CN105308294A - 带涡轮增压器的内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

用于实现带涡轮增压器的内燃机的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。在满足了从以第1空燃比为目标空燃比的运转向以第2空燃比为目标空燃比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。然后，在假想空燃比从第1空燃比变更为第2空燃比之后，在点火正时达到延迟界限之前，将目标空燃比维持为第1空燃比。然后，在点火正时达到延迟界限时，响应于此而将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。在目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比之后，在目标空气量与根据第1致动器的操作量推定的空气量之差成为阈值以下时，响应于此而将目标空燃比从第3空燃比切换成第2空燃比。

Description

带涡轮增压器的内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及统合控制构成为能够将运转所使用的空燃比在至少2个目标空燃比之间进行切换的带涡轮增压器的内燃机的空气量、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。作为切换空燃比的方法，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，虽然可缓和转矩的阶差，但无法得到所期望的转矩，另外，因为使用本来非意图的空燃比，所以存在招致排放的恶化的问题。上述现有技术作为针对该问题的解决对策而被提出。

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。

然而，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。能够通过对点火正时的延迟设置限制来防止失火，但仅限制点火正时的延迟不能避免由燃料量的过剩引起的转矩的增大。另外，在成为控制对象的内燃机为带涡轮增压器的内燃机的情况下，点火正时的延迟会增加排气的能量，有助于提高涡轮转速来使吸入空气量快速上升。因此，在仅限制了点火正时的延迟的情况下，因涡轮迟滞的影响，空气量达到目标空气量需要花费时间，存在不能快速切换空燃比的可能。

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，在构成为能够将运转所使用的空燃比在至少2个目标空燃比之间切换的带涡轮增压器的内燃机中，在满足了空燃比的切换条件的情况下不产生转矩的变动地响应性好地切换空燃比。

本发明能够应用于带涡轮增压器的内燃机的控制装置的结构。以下，对本发明的带涡轮增压器的内燃机的控制装置的概要进行说明。其中，由以下说明的本发明的内容可知，本发明能够应用于带涡轮增压器的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，以构成为能够选择以第1空燃比为目标空燃比的运转和以比第1空燃比稀的第2空燃比为目标空燃比的运转的带涡轮增压器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。在涡轮增压器具备使其增压特性变化的增压特性可变致动器，具体而言具备可变喷嘴和/或排气泄压阀等的情况下，它们也能够包含于第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对这3种致动器的协调操作来统合控制带涡轮增压器的内燃机的空气量、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实现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空燃比变更为第2空燃比之后，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，之后，从第3空燃比切换成第2空燃比。即，目标空燃比不是直接从第1空燃比切换成第2空燃比，而是在暂时切换成中间的第3空燃比之后，从第3空燃比切换成第2空燃比。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，不限于第1空燃比与第2空燃比的中值。

目标空燃比从第1空燃比向第3空燃比的切换具体而言在点火正时达到延迟界限的定时进行。因而，在假想空燃比从第1空燃比变更为第2空燃比之后，在点火正时达到延迟界限为止，将目标空燃比维持为第1空燃比。并且，在目标空燃比从第1空燃比变更为第3空燃比之后，在目标空气量与根据第1致动器的操作量推定的空气量之差成为阈值以下时，响应于此而将目标空燃比进一步从第3空燃比切换成第2空燃比。

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。

根据以上叙述的功能，将目标空气量的计算中所使用的假想空燃比从第1空燃比切换成第2空燃比，另一方面，将目标空燃比维持为第1空燃比。由此，通过目标空气量和目标空燃比所能够实现的转矩与要求转矩相比过剩，使点火正时延迟来补偿该过剩量。并且，在点火正时达到延迟界限为止，将目标空燃比维持为第1空燃比。即，本发明的控制装置使点火正时延迟到延迟界限。由此，排气的能量增大而涡轮增压器的增压效果提高，能够使空气量快速增大到目标空气量。另外，并非将目标空燃比切换成第2空燃比，而是暂时切换成比第2空燃比浓的中间空燃比即第3空燃比，由此，能够避免实际转矩相对于要求转矩不足。其后，在目标空气量与推定空气量之差成为阈值以下的时刻进行目标空燃比向第2空燃比的切换，但通过使点火正时延迟到延迟界限所带来的增压效果的提高，推定空气量收敛于目标空气量为止的期间变短。其结果，从假想空燃比切换成第2空燃比起到目标空燃比切换成第2空燃比为止的期间也变短。即，根据本发明的控制装置，在满足了从第1空燃比向比第1空燃比稀的第2空燃比的切换条件的情况下，能够不产生转矩的变动地响应性好地切换空燃比。

此外，在涡轮增压器未有效地工作的非增压区域，在空燃比的切换时无需使点火正时延迟到延迟界限。在该情况下，从燃料经济性性能的观点出发，优选尽早将目标空燃比切换成第3空燃比。具体而言，在假想空燃比从第1空燃比变更为第2空燃比之后，等待根据第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。并且，若在推定空气量的到达时刻，目标进气管压力达到增压区域，则如上述那样，在等待点火正时达到延迟界限，之后，将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。但是，若根据目标空气量算出的目标进气管压力没有达到增压区域，则即使在点火正时达到延迟界限之前，也快速地将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。由此，在非增压区域中能够不使燃料经济性性能恶化地响应性好地切换空燃比。

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的控制装置的目标空燃比的切换的逻辑的流程图。

图4是示出本发明的实施方式1的控制装置的非增压区域下的控制结果的表象(image)的时间图。

图5是示出本发明的实施方式1的控制装置的增压区域下的控制结果的表象的时间图。

图6是示出比较例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2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，且是安装有涡轮增压器的涡轮发动机。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比模式(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(ElectricalcontrolUnit：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，包括从化学当量比模式向稀模式或者从稀模式向化学当量比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、电子控制式自动变速器、还有VSC、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中表示发动机控制器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(MinimumAdvanceforBestTorque：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。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比模式的分界的转矩，从燃料经济性性能、排气性能、进而驾驶性能的观点出发，最佳的值按发动机转速匹配。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目标空气量的计算中所使用的假想空燃比的值。更详细而言，运算单元404将假想空燃比从第1空燃比切换成第2空燃比或者从第2空燃比切换成第1空燃比。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空燃比切换成第2空燃比。

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部。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比模式中使用的第1空燃比和在稀模式中使用的第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点火正时与延迟界限的关系和/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上次步骤值、由运算单元174算出的推定空气量的上次步骤值、由运算单元164算出的目标进气管压力的上次步骤值以及由运算单元170算出的指示点火正时效率的上次步骤值。

运算单元408在检测到从运算单元404输入的假想空燃比从第1空燃比切换成第2空燃比时，按控制步骤实施中间空气量与推定空气量的比较，并且按控制步骤实施指示点火正时效率是否降低到延迟界限效率的判定。延迟界限效率是与点火正时的延迟界限对应的点火时效率。在假想空燃比刚从第1空燃比切换成第2空燃比之后，推定空气量成为比中间空气量小的值。另外，推定转矩成为了比要求第1转矩大的值，为此，指示点火正时效率成为比1小的值而进行点火正时的延迟。最终，在推定空气量达到中间空气量时，运算单元408判定该时刻的目标进气管压力是否为增压区域的下限值以上。在目标进气管压力比下限值小的情况下，即，在发动机在非增压区域运转的情况下，运算单元408在该时刻快速地将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。

另一方面，在推定空气量达到中间空气量的时刻的目标进气管压力为下限值以上的情况下，即，在发动机在增压区域运转的情况下，运算单元408在指示点火正时效率达到延迟界限效率之前将目标空燃比保持为第1空燃比。最终，在指示点火正时效率达到延迟界限效率时，运算单元408将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。在第3空燃比和第1空燃比中，作为更浓的空燃比的第1空燃比能够赋予排气更大的能量。另外，点火正时越延迟，则能将更大的能量赋予排气。即，在增压区域中，通过一边保持第1空燃比一边将点火正时延迟到界限，增大排气的能量，由此提高涡轮增压器的增压效果。

在目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比之后，运算单元408按控制步骤实施目标空气量与推定空气量之差的计算。并且，若推定空气量足够接近目标空气量，具体而言，若目标空气量与推定空气量之差成为预定的阈值以下，则运算单元408将目标空燃比从第3空燃比切换成第2空燃比。即，在假想空燃比从第1空燃比切换成第2空燃比之后，将目标空燃比从第1空燃比短暂地切换成作为中间空燃比的第3空燃比，经第3空燃比而切换成第2空燃比。通过目标空燃比的切换，运转模式从化学当量比模式向稀模式切换。

由运算单元408执行的上述一系列处理能够由图3所示的流程图来表达。按该流程图，对由运算单元408进行的目标空燃比的切换步骤再次进行说明。此外，按控制步骤执行该流程图所示的一系列处理。

在流程图的步骤S1中，运算单元408判定假想空燃比从第1空燃比向第2空燃比的切换是否完成。若假想空燃比还是第1空燃比，则跳过剩余的处理而使运算单元408的处理再次返回步骤S1。若假想空燃比切换成了第2空燃比，则运算单元408的处理进入步骤S2。

在步骤S2中，运算单元408判定推定空气量是否达到了中间空气量。若推定空气量没有达到中间空气量，则运算单元408的处理进入步骤S6。在步骤S6中，将目标空燃比维持为第1空燃比。在步骤S6后，运算单元408的处理进入步骤S7。在步骤S7中，运算单元408判定推定空气量是否达到了目标空气量。在该阶段，推定空气量没有达到目标空气量，所以跳过剩余的处理而使运算单元408的处理再次返回步骤S1。另一方面，若在步骤S2的判定中推定空气量没有达到中间空气量，则运算单元408的处理进入步骤S3。

在步骤S3中，运算单元408判定目标进气管压力是否成为了增压区域的下限值以上。即，判定发动机是否进入了增压区域。若目标进气管压力没有达到增压区域的下限值，则运算单元408的处理进入步骤S5。在步骤S5中，将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。在步骤S5后，运算单元408的处理进入步骤S7。

另一方面，若在步骤S3的判定中目标进气管压力成为了增压区域的下限值以上，则运算单元408的处理进入步骤S4。在步骤S4中，运算单元408判定指示点火正时效率是否达到了延迟界限效率。在指示点火正时效率没有达到延迟界限效率的情况下，运算单元408的处理进入步骤S6，目标空燃比仍维持为第1空燃比。并且，在指示点火正时效率没有达到延迟界限效率的情况下，运算单元408的处理进入步骤S6，目标空燃比仍维持为第1空燃比。最终，当指示点火正时效率达到延迟界限效率时，运算单元408的处理进入步骤S5，目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。在步骤S5后，运算单元408的处理进入步骤S7。

到步骤S7的判定结果成为肯定为止，运算单元408将目标空燃比维持为第3空燃比。最终，当推定空气量达到目标空气量时，运算单元408的处理进入步骤S8。在步骤S8中，运算单元408将目标空燃比从第3空燃比切换成第2空燃比。由此，目标空燃比从第1空燃比向第2空燃比的切换完成。

再次返回图2，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转矩和/或其他第2转矩通常是无效值，仅在发生了特定的事件的情况下被切换成有效值。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的切换处理的开始前一致，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乖离。运算单元410仅在目标空燃比与假想空燃比之间产生了乖离的期间，算出具有有效值的切换用目标第2转矩。在此，用作切换用目标第2转矩的有效值的是要求第1转矩。即，在目标空燃比与假想空燃比之间产生了乖离的期间，从运算单元410输出第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、即本实施方式中所采用的运转模式的切换的逻辑的详情。接着，使用图对按照上述逻辑执行了发动机控制的情况下的控制结果进行说明。

图4和图5是示出本实施方式的ECU的控制结果的表象的时间图。另一方面，图6是示出比较例的表象的时间图。图4所示的控制结果是在非增压区域中进行运转模式的切换的情况下的控制结果，图5所示的控制结果是在增压区域进行运转模式的切换的情况下的控制结果。比较例是按照与非增压区域相同的逻辑(目标空燃比的切换逻辑)进行增压区域下的运转模式的切换的情况下的控制结果。

图4、图5、图6中的第1阶的图都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，此处，设为要求第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，在图中由虚线表示实际转矩。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4、图5、图6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，实际空气量与这些空气量一起由虚线示出。但是，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4、图5、图6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，此处设为切换用目标效率成为最终的目标效率。

图4、图5、图6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。另外，在图5的图中，由双点划线示出与点火正时的延迟界限对应的延迟界限效率。

图4、图5、图6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。

图4、图5、图6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，图4、图5、图6的第7阶的图中示出实际空燃比的时间变化。

首先，基于图4对本实施方式所采用的非增压区域下的目标空燃比的切换逻辑的控制结果进行说明。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均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。该期间的切换用目标第2转矩对目标空燃比与假想空燃比的一致进行响应而被设为无效值。若切换用目标第2转矩为无效值，则指示点火正时效率为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/或空气量的变化相对应的变化。

在要求第1转矩低于基准值时，仅假想空燃比从第1空燃比切换成第2空燃比。即，目标空燃比维持为作为理论空燃比的第1空燃比，而假想空燃比被分阶段地稀化。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要的空气量多的空气量。因此，通过将目标空气量的计算所使用的假想空燃比阶段性地切换成第2空燃比，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，若目标进气管压力没有达到增压区域的下限值，则将目标空燃比从第1空燃比快速地切换成第3空燃比。实际空气量和推定空气量进一步增大，逐渐收敛于目标空气量，最终，目标空气量与推定空气量之差成为阈值以下。在该时刻，目标空燃比从第3空燃比切换成第2空燃比。

在从要求第1转矩低于基准值、目标空燃比与假想空燃比乖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，通过目标空燃比从第1空燃比切换成更稀的空燃比即第3空燃比，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在第3空燃比下能够实现要求第1转矩的空气量的定时进行，所以目标空燃比刚切换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的增大，推定转矩再次与要求第1转矩相比较逐渐增大。最终，推定空气量收敛于目标空气量，目标空燃比从第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。

在从目标空燃比与假想空燃比乖离之后起到目标空燃比与假想空燃比再次一致为止的期间，相对于要求第1转矩，推定转矩如上述那样变化，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，在假想空燃比从第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，指示点火正时效率单调地减少。然后，在目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比的时刻返回1。之后，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，指示点火正时效率再次单调减少，在目标空燃比切换成第2空燃比时返回1。

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。在假想空燃比从第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地延迟。但是，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，响应于此，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地延迟，在目标空燃比被切换成第2空燃比时再次返回最佳点火正时。

接着，基于图5对本实施方式所采用的非增压区域下目标空燃比的切换逻辑的控制结果进行说明。减速时，要求第1转矩下降到由“Ref”标记的基准值的等级为止的动作与图4所示的非增压区域下的控制结果没有什么不同。当要求第1转矩低于基准值时，仅假想空燃比从第1空燃比切换成第2空燃比。另一方面，目标空燃比维持为第1空燃比。通过将目标空气量的计算所使用的假想空燃比稀化，推定空气量增大，最终达到中间空气量。在该时刻，若目标进气管压力成为增压区域的下限值以上，则目标空燃比不会被切换成第3空燃比而是仍维持为第1空燃比。

通过在推定空气量达到中间空气量后仍将目标空燃比继续维持为第1空燃比，要求第1转矩相对于推定转矩的比即指示点火正时效率进一步减少，最终达到延迟界限效率。延迟界限效率对应于点火正时的延迟界限，在该时刻点火正时延迟至延迟界限。在指示点火正时效率下降到延迟界限效率，即，点火正时达到了延迟界限时，目标空燃比响应于此而被从第1空燃比切换成第3空燃比。

通过将目标空燃比切换成第3空燃比，推定转矩阶段性地减少。但是，该时刻的推定空气量是中间空气量，即比在第3空燃比下能够实现要求第1转矩的空气量大，所以刚进行目标空燃比的切换后的推定转矩比要求第1转矩大。因而，尽管要求第1转矩相对于推定转矩的比即指示点火正时效率伴随着切换成目标空燃比而阶段性地增大，但不会返回1，点火正时不会提前到最佳点火正时。之后，推定空气量朝向目标空气量进一步增大，伴随于此，推定转矩与要求第1转矩相比较进一步增大，与此相应，点火正时再次单调地延迟。最终，当目标空气量与推定空气量之差成为阈值以下时，在该时刻，目标空燃比被从第3空燃比切换成第2空燃比。通过目标空燃比切换成第2空燃比，推定转矩阶段性地减少而与要求第1转矩一致，点火正时返回最佳点火正时。由此，运转模式的切换完成。

通过与图6所示的比较例的对比，能够清楚如以上那样通过在非增压区域与增压区域之间使目标空燃比的切换逻辑不同而得到的效果。

在比较例中，将非增压区域下的目标空燃比的切换逻辑直接用于增压区域下的运转模式的切换。因此，在推定空气量达到中间空气量时，即使目标进气管压力成为增压区域的下限值以上，目标空燃比也被从第1空燃比切换成第3空燃比。因为空气量相同，所以空燃比越稀，则赋予排气的能量越小。因此，通过将目标空燃比切换成第3空燃比，赋予排气的能量减少。进而，作为伴随于目标空燃比向第3空燃比的切换而提前点火正时的结果，赋予排气的能量进一步减少。这是因为，在空气量和空燃比相同时，点火正时越提前，则赋予排气的能量越小。因此，在比较例中，涡轮增压器的涡轮转速不会因排气能量的减少而上升，得不到充分的增压效果，所以空气量达到目标空气量需要花费时间。其结果，从满足运转模式的切换条件起到空燃比切换成第2空燃比为止所需要的时间长。

与此相对，本实施方式所采用的逻辑中，在目标进气管压力成为增压区域的下限值以上的情况下，在推定空气量达到中间空气量后，目标空燃比也维持为第1空燃比，进而，将点火正时延迟至延迟界限。若像这样不使空燃比稀化而将点火正时延迟到最大限，则能够对排气赋予大的能量而使涡轮增压器的涡轮转速上升。由此，涡轮增压器的增压效果升高，空气量会快速增大到目标空气量，所以能够缩短从满足运转模式的切换条件起到空燃比切换成第2空燃比为止的时间。因而，根据本实施方式所采用的逻辑，在容易受到涡轮迟滞的影响的增压区域中，也能够在实现符合驾驶员的减速要求的转矩的平滑减少的同时，响应性好地将空燃比从作为理论空燃比的第1空燃比切换成作为比理论空燃比稀的空燃比的第2空燃比。

此外，在非增压区域中使用增压区域下的目标空燃比的切换逻辑，从运转模式的切换的响应性的观点来看不存在问题。也可以设为，在非增压区域中，也在点火正时达到延迟界限之前将目标空燃比维持为第1空燃比，在点火正时达到延迟界限时将目标空燃比切换成第3空燃比。但是，使点火正时延迟的时间越长，另外，延迟量越大，则燃料经济性性能越恶化，所以从燃料经济性性能的观点出发，优选如本实施方式所采用的逻辑那样，在推定空气量达到中间空气量的时刻将目标空燃比切换成第3空燃比。

[实施方式2]

接着，参照图对本发明的实施方式2进行说明。

在本实施方式中作为控制对象的发动机与实施方式1同样，是带涡轮增压器的的稀燃发动机。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7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WGV的操作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。

[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。

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

105作为要求转矩接收单元的接口

200动力传递系统管理器

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 (5)

1.一种带涡轮增压器的内燃机的控制装置，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，构成为能够选择使第1空燃比为目标空燃比的运转和使比所述第1空燃比稀的第2空燃比为所述目标空燃比的运转，

所述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，其基于假想空燃比，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空燃比变更为所述第2空燃比之后，将所述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构成为：

自所述假想空燃比从所述第1空燃比变更为所述第2空燃比起到点火正时达到延迟界限为止，将所述目标空燃比维持为所述第1空燃比，

在点火正时达到了延迟界限时，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，

在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之差成为了阈值以下时，响应于此而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。

2.根据权利要求1所述的带涡轮增压器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构成为：

在所述假想空燃比从所述第1空燃比变更为所述第2空燃比后，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的时刻，根据所述目标空气量算出的目标进气管压力未达到增压区域的情况下，即使在点火正时达到延迟界限之前，也迅速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所述的带涡轮增压器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。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的带涡轮增压器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。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的带涡轮增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述第1致动器包括使所述涡轮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。