JPWO2011086708A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関１０の各制御対象３５ｄ、５２の初期目標値ＴＰｃｏｍ、ＴＲｅｇｒに基づいて決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされる場合には、初期目標値に基づいて決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御され、制約条件が満たされない場合には、制約条件が満たされるように初期目標値が予め定められた規則に従って繰り返し修正され、該修正された初期目標値に基づいて決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御される。

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１に、半導体ウエハが搭載される加熱盤の温度を制御する温度制御装置が記載されている。この温度制御装置では、加熱盤がヒータによって加熱され、その結果、加熱盤上に搭載された半導体ウエハが加熱される。そして、この温度制御装置は、加熱盤の温度が目標温度となるようにヒータの加熱動作を制御する。

ところで、特許文献１に記載の温度制御装置において、加熱盤が外乱の影響を受けると、加熱盤の温度が目標温度（以下この目標温度を「初期目標温度」という）を越えて高くなったり低くなったりする。すなわち、加熱盤が外乱の影響を受けると、加熱盤の温度が変化することになる。

ここで、加熱盤の温度が初期目標温度を越えて高くなろうとしたときに、一時的に加熱盤の目標温度が初期目標温度よりも低くされれば、ヒータから加熱盤に与えられる熱量が少なくされることから、加熱盤の温度が初期目標温度を越えて高くなることが抑制される。逆に、加熱盤の温度が初期目標温度を越えて低くなろうとしたときに、一時的に加熱盤の目標温度が初期目標温度よりも高くされれば、ヒータから加熱盤に与えられる熱量が多くされることから、加熱盤の温度が初期目標温度を越えて低くなることが抑制される。したがって、加熱盤が外乱の影響を受けたときに加熱盤の目標温度が初期目標温度に維持されていると生じるであろう加熱盤の温度変化とは逆位相で加熱盤の目標温度が変化せしめられれば、加熱盤が外乱の影響を受けたとしても、加熱盤の温度が初期目標温度に維持されることになる。

そこで、特許文献１に記載の装置では、加熱盤の温度を初期目標温度に制御している状態で加熱盤に強制的に外乱を与え、このときの加熱盤の温度変化パターンを計測する。そして、このときの加熱盤の温度変化パターンとは逆位相の温度変化パターンを、加熱盤が上記外乱の影響を受けたときの加熱盤の目標温度変更パターンとして取得しておく。そして、加熱盤が上記外乱と同じ外乱の影響を受けたときに、上記取得した目標温度変更パターンに従って加熱盤の目標温度を変化させ、加熱盤の温度を初期目標温度に維持するようにしている。

このように、特許文献１には、加熱盤が外乱の影響を受けたときに加熱盤の目標温度自体を目標温度変更パターンに従って初期目標温度から変化させることによって加熱盤の温度を初期目標温度に維持するという考え方が開示されている。

特開２００５−２７６１６９号公報

ところで、特許文献１に記載の温度制御装置において、加熱盤が如何なる種類の外乱の影響を受けたとしても加熱盤の温度を初期目標温度に好適な制御形態でもって維持するためには、全ての種類の外乱に対応した加熱盤の目標温度変更パターンを取得しておく必要がある。しかしながら、加熱盤に影響を及ぼす外乱の種類は膨大であり、このため、取得しておくべき加熱盤の目標温度変更パターンも膨大となる。このことを考慮すると、全ての種類の外乱に対応した加熱盤の目標温度変更パターンを取得しておくことは実質的に不可能である。それでもなお、全ての種類の外乱に対応した加熱盤の目標温度変更パターンを取得しておこうとすれば、加熱盤の目標温度変更パターンを取得するために膨大な労力が必要になるし、取得した膨大な数の加熱盤の目標温度変更パターンを記憶しておくために大容量のメモリも必要となる。しかしながら、全ての種類の外乱に対応した加熱盤の目標温度変更パターンを取得しておかなければ、取得していない加熱盤の目標温度変更パターンに対応する種類の外乱の影響が加熱盤に及んだとき、加熱盤の温度を初期目標温度に好適な制御形態でもって維持することができないことも確かである。

いずれにせよ、特許文献１に記載の温度制御装置では、加熱盤が外乱の影響を受けたときに加熱盤の温度を初期目標温度に維持しようとしても、加熱盤の温度を初期目標温度に好適な制御形態でもって維持することは困難である。より一般的な表現をすれば、特許文献１に開示されている考え方では、制御対象が外乱の影響を受けたときに制御対象の制御量を初期目標値に維持しようとしても、制御対象の制御量を初期目標値に好適な制御形態でもって維持することは困難であると言える。

また、特許文献１に記載の温度制御装置において、加熱盤の初期目標温度自体が変更された場合、加熱盤の温度が変更後の初期目標温度に好適な制御形態でもって制御されることが好ましい。ここで、加熱盤の初期目標温度自体が変更されたときの加熱盤の温度の制御に特許文献１に開示されている考え方を適用した場合、例えば、変更後の初期目標温度に応じた目標温度変更パターンを予め取得しておき、加熱盤の初期目標温度が変更されたときに変更後の初期目標温度に対応した目標温度変更パターンに従って加熱盤の目標温度を変化させることになる。しかしながら、このことをもって加熱盤の温度を変更後の初期目標温度に好適な制御形態でもって制御することは、上述した理由と同じ理由で困難である。より一般的な表現をすれば、特許文献１に開示されている考え方では、加熱盤の初期目標温度自体が変更されたときに加熱盤の温度を変更後の初期目標温度に制御しようとしても、加熱盤の温度を初期目標温度に好適な制御形態でもって制御することは困難であると言える。

また、特許文献１に記載の温度制御装置において、加熱盤が外乱の影響を受け、この外乱に対応した目標温度変更パターンに従って変化せしめられる目標温度に基づいて加熱盤の温度が制御されたとき、加熱盤を含むシステム（以下このシステムを「加熱システム」という）全体の状態によっては、加熱盤の温度が初期目標温度に好適な制御形態では維持されないことがあるし、このときの加熱盤の温度の制御が加熱システムにとって好適な制御形態であるとは言えないこともある。また、特許文献１に記載の温度制御装置において、加熱盤の初期目標温度自体が変更され、この変更後の初期目標温度に対応した目標温度変更パターンに従って変更せしめられる目標温度に基づいて加熱盤の温度が制御されたときにも、加熱システムの状態によっては、加熱盤の温度が変更後の初期目標温度に好適な制御形態では制御されないこともあるし、このときの加熱盤の温度の制御が加熱システムにとって好適な制御形態であるとは言えないこともある。

このように、特許文献１に記載の温度制御装置では、加熱盤の温度を初期目標値に維持し或いは制御するときに加熱盤を含むシステム全体の状態は考慮されていない。

したがって、より一般的な表現をすれば、特許文献１に開示されている考え方では、制御対象の制御量を初期目標値に維持し或いは制御しようとしても、制御対象を含むシステム全体の状態によっては、制御対象の制御量が初期目標値に好適な制御形態でもって維持されず或いは制御されなかったり、制御対象の制御量の制御が制御対象を含むシステム全体にとって好適な制御形態ではなかったりする。

また、特許文献１に記載の温度制御装置において、加熱盤の他に制御対象がある場合、すなわち、複数の制御対象がある場合に、各制御対象が外乱の影響を受けたときに各制御対象の制御量をそれぞれの初期目標値に好適な制御形態でもって維持し或いは制御しようとしたとき、上述した理由と同様の理由から、各制御対象の制御量がそれぞれの初期目標値に好適な制御形態では維持されず或いは制御されなかったり、各制御対象の制御量の制御がこれら制御対象を含むシステム全体にとって好適な制御形態ではなかったりする。

このように、制御対象の制御量を初期目標値に好適な制御形態でもって維持し或いは制御し、しかも、複数の制御対象の制御量をそれぞれの目標値に好適な制御形態でもって維持し或いは制御するという観点では、特許文献１に開示されている考え方には、解決すべき幾つかの課題がある。そこで、本発明の目的は、複数の制御対象の制御量をそれぞれの初期目標値に維持し或いは制御する場合において、各制御対象の制御量をそれぞれの初期目標値に好適な制御形態でもって維持し或いは制御することにある。

上記目的を達成するための本願の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の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の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の制御目標値に応じて前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量を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値である第２の制御目標値に応じて前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量を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の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の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の初期目標値および前記第２の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の修正目標値および第２の修正目標値として出力する修正目標値出力手段をさらに具備し、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の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の操作量および第２の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に内燃機関に関する制約条件が満たされる場合には前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値がそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記操作量決定手段に入力され、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の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の操作量および第２の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に内燃機関に関する制約条件が満たされない場合には前記制約条件が満たされるように前記修正目標値出力手段によって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記予め定められた規則に従って繰り返し修正されて該修正された初期目標値がそれぞれ第１の修正目標値および第２の修正目標値として出力され、該出力された第１の修正目標値および第２の修正目標値がそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記操作量決定手段に入力される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるのであれば、初期目標値が制御目標値とされる。一方、初期目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされないのであれば、内燃機関に関する制約条件が満たされるようになるまで初期目標値が予め定められた規則に従って繰り返し修正されて該修正された初期目標値が修正目標値として出力され、この出力された修正目標値が制御目標値とされる。すなわち、本発明は、如何なる状況においても内燃機関に関する制約条件を満たすように（すなわち、各制御対象の制御量の制御を内燃機関の状態にとって好適な制御形態にするように）初期目標値を修正するための修正パターンを状況毎に予め取得しておいて該取得しておいた修正パターンを用いて初期目標値を修正するのではなく、特定の予め定められた規則を繰り返し用いて内燃機関に関する制約条件を満たすように初期目標値を修正する。このように、本発明によれば、初期目標値の修正には、状況毎に予め取得しておいた修正パターンが用いられるのではなく、特定の予め定められた規則が用いられることから、各制御対象の制御量を一定の初期目標値に維持する場合（すなわち、各制御対象の制御量の制御が定常状態にある場合）、各制御対象の制御量が一定の初期目標値に維持される過程において、各制御対象の制御量が好適な制御形態でもって（すなわち、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって）初期目標値に維持されることになるし、初期目標値自体が変更されて該変更後の初期目標値に各制御対象の制御量を制御する場合（すなわち、各制御対象の制御量の制御が過渡状態にある場合）、各制御対象の制御量が変更後の初期目標値に制御される過程において、各制御対象の制御量が好適な制御形態でもって（すなわち、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって）変更後の初期目標値に制御されることになる。

また、この発明によれば、初期目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるのであれば、初期目標値が制御目標値とされ、初期目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされないのであれば、内燃機関に関する制約条件が満たされるように修正された初期目標値が制御目標値とされる。したがって、両制御対象の制御量の制御に関連して内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量の制御が互いに干渉する場合であっても、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって（すなわち、内燃機関の状態にとって好適な制御形態でもって）各制御対象の制御量が初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の２番目の発明は、１番目の発明において、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の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の操作量および第２の操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する予測手段をさらに具備し、該予測手段によって予測される内燃機関の状態に基づいて前記制約条件が満たされるように前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値が決定された後に各制御対象の制御量の制御が実際に開始される前に、初期目標値を制御目標値として各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態が予測される。そして、この予測された内燃機関の状態に基づいて内燃機関に関する制約条件が満たされるか否かが判断され、制約条件が満たされると判断されたときには初期目標値が制御目標値に設定され、制約条件が満たされないと判断されたときには制約条件が満たされるように初期目標値が修正されて該修正された初期目標値が各制御対象の制御量の制御目標値に設定される。そして、斯くして設定された制御目標値に基づいて各制御対象の制御量の制御が実際に開始される。このため、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとって確実に好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の３番目の発明は、２番目の発明において、前記予測手段が内燃機関に関する状態空間モデルによって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の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の操作量および第２の操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する内燃機関の制御装置である。

この発明において、内燃機関に関する状態空間モデルは、内燃機関の内部状態を変数として有するものである。したがって、本発明によれば、内燃機関の内部状態が正確に反映された形で内燃機関の状態が予測される。このため、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとってより好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の４番目の発明は、１〜３番目の発明のいずれか１つにおいて、前記制約条件が有界閉集合によって表され、前記制約条件に関連する内燃機関の内部状態がベクトルによって表され、該ベクトルが前記有界閉集合に属することをもって前記制約条件が満たされると判断される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、制約条件を表す閉集合と、制約条件に関連する内燃機関の内部状態を表すベクトルとを用いて、制約条件が満たされるか否かが判断される。このため、容易に且つ確実に制約条件が満たされるか否かが判断される。

また、上記目的を達成するための本願の５番目の発明は、１〜４番目の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の修正目標値が前記第１の初期目標値に最も近い値になり且つ前記第２の修正目標値が前記第２の初期目標値に最も近い値になるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値が修正目標値出力手段によって修正されたとしても、修正後の初期目標値、すなわち、修正目標値は、それぞれ対応する初期目標値に最も近い値になっている。したがって、各制御対象の制御量は、初期目標値に最も近い値となっている修正目標値に基づいて制御される。このため、各制御対象の制御量を迅速に初期目標値に維持し或いは制御するという観点、および、初期目標値を修正したことに起因する各制御対象の制御量の大幅な変化を抑制するという観点からも、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御されるものと言える。

上記目的を達成するための本願の６番目の発明は、１〜５番目の発明のいずれか１つにおいて、前記制約条件が、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、および、前記第１の動作制御手段に関する制約条件の少なくとも１つと、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に関する制約条件の少なくとも１つとである内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、第１の制御対象の制御量に関連する制約条件（すなわち、第１の制御対象の制御量に関する制約条件、第１の制御対象に関する制約条件、第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、または、第１の動作制御手段に関する制約条件）と、第２の制御対象の制御量に関連する制約条件（すなわち、第２の制御対象の制御量に関する制約条件、第２の制御対象に関する制約条件、第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、または、第２の動作制御手段に関する制約条件）との両方が満たされた状態でもって、第１の制御対象の制御量に関連する制御（すなわち、第１の制御対象の制御量の制御、第１の制御対象の動作の制御、第１の操作量の決定、または、第１の動作制御手段の動作の制御）と、第２の制御対象の制御量に関連する制御（すなわち、第２の制御対象の制御量の制御、第２の制御対象の動作の制御、第２の操作量の決定、または、第２の動作制御手段の動作の制御）とが行われる。したがって、第１の制御対象の制御量に関連する制御と第２の制御対象の制御量に関連する制御とが互いに干渉する場合であっても、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御にとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の７番目の発明は、６番目の発明において、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第１の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に関する制約条件が前記第１の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件が該第１の操作量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に関する制約条件が前記第１の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第２の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に関する制約条件が前記第２の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件が該第２の操作量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に関する制約条件が前記第２の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることである内燃機関の制御装置である。

この発明において、制御対象の制御量が許容可能な範囲を越えて大きくなり或いは許容可能な範囲を越えて小さくなることは明らかに好ましくない。また、各制御対象の動作状態が許容可能な範囲を越えてしまうことは、当該制御対象自体にとって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御にとっても好ましくない。また、各制御対象に入力すべき操作量が許容可能な範囲を越えて大きく或いは許容可能な範囲を越えて小さいことは、制御対象にとって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御にとっても好ましくない。さらに、各動作制御手段の動作状態が許容可能な範囲を越えてしまうことは、当該動作制御手段にとって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御および制御対象自体にとっても好ましくない。ここで、本発明によれば、各制御対象の制御量が許容可能な範囲を越えず、或いは、各制御対象の動作状態が許容可能な範囲を越えず、或いは、各制御対象に入力すべき操作量が許容可能な範囲を越えず、或いは、各動作制御手段の動作状態が許容可能な範囲を越えない状態でもって、各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御にとってより好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

上記目的を達成するための本願の８番目の発明は、６または７番目の発明において、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に関する制約条件の全てが満たされるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、第１の制御対象の制御量に関連する制約条件全てと第２の制御対象の制御量に関連する制約条件全てとが満たされる制御目標値に基づいて、各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御全てにとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の９番目の発明は、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の制御対象が内燃機関の燃焼室に吸入される空気の圧力を高める過給機において前記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り、前記第２の制御対象が前記燃焼室から排出される排気ガスを前記燃焼室に吸入させるために前記燃焼室から排出される排気ガスを内燃機関の吸気通路に導入する排気再循環装置において前記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り、前記第１の制御対象の制御量が前記燃焼室に吸入される空気の圧力であり、前記第２の制御対象の制御量が前記吸気通路に導入される排気ガスの量であり、前記第１の動作制御手段が前記圧力制御弁の動作を制御する圧力制御弁アクチュエータであり、前記第２の動作制御手段が前記排気ガス量制御弁の動作を制御する排気ガス量制御弁アクチュエータである内燃機関の制御装置である。

この発明において、燃焼室に吸入される空気の圧力が変化すると、吸気通路に導入される排気ガスの量も変化し、吸気通路に導入される排気ガスの量が変化すると、燃焼室に吸入される空気の量も変化する。すなわち、燃焼室に吸入される空気の圧力と吸気通路に導入される排気ガスの量とは互いに干渉する制御量である。したがって、過給機の圧力制御弁の開度の制御と排気再循環装置の排気ガス量制御弁の開度の制御も互いに干渉する制御であると言えるし、圧力制御弁に入力される操作量と排気ガス量制御弁に入力される操作量も互いに干渉する操作量であると言えるし、圧力制御弁アクチュエータの制御と排気ガス量制御弁アクチュエータの制御も互いに干渉する制御であると言える。ここで、本発明によれば、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって、互いに干渉するこれら燃焼室に吸入される空気の圧力の制御、吸気通路に導入される排気ガスの量の制御、圧力制御弁の動作の制御、排気ガス量制御弁の動作の制御、圧力制御弁に入力される操作量の決定、排気ガス量制御弁に入力される操作量の決定、圧力制御弁アクチュエータの動作の制御、および、排気ガス量制御弁アクチュエータの動作の制御が行われる。このため、燃焼室に吸入される空気の圧力および吸気通路に導入される排気ガスの量が内燃機関の状態にとってより好適な制御形態でもってそれぞれの初期目標値に維持され或いは制御される。

上記目的を達成するための本願の１０番目の発明は、内燃機関の制御されるべき第１の制御対象と、該第１の制御対象の動作を制御する第１の動作制御手段と、内燃機関の制御されるべき第２の制御対象と、該第２の制御対象の動作を制御する第２の動作制御手段と、前記第１の動作制御手段に前記第１の制御対象の動作を制御させるための第１の制御信号を生成すると共に前記第２の動作制御手段に前記第２の制御対象の動作を制御させるための第２の制御信号を生成する制御信号生成手段であって前記第１の制御対象の制御量の制御用の目標値が第１の制御目標値として入力されて該入力された第１の制御目標値を予め定められた第１の変換則に従って変換することによって前記第１の制御信号を生成すると共に前記第２の制御対象の制御量の制御用の目標値が第２の制御目標値として入力されて該入力された第２の制御目標値を予め定められた第２の変換則に従って変換することによって前記第２の制御信号を生成する制御信号生成手段と、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の制御対象の制御量の目標値を予め定められた条件に基づいて第１の初期目標値として決定すると共に前記第２の制御対象の制御量の目標値を予め定められた条件に基づいて第２の初期目標値として決定する初期目標値決定手段と、該初期目標値決定手段によって決定された第１の初期目標値および第２の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の修正目標値および第２の修正目標値として出力する修正目標値出力手段と、を具備し、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段によって生成される第１の制御信号および第２の制御信号に従って前記第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に内燃機関に関する制約条件が満たされる場合には前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値がそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段に入力され、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段によって生成される第１の制御信号および第２の制御信号に従って前記第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に内燃機関に関する制約条件が満たされない場合には前記制約条件が満たされるように前記修正目標値出力手段によって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記予め定められた規則に従って繰り返し修正されて該修正された初期目標値がそれぞれ第１の修正目標値および第２の修正目標値として出力され、該出力された第１の修正目標値および第２の修正目標値がそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段に入力される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値を制御目標値として生成される制御信号に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるのであれば、初期目標値が制御目標値とされる。一方、初期目標値を制御目標値として生成される制御信号に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされないのであれば、内燃機関に関する制約条件が満たされるようになるまで初期目標値が予め定められた規則に従って繰り返し修正されて該修正された初期目標値が修正目標値として出力され、この出力された修正目標値が制御目標値とされる。すなわち、本発明は、如何なる状況においても内燃機関に関する制約条件を満たすように（すなわち、各制御対象の制御量の制御を内燃機関の状態にとって好適な制御形態にするように）初期目標値を修正するための修正パターンを状況毎に予め取得しておいて該取得しておいた修正パターンを用いて初期目標値を修正するのではなく、特定の予め定められた規則を繰り返し用いて内燃機関に関する制約条件を満たすように初期目標値を修正する。このように、本発明によれば、初期目標値の修正には、状況毎に予め取得しておいた修正パターンが用いられるのではなく、特定の予め定められた規則が用いられることから、各制御対象の制御量を一定の初期目標値に維持する場合（すなわち、各制御対象の制御量の制御が定常状態にある場合）、各制御対象の制御量が一定の初期目標値に維持される過程において、各制御対象の制御量が好適な制御形態でもって（すなわち、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって）初期目標値に維持されることになるし、初期目標値自体が変更された該変更後の初期目標値に各制御対象の制御量を制御する場合（すなわち、各制御対象の制御量の制御が過渡状態にある場合）、各制御対象の制御量が変更後の初期目標値に制御される過程において、各制御対象の制御量が好適な制御形態でもって（すなわち、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって）変更後の初期目標値に制御されることになる。

また、この発明によれば、初期目標値を制御目標値として生成される制御信号に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるのであれば、初期目標値が制御目標値とされ、初期目標値を制御目標値として生成される制御信号に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされないのであれば、内燃機関に関する制約条件が満たされるように修正された初期目標値が制御目標値とされる。したがって、両制御対象の制御量の制御に関連して内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量の制御が互いに干渉する場合であっても、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって（すなわち、内燃機関の状態にとって好適な制御形態でもって）各制御対象の制御量が初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の１１番目の発明は、１０番目の発明において、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段によって生成される第１の制御信号および第２の制御信号に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する予測手段をさらに具備し、該予測手段によって予測される内燃機関の状態に基づいて前記制約条件が満たされるように前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値が決定された後に各制御対象の制御量の制御が実際に開始される前に、初期目標値を制御目標値として各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態が予測される。そして、この予測された内燃機関の状態に基づいて内燃機関に関する制約条件が満たされるか否かが判断され、制約条件が満たされると判断されたときには初期目標値が各制御対象の制御量の制御目標値に設定され、制約条件が満たされないと判断されたときには制約条件が満たされるように初期目標値が修正されて該修正された初期目標値が各制御対象の制御量の制御目標値に設定される。そして、斯くして設定された制御目標値に基づいて各制御対象の制御量の制御が実際に開始される。このため、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとって確実に好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の１２番目の発明は、１１番目の発明において、前記予測手段が内燃機関に関する状態空間モデルによって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段によって生成される第１の制御信号および第２の制御信号に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する内燃機関の制御装置である。

この発明において、内燃機関に関する状態空間モデルは、内燃機関の内部状態を変数として有するものである。したがって、本発明によれば、内燃機関の内部状態が正確に反映された形で内燃機関の状態が予測される。このため、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとってより好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の１３番目の発明は、１０〜１２番目の発明のいずれか１つにおいて、前記制約条件が有界閉集合によって表され、前記制約条件に関連する内燃機関の内部状態がベクトルによって表され、該ベクトルが前記有界閉集合に属することをもって前記制約条件が満たされると判断される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、制約条件を表す閉集合と、制約条件に関連する内燃機関の内部状態を表すベクトルとを用いて、制約条件が満たされるか否かが判断される。このため、容易に且つ確実に制約条件が満たされるか否かが判断される。

また、上記目的を達成するための本願の１４番目の発明は、１０〜１３番目の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の修正目標値が前記第１の初期目標値に最も近い値になり且つ前記第２の修正目標値が前記第２の初期目標値に最も近い値になるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値が修正目標値出力手段によって修正されたとしても、修正後の初期目標値、すなわち、修正目標値は、それぞれ対応する初期目標値に最も近い値になっている。したがって、各制御対象の制御量は、初期目標値に最も近い値となっている修正目標値に基づいて制御される。このため、各制御対象の制御量を迅速に初期目標値に維持し或いは制御するという観点、および、初期目標値を修正したことに起因する各制御対象の制御量の大幅な変化を抑制するという観点からも、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御されるものと言える。

上記目的を達成するための本願の１５番目の発明は、１０〜１４番目の発明のいずれか１つにおいて、前記制約条件が、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件の少なくとも１つと、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件の少なくとも１つとである内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、第１の制御対象の制御量に関連する制約条件（すなわち、第１の制御対象の制御量に関する制約条件、第１の制御対象に関連する制約条件、第１の動作制御手段に関する制約条件、または、第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件）と、第２の制御対象の制御量に関連する制約条件（すなわち、第２の制御対象の制御量に関する制約条件、第２の制御対象に関する制約条件、第２の動作制御手段に関する制約条件、または、第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件）との両方が満たされた状態でもって、第１の制御対象の制御量に関連する制御（すなわち、第１の制御対象の制御量の制御、第１の制御対象の動作の制御、第１の動作制御手段の動作の制御、または、第１の制御信号の生成）と、第２の制御対象の制御量に関連する制御（すなわち、第２の制御対象の制御量の制御、第２の制御対象の動作の制御、第２の動作制御手段の動作の制御、または、第２の制御信号の生成）とが行われる。したがって、第１の制御対象の制御量に関連する制御と第２の制御対象の制御量に関連する制御とが互いに干渉する場合であっても、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御にとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の１６番目の発明は、１５番目の発明において、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第１の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に関する制約条件が前記第１の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に関する制約条件が前記第１の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件が該第１の制御信号が予め定められた許容可能な範囲にあることであり、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第２の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に関する制約条件が前記第２の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に関する制約条件が前記第２の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件が該第２の制御信号が予め定められた許容可能な範囲にあることである内燃機関の制御装置である。

この発明において、制御対象の制御量が許容可能な範囲を越えて大きくなり或いは許容可能な範囲を越えて小さくなることは明らかに好ましくない。また、各制御対象の動作状態が許容可能な範囲を越えてしまうことは、当該制御対象自体にとって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御にとっても好ましくない。また、各動作制御手段の動作状態が許容可能な範囲を越えてしまうことは、当該動作制御手段にとって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御および制御対象自体にとっても好ましくない。さらに、各動作制御手段に与えられる制御信号が許容可能な範囲を越えてしまうことは、当該動作制御手段によって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御および制御対象自体にとっても好ましくない。ここで、本発明によれば、各制御対象の制御量が許容可能な範囲を越えず、或いは、各制御対象の動作状態が許容可能な範囲を越えず、或いは、各動作制御手段の動作状態が許容可能な範囲を越えず、或いは、各動作制御手段に与えられる制御信号が許容可能な範囲を越えない状態でもって、各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御にとってより好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

上記目的を達成するための本願の１７番目の発明は、１５または１６番目の発明において、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に与えられる前記第１の制御信号に関する制約条件、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に与えられる前記第２の制御信号に関する制約条件の全てが満たされるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、第１の制御対象の制御量に関連する制約条件全てと第２の制御対象の制御量に関連する制約条件全てとが満たされる制御目標値に基づいて、各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御全てにとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の１８番目の発明は、１０〜１７番目の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の制御対象が内燃機関の燃焼室に吸入される空気の圧力を高める過給機において前記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り、前記第２の制御対象が前記燃焼室から排出される排気ガスを前記燃焼室に吸入させるために前記燃焼室から排出される排気ガスを内燃機関の吸気通路に導入する排気再循環装置において前記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り、前記第１の制御対象の制御量が前記燃焼室に吸入される空気の圧力であり、前記第２の制御対象の制御量が前記吸気通路に導入される排気ガスの量であり、前記第１の動作制御手段が前記圧力制御弁の動作を制御する圧力制御弁アクチュエータであり、前記第２の動作制御手段が前記排気ガス量制御弁の動作を制御する排気ガス量制御弁アクチュエータである内燃機関の制御装置である。

この発明において、燃焼室に吸入される空気の圧力が変化すると、吸気通路に導入される排気ガスの量も変化し、吸気通路に導入される排気ガスの量が変化すると、燃焼室に吸入される空気の量も変化する。すなわち、燃焼室に吸入される空気の圧力と吸気通路に導入される排気ガスの量とは互いに干渉する制御量である。したがって、過給機の圧力制御弁の開度の制御と排気再循環装置の排気ガス量制御弁の開度の制御も互いに干渉する制御であると言えるし、圧力制御弁アクチュエータの制御と排気ガス量制御弁アクチュエータの制御も互いに干渉する制御であると言えるし、圧力制御弁アクチュエータに与えられる制御信号と排気ガス量制御弁アクチュエータに与えられる制御信号も互いに干渉する制御信号であると言える。ここで、本発明によれば、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって、互いに干渉するこれら燃焼室に吸入される空気の圧力の制御、吸気通路に導入される排気ガスの量の制御、圧力制御弁の動作の制御、排気ガス量制御弁の動作の制御、圧力制御弁アクチュエータの動作の制御、排気ガス量制御弁アクチュエータの動作の制御、圧力制御弁アクチュエータに与えられる制御信号の生成、および、排気ガス量制御弁アクチュエータに与えられる制御信号の生成が行われる。このため、燃焼室に吸入される空気の圧力および吸気通路に導入される排気ガスの量が内燃機関の状態にとってより好適な制御形態でもってそれぞれの初期目標値に維持され或いは制御される。

上記目的を達成するための本願の１９番目の発明は、内燃機関の第１の制御対象の制御量の制御用の目標値が第１の制御目標値として入力されて該入力された前記第１の制御目標値に応じて前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量を決定すると共に内燃機関の第２の制御対象の制御量の制御用の目標値が第２の制御目標値として入力されて該入力された前記第２の制御目標値に応じて前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量を決定する制御プロセスを実行する制御プロセス実行手段を具備し、該制御プロセス実行手段によって決定された第１の操作量に従って前記第１の制御対象の動作が制御されることによって前記第１の制御対象の制御量が制御されると共に前記制御プロセス実行手段によって決定された第２の操作量に従って前記第２の制御対象の動作が制御されることによって前記第２の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の制御対象の制御量の目標値を初期目標値として決定すると共に前記第２の制御対象の制御量の目標値を初期目標値として決定する初期目標値決定手段と、該初期目標値決定手段によって決定された前記第１の初期目標値を前記第１の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第１の操作量が前記第１の制御対象に入力されると共に前記初期目標値決定手段によって決定された前記第２の初期目標値を前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第２の操作量が前記第２の制御対象に入力されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるか否かを判断する第１の判断手段と、該第１の判断手段によって前記制約条件が満たされると判断されたときに前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値を前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段に入力する初期目標値入力手段と、前記第１の判断手段によって前記制約条件が満たされないと判断されたときに前記第１の初期目標値および前記第２の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された初期目標値をそれぞれ第１の修正目標値および第２の修正目標値として出力する修正目標値出力手段と、該修正目標値出力手段から出力された前記第１の修正目標値を前記第１の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第１の操作量が前記第１の制御対象に入力されると共に前記第２の修正目標値を前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第２の操作量が前記第２の制御対象に入力されたときに前記制約条件が満たされるか否かを判断する第２の判断手段と、該第２の判断手段によって前記制約条件が満たされると判断されたときに前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段に入力する修正目標値入力手段と、を具備し、前記第２の判断手段によって前記制約条件が満たされないと判断されたときには前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値が前記修正目標値出力手段によって前記予め定められた規則に従ってさらに修正されて該さらに修正された修正目標値が新たな第１の修正目標値および第２の修正目標値として出力され、該出力された前記新たな第１の修正目標値を前記第１の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第１の操作量が前記第１の制御対象に入力されると共に前記出力された前記新たな第２の修正目標値を前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行修正によって決定される第２の操作量が前記第２の制御対象に入力されたときに前記制約条件が満たされるか否かが前記第２の判断手段によって判断され、該第２の判断手段によって前記制約条件が満たされると判断されるまで前記修正目標値出力手段による前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値の修正と該修正された第１の修正目標値および第２の修正目標値の出力とが繰り返し行われる内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるのであれば、初期目標値が制御目標値とされる。一方、初期目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされないのであれば、初期目標値が予め定められた規則に従って修正されて修正目標値として出力され、この出力された修正目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるのであれば、この修正目標値が制御目標値とされる。一方、修正目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされないのであれば、内燃機関に関する制約条件が満たされるようになるまで、修正目標値が予め定められた規則に従って繰り返し修正されて新たな修正目標値として出力され、内燃機関に関する制約条件が満たされたときの修正目標値が制御目標値とされる。すなわち、本発明は、如何なる状況においても内燃機関に関する制約条件を満たすように（すなわち、各制御対象の制御量の制御を内燃機関の状態にとって好適な制御形態にするように）初期目標値を修正するための修正パターンを状況毎に予め取得しておいて該取得しておいた修正パターンを用いて初期目標値を修正するのではなく、特定の予め定められた規則を繰り返し用いて内燃機関に関する制約条件を満たすように初期目標値または修正目標値を修正する。このように、本発明によれば、初期目標値または修正目標値の修正には、状況毎に予め取得しておいた修正パターンが用いられるのではなく、特定の予め定められた規則が用いられることから、各制御対象の制御量を一定の初期目標値に維持する場合（すなわち、各制御対象の制御量の制御が定常状態にある場合）、各制御対象の制御量が一定の初期目標値に維持される過程において、各制御対象の制御量が好適な制御形態でもって（すなわち、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって）初期目標値に維持されることになるし、初期目標値自体が変更されて該変更後の初期目標値に各制御対象の制御量を制御する場合（すなわち、各制御対象の制御量の制御が過渡状態にある場合）、各制御対象の制御量が変更後の初期目標値に制御される過程において、各制御対象の制御量が好適な制御形態でもって（すなわち、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって）変更後の初期目標値に制御されることになる。

また、この発明によれば、初期目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるのであれば、初期目標値が制御目標値とされ、初期目標値を制御目標値として決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされないのであれば、内燃機関に関する制約条件が満たされるように修正された初期目標値が制御目標値とされる。したがって、両制御対象の制御量の制御に関連して内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量の制御が互いに干渉する場合であっても、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって（すなわち、内燃機関の状態にとって好適な制御形態でもって）各制御対象の制御量が初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の２０番目の発明は、１９番目の発明において、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値または前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する予測手段をさらに具備し、該予測手段によって予測される内燃機関の状態に基づいて前記第１の判断手段または前記第２の判断手段によって前記制約条件が満たされるか否かが判断される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値が決定された後または修正目標値が出力された後に各制御対象の制御量の制御が実際に開始される前に、初期目標値または修正目標値を制御目標値として各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態が予測される。そして、この予測された内燃機関の状態に基づいて内燃機関に関する制約条件が満たされるか否か判断され、制約条件が満たされると判断されたときの初期目標値または修正目標値が制御目標値に設定される。そして、斯くして設定された制御目標値に基づいて各制御対象の制御量の制御が実際に開始される。このため、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとって確実に好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の２１番目の発明は、２０番目の発明において、前記予測手段が内燃機関に関する状態空間モデルによって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値または前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第１の操作量および第２の操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する内燃機関の制御装置である。

この発明において、内燃機関に関する状態空間モデルは、内燃機関の内部状態を変数として有するものである。したがって、本発明によれば、内燃機関の内部状態が正確に反映された形で内燃機関の状態が予測される。このため、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとってより好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の２２番目の発明は、１９〜２１番目の発明のいずれか１つにおいて、前記制約条件が有界閉集合によって表され、前記制約条件に関連する内燃機関の内部状態がベクトルによって表され、該ベクトルが前記有界閉集合に属することをもって前記制約条件が満たされると判断される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、制約条件を表す閉集合と、制約条件に関連する内燃機関の内部状態を表すベクトルとを用いて、制約条件が満たされるか否かが判断される。このため、容易に且つ確実に制約条件が満たされるか否かが判断される。

また、上記目的を達成するための本願の２３番目の発明は、１９〜２２番目の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の修正目標値が前記第１の初期目標値に最も近い値になり且つ前記第２の修正目標値が前記第２の初期目標値に最も近い値になるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値または前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、初期目標値または修正目標値が修正目標値出力手段によって修正されたとしても、修正後の初期目標値、または、修正後の修正目標値は、それぞれ対応する初期目標値に最も近い値になっている。したがって、各制御対象の制御量は、初期目標値に最も近い値となっている修正目標値に基づいて制御される。このため、各制御対象の制御量を迅速に初期目標値に維持し或いは制御するという観点、および、初期目標値または修正目標値を修正したことに起因する各制御対象の制御量の大幅な変化を抑制するという観点からも、各制御対象の制御量が内燃機関の状態にとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御されるものと言える。

上記目的を達成するための本願の２４番目の発明は、１９〜２３番目の発明のいずれか１つにおいて、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、前記第１の動作制御手段に前記第１の制御対象の動作を制御させるための第１の制御信号を生成すると共に前記第２の動作制御手段に前記第２の制御対象の動作を制御させるための第２の制御信号を生成する制御信号生成手段であって前記第１の制御目標値が入力されて該入力された第１の制御目標値を予め定められた第１の変換則に従って変換することによって前記第１の制御信号を生成すると共に前記第２の制御目標値が入力されて該入力された第２の制御目標値を予め定められた第２の変換則に従って変換することによって前記第２の制御信号を生成する制御信号生成手段と、をさらに具備し、前記第１の動作制御手段が前記制御信号生成手段によって生成された第１の制御信号に従って前制御プロセス実行手段によって決定された第１の操作量を前記第１の制御対象に入力することによって前記第１の制御対象の動作を制御し、前記第２の動作制御手段が前記制御信号生成手段によって生成された第２の制御信号に従って前記制御プロセス実行手段によって決定された第２の操作量を前記第２の制御対象に入力することによって前記第２の制御対象の動作を制御し、前記制約条件が、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件の少なくとも１つと、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、前記第２の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件の少なくとも１つとである内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、第１の制御対象の制御量に関連する制約条件（すなわち、第１の制御対象の制御量に関する制約条件、第１の制御対象に関する制約条件、第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、第１の動作制御手段に関する制約条件、または、第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件）と、第２の制御対象の制御量に関連する制約条件（すなわち、第２の制御対象の制御量に関する制約条件、第２の制御対象に関する制約条件、第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、第２の動作制御手段に関する制約条件、または、第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件）との両方が満たされた状態でもって、第１の制御対象の制御量に関連する制御（すなわち、第１の制御対象の制御量の制御、第１の制御対象の動作の制御、第１の操作量の決定、第１の動作制御手段の動作の制御、または、第１の制御信号の生成）と、第２の制御対象の制御量に関連する制御（すなわち、第２の制御対象の制御量の制御、第２の制御対象の動作の制御、第２の操作量の決定、第２の動作制御手段の動作の制御、または、第２の制御信号の生成）とが行われる。したがって、第１の制御対象の制御量に関連する制御と第２の制御対象の制御量に関連する制御とが互いに干渉する場合であっても、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御にとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の２５番目の発明は、２４番目の発明において、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第１の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に関する制約条件が前記第１の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件が該第１の操作量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に関する制約条件が前記第１の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件が該第１の制御信号が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第２の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に関する制約条件が前記第２の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件が該第２の操作量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に関する制約条件が前記第２の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件が該第２の制御信号が予め定められた許容範囲内にあることである内燃機関の制御装置である。

この発明において、制御対象の制御量が許容可能な範囲を越えて大きくなり或いは許容可能な範囲を越えて小さくなることは明らかに好ましくない。また、各制御対象の動作状態が許容可能な範囲を越えてしまうことは、当該制御対象自体にとって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御にとっても好ましくない。また、各制御対象に入力すべき操作量が許容可能な範囲を越えて大きく或いは許容可能な範囲を越えて小さいことは、制御対象にとって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御にとっても好ましくない。また、各動作制御手段の動作状態が許容可能な範囲を越えてしまうことは、当該動作制御手段にとって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御および制御対象自体にとっても好ましくない。さらに、各動作制御手段に与えられる制御信号が許容可能な範囲を越えてしまうことは、当該動作制御手段によって好ましくないだけでなく、制御対象の制御量の制御にとって好ましくない。ここで、本発明によれば、各制御対象の制御量が許容可能な範囲を越えず、或いは、各制御対象の動作状態が許容可能な範囲を越えず、或いは、各制御対象に入力すべき操作量が許容可能な範囲を越えず、或いは、各動作制御手段の動作状態が許容可能な範囲を越えず、或いは、各動作制御手段に与えられる制御信号が許容可能な範囲を越えない状態でもって、各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御にとってより好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

上記目的を達成するための本願の２６番目の発明は、２４または２５番目の発明において、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、前記第１の制御対象に与えられる第１の制御信号に関する制約条件、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、前記第２の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件の全てが満たされるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値または前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される内燃機関の制御装置である。

この発明によれば、第１の制御対象の制御量に関連する制約条件全てと第２の制御対象の制御量に関連する制約条件全てとが満たされる制御目標値に基づいて、各制御対象の制御量が制御される。このため、各制御対象の制御量がそれぞれに関連する制御全てにとって好適な制御形態でもって初期目標値に維持され或いは制御される。

また、上記目的を達成するための本願の２７番目の発明は、１９〜２６番目の発明のいずれか１つにおいて、前記第１の制御対象が内燃機関の燃焼室に吸入される空気の圧力を高める過給機において前記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り、前記第２の制御対象が前記燃焼室から排出される排気ガスを前記燃焼室に吸入させるために前記燃焼室から排出される排気ガスを内燃機関の吸気通路に導入する排気再循環装置において前記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り、前記第１の制御対象の制御量が前記燃焼室に吸入される空気の圧力であり、前記第２の制御対象の制御量が前記吸気通路に導入される排気ガスの量であり、前記第１の動作制御手段が前記圧力制御弁の動作を制御する圧力制御弁アクチュエータであり、前記第２の動作制御手段が前記排気ガス量制御弁の動作を制御する排気ガス量制御弁アクチュエータである内燃機関の制御装置である。

この発明において、燃焼室に吸入される空気の圧力が変化すると、吸気通路に導入される排気ガスの量も変化し、吸気通路に導入される排気ガスの量が変化すると、燃焼室に吸入される空気の量も変化する。すなわち、燃焼室に吸入される空気の圧力と吸気通路に導入される排気ガスの量とは互いに干渉する制御量である。したがって、過給機の圧力制御弁の開度の制御と排気再循環装置の排気ガス量制御弁の開度の制御も互いに干渉する制御であると言えるし、圧力制御弁に入力される操作量と排気ガス量制御弁に入力される操作量も互いに干渉する操作量であると言えるし、圧力制御弁アクチュエータの制御と排気ガス量制御弁アクチュエータの制御も互いに干渉する制御であると言えるし、圧力制御弁アクチュエータに与えられる制御信号と排気ガス量制御弁アクチュエータに与えられる制御信号も互いに干渉する制御信号であると言える。ここで、本発明によれば、内燃機関に関する制約条件が満たされた状態でもって、互いに干渉するこれら燃焼室に吸入される空気の圧力の制御、吸気通路に導入される排気ガスの量の制御、圧力制御弁の動作の制御、排気ガス量制御弁の動作の制御、圧力制御弁に入力される操作量の決定、排気ガス量制御弁に入力される操作量の決定、圧力制御弁アクチュエータの動作の制御、排気ガス量制御弁アクチュエータの動作の制御、圧力制御弁アクチュエータに与えられる制御信号の生成、および、排気ガス量制御弁アクチュエータに与えられる制御信号の生成が行われる。このため、燃焼室に吸入される空気の圧力および吸気通路に導入される排気ガスの量が内燃機関の状態にとってより好適な制御形態でもってそれぞれの初期目標値に維持され或いは制御される。

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。

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（Ｂａｃｋ ｕｐ ＲＡＭ）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と機関負荷得る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。

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。

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対応する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）ＡおよびＢを用いて、次式１の状態方程式によって表現可能である。

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）ＣおよびＤ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_ｘ」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_ｖ」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。

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ステップ先における被拘束信号ベクトルｃは、上式２０〜上式２２から、次式２３のように算出される。

ここで、上式２３に従って算出される被拘束信号ベクトルｃが上記有界閉集合Ｃに属していれば、そのときの目標過給圧および目標ＥＧＲ率は、制約を満たすものであると言える。したがって、上式２３に従って算出される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、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率を修正し、この修正した目標過給圧および目標ＥＧＲ率を過給圧およびＥＧＲ率の制御に用いれば、全ての制約が満たされた状態で、過給圧およびＥＧＲ率を制御することができる。

したがって、過給圧およびＥＧＲ率の制御では、有限な時間先までの間を考慮すればよい、すなわち、有限なｈステップ先までの間を考慮すればよいことから、被拘束信号ｃが上記有界閉集合Ｃに属するという制約の下で、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（２４）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（２４）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。

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。

最後に、上述した例に従って目標過給圧および目標ＥＧＲ率の修正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率とに基づいて過給圧およびＥＧＲ率の制御が行われたときに上述した制約条件の全てが満たされるか否かが判別される。ここで、上述した制約条件の全てが満たされ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１０２において、上述した制約条件の少なくとも１つが満たされないと判別されたときには、ルーチンはステップ１０４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率に基づいて過給圧およびＥＧＲ率の制御が行われたときに上述した制約条件の全てが満たされるか否かが判別される。ここで、上述した制約条件の全てが満たされ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１０２において、上述した制約条件の少なくとも１つが満たされ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１０２において上述した制約条件の全てが満たされると判断されるまで、ステップ１０４およびステップ１０２が繰返し実行される。

Claims (27)

1. 内燃機関の第１の制御対象の制御量の目標値を第１の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の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の制御目標値に応じて前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量を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値である第２の制御目標値に応じて前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量を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の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の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の初期目標値および前記第２の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の修正目標値および第２の修正目標値として出力する修正目標値出力手段をさらに具備し、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の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の操作量および第２の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に内燃機関に関する制約条件が満たされる場合には前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値がそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記操作量決定手段に入力され、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の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の操作量および第２の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に内燃機関に関する制約条件が満たされない場合には前記制約条件が満たされるように前記修正目標値出力手段によって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記予め定められた規則に従って繰り返し修正されて該修正された初期目標値がそれぞれ第１の修正目標値および第２の修正目標値として出力され、該出力された第１の修正目標値および第２の修正目標値がそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記操作量決定手段に入力される内燃機関の制御装置。
2. 前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の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の操作量および第２の操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する予測手段をさらに具備し、該予測手段によって予測される内燃機関の状態に基づいて前記制約条件が満たされるように前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記予測手段が内燃機関に関する状態空間モデルによって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の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の操作量および第２の操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制約条件が有界閉集合によって表され、前記制約条件に関連する内燃機関の内部状態がベクトルによって表され、該ベクトルが前記有界閉集合に属することをもって前記制約条件が満たされると判断される請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記第１の修正目標値が前記第１の初期目標値に最も近い値になり且つ前記第２の修正目標値が前記第２の初期目標値に最も近い値になるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制約条件が、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、および、前記第１の動作制御手段に関する制約条件の少なくとも１つと、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に関する制約条件の少なくとも１つとである請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第１の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に関する制約条件が前記第１の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件が該第１の操作量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に関する制約条件が前記第１の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第２の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に関する制約条件が前記第２の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件が該第２の操作量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に関する制約条件が前記第２の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることである請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に関する制約条件の全てが満たされるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される請求項６または７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記第１の制御対象が内燃機関の燃焼室に吸入される空気の圧力を高める過給機において前記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り、前記第２の制御対象が前記燃焼室から排出される排気ガスを前記燃焼室に吸入させるために前記燃焼室から排出される排気ガスを内燃機関の吸気通路に導入する排気再循環装置において前記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り、前記第１の制御対象の制御量が前記燃焼室に吸入される空気の圧力であり、前記第２の制御対象の制御量が前記吸気通路に導入される排気ガスの量であり、前記第１の動作制御手段が前記圧力制御弁の動作を制御する圧力制御弁アクチュエータであり、前記第２の動作制御手段が前記排気ガス量制御弁の動作を制御する排気ガス量制御弁アクチュエータである請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
10. 内燃機関の制御されるべき第１の制御対象と、該第１の制御対象の動作を制御する第１の動作制御手段と、内燃機関の制御されるべき第２の制御対象と、該第２の制御対象の動作を制御する第２の動作制御手段と、前記第１の動作制御手段に前記第１の制御対象の動作を制御させるための第１の制御信号を生成すると共に前記第２の動作制御手段に前記第２の制御対象の動作を制御させるための第２の制御信号を生成する制御信号生成手段であって前記第１の制御対象の制御量の制御用の目標値が第１の制御目標値として入力されて該入力された第１の制御目標値を予め定められた第１の変換則に従って変換することによって前記第１の制御信号を生成すると共に前記第２の制御対象の制御量の制御用の目標値が第２の制御目標値として入力されて該入力された第２の制御目標値を予め定められた第２の変換則に従って変換することによって前記第２の制御信号を生成する制御信号生成手段と、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の制御対象の制御量の目標値を予め定められた条件に基づいて第１の初期目標値として決定すると共に前記第２の制御対象の制御量の目標値を予め定められた条件に基づいて第２の初期目標値として決定する初期目標値決定手段と、該初期目標値決定手段によって決定された第１の初期目標値および第２の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の修正目標値および第２の修正目標値として出力する修正目標値出力手段と、を具備し、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段によって生成される第１の制御信号および第２の制御信号に従って前記第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に内燃機関に関する制約条件が満たされる場合には前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値がそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段に入力され、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段によって生成される第１の制御信号および第２の制御信号に従って前記第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に内燃機関に関する制約条件が満たされない場合には前記制約条件が満たされるように前記修正目標値出力手段によって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記予め定められた規則に従って繰り返し修正されて該修正された初期目標値がそれぞれ第１の修正目標値および第２の修正目標値として出力され、該出力された第１の修正目標値および第２の修正目標値がそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段に入力される内燃機関の制御装置。
11. 前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段によって生成される第１の制御信号および第２の制御信号に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する予測手段をさらに具備し、該予測手段によって予測される内燃機関の状態に基づいて前記制約条件が満たされるように前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記予測手段が内燃機関に関する状態空間モデルによって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御信号生成手段によって生成される第１の制御信号および第２の制御信号に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する請求項１１に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記制約条件が有界閉集合によって表され、前記制約条件に関連する内燃機関の内部状態がベクトルによって表され、該ベクトルが前記有界閉集合に属することをもって前記制約条件が満たされると判断される請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記第１の修正目標値が前記第１の初期目標値に最も近い値になり且つ前記第２の修正目標値が前記第２の初期目標値に最も近い値になるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
15. 前記制約条件が、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件の少なくとも１つと、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件の少なくとも１つとである請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
16. 前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第１の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に関する制約条件が前記第１の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に関する制約条件が前記第１の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件が該第１の制御信号が予め定められた許容可能な範囲にあることであり、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第２の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に関する制約条件が前記第２の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に関する制約条件が前記第２の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件が該第２の制御信号が予め定められた許容可能な範囲にあることである請求項１５に記載の内燃機関の制御装置。
17. 前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に与えられる前記第１の制御信号に関する制約条件、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に与えられる前記第２の制御信号に関する制約条件の全てが満たされるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される請求項１５または１６に記載の内燃機関の制御装置。
18. 前記第１の制御対象が内燃機関の燃焼室に吸入される空気の圧力を高める過給機において前記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り、前記第２の制御対象が前記燃焼室から排出される排気ガスを前記燃焼室に吸入させるために前記燃焼室から排出される排気ガスを内燃機関の吸気通路に導入する排気再循環装置において前記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り、前記第１の制御対象の制御量が前記燃焼室に吸入される空気の圧力であり、前記第２の制御対象の制御量が前記吸気通路に導入される排気ガスの量であり、前記第１の動作制御手段が前記圧力制御弁の動作を制御する圧力制御弁アクチュエータであり、前記第２の動作制御手段が前記排気ガス量制御弁の動作を制御する排気ガス量制御弁アクチュエータである請求項１０〜１７のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
19. 内燃機関の第１の制御対象の制御量の制御用の目標値が第１の制御目標値として入力されて該入力された前記第１の制御目標値に応じて前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量を決定すると共に内燃機関の第２の制御対象の制御量の制御用の目標値が第２の制御目標値として入力されて該入力された前記第２の制御目標値に応じて前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量を決定する制御プロセスを実行する制御プロセス実行手段を具備し、該制御プロセス実行手段によって決定された第１の操作量に従って前記第１の制御対象の動作が制御されることによって前記第１の制御対象の制御量が制御されると共に前記制御プロセス実行手段によって決定された第２の操作量に従って前記第２の制御対象の動作が制御されることによって前記第２の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の制御対象の制御量の目標値を初期目標値として決定すると共に前記第２の制御対象の制御量の目標値を初期目標値として決定する初期目標値決定手段と、該初期目標値決定手段によって決定された前記第１の初期目標値を前記第１の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第１の操作量が前記第１の制御対象に入力されると共に前記初期目標値決定手段によって決定された前記第２の初期目標値を前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第２の操作量が前記第２の制御対象に入力されたときに内燃機関に関する制約条件が満たされるか否かを判断する第１の判断手段と、該第１の判断手段によって前記制約条件が満たされると判断されたときに前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値を前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段に入力する初期目標値入力手段と、前記第１の判断手段によって前記制約条件が満たされないと判断されたときに前記第１の初期目標値および前記第２の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された初期目標値をそれぞれ第１の修正目標値および第２の修正目標値として出力する修正目標値出力手段と、該修正目標値出力手段から出力された前記第１の修正目標値を前記第１の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第１の操作量が前記第１の制御対象に入力されると共に前記第２の修正目標値を前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第２の操作量が前記第２の制御対象に入力されたときに前記制約条件が満たされるか否かを判断する第２の判断手段と、該第２の判断手段によって前記制約条件が満たされると判断されたときに前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段に入力する修正目標値入力手段と、を具備し、前記第２の判断手段によって前記制約条件が満たされないと判断されたときには前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値が前記修正目標値出力手段によって前記予め定められた規則に従ってさらに修正されて該さらに修正された修正目標値が新たな第１の修正目標値および第２の修正目標値として出力され、該出力された前記新たな第１の修正目標値を前記第１の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第１の操作量が前記第１の制御対象に入力されると共に前記出力された前記新たな第２の修正目標値を前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行修正によって決定される第２の操作量が前記第２の制御対象に入力されたときに前記制約条件が満たされるか否かが前記第２の判断手段によって判断され、該第２の判断手段によって前記制約条件が満たされると判断されるまで前記修正目標値出力手段による前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値の修正と該修正された第１の修正目標値および第２の修正目標値の出力とが繰り返し行われる内燃機関の制御装置。
20. 前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値または前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する予測手段をさらに具備し、該予測手段によって予測される内燃機関の状態に基づいて前記第１の判断手段または前記第２の判断手段によって前記制約条件が満たされるか否かが判断される請求項１９に記載の内燃機関の制御装置。
21. 前記予測手段が内燃機関に関する状態空間モデルによって前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値または前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値をそれぞれ前記第１の制御目標値および前記第２の制御目標値として前記制御プロセス実行手段によって決定される第１の操作量および第２の操作量に従って各制御対象の制御量が制御されたときの内燃機関の状態を予測する請求項２０に記載の内燃機関の制御装置。
22. 前記制約条件が有界閉集合によって表され、前記制約条件に関連する内燃機関の内部状態がベクトルによって表され、該ベクトルが前記有界閉集合に属することをもって前記制約条件が満たされると判断される請求項１９〜２１のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
23. 前記第１の修正目標値が前記第１の初期目標値に最も近い値になり且つ前記第２の修正目標値が前記第２の初期目標値に最も近い値になるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値または前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される請求項１９〜２２のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
24. 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、前記第１の動作制御手段に前記第１の制御対象の動作を制御させるための第１の制御信号を生成すると共に前記第２の動作制御手段に前記第２の制御対象の動作を制御させるための第２の制御信号を生成する制御信号生成手段であって前記第１の制御目標値が入力されて該入力された第１の制御目標値を予め定められた第１の変換則に従って変換することによって前記第１の制御信号を生成すると共に前記第２の制御目標値が入力されて該入力された第２の制御目標値を予め定められた第２の変換則に従って変換することによって前記第２の制御信号を生成する制御信号生成手段と、をさらに具備し、前記第１の動作制御手段が前記制御信号生成手段によって生成された第１の制御信号に従って前制御プロセス実行手段によって決定された第１の操作量を前記第１の制御対象に入力することによって前記第１の制御対象の動作を制御し、前記第２の動作制御手段が前記制御信号生成手段によって生成された第２の制御信号に従って前記制御プロセス実行手段によって決定された第２の操作量を前記第２の制御対象に入力することによって前記第２の制御対象の動作を制御し、前記制約条件が、前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件の少なくとも１つと、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、前記第２の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件の少なくとも１つとである請求項１９〜２３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
25. 前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第１の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に関する制約条件が前記第１の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件が該第１の操作量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に関する制約条件が前記第１の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第１の動作制御手段に与えられる第１の制御信号に関する制約条件が該第１の制御信号が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件が前記第２の制御対象の制御量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に関する制約条件が前記第２の制御対象の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件が該第２の操作量が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に関する制約条件が前記第２の動作制御手段の動作状態が予め定められた許容範囲内にあることであり、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件が該第２の制御信号が予め定められた許容範囲内にあることである請求項２４に記載の内燃機関の制御装置。
26. 前記第１の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第１の制御対象に関する制約条件、前記第１の制御対象に入力すべき第１の操作量に関する制約条件、前記第１の動作制御手段に関する制約条件、前記第１の制御対象に与えられる第１の制御信号に関する制約条件、前記第２の制御対象の制御量に関する制約条件、前記第２の制御対象に関する制約条件、前記第２の制御対象に入力すべき第２の操作量に関する制約条件、前記第２の動作制御手段に関する制約条件、および、前記第２の動作制御手段に与えられる第２の制御信号に関する制約条件の全てが満たされるように、前記第１の初期目標値および前記第２の初期目標値または前記第１の修正目標値および前記第２の修正目標値が前記修正目標値出力手段によって修正される請求項２４または２５に記載の内燃機関の制御装置。
27. 前記第１の制御対象が内燃機関の燃焼室に吸入される空気の圧力を高める過給機において前記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り、前記第２の制御対象が前記燃焼室から排出される排気ガスを前記燃焼室に吸入させるために前記燃焼室から排出される排気ガスを内燃機関の吸気通路に導入する排気再循環装置において前記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り、前記第１の制御対象の制御量が前記燃焼室に吸入される空気の圧力であり、前記第２の制御対象の制御量が前記吸気通路に導入される排気ガスの量であり、前記第１の動作制御手段が前記圧力制御弁の動作を制御する圧力制御弁アクチュエータであり、前記第２の動作制御手段が前記排気ガス量制御弁の動作を制御する排気ガス量制御弁アクチュエータである請求項１９〜２６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

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