JP2011236878A

JP2011236878A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2011236878A
Application number: JP2010111435A
Authority: JP
Inventors: Isato Nakada; 勇人仲田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】精度が高くかつ演算負荷が小さい予測制御システムを用いた内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】予測演算において制御対象の状態を表したモデルを用いて所定時間だけ先の制御対象の状態が演算される。モデルとして高次元モデルと低次元モデルとが用意され、所定時間として比較的短い高次元モデル用時間と比較的長い低次元モデル用時間とが用意され、制御装置の演算負荷が許容演算負荷値以下であるときには、予測演算において高次元モデルを用いて高次元モデル用時間だけ先の制御対象の状態が演算され、制御装置の演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいときには、予測演算において低次元モデルを用いて低次元モデル用時間だけ先の制御対象の状態が演算される。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１に内燃機関の燃料噴射制御装置が開示されている。この燃料噴射制御装置では、燃料噴射量（すなわち、燃料噴射弁から噴射させるべき燃料の量）を算出するために、演算負荷は大きいものの演算精度は高い高次モデルと、演算精度は低いものの演算負荷が小さい低次モデルとが用意されている。そして、この燃料噴射制御装置では、過給圧（すなわち、過給機のコンプレッサよりも下流の吸気管内のガスの圧力であってコンプレッサによって圧縮されたガスの圧力）に応じて、高次モデルを利用して燃料噴射量を算出したり、低次モデルを利用して燃料噴射量を算出したりしている。

詳細には、過給圧が高いときには燃料噴射弁から噴射された燃料が蒸発しづらいことから、高精度に燃料噴射量が算出されることが好ましい。一方、過給圧が低いときには燃料噴射弁から噴射された燃料が蒸発しやすいことから、高精度に燃料噴射量が算出される必要性が低い。そこで、特許文献１に記載の燃料噴射制御装置では、過給圧が高いときには、演算負荷が高くなったとしても高精度に燃料噴射量を算出する必要があることから、高次モデルを用いて燃料噴射量を算出するようにしている。一方、過給圧が低いときには、高精度に燃料噴射量を算出する必要性が低いことから、低次モデルを用いて燃料噴射量を算出し、これによって、演算負荷を低く抑えるようにしている。

特開２００６−２２００６１号公報特開平０５−２７９５６号公報特開２００１−６７１０３号公報特開平１１−２９６２０４号公報特開２００４−１１８７２３号公報

上述したように、特許文献１には、燃料噴射量を算出するときの演算負荷と、算出される燃料噴射量に求められる精度とを考慮して、高次モデルと低次モデルとのいずれのモデルを用いて燃料噴射量を算出するかを決定するという考え方が開示されている。

本発明の目的は、従来の考え方とは異なる考え方でもって複数のモデルのうちいずれのモデルを用いて演算を行うのかを決定する内燃機関の制御装置を提供することにある。

本願の１番目の発明は、内燃機関の第１の制御対象の制御量の目標値を第１初期目標値として決定すると共に内燃機関の第２の制御対象の制御量の目標値を第２初期目標値として決定する初期目標値決定手段と、前記第１の制御対象の制御量の制御用の目標値である第１制御目標値に応じて前記第１の制御対象に入力すべき操作量を第１操作量として決定すると共に前記第２の制御対象の制御量の制御用の目標である第２制御目標値に応じて前記第２の制御対象に入力すべき操作量を第２操作量として決定する操作量決定手段と、該操作量決定手段によって決定された第１操作量に従って前記第１の制御対象の動作を制御する第１の動作制御手段と、前記操作量決定手段によって決定された第２操作量に従って前記第２の制御対象の動作を制御する第２の動作制御手段と、を具備し、前記各動作制御手段がそれぞれ対応する前記制御対象の動作を制御することによって前記各制御対象の制御量が制御される内燃機関の制御装置に関する。

そして、本発明は、前記第１初期目標値および前記第２初期目標値を予め定められた規則に従って修正して該修正した初期目標値をそれぞれ第１修正目標値および第２修正目標値として出力する修正目標値出力手段と、前記第１初期目標値および前記第２初期目標値をそれぞれ前記第１制御目標値および前記第２制御目標値として前記操作量決定手段によって決定される第１操作量および第２操作量に従って前記第１の制御対象の制御量および前記第２の制御対象の制御量が制御されたときの各制御対象に関する将来の状態を将来制御対象状態として演算によって予測する予測演算を行う制御対象状態予測手段と、該制御対象状態予測手段によって予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしているか否かを判別する制約条件成立判別手段と、をさらに具備する。

そして、本発明では、前記制御対象状態予測手段によって予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしていると前記制約条件成立判別手段によって判別されたときには、前記第１初期目標値および前記第２初期目標値がそれぞれ前記第１制御目標値および前記第２制御目標値として前記操作量決定手段に入力される。

一方、本発明では、前記制御対象状態予測手段によって予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしていないと前記制約条件成立判別手段によって判別されたときには、前記修正目標値出力手段によって前記第１初期目標値および前記第２初期目標値が前記予め定められた規則に従って修正されて該修正された初期目標値がそれぞれ第１修正目標値および第２修正目標値として出力され、これら第１修正目標値および第２修正目標値をそれぞれ前記第１制御目標値および前記第２制御目標値として前記操作量決定手段によって決定される第１操作量および第２操作量に従って前記第１の制御対象の制御量および前記第２の制御対象の制御量が制御されたときの各制御対象に関する将来の状態が前記制御対象状態予測手段によって将来制御対象状態として再び予測され、該再び予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしているか否かが前記制約条件成立判別手段によって判別される。

そして、本発明では、前記制御対象状態予測手段によって再び予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしていると前記制約条件成立判別手段によって判別されたときには、前記第１修正目標値および前記第２修正目標値がそれぞれ前記第１制御目標値および前記第２制御目標値として前記操作量決定手段に入力される。

一方、本発明では、前記制御対象状態予測手段によって再び予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしていないと前記制約条件成立判別手段によって判別されたときには、前記制御対象状態予測手段によって予測される将来制御対象状態が前記制約条件を満たしていると判別されるまで前記修正目標値出力手段による第１修正目標値および第２修正目標値の修正と、該修正によって修正された第１修正目標値および第２修正目標値とに基づいた前記制御対象状態予測手段による予測演算と、該予測演算によって予測された将来制御対象状態に基づいた前記制約条件成立判別手段による判別とが繰り返される。

そして、本発明では、前記制御対象状態予測手段による予測演算において制御対象の状態を表したモデルを用いて予め定められた時間だけ先の将来制御対象状態が演算される。

そして、本発明では、前記モデルとして高次元モデルと低次元モデルとが用意され、高次元モデルにパラメータとして含まれる制御対象の状態量の数が低次元モデルにパラメータとして含まれている制御対象の状態量の数よりも多く、前記予め定められた時間として高次元モデルを用いて予測演算が行われるときに用いられる高次元モデル用時間と低次元モデルを用いて予測演算が行われるときに用いられる低次元モデル用時間とが用意され、高次元モデル用時間の長さが低次元モデル用時間の長さよりも短く設定されている。

そして、本発明では、当該制御装置の演算負荷が当該制御装置の演算能力を考慮したときの許容演算負荷値以下であると推定されるときには、前記制御対象状態予測手段による予測演算において前記高次元モデルを用いて前記高次元モデル用時間だけ先の将来制御対象状態が演算される。一方、当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値よりも大きいと推定されるときには、前記制御対象状態予測手段による予測演算において前記低次元モデルを用いて前記低次元モデル用時間だけ先の将来制御対象状態が演算される。

本発明によれば、以下の効果が得られる。すなわち、高次元モデルを用いた予測演算によって将来制御対象状態を演算した場合、高精度な将来制御対象状態が得られる。しかしながら、高次元モデルを用いた予測演算の負荷は比較的高いことから、制御装置の演算負荷が増大し、高次元モデルを用いた予測演算によって得られる将来制御対象状態の精度が低くなる可能性がある。また、当該制御装置は、予測演算以外の演算を行ったり制御対象の制御を行ったりすることから、制御装置の演算負荷が増大すると、予測演算以外の演算の精度や制御対象の制御の精度が低くなる可能性もある。しかしながら、本発明では、高次元モデルを用いた予測演算が行われるとき、比較的長さの短い時間だけ先の将来制御対象状態が演算されることから、制御装置の負荷が軽減される。しかしながら、本発明によれば、高次元モデルを用いた予測演算が行われるときに、この予測演算によって得られる将来制御対象状態の精度が高く維持されると共に、制御装置による予測演算以外の演算の精度や制御対象の制御の精度も高く維持される。

さらに、低次元モデルを用いた予測演算によって将来制御対象状態を演算した場合、得られる将来制御対象状態の精度は比較的低い。一方、予測演算によって得られた将来制御対象状態がより長い時間だけ先の将来制御対象状態であると、得られた将来制御対象状態の精度は高い。ここで、本発明では、低次元モデルを用いた予測演算が行われるとき、比較的長さの長い時間だけ先の将来制御対象状態が演算されることから、低次元モデルを用いた予測演算によって得られる将来制御対象状態の精度が高くなる。

本願の２番目の発明では、上記１番目の発明において、前記制御対象状態予測手段による予測演算中に当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値以下の値から前記許容演算負荷値よりも大きい値に変化したと推定されるときには、当該予測演算に用いられる予測長が前記高次元モデル用予測長から前記低次元モデル用予測長まで徐々に増大せしめられる。一方、前記制御対象状態予測手段による予測演算中に当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値よりも大きい値から前記許容演算負荷値以下の値に変化したと推定されるときには、当該予測演算に用いられる予測長が前記低次元モデル用予測長から前記高次元モデル用予測長まで徐々に減少せしめられる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。すなわち、予測演算に用いられるモデルが高次元モデルから低次元モデルに切り替えられるときに、将来制御対象状態の演算に用いられる予め定められた時間が比較的短い高次元モデル用時間から比較的長い低次元モデル用時間に切り替えられ、一方、予測演算に用いられるモデルが低次元モデルに切り替えられるときに、将来制御対象状態の演算に用いられる予め定められた時間が比較的長い低次元モデル用時間から比較的短い高次元モデル用時間に切り替えられると、将来制御対象状態の演算に用いられる予め定められた時間がステップ的に変化することになる。このため、モデルが切り替えられてから一定の期間が経過する間、予測演算によって得られる将来制御対象状態の連続性が失われる可能性がある。そして、こうした連続性が失われた将来制御対象状態に基づいて制御対象の制御量の目標値が設定され、この設定された目標値に従って制御対象の制御量が制御されると、制御対象の状態量がステップ的に変化してしまうことになる。

しかしながら、本発明では、モデルが切り替えられるとき、将来制御対象状態の演算に用いられる予め定められた時間は、徐々に変化せしめられる。このため、モデルが切り替えられてから予測演算によって得られる将来制御対象状態には、連続性がある。したがって、本発明によれば、モデルが切り替えられるときに制御対象の状態量がステップ的に変化してしまうことが抑制される。

本願の３番目の発明では、上記１または２番目の発明において、当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値になるときの内燃機関の負荷が許容機関負荷値として設定され、内燃機関の負荷が前記許容機関負荷値以下であるときに当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値以下であると推定され、内燃機関の負荷が前記許容演算負荷値よりも大きいときに当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値よりも大きいと推定される。

本発明の制御装置が適用される内燃機関の概略図である。図１に示されている内燃機関の過給機の排気タービンの内部を示した図である。（Ａ）は、目標過給圧を決定するために利用されるマップを示した図であり、（Ｂ）は、目標ＥＧＲ率を決定するために利用されるマップを示した図である。本発明の実施形態に従って目標過給圧および目標ＥＧＲ率の修正を実行するフローチャートを示す図である。第１実施形態に従ったモデル・予測長設定制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。第２実施形態に従ったモデル・予測長設定制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。第３実施形態に従ったモデル・予測長設定制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。第４実施形態に従ったモデル・予測長設定制御を実行するフローチャートの一例を示した図である。

以下、本発明の内燃機関の制御装置の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する実施形態は、本発明の制御装置を図１に示されている内燃機関に適用した場合の実施形態である。

図１に示されている内燃機関１０は、内燃機関の本体（以下「機関本体」という）２０と、該機関本体２０の４つの燃焼室にそれぞれ対応して配置された燃料噴射弁２１と、該燃料噴射弁２１に燃料供給管２３を介して燃料を供給する燃料ポンプ２２とを具備する。また、内燃機関１０は、外部から燃焼室に空気を供給する吸気系３０と、燃焼室から排出される排気ガスを外部に排出する排気系４０とを具備する。また、内燃機関１０は、圧縮自着火式の内燃機関（いわゆる、ディーゼルエンジン）である。

吸気系３０は、吸気枝管３１と吸気管３２とを有する。吸気枝管３１の一方の端部（すなわち、枝部）は、各燃焼室に対応して機関本体１０内に形成された吸気ポート（図示せず）に接続されている。一方、吸気枝管３１の他方の端部は、吸気管３２に接続されている。吸気管３２内には、該吸気管３２内を流れる空気の量を制御するスロットル弁３３が配置されている。スロットル弁３３には、該スロットル弁３３の開度を制御するアクチュエータ（以下「スロットル弁アクチュエータ」という）３３ａが取り付けられている。さらに、吸気管３２には、該吸気管３２内を流れる空気を冷却するインタークーラ３４が配置されている。さらに、吸気管３２の外部を臨む端部には、エアクリーナ３６が配置されている。

一方、排気系４０は、排気枝管４１と排気管４２とを有する。排気枝管４１の一方の端部（すなわち、枝部）は、各燃焼室に対応して機関本体１０内に形成された排気ポート（図示せず）に接続されている。一方、排気枝管４１の他方の端部は、排気管４２に接続されている。排気管４２には、排気ガス中の特定成分を浄化する排気浄化触媒４３ａを内蔵した触媒コンバータ４３が配置されている。

また、内燃機関１０は、過給機３５を具備する。過給機３５は、インタークーラ３４よりも上流の吸気管３２内に配置されるコンプレッサ３５ａと、触媒コンバータ４３よりも上流の排気管４２内に配置される排気タービン３５ｂとを有する。排気タービン３５ｂは、図２に示されているように、排気タービン本体３５ｃと翼状の複数のベーン３５ｄとを有する。

排気タービン本体３５ｃは、シャフト（図示せず）を介してコンプレッサ３５ａに接続されている。排気タービン本体３５ｃが排気ガスによって回転せしめられると、その回転がシャフトを介してコンプレッサ３５ａに伝達され、これによって、コンプレッサ３５ａが回転せしめられる。

一方、ベーン３５ｄは、排気タービン本体３５ｃを包囲するように該排気タービン本体３５ｃの回転中心軸線Ｒ１を中心として放射状に等角度間隔で配置されている。また、各ベーン３５ｄは、図２に符号Ｒ２で示されているそれぞれ対応する軸線周りで回動可能に配置されている。そして、各ベーン３５ｄが延在している方向、すなわち、図２に符号Ｅで示されている方向を「延在方向」と称し、排気タービン本体３５ｃの回転中心軸線Ｒ１とベーン３５ｄの回動軸線Ｒ２とを結ぶ線、すなわち、図２に符号Ａで示されている線を「基準線」と称したとき、各ベーン３５ｄは、その延在方向Ｅとそれに対応する基準線Ａとがなす角度が全てのベーン３５ｄに関して等しくなるように回動せしめられる。そして、各ベーン３５ｄがその延在方向Ｅとそれに対応する基準線Ａとがなす角度が小さくなるように、すなわち、隣り合うベーン３５ｄ間の流路面積が小さくなるように回動せしめられると、排気タービン本体３５ｃに供給される排気ガスの流速が速くなる。その結果、排気タービン本体３５ｃの回転速度が速くなり、その結果、コンプレッサ３５ａの回転速度も速くなり、したがって、吸気管３２内を流れる空気がコンプレッサ３５ａによって大きく圧縮されることになる。このため、各ベーン３５ｄの延在方向Ｅとそれに対応する基準線とがなす角度（以下この角度を「ベーン開度」という）が小さくなるほど、コンプレッサ３５ａによって吸気管３２内を流れる空気が圧縮される程度が大きくなる。

なお、各ベーン３５ｄは、アクチュエータ（以下「ベーンアクチュエータ」という）３５ｅによって回動せしめられる。

また、内燃機関１０は、排気再循環装置（以下これを「ＥＧＲ装置」という）５０を具備する。ＥＧＲ装置５０は、排気再循環管（以下これを「ＥＧＲ管」という）５１を有する。ＥＧＲ管５１の一端は、排気枝管４１に接続されている。一方、ＥＧＲ管５１の他端は、吸気枝管３１に接続されている。また、ＥＧＲ管５１には、該ＥＧＲ管５１内を流れる排気ガスの流量を制御する排気再循環制御弁（以下この排気再循環制御弁を「ＥＧＲ制御弁」という）５２が配置されている。ＥＧＲ制御弁５２は、図示されていないアクチュエータ（以下これを「ＥＧＲ制御弁アクチュエータ」という）によって動作せしめられる。内燃機関１０では、ＥＧＲ制御弁５２の開度（以下この開度を「ＥＧＲ制御弁開度」という）が大きいほど、ＥＧＲ管５１内を流れる排気ガスの流量が多くなる。さらに、ＥＧＲ管５１には、該ＥＧＲ管５１内を流れる排気ガスを冷却する排気再循環クーラ５３が配置されている。

また、エアクリーナ３６よりも下流であってコンプレッサ３５ａよりも上流の吸気管３２には、該吸気管３２内を流れる空気の流量を検出するエアフローメータ７１が取り付けられている。また、吸気枝管３１には、該吸気枝管３１内の圧力を検出する圧力センサ（以下「吸気圧センサ」という）７２が取り付けられている。

また、内燃機関１０は、電子制御装置６０を具備する。電子制御装置６０は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）６１と、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）６２と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）６３と、バックアップＲＡＭ（ＢａｃｋｕｐＲＡＭ）６４と、インターフェース６５とを有する。インターフェース６５には、燃料噴射弁２１、燃料ポンプ２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、ベーンアクチュエータ３５ｅ、および、ＥＧＲ制御弁アクチュエータが接続されており、これらの動作を制御する制御信号がインターフェース６５を介して電子制御装置６０から与えられる。また、インターフェース６５には、エアフローメータ７１、吸気圧センサ７２、および、アクセルペダルＡＰの踏込量を検出するアクセル開度センサ７５も接続されており、エアフローメータ７１によって検出された流量に対応する信号、吸気圧センサ７２によって検出された圧力に対応する信号、および、アクセル開度センサ７５によって検出されたアクセルペダルＡＰの踏込量に対応する信号がインターフェース６５に入力される。

ところで、上述したように、本実施形態では、過給機３５のコンプレッサ３５ａによって吸気管３２内を流れる空気が圧縮される。そして、コンプレッサ３５ａによって圧縮されたときの空気の圧力（以下この圧力を「過給圧」という）は、排気タービン３５ｂのベーン３５ｄの回動位置（すなわち、ベーン開度）を制御することによって制御可能であり、ベーン開度以外の条件が同じであれば、ベーン開度が小さいほど過給圧が高くなる。また、上述したように、本実施形態では、ＥＧＲ装置５０によって吸気管３２内を流れる空気中に排気ガス（以下この排気ガスを「ＥＧＲガス」という）が導入される。ここで、ＥＧＲガスの量（以下この量を「ＥＧＲガス量」という）は、ＥＧＲ制御弁５２の開度、すなわち、ＥＧＲ制御弁開度を制御することによって制御可能であり、ＥＧＲ制御弁開度以外の条件が同じであれば、ＥＧＲ制御弁開度が大きいほどＥＧＲガス量が多くなる。

ところで、本実施形態の制御装置では、過給圧に関して目標値（以下この目標値を「目標過給圧」という）が設定され、実際の過給圧が目標過給圧になるようにベーン開度が制御される。また、本実施形態の制御装置では、ＥＧＲガス量を代表するパラメータとして、燃焼室に吸入されるトータルのガス量に対するＥＧＲガス量の割合（以下この割合を「ＥＧＲ率」という）が採用され、このＥＧＲ率に関して目標値（以下この目標値を「目標ＥＧＲ率」という）が設定され、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲ制御弁開度が制御される。次に、これら過給圧およびＥＧＲ率の制御について説明する。

目標過給圧が設定されると、この目標過給圧に対する実際の過給圧の偏差（以下この偏差を「過給圧偏差」という）が電子制御装置６０において算出される。ここで、吸気圧センサ７２によって検出される圧力は、過給圧に相当することから、本実施形態では、吸気圧センサ７２によって検出される圧力が実際の過給圧として利用される。また、目標過給圧の設定については、後に詳細に説明する。

過給圧偏差が算出されると、この過給圧偏差が電子制御装置６０において予め定められた変換則（別の言い方をすれば、予め定められた制御則）に従って変換されて制御信号が生成される。ここで生成される制御信号は、ベーンアクチュエータ３５ｅにベーン３５ｄを動作させるために電子制御装置６０からベーンアクチュエータ３５ｅに与えられる制御信号である。また、上記予め定められた変換則（以下この変換則を「過給圧偏差変換則」という）は、過給圧偏差が小さくなるようにベーンアクチュエータ３５ｅにベーン３５ｄを動作させる制御信号に過給圧偏差を変換するものである。

過給圧偏差が変換されて生成された制御信号（以下この制御信号を「ベーン制御信号」という）が電子制御装置６０からベーンアクチュエータ３５ｅに与えられると、ベーンアクチュエータ３５ｅは、ベーン制御信号に従ってベーン３５ｅを動作させる。すなわち、ベーンアクチュエータ３５ｅは、ベーン制御信号に応じた操作量（以下この操作量を「ベーン操作量」という）をベーン３５ｅに入力する。

ここで、過給圧偏差が正の値であるとき、すなわち、実際の過給圧が目標過給圧よりも低いときには、ベーンアクチュエータ３５ｅは、ベーン開度が小さくなるようにベーン３５ｄを動作させる。これによって、実際の過給圧が高くなる。一方、過給圧偏差が負の値であるとき、すなわち、実際の過給圧が目標過給圧よりも高いときには、ベーンアクチュエータ３５ｅは、ベーン開度が大きくなるようにベーン３５ｄを動作させる。これによって、実際の過給圧が低くなる。

一方、目標ＥＧＲ率が設定されると、この目標ＥＧＲ率に対する実際のＥＧＲ率の偏差（以下この偏差を「ＥＧＲ率偏差」という）が電子制御装置６０において算出される。

ＥＧＲ率偏差が算出されると、このＥＧＲ率偏差が電子制御装置６０において予め定められた変換則（別の言い方をすれば、予め定められた制御則）に従って変換されて制御信号が生成される。ここで生成される制御信号は、ＥＧＲ制御弁アクチュエータにＥＧＲ制御弁５２を動作させるためにＥＧＲ制御弁アクチュエータに与えられる制御信号である。また、上記予め定められた変換則（以下この変換則を「ＥＧＲ率偏差変換則」という）は、ＥＧＲ率偏差が小さくなるようにＥＧＲ制御弁アクチュエータにＥＧＲ制御弁５２を動作させる制御信号にＥＧＲ率偏差を変換するものである。

ＥＧＲ率偏差が変換されて生成された制御信号（以下この制御信号を「ＥＧＲ制御弁制御信号」という）が電子制御装置６０からＥＧＲ制御弁アクチュエータに与えられると、ＥＧＲ制御弁アクチュエータは、ＥＧＲ制御弁制御信号に従ってＥＧＲ制御弁５２を動作させる。すなわち、ＥＧＲ制御弁アクチュエータは、ＥＧＲ制御弁制御信号に応じた操作量（以下この操作量を「ＥＧＲ制御弁操作量」という）をＥＧＲ制御弁５２に入力する。

ここで、ＥＧＲ率偏差が正の値であるとき、すなわち、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さいときには、ＥＧＲ制御弁アクチュエータは、ＥＧＲ制御弁開度が大きくなるようにＥＧＲ制御弁５２を動作させる。これによって、実際のＥＧＲ率が大きくなる。一方、ＥＧＲ率偏差が負の値であるとき、すなわち、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きいときには、ＥＧＲ制御弁アクチュエータは、ＥＧＲ制御弁開度が小さくなるようにＥＧＲ制御弁５２を動作させる。これによって、実際のＥＧＲ率が小さくなる。

次に、目標過給圧および目標ＥＧＲ率の設定について説明する。

過給圧には、内燃機関１０の運転状態（以下これを「機関運転状態」という）に応じた最適な過給圧がある。そこで、本実施形態では、機関運転状態として機関回転数と機関負荷とが採用され、これら機関回転数と機関負荷とに応じて最適な過給圧が実験等によって予め求められ、これら求められた過給圧が、図３（Ａ）に示されているように、機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で目標過給圧ＴＰｃｏｍとして電子制御装置６０に記憶されている。そして、図３（Ａ）のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて目標過給圧ＴＰｃｏｍが決定される。

また、ＥＧＲ率にも、機関運転状態に応じて最適なＥＧＲ率がある。そこで、本実施形態では、機関運転状態として機関回転数と機関負荷とが採用され、これら機関回転数と機関負荷とに応じて最適なＥＧＲ率が実験等によって予め求められ、これら求められたＥＧＲ率が、図３（Ｂ）に示されているように、機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとの関数のマップの形で目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒとして電子制御装置６０に記憶されている。そして、図３（Ｂ）のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて目標過給圧ＴＲｅｇｒが決定される。

ところで、斯くして決定された目標過給圧ＴＰｃｏｍに対する実際の吸気圧Ｐｃｏｍの偏差（すなわち、過給圧偏差）ＴＰｃｏｍ−Ｐｃｏｍが、上述したように、過給圧偏差変換則に従ってベーン制御信号に変換され、このベーン制御信号に従ってベーンアクチュエータ３５ｅによってベーン３５ｄの動作状態が制御されれば、最終的には、過給圧は目標過給圧に制御されることになる。ところが、図３（Ａ）のマップから決定された目標過給圧ＴＰｃｏｍがそのまま過給圧の制御に利用されると、幾つかの不都合が生じる。

すなわち、例えば、実際の過給圧が目標過給圧よりも低い場合、上述したように、目標過給圧に対する実際の過給圧の偏差（すなわち、過給圧偏差）に応じてベーン開度が小さくなるようにベーンアクチュエータ３５ｅにベーン３５ｄを動作させる（すなわち、回動させる）ための制御信号（すなわち、ベーン制御信号）が電子制御装置６０によって生成される。そして、この生成されたベーン制御信号が電子制御装置６０からベーンアクチュエータ３５ｅに与えられ、この与えられたベーン制御信号に従ってベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを動作させる。

ところが、このとき、ＥＧＲ率等を含む機関運転状態によっては、過給圧が目標過給圧に制御される過程において、過給圧が目標過給圧を大幅に上回ってしまうことがある。特に、実際の過給圧が目標過給圧よりも大幅に低いときには、ベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを大きく動作させることになるので、過給圧が目標過給圧を大幅に上回ってしまう可能性がより高くなる。しかしながら、このように過給圧が目標過給圧を大幅に上回ってしまうことは避けられるべきである。要するに、過給圧を目標過給圧に制御する場合において、過給圧は、目標過給圧を上回ってしまうとしても許容可能な範囲内に収められているべきである。

また、燃焼室において失火が生じることを避けるためには、例えば、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が或る一定濃度以上に保たれるべきである。そして、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度は、ＥＧＲ率に応じて変化し、このＥＧＲ率は、過給圧に応じて変化する。したがって、過給圧を目標過給圧に制御する場合において、過給圧は、燃焼室に吸入されるガス中の濃度が一定濃度以上に保たれるように制御されるべきである。

このように、過給圧の制御には、制御されるべきパラメータである過給圧自体に関する制約がある。

また、ベーン３５ｄの動作可能な範囲（すなわち、ベーン３５ｄの回動可能な範囲）には、その構造上、限界がある。このため、ベーン開度を小さくするためにベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを動作させようとしても、ベーン３５ｄの動作状態がその動作可能な範囲の限界に達してしまえば、ベーンアクチュエータ３５ｅは、それ以上、ベーン３５ｄを動作させることができない。それでもなお、ベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを動作させようとすれば、ベーン３５の故障を招きかねない。また、より確実にベーン３５ｄの故障を避けようとするならば、ベーン３５ｄの動作がその動作可能な範囲よりも狭い範囲内に制限されるべきである。要するに、過給圧を目標過給圧に制御する場合、ベーン３５ｄの動作は、様々な観点から定まる許容可能な範囲内に制限されるべきある。このように、過給圧の制御には、制御されるべき対象であるベーン３５ｄの動作状態に関する制約もある。

さらに、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作可能な範囲にも、その構造上、限界がある。このため、ベーン開度を小さくするためにベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを動作させようとしても、ベーンアクチュエータ３５ｅがその動作可能な範囲の限界に達してしまえば、ベーンアクチュエータ３５ｅは、それ以上、ベーン３５ｄを動作させることができない。それでもなお、ベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを動作させようとすれば、ベーンアクチュエータ３５ｅの故障を招きかねない。また、より確実にベーンアクチュエータ３５ｅの故障を避けようとするならば、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作可能な範囲よりも狭い範囲内にベーンアクチュエータ３５ｅの動作が制限されるべきである。要するに、過給圧を目標過給圧に制御する場合、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作も、様々な観点から定まる許容可能な範囲内に制限されるべきである。このように、過給圧の制御には、ベーン３５ｄの動作を制御する手段であるベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態に関する制約もある。

さらに、ベーン操作量（すなわち、ベーンアクチュエータ３５ｅからベーン３５ｄに入力される操作量）には、ベーンアクチュエータ３５ｅの性能およびベーン３５ｄの性能を考慮したとき、適切な操作量がある。要するに、過給圧を目標過給圧に制御する場合、ベーン操作量も、様々な観点から定まる許容可能な範囲内に制限されるべきである。このように、過給圧の制御には、ベーン操作量に関する制約もある。

もちろん、以上のことは、実際の過給圧が目標過給圧よりも高いときに過給圧を目標過給圧に制御しようとして、ベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを動作させる場合にも等しく当てはまる。

このように、過給圧の制御には、過給圧を許容可能な範囲内に収めるという過給圧自体に関する制約と、ベーン３５ｄの動作を許容可能な範囲内に制限するというベーン３５ｄの動作状態に関する制約と、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作を許容可能な範囲内に制限するというベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態に関する制約と、ベーン操作量を許容可能な範囲内に制限するというベーン操作量に関する制約とがある。したがって、図３（Ａ）のマップから決定された目標過給圧ＴＰｃｏｍがそのまま過給圧の制御に利用されたとした場合に、これら制約が満たされないことが予想されるときには、これら制約が満たされるように、図３（Ａ）のマップから決定された目標過給圧ＴＰｃｏｍが修正され、この修正された目標過給圧が過給圧の制御に利用されるべきである。

また、このことは、ＥＧＲ率の制御にも等しく当てはまる。すなわち、図３（Ｂ）のマップから決定された目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒに対する実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒの偏差（すなわち、ＥＧＲ率偏差）ＴＲｅｇｒ−Ｒｅｇｒが、上述したように、ＥＧＲ率偏差変換則に従ってＥＧＲ制御弁制御信号に変換され、このＥＧＲ制御弁制御信号に従ってＥＧＲ制御弁アクチュエータによってＥＧＲ制御弁５２の動作状態が制御されれば、最終的には、ＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率に制御されることになる。ところが、このように図３（Ｂ）のマップから決定された目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒがそのままＥＧＲ率の制御に利用されると、
幾つかの不都合が生じる。

すなわち、例えば、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合、上述したように、目標ＥＧＲ率に対する実際のＥＧＲ率の偏差（すなわち、ＥＧＲ率偏差）に応じてＥＧＲ制御弁開度が大きくなるようにＥＧＲ制御弁アクチュエータにＥＧＲ制御弁５２を動作させるための信号（すなわち、ＥＧＲ制御弁制御信号）が電子制御装置６０によって生成される。そして、この生成されたＥＧＲ制御弁制御信号が電子制御装置６０からＥＧＲ制御弁アクチュエータに与えられ、この与えられたＥＧＲ制御弁制御信号に従ってＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を動作させる。

ところが、このとき、過給圧等を含む機関運転状態によっては、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に制御される過程において、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を大幅に上回ってしまうことがある。特に、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大幅に小さいときには、ＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を大きく動作させることになるので、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を大幅に上回ってしまう可能性がより高くなる。しかしながら、このようにＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を大幅に上回ってしまうことは避けられるべきである。要するに、ＥＧＲ率を目標過給圧に制御する場合において、ＥＧＲ率は、目標ＥＧＲ率を上回ってしまうとしても許容可能な範囲内に収められているべきである。

また、燃焼室において失火が生じることを避けるためには、例えば、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度が或る一定濃度以上に保たれるべきである。そして、燃焼室に吸入されるガス中の酸素濃度は、ＥＧＲ率に応じて変化する。したがって、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御する場合において、ＥＧＲ率は、燃焼室に吸入されるガス中の濃度が一定濃度以上に保たれるように制御されるべきである。

このようにＥＧＲ率の制御には、制御されるべきパラメータであるＥＧＲ率自体に関する制約がある。

また、ＥＧＲ制御弁５２の動作可能な範囲には、その構造上、限界がある。このため、ＥＧＲ制御弁開度を大きくするためにＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を動作させようとしても、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態がその動作可能な範囲の限界に達してしまえば、ＥＧＲ制御弁アクチュエータは、それ以上、ＥＧＲ制御弁５２を動作させることができない。それでもなお、ＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を動作させようとすれば、ＥＧＲ制御弁５２の故障を招きかねない。また、より確実にＥＧＲ制御弁５２の故障を避けようとするならば、ＥＧＲ制御弁５２の動作がその動作可能な範囲よりも狭い範囲内に制限されるべきである。要するに、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御する場合、ＥＧＲ制御弁５２の動作は、様々な観点から定まる許容可能な範囲内に制限されるべきである。このように、ＥＧＲ率の制御には、制御されるべき対象であるＥＧＲ制御弁５２の動作状態に関する制約もある。

さらに、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作可能な範囲にも、その構造上、限界がある。このため、ＥＧＲ制御弁開度を大きくするためにＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を動作させようとしても、ＥＧＲ制御弁アクチュエータがその動作可能な範囲の限界に達してしまえば、ＥＧＲ制御弁アクチュエータは、それ以上、ＥＧＲ制御弁５２を動作させることができない。それでもなお、ＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を動作させようとすれば、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの故障を招きかねない。また、より確実にＥＧＲ制御弁アクチュエータの故障を避けようとするならば、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作可能な範囲よりも狭い範囲内にＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作が制限されるべきである。要するに、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御する場合、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作も、様々な観点から定まる許容可能な範囲内に制限されるべきである。このように、ＥＧＲ率の制御には、ＥＧＲ制御弁５２の動作を制御する手段であるＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約もある。

さらに、ＥＧＲ制御弁操作量（すなわち、ＥＧＲ制御弁アクチュエータからＥＧＲ制御弁５２に入力される操作量）には、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの性能およびＥＧＲ制御弁５２の性能を考慮したとき、適切な操作量がある。要するに、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御する場合、ＥＧＲ制御弁操作量も、様々な観点から定まる許容可能な範囲内に制限されるべきである。このように、ＥＧＲ率の制御には、ＥＧＲ制御弁操作量に関する制約もある。

もちろん、以上のことは、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きいときにＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御しようとして、ＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を動作させる場合にも等しく当てはまる。

このように、ＥＧＲ率の制御には、ＥＧＲ率を許容可能な範囲内に収めるというＥＧＲ率自体に関する制約と、ＥＧＲ制御弁５２の動作を許容可能な範囲内に制限するというＥＧＲ制御弁５２の動作状態に関する制約と、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作を許容可能な範囲内に制限するというＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約と、ＥＧＲ制御弁操作量を許容可能な範囲内に制限するというＥＧＲ制御弁操作量に関する制約とがある。したがって、図３（Ｂ）のマップから決定された目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒがそのままＥＧＲ率の制御に利用されたとした場合に、これら制約が満たされないことが予想されるときには、これら制約が満たされるように、図３（Ｂ）のマップから決定された目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒが修正され、この修正された目標ＥＧＲ率がＥＧＲ率の制御に利用されるべきである。

さらに、ＥＧＲ制御弁開度が一定であったとしても、ベーン開度が変われば、過給圧が変わる。したがって、この場合、少なからず、ＥＧＲガス量が変わり、ＥＧＲ率が変わることになる。すなわち、過給圧の制御は、ＥＧＲ率に影響する。一方、ベーン開度が一定であったとしても、ＥＧＲ制御弁開度が変われば、ＥＧＲガス量も変わる。したがって、この場合、吸気枝管３１内の圧力が変わり、過給圧が変わることになる。すなわち、ＥＧＲ率の制御は、過給圧に影響する。

このように、過給圧の制御とＥＧＲ率の制御とは互いに干渉する。したがって、過給圧を目標過給圧に制御する場合、上述したＥＧＲ率に関する制約、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態に関する制約、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約、および、ＥＧＲ制御弁操作量に関する制約条件が満たされる状態で、過給圧が制御されるべきである。一方、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御する場合、上述した過給圧に関する制約、ベーン３５ｄの動作状態に関する制約、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態に関する制約、および、ベーン操作量に関する制約が満たされる状態で、ＥＧＲ率が制御されるべきである。すなわち、過給圧の制御とＥＧＲ率の制御とが行われる場合、上述した全ての制約が同時に満たされる状態で、過給圧およびＥＧＲ率が制御されるべきである。

そこで、本実施形態の制御装置は、過給圧に関する制約、ベーン３５ｄの動作状態に関する制約、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態に関する制約、ベーン操作量に関する制約、ＥＧＲ率に関する制約、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態に関する制約、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約、および、ＥＧＲ制御弁操作量に関する制約が全て満たされるように、図３（Ａ）のマップから決定される目標過給圧が修正されると共に、図３（Ｂ）のマップから決定される目標ＥＧＲ率とが修正され、修正された目標過給圧が過給圧の制御に利用されると共に、修正された目標ＥＧＲ率がＥＧＲ率の制御に利用される。

より具体的には、本実施形態の制御装置では、図３（Ａ）のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて目標過給圧ＴＰｃｏｍが決定されると共に、図３（Ｂ）のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒが決定される。そして、これら目標過給圧ＴＰｃｏｍおよび目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒに基づいてベーン３５ｄおよびＥＧＲ制御弁５２が上述したように実際に動作せしめられる前に、これら目標過給圧ＴＰｃｏｍおよび目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒに基づいてベーン３５ｄおよびＥＧＲ制御弁５２が上述したように動作せしめられたときの実際の過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量が予測される（以下、この予測を「予測演算」という）。

そして、これら予測された過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量が、過給圧に関する制約、ベーン３５ｄの動作状態に関する制約、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態に関する制約、ベーン操作量に関する制約、ＥＧＲ率に関する制約、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態に関する制約、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約、および、ＥＧＲ制御弁操作量に関する制約を満たすか否かが判断される。

すなわち、上記予測された過給圧が許容可能な範囲内にあるという制約条件が満たされ、且つ、上記予測されたベーン３５ｄの動作状態が許容可能な範囲内にあるという制約条件が満たされ、且つ、上記予測されたベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態が許容可能な範囲内にあるという制約条件が満たされ、且つ、上記予測されたベーン操作量が許容可能な範囲内にあるという制約条件が満たされ、且つ、上記予測されたＥＧＲ率が許容可能な範囲内にあるという制約条件が満たされ、且つ、上記予測されたＥＧＲ制御弁５２の動作状態が許容可能な範囲内にあるという制約条件が満たされ、且つ、上記予測されたＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態が許容可能な範囲内にあるという制約条件が満たされ、且つ、上記予測されたＥＧＲ制御弁操作量が許容可能な範囲内にあるという制約条件が満たされるか否かが判断される。

そして、制約条件が満たされる場合には、図３（Ａ）のマップから決定された目標過給圧ＴＰｃｏｍがそのまま過給圧の制御用の目標過給圧に設定されると共に、図３（Ｂ）のマップから決定された目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒがそのままＥＧＲ率の制御用の目標ＥＧＲ率に設定される。

そして、斯くして設定された目標過給圧に基づいて上述したようにして算出されるベーン制御信号に従ってベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを動作させると共に、斯くして設定された目標ＥＧＲ率に基づいて上述したようにして算出されるＥＧＲ制御弁制御信号に従ってＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を動作させる。

一方、上記制約条件が満たされない場合には、図３（Ａ）のマップから決定された目標過給圧ＴＰｃｏｍおよび図３（Ｂ）のマップから決定された目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒが予め定められた規則に従って修正される。

そして、これら修正された目標過給圧ＴＰｃｏｍおよび目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒに基づいてベーン３５ｄおよびＥＧＲ制御弁５２が実際に動作せしめられたときの実際の過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量が再び予測される。そして、これら予測された過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量が、上記制約条件を満たすか否かが判断される。

ここで、上記制約条件が満たされる場合、上記修正された目標過給圧が過給圧の制御用の目標過給圧に設定され、この設定された目標過給圧に基づいて上述したようにして算出されるベーン制御信号に従ってベーンアクチュエータ３５ｅがベーン３５ｄを動作させると共に、上記修正された目標ＥＧＲ率がＥＧＲ率の制御用の目標ＥＧＲ率に設定され、この設定された目標ＥＧＲ率に基づいて上述したようにして算出されるＥＧＲ制御弁制御信号に従ってＥＧＲ制御弁アクチュエータがＥＧＲ制御弁５２を動作させる。

一方、ここでも上記制約条件が満たされない場合、上記修正された目標過給圧が上記予め定められた規則に従ってさらに修正されると共に、上記修正された目標ＥＧＲ率が上記予め定められた規則に従ってさらに修正される。そして、これらさらに修正された目標過給圧および目標ＥＧＲ率に基づいてベーン３５ｄおよびＥＧＲ制御弁５２が実際に動作せしめられたときの実際の過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量が再び予測される。そして、これら予測された過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量が、上記制約条件を満たすか否かが判断される。

本実施形態の制御装置では、目標過給圧および目標ＥＧＲ率の修正と、該修正された目標過給圧および目標ＥＧＲ率に基づいてベーン３５ｄおよびＥＧＲ制御弁５２が動作せしめられたときの実際の過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量の予測と、該予測された過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量が上記制約条件を満たすか否かの判断とが、上記制約条件が満たされると判断されるまで繰り返される。

このように、本実施形態の制御装置によれば、過給圧に関する制約条件、ＥＧＲ率に関する制約条件、ベーンの動作状態に関する制約条件、ＥＧＲ制御弁の動作状態に関する制約条件、ベーン操作量に関する制約条件、ＥＧＲ制御弁操作量に関する制約条件、ベーンアクチュエータの動作状態に関する制約条件、および、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約条件が満たされた状態でもって、過給圧およびＥＧＲ率が制御される。このため、過給圧およびＥＧＲ率が過給圧の制御、ＥＧＲ率の制御、ベーンの動作の制御、ＥＧＲ制御弁の動作の制御、ベーン操作量の決定、ＥＧＲ制御弁操作量の決定、ベーンアクチュエータの動作の制御、および、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作の制御にとって好適な制御状態でもって制御される。

また、本実施形態の制御装置によれば、ベーン操作量およびＥＧＲ制御弁操作量に関する制約条件が満たされるように過給圧およびＥＧＲ率が制御されることから、アンチワインドアップ効果が得られる。このため、過給圧およびＥＧＲ率をそれぞれ目標過給圧および目標ＥＧＲ率に制御する過程（すなわち、過渡状態）において、過給圧およびＥＧＲ率の制御応答性がより良好であると言える。

また、本実施形態の制御装置によれば、ベーンおよびＥＧＲ制御弁に関する制約条件、ならびに、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータに関する制約条件が満たされた状態でもって、過給圧およびＥＧＲ率が制御される。このため、過給圧およびＥＧＲ率の制御の安定性およびロバスト性が高いと言える。

また、本実施形態の制御装置によれば、上述した全ての制約条件が満たされた状態で過給圧およびＥＧＲ率が制御されることになる。したがって、過給圧およびＥＧＲ率をそれぞれ目標過給圧および目標ＥＧＲ率に制御する過程において、過給圧が目標過給圧を許容できないほど上回ったり下回ったりすることが防止され、ベーン３５ｄの故障が防止され、ベーンアクチュエータ３５ｅの故障が防止され、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率を許容できないほど上回ったり下回ったりすることが防止され、ＥＧＲ制御弁５２の故障が防止され、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの故障が防止される。すなわち、過給圧およびＥＧＲ率が好適な状態でもって制御される。

なお、過給圧およびＥＧＲ率の制御に関する上述した考え方は、過給圧の制御とＥＧＲ率の制御とを同時に行う場合だけでなく、内燃機関１０において制御されるべき複数のパラメータの制御を同時に行う場合に適用可能である。すなわち、例えば、内燃機関１０では、燃焼室に吸入される空気の量（以下この空気の量を「吸気量」という）がスロットル弁３３によって制御可能であるが、この吸気量の制御と過給圧の制御とＥＧＲ率の制御とを同時に行う場合にも上述した考え方は適用可能である。また、例えば、内燃機関１０が、上述した実施形態のＥＧＲ装置５０に加えて、過給機３５の排気タービン３５ｂよりも下流の排気管４２から過給機３５のコンプレッサ３５ａよりも上流の吸気管３２に排気ガスを導入する別のＥＧＲ装置を具備する場合には、この別のＥＧＲ装置によって吸気管３２に導入される排気ガスの量の制御と、上述した実施形態のＥＧＲ装置５０によって吸気枝管３１に導入される排気ガスの量の制御とを同時に行う場合にも上述した考え方は適用可能である。

なお、上述した実施形態において、ベーンおよびＥＧＲ制御弁は、内燃機関において制御されるべき制御対象である。そして、上述した実施形態の考え方は、ベーンおよびＥＧＲ制御弁以外の制御対象（すなわち、内燃機関の構成要素）を制御する場合にも適用可能である。したがって、上述した実施形態は、広くは、ベーンおよびＥＧＲ制御弁等の制御対象を制御するものであると言える。

また、上述した実施形態において、過給圧およびＥＧＲ率は、内燃機関において制御されるべき制御量である。そして、上述した実施形態の考え方は、過給圧およびＥＧＲ率以外の制御量を制御する場合にも適用可能である。したがって、上述した実施形態は、広くは、過給圧およびＥＧＲ率等の制御量を制御するものであると言える。

また、上述した実施形態において、電子制御装置は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップから目標過給圧および目標ＥＧＲ率を過給圧の初期目標値およびＥＧＲ率の初期目標値として決定する。したがって、電子制御装置は、初期目標値決定手段として機能すると言える。

また、上述した実施形態において、電子制御装置は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップから決定される目標過給圧および目標ＥＧＲ率を修正し、これら修正した目標過給圧および目標ＥＧＲ率を過給圧およびＥＧＲ率の修正目標値として出力する。したがって、電子制御装置は、修正目標値出力手段として機能すると言える。

また、上述した実施形態において、電子制御装置は、目標過給圧に対する実際の過給圧の偏差（すなわち、過給圧偏差）に応じてベーンアクチュエータにベーンを動作させるためのベーン制御信号を生成すると共に、目標ＥＧＲ率に対する実際のＥＧＲ率の偏差（すなわち、ＥＧＲ率偏差）に応じてＥＧＲ制御弁アクチュエータにＥＧＲ制御弁を動作させるためのＥＧＲ制御弁制御信号を生成する。そして、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータは、これらベーン制御信号およびＥＧＲ制御弁制御信号に従ってベーンおよびＥＧＲ制御弁の動作を制御する。すなわち、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータは、ベーン制御信号およびＥＧＲ制御弁制御信号に従ってベーンおよびＥＧＲ制御弁に操作量を与える。したがって、電子制御装置は、目標過給圧および目標ＥＧＲ率に応じてベーンおよびＥＧＲ制御弁に入力すべき操作量を決定する操作量決定手段として機能すると言える。

もちろん、上述した実施形態において、電子制御装置は、目標過給圧に対する実際の過給圧の偏差（すなわち、過給圧偏差）に応じてベーンアクチュエータにベーンを動作させるためのベーン制御信号を生成すると共に、目標ＥＧＲ率に対する実際のＥＧＲ率の偏差（すなわち、ＥＧＲ率偏差）に応じてＥＧＲ制御弁アクチュエータにＥＧＲ制御弁を動作させるためのＥＧＲ制御弁制御信号を生成するのであるから、電子制御装置は、制御信号生成手段として機能すると言える。

また、上述した実施形態において、電子制御装置は、目標過給圧が過給圧の制御用の制御目標値として入力されて該入力された目標過給圧に応じてベーンに入力すべきベーン操作量を決定すると共に目標ＥＧＲ率がＥＧＲ率の制御用の制御目標値として入力されて該入力された目標ＥＧＲ率に応じてＥＧＲ制御弁に入力すべきＥＧＲ制御弁操作量を決定する制御プロセスを実行する。したがって、電子制御装置は、上記制御プロセスを実行する制御プロセス実行手段として機能すると言える。

また、上述した実施形態において、電子制御装置は、図３（Ａ）のマップから決定される目標過給圧を実際の過給圧制御における目標過給圧として決定されるベーン操作量がベーンに入力されると共に図３（Ｂ）のマップから決定される目標ＥＧＲ率を実際のＥＧＲ率制御における目標ＥＧＲ率として決定されるＥＧＲ制御弁操作量がＥＧＲ制御弁に入力されたときに上記制約条件が満たされるか否かを判断する。また、上述した実施形態において、電子制御装置は、修正した目標過給圧を実際の過給圧制御における目標過給圧として決定されるベーン操作量がベーンに入力されると共に修正した目標ＥＧＲ率を実際のＥＧＲ率制御における目標ＥＧＲ率として決定されるＥＧＲ制御弁操作量がＥＧＲ制御弁に入力されたときに上記制約条件が満たされるか否かを判断する。したがって、電子制御装置は、上記制約条件が満たされるか否かを判断する判断手段として機能すると言える。

また、上述した実施形態において、電子制御装置は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップから初期目標値として決定された目標過給圧および目標ＥＧＲ率に基づいて決定されるベーン操作量（または、ベーン制御信号）およびＥＧＲ制御弁操作量（または、ＥＧＲ制御弁制御信号）に従って過給圧およびＥＧＲ率が制御されたときに上記制約条件が満たされると判断されたときにこれら目標過給圧および目標ＥＧＲ率を実際の過給圧制御およびＥＧＲ率制御における目標値として上記制御プロセスに入力する。したがって、電子制御装置は、初期目標値入力手段として機能すると言える。

また、上述した実施形態において、電子制御装置は、修正された目標過給圧および目標ＥＧＲ率に基づいて上記制約条件が満たされると判断されたときにこれら修正された目標過給圧および目標ＥＧＲ率を実際の過給圧制御およびＥＧＲ率制御における目標値として上記制御プロセスに入力する。したがって、電子制御装置は、修正目標値入力手段として機能すると言える。

また、上述した実施形態において、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータは、それぞれ、ベーンおよびＥＧＲ制御弁の動作を制御する。したがって、これらベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁は、それぞれ、ベーンおよびＥＧＲ制御弁の動作を制御する動作制御手段である。そして、上述した実施形態の考え方は、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁以外のアクチュエータによって制御対象の動作を制御する場合にも適用可能である。したがって、上述した実施形態は、広くは、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータ等の動作制御手段によって制御対象の動作を制御するものであると言える。

また、上述した実施形態では、過給圧に関する制約条件、ＥＧＲ率に関する制約条件、ベーンの動作状態に関する制約条件、ＥＧＲ制御弁の動作状態に関する制約条件、ベーン操作量に関する制約条件、ＥＧＲ制御弁操作量に関する制約条件、ベーンアクチュエータの動作状態に関する制約条件、および、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約条件の全てが満たされるように、目標過給圧および目標ＥＧＲ率が修正される。そして、上述した実施形態の考え方は、ベーンおよびＥＧＲ制御弁以外の内燃機関の構成要素を制御対象とし、過給圧およびＥＧＲ率以外のパラメータを制御対象の制御量とし、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータ以外のアクチュエータを動作制御手段とした場合にも適用可能である。したがって、上述した実施形態は、広くは、制御量に関する制約条件、制御対象の動作状態に関する制約条件、制御対象に入力すべき操作量に関する制約条件、および、動作制御手段の動作状態に関する制約条件の全てが満たされるように、制御量の目標値を修正するものであると言える。

さらに、上述した実施形態では、上記制御条件の全てが満たされるように、目標過給圧および目標ＥＧＲ率が修正される。しかしながら、上述した実施形態において、過給圧に関する制約条件とベーンの動作状態に関する制約条件とベーン操作量に関する制約条件とベーンアクチュエータの動作状態に関する制約条件との少なくとも１つと、ＥＧＲ率に関する制約条件とＥＧＲ制御弁の動作状態に関する制約条件とＥＧＲ制御弁操作量に関する制約条件とＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約条件との少なくとも１つとが満たされるように、目標過給圧および目標ＥＧＲ率が修正されるようにしてもよい。そして、上述した実施形態の考え方は、ベーンおよびＥＧＲ制御弁以外の内燃機関の構成要素を制御対象とし、過給圧およびＥＧＲ率以外のパラメータを制御対象の制御量とし、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータ以外のアクチュエータを動作制御手段とした場合にも適用可能である。したがって、上述した実施形態は、広くは、内燃機関の第１の制御対象の制御量に関する制約条件と第１の制御対象の動作状態に関する制約条件と第１の制御対象に入力すべき操作量に関する制約条件と第１の制御対象の動作を制御する第１の動作制御手段の動作状態に関する制約条件との少なくとも１つと、内燃機関の第２の制御対象の制御量に関する制約条件と第２の制御対象の動作状態に関する制約条件と第２の制御対象に入力すべき操作量に関する制約条件と第２の制御対象の動作を制御する第２の動作制御手段の動作状態に関する制約条件との少なくとも１つとが満たされるように、第１の制御量の目標値および第２の制御量の目標値を修正するものと言える。

なお、上述した実施形態において、過給圧に関する制約条件は、過給圧が許容範囲内にあることである。しかしながら、過給圧の制御、ＥＧＲ率の制御、ベーンの動作の制御、ＥＧＲ制御弁の動作の制御、ベーン操作量の決定、ＥＧＲ制御弁操作量の決定、ベーンアクチュエータの動作の制御、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作の制御（以下これら制御および決定をまとめて「制御対象の制御量に関連する各種制御」という）を考慮したときに、過給圧が許容範囲内にあるという制約条件以外に過給圧に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が、過給圧が許容範囲内にあるという制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。

同様に、上述した実施形態において、ＥＧＲ率に関する制約条件は、ＥＧＲ率が許容範囲内にあることである。しかしながら、制御対象の制御量に関連する各種制御を考慮したときに、ＥＧＲ率が許容範囲内にあるという制約条件以外にＥＧＲ率に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が、ＥＧＲ率が許容範囲内にあるという制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。

同様に、上述した実施形態において、ベーンの動作状態に関する制約条件は、ベーンの動作状態が許容範囲内にあることである。しかしながら、制御対象の制御量に関連する各種制御を考慮したときに、ベーンの動作状態が許容範囲内にあるという制約条件以外にベーンの動作状態に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が、ベーンの動作状態が許容範囲内にあるという制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。したがって、広くは、上述した実施形態において、ベーンに関する制約条件が採用されてもよい。

同様に、上述した実施形態において、ＥＧＲ制御弁の動作状態に関する制約条件は、ＥＧＲ制御弁の動作状態が許容範囲内にあることである。しかしながら、制御対象の制御量に関連する各種制御を考慮したときに、ＥＧＲ制御弁の動作状態が許容範囲内にあるという制約条件以外にＥＧＲ制御弁の動作状態に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が、ＥＧＲ制御弁の動作状態が許容範囲内にあるという制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。したがって、広くは、上述した実施形態において、ＥＧＲ制御弁に関する制約条件が採用されてもよい。

さらに、上述した実施形態では、ベーンの動作状態に関する制約条件およびＥＧＲ制御弁の動作状態に関する制約条件が目標過給圧および目標ＥＧＲ率を修正するときに考慮される。しかしながら、上述した実施形態において、ベーンの動作状態に関する制約条件およびＥＧＲ制御弁の動作状態に関する制約条件以外に考慮されるべきベーンに関する制約およびＥＧＲ制御弁に関する制約条件があるのであれば、これら制約条件が目標過給圧および目標ＥＧＲ率を修正するときに考慮されてもよい。そして、上述した実施形態の考え方は、ベーンおよびＥＧＲ制御弁以外の内燃機関の構成要素を制御対象とする場合にも適用可能である。したがって、上述した実施形態は、広くは、内燃機関の第１の制御対象に関する制約条件および内燃機関の第２の制御対象に関する制約条件が満たされるように、第１の制御対象の制御量の目標値および第２の制御対象の制御量の目標値を修正するものであると言える。

同様に、上述した実施形態において、ベーンアクチュエータの動作状態に関する制約条件は、ベーンアクチュエータの動作状態が許容範囲内にあることである。しかしながら、制御対象の制御量に関連する各種制御を考慮したときに、ベーンアクチュエータの動作状態が許容範囲内にあるという制約条件以外にベーンアクチュエータの動作状態に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が、ベーンアクチュエータの動作状態が許容範囲内にあるという制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。したがって、広くは、上述した実施形態において、ベーンアクチュエータに関する制約条件が採用されてもよい。

同様に、上述した実施形態において、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約条件は、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態が許容範囲内にあることである。しかしながら、制御対象の制御量に関連する各種制御を考慮したときに、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態が許容範囲内にあるという制約条件以外にＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態が許容範囲内にあるという制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。したがって、広くは、上述した実施形態において、ＥＧＲ制御弁アクチュエータに関する制約条件が採用されてもよい。

さらに、上述した実施形態では、ベーンアクチュエータの動作状態に関する制約条件およびＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約条件が目標過給圧および目標ＥＧＲ率を修正するときに考慮される。しかしながら、上述した実施形態において、ベーンアクチュエータの動作状態に関する制約およびＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態に関する制約以外に考慮されるべきベーンアクチュエータに関する制約条件およびＥＧＲ制御弁アクチュエータに関する制約条件があるのであれば、これら制約条件が目標過給圧および目標ＥＧＲ率を修正するときに考慮されてもよい。そして、上述した実施形態の考え方は、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータ以外のアクチュエータを動作制御手段とする場合にも適用可能である。したがって、上述した実施形態は、広くは、内燃機関の第１の制御対象の動作を制御する第１の動作制御手段に関する制約条件および内燃機関の第２の制御対象の動作を制御する第２の動作制御手段に関する制約条件が満たされるように、第１の制御対象の制御量の目標値および第２の制御対象の制御量の目標値を修正するものであると言える。

同様に、上述した実施形態において、ベーン操作量に関する制約条件は、ベーン操作量が許容範囲内にあることである。しかしながら、制御対象の制御量に関連する各種制御を考慮したときに、ベーン操作量が許容範囲内にあるという制約条件以外にベーン操作量に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が、ベーン操作量が許容範囲内にあるという制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。

同様に、上述した実施形態において、ＥＧＲ制御弁操作量に関する制約条件は、ＥＧＲ制御弁操作量が許容範囲内にあることである。しかしながら、制御対象の制御量に関連する各種制御を考慮したときに、ＥＧＲ制御弁操作量が許容範囲内にあるという制約条件以外にＥＧＲ制御弁操作量に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が、ＥＧＲ制御弁操作量が許容範囲内にあるという制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。

また、上述した実施形態において、制約条件は、過給圧、ＥＧＲ率、ベーン、ＥＧＲ制御弁、ベーン操作量、ＥＧＲ制御弁操作量、ベーンアクチュエータ、および、ＥＧＲ制御弁アクチュエータに関する制約条件である。しかしながら、これら制約条件以外に課すべき制約条件がある場合には、その課すべき制約条件が上記制約条件に代えて或いはこれに加えて採用されてもよい。したがって、広くは、上述した実施形態において、内燃機関に関する制約条件が採用されてもよい。

また、上述した実施形態の制御装置において、実際の過給圧およびＥＧＲ率の制御に使用される修正後の目標過給圧および目標ＥＧＲ率は、少なくとも、目標過給圧および目標ＥＧＲ率に基づいて実際に過給圧およびＥＧＲ率が制御されたときに上記制約条件全てが満たされるものであればよい。しかしながら、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップから決定された目標過給圧および目標ＥＧＲ率は機関運転状態にとって最適な値であるので、実際の過給圧およびＥＧＲ率の制御に使用される修正後の目標過給圧および目標ＥＧＲ率が図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップから決定された目標過給圧および目標ＥＧＲ率から大きく異なっている状態は、出力トルクの大幅な変動（すなわち、トルクショック）やドライバビリティの悪化を招く可能性があり、機関運転状態にとって好ましくない。したがって、上述した実施形態の制御装置において、上記制約条件全てが満たされる複数の修正後の目標過給圧および目標ＥＧＲ率がある場合には、これら目標過給圧および目標ＥＧＲ率のうち、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップから決定された目標過給圧および目標ＥＧＲ率に最も近い目標過給圧および目標ＥＧＲ率が採用されることが好ましい。

また、上述した実施形態において、ベーンは、燃焼室に吸入される空気の圧力を高める度合を制御する圧力制御弁であるとも言える。また、上述した実施形態において、ＥＧＲ制御弁は、内燃機関の吸気通路に導入される排気ガスの量を制御する排気ガス量制御弁であるとも言える。

ところで、上述したように、第１実施形態の予測演算では、例えば、図３（Ａ）のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて目標過給圧ＴＰｃｏｍが決定される共に、図３（Ｂ）のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒが決定され、これら目標過給圧および目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒに基づいてベーン３５ｄおよびＥＧＲ制御弁５２動作せしめられたときの実際の過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、実際のＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量が予測される。すなわち、広く表現すれば、第１実施形態の予測演算では、制御対象に関連する状態（以下、制御対象に関連する状態を「制御対象状態」という）が予測される。そして、現時点から予め定められた時間（以下この時間を「予測長」という）だけ将来までの制御対象状態が将来制御対象状態として予測される。そして、予測された将来制御対象状態が最適な状態となる制御対象の制御量の目標値が判明するまで、制御対象の制御量の目標値を修正しつつ予測演算が行われる。そして、予測された将来制御対象状態が最適な状態となる制御量の目標値が実際の制御量の目標値として設定され、この設定された目標値に従って制御対象が制御される。

ところで、第１実施形態では、予測演算において将来制御対象状態を演算するために、少なくとも２つのモデルが用意される。これらモデルのうちの一方は、比較的多い数の制御対象状態量（すなわち、制御対象に関する状態量）をパラメータとして有するモデル（以下このモデルを「高次元モデル」という）であり、他方のモデルは、比較的少ない数の制御対象状態量をパラメータとして有するモデル（以下このモデルを「低次元モデル」という）である。したがって、予測長が一定である場合、高次元モデルを用いた予測演算（以下この予測演算を「高次元モデル予測演算」という）には、低次元モデルを用いた予測演算（以下この予測演算を「低次元モデル予測演算」という）に比べて、高精度な将来制御対象状態が得られるという利点がある。一方、低次元モデル予測演算には、高次元モデル予測演算に比べて、演算負荷が低いという利点がある。

ところで、予測演算に関し、以下の事情がある。すなわち、高次元モデル予測演算の負荷は比較的高い。したがって、高次元モデル予測演算が行われると、装置演算負荷（すなわち、電子制御装置の演算負荷）が高くなる。一方、低次元モデル予測演算の負荷は比較的低い。したがって、低次元モデル予測演算が行われたとしても、装置演算負荷は比較的低く維持される。

また、高機関負荷時（すなわち、内燃機関の負荷が比較的高い時）は、単位時間当たりに電子制御装置が行わなければならない演算の数が多いことから、一般的に、装置演算負荷が高い。一方、低機関負荷時（すなわち、内燃機関の負荷が比較的低い時）は、単位時間当たりに電子制御装置が行わなければならない演算の数が少ないことから、一般的に、装置演算負荷が低い。

また、高機関負荷時は、単位時間当たりの制御対象の制御の回数が多く、制御対象の制御を行うために電子制御装置が行わなければならない演算の数が多い。このため、予測演算による将来制御対象状態の演算の速度が遅いと、制御対象が適切に制御されない。したがって、高機関負荷時に制御対象を適切に制御するためには、予測演算において将来制御対象状態が迅速に演算されることが望まれる。一方、機関低負荷時は、単位時間当たりの制御対象の制御の回数が少ない。このため、予測演算による将来制御対象状態の演算の精度が低く、制御対象の制御量の目標値に対する実際の制御量の追従性が低いと、制御対象の状態量がステップ的に変化してしまう。したがって、機関低負荷時に制御対象の状態量がステップ的に変化してしまうことを抑制するためには、予測演算において将来制御対象状態が高精度に演算されることが望まれる。

ここで、低次元モデルを用いて予測演算をすると、上述したように、予測演算の負荷が低く、迅速に将来制御対象状態を演算することができる。一方、高次元モデルを用いて予測演算をすると、上述したように、予測演算の負荷が高くなるが、高精度に将来制御対象状態を演算することができる。

また、予測演算の負荷が高く、装置演算負荷が高くなると、電子制御装置による予測演算以外の演算の精度（および、速度）ならびに電子制御装置による制御対象の制御の精度が低くなる可能性がある。一方、予測演算の負荷が低く、装置演算負荷が低ければ、電子制御装置による予測演算以外の演算の精度（および、速度）ならびに電子制御装置による制御対象の制御の精度（以下これらをまとめて「電子制御装置による予測演算以外の演算等の精度」という）が高く維持される。

また、電子制御装置による予測演算以外の演算の負荷や電子制御装置による制御対象の制御の負荷が高いと、電子制御装置による将来制御対象状態の予測演算の精度（および、速度）が低くなる可能性がある。一方、電子制御装置による予測演算以外の演算の負荷や電子制御装置による制御対象の制御の負荷が低ければ、電子制御装置による将来制御対象状態の予測演算の精度（および、速度）が高くなる。

以上の事情に鑑み、第１実施形態では、以下のように予測演算が行われる。すなわち、第１実施形態では、高次元モデル予測演算を行うときに用いられる予測長が高次元モデル予測長として予め設定され、低次元モデル予測演算を行うときに用いられる予測長が低次元モデル予測長として予め設定される。ここで、高次元モデル予測長は、機関状態（すなわち、内燃機関の状態）が特定の状態にあるとき（例えば、機関負荷が中程度であって機関回転数も中程度であって機関負荷も機関回転数も一定に維持されているとき）に高次元モデル予測演算によって将来制御対象状態を演算した場合に適切な将来制御対象状態を得ることができる予測長に設定される。同様に、低次元モデル予測長は、機関状態が上記特定の状態にあるときに低次元モデル予測演算によって将来制御対象状態を演算した場合に適切な将来制御対象状態を得ることができる予測長に設定される。斯くして高次元モデル予測長および低次元モデル予測長が設定された場合、高次元モデル予測長は、低次元モデル予測長よりも短くなる。

また、高次元モデル予測演算によって高次元モデル予測長だけ先の将来制御対象状態を演算した場合に適切な将来制御対象状態を得ることができる装置演算負荷の最大値が許容演算負荷値として予め設定される。すなわち、許容演算負荷値は、電子制御装置の演算能力を考慮したときの許容演算負荷値であるとも言える。さらに、許容演算負荷値は、電子制御装置の演算能力を考慮したときに最適な将来制御対象状態を得ることができる演算負荷値であるとも言える。

そして、第１実施形態の予測演算では、装置演算負荷が上記許容演算負荷値以下であるときには、高次元モデル予測演算によって高次元モデル予測長だけ先の将来制御対象状態が演算される。一方、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいときには、低次元モデル演算によって低次元モデル予測長だけ先の将来制御対象状態が演算される。

この第１実施形態の予測演算によれば、以下の効果が得られる。すなわち、第１実施形態の予測演算では、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であり、高次元モデルを用いた将来制御対象状態の予測演算（以下この予測演算を「高次元モデル予測演算」という）が行われたとしても適切な将来制御対象状態が得られる場合に、高次元モデル予測演算が行われる。したがって、第１実施形態によれば、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であるときに適切な将来制御対象状態が得られる。

また、上述したように、低機関負荷時は、予測演算において将来制御対象状態が高精度に演算されることが望まれる。ここで、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であれば、高次元モデル予測演算によって将来制御対象状態を高精度に演算することができる。一方、低機関負荷時は、電子制御装置による予測演算以外の演算の負荷や電子制御装置による制御対象の制御の負荷が比較的低く、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であることが多い。すなわち、低機関負荷時は、高次元モデル予測演算によって高精度に将来制御対象状態を演算することができる。ここで、第１実施形態の予測演算では、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であることが多い低機関負荷時に、高次元モデル予測演算によって将来制御対象状態が予測される。したがって、第１実施形態によれば、低機関負荷時に高精度な将来制御対象状態が得られる。

また、装置演算負荷が許容演算負荷値以下である場合とは、電子制御装置の演算能力に余裕がある場合である。ここで、高次元モデル予測演算の負荷は、低次元モデル予測演算の負荷よりも高い。このため、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であるときに高次元モデル予測演算が行われることは、電子制御装置の演算能力の余裕分を利用することになる。したがって、第１実施形態によれば、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であるときに電子制御装置の演算能力が有効に利用されていると言える。

また、第１実施形態の予測演算では、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きく、高次元モデル予測演算が行われると適切な将来制御対象状態が得られず、逆に、低次元モデル予測演算が行われれば適切な将来制御対象状態が得られる場合に、低次元モデル予測演算が行われる。したがって、第１実施形態によれば、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいときにも適切な将来制御対象状態が得られる。

また、上述したように、高機関負荷時は、予測演算において将来制御対象状態が迅速に演算されることが望まれる。ここで、高機関負荷時は、電子制御装置による予測演算以外の演算の負荷や電子制御装置による制御対象の制御の負荷が比較的高く、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいことが多い。一方、低次元モデル予測演算の負荷は比較的低いので、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいときであっても低次元モデル予測演算によれば将来制御対象状態を迅速に演算することができる。すなわち、高機関負荷時は、高次元モデル予測演算によると将来制御対象状態を迅速に演算することはできないが、低次元モデル予測演算によれば将来制御対象状態を迅速に演算することができる。ここで、第１実施形態の予測演算では、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいことが多い高機関負荷時に、低次元モデル予測演算によって将来制御対象状態が予測される。したがって、第１実施形態によれば、高機関負荷時に将来制御対象状態が迅速に得られる。

また、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きい場合とは、電子制御装置の演算能力に余裕がない場合である。ここで、低次元モデル予測演算の負荷は、高次元モデル予測演算の負荷よりも低い。したがって、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいときに低次元モデル予測演算が行われることは、電子制御装置の演算能力の余裕分を増大させ、この余裕分を電子制御装置による予測演算以外の演算等に利用することができる。したがって、第１実施形態によれば、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいときにも電子制御装置の演算能力が有効に利用されていると言える。

また、高次元モデル予測演算によって将来制御対象状態を演算した場合、高精度な将来制御対象状態が得られる。しかしながら、高次元モデル予測演算の負荷は比較的高いことから、装置演算負荷が増大し、高次元モデル予測演算によって得られる将来制御対象状態の精度が低くなる可能性がある。また、装置演算負荷が増大すると、電子制御装置による予測演算以外の演算等の精度が低くなる可能性がある。しかしながら、第１実施形態の予測演算では、高次元モデル予測演算が行われるとき、比較的長さの短い高次元モデル予測長が用いられることから、装置演算負荷が軽減される。したがって、第１実施形態によれば、高次元モデル予測演算が行われるときに、高次元モデル予測演算によって得られる将来制御対象状態の精度が高く維持されると共に、電子制御装置による予測演算以外の演算等の精度も高く維持される。

一方、低次元モデル予測演算によって将来制御対象状態を演算した場合、得られる将来制御対象状態の精度は比較的低い。一方、予測演算において用いられる予測長が長いほど、得られる将来制御対象状態の精度が高くなる。ここで、第１実施形態の予測演算では、低次元モデル予測演算が行われるとき、比較的長さの長い低次元モデル予測長が用いられることから、低次元モデル予測演算によって得られる将来制御対象状態の精度が高くなる。

なお、第１実施形態の電子制御装置には、電子制御装置の演算負荷を検出する演算負荷モニタが備えられており、この演算負荷モニタによって検出される検出値が装置演算負荷として利用される。

ところで、第１実施形態の予測演算において、高次元モデル予測演算を行うか低次元モデル予測演算を行うかを判別するために、装置演算負荷の代わりに、機関負荷を利用するようにしてもよい。すなわち、この実施形態（以下「第２実施形態」という）では、高次元モデル予測演算を行った場合に適切な将来制御対象状態を得ることができる機関負荷の最大値が許容機関負荷値として予め設定される。

そして、第２実施形態の予測演算では、機関負荷が上記許容機関負荷値以下であるときには、高次元モデル予測演算によって高次元モデル予測長だけ先の将来制御対象状態が演算される。一方、機関負荷が許容機関負荷値よりも大きいときには、低次元モデル予測演算によって低次元モデル予測長だけ先の将来制御対象状態が演算される。

この第２実施形態の予測演算によれば、以下の効果が得られる。すなわち、上述したように、低機関負荷時は、装置演算負荷が比較的低い。このため、低機関負荷時は、高次元モデル予測演算が行われたとしても適切な将来制御対象状態が得られる。ここで、第２実施形態の予測演算では、低機関負荷時に高次元モデル予測演算が行われる。したがって、第２実施形態によれば、低機関負荷時に適切な将来制御対象状態が得られる。

また、上述したように、低機関負荷時は、予測演算において将来制御対象状態が高精度に演算されることが望まれる。ここで、装置演算負荷が比較的低ければ、高次元モデル予測演算によって将来制御対象状態を高精度に演算することができる。そして、低機関負荷時は、装置演算負荷が比較的低い。ここで、第１実施形態の予測演算では、低機関負荷時に高次元モデル予測演算が行われる。したがって、第２実施形態によれば、低機関負荷時に高精度な将来制御対象状態が得られる。

また、装置演算負荷が比較的低い場合とは、電子制御装置の演算能力に余裕がある場合である。ここで、高次元モデル予測演算の負荷は、低次元モデル予測演算の負荷よりも高い。このため、装置演算負荷が比較的低いとき（すなわち、低機関負荷時）に高次元モデル予測演算が行われることは、電子制御装置の演算能力の余裕分を利用することになる。したがって、第２実施形態によれば、低機関負荷時に電子制御装置の演算能力が有効に活用されていると言える。

また、上述したように、高機関負荷時は、装置演算負荷が比較的高い。ここで、第２実施形態の予測演算では、高機関負荷時であって、装置演算負荷が比較的高く、高次元モデル予測演算が行われると適切な将来制御対象状態が得られず、逆に、低次元モデル予測演算が行われれば適切な将来制御対象状態が得られる場合に、低次元モデル予測演算が行われる。したがって、第２実施形態によれば、高機関負荷時にも適切な将来制御対象状態が得られる。

また、上述したように、高機関負荷時は、予測演算において将来制御対象状態が迅速に演算されることが望まれる。ここで、上述したように、高機関負荷時は、装置演算負荷が比較的高い。一方、低次元モデル予測演算の負荷は比較的低いので、装置演算負荷が比較的高いときであっても低次元モデル予測演算によれば将来制御対象状態を迅速に演算することができる。すなわち、高機関負荷時は、高次元モデル予測演算によると将来制御対象状態を迅速に演算することはできないが、低次元モデル予測演算によれば将来制御対象状態を迅速に演算することができる。ここで、第２実施形態の予測演算では、高機関負荷時であり、装置演算負荷が比較的高いときに、低次元モデル予測演算によって将来制御対象状態が予測される。したがって、第２実施形態によれば、高機関負荷時に将来制御対象状態が迅速に得られる。

また、装置演算負荷が比較的高い場合とは、電子制御装置の演算能力に余裕がない場合である。ここで、低次元モデル予測演算の負荷は、高次元モデル予測演算の負荷よりも低い。したがって、高機関負荷時であり、装置演算負荷が比較的高いときに低次元モデル予測演算が行われることは、電子制御装置の演算能力の余裕分を増大させ、この余裕分を電子制御装置による予測演算以外の演算等に利用することができる。したがって、第２実施形態によれば、高機関負荷時にも電子制御装置の演算能力が有効に利用されていると言える。

また、第２実施形態の予測演算では、高次元モデル予測演算が行われるとき、比較的長さの短い高次元モデル予測長が用いられる。したがって、第１実施形態に関連して説明した理由と同様の理由から、高次元モデル予測演算が行われるときに、高次元モデル予測演算によって得られる将来制御対象状態の精度が高く維持されると共に、電子制御装置による予測演算以外の演算等の精度も高く維持される。

また、第２実施形態の予測演算では、低次元モデル予測演算が行われるとき、比較的長さの長い低次元モデル予測長が用いられる。したがって、第１実施形態に関連して説明した理由と同様の理由から、低次元モデル予測演算が行われたときに、低次元モデル予測演算によって得られる将来制御対象状態の精度が高くなる。

なお、第２実施形態の許容機関負荷は、高次元モデル予測演算を行った場合に適切な将来制御対象状態を得ることができる機関負荷の最大値であり、第１実施形態の許容演算負荷値は、高次元モデル予測演算を行った場合に適切な将来制御対象状態を得ることができる装置演算負荷の最大値であり、機関負荷が高くなると装置演算負荷も高くなる。このことから、第２実施形態において、機関負荷が許容機関負荷値以下であるときとは、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であると推定されるときであり、機関負荷が許容機関負荷値よりも大きいときとは、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいと推定されるときであるとも言える。

しかしながら、第２実施形態のように、装置演算負荷を利用するのではなく、機関負荷を利用する場合には、演算負荷モニタを電子制御装置に設ける必要がないという利点がある。

ところで、第１実施形態の予測演算では、装置演算負荷が許容演算負荷値以下であるときには高次元モデル予測演算によって将来制御対象状態が演算され、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きいときには低次元モデル予測演算によって将来制御対象状態が演算される。

したがって、第１実施形態の予測演算中に装置演算負荷が許容演算負荷値以下の値から許容演算負荷値よりも大きい値に変化したときには、当該予測演算において将来制御対象状態を演算するために用いられるモデルが高次元モデルから低次元モデルに切り替えられる（以下この時を「モデル切替時」ともいう）。そして、このとき、予測演算において用いられる予測長が高次元モデル予測長から低次元モデル予測長に切り替えられる。

一方、第１実施形態の予測演算中に装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きい値から許容演算負荷値以下の値に変化したときには、当該予測演算において将来制御対象状態を演算するために用いられるモデルが低次元モデルから高次元モデルに切り替えられる（以下この時も「モデル切替時」ともいう）。そして、このとき、予測演算において用いられる予測長が低次元モデル予測長から高次元モデル予測長に切り替えられる。

ここで、第１実施形態において、モデル切替時に予測演算に用いられる予測長を以下のように制御するようにしてもよい。

すなわち、この実施形態（以下「第３実施形態」という）の予測演算では、装置演算負荷が許容演算負荷値以下の値から許容演算負荷値よりも大きい値に変化し、当該予測演算において用いられるモデルが高次元モデルから低次元モデルに切り替えられるときには、予測長の値が高次元モデル予測長の値から低次元モデル予測長の値に向かって徐々に短くされ、モデルが高次元モデルから低次元モデルに切り替えられてから所定時間が経過した時点で予測長の値が低次元モデル予測長の値に到達するように予測長の値が制御される。一方、装置演算負荷が許容演算負荷値よりも大きい値から許容演算負荷値以下の値に変化し、当該予測演算において用いられるモデルが低次元モデルから高次元モデルに切り替えられるときには、予測長の値が低次元モデル予測長の値から高次元モデル予測長の値に向かって徐々に長くされ、モデルが低次元モデルから高次元モデルに切り替えられてから所定時間が経過した時点で予測長の値が高次元モデル予測長の値に到達するように予測長の値が制御される。

これによれば、以下の効果が得られる。すなわち、第１実施形態の予測演算では、当該予測演算に用いられるモデルが高次元モデルから低次元モデルに切り替えられたとき、予測演算に用いられる予測長が比較的短い高次元モデル予測長から比較的長い低次元モデル予測長に切り替えられ、一方、予測演算に用いられるモデルが低次元モデルから高次元モデルに切り替えられたとき、予測演算に用いられる予測長が比較的長い低次元モデル予測長から比較的短い高次元モデル予測長に切り替えられる。このように、第１実施形態の予測演算では、モデル切替時、当該予測演算に用いられる予測長がステップ的に変化する。このため、モデル切替時から一定の期間が経過する間、予測演算によって得られる将来制御対象状態の連続性が失われる可能性がある。そして、こうした連続性が失われた将来制御対象状態に基づいて制御対象の制御量の目標値が設定され、この設定された目標値に従って制御対象の制御量が制御されると、制御対象の状態量がステップ的に変化してしまうことになる。

しかしながら、第３実施形態の予測演算では、モデル切替時、当該予測演算に用いられる予測長は徐々に変化せしめられる。このため、モデル切替時以降、予測演算によって得られる将来制御対象状態には、連続性がある。したがって、第３実施形態の予測演算によれば、モデル切替時に制御対象の状態量がステップ的に変化してしまうことが抑制される。

また、第２実施形態において、予測演算に用いられるモデルが高次元モデルから低次元モデルに切り替えられるとき及び低次元モデルから高次元モデルに切り替えられるときに、第３実施形態と同様に、予測演算に用いられる予測長を以下のように制御するようにしてもよい。

すなわち、この実施形態（以下「第４実施形態」という）の予測演算では、機関負荷が許容機関負荷値以下の値から許容演算負荷値よりも大きい値に変化し、当該予測演算において用いられるモデルが高次元モデルから低次元モデルに切り替えられるときには、予測長の値が高次元モデル予測長の値から低次元モデル予測長の値に向かって徐々に短くされ、モデルが高次元モデルから低次元モデルに切り替えられてから所定時間が経過した時点で予測長の値が低次元モデル予測長の値に到達するように予測長の値が制御される。一方、機関負荷が許容機関負荷値よりも大きい値から許容機関負荷値以下の値に変化し、当該予測演算において用いられるモデルが低次元モデルから高次元モデルに切り替えられるときには、予測長の値が低次元モデル予測長の値から高次元モデル予測長の値に向かって徐々に長くされ、モデルが低次元モデルから高次元モデルに切り替えられてから所定時間が経過した時点で予測長の値が高次元モデル予測長の値に到達するように予測長の値が制御される。

この第４実施形態の予測演算によれば、第３実施形態に関連して説明した理由と同様の理由から、モデル切替時に制御対象の状態量がステップ的に変化してしまうことが抑制される。

なお、上述した実施形態では、予測演算に用いられるモデルを切り替えるか否か（或いは、予測演算に用いられる予測長を切り替えるか否か、或いは、予測演算に用いられる予測長を制御するか否か）を判別するために、現在の装置演算負荷または現在の機関負荷を用いている。しかしながら、これに代えて、例えば、将来の装置演算負荷や将来の機関負荷を用いてもよい。

次に、上述した実施形態の制御装置において、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップから決定された目標過給圧および目標ＥＧＲ率に基づいて上記制約条件の全てを満たす目標過給圧および目標ＥＧＲ率を求める手法の具体例の１つを紹介する。

内燃機関の複数の構成要素を制御対象とし、内燃機関の現時刻における内部状態を内部状態ベクトル「ｘ」で表し、各制御対象の制御量をそれぞれの目標値に制御するために各制御対象に入力される操作量を操作量ベクトル「ｕ」で表したとき、各制御対象にそれぞれ対応する操作量が入力されたときの内燃機関の内部状態、すなわち、内燃機関の次時刻における内部状態を表す状態ベクトル「ｘ^＋」は、定数行列（または、係数行列）ＡｉおよびＢｉを用いて、次式１の状態方程式によって表現可能である。

なお、上式１において、「ｘ」は、分割された状態空間「Ｘｉ」に含まれているものとしている。

また、各制御対象の制御量をそれぞれ対応する目標値に制御するために各制御対象にそれぞれ対応する操作量が入力されたときに各制御対象から出力される制御量を表す制御量ベクトル「ｙ」は、定数行列（または、係数行列）ＣｉおよびＤｉを用いて、次式２の出力方程式によって表現可能である。

ここで、上記内部状態ベクトルｘに関する制約、上記操作量ベクトルｕに関する制約、および、上記制御量ベクトルｙに関する制約を表すベクトル（以下このベクトルを「被拘束信号ベクトル」という）「ｃ」を次式３で表すものと定義する。

そして、上式３のように被拘束信号ベクトルｃを定義したとき、被拘束信号ベクトルｃは、上式１および上式２から次式４によって表現される。

ここで、定数行列（または、係数行列）Ｃｃを次式５のように定義し、定数行列（または、係数行列）Ｄｃを次式６のように定義する。

そして、上式５および上式６のように定数行列ＣｃおよびＤｃを定義したとき、上式４は、次式７によって表現される。

このように、制御対象に関する状態空間モデルは、上式１、上式２、および、上式７で表現されることになる。

ここで、内部状態ベクトルｘで表される各制御対象の内部状態に関する制約を有界閉集合「Ｘ」で表し、操作量ベクトルｕで表される各制御対象に入力される操作量に関する制約を有界閉集合「Ｕ」で表し、制御量ベクトルｙで表される各制御対象から出力される制御量に関する制約を有界閉集合「Ｙ」で表し、有界閉集合「Ｃ」を次式８で表すものと定義する。なお、内部状態ベクトルｘがｍ次元のベクトルであり、操作量ベクトルｕがｎ次元のベクトルであり、制御量ベクトルｙがｐ次元のベクトルであり、ｑ＝ｍ＋ｎ＋ｐであるとしたとき、有界閉集合Ｃは、ベクトル空間Ｒ^ｑに属している。

そして、被拘束信号ベクトルｃが上記有界閉集合Ｃに属するならば、内部状態ベクトルｘが上記有界閉集合Ｘに属し、操作量ベクトルｕが上記有界閉集合Ｕに属し、制御量ベクトルｙが上記有界閉集合Ｙに属することになる。したがって、被拘束信号ベクトルｃが上記有界閉集合Ｃに属するように操作量ベクトルｕ（すなわち、各操作量）が修正され、この修正された操作量ベクトルｕに従った操作量が各制御対象に入力されたとき、各制御対象の内部状態に関する制約、各制御対象に入力される操作量に関する制約、および、各制御対象から出力される制御量に関する制約の全てが満たされた形で、各制御対象の制御量が制御されることになる。

以上のことを前提とし、ベーン３５ｄ、ベーンアクチュエータ３５ｅ、ＥＧＲ制御弁５２、および、ＥＧＲ制御弁アクチュエータを含む内燃機関の複数の構成要素の内部状態観測による内部状態フィードバックと、目標過給圧に対する実際の過給圧の偏差（すなわち、過給圧偏差）と目標ＥＧＲ率に対する実際のＥＧＲ率の偏差（すなわち、ＥＧＲ率偏差）とに基づく追従誤差積分制御とを行うとしたとき、以下のように、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップからそれぞれ決定される目標過給圧および目標ＥＧＲ率が修正され、ベーン３５ｄおよびＥＧＲ制御弁５２にそれぞれ入力される操作量を決定するために用いるべき目標過給圧および目標ＥＧＲ率が求められる。

すなわち、内部状態フィードバックに関するフィードバックゲインを「Ｋ_ｘｉ」で表し、追従誤差積分制御に関するフィードバックゲインを「Ｋ_ｖｉ」で表し、内燃機関の複数の構成要素の内部状態を表す内部状態ベクトルを「ｘ」で表し、追従誤差積分制御における追従誤差積算値を表す追従誤差積算値ベクトルを「ｖ」で表し、ベーンアクチュエータ３５ｅからベーン３５に入力される操作量およびＥＧＲ制御弁アクチュエータからＥＧＲ制御弁５２に入力される操作量を表す操作量ベクトルを「ｕ」で表したとき、操作量ベクトルｕは、次式９によって表現される。

また、目標過給圧および目標ＥＧＲ率を表す目標値ベクトルを「ｒ」で表し、制御対象の制御量である過給圧およびＥＧＲ率を表す制御量ベクトルを「ｙ」で表し、目標過給圧に対する実際の過給圧の偏差（すなわち、追従誤差）および目標ＥＧＲ率に対する実際のＥＧＲ率の偏差（すなわち、追従誤差）を表す追従誤差ベクトルを「ｅ」で表したとき、追従誤差ベクトルｅは、次式１０によって表現される。

さらに、現時刻における追従誤差積算値ベクトルを「ｖ」で表し、次時刻における追従誤差積算値ベクトルを「ｖ^＋」で表したとき、次時刻における追従誤差積算値ベクトルｖ^＋は、次式１１によって表現される。

そして、上式１０および上式１１を上式１、上式２、および、上式７に代入して変形すると、次式１２〜次式１４の閉ループ系の状態空間モデルが得られる。

ここで、上式１２は、過給圧およびＥＧＲ率に関する現時刻における追従誤差積算値（これらは、追従誤差積算値ベクトルｖで表されている）と、内燃機関の構成要素の現時刻における内部状態（これらは、内部状態ベクトルｘで表されている）と、現時刻における目標過給圧および目標ＥＧＲ率（これらは、目標値ベクトルｒで表されている）とに基づいて、次時刻における追従誤差積算値（これらは、追従誤差積算値ベクトルｖ^＋で表されている）および内燃機関の構成要素の次時刻における内部状態（これらは、内部状態ベクトルｘ^＋で表されている）を求める式である。

また、上式１３は、過給圧およびＥＧＲ率に関する追従誤差積算値と、内燃機関の構成要素の内部状態とに基づいて、制御対象の制御量である過給圧およびＥＧＲ率（これらは、制御量ベクトルｙで表されている）を求める式である。

さらに、上式１４は、過給圧およびＥＧＲ率に関する追従誤差積算値と、内燃機関の構成要素の内部状態とに基づいて、上述した被拘束信号ベクトルｃを求める式である。

そして、上式１２〜上式１４に示されている状態空間モデルが上述した第１実施形態〜第４実施形態の予測演算に用いられるモデルに相当する。したがって、本例では、上式１２〜上式１４に示されている状態空間モデルに従って、高次元の状態空間モデル（すなわち、制御対象の状態量の数が比較的多い状態空間モデル）と、低次元の状態空間モデル（すなわち、制御対象の状態量の数が比較的少ない状態空間モデル）とが用意されることになる。

一方、「ξ」、「Φ」、「Ｇ」、「Ｈ」、および、「Ｈｃ」をそれぞれ次式１５〜次式１９のように定義する。

そして、上記「ξ」、「Φ」、「Ｇ」、「Ｈ」、および、「Ｈｃ」を用いれば、上式１２〜上式１４は、次式２０〜次式２２のように表現可能される。

そして、演算周期を「ステップ」と称し、目標過給圧および目標ＥＧＲ率が目標値ベクトルｒとして与えられたとき、ｈステップ先の制約条件が満たされる目標過給圧および目標ＥＧＲ率を求める場合、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップからそれぞれ決定される目標過給圧および目標ＥＧＲ率、すなわち、初期の目標値を表す初期目標値ベクトルを「ｒ_０」で表したとき、初期目標値ベクトルｒ_０に対する今回求めるべき目標過給圧および目標ＥＧＲ率を表す目標値ベクトルｒの偏差の絶対値の最小値を求めるという下の（２３）に示されている最適化問題を解くことによって得られる目標値ベクトルｒで表される目標過給圧および目標ＥＧＲ率が全ての制約を満たした状態で過給圧およびＥＧＲ率を制御することができる目標過給圧および目標ＥＧＲ率である。

すなわち、逐次、上の（２３）に示されている最適化問題を解いて得られる目標過給圧および目標ＥＧＲ率を過給圧およびＥＧＲ率の制御に用いれば、全ての制約を満たした状態で、過給圧およびＥＧＲ率が制御されることになる。

ここで、上の（２３）に示されている最適化問題において、「ｃ_{ｋ＋ｊ｜ｋ}」は、時刻ｋにおける必要情報が既知である場合の時刻ｋ＋ｊにおける「ｃ」の推定値を表しており、「ξ_{ｋ＋ｊ｜ｋ}」は、時刻ｋにおける必要情報が既知である場合の時刻ｋ＋ｊにおける「ξ」の推定値を表している。

なお、上記「ｈ」が上述した実施形態における「予測長」に相当する。したがって、本例では、上記「ｈ」として、高次元モデル予測演算に用いられる比較的小さい「ｈ」と、低次元モデル予測演算に用いられる比較的大きい「ｈ」とが用意されることになる。

なお、上で紹介した例では、状態空間モデルを用いて、全ての制約条件が満たされるように図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップからそれぞれ決定された目標過給圧および目標ＥＧＲ率が修正され、これら修正された目標過給圧および目標ＥＧＲ率が実際の過給圧およびＥＧＲ率の制御に用いられる。したがって、上で紹介した例では、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のマップからそれぞれ決定された目標過給圧および目標ＥＧＲ率に基づいて実際の過給圧およびＥＧＲ率が制御されたときの過給圧、ＥＧＲ率、ベーンの動作状態、ＥＧＲ制御弁の動作状態、ベーン操作量、ＥＧＲ制御弁操作量、ベーンアクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態が、状態空間モデルによって予測され、この予測結果に基づいて全ての制約条件が満たされるか否かが判別され、全ての制約条件が満たされると判断されるまで目標過給圧および目標ＥＧＲ率が修正され、全ての制約条件が満たされると判断されたときの目標過給圧および目標ＥＧＲ率が実際の過給圧およびＥＧＲ率の制御に用いられるものと言える。

これによれば、目標過給圧が変更され或いは目標ＥＧＲ率が変更されたときに、過給圧またはＥＧＲ率がそれぞれ目標過給圧または目標ＥＧＲ率に制御されるまでの過程（すなわち、過渡状態）において、最適な目標過給圧または目標ＥＧＲ率が逐次算出され、この算出された目標過給圧または目標ＥＧＲ率に基づいて過給圧またはＥＧＲ率が制御されることになる。このため、過渡状態における過給圧またはＥＧＲ率の応答性が良好なものとなる。

特に、これによれば、ベーン３５ｄおよびＥＧＲ制御弁５２に入力される操作量にも制約が加えられていることから、アンチワインドアップ効果が得られる。このため、過給圧およびＥＧＲ率をそれぞれ目標過給圧および目標ＥＧＲ率に制御する過程（すなわち、過渡状態）において、過給圧およびＥＧＲ率の制御応答性がより良好であると言える。

また、上述した実施形態および上で紹介した例では、過給機のベーンおよびＥＧＲ装置のＥＧＲ制御弁といった制御対象に関する制約、ならびに、ベーンアクチュエータおよびＥＧＲ制御弁アクチュエータといった制御対象の動作を制御するアクチュエータに関する制約が満たされた状態でもって、過給圧およびＥＧＲ率が制御される。このため、過給圧およびＥＧＲ率の制御の安定性およびロバスト性が高いと言える。

また、上述した考え方に基づいて記述される状態空間モデルには、制御対象への入力および制御対象から出力における非線形特性、これら入力および出力に関する制約、ならびに、制御対象の内部状態に関する制約が陽に記述可能である。このため、当該状態空間モデルが用いられた過給圧およびＥＧＲ率の制御では、制御の安定性およびロバスト性が高いと言える。

なお、上式２４の最適化問題を解く場合、最適解を求めるようにしてもよいが、１回の演算にかけられる時間が比較的短い場合、或いは、解を迅速に求める必要がある場合には、近似解を求めるようにしてもよい。

また、上で紹介した例では、ベーン、ベーンアクチュエータ、ＥＧＲ制御弁、および、ＥＧＲ制御弁アクチュエータを含む内燃機関の構成要素の内部状態観測による内部状態フィードバックが行われているが、内燃機関の構成要素の内部状態観測が行えない或いは精度良く行えない場合には、内部状態フィードバックに代えて過給圧およびＥＧＲ率といった制御対象からの出力値に基づく出力フィードバックが用いられてもよい。

なお、以上、圧縮自着火式の内燃機関に本発明の制御装置を適用した場合を例に本発明の実施形態を説明したが、本発明は、火花点火式の内燃機関にも適用可能である。

次に、上述した例において第１実施形態に従って目標過給圧および目標ＥＧＲ率の修正と目標過給圧および目標ＥＧＲ率の設定とを行うルーチンの一例を紹介する。この例は、図４に示されている。図４のルーチンは、所定時間間隔毎に実行される。

図４のルーチンが開始されると、始めに、ステップ１００において、図３（Ａ）のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて目標過給圧ＴＰｃｏｍが決定される。次いで、ステップ１０１において、図３（Ｂ）のマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づいて目標ＥＧＲ率ＴＲｅｇｒが決定される。

次いで、ステップ１０２において、ステップ１００で決定された目標過給圧と目標ＥＧＲ率とに基づいて予測演算が実行される。すなわち、ステップ１００で決定された目標過給圧と目標ＥＧＲ率とに基づいて過給圧およびＥＧＲ率の制御が行われたときの予測長（図５〜図８のルーチンによって設定される予測長であって、例えば、高次元モデル予測長または低次元モデル予測長）だけ将来制御対象状態（すなわち、過給圧、ベーン３５ｄの動作状態、ベーンアクチュエータ３５ｅの動作状態、ベーン操作量、ＥＧＲ率、ＥＧＲ制御弁５２の動作状態、ＥＧＲ制御弁アクチュエータの動作状態、および、ＥＧＲ制御弁操作量）が予測される。

次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２で予測された将来制御対象状態が上述した制約条件の全てを満たしているか否かが判別される。ここで、将来制御対象状態が上述した制約条件の全てを満たしていると判別されたときには、ルーチンはステップ１０４に進み、ステップ１００において決定された目標過給圧が実際の過給圧の制御に用いられる目標過給圧に設定されると共に、ステップ１０１において決定された目標ＥＧＲ率が実際のＥＧＲ率の制御に用いられる目標ＥＧＲ率に設定され、ルーチンが終了する。

一方、ステップ１０３において、ステップ１０２で予測された将来制御対象状態が上述した制約条件の少なくとも１つを満たしていないと判別されたときには、ルーチンはステップ１０５に進み、上述した様式に従ってステップ１００において決定された目標過給圧およびステップ１０１において決定された目標ＥＧＲ率が修正され、ルーチンは再びステップ１０２に進む。そして、この場合、ステップ１０２では、ステップ１０４において修正された目標過給圧および目標ＥＧＲ率に基づいて予測演算が実行される。次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２で予測された将来制御対象状態が上述した制約条件の全てを満たしているか否かが判別される。ここで、将来制御対象状態が上述した制約条件の全てを満たしていると判別されたときには、ルーチンはステップ１０３に進み、ステップ１０４において修正された目標過給圧が実際の過給圧の制御に用いられる目標過給圧に設定されると共に、ステップ１０４において修正された目標ＥＧＲ率が実際の過給圧の制御に用いられる目標ＥＧＲ率に設定される。

一方、ステップ１０３において、ステップ１０２で予測された将来制御対象状態が上述した制約条件の少なくとも１つを満たしていないと判別されたときには、ルーチンは再びステップ１０４に進み、前回ステップ１０４において修正された目標過給圧および目標ＥＧＲ率が上述した様式に従ってさらに修正され、ルーチンは再びステップ１０２に進む。すなわち、ステップ１０３において将来制御対象状態が上述した制約条件の全てを満たしていると判断されるまで、ステップ１０４、ステップ１０２、および、ステップ１０３が繰返し実行される。

次に、第１実施形態に従って予測演算に用いられるモデルおよび予測長を設定するルーチンの一例を紹介する。このルーチンは、図５に示されている。図５のルーチンは、図４のステップ１０２が開始されたときに開始されるルーチンである。

図５のルーチンが開始されると、ステップ２００において、装置演算負荷ＣＬが取得される。次いで、ステップ２０１において、ステップ２００で取得された装置演算負荷ＣＬが許容演算負荷値ＣＬｔｈよりも大きい（ＣＬ＞ＣＬｔｈ）か否かが判別される。ここで、ＣＬ＞ＣＬｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ２０２に進む。一方、ＣＬ≦ＣＬｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ２０５に進む。

ステップ２０１においてＣＬ＞ＣＬｔｈであると判別され、ルーチンがステップ２０２に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられるモデルとして低次元モデルが設定される。次いで、ステップ２０３において、図４のステップ１０２の予測演算に用いられる予測長として低次元モデル予測長が設定され、ルーチンがステップ２０４に進む。

ステップ２０１においてＣＬ≦ＣＬｔｈであると判別され、ルーチンがステップ２０５に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられるモデルとして高次元モデルが設定される。次いで、ステップ２０５において、図４のステップ１０２の予測演算に用いられる予測長として高次元モデル予測長が設定され、ルーチンがステップ２０４に進む。

ステップ２０４では、図４のステップ１０２の予測演算が実行中であるか否かが判別される。ここで、予測演算が実行中であると判別されたときには、ルーチンはステップ２００に戻る。一方、予測演算が実行中ではないと判別されたときには、ルーチンは終了する。すなわち、ステップ２０４において予測演算が実行中ではないと判別されるまで、ステップ２００〜ステップ２０６が繰り返し実行される。

次に、第２実施形態に従って予測演算に用いられるモデルおよび予測長を設定するルーチンの一例を紹介する。このルーチンは、図６に示されている。図６のルーチンは、図４のステップ１０２が開始されたときに開始されるルーチンである。

図６のルーチンが開始されると、ステップ３００において、機関負荷ＥＬが取得される。次いで、ステップ３０１において、ステップ３００で取得された機関負荷ＥＬが許容機関負荷値ＥＬｔｈよりも大きい（ＥＬ＞ＥＬｔｈ）か否かが判別される。ここで、ＥＬ＞ＥＬｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ３０２に進む。一方、ＥＬ≦ＥＬｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ３０５に進む。

ステップ３０１においてＥＬ＞ＥＬｔｈであると判別され、ルーチンがステップ３０２に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられるモデルとして低次元モデルが設定される。次いで、ステップ３０３において、図４のステップ１０２の予測演算に用いられる予測長として低次元モデル予測長が設定され、ルーチンがステップ３０４に進む。

ステップ３０１においてＥＬ≦ＥＬｔｈであると判別され、ルーチンがステップ３０５に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられるモデルとして高次元モデルが設定される。次いで、ステップ３０５において、図４のステップ１０２の予測演算に用いられる予測長として高次元モデル予測長が設定され、ルーチンがステップ３０４に進む。

ステップ３０４では、図４のステップ１０２の予測演算が実行中であるか否かが判別される。ここで、予測演算が実行中であると判別されたときには、ルーチンはステップ３００に戻る。一方、予測演算が実行中ではないと判別されたときには、ルーチンは終了する。すなわち、ステップ３０４において予測演算が実行中ではないと判別されるまで、ステップ３００〜ステップ３０６が繰り返し実行される。

次に、第３実施形態に従って予測演算に用いられるモデルを設定し且つ予測長を補正するルーチンの一例を紹介する。このルーチンは、図７に示されている。図７のルーチンは、図４のステップ１０２が開始されたときに開始されるルーチンである。

図７のルーチンが開始されると、ステップ４００において、装置演算負荷ＣＬが取得される。次いで、ステップ４０１において、ステップ４００で取得された装置演算負荷ＣＬが許容演算負荷値ＣＬｔｈよりも大きい（ＣＬ＞ＣＬｔｈ）か否かが判別される。ここで、ＣＬ＞ＣＬｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ４０２に進む。一方、ＣＬ≦ＣＬｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ４０６に進む。

ステップ４０１においてＣＬ＞ＣＬｔｈであると判別され、ルーチンがステップ４０２に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられるモデルとして低次元モデルが設定される。次いで、ステップ４０３において、図４のステップ１０２の予測演算に用いられている現在の予測長ＬＥ（ｋ）が低次元モデル予測長ＬＥＬ以上である（ＬＥ（ｋ）≧ＬＥＬ）か否かが判別される。ここで、ＬＥ（ｋ）＜ＬＥＬであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ４０４に進む。一方、ＬＥ（ｋ）≧ＬＥＬであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ４０５に進む。

ステップ４０３においてＬＥ（ｋ）＜ＬＥＬであると判別され、ルーチンがステップ４０４に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられている現在の予測長ＬＥ（ｋ）が所定長Ｋ１だけ長くされ（ＬＥ（ｋ）＋Ｋ１）、この長くされた予測長が図４のステップ１０２の予測演算に今後用いられるべき予測長ＬＥ（ｋ＋１）に設定され、ルーチンがステップ４０５に進む。すなわち、ステップ４０４は、ステップ４０１でＣＬ＞ＣＬｔｈであると判別されている間、予測演算に現在用いられている予測長が低次元モデル予測長に達するまで繰り返される。

ステップ４０１においてＣＬ≦ＣＬｔｈであると判別され、ルーチンがステップ４０６に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられるモデルとして高次元モデルが設定される。次いで、ステップ４０７において、図４のステップ１０２の予測演算に用いられている現在の予測長ＬＥ（ｋ）が高次元モデル予測長ＬＥＨ以下である（ＬＥ（ｋ）≦ＬＥＨ）か否かが判別される。ここで、ＬＥ（ｋ）＞ＬＥＨであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ４０８に進む。一方、ＬＥ（ｋ）≦ＬＥＨであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ４０５に進む。

ステップ４０７においてＬＥ（ｋ）＞ＬＥＨであると判別され、ルーチンがステップ４０８に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられている現在の予測長ＬＥ（ｋ）が所定長Ｋ１だけ短くされ（ＬＥ（ｋ）−Ｋ１）、この短くされた予測長が図４のステップ１０２の予測演算に今後用いられるべき予測長ＬＥ（ｋ＋１）に設定され、ルーチンがステップ４０５に進む。すなわち、ステップ４０８は、ステップ４０１でＣＬ≦ＣＬｔｈであると判別されている間、予測演算に現在用いられている予測長が高次元モデル予測長に達するまで繰り返される。

ステップ４０５では、図４のステップ１０２の予測演算が実行中であるか否かが判別される。ここで、予測演算が実行中であると判別されたときには、ルーチンはステップ４００に戻る。一方、予測演算が実行中ではないと判別されたときには、ルーチンは終了する。すなわち、ステップ４０５において予測演算が実行中ではないと判別されるまで、ステップ４００〜ステップ４０８が繰り返し実行される。

なお、ステップ４０４およびステップ４０８で用いられる所定長Ｋ１は、これらステップが実行されたときに予測長ＬＥが徐々に大きく或いは小さくなって低次元モデル予測長または高次元モデル予測長に達する程度に小さい値である。

次に、第４実施形態に従って予測演算に用いられるモデルを設定し且つ予測長を補正するルーチンの一例を紹介する。このルーチンは、図８に示されている。図８のルーチンは、図４のステップ１０２が開始されたときに開始されるルーチンである。

図８のルーチンが開始されると、ステップ５００において、機関負荷ＥＬが取得される。次いで、ステップ５０１において、ステップ５００で取得された機関負荷ＥＬが許容演算負荷値ＥＬｔｈよりも大きい（ＥＬ＞ＥＬｔｈ）か否かが判別される。ここで、ＥＬ＞ＥＬｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ５０２に進む。一方、ＥＬ≦ＥＬｔｈであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ５０６に進む。

ステップ５０１においてＥＬ＞ＥＬｔｈであると判別され、ルーチンがステップ５０２に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられるモデルとして低次元モデルが設定される。次いで、ステップ５０３において、図４のステップ１０２の予測演算に用いられている現在の予測長ＬＥ（ｋ）が低次元モデル予測長ＬＥＬ以上である（ＬＥ（ｋ）≧ＬＥＬ）か否かが判別される。ここで、ＬＥ（ｋ）＜ＬＥＬであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ５０４に進む。一方、ＬＥ（ｋ）≧ＬＥＬであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ５０５に進む。

ステップ５０３においてＬＥ（ｋ）＜ＬＥＬであると判別され、ルーチンがステップ５０４に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられている現在の予測長ＬＥ（ｋ）が所定長Ｋ１だけ長くされ（ＬＥ（ｋ）＋Ｋ１）、この長くされた予測長が図４のステップ１０２の予測演算に今後用いられるべき予測長ＬＥ（ｋ＋１）に設定され、ルーチンがステップ５０５に進む。すなわち、ステップ５０４は、ステップ５０１でＥＬ＞ＥＬｔｈであると判別されている間、予測演算に現在用いられている予測長が低次元モデル予測長に達するまで繰り返される。

ステップ５０１においてＥＬ≦ＥＬｔｈであると判別され、ルーチンがステップ５０６に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられるモデルとして高次元モデルが設定される。次いで、ステップ５０７において、図４のステップ１０２の予測演算に用いられている現在の予測長ＬＥ（ｋ）が高次元モデル予測長ＬＥＨ以下である（ＬＥ（ｋ）≦ＬＥＨ）か否かが判別される。ここで、ＬＥ（ｋ）＞ＬＥＨであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ５０８に進む。一方、ＬＥ（ｋ）≦ＬＥＨであると判別されたときには、ルーチンは、ステップ５０５に進む。

ステップ５０７においてＬＥ（ｋ）＞ＬＥＨであると判別され、ルーチンがステップ５０８に進むと、図４のステップ１０２の予測演算に用いられている現在の予測長ＬＥ（ｋ）が所定長Ｋ１だけ短くされ（ＬＥ（ｋ）−Ｋ１）、この短くされた予測長が図４のステップ１０２の予測演算に今後用いられるべき予測長ＬＥ（ｋ＋１）に設定され、ルーチンがステップ５０５に進む。すなわち、ステップ５０８は、ステップ５０１でＥＬ≦ＥＬｔｈであると判別されている間、予測演算に現在用いられている予測長が高次元モデル予測長に達するまで繰り返される。

ステップ５０５では、図４のステップ１０２の予測演算が実行中であるか否かが判別される。ここで、予測演算が実行中であると判別されたときには、ルーチンはステップ５００に戻る。一方、予測演算が実行中ではないと判別されたときには、ルーチンは終了する。すなわち、ステップ５０５において予測演算が実行中ではないと判別されるまで、ステップ５００〜ステップ５０８が繰り返し実行される。

なお、ステップ５０４およびステップ５０８で用いられる所定長Ｋ１は、これらステップが実行されたときに予測長ＬＥが徐々に大きく或いは小さくなって低次元モデル予測長または高次元モデル予測長に達する程度に小さい値である。

１０…内燃機関、３５…過給機、３５ｄ…ベーン、３５ｅ…ベーンアクチュエータ、５０…ＥＧＲ装置、５２…ＥＧＲ制御弁、６０…電子制御装置、７２…吸気圧センサ

Claims

内燃機関の第１の制御対象の制御量の目標値を第１初期目標値として決定すると共に内燃機関の第２の制御対象の制御量の目標値を第２初期目標値として決定する初期目標値決定手段と、前記第１の制御対象の制御量の制御用の目標値である第１制御目標値に応じて前記第１の制御対象に入力すべき操作量を第１操作量として決定すると共に前記第２の制御対象の制御量の制御用の目標である第２制御目標値に応じて前記第２の制御対象に入力すべき操作量を第２操作量として決定する操作量決定手段と、該操作量決定手段によって決定された第１操作量に従って前記第１の制御対象の動作を制御する第１の動作制御手段と、前記操作量決定手段によって決定された第２操作量に従って前記第２の制御対象の動作を制御する第２の動作制御手段と、を具備し、前記各動作制御手段がそれぞれ対応する前記制御対象の動作を制御することによって前記各制御対象の制御量が制御される内燃機関の制御装置であって、
前記第１初期目標値および前記第２初期目標値を予め定められた規則に従って修正して該修正した初期目標値をそれぞれ第１修正目標値および第２修正目標値として出力する修正目標値出力手段と、前記第１初期目標値および前記第２初期目標値をそれぞれ前記第１制御目標値および前記第２制御目標値として前記操作量決定手段によって決定される第１操作量および第２操作量に従って前記第１の制御対象の制御量および前記第２の制御対象の制御量が制御されたときの各制御対象に関する将来の状態を将来制御対象状態として演算によって予測する予測演算を行う制御対象状態予測手段と、該制御対象状態予測手段によって予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしているか否かを判別する制約条件成立判別手段と、をさらに具備し、
前記制御対象状態予測手段によって予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしていると前記制約条件成立判別手段によって判別されたときには、前記第１初期目標値および前記第２初期目標値がそれぞれ前記第１制御目標値および前記第２制御目標値として前記操作量決定手段に入力され、
前記制御対象状態予測手段によって予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしていないと前記制約条件成立判別手段によって判別されたときには、前記修正目標値出力手段によって前記第１初期目標値および前記第２初期目標値が前記予め定められた規則に従って修正されて該修正された初期目標値がそれぞれ第１修正目標値および第２修正目標値として出力され、これら第１修正目標値および第２修正目標値をそれぞれ前記第１制御目標値および前記第２制御目標値として前記操作量決定手段によって決定される第１操作量および第２操作量に従って前記第１の制御対象の制御量および前記第２の制御対象の制御量が制御されたときの各制御対象に関する将来の状態が前記制御対象状態予測手段によって将来制御対象状態として再び予測され、該再び予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしているか否かが前記制約条件成立判別手段によって判別され、
前記制御対象状態予測手段によって再び予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしていると前記制約条件成立判別手段によって判別されたときには、前記第１修正目標値および前記第２修正目標値がそれぞれ前記第１制御目標値および前記第２制御目標値として前記操作量決定手段に入力され、
前記制御対象状態予測手段によって再び予測された将来制御対象状態が内燃機関に関する制約条件を満たしていないと前記制約条件成立判別手段によって判別されたときには、前記制御対象状態予測手段によって予測される将来制御対象状態が前記制約条件を満たしていると判別されるまで前記修正目標値出力手段による第１修正目標値および第２修正目標値の修正と、該修正によって修正された第１修正目標値および第２修正目標値とに基づいた前記制御対象状態予測手段による予測演算と、該予測演算によって予測された将来制御対象状態に基づいた前記制約条件成立判別手段による判別とが繰り返され、
前記制御対象状態予測手段による予測演算において制御対象の状態を表したモデルを用いて予め定められた時間だけ先の将来制御対象状態が演算される内燃機関の制御装置において、
前記モデルとして高次元モデルと低次元モデルとが用意され、高次元モデルにパラメータとして含まれる制御対象の状態量の数が低次元モデルにパラメータとして含まれている制御対象の状態量の数よりも多く、前記予め定められた時間として高次元モデルを用いて予測演算が行われるときに用いられる高次元モデル用時間と低次元モデルを用いて予測演算が行われるときに用いられる低次元モデル用時間とが用意され、高次元モデル用時間の長さが低次元モデル用時間の長さよりも短く設定されており、
当該制御装置の演算負荷が当該制御装置の演算能力を考慮したときの許容演算負荷値以下であると推定されるときには、前記制御対象状態予測手段による予測演算において前記高次元モデルを用いて前記高次元モデル用時間だけ先の将来制御対象状態が演算され、
当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値よりも大きいと推定されるときには、前記制御対象状態予測手段による予測演算において前記低次元モデルを用いて前記低次元モデル用時間だけ先の将来制御対象状態が演算される内燃機関の制御装置。
前記制御対象状態予測手段による予測演算中に当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値以下の値から前記許容演算負荷値よりも大きい値に変化したと推定されるときには、当該予測演算に用いられる予測長が前記高次元モデル用予測長から前記低次元モデル用予測長まで徐々に増大せしめられ、
前記制御対象状態予測手段による予測演算中に当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値よりも大きい値から前記許容演算負荷値以下の値に変化したと推定されるときには、当該予測演算に用いられる予測長が前記低次元モデル用予測長から前記高次元モデル用予測長まで徐々に減少せしめられる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値になるときの内燃機関の負荷が許容機関負荷値として設定され、内燃機関の負荷が前記許容機関負荷値以下であるときに当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値以下であると推定され、
内燃機関の負荷が前記許容演算負荷値よりも大きいときに当該制御装置の演算負荷が前記許容演算負荷値よりも大きいと推定される請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。