(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの部分負荷領域において自己点火による運転モードで運転される内燃機関（１０）を、該内燃機関の燃焼過程の燃焼位置特徴の目標値（ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ）に基づいて制御するための制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関（１０）の第１の燃焼工程において、該内燃機関（１０）の燃焼過程の燃焼位置特徴の第１の瞬時値を検出するステップと、
（ｂ）該燃焼過程の燃焼位置特徴の目標値（ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ）と、前記燃焼位置特徴の第１の瞬時値とから、前記内燃機関（１０）の燃焼過程に影響する調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）を求めるステップと、
（ｃ）前記燃焼位置特徴の第１の瞬時値と、前記調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）とから、前記燃焼過程における前記燃焼位置特徴のモデルに基づき、前記第１の燃焼工程に時間的に後続する第２の燃焼工程において該調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）が適用された場合に生じると予測される該燃焼位置特徴の予測値を求めるステップと、
（ｄ）前記燃焼位置特徴の予測値と前記目標値（ＭＦＢ５０＿Ｓｏｌｌ）との差を最小化するように、前記調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）を補正し、該調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）を前記内燃機関の制御に適用するステップ
とを有することを特徴とする、制御方法。
【請求項２】
前記内燃機関（１０）はオットーエンジンであり、
該オットーエンジンは第１の部分負荷領域において外部点火による第１の運転モードで運転され、第２の部分負荷領域において自己点火による第２の運転モードで運転され、
（ｅ）該内燃機関（１０）が該第１の運転モードで運転されているかまたは該第２の運転モードで運転されているかを検出するステップと、
（ｆ）該内燃機関（１０）が該第２の運転モードで運転されている場合、または、該第１の運転モードから該第２の運転モードに移行する場合、または該第２の運転モードから該第１の運転モードに移行する場合、前記ステップ（ａ）から（ｄ）までを実施するステップ
とを有する、請求項１記載の制御方法。
【請求項３】
前記燃焼位置特徴は、前記内燃機関（１０）のシリンダ内で１燃焼工程の所定量の燃焼エネルギーが変換されるクランクシャフト角度に相応する、請求項１または２記載の制御方法。
【請求項４】
前記燃焼位置特徴は、１燃焼工程の燃焼エネルギーの約５０％が前記内燃機関（１０）のシリンダ内で変換されるクランクシャフト角度に相応する燃焼重心である、請求項３記載の制御方法。
【請求項５】
前記調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）は、前記内燃機関（１０）の１つのシリンダの吸入弁または吐出弁（１２，１３）が開弁されるかまたは閉弁されるクランクシャフト角度に相応する、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御方法。
【請求項６】
調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑＭＩ）は燃料噴射時点（ＳＯＩ）に相応するか、または噴射される燃料の分割比（ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）に相応する、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御方法。
【請求項７】
前記モデルは、前記燃焼位置特徴を前記調整量の線形関数として予測するデータ駆動型のモデルである、請求項１から６までのいずれか１項記載の制御方法。
【請求項８】
前記モデルは次のような物理的モデル、すなわち、前記調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）によって生じると推定される前記第２の燃焼工程の燃焼位置特徴の変化に基づき、前記燃焼位置特徴を予測する物理的モデルである、請求項１から７までのいずれか１項記載の制御方法。
【請求項９】
前記調整量（ＥＶ，ＳＯＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）には付加的に、シリンダ個別の連続制御を行う、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御方法。
【請求項１０】
（ｇ）前記第２の燃焼工程において、前記燃焼位置特徴の第２の瞬時値（ＭＦＢ５０）を検出するステップと、
（ｈ）前記燃焼位置特徴の第２の瞬時値（ＭＦＢ５０）と、前記予測値（ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ）との間の差を求めるステップと、
（ｉ）ステップ（ｅ）において求められた差に基づき、オフセット補正値（ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔ）を求めるステップと、
（ｊ）該オフセット補正値（ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔ）によって該燃焼位置特徴の目標値（ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ）を補正するステップ
とを有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の制御方法。
【請求項１１】
前記オフセット補正値（ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔ）を求めるために、ステップ（ｈ）で検出された差を定数（Ｋ）と乗算し、該定数（Ｋ）との乗算によって得られた積を、前記第２の燃焼工程とそれ以降の燃焼工程にわたって積分する、請求項１０記載の制御方法。
【請求項１２】
前記オフセット補正値（ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔ）を求めるために、ステップ（ｈ）で求められた差をローパスフィルタリングする、請求項１０記載の制御方法。
【請求項１３】
前記オフセット補正値（ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔ）を求めるために、ステップ（ｈ）で求められた差を、前記第２の燃焼工程とそれ以降の燃焼工程にわたって平均化する、請求項１０記載の制御方法。
【請求項１４】
前記オフセット補正値（ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔ）を前記内燃機関（１０）の各シリンダごとに個別に求め、
シリンダ個別に求められた該オフセット補正値（ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔ）に基づいて、シリンダ個別の補正目標値（ＭＦＢ５０＿Ｓｏｌｌ′）を求める、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の制御方法。
【請求項１５】
コンピュータプログラムにおいて、
該コンピュータプログラムがプログラム制御される装置（２０）によって実行される場合に、請求項１から１４までのうちいずれか１項に記載の制御方法を実施するように構成されたプログラムコード手段を有することを特徴とする、コンピュータプログラム。
【請求項１６】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の制御方法で使用されるようにプログラミングされたことを特徴とする、内燃機関（１０）のための制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御方法に関し、とりわけ、少なくとも１つの部分負荷領域で自己点火による運転モードで運転するように構成された内燃機関の制御方法に関する。本発明はさらに、このような制御方法を実施するためのコンピュータプログラムと制御回路とにも関する。
【背景技術】
【０００２】
オットーエンジン燃焼方式で比較的新しい開発の成果として、ＨＣＣＩ方式（Homogeneous Charge Compression Ignition）が公知であり、この方式はＣＡＩ方式（Controlled Auto Ignition）とも称される。この方式は、従来の外部点火運転と比較して燃料を格段に削減できる可能性を有する。
【０００３】
ＣＡＩエンジンは、均質（均等）に分布された燃料空気混合気で運転される。このような運転では、圧縮時に上昇する温度と場合によっては燃焼室内に残った先行の燃焼のラジカルないしは中間生成物または前生成物とによって点火がトリガされる。従来のオットーエンジンとは異なって、このような自己点火は完全に望ましいものであり、ＣＡＩ運転では点火プラグが必要とされない原理の基礎である。所定の部分負荷領域を除いては、点火プラグは必要である。
【０００４】
ＣＡＩ運転では、給気組成は理想的には均等であることにより、燃焼室全体の燃焼が同時に開始される。安定的なＣＡＩ運転を確立するためには、内部または外部の排ガスフィードバックないしは排ガス残存を使用することができる。このような排ガスフィードバック／排ガス残存により、ある程度の範囲では燃焼位置をコントロールすることができる。
【０００５】
このようなＣＡＩ燃焼により、非常に均質な混合気が形成された場合には燃焼温度は比較的低くなり、燃焼室内に多数の発熱中心が発生し、燃焼が非常に均等かつ迅速に進行する。このようにして、たとえばＮＯｘおよびすす粒子等の有害物質を、成層運転と比較してほぼ完全に回避することができる。それゆえ場合によっては、たとえばＮＯｘ蓄積触媒等の高コストな排ガス後処理システムを省略することができる。それと同時に、外部点火燃焼と比較して効率が上昇される。
【０００６】
通常、ＣＡＩエンジンにはガソリン直噴部と可変バルブドライブとが装備されており、ここでは完全可変バルブドライブと一部可変バルブドライブとを区別する。完全可変バルブドライブの一例にＥＨＶＳ（電動油圧バルブ制御）があり、一部可変バルブドライブの一例に、２点ストロークおよび位相調整器によるカムシャフト制御されるバルブドライブがある。
【０００７】
ＣＡＩエンジンでは、ダイナミックエンジン運転を制御することは大きな挑戦である。「ダイナミックエンジン運転」とはここでは、外部点火運転モード（ＣＡＩモード）と自己点火運転モード（ＳＩモード；英語では「selfignition」）との運転モード切替と、ＣＡＩモード内での負荷切替も指す。ダイナミックエンジン運転での運転点の変化は、トルク特性および雑音特性に関して可能な限り連続的に行うべきであるが、このことは下記のファクタによって困難になる。
【０００８】
ＣＡＩ運転では、燃焼を開始するための外部点火の形態の直接的なトリガが存在しない。それゆえ、ダイナミックな移行の各工程ごとの噴射システムおよび空気システムの非常に念入りに調整された制御によって、燃焼位置を保証しなければならない。
【０００９】
ＳＩ運転とＣＡＩ運転との間の交代時に別の問題が発生する。ＳＩ運転では、残留ガス適合性は比較的低いので、シリンダ内に残存される残留ガスを可能な限り小さくしなければならない。しかし、それに対してＣＡＩ運転は、比較的大きな残留ガス割合を有する。それゆえ、ＳＩ運転からＣＡＩ運転に切り換える前に残留ガス成分を、ある程度「事前に」漸増することができず、その逆に、ＣＡＩ運転からＳＩ運転への切り換え時に残留ガス割合を予めすでに低減することができない。というのも、このようにすることで、燃焼特性が格段に阻害されて失火にまで至ることがあるからだ。
【００１０】
上記の作用はさらに、従来の線形の制御回路によって制御されるＳＩ運転からＣＡＩ運転への移行が行われる場合に、通常は、最初のＣＡＩ工程で残存される残留ガスが過度に多いかないしは過度に高温になる原因になる。それゆえ、燃焼が過度に早期になる。すなわち、過度に大音量でノッキングまで引き起こす燃焼になってしまう。このことは、運転形式の交代が、妨害となる雑音発生を引き起こす原因にもなる。
【００１１】
ＣＡＩ運転における負荷交代時にも、同様の現象が発生する。比較的低負荷の負荷点から比較的高負荷の負荷点にジャンプする場合、負荷交代後の最初の工程で残存される残留ガスは過度に少量であるかないしは過度に低温になり、このことによって、燃焼が（目標値と比較して）過度に遅れて失火にまで至ってしまう。それに対して、比較的高負荷の負荷値から比較的低負荷の負荷値へジャンプする逆のケースでは、燃焼は過度に早期になり、過度に大音量に行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
それゆえ、少なくとも１つの部分負荷領域において自己点火による運転モードで運転されるエンジンのダイナミックエンジン運転を制御する改善された方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、少なくとも１つの部分負荷領域において自己点火による運転モードで運転される内燃機関の制御方法であって、該内燃機関の燃焼過程を調整量によって調整する制御方法において、次のステップを有する制御方法を提案する：
（ａ）前記燃焼過程の燃焼位置特徴の目標値を検出するステップ。
（ｂ）前記燃焼過程における調整量に依存して行われる前記燃焼位置特徴のモデリングをベースとする予測制御により、前記調整量を求めるステップ。
ここでは調整量として、前記燃焼位置特徴の目標値と、モデルベースで予測された燃焼位置の目標値との間の差を最小化するための値を求める。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の基礎となる思想は、自己点火による内燃機関の燃焼過程の予測制御を行い、指令値として燃焼位置特徴を使用することである。これによって、運転点に依存してＣＡＩ運転またはＳＩ運転で運転されるオットーエンジン（いわゆるＣＡＩエンジン）の場合には、ダイナミック運転時の制御を改善することができる。というのも、予測制御は工程ごとの燃焼過程の結合を考慮し、負荷交代時だけでなく、ＣＡＩ運転とＳＩ運転との交代でも、失火を回避して迅速な制御を行うことができるからだ。ディーゼルエンジンの場合にも、このような予測制御によって負荷交代時に燃焼過程の有利な制御を実現することができる。指令量として燃焼位置特徴を使用する理由は、燃焼位置は雑音発生と密接に繋がっているので、エンジンの雑音特性を燃焼位置の適切な制御によって間接的に制御できるからである。それゆえ、運転形式の交代時に、または１つの運転形式内での負荷交代時にも、妨害となる雑音発生を回避することができる。
【００１５】
「燃焼位置特徴」とはここでは、燃焼位置を示す燃焼過程の特徴を指す。すなわち、とりわけ燃焼位置に相関付けされる燃焼過程の特徴を指す。この燃焼位置は、燃焼工程の所定量の燃焼エネルギーが内燃機関のシリンダ内で変換されるクランクシャフト角度である。燃焼位置特徴は、とりわけ燃焼位置自体とすることができる。さらに、燃焼位置特徴はとりわけ、１燃焼工程の燃焼エネルギーの約５０％が内燃機関のシリンダ内で変換されるクランクシャフト角度に相応する燃焼重心とすることができる。択一的に燃焼位置特徴として、最大シリンダ圧または最大シリンダ圧勾配の位置ないしはクランクシャフト角度等である別の特徴を使用することもできる。最後に、たとえば時間的に高分解能の回転数、低周波の固体伝搬音信号またはイオン流信号等である別のセンサ信号から、特徴を燃焼位置特徴として生成し、燃焼位置と相関付けされる指令量として使用することもできる。
【００１６】
内燃機関が、第１の部分負荷領域では外部点火による第１の運転モードで運転され第２の部分負荷領域では自己点火による第２の運転モードで運転されるオットーエンジンである場合、以下のステップを行うことができる：
（ｃ）内燃機関（１０）が第１の運転モードで運転されているかまたは第２の運転モードで運転されているかを検出するステップ。
（ｄ）前記内燃機関（１０）が第２の運転モードで運転されていることが検出された場合、または、第１の運転モードから第２の運転モードへの移行または第２の運転モードから第１の運転モードへの移行が行われていることが検出された場合、上記のステップ（ａ）および（ｂ）を実施するステップ。
【００１７】
このようにして、ＣＡＩ運転だけでも、またＳＩ運転とＣＡＩ運転との間の移行時にも予測制御が行われ、制御装置内のリソースを削減することができる。
【００１８】
調整量は、内燃機関のシリンダの吸入弁または吐出弁が開弁されるかまたは閉弁されるクランクシャフト角度に相応することができる。ガス交代過程（排ガス排出および空気供給）にこのように介入することは、燃焼過程に影響するのに適している。また、調整量は燃料噴射時点に相応するか、または噴射される燃料が複数の噴射（たとえば前噴射および主噴射）に分割される分割比に相応することもできる。
【００１９】
モデルはたとえば、燃焼位置特徴を調整量の線形関数として予測するデータ駆動型のモデルとすることができる。適切な特性マップを使用することにより、調整量の計算を簡単な代数式によって簡単に行うことができる。それゆえ、制御装置で必要とされるリソースは比較的少なくなる。
【００２０】
これに対して択一的に、モデルを次のような物理的モデル、すなわち、燃焼過程の状態特徴の予測された変化に基づいて燃焼位置特徴を、調整量をベースとして計画された調整介入を考慮して予測する物理的モデルとすることができる。このような物理的モデルは、制御回路において比較的多くの計算リソースを必要とするが、基礎となる物理的過程をより正確にシミュレートする。したがって、たとえば特性マップの面倒な再決定を行う必要なく、基礎となる物理的パラメータの改善された検出を簡単にモデルで変換することができる。
【００２１】
この調整量には付加的に、シリンダ個別の制御を施すことができる。このシリンダ個別の制御はたとえば、ＰＩＤ制御器等によって行われるような連続的な線形制御とすることができる。このことの利点は、すべてのシリンダに対して工程ごとに予測制御が同様に介入することにより、工程間の結合を考慮して迅速に制御できることである。それに対して、シリンダ個別の連続的な制御は比較的緩慢に作用するが、シリンダの個別差に関してより細やかな制御を行うことができる。総じて、シリンダすべてにおいて迅速かつ正確な制御を行うことができる。
【００２２】
この方法はさらに、以下のステップを有することができる：
（ｅ）１燃焼工程で検出された（たとえば測定可能な値から導出された）燃焼位置特徴の瞬時値と、同一の燃焼工程の燃焼位置特徴の予測値との間の差を求めるステップ。
（ｆ）ステップ（ｅ）において求められた差に基づき、（緩慢に変動する可能性のある）オフセット補正値を求めるステップ。
（ｇ）前記オフセット補正値によって燃焼位置特徴の目標値を補正するステップ。
【００２３】
このようにして、シリンダ個別の燃焼特性の差を補償できる方法が実現される。このようにしてとりわけ制御回路は、個々のシリンダの異なるジオメトリまたは異なる周辺条件で決定されたシリンダ間の燃焼特性の差に対して応答し、また、部品経時変化等に起因する燃焼特性の長期間の変化にも応答することができる。
【００２４】
オフセット補正値を求めるために、ステップ（ｅ）で検出された差を定数と乗算し、この乗算によって得られた積を、複数の燃焼工程にわたって積分することができる。このようにして、燃焼位置特徴の統計的な変動を消去することができる。その際には、定数Ｋが小さいほど、このオフセット補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔは統計的な変動に影響を受けなくなる。この定数はたとえば０．０００１〜０．１である。
【００２５】
オフセット補正値を求めるために、ステップ（ｅ）において求められた差にローパスフィルタリングを行うこともできる。さらに、オフセット補正値を求めるために、ステップ（ｅ）で求められた差を、複数の燃焼工程にわたって平均化することもできる。このようにして、燃焼位置特徴の統計的な変動を消去することができる。
【００２６】
オフセット補正値は内燃機関（１０）の各シリンダごとに個別に求めることができ、シリンダ個別に求められたこのオフセット補正値に基づいて、シリンダ個別に補正された目標値を求めることができる。このようにして、シリンダ個別の差を考慮することができる。
【００２７】
さらに、次のようなプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム、すなわち、該コンピュータプログラムがプログラム制御される装置によって実行される場合に先行の請求項のうちいずれか１項に記載の方法を実施するように構成されたプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムも提供する。
【００２８】
さらに、次のようなプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品、すなわち、該プログラム製品がプログラム制御される装置上で実行される場合に上記の方法を実施するためのコンピュータ読み出し可能なデータ担体に記憶されたプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品も提供する。
【００２９】
内燃機関を制御するための本発明による制御回路は、上記の方法で使用するためにプログラミングされている。
【実施例】
【００３０】
以下で本発明による方法および制御回路の実施例を、添付図面に基づいて説明する。図面のすべての図において、同一ないしは同機能の要素には‐特記されない限りは‐同一の参照記号が付されている。
【００３１】
本発明を以下で、選択的にないしは運転点に依存してＣＡＩ運転およびＳＩ運転で運転されるように構成されたオットーエンジンに基づいて説明する。しかし、本発明は一般的に、少なくとも１つの部分負荷領域において自己点火による運転モードで運転されるエンジンに適用することができ、たとえばディーゼルエンジンにも適用することができる。
【００３２】
１つの実施例ではまず、燃焼過程の特徴（燃焼位置特徴）である燃焼位置の目標値を求め、その後に指令量として、予測制御部に供給する。出力側で、制御区間すなわち燃焼過程に影響するための調整値ないしは調整値への補正介入が求められる。
【００３３】
調整量としては、燃焼過程に影響するすべての調整可能な量が考えられる。適切な調整値としてはたとえば、噴射の経過を示す変数、たとえば主噴射の開始（ＳＯＩ＿ＭＩ）、前噴射と主噴射との間の燃料分割（ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ）を示す変数であるか、または空気供給を決定する変数、たとえば吐出弁の開弁時のクランクシャフト角度（ＥＶＯ）または吐出弁の閉弁時のクランクシャフト角度（ＥＶＣ）または吸入弁の開弁時のクランクシャフト角度（ＩＶＯ）ないしは吸入弁の閉弁時のクランクシャフト角度（ＩＶＣ）を決定する変数である。完全可変のバルブドライブの場合、空気供給に関する最後に挙げられた調整量は個別に調整することができる。この調整量は、一部可変のバルブドライブの場合には、場合によっては相互間に所定の関係にある。以下では、空気供給に関する調整量（すなわちＥＶＯ，ＥＶＣ，ＩＶＯ，ＩＶＣまたはこれらの量の相互間の比）をまとめて調整量"ＥＶ"と称する。ここでは、該当の介入は工程ごとに実施できると仮定する。
【００３４】
指令量としてはとりわけ、燃焼工程の燃焼エネルギーの５０％が変換されるクランクシャフト角度を示す燃焼重心（ＭＦＢ５０；英語では"mass fraction burnt"）が適している。別の可能な指令量としては、誘起された平均トルク、シリンダ内に誘起された平均圧（ｐｍｉ）または最大圧力勾配（ｄｐ＿ｍａｘ）がある。これらは燃焼位置と密接な関係にある。ＣＡＩエンジンでは、燃焼位置は雑音発生に密接に関連し、早期の燃焼は高雑音を発生させることが一般的に当てはまることが判明している。さらに、燃焼が過度に遅れて行われないかまたは中止されない場合には、誘起されるトルクの重大な低下は発生しない。したがって以下の例では、燃焼重心ＭＦＢ５０が指令量として使用される。もちろん、これに対して択一的に、どのクランクシャフト角度で所定の割合（たとえば３０％または７０％）の燃焼エネルギーが変換されるかを示す特徴も、指令量として使用することができる。
【００３５】
以下では例として２つのモデルを説明する。これらのモデルは、実施例によるモデル支援型の予測制御を基礎とする。
【００３６】
データ駆動型モデル
データ駆動型モデルはブラックボックスモデルとも称される。その理由は、基礎となる物理的過程を明示的にモデリングすることなく、入力量を出力量にマッピングするからである。このようなデータ駆動型モデルは、入力量（すなわち、たとえばＥＶ，ＳＯＩ＿ＭＩ，ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ等の調整量や、たとえばシリンダ圧等の状態パラメータ、またはシリンダ圧に基づいて計算された特徴等）の測定結果に基づいて、出力量（すなわち、とりわけ指令量として使用される燃焼位置特徴の出力量、たとえばＭＦＢ５０等）で得られる。ここで使用される燃焼特徴は、シリンダ室内の測定によって検出してとりわけシリンダ圧測定を考慮するか、または燃焼特徴を排ガス系統内のラムダセンサによる測定によっても検出することができる。ここでは調整量は、たとえば正弦波、ランプ形および／またはランダム励起等の特定の変動を受け、入力量と出力量との間の相関曲線を同定アルゴリズムによって検出することができる。
【００３７】
一般的に表現すると、工程ｋにおける燃焼重心は、同工程ｋの調整量および先行の工程ｋ−１の状態パラメータの関数である。
【００３８】
ＭＦＢ５０（ｋ）＝ｆ（ＥＶ（ｋ），ＳＯＩ＿ＭＩ（ｋ），ｑ＿ＰＩ／ｑ＿ＭＩ（ｋ），・・・ｐｍｉ（ｋ−１），ＭＦＢ５０（ｋ−１）・・・）（数式１）
すなわち工程ｋでは、燃焼重心ＭＦＢ５０（ｋ）は実質的に、同一の工程の調整量と、先行の工程ｋ−１の状態量とに依存する。したがってこれらの量を把握すれば、工程ｋにおける燃焼重心ＭＦＢ５０を予測することができる。この予測された値は、以下ではＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）と称する。数式１は線形ではない。すなわち、より高次の項もこの数式に入っている。しかし、数式１を局所的に線形化することができる。こうするためには、求められた相関曲線に各運転点で線形化を行う。この運転点はたとえば、回転数とその時点の負荷とによって得られる。以下の数式２は、このような線形化されたモデルの簡単な一例を示す。
【００３９】
ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）＝ａ１・ＥＶ（ｋ）＋ａ２・ｑ＿ＭＩ（ｋ−１）＋ａ３・ｐｍｉ（ｋ−１）＋ａ４・ＭＦＢ５０（ｋ−１）（数式２）
ここではＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）は、工程ｋにおける予測された燃焼重心を示し、ＥＶ（ｋ）は残留ガス残存および／または工程ｋにおいて内燃機関に供給するための空気供給に関する調整量であり、ｐｍｉ（ｋ−１）は、先行の工程で求められた誘起された平均圧であり、ＭＦＢ５０（ｋ−１）は、工程ｋ−１における燃焼重心の実際の瞬時値ないしは測定値から導出された瞬時値である。すなわち数式２は、工程ｋにおける計画された調整介入ＥＶ（ｋ）と、先行の工程で噴射された燃料量ｑ＿ＭＩ（ｋ−１）と、先行の工程の特徴ｐｍｉ（ｋ−１）およびＭＦＢ５０（ｋ−１）との場合の、工程ｋにおける燃焼重心の予測値を記述する。値ｐｍｉを考慮することにより、モデルはシリンダ圧信号からの燃焼室情報によってサポートされる。パラメータａ１，ａ２，ａ３およびａ４は上記の線形化によって決定され、特性マップにおいてたとえば運転点（回転数、負荷）の関数として記憶される。ここでは、見やすくするために非常に簡略化されたモデルが示されていることに留意すべきである。実際には、より正確な予測値ＭＦＢ５０を得るために、さらに別の燃焼パラメータ（温度および温度経過等）および調整介入（噴射プロフィール等）を考慮することができる。さらに、このモデルをそれぞれの量の変化に関連づけることもできる。この実施形態の一例は、以下の数式である。
【００４０】
ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）＝ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ（ｋ）＋ｂ１・（ＥＶ（ｋ）−ＥＶ＿ｓｔｅｕｅｒ（ｋ））＋ｂ２・Δｑ＿ＭＩ（ｋ；ｋ−１）＋ｂ３・（ｐｍｉ（ｋ−１）−ｐｍｉ＿ｓｏｌｌ（ｋ））＋ｂ４・（ＭＦＢ５０（ｋ−１）−ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ（ｋ））（数式３）
ここではＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ（ｋ）およびｐｍｉ＿ｓｏｌｌ（ｋ）は、特定の静的な運転状態での工程ｋにおける燃焼位置ないしは誘起された平均シリンダ圧の目標値である。すなわち、運転点に依存する。目標値ＭＦＢ５０およびｐｍｉ＿ｓｏｌｌはアプリケーションフェーズで、代表的な使用エンジンによって求められる。したがってこれらの目標値は期待値として、すなわちすべてのシリンダにわたって平均的に発生する値として見なすことができる。ｐｍｉ（ｋ−１）およびＭＦＢ（ｋ−１）は、工程ｋ−１における実際に誘起された平均圧および燃焼位置を示す。
【００４１】
ＥＶ＿ｓｔｅｕｅｒ（ｋ）は、工程ｋの運転点のＥＶ制御値を示す。ＥＶ（ｋ）とＥＶ＿ｓｔｅｕｅｒ（ｋ）との間の差は、調整量ＥＶの補正値ΔＥＶ（ｋ）に相応する。Δｑ＿ＭＩ（ｋ；ｋ−１）＝（ｑ＿ＭＩ（ｋ）−ｑ＿ＭＩ（ｋ−１））は、工程ｋ−１から工程ｋまでの噴射量の変分を示す。このようにして上記の数式３は、噴射される燃料量の変化を考慮する。さらに、簡略化するために、主噴射ＳＯＩの時点で変化は生じないと仮定していることに留意すべきである。換言すれば、主噴射ＳＯＩの時点は非常に簡略化されたモデルでは、所定のクランクシャフト角度に固定される。パラメータｂ１，ｂ２，ｂ３およびｂ４も上記の線形化によって検出され、特性マップにおいてたとえば運転点（回転数、負荷）の関数として記憶される。
【００４２】
上記のように、ΔＥＶ（ｋ）＝（ＥＶ（ｋ）−ＥＶ＿ｓｔｅｕｅｒ（ｋ））が成り立つ。これに相応して、以下の数式が定義される：
Δｐｍｉ（ｋ−１）＝ｐｍｉ（ｋ−１）−ｐｍｉ＿ｓｏｌｌ（ｋ）（数式４ａ）
ΔＭＦＢ５０（ｋ−１）＝ＭＦＢ５０（ｋ−１）−ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ（ｋ）（数式４ｂ）
ΔＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）＝ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）−ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ（ｋ）（数式４ｃ）
したがって：
ΔＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）＝ｂ１・ΔＥＶ（ｋ）＋ｂ２・Δｑ＿ＭＩ（ｋ；ｋ−１）＋ｂ３・Δｐｍｉ（ｋ−１）＋ｂ４・ΔＭＦＢ５０（ｋ−１）（数式５）
すなわち数式５は、調整量ＥＶおよびｑ＿ＭＩと状態量ｐｍｉおよびＭＦＢ５０とに依存する内燃機関の挙動を記述する。
【００４３】
噴射燃料量に関しては、ＣＡＩ運転では燃焼重心は、先行の工程で噴射された燃料量に大きく依存することに留意すべきである。このことは図１Ａおよび１Ｂに示されている。図１Ａは、工程ｋにおける燃焼重心ＭＦＢ５０と同一の工程ｋにおける噴射燃料量との依存関係を示す。図１Ｂは、工程ｋにおける燃焼重心ＭＦＢ５０と先行の工程ｋ−１における噴射燃料量との依存関係を示す。これらの図では、燃焼重心ＭＦＢ５０はＴＤＣ（top dead center）後のクランクシャフト角度で単位°で示され、噴射燃料量は、１工程あたりで噴射可能な量の百分率で示されている。図１Ａおよび１Ｂには、相対燃料量の確率論的な個別パラメータ変動の場合でシリンダ圧の測定結果から求められたＭＦＢ５０の値が示されている。図１Ａおよび１Ｂ中の実線は、個々の測定値をベースとする線形相関を示す。これらの図から分かるように、燃焼重心ＭＦＢ５０と、同一の工程内で噴射される燃料量との相関関係は特に弱いかまたは全くないのに対し、燃焼重心ＭＦＢ５０は先行の工程で噴射された燃料量とは有意に相関付けされる。このことは、残留ガス残存による連続する工程の結合に起因する。簡単に言うと、所与の工程における噴射量が増加すると燃焼温度は高くなり、それに伴って、残存された残留ガスの温度も高くなり、自己点火はより早期のクランクシャフト角度で発生するようになる。ここで記載された予測制御の強みは、燃焼工程間のこのような結合を考慮して、より良好な制御を実現できることである。
【００４４】
上記のように求められたデータ駆動型モデルはモデル反転によって予測制御に使用することができる。このことは下記で詳細に説明する。
【００４５】
物理的モデル
燃焼過程の物理的モデルは、モデリングのために物理則遵守性（physikalische Gesetzmaessigkeiten）を使用する。ここでは実用上の理由から、特定の仮定を行って簡略化を行う。たとえば、圧力および温度は全シリンダ体積にわたって近似的に一定であることを仮定する。したがってこのことは、ブラックボックスモデルと、たとえば有限要素解析に基づいてモデリング対象の過程を可能な限り正確にシミュレートするホワイトボックスモデルとの間に存在するので、グレイボックスモデルとも称される。
【００４６】
この例でも、燃焼重心ＭＦＢ５０をモデリングする。換言すると、１燃焼工程の所定の物理的過程パラメータに基づいて、次の燃焼工程における燃焼重心ＭＦＢ５０を物理的モデルによって予測する。図２は、このような物理的過程パラメータに基づいて予測された燃焼重心ＭＦＢ５０のモデリングを示す。図２Ａは、シリンダ圧ｐの経過をクランクシャフト角度に依存して示す。図２Ｂは、クランクシャフト角度に依存する燃焼室内のガス質量ｍの特性経過を示す。図２Ｃは、クランクシャフト角度に依存する燃焼室内のガス温度Ｔの特性経過を示す。図２Ａ〜２Ｃ中のｘ軸はクランクシャフト角度φを示す。さらに、特定の結果が破線の垂直線によって示されている。すなわち、吸入弁および吐出弁の開弁および閉弁（すなわちＥＶＯ，ＥＶＣ，ＩＶＯおよびＩＶＣ）と、前噴射および主噴射の開始点（ＳＯＩ‐ＰＩおよびＳＯＩ‐ＭＩ）とが示されている。
【００４７】
この例では、燃焼過程の終了後に所定の最初のクランクシャフト角度（たとえばＴＤＣ後の７０°）で、燃焼の所定の物理的パラメータが測定され、たとえば、圧力センサによって検出されるシリンダ圧ｐが測定される。直接測定できないたとえばｍ（ＴＤＣ＋７０°）およびＴ（ＴＤＣ＋７０°）等の過程パラメータや、たとえばガス温度Ｔまたはガス質量ｍ等の過程パラメータは、測定可能な物理的パラメータから、場合によっては別の記憶されたパラメータまたは予め検出されたパラメータも使用して導出される。このような初期値ｐ（ＴＤＣ＋７０°），ｍ（ＴＤＣ＋７０°）およびＴ（ＴＤＣ＋７０°）に基づいて、図２に示されたように個々のパラメータの経過が計算される。その際には物理則遵守性が考慮され、特にとりわけ、理想気体則、エネルギー保存の法則および連続則、すなわちとりわけ質量保存の法則が考慮される。さらに、計画された調整介入（ＥＶＯおよびＥＶＣ等）も考慮される。このことはたとえば、図２Ｂ中のＥＶＯとＥＶＣとの間のガス質量の減少で見て取れる。過程パラメータｐ，ｍおよびＴの特性経過は、所定の第２のクランクシャフト角度（たとえばＴＤＣ前の７０°）までモデリングないしは予測される。このようにして計算された値ｐ（ＴＤＣ−７０°）、ｍ（ＴＤＣ−７０°）およびＴ（ＴＤＣ−７０°）から、たとえば予め検出されて記憶された特性マップによって、次の工程ｋ＋１の燃焼位置ＭＦＢ５０を求めることができる。
【００４８】
データ駆動型モデルと同様に、物理的モデルによって計画された調整介入と測定された過程パラメータも使用して、次の燃焼工程の所定の過程特徴（たとえばＭＦＢ５０）を予測することもできる。このような物理的モデルもモデル反転によって予測制御に使用することができる。このことは下記で詳細に説明する。
【００４９】
制御回路および制御
図３に、内燃機関１０と該内燃機関を制御するための制御回路２０とが概略的に示されている。内燃機関１０は有利には、少なくとも１つの部分負荷領域にわたってＣＡＩ運転で運転される。内燃機関１０は複数の調整エレメント１１，１２，１３を有する。すなわちたとえば、燃料をエンジンの燃焼室内へ噴射するための噴射アクチュエータ１１と、燃焼室への空気供給を制御するための吸入弁１２および吐出弁１３とを有する。これらの調整エレメント１１，１２，１３によって、燃焼室内の燃焼過程を制御することができる。調整エレメント１１，１２，１３には、駆動制御信号Ｘｉｎｊ，ＸｉｖないしはＸｅｖが印加される。たとえば、調整信号Ｘｅｖが所定の第１の値をとると吐出弁１３は開弁され、駆動制御信号Ｘｅｖが所定の第２の値をとると吐出弁１３は閉弁される。
【００５０】
さらに、エンジン１０は複数のセンサ１４を有し（ここでは例として１つのセンサのみが図示されている）、これらのセンサは異なるセンサ信号Ｘｓｅｎｓｏｒを出力し、たとえばクランクシャフト角度、シリンダ圧、ラムダ信号、フレッシュエア質量およびフレッシュエア温度をエンジン制御回路２０へ供給する。さらに、ドライバ要望（たとえばアクセルペダルの踏み込み）を検出してドライバ要望信号ないしは負荷信号Ｘａｃｃｅｌとして制御回路２０へ供給するセンサ３０が設けられている。
【００５１】
供給されたセンサ値Ｘｓｅｎｓｏｒおよびドライバ要望信号Ｘａｃｃｅｌから制御回路２０は調整量ＥＶおよびＳＯＩを、以下で説明される予測制御に基づいて検出し、これらの調整量を最終的に駆動制御信号Ｘｉｎｊ，ＸｅｖないしはＸｉｖに変換し、これらの駆動制御信号Ｘｉｎｊ，ＸｅｖないしはＸｉｖは調整エレメント１１，１２および１３に印加される。
【００５２】
エンジンをとりわけ多気筒エンジンとして構成でき、この場合には調整エレメント１１，１２，１３の少なくとも１つまたはすべてをシリンダ個別に設けられることに留意すべきである。さらに、駆動制御信号Ｘｉｎｊ，ＸｉｖないしはＸｅｖは簡略化のために、制御回路２０によって計算されるように示されている。また、制御回路２０と別個の出力段（図示されていない）を設けることもでき、この出力段へ制御回路２０は調整量を供給し、該出力段はこれらの調整量に基づいて駆動制御信号Ｘｉｎｊ，ＸｉｖおよびＸｅｖを生成する。
【００５３】
図４は、エンジン制御回路２０における予測制御の実施例を示すブロック図である。エンジン制御回路２０はメモリとプログラム制御される装置（たとえばマイクロコンピュータ）とを有し、該装置は、メモリに記憶されたプログラムを実行する。図４中のエンジン制御回路２０内の個々のブロックを構造上の要素として説明するが、これらは、プログラム制御される装置によって実行されるプログラム、プログラム部分またはプログラムステップを表すこともできる。矢印は情報の流れおよび信号を表す。
【００５４】
制御回路２０は制御装置ないしは調整器２１と、特徴計算装置２２と、特性マップ２４，２３０および２３１と、燃料量計算装置２５と、加算器２６とを有する。この実施例では制御装置２１は、残留ガス残存ないしは空気供給の制御値ＥＶ＿Ｓｔｅｕｅｒを補正するための補正値ΔＥＶを求める。補正値ΔＥＶは、反転された区間モデルに基づいて求められる。ここではモデルとして、ΔＥＶにしたがって解決される数式５によるデータ駆動型モデルを基礎とする。
【００５５】
ΔＥＶ（ｋ）＝（ΔＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）−ｂ２・Δｑ＿ＭＩ（ｋ；ｋ−１）−ｂ３・Δｐｍｉ（ｋ−１）−ｂ４・ΔＭＦＢ５０（ｋ−１））／ｂ１（数式６）
この式ではΔＥＶ（ｋ）は、次の工程における制御値ＥＶ＿ｓｔｅｕｅｒ（ｋ）を加算器２６によって補正するための補正値を示す。さらに、予測されたＭＦＢ５０値と目標値との偏差ΔＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄは有利には０に設定すべきである。すなわち、計算された補正値ΔＥＶ（ｋ）を適用する場合には、予測されたＭＦＢ５０値は所望のＭＦＢ５０値に正確に相応する（ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）＝ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ（ｋ）ないしはΔＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）＝０）すなわち調整量としては、燃焼位置の目標値とモデルベースで予測された燃焼位置との間の差を低減するための値が求められる。このことはたとえば、最小値への繰り返し近似によって行われる。
【００５６】
ΔＥＶ（ｋ）を計算するために必要な別のパラメータは、以下のようにして求められる：特徴計算装置２２に、上述のようにクランクシャフト角度とシリンダ圧と別の測定値とに関する情報を含むセンサ信号Ｘｓｅｎｓｏｒが供給される。これらの測定値から特徴計算装置２２は、直接測定できない過程パラメータを求め、たとえば、クランクシャフト角度から求められる回転数Ｘｒｅｖと、燃焼重心ＭＦＢ５０と、誘起される平均圧ｐｍｉとを求める。特徴計算装置２２によってｐｍｉを計算することの他に択一的に、ドライバ要望負荷Ｘａｃｃｅｌを等価的なｐｍｉ＿ｓｏｌｌ値に換算することもできる。誘起される平均圧の瞬時値ｐｍｉおよび燃焼重心ＭＦＢ５０の瞬時値は特徴計算装置２２が制御装置２１へ出力し、回転数Ｘｒｅｖは特徴計算装置２２が特性マップ２３０，２３１，２４と燃料量計算ユニット２５へ出力する。特性マップ２４によって、回転数Ｘｒｅｖおよび負荷Ｘａｃｃｅｌに基づいて制御値ＥＶ＿ｓｔｅｕｅｒが求められ、この制御値ＥＶ＿ｓｔｅｕｅｒは制御装置２１と加算器２６とへ供給される。特性マップ２３０は回転数Ｘｒｅｖおよび負荷Ｘａｃｃｅｌに基づいて、誘起される平均圧の目標値ｐｍｉ＿ｓｏｌｌを求め、この目標値ｐｍｉ＿ｓｏｌｌは制御装置２１へ供給される。特性マップ２３１によって回転数ＸｒｅｖおよびＸａｃｃｅｌに基づいて、燃焼重心の目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌが求められ、この目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌも制御装置２１へ供給される。
【００５７】
さらに、ドライバ要望を示す信号Ｘａｃｃｅｌが燃料量計算装置２５に入力され、燃料量計算装置２５は次の工程で調量すべき燃料量ｑ（ｋ）を計算する。この調量すべき燃料量ｑ（ｋ）と先行の工程で調量された燃料量ｑ（ｋ−１）とに基づいて、燃料量計算装置２５はさらに値Δｑ＿ＭＩ（ｋ；ｋ−１）を計算する：
Δｑ＿ＭＩ（ｋ；ｋ−１）＝ｑ（ｋ）−ｑ（ｋ−１）（数式７）
燃料計算装置２５はこの値Δｑ＿ＭＩ（ｋ；ｋ−１）を制御装置２１へ供給する。このことに対して択一的に、制御装置２１は値Δｑ＿ＭＩ（ｋ；ｋ−１）を計算するように構成することもできる。パラメータｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４も運転点に依存し、相応の特性マップ（詳細に図示されていない）に基づいて求められ、制御装置２１に入力される。このようにして制御装置２１には、数式３に基づいて補正値ΔＥＶ（ｋ）を計算するためのすべての値が供給される。制御装置２１によって計算された補正値ΔＥＶ（ｋ）は加算器２６によって制御値ＥＶ＿Ｓｔｅｕｅｒと加算され、その結果の値ＥＶ（ｋ）は相応の駆動制御信号に変換され、調整エレメント１３に印加される。
【００５８】
上記の制御によって得られる利点は、予測制御が工程ごとに介入することにより、ダイナミック運転の迅速かつ正確な制御、すなわち負荷ジャンプまたは運転形式切替時の迅速かつ正確な制御が可能になることである。
【００５９】
上記では、データ駆動モデルをベースとする反転された区間モデルを数式５に基づいて説明したが、数式３に基づくモデルまたは物理的モデルを使用することも可能である。物理的モデルの場合、補正値ΔＥＶないしは調整量ＥＶは繰り返し求めることができる。こうするためにはまず、所定の調整値ＥＶに対する完全なモデルを計算し、次に調整量ＥＶを変化し、これによって得られる予測燃焼重心ＭＦＢ５０を求める。その後に、予測された燃焼重心ＭＦＢ＿５０と所望の燃焼重心ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌとの偏差がごく最小になるまで、調整値ＥＶを、調整値に依存して予測される燃焼重心ＭＦＢ５０に基づいて所期のように変化することにより、最適な調整値ＥＶを求める。その際には、繰り返し最適化のための公知の数学的手法を使用することができる。
【００６０】
上記の予測制御は、シリンダ個別の燃焼過程の連続制御と組み合わせることができる。図５は、エンジン制御回路２０における予測制御のこのような拡張による実施例を示すブロック図である。
【００６１】
予測制御を行うための上記の制御回路の他に付加的に、図５に示された制御回路２０には、制御区間１０と特徴計算装置２２と減算器２８と別の制御装置２７とから成る制御回路が設けられている。特徴計算装置２２は、燃焼重心の瞬時値ＭＦＢ５０を求める。減算器２８は、瞬時値ＭＦＢ５０を目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌから減算することによって差値ΔＭＦＢ５０を求め、この差値ΔＭＦＢ５０を制御装置２７へ出力する。制御装置２７は、燃焼重心ＭＦＢ５０を指令値として使用して連続制御を行い、差値ΔＭＦＢ５０に基づいて別の補正値ΔＥＶ＿ｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｃｔｒｌを求める。制御装置２７はたとえばＰＩＤ制御器等として構成される。加算器２６は、制御装置２１によって求められた補正値ΔＥＶ＿ｐｒｅｄ＿ｃｔｒｌ（図４中のΔＥＶに相応する）と、制御装置２７によって求められた補正値ΔＥＶ＿ｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｃｔｒｌを制御値ＥＶ＿ｓｔｅｕｅｒに加算し、エンジン１０の調整エレメント１３に、得られた制御値ＥＶを供給する。
【００６２】
その際に有利なのは、制御装置２７はシリンダ個別の補正値ΔＥＶ＿ｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｃｔｒｌを求め、該補正値ΔＥＶ＿ｆｅｅｄｂａｃｋ＿ｃｔｒｌをエンジン１０の個々のシリンダの調整エレメントにそれぞれ供給することである。それと同時に、制御装置２１は補正値ΔＥＶ＿ｐｒｅｄ＿ｃｔｒｌを求め、この補正値ΔＥＶ＿ｐｒｅｄ＿ｃｔｒｌをエンジンのすべてのシリンダに適用することができる。このようにして、エンジンの個々のシリンダの調整エレメント１３は個別の調整量によって駆動制御される。このことの利点は、制御器２１はすべてのシリンダに対して工程ごとに行われる予測制御に基づいて同様に介入することにより、上記のように迅速に制御できることである。それに対して、シリンダ個別の調整器２７は比較的緩慢に作用するが、シリンダの個別差に関してより細やかな制御を行うことができる。総じて、シリンダすべてにおいて迅速かつ正確な制御を行うことができる。
【００６３】
シリンダ個別の補正は、目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌをオフセット補正値によって補正することによっても行うことができる。その際には、所与の燃焼工程（ｋ−１）の瞬時値ＭＦＢ５０は、この工程に対して求められて記憶された予測値ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ−１）と比較され、両値の差から、シリンダ個別のオフセット補正値が求められ、このオフセット補正値によって、次の燃焼工程の目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌが補正される。図６に、この方法の可能な実施形態が概略的に示されている。この図６は、制御回路２０の一部分を示す。
【００６４】
制御装置２１はモデルベースの予測制御を上記のように行う。しかし目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌの代わりに、制御装置２１には値ΔＭＦＢ５０（ｋ−１）＝ＭＦＢ５０（ｋ−１）−ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ′が供給される。この値ΔＭＦＢ５０（ｋ−１）＝ＭＦＢ５０（ｋ−１）−ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ′は減算器２３９によって、目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌとオフセット補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔとの和に相応する補正目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ′を燃焼位置ＭＦＢ５０（ｋ−１）から減算することによって求められる値である。その代わりにもちろん、制御装置２１に値ＭＦＢ５０（ｋ−１）およびＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌを別個に供給し、値ΔＭＦＢ５０（ｋ−１）を制御装置２１の側で求めることもできる。
【００６５】
ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ′＝ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ＋ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔ（数式８）
オフセット補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔは次のように求められる。所与の燃焼工程の予測燃焼重心ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）は遅延エレメント２３２によって、１燃焼工程に相応する時間だけ遅延される。遅延エレメント２３２はメモリとして構成することもできる。減算器２３３は、この遅延された予測燃焼重心ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄ（ｋ）を、特徴計算装置２２によって先行の工程で求められた燃焼重心ＭＦＢ５０（ｋ−１）の瞬時値から減算する。すなわち減算器２３３は、所与の工程に対して予測された値を、この工程の燃焼重心の瞬時値から減算する。
【００６６】
減算器２３３によって求められた差は乗算器２３４に供給され、乗算器２３４はこの差を定数Ｋと乗算する。積分器２３５はこの乗算の結果を積分する。積分器はたとえば加算器２３６およびメモリ２３７を有する。メモリ２３７は加算器２３６の出力値を記憶し、燃焼工程ごとに１回更新される。加算器２３６は乗算器２３４の出力値をメモリ２３７の出力値に加算する。メモリ２３７の出力値は補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔである。加算器２３８は補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔを目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌに加算し、補正目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ′を減算器２３９に出力する。
【００６７】
目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌはシリンダ個別に補正される。それゆえ、図６に示された制御回路の要素２３２〜２３９はシリンダ個別である。すなわち、内燃機関１０の各シリンダごとに別個に設けられる。すなわち制御装置２１には、各シリンダごとに値ΔＭＦＢ５０（ｋ−１）が供給され、制御装置２１は各シリンダごとに個別に予測燃焼重心ＭＦＢ５０＿ｐｒｅｄを計算する。概観しやすくするため、この計算は図６では、１つのシリンダに関してのみ代表的に示されている。特性マップ２３１に関しては、すべてのシリンダに対して１つの特性マップ２３１のみを設けることができる。このことの利点は、たとえば記憶スペース等のリソースを削減できることである。それに対して択一的に、各シリンダごとに別個の特性マップ２３１を設けることもできる。このことの利点はたとえば、異なる位置またはジオメトリに起因する、シリンダの空気システムの吸気の多様性に関するシリンダ個別の差を、アプリケーションフェーズですでに考慮できることである。
【００６８】
運転中に、燃焼位置ＭＦＢ５０の瞬時値（ないしは測定値に基づいて求められた値）と予測燃焼位置とが比較され、両値の差に基づいてオフセット補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔが求められる。乗算器２３４と積分器２３５とを組み合わせることにより、燃焼位置の統計的な変動が消去される。乗算器２３４の定数Ｋが小さいほど、オフセット補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔは統計的な変動に影響を受けにくくなるが、定数Ｋが小さくなると、オフセットの適合は緩慢にもなる。定数Ｋはたとえば０．０００１〜０．１である。乗算器２３４および積分器２３５の代わりに、オフセット補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔを、予測値と瞬時値との差を所定数の工程（たとえば１０〜１００００工程）にわたって平均化して得られた平均値として求めることもできる。さらに、乗算器２３４および積分器２３５を使用する代わりに、たとえばＰＴ１フィルタまたはＰＴ２フィルタ等のローパスフィルタを設けることにより、オフセット補正値ＭＦＢ５０＿Ｏｆｆｓｅｔを平滑化することもできる。
【００６９】
上記の方法によって、シリンダ個別の燃焼特性の差を、燃焼位置の目標値の補正によって補償することができる。さらにこの補正は適応的である。すなわち、経時プロセス等によって生じる燃焼特性の時変性の変化分を補正することができる。このオフセット補正は有利にはエンジンの運転中に連続的に一緒に行われる。このことにより、連続的なシリンダ個別の最適化を行うことができる。１つの発展形態では、このようにして求められたシリンダ個別の目標値ＭＦＢ５０＿ｓｏｌｌ′を特性マップに記憶することもできる。このことの利点は、基本アプリケーションで上記のシリンダ個別の差を考慮しなくてもよく、この差をエンジン制御部によって運転中に自動的に学習できることである。
【００７０】
このシリンダ個別のオフセット補正は、上記でデータ駆動型モデルに関して説明したが、上記の物理的モデルにも適用することができる。
【００７１】
上記の制御を、１つの部分負荷領域のみにおいてＣＡＩ運転で運転されるエンジンに適用する場合、このエンジンがＣＡＩ運転中である場合にのみ、このような予測制御を制御装置２１によって行うのが有利である。このことを行うためには、制御回路２０はたとえば内部状態信号の問い合わせによってまず、エンジンがＣＡＩ運転中であるかまたはＳＩ運転中であるかを検出することができる。エンジンはＳＩ運転中であることを制御回路２０が検出した場合、調整器２１によって実行されるプログラム部分は実行されず、ΔＥＶ＿ｐｒｅｄ＿ｃｔｒｌは０にセットされる。エンジンはＣＡＩ運転中であることを制御回路２０が検出した場合、上記のＣＡＩ制御が実行される。このようにして、ＳＩ運転中に制御装置２０内のリソースを削減することができる。さらに、ＣＡＩ運転とＳＩ運転との間で移行する場合にも、予測制御を実行することができる。このことを実施するためには、（たとえば相応の状態信号の問い合わせによって）現在の工程の運転形式と次の工程の運転形式とを比較し、両運転形式が異なる場合にも予測制御を行うことができる。
【００７２】
有利な実施例に基づいて上記の実施形態を説明したが、本発明はそれらの実施例に限定されず、多様に変更することができる。とりわけ、上記の実施形態の異なる構成要件を相互に組み合わせることができる。
【００７３】
上記のデータ駆動型モデルでは、上記の量の他に別の特徴を使用することもでき、たとえば先行の工程の燃焼重心（または、燃焼位置を示す同様のパラメータ）および運転モード（すなわちＣＡＩまたはＳＩ）を使用することもできる。さらに、両モデルともに別の測定量によって支援されるように拡張することもでき、たとえば、ラムダセンサによって検出された供給されるラムダ信号、空気質量センサによって検出されたフレッシュエア質量および／または空気温度によって支援されるように拡張することもできる。相応のセンサ信号Ｘｓｅｎｓｏｒを調整器に供給することができる（このことは図には示されていない）。その際には、このようにして求められた値からたとえばガス組成を推定することができる。しかしその際には、モデルのこのような拡張によって付加的な計算手間が追加され、このことはとりわけ物理的モデルの場合には、計算のために数ミリ秒しか使用できないという点で重大であることに留意されたい。したがって最終的には、十分な精度とともに可能な限り小さい手間を実現することが有利である。
【００７４】
さらに物理的モデルに関して、燃焼重心ＭＦＢ５０の評価がＴＤＣ−７０°のクランクシャフト角度で行われることを説明した。しかしそれよりも早期にすでに、（たとえばＧＯＴでの）中間結果と未処理の調整介入（たとえばＳＯＩ＿ＭＩ）とに基づいて、適切に変更された特性マップによってこの評価を実行することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】工程ｋにおける燃焼重心ＭＦＢ５０と同一の工程ｋにおける噴射燃料量との依存関係、ないしは、工程ｋにおける燃焼重心ＭＦＢ５０と先行の工程ｋ−１における噴射燃料量との依存関係を示す。
【図２】物理的過程パラメータに基づいて予測された燃焼重心のモデリングを示す。図２Ａは、シリンダ圧ｐの経過をクランクシャフト角度に依存して示し、図２Ｂは、燃焼室内のガス質量ｍの経過をクランクシャフト角度に依存して示し、図２Ｃは、燃焼室内のガス温度Ｔの経過をクランクシャフト角度に依存して示す。
【図３】内燃機関と該内燃機関を制御するための制御回路とを概略的に示す。
【図４】エンジン制御回路における予測制御の実施例を示す制御回路のブロック図である。
【図５】エンジン制御回路における予測制御の発展形態を示す制御回路のブロック図である。
【図６】シリンダ個別の燃焼位置特徴の目標値のオフセット補正の一例を示す制御回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
ＭＦＢ５０（ｋ）  燃料重心
ｑ（ｋ）          調量すべき燃料量
ｑ（ｋ−１）      先行の工程で調量された燃料量
ｐ                シリンダ圧
ｍ                ガス質量
Ｔ                ガス温度
φ                クランクシャフト角度
１０              内燃機関
１１，１２，１３  調整エレメント
１４              センサ
２０              制御回路
２１              制御装置
２２              特徴計算装置
２３０，２３１，２４  特性マップ
２５              燃料量計算装置
３０              ドライバ要望を検出するセンサ
Ｘｉｎｊ，Ｘｅｖ，Ｘｉｖ  調整エレメント１１，１２，１３に対する駆動制御信号
Ｘｓｅｎｓｏｒ    センサ１４のセンサ値
【図１】
0004814347.tif 000002
【図２】
0004814347.tif 000003
【図３】
0004814347.tif 000004
【図４】
0004814347.tif 000005
【図５】
0004814347.tif 000006
【図６】
0004814347.tif 000007