内燃机的控制装置技术领域
本发明涉及一种对构成为能够将用于运转的空燃比在至少两个空燃比
之间切换的内燃机的空气量、燃料供给量以及点火正时进行综合控制的控
制装置。
背景技术
在日本特开平11-22609号公报中公开了与如下内燃机的燃烧方式的
切换控制相关的技术(以下，现有技术)，所述内燃机是能够将内燃机的燃
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。分层燃烧的空燃比比均质燃烧的空燃比稀，因此燃烧方式的切换伴
有空燃比的切换。作为空燃比的切换方法，众所周知为了不产生转矩阶梯
差而使空燃比逐渐变化的方法。但若采用该公知的方法，则会存在如下问
题：虽然可缓和转矩的阶梯差，但是无法获得所期望的转矩，另外，由于
使用不是本来所预想的空燃比，因此会招致排放性恶化。上述现有技术是
作为针对该问题的解决方案而提出的。
根据上述现有技术，在进行从均质燃烧向分层燃烧的切换时，在阶跃
性地切换目标当量比之前仅对目标空气量进行阶跃性地切换。详细而言，
仅使目标空气量阶跃性地增大来预先使空气量增大，在实际空气量达到目
标空气量的正时使目标当量比阶跃性地减少。即，在空气量晚于目标空气
量地正在增大的期间，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来决定燃料量，则燃料量相对于将转矩保持为
恒定所需的量过剩。因此，在上述现有技术中，用点火正时的延迟来修正
该燃料量的过剩部分，由此来避免燃烧方式切换前的转矩的增大。
另外，在具有使进气门的气门正时变化的可变气门正时机构的内燃机
中，在将空燃比从理论空燃比向稀空燃比切换的情况下，将目标气门正时
从与理论空燃比对应的气门正时切换到与稀空燃比对应的气门正时。由此，
目标气门正时随着空燃比从理论空燃比向稀空燃比的切换而切换为使得气
门重叠量减少。
在此，如上述的现有技术那样，在进行先于目标空燃比切换目标空气
量的控制的情况下，若在目标空燃比的切换正时切换目标气门正时，则由
于在可变气门正时机构的切换动作期间实现稀空燃比，因此伴有由燃烧恶
化引起的不发火的可能性。因此，也考虑将目标气门正时的切换正时设为
目标空气量的切换时刻。然而，若在目标空气量的切换时刻进行目标气门
正时的切换，则气门重叠量先于空燃比的切换而减少。在该情况下，空气
量的增大变缓慢而伴有从目标空气量的切换到实际空气量增大到目标空气
量为止的过渡期间长期化的可能性。在过渡期间，实际转矩会比要求转矩
大，因此通过点火正时的延迟控制来实现要求转矩并消除转矩阶梯差。然
而，若由于上述气门重叠量的减少的影响而使得到实现目标空气量为止的
过渡期间长期化，则担心会发生燃烧的恶化、燃料经济性的恶化。另外，
若由于过渡期间的长期化而使得点火正时的延迟控制长期化，则排气系统
部件的温度上升会成为问题。虽然能够通过对点火正时的延迟时间设限来
防止排气系统部件的温度上升，但是却无法避免由燃料量的过剩所引起的
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做成的，其要解决的技术问题在于，在构成
为能够将用于运转的空燃比在至少两个空燃比之间切换的内燃机中，不产
生转矩变动地切换空燃比。
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。其中，根据以下说明的本发明的内容显而
易见的是，本发明既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，将构成为能够选择第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作为控制对象。3
种致动器是指使空气量变化的第1致动器、向缸内供给燃料的第2致动器、
还有对缸内的混合气进行点火的第3致动器。第1致动器包括使节气门、
进气门的气门正时变化的可变气门正时机构，而且如果内燃机为增压发动
机，则第1致动器包含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，包含可变喷嘴、废气旁通阀。第2致动器具体是喷射燃料的喷
射器，包括向进气口喷射燃料的气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
动器的协调操作来对内燃机的空气量、燃料供给量以及点火正时进行综合
控制。
本发明的控制装置能够通过计算机而具体化。更详细而言，能够通过
具有存储器和处理器的计算机来构成本发明的控制装置，所述存储器存储
有记载了用于实现各种功能的处理，所述处理器从该存储器读取程序并执
行所读取到的程序。本发明的控制装置所具备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，
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。
根据要求转矩接收功能，接收针对内燃机的要求转矩。要求转矩基于
响应于驾驶员所操作的加速器踏板的开度的信号来计算。在驾驶员对内燃
机要求减速的情况下，获得根据驾驶员关闭加速器踏板的速度而减少的要
求转矩。在驾驶员对内燃机要求加速的情况下，获得根据驾驶员打开加速
器踏板的速度而增大的要求转矩。
根据目标空气量算出功能，根据要求转矩算出用于达成要求转矩的目
标空气量。目标空气量的计算使用给出空气量向转矩转换的转换效率的参
数。空燃比相对于理论空燃比越稀则以同一空气量产生的转矩降低为越低，
因此与空燃比对应的参数相当于给出空气量向转矩转换的转换效率的参
数。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，根据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
向第2空燃比变更。如果要求转矩的值相同，则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空燃比变更到第2空
燃比之后，将目标空燃比从第1空燃比向比第1空燃比稀的第2空燃比切
换。优选的是，将目标空燃比从第1空燃比向第2空燃比切换的具体的正
时为根据第1致动器的操作量推定的空气量(推定空气量)与目标空气量
之差成为阈值以下的时刻。另外，也可以是，在参数的值被变更后经过了
一定时间的时刻，将目标空燃比从第1空燃比向第2空燃比切换。
本发明的控制装置基于由上述处理所决定的目标空气量和目标空燃比
来对3种致动器进行协调操作。本发明的控制装置所具备的功能包括第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，作为用
于基于目标空气量和目标空燃比进行协调操作的功能。
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，从而实际的空气量追随目标空气量而变化。
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，基于推定转矩和要求转矩决定用于达成要
求转矩的点火正时，该推定转矩是根据第1致动器的操作量和目标空燃比
推定的转矩。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致动器的操作量推定实际空气量，能够根据推定空气量和目标空
燃比推定转矩。第3致动器的操作以如下方式进行，即通过点火正时修正
推定转矩相对于要求转矩的过剩的部分。
此外，第1致动器控制功能包括第1气门正时算出功能、第2气门正
时算出功能以及目标气门正时切换功能，作为用于决定第1致动器即可变
气门正时机构的操作量的功能。
根据第1气门正时算出功能，基于目标空气量算出与第1空燃比对应
的目标气门正时即第1气门正时。
根据第2气门正时算出功能，基于目标空气量算出与比第1空燃比稀
的第2空燃比对应的目标气门正时即第2气门正时。
根据目标气门正时切换功能，在假想空燃比从第1空燃比变更到第2
空燃比之后，将目标气门正时从第1气门正时向第2气门正时切换。
优选的是，将目标气门正时从第1气门正时向第2气门正时切换的具
体正时为第1达到预测时间与第2达到预测时间相一致的时刻，所述第1
达到预测时间为根据第1致动器的操作量推定的空气量达到目标空气量为
止的时间的预测值，所述第2达到预测时间为将可变气门正时机构从第1
气门正时的位置操作到第2气门正时的位置所需的时间的预测值。
根据本发明的控制装置，通过具备以上所述的功能，能够不产生转矩
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空燃比下的运转切换。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的控制装置的逻辑的框图。
图2是表示本发明的实施方式1的控制装置的运转模式的切换的逻辑
的框图。
图3是表示本发明的实施方式1的控制装置的目标气门正时的切换的
逻辑的框图。
图4是记载了第1气门正时与第2气门正时之差同稀气门正时达到预
测时间之间的关系的映射。
图5是记载了目标空气量与推定空气量之差同目标空气量达到预测时
间之间的关系的映射。
图6是表示本发明的实施方式1的控制装置的控制结果的图像的时间
图。图7是表示比较例的控制结果的图像的时间图。
图8是表示本发明的实施方式2的控制装置的逻辑的框图。
图9是表示本发明的实施方式2的控制装置的控制结果的图像的时间
图。
具体实施方式
(实施方式1)
以下，参照附图说明本发明的实施方式1。
在本实施方式中被设为控制对象的内燃机(以下，发动机)是火花点
火式的4循环往复式发动机。另外，该发动机是所谓的稀燃烧发动机，作
为发动机的运转模式，构成为能够选择进行理论空燃比下的运转的理想配
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)。
车辆所搭载的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
器包括使空气量变化的第1致动器即节气门和可变气门正时机构(以下，
VVT)、向缸内供给燃料的第2致动器即喷射器、以及对缸内的混合气进
行点火的第3致动器即点火装置。VVT针对进气门设置，喷射器设于进气
口。ECU操作这些致动器来控制发动机的运转。ECU对发动机的控制包
括从理想配比模式向稀模式的运转模式的切换、或者从稀模式向理想配比
模式的运转模式的切换。
在图1中，用框图示出了本实施方式的ECU的逻辑。ECU包括发动
机控制器100和动力系管理器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。动力系管理器200是对包括发动
机、电子控制式自动变速器、以及VSC、TRC等车辆控制设备在内的驱
动系统整体进行综合控制的控制装置。发动机控制器100构成为基于从动
力系管理器200获取的信号来控制发动机的运转。发动机控制器100和动
力系管理器200均通过软件实现。详细而言，读取存储于存储器的程序，
并利用处理器执行该读取的程序，由此在ECU中实现发动机控制器100
和动力系管理器200各自的功能。此外，在ECU具有多核处理器的情况
下，可以将发动机控制器100和动力系管理器200分别分配给不同的核或
核组。
在图1中的表示动力系管理器200的框内，以框的形式示出了动力系
管理器200所具备的各种功能中的、与发动机的控制相关的功能的一部分。
对这些框分别分配运算单元。在ECU中准备与各个框对应的程序，利用
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具有多核处理器的情况下，可以将构成动力系管理器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转矩并将计算得到的要求第1转矩发送给
发动机控制器100。在图中，要求第1转矩标记为“TQ1r”。第1转矩是
如下种类的转矩，即：对发动机要求的响应性不高，即便不是当前立即实
现，但只要在不久的将来实现即可。要求第1转矩是动力系管理器200对
发动机要求的第1转矩的要求值，相当于本发明的要求转矩。向运算单元
202输入从未图示的加速器位置传感器响应于加速器踏板的开度而输出的
信号。要求第1转矩基于该信号进行计算。此外，要求第1转矩是轴转矩。
运算单元204计算要求第2转矩并将计算得到的要求第2转矩发送给
发动机控制器100。在图中，要求第2转矩标记为“TQ2r”。第2转矩是
与第1转矩相比紧急性或者优先级较高且对发动机要求较高的响应性的种
类的转矩，即要求当前立即实现的种类的转矩。此处所说的响应性是指暂
时使转矩降低时的响应性。要求第2转矩是动力系管理器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转矩包括为了电
子控制式自动变速器的变速控制而要求的转矩、为了牵引控制而要求的转
矩、以及为了侧滑防止控制而要求的转矩等由车辆控制系统要求的转矩。
第1转矩是固定或者长期对发动机要求的转矩，相对于此，第2转矩具有
如下这样的一面，即第2转矩是突发性地或者短期对发动机要求的转矩。
因此，运算单元204仅在发生了实际需要那样的转矩的事件的情况下，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。无效值被设定为比发动机能够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，并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系管理器200、发动机控制
器100同样地作为ECU的1个功能被实现。向运算单元206，从发动机控
制器100输入标志信号。在图中，标志信号被标记为“FLG”。标志信号
是表示处于运转模式的切换期间的信号。在标志信号开启期间，运算单元
206使自动变速器的变速比固定。即，在正在进行运转模式的切换的期间，
禁止自动变速器对变速比的变更，以使得发动机的运转状态不大幅变化。
运算单元208，在预定的条件得到满足时，响应于此而向发动机控制
器100发送指示中止对运转模式的切换的中止信号。在图中，中止信号被
标记为“Stop”。预定的条件是指，从动力系管理器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下、和/
或为了预热催化剂而对发动机发出与点火正时、燃料喷射量相关的特殊要
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的结构进行说明。在发动机控制器100与
动力系管理器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进行要求第1转矩的交接。在接
口102进行中止信号的交接。在接口103进行标志信号的交接。而且，在
接口104进行要求第2转矩的交接。
在图1中的表示发动机控制器100的框内，以框的形式示出了发动机
控制器100所具备的各种功能中的、与3种致动器即作为第1致动器的节
气门2和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。对这些框分别分配运算单元。在ECU中
准备与各框对应的程序，利用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具有多核处理器的情况下，可以将构
成发动机控制器100的运算单元分散地分配给多个核。
发动机控制器100大体地划分包括3个大运算单元120、140、160。
大运算单元120计算针对发动机的各种控制用参数的值。控制用参数包括
针对发动机的各种控制量的目标值。而且，目标值包括基于从动力系管理
器200发送来的要求值而计算得到的值和基于与发动机的运转状态相关的
信息并在大运算单元120的内部计算得到的值。此外，要求值是在没有考
虑发动机的状态的情况下由动力系管理器200单方面要求的控制量的值，
相对于此，目标值是基于由发动机的状态决定的能够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包括4个运算单元122、124、
126、128。
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，来作为针对发动机的控制用参数。在图中，目标空燃
比被标记为“Aft”，假想空燃比被标记为“AFh”，切换用目标效率被标记
为“ηtc”，切换用目标第2转矩被标记为“TQ2c”。目标空燃比是发动机
所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转换的转换效率的参数，用于目标空气量的计算。
切换用目标效率是用于对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。点火正时效率是指，实际输出的转矩相对于在点火正
时为最适点火正时的时候能够输出的转矩的比例，在点火正时为最适点火
正时的时候，点火正时效率成为最大值即1。此外，最适点火正时基本上
是指MBT(MinimumAdvanceforBestTorque：最大扭矩的最小点火提
前角)，在设定有轻微爆燃点火正时的情况下，最适点火正时是指MBT与
轻微爆燃点火正时中的处于更靠延迟侧的点火正时。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切
换点火正时效率的计算。根据由运算单元122计算得到的这些控制用参数
的值的组合，执行运转模式的切换。关于由运算单元122进行的处理的内
容和运转模式的切换之间的关系，将在后面进行详细说明。
向运算单元122，除了输入有从动力系管理器200给予的要求第1转
矩、要求第2转矩、中止信号之外，还输入有发动机转速等与发动机的运
转状态相关的各种信息。其中，运转模式的切换的正时的判断所使用的信
息为要求第1转矩。要求第2转矩和中止信号被用作用于判断运转模式的
切换是被允许还是被禁止的信息。在输入了中止信号时，以及在输入了作
为有效的值的要求第2转矩时，运算单元122均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，将所述的标志信号发送给动力系管
理器200。
运算单元124计算维持当前的发动机的运转状态或者实现预定好的预
定运转状态所需的转矩中的被分类为第1转矩的转矩，作为针对发动机的
控制用参数。在此，将由运算单元124计算得到的转矩称为其他第1转矩。
在图中，其他第1转矩被标记为“TQ1etc”。其他第1转矩包括在发动机
处于怠速状态的情况下，维持预定的怠速转速所需的转矩中的、处于仅通
过空气量的控制便能够达成的变动范围内的转矩。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期间算出
无效值。无效值被设定为比发动机能够输出的最大图示转矩大的值。
运算单元126计算维持当前的发动机的运转状态或者实现预定好的预
定运转状态所需的转矩中的被分类为第2转矩的转矩，作为针对发动机的
控制用参数。在此，将由运算单元126计算得到的转矩称为其他第2转矩。
在图中，其他第2转矩被标记为“TQ2etc”。其他第2转矩包括在发动机
处于怠速状态的情况下，维持预定的怠速转速所需的转矩中的、为了其达
成而需要进行点火正时的控制的转矩。运算单元126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
效值被设定为比发动机能够输出的最大图示转矩大的值。
运算单元128计算维持当前的发动机的运转状态或者实现预定好的预
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。在此，
将由运算单元128计算得到的点火正时效率称为其他效率。在图中，其他
效率被标记为“ηetc”。其他效率包括在发动机的启动时对排气净化用催
化剂进行预热所需的点火正时效率。点火正时效率越低，由燃料的燃烧产
生的能量中的转换成转矩的能量越少，与该减少的能量相应地许多的能量
与排气一起被排出到排气通路并被用于排气净化用催化剂的预热。此外，
在不需要实现这样的效率的期间，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转矩以及其他第2转矩。这些控制用参数被输入大运算单
元140。此外，从动力系管理器200给出的要求第1转矩和要求第2转矩
是轴转矩，但在大运算单元120中将这些轴转矩修正成图示转矩。要求转
矩向图示转矩的修正是通过在要求转矩的基础上加上或减去摩擦转矩、辅
机驱动转矩以及泵气损失来进行的。此外，关于在大运算单元120的内部
计算得到的切换用目标第2转矩等转矩，均作为图示转矩进行计算。
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
发送来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
矩是对属于相同的范畴的控制量的要求，无法同时成立。同样，要求第2
转矩、其他第2转矩以及切换用目标第2转矩是对属于相同的范畴的控制
量的要求，无法同时成立。同样，切换用目标效率和其他效率是对属于相
同的范畴的控制量的要求，无法同时成立。因此，需要按控制量的每个种
类进行调停这样的处理。此处所说的调停是指例如最大值选择、最小值选
择、平均或者迭加等用于从多个数值中得到1个数值的计算处理，也可以
设为将多个种类的计算处理适当地组合而得到的处理。由于按控制量的每
个范畴来实施这样的调停，因此，在大运算单元140中准备有3个运算单
元142、144、146。
运算单元142构成为调停第1转矩。向运算单元142输入要求第1转
矩和其他第1转矩。运算单元142对这些转矩进行调停，并将调停后的转
矩作为最终决定的目标第1转矩输出。在图中，最终决定的目标第1转矩
被标记为“TQ1t”。作为运算单元142的调停方法采用最小值选择。因此，
在没有从运算单元124输出有效值的情况下，从动力系管理器200给出的
要求第1转矩被算出而作为目标第1转矩。
运算单元144构成为调停点火正时效率。向运算单元144输入切换用
目标效率和其他效率。运算单元144对这些效率进行调停，并将调停后的
效率作为最终决定的目标效率输出。在图中，将最终决定的目标效率标记
为“ηt”。作为运算单元144的调停方法采用最小值选择。从燃料消耗性
能的观点考虑，优选点火正时效率成为最大值即1。因此，只要没有特别
的事件，就将由运算单元122计算得到的切换用目标效率和由运算单元128
计算得到的其他效率都保持为最大值即1。因此，从运算单元144发出的
目标效率的值基本上为1，仅在发生了某个事件的情况下选择比1小的值。
运算单元146构成为调停第2转矩。向运算单元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对这些转矩进
行调停，并将调停后的转矩作为最终决定的目标第2转矩输出。在图中，
将最终决定的目标第2转矩标记为“TQ2t”。运算单元146的调停方法采
用最小值选择。第2转矩也包括切换用目标第2转矩在内地基本上为无效
值，仅在发生了特定的事件的情况下切换为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，
仅在发生了某个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、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的目标第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进行处理。其中，目标第2转
矩优先于目标第1转矩。在大运算单元160中以如下方式进行对各致动器
2、4、6、8的操作量的计算，该方式是：在目标第2转矩为有效值的情况
下达成目标第2转矩，在目标第2转矩为无效值的情况下达成目标第1转
矩。操作量的计算是以在达成目标转矩的同时还达成目标空燃比和目标效
率的方式进行的。即，在本实施方式的控制装置中，采用转矩、效率以及
空燃比作为发动机的控制量，基于这3个种类的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包括多个运算单元162、164、166、168、170、172、
174、176、178。在这些运算单元中，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，按照从与空气量控制相
关的运算单元开始依次对各运算单元的功能进行说明。
向运算单元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相当于本发明的目标空气量算出单元，使用目标效率和假想空燃
比，并根据目标第1转矩算出用于达成目标第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从空气量向转矩转换的转换
效率的参数。此外，在本发明中，空气量是指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与本发明中的空气量的均等
的范围内。
运算单元162首先通过目标第1转矩除以目标效率来算出空气量控制
用目标转矩。在目标效率小于1的情况下，空气量控制用目标转矩大于目
标第1转矩。这意味着对由致动器2、8进行的空气量控制要求能够潜在地
输出大于目标第1转矩的转矩。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被算出。
运算单元162接着使用转矩-空气量转换映射将空气量控制用目标转
矩转换成目标空气量。转矩-空气量转换映射是以点火正时为最适点火正时
为前提，以包括发动机转速以及空燃比在内的各种发动机状态量作为关键
词地将转矩与空气量相关联而得到的映射。该映射是基于对发动机进行试
验而得到的数据制作而成的。转矩-空气量转换映射的检索使用发动机状态
量的实际值、目标值。关于空燃比，将假想空燃比用于映射检索。因此，
在运算单元162中，将在假想空燃比下实现空气量控制用目标转矩所需的
空气量算出来作为目标空气量。在图中，目标空气量被标记为“KLt”。
运算单元164根据目标空气量逆运算进气管压力的目标值即目标进气
管压力。对于目标进气管压力的计算，采用记载了经由进气门而被取入缸
内的空气量和进气管压力之间的关系的映射。空气量和进气管压力之间的
关系根据气门正时而变化，因此对于目标进气管压力的计算，根据当前的
气门正时决定上述映射的参数值。在图中，目标进气管压力被标记为
“Pmt”。
运算单元166基于目标进气管压力算出节气门开度的目标值即目标节
气门开度。对于目标节气门开度的计算，采用空气模型的逆模型。空气模
型是将进气管压力对节气门2的动作的响应特性模型化而得到的物理模
型，因此，通过使用该逆模型，能够根据目标进气管压力逆运算用于达成
目标进气管压力的目标节气门开度。在图中，目标节气门开度被标记为
“TA”。由运算单元166计算得到的目标节气门开度转换成驱动节气门2
的信号并经由ECU的接口111输送给节气门2。运算单元164、166相当
于本发明的第1致动器控制单元。
运算单元178基于目标空气量算出气门正时的目标值即目标气门正
时。对于目标气门正时的计算，使用以发动机转速作为自变量将空气量与
气门正时相关联而得到的映射。目标气门正时是在当前的发动机转速下对
于达成目标空气量而言最适合的VVT8的移位角，其具体的值通过与每个
空气量以及每个发动机转速的适配来决定。其中，对于达成目标空气量而
言最适合的气门正时根据空燃比而成为不同的值，因此，在运算单元178
预先设定有与各种空燃比对应的规定的映射。在运算单元178中，基于假
想空燃比切换目标气门正时的计算所用的映射。在图中，目标气门正时被
标记为“VT”。由运算单元178计算得到的目标气门正时被转换成驱动
VVT8的信号并经由ECU的接口112输送给VVT8。运算单元178也相当
于本发明的第1致动器控制单元。对于由运算单元178进行的处理的内容，
将在后面进行详细说明。
接着，说明与点火正时控制相关的运算单元的功能。运算单元168基
于由上述空气量控制所实现的实际的节气门开度以及气门正时算出推定转
矩。本说明书中的推定转矩是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定为最适点火正时的情况下能够输出的转矩。运算
单元168首先使用所述的空气模型的正模型(日文：順モデル)，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。推定空气量是通过
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-空气量转换映射将推定空气量转换成推定转矩。对于转矩-空气量转换
映射的检索，将目标空燃比用作检索关键词。在图中，推定转矩被标记为
“TQe”。
向运算单元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点火正时效率的指示值即指示点火正时效率。
指示点火正时效率被表示为目标第2转矩相对于推定转矩的比率。其中，
指示点火正时效率不设定上限，在目标第2转矩相对于推定转矩的比率超
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
效率被标记为“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适点火正时，并且
根据指示点火正时效率算出相对于最适点火正时的延迟量。若指示点火正
时效率为1则延迟量为零，指示点火正时效率比1小越多，延迟量越大。
而且，将在最适点火正时的基础上加上延迟量所得到的正时算出来作为最
终的点火正时。其中，最终的点火正时被延迟极限警戒所限制。延迟极限
是指保证不会发生不发火的情况下的最大程度延迟的点火正时，延迟极限
警戒对最终的点火正时进行警戒，以使得点火正时不超过延迟极限地延迟。
此外，对于最适点火正时的计算，可以使用将最适点火正时与各种发动机
状态量相关联的映射。对于延迟量的计算，可以使用将延迟量与点火正时
效率以及各种发动机状态量相关联的映射。对于这些映射的检索，将目标
空燃比用作检索关键词。在图中，点火正时被标记为“SA”。由运算单元
172计算得到的点火正时转换成驱动点火装置6的信号并经由ECU的接口
113输送给点火装置6。运算单元168、170、172相当于本发明的第3致动
器控制单元。
接着，说明与燃料喷射量控制相关的运算单元的功能。运算单元174
使用所述的空气模型的正模型，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。优选的是，由运算单元174算出的推定空气量是在
进气门关闭的正时下预测的空气量。将来的空气量例如可以通过对从目标
节气门开度的计算到输出之前设定延迟时间而根据目标节气门开度进行预
测。在图中，推定空气量被标记为“KLe”。
运算单元176根据目标空燃比和推定空气量计算达成目标空燃比所需
的燃料喷射量即燃料供给量。燃料喷射量的计算在各汽缸中燃料喷射量的
算出正时到来了的时候执行。在图中，燃料喷射量被标记为“TAU”。由
运算单元176计算得到的燃料喷射量转换成驱动喷射器4的信号并经由
ECU的接口114发送给喷射器4。运算单元174、176相当于本发明的第2
致动器控制单元。
以上为本实施方式的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中用框图示出了运算单元122的逻辑。在图2中的表示运算单
元122的框内，以框的形式表示运算单元122所具备的各种功能中与运转
模式的切换相关的功能。对这些框中分别分配运算单元。在ECU中准备
与各个框对应的程序，利用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具有多核处理器的情况下，可以将构成
运算单元122的运算单元402、404、406、408分散地分配给多个核。
首先，说明运算单元402。运算单元402算出针对转矩的基准值。基
准值是成为稀模式与理想配比模式的分界的转矩，按每个发动机转速适配
从燃料消耗性能、排气性能以及驾驶性能的观点考虑最合适的值。运算单
元402参照预先准备好的映射算出适合发动机转速的基准值。在图中，基
准值被标记为“Ref”。
接着，说明运算单元404。向运算单元404输入要求第1转矩。而且，
由运算单元402算出的基准值针对运算单元404设定。运算单元404基于
被输入的要求第1转矩和基准值之间的关系对目标空气量的计算所使用的
假想空燃比的值进行变更。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空燃比切换，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空燃比被标记为“AF1”。
第2空燃比是比第1空燃比稀的空燃比，被设定为某一恒定的值(例如，
22.0)。在图中，第2空燃比被标记为“AF2”。运算单元404相当于本发
明的假想空燃比变更单元。
在要求第1转矩大于基准值的期间，运算单元404对要求第1转矩大
于基准值的这一情况进行响应而将假想空燃比设定为第1空燃比。要求第
1转矩根据驾驶员的减速要求而减少，不久当要求第1转矩低于基准值时，
运算单元404对要求第1转矩减少到基准值以下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，说明运算单元406。运算单元406构成本发明的目标空燃比切
换单元。在运算单元406预先设定有在理想配比模式下所使用的第1空燃
比和在稀模式下所使用的第2空燃比，作为目标空燃比的既定值。向运算
单元406输入由运算单元404决定的假想空燃比、由运算单元162算出的
目标空气量的上次步骤值以及由运算单元174算出的推定空气量的上次步
骤值。
运算单元406，当检测到从运算单元404输入的假想空燃比被从第1
空燃比切换到第2空燃比的情况时，计算目标空气量与推定空气量之差。
而且，如果推定空气量充分接近目标空气量，具体而言，如果目标空气量
与推定空气量之差成为预定的阈值以下，则将目标空燃比从第1空燃比向
第2空燃比切换。即，在要求第1转矩正在减少的减速时，假想空燃比从
第1空燃比向第2空燃比的切换之后，进行目标空燃比的从第1空燃比向
第2空燃比的切换。通过目标空燃比的切换，从而运转模式从理想配比模
式向稀模式切换。
最后，说明运算单元408。运算单元408计算切换用目标第2转矩。
如所述那样，切换用目标第2转矩与要求第2转矩、其他第2转矩一起被
输入运算单元146，其中的最小值被运算单元146选择。要求第2转矩、
其他第2转矩通常为无效值，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，运算单元430通常将切换用目
标第2转矩的输出值设为无效值。
向运算单元408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
前是一致的，在运转模式的切换处理完成后也是一致的。但是，在运转模
式的切换处理的过程中，在目标空燃比与假想空燃之间产生背离。运算单
元408仅在目标空燃比与假想空燃比之间产生有背离的期间，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有背离的期间，
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。
以上为运算单元122的逻辑，即本实施方式所采用的运转模式的切换
的逻辑的详细情况。接着，对本实施方式的ECU的主要部分即运算单元
178进行详细说明。在图3中，用框图示出了运算单元178的逻辑。在图3
中的表示运算单元178的框内，以框的形式示出了运算单元178所具备的
各种功能中的与目标气门正时的切换相关的功能。对这些框中分别分配运
算单元。在ECU中准备与各个框对应的程序，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具有多核处理器的
情况下，可以将构成运算单元178的运算单元502、504、506、508分散地
分配给多个核。
首先，说明运算单元502。运算单元502基于目标空气量算出目标气
门正时。目标气门正时的计算使用以发动机转速作为自变量将空气量与气
门正时相关联而得到的映射。在运算单元502预先设定有在第1空燃比的
值即理论空燃比下使目标气门正时最适化而得到的理想配比VT映射和在
第2空燃比的值即稀空燃比下使目标气门正时最适化而得到的稀VT映射，
作为规定的映射。在以下的说明中，将使用理想配比VT映射算出的目标
气门正时称为“第1气门正时”，将使用稀VT映射算出的目标气门正时称
为“第2气门正时”。在图中，第1气门正时被标记为“VT1”，第2气门
正时被标记为“VT2”。向运算单元502输入当前的发动机转速、由运算单
元162算出的目标空气量的上次步骤值以及从后述的运算单元506输出的
切换标志信号。
在从运算单元506输出的切换标志信号为开启的期间，运算单元502
输出第1气门正时作为目标气门正时。而且，当检测到切换标志信号从开
启切换为了关闭的情况时，运算单元502将输出的目标气门正时从第1气
门正时切换成第2气门正时。理想配比VT映射相当于本发明的第1气门
正时算出单元，稀VT映射相当于本发明的第2气门正时算出单元，运算
单元502相当于本发明的目标气门正时切换单元。
接着，说明运算单元504。运算单元504算出目标空气量达到预测时
间。目标空气量达到预测时间是推定空气量达到目标空气量为止所需的时
间的预测值。向运算单元504输入由运算单元162算出的目标空气量的上
次步骤值和由运算单元174算出的推定空气量的上次步骤值。
对于目标空气量达到预测时间的计算，使用记载了目标空气量与推定
空气量之差同目标空气量达到预测时间之间的关系的映射。图5示出了这
样的映射的一例。目标空气量与推定空气量之差是指达到目标空气量为止
所需的空气量。因此，如该图所示那样，目标空气量与推定空气量之差越
大，则目标空气量达到预测时间越大。运算单元504计算目标空气量与推
定空气量之差，按照图5所示的映射算出目标空气量达到预测时间。在图
中，目标空气量达到预测时间被标记为“Tkl”。目标空气量达到预测时间
相当于本发明的第1预测时间，运算单元504相当于本发明的第1预测时
间算出单元。
接着，说明运算单元506。运算单元506算出稀气门正时达到预测时
间。稀气门正时达到预测时间是操作转速VVT8而使气门正时从第1气门
正时变化到第2气门正时所需的时间的预测值。
对于稀气门正时达到预测时间的计算，使用记载了第1气门正时与第
2气门正时之差同稀气门正时达到预测时间之间的关系的映射。图4示出
了这样的映射的一例。第1气门正时与第2气门正时之差同稀气门正时达
到预测时间之间的关系根据发动机油温而进行变化，因此，对于稀气门正
时达到预测时间的计算，根据当前的发动机油温决定上述映射的参数值。
在图中，稀气门正时达到预测时间被标记为“Tv”。稀气门正时达到预测
时间相当于本发明的第2预测时间，运算单元502相当于本发明的第2预
测时间算出单元。
最后，运算单元508基于假想空燃比输出切换标志信号。切换标志信
号是用于将目标气门正时的算出所使用的映射在理想配比VT映射与稀
VT映射之间切换的信号。在图中，切换标志信号被标记为“FLGVT”。
在从运算单元404输入的假想空燃比为第1空燃比的期间，运算单元506
将切换标志信号设定为开启。运算单元506，当检测到从运算单元404输
入的假想空燃比被从第1空燃比向第2空燃比切换了的情况时，计算稀气
门正时达到预测时间与目标空气量达到预测时间之差。而且，如果目标空
气量达到时间充分接近稀气门正时达到预测时间，具体而言，如果目标空
气量达到时间与稀气门正时达到预测时间一致，则将切换标志信号从开启
向关闭切换。即，在要求第1转矩正在减少的减速时，假想空燃比从第1
空燃比向第2空燃比切换之后，进行切换标志信号的从开启向关闭的切换。
从运算单元508输出的切换标志信号被输入到运算单元502。运算单元502
按照所输入的切换标志信号将目标气门正时的算出所使用的映射从理想配
比VT映射向稀VT映射切换。由此，算出的目标气门正时被从第1气门
正时向第2气门正时切换。
接着，对于按照上述的逻辑执行发动机控制的情况下的控制结果，通
过与比较例的控制结果进行对比来进行说明。在比较例中，在图1所示的
控制装置的逻辑中，在将假想空燃比从第1空燃比变更到了第2空燃比的
时刻，将目标气门正时从第1气门正时向第2气门正时切换。
图6是表示本实施方式的ECU的控制结果的图像的时间图。图7是
表示比较例的图像的时间图。图6和图7中的第1栏的图均表示转矩的时
间变化。如所述那样，“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，在此，设要求第1转矩成为了最终
的目标第1转矩，切换用目标第2转矩成为了最终的目标第2转矩。另外，
除这些转矩之外，在图中用虚线表示实际转矩。但是，实际转矩在实际的
发动机控制中不计测。图中绘出的实际转矩的线是由试验结果证实的图像
线。
图6以及图7中的第2栏的图表示空气量的时间变化。如所述那样，
“KLt”是目标空气量，“KLe”是推定空气量。在图中，与这些空气量一
起，用虚线表示实际空气量。其中，实际空气量在实际的发动机控制中不
计测。图中所绘出的实际空气量的线是由试验结果证实的图像线。
图6以及图7中的第3栏的图表示切换用目标效率的时间变化。如所
述那样，“ηtc”是切换用目标效率。此外，在此，设切换用目标效率成为
了最终的目标效率。
图6以及图7中的第4栏的图表示指示点火正时效率的时间变化。如
所述那样，“ηi”是指示点火正时效率。
图6以及图7中的第5栏的图表示点火正时的时间变化。如所述那样，
“SA”是点火正时。
图6以及图7中的第6栏的图表示空燃比的时间变化。如所述那样，
“Aft”是目标空燃比，“AFh”是假想空燃比。另外，“AF1”是理论空燃
比即第1空燃比，“AF2”是稀空燃比即第2空燃比。图6以及图7中的第
7栏的图表示实际空燃比的时间变化。
图6以及图7中的第8栏的图表示气门正时的时间变化。如所述那样，
“VT”是目标气门正时，“VT1”是第1气门正时，“VT2”是第2气门正
时。图6以及图7中的第9栏的图表示实际气门正时的时间变化。其中，
实际气门正时在实际的发动机控制中不计测。图中绘出的实际气门正时的
线是由试验结果证实的图像线。
首先，根据图7所示的比较例的控制结果进行考察。根据比较例，先
于目标空燃比的从第1空燃比向第2空燃比的切换，将假想空燃比从第1
空燃比向第2空燃比切换。根据该切换，目标空气量阶跃性地增大到与第
2空燃比相应的空气量，实际空气量也追随目标空气量而增大。通过像这
样先于目标空燃比的切换地使目标空气量增大，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。
另外，根据比较例，在假想空燃比从第1空燃比向第2空燃比切换的
时刻，目标气门正时从第1气门正时的值向第2气门正时的值切换。根据
该切换，目标气门正时阶跃性地变化为与第2空燃比相应的气门正时，实
际气门正时也追随目标气门正时而大幅变化。通过像这样先于目标空燃比
的切换地使目标气门正时变化成目标空燃比的切换后的值，能够在目标空
燃比的切换时刻之前使气门正时变更到与第2空燃比相应的正时。
然而，根据比较例，在从目标空气量被切换到目标空燃比的切换为止
的过渡期间，尽管目标气门正时被切换到了第2气门正时，但实际空燃比
尚且被控制成理论空燃比。第2气门正时是比第1气门正时靠提前侧的移
位角，因此，第2气门正时下的气门重叠量小于第1气门正时下的气门重
叠量。因此，若在理论空燃比的状况下实际气门正时变化成第2气门正时，
则空气量的增大会因气门重叠量的减少而变得缓慢，达成目标空气量所需
的时间长期化。
与使目标空气量先于目标空燃比的切换地增大的部分相应地，空气量
相对于达成要求第1转矩所需的空气量而言过剩。根据图1所示的逻辑，
由空气量的过剩引起的转矩的增加被由点火正时的延迟引起的转矩的减少
所抵消。然而，若由于所述的空气量增大的缓慢而使得从目标空气量的切
换到目标空燃比的切换为止的期间长期化，则担心点火正时的延迟时间会
超过根据涡轮增压器、催化剂等排气系统部件的温度制约而设定的极限时
间(例如，0.5～1.0sec以上)。在该情况下，由于用于防止温度超过的警戒
功能，点火正时的延迟时间被极限时间限制，因此，会无法在整个必要期
间使点火正时延迟，无法避免由空气量的过剩引起的转矩的增大。其结果，
在图7所示的比较例中，实际转矩会暂时性地相对于要求第1转矩过剩，
会损害与驾驶员的减速要求相应的转矩的平滑的减少。
接着，基于图6说明本实施方式所采用的逻辑的控制结果。在减速时，
目标空燃比和假想空燃比一起被维持成理论空燃比即第1空燃比，直到要
求第1转矩降低到用“Ref”标记的基准值的水平。因此，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转矩的减少连动地逐渐减
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一致这一情
况进行响应而被设为无效值。如果切换用目标第2转矩为无效值，则指示
点火正时效率为1，因此点火正时被维持为最适点火正时。此外，在图中，
点火正时根据要求第1转矩的减少而变化，但这是与最适点火正时根据发
动机转速、空气量而变化的情况相应的变化。
当要求第1转矩低于基准值时，仅假想空燃比被从第1空燃比向第2
空燃比切换。即，目标空燃比被维持为理论空燃比，另一方面，假想空燃
比阶跃性地稀化。稀的空燃比即第2空燃比下的运转所需的空气量比理论
空燃比即第1空燃比下的运转所需的空气量多。因此，通过目标空气量的
计算所使用的假想空燃比阶跃性地被切换成第2空燃比，从而在该切换的
时刻目标空气量也阶跃性地增大。但是，在致动器进行动作而空气量发生
变化之前存在响应延迟，因此实际空气量以及其推定值即推定空气量不阶
跃性地增大，而是迟于目标空气量地逐渐增大。实际空气量以及推定空气
量逐渐向目标空气量收敛，不久，目标空气量与推定空气量之差成为阈值
以下。在该时刻，目标空燃比被从第1空燃比切换成第2空燃比。
另外，在假想空燃比被从第1空燃比向第2空燃比切换之后，在目标
空气量达到预测时间大于稀气门正时达到预测时间的期间，目标气门正时
被维持为第1气门正时。由此，这段时间的气门重叠期间被保持为较大，
因此实际空气量对目标空气量的响应性提高。之后，当目标空气量达到预
测时间与稀气门正时达到预测时间一致时，目标气门正时在该时刻被从第
1气门正时切换成第2气门正时。当目标气门正时被切换时，实际气门正
时追随于此而变化，在目标空燃比被从第1空燃比切换成第2空燃比的时
刻，完成向第2气门正时的切换。
在从要求第1转矩低于基准值且目标空燃比与假想空燃比相背离到目
标空燃比与假想空燃比再次一致的期间，切换用目标第2转矩被设为有效
值即与要求第1转矩相同的值。另一方面，以假想空燃比为前提的推定转
矩伴随着目标空气量的计算所使用的假想空燃比相比于目标空燃比而言被
稀化，成为比以目标空燃比为前提的要求第1转矩大的值。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小于1的
值。而且，在指示点火正时效率比1小时，响应于此使点火正时比最适点
火正时延迟。其结果，由空气量的过剩引起的转矩的增加被由点火正时的
延迟引起的转矩的减少所抵消，可防止实际转矩从要求第1转矩背离。
在先前进行了说明的比较例中，在正在进行运转模式的切换的过渡期
间，目标气门正时被设为第2气门正时。但是，由于在第2气门正时下气
门重叠量小，因此无法使实际空燃比与目标空燃比的增大相应地响应良好
地增大。其结果，过渡期间长期化而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，以气门正时在过渡期间终止的时刻被切换成第2气门正时的方式决
定其切换正时。根据这样的气门正时的切换，可通过过渡期间的空气量响
应良好地增加来缩短过渡期间。因此，点火正时不会长时间延迟而达到延
迟极限时间，可切实地通过由点火正时的滞后引起的转矩的减少来抵消由
空气量的过剩引起的转矩的增加。因此，根据本实施方式所采用的逻辑，
能够不产生转矩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，参照附图说明本发明的实施方式2。
在本实施方式中被设为控制对象的发动机是火花点火式的4循环往复
式发动机，并且，是具有涡轮增压器的增压稀燃烧发动机。由对该发动机
的运转进行控制的ECU操作的致动器除了包括节气门、VVT、点火装置
以及喷射器之外，还包括设于涡轮增压器的废气旁通阀(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。由于涡轮
增压器的增压特性使空气量变化，因此，WGV与节气门、VVT同属于使
空气量变化的第1致动器。
在图8中，用框图示出了本实施方式的ECU的逻辑。ECU包括发动
机控制器100和动力系管理器200。在表示动力系管理器200的框内，以
框的形式表示动力系管理器200所具备的各种功能。对这些框中的表示与
实施方式1的ECU中的功能相同的功能的框，标注相同的附图标记。另
外，在表示发动机控制器100的框内，以框的形式表示发动机控制器100
所具备的各种功能中的与致动器的协调操作相关的功能。对这些框中的表
示与实施方式1的ECU中的功能相同的功能的框，标注相同的附图标记。
以下，以与实施方式1的不同点即表示增压稀燃烧发动机的控制所特有的
功能的框为中心进行说明。
本实施方式的动力系管理器200除了具有与实施方式1相同的运算单
元202、204、206、208之外，还具有运算单元210。运算单元210计算要
求第3转矩并将计算得到的要求第3转矩发送给发动机控制器100。在图
中，要求第3转矩被标记为“TQ3r”。第3转矩与第1转矩同样，是固定
或者长期对发动机要求的转矩。第3转矩与第1转矩之间的关系类似于第
1转矩与第2转矩之间的关系。即，在从第1转矩的角度来看的情况下，
第1转矩是紧急性或者优先级比第3转矩高而对发动机要求高响应性的种
类的转矩，即要求在更早的正时实现的种类的转矩。要求第3转矩是动力
系管理器200对发动机要求的第3转矩的要求值。若将由动力系管理器200
计算得到的3种要求转矩按照紧急性或者优先级从高到低的顺序，即对发
动机要求的响应性从高到低的顺序进行排列，则顺序为要求第2转矩、要
求第1转矩、要求第3转矩。运算单元210基于响应于加速器踏板的开度
的信号来计算要求第3转矩。在本实施方式，要求第3转矩与要求第1转
矩一起相当于本发明的要求转矩。也可以将从要求第1转矩去除暂时的转
矩降低方向上的脉冲分量而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，包括3个大运算
单元120、140、160。大运算单元120除了具有与实施方式1相同的运算
单元122、124、126、128之外，还具有运算单元130。运算单元130计算
维持当前的发动机的运转状态或者实现预定好的预定运转状态所需的转矩
中的被分类为第3转矩的转矩，作为针对发动机的控制用参数。在此，将
由运算单元130计算得到的转矩称为其他第3转矩。在图中，其他第3转
矩被标记为“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。无效值被设定为
比发动机能够输出的最大图示转矩大的值。
本实施方式的大运算单元140除了具有与实施方式1相同的运算单元
142、144、146之外，还具有运算单元148。运算单元148构成为调停第3
转矩。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
对这些转矩进行调停，并将调停后的转矩作为最终决定的目标第3转矩来
输出。在图中，最终决定的目标第3转矩被标记为“TQ3t”。作为运算单
元148的调停方法采用最小值选择。因此，在没有从运算单元130输出有
效值的情况下，从动力系管理器200给出的要求第3转矩被算出而作为目
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转矩均作为针对发动机的转矩的目标值进
行处理。因此，本实施方式的大运算单元160具有运算单元182来代替实
施方式1的运算单元162，具有运算单元184来代替实施方式1的运算单
元164。
向运算单元182输入目标第1转矩和目标第3转矩，而且输入目标效
率和假想空燃比。运算单元182相当于本发明的目标空气量算出单元。运
算单元182采用与实施方式1的运算单元162相同的方法，使用目标效率
和假想空燃比并根据目标第1转矩算出用于达成目标第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空气量被标记为“KL1t”。
在本实施方式中，由运算单元178进行的目标气门正时的计算使用目标第
1空气量。
另外，与目标第1空气量的计算一并进行地，运算单元182使用目标
效率和假想空燃比，并根据目标第3转矩算出用于达成目标第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空气量被标记为
“KL3t”。对于目标第3空气量的计算，将目标效率以及假想空燃比用作
给出空气量向转矩转换的转换效率的参数。如果在目标第1空气量的计算
过程中假想空燃比的值如实施方式1那样被变更，则在目标第3空气量的
计算过程中假想空燃比的值也同样地被变更。
运算单元184采用与实施方式1的运算单元164相同的方法，根据目
标第1空气量逆运算目标进气管压力。在图中，目标进气管压力被标记为
“Pmt”。目标进气管压力被用于由运算单元166进行的目标节气门开度的
计算。
另外，与目标进气管压力的计算一并进行地，运算单元182根据目标
第3空气量逆运算目标增压压力。在图中，目标增压压力被标记为“Pct”。
对于目标增压压力的计算，首先，采用与计算目标进气管压力的情况相同
的方法，将目标第3空气量转换成进气管压力。然后，在转换目标第3空
气量所得到的进气管压力上加上保留压力，该合计值被算出而作为目标增
压压力。保留压力是对进气管压力增压的增压压力的最低限度的界限。此
外，保留压力可以是固定值，也可以与例如进气管压力连动地变化。
本实施方式的大运算单元160还具有运算单元186。运算单元186基
于目标增压压力来算出废气旁通阀开度的目标值即目标废气旁通阀开度。
在图中，目标废气旁通阀开度被标记为“WGV”。对于目标废气旁通阀开
度的计算，使用将增压压力与废气旁通阀开度相关联的映射或者模型。由
运算单元186计算得到的目标废气旁通阀开度被转换成驱动WGV10的信
号并经由ECU的接口115发送给WGV10。运算单元186也相当于本发明
的第1致动器控制单元。此外，作为WGV10的操作量，也可以不是废气
旁通阀开度而是驱动WGV10的螺线管的占空比。
根据如以上那样构成的ECU，通过对包括WGV10在内的多个致动器
2、4、6、8、10进行协调操作，从而在增压稀燃烧发动机中，也能够达成
根据驾驶员的要求一边使转矩平滑地变化一边响应良好地切换空燃比这样
的课题。此外，在增压稀燃烧发动机中，也可以在算出目标气门正时的时
候一并使用VVT进气量控制。在此，VVT进气量控制是指，在因加速时
等的目标空气量的增大而在目标空气量与实际空气量之间产生了大的差量
的情况下，为了以最大的速度增大实际空气量而使其追随目标空气量，将
使用映射算出的目标气门正时作为基本气门正时，使气门正时比基本气门
正时提前的控制。图9是表示本实施方式的ECU的控制结果的图像的时
间图。在图9中，示出了在算出目标气门正时的同时一并使用VVT进气
量控制的情况下的控制结果。图9中的第1栏的图表示要求第1转矩的时
间变化。第2栏的图表示目标空气量以及推定空气量各自的时间变化。第
3栏的图表示假想空燃比以及目标空燃比各自的时间变化。而且，第4栏
的图表示实际气门正时的时间变化。
在图9所示的控制结果中，目标空气量在假想空燃比被从第1空燃比
切换成了第2空燃比的时刻阶跃性地大幅度增大。在VVT进气量控制中，
伴随该目标空气量与实际空气量之间的背离，执行使气门正时比该期间的
基本气门正时即第1气门正时提前的控制。若气门正时提前，则实际空气
量因气门重叠量的进一步增大而以快的速度增大，因此结果能够缩短过渡
期间。当目标空气量达到预测时间与稀气门正时达到预测时间一致时，目
标气门正时在该时刻被切换成第2气门正时。当目标气门正时被切换时，
实际气门正时追随于此而减少，并且在目标空燃比被从第1空燃比切换成
第2空燃比的时刻完成向第2气门正时的切换。因此，根据本实施方式所
采用的逻辑，能够不产生转矩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。
(其他)
本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内
进行各种变形来实施。例如，可以采用以下那样的变形例。
在实施方式1中，将切换标志从开启向关闭切换的正时不限于目标空
气量达到时间与稀气门正时达到预测时间相一致的正时。即，如果对目标
空气量达到时间充分接近稀气门正时达到预测时间的正时进行判断，则也
可以设为目标空气量达到时间与稀气门正时达到预测时间之差成为预定的
阈值以下的正时。
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)
可以以当量比代替。当量比也是给出空气量向转矩转换的转换效率的参数，
且相当于与空燃比对应的参数。同样，可以将空气过剩率用作给出空气量
向转矩转换的转换效率的参数。
作为目标空气量的计算所使用的参数，也可以使用与点火正时对应的
参数。点火正时相对于最适点火正时越延迟则以同一空气量产生的转矩越
低，因此与点火正时对应的参数相当于给出空气量向转矩转换的转换效率
的参数。例如，按每个点火正时准备有目标空气量的计算所使用的转矩-
空气量转换映射，响应于运转模式的切换而变更映射的检索所使用的点火
正时的值即可。具体而言，在要求第1转矩正在减少的减速时，在要求第
1转矩大于基准值的期间，映射的检索所使用的点火正时设为最适点火正
时，响应于要求转矩减少到基准值以下而使映射的检索所使用的点火正时
比最适点火正时延迟。在该情况下，映射的检索所使用的空燃比设为目标
空燃比。
作为使吸入缸内的空气的量变化的第1致动器，也可以使用可变提升
量机构，该可变提升量机构使进气门的提升量为可变。可变提升量机构可
以与节气门、VVT等其他第1致动器一并使用。
作为使涡轮增压器的增压特性变化的第3致动器，也可以使用可变喷
嘴。另外，若是有电动马达的辅助的涡轮增压器，则也可以将该电动马达
用作第3致动器。
在本发明的实施方式中，作为第2致动器的喷射器不限于气口喷射器。
既可以使用直接向燃烧室内喷射燃料的缸内喷射器，也可以一并使用气口
喷射器和缸内喷射器这两者。
第1空燃比不限于理论空燃比。也可以将比理论空燃比稀的空燃比设
定为第1空燃比，将比第1空燃比还稀的空燃比设定为第2空燃比。
附图标记说明
2节气门
4喷射器
6点火装置
8可变气门正时机构
10废气旁通阀
100发动机控制器
105作为要求转矩接收单元的接口
200动力系管理器
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作为假想空燃比变更单元的运算单元
406作为目标空燃比切换单元的运算单元
502、508作为目标气门正时切换单元的运算单元
504作为第1预测时间算出单元的运算单元
506作为第2预测时间算出单元的运算单元