JP4387286B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

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。

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、吸入空気量を制御するものであり、内燃機関の吸気通路内の空気流量を検出するエアフローセンサと、クランクシャフトの回転状態を検出するクランク角センサと、アクセルペダルの開度（以下「アクセル開度」という）を検出する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とを備えている。コントローラは、クランク角センサの検出信号に基づいて、エンジン回転数を算出するとともに、エアフローセンサの検出信号に基づいて、吸入空気量を算出する。また、内燃機関には、吸入空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。このスロットル弁機構により、吸気通路内に設けられたスロットル弁の開度（以下「スロットル弁開度」という）が自在に変更され、それにより、吸入空気量が変更される。また、可変バルブリフト機構により、吸気弁のリフト（以下「バルブリフト」という）が自在に変更され、それにより、吸入空気量が変更される。

この制御装置では、以下に述べるように、コントローラにより吸入空気量が制御される。まず、機関回転数、アクセル開度および吸入空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制御される。

特開２００３−２５４１００号公報

一般に、内燃機関では、その運転中、マスターバックおよび蒸発燃料処理装置などにおいて、負圧化度合いの大きい吸気管内圧が要求されることがあり、その場合には、そのような負圧を確保するために、スロットル弁開度をかなり小さい値（閉鎖側の値）に制御する必要が生じる。例えば、マスターバックでは、マスターバック内に蓄えられた負圧が、制動力を補うためのアシスト力のパワーソースとして用いられるので、蓄えられた負圧の度合いが小さくなった場合、すなわち圧力が上昇した場合、アシスト力が適切に確保できなくなるのを回避するために、吸気管側から負圧度合いの大きい吸気管内圧を導入すべく、スロットル弁開度をかなり小さい値に制御する必要が生じる。

また、蒸発燃料処理装置では、キャニスタに一時的に蓄えられた蒸発燃料が、吸気管内の負圧により、キャニスタから脱離し、吸気管内に導入されるので、多量の蒸発燃料が発生している場合などには、吸気管内圧を負圧度合いの大きい値に変更すべく、スロットル弁開度をかなり小さい値に制御する必要が生じる。

しかし、上記従来の制御装置では、内燃機関が通常の運転負荷域にある場合、スロットル弁を全開状態に保持した状態で、バルブリフトを変更することにより吸入空気量を制御しているので、そのような制御状態において、吸気管内圧を負圧度合いの大きい値に変更すべく、スロットル弁開度をかなり小さい値に制御すると、その影響により、吸入空気量が変化してしまい、これを目標値に適切に制御できなくなってしまう。これとは逆に、吸入空気量を制御すると、その影響により、吸気管内圧が変化し、これを目標値に適切に制御できなくなってしまう。

すなわち、この制御系は、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管内圧および吸入空気量との間に、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、その影響により吸入空気量および吸気管内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管内圧および吸入空気量の双方が変化してしまう。その結果、前述した制御装置では、吸気管内圧の制御と、吸入空気量の制御とを適切に行うことができないという問題がある。

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、制御精度および応答性を向上させ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。

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（吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌ、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒ）を複数の制御入力（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、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）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１Ａ〜１Ｃであって、複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標値算出部１００，４００）と、所定の目標値フィルタ型の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズム［（４１）〜（５０），（６４），（６６）〜（７５）］により、複数の制御入力を、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ２０１，３０１，４０１、非干渉化コントローラ２０２，３０２，４０２）と、を備え、所定の目標値フィルタ型の２自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムであることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、所定の目標値フィルタ型の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、複数の制御入力が、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出されるので、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉を解消しながら、内燃機関における複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ追従させることができる。すなわち、複数の制御量を独立した状態で、それぞれの目標値に追従させることができ、制御精度および応答性を向上させることができる。また、所定の目標値フィルタ型の２自由度制御アルゴリズムが、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムであるので、複数の非干渉化入力を、所定の応答指定型制御アルゴリズムにより、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、所定の目標値フィルタアルゴリズムにより、制御量の目標値に対する応答性が緩やかになる値として算出することができる。これにより、複数の非干渉化入力を、高い外乱抑制能力を確保しながら、それらの変化量および変化速度が小さい値として算出でき、その結果、非干渉制御アルゴリズムの誤差に起因して、制御量と目標値との偏差が発生した場合でも、それらの変化量および変化速度を小さい値に保持できるとともに、高い外乱抑制能力により、偏差の増大を適切に抑制することができる。以上により、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉を解消しながら、複数の制御量を複数の目標値にそれぞれ精度良く追従させることができ、制御性および制御精度を向上させることができる。

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１，１Ａ〜１Ｃにおいて、非干渉化入力算出手段は、複数の制御量の少なくとも１つと、複数の制御入力および内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータ（エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、排気管内圧Ｐｅｘ、バルブタイミングＬＯ．ＶＴ，ＨＩ．ＶＴ）の少なくとも１つとに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力をそれぞれ算出することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、複数の制御量の少なくとも１つと、複数の制御入力および内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータの少なくとも１つとに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力がそれぞれ算出されるので、複数の制御量が変化した際、そのような変化に迅速に対応しながら、相互干渉を解消するように、複数の非干渉化入力を算出することができる。その結果、相互干渉の影響を外乱と見なしてそれを解消するように制御する手法と比べると、相互干渉の回避すなわち非干渉化を迅速に達成することができ、制御精度および応答性をさらに向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の制御装置１Ｂ，１Ｃにおいて、所定の非干渉化制御アルゴリズムは、複数の制御量と複数の制御入力との関係を定義したプラントモデル［式（１９）］に基づくアルゴリズムであり、プラントモデルは、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆ，Ｒｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを含み、非干渉化入力算出手段は、複数の非干渉化パラメータにさらに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量および運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器３０３，４０３）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、所定の非干渉化制御アルゴリズムは、複数の制御量と複数の制御入力との関係を定義したプラントモデルに基づくアルゴリズムであり、プラントモデルは、複数の制御入力と複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、複数の非干渉化パラメータにさらに応じて、所定の制御アルゴリズムにより、複数の非干渉化入力がそれぞれ算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータがそれぞれ、複数の非干渉化入力、複数の制御量および運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、逐次同定される。このように、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、複数の非干渉化入力を算出することができる。これにより、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラントにおいて、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、制御精度および応答性をより一層、向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の内燃機関３の制御装置１Ｂ，１Ｃにおいて、同定手段は、複数の非干渉化入力、複数の制御量および運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅ，Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅを算出し、複数の非干渉化入力、複数の制御量および運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値（修正項ｄＦｔｈ＿ｈａｔ,ｄＦｌｆ＿ｈａｔ,ｄＲｃｐ＿ｈａｔ,ｄＳｃｐ＿ｈａｔ,ｄＨｅｇ＿ｈａｔ）を算出するとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とする。

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、複数の制御入力および複数の制御量は、複雑な相互干渉関係となっているのが一般的であり、そのため、請求項３の制御装置のように、非干渉化パラメータを逐次同定する場合、同定の開始直後で、モデル化誤差が大きい状態にあるときには、そのような傾向が顕著になることで、非干渉化パラメータが誤同定されるおそれがある。これに対して、この内燃機関の制御装置によれば、複数の非干渉化入力、複数の制御量および運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、複数の非干渉化パラメータの基準値が算出され、複数の非干渉化入力、複数の制御量および運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値が算出されるとともに、複数の非干渉化パラメータの基準値を複数の補正値でそれぞれ補正することにより、複数の非干渉化パラメータが同定される。そのため、同定の開始直後、複数の非干渉化パラメータがその基準値に近い値として同定されることにより、誤同定を回避することができる。また、例えば、所定の忘却効果を補正項に付加した場合、複数の非干渉化パラメータが基準値近傍に拘束されるような状態で同定されるので、同定精度を向上させることができる。

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１，１Ａ，１Ｂにおいて、内燃機関３は、スロットル弁の開度ＴＨを変更するスロットル弁機構１１および吸気弁４のリフトＬｉｆｔｉｎを変更する可変バルブリフト機構５０を備えており、複数の制御量は、内燃機関３の吸気通路内の圧力（吸気管内圧ＰＢ）および吸入空気量Ｇｃｙｌであり、複数の制御入力は、スロットル弁の開度を制御するための開度制御値（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄ）および吸気弁のリフトを制御するためのリフト制御値（目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）であることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、スロットル弁の開度を制御するための開度制御値および吸気弁のリフトを制御するためのリフト制御値が、これらと内燃機関の吸気通路内の圧力および吸入空気量との間の相互干渉を解消するような値として算出されるので、吸気通路内の圧力および吸入空気量を、互いに独立した状態でかつ高い応答性を確保した状態で制御することができる。その結果、通常は、吸気通路内の圧力の負圧化度合いを抑制することにより、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させることができるとともに、より負圧化した吸気通路内の圧力が必要とされる場合（例えばマスターバックおよび蒸発燃料処理装置などにおいて負圧化要求がある場合）には、そのような吸気通路内の圧力を適切に確保することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関３の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、内燃機関３は、燃料室（燃料タンク１８ｃ）内で発生した蒸発燃料を一時的に吸着するとともに、吸気通路（吸気管１０）内の圧力（吸気管内圧ＰＢ）により、吸着した蒸発燃料を吸気通路内に送り込む蒸発燃料処理装置１８をさらに備えており、目標値設定手段は、吸気通路内の圧力の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄ）を、内燃機関３の始動後、所定時間が経過するまでの間（Ｔａｓｔ≦Ｔａｓｔ２の範囲）は、所定時間の経過後（Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲）よりも低い値に設定することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、吸気通路内の圧力の目標値が、内燃機関の始動後、所定時間が経過するまでの間は、所定時間の経過後よりも低い値に設定されるので、吸気通路内の圧力がそのような目標値に制御されることにより、エンジン停止中、蒸発燃料処理装置に吸着された蒸発燃料を、吸気通路内に迅速かつ効果的に送り込むことができる。さらに、スロットル弁の開度および吸気弁のリフトの双方が制御されるので、スロットル弁の開度制御のみにより吸気通路内の圧力を制御する場合と比べて、ポンピングロスを低減することができ、燃費を向上させることができる。

請求項７に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関３の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、内燃機関３は、燃料室（燃料タンク１８ｃ）内で発生した蒸発燃料を一時的に吸着するとともに、吸気通路（吸気管１０）内の圧力（吸気管内圧ＰＢ）により、吸着した蒸発燃料を吸気通路内に送り込む蒸発燃料処理装置１８をさらに備えており、内燃機関の燃料室内における蒸発燃料の発生度合いを表す発生度合いパラメータ（吸気温ＴＡ）を検出する発生度合いパラメータ検出手段（吸気温センサ２５）をさらに備え、目標値設定手段は、検出された発生度合いパラメータにより表される蒸発燃料の発生度合いが大きいほど（吸気温ＴＡが高いほど）、吸気通路内の圧力の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄ）を、より低い値に設定することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、吸気通路内の圧力の目標値が、発生度合いパラメータにより表される燃料室内における蒸発燃料の発生度合いが大きいほど、より低い値に設定されるので、蒸発燃料の発生度合いが大きく、蒸発燃料が蒸発燃料処理装置に多量に吸着されている場合でも、それを吸気通路内に迅速かつ効果的に送り込むことができる。さらに、同じ理由により、吸気通路内の圧力を、蒸発燃料の発生度合いにかかわらず、蒸発燃料の発生度合いが最大となる状態に対応可能な一定値に保持する場合と比べて、ポンピングロスを低減することができ、燃費を向上させることができる。また、当然のこととして、蒸発燃料の発生量が多い場合において、吸気弁のリフト制御による吸入空気量制御を中止し、スロットル弁の開度制御による吸入空気量制御に切り換えるとともに、吸気通路内の圧力をより負圧側に制御するときと比べて、燃費を向上させることができる。なお、本明細書における「発生度合いパラメータの検出」は、発生度合いパラメータを、センサにより直接的に検出することに限らず、算出または推定することも含む。

請求項８に係る発明は、請求項５ないし７のいずれかに記載の内燃機関３の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、内燃機関３は、車両の動力源として用いられ、内燃機関の吸気通路には、吸気通路内の圧力をパワーソースとして、車両の制動力を補うためのアシスト力を発生するアシスト力発生装置（マスターバック１９）が接続されており、目標値設定手段は、吸気通路内の圧力の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄ）を、アシスト力発生装置への負圧供給条件が成立しているとき（ステップ２０の判別結果がＹＥＳのとき）には、成立していないときよりも低い値に設定することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、吸気通路内の圧力の目標値が、アシスト力発生装置への負圧供給条件が成立しているときには、成立していないときよりも低い値に設定されるので、アシスト力発生装置への負圧供給の要・不要に応じて、吸気通路内の圧力の負圧化度合いを適切に設定することができる。その結果、アシスト力の確保と、不要な負圧化の回避によるポンピングロスの低減とを両立させることができる。

請求項９に係る発明は、請求項８に記載の内燃機関３の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、目標値設定手段は、アシスト力発生装置への負圧供給条件が成立しているとき（ステップ２０の判別結果がＹＥＳのとき）には、車両の速度ＶＰが高いほど、吸気通路内の圧力の目標値（目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄ）をより低い値に設定することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、アシスト力発生装置への負圧供給条件が成立しているときには、車両の速度が高いほど、吸気通路内の圧力の目標値がより低い値に設定されるので、制動力を補うためのアシスト力を車速の高低に応じて適切に確保することができる。

請求項１０に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、内燃機関３は、スロットル弁の開度ＴＨを変更するスロットル弁機構１１および吸気弁４のリフトＬｉｆｔｉｎを変更する可変バルブリフト機構５０を備えており、複数の制御量は、内燃機関３の吸気通路内の圧力（吸気管内圧ＰＢ）および吸入空気量Ｇｃｙｌであり、複数の制御入力は、スロットル弁の開度を制御するための開度制御値（目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄ）および吸気弁のリフトを制御するためのリフト制御値（目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）であり、運転状態パラメータは、内燃機関３の回転数ＮＥであり、非干渉化入力算出手段は、内燃機関の回転数ＮＥと、複数の制御量および複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、複数の非干渉化入力を算出することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の回転数と、複数の制御量および複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、複数の非干渉化入力が算出される。この場合、複数の制御量が、内燃機関の吸気通路内の圧力および吸入空気量であり、複数の制御入力が、スロットル弁の開度を制御するための開度制御値および吸気弁のリフトを制御するためのリフト制御値であるので、これらの制御量と制御入力との間の相互干渉の関係は、内燃機関の回転数に応じて変化するとともに、内燃機関の運転中、その回転数の変動幅は広いものとなるので、それに伴って、相互干渉の変化度合いも大きいものとなる。したがって、複数の非干渉化入力を、内燃機関の回転数に応じて算出することにより、運転中の回転数の変動に伴う相互干渉の変化度合いに応じた適切な値として算出することができ、それにより、相互干渉を適切に解消することができる。その結果、制御精度および応答性をより一層、向上させることができる。

請求項１１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１Ｃにおいて、内燃機関は、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを変更するＥＧＲ装置（ＥＧＲ制御弁１６）および過給圧ＰＢを変更する過給機（ターボチャージャ装置１５）を備えており、複数の制御量は、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒおよび過給圧ＰＢであり、複数の制御入力は、ＥＧＲ装置を介してＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ制御値（目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄ）および過給機を介して過給圧ＰＢを制御するための過給圧制御値（目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄ）であることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、複数の制御量が、ＥＧＲ量および過給圧であり、複数の制御入力が、ＥＧＲ装置を介してＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ制御値および過給機を介して過給圧を制御するための過給圧制御値であるので、これらの制御量と制御入力との間の相互干渉を解消しながら、ＥＧＲ量および過給圧をそれらの目標値にそれぞれ適切に追従させることができる。すなわち、良好な燃費および排気ガス特性の確保を目的とするＥＧＲ制御と、駆動力の確保を目的とする過給圧制御とを、高い制御精度および高い応答性で実行できることにより、良好な燃費および排気ガス特性と、良好な運転性とをいずれも確保することができる。

請求項１２に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の制御装置１Ｃにおいて、内燃機関３は、過給圧ＰＢを変更するターボチャージャ装置１５を備えており、複数の制御量の１つは、過給圧ＰＢであり、複数の制御入力の１つは、ターボチャージャ装置１５を介して過給圧ＰＢを制御するための過給圧制御値（目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄ）であり、運転状態パラメータは、内燃機関の排気通路内の圧力（排気管内圧Ｐｅｘ）であり、非干渉化入力算出手段は、内燃機関の排気通路内の圧力と、複数の制御量および複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、複数の非干渉化入力の１つとして、過給圧制御値を算出することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、複数の制御量の１つは、過給圧であり、複数の制御入力の１つは、ターボチャージャ装置を介して過給圧を制御するための過給圧制御値であり、運転状態パラメータは、内燃機関の排気通路内の圧力であり、内燃機関の排気通路内の圧力と、複数の制御量および複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、複数の非干渉化入力の１つとして、過給圧制御値が算出される。一般に、ターボチャージャ装置を介して過給圧を制御した場合、内燃機関の排気通路内の圧力が変化すると、過給圧の制御特性も劇的に変化するという関係にあるため、過給圧制御を排気通路内の圧力と無関係に実行すると、過給圧制御を適切に行うことができなくなるとともに、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉も解消できなくなるおそれがある。これに対して、この制御装置では、複数の非干渉化入力の１つとしての過給圧制御値が、内燃機関の排気通路内の圧力に応じて算出されるので、相互干渉を解消しながら、過給圧制御を適切に実行することができる。その結果、制御精度および応答性をより一層、向上させることができる。

請求項１３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３の制御装置１において、内燃機関は、過給圧ＰＢを変更する過給機（ターボチャージャ装置１５）および吸気弁のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構（バルブタイミング切換機構８０）を備えており、複数の制御量の１つは、過給圧ＰＢであり、複数の制御入力の１つは、過給機を介して過給圧を制御するための過給圧制御値（目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄ）であり、運転状態パラメータは、吸気弁のバルブタイミング（高速および低速バルブタイミングＨＩ．ＶＴ，ＬＯ．ＶＴ）であり、非干渉化入力算出手段は、吸気弁のバルブタイミングと、複数の制御量および複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、複数の非干渉化入力の１つとして、過給圧制御値を算出することを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、複数の制御量の１つは、過給圧であり、複数の制御入力の１つは、過給機を介して過給圧を制御するための過給圧制御値であり、運転状態パラメータは、吸気弁のバルブタイミングであり、吸気弁のバルブタイミングと、複数の制御量および複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、複数の非干渉化入力の１つとして、過給圧制御値が算出される。一般に、過給機を介して過給圧を制御した場合、吸気弁のバルブタイミングが変化すると、過給圧の制御特性も変化するという関係にあるため、過給圧制御を吸気弁のバルブタイミングと無関係に実行すると、過給圧制御を適切に行うことができなくなるとともに、複数の制御入力と複数の制御量との間の相互干渉も解消できなくなるおそれがある。これに対して、この制御装置では、複数の非干渉化入力の１つとしての過給圧制御値が、吸気弁のバルブタイミングに応じて算出されるので、相互干渉を解消しながら、過給圧制御を適切に実行することができる。その結果、制御精度および応答性をより一層、向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１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１は、図２に示すように、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、可変機構制御処理などの制御処理を実行する。

図１および図３に示すように、エンジン３は、４組のシリンダ３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）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。エンジン３は、シリンダ３ａごとに設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁４および排気弁７と、吸気弁４駆動用の吸気カムシャフト５および吸気カム６と、吸気弁４を開閉駆動する可変式吸気動弁機構４０と、排気弁７駆動用の排気カムシャフト８および排気カム９と、排気弁７を開閉駆動する排気動弁機構７０などを備えている。

吸気弁４は、そのステム４ａがガイド４ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド４ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、吸気弁４は、図４に示すように、上下のスプリングシート４ｃ，４ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング４ｅとを備えており、このバルブスプリング４ｅにより、閉弁方向に付勢されている。

また、吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに回動自在に取り付けられている。この吸気カムシャフト５は、その一端部に吸気スプロケット（図示せず）が同軸に固定されており、この吸気スプロケットおよびタイミングベルト（図示せず）を介して、クランクシャフト３ｄに連結されている。これにより、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。また、吸気カム６は、吸気カムシャフト５上にこれと一体に回転するようにシリンダ３ａごとに設けられている。

さらに、可変式吸気動弁機構４０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って、各シリンダ３ａの吸気弁４を開閉駆動するとともに、吸気弁４のリフトを無段階に変更することにより、吸入空気量を変更するものであり、その詳細については、後述する。なお、本実施形態では、「吸気弁４のリフト（以下「バルブリフト」という）」は、吸気弁４の最大揚程を表すものとする。

一方、排気弁７は、そのステム７ａがガイド７ｂに摺動自在に嵌合しており、このガイド７ｂは、シリンダヘッド３ｃに固定されている。さらに、排気弁７は、上下のスプリングシート７ｃ，７ｄと、これらの間に設けられたバルブスプリング７ｅとを備えており、このバルブスプリング７ｅにより、閉弁方向に付勢されている。

また、排気カムシャフト８は、これと一体の排気スプロケット（図示せず）を備え、この排気スプロケットおよび図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト３ｄに連結されており、それにより、クランクシャフト３ｄが２回転するごとに１回転する。さらに、排気カム９は、排気カムシャフト８上にこれと一体に回転するようにシリンダ３ａごとに設けられている。

さらに、排気動弁機構７０は、ロッカアーム７１を備えており、このロッカアーム７１が排気カム９の回転に伴って回動することにより、バルブスプリング７ｅの付勢力に抗しながら、排気弁７を開閉駆動する。

また、エンジン３には、クランク角センサ２０および水温センサ２１がそれぞれ設けられている。このクランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ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。また、ＴＤＣ信号は、各シリンダ３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。

一方、水温センサ２１は、エンジン３のシリンダブロック３ｅに取り付けられたサーミスタなどで構成されており、シリンダブロック３ｅ内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、エンジン３の吸気管１０（吸気通路）には、上流側から順に、エアフローセンサ２２、スロットル弁機構１１、スロットル弁開度センサ２３、吸気管内圧センサ２４および燃料噴射弁１２などが設けられている。このエアフローセンサ２２は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸気管１０内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）Ｑｉｎを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この空気流量Ｑｉｎに基づき、後述するように、シリンダ３ａ内に実際に吸入されると推定される吸入空気量Ｇｃｙｌを算出する。

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、吸気管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吸入空気量を変化させる。ＴＨアクチュエータ１１ｂは、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（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。

また、スロットル弁１１ａには、これを開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢する２つのばね（いずれも図示せず）が取り付けられている。これら２つのばねの付勢力により、スロットル弁１１ａは、後述するように、開度制御入力Ｕｔｈが値０に設定されているときや、開度制御入力ＵｔｈがＴＨアクチュエータ１１ｂに入力されていないときには、所定の初期開度に保持される。この初期開度は、全閉状態に近い値であって、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量を確保できる値（例えば６゜）に設定されている。

さらに、吸気管１０のスロットル弁１１ａの近傍には、例えばポテンショメータなどで構成されたスロットル弁開度センサ２３が設けられている。このスロットル弁開度センサ２３は、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。

一方、吸気管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、吸気管内圧センサ２４および吸気温センサ２５が設けられている。

吸気管内圧センサ２４は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管１０内の圧力（以下「吸気管内圧」という）ＰＢを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、吸気管内圧ＰＢは絶対圧として検出される。また、吸気温センサ２５は、吸気管１０内を流れる空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、吸気管内圧ＰＢが吸気通路内の圧力に、吸気温センサ２５が発生度合いパラメータ検出手段に、吸気温ＴＡが発生度合いパラメータにそれぞれ相当する。

さらに、燃料噴射弁１２は、ＥＣＵ２からの、燃料噴射量に応じた駆動信号によって駆動され、燃料を吸気管１０内に噴射する。

一方、エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、点火プラグ１３（図２参照）が取り付けられている。この点火プラグ１３は、図示しない点火コイルを介してＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの駆動信号（電圧信号）が、点火時期に応じたタイミングで加えられることで放電し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。

また、エンジン３には、蒸発燃料処理装置１８が設けられている。この蒸発燃料処理装置１８は、燃料タンク１８ｃ（燃料室）で発生した蒸発燃料が大気側に放出されるのを防止するためのものであり、蒸発燃料中の燃料成分を一時的に吸着するキャニスタ１８ａと、このキャニスタ１８ａと吸気管１０との間を接続する負圧導入管１８ｂなどを備えている。この蒸発燃料処理装置１８では、蒸発燃料中の燃料成分は、キャニスタ１８ａに一時的に吸着された後、吸気管１０内の負圧により、キャニスタ１８ａから脱離し、導入管１８ｂを介して吸気管１０内に導入され、空気とともに燃焼室内に吸入される。

さらに、エンジン３には、マスターバック１９（アシスト力発生装置）が設けられており、このマスターバック１９は、負圧導入管１９ｂを介して吸気管１０に接続されている。マスターバック１９内の負圧室（図示せず）には、吸気管１０内の負圧が導入管１９ｂを介して導入され、蓄えられている。ブレーキペダル１９ａが踏み込まれた際、マスターバック１９は、負圧室内に蓄えた負圧をパワーソースとして、制動力をアシストするためのアシスト力を発生する。このアシスト力は、負圧室内に蓄えられた負圧が大きいほど、すなわち負圧室内の圧力が低いほど、より大きい値となるように構成されている。

次に、前述した可変式吸気動弁機構４０について説明する。この可変式吸気動弁機構４０は、図４に示すように、吸気カムシャフト５、吸気カム６および可変バルブリフト機構５０などで構成されている。

この可変バルブリフト機構５０は、吸気カムシャフト５の回転に伴って吸気弁４を開閉駆動するとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを所定の最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと所定の最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更するものであり、気筒３ａごとに設けられた四節リンク式のロッカアーム機構５１と、これらのロッカアーム機構５１を同時に駆動するリフトアクチュエータ６０（図５参照）などを備えている。

各ロッカアーム機構５１は、ロッカアーム５２および上下のリンク５３，５４などで構成されている。この上リンク５３の一端部は、上ピン５５を介して、ロッカアーム５２の上端部に回動自在に取り付けられており、他端部は、ロッカアームシャフト５６に回動自在に取り付けられている。このロッカアームシャフト５６は、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。

また、ロッカアーム５２の上ピン５５上には、ローラ５７が回動自在に設けられている。このローラ５７は、吸気カム６のカム面に当接しており、吸気カム６が回転する際、そのカム面に案内されながら吸気カム６上を転動する。これにより、ロッカアーム５２は上下方向に駆動されるとともに、上リンク５３が、ロッカアームシャフト５６を中心として回動する。

さらに、ロッカアーム５２の吸気弁４側の端部には、アジャストボルト５２ａが取り付けられている。このアジャストボルト５２ａは、吸気カム６の回転に伴ってロッカアーム５２が上下方向に移動すると、バルブスプリング４ｅの付勢力に抗しながら、ステム４ａを上下方向に駆動し、吸気弁４を開閉する。

また、下リンク５４の一端部は、下ピン５８を介して、ロッカアーム５２の下端部に回動自在に取り付けられており、下リンク５４の他端部には、連結軸５９が回動自在に取り付けられている。下リンク５４は、この連結軸５９を介して、リフトアクチュエータ６０の後述する短アーム６５に連結されている。

一方、リフトアクチュエータ６０は、ＥＣＵ２により駆動されるものであり、図５に示すように、電気モータ６１、ナット６２、リンク６３、長アーム６４および短アーム６５などを備えている。この電気モータ６１は、ＥＣＵ２に接続され、エンジン３のヘッドカバー３ｆの外側に配置されている。電気モータ６１の回転軸は、雄ねじが形成されたねじ軸６１ａになっており、このねじ軸６１ａに、ナット６２が螺合している。このナット６２は、リンク６３を介して、長アーム６４に連結されている。このリンク６３の一端部は、ピン６３ａを介して、ナット６２に回動自在に取り付けられ、他端部は、ピン６３ｂを介して、長アーム６４の一端部に回動自在に取り付けられている。

また、長アーム６４の他端部は、回動軸６６を介して短アーム６５の一端部に取り付けられている。この回動軸６６は、断面円形に形成され、エンジン３のヘッドカバー３ｆを貫通しているとともに、これに回動自在に支持されている。この回動軸６６の回動に伴い、長アーム６４および短アーム６５はこれと一体に回動する。

さらに、短アーム６５の他端部には、前述した連結軸５９が取り付けられており、これにより、短アーム６５は、連結軸５９を介して、下リンク５４に連結されている。また、短アーム６５の付近には、最小リフトストッパ６７ａおよび最大リフトストッパ６７ｂが互いに間隔を存して設けられており、これらの２つのストッパ６７ａ，６７ｂにより、短アーム６５は、その回動範囲が後述するように規制される。

次に、以上のように構成された可変バルブリフト機構５０の動作について説明する。この可変バルブリフト機構５０では、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されると、ねじ軸６１ａが回転し、それに伴うナット６２の移動により、長アーム６４および短アーム６５が回動軸６６を中心として回動するとともに、この短アーム６５の回動に伴って、ロッカアーム機構５１の下リンク５４が、下ピン５８を中心として回動する。すなわち、リフトアクチュエータ６０により、下リンク５４が駆動される。

図５（ａ）に示すように、短アーム６５が図中の反時計回りに回動すると、短アーム６５は、最大リフトストッパ６７ｂに当接し、これに係止される。それにより、下リンク５４も、図４に実線で示す最大リフト位置に係止される。一方、図５（ｂ）に示すように、短アーム６５が図中の時計回りに回動すると、短アーム６５は、最小リフトストッパ６７ａに当接し、これに係止される。それにより、下リンク５４も、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置に係止される。

以上のように、短アーム６５の回動範囲は、２つのストッパ６７ａ，６７ｂにより、図５（ａ）に示す最大リフト位置と図５（ｂ）に示す最小リフト位置との間に規制され、それにより、下リンク５４の回動範囲も、図４に実線で示す最大リフト位置と、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置との間に規制される。

下リンク５４が最大リフト位置にある場合、ロッカアームシャフト５６、上下のピン５５，５８および連結軸５９によって構成される四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸５９の中心間の距離よりも長くなるように構成されており、それにより、図６（ａ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が大きくなる。

一方、下リンク５４が最小リフト位置にある場合、上記四節リンクでは、上ピン５５および下ピン５８の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸５９の中心間の距離よりも短くなるように構成されており、それにより、図６（ｂ）に示すように、吸気カム６が回転すると、これとローラ５７との当接点の移動量よりも、アジャストボルト５２ａの移動量の方が小さくなる。

以上の理由により、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、最小リフト位置にあるときよりも大きなバルブリフトＬｉｆｔｉｎで開弁する。具体的には、吸気カム６の回転中、吸気弁４は、下リンク５４が最大リフト位置にあるときには、図７の実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈを示す。一方、下リンク５４が最小リフト位置にあるときには、図７の２点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフトＬｉｆｔｉｎは、その最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌを示す。

以上のように、この可変バルブリフト機構５０では、アクチュエータ６０を介して、下リンク５４を最大リフト位置と最小リフト位置との間で回動させることにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを、最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更することができる。

なお、この可変バルブリフト機構５０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、後述するように、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが値０に設定されているときや、断線などによりＥＣＵ２からのリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されないときには、可変バルブリフト機構５０の動作がロックされる。すなわち、可変バルブリフト機構５０によるバルブリフトＬｉｆｔｉｎの変更が禁止され、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持される。なお、この最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌは、吸入空気量として所定の故障時用値が確保されるような値に設定されており、この所定の故障時用値は、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量の値に設定されている。

また、エンジン３には、回動角センサ２６が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２６は、短アーム６５の回動角を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この短アーム６５の回動角に基づき、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを算出する。

さらに、図２に示すように、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２７、アクセル開度センサ２８、車速センサ２９、イグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）３０およびブレーキ・スイッチ３１がそれぞれ接続されている。

大気圧センサ２７は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧ＰＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。アクセル開度センサ２８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ＥＣＵ２に出力する。

また、車速センサ２９は、車両の図示しない車軸に取り付けられており、車両の走行速度である車速ＶＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、ＩＧ・ＳＷ３０は、イグニッションキー（図示せず）操作によりＯＮ／ＯＦＦされるとともに、そのＯＮ／ＯＦＦ状態を表す信号をＥＣＵ２に出力する。また、ブレーキ・スイッチ３１は、ブレーキペダル１９ａ付近に設けられ、ブレーキペダル１９ａが所定量以上、踏み込まれたときにＯＮ信号をＥＣＵ２に出力し、それ以外はＯＦＦ信号を出力する。

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の検出信号および各種のスイッチ３０，３１のＯＮ／ＯＦＦ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、可変機構制御処理を実行する。この可変機構制御処理では、後述するように、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０を介して、スロットル弁開度ＴＨおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎがそれぞれ制御され、それにより、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌがそれぞれ制御される。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標値設定手段、非干渉化入力算出手段および同定手段に相当する。

次に、本実施形態の制御装置１について説明する。図８に示すように、この制御装置１は、プラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、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を備えている。なお、これらの算出部１００およびコントローラ１０１，１０２はいずれも、ＥＣＵ２により構成されている。

このプラント９０は、図９に示すように、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、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを制御量とする干渉系として定義され、具体的には、弁開度コントローラ９１、バルブリフトコントローラ９２およびエンジン３などで構成されている。なお、両コントローラ９１，９２はいずれも、ＥＣＵ２により構成されている。

これらの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は、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびスロットル弁開度ＴＨの目標値であり、後述するように算出される。

また、弁開度コントローラ９１では、開度制御入力Ｕｔｈが、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズム［後述する式（２９）〜（３２）］により算出され、この開度制御入力Ｕｔｈがスロットル弁機構１１に入力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ＴＨ＿ｃｍｄに追従するように制御される。

さらに、バルブリフトコントローラ９２では、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズム［後述する式（３３）〜（３６）］により算出され、このリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが可変バルブリフト機構５０に入力されることによって、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように制御される。

以上のようなプラント９０では、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方が変化する。さらに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方が変化する。すなわち、このプラント９０は、制御入力としての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と、制御量としての吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌとの間に相互干渉が存在する干渉系となっている。

したがって、本実施形態の制御装置１では、このような干渉系のプラント９０において、上記相互干渉を回避しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を互いに独立して制御できるような制御入力すなわち非干渉化入力として、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が算出される。

具体的には、まず、目標値算出部１００（目標値設定手段）において、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの目標値として、後述するように、テーブル検索およびマップ検索のいずれかにより、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄがそれぞれ算出される。

次いで、応答指定型コントローラ１０１（非干渉化入力算出手段）では、下式（１）に示すように定義される追従入力ベクトルＷが算出される。

この式（１）において、ＴＨ’＿ｃｍｄは、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力であり、Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄは、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力である。また、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴ（本実施形態では１０ｍｓｅｃ）に同期してサンプリングまたは算出されたデータであることを示しており、記号ｋは各離散データのサンプリングまたは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サンプリングまたは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サンプリングまたは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。

この追従入力ベクトルＷは、具体的には、式（２）〜（８）に示す応答指定型制御アルゴリズムにより算出される。

上記式（２）に示すように、追従入力ベクトルＷは、等価制御入力ベクトルＷｅｑ、到達則入力ベクトルＷｒｃｈおよび適応則入力ベクトルＷａｄｐの和として算出され、この等価制御入力ベクトルＷｅｑは、上記式（３）により算出される。同式（３）において、Ｓｐ，Ｓｇはそれぞれ、切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｓｐ＜０，−１＜Ｓｇ＜０が成立するように設定される。

また、式（２）の到達則入力ベクトルＷｒｃｈは、上記式（４）により算出され、同式（４）において、Ｋｒｃｈ＿ｐ，Ｋｒｃｈ＿ｇは、所定の到達則ゲインである。また、式（４）のσｐ，σｇは、切換関数であり、それらを要素とする切換関数ベクトルσは、上記式（６）により算出される。同式（６）において、Ｓは、上記式（７）のように定義される行列であり、Ｅ’は、上記式（８）のように定義される偏差ベクトルである。

さらに、式（２）の適応則入力ベクトルＷａｄｐは、上記式（５）により算出され、同式（５）において、Ｋａｄｐ＿ｐ，Ｋａｄｐ＿ｇは、所定の適応則ゲインである。

さらに、非干渉化コントローラ１０２（非干渉化入力算出手段）では、応答指定型コントローラ１０１で算出された追従入力ベクトルＷ、すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄを用い、下式（９）に示す非干渉制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この非干渉化入力ベクトルＵは、下式（１０）のように定義される。

上記式（９）において、Ｆｔｈは、非干渉化パラメータであり、後述するように、吸気管内圧ＰＢおよび大気圧ＰＡに応じて算出される非線形な関数値である。また、Ｆｌｆも、非干渉化パラメータであり、後述するように、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて算出される非線形な関数値である。さらに、Ｒｔは、後述するように定義される係数である。

以上のように、この制御装置１では、前述した式（２）〜（９）に示す制御アルゴリズム、すなわち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組み合わせた制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵ（すなわち非干渉化入力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）が算出される。これらの式（２）〜（９）に示す制御アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。

まず、エンジン３における吸入空気量Ｇｃｙｌの算出式は、以下の式（１１）〜（１３）のように定義される。

式（１１）のＧｔｈは、スロットル弁１１ａを通過すると推定されるＴＨ通過吸入空気量であり、式（１２）により算出される。また、式（１１）のＲｔ’は、式（１３）により算出される係数である。同式（１３）において、Ｖｂは吸気管内体積を、Ｒは所定の気体定数をそれぞれ表している。

上記式（１１）を離散時間「１」分、未来側にシフトさせ、変形すると、下式（１４）が得られる。なお、式（１４）のＲｔは、下式（１５）のように定義される係数である。

一方、ＧｔｈとＴＨ＿ｃｍｄとの間、およびＧｃｙｌとＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間にはそれぞれ、下式（１６），（１７）のような関係が成立する。

以上の式（１６），（１７）の右辺を、式（１４）のＧｔｈ，Ｇｃｙｌに代入すると、下式（１８）が得られる。

以上の式（１７），（１８）を１つの式にまとめて表現すると、下式（１９）が得られる。

この式（１９）は、ＰＢ，Ｇｃｙｌを制御量とし、ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを制御入力とするプラント９０のモデルと見なせるとともに、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆは、このモデルのモデルパラメータと見なすことができる。この式（１９）は、下式（２０）〜（２４）のように表現することができる。なお、以下の説明では、式（２１）で表されるＸを制御量ベクトルという。

上記式（２０）のように表現される干渉系のプラント９０を、相互干渉のない線形な系に変換するために、制御入力ベクトルＵとして、下式（２５）により算出される非干渉化入力ベクトルＵを用いる。なお、この式（２５）は、非干渉制御則（クロスコントローラ）より導出される。

この式（２５）のＸ，Ａ，Ｂ，Ｗに、上記式（２１），（２３），（２４）の右辺および前述した式（１）の右辺をそれぞれ代入すると、下式（２６）が得られる。

さらに、この式（２６）のＧｃｙｌに、前述した式（１７）の右辺を代入すると、下式（２７）すなわち前述した式（９）が得られる。

さらに、上記式（２７）の右辺を、前述した式（２０）に代入し、整理すると、下式（２８）が得られる。

この式（２８）は、追従入力ベクトルＷが制御量ベクトルＸとなる、相互干渉のない線形な仮想プラントのモデルを表しており、この仮想プラントは、前述したプラント９０と非干渉化コントローラ１０２とを組み合わせたものに相当する。このような相互干渉のない線形な仮想プラントに対しては、線形コントローラの設計が可能であるので、式（２８）で表される仮想プラントに対して、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように、応答指定型制御則を適用すると、前述した式（２）〜（８）が得られる。

以上のように、非干渉化コントローラ１０２とプラント９０とを組み合わせた系は、相互干渉のない線形な仮想プラントとなるので、そのような仮想プラントに対して、式（２）〜（８）の応答指定型制御アルゴリズムにより算出された追従入力ベクトルＷを入力することにより、制御量としての吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を、相互干渉を生じることなく、互いに独立して制御することができる。すなわち、追従入力ベクトルＷが非干渉化コントローラ１０２に入力されると、前述した式（９）の非干渉制御アルゴリズムにより算出された非干渉化入力ベクトルＵが、プラント９０に入力され、それにより、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌの双方を、相互干渉を生じることなく、互いに独立して制御できる。より具体的には、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄにより、吸入空気量Ｇｃｙｌに影響を及ぼすことなく、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧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により、吸気管内圧ＰＢに影響を及ぼすことなく、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従するように制御することができる。

以下、図１０を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される可変機構制御処理について説明する。本処理は、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０をそれぞれ制御するための２つの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎを算出するものであり、前述した所定の制御周期ΔＴ（１０ｍｓｅｃ）で実行される。

この処理では、まず、ステップ１で、エンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。このエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴは、図示しない判定処理において、エンジン回転数ＮＥおよびＩＧ・ＳＷ３０のＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、エンジン始動制御中すなわちクランキング中であるか否かを判定することにより設定されるものであり、具体的には、エンジン始動制御中であるときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。

この判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ２に進み、目標吸入空気量の始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋを、エンジン水温ＴＷに応じて、図１１に示すテーブルを検索することにより算出する。

このテーブルでは、始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋは、エンジン水温ＴＷが所定値ＴＷＲＥＦ１よりも高い範囲では、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されているとともに、ＴＷ≦ＴＷＲＥＦ１の範囲では、所定値Ｇｃｙｌｒｅｆに設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低い場合、可変バルブリフト機構５０のフリクションが増大するので、それを補償するためである。

次いで、ステップ３で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋに設定する。

次に、ステップ４に進み、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを算出する。この目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄは、具体的には、図１２に示すように算出される。

すなわち、まず、ステップ２０で、ブレーキ作動フラグＦ＿ＢＲＯＮが「１」であるか否かを判別する。このブレーキ作動フラグＦ＿ＢＲＯＮは、ブレーキ・スイッチ３１からＯＮ信号が出力されているときには「１」に、ＯＦＦ信号が出力されているときには「０」にそれぞれ設定される。

ステップ２０の判別結果がＮＯで、ブレーキペダル１９ａが踏み込まれていないときには、ステップ２１に進み、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔおよび吸気温ＴＡに応じて、図１３に示すマップを検索することにより、目標吸気管内圧のブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇを算出する。この始動後タイマは、エンジン始動制御終了後の経過時間を計時するものであり、アップカウント式のタイマで構成されている。

同図１３において、ＰＢ１〜ＰＢ４は、ＰＢ１＜ＰＢ２＜ＰＢ３＜ＰＢ４の関係が成立する吸気管内圧ＰＢの所定値であり、ＰＢ４＝１ａｔｍに設定されている。この点は、後述する図１４においても同様である。また、Ｔａｓｔ１，Ｔａｓｔ２は、Ｔａｓｔ１＜Ｔａｓｔ２の関係が成立する所定値であり、ＴＡ１〜ＴＡ３は、ＴＡ１＜ＴＡ２＜ＴＡ３の関係が成立する吸気温ＴＡの所定値である。同図に示すように、このマップでは、ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇは、吸気温ＴＡが低いほど、より高い値に設定され、Ｔａｓｔ１≦Ｔａｓｔ≦Ｔａｓｔ２の範囲では、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが小さいほど、より低い値に設定されているとともに、Ｔａｓｔ＜Ｔａｓｔ１の範囲では、Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲での設定値よりも低い一定値（ＰＢ１またはＰＢ２）に設定されている。

これは、エンジン３の始動直後は、吸気管内圧ＰＢをより負圧側に制御することで、エンジン停止中にキャニスタ１８ａに吸着された蒸発燃料を、吸気管１０内に適切に導入するためである。また、低温時は、燃料タンク１８ｃ内で発生する蒸発燃料の量が少ないので、スロットル弁開度ＴＨを大きな値に制御し、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、燃費を向上させるためである。さらに、高温時は、キャニスタ１８ａに吸着された蒸発燃料量が多いことに加えて、走行中に発生する蒸発燃料量も多くなるので、吸気管内圧ＰＢを低温〜中温時よりも負圧側に制御することで、そのような多量の蒸発燃料を、吸気管１０内に適切に導入するためである。

次いで、ステップ２２で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを上記ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇに設定した後、本処理を終了する。

一方、ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、ブレーキペダル１９ａが踏み込まれているときには、ステップ２３に進み、車速ＶＰに応じて、図１４に示すテーブルを検索することにより、目標吸気管内圧のブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒを算出する。同図１４において、ＶＰ１，ＶＰ２は、ＶＰ１＜ＶＰ２の関係が成立する車速ＶＰの所定値である。

このテーブルでは、ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒは、ＶＰ１≦ＶＰ≦ＶＰ２の範囲では、車速ＶＰが高いほど、より低い値に設定されているとともに、ＶＰ＜ＶＰ１の範囲では、ＶＰ２＜ＶＰの範囲における設定値ＰＢ１よりも高い値ＰＢ２に設定されている。これは、高車速時は、低車速時よりも大きな制動力すなわちより大きなアシスト力が要求されるため、マスターバック１９の負圧室内の負圧消費度合いが大きくなり、負圧室内の圧力が上昇しやすくなるので、吸気管内圧ＰＢをより負圧側の値に制御し、負圧室内に十分な負圧を蓄えることで、必要なアシスト力を確保するためである。これとは逆に、低車速時は、要求される制動力が小さいので、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費を向上させるためである。

また、図１４と前述した図１３とを比較すると明らかなように、ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒは、ブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇのＴａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲での設定値よりも低い値（所定値ＰＢ２以下の値）に設定されている。これは、Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの場合、すなわちエンジン３の始動直後における蒸発燃料の吸気管１０内への導入処理が終了し、通常の運転状態になった場合、ブレーキペダル１９ａが踏まれていないときには、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費の向上を図る一方、ブレーキペダル１９ａが踏まれたときには、必要なアシスト力を適切に確保するためである。

次いで、ステップ２４で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを上記ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒに設定した後、本処理を終了する。

図１０に戻り、ステップ４で以上のように目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを算出した後、ステップ５に進み、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を算出する。これらの値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、具体的には、図１５に示すように算出される。

まず、ステップ３０で、吸気管内圧ＰＢと大気圧ＰＡとの比ＰＢ／ＰＡに応じて、図１６に示すテーブルを検索することにより、非干渉化パラメータＦｔｈを算出する。

このテーブルでは、非干渉化パラメータＦｔｈは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、より大きい値に設定されている。これは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、すなわち吸気管内圧ＰＢが大気圧ＰＡに近い値であるほど、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに対して、ＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈがより大きな値を示すことによる。

次いで、ステップ３１に進み、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図１７に示すマップを検索することにより、非干渉化パラメータＦｌｆを算出する。同図において、ＰＢ５〜ＰＢ７は、ＰＢ５＜ＰＢ６＜ＰＢ７が成立する吸気管内圧ＰＢの所定値である。

このマップでは、非干渉化パラメータＦｌｆは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌがより大きな値を示すことによる。また、非干渉化パラメータＦｌｆは、ＰＢ＝ＰＢ５，ＰＢ６のときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、吸気管内圧ＰＢがそのような範囲にあるときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、吸入空気量Ｇｃｙｌがより大きな値を示すことによる。

また、以上のように、非干渉化パラメータＦｌｆをエンジン回転数ＮＥに応じて算出する理由は、以下による。すなわち、本実施形態のエンジン３のような干渉系の場合、制御量ＰＢ，Ｇｃｙｌと制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間の相互干渉の関係が、エンジン回転数ＮＥに応じて変化するとともに、エンジン回転数ＮＥは、運転中の変動幅が大きいものであるので、そのように変動するエンジン回転数ＮＥに応じて非干渉化パラメータＦｌｆを算出することにより、非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥの変動に伴う相互干渉の関係の変動を適切に補償できる値として算出するためである。

次いで、ステップ３２に進み、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、前述した式（２）〜（９）の制御アルゴリズムにより算出した後、本処理を終了する。なお、本実施形態では、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄが開度制御値に、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄがリフト制御値に、エンジン回転数ＮＥおよび大気圧ＰＡが運転状態パラメータにそれぞれ相当する。

図１０に戻り、以上のように、ステップ５で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を算出した後、ステップ６に進み、開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する。これらの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎは、具体的には、図１８に示すように算出される。

まず、ステップ４０で、スロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧおよびリフト機構故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧがいずれも「０」であるか否かを判別する。このスロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧは、図示しない故障判定処理において、スロットル弁機構１１が故障していると判定されたときには「１」に、正常であると判定されたときには「０」にそれぞれ設定される。また、リフト機構故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧも、図示しない故障判定処理において、可変バルブリフト機構５０が故障していると判定されたときには「１」に、正常であると判定されたときには「０」にそれぞれ設定される。

ステップ４０の判別結果がＹＥＳで、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０がいずれも正常であるときには、ステップ４１に進み、開度制御入力Ｕｔｈを算出する。この開度制御入力Ｕｔｈは、下式（２９）〜（３２）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、スロットル弁開度ＴＨを目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従させる値として算出される。

上記式（２９）において、Ｋｒｃｈ＿ｔｈは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｔｈは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｔｈは、式（３０）のように定義される切換関数である。同式（３０）において、Ｅ＿ｔｈは、式（３１）により算出される偏差であり、ｐｏｌｅ＿ｔｈは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｔｈ＜０の範囲内の値に設定される。また、式（３１）において、ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標スロットル弁開度のフィルタ値であり、式（３２）に示す目標値フィルタアルゴリズム（一次遅れフィルタアルゴリズム）により算出される。同式（３２）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｔｈは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｔｈ＜０の範囲内の値に設定される。

次いで、ステップ４２に進み、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する。このリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎは、下式（３３）〜（３６）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従させる値として算出される。

上記式（３３）において、Ｋｒｃｈ＿ｌｆは所定の到達則ゲインを、Ｋａｄｐ＿ｌｆは所定の適応則ゲインをそれぞれ表しており、さらに、σ＿ｌｆは、式（３４）のように定義される切換関数である。同式（３４）において、Ｅ＿ｌｆは、式（３５）により算出される偏差であり、ｐｏｌｅ＿ｌｆは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｌｆ＜０の範囲内の値に設定される。また、式（３５）において、Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆは、目標バルブリフトのフィルタ値であり、式（３６）に示す目標値フィルタアルゴリズム（一次遅れフィルタアルゴリズム）により算出される。同式（３６）において、ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｌｆは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜ｐｏｌｅ＿ｆ＿ｌｆ＜０の範囲内の値に設定される。

以上のように、ステップ４２で、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ４０の判別結果がＮＯで、スロットル弁機構１１および可変バルブリフト機構５０の少なくとも一方が故障しているときには、ステップ４３に進み、スロットル弁機構故障フラグＦ＿ＴＨＮＧが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、可変バルブリフト機構５０のみが故障し、スロットル弁機構１１が正常であるときには、ステップ４４に進み、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図１９に示すマップを検索することにより、目標スロットル弁開度の故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓを算出する。同図において、ＡＰ１〜ＡＰ３は、ＡＰ１＜ＡＰ２＜ＡＰ３の関係が成立するアクセル開度ＡＰの所定値であり、この点は、後述する図２１においても同様である。

このマップでは、故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、エンジン３に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。

次いで、ステップ４５に進み、開度制御入力Ｕｔｈを算出する。この開度制御入力Ｕｔｈは、下式（３７）〜（４０）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、スロットル弁開度ＴＨを目標スロットル弁開度の故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓに追従させる値として算出される。

上記式（３９）において、ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓ＿ｆは、故障時用値のフィルタ値であり、式（４０）により算出される。

次に、ステップ４６に進み、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを値０に設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持される。

一方、ステップ４３の判別結果がＹＥＳで、少なくともスロットル弁機構１１が故障しているときには、ステップ４７，４８で、開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎをそれぞれ値０に設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに、スロットル弁開度ＴＨが所定の初期開度にそれぞれ保持され、それにより、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような吸入空気量Ｇｃｙｌが確保される。

図１０に戻り、ステップ６で、以上のように開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ７に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、ステップ８に進み、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが所定値Ｔａｓｔｌｍｔより小さいか否かを判別する。

この判別結果がＹＥＳで、Ｔａｓｔ＜Ｔａｓｔｌｍｔのときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ９に進み、目標吸入空気量の触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔを、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２０に示すマップを検索することにより算出する。同図において、ＴＷ１〜ＴＷ３は、ＴＷ１＜ＴＷ２＜ＴＷ３の関係が成立するエンジン水温ＴＷの所定値を示している。

このマップでは、触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔは、エンジン水温ＴＷが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低いほど、触媒の活性化に要する時間が長くなるので、排気ガスボリュームを大きくすることで、触媒の活性化に要する時間を短縮するためである。これに加えて、このマップでは、触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔは、始動後タイマの計時値Ｔａｓｔが小さい間は、計時値Ｔａｓｔが大きいほど、より大きな値に設定され、計時値Ｔａｓｔがある程度大きくなった後は、計時値Ｔａｓｔが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、触媒暖機制御の実行時間が経過するのに伴い、エンジン３の暖機が進むことで、フリクションが低下した場合において、吸入空気量を低減しないと、エンジン回転数ＮＥを目標値に維持するために点火時期が過剰にリタード制御された状態となり、燃焼状態が不安定になってしまうので、それを回避するためである。

次に、ステップ１０に進み、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔに設定する。この後、前述したように、ステップ４〜６を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ７または８の判別結果がＮＯのとき、すなわちアクセルペダルが踏まれているとき、またはＴａｓｔ≧Ｔａｓｔｌｍｔであるときには、ステップ１１に進み、目標吸入空気量の通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図２１に示すマップを検索することにより算出する。

このマップでは、通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またはアクセル開度ＡＰが大きいほど、エンジン３に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。

次いで、ステップ１２に進み、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを上記通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖに設定する。この後、前述したように、ステップ４〜６を実行した後、本処理を終了する。

以上のように、この可変機構制御処理では、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組み合わせた制御アルゴリズム［式（２）〜（９）］により、２つの目標値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出されるとともに、実際の値ＴＨ，Ｌｉｆｔｉｎがこれらの目標値ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように、２つの制御入力Ｕｔｈ，Ｕｌｉｆｔｉｎがそれぞれ算出される。それにより、制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間の相互干渉を回避しながら、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ追従するように制御される。

次に、本実施形態の制御装置１による可変機構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２２，２３は、第１実施形態の制御装置１による制御結果を示しており、特に、図２２は、前述した式（１９）においてモデル化誤差がない場合、すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差がない場合の制御結果を示し、図２３は、モデル化誤差がある場合の制御結果を示している。

また、図２４は、比較のために、可変機構制御処理において、非干渉制御アルゴリズムを用いることなく、応答指定型制御アルゴリズムのみにより、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるように制御するとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように制御した場合の制御シミュレーション結果、すなわち干渉系の制御結果を示している。

まず、図２４を参照すると明らかなように、この干渉系の制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更すると（時刻ｔ２１）、スロットル弁開度ＴＨおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎがいずれも増大側に制御され、その影響により、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してより低い側に大きく乖離し、両者の間に、大きな偏差が発生してしまう。

また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更すると（時刻ｔ２２）、スロットル弁開度ＴＨが一時的に急減するように制御されるとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが増大側に制御され、その影響により、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してより小さい値側に大きく乖離し、両者の間に、大きな偏差が発生してしまう。

さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更すると（時刻ｔ２３）、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じ、両者の間に大きな偏差が発生するとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの間にも、偏差が発生してしまう。

これに対して、図２２に示すように、モデル化誤差がない場合には、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１）、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して乖離することなく、適切に追従していることが判る。

また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ２）にも、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して乖離することなく、適切に追従していることが判る。

さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ３）も、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してそれぞれ適切に追従していることが判る。

また、図２３に示すように、モデル化誤差がある場合には、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１１）、前述した図２２のモデル化誤差がない場合と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して若干の偏差を生じるものの、その偏差の度合いは、前述した図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。

さらに、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ１２）、吸入空気量Ｇｃｙｌが、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して図２２のモデル化誤差がない場合と同等の偏差を生じ、その偏差の度合いは、図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。

これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ１３）、図２２のモデル化誤差がない場合と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して、若干のオーバーシュートを生じ、両者の間に若干の偏差を生じるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して若干のアンダーシュートを生じ、両者の間に若干の偏差を生じている。しかし、それらの偏差の度合いは、図２４の干渉系の制御結果よりも小さく、追従性すなわち制御精度が向上していることが判る。

以上のように、第１実施形態の制御装置１によれば、２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ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とを組み合わせた制御アルゴリズム［式（２）〜（９）］により、制御量ＰＢ，Ｇｃｙｌを目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような値として算出されるので、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ追従させることができる。すなわち、制御量ＰＢ，Ｇｃｙｌを独立した状態でかつ高い応答性を確保した状態で、それぞれの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させることができる。

また、非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄが制御量ＰＢおよび制御入力Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに応じて算出されるとともに、非干渉化入力Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが制御量Ｇｃｙｌに応じて算出されるので、制御量ＰＢ，Ｇｃｙｌが変化した際、そのような変化に迅速に対応しながら、相互干渉を解消するように、非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出することができる。

さらに、非干渉化パラメータＦｌｆがエンジン回転数ＮＥに応じて算出されることにより、非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄも、エンジン回転数ＮＥに応じて算出される。この場合、制御量ＰＢ，Ｇｃｙｌと制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間の相互干渉の関係は、エンジン回転数ＮＥに応じて変化するとともに、エンジン３の運転中、エンジン回転数ＮＥの変動幅は広いものとなるので、それに伴って、相互干渉の変化度合いも大きいものとなる。したがって、非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥに応じて算出することにより、運転中のエンジン回転数ＮＥの変動に伴う相互干渉の変化度合いに応じた適切な値として算出することができ、それにより、相互干渉を適切に解消することができる。

以上により、制御量ＰＢ，Ｇｃｙｌと制御入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとの間に相互干渉が存在する制御系において、制御精度および応答性を向上させることができる。

また、スロットル弁開度ＴＨおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎの双方が制御されるので、スロットル弁１１ａの開度制御のみにより吸気管内圧ＰＢを制御する場合と比べて、ポンピングロスを低減することができ、燃費を向上させることができる。

さらに、ブレーキペダル１９ａが踏まれていない場合、図１３に示すように、目標吸気管内圧のブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇが、Ｔａｓｔ≦Ｔａｓｔ２の範囲（すなわちエンジン３の始動後、Ｔａｓｔ２に相当する時間が経過するまでの間）では、Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲（すなわちＴａｓｔ２に相当する時間が経過した後）よりも低い値に設定されるので、吸気管内圧ＰＢがそのような目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに制御されることにより、エンジン停止中、蒸発燃料処理装置１８のキャニスタ１８ａに吸着された蒸発燃料を、吸気管１０内に迅速かつ効果的に送り込むことができる。

これに加えて、目標吸気管内圧のブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇが、吸気温ＴＡが高いほど、すなわち燃料タンク１８ｃ内における蒸発燃料の発生度合いが大きいほど、より低い値に設定されるので、蒸発燃料の発生度合いが大きく、蒸発燃料がキャニスタ１８ａに多量に吸着されている場合でも、それを吸気管１０内に迅速かつ効果的に送り込むことができる。同じ理由により、吸気管内圧ＰＢを、蒸発燃料の発生度合いにかかわらず、蒸発燃料の発生度合いが最大となる状態に対応可能な一定値に保持する場合と比べて、ポンピングロスを低減することができ、燃費を向上させることができる。また、当然のこととして、蒸発燃料の発生量が多い場合において、バルブリフト制御を中止し、スロットル弁制御による吸入空気量制御に切り換えるとともに、吸気管内圧ＰＢをより負圧側に制御するときと比べて、燃費を向上させることができる。

また、ブレーキペダル１９ａが踏まれている場合、図１４に示すように、ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒは、ＶＰ１≦ＶＰ≦ＶＰ２の範囲では、車速ＶＰが高いほど、より低い値に設定されているので、制動力を補うためのアシスト力を車速の高低に応じて適切に確保することができる。その結果、アシスト力の確保と、不要な負圧化の回避によるポンピングロスの低減とを両立させることができる。

さらに、ブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒは、通常運転状態のときのブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇ（Ｔａｓｔ２＜Ｔａｓｔの範囲での設定値）よりも低い値（すなわち所定値ＰＢ２以下の値）に設定されているので、エンジン３の始動直後における蒸発燃料の吸気管１０内への導入処理が終了し、通常の運転状態になった場合において、ブレーキペダル１９ａが踏まれていないときには、吸気管内圧ＰＢをより高い値に制御することで、ポンピングロスを低減し、燃費の向上を図ることができる一方、ブレーキペダル１９ａが踏まれたときには、必要なアシスト力を適切に確保することができる。

なお、第１実施形態は、蒸発燃料の発生度合いを表す発生度合いパラメータとして吸気温ＴＡを用いた例であるが、発生度合いパラメータはこれに限らず、蒸発燃料の発生度合いを表すものであればよい。例えば、発生度合いパラメータとして、燃料タンク１８ｃ内の燃料の揺れ状態を表すものを用いてもよい。

また、第１実施形態では、非干渉化入力ベクトルＵを式（９）により算出したが、これに代えて、非干渉化入力ベクトルＵを式（２６）により算出するように構成してもよい。

さらに、第１実施形態は、式（２）〜（９）に示すように、２つの非干渉化入力のうちの１つＴＨ＿ｃｍｄを、２つの非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆおよび制御量ＰＢに応じて算出し、残りの非干渉化入力Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、非干渉化パラメータＦｌｆおよび制御量Ｇｃｙｌに応じて算出した例であるが、非干渉化入力の算出手法はこれに限らず、複数の非干渉化パラメータおよび複数の非干渉化入力の少なくとも一方に応じて、非干渉化入力を算出するものであればよい。

また、第１実施形態は、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の組み合わせを含む制御アルゴリズムにより、２つの非干渉化入力を算出した例であるが、複数の非干渉化入力の算出に用いる制御アルゴリズムはこれに限らず、非干渉制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズムであって、複数の制御入力を、複数の制御量を数の目標値にそれぞれ追従させるための、相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出できるものであればよい。例えば、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどの一般的なフィードバック制御アルゴリズムと非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む制御アルゴリズムを用いてもよい。

次に、図２５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る制御装置１Ａについて説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。同図に示すように、この制御装置１Ａは、第１実施形態と同様のプラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、２自由度応答指定型コントローラ２０１および非干渉化コントローラ２０２を備えている。なお、本実施形態では、２つのコントローラ２０１，２０２が非干渉化入力算出手段に相当する。

この２自由度応答指定型コントローラ２０１では、下式（４１）〜（４９）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、追従入力ベクトルＷが算出される。

上記式（４２）において、ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｆ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆはそれぞれ、目標吸気管内圧および目標吸入空気量のフィルタ値であり、式（４８）および式（４９）により算出される。これらの式（４８），（４９）のＲｐ，Ｒｇは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜Ｒｐ＜０，−１＜Ｒｇ＜０が成立する値に設定される。また、式（４５）のＥは、式（４７）のように定義される偏差ベクトルである。

以上の式（４１）〜（４９）は、前述した式（２８）で表される仮想プラントに対して、吸気管内圧ＰＢを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるように、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムを適用することにより、導出される。

また、非干渉化コントローラ２０２では、前述した非干渉化コントローラ１０２と同様に、下式（５０）により、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。

以上の制御装置１Ａにより実行される可変機構制御処理では、前述した図１５のステップ３２において、上述した式（４１）〜（５０）により、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が算出され、それ以外の処理は、第１実施形態の可変機構制御処理と同様に実行される。

次に、第２実施形態の制御装置１Ａによる可変機構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２６は、モデル化誤差がある場合、すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差がある場合の制御結果を示している。

図２６を参照すると明らかなように、この制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ３１）、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間に発生する偏差の度合いが、前述した第１実施形態の図２３のモデル化誤差がある場合の制御結果よりも小さくなっているとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じておらず、制御精度が向上していることが判る。

また、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ３２）には、第１実施形態の図２３の制御結果と異なり、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じていないとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対して偏差を生じておらず、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いが、第１実施形態の制御結果（図２３）よりもかなり小さくなっており、スロットル弁機構１１の実際の応答性が低いことを考慮すると、制御性がより向上していることが判る。

さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ３３）には、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して若干のオーバーシュートを生じているものの、その度合いが第１実施形態の図２３の制御結果よりもかなり小さいとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じておらず、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いが、第１実施形態の図２３の制御結果と比べて極めて小さくなっており、スロットル弁機構１１の実際の応答性が低いことを考慮すると、制御性がより向上していることが判る。

以上のように構成された第２実施形態の制御装置１Ａによれば、目標値フィルタ型の２自由度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組み合わせた制御アルゴリズム［式（４１）〜（５０）］により、非干渉化入力ベクトルＵ（すなわち２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ）が算出されるので、前述した第１実施形態の制御装置１と同様に、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。

さらに、追従入力ベクトルＷ（すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ’＿ｃｍｄ）が、式（４１）〜（４９）の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、応答指定型制御アルゴリズム［式（４１）〜（４７）］により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム［式（４８），（４９）］により、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する実測値ＰＢ，Ｇｃｙｌの応答性が緩やかになる値として、２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、非干渉化入力ベクトルＵ、すなわち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、高い外乱抑制能力を確保しながら、それらの変化量および変化速度が小さい値として算出できる。

その結果、モデル化誤差すなわち非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの算出誤差に起因して、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間、および吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの偏差が発生した場合でも、それらの変化量および変化速度を小さい値に保持できるとともに、高い外乱抑制能力により、偏差の増大を適切に抑制することができる。以上により、制御性および制御精度をさらに向上させることができる。

なお、第２実施形態は、２自由度制御アルゴリズムとして、目標値フィルタアルゴリズムと応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせたものを用いた例であるが、２自由度制御アルゴリズムはこれに限らず、目標値フィルタアルゴリズムとフィードバック制御アルゴリズムとを組み合わせたものであればよい。例えば、目標値フィルタアルゴリズムと、ＰＩＤ制御アルゴリズムとを組み合わせたものを用いてもよい。

次に、本発明の第３実施形態に係る制御装置１Ｂについて説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。

図２７に示すように、この制御装置１Ｂは、第１実施形態と同様のプラント９０を制御するものであり、目標値算出部１００、２自由度応答指定型コントローラ３０１、非干渉化コントローラ３０２およびオンボード同定器３０３を備えている。なお、本実施形態では、２つのコントローラ３０１，３０２が非干渉化入力算出手段に相当し、オンボード同定器３０３が同定手段に相当する。

このオンボード同定器３０３では、下式（５１）〜（６１）に示すδ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが算出される。

上記式（５１）において、θは、その転置行列が式（５７）のように定義される、非干渉化パラメータの同定値のベクトルであり、θｂａｓｅは、その転置行列が式（５９）のように定義される基準値のベクトルである。同式（５９）のＦｔｈ＿ｂａｓｅ,Ｆｌｆ＿ｂａｓｅはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ,Ｆｌｆの基準値であり、後述するようにテーブル検索およびマップ検索により算出される。

また、上記式（５１）のｄθは、式（６０）のように定義される修正項ベクトルであり、同式（６０）のｄＦｔｈ＿ｈａｔ，ｄＦｌｆ＿ｈａｔは、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ,Ｆｌｆ＿ｂａｓｅの修正項（補正値）である。この修正項ベクトルｄθは、式（５２）により算出され、この式（５２）において、δは式（６１）のように定義される忘却ベクトルである。同式（６１）のδ１，δ２は、忘却係数であり、０＜δ１≦１，０＜δ２≦１が成立するように設定される。

さらに、式（５２）のｅ＿ｉｄは、式（５３）により算出される偏差である。同式（５３）のωは、後述する仮想出力であり、式（５４）により算出される。また、式（５３）のω＿ｈａｔは、仮想出力の推定値であり、式（５５）により算出される。同式（５５）のξは、その転置行列が式（５８）のように定義されるベクトルである。

また、式（５２）のＰは、式（５６）に示すように定義される２次の正方行列である。同式（５６）のＩは、２次の単位行列を、λ１、λ２は重みパラメータをそれぞれ表している。

以上のような同定アルゴリズムでは、式（５６）の重みパラメータλ１、λ２の設定により、以下の４つの同定アルゴリズムのうちの１つが選択される。
すなわち、
λ１＝１，λ２＝０ ；固定ゲインアルゴリズム
λ１＝１，λ２＝１ ；最小２乗法アルゴリズム
λ１＝１，λ２＝λ ；漸減ゲインアルゴリズム
λ１＝λ，λ２＝１ ；重み付き最小２乗法アルゴリズム
ただし、λは、０＜λ＜１に設定される所定値。
なお、本実施形態のオンボード同定器３０３では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小２乗法アルゴリズムが採用されている。

以上の同定アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。まず、前述した式（１８）を離散時間「１」分、過去側にシフトするとともに、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆをその同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔに置き換えると、下式（６２）が得られる。

この式（６２）の右辺のＰＢ（ｋ−１）を左辺に移項すると、下式（６３）が得られる。

この式（６３）において、左辺をωと定義し、右辺をω＿ｈａｔと定義すると、前述した式（５４），（５５）が得られる。ここで、ωを仮想的なプラントの仮想出力と考え、ω＿ｈａｔを、そのような仮想出力の推定値と考えると、式（６３）は、そのような仮想的なプラントのモデルと考えることができる。したがって、仮想出力ωと仮想出力の推定値ω＿ｈａｔとの偏差ｅ＿ｉｄが最小になるように、仮想的なプラントモデルのモデルパラメータの同定を行うべく、δ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式（５１）〜（６１）が導出される。

また、２自由度応答指定型コントローラ３０１では、前述した２自由度応答指定型コントローラ２０１と同じ制御アルゴリズム、すなわち前述した式（４１）〜（４９）に示す目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、追従入力ベクトルＷが算出される。

さらに、非干渉化コントローラ３０２では、下式（６４）により、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この式（６４）は、前述した式（５０）において、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆを同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔに置き換えたものに相当する。

以上の制御装置１Ｂにより実行される可変機構制御処理では、第１実施形態の可変機構制御処理と比べて、前述した図１０のステップ５の処理のみが異なっており、それ以外の処理は、第１実施形態の可変機構制御処理と同様に実行されるので、以下、異なる点についてのみ説明する。

すなわち、本実施形態の可変機構制御処理では、図１０のステップ５において、図２８に示すように、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が算出される。

まず、ステップ６０で、吸気管内圧ＰＢと大気圧ＰＡとの比ＰＢ／ＰＡに応じて、図２９に示すテーブルを検索することにより、非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅを算出する。このテーブルでは、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅは、比ＰＢ／ＰＡが値１に近いほど、より大きい値に設定されている。これは、図１６の説明で述べたのと同じ理由による。

次いで、ステップ６１に進み、吸気管内圧ＰＢおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図３０に示すマップを検索することにより、非干渉化パラメータの基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅを算出する。このマップでは、基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅは、吸気管内圧ＰＢが高いほど、より大きい値に設定されているとともに、ＰＢ＝ＰＢ５，ＰＢ６のときには、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、図１７の説明で述べたのと同じ理由による。

次いで、ステップ６２に進み、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、前述した式（４１）〜（４９），（５１）〜（６１），（６４）の制御アルゴリズムにより算出した後、本処理を終了する。

次に、第３実施形態の制御装置１Ｂによる可変機構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３１は、モデル化誤差がある場合、すなわち非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に対して制御開始時にずれていた場合の制御結果を示している。

図３１を参照すると明らかなように、この制御結果では、オンボード同定器３０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に極めて近い値に算出されているものの、実際値に収束することなく、若干の誤差を生じている。この誤差は、図３１が可変機構制御のシミュレーション結果であるため、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの変化挙動が、上記誤差が発生しない条件である自己励起条件を満たすようなものとなっていないことに起因するものである。これに対して、実際の制御では、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄが、様々な周波数成分を含んだ変化挙動を示すため、上記自己励起条件が満たされることで、可変機構制御の進行に伴い、同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔはそれぞれ、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの実際値に収束する値として算出される。

また、この制御結果では、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより大きい値にステップ状に変更した際（時刻ｔ４１）、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じていないとともに、吸気管内圧ＰＢと目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄとの間に、偏差が発生しておらず、前述した第２実施形態の制御結果（図２６）と比較すると、制御精度が向上していることが判る。

さらに、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを一定に保持した状態で、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより低い値にステップ状に変更した際（時刻ｔ４２）には、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じておらず、第２実施形態の制御結果と同等の制御精度が確保されていることが判る。一方、吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとの間には、極めて小さい偏差が生じているものの、この偏差は、前述した同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔの算出誤差に起因するものであり、そのような算出誤差は、前述したように、実際の制御では生じないので、ＧｃｙｌとＧｃｙｌ＿ｃｍｄとの間に偏差が生じることはなく、第２実施形態の制御結果と同等の制御精度を確保できる。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いも、第２実施形態の制御結果と同等になっており、同等の制御性が確保されていることが判る。

さらに、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄをより高い値に、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄをより小さい値にそれぞれステップ状に変更した際（時刻ｔ４３）には、吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対してアンダーシュートを生じていないととも、吸気管内圧ＰＢが目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄに対してオーバーシュートを生じておらず、若干のオーバーシュートを生じる第２実施形態の制御結果と比べて、制御精度が向上していることが判る。これに加えて、目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄを変更した際のスロットル弁開度ＴＨの変化度合いも、第２実施形態の制御結果と同等になっており、同等の制御性が確保されていることが判る。

以上のように構成された第３実施形態の制御装置１Ｂによれば、逐次型同定アルゴリズムと、目標値フィルタ型の２自由度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組み合わせた制御アルゴリズム［式（４１）〜（４９），（５１）〜（６１），（６４）］により、非干渉化入力ベクトルＵすなわち２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出されるので、前述した第１および第２実施形態の制御装置１，１Ａと同様に、相互干渉を解消しながら、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。

また、追従入力ベクトルＷ（すなわち２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄ）が、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより算出されるので、前述した第２実施形態の制御装置１Ａと同様に、応答指定型制御アルゴリズム［式（４１）〜（４７）］により、外乱抑制能力を高め、モデル化誤差に起因する制御性の低下を抑制できると同時に、目標値フィルタアルゴリズム［式（４８），（４９）］により、２つの目標値ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに対する実測値ＰＢ，Ｇｃｙｌの応答性が緩やかになる値として、２つの追従入力ＴＨ’＿ｃｍｄ，Ｇｃｙｌ’＿ｃｍｄを算出することができる。

さらに、オンボード同定器３０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズム［式（５１）〜（６１）］により算出される。すなわち、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、２つの非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、本実施形態のように、ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄとＰＢ，Ｇｃｙｌとの間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラント９０において、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御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、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズムを用いているので、同定の開始直後、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、その基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅに近い値として算出されることにより、誤同定を回避することができる。さらに、忘却係数ベクトルδが修正項ベクトルｄθに乗算されていることにより、所定の忘却効果が修正項ベクトルｄθに付加され、その結果、同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔが、基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ，Ｆｌｆ＿ｂａｓｅに近傍に拘束されるような状態で同定されるので、同定精度を向上させることができる。以上により、制御性および制御精度を、第２実施形態の制御装置１Ａよりもさらに向上させることができる。

なお、第３実施形態は、逐次型同定アルゴリズムとして、δ修正法を適用した同定アルゴリズム（重み付き逐次型最小２乗法アルゴリズム）を用いた例であるが、逐次型同定アルゴリズムはこれに限らず、非干渉化パラメータの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔを逐次同定できるものであればよい。例えば、前述した固定ゲインアルゴリズムおよび通常の最小２乗法アルゴリズムなどを用いてもよい。

また、第３実施形態は、式（５１）〜（６１）により、非干渉化パラメータＦｔｈ，Ｆｌｆの同定値Ｆｔｈ＿ｈａｔ，Ｆｌｆ＿ｈａｔを、制御入力としての非干渉化入力ＴＨ＿ｃｍｄ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄと、制御量としての吸気管内圧ＰＢと、運転状態パラメータとしてのエンジン回転数ＮＥおよび大気圧ＰＡとに応じて算出した例であるが、非干渉化パラメータの同定値の算出手法はこれに限らず、複数の非干渉化入力、複数の制御量および運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、逐次同定する手法であればよい。また、運転状態パラメータは、エンジン回転数ＮＥおよび大気圧ＰＡに限らず、エンジン３の運転状態を表すものであればよい。

次に、図３２，３３を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る制御装置１Ｃについて説明する。なお、以下の説明においては、前述した第１実施形態と同じ構成については同じ番号を付すとともに、その説明は省略する。この制御装置１Ｃは、車両用のエンジン３ＡのＥＧＲ制御および過給圧制御を行うものであり、このエンジン３Ａは、スロットル弁機構を有しないディーゼルエンジンで構成され、ターボチャージャ装置１５およびＥＧＲ制御弁１６を備えている。

ターボチャージャ装置１５（過給機）は、吸気管１０の途中のコンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサブレード１５ａと、排気管１４の途中のタービンハウジング内に収容されたタービンブレード１５ｂと、２つのブレード１５ａ，１５ｂを一体に連結する軸１５ｃと、ウエストゲート弁１５ｄなどを備えている。

このターボチャージャ装置１５では、排気管１４内の排気ガスによってタービンブレード１５ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード１５ａも同時に回転することにより、吸気管１０内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

一方、上記ウエストゲート弁１５ｄは、排気管１４のタービンブレード１５ｂをバイパスするバイパス排気通路１４ａを開閉するものであり、ＥＣＵ２に接続された電磁制御弁で構成されている。このウエストゲート弁１５ｄは、後述する過給圧制御入力ＵｐｂがＥＣＵ２から入力されると、その開度が変化し、それにより、バイパス排気通路１４ａを流れる排気ガスの流量、言い換えればタービンブレード１５ｂを駆動する排気ガスの流量を変化させ、過給圧を変化させる。これにより、過給圧が制御される。

また、図３２に示すように、本実施形態の吸気管内圧センサ２４は、吸気管１０のコンプレッサブレード１５ａよりも下流側に設けられているので、過給圧制御が実行されている場合、吸気管内圧センサ２４により検出された吸気管内圧ＰＢは、過給圧に等しいものとなる。したがって、以下の説明では、吸気管内圧ＰＢを「過給圧ＰＢ」という。

一方、ＥＧＲ制御弁１６（ＥＧＲ装置）は、吸気管１０および排気管１４の間に延びるＥＧＲ通路１７を開閉することにより、排気ガスを排気管１４から吸気管１０側に還流するＥＧＲ動作を実行するものである。ＥＧＲ制御弁１６は、ＥＣＵ２に接続されたリニア電磁弁で構成されており、後述するＥＧＲ制御入力ＵｅｇｒがＥＣＵ２から入力されると、そのリフトがリニアに変化する。これにより、還流ガス量すなわちＥＧＲ量Ｇｅｇｒが制御される。

また、このＥＧＲ制御弁１６には、ＥＧＲリフトセンサ３２が取り付けられている。このＥＧＲリフトセンサ３２は、ＥＧＲ制御弁１６のリフト（以下「ＥＧＲリフト」という）Ｌｅｇｒを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、排気管１４のタービンブレード１５ｂよりも上流側には、排気管内圧センサ３３が設けられており、この排気管内圧センサ３３は、排気管１４内の圧力（以下「排気管内圧」という）Ｐｅｘを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、排気管内圧Ｐｅｘが排気通路内の圧力および運転状態パラメータに相当する。

また、エンジン３Ａには、バルブタイミング切換機構８０（可変バルブタイミング機構）が設けられており、図示しないが、エンジン３Ａの吸気カムの各々は、低速カムと、低速カムよりも高いカムノーズを有する高速カムとで構成されている。バルブタイミング切換機構８０は、吸気弁を開閉駆動する吸気カムを低速カムと高速カムの間で切り換えることにより、吸気弁のバルブタイミングを低速バルブタイミングＬＯ．ＶＴと高速バルブタイミングＨＩ．ＶＴとの間で切り換える。バルブタイミング切換機構８０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており（図３３参照）、ＥＣＵ２により上記切換動作が制御される。

さらに、ＥＣＵ２では、エアフローセンサ２２の検出信号に基づいて、エアフローセンサ２２付近を通過した吸気量（以下「検出吸気量」という）Ｇｉｎが、前述した式（１２）の左辺のＧｔｈをＧｉｎに置き換えた式により算出される。

また、ＥＣＵ２では、後述するように、過給圧ＰＢおよびＥＧＲリフトＬｅｇｒがそれぞれ制御され、それにより、吸入空気量Ｇｃｙｌ（新気量）およびＥＧＲ量Ｇｅｇｒがそれぞれ制御される。

次に、本実施形態の制御装置１Ｃについて説明する。図３４に示すように、この制御装置１Ｃは、プラント４０４を制御するものであり、目標値算出部４００、２自由度応答指定型コントローラ４０１、非干渉化コントローラ４０２およびオンボード同定器４０３を備えている。なお、本実施形態では、目標値算出部４００が目標値設定手段に相当し、２つのコントローラ４０１，４０２が非干渉化入力算出手段に相当し、オンボード同定器４０３が同定手段に相当する。

このプラント４０４は、図３５に示すように、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄを制御入力とし、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒを制御量とする干渉系として定義され、具体的には、過給圧コントローラ４０５、ＥＧＲコントローラ４０６およびエンジン３Ａなどで構成されている。

これらの目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄはそれぞれ、過給圧ＰＢおよびＥＧＲリフトＬｅｇｒの目標値であり、後述するように算出される。なお、本実施形態では、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄが過給圧制御値に、目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄがＥＧＲ制御値にそれぞれ相当する。

また、過給圧コントローラ４０５では、その具体的な算出式は省略するが、過給圧制御入力Ｕｐｂが、前述した式（２９）〜（３２）と同様の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、過給圧ＰＢを目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出され、この過給圧制御入力Ｕｐｂがウエストゲート弁１５ｄに入力されることによって、吸入空気量Ｇｃｙｌが制御される。

さらに、ＥＧＲコントローラ４０６では、その具体的な算出式は省略するが、ＥＧＲ制御入力Ｕｅｇｒが、前述した式（３３）〜（３６）と同様の目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムにより、ＥＧＲリフトＬｅｇｒを目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出され、このＥＧＲ制御入力ＵｅｇｒがＥＧＲ制御弁１６に入力されることによって、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒが制御される。

以上のようなプラント４０４では、過給圧ＰＢが目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方が変化する。さらに、ＥＧＲリフトＬｅｇｒが目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄに追従するように制御されると、それに伴って、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方が変化する。すなわち、このプラント４０４は、制御入力としての目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄと、制御量としての吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒとの間に相互干渉が存在する干渉系となっている。

したがって、第４実施形態の制御装置１Ｃでは、このような干渉系のプラント４０４において、上記相互干渉を回避しながら、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒの双方を互いに独立して制御できるような制御入力すなわち非干渉化入力として、目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄが以下のように算出される。なお、以下の説明では、数式中の各種のベクトル（Ｗ，Ｕ，Ｘ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｓ，σ，θ）および行列などは、それらを構成する要素が前述した第１〜第３実施形態の数式のものと異なるものの、入力、係数または関数としての機能および性質が同様のものであるので、便宜上、同じ表記および名称を用いる。

具体的には、まず、目標値算出部４００において、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄがそれぞれ算出される。この場合、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３６に示すマップを検索することにより、算出される。同図に示すように、このマップでは、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、吸入空気量Ｇｃｙｌを、運転者の駆動力の増大要求に応じて、より大きな値に制御するためである。

また、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図３７に示すマップを検索することにより、算出される。同図に示すように、このマップでは、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、上述したように、アクセル開度ＡＰが大きいほど、吸入空気量Ｇｃｙｌがより増大側に制御されるので、それに応じてＥＧＲ量Ｇｅｇｒも増大させるためである。また、目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄは、エンジン回転数ＮＥが中回転域にあるときに、最も大きな値になるように設定されている。これは、中回転域では、エンジン３Ａが良好な燃焼状態となるので、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを増大することで、排ガス特性を向上させるためである。

次いで、２自由度応答指定型コントローラ４０１において、下式（６５）に示すように定義される追従入力ベクトルＷが、下式（６６）〜（７４）に示す目標値フィルタ型の適応２自由度応答指定型アルゴリズムにより算出される。

上記式（６５）において、ＰＢ’＿ｃｍｄは、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力であり、Ｌｅｇｒ’＿ｃｍｄは、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄに追従させるための追従入力である。上記式（６６）に示すように、追従入力ベクトルＷは、等価制御入力ベクトルＷｅｑ、到達則入力ベクトルＷｒｃｈおよび適応則入力ベクトルＷａｄｐの和として算出される。

この等価制御入力ベクトルＷｅｑは、上記式（６７）により算出される。同式（６７）において、Ｓｇ，Ｓｅはそれぞれ、切換関数設定パラメータであり、−１＜Ｓｇ＜０，−１＜Ｓｅ＜０が成立するように設定される。また、同式（６７）のＨｅｇ＿ｈａｔは、後述する非干渉化パラメータＨｅｇの同定値であり、オンボード同定器４０３により、後述するように算出される。さらに、式（６７）のＧｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆ，Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ＿ｆはそれぞれ、目標吸入空気量および目標ＥＧＲ量のフィルタ値であり、式（７３）および式（７４）により算出される。これらの式（７３），（７４）のＲｇ，Ｒｅは、目標値応答指定パラメータであり、−１＜Ｒｇ＜０，−１＜Ｒｅ＜０が成立する値に設定される。

また、式（６６）の到達則入力ベクトルＷｒｃｈは、上記式（６８）により算出される。同式（６８）において、Ｋｒｃｈ＿ｇ，Ｋｒｃｈ＿ｅは、所定の到達則ゲインである。また、式（６８）のσｇ，σｅは、切換関数であり、それらを要素とする切換関数ベクトルσは、式（７０）により算出される。同式（７０）において、Ｓは、上記式（７１）のように定義される行列であり、Ｅは、上記式（７２）のように定義される偏差ベクトルである。

さらに、式（６６）の適応則入力ベクトルＷａｄｐは、上記式（６９）により算出され、同式（６９）において、Ｋａｄｐ＿ｇ，Ｋａｄｐ＿ｅは、所定の適応則ゲインである。

さらに、非干渉化コントローラ４０２では、下式（７５）に示す適応非干渉制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。この非干渉化入力ベクトルＵは、下式（７６）のように定義される。

上記式（７５）において、Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔは、後述する非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐの同定値であり、オンボード同定器４０３により、後述するように算出される。

一方、オンボード同定器４０３では、下式（７７）〜（８６）に示すδ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが算出される。

上記式（７７）において、θは、その転置行列が式（８２）のように定義される、非干渉化パラメータの同定値ベクトルであり、θｂａｓｅは、その転置行列が式（８４）のように定義される基準値のベクトルである。同式（８４）のＲｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅはそれぞれ、非干渉化パラメータの基準値であり、後述するように算出される。

また、上記式（７７）のｄθは、式（８５）のように定義される修正項ベクトルであり、同式（８５）のｄＲｃｐ＿ｈａｔ，ｄＳｃｐ＿ｈａｔ，ｄＨｅｇ＿ｈａｔはそれぞれ、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの修正項（補正値）である。この修正項ベクトルｄθは、式（７８）により算出され、この式（７８）において、δは式（８６）のように定義される忘却ベクトルである。同式（８６）のδ１〜δ３はいずれも、忘却係数であり、値０より大きくかつ値１以下の範囲内の値に設定される。

さらに、式（７８）のｅ＿ｉｄは、式（７９）により算出される偏差である。同式（７９）のＧｃｙｌ＿ｈａｔは、吸入空気量の推定値であり、式（８０）により算出される。同式（８０）のξは、その転置行列が式（８３）のように定義されるベクトルである。

また、式（７８）のＰは、式（８１）に示すように定義される３次の正方行列である。同式（８１）のＩは、３次の単位行列を、λ１、λ２は重みパラメータをそれぞれ表している。前述したように、以上のような同定アルゴリズムでは、式（８１）の重みパラメータλ１、λ２の設定により、同定アルゴリズムの特性を設定変更可能であり、本実施形態のオンボード同定器４０３では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小２乗法アルゴリズムが採用されている。

以下に、前述した非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの算出手法について説明する。まず、非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥに応じて、図３８に示すテーブルを検索することにより、算出される。同図に示すように、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルは、ＨＩ．ＶＴ用およびＬＯ．ＶＴ用の２種類のものが準備されており、バルブタイミング切換機構８０によるバルブタイミングの切換状態に応じたものが選択される。また、このテーブルでは、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥの変化に伴うエンジン３Ａの充填効率の変化に対応するような値に設定されており、例えば、充填効率が高い領域では、より大きな値に設定されている。

また、Ｓｃｐ＿ｂａｓｅは、下式（８７）により算出される。なお、下式（８７）のＫｔｂは、後述するモデルのモデルパラメータであり、０＜Ｋｔｂ＜１が成立する値に設定される。

さらに、非干渉化パラメータの基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅは、排気管内圧Ｐｅｘと過給圧ＰＢとの差圧Ｐｅｘ−ＰＢに応じて、図３９に示すテーブルを検索することにより算出される。このテーブルでは、基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅは、差圧Ｐｅｘ−ＰＢが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、差圧Ｐｅｘ−ＰＢが大きいほど、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒが増大することによる。

以上のように、この制御装置１Ｃでは、前述した式（７７）〜（８６）に示す逐次型同定アルゴリズムにより、非干渉化パラメータの同定値ベクトルθが算出され、これを用いて、前述した式（６６）〜（７５）に示す制御アルゴリズム、すなわち目標値フィルタ型の適応２自由度応答指定型制御アルゴリズムと適応非干渉制御アルゴリズムとを組み合わせた制御アルゴリズムにより、非干渉化入力ベクトルＵが算出される。以上の式（６６）〜（７５），（７７）〜（８６）は、以下に述べるように導出される。

まず、エンジン３Ａが定常運転状態にある場合、吸入空気が吸気管１０を介してシリンダ３ａに到達するまでのむだ時間を考慮すると、吸入空気量Ｇｃｙｌ（ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを含まない新気量）と検出吸気量Ｇｉｎとの間では、下式（８８）が成立し、さらに、ターボチャージャ装置１５を通過した吸入空気量Ｇｃｐと、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒとの間では、下式（８９）が成立する。

ここで、ターボチャージャ装置１５を通過した吸入空気量Ｇｃｐは、シリンダ３ａに吸入されたガス量であるので、過給圧ＰＢ、エンジン回転数ＮＥおよびバルブタイミングで決定される充填効率をＫｉとすると、下式（９０）のように定義できる。

一方、過給圧ＰＢは、ターボチャージャ装置１５を介して制御されており、その制御アルゴリズムとして、応答指定型制御アルゴリズムまたは目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムなどを用いた場合、過給圧ＰＢは目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄに対して下式（９１）のようにモデル化することができる。

この式（９１）の右辺を、式（９０）のＰＢに代入すると、下式（９２）〜（９４）が得られる。

さらに、上記式（８９）を変形すると、下式（９５）が得られ、この式（９５）のＧｃｐに、上記式（９２）の右辺を代入すると、下式（９６）が得られる。

さらに、この式（９６）と前述した式（８８）とにより、下式（９７）が得られる。

一方、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒは、排気管内圧Ｐｅｘと目標ＥＧＲリフトＬｅｇｒ＿ｃｍｄを用い、下式（９８）のように表現することができ、さらに、この式（９８）を離散時間「１」分、未来側にシフトすると、下式（９９）が得られる。

以上の式（９７），（９９）をまとめて表現すると、下式（１００）のようになる。

この式（１００）は、Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒを制御量とし、ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄを制御入力とする干渉系のプラント４０４のモデルと見なせるとともに、下式（１０１）〜（１０７）のように表現することができる。

上記式（１０１）のように表現される干渉系のプラント４０４を、相互干渉のない線形な系に変換するために、制御入力ベクトルＵとして、下式（１０８）により算出される非干渉化入力ベクトルＵを用いる。なお、この式（１０８）は、非干渉制御則（クロスコントローラ）より導出される。

この式（１０８）のＢ，Ａ，Ｘ，Ｃ，Ｄ，Ｗに、上記式（１０６），（１０５），（１０２），（１０７），（１０４）の右辺および前述した式（６５）の右辺をそれぞれ代入すると、下式（１０９）が得られる。

さらに、この式（１０９）のＧｅｇｒに、前述した式（９９）の右辺を代入すると、下式（１１０）が得られる。

この式（１１０）において、左辺をＵに置き換えるとともに、運転状態の変化や経年変化に伴う非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇの変化を補償するために、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔにそれぞれ置き換えると、前述した式（７５）の制御アルゴリズム、すなわち非干渉化コントローラ４０２の制御アルゴリズムが得られる。

さらに、上記式（１１０）の右辺を、前述した式（１０１）のＵに代入し、整理すると、下式（１１１）が得られる。

この式（１１１）は、追従入力ベクトルＷが制御量ベクトルＸとなる、相互干渉のない線形な仮想プラントのモデルを表しており、この仮想プラントは、前述したプラント４０４０と非干渉化コントローラ４０２とを組み合わせたものに相当する。前述したように、このような相互干渉のない線形な仮想プラントに対しては、線形コントローラの設計が可能であるので、式（１１１）で表される仮想プラントに対して、吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに追従させるとともに、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ追従させるように、目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御則を適用すると、下式（１１２）〜（１２０）が得られる。

以上の式（１１２）〜（１２０）において、前述した理由により、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔにそれぞれ置き換えると、前述した式（６６）〜（７４）の制御アルゴリズム、すなわち２自由度応答指定型コントローラ４０１の制御アルゴリズムが得られる。

一方、前述した式（７７）〜（８６）の同定アルゴリズムは、以下に述べるように導出される。まず、前述した式（９７）のＧｅｇｒに式（９８）の右辺を代入すると、下式（１２１）が得られる。

この式（１２１）を離散時間「１」分、過去側にシフトするとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌをその推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔに置き換え、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇをそれぞれ同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔに置き換えると、下式（１２２）が得られる。

この式（１２２）は、仮想的なプラントのモデルと考えることができ、前述したように、Ｇｃｙｌ（ｋ＋１）＝Ｇｉｎ（ｋ）であるので、検出吸気量Ｇｉｎと吸入空気量の推定値Ｇｃｙｌ＿ｈａｔとの偏差ｅ＿ｉｄが最小になるように、仮想的なプラントモデルのモデルパラメータの同定を行うべく、δ修正法を用いた逐次型同定アルゴリズムを適用すると、前述した式（７７）〜（８６）が導出される。

以上のように構成された第４実施形態の制御装置１Ｃによれば、目標値フィルタ型の２自由度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組み合わせた所定の制御アルゴリズム［式（６６）〜（７５）］により、非干渉化入力ベクトルＵすなわち２つの非干渉化入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄが算出されるので、相互干渉を解消しながら、吸入空気量ＧｃｙｌおよびＥＧＲ量Ｇｅｇｒを、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄにそれぞれ精度良く追従させることができる。

また、非干渉化入力ＰＢ＿ｃｍｄが制御量Ｇｃｙｌの前回値に相当する値Ｇｉｎおよび制御入力Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄに応じて算出されるので、制御量Ｇｃｙｌが変化した際、そのような変化に迅速に対応しながら、相互干渉を解消するように、非干渉化入力ＰＢ＿ｃｍｄを算出することができる。

さらに、オンボード同定器４０３により、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズム［式（７７）〜（８６）］により算出される。すなわち、プラントモデルの直接的なモデル化誤差となり得る非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇが逐次同定されるので、モデル化誤差を迅速かつ適切に補償しながら、２つの非干渉化入力Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ，Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄを算出することができる。これにより、本実施形態のように、制御入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄと制御量Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒとの間の相互干渉の度合いがかなり大きいプラント４０４において、経年変化および個体間のばらつきに起因して、モデル化誤差が生じた場合でも、そのモデル化誤差を迅速かつ適切に補償することができ、それにより、良好な制御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、δ修正法を適用した逐次型同定アルゴリズムを用いているので、同定の開始直後、非干渉化パラメータの同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、その基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅに近い値として算出されることにより、誤同定を回避することができる。さらに、忘却係数ベクトルδが修正項ベクトルｄθに乗算されていることにより、所定の忘却効果が修正項ベクトルｄθに付加され、その結果、同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔが、基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ，Ｈｅｇ＿ｂａｓｅに近傍に拘束されるような状態で同定されるので、同定精度を向上させることができる。

さらに、非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅが、バルブタイミング切換機構８０による吸気弁のバルブタイミングＨＩ．ＶＴまたはＬＯ．ＶＴに応じて算出されることにより、非干渉化入力としての目標過給圧ＰＢ＿ｃｍｄも、吸気弁のバルブタイミングに応じて算出される。一般に、過給機を介して過給圧ＰＢを制御した場合、吸気弁のバルブタイミングが変化すると、過給圧ＰＢの制御特性も変化するという関係にあるため、過給圧制御を吸気弁４のバルブタイミングと無関係に実行すると、過給圧制御を適切に行うことができなくなるとともに、制御入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄと制御量Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒとの間の相互干渉も解消できなくなるおそれがある。これに対して、この制御装置１Ｃでは、上述したように、非干渉化入力ＰＢ＿ｃｍｄが吸気弁のバルブタイミングに応じて算出されるので、相互干渉を解消しながら、過給圧制御を適切に実行することができる。

また、非干渉化パラメータの基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅが、排気管内圧Ｐｅｘに応じて算出されることにより、非干渉化入力ＰＢ＿ｃｍｄも、排気管内圧Ｐｅｘに応じて算出される。一般に、ターボチャージャ装置を介して過給圧ＰＢを制御した場合、排気管内圧Ｐｅｘが変化すると、過給圧ＰＢの制御特性も劇的に変化するという関係にあるため、過給圧制御を排気管内圧Ｐｅｘと無関係に実行すると、過給圧制御を適切に行うことができなくなるとともに、制御入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄと制御量Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒとの間の相互干渉も解消できなくなるおそれがある。これに対して、この制御装置１Ｃでは、上述したように、非干渉化入力ＰＢ＿ｃｍｄが排気管内圧Ｐｅｘに応じて算出されるので、相互干渉を解消しながら、過給圧制御を適切に実行することができる。

以上により、制御量Ｇｃｙｌ，Ｇｅｇｒと制御入力ＰＢ＿ｃｍｄ，Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄとの間に相互干渉が存在する制御系において、制御精度および応答性を向上させることができる。

なお、第４実施形態では、非干渉化入力ベクトルＵを式（７５）により算出したが、ＥＧＲ量Ｇｅｇｒを直接的に検出する検出手段がエンジン３Ａに設けられている場合には、前述した式（１０９）において、非干渉化パラメータＲｃｐ，Ｓｃｐ，Ｈｅｇを同定値Ｒｃｐ＿ｈａｔ，Ｓｃｐ＿ｈａｔ，Ｈｅｇ＿ｈａｔに置き換えた式により、非干渉化入力ベクトルＵを算出してもよい。

また、第４実施形態は、運転状態パラメータとして、排気管内圧Ｐｅｘおよびバルブタイミング切換機構８０によるバルブタイミングＨＩ．ＶＴ，ＬＯ．ＶＴを用いた例であるが、運転状態パラメータはこれらに限らず、内燃機関の運転状態を表すものであればよい。

さらに、第４実施形態は、過給機としてターボチャージャ装置１５を用いた例であるが、過給機はこれに限らず、スーパーチャージャなどの吸気過給を行うことができるものであればよい。

また、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、内燃機関における２つの制御量を２つの制御入力によりそれぞれ制御するものに適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、内燃機関における３つ以上の制御量を３つ以上の制御入力によりそれぞれ制御するものに対しても、適用可能である。

さらに、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、車両用の内燃機関の制御に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、船舶用および発電用などの内燃機関の制御に適用可能であることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略構成を示す模式図である。 制御装置の概略構成を示すブロック図である。 内燃機関の可変式吸気動弁機構および排気動弁機構の概略構成を示す断面図である。 可変式吸気動弁機構の可変バルブリフト機構の概略構成を示す断面図である。 （ａ）リフトアクチュエータの短アームが最大リフトストッパに当接している状態と（ｂ）最小リフトストッパに当接している状態を示す図である。 （ａ）可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態と（ｂ）最小リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態を示す図である。 可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁のバルブリフト曲線（実線）と、最小リフト位置にあるときのバルブリフト曲線（２点鎖線）をそれぞれ示す図である。 制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 プラントを説明するためのブロック図である。 可変機構制御処理を示すフローチャートである。 エンジン始動中、目標吸入空気量の始動時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 目標吸気管内圧ＰＢ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。 目標吸気管内圧のブレーキオフ用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｐｇの算出に用いるマップの一例を示す図である。 目標吸気管内圧のブレーキオン用値ＰＢ＿ｃｍｄ＿ｂｒの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 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の算出処理を示すフローチャートである。 非干渉化パラメータＦｔｈの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 非干渉化パラメータＦｌｆの算出に用いるマップの一例を示す図である。 開度制御入力Ｕｔｈおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの算出処理を示すフローチャートである。 目標スロットル弁開度の故障時用値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆｓの算出に用いるマップの一例を示す図である。 触媒暖機制御中、目標吸入空気量の触媒暖機用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔの算出に用いるマップの一例を示す図である。 通常運転中、目標吸入空気量の通常時用値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖの算出に用いるマップの一例を示す図である。 第１実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がない場合）を示すタイミングチャートである。 第１実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。 非干渉制御アルゴリズムを用いることなく、吸気管内圧ＰＢおよび吸入空気量Ｇｃｙｌを制御した場合の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。 第２実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 第２実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。 第３実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 第３実施形態の制御装置による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の算出処理を示すフローチャートである。 非干渉化パラメータの基準値Ｆｔｈ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 非干渉化パラメータの基準値Ｆｌｆ＿ｂａｓｅの算出に用いるマップの一例を示す図である。 第３実施形態の制御装置による可変機構制御のシミュレーション結果の一例（モデル化誤差がある場合）を示すタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略構成を示す模式図である。 第４実施形態の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 第４実施形態の制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 第４実施形態のプラントを説明するためのブロック図である。 目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。 目標ＥＧＲ量Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。 非干渉化パラメータの基準値Ｒｃｐ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 非干渉化パラメータの基準値Ｈｅｇ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。

符号の説明

１ 制御装置
１Ａ〜１Ｃ 制御装置
２ ＥＣＵ（目標値設定手段、非干渉化入力算出手段、同定手段）
３ 内燃機関
４ 吸気弁
１０ 吸気管（吸気通路）
１１ スロットル弁機構
１５ ターボチャージャ装置（過給機）
１６ ＥＧＲ制御弁（ＥＧＲ装置）
１８ 蒸発燃料処理装置
１８ｃ 燃料タンク（燃料室）
１９ マスターバック（アシスト力発生装置）
２５ 吸気温センサ（発生度合いパラメータ検出手段）
５０ 可変バルブリフト機構
８０ バルブタイミング切換機構（可変バルブタイミング機構）
１００ 目標値算出部（目標値設定手段）
１０１ 応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
１０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
２０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
２０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
３０３ オンボード同定器（同定手段）
４００ 目標値算出部（目標値設定手段）
４０１ ２自由度応答指定型コントローラ（非干渉化入力算出手段）
４０２ 非干渉化コントローラ（非干渉化入力算出手段）
４０３ オンボード同定器（同定手段）
ＴＨ スロットル弁の開度
ＴＨ＿ｃｍｄ 目標スロットル弁開度（制御入力、非干渉化入力、開度制御値）
Ｌｉｆｔｉｎ 吸気弁のリフト
Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ 目標バルブリフト（制御入力、非干渉化入力、リフト制御値）
ＰＢ 吸気管内圧（吸気通路内の圧力、制御量）
ＰＢ＿ｃｍｄ 目標吸気管内圧（目標値）
Ｇｃｙｌ 吸入空気量（制御量）
Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ 目標吸入空気量（目標値）
Ｆｔｈ 非干渉化パラメータ
Ｆｔｈ＿ｈａｔ 同定値
Ｆｔｈ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＦｔｈ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｆｌｆ 非干渉化パラメータ
Ｆｌｆ＿ｈａｔ 同定値
Ｆｌｆ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＦｌｆ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
ＮＥ エンジン回転数（運転状態パラメータ）
ＰＡ 大気圧（運転状態パラメータ）
ＴＡ 吸気温（発生度合いパラメータ）
ＶＰ 車速（車両の速度）
ＰＢ 過給圧
ＰＢ＿ｃｍｄ 目標過給圧（制御入力、非干渉化入力、過給圧制御値）
Ｇｃｙｌ 吸入空気量（制御量）
Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ 目標吸入空気量（目標値）
Ｌｅｇｒ＿ｃｍｄ 目標ＥＧＲリフト（制御入力、非干渉化入力、ＥＧＲ制御値）
Ｇｅｇｒ ＥＧＲ量（制御量）
Ｇｅｇｒ＿ｃｍｄ 目標ＥＧＲ量（目標値）
Ｒｃｐ 非干渉化パラメータ
Ｒｃｐ＿ｈａｔ 同定値
Ｒｃｐ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＲｃｐ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｓｃｐ 非干渉化パラメータ
Ｓｃｐ＿ｈａｔ 同定値
Ｓｃｐ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＳｃｐ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
Ｈｅｇ 非干渉化パラメータ
Ｈｅｇ＿ｈａｔ 同定値
Ｈｅｇ＿ｂａｓｅ 基準値
ｄＨｅｇ＿ｈａｔ 修正項（補正値）
ＨＩ．ＶＴ 高速バルブタイミング（運転状態パラメータ）
ＬＯ．ＶＴ 低速バルブタイミング（運転状態パラメータ）
Ｐｅｘ 排気管内圧（排気通路内の圧力、運転状態パラメータ）

Claims (13)

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、
   前記複数の制御量のそれぞれの目標となる複数の目標値を設定する目標値設定手段と、
   所定の目標値フィルタ型の２自由度制御アルゴリズムと所定の非干渉制御アルゴリズムとの組み合わせを含む所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の制御入力を、前記複数の制御量を前記複数の目標値にそれぞれ追従させるための、前記相互干渉を解消するような複数の非干渉化入力としてそれぞれ算出する非干渉化入力算出手段と、
   を備え、
   前記所定の目標値フィルタ型の２自由度制御アルゴリズムは、所定の目標値フィルタアルゴリズムと所定の応答指定型制御アルゴリズムとを組み合わせた目標値フィルタ型の２自由度応答指定型制御アルゴリズムであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記非干渉化入力算出手段は、前記複数の制御量の少なくとも１つと、前記複数の制御入力および前記内燃機関の運転状態を表す運転状態パラメータの少なくとも１つとに応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の非干渉化入力をそれぞれ算出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。
3. 前記所定の非干渉化制御アルゴリズムは、前記複数の制御量と前記複数の制御入力との関係を定義したプラントモデルに基づくアルゴリズムであり、
   当該プラントモデルは、前記複数の制御入力と前記複数の制御量との関係を定義するための複数の非干渉化パラメータを含み、
   前記非干渉化入力算出手段は、前記複数の非干渉化パラメータにさらに応じて、前記所定の制御アルゴリズムにより、前記複数の非干渉化入力をそれぞれ算出し、
   前記複数の非干渉化パラメータをそれぞれ、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、逐次同定する同定手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記同定手段は、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を算出し、前記複数の非干渉化入力、前記複数の制御量および前記運転状態パラメータの少なくとも１つに応じて、所定の逐次型同定アルゴリズムにより複数の補正値を算出するとともに、前記複数の非干渉化パラメータの基準値を当該複数の補正値でそれぞれ補正することにより、前記複数の非干渉化パラメータを同定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関は、スロットル弁の開度を変更するスロットル弁機構および吸気弁のリフトを変更する可変バルブリフト機構を備えており、
   前記複数の制御量は、前記内燃機関の吸気通路内の圧力および吸入空気量であり、
   前記複数の制御入力は、前記スロットル弁の開度を制御するための開度制御値および前記吸気弁のリフトを制御するためのリフト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。
6. 前記内燃機関は、燃料室内で発生した蒸発燃料を一時的に吸着するとともに、前記吸気通路内の圧力により、吸着した蒸発燃料を当該吸気通路内に送り込む蒸発燃料処理装置をさらに備えており、
   前記目標値設定手段は、前記吸気通路内の圧力の目標値を、前記内燃機関の始動後、所定時間が経過するまでの間は、当該所定時間の経過後よりも低い値に設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関は、燃料室内で発生した蒸発燃料を一時的に吸着するとともに、前記吸気通路内の圧力により、吸着した蒸発燃料を当該吸気通路内に送り込む蒸発燃料処理装置をさらに備えており、
   前記内燃機関の前記燃料室内における蒸発燃料の発生度合いを表す発生度合いパラメータを検出する発生度合いパラメータ検出手段をさらに備え、
   前記目標値設定手段は、前記検出された発生度合いパラメータにより表される前記蒸発燃料の発生度合いが大きいほど、前記吸気通路内の圧力の目標値を、より低い値に設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記内燃機関は、車両の動力源として用いられ、
   前記内燃機関の前記吸気通路には、当該吸気通路内の圧力をパワーソースとして、前記車両の制動力を補うためのアシスト力を発生するアシスト力発生装置が接続されており、
   前記目標値設定手段は、前記吸気通路内の圧力の目標値を、前記アシスト力発生装置への負圧供給条件が成立しているときには、成立していないときよりも低い値に設定することを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記目標値設定手段は、前記アシスト力発生装置への前記負圧供給条件が成立しているときには、前記車両の速度が高いほど、前記吸気通路内の圧力の目標値をより低い値に設定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記内燃機関は、スロットル弁の開度を変更するスロットル弁機構および吸気弁のリフトを変更する可変バルブリフト機構を備えており、
    前記複数の制御量は、前記内燃機関の吸気通路内の圧力および吸入空気量であり、
    前記複数の制御入力は、前記スロットル弁の開度を制御するための開度制御値および前記吸気弁のリフトを制御するためのリフト制御値であり、
    前記運転状態パラメータは、前記内燃機関の回転数であり、
    前記非干渉化入力算出手段は、前記内燃機関の回転数と、前記複数の制御量および前記複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、前記複数の非干渉化入力を算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記内燃機関は、ＥＧＲ量を変更するＥＧＲ装置および過給圧を変更する過給機を備えており、
    前記複数の制御量は、前記ＥＧＲ量および前記過給圧であり、
    前記複数の制御入力は、前記ＥＧＲ装置を介して前記ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ制御値および前記過給機を介して前記過給圧を制御するための過給圧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。
12. 前記内燃機関は、過給圧を変更するターボチャージャ装置を備えており、
    前記複数の制御量の１つは、前記過給圧であり、
    前記複数の制御入力の１つは、前記ターボチャージャ装置を介して前記過給圧を制御するための過給圧制御値であり、
    前記運転状態パラメータは、前記内燃機関の排気通路内の圧力であり、
    前記非干渉化入力算出手段は、前記内燃機関の排気通路内の圧力と、前記複数の制御量および前記複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、前記複数の非干渉化入力の１つとして、前記過給圧制御値を算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記内燃機関は、過給圧を変更する過給機および吸気弁のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えており、
    前記複数の制御量の１つは、前記過給圧であり、
    前記複数の制御入力の１つは、前記過給機を介して前記過給圧を制御するための過給圧制御値であり、
    前記運転状態パラメータは、前記吸気弁のバルブタイミングであり、
    前記非干渉化入力算出手段は、前記吸気弁のバルブタイミングと、前記複数の制御量および前記複数の制御入力の少なくとも１つとに応じて、前記複数の非干渉化入力の１つとして、前記過給圧制御値を算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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