(57)【要約】【課題】内燃機関における複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在する場合において、良好な制御精度および応答性と、制御系の安定性とを確保することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関3の制御装置1では、要求トルクPmcmdに基づいて目標EGR量Giegrcmdを算出し、これを用いて吸気量Gcylが制御される。また、要求トルクPmcmdに基づいて、基本開度THmapを算出し、要求トルクPmcmdに基づいて、目標吸気圧PBcmdを算出し、所定の追従制御手法と非干渉制御手法を用いて、吸気圧PBを目標吸気圧PBcmdに追従させるとともに吸気量Gcylに対して干渉しないように、非干渉化補償値THdcを算出し、これを基本開度THmapに加算することにより、目標スロットル弁開度THcmdを算出し、これを用いて吸気圧PBが制御される。【選択図】図４
2010265801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関における複数の制御量を複数の制御入力によりそれぞれ制御するとともに、当該複数の制御入力と当該複数の制御量との間に相互干渉が存在する内燃機関の制御装置であって、
所定のフィードフォワード制御アルゴリズムを用いて、前記複数の制御量の１つである第１制御量を制御するための制御入力を第１制御入力として算出する第１制御入力算出手段と、
所定の非干渉制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズムを用いて、前記複数の制御量のうちの、前記第１制御量以外の第２制御量を制御するための制御入力を、前記第１制御量に対して干渉しないような第２制御入力として算出する第２制御入力算出手段と、を備え、
当該第２制御入力算出手段は、
前記第２制御量を検出する第２制御量検出手段と、
前記内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータを検出する運転状態パラメータ検出手段と、
前記第２制御入力の基本値を、前記検出された運転状態パラメータに応じ、当該運転状態パラメータと当該第２制御入力の当該基本値との間の相関関係を表す相関関係モデルを用いて算出する基本値算出手段と、
前記運転状態パラメータに応じて、前記第２制御量の目標となる目標値を算出する目標値算出手段と、
所定の追従制御アルゴリズムおよび前記所定の非干渉制御アルゴリズムを用いて、前記検出された第２制御量を前記目標値に追従させるとともに前記第１制御量に対して干渉しないように、補償値を算出する補償値算出手段と、
当該補償値と前記第２制御入力の前記基本値との和を前記第２制御入力として設定する第２制御入力設定手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記補償値算出手段は、前記第２制御入力に対する前記第２制御量の感度が所定感度よりも高いときには、前記補償値を所定の制限値に制限する制限手段を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記基本値算出手段は、前記補償値を用いて、前記相関関係モデルを修正するとともに、当該修正された相関関係モデルを用いて、前記第２制御入力の基本値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記第２制御入力算出手段は、前記運転状態パラメータにおける所定周波数以下の周波数成分を透過させる所定のフィルタ処理を前記運転状態パラメータに施すことにより、当該運転状態パラメータの低周波数成分を算出する低周波成分算出手段をさらに有し、
前記基本値算出手段は、前記第２制御入力の前記基本値を、前記運転状態パラメータの前記低周波成分に応じ、当該低周波成分と当該第２制御入力の当該基本値との間の相関関係を表す相関関係モデルを用いて算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、当該内燃機関の気筒内で発生した既燃ガスの当該気筒内における残留量を内部ＥＧＲ量として変更する内部ＥＧＲ機構と、当該内燃機関のスロットル弁の開度を変更するスロットル弁機構と、を有し、
前記第１制御量および第２制御量はそれぞれ、前記内燃機関の吸気量および吸気圧であり、前記第１制御入力および第２制御入力はそれぞれ、前記内部ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ量制御値および前記スロットル弁の開度を制御するための開度制御値であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における複数の制御量を複数の制御入力によりそれぞれ制御する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置は、吸気量を制御するものであり、エアフローセンサと、クランク角センサと、アクセル開度センサと、これらのセンサからの検出信号が入力されるコントローラなどを備えている。また、内燃機関には、吸気量を変更するための機構として、スロットル弁機構および可変バルブリフト機構が設けられている。この制御装置では、機関回転数、アクセル開度および吸気量などに基づいて、内燃機関がどのような運転負荷域にあるかが判定される。そして、内燃機関がアイドル運転域を含む低負荷域にあると判定されたときには、可変バルブリフト機構を介して、バルブリフトが所定の低リフトに制御されるとともに、スロットル弁機構を介して、スロットル弁の開度が機関回転数およびアクセル開度に応じた値にフィードフォワード制御される。一方、内燃機関が中・高負荷域にあると判定されたとき、すなわち通常の運転負荷域にあるときには、スロットル弁が全開状態に保持されるとともに、バルブリフトが機関回転数およびアクセル開度に応じた値にフィードフォワード制御される。
【０００３】
この制御系の場合、制御入力としてのスロットル弁開度およびバルブリフトと、制御量としての吸気圧および吸気量との間に、相互干渉が存在する干渉系となっており、バルブリフトを変更すると、その影響により吸気量および吸気圧の双方が変化するとともに、スロットル弁開度を変更すると、その影響により吸気圧および吸気量の双方が変化してしまう。その結果、特許文献１の制御装置では、吸気圧制御と吸気量制御を適切に行うことができないという問題がある。
【０００４】
以上のような問題を解決できる内燃機関の制御装置として、特許文献２に記載されたものを本出願人は既に提案している。この制御装置は、特許文献２の図８に示すように、プラント９０を制御するものであり、応答指定型コントローラ１０１および非干渉化コントローラ１０２などを備えている。また、プラント９０は、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを制御入力とし、吸気圧ＰＢおよび吸気量Ｇｃｙｌを制御量とする干渉系として定義されているとともに、その制御対象モデルは式（１９）に示すように定義されている。
【０００５】
この制御装置の応答指定型コントローラ１０１では、吸気圧ＰＢが目標吸気圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従するように、所定の応答指定型制御アルゴリズムによって追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄが算出されるとともに、吸気量Ｇｃｙｌが目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従するように、所定の応答指定型制御アルゴリズムによって追従入力Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄが算出される。さらに、非干渉化コントローラは、クロスコントローラタイプのものであり、この非干渉化コントローラでは、２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄと、前記制御対象モデルに基づく非干渉制御アルゴリズムとを用いて、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが非干渉化入力として算出される。その結果、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄによって、吸気量Ｇｃｙｌに影響を及ぼすことなく、吸気圧ＰＢを目標吸気圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従するように制御できるとともに、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄによって、吸気圧ＰＢに影響を及ぼすことなく、吸気量Ｇｃｙｌを目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従するように制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５４１００号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献２の内燃機関の制御装置によれば、非干渉化コントローラとしてクロスコントローラタイプのものを用いている関係上、制御対象モデルにおけるモデル化誤差が小さい場合には、高い制御精度を確保することができるものの、経年変化などによってモデル化誤差が増大した場合には、制御精度および応答性が低下したり、非干渉化入力が不適切な状態で算出されることで、制御系が不安定になったりする可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、内燃機関における複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在する場合において、良好な制御精度および応答性と、制御系の安定性とを確保することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関３における複数の制御量（吸気圧ＰＢ、吸気量Ｇｃｙｌ）を複数の制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄ、目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄ）によりそれぞれ制御するとともに、複数の制御入力と複数の制御量との間に相互干渉が存在する内燃機関３の制御装置１であって、所定のフィードフォワード制御アルゴリズムを用いて、複数の制御量の１つである第１制御量（吸気量Ｇｃｙｌ）を制御するための制御入力を第１制御入力（目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄ）として算出する第１制御入力算出手段（ＥＣＵ２、目標ＥＧＲ量算出部７０）と、所定の非干渉制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズムを用いて、複数の制御量のうちの、第１制御量以外の第２制御量（吸気圧ＰＢ）を制御するための制御入力を、第１制御量に対して干渉しないような第２制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄ）として算出する第２制御入力算出手段（ＥＣＵ２、吸気圧コントローラ５０，５０Ａ，５０Ｂ）と、を備え、第２制御入力算出手段は、第２制御量を検出する第２制御量検出手段（吸気圧センサ２５）と、内燃機関３の運転状態を表す運転状態パラメータ（要求トルクＰｍｃｍｄ）を検出する運転状態パラメータ検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、アクセル開度センサ２９、要求トルク算出部４０）と、第２制御入力の基本値（基本開度ＴＨｍａｐ）を、検出された運転状態パラメータ（要求トルクＰｍｃｍｄ）に応じ、運転状態パラメータと第２制御入力の基本値との間の相関関係を表す相関関係モデル（基本値検索用マップ）を用いて算出する基本値算出手段（ＥＣＵ２、基本開度算出部５２，５２Ｂ）と、運転状態パラメータ（要求トルクＰｍｃｍｄ）に応じて、第２制御量の目標となる目標値（目標吸気圧ＰＢｃｍｄ）を算出する目標値算出手段（ＥＣＵ２、目標空気量算出部５３，５３Ｂ、目標吸気量算出部５５、目標吸気圧算出部５６）と、所定の追従制御アルゴリズムおよび所定の非干渉制御アルゴリズムを用いて、検出された第２制御量を目標値に追従させるとともに第１制御量に対して干渉しないように、補償値（非干渉化補償値ＴＨｄｃ）を算出する補償値算出手段（ＥＣＵ２、応答指定型コントローラ５７、非干渉化コントローラ５８、リミッタ５９）と、補償値（非干渉化補償値ＴＨｄｃ）と第２制御入力の基本値（基本開度ＴＨｍａｐ）との和を第２制御入力（目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄ）として設定する第２制御入力設定手段（ＥＣＵ２、加算器６０）と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の制御装置によれば、第２制御量を制御するための第２制御入力が、所定の非干渉制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズムを用いて、第１制御量に対して干渉しないような制御入力として算出されるので、第２制御入力によって、これが第１制御量に対して干渉するのを回避しながら、第２制御量を制御することができる。さらに、第２制御入力が補償値と第２制御入力の基本値との和として算出されるとともに、第２制御入力の基本値は、運転状態パラメータに応じ、運転状態パラメータと第２制御入力の基本値との間の相関関係を表す相関関係モデルを用いて算出される。すなわち、第２制御入力の基本値は、運転状態パラメータに応じ、フィードフォワード制御手法によって算出される。また、補償値は、所定の追従制御アルゴリズムおよび所定の非干渉制御アルゴリズムを用いて、第２制御量を目標値に追従させるとともに第１制御量に対して干渉しないように算出される。したがって、この第２制御入力によって、第１制御量に対して干渉することなく、第２制御量を目標値に精度よく追従させることができるとともに、第２制御量を制御する際の安定性と、高い応答性および制御精度を確保することができる。
【００１１】
これに加えて、第１制御量を制御するための第１制御入力が、所定のフィードフォワード制御アルゴリズムを用いて算出され、上記のように、第２制御入力が第１制御量に対して干渉することなく、第２制御量を目標値に追従させるように算出されるので、特許文献１の制御装置のように、第１制御入力および第２制御入力を双方ともフィードフォワード制御アルゴリズムによって算出した場合と比べて、良好な制御精度および応答性と、制御系の安定性とを確保することができる。同じ理由により、特許文献２の制御装置のように、第１制御入力および第２制御入力をクロスコントローラを用いて算出した場合と比べて、経年変化などに起因してモデル化誤差が増大した場合でも、その影響を抑制することができ、その結果、良好な制御精度および応答性と、制御系の安定性とを確保することができる（なお、本明細書における「相関関係モデル」は、応答曲面モデルや数学的モデルに限らず、Ｎ（Ｎは正の整数）次元マップや所定の算出アルゴリズムなどの、運転状態パラメータの低周波成分と第２制御入力の基本値との間の相関関係を表すものをすべて含む。また、本明細書の「第２制御量を検出する」および「運転状態パラメータを検出する」における「検出」は、これらの値を、センサによって直接的に検出することに限らず、他のパラメータに基づいて算出または推定することも含む）。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、補償値算出手段は、第２制御入力に対する第２制御量の感度が所定感度よりも高いとき（圧力比ＰＡ／ＰＢが所定値Ｒ＿ＲＥＦよりも大きいとき）には、補償値を所定の制限値ＴＨｄｃ＿ｌｍｔに制限する制限手段（ＥＣＵ２、リミッタ５９）を有することを特徴とする。
【００１３】
この内燃機関の制御装置によれば、第２制御入力に対する第２制御量の感度が所定感度よりも高いときには、補償値が所定の制限値に制限されるので、補償値による過補償状態の発生を回避しながら、第２制御入力を適切に算出することができる。その結果、制御系の安定性をさらに高めることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の制御装置１において、基本値算出手段は、補償値（非干渉化補償値ＴＨｄｃ）を用いて、相関関係モデル（基本値検索用マップ）を修正するとともに、修正された相関関係モデルを用いて、第２制御入力の基本値を算出することを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関の制御装置によれば、相関関係モデルが補償値を用いて修正されるとともに、修正された相関関係モデルを用いて、第２制御入力の基本値が算出されるので、第２制御入力の基本値を、補償値が値０になるように算出することができる。それにより、経年変化などに起因して相関関係モデルのモデル化誤差が増大した場合でも、そのモデル化誤差を迅速に補償でき、第２制御入力の基本値の算出精度を向上させることができる。その結果、制御精度を向上させることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の制御装置１において、第２制御入力算出手段は、運転状態パラメータ（要求トルクＰｍｃｍｄ）における所定周波数以下の周波数成分を透過させる所定のフィルタ処理を運転状態パラメータに施すことにより、運転状態パラメータの低周波数成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌを算出する低周波成分算出手段（ＥＣＵ２、ローパスフィルタ５１）をさらに有し、基本値算出手段は、第２制御入力の基本値を、運転状態パラメータの低周波成分に応じ、低周波成分と第２制御入力の基本値との間の相関関係を表す相関関係モデルを用いて算出することを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関の制御装置によれば、第２制御入力の基本値が、運転状態パラメータの低周波成分に応じ、低周波成分と第２制御入力の基本値との間の相関関係を表す相関関係モデルを用いて算出される。すなわち、第２制御入力の基本値は、運転状態パラメータの低周波成分に応じ、フィードフォワード制御手法によって算出されるので、この基本値を内燃機関の運転状態の変化に対して所定の応答遅れを伴うように算出することができ、その結果、第２制御入力によって第２制御量を制御する際の安定性を確保することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関３の制御装置１において、内燃機関３は、内燃機関３の気筒＃１〜＃４内で発生した既燃ガスの気筒＃１〜＃４内における残留量を内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒとして変更する内部ＥＧＲ機構（可変吸気カム位相機構６、可変排気カム位相機構９）と、内燃機関３のスロットル弁１１ａの開度ＴＨを変更するスロットル弁機構１１と、を有し、第１制御量および第２制御量はそれぞれ、内燃機関３の吸気量Ｇｃｙｌおよび吸気圧ＰＢであり、第１制御入力および第２制御入力はそれぞれ、内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒを制御するためのＥＧＲ量制御値（目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄ）およびスロットル弁の開度ＴＨを制御するための開度制御値（目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄ）であることを特徴とする。
【００１９】
この内燃機関の制御装置によれば、第１制御量および第２制御量がそれぞれ、内燃機関の吸気量および吸気圧であり、第１制御入力および第２制御入力がそれぞれ、内部ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ量制御値およびスロットル弁の開度を制御するための開度制御値であるので、スロットル弁の開度が吸気量に干渉するのを回避しながら、吸気圧をその目標値に適切に追従させることができるとともに、吸気量をフィードフォワード制御することができる。それにより、吸気圧および吸気量をいずれもフィードフォワード制御した場合と比べて、制御精度を向上させることができるとともに、吸気圧および吸気量をクロスコントローラを用いて制御した場合と比べて、モデル化誤差が増大した場合でも、その影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す模式図である。
【図２】可変吸気カム位相機構および可変排気カム位相機構による吸気弁および排気弁のバルブタイミングの変更状態を示すバルブリフト曲線である。
【図３】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】吸気圧コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図５】（ａ）基本開度ＴＨｍａｐと（ｂ）非干渉化補償値ＴＨｄｃと（ｃ）目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄの演算結果の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】第１実施形態における制御対象の概略構成を示すブロック図である。
【図７】第１実施形態の制御装置による吸気圧制御および吸気量制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】比較のために、非干渉化補償値ＴＨｄｃ＝０と設定したときの、吸気圧制御および吸気量制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。
【図９】第２実施形態に係る制御装置の吸気圧コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図１０】第３実施形態に係る制御装置の吸気圧コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】ローパスフィルタにおいて、（ａ）要求トルクＰｍｃｍｄから（ｂ）低周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌを算出した結果の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、吸気圧制御および吸気量制御などを実行する。
【００２２】
エンジン３は、４つの気筒＃１〜＃４を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。このエンジン３には、クランク角センサ２０（運転状態パラメータ検出手段）が設けられており、このクランク角センサ２０は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されているとともに、図示しないクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば１０゜）ごとに１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。
【００２３】
また、エンジン３は、図示しない吸気弁を開閉駆動するための吸気カムシャフト４および吸気カム５と、吸気カムシャフト４の一端部に設けられた可変吸気カム位相機構６（内部ＥＧＲ機構）と、図示しない排気弁を駆動するための排気カムシャフト７および排気カム８と、排気カムシャフト７の一端部に設けられた可変排気カム位相機構９（内部ＥＧＲ機構）などを備えている。
【００２４】
この可変吸気カム位相機構６は、吸気カムシャフト４のクランクシャフトに対する相対的な位相（以下「吸気カム位相」という）ＣＡＩＮを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、ハウジング６ａと、このハウジング６ａに固定されたスプロケット６ｂと、ハウジング６ａ内に収容された電気モータおよび遊星歯車装置（いずれも図示せず）などを備えている。このスプロケット６ｂは、電気モータおよび遊星歯車装置を介して、吸気カムシャフト４に連結されているとともに、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されている。それにより、吸気カムシャフト４は、クランクシャフトが２回転するごとに１回転する。
【００２５】
この可変吸気カム位相機構６では、後述する吸気位相制御入力ＵｃａｉｎがＥＣＵ２から電気モータに供給されると、電気モータの運転に伴って遊星歯車装置が駆動されることにより、吸気カムシャフト４のスプロケット６ｂに対する相対的な位相、すなわち吸気カム位相ＣＡＩＮが無段階に変更される。この場合、吸気カム位相ＣＡＩＮは、最遅角値と最進角値との間で無段階に変更されるとともに、吸気カム位相ＣＡＩＮが最遅角値に設定されているときには、吸気弁が図２の実線で示す最遅角バルブタイミングで動作し、吸気カム位相ＣＡＩＮが最進角値に設定されているときには、吸気弁が図２の２点鎖線で示す最進角バルブタイミングで動作する。
【００２６】
また、吸気カムシャフト４の可変吸気カム位相機構６と反対側の端部には、吸気カム角センサ２１が設けられている。この吸気カム角センサ２１は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、吸気カムシャフト４の回転に伴い、パルス信号であるＩＮＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＩＮＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、吸気カム位相ＣＡＩＮを算出する。
【００２７】
一方、前述した可変排気カム位相機構９は、排気カムシャフト７のクランクシャフトに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）ＣＡＥＸを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、前述した可変吸気カム位相機構６と同様に構成されている。すなわち、可変排気カム位相機構９は、ハウジング９ａと、ハウジング９ａに固定されたスプロケット９ｂと、ハウジング９ａ内に収容された電気モータおよび遊星歯車装置（いずれも図示せず）などを備えている。このスプロケット９ｂは、電気モータおよび遊星歯車装置を介して、排気カムシャフト７に連結されているとともに、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結されている。それにより、排気カムシャフト７は、クランクシャフトが２回転するごとに１回転する。
【００２８】
この可変排気カム位相機構９では、後述する排気位相制御入力ＵｃａｅｘがＥＣＵ２から電気モータに供給されると、電気モータの運転に伴って遊星歯車装置が駆動されることにより、排気カムシャフト７のスプロケット９ｂに対する相対的な位相、すなわち排気カム位相ＣＡＥＸが無段階に変更される。この場合、排気カム位相ＣＡＥＸは、最遅角値と最進角値との間で無段階に変更されるとともに、排気カム位相ＣＡＥＸが最遅角値に設定されているときには、排気弁が図２の実線で示す最遅角バルブタイミングで動作し、排気カム位相ＣＡＥＸが最進角値に設定されているときには、排気弁が図２の２点鎖線で示す最進角バルブタイミングで動作する。
【００２９】
同図に示すように、吸気弁が２点鎖線で示す最進角タイミングで、排気弁が実線で示す最遅角タイミングでそれぞれ動作した場合、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップが値０になる。この状態から、吸気弁のバルブタイミングがより遅角側に変更されたり、排気弁のバルブタイミングがより進角側に変更されたりすると、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップが発生することなく、吸気弁の閉弁後に吸気弁および排気弁がいずれも閉弁状態に保持される状態、すなわちネガティブオーバーラップ状態となる。以下の説明では、このネガティブオーバーラップ状態の期間を「閉弁期間ＮＯＬ」という。この閉弁期間ＮＯＬは、吸気カム位相ＣＡＩＮおよび排気カム位相ＣＡＥＸを制御することによって、図２に示す最大値ＮＯＬｍａｘと値０との間で無段階に変更され、それにより、既燃ガスの気筒内における残留量すなわち内部ＥＧＲ量が無段階に変更される。
【００３０】
また、排気カムシャフト７の可変排気カム位相機構９と反対側の端部には、排気カム角センサ２２が設けられている。この排気カム角センサ２２は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、排気カムシャフト７の回転に伴い、パルス信号であるＥＸＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＸＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。
【００３１】
また、エンジン３の吸気通路１０には、上流側から順に、エアフローセンサ２３、スロットル弁機構１１およびスロットル弁開度センサ２４などが設けられている。このエアフローセンサ２３は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気通路１０内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）Ｇｉｎを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この空気流量Ｇｉｎおよび後述する内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒに基づき、図示しないマップを検索することによって、吸気量Ｇｃｙｌを算出する。なお、この吸気量Ｇｃｙｌは、吸気行程終了時の気筒内における、空気量（新気量）と内部ＥＧＲ量を合わせた総ガス量であり、本実施形態では、吸気量Ｇｃｙｌが第１制御量に相当する。
【００３２】
スロットル弁機構１１は、スロットル弁１１ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１１ｂなどを備えている。スロットル弁１１ａは、吸気通路１０の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により空気流量Ｇｉｎを変化させる。ＴＨアクチュエータ１１ｂは、ＥＣＵ２に接続された電気モータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの後述する開度制御入力Ｕｔｈによって駆動されることにより、スロットル弁１１ａの開度を変化させる。
【００３３】
さらに、スロットル弁開度センサ２４は、例えばポテンショメータなどで構成され、吸気通路１０のスロットル弁１１ａの近傍に設けられているとともに、スロットル弁１１ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを表す検出信号を、ＥＣＵ２に出力する。
【００３４】
一方、吸気通路１０のスロットル弁１１ａよりも下流側の部分は、サージタンク１０ａになっており、このサージタンク１０ａには、吸気圧センサ２５および吸気温センサ２６が設けられている。
【００３５】
吸気圧センサ２５は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、サージタンク１０ａ内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、この吸気圧ＰＢは絶対圧として検出され、本実施形態では、吸気圧センサ２５が第２制御量検出手段に相当し、吸気圧ＰＢが第２制御量に相当する。また、吸気温センサ２６は、サージタンク１０ａ内の空気の温度（以下「吸気温」という）Ｔｉｎを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２７、外気温センサ２８およびアクセル開度センサ２９（運転状態パラメータ検出手段）がそれぞれ接続されている。この大気圧センサ２７は大気圧ＰＡを表す検出信号を、外気温センサ２８は外気温ＴＡをを表す検出信号を、アクセル開度センサ２９は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号をそれぞれＥＣＵ２に出力する。
【００３７】
ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜２９の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、以下に述べるように、吸気圧制御および吸気量制御を実行する。
【００３８】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が第１制御入力算出手段、第２制御入力算出手段、運転状態パラメータ検出手段、低周波成分算出手段、基本値算出手段、目標値算出手段、補償値算出手段、第２制御入力設定手段、および制限手段に相当する。
【００３９】
次に、図３を参照しながら、本実施形態の制御装置１について説明する。同図に示すように、この制御装置１は、制御対象８０を制御するものであり、この制御対象８０は、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄを制御入力とし、吸気圧ＰＢおよび吸気量Ｇｃｙｌを制御量とする干渉系として定義されており、その具体的な構成については後述する。また、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄはそれぞれ、スロットル弁開度ＴＨおよび内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒの目標値であり、後述するように算出される。
【００４０】
この制御装置１は、図３に示すように、要求トルク算出部４０、吸気圧コントローラ５０および目標ＥＧＲ量算出部７０を備えており、これらの算出部４０，７０およびコントローラ５０はいずれも、ＥＣＵ２によって構成されている。この要求トルク算出部４０では、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないマップを検索することにより、要求トルクＰｍｃｍｄが算出される。なお、本実施形態では、要求トルク算出部４０が運転状態パラメータ検出手段に相当し、要求トルクＰｍｃｍｄが運転状態パラメータに相当する。
【００４１】
また、目標ＥＧＲ量算出部７０では、要求トルクＰｍｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄが算出される。すなわち、フィードフォワード制御アルゴリズムによって、目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄが算出される。なお、本実施形態では、目標ＥＧＲ量算出部７０が第１制御入力算出手段に相当し、目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄが第１制御入力およびＥＧＲ量制御値に相当する。
【００４２】
さらに、吸気圧コントローラ５０では、以下に述べるように、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとを含む制御アルゴリズムによって、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄが算出される。なお、本実施形態では、吸気圧コントローラ５０が第２制御入力算出手段に相当し、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄが第２制御入力および開度制御値に相当する。
【００４３】
図４に示すように、吸気圧コントローラ５０は、基本開度算出部５２、目標空気量算出部５３、内部ＥＧＲ量算出部５４、目標吸気量算出部５５、目標吸気圧算出部５６、応答指定型コントローラ５７、非干渉化コントローラ５８、リミッタ５９および加算器６０を備えている。
【００４４】
まず、基本開度算出部５２では、前述した要求トルクＰｍｃｍｄに応じて、図示しない基本開度検索用マップを検索することにより、基本開度ＴＨｍａｐが算出される。なお、本実施形態では、基本開度算出部５２が基本値算出手段に、基本開度ＴＨｍａｐが第２制御入力の基本値に、基本開度検索用マップが相関関係モデルにそれぞれ相当する。
【００４５】
また、目標空気量算出部５３では、要求トルクＰｍｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標空気量Ｇａｉｒｃｍｄが算出される。
【００４６】
さらに、内部ＥＧＲ量算出部５４では、エンジン回転数ＮＥおよび閉弁期間ＮＯＬに応じて、図示しないマップを検索することにより、内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒが算出される。この内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒは、気筒内における内部ＥＧＲ量の推定値に相当する。なお、閉弁期間ＮＯＬは後述するように算出される。
【００４７】
また、目標吸気量算出部５５では、以上のように算出された内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒおよび目標空気量Ｇａｉｒｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気量Ｇｃｙｌｃｍｄが算出される。
【００４８】
一方、目標吸気圧算出部５６では、閉弁期間ＮＯＬおよび目標吸気量Ｇｃｙｌｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標吸気圧ＰＢｃｍｄが算出される。なお、本実施形態では、目標空気量算出部５３、目標吸気量算出部５５および目標吸気圧算出部５６が目標値算出手段に相当し、目標吸気圧ＰＢｃｍｄが目標値に相当する。
【００４９】
また、応答指定型コントローラ５７（補償値算出手段）では、追従補償値ＴＨｆｂが、下式（１）〜（５）に示す、応答指定型制御アルゴリズムの一種であるスライディングモード制御アルゴリズムによって、吸気圧ＰＢを目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従させるような値として算出される。
【００５０】
【数１】
2010265801.tif 000003
【００５１】
上式（１）〜（５）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴｋ（例えば１０ｍｓｅｃ）に同期して算出（またはサンプリング）されたデータであることを示しており、記号ｋは各離散データの算出サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の制御タイミングで算出された値であることを、記号ｋ−１は前回の制御タイミングで算出された値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。
【００５２】
また、上式（１）のＵｒｃｈは、到達則入力であり、式（２）によって算出される。この式（２）において、Ｋｒｃｈは所定のフィードバックゲインであり、σは式（４）のように定義される切換関数である。この式（４）において、Ｓは−１＜Ｓ＜０の範囲内の値に設定される応答指定パラメータであり、Ｅは式（５）のように定義される追従誤差である。また、式（１）のＵａｄｐは、適応則入力であり、式（３）によって算出される。この式（３）のＫａｄｐは所定のフィードバックゲインである。
【００５３】
さらに、非干渉化コントローラ５８（補償値算出手段）では、下式（６）に示す非干渉化制御アルゴリズムを適用した制御アルゴリズムによって、非干渉化補償値の演算値ＴＨｄｃ＿ｃａｌが算出される。なお、この式（６）の導出手法については後述する。
【数２】
2010265801.tif 000004
【００５４】
上式（６）のＷ１は、下式（７）によって算出される係数であり、同式（７）において、γは空気の比熱比を、Ｒは所定の気体定数を、Ｖｉｎは吸気通路内容積をそれぞれ表している。
【数３】
2010265801.tif 000005
【００５５】
また、上式（６）のｆｔｈは、下式（８）のように定義される非線形関数である。
【数４】
2010265801.tif 000006
【００５６】
上式（８）のρ０は、空気の密度であり、外気温ＴＡに応じて、図示しないマップを検索することによって算出される。また、式（８）のΦは、下式（９），（１０）によって算出される関数値である。
【００５７】
【数５】
2010265801.tif 000007
【００５８】
以上のように、非干渉化コントローラ５８では、非干渉化補償値の演算値ＴＨｄｃ＿ｃａｌが、前述した式（６）〜（１０）に示す制御アルゴリズムによって、吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉することなく、吸気圧ＰＢを目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従させることができる値として算出される。
【００５９】
一方、リミッタ５９では、圧力比ＰＡ／ＰＢと所定値Ｒ＿ＲＥＦとの比較結果に基づき、下式（１１），（１２）によって、非干渉化補償値ＴＨｄｃが算出される。
【００６０】
【数６】
2010265801.tif 000008
【００６１】
上式（１１）のＴＨｄｃ＿ｌｍｔは、所定の制限値を表している。ここで、圧力比ＰＡ／ＰＢが所定値Ｒ＿ＲＥＦよりも大きいことは、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄに対する吸気圧ＰＢの感度が所定感度よりも高いことを表しており、そのため、圧力比ＰＡ／ＰＢが所定値Ｒ＿ＲＥＦよりも大きいときに、非干渉化補償値の演算値ＴＨｄｃ＿ｃａｌをそのまま非干渉化補償値ＴＨｄｃに設定すると、非干渉化補償値ＴＨｄｃによる過補償状態が発生し、吸気圧ＰＢの制御状態が不安定になるおそれがある。したがって、そのような非干渉化補償値ＴＨｄｃによる過補償状態の発生を回避し、吸気圧制御の安定性を確保するために、このリミッタ５９では、圧力比ＰＡ／ＰＢが所定値Ｒ＿ＲＥＦよりも大きいときには、非干渉化補償値ＴＨｄｃが制限値ＴＨｄｃ＿ｌｍｔに制限される。なお、本実施形態では、リミッタ５９が補償値算出手段および制限手段に相当し、非干渉化補償値ＴＨｄｃが補償値に相当する。
【００６２】
そして、加算器６０（第２制御入力設定手段）において、下式（１３）により、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄが最終的に算出される。
【数７】
2010265801.tif 000009
【００６３】
この場合、例えば、要求トルクＰｍｃｍｄが後述する図７に示すようなステップ状に変化する値であるときには、基本開度ＴＨｍａｐ、非干渉化補償値ＴＨｄｃおよび目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄはそれぞれ、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように算出される。
【００６４】
次に、前述した式（６）の導出手法について説明する。まず、エンジン３の吸気系を、吸気圧ＰＢ、吸気量Ｇｃｙｌ、スロットル弁開度ＴＨおよび内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒを用いてモデル化すると、下式（１４）が得られる。
【数８】
2010265801.tif 000010
【００６５】
上式（１４）のＷ２は、下式（１５）のように定義される係数であり、下式（１５）のＶｃｙｌは気筒の容積を、Ｔｃｙｌは気筒内の温度をそれぞれ表している。
【数９】
2010265801.tif 000011
【００６６】
上式（１４）は、ＰＢ，Ｇｃｙｌを制御量とし、ＴＨ，Ｇｉｅｇｒを制御入力とする制御対象のモデルと見なすことができ、この式（１４）は、下式（１６）〜（２０）のように表現することができる。
【００６７】
【数１０】
2010265801.tif 000012
【数１１】
2010265801.tif 000013
【数１２】
2010265801.tif 000014
【数１３】
2010265801.tif 000015
【数１４】
2010265801.tif 000016
【００６８】
上式（１６）のように表現される干渉系の制御対象モデルを、相互干渉のない線形な系に変換するために、非干渉化する前の仮想制御入力のベクトルＭを下式（２１）のように定義するとともに、クロスコントローラタイプの非干渉制御則を上式（１６）の制御対象モデルに適用すると、非干渉化された制御入力ベクトルＵは、下式（２２）のようになる。
【００６９】
【数１５】
2010265801.tif 000017
【００７０】
前述した式（１７）〜（２０）を用いて、上式（２２）を書き換えると、下式（２３）が得られる。
【００７１】
【数１６】
2010265801.tif 000018
【００７２】
そして、上式（２３）の１番目の要素において、「ＴＨ」を「ＴＨｄｃ＿ｃａｌ」に、「ＴＨ’」を「ＴＨｆｂ」に、「Ｇｃｙｌ」を「Ｇｃｙｌｃｍｄ−Ｇｃｙｌ」にそれぞれ置き換えることによって、前述した式（６）が導出される。ここで、「Ｇｃｙｌ」を「Ｇｃｙｌｃｍｄ−Ｇｃｙｌ」に置き換える理由は、非干渉化補償値ＴＨｄｃが、基本開度ＴＨｍａｐを補正する値として算出される関係上、吸気量Ｇｃｙｌの変化分すなわち目標吸気量Ｇｃｙｌｃｍｄと吸気量Ｇｃｙｌとの偏差を用いることが適切であることによる。
【００７３】
以上のように、本実施形態の制御装置１では、非干渉化補償値ＴＨｄｃが、応答指定型制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズムによって算出され、この非干渉化補償値ＴＨｄｃで基本開度ＴＨｍａｐを補正することによって、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄが算出される。一方、目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄは、フィードフォワード制御アルゴリズムによって算出される。これは、クロスコントローラを用いた場合におけるモデル化誤差が増大したときの、前述したような不具合を回避するためである。
【００７４】
また、本実施形態の場合、前述した制御対象８０は、具体的には、図６に示すように、弁開度コントローラ８１、閉弁期間算出部８２、目標閉弁期間算出部８３、閉弁期間コントローラ８４およびエンジン３などで構成されている。なお、これらのコントローラ８１，８４および算出部８２，８３はいずれも、ＥＣＵ２によって構成されている。
【００７５】
この弁開度コントローラ８１では、前述した式（１）〜（５）と同様のスライディングモード制御アルゴリズム（具体的な演算式は省略）を含む制御アルゴリズムによって、開度制御入力Ｕｔｈが算出される。そして、この開度制御入力Ｕｔｈがスロットル弁機構１１に供給されることによって、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄに追従するように制御される。その結果、吸気圧ＰＢが目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従するように制御される。
【００７６】
また、閉弁期間算出部８２では、吸気カム位相ＣＡＩＮおよび排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、図示しないマップを検索することにより、閉弁期間ＮＯＬが算出される。さらに、目標閉弁期間算出部８３では、目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標閉弁期間ＮＯＬｃｍｄが算出される。
【００７７】
そして、閉弁期間コントローラ８４では、前述した式（１）〜（５）と同様のスライディングモード制御アルゴリズム（具体的な演算式は省略）を含む制御アルゴリズムによって、吸気位相制御入力Ｕｃａｉｎおよび排気位相制御入力Ｕｃａｅｘがそれぞれ算出される。そして、これらの吸気位相制御入力Ｕｃａｉｎおよび排気位相制御入力Ｕｃａｅｘが、可変吸気カム位相機構６および可変排気カム位相機構９にそれぞれ供給されることによって、閉弁期間ＮＯＬが目標閉弁期間ＮＯＬｃｍｄに追従するように制御される。その結果、内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒが目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄになるように制御される。
【００７８】
次に、本実施形態の制御装置１による吸気圧制御および吸気量制御のシミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。図７は、本実施形態の制御装置１による制御結果を示しており、図８は、比較のために、非干渉化補償値ＴＨｄｃ＝０としたとき、すなわちＴＨｃｍｄ＝ＴＨｍａｐと設定することで、吸気量Ｇｃｙｌおよび吸気圧ＰＢの双方をフィードフォワード制御した場合の制御結果例を示している。なお、両図においては、ＴＨ≒ＴＨｃｍｄが成立する関係上、２つの値ＴＨ，ＴＨｃｍｄは互いに同じ曲線を示すので、スロットル弁開度ＴＨの曲線のみが図示されている。これと同様に、Ｇｉｅｇｒ≒Ｇｉｅｇｒｃｍｄが成立するので、内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒの曲線のみが図示されているとともに、ＰＢ≒ＰＢｃｍｄが成立するので、吸気圧ＰＢの曲線のみが図示されている。
【００７９】
まず、図８に示す比較例の制御結果では、時刻ｔ１０で、要求トルクＰｍｃｍｄがステップ状に変化すると、それに伴って、スロットル弁開度ＴＨおよび内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒが変化する。その際、吸気圧ＰＢは目標吸気圧ＰＢｃｍｄに精度よく追従しているものの、吸気量Ｇｃｙｌは、目標吸気量Ｇｃｙｌｃｍｄから一時的に大きく乖離しており、吸気量Ｇｃｙｌの制御精度が低いことが判る。
【００８０】
これに対して、図７に示す本実施形態の制御結果では、時刻ｔ１で、要求トルクＰｍｃｍｄがステップ状に変化すると、それに伴って、スロットル弁開度ＴＨおよび内部ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒが変化する。その際、吸気圧ＰＢは目標吸気圧ＰＢｃｍｄに精度よく追従しているとともに、吸気量Ｇｃｙｌも、図８の比較例と比べて、目標吸気量Ｇｃｙｌｃｍｄからの離間度合が小さくなっており、非干渉化補償値ＴＨｄｃを用いることによって、吸気量Ｇｃｙｌの制御精度が向上していることが判る。
【００８１】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、スライディングモード制御アルゴリズム［式（１）〜（５）］を用いて、吸気圧ＰＢが目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従するように、補償値ＴＨｆｂが算出され、この補償値ＴＨｆｂと、非干渉制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズム［式（６）〜（１０）］を用いて、非干渉化補償値の演算値ＴＨｄｃ＿ｃａｌが吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉しないような値として算出され、この演算値ＴＨｄｃ＿ｃａｌをリミット処理することによって、非干渉化補償値ＴＨｄｃが算出される。すなわち、非干渉化補償値ＴＨｄｃは、吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉することなく、吸気圧ＰＢを目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従させることができる値として算出される。さらに、この非干渉化補償値ＴＨｄｃを基本開度ＴＨｍａｐに加算することによって、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄが算出されるとともに、弁開度コントローラ８１によって、スロットル弁開度ＴＨがこの目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄに追従するように制御される。その結果、吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉するのを回避しながら、吸気圧ＰＢを目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従するように制御することができる。
【００８２】
また、非干渉化補償値ＴＨｄｃは、スライディングモード制御アルゴリズム［式（１）〜（５）］を用いて算出されるので、エンジン３の運転状態が急変した場合には、それに迅速に対応できるように算出することができ、その結果、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄを用いて吸気圧ＰＢを制御する際の高い応答性および制御精度を確保することができる。これに加えて、圧力比ＰＡ／ＰＢが所定値Ｒ＿ＲＥＦよりも大きく、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄに対する吸気圧ＰＢの感度が所定感度よりも高いときには、非干渉化補償値ＴＨｄｃが制限値ＴＨｄｃ＿ｌｍｔに制限されるので、非干渉化補償値ＴＨｄｃによる過補償状態の発生を回避でき、吸気圧制御の安定性を確保することができる。
【００８３】
以上により、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄによって吸気圧ＰＢを制御する際、吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉することなく、吸気圧ＰＢを目標値に追従させることができるとともに、吸気圧制御の安定性と、高い応答性および制御精度とを確保することができる。
【００８４】
これに加えて、吸気量Ｇｃｙｌを制御するための目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄが、所定のフィードフォワード制御アルゴリズムを用いて算出されるとともに、吸気圧ＰＢを制御するための目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄが、吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉することなく、吸気圧ＰＢを目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従させるように算出されるので、目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄおよび目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄを、特許文献１の制御装置のようにフィードフォワード制御アルゴリズムによって算出した場合と比べて、良好な制御精度および応答性と、制御系の安定性とを確保することができる。同じ理由により、目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄおよび目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄを、特許文献２の制御装置のようにクロスコントローラを用いて算出した場合と比べて、経年変化などに起因してモデル化誤差が増大した場合でも、その影響を抑制することができ、その結果、良好な制御精度および応答性と、制御系の安定性とを確保することができる。
【００８５】
なお、第１実施形態は、複数の制御量として吸気圧ＰＢおよび吸気量Ｇｃｙｌを、複数の制御入力として目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄをそれぞれ用いた例であるが、本発明の複数の制御量および複数の制御入力はこれらの４つの値に限らず、内燃機関における複数の制御量および複数の制御入力であって、複数の制御量および複数の制御入力の間に相互干渉が存在するものであればよい。
【００８６】
また、第１実施形態は、複数の制御量として２つの値ＰＢ，Ｇｃｙｌを、複数の制御入力として２つの値ＴＨｃｍｄ，Ｇｉｅｇｒｃｍｄをそれぞれ用いた例であるが、本発明の複数の制御量および複数の制御入力の数はいずれも２つに限らず、複数の制御量として３つ以上の値を用いるとともに、複数の制御入力として同じ数の値を用いてもよい。
【００８７】
さらに、第１実施形態は、運転状態パラメータとして、要求トルクＰｍｃｍｄを用いた例であるが、本発明の運転状態パラメータはこれに限らず、内燃機関の運転状態を表すものであればよい。例えば、運転状態パラメータとして、アクセル開度ＡＰなどを用いてもよい。
【００８８】
一方、第１実施形態は、第１制御入力としての目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄを、マップ検索により算出した例であるが、本発明の第１制御入力の算出手法はこれに限らず、所定のフィードフォワード制御アルゴリズムを用いたものであればよい。例えば、第１制御入力としての目標ＥＧＲ量Ｇｉｅｇｒｃｍｄを、所定の演算式を用いて算出してもよい。
【００８９】
さらに、第１実施形態は、相関関係モデルとして、基本開度検索用マップを用いた例であるが、本発明の相関関係モデルはこれに限らず、運転状態パラメータの低周波成分と第２制御入力の基本値との間の相関関係を表すものであればよい。例えば、相関関係モデルとして、運転状態パラメータの低周波成分と第２制御入力の基本値との関係を定義した数式を用いてもよい。
【００９０】
一方、第１実施形態は、追従制御アルゴリズムとして、スライディングモード制御アルゴリズムを用いた例であるが、本発明の追従制御アルゴリズムはこれに限らず、第２制御量を目標値に追従させるものであればよい。例えば、追従制御アルゴリズムとして、ＰＩＤ制御アルゴリズムを用いてもよく、スライディングモード制御アルゴリズム以外の応答指定型制御アルゴリズム（例えばバックステッピング制御アルゴリズム）を用いてもよい。
【００９１】
また、第１実施形態は、内部ＥＧＲ機構として、可変吸気カム位相機構６および可変排気カム位相機構９を用いた例であるが、本発明の内部ＥＧＲ機構はこれに限らず、内部ＥＧＲ量を変更できるものであればよい。例えば、内部ＥＧＲ機構として、可変吸気カム位相機構６および可変排気カム位相機構９の一方のみを用いてもよい。
【００９２】
次に、第２実施形態に係る制御装置について説明する。この制御装置は、第１実施形態の制御装置１と比較すると、前述した吸気圧コントローラ５０に代えて、図９に示す吸気圧コントローラ５０Ａ（第２制御入力算出手段）を備えている点のみが異なっている。また、同図を参照すると明らかなように、この吸気圧コントローラ５０Ａは、一部を除いて、吸気圧コントローラ５０と同じように構成されているので、以下、吸気圧コントローラ５０と同じ構成に関しては同じ符号を付し、その説明を省略するとともに、異なる点を中心に説明する。
【００９３】
図９に示すように、この吸気圧コントローラ５０Ａは、修正用値算出部６１を備えている点が吸気圧コントローラ５０と異なっており、この修正用値算出部６１は、具体的にはＥＣＵ２によって構成されている。この修正用値算出部６１では、以下に述べるように、２つの修正用値ＴＨｍａｐ＿ｃｏｒ，Ｐｍｃｍｄ＿ｃｏｒが算出される。まず、前述した制御周期ΔＴｋで、基本開度ＴＨｍａｐと非干渉化補償値ＴＨｄｃとの和を、修正用演算値ＴＨｍａｐ＿ｃａｌとして算出し、これを記憶するとともに、同じ制御タイミングで、要求トルクＰｍｃｍｄを記憶する。なお、これらの値は具体的にはＥＣＵ２のＲＡＭ内に記憶される。
【００９４】
次いで、記憶した所定個数の修正用演算値ＴＨｍａｐ＿ｃａｌおよび所定個数の要求トルクＰｍｃｍｄを用いて、これらの移動平均値ＴＨｍａｐ＿ｃａｌ＿ａｖｅ，Ｐｍｃｍｄ＿ａｖｅを随時演算する。そして、その演算回数が所定回数に達した制御タイミングで、その時点での２つの移動平均値ＴＨｍａｐ＿ｃａｌ＿ａｖｅ，Ｐｍｃｍｄ＿ａｖｅが、２つの修正用値ＴＨｍａｐ＿ｃｏｒ，Ｐｍｃｍｄ＿ｃｏｒにそれぞれ設定される。
【００９５】
修正用値算出部６１において、以上のように２つの修正用値ＴＨｍａｐ＿ｃｏｒ，Ｐｍｃｍｄ＿ｃｏｒが算出されると、これらの算出値は、基本開度算出部５２に供給される。そして、基本開度算出部５２では、これらの修正用値ＴＨｍａｐ＿ｃｏｒ，Ｐｍｃｍｄ＿ｃｏｒを用いて、基本開度検索用マップが修正される。具体的には、基本開度検索用マップにおける、修正用値Ｐｍｃｍｄ＿ｃｏｒと等しい要求トルクＰｍｃｍｄに対応する基本開度の検索値を、修正用値ＴＨｍａｐ＿ｃｏｒに書き換える。このように、基本開度検索用マップが修正されると、それ以降は、修正された基本開度検索用マップを用いて、基本開度ＴＨｍａｐが算出される。
【００９６】
なお、この場合、基本開度検索用マップは、要求トルクＰｍｃｍｄと基本開度ＴＨｍａｐとの間の相関関係を表す相関関係モデルに相当し、基本開度検索用マップを上記のように修正することは、相関関係モデルを修正することに相当する。
【００９７】
以上のように、第２実施形態の制御装置によれば、修正用値ＴＨｍａｐ＿ｃｏｒ，Ｐｍｃｍｄ＿ｃｏｒを用いて、基本開度検索用マップが修正され、修正された基本開度検索用マップを用いて、基本開度ＴＨｍａｐが算出されるので、基本開度ＴＨｍａｐを非干渉化補償値ＴＨｄｃが値０になるように算出することができる。それにより、経年変化などに起因して、基本開度検索用マップのモデル化誤差が増大した場合でも、そのモデル化誤差を迅速に補償でき、基本開度ＴＨｍａｐの算出精度を向上させることができる。その結果、制御精度をさらに向上させることができる。
【００９８】
次に、第３実施形態に係る制御装置について説明する。この制御装置は、第１実施形態の制御装置１と比較すると、前述した吸気圧コントローラ５０に代えて、図１０に示す吸気圧コントローラ５０Ｂ（第２制御入力算出手段）を備えている点のみが異なっている。また、同図を参照すると明らかなように、この吸気圧コントローラ５０Ｂは、吸気圧コントローラ５０と比較すると、ローパスフィルタ５１（低周波成分算出手段）が追加されている点と、基本開度算出部５２に代えて基本開度算出部５２Ｂを備えている点とが異なっているとともに、それ以外の点は、吸気圧コントローラ５０と同じように構成されている。したがって、以下、吸気圧コントローラ５０と同じ構成に関しては同じ符号を付し、その説明を省略するとともに、異なる点を中心に説明する。
【００９９】
この吸気圧コントローラ５０Ｂのローパスフィルタ５１では、下式（２４）に示すローパスフィルタアルゴリズムによって、要求トルクＰｍｃｍｄの低周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌが算出される。
【０１００】
【数１７】
2010265801.tif 000019
【０１０１】
上式（２４）において、ｂ０〜ｂｍおよびａ１〜ａｎは、所定のフィルタ係数であり、ｍ，ｎは、所定の整数である。以上の手法により、低周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌは、要求トルクＰｍｃｍｄにおける所定周波数以下の周波数成分を透過させたものとして算出される。例えば、要求トルクＰｍｃｍｄが図１１（ａ）に示すようにステップ状に変化する値の場合、低周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌは、図１１（ｂ）に示すように算出される。
【０１０２】
また、基本開度算出部５２Ｂでは、低周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌに応じて、図示しない基本開度検索用マップを検索することにより、基本開度ＴＨｍａｐが算出される。なお、本実施形態では、基本開度算出部５２Ｂが基本値算出手段に、基本開度ＴＨｍａｐが第２制御入力の基本値に、基本開度検索用マップが相関関係モデルにそれぞれ相当する。
【０１０３】
以上のように、第３実施形態の制御装置によれば、第１実施形態の制御装置１と同様に、非干渉化補償値ＴＨｄｃが、吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉することなく、吸気圧ＰＢを目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従させることができる値として算出されるので、吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉するのを回避しながら、吸気圧ＰＢを目標吸気圧ＰＢｃｍｄに追従するように制御することができる。また、圧力比ＰＡ／ＰＢが所定値Ｒ＿ＲＥＦよりも大きく、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄに対する吸気圧ＰＢの感度が所定感度よりも高いときには、非干渉化補償値ＴＨｄｃが制限値ＴＨｄｃ＿ｌｍｔに制限されるので、非干渉化補償値ＴＨｄｃによる過補償状態の発生を回避でき、吸気圧制御の安定性を確保することができる。
【０１０４】
その結果、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄによって吸気圧ＰＢを制御する際、吸気量Ｇｃｙｌに対して干渉することなく、吸気圧ＰＢを目標値に追従させることができるとともに、吸気圧制御の安定性と、高い応答性および制御精度とを確保することができる。
【０１０５】
これに加えて、基本開度ＴＨｍａｐは、要求トルクＰｍｃｍｄの低周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌに基づき、基本開度検索用マップを検索することによって算出される。すなわち、基本開度ＴＨｍａｐは、要求トルクＰｍｃｍｄの低周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌに基づき、フィードフォワード制御手法によって算出されるので、この基本開度ＴＨｍａｐをエンジン３の運転状態の変化に起因する要求トルクＰｍｃｍｄの変化に対して所定の応答遅れを伴うように算出することができ、その結果、目標スロットル弁開度ＴＨｃｍｄによって吸気圧ＰＢを制御する際の安定性を確保することができる。
【０１０６】
また、第３実施形態は、低周波成分算出手段として、ローパスフィルタ５１を用いた例であるが、本発明の低周波成分算出手段はこれに限らず、運転状態パラメータにおける所定周波数以下の周波数成分を透過させることによって、運転状態パラメータの低周波成分を算出するものであればよい。例えば、ハイパスフィルタを用いて、要求トルクＰｍｃｍｄの高周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｈを算出し、要求トルクＰｍｃｍｄから高周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｈを減算することによって、低周波成分Ｐｍｃｍｄ＿Ｌを算出するように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１  制御装置
２  ＥＣＵ（第１制御入力算出手段、第２制御入力算出手段、運転状態パラメータ検        出手段、低周波成分算出手段、基本値算出手段、目標値算出手段、補償値算出手        段、第２制御入力設定手段、制限手段）
３  内燃機関
６  可変吸気カム位相機構（内部ＥＧＲ機構）
９  可変排気カム位相機構（内部ＥＧＲ機構）
１１  スロットル弁機構
１１ａ  スロットル弁
２０  クランク角センサ（運転状態パラメータ検出手段）
２５  吸気圧センサ（第２制御量検出手段）
２９  アクセル開度センサ（運転状態パラメータ検出手段）
４０  要求トルク算出部（運転状態パラメータ検出手段）
５０  吸気圧コントローラ（第２制御入力算出手段）
５０Ａ  吸気圧コントローラ（第２制御入力算出手段）
５０Ｂ  吸気圧コントローラ（第２制御入力算出手段）
５１  ローパスフィルタ（低周波成分算出手段）
５２  基本開度算出部（基本値算出手段）
５２Ｂ  基本開度算出部（基本値算出手段）
５３  目標空気量算出部（目標値算出手段）
５３Ｂ  目標空気量算出部（目標値算出手段）
５５  目標吸気量算出部（目標値算出手段）
５６  目標吸気圧算出部（目標値算出手段）
５７  応答指定型コントローラ（補償値算出手段）
５８  非干渉化コントローラ（補償値算出手段）
５９  リミッタ（補償値算出手段、制限手段）
６０  加算器（第２制御入力設定手段）
７０  目標ＥＧＲ量算出部（第１制御入力算出手段）
Ｇｃｙｌ  吸気量（第１制御量）
ＰＢ  吸気圧（第２制御量）
ＰＢｃｍｄ  目標吸気圧（目標値）
ＴＨ  スロットル弁の開度
ＴＨｃｍｄ  目標スロットル弁開度（第２制御入力、開度制御値）
ＴＨｍａｐ  基本開度（第２制御入力の基本値）
ＴＨｄｃ  非干渉化補償値（補償値）
ＴＨｄｃ＿ｌｍｔ  所定の制限値
Ｇｉｅｇｒｃｍｄ  目標ＥＧＲ量（第１制御入力、ＥＧＲ量制御値）
Ｇｉｅｇｒ  内部ＥＧＲ量
Ｐｍｃｍｄ  要求トルク（運転状態パラメータ）
Ｐｍｃｍｄ＿Ｌ  低周波成分
【図１】
2010265801.tif 000020
【図２】
2010265801.tif 000021
【図３】
2010265801.tif 000022
【図４】
2010265801.tif 000023
【図５】
2010265801.tif 000024
【図６】
2010265801.tif 000025
【図７】
2010265801.tif 000026
【図８】
2010265801.tif 000027
【図９】
2010265801.tif 000028
【図１０】
2010265801.tif 000029
【図１１】
2010265801.tif 000030