CN105247194B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

用于实现要求转矩的目标空气量使用假想空燃比而根据要求转矩倒推。在满足了将运转模式从第1空燃比下的运转向第2空燃比下的运转切换的条件时，响应于此而将假想空燃比从第1空燃比变更为第2空燃比。然后，在假想空燃比从第1空燃比向第2空燃比变更后，隔开时间，将目标空燃比从第1空燃比切换成第1空燃比与第2空燃比的中间的第3空燃比。在将目标空燃比暂时保持为第3空燃比后，从第3空燃比向第2空燃比进行切换。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及统合控制构成为能够将用于运转的空燃比在至少2个空燃 比之间进行切换的内燃机的空气量、燃料供给量以及点火正时的控制装置。

背景技术

在日本特开平11-22609号公报中，公开了涉及能够将内燃机的燃烧方 式从分层燃烧向均质燃烧切换或者从均质燃烧向分层燃烧切换的内燃机的 燃烧方式的切换控制的技术(以下，现有技术)。分层燃烧中的空燃比比 均质燃烧中的空燃比稀，所以在燃烧方式的切换时伴随空燃比的切换。作 为空燃比的切换方法，众所周知有以不产生转矩阶差的方式使空燃比逐渐 变化的方法。但是，在该众所周知的方法中，尽管转矩的阶差得到缓和，但无法得到所期望的转矩，另外，存在因使用本来非意图的空燃比而招致 排放的恶化这一问题。上述现有技术作为针对该问题的解决办法而被提出。

根据上述现有技术，在从均质燃烧向分层燃烧的切换时，在阶段性地 切换目标当量比前仅目标空气量被阶段性地切换。详细而言，仅使目标空 气量阶段性地增大而预先使空气量增大，在实际的空气量达到目标空气量 的时刻，使目标当量比阶段性地减少。即，在空气量延迟于目标空气量而 增大的期间，维持燃烧方式切换前的目标当量比。但是，若以燃烧方式切 换前的目标当量比决定燃料量，则燃料量相对于将转矩保持为一定所需要 的量成为过剩。因而，在上述现有技术中，通过点火正时的延迟来修正该 燃料量的过剩量，由此避免燃烧方式切换前的转矩的增大。

但是，点火正时的延迟伴随失火的可能。失火会招致驾驶性能的恶化 和/或排气性能的恶化。失火能够通过对点火正时的延迟设置限制来防止， 但不能避免由燃料量的过剩引起的转矩的增大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-22609号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其课题在于，在构成为能够将用于 运转的空燃比在至少2个空燃比之间切换的内燃机中，不产生转矩的变动 地切换空燃比。

本发明能够应用于内燃机的控制装置的构成。以下，对本发明的内燃 机的控制装置的概要进行说明。但是，由以下所说明的本发明的内容可知， 本发明能够应用于内燃机的控制方法的步骤，也能够应用于由控制装置执 行的程序的算法。

本发明的控制装置具有3种致动器，以构成为能够选择第1空燃比下 的运转和比第1空燃比稀的第2空燃比下的运转的内燃机为控制对象。3 种致动器是使空气量变化的第1致动器、向缸内供给燃料的第2致动器以 及对缸内的混合气体进行点火的第3致动器。第1致动器例如包括节气门、 使进气门的气门正时变化的可变气门正时机构，并且，若内燃机是增压发 动机，则使增压器的增压特性变化的增压特性可变致动器、具体而言可变 喷嘴和/或排气泄压阀等也包含于第1致动器。第2致动器具体而言是喷射 燃料的喷射器，例如，包括向进气口喷射燃料的端口喷射器和直接向气缸 内喷射燃料的缸内喷射器。第3致动器具体而言是点火装置。本发明的控 制装置通过这3种致动器的协调操作来统合控制内燃机的空气量、燃料供 给量以及点火正时。

本发明的控制装置能够通过计算机而具现化。更详细而言，能够通过 具备存储有记述了用于实现各种功能的处理的程序的存储器和从该存储器 读取程序而执行的处理器的计算机来构成本发明的控制装置。本发明的控 制装置所具备的功能中，作为用于决定上述3种致动器的协调操作所使用 的目标空气量以及目标空燃比的功能，包括要求转矩接收功能、目标空燃 比切换功能、目标空气量算出功能以及假想空燃比变更功能。

根据要求转矩接收功能，接收对内燃机的要求转矩。要求转矩基于对 由驾驶员操作的加速器踏板的开度进行响应的信号而计算。在驾驶员对内 燃机要求减速的情况下，得到与驾驶员释放加速器踏板的速度相应地减少 的要求转矩。在驾驶员对内燃机要求加速的情况下，得到与驾驶员踩踏加 速器踏板的速度相应地增大的要求转矩。

根据目标空气量算出功能，根据要求转矩倒推用于达成要求转矩的目 标空气量。目标空气量的计算中，使用给出空气量向转矩的变换效率的参 数。空燃比比理论空燃比稀得越多，则由相同空气量产生的转矩越低，所 以与空燃比对应的参数与给出空气量向转矩的变换效率的参数相符。假想 空燃比是与空燃比对应的参数，是目标空气量的计算所使用的参数之一。 假想空燃比的值是可变的，通过假想空燃比变更功能而变更。根据假想空 燃比变更功能，在满足从第1空燃比下的运转向第2空燃比下的运转切换 运转模式的条件时，响应于此而将假想空燃比从第1空燃比变更为第2空 燃比。要求转矩的值相同的情况下，假想空燃比越浓，则目标空气量越小， 假想空燃比越稀，则目标空气量越大。

根据目标空燃比切换功能，在假想空燃比从第1空燃比向第2空燃比 变更后，将目标空燃比从第1空燃比切换成第1空燃比与第2空燃比的中 间的第3空燃比，然后立即从第3空燃比向第2空燃比切换。即，目标空 燃比不是直接从第1空燃比向第2空燃比切换，而是在暂时切换为中间的 第3空燃比后，从第3空燃比向第2空燃比切换。此外，此处所说的中间的空燃比，意指比第1空燃比稀且比第2空燃比浓的空燃比，不限定于第 1空燃比与第2空燃比的中值。

优选，将目标空燃比从第1空燃比向第3空燃比切换的具体的时刻是 根据第1致动器的操作量推定的空气量达到在第3空燃比下能够实现要求 转矩的空气量的时刻。但是，在第3空燃比下能够实现要求转矩的空气量 比不产生失火的最小空气量少的情况下，更优选在根据第1致动器的操作 量推定的空气量超过最小空气量之后，将目标空燃比从第1空燃比切换成 第3空燃比。另外，在根据第1致动器的操作量推定的空气量达到在第3 空燃比下能够实现要求转矩的空气量之前点火正时延迟到延迟界限的情况 下，也可以在该时刻将目标空燃比从第1空燃比切换为第3空燃比。其中， 优选以在第3空燃比下能够实现的转矩相对于要求转矩的不足量比在第1 空燃比下能够实现的转矩相对于要求转矩的过剩量小作为切换的条件。

优选，将目标空燃比从第3空燃比向第2空燃比切换的具体的时刻是 目标空气量与推定空气量的差成为了阈值以下的时刻。另外，也可以在目 标空燃比从第1空燃比向第3空燃比切换后经过一定时间之后的时刻将目 标空燃比从第3空燃比向第2空燃比切换。进而，也可以在假想空燃比从 第1空燃比向第2空燃比变更后经过一定时间之后的时刻将目标空燃比从 第3空燃比向第2空燃比切换。

本发明的控制装置基于通过上述处理决定的目标空气量和目标空燃比 来协调操作3种致动器。本发明的控制装置所具备的功能中，作为用于基 于目标空气量和目标空燃比而进行协调操作的功能，包括第1致动器控制 功能、第2致动器控制功能以及第3致动器控制功能。

根据第1致动器控制功能，基于目标空气量来决定第1致动器的操作 量。然后，按照所决定的操作量进行第1致动器的操作。通过第1致动器 的操作，实际的空气量以跟随目标空气量的方式变化。

根据第2致动器控制功能，基于目标空燃比来决定燃料供给量。然后， 按照所决定的燃料供给量进行第2致动器的操作。

根据第3致动器控制功能，基于根据第1致动器的操作量和目标空燃 比推定的转矩和要求转矩，来决定用于实现要求转矩的点火正时。然后， 按照所决定的点火正时进行第3致动器的操作。能够根据第1致动器的操 作量来推定实际的空气量，能够根据推定空气量和目标空燃比来推定转矩。 第3致动器的操作以通过点火正时修正推定转矩相对于要求转矩的过剩量 的方式进行。

根据本发明的控制装置，通过具备上述功能，能够不产生转矩的变动 地将内燃机的运转模式从第1空燃比下的运转向比第1空燃比稀的第2空 燃比下的运转进行切换。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的控制装置的逻辑的框图。

图2是示出本发明的实施方式1的控制装置的运转模式的切换的逻辑 的框图。

图3是示出本发明的实施方式1的控制装置的控制结果的表象(image) 的时间图。

图4是示出比较例的控制结果的表象的时间图。

图5是示出本发明的实施方式2的控制装置的运转模式的切换的逻辑 的时间图。

图6是示出本发明的实施方式3的控制装置的控制结果的表象的时间 图。

图7是示出本发明的实施方式3的控制装置的控制结果的表象的时间 图。

图8是示出本发明的实施方式4的控制装置的逻辑的框图。

具体实施方式

[实施方式1]

以下，参照附图对本发明的实施方式1进行说明。

在本实施方式中作为控制对象的内燃机(以下，发动机)是火花点火 式的4冲程往复发动机。另外，该发动机是所谓的稀燃发动机，构成为能 够选择进行理论空燃比下的运转的化学当量模式(第1运转模式)和进行 比理论空燃比稀的空燃比下的运转的稀模式(第2运转模式)作为发动机 的运转模式。

搭载于车辆的ECU(Electrical control Unit：电子控制单元)通过操 作发动机所具备的各种致动器来控制发动机的运转。由ECU操作的致动 器中，包括作为使空气量变化的第1致动器的节气门和可变气门正时机构 (以下，VVT)，作为向缸内供给燃料的第2致动器的喷射器，作为对缸 内的混合气体进行点火的第3致动器的点火装置。VVT针对进气门设置， 喷射器设置于进气口。ECU操作这些致动器来控制发动机的运转。由ECU 进行的发动机的控制中，包括从化学当量模式向稀模式或者从稀模式向化 学当量模式的运转模式的切换。

在图1中，以框图示出本实施方式的ECU的逻辑。ECU包括发动机 控制器100和动力传动系统管理器200。发动机控制器100是直接控制发 动机的控制装置，相当于本发明的控制装置。动力传动系统管理器200是 统合控制包括发动机和/或电子控制式自动变速器、还有VSC和/或TRC 等车辆控制设备的驱动系统整体的控制装置。发动机控制器100构成为基于从动力传动系统管理器200接受的信号来控制发动机的运转。发动机控 制器100和动力传动系统管理器200均由软件实现。详细而言，通过读出 存储于存储器的程序，并由处理器执行，从而在ECU中实现发动机控制 器100和动力传动系统管理器200各自的功能。此外，在ECU具备多核 处理器的情况下，能够将发动机控制器100和动力传动系统管理器200分 别分给不同的核或者核组。

在图1中表示动力传动系统管理器200的框内，由框示出动力传动系 统管理器200所具备的各种功能中与发动机的控制相关的功能的一部分。 对这些框的各个分配有运算单元。在ECU中准备与各框对应的程序，通 过处理器执行这些程序，由此在ECU中实现各运算单元的功能。此外， 在ECU具备多核处理器的情况下，能够将构成动力传动系统管理器200 的运算单元分散地分配给多个核。

运算单元202计算要求第1转矩并将其发送给发动机控制器100。在 图中，要求第1转矩记作“TQ1r”。第1转矩是对发动机所要求的响应性不 高、可以不立即实现而只要在不远的将来实现即可的种类的转矩。要求第 1转矩是动力传动系统管理器200对发动机要求的第1转矩的要求值，相 当于本发明中的要求转矩。从未图示的加速器位置传感器向运算单元202 输入对加速器踏板的开度响应而输出的信号。基于该信号而计算要求第1 转矩。此外，要求第1转矩是轴转矩。

运算单元204计算要求第2转矩并将其发送给发动机控制器100。在 图中，要求第2转矩记作“TQ2r”。第2转矩是比第1转矩紧急性或者优先 级高、对发动机要求高响应性的种类的转矩，即，是要求立即实现的种类 的转矩。此处所说的响应性意指使转矩暂时降低时的响应性。要求第2转 矩是动力传动系统管理器200对发动机要求的第2转矩的要求值。由运算 单元204算出的要求第2转矩包括进行电子控制式自动变速器的变速控制 而要求的转矩、进行牵引控制所要求的转矩、进行横滑防止控制所要求的 转矩等从车辆控制系统要求的转矩。第1转矩是始终或者长期对发动机要 求的转矩，与此相对，第2转矩是突发或者短期对发动机要求的转矩。因 而，运算单元204仅在实际需要那样的转矩的事件发生的情况下输出与想 要实现的转矩的大小相应的有效值，在没有发生那样的事件的期间输出无效值。无效值被设定成比发动机可输出的最大轴转矩大的值。

运算单元206算出自动变速器的变速比，向未图示的变速器控制器发 送指示变速比的信号。变速器控制器与动力传动系统管理器200、发动机 控制器100同样，作为ECU的1个功能而实现。从发动机控制器100向 运算单元206输入标志信号。在图中，标志信号记作“FLG”。标志信号是 表示正在切换运转模式的信号。在标志信号激活的期间，运算单元206将 自动变速器的变速比固定。即，在进行运转模式切换的期间，为了不使发 动机的运转状态大幅变化而禁止通过自动变速器进行的变速比的变更。

在满足了预定的条件时，运算单元208响应于此而将指示运转模式的 切换的中止的中止信号发送给发动机控制器100。在图中，中止信号记作 “Stop”。所谓预定的条件，是从动力传动系统管理器200发出使发动机的 运转状态大幅变化的要求。例如，在变更自动变速器的变速比的情况和/ 或为了进行催化剂的预热而对发动机发出与点火正时和/或燃料喷射量相 关的特别的要求的情况下，从运算单元208输出中止信号。

接着，对发动机控制器100的构成进行说明。在发动机控制器100与 动力传动系统管理器200之间设定有接口101、102、103、104。接口101 相当于本发明的要求转矩接收单元，在接口101中进行要求第1转矩的收 发。在接口102中进行中止信号的收发。在接口103中，进行标志信号的 收发。并且，在接口104中进行要求第2转矩的收发。

在图1的表示发动机控制器100的框内，通过框来示出发动机控制器 100所具备的各种功能中与3种致动器、即作为第1致动器的节气门2及 VVT8、作为第2致动器的喷射器4以及作为第3致动器的点火装置6的 协调操作相关的功能。对这些框中的各个框分配有运算单元。在ECU中 准备与各框对应的程序，通过处理器执行这些程序，在ECU中实现各运 算单元的功能。此外，在ECU具备多核处理器的情况下，能够将构成发 机控制器100的运算单元分散地分配给多个核。

发动机控制器100大致区分地话由3个大运算单元120、140、160构 成。大运算单元120计算针对发动机的各种控制用参数的值。控制用参数 中包括针对发动机的各种控制量的目标值。进而，目标值中，包括基于从 动力传动系统管理器200发送的要求值而计算的值和基于与发动机的运转 状态相关的信息而在大运算单元120的内部计算的值。此外，要求值是不 考虑发动机的状态而从动力传动系统管理器200单方面要求的控制量的 值，与此相对，目标值是基于由发动机的状态决定的可实现的范围而设定 的控制量的值。更具体而言，大运算单元120由4个运算单元122、124、 126、128构成。

运算单元122计算目标空燃比、假想空燃比、切换用目标效率以及切 换用目标第2转矩作为针对发动机的控制用参数。在图中，目标空燃比记 作“AFt”，假想空燃比记作“AFh”，切换用目标效率记作“ηtc”，切换用目 标第2转矩记作“TQ2c”。目标空燃比是在发动机实现的空燃比的目标值， 用于燃料喷射量的计算。另一方面，假想空燃比是给出转矩向空气量的变 换效率的参数，用于目标空气量的计算。切换用目标效率是用于运转模式 的切换的点火正时效率的目标值，用于目标空气量的计算。所谓点火正时 效率，意指实际输出的转矩相对于在点火正时为最佳点火正时时可输出的 转矩的比例，在点火正时为最佳点火正时时成为最大值即1。此外，所谓 最佳点火正时，基本上意指MBT(Minimum Advancefor Best Torque： 最大扭矩的最小点火提前角)，在设定了轻度爆震点火正时的情况下，意 指MBT和轻度爆震点火正时中更靠近延迟侧的点火正时。切换用目标第2 转矩是用于运转模式的切换的第2转矩的目标值，在运转模式的切换时用 于点火正时效率的计算的切换。通过由运算单元122计算的这些控制用参 数的值的组合，来执行运转模式的切换。对于由运算单元122进行的处理 的内容和运转模式的切换的关系后面详细说明。

对运算单元122，除了输入从动力传动系统管理器200要求的要求第1 转矩、要求第2转矩、中止信号之外，还输入发动机转速等与发动机的运 转状态相关的各种各样的信息。其中，用于判断运转模式的切换的时刻的 信息是要求第1转矩。要求第2转矩和中止信号是被用于判断是许可运转 模式的切换还是禁止运转模式的切换的信息。在输入了中止信号时以及输 入了有效的值的要求第2转矩时，运算单元122不执行与运转模式的切换 相关的处理。另外，运算单元122在运转模式的切换期间即正在执行用于 运转模式的切换的计算处理的期间，将前述的标志信号发送给动力传动系 统管理器200。

运算单元124计算为了维持当前的发动机的运转状态或者实现预定的 规定的运转状态所需的转矩中被分类成第1转矩的转矩作为针对发动机的 控制用参数。此处，将由运算单元124计算的转矩称作其他第1转矩。在 图中，其他第1转矩记作“TQ1etc”。其他第1转矩中，包括在发动机处于 怠速状态的情况下为了维持预定的怠速转速所需的转矩中处于仅通过空气 量的控制就能够实现的变动的范围内的转矩。运算单元124仅在实际上需要那样的转矩的情况下输出有效值，在不需要那样的转矩的情况下，算出 无效值。无效值被设定成比发动机可输出的最大图示转矩大的值。

运算单元126计算为了维持当前的发动机的运转状态或者实现预定的 规定的运转状态所需的转矩中被分类成第2转矩的转矩作为针对发动机的 控制用参数。此处，将由运算单元126计算的转矩称作其他第2转矩。在 图中，其他第2转矩记作“TQ2etc”。其他第2转矩中，包括在发动机处于 怠速状态的情况下为了维持预定的怠速转速所需的转矩中为了实现该转矩 而需要进行点火正时的控制的转矩。运算单元126仅在实际需要那样的转矩的情况下输出有效值，在不需要那样的转矩的情况下算出无效值。无效 值被设定成比发动机可输出的最大图示转矩大的值。

运算单元128计算为了维持当前的发动机的运转状态或者实现预定的 规定的运转状态所需的点火正时效率作为针对发动机的控制用参数。此处， 将由运算单元128计算的点火正时效率称作其他效率。在图中，其他效率 记作“ηetc”。其他效率中，包括在发动机启动时为了预热排气净化用催化 剂所需的点火正时效率。点火正时效率越低，则通过燃料的燃烧而产生的 能量中变换为转矩的能量越少，相应地，多出的能量与排气一起向排气通路排出而使用于排气净化用催化剂的预热。此外，在不需要实现那样的效 率的期间，从运算单元128输出的效率的值被保持为最大值即1。

从以上那样构成的大运算单元120输出要求第1转矩、其他第1转矩、 目标空燃比、假想空燃比、切换用目标效率、其他效率、要求第2转矩、 切换用目标第2转矩、其他第2转矩。这些控制用参数被输入大运算单元 140。此外，从动力传动系统管理器200要求的要求第1转矩和要求第2 转矩是轴转矩，而在大运算单元120中将其修正为图示转矩。要求转矩向 图示转矩的修正通过相对于要求转矩加上或者减去摩擦转矩、辅机驱动转 矩以及泵损失来进行。此外，对于在大运算单元120的内部计算的切换用 目标第2转矩等转矩，均作为图示转矩而计算。

接着，对大运算单元140进行说明。如上述那样，从大运算单元120 输出各种各样的发动机控制用参数。其中，要求第1转矩和其他第1转矩 是针对属于相同范畴的控制量的要求，不可能同时成立。同样，要求第2 转矩、其他第2转矩以及切换用目标第2转矩是针对属于相同范畴的控制 量的要求，不可能同时成立。同样，切换用目标效率和其他效率是针对属 于相同范畴的控制量的要求，不可能同时成立。因而，需要按控制量的范 畴进行调解这一处理。此处所说的调解，例如是最大值选择、最小值选择、 平均或者叠加等用于从多个数值得到1个数值的计算处理，也可以适当组 合多种计算处理。为了按控制量的范畴实施这样的调解，在大运算单元140 中准备了3个运算单元142、144、146。

运算单元142构成为调解第1转矩。对运算单元142输入要求第1转 矩和其他第1转矩。运算单元142对其进行调解，将调解后的转矩作为最 终决定的目标第1转矩而输出。在图中，最终决定的目标第1转矩记作 “TQ1t”。作为运算单元142中的调解方法，使用最小值选择。因此，在没 有从运算单元124输出有效值的情况下，从动力传动系统管理器200要求的要求第1转矩被算出为目标第1转矩。

运算单元144构成为对点火正时效率进行调解。对运算单元144输入 切换用目标效率和其他效率。运算单元144对其进行调解，将调解后的效 率作为最终决定的目标效率而输出。在图中，最终决定的目标效率记作 “ηt”。作为运算单元144中的调解方法，使用最小值选择。从燃料经济性 能的观点出发，优选点火正时效率为作为最大值的1。因而，只要没有特 别的事件，由运算单元122计算的切换用目标效率和由运算单元128计算 的其他效率都保持为作为最大值的1。因此，从运算单元144输出的目标 效率的值基本上是1，仅在产生了某种事件的情况下选择比1小的值。

运算单元146构成为对第2转矩进行调解。对运算单元146输入要求 第2转矩、其他第2转矩以及切换用目标第2转矩。运算单元146对其进 行调解，将调解后的转矩作为最终决定的目标第2转矩而输出。在图中， 最终决定的目标第2转矩记作“TQ2t”。作为运算单元146的调解方法，使 用最小值选择。第2转矩，包括切换用目标第2转矩，基本上是无效值，仅在发生了特定的事件的情况下被切换成表示想要实现的转矩的大小的有 效值。因此，从运算单元146输出的目标第2转矩也基本上是无效值，仅 在产生了某些事件的情况下选择有效值。

从以上那样构成的大运算单元140，输出目标第1转矩、目标效率、 假想空燃比、目标空燃比以及目标第2转矩。这些控制用参数被输入到大 运算单元160。

大运算单元160相当于发动机的逆模型，由通过映射和/或函数表示的 多个模型构成。用于协调操作的各致动器2、4、6、8的操作量由大运算单 元160算出。从大运算单元140输入的控制用参数中，目标第1转矩和目 标第2转矩均作为针对发动机的转矩的目标值而被处理。但是，目标第2 转矩优先于目标第1转矩。在大运算单元160中，以在目标第2转矩为有 效值的情况下实现目标第2转矩、在目标第2转矩为无效值的情况下实现 目标第1转矩的方式，进行各致动器2、4、6、8的操作量的计算。操作量 的计算以实现目标转矩的同时还实现目标空燃比和目标效率的方式进行。 即，在本实施方式的控制装置中，作为发动机的控制量而使用转矩、效率 以及空燃比，基于这3种控制量的目标值实施空气量控制、点火正时控制 以及燃料喷射量控制。

大运算单元160由多个运算单元162、164、166、168、170、172、174、 176、178构成。这些运算单元中与空气量控制相关的是运算单元162、164、 166、178，与点火正时控制相关的是运算单元168、170、172，与燃料喷 射量控制相关的是运算单元174、176。以下，从与空气量控制相关的运算 单元起，依次对各运算单元的功能进行说明。

对运算单元162输入目标第1转矩、目标效率以及假想空燃比。运算 单元162相当于本发明中的目标空气量算出单元，使用目标效率和假想空 燃比，根据目标第1转矩倒推用于实现目标第1转矩的目标空气量。在该 计算中，目标效率以及假想空燃比被用作给出空气量向转矩的变换效率的 参数。此外，在本发明中，空气量是被吸入缸内的空气的量，将其无量纲 化而得到的填充效率或者负荷率处于本发明中的空气量的等同的范围内。

运算单元162首先通过将目标第1转矩除以目标效率来算出空气量控 制用目标转矩。在目标效率比1小的情况下，空气量控制用目标转矩变得 比目标第1转矩大。这意味着要求致动器2、8的空气量控制能够潜在地输 出比目标第1转矩大的转矩。另一方面，在目标效率为1的情况下，目标 第1转矩直接作为空气量控制用目标转矩而被算出。

运算单元162接着使用转矩-空气量变换映射来将空气量控制用目标转 矩变换为目标空气量。转矩-空气量变换映射是以点火正时处于最佳点火正 时为前提、且转矩与空气量以包括发动机转速和空燃比的各种发动机状态 量为关键词而相关联的映射。该映射基于对发动机进行试验而得到的数据 而作成。转矩-空气量变换映射的检索中使用发动机状态量的实际值和/或 目标值。关于空燃比，假想空燃比被用于映射检索。因此，在运算单元162 中，算出在假想空燃比下实现空气量控制用目标转矩所需的空气量作为目 标空气量。在图中，目标空气量记作“KLt”。

运算单元164根据目标空气量倒推作为进气管压力的目标值的目标进 气管压力。在目标进气管压力的计算中，使用记载有经过进气门而被取入 缸内的空气量与进气管压力的关系的映射。空气量和进气管压力的关系根 据气门正时变化，所以在目标进气管压力的计算中，根据当前的气门正时 决定上述映射的参数值。在图中，目标进气管压力记作“Pmt”。

运算单元166基于目标进气管压力算出作为节气门开度的目标值的目 标节气门开度。在目标节气门开度的计算中，使用气体模型的逆模型。气 体模型是将针对节气门2的动作的进气管压力的响应特性模型化而得到的 物理模型，所以通过使用其逆模型，能够根据目标进气管压力倒推用于实 现目标进气管压力的目标节气门开度。在图中，目标节气门开度记作“TA”。 由运算单元166计算出的目标节气门开度被变换为驱动节气门2的信号而经由ECU的接口111向节气门2发送。运算单元164、166相当于本发明 中的第1致动器控制单元。

运算单元178基于目标空气量算出作为气门正时的目标值的目标气门 正时。目标气门正时的计算中，使用将空气量与气门正时以发动机转速为 自变量而相关联的映射。目标气门正时是在当前的发动机转速下实现目标 空气量的最佳的VVT8的变位角，其具体值通过按空气量以及按发动机转 速的匹配而决定。但是，在目标空气量以快的速度大幅增大的加速时，为 了使实际空气量以最大的速度增大来跟随目标空气量，向比根据映射决定的气门正时靠提前侧来修正目标气门正时。在图中，目标气门正时记作 “VT”。由运算单元178计算出的目标气门正时被变换为驱动VVT8的信号 而经由ECU的接口112向VVT8发送。运算单元178也相当于本发明中 的第1致动器控制单元。

接着，对与点火正时控制相关的运算单元的功能进行说明。运算单元 168基于由上述空气量控制实现的实际的节气门开度和气门正时来算出推 定转矩。本说明书中的推定转矩，意指在当前的节气门开度、气门正时以 及目标空燃比下将点火正时设置成最佳点火正时的情况下所能够输出的转 矩。运算单元168首先使用前述的气体模型的顺模型来根据节气门开度的 计测值和气门正时的计测值算出推定空气量。推定空气量是由当前的节气 门开度和气门正时实际实现的空气量的推定值。接着，使用转矩-空气量变 换映射将推定空气量变换为推定转矩。在转矩-空气量变换映射的检索中使 用目标空燃比作为检索关键词。在图中，推定转矩记作“TQe”。

对运算单元170输入目标第2转矩和推定转矩。运算单元170基于目 标第2转矩和推定转矩算出作为点火正时效率的指示值的指示点火正时效 率。指示点火正时效率表示为目标第2转矩相对于推定转矩的比例。但是， 对指示点火正时效率设定有上限，在目标第2转矩相对于推定转矩的比例 超过1的情况下，指示点火正时效率的值被设为1。在图中，指示点火正 时效率记作“ηi”。

运算单元172根据指示点火正时效率算出点火正时。详细而言，基于 发动机转速、要求转矩、空燃比等发动机状态量算出最佳点火正时，并且 根据指示点火正时效率算出相对于最佳点火正时的延迟量。若指示点火正 时效率是1，则将延迟量设为零，指示点火正时效率比1小得越多则延迟 量设为越大。然后，算出将最佳点火正时与延迟量相加得到的正时作为最 终的点火正时。但是，最终的点火正时被延迟界限保护限制。所谓延迟界 限，是保证不产生失火的延迟程度最大的点火正时，延迟界限保护以使得 点火正时不会超过延迟界限地延迟的方式保护最终的点火正时。此外，最 佳点火正时的计算中，能够使用将最佳点火正时与各种的发动机状态量相 关联的映射。延迟量的计算中，能够使用将延迟量与点火正时效率及各种 发动机状态量相关联的映射。在这些映射的检索中，使用目标空燃比作为 检索关键词。在图中，点火正时记作“SA”。由运算单元172计算出的点火 正时被变换成驱动点火装置6的信号而经由ECU的接口113向点火装置6 发送。运算单元168、170、172相当于本发明中的第3致动器控制单元。

接着，对与燃料喷射量控制相关的运算单元的功能进行说明。运算单 元174使用前述的气体模型的顺模型来根据节气门开度的计测值和气门正 时的计测值算出推定空气量。由运算单元174算出的推定空气量优选是在 进气门关闭的正时预测的空气量。将来的空气量例如能够通过从目标节气 门开度的计算起在输出该目标节气门开度之前设定推迟时间，根据目标节 气门开度进行预测。在图中，推定空气量记作“KLe”。

运算单元176根据目标空燃比和推定空气量来计算实现目标空燃比所 需的燃料喷射量即燃料供给量。燃料喷射量的计算在各气缸中燃料喷射量 的算出时刻到来时执行。在图中，燃料喷射量记作“TAU”。由运算单元176 计算出的燃料喷射量被变换为驱动喷射器4的信号而经由ECU的接口114 向喷射器4发送。运算单元174、176相当于本发明中的第2致动器控制单 元。

以上是本实施方式的ECU的逻辑的概要。接着，对本实施方式的ECU 的主要部分即运算单元122进行详细说明。

在图2中，由框图示出运算单元122的逻辑。在图2中表示运算单元 122的框内，由框示出运算单元122所具备的各种功能中与运转模式的切 换相关的功能。对这些框中的各个框分配有运算单元。在ECU中准备与 各框对应的程序，通过处理器执行这些程序而在ECU中实现各运算单元 的功能。此外，在ECU具备多核处理器的情况下，能够将构成运算单元122的运算单元402、404、406、408、410分散地分配给多个核。

首先，对运算单元402进行说明。运算单元402算出针对转矩的基准 值。基准值是成为稀模式和化学当量模式的分界的转矩，从燃料经济性能、 排气性能、进而驾驶性能的观点出发，最佳的值按发动机的转速而匹配。 运算单元402参照预先准备的映射来算出与发动机转速相适合的基准值。 在图中，基准值记作“Ref”。

接着，对运算单元404进行说明。对运算单元404输入要求第1转矩。 进而，由运算单元402算出的基准值设定给运算单元404。运算单元404 基于所输入的要求第1转矩与基准值的关系来变更用于目标空气量的计算 的假想空燃比的值。更详细而言，运算单元404将假想空燃比从第1空燃 比向第2空燃比或者从第2空燃比向第1空燃比切换。第1空燃比是理论 空燃比(例如，14.5)。在图中，第1空燃比记作“AF1”。第2空燃比是比 第1空燃比稀的空燃比，被设定成某一定值(例如，22.0)。在图中，第2 空燃比记作“AF2”。运算单元404相当于本发明中的假想空燃比变更单元。 在要求第1转矩比基准值大的期间，运算单元404对要求第1转矩比基准 值大这一情况进行响应而将假想空燃比设定成第1空燃比。当要求第1转矩与驾驶员的减速要求相应地减少而最终要求第1转矩低于基准值时，运 算单元404对要求第1转矩向基准值以下的减少进行响应而将假想空燃比 从第1空燃比向第2空燃比切换。

接着，对运算单元406进行说明。对运算单元406输入要求第1转矩。 运算单元406使用转矩-空气量变换映射来将要求第1转矩变换为空气量。 转矩-空气量变换映射的检索中，使用第1空燃比与第2空燃比的中间的空 燃比，即，使用作为比第1空燃比稀且比第2空燃比浓的空燃比的第3空 燃比。在图中，第3空燃比记作“AF3”。因此，在运算单元406中，算出 在第3空燃比下实现要求第1转矩所需的空气量。以下，将由运算单元406 算出的空气量称作中间空气量，在图中记作“KLi”。

接着，对运算单元408进行说明。运算单元408与运算单元406一起 构成本发明的目标空燃比切换单元。运算单元408中，作为目标空燃比的 既定值，预先设定有在化学当量模式下使用的第1空燃比和在稀模式下使 用的第2空燃比。还预先设定有作为中间空燃比的第3空燃比。第3空燃 比的具体值基于与点火正时的延迟界限的关系和/或与排气性能的关系而 适当地决定。对运算单元408输入由运算单元404决定的假想空燃比、由 运算单元406算出的中间空气量、由运算单元162算出的目标空气量的前 一步骤值以及由运算单元174算出的推定空气量的前一步骤值。

运算单元408在检测到从运算单元404输入的假想空燃比被从第1空 燃比切换到第2空燃比时，按每个控制步骤实施中间空气量与推定空气量 的比较。在假想空燃比刚从第1空燃比切换成第2空燃比后，推定空气量 成为比中间空气量小的值。最终，在推定空气量达到中间空气量时，运算 单元408将目标空燃比从第1空燃比向第3空燃比切换。接着，运算单元 408按每个控制步骤实施目标空气量与推定空气量的差的计算。并且，在 推定空气量充分接近目标空气量后，具体而言，在目标空气量与推定空气 量的差成为了预定的阈值以下后，运算单元408将目标空燃比从第3空燃 比向第2空燃比切换。即，在假想空燃比从第1空燃比向第2空燃比的切 换后，目标空燃比从第1空燃比暂时切换为作为中间空燃比的第3空燃比， 经第3空燃比而向第2空燃比切换。通过目标空燃比的切换，运转模式从 化学当量模式向稀模式切换。

最后，对运算单元410进行说明。运算单元410计算切换用目标第2 转矩。如前述那样，切换用目标第2转矩与要求第2转矩和/或其他第2转 矩一起被输入到运算单元146，由运算单元146选择其中的最小值。要求 第2转矩、其他第2转矩通常是无效值，仅在产生了特定的事件的情况下 切换成有效值。对于切换用目标第2转矩也是同样的，运算单元410通常将切换用目标第2转矩的输出值设为无效值。

对运算单元410输入要求第1转矩、目标空燃比以及假想空燃比。根 据运算单元404、408的逻辑，目标空燃比与假想空燃比在运转模式切换前 一致，在切换处理的完成后也一致。但是，在运转模式的切换处理的中途， 在目标空燃比与假想空燃比之间产生偏离。运算单元410仅在目标空燃比 与假想空燃比之间产生了偏离的期间，算出具有有效值的切换用目标第2 转矩。此处，作为切换用目标第2转矩的有效值而使用的是要求第1转矩。 即，在目标空燃比与假想空燃比之间产生了偏离的期间，从运算单元410 输出要求第1转矩作为切换用目标第2转矩。

以上是运算单元122的逻辑、即本实施方式所采用的运转模式的切换 的逻辑的详情。接着，对于按照上述逻辑执行发动机控制的情况下的控制 结果，与比较例的控制结果对比进行说明。在比较例中，在图1所示的控 制装置的逻辑中，在假想空燃比从第1空燃比向第2空燃比的变更后，将 目标空燃比从第1空燃比直接向第2空燃比切换。

图3是示出本实施方式的ECU的控制结果的表象的时间图。图4是 示出比较例的表象的时间图。在图3和图4的每个图中，第1阶的图示出 转矩的时间变化。如前述那样，“TQ1r”是要求第1转矩，“TQ2c”是切换 用目标第2转矩，“TQe”是推定转矩。此外，设为此处要求第1转矩成为 最终的目标第1转矩，切换用目标第2转矩成为最终的目标第2转矩。另外，与这些转矩不同，图中由虚线示出实际转矩。但是，实际转矩在实际 的发动机控制中不被计测。图中描绘的实际转矩的线是由试验结果支持的 图线。

图3和图4中的第2阶的图示出空气量的时间变化。如前述那样，“KLt” 是目标空气量，“KLe”是推定空气量，“KLi”是中间空气量。图中由虚线 示出这些空气量和实际空气量。其中，实际空气量在实际的发动机控制中 不被计测。图中描绘的实际空气量的线是由试验结果支持的图线。

图3和图4中的第3阶的图示出切换用目标效率的时间变化。如前述 那样，“ηtc”是切换用目标效率。此外，设为此处切换用目标效率成为最终 的目标效率。

图3和图4中的第4阶的图示出指示点火正时效率的时间变化。如前 述那样，“ηi”是指示点火正时效率。

图3和图4中的第5阶的图示出点火正时的时间变化。如前述那样， “SA”是点火正时。图中由双点划线示出点火正时的延迟界限。另外，在图 4中，由虚线示出没有被延迟界限保护的情况下的点火正时的时间变化。

图3和图4中的第6阶的图示出空燃比的时间变化。如前述那样，“AFt” 是目标空燃比，“AFh”是假想空燃比。另外，“AF1”是第1空燃比，“AF2” 是第2空燃比，“AF3”是第3空燃比。并且，在图3和图4中的第7阶的 图中示出实际空燃比的时间变化。

首先，从图4所示的比较例的控制结果进行考察。根据比较例，在目 标空燃比从第1空燃比向第2空燃比的切换之前，假想空燃比从第1空燃 比向第2空燃比切换。通过该切换，目标空气量阶段性地增大到与第2空 燃比相应的空气量，实际空气量也以跟随目标空气量的方式大幅增大。通 过如此在目标空燃比的切换之前使目标空气量增大，能够在目标空燃比的 切换时刻之前使空气量增大到与第2空燃比相应的量。

空气量会比实现要求第1转矩所需的空气量多出使目标空气量先于目 标空燃比的切换而增大的量。根据图1所示的逻辑，由空气量的过剩引起 的转矩的增加通过由点火正时的延迟引起的转矩的减少而抵消。然而，由 于用于防止失火的引导功能，点火正时被延迟界限限制，所以不能使点火 正时延迟所需的量，变得不能避免由空气量的过剩引起的转矩的增大。其 结果，在图4所示的比较例中，实际转矩暂时相对于要求第1转矩过剩， 有损于与驾驶员的减速要求对应的转矩的平滑的减少。

接着，基于图3说明由本实施方式采用的逻辑的控制结果。减速时， 在要求第1转矩下降到记作“Ref”的基准值的等级之前，目标空燃比和假想 空燃比都被维持为作为理论空燃比的第1空燃比。因而，根据要求第1转 矩和假想空燃比算出的目标空气量与要求第1转矩的减少连动地减少。这 期间的切换用目标第2转矩，在目标空燃比与假想空燃比一致时响应于此 而被设为无效值。若切换用目标第2转矩是无效值，则指示点火正时效率 成为1，所以点火正时维持为最佳点火正时。此外，在图中点火正时与要 求第1转矩的减少相应地变化，但这是与最佳点火正时根据发动机转速和/ 或空气量变化对应的变化。

在要求第1转矩低于基准值时，仅假想空燃比从第1空燃比向第2空 燃比切换。即，目标空燃比维持为理论空燃比，另一方面，假想空燃比阶 段性地被稀化。在作为稀的空燃比的第2空燃比下的运转中，需要比作为 理论空燃比的第1空燃比下的运转所需的空气量多的空气量。因而，通过 将目标空气量的计算所使用的假想空燃比阶段性地向第2空燃比切换，在 该切换的时刻目标空气量也会阶段性地增大。但是，从致动器动作到空气 量变化为止存在响应延迟，所以实际的空气量和作为其推定值的推定空气 量不会阶段性地增大，而是延迟于目标空气量而增大，最终，实际空气量 和推定空气量达到中间空气量，在该时刻，目标空燃比被从第1空燃比切 换为第3空燃比。实际空气量和推定空气量进一步增大而逐渐收敛于目标 空气量，最终，目标空气量与推定空气量的差成为阈值以下。在该时刻，目标空燃比被从第3空燃比切换成第2空燃比。

从要求第1转矩低于基准值而目标空燃比与假想空燃比偏离起、到目 标空燃比与假想空燃比再次一致为止的期间，切换用目标第2转矩被设为 与是有效值的要求第1转矩相同的值。另一方面，基于推定空气量和目标 空燃比计算的推定转矩在目标空燃比被维持为第1空燃比的期间，伴随由 假想空燃比从第1空燃比向第2空燃比的切换引起的推定空气量的增大， 与要求第1转矩相比较而逐渐增大。但是，由于目标空燃比从第1空燃比 向作为更稀的空燃比的第3空燃比切换，推定转矩阶段性地减少。目标空 燃比从第1空燃比向第3空燃比的切换在推定空气量达到了在第3空燃比 下能够实现要求第1转矩的空气量的时刻进行，所以刚切换目标空燃后的 推定转矩与要求第1转矩一致。其后，伴随推定空气量朝向目标空气量进 一步增大，推定转矩再次与要求第1转矩相比逐渐变大。不久，推定空气 量收敛于目标空气量，目标空燃比被从第3空燃比切换成第2空燃比，由 此，推定转矩阶段性地减少而与要求第1转矩一致。

从目标空燃比与假想空燃比偏离起、到目标空燃比与假想空燃比再次 一致的期间，相对于要求第1转矩，推定转矩如上述那样变化，作为其结 果，切换用目标第2转矩相对于推定转矩的比率即指示点火正时效率成为 比1小的值。详细而言，从假想空燃比被从第1空燃比切换成第2空燃比 起、到目标空燃比被从第1空燃比切换成第3空燃比的期间，指示点火正 时效率单调减少。然后，在目标空燃比被从第1空燃比切换成第3空燃比 的时刻返回1。其后，在到目标空燃比被从第3空燃比切换成第2空燃比 为止的期间，指示点火正时效率再次单调减少。

指示点火正时效率决定点火正时。指示点火正时效率的值越小，则点 火正时相对于最佳点火正时的延迟量越大。从假想空燃比从第1空燃比切 换成第2空燃比起、到目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比为止的 期间，点火正时对指示点火正时效率的减少进行响应而单调延迟。但是， 对在目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比的时刻指示点火正时效率 返回1进行响应，点火正时再次返回最佳点火正时。然后，在到目标空燃 比从第3空燃比切换成第2空燃比为止的期间，点火正时对指示点火正时 效率的减少进行响应而再次单调延迟。

在之前说明的比较例中，在正在进行运转模式的切换的转变期间，要 求使点火正时持续地单调延迟。但是，对点火正时设定有延迟界限，不允 许超过延迟界限地使点火正时延迟。其结果，无法通过点火正时的延迟充 分地抵消由空气量的过剩引起的转矩的增大。与此相对，根据本实施方式 所采用的逻辑，在转变期间，点火正时并非持续地单调延迟，而是在中途 暂时返回最佳点火正时，再次以最佳点火正时为出发点单调延迟。根据这样的点火正时的操作，点火正时不会大幅延迟到达到延迟界限，由空气量 的过剩引起的转矩的增加能够通过由点火正时的延迟引起的转矩的减少而 可靠地抵消。因而，根据本实施方式所采用的逻辑，能够不产生转矩的变 动地将运转模式从第1空燃比下的运转向第2空燃比下的运转切换。

[实施方式2]

接着，参照附图对本发明的实施方式2进行说明。

实施方式2和实施方式1相比，运算单元408的逻辑存在不同。包含 运算单元408的运算单元122的整体逻辑与实施方式1是共通的，本实施 方式的运算单元122的逻辑也能够由图2表示。另外，ECU的整体的逻辑 与实施方式1是共通的，本实施方式的ECU的逻辑也能够由图1表示。

图5是示出本实施方式的运算单元408的逻辑的时间图。图5中的第 1阶的图示出要求第1转矩的时间变化。第2阶的图示出目标空气量、推 定空气量、中间空气量以及最小空气量的各时间变化。最小空气量是在第 3空燃比下使失火不产生的空气量的最小值。在图中，最小空气量记作 “KLmf”。第3阶的图示出假想空燃比和目标空燃比的各时间变化。

本实施方式的运算单元408基于发动机转速和/或进气温度等与失火相 关的多个条件计算最小空气量。运算单元408在检查到假想空燃比从第1 空燃比切换成第2空燃比后，按每个控制步骤实施中间空气量与推定空气 量的比较，并且按每个控制步骤实施最小空气量与推定空气量的比较。然 后，在推定空气量成为中间空气量以上、且推定空气量成为了最小空气量 以上的时刻，运算单元408将目标空燃比从第1空燃比向第3空燃比切换。运算单元408的最小空气量的计算在从假想空燃比从第1空燃比切换成第 2空燃比起、到将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比为止，按每 个控制步骤实施。将目标空燃比向第3空燃比切换后的处理与实施方式1 的处理没有什么不同。在目标空气量与推定空气量的差成为了预定的阈值 以下的时刻，运算单元408将目标空燃比从第3空燃比向第2空燃比切换。

根据本实施方式所采用的运转模式的切换逻辑，能够防止在将目标空 燃比切换成第3空燃比时因空气量的不足而产生失火。此外，在最小空气 量比中间空气量小的情况下，可得到与实施方式1的控制结果同样的控制 结果。

[实施方式3]

接着，参照附图对本发明的实施方式3进行说明。

实施方式3和实施方式1、2相比，运算单元408的逻辑存在不同。包 含运算单元408的运算单元122的整体逻辑与实施方式1是共通的，本实 施方式的运算单元122的逻辑也能够由图2表示。另外，ECU的整体的逻 辑与实施方式1是共通的，本实施方式的ECU的逻辑也能够由图1表示。

根据实施方式1的逻辑，在点火正时达到延迟界限之前目标空燃比被 切换成第3空燃比之后，点火正时被延迟到最佳点火正时。但是，因特殊 的运转条件和/或发动机的个体差，有可能在目标空燃比向第3空燃比切换 之前点火正时达到延迟界限。对本实施方式的运算单元408，追加用于应 对这样的情况的功能。

本实施方式的运算单元408在运转模式的转变期间内点火正时被延迟 到延迟界限的情况下，计算在将空燃比设定为第3空燃比且将点火正时设 定为最佳点火正时的情况下，由当前的推定空气量所能够实现的转矩(以 下，记作转矩A)。另外，计算在将空燃比维持为第1空燃比且将点火正 时维持为延迟界限的情况下由当前的推定空气量所能够实现的转矩(以下， 记作转矩B)。然后，分别计算转矩A相对于要求第1转矩的不足量和转 矩B相对于要求第1转矩的过剩量，判定不足量和过剩量哪个小。若不足 量更小，则运算单元408立即将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃 比。另一方面，若过剩量更小，则运算单元408将目标空燃比维持为第1 空燃比，等待推定空气量达到中间空气量而将目标空燃比从第1空燃比切 换成第3空燃比。将目标空燃比向第3空燃比切换后的处理与实施方式1 的处理没什么区别。在目标空气量与推定空气量的差成为预定的阈值以下 的时刻，运算单元408将目标空燃比从第3空燃比向第2空燃比切换。

接着，对于按照由本实施方式采用的运转模式的切换的逻辑执行发动 机控制的情况下的控制结果，基于示出其表象的时间图进行说明。

图6和图7是示出本实施方式的ECU的控制结果的表象的时间图。 图6和图7的任一个中，都示出在目标空燃比被切换成第3空燃比之前点 火正时达到延迟界限的情况下控制结果。各时间图由多阶的图构成，但是 在各图中示出的内容与图3的时间图的情况是共通的。

首先，根据图6进行说明。图6所示的控制结果是判断为转矩A相对 于要求第1转矩的不足量比转矩B相对于要求第1转矩的过剩量小的情况 下的控制结果。在该情况下，在点火正时被延迟到延迟界限之后，目标空 燃比立即从第1空燃比切换成第3空燃比。在该时刻，推定空气量没有达 到中间空气量，所以通过目标空燃比向第3空燃比切换，推定转矩变得比 要求第1转矩小，指示点火正时效率返回1。由此，点火正时会从延迟界 限阶段性地提前到最佳点火正时。作为这样控制目标空燃比和点火正时的 结果，在目标空燃比向第3空燃比切换的时刻，实际转矩和推定转矩相对 于要求第1转矩暂时减少。在推定空气量超过了中间空气量后，推定转矩 会超过要求第1转矩，但由于点火正时的延迟有效地发挥作用，可避免实 际转矩相对于要求第1转矩的增大。

接着，对图7进行说明。图7所示的控制结果是判断为转矩B相对于 要求第1转矩的过剩量比转矩A相对于要求第1转矩的不足量小的情况下 的控制结果。在该情况下，在点火正时被延迟到延迟界限后，目标空燃比 也维持为第1空燃比，点火正时粘附于延迟界限。其结果，实际转矩暂时 相对于要求第1转矩过剩。其后，在推定空气量达到中间空气量后，目标 空燃比从第1空燃比向第3空燃比切换，伴随于此，点火正时阶段性地提 前到最佳点火正时。由此，实际转矩再次与要求第1转矩一致。其后，由 于点火正时的延迟有效地发挥作用，可避免实际转矩相对于要求第1转矩 的增大。

如以上那样，根据本实施方式所采用的逻辑，即使在点火正时达到延 迟界限的情况下，也能够使实际转矩相对于要求第1转矩的偏离止于最小 限而抑制伴随运转模式的切换处理的转矩的变动。

[实施方式4]

接着，参照附图对本发明的实施方式4进行说明。

在本实施方式中作为控制对象的发动机是火花点火式的4冲程往复发 动机，且是具备涡轮增压器的增压稀燃发动机。由控制该发动机的运转的 ECU操作的致动器中，除了节气门、VVT、点火装置以及喷射器之外，还 包括设置于涡轮增压器的排气泄压阀(以下，WGV)。WGV是使涡轮增 压器的增压特性变化的增压特性可变致动器。涡轮增压器的增压特性使空 气量变化，所以WGV与节气门、VVT相同，包含于使空气量变化的第1 致动器。

在图5中，由框图示出本实施方式的ECU的逻辑。ECU包括发动机 控制器100和动力传动系统管理器200。在表示动力传动系统管理器200 的框内，由框示出动力传动系统管理器200所具备的各种功能。其中，在 表示与实施方式1的ECU共通的功能的框中，附上共通的符号。另外， 在表示发动机控制器100的框内，由框示出发动机控制器100所具备的各 种功能中与致动器的协调操作相关的功能。其中，在表示与实施方式1的 ECU共通的功能的框中，附上共通的符号。以下，以与实施方式1的不同 点，即表示增压稀燃发动机的控制所特有的功能的框为中心进行说明。

本实施方式的动力传动系统管理器200除了与实施方式1共通的运算 单元202、204、206、208之外，还具备运算单元210。运算单元210计算 要求第3转矩并将其发送给发动机控制器100。在图中，要求第3转矩记 作“TQ3r”。第3转矩是与第1转矩同样的始终或者长期对发动机要求的转 矩。第3转矩和第1转矩的关系与第1转矩和第2转矩的关系类似。即，在从第1转矩侧观察的情况下，第1转矩是紧急性或者优先级比第3转矩 高、对发动机要求高响应性的种类的转矩，即要求在更早的时刻实现的种 类的转矩。要求第3转矩是动力传动系统管理器200对发动机要求的第3 转矩的要求值。若将由动力传动系统管理器200计算的3种要求转矩按紧 急性或者优先级的顺序、即对发动机要求的响应性从高到低排列，则成为 要求第2转矩、要求第1转矩、要求第3转矩的顺序。运算单元210基于 对加速器踏板的开度进行响应的信号来计算要求第3转矩。在本实施方式 中，要求第3转矩和要求第1转矩相当于本发明中的要求转矩。也可以将 从要求第1转矩暂时除去转矩下降方向的脉冲成分所得到的转矩设为要求 第3转矩。

本实施方式的发动机控制器100与实施方式1同样，由3个大运算单 元120、140、160构成。大运算单元120除了与实施方式1共通的运算单 元122、124、126、128之外，还具备运算单元130。作为针对发动机的控 制用参数，运算单元130计算为了维持当前的发动机的运转状态或者实现 预定的规定的运转状态所需的转矩中被分类成第3转矩的转矩。此处，将 由运算单元130计算的转矩称作其他第3转矩。在图中，其他第3转矩记 作“TQ3etc”。运算单元130仅在实际上需要那样的转矩的情况下输出有 效值，在不需要那样的转矩的期间算出无效值。无效值被设定成比发动机 可输出的最大图示转矩大的值。

本实施方式的大运算单元140除了与实施方式1共通的运算单元142、 144、146之外，还具备运算单元148。运算单元148构成为对第3转矩进 行调解。对运算单元148输入要求第3转矩和其他第3转矩。运算单元148 对其进行调解，将调解后的转矩作为最终决定的目标第3转矩而输出。在 图中，最终决定的目标第3转矩记作“TQ3t”。作为运算单元148中的调 解方法，使用最小值选择。因此，在没有从运算单元130输出有效值的情 况下，从动力传动系统管理器200要求的要求第3转矩被算出为目标第3 转矩。

本实施方式的大运算单元160将从大运算单元140输入的目标第1转 矩、目标第2转矩以及目标第3转矩都作为针对发动机的转矩的目标值而 进行处理。因而，本实施方式的大运算单元160取代实施方式1的运算单 元162而具备运算单元182，取代实施方式1的运算单元164而具备运算 单元184。

对运算单元182输入目标第1转矩和目标第3转矩，并且输入目标效 率和假想空燃比。运算单元182相当于本发明中的目标空气量算出单元。 运算单元182通过与实施方式1的运算单元162共通的方法，使用目标效 率和假想空燃比，根据目标第1转矩倒推用于实现目标第1转矩的目标空 气量(以下，目标第1空气量)。在图中，目标第1空气量记作“KL1t”。在本实施方式中，在由运算单元178进行的目标气门正时的计算中，使用 目标第1空气量。

另外，与目标第1空气量的计算并行地，运算单元182使用目标效率 和假想空燃比，根据目标第3转矩倒推用于实现目标第3转矩的目标空气 量(以下，目标第3空气量)。在图中，目标第3空气量记作“KL3t”。 在目标第3空气量的计算中，目标效率和假想空燃比也被用作给出空气量 向转矩的变换效率的参数。在目标第1空气量的计算中，若假想空燃比的 值如实施方式1那样变更，则在目标第3空气量的计算中假想空燃比的值 也同样地变更。

运算单元184通过与实施方式1的运算单元164共通的方法，根据目 标第1空气量倒推目标进气管压力。在图中，目标进气管压力记作“Pmt”。 目标进气管压力用于由运算单元166进行的目标节气门开度的计算。

另外，运算单元184与目标进气管压力的计算并行地，根据目标第3 空气量倒推目标增压压力。在图中，目标增压压力记作“Pct”。在目标增 压压力的计算中，首先，以与计算目标进气管压力的情况共通的方法，将 目标第3空气量变换成进气管压力。然后，在将目标第3空气量变换而得 到的进气管压力加上保留压力，算出其合计值而作为目标增压压力。保留 压力是增压压力相对于进气管压力的最低限的余裕。此外，保留压力可以 是固定值，但例如也可以与进气管压力连动地变化。

本实施方式的大运算单元160还具备运算单元186。运算单元186基 于目标增压压力算出作为排气泄压阀开度的目标值的目标排气泄压阀开 度。在图中，目标排气泄压阀开度记作“WGV”。在目标排气泄压阀开度 的计算中，使用将增压压力与排气泄压阀开度相关联的映射或者模型。由 运算单元186计算出的目标排气泄压阀开度被变换成驱动WGV10的信号 而经由ECU的接口115向WGV10发送。运算单元186也相当于本发明 中的第1致动器控制单元。此外，作为WGV10的操作量，也可以不是排 气泄压阀开度，而是驱动WGV10的螺线管的占空比。

根据以上那样构成的ECU，通过协调操作包括WGV10的多个致动器 2、4、6、8、10，能够在增压稀燃发动机中也达成根据驾驶员的要求而使 转矩平滑地变化、同时高响应性地对空燃比进行切换这一课题。此外，发 动机的运转区域由进气管压力和发动机转速特定。选择稀模式的稀模式区 域被设定为低中旋转〃低中负荷域，其高负荷侧的一部分的区域与进气管 压力比大气压力高的增压区域重叠。运转区域的设定被映射化而储存于 ECU。ECU按照该映射执行运转模式的切换。

[其他]

本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围 内各种变形地进行实施。例如，也可以采用以下那样的变形例。

实施方式1中的目标空燃比的切换时刻也可以设为在推定空气量达到 中间空气量的时刻后的时刻。在实际空气量与推定空气量之间存在误差， 所以在将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比的时刻，实际空气量 有可能没有达到中间空气量。在该情况下，实际转矩会相对于要求转矩不 足。因而，等待实际空气量可靠地达到中间空气量而将目标空燃比切换成 第3空燃比的做法在避免转矩不足这一点是优选的。但是，也需要注意到，若使切换目标空燃比的时刻过于延迟，则点火正时达到延迟界限的可能性 会变高。

在实施方式1中目标空气量的计算所使用的空燃比(假想空燃比)能 够替换为当量比。当量比也是给出空气量向转矩的变换效率的参数，且符 合与空燃比对应的参数。同样，也能够将空气过剩率用作给出空气量向转 矩的变换效率的参数。

作为使吸入缸内的空气的量变化的第1致动器，还能够使用使进气门 的提升量可变的可变提升量机构。可变提升量机构能够取代节气门而单独 地使用，也能够与节气门、VVT等其他第1致动器并用。另外，VVT也 可以省略。

作为使涡轮增压器的增压特性变化的增压特性可变致动器，还能使用 可变喷嘴。另外，如果是存在通过电动马达进行的辅助的涡轮增压器，则 也能够将该电动马达用作增压特性可变致动器。

在本发明的实施中，作为第2致动器的喷射器，不限定于端口喷射器。 能够使用向燃烧室内直接喷射燃料的缸内喷射器，还能够使用端口喷射器 和缸内喷射器的双方。

第1空燃比不限定于理论空燃比。也能够将比理论空燃比稀的空燃比 设定为第1空燃比，将比第1空燃比更稀的空燃比设定为第2空燃比。

符号说明

2 节气门

4 喷射器

6 点火装置

8 可变气门正时机构

10 排气泄压阀

100 发动机控制器

101 作为要求转矩接收单元的接口

200 动力传动系统管理器

162；182 作为目标空气量算出单元的运算单元

164，166；178 作为第1致动器控制单元的运算单元

174，176 作为第2致动器控制单元的运算单元

168，170，172 作为第3致动器控制单元的运算单元

404 作为参数值变更单元的运算单元

406，408 作为目标空燃比切换单元的运算单元

Claims (7)

1.一种内燃机的控制装置，所述内燃机具有使吸入缸内的空气的量变化的第1致动器、向缸内供给燃料的第2致动器以及对缸内的混合气体进行点火的第3致动器，构成为能够选择在第1空燃比下的运转和在比所述第1空燃比稀的第2空燃比下的运转，

所述内燃机的控制装置的特征在于，具备：

要求转矩接收单元，其接收要求转矩；

目标空气量算出单元，其使用作为给出空气量向转矩的变换效率的参数之一的假想空燃比，根据所述要求转矩倒推用于实现所述要求转矩的目标空气量；

假想空燃比变更单元，其在满足了将运转模式从在所述第1空燃比下的运转向在所述第2空燃比下的运转切换的条件时，响应于此而将所述假想空燃比从所述第1空燃比变更为所述第2空燃比；

目标空燃比切换单元，其在所述假想空燃比从所述第1空燃比向所述第2空燃比变更后，将目标空燃比从所述第1空燃比切换成所述第1空燃比与所述第2空燃比的中间的第3空燃比，然后从所述第3空燃比向所述第2空燃比切换；

第1致动器控制单元，其基于所述目标空气量来决定所述第1致动器的操作量，按照所述操作量操作所述第1致动器；

第2致动器控制单元，其基于所述目标空燃比来决定燃料供给量，按照所述燃料供给量操作所述第2致动器；以及

第3致动器控制单元，其基于根据所述第1致动器的操作量和所述目标空燃比推定的转矩和所述要求转矩，来决定用于实现所述要求转矩的点火正时，按照所述点火正时操作所述第3致动器；

所述目标空燃比切换单元，在根据所述第1致动器的操作量推定的空气量达到了在所述第3空燃比下能够实现所述要求转矩的空气量时，响应于此而将所述目标空燃比从所述第1空燃比切换成所述第3空燃比，

所述目标空燃比切换单元，在根据所述第1致动器的操作量推定的空气量达到在所述第3空燃比下能够实现要求转矩的空气量之前点火正时延迟到延迟界限的情况下，以在所述第3空燃比下能够实现的转矩相对于所述要求转矩的不足量比在所述第1空燃比下能够实现的转矩相对于所述要求转矩的过剩量小为条件，将所述目标空燃比从所述第1空燃比切换成所述第3空燃比。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述目标空燃比切换单元，在所述第3空燃比下能够实现所述要求转矩的空气量比不产生失火的最小空气量少的情况下，在根据所述第1致动器的操作量推定的空气量超过了所述最小空气量时，响应于此而将所述目标空燃比从所述第1空燃比切换成所述第3空燃比。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述目标空燃比切换单元，在所述目标空燃比向所述第3空燃比切换后，所述目标空气量与根据所述第1致动器的操作量推定的空气量的差成为阈值以下之后，将所述目标空燃比从所述第3空燃比向所述第2空燃比切换。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述目标空燃比切换单元，在所述目标空燃比向所述第3空燃比切换后，经过一定时间之后，将所述目标空燃比从所述第3空燃比向所述第2空燃比切换。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述第1致动器包括节气门，

所述第1致动器控制单元基于根据所述目标空气量算出的目标进气管压力来决定目标节气门开度，按照所述目标节气门开度操作所述节气门。

6.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述第1致动器包括使进气门的气门正时变化的可变气门正时机构，

所述第1致动器控制单元基于所述目标空气量来决定目标气门正时，按照所述目标气门正时操作所述可变气门正时机构。

7.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述内燃机是具备增压器的增压发动机，

所述第1致动器包括使所述增压器的增压特性变化的增压特性可变致动器，

所述第1致动器控制单元基于根据所述目标空气量算出的目标增压压力来决定所述增压特性可变致动器的操作量，按照所述操作量操作所述增压特性可变致动器。