CN113623082A - 内燃机的控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置及控制方法，能尽可能减少使用了表示针对运行状态的输出转矩的特性的转矩特性函数等的运算次数，来对实现目标转矩的内燃机的控制量的目标值进行计算。该内燃机的控制装置及控制方法使用预先设定了运行状态与输出转矩之间的关系的转矩特性函数，来计算分别与点火样本数的点火时刻(IG1、IG2……)相对应的点火样本数的点火对应转矩(Trqi1、Trqi2……)，计算将点火样本数的点火时刻(IG1、IG2……)与点火样本数的点火对应转矩(Trqi1、Trqi2……)之间的关系进行近似而得的点火转矩近似曲线，使用点火转矩近似曲线，来对与目标转矩相对应的目标点火时刻(IGt)进行计算。

Description

内燃机的控制装置及控制方法
本申请是申请日为“2019年2月18日”、申请号为“201910120190.3”、题为“内燃机的控制装置及控制方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及以输出转矩为控制目标来对内燃机进行控制的内燃机的控制装置及控制方法。
背景技术
近年来，提出了如下内燃机的控制装置及控制方法，即：作为从驾驶员和各车辆系统(混合动力用电动机控制、变速器控制、刹车控制、牵引控制等)接收的内燃机输出的请求值，使用直接作用于车辆的控制的物理量即内燃机的输出转矩，并将其作为内燃机输出的目标值来决定内燃机的控制量即空气量、燃料量及点火时刻等，此外，能根据实际的内燃机的运行状态来推测实际输出转矩并发送至各车辆系统，由此来实现协调控制并获得良好的行驶性能。
这种控制方法一般被称为基于转矩的控制，但在该方式的控制方法中，能基于内燃机的运行状态来高精度地计算出实际输出转矩变得很重要。若能做到这一点，则可以通过其逆运算，根据目标转矩来计算出内燃机的控制量的目标值(例如，节气门开度、EGR开度、点火时刻、空燃比等)。
例如，在专利文献1中，作为基于转矩的控制中的目标转矩，存在低响应目标转矩和高响应目标转矩之类的响应性不同的目标转矩。记载了如下方法，即：进行节流控制等空气量的操作来实现低响应目标转矩，并进行点火时刻或燃料喷射量的操作来实现高响应目标转矩。更详细而言，在多个映射数据中预先存储针对内燃机的运行状态的MBT点火时刻、MBT中的热效率、甚至是针对来自MBT的滞后角量的转矩降低率等，此外，根据需要通过EGR量和空燃比进行校正，并将它们组合，由此来构成实际转矩的计算、以及既能应对低响应目标转矩也能应对高响应目标转矩的控制。
在专利文献2中，也存在利用节气门开度来进行转矩控制的第1目标转矩、以及利用点火时刻来进行转矩控制的第2目标转矩，为了根据这些目标转矩来计算目标进气量和目标点火时刻，构成为使用多个映射数据来进行运算的结构。
另外，作为根据内燃机的运行状态来推测输出转矩的方法，除了上述那样的使用了映射数据的计算方法以外，还提出了例如专利文献3那样的应用了神经网络技术的方法。这里，神经网络指的是一种数学模型，其目标在于通过计算机上的仿真来表现在脑功能中观察到的一些特性，在使前馈传播型神经网络(FNN：Feedforward Neural Network)预先学习针对输入值的输出值来作为教师数据的情况下，能作为对所学习到的输入值与输出值的关系进行模拟的通用的近似函数来使用。另外，作为神经网络的学习方法，通常已知有误差反向传播法(back propagation method)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5644733号公报
专利文献2：日本专利第4499809号公报
专利文献3：日本专利特开平11-351045号公报
非专利文献
非专利文献1：吉田元则等“直喷柴油机·发动机中的基于模型的校准的应用”、马自达技报、No.24(2006)
非专利文献2：冈谷贵之、“机械学习专业系列深层学习”、讲谈社、2015
发明内容
发明所要解决的技术问题
相对于近年来为了提高燃油效率而变得复杂化的内燃机控制用的机构，内燃机控制系统也同样变得复杂化，适配工时数的增大成为较大的问题。作为复杂化的内燃机控制用的机构的示例，已知有进排气VVT(Variable Valve Timing：可变气门正时)、可变气门升程、可变压缩比、涡轮增压器、旋流控制阀、翻转控制阀等。在使用了专利文献1或2那样的映射数据的控制方法的情况下，若内燃机控制用的机构变得复杂，则需要与之相应的较多的映射数据，随着而来的是存在适配工时数也增大的问题。从适应所需的内燃机的试验的观点来看，近年来，已开发了市售的MBC(Model Based Calibration：基于模型的校准)工具。例如，如非专利文献1所示，在该工具中，能基于DOE(Design of Experiments：实验计划法)建立内燃机的试验计划，与内燃机的试验设备联动地进行数据采集，根据其结果生成内燃机的统计模型，并基于该模型生成在控制中使用的映射数据。
然而，虽然能利用MBC工具生成映射数据，但生成较多的映射数据需要与之相应的工时数，且按每个内燃机的机种来管理其数据也需要更多的工时数。并且，在根据MBC工具的统计模型生成控制用的映射数据的情况下，考虑到因能考虑的内燃机的运行状态的参数数量减少而使精度下降，因此，对使用了该映射数据的控制精度进行确定及微调整也需要较多的工时数。由此，即使在现有的映射控制中导入MBC工具等，也存在仍然需要庞大的适配工时数的问题。
此外，关于使用专利文献3那样的前馈传播型神经网络(FNN)并根据内燃机的运行状态来推定输出转矩的方法，在中间层只有1层的现有方法中，存在即使将FNN作为近似函数来使用也无法得到足够的精度的问题。在近似精度这一观点中，近年来已知有深层学习(deep layering)之类的方法。例如，如非专利文献2所示，该方法中，能通过使与现有相同的神经网络多层化(深层化)，从而大幅提高作为近似函数的精度。现有学习方法中，因梯度消失问题等而导致学习无法良好地进行，与此相对地，通过近年来开发出的各种学习技术，学习得以良好地进行。另外，该深层学习也作为近年来受到关注的人工智能(AI)和机械学习的一个方法而为人所知。
于是，若将FNN作为近似函数使用并根据内燃机的运行状态来推定输出转矩，则考虑可利用MBC工具生成教师数据并对其进行学习，从而以最低限度的适配工时数良好地进行输出转矩的推测。并且，由于在MBC工具中也存在如下情况，即：将神经网络作为生成内燃机的统计模型的方法之一来使用，因此，也能使用由MBC工具生成的内燃机的统计模型本身并根据内燃机的运行状态来推测输出转矩，该情况下，能进一步削减工时数。
然而，如此只能对输出转矩进行推测，而无法计算出实现低响应目标转矩和高响应目标转矩的目标点火时刻和目标进气量。例如，若使点火时刻或进气量逐渐发生变化，利用FNN等函数来反复计算输出转矩，则能对实现目标转矩的目标点火时刻或目标进气量进行探索。然而，若反复进行使用了FNN等函数的运算，则运算负荷将增大。特别地，若系统结构变得复杂，FNN等函数变得复杂化，则运算负荷将大幅度增加。因此，希望尽可能降低使用了FNN等函数的运算次数。
因此，希望获得一种内燃机的控制装置及控制方法，能尽可能减少使用了表示针对运行状态的输出转矩的特性的转矩特性函数等的运算次数，来对实现目标转矩的内燃机的控制量的目标值进行计算。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的第1内燃机的控制装置包括：
多个点火转矩计算部，该多个点火转矩计算部使用转矩特性函数，来对分别对应于预先设定为多个数量的点火样本数的点火时刻的所述点火样本数的输出转矩、即所述点火样本数的点火对应转矩进行计算，所述转矩特性函数是预先设定了包含点火时刻在内的预设种类的运行状态与内燃机的输出转矩之间的关系的函数；
点火转矩近似曲线计算部，该点火转矩近似曲线计算部对将所述点火样本数的点火时刻与所述点火样本数的点火对应转矩之间的关系进行近似而得的近似曲线、即点火转矩近似曲线进行计算；
近似曲线点火计算部，该近似曲线点火计算部使用所述点火转矩近似曲线，对与所述内燃机所要求的输出转矩即目标转矩相对应的点火时刻进行计算，以作为目标点火时刻；以及
点火控制部，该点火控制部基于所述目标点火时刻，来进行针对点火线圈的通电控制。
本发明的第2内燃机的控制装置包括：
运行状态检测部，该运行状态检测部对包含被吸入燃烧室内的空气量的信息即气缸内进气量信息在内的内燃机的运行状态进行检测；
多个进气点火计算部，该多个进气点火计算部使用点火时刻设定函数，来对与预先设定为多个数量的进气样本数的所述气缸内进气量信息分别相对应的所述进气样本数的所述目标点火时刻的基本值进行计算，所述点火时刻设定函数是预先设定了包含所述气缸内进气量信息在内的预设种类的运行状态与目标点火时刻的基本值之间的关系的函数；
多个进气转矩计算部，该多个进气转矩计算部使用转矩特性函数，来对分别对应于所述进气样本数的气缸内进气量信息、以及所述进气样本数的目标点火时刻的基本值的所述进气样本数的所述输出转矩、即所述进气样本数的进气点火对应转矩进行计算，所述转矩特性函数是预先设定了包含所述气缸内进气量信息和点火时刻在内的预设种类的运行状态与所述内燃机的输出转矩之间的关系的函数；
进气转矩近似曲线计算部，该进气转矩近似曲线计算部对将所述进气样本数的气缸内进气量信息与所述进气样本数的进气点火对应转矩之间的关系进行近似而得的近似曲线、即进气转矩近似曲线进行计算；
目标进气量计算部，该目标进气量计算部使用所述进气转矩近似曲线，对与所述内燃机所要求的输出转矩即目标转矩相对应的所述气缸内进气量信息进行计算，以作为目标气缸内进气量信息；以及
进气量控制部，该进气量控制部基于所述目标气缸内进气量信息，来对被吸入气缸内的空气量进行控制。
本发明的第1内燃机的控制方法执行如下步骤：
多个点火转矩计算步骤，在该多个点火转矩计算步骤中，使用转矩特性函数，来对分别对应于预先设定为多个数量的点火样本数的点火时刻的所述点火样本数的输出转矩、即所述点火样本数的点火对应转矩进行计算，所述转矩特性函数是预先设定了包含点火时刻在内的预设种类的运行状态与内燃机的输出转矩之间的关系的函数；
点火转矩近似曲线计算步骤，在该点火转矩近似曲线计算步骤中，对将所述点火样本数的点火时刻与所述点火样本数的点火对应转矩之间的关系进行近似而得的近似曲线、即点火转矩近似曲线进行计算；
近似曲线点火计算步骤，在该近似曲线点火计算步骤中，使用所述点火转矩近似曲线，对与所述内燃机所要求的输出转矩即目标转矩相对应的点火时刻进行计算，以作为目标点火时刻；以及
点火控制步骤，在该点火控制步骤中，基于所述目标点火时刻，来进行针对点火线圈的通电控制。
本发明的第2内燃机的控制方法执行如下步骤：
运行状态检测步骤，在该运行状态检测步骤中，对包含被吸入燃烧室内的空气量的信息即气缸内进气量信息在内的内燃机的运行状态进行检测；
多个进气点火计算步骤，在该多个进气点火计算步骤中，使用点火时刻设定函数，来对与预先设定为多个数量的进气样本数的所述气缸内进气量信息分别相对应的所述进气样本数的所述目标点火时刻的基本值进行计算，所述点火时刻设定函数是预先设定了包含所述气缸内进气量信息在内的预设种类的运行状态与目标点火时刻的基本值之间的关系的函数；
多个进气转矩计算步骤，在该多个进气转矩计算步骤中，使用转矩特性函数，来对分别对应于所述进气样本数的气缸内进气量信息、以及所述进气样本数的目标点火时刻的基本值的所述进气样本数的所述输出转矩、即所述进气样本数的进气点火对应转矩进行计算，所述转矩特性函数是预先设定了包含所述气缸内进气量信息及点火时刻在内的预设种类的运行状态与所述内燃机的输出转矩之间的关系的函数；
进气转矩近似曲线计算步骤，在该进气转矩近似曲线计算步骤中，对将所述进气样本数的气缸内进气量信息与所述进气样本数的进气点火对应转矩之间的关系进行近似而得的近似曲线、即进气转矩近似曲线进行计算；
目标进气量计算步骤，在该目标进气量计算步骤中，使用所述进气转矩近似曲线，对与所述内燃机所要求的输出转矩即目标转矩相对应的所述气缸内进气量信息进行计算，以作为目标气缸内进气量信息；以及
进气量控制步骤，在该进气量控制步骤中，基于所述目标气缸内进气量信息，来对被吸入气缸内的空气量进行控制。
发明效果
根据第1内燃机的控制装置及控制方法，并非直接反复进行使用了转矩特性函数的运算来搜索与目标转矩相对应的点火时刻，而是基于点火样本数的转矩特性函数的运算结果来计算近似曲线，并使用近似曲线来计算与目标转矩相对应的点火时刻，因此，能将使用了转矩特性函数的运算降低到预先设定的点火样本数。
根据第2内燃机的控制装置及控制方法，并非直接反复进行使用了转矩特性函数和点火时刻设定函数的运算来搜索与目标转矩相对应的填充效率，而是基于进气样本数的转矩特性函数和点火时刻设定函数的运算结果来计算近似曲线，并使用近似曲线来计算与目标转矩相对应的填充效率，因此，能将使用了转矩特性函数和点火时刻设定函数的运算降低到预先设定的进气样本数。
附图说明
图1是实施方式1所涉及的内燃机及控制装置的简要结构图。
图2是实施方式1所涉及的控制装置的简要框图。
图3是实施方式1所涉及的控制装置的硬件结构图。
图4是示出由实施方式1所涉及的FNN构成的点火时刻设定函数的图。
图5是示出由实施方式1所涉及的FNN构成的转矩特性函数的图。
图6是用于说明实施方式1所涉及的目标点火时刻的计算处理的框图。
图7是用于说明实施方式1所涉及的点火转矩近似曲线的图。
图8是用于说明实施方式1所涉及的目标填充效率的计算处理的框图。
图9是用于说明实施方式1所涉及的进气转矩近似曲线的图。
图10是用于说明实施方式1所涉及的燃烧控制目标计算部和燃烧控制部的处理的框图。
图11是用于说明实施方式1所涉及的目标点火时刻及目标填充效率的计算处理的流程图。
具体实施方式
实施方式1﹒
参照附图，对实施方式1所涉及的内燃机的控制装置30(以下简称为控制装置30)进行说明。图1是本实施方式所涉及的内燃机1的概要结构图，图2是本实施方式所涉及的控制装置30的框图。内燃机1及控制装置30搭载于车辆，内燃机1成为车辆(车轮)的驱动力源。
1.内燃机1的结构
如图1所示，内燃机1包括使空气与燃料的混合气体进行燃烧的燃烧室25。内燃机1包括向燃烧室25提供空气的进气管23、排出燃烧室25中燃烧后的废气的排气管17。燃烧室25由气缸(cylinder)和活塞构成。下面，也将燃烧室25称为气缸。内燃机1为汽油发动机。内燃机1包括对进气管23进行开闭的节气门6。节气门6为通过由控制装置30控制的电动机来进行开闭驱动的电子控制式节气门。节气门6设有输出与节气门6的开度相对应的电信号的节气门开度传感器7。
节气门6的上游侧的进气管23设有输出与吸入到进气管23的吸入空气流量相对应的电信号的空气流量传感器3、输出与吸入空气的温度相对应的电信号的吸入空气温度传感器4。吸入空气温度传感器4所检测出的吸入空气的温度能视为与外部气体温度相等。
内燃机1具备使废气从排气管17回流至进气歧管12的EGR流路21和对EGR流路21进行开闭的EGR阀22。进气歧管12是节气门6的下游侧的进气管23的部分。EGR阀22为通过由控制装置30控制的电动机来进行开闭驱动的电子控制式EGR阀。EGR阀22设有输出与EGR阀22的开度相对应的电信号的EGR开度传感器27。另外，EGR是废气再循环、即Exhaust GasRecirculation的首字母。将经由EGR阀22使废气再循环的EGR称为外部EGR，将因进排气阀的阀门重叠使得在燃烧室内残留废气的EGR称为内部EGR。以下，将外部EGR简称为EGR。
进气歧管12中设有输出与进气歧管12内的气体压力即进气歧管压力相对应的电信号的进气歧管压力传感器8、以及输出与进气歧管12内的气体温度即进气歧管温度相对应的电信号的进气歧管温度传感器9。
内燃机1设有向燃烧室25提供燃料的喷射器13。喷射器13设为向燃烧室25内直接喷射燃料。喷射器13也可以设为向进气歧管12的下游侧的部分喷射燃料。内燃机1设有输出与大气压相对应的电信号的大气压传感器2。
燃烧室25的顶部设有对空气与燃料的混合气体进行点火的火花塞、向火花塞提供点火能量的点火线圈16。此外，燃烧室25的顶部设有调节从进气管23吸入到燃烧室25内的吸入空气量的进气阀14、调节从燃烧室25排出至排气管17的废气量的排气阀15。进气阀14设有使其阀开闭定时可变的进气可变阀正时机构。排气阀15设有使其阀开闭定时可变的排气可变阀正时机构。可变阀正时机构14、15具有电动致动器。内燃机1的曲柄轴设有输出与其旋转角相对应的电信号的曲柄角传感器20。缸体固定有爆震传感器28。
排气管17设有输出与废气中的空气与燃料的比率即空燃比AF(Air/Fuel：空气/燃料)相对应的电信号的空燃比传感器18。此外，排气管17设有对废气进行净化的催化剂19。
2.控制装置30的结构
接着，对控制装置30进行说明。控制装置30是将内燃机1作为控制对象的控制装置。如图2的框图所示，控制装置30具备转矩控制部31、转矩接口部32以及发动机控制部33等控制部。控制装置30的各控制部31～33等利用控制装置30所具有的处理电路来实现。具体而言，如图3所示，控制装置30包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等运算处理装置90(计算机)、与运算处理装置90进行数据的交换的存储装置91、向运算处理装置90输入外部的信号的输入电路92、从运算处理装置90向外部输出信号的输出电路93、以及通信电路94等，以作为处理电路。
作为运算处理装置90，可以具备ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、IC(Integrated Circuit：集成电路)、DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、各种逻辑电路、以及各种信号处理电路等。此外，可以具备相同种类或不同种类的多个运算处理装置90，来分担执行各处理。作为存储装置91，具备构成为能从运算处理装置90读取数据及写入数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、以及构成为能从运算处理装置90读取数据的ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。输入电路92与各种传感器和开关相连接，包括将这些传感器和开关的输出信号输入至运算处理装置90的A/D转换器等。输出电路93与电负载相连接，并具备将控制信号从运算处理装置90输出至这些电负载的驱动电路等。
通信电路94经由通信线与控制变速器的变速器控制装置95、对设置于混合动力车辆的电动机进行控制的电动机控制装置96、进行刹车控制和牵引控制的刹车/牵引控制装置97等外部的控制装置相连接，并基于CAN(Controller Area Network：控制器局域网)等通信协议来进行有线通信。
并且，控制装置30所包括的各控制部31～33等的各功能是通过由运算处理装置90执行存储于ROM等存储装置91的软件(程序)，并与存储装置91、输入电路92、以及输出电路93等控制装置30的其它硬件协作来实现的。另外，将各控制部31～33等所使用的各函数、常数等设定数据作为软件(程序)的一部分存储于ROM等存储装置91。
本实施方式中，输入电路92与大气压传感器2、空气流量传感器3、吸入空气温度传感器4、节气门开度传感器7、歧管压力传感器8、歧管温度传感器9、空燃比传感器18、曲柄角传感器20、油门开度传感器26、EGR开度传感器27及爆震传感器28等相连接。输出电路93与节气门6(电动机)、喷射器13、进气可变阀正时机构14、排气可变阀正时机构15、点火线圈16及EGR阀22(电动致动器)等相连接。另外，控制装置30与未图示的各种传感器、开关及致动器等相连接。
2-1.基于转矩的控制
控制装置30基于目标转矩来执行对内燃机1进行控制的基于转矩的控制。控制装置30如上所述，大致具备转矩控制部31、转矩接口部32及发动机控制部33。转矩控制部31进行目标转矩的运算。转矩接口部32基于目标转矩来计算内燃机的控制量的目标值。发动机控制部33基于控制量的目标值，对各种电负载进行驱动控制。
＜转矩控制部31＞
转矩控制部31基于由油门开度传感器26检测出的实际油门开度，对驾驶员请求内燃机1的输出转矩即驾驶员请求转矩进行计算。此外，转矩控制部31计算在怠速运行时维持转速所需的输出转矩即怠速转矩。此外，转矩控制部31计算由变速器控制装置95、电动机控制装置96及刹车/牵引控制装置97等外部的控制装置所请求的输出转矩即外部请求转矩。然后，转矩控制部31判定驾驶员请求转矩、怠速转矩及外部请求转矩的优先顺序，从而计算出目标转矩(也将这样的运算称为转矩仲裁)。
这里，目标转矩包括低响应目标转矩Trqts和高响应目标转矩Trqtf。低响应目标转矩Trqts是向内燃机请求而不将使点火时刻滞后角的情况考虑在内的输出转矩，高响应目标转矩Trqtf是包含使点火时刻滞后角的情况在内来向内燃机请求的输出转矩。通常，低响应目标转矩Trqts与高响应目标转矩Trqtf相一致，但在存在因点火时刻的滞后角而实现的转矩下降请求的情况下，高响应目标转矩Trqtf将变得比低响应目标转矩Trqts要低。
转矩控制部31主要基于驾驶员请求转矩与稳定时的怠速转矩之间较大的那个来计算低响应目标转矩Trqts，并基于外部请求转矩与负载变化时的怠速转矩来计算高响应目标转矩Trqtf。
＜转矩接口部32＞
转矩接口部32基于内燃机的运行状态，实施目标转矩与填充效率的相互转换、以及目标转矩与点火时刻的相互转换，并计算目标填充效率Ect和目标点火时刻IGt来传输至发动机控制部33。此外，转矩接口部32基于内燃机的运行状态来计算实际输出转矩Trqr，并传输给转矩控制部31。转矩接口部32的详细处理将在后文中阐述。
＜运行状态检测部330＞
发动机控制部33具备对内燃机的运行状态进行检测的运行状态检测部330。运行状态检测部330基于各种传感器的输出信号等检测各种运行状态。具体而言，运行状态检测部330基于大气压传感器2的输出信号来检测实际大气压，基于空气流量传感器3的输出信号来检测实际吸入空气流量，基于吸入空气温度传感器4的输出信号来检测实际外部气体温度，基于节气门开度传感器7的输出信号来检测实际节气门开度，基于歧管压力传感器8的输出信号来检测实际歧管压力，基于歧管温度传感器9的输出信号等来检测进气歧管12内的气体温度即实际歧管温度，基于空燃比传感器18的输出信号来检测废气的实际空燃比，基于油门开度传感器26的输出信号来检测实际油门开度，并基于EGR开度传感器27的输出信号来检测实际EGR开度。
运行状态检测部330基于曲柄角传感器20的输出信号来检测曲柄角度及实际转速Ner。运行状态检测部330基于凸轮角传感器(未图示)的边缘与曲柄角度的相位差来检测进气可变阀正时机构14(以下，称为进气VVT14)的实际相位角IVTr、以及排气可变阀正时机构15(以下，称为排气VVT15)的实际相位角EVTr。
运行状态检测部330对被吸入燃烧室25内的空气量的信息即气缸内进气量信息进行检测。运行状态检测部330基于实际吸入空气流量和实际转速Ner等来计算被吸入燃烧室25内的实际吸入空气量[g/stroke]以及实际填充效率Ecr[％]，以作为气缸内进气量信息。例如，运行状态检测部330计算对实际吸入空气流量[g/s]乘以与转速Ne相对应的冲程周期而得的值进行模拟了进气歧管的延迟的滤波处理后的值，以作为实际吸入空气量[g/stroke]。或者，运行状态检测部330也可以基于实际歧管压力、实际转速Ner等来计算实际吸入空气量[g/stroke]以及实际填充效率Ecr[％]。
运行状态检测部330基于EGR开度等计算被吸入到燃烧室25内的实际废气再循环量即实际EGR量[g/stroke]。例如，运行状态检测部330基于EGR开度及歧管压力等计算通过EGR阀22的实际EGR流量[g/s]，并计算对实际EGR流量乘以冲程周期而得的值进行了滤波处理后的值，以作为实际EGR量[g/stroke]。运行状态检测部330计算实际EGR量相对于实际吸入空气量的比率即实际EGR率Regrr[％]。
＜进气量控制部331＞
发动机控制部33具备对吸入空气量进行控制的进气量控制部331。进气量控制部331根据目标填充效率Ect来计算目标吸入空气量，并根据目标吸入空气量来计算目标吸入空气流量。发送机控制部33基于实际吸入空气流量和实际歧管压力来计算目标节气门开度，以达到目标吸入空气流量，并对节气门6的电动机进行驱动控制。
<燃烧控制部334>
发动机控制部33具备对操作燃烧状态的燃烧操作机构进行控制的燃烧控制部334。本实施方式中，燃烧操作机构设为EGR阀22、进气VVT14以及排气VVT15。燃烧控制部334如图10所示，基于从后述的燃烧控制目标计算部66传输来的各燃烧控制状态的目标值，来对各燃烧操作机构进行驱动控制。燃烧控制部334计算达到目标EGR率Regrt的目标EGR开度，并对EGR阀22的电动致动器进行驱动控制。燃烧控制部334对进气VVT14的电动致动器进行驱动控制，以达到进气VVT14的目标相位角IVTt(以下，成为目标进气相位角IVTt)。燃烧控制部334对排气VVT15的电动致动器进行驱动控制，以达到排气VVT15的目标相位角EVTt(以下，称为目标排气相位角EVTt)。
＜燃烧控制部332＞
发动机控制部33具备对燃料喷射量进行控制的燃料控制部332。燃料控制部332基于实际填充效率Ecr计算用于达到目标空燃比的燃料喷射量，并对喷射器13进行驱动控制。
＜点火控制部333＞
发动机控制部33具备对点火线圈进行通电的点火控制部333。点火控制部333基于从转矩接口部32传输来的目标点火时刻IGt来决定最终点火时刻SA。点火控制部333在由爆震传感器28检测到爆震的情况下，为了不使爆震发生，而对目标点火时刻IGt进行滞后角校正，并计算最终点火时刻SA。此外，为了防止失火，点火控制部333通过滞后角极限点火时刻IGrtd进行限制滞后角侧的点火时刻的滞后角限制，以使得不将最终点火时刻SA设定得比滞后角极限点火时刻IGrtd更滞后。然后，点火控制部333基于最终点火时刻SA来进行对点火线圈16的通电控制。该最终点火时刻SA成为实际点火时刻SA。
2-2.转矩接口部32的详细结构
如上所述，转矩接口部32基于内燃机的运行状态，实施目标转矩与填充效率的相互转换、以及目标转矩与点火时刻的相互转换，并计算目标填充效率Ect和目标点火时刻IGt。因此，以下进行说明的转矩特性函数和点火时刻设定函数存储在存储装置91中。
2-2-1.点火时刻设定函数
转矩接口部32存储了预先设定了预设种类的运行状态与目标点火时刻的基本值IGb之间的关系的函数即点火时刻设定函数。在输出转矩成为最大的点火时刻即MBT点火时刻IGmbt(MBT：Minimum advance for the Best Torque最佳转矩的最小提前量)不产生爆震的运行状态下，目标点火时刻的基本值IGb设定为MBT点火时刻IGmbt，在MBT点火时刻IGmbt发生爆震的运行状态下，目标点火时刻的基本值IGb设定为爆震开始发生的提前角侧的极限点火时刻即爆震极限点火时刻IGknk。
点火时刻设定函数设为预先设定了包含填充效率Ec的预设种类的运行状态与目标点火时刻的基本值IGb之间的关系的函数。对输出转矩成为最大的点火时刻产生影响的运行状态根据内燃机1的系统结构而变化。本实施方式中，点火时刻设定函数设为预先设定了转速Ne、填充效率Ec、进气相位角IVT、排气相位角EVT及ECR率Regr的运行状态与目标点火时刻的基本值IGb之间的关系的函数。
＜神经网络＞
若内燃机1的系统结构变得复杂，则点火时刻设定函数成为输入变量的数量较多的复杂的函数。本实施方式中，如图4所示，点火时刻设定函数由前馈传播型神经网络(FNN：Feedforward Neural Network)构成。FNN具有排列在分层上的单元(也称为节点、神经元)在相邻的层间相结合的构造，是构成为信息从输入侧向输出侧传播的网络。在单元中进行的运算中，对从前层的各单元输入的值乘以权重，并且加上偏置，由此得到的值成为对该单元的总输入，使该总输入通过激活函数后的输出成为单元的输出。
为了将由这种单元构成的FNN用作为近似函数，需要预先对各单元的权重及偏置进行调整，以使得针对FNN的输入值与其输出值成为所希望的关系。对于该调整，预先准备多个被称为教师数据的输入值和输出值的数据集，并应用被称为误差反向传播法(back-propagation method)的方法来进行。将通过这样调整权重和偏置的情况称为神经网络的学习，若能良好地进行学习，则FNN能用作为存储有教师数据所具备的特征的通用函数。
另外，考虑FNN的层的数量越多，且层中所包含的单元的数量越多，则近似精度越是提高，但存在如下情况：根据学习的状况，在与教师数据不同的点处精度将极端恶化(称此为过学习或过适配)，在这种情况下，需要进行调整，以使得在途中停止学习来抑制过学习，并增加教师数据数等，由此来得到所需的近似精度。以上是FNN的概要，由于FNN及其学习方法是上述非专利文献2中详细地进行了说明的公知的技术，因此，这里FNN作为公知技术来进行说明。
图4所示的示例中，作为FNN的结构，构成为将转速Ne、填充效率Ec、进气相位角IVT、排气相位角EVT、EGR率Regr这5个参数输入至输入层，具有5个单元的中间层为3层，并通过输出层来输出目标点火时刻的基本值IGb。另外，该结构为例示，除此以外，可以构成为输入进气温度、大气压、歧管温度等环境条件，也可以构成为输入空燃比AF这样的其它内燃机的运行状态。此外，在内燃机的系统结构不同的情况下，也可以构成为输入该系统结构的运行状态(例如，可变气门升程、可变压缩比等)。此外，关于中间层，也可以使各层的单元数及层数本身增减。这些是在事先进行的FNN学习时要根据近似精度来进行调整的参数。
此外，这里，示出了利用1个FNN直接计算目标点火时刻的基本值IGb的示例，但也可以构成为设置MBT点火时刻IGmbt的计算用的FNN、及爆震极限点火时刻IGknk的计算用的FNN这2个FNN，利用各自的FNN来计算MBT点火时刻IGmbt与爆震极限点火时刻IGknk，并将这2个点火时刻的滞后角侧的点火时刻作为目标点火时刻的基本值IGb来进行计算。
2-2-2.转矩特性函数
转矩接口部32存储了预先设定了预设种类的运行状态与输出转矩Trq之间的关系的函数即转矩特性函数。然后，转矩接口部32使用转矩特性函数来计算实现目标转矩的控制量的目标值。
转矩特性函数设为预先设定了包含点火时刻IG在内的预设种类的运行状态与输出转矩Trq之间的关系的函数。影响输出转矩的运行状态根据内燃机1的系统结构而变化。本实施方式中，转矩特性函数设为预先设定了转速Ne、填充效率Ec、进气相位角IVT、排气相位角EVT、EGR率Regr及点火时刻IG的运行状态与输出转矩Trq之间的关系的函数。
若内燃机1的系统结构变得复杂，则转矩特性函数成为输入变量数较多的复杂的函数。本实施方式中，如图5所示，转矩特性函数由前馈传播型神经网络(FNN)构成。
图5所示的示例中，作为FNN的结构，构成为将转速Ne、填充效率Ec、进气相位角IVT、排气相位角EVT、EGR率Regr、点火时刻IG这6个参数输入至输入层，具有6个单元的中间层为3层，并通过输出层来对输出转矩Trq进行输出。
另外，该结构为例示，除此以外，可以构成为输入进气温度、大气压、歧管温度等环境条件，也可以构成为输入空燃比AF这样的其它内燃机的运行状态。此外，在内燃机的系统结构不同的情况下，也可以构成为输入该系统结构的运行状态(例如，可变气门升程、可变压缩比等)。此外，关于中间层，也可以使各层的单元数及层数本身增减。这些是在事先进行的FNN学习时要根据近似精度来进行调整的参数。
此外，这里，示出了利用FNN直接计算输出转矩Trq的示例，但也可以构成为利用FNN计算图示平均有效压力或热效率，并对图示平均有效压力乘以行程容积等来计算输出转矩Trq，或对热效率乘以燃料所具有的热量等来计算输出转矩Trq。
2-2-3.实际输出转矩Trqr的计算
转矩接口部32具备计算实际输出转矩Trqr的实际转矩计算部55。实际转矩计算部55使用转矩特性函数来计算与当前的运行状态(本示例中，实际转矩Ner、实际填充效率Ecr、实际进气相位角IVTr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr以及实际点火时刻SA)相对应的输出转矩即实际输出转矩Trqr。将所计算出的实际输出转矩Trqr传输至转矩控制部31。
2-2-4.目标点火时刻IGt的计算
转矩接口部32具备计算目标点火时刻IGt的目标点火时刻计算部51。本实施方式中，如下式及图6所示，在高响应目标转矩Trqtf与低响应目标转矩Trqts相一致、不存在通过点火时刻的滞后角来实现的转矩下降请求的情况下，目标点火时刻计算部51计算与当前的运行状态相对应的目标点火时刻的基本值IGb来作为目标点火时刻IGt，在高响应目标转矩Trqtf比低响应目标转矩Trqts要低、存在通过点火时刻的滞后角来实现的转矩下降请求的情况下，目标点火时刻计算部51计算与高响应目标转矩Trqtf相对应的目标转矩对应点火时刻IGtt来作为目标点火时刻IGt。
【数学式1】
Figure BDA0003243292420000191
2-2-4-1.目标点火时刻的基本值IGb的计算
目标点火时刻计算部51使用点火时刻设定函数，来计算与运行状态(本示例中，实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际进气相位角IVTr、实际排气相位角EVTr以及实际EGR率Regrr)相对应的目标点火时刻的基本值IGb。
2-2-4-2.目标转矩对应点火时刻的计算
目标点火时刻计算部51计算实现目标转矩的目标转矩对应点火时刻IGtt。本实施方式中，目标点火时刻计算部51构成为计算目标转矩对应点火时刻IGtt，该目标转矩对应点火时刻IGtt实现包含使点火时刻产生滞后角并向内燃机请求的输出转矩即高响应目标转矩Trqtf。
若使点火时刻IG逐渐变化，并使用转矩特性函数来反复计算输出转矩Trq，则能搜索出实现高响应目标转矩Trqtf的点火时刻IG。然而，若反复进行使用了转矩特性函数的运算，则运算负荷将增大。特别地，若系统结构变得复杂，转矩特性函数变得复杂化，则运算负荷将大幅度增加。因此，希望尽可能降低使用了转矩特性函数的运算次数。
于是，如图6所示，目标点火时刻计算部51包括多个点火转矩计算部52、点火转矩近似曲线计算部53以及近似曲线点火计算部54。多个点火转矩计算部52使用转矩特性函数来计算与预先设定为多个数量的点火样本数的点火时刻IG1、IG2……分别相对应的点火样本数的输出转矩即点火样本数的点火对应转矩Trqi1、Trqi2……。
点火转矩近似曲线计算部53计算对点火样本数的点火时刻IG1、IG2……与点火样本数的点火对应转矩Trqi1、Trqi2……之间的关系进行近似后得到的近似曲线即点火转矩近似曲线。近似曲线点火计算部54使用点火转矩近似曲线来计算与目标转矩(本示例中，高响应目标转矩Trqtf)相对应的点火时刻，以作为目标转矩对应点火时刻IGtt。
根据该结构，并非直接反复进行使用了转矩特性函数的运算来搜索与目标转矩相对应的点火时刻，而是基于点火样本数的转矩特性函数的运算结果来计算近似曲线，并使用近似曲线来计算与目标转矩相对应的点火时刻，因此，能将使用了转矩特性函数的运算降低到预先设定的点火样本数。
＜3个点火样本数的点火时刻的设定＞
本实施方式中，对点火样本数被设定为3个的情况进行说明。即，对于第1样本的点火时刻IG1、第2样本的点火时刻IG2及第3样本的点火时刻IG3，分别进行使用了转矩特性函数的运算，来运算第1样本的点火对应转矩Trqi1、第2样本的点火对应转矩Trqi2及第3样本的点火对应转矩Trqi3。
多个点火转矩计算部52将第1样本的点火时刻IG1、第2样本的点火时刻IG2及第3样本的点火时刻IG3在可燃范围之中设定为彼此不同的值。例如，如下式所示，多个点火转矩计算部52将第1样本的点火时刻IG1设定为目标点火时刻的基本值IGb，将第3样本的点火时刻IG3设定为点火时刻的滞后角侧的设定极限即滞后角极限点火时刻IGrtd，并将第2样本的点火时刻IG2设定为目标点火时刻的基本值IGb与滞后角极限点火时刻IGrtd的中间值。
【数学式2】
Figure BDA0003243292420000211
＜3个点火样本数的点火对应转矩的运算＞
多个点火转矩计算部52使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际进气相位角IVTr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr以及第1样本的点火时刻IG1相对应的输出转矩即第1样本的点火对应转矩Trqi1。接着，多个点火转矩计算部52使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际进气相位角IVTr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr以及第2样本的点火时刻IG2相对应的输出转矩即第2样本的点火对应转矩Trqi2。然后，多个点火转矩计算部52使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际进气相位角IVTr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr以及第3样本的点火时刻IG3相对应的输出转矩即第3样本的点火对应转矩Trqi3。
＜点火转矩近似曲线的运算＞
在图7中示出由此设定得到的、第1样本至第3样本的点火时刻IG1、IG2、IG3、与第1样本至第3样本的点火对应转矩Trqi1、Trqi2、Trqi3之间的关系。一般情况下，若点火时刻以外的运行状态相同，则考虑点火时刻与转矩之间的关系为能通过二次函数来近似的关系(参照专利文献2的段落0032等)。
于是，本实施方式中，点火转矩近似曲线设定为下式所示那样的二次函数。点火转矩近似曲线计算部53基于点火样本数的点火时刻IG1、IG2……及点火样本数的点火对应转矩Trqi1、Trqi2……，来计算设为二次函数的点火转矩近似曲线的各项的系数A、B、C。
【数学式3】
Trq＝A×IG2+B×IG+C…(3)
该二次函数中，若点火时刻IG与输出转矩Trq之间存在3点关系，则能通过分别代入式(3)并求解联立方程式，来计算出3个系数A、B、C。例如，点火转矩近似曲线计算部53使用下式来计算3个系数A、B、C。
【数学式4】
Figure BDA0003243292420000221
另外，点火样本数可以设定为4个以上的数量，计算点火时刻IG与输出转矩Trq之间的4点以上的关系，并且可以通过最小二乘法等回归分析的方法，来计算出各项的系数A、B、C。
＜点火样本数为2个的情况＞
或者，点火样本数可以预先设定为2个。该情况下，如下式所示，点火转矩近似曲线计算部53将第1样本的点火时刻IG1设定为输出转矩成为最大的点火时刻即MBT点火时刻IGmbt，并将第2样本的点火时刻IG2设定为点火时刻的滞后角侧的设定极限即滞后角极限点火时刻IGrtd。与点火时刻设定函数同样地，MBT点火时刻IGmbt可以使用预先设定了预设种类的运行状态与MBT点火时刻IGmbt之间的关系的函数来计算，函数由神经网络构成。或者，如上所述，在点火时刻设定函数设有MBT点火时刻IGmbt的计算用的FNN、以及爆震极限点火时刻IGknk的计算用的FNN这2个FNN的情况下，也可以使用计算目标点火时刻的基本值IGb时所计算出的MBT点火时刻IGmbt。
【数学式5】
IG1＝IGmbt，IG2＝IGrtd…(5)
多个点火转矩计算部52使用转矩特性函数来计算与MBT点火时刻IGmbt相对应的第1样本的点火对应转矩Trqi1，并且，使用转矩特性函数来计算与滞后角极限点火时刻IGrtd相对应的第2样本的点火对应转矩Trqi2。
然后，如下式所示，点火转矩近似曲线计算部53将MBT点火时刻IGmbt、以及与MBT点火时刻IGmbt相对应的第1样本的点火对应转矩Trqi1设定为设为了二次函数的点火转矩近似曲线的极值。
【数学式6】
Figure BDA0003243292420000231
然后，如下式所示，点火转矩近似曲线计算部53基于滞后角极限点火时刻IGrtd、以及与滞后角极限点火时刻IGrtd相对应的第2样本的点火对应转矩Trqi2，来计算点火转矩近似曲线的各项的系数A、B、C。
【数学式7】
Figure BDA0003243292420000232
＜使用了点火转矩近似曲线的目标转矩对应点火时刻的运算＞
如下式所示，近似曲线点火计算部54求解二次函数的方程式，并使用各项的系数A、B、C，来计算与高响应目标转矩Trqtf相对应的点火时刻，以作为目标转矩对应点火时刻IGtt。
【数学式8】
Figure BDA0003243292420000241
2-2-5.目标填充效率Ect的计算
转矩接口部32具备计算目标填充效率Ect的目标进气量计算部61。目标进气量计算部61计算实现目标转矩的目标填充效率Ect。本实施方式中，目标进气量计算部61构成为计算实现向内燃机请求而不将使点火时刻产生滞后角的情况考虑在内的输出转矩即低响应目标转矩Trqts的目标填充效率Ect。
若使填充效率Ec逐渐变化，并使用转矩特性函数来反复计算输出转矩Trq，则能搜索出实现低响应目标转矩Trqts的填充效率Ec。此时，若使填充效率Ec变化，则目标点火时刻的基本值IGb也变化，因此，在每次使填充效率Ec变化时，也需要使用点火时刻设定函数来计算目标点火时刻的基本值IGb。然而，若反复进行使用了转矩特性函数的运算、以及使用了点火时刻设定函数的运算，则运算负荷将增大。特别地，若系统结构变得复杂，转矩特性函数及点火时刻设定函数变得复杂化，则运算负荷将大幅度增加。因此，希望尽可能降低使用了转矩特性函数和点火时刻设定函数的运算次数。
于是，如图8所示，目标进气量计算部61包括多个进气点火计算部62、多个进气转矩计算部63、进气转矩近似曲线计算部64以及转矩进气量计算部65。多个进气点火计算部62使用点火时刻设定函数，来计算与预先设定为多个数量的进气样本数的填充效率Ec1、Ec2……分别相对应的进气样本数的目标点火时刻的基本值IGb1、IGb2……。
多个进气转矩计算部63使用转矩特性函数，来计算与进气样本数的填充效率Ec1、Ec2……分别相对应、以及与进气样本数的目标点火时刻的基本值IGb1、IGb2……分别相对应的进气样本数的输出转矩即进气样本数的进气点火对应转矩Trqe1、Trqe2……。
进气转矩近似曲线计算部64计算对进气样本数的填充效率Ec1、Ec2……与进气样本数的进气点火对应转矩Trqe1、Trqe2……之间的关系进行近似后得到的近似曲线即进气转矩近似曲线。转矩进气量计算部65使用进气转矩近似曲线，来计算与目标转矩(本示例中，低响应目标转矩Trqts)相对应的填充效率，以作为目标填充效率Ect。
根据该结构，并非直接反复进行使用了转矩特性函数和点火时刻设定函数的运算来搜索与目标转矩相对应的填充效率，而是基于进气样本数的转矩特性函数和点火时刻设定函数的运算结果来计算近似曲线，并使用近似曲线来计算与目标转矩相对应的填充效率，因此，能将使用了转矩特性函数和点火时刻设定函数的运算降低到预先设定的进气样本数。
＜3个进气样本数的填充效率的设定＞
本实施方式中，对进气样本数被设定为3个的情况进行说明。如下式所示，多个进气点火计算部62将实际填充效率Ecr设定为第1样本的填充效率Ec1。多个进气点火计算部62计算与对实际填充效率Ecr乘以低响应目标转矩Trqts相对于实际输出转矩Trqr之比而得到的值相对应的值，来作为目标对应填充效率，并设定为第3样本的填充效率Ec3。多个进气点火计算部62计算实际填充效率Ecr(Ec1)与目标对应填充效率(Ec3)的中间值来作为中间填充效率，并设定为第2样本的填充效率Ec2。
【数学式9】
这里，在“实际输出转矩Trqr＜低响应目标转矩Trqts”的情况下，将调整系数Ke设定为1.2～1.5左右的值，在“实际输出转矩Trqr＞低响应目标转矩Trqts”的情况下，将调整系数Ke设定为0.7～0.9左右的值。
＜3个进气样本数的点火时刻以外的控制量的目标值的运算＞
若填充效率Ec发生变化，则不仅目标点火时刻的基本值IGb发生变化，其它内燃机的控制量的最佳值也发生变化，控制量的变化将影响输出转矩Trq。本实施方式中，多个进气点火计算部62构成为计算与进气样本数的填充效率Ec1、Ec2、Ec3分别对应的、点火时刻以外的内燃机的控制量的目标值(本示例中，目标进气相位角IVTt、目标排气相位角EVTt、目标EGR率Regrt)，并用在使用了点火时刻设定函数的运算中。
具体而言，多个进气点火计算部62使用后述的进气相位角目标设定函数，来计算与实际转速Ner及进气样本数的填充效率Ec1、Ec2、Ec3分别对应的进气样本数的目标进气相位角IVTt1、IVTt2、IVTt3。多个进气点火计算部62使用后述的排气相位角目标设定函数，来计算与实际转速Ner及进气样本数的填充效率Ec1、Ec2、Ec3分别对应的进气样本数的目标排气相位角EVTt1、EVTt2、EVTt3。多个进气点火计算部62使用后述的EGR率目标设定函数，来计算与实际转速Ner及进气样本数的填充效率Ec1、Ec2、Ec3分别对应的进气样本数的目标EGR率Regrt1、Regrt2、Regrt3。
＜3个进气样本数的目标点火时刻的基本值的运算＞
多个进气点火计算部62使用点火时刻设定函数，来计算与实际转速Ner、第1样本的填充效率Ec1、第1样本的目标进气相位角IVTt1、第1样本的目标排气相位角EVTt1以及第1样本的目标EGR率Regrt1相对应的第1样本的目标点火时刻的基本值IGb1。接着，多个进气点火计算部62使用点火时刻设定函数，来计算与实际转速Ner、第2样本的填充效率Ec2、第2样本的目标进气相位角IVTt2、第2样本的目标排气相位角EVTt2以及第2样本的目标EGR率Regrt2相对应的第2样本的目标点火时刻的基本值IGb2。然后，多个进气点火计算部62使用点火时刻设定函数，来计算与实际转速Ner、第3样本的填充效率Ec3、第3样本的目标进气相位角IVTt3、第3样本的目标排气相位角EVTt3以及第3样本的目标EGR率Regrt3相对应的第3样本的目标点火时刻的基本值IGb3。
＜3个进气样本数的进气点火对应转矩的运算＞
多个进气转矩计算部63使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、第1样本的填充效率Ec1、第1样本的目标进气相位角IVTt1、第1样本的目标排气相位角EVTt1、第1样本的目标EGR率Regrt1以及第1样本的目标点火时刻的基本值IGb1相对应的第1样本的进气点火对应转矩Trqe1。接着，多个进气转矩计算部63使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、第2样本的填充效率Ec2、第2样本的目标进气相位角IVTt2、第2样本的目标排气相位角EVTt2、第2样本的目标EGR率Regrt2以及第2样本的目标点火时刻的基本值IGb2相对应的第2样本的进气点火对应转矩Trqe2。然后，多个进气转矩计算部63使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、第3样本的填充效率Ec3、第3样本的目标进气相位角IVTt3、第3样本的目标排气相位角EVTt3、第3样本的目标EGR率Regrt3以及第3样本的目标点火时刻的基本值IGb3相对应的第3样本的进气点火对应转矩Trqe3。
＜进气转矩近似曲线的运算＞
在图9中示出由此运算得到的、第1样本至第3样本的填充效率Ec1、Ec2、Ec3、与第1样本至第3样本的进气点火对应转矩Trqe1、Trqe2、Trqe3之间的关系。一般情况下，若热效率为恒定，则填充效率与输出转矩的关系成正比。然而，若点火时刻、VVT相位角及EGR率发生变化，则热效率也发生变化，因此，考虑并不严格地成正比关系。因此，若通过二次函数来近似，则可提高近似精度。
于是，本实施方式中，进气转矩近似曲线设定为下式所示那样的二次函数。进气转矩近似曲线计算部64基于进气样本数的填充效率Ec1、Ec2……及进气样本数的进气点火对应转矩Trqe1、Trqe2……，来计算设为二次函数的进气转矩近似曲线的各项的系数P、Q、R。
【数学式10】
Trq＝P×Ec2+Q×Ec+R…(10)
该二次函数中，若填充效率Ec与输出转矩Trq之间存在3个关系，则能通过分别代入式(10)并求解联立方程式，来计算出3个系数P、Q、R。例如，进气转矩近似曲线计算部64使用下式来计算3个系数P、Q、R。
【数学式11】
Figure BDA0003243292420000281
另外，进气样本数可以预先设定为4个以上的数量，计算填充效率Ec与输出转矩Trq之间的4点以上的关系，并且可以通过最小二乘法等回归分析的方法，来计算出各项的系数P、Q、R。
＜使用了进气转矩近似曲线的目标填充效率的运算＞
如下式所示，转矩进气量计算部65求解二次函数的方程式，并使用各项的系数P、Q、R，来计算与低响应目标转矩Trqts相对应的填充效率，以作为目标填充效率Ect。
【数学式12】
Figure BDA0003243292420000282
2-2-6.燃烧控制状态的目标值的计算
转矩接口部32具备计算燃烧操作机构的控制状态即燃烧控制状态的目标值的燃烧控制目标计算部66。如图10所示，燃烧控制目标计算部66使用预先设定了预设种类的运行状态、与燃烧控制状态的目标值之间的关系的函数即燃烧控制目标设定函数，来计算燃烧控制状态的目标值。本实施方式中，作为燃烧控制状态的目标值，计算目标EGR率Regrt、目标进气相位角IVTt、目标排气相位角EVTt，作为燃烧控制目标设定函数，使用EGR率目标设定函数、进气相位角目标设定函数以及排气相位角目标设定函数。
燃烧控制目标计算部66使用预先设定了转速Ne、填充效率Ec及目标EGR率Regrt之间的关系的函数即EGR率目标设定函数，来计算与实际转速Ner及目标填充效率Ect相对应的目标EGR率Regrt。本实施方式中，EGR率目标设定函数由映射数据构成。另外，EGR率目标设定函数也可以由神经网络构成。
燃烧控制目标计算部66使用预先设定了转速Ne及填充效率Ec与目标进气相位角IVTt之间的关系的函数即进气相位角目标设定函数，来计算与实际转速Ner及目标填充效率Ect相对应的目标进气相位角IVTt。本实施方式中，进气相位角目标设定函数由映射数据构成。另外，进气相位角目标设定函数也可以由神经网络构成。
燃烧控制目标计算部66使用预先设定了转速Ne及填充效率Ec与目标排气相位角EVTt之间的关系的函数即排气相位角目标设定函数，来计算与实际转速Ner及目标填充效率Ect相对应的目标排气相位角EVTt。本实施方式中，排气相位角目标设定函数由映射数据构成。另外，排气相位角目标设定函数也可以由神经网络构成。
2-3.流程图
基于图11所示的流程图，对目标点火时刻IGt和目标填充效率Ect的计算所涉及的控制装置30的概要处理的步骤(内燃机1的控制方法)进行说明。图11的流程图的处理通过运算处理装置90执行存储在存储装置91中的软件(程序)，从而例如每隔规定的运算周期反复执行。
在步骤S01中，如上所述，运行状态检测部330执行如下运行状态检测处理：对内燃机的实际转速Ner进行检测，并对实际填充效率Ecr等各种运行状态进行检测来作为气缸内进气量信息。步骤S02中，如上所述，转矩控制部31执行如下目标转矩计算处理：运算目标转矩(本示例中，低响应目标转矩Trqts、高响应目标转矩Trqtf)。步骤S03中，如上所述，实际转矩计算部55执行如下实际转矩计算处理：使用转矩特性函数来计算与当前的运行状态相对应的实际输出转矩Trqr。步骤S04中，如上所述，目标点火时刻计算部51执行如下基本点火时刻计算处理：使用点火时刻设定函数来计算与当前的运行状态相对应的目标点火时刻的基本值IGb点火时刻。
在步骤S05中，如上所述，多个点火转矩计算部52执行如下多个点火转矩计算处理：使用转矩特性函数来计算与点火样本数的点火时刻IG1、IG2……分别相对应的点火样本数的输出转矩即点火样本数的点火对应转矩Trqi1、Trqi2……。在步骤S06中，如上所述，点火转矩近似曲线计算部53执行如下点火转矩近似曲线计算处理：计算对点火样本数的点火时刻IG1、IG2……与点火样本数的点火对应转矩Trqi1、Trqi2……之间的关系进行近似后得到的点火转矩近似曲线。在步骤S07中，如上所述，近似曲线点火计算部54执行如下近似曲线点火计算处理：使用点火转矩近似曲线来计算与目标转矩(本示例中，高响应目标转矩Trqtf)相对应的点火时刻，以作为目标转矩对应点火时刻IGtt。
在步骤S08中，如上所述，目标点火时刻计算部51执行如下目标点火时刻选择处理：在不存在通过点火时刻的滞后角来实现的转矩下降请求的情况下，将步骤S04中计算出的目标点火时刻的基本值IGb作为目标点火时刻IGt来计算，而在存在通过点火时刻的滞后角来实现的转矩下降请求的情况下，将步骤S07中计算出的目标转矩对应点火时刻IGtt作为目标点火时刻IGt来计算点火时刻。
在步骤S09中，如上所述，多个进气点火计算部62执行如下多个进气点火计算处理：使用点火时刻设定函数，来计算与预先设定为多个数量的进气样本数的填充效率Ec1、Ec2……分别相对应的进气样本数的目标点火时刻的基本值IGb1、IGb2……。在步骤S10中，如上所述，多个进气转矩计算部63执行如下多个进气转矩计算处理：使用转矩特性函数，来计算与进气样本数的填充效率Ec1、Ec2……分别相对应、以及与进气样本数的目标点火时刻的基本值IGb1、IGb2……分别相对应的进气样本数的输出转矩即进气样本数的进气点火对应转矩Trqe1、Trqe2……。
在步骤S11中，如上所述，进气转矩近似曲线计算部64执行如下进气转矩近似曲线计算处理：计算对进气样本数的填充效率Ec1、Ec2……与进气样本数的进气点火对应转矩Trqi1、Trqi2……之间的关系进行近似后得到的进气转矩近似曲线。在步骤S12中，如上所述，转矩进气量计算部65执行如下进气量计算处理：使用进气转矩近似曲线，来计算与目标转矩(本示例中，低响应目标转矩Trqts)相对应的填充效率，以作为目标填充效率Ect。步骤S13中，如上所述，燃烧控制目标计算部66执行如下燃烧控制目标计算处理：使用燃烧控制目标设定函数来计算燃烧控制状态的目标值(本示例中，目标EGR率Regrt、目标进气相位角IVTt、目标排气相位角EVTt)。
步骤S14中，如上所述，点火控制部333执行如下点火控制处理：基于目标点火时刻IGt来决定最终点火时刻SA，并基于最终点火时刻SA来进行针对点火线圈16的通电控制。步骤S15中，如上所述，进气量控制部331执行如下进气量控制处理：基于目标填充效率Ect，来控制被吸入气缸内的空气量。在步骤S16中，如上所述，燃烧控制部334执行如下燃烧控制处理：基于目标EGR率Regrt、目标进气相位角IVTt及目标排气相位角EVTt，来对EGR阀22、进气VVT14及排气VVT15的电动致动器进行驱动控制。
[其它实施方式]
最后，对本发明的其它实施方式进行说明。另外，以下说明的各实施方式的结构并不限于分别单独地进行应用，只要不产生矛盾，也能与其它实施方式的结构相组合来进行应用。
(1)在上述实施方式1中，以转矩特性函数、点火时刻设定函数由神经网络构成的情况为例进行了说明。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，转矩特性函数及点火时刻设定函数的一方或双方也可以由映射数据和近似曲线等其它函数来构成。
(2)在上述实施方式1中，以EGR率目标设定函数、进气相位角目标设定函数以及排气相位角目标设定函数等燃烧控制目标设定函数由映射数据构成的情况为例进行了说明。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，各燃烧控制目标设定函数也可以由神经网络等其它函数来构成。
(3)在上述实施方式1中，以如下情况为例进行了说明，即：燃烧操作机构设为进气VVT14、排气VVT15及EGR阀22，作为燃烧控制状态的目标值，计算目标进气相位角IVTt、目标排气相位角EVTt、目标EGR率Regrt，作为控制目标设定函数，使用进气相位角目标设定函数、排气相位角目标设定函数及EGR率目标设定函数。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，燃烧操作机构可以根据内燃机的系统结构来进行变更，可设为可变气门升程机构、可变压缩比机构、涡轮增压器、旋流控制阀及翻转控制阀等，燃烧控制状态的目标值可以设为目标气门升程量、目标压缩比、目标增压压力、目标旋流控制阀开度及目标翻转控制阀开度等，控制目标设定函数可以设为对各目标值进行设定的函数。
(4)上述实施方式1中，对于内燃机1，以汽油发动机的情况为例进行了说明。然而，本发明的实施方式并不限于此。即，内燃机1也可以进行HCCI燃烧(Homogeneous-ChargeCompression Ignition Combustion：均相充量压缩点火燃烧)的发动机等各种内燃机。
本公开示例性地记载了实施方式，但实施方式所记载的各种特征、状态及功能并不局限于运用于特定的实施方式，也可以单独或通过各种组合来运用于实施方式。因而，可在本申请说明书所公开的技术范围内假设未举例示出的无数变形例。例如，设在对至少一个结构要素进行变形的情况下包含有追加的情况或省略的情况。
标号说明
1 内燃机
16 点火线圈
25 燃烧室
30 内燃机的控制装置
330 运行状态检测部
331 进气量控制部
333 点火控制部
52 多个点火转矩计算部
53 点火转矩近似曲线计算部
54 近似曲线点火计算部
62 多个进气点火计算部
63 多个进气转矩计算部
64 进气转矩近似曲线计算部
65 转矩进气量计算部
Trqtf 高响应目标转矩
Trqts 低响应目标转矩

Claims (6)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
运行状态检测部，该运行状态检测部对包含被吸入燃烧室内的空气量的信息即气缸内进气量信息在内的内燃机的运行状态进行检测；
多个进气点火计算部，该多个进气点火计算部使用点火时刻设定函数，来对与预先设定为多个数量的进气样本数的所述气缸内进气量信息分别相对应的所述进气样本数的所述目标点火时刻的基本值进行计算，所述点火时刻设定函数是预先设定了包含所述气缸内进气量信息在内的预设种类的运行状态与目标点火时刻的基本值之间的关系的函数；
多个进气转矩计算部，该多个进气转矩计算部使用转矩特性函数，来对分别对应于所述进气样本数的气缸内进气量信息、以及所述进气样本数的目标点火时刻的基本值的所述进气样本数的所述输出转矩、即所述进气样本数的进气点火对应转矩进行计算，所述转矩特性函数是预先设定了包含所述气缸内进气量信息及点火时刻在内的预设种类的运行状态与所述内燃机的输出转矩之间的关系的函数；
进气转矩近似曲线计算部，该进气转矩近似曲线计算部对将所述进气样本数的气缸内进气量信息与所述进气样本数的进气点火对应转矩之间的关系进行近似而得的近似曲线、即进气转矩近似曲线进行计算；
目标进气量计算部，该目标进气量计算部使用所述进气转矩近似曲线，对与所述内燃机所要求的输出转矩即目标转矩相对应的所述气缸内进气量信息进行计算，以作为目标气缸内进气量信息；以及
进气量控制部，该进气量控制部基于所述目标气缸内进气量信息，来对被吸入气缸内的空气量进行控制。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述点火时刻设定函数由神经网络构成，
所述转矩特性函数由神经网络构成。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述进气样本数预先设定为3个以上的数量，
所述进气转矩近似曲线计算部基于所述进气样本数的气缸内进气量信息及所述进气样本数的进气点火对应转矩，来对被设为2次函数的所述进气转矩近似曲线的各项系数进行计算。
4.如权利要求1至3的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述进气样本数预先设定为3个，
多个所述进气点火计算部使用所述转矩特性函数，来对与运行状态的实际值相对应的所述输出转矩的实际值进行计算，
对与所述目标转矩与所述输出转矩的实际值之比乘以所述气缸内进气量信息的实际值而得的值相对应的值进行计算，以作为目标对应气缸内进气量信息，对所述气缸内进气量信息的实际值与所述目标对应气缸内进气量信息之间的值进行计算，以作为中间气缸内进气量信息，
使用所述气缸内进气量信息的实际值、所述目标对应气缸内进气量信息、以及所述中间气缸内进气量信息，来作为所述进气样本数的气缸内进气量信息。
5.如权利要求1至4的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述目标转矩是不考虑使点火时刻延迟的情况而向所述内燃机提出要求的输出转矩。
6.一种内燃机的控制方法，其特征在于，执行如下步骤：
运行状态检测步骤，在该运行状态检测步骤中，对包含被吸入燃烧室内的空气量的信息即气缸内进气量信息在内的内燃机的运行状态进行检测；
多个进气点火计算步骤，在该多个进气点火计算步骤中，使用点火时刻设定函数，来对与预先设定为多个数量的进气样本数的所述气缸内进气量信息分别相对应的所述进气样本数的所述目标点火时刻的基本值进行计算，所述点火时刻设定函数是预先设定了包含所述气缸内进气量信息在内的预设种类的运行状态与目标点火时刻的基本值之间的关系的函数；
多个进气转矩计算步骤，在该多个进气转矩计算步骤中，使用转矩特性函数，来对分别对应于所述进气样本数的气缸内进气量信息、以及所述进气样本数的目标点火时刻的基本值的所述进气样本数的所述输出转矩、即所述进气样本数的进气点火对应转矩进行计算，所述转矩特性函数是预先设定了包含所述气缸内进气量信息及点火时刻在内的预设种类的运行状态与所述内燃机的输出转矩之间的关系的函数；
进气转矩近似曲线计算步骤，在该进气转矩近似曲线计算步骤中，对将所述进气样本数的气缸内进气量信息与所述进气样本数的进气点火对应转矩之间的关系进行近似而得的近似曲线、即进气转矩近似曲线进行计算；
目标进气量计算步骤，在该目标进气量计算步骤中，使用所述进气转矩近似曲线，对与所述内燃机所要求的输出转矩即目标转矩相对应的所述气缸内进气量信息进行计算，以作为目标气缸内进气量信息；以及
进气量控制步骤，在该进气量控制步骤中，基于所述目标气缸内进气量信息，来对被吸入气缸内的空气量进行控制。
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