ６、（ロ）は吸気バルブ５について示し、燃料噴射量が多くなれば、バルブ温度ＶＴＭＰＥも高くなることを示している。なお、最終的な燃料噴射量ＴＩは、エアフロメータ９により検出される実際の吸入新気量（質量）ＭＡＣＹＬに基づき、ストイキ相当の基本燃料噴射量ＴＰ＝Ｋ×ＭＡＣＹＬ／ＮＲＰＭ（Ｋは定数）を定め、これを次式のように、目標空燃比に対応する目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡより補正し、または空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡにより補正して算出する。
【００９２】
ＴＩ＝ＴＰ×ＴＦＢＹＡ×ＬＡＭＢＤＡ・・・（１７）
図２５のステップ５２では、次式により、排気バルブ温度ＶＴＭＰＥに応じて、暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐを算出する。
【００９３】
ＶＣＬＥｔｍｐ＝−ＫＶＴＭＰＥ×（ＶＴＭＰＥ−９０）＋ＶＣＬＳＴＤＥ・・・（１８）
ここで、−ＫＶＴＭＰＥは、排気バルブ６の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ６の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他（例えばシリンダヘッド等）の膨張は考慮しないようにして決められる。ＶＣＬＳＴＤＥは、基準温度（ここでは９０℃）における基準バルブクリアランス量である。なおバルブ温度ＶＴＭＰＥが上昇すれば、クリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐが小さくなる。
【００９４】
ステップ５３では、暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐが０以上であるか否かを判断する。ＶＣＬＥｔｍｐが０以上の場合には、ステップ５５へ進む。
一方、ＶＴＣＬＥｔｍｐが０未満（ＶＣＬＥｔｍｐ＜０）の場合には、ステップ５４へ進み、ＶＣＬＥｔｍｐ＝０としてステップ５５へ進む。これはバルブクリアランス量ＶＣＬＥが負の値にはならないためである。
【００９５】
ステップ５５では、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐに置き換える（ＶＣＬＥ＝ＶＣＬＥｔｍｐ）。
次に、図２４のステップ４９のバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥの算出について、図１１のバルブタイミング補正学習値算出の制御構成図と、図２６のバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ算出フローとを用いて説明する。
【００９６】
図１１では、バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及びカム角センサ１７の信号からバルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。バルブ閉弁時期推定値算出手段が、バルブタイミング基本変化量ＶＴＣＮＯＷＥと、バルブタイミング変化量補正量算出手段の算出値ＶＴＣＬＥとに基づいて、バルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥを算出する。
一方、バルブ閉弁時期実際値算出手段がバルブ閉弁時期実際値判定手段と、クランク角センサ１４及びノックセンサ２５の信号からバルブ閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥを算出する。そして、バルブタイミング補正学習値算出手段がバルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥ及びバルブ閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥに基づいてバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを算出する。
【００９７】
図２６のステップ５６では、後述する図２７のフローチャートに従って、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを算出する。
ステップ５７では、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥが１であるか否かを判断する。これにより、バルブ閉弁時期を検出できる状態であるか否かを判断する。フラグＦＶＴＨＯＳＥ＝１の場合には、ステップ５８へ進む。一方、フラグＦＶＴＨＯＳＥ＝０の場合には、リターンとなる。
【００９８】
ステップ５８では、排気バルブ６が着座するときに生じる振動を検知するノックセンサ２５の信号と、クランク角センサ１４の信号との相対関係により、実際のバルブ６の着座時期、すなわち閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥ（ｄｅｇＡＴＤＣ）を算出する。
【００９９】
ステップ５９では、バルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥを、バルブ閉弁時期ＶＣＬＴＳＴＤＥと排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥとを加算することで、次式により算出する。
【０１００】
ＶＣＬＴＥＥ＝ＶＣＬＴＳＴＤＥ＋ＶＴＣＬＥ（ｄｅｇＡＴＤＣ）・・・（１９）
ここでＶＣＬＴＳＴＤＥは、基準バルブクリアランス量（温間時）において、バルブタイミング基本変化量が０のときのバルブ閉弁時期である。
【０１０１】
ステップ６０では、暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐを、バルブ閉弁時期の実際値ＶＣＬＴＲＥと推定値ＶＣＬＴＥＥとの差（ＶＣＬＴＲＥ−ＶＣＬＴＥＥ）から算出する。
【０１０２】
ステップ６１では、暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐとバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥとの誤差の絶対値が所定値ＳＬＶＣＬ以上であるか否かを判断する。誤差の絶対値が所定値ＳＬＶＣＬ以上である場合には、ステップ６２へ進む。一方、所定値ＳＬＶＣＬ以下である場合には、リターンとなる。
【０１０３】
ステップ６２では、バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥに暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐを代入する（ＶＴＨＯＳＥ＝ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ）。
【０１０４】
ここで、誤差が正側に大きくなれば、実際のバルブ閉時期はさらに遅れるため、この誤差分は、バルブタイミング変化量に加算すればよい。ただし、実際はこの誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランスが拡大し、実際の閉時期が早まるため、負の値を示し、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【０１０５】
ここで、ステップ５６のバルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥの算出について、図２７のバルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥ算出フローを用いて説明する。
【０１０６】
ステップ６３でバルブタイミング基本変化量が０（ＶＴＣＮＯＷ＝０）と判断され、ステップ６４で水温が所定水温ＶＴＨＯＳＴＷ以上であると判断され、ステップ６５で回転数が所定回転数ＶＴＨＯＳＮＥ以下と判断され、ステップ６６でスロットル開度が所定開度ＶＴＨＯＳＴＶＯ以下と判断されたとき、ステップ６７において、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを１にする（ＦＶＴＨＯＳＥ＝１）。これは、バルブタイミング実際値ＶＣＬＴＲＥを算出するのに適した運転状態であるかを推定するためである。
【０１０７】
一方、ステップ６３〜ステップ６６までのいずれか１つでも成立しない場合には、ステップ６８へ進み、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを０にする（ＦＶＴＨＯＳＥ＝０）。これらの条件を満たさない場合には、バルブタイミング実際値ＶＣＬＴＲＥの算出に適した状態にないためである。
【０１０８】
次に、図１７のステップ１３のオーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬの算出について、図１２のオーバーラップ中有効面積算出の制御構成図と、図２８のオーバーラップ中有効面積積算値算出フローとを用いて説明する。
【０１０９】
図１２のオーバーラップ中有効面積積算値算出手段は、吸気バルブタイミング変化量算出手段と排気バルブタイミング変化量算出手段との各算出結果に基づいて、オーバーラップ中有効面積算出値ＡＳＵＭＯＬを算出する。
【０１１０】
図２８のステップ６９では、後述する図２９のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳを算出する。
ステップ７０では、前述の図２４のフローチャートに従って、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【０１１１】
ステップ７１では、オーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬが、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳと排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳとに応じて、図３６に示すオーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬマップから求められる。
【０１１２】
図３６は、オーバーラップ中の有効面積についての特性図であり、横軸は吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ、縦軸は排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを示している。吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳが大きくなると、オーバーラップ変化量が大きくなり、有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬが大きくなる。
【０１１３】
ここで、図３７は、オーバーラップ中の有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬの説明図であり、横軸はクランク角度、縦軸は吸気バルブ５と排気バルブ６との開口面積を示している。そして、オーバーラップ中の或る時点における有効な開口面積は、排気バルブ開口面積と吸気バルブ開口面積とのうち小さい方とする。すなわち、オーバーラップ中の全期間における有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬは、吸気バルブ５及び排気バルブ６が開いている期間の積分値（図中の斜線部）となる。このようにして、オーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬを算出することで、吸気バルブ５と排気バルブ６とのオーバーラップ量を１つのオリフィス（流出孔）と疑似でき、排気系の状態と吸気形の状態とからこのオリフィスを通過する流量を簡略的に算出できる。
【０１１４】
次に、図２８のステップ６９の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳの算出について、図１３の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ算出の制御構成図と、図２９の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ算出フローとを用いて説明する。なお、吸気バルブ５は、オーバーラップ量が大きくなるよう、すなわち開弁時期が早くなる場合について説明している。
【０１１５】
図１３では、吸気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及び吸気側カム角センサ１６の信号から吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値ＶＣＬＩに基づいて、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを算出する。そして、吸気バルブタイミング変化量算出手段が吸気バルブタイミング基本変化量ＶＴＣＮＯＷ、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ、及びバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値ＶＴＨＯＳＩに基づいて、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【０１１６】
図２９のステップ７２では、クランク角センサ１４及び吸気側カム角センサ１６の信号に基づいて、吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷを算出する。
【０１１７】
ステップ７３では、前述の図２５のフローチャートに従って、バルブ温度ＶＴＭＰＩから吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩを算出する。ここで、ステップ５２で算出される暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＩｔｍｐは、吸気バルブ温度ＶＴＭＰＩに応じて暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＩｔｍｐを次式により算出する。
【０１１８】
ＶＣＬＩｔｍｐ＝−ＫＶＴＭＰＩ×（ＶＴＭＰＩ−９０）＋ＶＣＬＳＴＤＩ・・・（２０）
ここで、−ＫＶＴＭＰＩは、吸気バルブ５の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ５の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他（例えばシリンダヘッド等）の膨張は考慮しないようにして決められる。ＶＣＬＳＴＤＩは、基準バルブクリアランス量（温間時（約９０℃）におけるクリアランス量）である。
【０１１９】
ステップ７４では、吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩに応じて、前述の図３４（ロ）に示すテーブルから吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを求める。
【０１２０】
図３４（ロ）は、吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ算出テーブルであり、横軸は吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩ、縦軸は基準クリアランス量でのバルブタイミングに対する吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを示している。これによると、吸気バルブ５のクリアランス量ＶＣＬＩが小さくなれば開弁時期がＶＴＣＬＩ分早くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【０１２１】
ステップ７５では、前述の図２６のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＩを算出する。ここで、図２６のステップ５８では、吸気バルブ５がバルブシートから離れるとき、すなわち吸気バルブ５のリフターがカムと衝突するときの振動を検知するノックセンサ２５の信号と、クランク角センサ１４の信号との相対関係によりバルブリフト時期、すなわち開弁時期実際値ＶＣＬＴＲＩ（ｄｅｇＢＴＤＣ）を算出する。
【０１２２】
ステップ５９では、次式によりバルブ開弁時期推定値ＶＣＬＴＥＩを算出する。
ＶＣＬＴＥＩ＝ＶＣＬＴＳＴＤＩ＋ＶＴＣＬＩ（ｄｅｇＢＴＤＣ）・・・（２１）
ここで、バルブ開弁時時期推定値ＶＣＬＴＳＴＤＩは、基準バルブクリアランス量（温間時）における吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）が０のときのバルブ開弁時期である。
【０１２３】
ステップ６０にて暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＩｔｍｐをＶＣＬＴＲＩ−ＶＣＬＴＥＩに応じて算出しているが、この誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランス量が拡大し、実際の開弁時期が遅くなるため、負の値を示す。このとき、開弁時期は遅れるため、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【０１２４】
ステップ７６では、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳを、吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷ、吸気バルブ５のバルブ温度ＶＴＭＰＩによるバルブクリアランス量ＶＣＬＩの変化に基づく吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量ＶＣＬＩの変化の学習値に基づく吸気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＩを加算することで、次式により算出する。
【０１２５】
ＶＴＩＯＦＳ＝ＶＴＣＮＯＷ＋ＶＴＣＬＩ＋ＶＴＨＯＳＩ・・・（２２）
ここで、図３８は、排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図であり、図３９は、吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図である。
【０１２６】
図３８では、排気バルブタイミング変化量は、進角側（時計回り）を正方向としている。また図３９では、吸気バルブタイミング変化量は、遅角側（反時計回り）を正方向としている。吸気バルブ５及び排気バルブ５のいずれもオーバーラップ量を拡大する方向である。
【０１２７】
本実施形態によれば、排気バルブ６及び吸気バルブ５の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング可変機構（可変動弁ソレノイド）２２，２３と、バルブタイミング可変機構２２，２３の開閉タイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、ＶＴＩＯＦＳに基づいてバルブタイミングを算出する手段と、バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣを算出する手段（ステップ１０）と、バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内圧力ＰＥＶＣを算出する手段（ステップ１１）と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数ＲＥＸを算出する手段（ステップ９）と、少なくとも筒内温度ＴＥＶＣ、筒内圧力ＰＥＶＣ、ガス定数ＲＥＸに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する手段（ステップ５，１２）と、バルブタイミング算出手段の算出結果に基づく排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する手段と（ステップ６，２４）、筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬと吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬとに基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する手段（ステップ７）と、を含んで構成され、バルブタイミング算出手段は、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを推定する手段（ステップ４７）と、バルブクリアランス量ＶＣＬＥによりバルブタイミングを補正する手段（ステップ４８、４９）とを含んで構成される。このため、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正するため、バルブクリアランス量ＶＣＬＥの変化によって生じる内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定誤差を抑制することができる。そして、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳに基づいて、点火時期、燃料噴射量などを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善が図れる。さらに、燃焼終了後のシリンダ内部の状態量（温度ＴＥＶＣ・圧力ＰＥＶＣ・ガス定数ＲＥＸ）に基づき、物理式（３式）から内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。そして、温度・圧力変化による密度変化や、燃焼空燃比変化に伴うガス定数の変化による密度変化等に対応でき、運転条件に関わらず精度良く内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを推定できる。特に、過渡運転状態においては、シリンダ内部の状態量が刻々と変化するため、その変化していく状態量に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できるので、過渡運転時の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定精度を向上できる。さらに、多次元パラメータを含む制御構築であっても、各パラメータに応じ、物理式に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出し、この値ＭＲＥＳに基づいて、各制御値を決定するため、容易に構築できる。
【０１２８】
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段（ステップ５，１２）は、排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを算出する手段（ステップ８，４５）と、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段（ステップ１０）と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段（ステップ１１）と、ガス定数算出手段（ステップ９）と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式（３式）により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する（ステップ１２）。このため、さらに排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを考慮して、シリンダ内部の状態量（容積ＶＥＶＣ・温度ＴＥＶＣ・圧力ＰＥＶＣ・ガス定数ＲＥＸ）に基づき、物理式から内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、多次元パラメータを含む制御構築であっても、各パラメータに応じ、物理式に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出するため、容易に構築でき、適合が容易となる。
【０１２９】
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段（ステップ８）は、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる筒内容積値ＶＥＶＣを求める。このため、排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを適切に算出して、より正確な内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを求めることができる。そして、排気バルブ閉弁時に筒内容積ＶＥＶＣが変化する機構（可変バルブ開閉タイミング、可変圧縮比）を有するエンジンであっても、容易に筒内容積ＶＥＶＣを求められ、より正確な内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。そして、各値は幾何学的に決まるので、容易に算出でき、実機運転による適合させる必要が無くなり、開発が効率的に行える。
【０１３０】
また本実施形態によれば、ガス定数算出手段（ステップ９）は、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じ、排気ガス組成の変化に対応するガス定数ＲＥＸを求める。このため、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気ガス組成変化に伴う密度変化がある場合、すなわち、リーン運転、始動後など運転状態が切り替わった後における目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡの増減がある場合にも、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、ガス定数ＲＥＸは、燃料組成と空気組成とによる化学反応式から算出でき、実機運転による適合させる必要が無くなり、開発が効率的に行える。
【０１３１】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段（ステップ６，２４）は、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段（ステップ１０）と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段（ステップ１１）と、ガス定数算出手段（ステップ９）と、吸気圧力ＰＩＮを算出する手段（ステップ２５）と、排気ガス組成変化に対応した比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する手段（ステップ１５，２９）と、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬを算出する手段（ステップ１３）と、機関回転数ＮＲＰＭを算出する手段（ステップ１４）と、過給ＴＢＣＲＧ及びチョークＣＨＯＫＥの有無を判定する手段（ステップ１７，１８，２０）と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。このため、オーバーラップ中の状態量（回転数ＮＲＰＭ、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲ、過給ＴＢＣＲＧ、チョークＣＨＯＫＥ）に応じて、吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを精度良く算出できる。そして、状態量の変化による密度変化やオリフィス通過体積流量変化に対応でき、あらゆる運転状態において精度良くオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出できる。
【０１３２】
また本実施形態によれば、バルブクリアランス量推定手段（ステップ４７）は、バルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを算出する手段（ステップ５１）を含んで構成され、そのバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩに応じてバルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩを推定する（ステップ５２〜ステップ５５）。このため、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩへの影響が最も大きい温度因子に基づいて算出するため、エンジンの冷間時から出力が大きい状態になるような温度変化量が大きくなる場合においても、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩを適切に推定することができ、バルブタイミング誤差による内部ＥＧＲ量推定誤差を抑制することができる。
【０１３３】
また本実施形態によれば、バルブ温度算出手段（ステップ５１）は、エンジン負荷算出手段を含んで構成され、そのエンジン負荷に応じてバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを推定する。このため、特別に温度センサを設けることなくバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを推定でき、コスト削減が図れる。
【０１３４】
また本実施形態によれば、バルブクリアランス量推定手段（ステップ４７）及びバルブタイミング補正手段（ステップ４８，４９）は、吸気バルブ５及び排気バルブ６の各々について独立して設けられる。このため、吸気バルブ５と排気バルブ６との温度範囲が異なること及びバルブ５，６の材質が異なることが原因で、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩがそれぞれ異なる場合であっても、バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、ＶＴＩＯＦＳを算出し、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、吸気・排気カムプロフィールの設計により、バルブタイミングが異なる場合であっても、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩに応じたバルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩを考慮したバルブタイミングが算出でき、精度良く内部ＥＧＲ量の推定ができる。
【０１３５】
また本実施形態によれば、バルブタイミング補正手段（ステップ４９）は、所定条件下（ステップ６３〜ステップ６６）でバルブ５，６の動作振動に基づいて実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩを検出する手段（ステップ５８）と、所定条件下（ステップ６３〜ステップ６６）でのバルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩによる補正後のバルブタイミングを推定する手段（ステップ５９）と、実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩと推定バルブタイミングＶＣＬＴＥＥ、ＶＣＬＴＥＩとの誤差ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ、ＶＴＨＯＳＩｔｍｐを算出する手段（ステップ６０）と、誤差ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ、ＶＴＨＯＳＩｔｍｐに基づいてバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩを算出する手段（ステップ５０）とを備え、バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩにより補正する。このため、バルブ５，６の振動を精度良く検出できる領域（着座ノイズが精度良く検出できる低回転域、ノックが発生しない低負荷域、バルブタイミング誤差が生じにくいバルブタイミング基本変化量が０且つ暖機後の領域）で実バルブタイミング（バルブ閉時期実際値）ＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩを検出できる。そして、バルブ振動の検出値に基づく実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩと、推定バルブタイミング（バルブ閉時期推定値）ＶＣＬＴＥＥ、ＶＣＬＴＥＩとの誤差分は、摩耗によるものであり、この摩耗分は、全運転領域においてバルブタイミングに一律に影響を与えるものであるため、この誤差分を事前に補正することで経時劣化による誤差を防止できる。
【０１３６】
また本実施形態によれば、実バルブタイミング算出手段（ステップ５８）のバルブの動作振動は、ノックセンサ２５により検出する。このため、既存のノックセンサ２５の入力により実バルブタイミングの動作振動を検出でき、コスト削減が図れる。
【０１３７】
なお、本実施形態では、吸気バルブ５と排気バルブ６との双方にバルブタイミング可変機構を設けるものとしたが、これに限定されず、吸気バルブ５と排気バルブ６とのいずれかのリフト特性が可変であり、以ってバルブオーバーラップ量が可変となるものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部ＥＧＲ量推定装置のシステム構成図
【図２】内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図
【図３】内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図
【図４】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図
【図５】オーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図
【図６】排気ガス比熱比算出手段の制御構成図
【図７】過給・チョーク判定手段の制御構成図
【図８】排気バルブ閉弁時筒内容積算出の制御構成図
【図９】排気バルブタイミング変化量の算出の制御構成図
【図１０】排気バルブクリアランス量算出の制御構成図
【図１１】バルブタイミング補正学習値算出の制御構成図
【図１２】オーバーラップ中有効面積算出の制御構成図
【図１３】吸気バルブタイミング変化量算出の制御構成図
【図１４】内部ＥＧＲ率算出フロー
【図１５】内部ＥＧＲ量算出フロー
【図１６】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出フロー
【図１７】オーバーラップ中吹き返しガス量算出フロー
【図１８】過給判定・チョーク判定フロー
【図１９】過給無し・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２０】過給無し・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２１】過給有り・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２２】過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２３】排気バルブ閉弁時筒内容積算出フロー
【図２４】排気バルブタイミング変化量算出フロー
【図２５】バルブクリアランス量算出フロー
【図２６】バルブタイミング補正学習値算出フロー
【図２７】バルブタイミング実際値算出許可フラグ算出フロー
【図２８】オーバーラップ中有効面積積算値算出フロー
【図２９】吸気バルブタイミング変化量算出フロー
【図３０】排気ガスガス定数算出テーブル
【図３１】排気ガス比熱比算出マップ
【図３２】混合気比熱比算出テーブル
【図３３】排気バルブ閉弁時筒内容積算出テーブル
【図３４】排気・吸気バルブタイミング変化量補正量算出テーブル
【図３５】排気・吸気バルブ温度算出テーブル
【図３６】オーバーラップ中有効面積特性図
【図３７】オーバーラップ中の有効面積積算値の説明図
【図３８】排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【図３９】吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【符号の説明】
１ エンジン
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
９ エアフロメータ
１０ 吸気圧力センサ
１１ 排気圧力センサ
１２ 排気温度センサ
１３ Ｏ２センサ
１４ クランク角センサ
１５ 水温センサ
１６ 吸気側カム角センサ
１７ 排気側カム角センサ
１８ アクセル開度センサ
２５ ノックセンサ
３０ ＥＣＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から火花点火式内燃機関では、燃焼ガス中の不活性成分増大化による燃焼温度抑制によるＮＯｘ（窒素酸化物）の低減と、ポンプロスの低減による燃費低減とを図るために、可変動弁機構を利用して、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ量を拡大し、内部ＥＧＲ量を増加させるものがある。この場合、内部ＥＧＲ量に応じて、点火時期、燃料噴射量、バルブ開閉タイミングなどを補正する制御を行うことが望ましい。
【０００３】
特許文献１には、オーバーラップ無し条件での機関の運転状態（負荷・回転数・空燃比・ＥＧＲ率・吸気負圧など）から内部ＥＧＲ量の基本値を算出し、オーバーラップ時には、オーバーラップ時間とその中心クランク角位置、及び吸気圧に基づいて算出したオーバーラップによる増量補正分を、基本値に加算して内部ＥＧＲ量を算出することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２２１１０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、運転状態が変化した場合、例えば始動後の冷機中、減速時燃料カット運転後、高速高負荷運転時の高水温時においては、バルブやシリンダヘッドなどの温度変化によりバルブ構成部品（特にシャフト部）が熱膨張することで、バルブクリアランスが変化し、オーバーラップ時間等が実際のものと異なり、内部ＥＧＲ量算出値に対する実内部ＥＧＲ量の誤差が大きくなってしまう。このため、実際の点火時期や実際の要求噴射量を満足できず、運転性の悪化や燃費・排気悪化を招くおそれがあった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、バルブクリアランスを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正して、内部ＥＧＲ量をより精度良く推定することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミング（排気バルブ閉時期、吸気バルブ開時期等）を算出するが、バルブクリアランスを推定し、バルブクリアランスによりバルブタイミングを補正する。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度及び筒内圧力と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数とを算出し、これらに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する。そして、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出し、筒内ガス量と吹き返しガス量とに基づいて内部ＥＧＲ量を算出する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、バルブクリアランスを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正するため、内部ＥＧＲ量をより精度良く推定することができ、点火時期、燃料噴射量などを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善が図れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置のシステム構成図である。
【００１０】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火プラグ４を囲むように、吸気バルブ５と排気バルブ６とを備えている。吸気バルブ５及び排気バルブ６のリフト特性（開閉時期）は、吸気側及び排気側に設けられたバルブタイミング可変機構の可変動弁ソレノイド２２，２３により、カム軸に対するカムの位相を変化させることで、バルブタイミングの制御が可能である。
【００１１】
吸気通路７には、電子制御スロットル弁１９が設けられており、これにより吸入新気量が制御される。燃料の供給は、吸気通路７に気筒毎に（または各燃焼室３に直接臨ませて）設けたインジェクタ２０によりなされる。燃焼室３内で混合気は点火プラグ４により点火されて燃焼し、排気通路８へ排出される。
【００１２】
ここで、電子制御スロットル弁１９、インジェクタ２０、点火プラグ４（パワトラ内蔵点火コイル２１）、可変動弁ソレノイド２２，２３の作動は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０により制御される。
【００１３】
これらの制御のため、ＥＣＵ３０には、各種センサからの信号が入力されている。
クランク角センサ１４は、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力し、これによりクランク角位置と共にエンジン回転数を検出可能である。そして、カム角センサ１６，１７は、吸気バルブ５及び排気バルブ６のカム角を検出可能であり、これにより可変動弁ソレノイド２２，２３の作動状態を検出可能である。
【００１４】
そして、吸気通路７にて吸入新気量を検出するエアフロメータ９、電子制御スロットル弁１９下流にて吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１０、排気通路７にて排気圧力を検出する排気圧力センサ１１、排気通路８にて排気温度を検出する排気温度センサ１２、排気通路８にて排気中に含まれる酸素濃度を検出するＯ２センサ（酸素センサ）１３、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ１５、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８、エンジン１の振動（特にノッキング振動）を検出するノックセンサ２５の出力信号もＥＣＵ３０に入力され、これらの状態を検出可能である。なおノックセンサ２５は、吸気バルブ５及び排気バルブ６の動作振動（着座振動など）を検出可能である。
【００１５】
次に、ＥＣＵ３０が行う内部ＥＧＲ量及び内部ＥＧＲ率の推定について以下に説明する。図２〜図１３は制御構成図であり、図１４〜図２９は制御フローチャートであり、図３０〜図３７は各値を求めるテーブルである。
【００１６】
内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲの算出について、図２の内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図と、図１４の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ算出フローとを用いて説明する。
【００１７】
図２に示す吸入新気量算出手段は吸入新気量（新気質量）ＭＡＣＹＬ、目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、内部ＥＧＲ量算出手段は内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部ＥＧＲ率算出手段は内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出する。
【００１８】
図１４のステップ１（図ではＳ１と記す。以下同様）では、エアフロメータ９により計測された吸入新気量に基づいて１シリンダ当たりの吸入新気量ＭＡＣＹＬを算出する。
【００１９】
ステップ２では、クランク角センサ１４の信号に基づいて検出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサ１８の信号に基づいて検出されるアクセル開度と、水温センサ１５の信号に基づいて検出される冷却水温度とに応じて決まる目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出する。
【００２０】
なお、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡは、理論空燃比（ストイキ）を１４．７とすると、目標燃焼空燃比より次式により表され、目標燃焼空燃比がストイキのときに１となる。
【００２１】
ＴＦＢＹＡ＝１４．７／目標燃焼空燃比・・・（１）
ステップ３では、後述する図１５のフローチャートに従って、１シリンダ当たりの内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
【００２２】
ステップ４では、内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲ（１シリンダ当たりの総ガス量に対する内部ＥＧＲ量の割合）を次式により算出し、処理を終了する。
ＭＲＥＳＦＲ＝ＭＲＥＳ／｛ＭＲＥＳ＋ＭＡＣＹＬ×（１＋ＴＦＢＹＡ／１４．７）｝・・・（２）
ここで、ステップ３の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの算出について、図３の内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図と、図１５の内部ＥＧＲ量算出フローとを用いて説明する。
【００２３】
図３に示す排気バルブ閉弁時（図には「ＥＶＣ時」と示す）筒内ガス量算出手段は筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ、吸気バルブ５及び排気バルブ６のオーバーラップ（図には「Ｏ／Ｌ」と示す）中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づいて、内部ＥＧＲ量算出手段は内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。
【００２４】
図１５のステップ５では、後述する図１６のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留しているガス量である排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。
【００２５】
ステップ６では、後述する図１７のフローチャートに従って、オーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量であるオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。
【００２６】
ステップ７では、排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬとオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬとを加算して、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを次式により算出する。
【００２７】
ＭＲＥＳ＝ＭＲＥＳＣＹＬ＋ＭＲＥＳＯＬ・・・（３）
ここで、ステップ５の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬの算出について、図４の排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図と、図１６の排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬ算出フローとを用いて説明する。
【００２８】
図４に示す目標燃焼当量比算出手段は排気ガスの目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡを算出し、この値に基づき、排気ガスガス定数算出手段はガス定数ＲＥＸを算出する。排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は筒内容積ＶＥＶＣ、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ閉弁時圧力算出手段は筒内圧力ＰＥＶＣをそれぞれ算出する。そして、これらの算出値に基づき、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する。
【００２９】
図１６のステップ８では、後述する図２３のフローチャートに従って、排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを求める。
ステップ９では、図３０に示すテーブルから目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気ガスのガス定数ＲＥＸを求める。図３０は、排気ガスガス定数ＲＥＸ算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガスのガス定数ＲＥＸを示している。なお、図３０中の点線はストイキを示している。
【００３０】
ステップ１０では、排気温度センサ１２の信号に基づいて検出した排気温度に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣは、インジェクタ２０の燃料噴射量に応じた熱量により変化するため、このような特性を利用したテーブルから求めてもよい。
【００３１】
ステップ１１では、排気圧力センサ１１の信号に基づいて検出された排気圧力に基づいて、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣを推定する。なお、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣは、混合気体積と排気系の管内抵抗とで決まるため、混合気体積流量に応じたテーブルから求めてもよい。
【００３２】
ステップ１２では、ステップ８〜ステップ１１において算出された排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ、排気ガスガス定数ＲＥＸ、排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣ、排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣの算出値から、排気バルブ閉弁時においてシリンダ内部に残留している排気バルブ閉弁時筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを次式により算出する。
【００３３】
ＭＲＥＳＣＹＬ＝（ＰＥＶＣ×ＶＥＶＣ）／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）・・・（４）
ここで、図９のステップ６のオーバーラップ中に排気側から吸気側へ吹き返すガス量ＭＲＥＳＯＬの算出について、図５のオーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図と、図１７のオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬ算出フローとを用いて説明する。
【００３４】
図５では、目標燃焼当量比算出手段は当量比ＴＦＢＹＡを算出し、この算出値に基づいて、排気ガスガス定数算出手段はガス定数ＲＥＸを算出する。オーバーラップ中有効面積算出手段は、後述する図２８に従って、有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。そして、これらの算出値と、エンジン回転数算出手段、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段、チョーク過給判定算出手段による各算出値とに基づいて、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。
【００３５】
図１７のステップ１３では、後述する図２８のフローチャートに従って、オーバーラップ中有効面積ＡＳＵＭＯＬを算出する。
ステップ１４では、クランク角センサ１４の信号に基づいてエンジン回転数ＮＲＰＭを算出する。
【００３６】
ステップ１５では、図３１に示すマップから排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する。この制御構成は図６に示す。
図６に示す目標燃焼当量比算出手段は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段は筒内温度ＴＥＶＣをそれぞれ算出し、これらの算出値に基づき、排気ガス比熱比算出手段は排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する。
【００３７】
図３１は、排気ガス比熱比算出マップであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを示している。なお、図中の点線はストイキの位置を示しており、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡがストイキ近傍にあるときは排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲが小さくなり、リッチ側またはリーン側になると比熱比ＳＨＥＡＴＲが大きくなる。そして、排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣが変化した場合を太線矢印で示す。ここで、図１４のステップ２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡと、図１６のステップ１０で算出した排気バルブ閉弁時筒内温度ＴＥＶＣとに応じて、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを求める。
【００３８】
ステップ１６では、後述する図７の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図１８の過給判定ＴＢＣＲＧ・チョーク判定ＣＨＯＫＥフローとにより、過給判定ＴＢＣＲＧ及びチョーク判定ＣＨＯＫＥを行う。
【００３９】
ステップ１７では、ステップ１６での過給判定フラグＴＢＣＲＧが０であるか否か、すなわち過給状態を判断する。過給判定フラグＴＢＣＲＧが０の場合は、ステップ１８へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧが０でない場合は、ステップ２１へ進む。
【００４０】
ステップ１８では、ステップ１６でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０であるか否か、すなわちチョーク状態を判断する。
チョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ１９へ進み、後述する図１９のフローから、過給無し且つチョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４１】
一方、ステップ１８で、ステップ１６でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０でない場合には、ステップ２０へ進み、後述する図２０のフローから、過給無し・チョーク有り時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４２】
また、ステップ１７で、ステップ１６での過給判定フラグＴＢＣＲＧが１、すなわち過給状態であり、且つステップ２１でチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが０の場合は、ステップ２２へ進み、後述する図２１のフローから、過給有り・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４３】
一方、ステップ２１で、ステップ１６でのチョーク判定フラグＣＨＯＫＥが１の場合は、ステップ２３へ進み、後述する図２２のフローから、過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。
【００４４】
ステップ１９，２０，２２，２３で吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出した後は、ステップ２４へ進む。
ステップ２４では、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐとオーバーラップ期間中の積算有効面積ＡＳＵＭＯＬとを積算することで、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを次式により算出する。
【００４５】
ＭＲＥＳＯＬ＝（ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ×ＡＳＵＭＯＬ×６０）／（ＮＲＰＭ×３６０）・・・（５）
ここで、ステップ１６における過給・チョーク判定について、図７の過給・チョーク判定手段の制御構成図と、図１８の過給判定ＴＢＣＲＧ・チョーク判定ＣＨＯＫＥフローとを用いて説明する。
【００４６】
図７に示す通り、排気ガス比熱比算出手段、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段、吸気圧力算出手段の各算出値に基づき、過給・チョーク判定手段は過給判定ＴＢＣＲＧとチョーク判定ＣＨＯＫＥとを行う。
【００４７】
図１８のステップ２５では、吸気圧力センサ１０の信号に基づいて検出された吸気圧力ＰＩＮと、図１６のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣとの比、すなわち吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸを次式により算出する。
【００４８】
ＰＩＮＢＹＥＸ＝ＰＩＮ／ＰＥＶＣ・・・（６）
ステップ２６では、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下であるか否か、すなわち過給状態を判断する。
【００４９】
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１以下の場合、すなわち過給無しの場合は、ステップ２７へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧを０に設定し、ステップ３０へ進む。
【００５０】
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが１より大きい場合、すなわち過給有りの場合は、ステップ２８へ進み、過給判定フラグＴＢＣＲＧを１に設定し、ステップ２９へ進み、図１７のステップ１５で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを、図３２に示すテーブルから求めた空気及び燃料の混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲとする（ＳＨＥＡＴＲ＝ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ）。
【００５１】
図３２は、混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ算出テーブルであり、横軸は目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡ、縦軸は混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲを示している。
なお、図中の点線はストイキを示し、比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲは、リーン側のときは大きく、リッチ側のときは小さくなる。そして、図１４のステップ２で算出した目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに対応する混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲをテーブルから求める。
【００５２】
そして、ステップ２９において、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲを混合気比熱比ＭＩＸＡＩＲＳＨＲに置き換える（ＳＨＥＡＴＲ＝ＭＩＸＡＩＲＳＨＲ）ことで、ターボ過給や慣性過給等の過給時におけるオーバーラップ中のガス流れが吸気系から排気系へ向かう（吹き抜ける）ときにおいても、オリフィスを通過するガスの比熱比を排気ガスの比熱比から吸気混合気の比熱比に変更することにより、吹き抜けるガス量を精度良く推定し、内部ＥＧＲ量を精度良く算出する。
【００５３】
ステップ３０では、ステップ１５またはステップ２９で算出した排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに基づき、最小と最大とのチョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ，ＳＬＣＨＯＫＥＨを次式により算出する。
【００５４】
ＳＬＣＨＯＫＥＬ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝・・・（７ａ）
ＳＬＣＨＯＫＥＨ＝｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛−ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝・・・（７ｂ）
このチョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ，ＳＬＣＨＯＫＥＨは、チョークする限界値を算出している。
【００５５】
また、ステップ３０において、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め、（７ａ），（７ｂ）式の計算結果を、最小チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬテーブルと最大チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＨテーブルとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに応じて求めてもよい。
【００５６】
ステップ３１では、ステップ２５で算出した吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが、最小チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＬ以上で且つ最大チョーク判定しきい値ＳＬＣＨＯＫＥＨ以下の範囲内にあるか否か、すなわちチョーク状態を判定する。
【００５７】
吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが範囲内にある場合、すなわちチョーク無しと判断した場合は、ステップ３２へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを０に設定する。
【００５８】
一方、吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸが範囲内にない場合、すなわちチョーク有りと判断した場合は、ステップ３３へ進み、チョーク判定フラグＣＨＯＫＥを１に設定する。
【００５９】
また、図１７のステップ１９の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図１９の過給無し・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００６０】
ステップ３４では、図１６のステップ９で算出された排気ガスのガス定数ＲＥＸと、ステップ１０で算出された排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣとに基づき、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを次式により算出する。
【００６１】
ＭＲＳＯＬＤ＝ＳＱＲＴ｛１／（ＲＥＸ×ＴＥＶＣ）｝・・・（８）
ここで、ＳＱＲＴは温度及びガス定数に関する係数である。なお、制御構成上、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤの算出が困難な場合は、予め、（８）式の計算結果をマップとして記憶しておき、排気ガスガス定数ＲＥＸと筒内温度ＴＥＶＣとに応じて求めてもよい。
【００６２】
ステップ３５では、図１７のステップ１５で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、図１８のステップ２５で算出された吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに基づき、ガス流量算出式圧力差項ＭＲＳＯＬＰを次式により算出する。
【００６３】
ＭＲＳＯＬＰ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］・・・（９）
ステップ３６では、図１６のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図１９のステップ３４とステップ３５とで算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤとガス流量算出式圧力差項ＭＲＳＯＬＰとに基づいて、過給無し・チョーク無し時のオーバーラップ中の吹き返し流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００６４】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝１．４×ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰ・・・（１０）
また、ステップ２０の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐについて、図２０の過給無し・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００６５】
ステップ３７では、図２０のステップ３４と同じく、ガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤを前述の（８）式より算出する。
ステップ３８では、図１７のステップ１５で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに基づき、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを次式により求める。
【００６６】
ＭＲＳＯＬＰＣ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ×｛２／（ＳＨＥＡＴＲ＋１）｝＾｛（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／（ＳＨＥＡＴＲ−１）｝］・・・（１１）
なお、制御構成上、累乗計算が困難な場合には、予め（１１）式の計算結果を、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲに応じて求めてもよい。
【００６７】
ステップ３９では、図１６のステップ１１で算出された排気バルブ閉弁時筒内圧力ＰＥＶＣと、図２０のステップ３７で算出されたガス流量算出式密度項ＭＲＳＯＬＤと、ステップ３８で算出されたチョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣに基づいて、過給無し・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返し流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００６８】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝ＰＥＶＣ×ＭＲＳＯＬＤ×ＭＲＳＯＬＰＣ・・・（１２）
また、ステップ２２のオーバーラップ中の平均吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２１の過給有り・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００６９】
ステップ４０では、図１７のステップ２９で算出された排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと、ステップ２５で算出された吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに基づき、ガス流量算出式過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴを次式により求める。
【００７０】
ＭＲＳＯＬＰＴ＝ＳＱＲＴ［ＳＨＥＡＴＲ／（ＳＨＥＡＴＲ−１）×｛ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−２／ＳＨＥＡＴＲ）−ＰＩＮＢＹＥＸ＾（−（ＳＨＥＡＴＲ＋１）／ＳＨＥＡＴＲ）｝］・・・（１３）
なお、制御の構成上、累乗計算が困難な場合は、予め（１３）式の計算結果を、ガス流量算出式過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴマップとして記憶しておき、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲと吸気排気圧力比ＰＩＮＢＹＥＸとに応じて求めてもよい。
【００７１】
ステップ４１では、吸気圧力センサ１０の信号に基づいて検出された吸気圧力ＰＩＮと、ステップ４０で算出された過給時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＴとに基づいて、過給有り・チョーク無し時オーバーラップ中吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００７２】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１５２×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＴ・・・（１４）
ここで、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気系から排気系へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、これに基づいて内部ＥＧＲ量を減じる。
【００７３】
また、ステップ２３の吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐの算出について、図２２の過給有り・チョーク有り時オーバーラップ中吹き返しガス流量算出フローを用いて説明する。
【００７４】
ステップ４２では、図２０のステップ３８と同じく、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣを（１１）式またはマップから求める。
ステップ４３では、吸気圧力ＰＩＮと、ガス流量算出式チョーク時圧力差項ＭＲＳＯＬＰＣとに基づいて、過給有り・チョーク有り時のオーバーラップ中吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを次式により算出する。
【００７５】
ＭＲＥＳＯＬｔｍｐ＝−０．１０８×ＰＩＮ×ＭＲＳＯＬＰＣ・・・（１５）
ここで、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐは負の値を示すことで、オーバーラップ中に吸気側から排気側へ吹き抜けるガス流量を表すことができ、内部ＥＧＲ量を減じることとなる。
【００７６】
ここで、ステップ１９，２０，２２，２３で、過給の有無とチョークの有無との状態に応じて、吹き返しガス流量ＭＲＥＳＯＬｔｍｐを算出する。そして、前述のステップ２４でオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出した後は、図１５のステップ６からステップ７へ進み、前述のステップ７で内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する。そして、図１４のステップ３からステップ４へ進み、前述の内部ＥＧＲ率ＭＲＥＳＦＲを算出して、処理を終了する。
【００７７】
また、図１６のステップ８の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣの算出について、図８の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出の制御構成図と、図２３の排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出フローとを用いて説明する。
【００７８】
図８に示す排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は、後述する排気バルブタイミング変化量算出手段の算出値ＶＴＥＯＦＳに基づいて、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを算出する。
【００７９】
図２３のステップ４４では、後述する図２４のフローチャートに従って、オーバーラップ増大側、すなわち排気バルブ閉弁時が遅くなる方への変化量である排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【００８０】
ステップ４５では、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳに応じて、図３３に示すテーブルから排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを求める。
図３３は、排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣ算出テーブルであり、横軸は排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、横軸は排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣを示している。
【００８１】
なお、排気バルブ閉弁時のピストン２の位置と筒内容積ＶＥＶＣとの関係を変化させる機構を有するエンジンにおいては、それらの変化量に応じた排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求めてもよい。
【００８２】
なお、圧縮比を変化させる機構を有するエンジンにおいては、圧縮比の変化量に応じた排気バルブ閉弁時筒内容積ＶＥＶＣをテーブルから求めてもよい。
ここで、図２３のステップ４４の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳの算出について、図９の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳの算出の制御構成図と、図２４の排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ算出フローとを用いて説明する。
【００８３】
図９では、排気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及び排気側カム角センサ１７の信号から、両者の相対関係に応じて検出される排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値ＶＣＬＥに基づいて、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを算出する。そして排気バルブタイミング変化量算出手段が、これらの算出値ＶＴＣＮＯＷＥ、ＶＴＣＬＥとバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値ＶＴＨＯＳＥとに基づいて、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【００８４】
図２４のステップ４６では、クランク角センサ１４及び排気側カム角センサ１７の信号に基づいて、排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。
【００８５】
ステップ４７では、後述する図２５のフローチャートに従って、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを算出する。
ステップ４８では、排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥに応じて、図３４（イ）に示すテーブルから排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを求める。
【００８６】
図３４（イ）は、排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥ算出テーブルであり、横軸は排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、縦軸は基準クリアランス量（定常状態時）でのバルブタイミングに対する排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥを示している。これによると、排気バルブ６のクリアランス量ＶＣＬＥが小さくなると（左側へ向かうと）、閉弁時期がＶＴＣＬＥ分遅くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【００８７】
図２４のステップ４９では、後述する図２６のフローチャートに従って、バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを算出する。
ステップ５０では、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを、排気バルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥ、バルブ温度ＶＴＭＰＥによるバルブクリアランス量ＶＣＬＥの変化に基づく排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥ、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量ＶＣＬＥの変化の学習値に基づく排気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを加算することにより、次式により求める。
【００８８】
ＶＴＥＯＦＳ＝ＶＴＣＮＯＷＥ＋ＶＴＣＬＥ＋ＶＴＨＯＳＥ・・・（１６）ここで、ステップ４７のバルブクリアランス量ＶＣＬＥの算出について、図１０の排気バルブクリアランス量ＶＣＬＥ算出の制御構成図と、図２５のバルブクリアランス量ＶＣＬＥ算出フローとを用いて説明する。
【００８９】
図１０のバルブクリアランス量算出手段は、エアフロメータ９の信号に基づき算出される吸入新気量ＭＡＣＹＬに応じた燃料噴射量から、バルブ温度ＶＴＭＰＥを算出するバルブ温度算出手段の算出値に基づいて、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを算出する。ここで、バルブ温度算出手段は、直接温度を計測するセンサによる入力であってもよい。
【００９０】
図２５のステップ５１では、燃料噴射量に応じて、排気バルブ温度ＶＴＭＰＥを図３５に示すテーブルから求める。なお本フローでは、吸気バルブ５と排気バルブ６とについて各々独立して算出しているが、処理は同じものであるため、排気バルブ６について説明する。
【００９１】
図３５は、定常状態におけるバルブ温度算出テーブルであり、横軸は燃料噴射量、縦軸はエンジン負荷を代表する排気バルブ温度ＶＴＭＰＥを示している。図３５（イ）は排気バルブ６、（ロ）は吸気バルブ５について示し、燃料噴射量が多くなれば、バルブ温度ＶＴＭＰＥも高くなることを示している。なお、最終的な燃料噴射量ＴＩは、エアフロメータ９により検出される実際の吸入新気量（質量）ＭＡＣＹＬに基づき、ストイキ相当の基本燃料噴射量ＴＰ＝Ｋ×ＭＡＣＹＬ／ＮＲＰＭ（Ｋは定数）を定め、これを次式のように、目標空燃比に対応する目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡより補正し、または空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡにより補正して算出する。
【００９２】
ＴＩ＝ＴＰ×ＴＦＢＹＡ×ＬＡＭＢＤＡ・・・（１７）
図２５のステップ５２では、次式により、排気バルブ温度ＶＴＭＰＥに応じて、暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐを算出する。
【００９３】
ＶＣＬＥｔｍｐ＝−ＫＶＴＭＰＥ×（ＶＴＭＰＥ−９０）＋ＶＣＬＳＴＤＥ・・・（１８）
ここで、−ＫＶＴＭＰＥは、排気バルブ６の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ６の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他（例えばシリンダヘッド等）の膨張は考慮しないようにして決められる。ＶＣＬＳＴＤＥは、基準温度（ここでは９０℃）における基準バルブクリアランス量である。なおバルブ温度ＶＴＭＰＥが上昇すれば、クリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐが小さくなる。
【００９４】
ステップ５３では、暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐが０以上であるか否かを判断する。ＶＣＬＥｔｍｐが０以上の場合には、ステップ５５へ進む。
一方、ＶＴＣＬＥｔｍｐが０未満（ＶＣＬＥｔｍｐ＜０）の場合には、ステップ５４へ進み、ＶＣＬＥｔｍｐ＝０としてステップ５５へ進む。これはバルブクリアランス量ＶＣＬＥが負の値にはならないためである。
【００９５】
ステップ５５では、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＥｔｍｐに置き換える（ＶＣＬＥ＝ＶＣＬＥｔｍｐ）。
次に、図２４のステップ４９のバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥの算出について、図１１のバルブタイミング補正学習値算出の制御構成図と、図２６のバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ算出フローとを用いて説明する。
【００９６】
図１１では、バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及びカム角センサ１７の信号からバルブタイミング基本変化量（排気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷＥを算出する。バルブ閉弁時期推定値算出手段が、バルブタイミング基本変化量ＶＴＣＮＯＷＥと、バルブタイミング変化量補正量算出手段の算出値ＶＴＣＬＥとに基づいて、バルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥを算出する。
一方、バルブ閉弁時期実際値算出手段がバルブ閉弁時期実際値判定手段と、クランク角センサ１４及びノックセンサ２５の信号からバルブ閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥを算出する。そして、バルブタイミング補正学習値算出手段がバルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥ及びバルブ閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥに基づいてバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥを算出する。
【００９７】
図２６のステップ５６では、後述する図２７のフローチャートに従って、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを算出する。
ステップ５７では、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥが１であるか否かを判断する。これにより、バルブ閉弁時期を検出できる状態であるか否かを判断する。フラグＦＶＴＨＯＳＥ＝１の場合には、ステップ５８へ進む。一方、フラグＦＶＴＨＯＳＥ＝０の場合には、リターンとなる。
【００９８】
ステップ５８では、排気バルブ６が着座するときに生じる振動を検知するノックセンサ２５の信号と、クランク角センサ１４の信号との相対関係により、実際のバルブ６の着座時期、すなわち閉弁時期実際値ＶＣＬＴＲＥ（ｄｅｇＡＴＤＣ）を算出する。
【００９９】
ステップ５９では、バルブ閉弁時期推定値ＶＣＬＴＥＥを、バルブ閉弁時期ＶＣＬＴＳＴＤＥと排気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＥとを加算することで、次式により算出する。
【０１００】
ＶＣＬＴＥＥ＝ＶＣＬＴＳＴＤＥ＋ＶＴＣＬＥ（ｄｅｇＡＴＤＣ）・・・（１９）
ここでＶＣＬＴＳＴＤＥは、基準バルブクリアランス量（温間時）において、バルブタイミング基本変化量が０のときのバルブ閉弁時期である。
【０１０１】
ステップ６０では、暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐを、バルブ閉弁時期の実際値ＶＣＬＴＲＥと推定値ＶＣＬＴＥＥとの差（ＶＣＬＴＲＥ−ＶＣＬＴＥＥ）から算出する。
【０１０２】
ステップ６１では、暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐとバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥとの誤差の絶対値が所定値ＳＬＶＣＬ以上であるか否かを判断する。誤差の絶対値が所定値ＳＬＶＣＬ以上である場合には、ステップ６２へ進む。一方、所定値ＳＬＶＣＬ以下である場合には、リターンとなる。
【０１０３】
ステップ６２では、バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥに暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥｔｍｐを代入する（ＶＴＨＯＳＥ＝ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ）。
【０１０４】
ここで、誤差が正側に大きくなれば、実際のバルブ閉時期はさらに遅れるため、この誤差分は、バルブタイミング変化量に加算すればよい。ただし、実際はこの誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランスが拡大し、実際の閉時期が早まるため、負の値を示し、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【０１０５】
ここで、ステップ５６のバルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥの算出について、図２７のバルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥ算出フローを用いて説明する。
【０１０６】
ステップ６３でバルブタイミング基本変化量が０（ＶＴＣＮＯＷ＝０）と判断され、ステップ６４で水温が所定水温ＶＴＨＯＳＴＷ以上であると判断され、ステップ６５で回転数が所定回転数ＶＴＨＯＳＮＥ以下と判断され、ステップ６６でスロットル開度が所定開度ＶＴＨＯＳＴＶＯ以下と判断されたとき、ステップ６７において、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを１にする（ＦＶＴＨＯＳＥ＝１）。これは、バルブタイミング実際値ＶＣＬＴＲＥを算出するのに適した運転状態であるかを推定するためである。
【０１０７】
一方、ステップ６３〜ステップ６６までのいずれか１つでも成立しない場合には、ステップ６８へ進み、バルブタイミング実際値算出許可フラグＦＶＴＨＯＳＥを０にする（ＦＶＴＨＯＳＥ＝０）。これらの条件を満たさない場合には、バルブタイミング実際値ＶＣＬＴＲＥの算出に適した状態にないためである。
【０１０８】
次に、図１７のステップ１３のオーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬの算出について、図１２のオーバーラップ中有効面積算出の制御構成図と、図２８のオーバーラップ中有効面積積算値算出フローとを用いて説明する。
【０１０９】
図１２のオーバーラップ中有効面積積算値算出手段は、吸気バルブタイミング変化量算出手段と排気バルブタイミング変化量算出手段との各算出結果に基づいて、オーバーラップ中有効面積算出値ＡＳＵＭＯＬを算出する。
【０１１０】
図２８のステップ６９では、後述する図２９のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳを算出する。
ステップ７０では、前述の図２４のフローチャートに従って、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【０１１１】
ステップ７１では、オーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬが、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳと排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳとに応じて、図３６に示すオーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬマップから求められる。
【０１１２】
図３６は、オーバーラップ中の有効面積についての特性図であり、横軸は吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ、縦軸は排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを示している。吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ、排気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳが大きくなると、オーバーラップ変化量が大きくなり、有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬが大きくなる。
【０１１３】
ここで、図３７は、オーバーラップ中の有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬの説明図であり、横軸はクランク角度、縦軸は吸気バルブ５と排気バルブ６との開口面積を示している。そして、オーバーラップ中の或る時点における有効な開口面積は、排気バルブ開口面積と吸気バルブ開口面積とのうち小さい方とする。すなわち、オーバーラップ中の全期間における有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬは、吸気バルブ５及び排気バルブ６が開いている期間の積分値（図中の斜線部）となる。このようにして、オーバーラップ中有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬを算出することで、吸気バルブ５と排気バルブ６とのオーバーラップ量を１つのオリフィス（流出孔）と疑似でき、排気系の状態と吸気形の状態とからこのオリフィスを通過する流量を簡略的に算出できる。
【０１１４】
次に、図２８のステップ６９の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳの算出について、図１３の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ算出の制御構成図と、図２９の吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳ算出フローとを用いて説明する。なお、吸気バルブ５は、オーバーラップ量が大きくなるよう、すなわち開弁時期が早くなる場合について説明している。
【０１１５】
図１３では、吸気バルブタイミング基本変化量算出手段がクランク角センサ１４及び吸気側カム角センサ１６の信号から吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷを算出する。バルブタイミング変化量補正量算出手段がバルブクリアランス量算出手段の算出値ＶＣＬＩに基づいて、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを算出する。そして、吸気バルブタイミング変化量算出手段が吸気バルブタイミング基本変化量ＶＴＣＮＯＷ、バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ、及びバルブタイミング補正学習値算出手段の算出値ＶＴＨＯＳＩに基づいて、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳを算出する。
【０１１６】
図２９のステップ７２では、クランク角センサ１４及び吸気側カム角センサ１６の信号に基づいて、吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷを算出する。
【０１１７】
ステップ７３では、前述の図２５のフローチャートに従って、バルブ温度ＶＴＭＰＩから吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩを算出する。ここで、ステップ５２で算出される暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＩｔｍｐは、吸気バルブ温度ＶＴＭＰＩに応じて暫定バルブクリアランス量ＶＣＬＩｔｍｐを次式により算出する。
【０１１８】
ＶＣＬＩｔｍｐ＝−ＫＶＴＭＰＩ×（ＶＴＭＰＩ−９０）＋ＶＣＬＳＴＤＩ・・・（２０）
ここで、−ＫＶＴＭＰＩは、吸気バルブ５の材質及び長さにより相対的に決まる係数であり、主としてバルブ５の軸方向の膨張が大きい場合を考慮し、その他（例えばシリンダヘッド等）の膨張は考慮しないようにして決められる。ＶＣＬＳＴＤＩは、基準バルブクリアランス量（温間時（約９０℃）におけるクリアランス量）である。
【０１１９】
ステップ７４では、吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩに応じて、前述の図３４（ロ）に示すテーブルから吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを求める。
【０１２０】
図３４（ロ）は、吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ算出テーブルであり、横軸は吸気バルブクリアランス量ＶＣＬＩ、縦軸は基準クリアランス量でのバルブタイミングに対する吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩを示している。これによると、吸気バルブ５のクリアランス量ＶＣＬＩが小さくなれば開弁時期がＶＴＣＬＩ分早くなるので、オーバーラップ増大側へのバルブタイミング変化量を増大補正する必要があることを示している。
【０１２１】
ステップ７５では、前述の図２６のフローチャートに従って、吸気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＩを算出する。ここで、図２６のステップ５８では、吸気バルブ５がバルブシートから離れるとき、すなわち吸気バルブ５のリフターがカムと衝突するときの振動を検知するノックセンサ２５の信号と、クランク角センサ１４の信号との相対関係によりバルブリフト時期、すなわち開弁時期実際値ＶＣＬＴＲＩ（ｄｅｇＢＴＤＣ）を算出する。
【０１２２】
ステップ５９では、次式によりバルブ開弁時期推定値ＶＣＬＴＥＩを算出する。
ＶＣＬＴＥＩ＝ＶＣＬＴＳＴＤＩ＋ＶＴＣＬＩ（ｄｅｇＢＴＤＣ）・・・（２１）
ここで、バルブ開弁時時期推定値ＶＣＬＴＳＴＤＩは、基準バルブクリアランス量（温間時）における吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）が０のときのバルブ開弁時期である。
【０１２３】
ステップ６０にて暫定バルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＩｔｍｐをＶＣＬＴＲＩ−ＶＣＬＴＥＩに応じて算出しているが、この誤差分は、主にシム摩耗・カム摩耗によりクリアランス量が拡大し、実際の開弁時期が遅くなるため、負の値を示す。このとき、開弁時期は遅れるため、バルブタイミング変化量を打ち消すような動きとなる。
【０１２４】
ステップ７６では、吸気バルブタイミング変化量ＶＴＩＯＦＳを、吸気バルブタイミング基本変化量（吸気カム捻り角度）ＶＴＣＮＯＷ、吸気バルブ５のバルブ温度ＶＴＭＰＩによるバルブクリアランス量ＶＣＬＩの変化に基づく吸気バルブタイミング変化量補正量ＶＴＣＬＩ、カム摩耗・シム摩耗によるバルブクリアランス量ＶＣＬＩの変化の学習値に基づく吸気バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＩを加算することで、次式により算出する。
【０１２５】
ＶＴＩＯＦＳ＝ＶＴＣＮＯＷ＋ＶＴＣＬＩ＋ＶＴＨＯＳＩ・・・（２２）
ここで、図３８は、排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図であり、図３９は、吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図である。
【０１２６】
図３８では、排気バルブタイミング変化量は、進角側（時計回り）を正方向としている。また図３９では、吸気バルブタイミング変化量は、遅角側（反時計回り）を正方向としている。吸気バルブ５及び排気バルブ５のいずれもオーバーラップ量を拡大する方向である。
【０１２７】
本実施形態によれば、排気バルブ６及び吸気バルブ５の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング可変機構（可変動弁ソレノイド）２２，２３と、バルブタイミング可変機構２２，２３の開閉タイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、ＶＴＩＯＦＳに基づいてバルブタイミングを算出する手段と、バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度ＴＥＶＣを算出する手段（ステップ１０）と、バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内圧力ＰＥＶＣを算出する手段（ステップ１１）と、燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数ＲＥＸを算出する手段（ステップ９）と、少なくとも筒内温度ＴＥＶＣ、筒内圧力ＰＥＶＣ、ガス定数ＲＥＸに基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する手段（ステップ５，１２）と、バルブタイミング算出手段の算出結果に基づく排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する手段と（ステップ６，２４）、筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬと吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬとに基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出する手段（ステップ７）と、を含んで構成され、バルブタイミング算出手段は、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを推定する手段（ステップ４７）と、バルブクリアランス量ＶＣＬＥによりバルブタイミングを補正する手段（ステップ４８、４９）とを含んで構成される。このため、バルブクリアランス量ＶＣＬＥを推定し、これに基づいてバルブタイミングを補正するため、バルブクリアランス量ＶＣＬＥの変化によって生じる内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定誤差を抑制することができる。そして、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳに基づいて、点火時期、燃料噴射量などを適切に設定することで、運転性の向上や燃費・排気の改善が図れる。さらに、燃焼終了後のシリンダ内部の状態量（温度ＴＥＶＣ・圧力ＰＥＶＣ・ガス定数ＲＥＸ）に基づき、物理式（３式）から内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。そして、温度・圧力変化による密度変化や、燃焼空燃比変化に伴うガス定数の変化による密度変化等に対応でき、運転条件に関わらず精度良く内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを推定できる。特に、過渡運転状態においては、シリンダ内部の状態量が刻々と変化するため、その変化していく状態量に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できるので、過渡運転時の内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳの推定精度を向上できる。さらに、多次元パラメータを含む制御構築であっても、各パラメータに応じ、物理式に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出し、この値ＭＲＥＳに基づいて、各制御値を決定するため、容易に構築できる。
【０１２８】
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段（ステップ５，１２）は、排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを算出する手段（ステップ８，４５）と、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段（ステップ１０）と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段（ステップ１１）と、ガス定数算出手段（ステップ９）と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式（３式）により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量ＭＲＥＳＣＹＬを算出する（ステップ１２）。このため、さらに排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを考慮して、シリンダ内部の状態量（容積ＶＥＶＣ・温度ＴＥＶＣ・圧力ＰＥＶＣ・ガス定数ＲＥＸ）に基づき、物理式から内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、多次元パラメータを含む制御構築であっても、各パラメータに応じ、物理式に基づいて内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出するため、容易に構築でき、適合が容易となる。
【０１２９】
また本実施形態によれば、排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段（ステップ８）は、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる筒内容積値ＶＥＶＣを求める。このため、排気バルブ閉弁時の筒内容積ＶＥＶＣを適切に算出して、より正確な内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを求めることができる。そして、排気バルブ閉弁時に筒内容積ＶＥＶＣが変化する機構（可変バルブ開閉タイミング、可変圧縮比）を有するエンジンであっても、容易に筒内容積ＶＥＶＣを求められ、より正確な内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを算出できる。そして、各値は幾何学的に決まるので、容易に算出でき、実機運転による適合させる必要が無くなり、開発が効率的に行える。
【０１３０】
また本実施形態によれば、ガス定数算出手段（ステップ９）は、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じ、排気ガス組成の変化に対応するガス定数ＲＥＸを求める。このため、目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡに応じた排気ガス組成変化に伴う密度変化がある場合、すなわち、リーン運転、始動後など運転状態が切り替わった後における目標燃焼当量比ＴＦＢＹＡの増減がある場合にも、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、ガス定数ＲＥＸは、燃料組成と空気組成とによる化学反応式から算出でき、実機運転による適合させる必要が無くなり、開発が効率的に行える。
【０１３１】
また本実施形態によれば、オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段（ステップ６，２４）は、排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段（ステップ１０）と、排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段（ステップ１１）と、ガス定数算出手段（ステップ９）と、吸気圧力ＰＩＮを算出する手段（ステップ２５）と、排気ガス組成変化に対応した比熱比ＳＨＥＡＴＲを算出する手段（ステップ１５，２９）と、排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の有効面積積算値ＡＳＵＭＯＬを算出する手段（ステップ１３）と、機関回転数ＮＲＰＭを算出する手段（ステップ１４）と、過給ＴＢＣＲＧ及びチョークＣＨＯＫＥの有無を判定する手段（ステップ１７，１８，２０）と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出する。このため、オーバーラップ中の状態量（回転数ＮＲＰＭ、排気ガス比熱比ＳＨＥＡＴＲ、過給ＴＢＣＲＧ、チョークＣＨＯＫＥ）に応じて、吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを精度良く算出できる。そして、状態量の変化による密度変化やオリフィス通過体積流量変化に対応でき、あらゆる運転状態において精度良くオーバーラップ中吹き返しガス量ＭＲＥＳＯＬを算出できる。
【０１３２】
また本実施形態によれば、バルブクリアランス量推定手段（ステップ４７）は、バルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを算出する手段（ステップ５１）を含んで構成され、そのバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩに応じてバルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩを推定する（ステップ５２〜ステップ５５）。このため、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩへの影響が最も大きい温度因子に基づいて算出するため、エンジンの冷間時から出力が大きい状態になるような温度変化量が大きくなる場合においても、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩを適切に推定することができ、バルブタイミング誤差による内部ＥＧＲ量推定誤差を抑制することができる。
【０１３３】
また本実施形態によれば、バルブ温度算出手段（ステップ５１）は、エンジン負荷算出手段を含んで構成され、そのエンジン負荷に応じてバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを推定する。このため、特別に温度センサを設けることなくバルブ温度ＶＴＭＰＥ、ＶＴＭＰＩを推定でき、コスト削減が図れる。
【０１３４】
また本実施形態によれば、バルブクリアランス量推定手段（ステップ４７）及びバルブタイミング補正手段（ステップ４８，４９）は、吸気バルブ５及び排気バルブ６の各々について独立して設けられる。このため、吸気バルブ５と排気バルブ６との温度範囲が異なること及びバルブ５，６の材質が異なることが原因で、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩがそれぞれ異なる場合であっても、バルブタイミング変化量ＶＴＥＯＦＳ、ＶＴＩＯＦＳを算出し、内部ＥＧＲ量ＭＲＥＳを精度良く推定できる。そして、吸気・排気カムプロフィールの設計により、バルブタイミングが異なる場合であっても、バルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩに応じたバルブタイミング補正量ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩを考慮したバルブタイミングが算出でき、精度良く内部ＥＧＲ量の推定ができる。
【０１３５】
また本実施形態によれば、バルブタイミング補正手段（ステップ４９）は、所定条件下（ステップ６３〜ステップ６６）でバルブ５，６の動作振動に基づいて実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩを検出する手段（ステップ５８）と、所定条件下（ステップ６３〜ステップ６６）でのバルブクリアランス量ＶＣＬＥ、ＶＣＬＩによる補正後のバルブタイミングを推定する手段（ステップ５９）と、実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩと推定バルブタイミングＶＣＬＴＥＥ、ＶＣＬＴＥＩとの誤差ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ、ＶＴＨＯＳＩｔｍｐを算出する手段（ステップ６０）と、誤差ＶＴＨＯＳＥｔｍｐ、ＶＴＨＯＳＩｔｍｐに基づいてバルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩを算出する手段（ステップ５０）とを備え、バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値ＶＴＨＯＳＥ、ＶＴＨＯＳＩにより補正する。このため、バルブ５，６の振動を精度良く検出できる領域（着座ノイズが精度良く検出できる低回転域、ノックが発生しない低負荷域、バルブタイミング誤差が生じにくいバルブタイミング基本変化量が０且つ暖機後の領域）で実バルブタイミング（バルブ閉時期実際値）ＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩを検出できる。そして、バルブ振動の検出値に基づく実バルブタイミングＶＣＬＴＲＥ、ＶＣＬＴＲＩと、推定バルブタイミング（バルブ閉時期推定値）ＶＣＬＴＥＥ、ＶＣＬＴＥＩとの誤差分は、摩耗によるものであり、この摩耗分は、全運転領域においてバルブタイミングに一律に影響を与えるものであるため、この誤差分を事前に補正することで経時劣化による誤差を防止できる。
【０１３６】
また本実施形態によれば、実バルブタイミング算出手段（ステップ５８）のバルブの動作振動は、ノックセンサ２５により検出する。このため、既存のノックセンサ２５の入力により実バルブタイミングの動作振動を検出でき、コスト削減が図れる。
【０１３７】
なお、本実施形態では、吸気バルブ５と排気バルブ６との双方にバルブタイミング可変機構を設けるものとしたが、これに限定されず、吸気バルブ５と排気バルブ６とのいずれかのリフト特性が可変であり、以ってバルブオーバーラップ量が可変となるものに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部ＥＧＲ量推定装置のシステム構成図
【図２】内部ＥＧＲ率算出手段の制御構成図
【図３】内部ＥＧＲ量算出手段の制御構成図
【図４】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段の制御構成図
【図５】オーバーラップ中吹き返しガス量算出の制御構成図
【図６】排気ガス比熱比算出手段の制御構成図
【図７】過給・チョーク判定手段の制御構成図
【図８】排気バルブ閉弁時筒内容積算出の制御構成図
【図９】排気バルブタイミング変化量の算出の制御構成図
【図１０】排気バルブクリアランス量算出の制御構成図
【図１１】バルブタイミング補正学習値算出の制御構成図
【図１２】オーバーラップ中有効面積算出の制御構成図
【図１３】吸気バルブタイミング変化量算出の制御構成図
【図１４】内部ＥＧＲ率算出フロー
【図１５】内部ＥＧＲ量算出フロー
【図１６】排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出フロー
【図１７】オーバーラップ中吹き返しガス量算出フロー
【図１８】過給判定・チョーク判定フロー
【図１９】過給無し・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２０】過給無し・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２１】過給有り・チョーク無し時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２２】過給有り・チョーク有り時の吹き返しガス流量算出フロー
【図２３】排気バルブ閉弁時筒内容積算出フロー
【図２４】排気バルブタイミング変化量算出フロー
【図２５】バルブクリアランス量算出フロー
【図２６】バルブタイミング補正学習値算出フロー
【図２７】バルブタイミング実際値算出許可フラグ算出フロー
【図２８】オーバーラップ中有効面積積算値算出フロー
【図２９】吸気バルブタイミング変化量算出フロー
【図３０】排気ガスガス定数算出テーブル
【図３１】排気ガス比熱比算出マップ
【図３２】混合気比熱比算出テーブル
【図３３】排気バルブ閉弁時筒内容積算出テーブル
【図３４】排気・吸気バルブタイミング変化量補正量算出テーブル
【図３５】排気・吸気バルブ温度算出テーブル
【図３６】オーバーラップ中有効面積特性図
【図３７】オーバーラップ中の有効面積積算値の説明図
【図３８】排気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【図３９】吸気バルブタイミング変化量の正負方向の定義を示す図
【符号の説明】
１ エンジン
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
９ エアフロメータ
１０ 吸気圧力センサ
１１ 排気圧力センサ
１２ 排気温度センサ
１３ Ｏ２センサ
１４ クランク角センサ
１５ 水温センサ
１６ 吸気側カム角センサ
１７ 排気側カム角センサ
１８ アクセル開度センサ
２５ ノックセンサ
３０ ＥＣＵ
Claims (10)
- 排気バルブ及び吸気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング可変機構と、
バルブタイミング可変機構の開閉タイミング変化量に基づいてバルブタイミングを算出する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内温度を算出する手段と、
前記バルブタイミング算出手段により算出される排気バルブ閉弁時の筒内圧力を算出する手段と、
燃焼空燃比に応じた排気ガス組成のガス定数を算出する手段と、
少なくとも前記筒内温度、前記筒内圧力、前記ガス定数に基づいて、排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出する手段と、
前記バルブタイミング算出手段の算出結果に基づく排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の吹き返しガス量を算出する手段と、
前記筒内ガス量と前記吹き返しガス量とに基づいて内部ＥＧＲ量を算出する手段と、を含んで構成され、
前記バルブタイミング算出手段は、
バルブクリアランスを推定する手段と、
バルブクリアランスによりバルブタイミングを補正する手段とを含んで構成されることを特徴とする内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。 - 前記排気バルブ閉弁時筒内ガス量算出手段は、
排気バルブ閉弁時の筒内容積を算出する手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、物理式により排気バルブ閉弁時の筒内ガス量を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。 - 前記排気バルブ閉弁時筒内容積算出手段は、排気バルブ閉弁時のピストン位置から幾何学的に決まる筒内容積値を求めることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
- 前記ガス定数算出手段は、目標燃焼当量比に応じ、排気ガス組成の変化に対応するガス定数を求めることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
- 前記オーバーラップ中吹き返しガス量算出手段は、
前記排気バルブ閉弁時筒内温度算出手段と、
前記排気バルブ閉弁時筒内圧力算出手段と、
前記ガス定数算出手段と、
吸気圧力を算出する手段と、
排気ガス組成変化に対応した比熱比を算出する手段と、
排気バルブ開期間と吸気バルブ開期間とのオーバーラップ中の有効面積積算値を算出する手段と、
機関回転数を算出する手段と、
過給及びチョークの有無を判定する手段と、を含んで構成され、これらの算出値に基づいて、オーバーラップ中の吹き返しガス量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。 - 前記バルブクリアランス推定手段は、バルブ温度を算出する手段を含んで構成され、そのバルブ温度に応じてバルブクリアランスを推定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
- 前記バルブ温度算出手段は、エンジン負荷算出手段を含んで構成され、そのエンジン負荷に応じてバルブ温度を推定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
- 前記バルブクリアランス推定手段及びバルブタイミング補正手段は、吸気バルブ及び排気バルブの各々について独立して設けられることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
- バルブタイミング補正手段は、
所定条件下でバルブの動作振動に基づいて実バルブタイミングを算出する手段と、
所定条件下でのバルブクリアランスによる補正後のバルブタイミングを推定する手段と、
前記実バルブタイミングと前記推定バルブタイミングとの誤差を算出する手段と、
前記誤差に基づいてバルブタイミング補正学習値を算出する手段と、を備え、
バルブタイミングを更に前記バルブタイミング補正学習値により補正することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。 - 前記バルブの動作振動は、ノックセンサにより検出することを特徴とする請求項９記載の内燃機関の内部ＥＧＲ量推定装置。
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