CN110185569B - 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，即使因内燃机的个体差异、历时变化等导致内燃机的特性发生变动，也能在运行中对最佳燃烧操作机构的控制值或点火时刻进行自动适配，并能恰当地控制内燃机。在内燃机的控制装置及控制方法中，使转矩特性函数的设定值变化，以使得使用转矩特性函数而计算出的输出转矩接近基于缸内压力的实际值而计算出的输出转矩，使用转矩特性函数来计算与多个燃烧控制状态分别对应的多个输出转矩，并使燃烧控制目标设定函数的设定值变化，以使得使用燃烧控制目标设定函数而计算出的燃烧控制状态的目标值接近输出转矩成为最大的最大转矩燃烧控制状态。

Description

内燃机的控制装置及控制方法
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***(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推定实际输出转矩并发送至各车辆***，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这一点变得重要。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这样的响应性不同的目标转矩。记载了如下方法，即：进行节气门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的延迟量的转矩的降低率等，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。
另外，作为根据内燃机的运行状态来推定输出转矩的方法，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2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，其旨在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和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)。
此外，为了对内燃机的燃料消耗性能、排放性能进行改善，对内燃机的燃烧状态进行测量，将其测量结果进行反馈来进行控制，这样的方法是有效的。因此，准确地测量内燃机的燃烧状态是重要的。众所周知，通过测量缸内压力能准确地测量出内燃机的燃烧状态。若使用直接测量缸内压力的传感器(以下，称为缸内压力传感器)，则能测量出缸内压力。然而，缸内压力传感器较为昂贵，不易确保耐久性，因此，也开发了在不使用缸内压力传感器的情况下检测缸内压力的方法。例如，专利文献3中公开了如下技术，即：基于曲柄角传感器的输出信号计算曲柄角速度及曲柄角加速度，基于曲柄角速度及曲柄角加速度计算因燃烧而产生的燃烧气体压力转矩，并根据燃烧气体压力转矩来推定缸内压力等燃烧状态(以下，缸内压力信息)。
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：日本专利特开平11－351045号公报
专利文献3：日本专利第6190936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”、马自达技术报告、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***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，与之相伴，存在适配工时数也增大的问题。从适应所需的内燃机的实验的观点来看，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，与内燃机的实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，考虑到能考虑的内燃机的运行状态的参数数减少从而导致精度下降，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2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，该深层学习方法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定。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定输出转矩，该情况下，能进一步削减工时数。
此外，在将燃油效率和废气考虑在内、利用MBC工具将操作内燃机的燃烧状态的燃烧操作机构的控制值和点火时刻设定为最佳值的情况下，即使该设定值对于用于适配的内燃机个体而言是最佳值，在应用于量产的内燃机的情况下，由于各个内燃机具有个体差异，因此，也不能说一定是最佳值。并且，在长时间使用了内燃机的情况下，考虑以下情况：因沉积物的堆积和磨损等而造成的历时变化的影响，在用于适配的内燃机中最佳值也会发生变化。在这种情况下，若能用专利文献3的方法或缸内压力传感器检测缸内压力信息，则考虑能基于这些在与内燃机的个体相对应的最佳设定值下一边行驶一边进行自动适配。然而，在能检测出缸内压力信息的情况下，关于一边行驶一边探索内燃机的控制机构的控制值和点火时刻的最佳值、对其进行存储并用于控制的方法，在专利文献1至3中均未有记载，并未公开具体的方法。
因此，希望提供一种内燃机的控制装置及控制方法，即使因内燃机的个体差异、历时变化等导致内燃机的特性发生变动，也能在运行中对最佳燃烧操作机构的控制值或点火时刻进行自动适配，并能恰当地控制内燃机。
解决技术问题所采用的技术方案
本申请的第1内燃机的控制装置包括：
运行状态检测部，该运行状态检测部检测包含燃烧室内的压力即缸内压力在内的内燃机的运行状态；
燃烧控制目标计算部，该燃烧控制目标计算部使用设定了预设种类的运行状态与操作燃烧状态的燃烧操作机构的控制状态即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，来计算所述燃烧控制状态的目标值；
燃烧控制部，该燃烧控制部基于所述燃烧控制状态的目标值来控制所述燃烧操作机构；
实际转矩计算部，该实际转矩计算部使用设定了包含所述燃烧控制状态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即转矩特性函数，来计算与当前的运行状态相对应的输出转矩；
转矩特性学习部，该转矩特性学习部基于所述缸内压力的实际值来计算输出转矩，并使所述转矩特性函数的设定值变化，以使得使用所述转矩特性函数而计算出的输出转矩接近基于所述缸内压力的实际值而计算出的输出转矩；以及
燃烧控制目标学习部，该燃烧控制目标学习部使用所述转矩特性函数来计算与多个所述燃烧控制状态分别对应的多个输出转矩，基于多个所述燃烧控制状态和多个所述输出转矩来计算在多个所述燃烧控制状态的范围内输出转矩成为最大的所述燃烧控制状态即最大转矩燃烧控制状态，并使所述燃烧控制目标设定函数的设定值变化，以使得使用所述燃烧控制目标设定函数而计算出的所述燃烧控制状态的目标值接近所述最大转矩燃烧控制状态。
本申请的第2内燃机的控制装置包括：
运行状态检测部，该运行状态检测部检测包含燃烧室内的压力即缸内压力在内的内燃机的运行状态；
目标点火时刻计算部，该目标点火时刻计算部使用设定了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即点火时刻设定函数，来计算与当前的运行状态相对应的所述目标点火时刻的基本值；
点火控制部，该点火控制部基于所述缸内压力的实际值来进行使点火时刻变化的反馈控制；以及
点火设定学习部，该点火设定学习部使所述点火时刻设定函数的设定值变化，以使得使用所述点火时刻设定函数而计算出的所述目标点火时刻的基本值接近因所述反馈控制而变化的所述点火时刻。
本申请的第1内燃机的控制方法执行下述步骤，该步骤包括：
运行状态检测步骤，该运行状态检测步骤检测包含燃烧室内的压力即缸内压力在内的内燃机的运行状态；
燃烧控制目标计算步骤，该燃烧控制目标计算步骤使用设定了预设种类的运行状态与操作燃烧状态的燃烧操作机构的控制状态即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，来计算所述燃烧控制状态的目标值；
燃烧控制步骤，该燃烧控制步骤基于所述燃烧控制状态的目标值来控制所述燃烧操作机构；
实际转矩计算步骤，该实际转矩计算步骤使用设定了包含所述燃烧控制状态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即转矩特性函数，来计算与当前的运行状态相对应的输出转矩；
转矩特性学习步骤，该转矩特性学习步骤基于所述缸内压力的实际值来计算输出转矩，并使所述转矩特性函数的设定值变化，以使得使用所述转矩特性函数而计算出的输出转矩接近基于所述缸内压力的实际值而计算出的输出转矩；以及
燃烧控制目标学习步骤，该燃烧控制目标学习步骤使用所述转矩特性函数来计算与多个所述燃烧控制状态分别对应的多个输出转矩，基于多个所述燃烧控制状态和多个所述输出转矩来计算在多个所述燃烧控制状态的范围内输出转矩成为最大的所述燃烧控制状态即最大转矩燃烧控制状态，并使所述燃烧控制目标设定函数的设定值变化，以使得使用所述燃烧控制目标设定函数而计算出的所述燃烧控制状态的目标值接近所述最大转矩燃烧控制状态。
本申请的第2内燃机的控制方法执行下述步骤，该步骤包括：
运行状态检测步骤，该运行状态检测步骤检测包含燃烧室内的压力即缸内压力在内的内燃机的运行状态；
目标点火时刻计算步骤，该目标点火时刻计算步骤使用设定了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即点火时刻设定函数，来计算与当前的运行状态相对应的所述目标点火时刻的基本值；
点火控制步骤，该点火控制步骤基于所述缸内压力的实际值来进行使所述点火时刻变化的反馈控制；以及
点火设定学习步骤，该点火设定学习步骤使所述点火时刻设定函数的设定值变化，以使得使用所述点火时刻设定函数而计算出的所述目标点火时刻的基本值接近因所述反馈控制而变化的所述点火时刻。
发明效果
根据第1内燃机的控制装置及控制方法，即使在因内燃机的个体差异、历时变化而导致转矩特性发生了变动的情况下，也能利用在运行中根据缸内压力的实际值而计算出的输出转矩来学习转矩特性函数。然后，使用学习了转矩特性的变动的转矩特性函数来扰乱燃烧控制状态，并计算多个输出转矩，由此能探索出输出转矩成为最大的燃烧操作机构的控制状态即最大转矩燃烧控制状态。然后，根据最大转矩燃烧控制状态来学习燃烧控制目标设定函数，由此能设定适合于发生了变动的转矩特性的燃烧控制状态的目标值，并能恰当地控制内燃机。
根据第2内燃机的控制装置及控制方法，即使在因内燃机的个体差异、历时变化而导致点火时刻特性发生了变动的情况下，也能通过基于缸内压力的实际值对点火时刻进行反馈控制，来设定燃烧状态成为所希望的状态的最佳点火时刻。然后，根据因反馈控制而变化的点火时刻来学习点火时刻设定函数，由此能设定适合于发生了变动的点火时刻特性的目标点火时刻的基本值，并能恰当地控制内燃机。
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是示出实施方式1所涉及的由FNN构成的点火时刻设定函数的图。
图5是示出实施方式1所涉及的由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所涉及的转矩特性学习部的处理的框图。
图12是用于说明实施方式1所涉及的点火设定学习部的处理的框图。
图13是用于说明实施方式1所涉及的燃烧控制目标学习部的处理的框图。
图14是用于说明实施方式1所涉及的最大转矩进气相位角的计算的图。
图15是用于说明使用了实施方式1所涉及的映射数据的处理的图。
图16是用于说明实施方式1所涉及的最大转矩排气相位角的计算的图。
图17是用于说明实施方式1所涉及的转矩特性函数、点火时刻设定函数及燃烧控制目标设定函数的学习处理的流程图。
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，将通过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。燃烧室25的顶部设有对燃烧室25内的压力即缸内压力进行检测的缸内压力传感器29。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排出到排气管17的废气量的排气阀15。进气阀14设有使其阀开闭正时可变的进气可变阀正时机构。排气阀15设有使其阀开闭正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装置作为运算处理装置90，来分担并执行各处理。作为存储装置91，具备构成为能从运算处理装置90读取数据及向运算处理装置90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所具备的各控制部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、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、爆震传感器28及缸内压力传感器29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调停)。
这里，目标转矩包括低响应目标转矩Trqts、高响应目标转矩Trqtf。低响应目标转矩Trqts是不将延迟点火时刻这一点考虑在内而向内燃机请求的输出转矩，高响应目标转矩Trqtf是包含延迟点火时刻这一点而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，但在存在通过点火时刻的延迟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并传输给发动机控制部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θd、曲柄角速度(以下，称为实际转速Ner)、以及曲柄角加速度αd。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θd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]乘上与转速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过滤处理后的值，以作为实际吸入空气量[g/stroke]。或者，运行状态检测部330也可以基于歧管压力、转速Ne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流量乘上冲程周期而得的值进行了过滤处理后的值，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[％]。
运行状态检测部330检测燃烧室25内的压力即实际缸内压力Pcylr。运行状态检测部330基于缸内压力传感器29的输出信号来检测实际缸内压力Pcylr。或者，运行状态检测部330构成为基于曲柄角度θd和曲柄角加速度αd来计算实际缸内压力Pcylr，上述曲柄角度θd和曲柄角加速度αd基于曲柄角传感器20的输出信号来计算出。该计算中，使用专利文献3所记载的方法，将在后文中进行阐述。另外，为了计算实际缸内压力Pcylr，也可以与专利文献3同样地追加设置能高精度地检测出曲柄角度的曲柄角传感器。
＜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。发动机控制部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，并对节气门6的电动机进行驱动控制，以达到目标吸入空气流量。
<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，称为目标进气相位角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进行延迟校正，并计算最终点火时刻SA。此外，为了防止失火，点火控制部333通过延迟极限点火时刻IGrtd进行对延迟侧的点火时刻进行限制的延迟限制，以使得不将最终点火时刻SA设定得比延迟极限点火时刻IGrtd更靠延迟侧。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。
在进行点火时刻的反馈控制的情况下，点火控制部333基于实际缸内压力Pcylr来进行使最终点火时刻SA变化的反馈控制。本实施方式中，点火控制部333基于实际缸内压力Pcylr和曲柄角度θd，来计算质量燃烧比率MFB。质量燃烧比率MFB是每一个循环的燃料质量中所燃烧掉的质量比，按每个曲柄角度θd来进行计算。质量燃烧比率MFB的计算中，使用专利文献3所记载的方法，将在后文中进行阐述。然后，点火控制部333进行使最终点火时刻SA变化的反馈控制，以使得质量燃烧比率MFB为50％的燃烧重心的曲柄角度θd接近目标燃烧重心角度(例如，上死点后10deg)。在进行了爆震延迟校正的情况下，点火控制部333不进行点火时刻的反馈控制。
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)不发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设定为爆震开始产生的提前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***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EGR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***结构变得复杂，则点火时刻设定函数成为输入变量数较多的复杂函数。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。由单元所进行的运算中，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作为近似函数来使用，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。将通过这种方式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能作为存储有教师数据所具备的特征的通用函数来进行使用。
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精度将极端地恶化(称这一点为过学习或过适配)，在这种情况下，需要进行调整，以使得在中途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这样的其他内燃机的运行状态。此外，在内燃机的***结构不同的情况下，也可以构成为输入该***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的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用于计算MBT点火时刻IGmbt的FNN、及用于计算爆震极限点火时刻IGknk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，并计算这2个点火时刻的延迟侧的点火时刻以作为目标点火时刻的基本值IGb。
2-2-2.转矩特性函数
转矩接口部32存储有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燃烧控制状态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***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***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这样的其他内燃机的运行状态。此外，在内燃机的***结构不同的情况下，也可以构成为输入该***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的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冲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延迟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延迟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 BDA0001971478490000201
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，来计算与当前的运行状态(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延迟这一点而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一点点变化，并使用转矩特性函数来反复计算输出转矩Trq，则能探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***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探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至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设定为点火时刻的延迟侧的设定极限即延迟极限点火时刻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与延迟极限点火时刻IGrtd的中间值。
【数学式2】
Figure BDA0001971478490000221
＜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个关系点，则能通过分别带入式(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 BDA0001971478490000231
另外，点火样本数可以预先设定为4个以上的数量，计算点火时刻IG与输出转矩Trq之间的4个以上的关系点，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设定为点火时刻的延迟侧的设定极限即延迟极限点火时刻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中设有用于计算MBT点火时刻IGmbt的FNN、以及用于计算爆震极限点火时刻IGknk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】
TG1＝TGmbt，IG2＝TGrtd…(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延迟极限点火时刻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设定为被设为二次函数的点火转矩近似曲线的极值。
【数学式6】
Figure BDA0001971478490000241
然后，如下式所示，点火转矩近似曲线计算部53基于延迟极限点火时刻IGrtd、以及与延迟极限点火时刻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系数A、B、C。
【数学式7】
Figure BDA0001971478490000251
＜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 BDA0001971478490000252
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构成为计算目标填充效率Ect，该目标填充效率Ect实现不将延迟点火时刻这一点考虑在内而向内燃机请求的输出转矩即低响应目标转矩Trqts。
若使填充效率Ec一点点变化，并使用转矩特性函数来反复计算输出转矩Trq，则能探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***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、并且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探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至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计算对实际填充效率Ecr乘以低响应目标转矩Trqts与实际输出转矩Trqr的比而得到的值所对应的值，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】
Figure BDA0001971478490000271
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，其他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)，并应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比例。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，认为并不严格地成比例关系。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个关系点，则能通过分别带入式(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 BDA0001971478490000291
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个以上的关系点，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 BDA0001971478490000301
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、填充效率Ec及目标进气相位角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、填充效率Ec及目标排气相位角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.各函数的学习
2-3-1.转矩特性函数的学习
如上所述，使用转矩特性函数来计算实际输出转矩Trqr、目标点火时刻IGt以及目标填充效率Ect。然而，若转矩特性因内燃机的个体差异、历时变化而发生变动，则这些计算精度将变差。于是，转矩接口部32具备学习转矩特性函数的转矩特性学习部67。如图11所示，转矩特性学习部67基于实际缸内压力Pcylr来计算输出转矩Trqcy(以下，称为缸内压力输出转矩Trqcy)，并使转矩特性函数的设定值变化，以使得使用转矩特性函数而计算出的实际输出转矩Trqr接近基于实际缸内压力Pcylr而计算出的缸内压力输出转矩Trqcy。
＜缸内压力输出转矩的计算＞
转矩特性学***均有效压力IMEP。然后，转矩特性学***均有效压力IMEP来计算缸内压力输出转矩Trqcy。这里，4π是4冲程循环发动机的情况下的系数。
【数学式13】
Figure BDA0001971478490000311
＜教师信号的设定＞
转矩特性学习部67将计算实际输出转矩Trqr时所使用的实际转速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及实际点火时刻SA(最终点火时刻SA)等运行状态的实际值设定为输入值的教师信号，并将在该运行状态下计算出的缸内压力输出转矩Trqcy设定为输出值的教师信号。然后，转矩特性学习部67使用输入值与输出值的教师信号，利用误差反向传播法(back propagation method)等学习方法，来变更转矩特性函数的FNN的各单元的权重及偏置。
在通常适配时，使用根据预先测量到的值而生成的多个教师数据(输入值与输出值的数据集)，利用计算机等来进行各单元的权重及偏置的调整。另一方面，若使用基于行驶中的某个运行状态而生成的一个教师数据当场进行学习，则可以利用控制装置30的运算处理能力来进行各单元的权重及偏置的学习，并且，若依次学习按每时每刻变化的每个运行状态而生成的教师数据，则能得到网罗了较广范围的运行点的学习结果，若使用该学习值来进行控制，则能实现自动适配。FNN的学习方法可以使用专利文献2等所公开的公知的方法。另外，可以保持多个教师数据(例如，数十个)，并使用多个教师数据来反复进行FNN的学习。
在转矩特性函数的FNN的输出为图示平均有效压力IMEP的情况下，将基于实际缸内压力Pcylr而计算出的图示平均有效压力IMEP设定为输出值的教师信号即可。
另外，在过渡状态下，作为输入值来使用的实际进气相位角IVTr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr及实际点火时刻SA将脱离目标值，并产生一些变动。若将该变动时的状态包含在内来进行学习，则在各自的目标值周边的运行点处也将进行学习。在该变动的范围较窄的情况下，可以扰乱(perturbation)各自的目标值，并积极地在目标值周边的运行点处进行学习。然而，在扰乱的范围不对燃料消耗率和废气产生影响的范围内进行即可。
2-3-2.点火时刻设定函数的学习
此外，使用点火时刻设定函数来计算目标点火时刻IGt及目标填充效率Ect。然而，若点火时刻特性因内燃机的个体差异、历时变化而发生变动，则这些计算精度将变差。于是，转矩接口部32具备点火设定学习部68。如图12所示，在进行了点火时刻的反馈控制的情况下，点火设定学习部68使点火时刻设定函数的设定值变化，以使得由目标点火时刻计算部51使用点火时刻设定函数而计算出的目标点火时刻的基本值IGb接近在点火控制部333中利用点火时刻的反馈控制而计算出的最终点火时刻SA(实际点火时刻SA)。此外，在进行了爆震延迟校正的情况下，点火设定学习部68使点火时刻设定函数的设定值变化，以使得由目标点火时刻计算部51使用点火时刻设定函数而计算出的目标点火时刻的基本值IGb接近在点火控制部333中利用爆震延迟校正而计算出的与最终点火时刻SA相对应的点火时刻(例如设定在从最终点火时刻SA起延迟1deg或2deg左右的点火时刻)。
在进行了点火时刻的反馈控制的情况下，点火设定学习部68将计算目标点火时刻的基本值IGb时所使用的实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际进气相位角IVTr、实际排气相位角EVTr及实际EGR率Regrr等运行状态的实际值设定为输入值的教师信号，并将在该运行状态下利用点火时刻的反馈控制而计算出的最终点火时刻SA设定为输出值的教师信号。
在进行了爆震延迟校正的情况下，点火设定学习部68将计算目标点火时刻的基本值IGb时所使用的实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际进气相位角IVTr、实际排气相位角EVTr及实际EGR率Regrr等运行状态的实际值设定为输入值的教师信号，并将与在该运行状态下利用爆震延迟校正而计算出的最终点火时刻SA相对应的点火时刻设定为输出值的教师信号。然后，点火设定学习部68使用输入值与输出值的教师信号，利用误差反向传播法(back propagation method)等学习方法，来变更点火时刻设定函数的FNN的各单元的权重及偏置。
另外，如上所述，在点火时刻设定函数由用于计算MBT点火时刻IGmbt的FNN、与用于计算爆震极限点火时刻IGknk的FNN这2个FNN构成的情况下，点火设定学习部68使用于计算MBT点火时刻的FNN的设定值变化，以使得从用于计算MBT点火时刻的FNN输出的MBT点火时刻IGmbt接近利用点火时刻的反馈控制而计算出的最终点火时刻SA，并使用于计算爆震极限点火时刻的FNN的设定值变化，以使得从用于计算爆震极限点火时刻的FNN输出的爆震极限点火时刻IGknk接近与利用爆震延迟校正而计算出的最终点火时刻SA相对应的点火时刻。
2-3-3.燃烧控制目标设定函数的学习
若转矩特性因内燃机的个体差异、历时变化而发生变动，则输出转矩成为最大的燃烧控制状态的目标值也会变化。于是，若使用学习了转矩特性的变动的转矩特性函数，则能探索出输出转矩成为最大的燃烧控制状态的目标值。于是，转矩接口部32具备燃烧控制目标学习部69。燃烧控制目标学习部69学习在燃烧控制状态的目标值的计算中所使用的燃烧控制目标设定函数。
燃烧控制目标学习部69使用转矩特性函数来计算与多个燃烧控制状态分别对应的多个输出转矩。然后，燃烧控制目标学习部69基于多个燃烧控制状态和多个输出转矩，来计算多个燃烧控制状态的范围内输出转矩成为最大的燃烧控制状态即最大转矩燃烧控制状态。燃烧控制目标学习部69使燃烧控制目标设定函数的设定值变化，以使得使用燃烧控制目标设定函数而计算出的燃烧控制状态的目标值接近最大转矩燃烧控制状态。
根据该结构，使用学习了转矩特性的变动的转矩特性函数来扰乱燃烧控制状态，并计算多个输出转矩，由此能探索出输出转矩成为最大的最大转矩燃烧控制状态。然后，根据最大转矩燃烧控制状态来学习燃烧控制目标设定函数，由此能设定与发生了变动的转矩特性相适应的燃烧控制状态的目标值。
本实施方式中，多个燃烧控制状态设定在燃烧控制状态的实际值前后的范围内。此外，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、以及EGR率目标设定函数，下面分别对它们进行说明。
2-3-3-1.进气相位角目标设定函数
首先，对进气相位角目标设定函数的学习进行说明。如图13所示，燃烧控制目标学习部69使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr、实际点火时刻SA、以及设定在实际进气相位角IVTr前后的范围内的多个进气相位角(本示例中，3个进气相位角IVTa、IVTb、IVTc)分别对应的多个输出转矩(本示例中，3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc)。然后，燃烧控制目标学习部69基于多个进气相位角和多个输出转矩，来计算多个进气相位角的范围内(多个进气相位角的最小值以上、多个进气相位角的最大值以下的范围内)输出转矩成为最大的进气相位角即最大转矩进气相位角IVTmx。燃烧控制目标学习部69使进气相位角目标设定函数的设定值变化，以使得使用进气相位角目标设定函数而计算出的目标进气相位角IVTt接近最大转矩进气相位角IVTmx。
本实施方式中，如下式所示，燃烧控制目标学习部69将第2进气相位角IVTb设定为实际进气相位角IVTr，将第1进气相位角IVTa设定为从实际进气相位角IVTr中减去预先设定的扰乱相位角Δθ后得到的相位角，并将第3进气相位角IVTc设定为对实际进气相位角IVTr加上扰乱相位角Δθ后得到的相位角。扰乱相位角Δθ设定为1deg到3deg左右。
【数学式14】
IVTb＝IVTr，IVTa＝IVTr-Δθ,IVTc＝IVTr+Δθ…(14)
燃烧控制目标学习部69使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr、实际点火时刻SA及第1进气相位角IVTa相对应的第1输出转矩Trqa。燃烧控制目标学习部69使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr、实际点火时刻SA及第3进气相位角IVTc相对应的第3输出转矩Trqc。然后，燃烧控制目标学习部69使用转矩特性函数，来计算与实际转速Ner、实际填充效率Ecr、实际排气相位角EVTr、实际EGR率Regrr、实际点火时刻SA及第2进气相位角IVTb相对应的第2输出转矩Trqb。作为第2输出转矩Trqb，可以使用由实际转矩计算部55计算出的实际输出转矩Trqr。
这里，虽然在第1及第3输出转矩Trqa、Trqc的计算中使用了实际点火时刻SA，然而，若进气相位角发生变化，则最佳点火时刻将改变。于是，燃烧控制目标学习部69可以使用点火时刻设定函数来计算与第1进气相位角IVTa相对应的目标点火时刻的基本值IGb，并使用该点火时刻代替实际点火时刻SA来计算第1输出转矩Trqa，此外，可以使用点火时刻设定函数来计算与第3进气相位角IVTc相对应的目标点火时刻的基本值IGb，并使用该点火时刻代替实际点火时刻SA来计算第3输出转矩Trqc。
如图14所示，燃烧控制目标学习部69基于3个进气相位角IVTa、IVTb、IVTc以及3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc，来计算在3个进气相位角IVTa、IVTb、IVTc的范围内(本示例中，IVTa以上、IVTc以下的范围内)输出转矩成为最大的最大转矩进气相位角IVTmx。图14所示的示例中，判定为在第2进气相位角IVTb与第3进气相位角IVTc之间的相位角处输出转矩成为最大，计算第2进气相位角IVTb与第3进气相位角IVTc的中间值，以作为最大转矩进气相位角IVTmx。或者，燃烧控制目标学习部69可以从3个运行点计算出二次函数等近似曲线，并使用近似曲线来计算最大转矩进气相位角IVTmx。或者，燃烧控制目标学习部69可以判定3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc内的最大值，并计算出与最大值相对应的进气相位角，以作为最大转矩进气相位角IVTmx。
＜映射数据的学习＞
本实施方式中，对将进气相位角目标设定函数设为映射数据的情况进行说明。如图15中示出映射数据的一部分的示意图那样，对第1映射轴设定转速Ne，对第2映射轴设定填充效率Ec。若燃烧控制目标学习部69将实际转速Ner及目标填充效率Ect设定为输入点，则检索包围输入点的4个映射轴的格点。另外，由于在最大转矩进气相位角IVTmx的计算中使用了实际填充效率Ecr，因此，为了与之相匹配，也可以将实际填充效率Ecr设定为输入值，以代替目标填充效率Ect。然后，燃烧控制目标学习部69从映射数据中读取出分别设定于4个格点的目标进气相位角IVTt1、IVTt2、IVTt3、IVTt4。燃烧控制目标学习部69对4个格点的目标进气相位角IVTt1、IVTt2、IVTt3、IVTt4进行插补，来计算与输入点相对应的目标进气相位角IVTt。燃烧控制目标学习部69也可以使用燃烧控制目标计算部66的计算结果，来代替使用进气相位角目标设定函数来计算目标进气相位角IVTt。
例如，以实际转速Ner相对于第1格点的转速Ne1及第2格点的转速Ne2的比率，对第1格点(Ne1、Ec1)的目标进气相位角IVTt1及第2格点(Ne2、Ec1)的目标进气相位角IVTt2进行插补，并计算Ner、Ec1这点的目标进气相位角IVTt12。此外，以实际转速Ner相对于第3格点的转速Ne1及第4格点的转速Ne2的比率，对第3格点(Ne1、Ec2)的目标进气相位角IVTt3及第4格点(Ne2、Ec2)的目标进气相位角IVTt4进行插补，并计算Ner、Ec2这点的目标进气相位角IVTt34。然后，以目标填充效率Ect相对于第1和第2格点的填充效率Ec1及第3和第4格点的填充效率Ec2的比率，对Ne1、Ec1这点的目标进气相位角IVTt12、及Ner、Ec2这点的目标进气相位角IVTt34进行插补，并计算Ner、Ect的输入点的最终的目标进气相位角IVTt。
燃烧控制目标学习部69变更设定于包围输入点的4个格点的目标进气相位角IVTt1、IVTt2、IVTt3、IVTt4的映射数据，以使得使用映射数据而计算出的目标进气相位角IVTt接近最大转矩进气相位角IVTmx。例如，如下式所示，燃烧控制目标学习部69计算从最大转矩进气相位角IVTmx中减去利用映射数据而计算出的目标进气相位角IVTt后得到的偏差ΔIVT，将对偏差ΔIVT乘以反映系数Krf而得的值与设定于4个格点的目标进气相位角IVTt1、IVTt2、IVTt3、IVTt4相加，并更新4个格点的映射数据。反映系数Krf例如设定为0.01～0.1左右的值。
【数学式15】
Figure BDA0001971478490000381
若使用基于正在行驶的某个运行状态而生成的一个学习用数据当场进行学习，则可以利用控制装置30的运算处理能力来进行对应的格点的映射数据的学习，并且，若依次学习按每时每刻变化的每个运行状态而生成的学习用数据，则能得到网罗了较广范围的运行点的学习结果，若使用该学习值来进行控制，则能实现自动适配。
另外，可以保持多个学习用数据(例如，数十个)，并使用多个学习用数据来反复进行映射数据的学习。此外，在式(15)中，一律对偏差ΔIVT乘以反映系数Krf，但也可以根据输入点与各格点的位置关系，使各格点的反映系数Krf变化。此外，也可以构成为并非直接更新设定了目标进气相位角IVTt的初始值的映射数据，而是设置映射轴及格点与学习对象的映射数据相同的学习用映射数据(初始值为零)，更新学习用映射数据来进行学习，并计算出设定了初始值的映射数据的输出值与学习值用映射数据的输出值的合计值，以作为目标进气相位角IVTt。
2-3-3-2.排气相位角目标设定函数
接着，对排气相位角目标设定函数的学习进行说明。如图13所示，燃烧控制目标学习部69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EGR率Regrr、实际点火时刻SA、以及设定在实际排气相位角EVTr前后的范围内的多个排气相位角(本示例中，3个排气相位角EVTa、EVTb、EVTc)分别对应的多个输出转矩(本示例中，3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc)。然后，燃烧控制目标学习部69基于多个排气相位角和多个输出转矩，来计算多个排气相位角的范围内输出转矩成为最大的排气相位角即最大转矩排气相位角EVTmx。燃烧控制目标学习部69使排气相位角目标设定函数的设定值变化，以使得使用排气相位角目标设定函数而计算出的目标排气相位角EVTt接近最大转矩排气相位角EVTmx。
本实施方式中，如下式所示，燃烧控制目标学习部69将第2排气相位角EVTb设定为实际排气相位角EVTr，将第1排气相位角EVTa设定为从实际排气相位角EVTr中减去预先设定的扰乱相位角Δθ后得到的相位角，并将第3排气相位角EVTc设定为对实际排气相位角EVTr加上扰乱相位角Δθ后得到的相位角。扰乱相位角Δθ设定为1deg到3deg左右。
【数学式16】
EVTb＝EVTr，EVTa＝EVTr-Δθ,EVTc＝EVTr+Δθ…16)
燃烧控制目标学习部69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EGR率Regrr、实际点火时刻SA及第1排气相位角EVTa相对应的第1输出转矩Trqa。燃烧控制目标学习部69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EGR率Regrr、实际点火时刻SA及第3排气相位角EVTc相对应的第3输出转矩Trqc。然后，燃烧控制目标学习部69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EGR率Regrr、实际点火时刻SA及第2排气相位角EVTb相对应的第2输出转矩Trqb。作为第2输出转矩Trqb，可以使用由实际转矩计算部55计算出的实际输出转矩Trqr。
这里，在第1和第3输出转矩Trqa、Trqc的计算中使用了实际点火时刻SA，但如上述那样，也可以使用与第1排气相位角EVTa相对应的目标点火时刻的基本值IGb、以及与第3排气相位角EVTc相对应的目标点火时刻的基本值IGb。
如图16所示，燃烧控制目标学习部69基于3个排气相位角EVTa、EVTb、EVTc以及3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc，来计算在3个排气相位角EVTa、EVTb、EVTc的范围内(本示例中，EVTa以上、EVTc以下的范围内)输出转矩成为最大的最大转矩排气相位角EVTmx。图16所示的示例中，计算第1排气相位角EVTa，以作为最大转矩排气相位角EVTmx。或者，燃烧控制目标学习部69可以从3个运行点计算出二次函数等近似曲线，并使用近似曲线来计算最大转矩排气相位角EVTmx。或者，燃烧控制目标学习部69可以判定3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc内的最大值，并计算与最大值相对应的排气相位角，以作为最大转矩排气相位角EVTmx。
虽然排气相位角目标设定函数也被设为映射数据，但由于映射数据的学习方法与上述进气相位角目标设定函数相同，因此省略说明。
2-3-3-3.EGR率目标设定函数
接着，对EGR率目标设定函数的学习进行说明。如图13所示，燃烧控制目标学习部69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、实际点火时刻SA、以及设定在实际EGR率Regrr前后的范围内的多个EGR率(本示例中，3个EGR率Regra、Regrb、Regrc)分别对应的多个输出转矩(本示例中，3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc)。然后，燃烧控制目标学习部69基于多个EGR率和多个输出转矩，来计算多个EGR率的范围内输出转矩成为最大的EGR率即最大转矩EGR率Regrmx。燃烧控制目标学习部69使EGR率目标设定函数的设定值变化，以使得使用EGR率目标设定函数而计算出的目标EGR率Regrt接近最大转矩EGR率Regrmx。
本实施方式中，如下式所示，燃烧控制目标学习部69将第2EGR率Regrb设定为实际EGR率Regrr，将第1EGR率Regra设定为从实际EGR率Regrr中减去预先设定的扰乱率ΔR后得到的EGR率，并将第3EGR率Regrc设定为对实际EGR率Regrr加上扰乱率ΔR后得到的EGR率。扰乱率ΔR设定为1％至3％左右。
【数学式17】
Regrb＝Regrr，Regra＝Regrr-ΔR，Regrc＝Regrr+ΔR…(17)
燃烧控制目标学习部69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、实际点火时刻SA及第1EGR率Regra相对应的第1输出转矩Trqa。燃烧控制目标学习部69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、实际点火时刻SA及第3EGR率Regrc相对应的第3输出转矩Trqc。然后，燃烧控制目标学习部69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、实际点火时刻SA及第2EGR率Regrb相对应的第2输出转矩Trqb。作为第2输出转矩Trqb，可以使用由实际转矩计算部55计算出的实际输出转矩Trqr。
这里，在第1和第3输出转矩Trqa、Trqc的计算中使用了实际点火时刻SA，但如上述那样，也可以使用与第1EGR率Regra相对应的目标点火时刻的基本值IGb、以及与第3EGR率Regrc相对应的目标点火时刻的基本值IGb。
燃烧控制目标学习部69基于3个EGR率Regra、Regrb、Regrc、以及3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc，来计算3个EGR率Regra、Regrb、Regrc的范围内输出转矩成为最大的最大转矩EGR率Regrmx。燃烧控制目标学习部69可以从3个运行点计算出二次函数等近似曲线，并使用近似曲线来计算最大转矩EGR率Regrmx。或者，燃烧控制目标学习部69可以判定3个输出转矩Trqa、Trqb、Trqc内的最大值，并计算与最大值相对应的EGR率，以作为最大转矩EGR率Regrmx。
虽然EGR率目标设定函数也被设为映射数据，但由于映射数据的学习方法与上述进气相位角目标设定函数相同，因此省略说明。
＜基于燃烧期间的反馈控制值的学习＞
已知若使EGR率增加，则燃烧将变得缓慢，燃烧期间将变长。于是，燃烧控制部334可以构成为进行使目标EGR率Regrt变化的反馈控制，以使得根据实际缸内压力Pcylr计算出的质量燃烧比率MFB成为预先设定的比率范围(例如，10～90％)内的曲柄角度的间隔接近目标角度间隔。该情况下，燃烧控制目标学习部69可以将实际的角度间隔与目标角度间隔相一致时的目标EGR率Regrt或实际EGR率Regrr设定为最大转矩EGR率Regrmx，并使EGR率目标设定函数的设定值变化，以使得使用EGR率目标设定函数而计算出的目标EGR率Regrt接近最大转矩EGR率Regrmx。
虽然目标角度间隔可以预先设定，然而，由于若EGR率变大、燃烧期间变得过长则燃烧变动率COV将变大，因此，目标角度间隔也可以根据燃烧变动率COV的大小来设定。燃烧变动率COV通过用图示平均有效压力IMEP的标准偏差除以平均值来进行计算。
如上所述，虽然存在使用燃烧期间的反馈控制值的方法、以及使用进行了学习的转矩特性函数的方法这两种方法，但可以使用任意一种方法，也可以使用两种方法。在使用两种方法的情况下，为了优先提高燃油效率，可以将利用燃烧期间的反馈控制时的EGR率对根据使用转矩特性函数的方法而计算出的最大转矩EGR率Regrmx进行上限限制后得到的值应用在EGR率目标设定函数的学习中。
2-4.基于曲柄角信息的实际缸内压力的检测
运行状态检测部330使用包含内燃机1的活塞、连杆以及曲柄在内的曲柄轴的旋转***的运动方程式，基于曲柄角度θd及曲柄角加速度αd，来计算因燃烧而产生的燃烧气体压力转矩Tb，并基于燃烧气体压力转矩Tb及曲柄角度θd来推定正在燃烧的气缸b的缸内压力Pcylb。
包含内燃机1的活塞、连杆及曲柄在内的曲柄轴的旋转***的运动方程式由下式来表示。
【数学式18】
Figure BDA0001971478490000431
这里，I是曲柄轴的转动惯量，Pcylj是第j个气缸的缸内压力，Sp是活塞顶面的投影面积，mp是活塞的质量，αpj是第j个气缸的活塞的加速度，Rj是将第j个气缸的活塞所产生的力转换为绕曲柄轴的转矩的转换系数，Tex是摩擦、辅机负载以及行驶阻力等从外部传递到曲柄轴的外部负载转矩。L是气缸数，本实施方式中，L＝3。此外，r是曲柄的半径，θdj是以第j个气缸的活塞的上死点为基准的曲柄角度，φj是第j个气缸的连杆的角度，基于曲柄长度与连杆长度之比即连杆比以及曲柄角度θdj来求得。
运行状态检测部330基于根据各气缸j的曲轴角度θdj而变化的连杆及曲柄的几何学关系、以及曲柄角加速度αd来计算各气缸j的活塞的加速度αpj。此外，运行状态检测部330基于各气缸j的曲柄角度θdj来计算各气缸j的转换系数Rj。
进行燃烧的压缩冲程的后半程以及膨胀冲程以外的缸内压力Pcylj成为与进气歧管12内的压力、大气压、曲柄角度θdj相对应的压力。运行状态检测部330基于进气歧管12内的压力、大气压、曲柄角度θdj来推定处于进气冲程、压缩冲程(后半程除外)或排气冲程的各未燃烧气缸j的缸内压力Pcylubj。在第b个气缸处于压缩冲程的后半程以及膨胀冲程且正在进行燃烧的情况下，能将式(18)变形成下式那样。这里，Pcylb是燃烧气缸b的缸内压力，Pcylubj是各未燃烧气缸j(j≠b)的缸内压力。
【数学式19】
Figure BDA0001971478490000441
在燃烧气缸b的活塞位于上死点的情况下，式(19)的右边第一项为零，因此，若对式(19)的外部负载转矩Tex进行整理，则变为下式那样。外部负载转矩Tex在1个循环期间不会产生太大变动，因此假定为在上死点处所推定出的固定值。
【数学式20】
Figure BDA0001971478490000442
运行状态检测部330使用式(20)，基于燃烧气缸b的活塞处于上死点时的、各未燃烧气缸j的缸内压力Pcylubj、活塞的加速度αpj、转换系数Rj以及曲柄角加速度αd来推定外部负载转矩Tex。
若对式(19)中与因燃烧而在曲柄轴上产生的燃烧气体压力转矩Tb相当的“Pcylb·Sp·Rb”进行整理，则得到下式。
【数学式21】
Figure BDA0001971478490000443
运行状态检测部330使用式(21)所示的曲柄轴的旋转***的运动方程式，基于曲柄角度θd以及曲柄角加速度αd来推定燃烧气体压力转矩Tb。此时，运行状态检测部330如上述那样计算燃烧气缸b的活塞的加速度αpb及转换系数Rb、以及各未燃烧气缸j的缸内压力Pcylubj、活塞的加速度αpj、转换系数Rj、以及外部负载转矩Tex。
然后，运行状态检测部330如下式所示那样，将燃烧气体压力转矩Tb除以活塞的投影面积Sp以及燃烧气缸b的转换系数Rb来计算燃烧气缸b的缸内压力Pcylb，并设定为实际缸内压力Pcylb。
【数学式22】
Figure BDA0001971478490000451
2-5.质量燃烧比率的计算
点火控制部333使用下式来计算每单位曲柄角度的热产生率dQ/dθ。这里，κ为比热比，Vb为燃烧气缸b的气缸容积。点火控制部333基于燃烧气缸b的曲柄角度θdb、以及连杆与曲柄的几何学关系，来计算气缸容积Vb以及每单位曲柄角度的气缸容积变化率dVb/dθ。
【数学式23】
Figure BDA0001971478490000452
点火控制部333使用下式，将从燃烧开始角度θ0到曲柄角度θdb为止对热产生率dQ/dθ进行积分而得到的瞬时积分值除以在整个燃烧角度区间内对热产生率dQ/dθ进行积分得到的总积分值Q0，来计算各曲柄角度θdb的质量燃烧比率MFB。
【数学式24】
Figure BDA0001971478490000453
2-6.流程图
基于图17所示的流程图，对转矩特性函数、点火时刻设定函数及燃烧控制目标设定函数的学习所涉及的控制装置30的概要的处理步骤(内燃机1的控制方法)进行说明。图17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。
步骤S01中，运行状态检测部330如上述那样，执行对实际转速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及实际缸内压力Pcylr等各种运行状态进行检测的运行状态检测处理。步骤S02中，转矩控制部31如上述那样，执行对目标转矩(本示例中，低响应目标转矩Trqts、高响应目标转矩Trqtf)进行运算的目标转矩计算处理。步骤S03中，实际转矩计算部55如上述那样，执行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的实际转矩计算处理。
步骤S04中，目标点火时刻计算部51如上述那样，执行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的基本点火时刻计算处理。步骤S05中，目标点火时刻计算部51如上述那样，执行使用转矩特性函数来计算与目标转矩(本示例中，高响应目标转矩Trqtf)相对应的目标转矩对应点火时刻IGtt的目标转矩对应点火时刻计算处理。然后，在步骤S06中，目标点火时刻计算部51执行目标点火时刻选择处理，该的目标点火时刻选择处理在不存在通过点火时刻的延迟来实现的转矩下降请求的情况下，计算步骤S04中计算出的目标点火时刻的基本值IGb来作为目标点火时刻IGt，并在存在通过点火时刻的延迟来实现的转矩下降请求的情况下，计算步骤S05中计算出的目标转矩对应点火时刻IGtt来作为目标点火时刻IGt。
步骤S07中，目标进气量计算部61如上述那样，执行使用点火时刻设定函数和转矩特性函数来计算目标填充效率Ect的目标进气量计算处理。步骤S08中，燃烧控制目标计算部66如上述那样，执行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及目标排气相位角EVTt)的燃烧控制目标计算处理。
步骤S09中，点火控制部333如上述那样，执行基于目标点火时刻IGt来决定最终点火时刻SA、并基于最终点火时刻SA来进行对点火线圈16的通电控制的点火控制处理。此时，点火控制部333如上述那样，在进行点火时刻的反馈控制的情况下，进行基于实际缸内压力Pcylr来使最终点火时刻SA变化的点火时刻的反馈控制，并在发生了爆震的情况下，进行爆震延迟校正，来计算出最终点火时刻SA。
步骤S10中，进气量控制部331如上述那样，执行基于目标填充效率Ect来控制被吸入缸内的空气量的进气量控制处理。步骤S11中，燃烧控制部334如上述那样，执行基于燃烧控制状态的目标值来控制燃烧操作机构的燃烧控制处理。
步骤S12中，转矩特性学习部67如上述那样执行转矩特性学习处理，该转矩特性学习处理中，基于实际缸内压力Pcylr来计算缸内压力输出转矩Trqcy，并使转矩特性函数的设定值变化，以使得在步骤S03中使用转矩特性函数而计算出的实际输出转矩Trqr接近缸内压力输出转矩Trqcy。
步骤S13中，燃烧控制目标学习部69如上述那样执行燃烧控制目标学习处理，该燃烧控制目标学习处理中，使用转矩特性函数来计算与多个燃烧控制状态分别对应的多个输出转矩，基于多个燃烧控制状态和多个输出转矩来计算在多个燃烧控制状态的范围内输出转矩成为最大的最大转矩燃烧控制状态，并使燃烧控制目标设定函数的设定值变化，以使得使用燃烧控制目标设定函数而计算出的燃烧控制状态的目标值接近最大转矩燃烧控制状态。
步骤S14中，点火设定学习部68如上述那样执行点火设定学习处理，该点火设定学习处理中，使点火时刻设定函数的设定值变化，以使得在步骤S04中使用点火时刻设定函数而计算出的目标点火时刻的基本值IGb接近因基于实际缸内压力Pcylr的点火时刻的反馈控制而变化的点火时刻。
[其他实施方式]
最后，对本申请的其他实施方式进行说明。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，也能与其他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，本申请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他函数来构成。
(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，本申请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他函数来构成。
(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，本申请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***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，本申请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特定的实施方式的运用，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，包含在对至少一个结构要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况。
标号说明
1内燃机、25燃烧室、30内燃机的控制装置、330运行状态检测部、333点火控制部、334燃烧控制部、51目标点火时刻计算部、55实际转矩计算部、66燃烧控制目标计算部、67转矩特性学习部、68点火设定学习部、69燃烧控制目标学习部。

Claims (3)

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，该运行状态检测部检测包含燃烧室内的压力即缸内压力在内的内燃机的运行状态；
燃烧控制目标计算部，该燃烧控制目标计算部使用燃烧控制目标设定函数，来计算所述燃烧控制状态的目标值，所述燃烧控制目标设定函数是设定了预设种类的运行状态与操作燃烧状态的燃烧操作机构的控制状态即燃烧控制状态的目标值之间的关系的函数；
燃烧控制部，该燃烧控制部基于所述燃烧控制状态的目标值来控制所述燃烧操作机构；
实际转矩计算部，该实际转矩计算部使用设定了包含所述燃烧控制状态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即转矩特性函数，来计算与当前的运行状态相对应的输出转矩；
转矩特性学习部，该转矩特性学习部基于所述缸内压力的实际值来计算输出转矩，并使所述转矩特性函数的设定值变化，以使得使用所述转矩特性函数而计算出的输出转矩接近基于所述缸内压力的实际值而计算出的输出转矩；以及
燃烧控制目标学习部，该燃烧控制目标学习部使用所述转矩特性函数来计算与多个所述燃烧控制状态分别对应的多个输出转矩，基于多个所述燃烧控制状态和多个所述输出转矩来计算最大转矩燃烧控制状态，并使所述燃烧控制目标设定函数的设定值变化，以使得使用所述燃烧控制目标设定函数而计算出的所述燃烧控制状态的目标值接近所述最大转矩燃烧控制状态，所述最大转矩燃烧控制状态是在多个所述燃烧控制状态的范围内输出转矩成为最大的所述燃烧控制状态。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述转矩特性函数由神经网络构成，
所述转矩特性学习部使所述神经网络的设定值变化，以作为所述转矩特性函数的设定值。
3.一种内燃机的控制方法，其特征在于，执行下述步骤，该步骤包括：
运行状态检测步骤，该运行状态检测步骤检测包含燃烧室内的压力即缸内压力在内的内燃机的运行状态；
燃烧控制目标计算步骤，该燃烧控制目标计算步骤使用燃烧控制目标设定函数，来计算所述燃烧控制状态的目标值，所述燃烧控制目标设定函数是设定了预设种类的运行状态与操作燃烧状态的燃烧操作机构的控制状态即燃烧控制状态的目标值之间的关系的函数；
燃烧控制步骤，该燃烧控制步骤基于所述燃烧控制状态的目标值来控制所述燃烧操作机构；
实际转矩计算步骤，该实际转矩计算步骤使用设定了包含所述燃烧控制状态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即转矩特性函数，来计算与当前的运行状态相对应的输出转矩；
转矩特性学习步骤，该转矩特性学习步骤基于所述缸内压力的实际值来计算输出转矩，并使所述转矩特性函数的设定值变化，以使得使用所述转矩特性函数而计算出的输出转矩接近基于所述缸内压力的实际值而计算出的输出转矩；以及
燃烧控制目标学习步骤，该燃烧控制目标学习步骤使用所述转矩特性函数来计算与多个所述燃烧控制状态分别对应的多个输出转矩，基于多个所述燃烧控制状态和多个所述输出转矩来计算最大转矩燃烧控制状态，并使所述燃烧控制目标设定函数的设定值变化，以使得使用所述燃烧控制目标设定函数而计算出的所述燃烧控制状态的目标值接近所述最大转矩燃烧控制状态，所述最大转矩燃烧控制状态是在多个所述燃烧控制状态的范围内输出转矩成为最大的所述燃烧控制状态。
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