JP4442704B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、内燃機関の各種の機能に関する要求を複数のアクチュエータの協調制御によって実現させる制御装置に関する。

内燃機関の動作は複数のアクチュエータによって制御されている。火花点火式の内燃機関の場合には、スロットルによる吸入空気量の調整と、点火装置による点火時期の調整と、燃料供給装置による空燃比の調整とによって動作を制御することができる。これら複数のアクチュエータの制御量（若しくは操作量）は、アクチュエータ毎に個々に決定してもよい。しかし、特開平１０−３２５３４８号公報に開示されているようなトルクデマンド制御を用いれば、複数のアクチュエータの協調制御によってトルクの制御精度を高めることができる。

トルクデマンド制御は、内燃機関の機能に関する要求をトルクで表し、その要求トルクを実現するように各アクチュエータの動作を制御する一種のフィードフォワード制御である。トルクデマンド制御を実行するためには、要求トルクから各アクチュエータの制御量を導出するためのモデル、詳しくは内燃機関の逆モデルが必要である。機関逆モデルはマップや関数或いはそれらの組み合わせによって構成することができる。特開平１０−３２５３４８号公報には、内燃機関のアイドル時と非アイドル時とで共通のモデル（上記公報内では制御目標量算出手段と表現されている）を用いてトルクデマンド制御を行なえるようにした技術が開示されている。
特開平１０−３２５３４８号公報

ところで、内燃機関における各アクチュエータの制御量とトルクとの関係は、内燃機関の運転状態や運転条件によって変化する。したがって、要求トルクを実現するための制御量を正確に算出するためには、運転状態や運転条件が情報として必要となる。ところが、内燃機関が置かれている状況によっては必要な情報を得られないことがある。例えば、筒内に吸入される空気量はスロットル開度とエアフローセンサの出力値とを用いて計算することができるが、始動時は、既に吸気管内に空気が存在しているために正確な吸入空気量の算出は難しい。トルクデマンド制御で用いる機関情報の信頼性が低い場合には、トルクの制御精度を担保することができない。

また、内燃機関によっては筒内の燃焼モードを変更できるものがある。例えば、中高負荷時には均質燃焼による運転を行い、低負荷時では成層燃焼による運転を行なえるようにした内燃機関が存在する。ところが、均質燃焼と成層燃焼とでは各アクチュエータの制御量とトルクとの関係が全く異なっている。このため、前述の機関逆モデルが均質燃焼を前提にして設計されている場合には、成層燃焼時にはその機関逆モデルを用いてトルク制御を行なうことはできない。

以上のように、トルクデマンド制御にはいくつかの弱点があり、その弱点のために内燃機関の機能に関する要求を各アクチュエータの制御量に的確に反映させることができない状況が生じ得ていた。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、いわゆるトルクデマンド制御における弱点を補償して、内燃機関の機能に関する要求を各アクチュエータの制御量に的確に反映させることができるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、１又は複数のアクチュエータによって動作を制御される内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の機能に関する要求に基づいて、前記内燃機関の動作を決定する１又は複数の所定物理量の要求値（以下、機関要求値）を生成する機関要求値生成手段と、
前記内燃機関の現在の運転状態或いは運転条件に関する情報（以下、機関情報）を取得する機関情報取得手段と、
前記１又は複数の所定物理量の各値から前記内燃機関においてそれらが実現されるための前記１又は複数のアクチュエータの各制御量を導出する機関逆モデルを具備し、各機関要求値と機関情報とを前記機関逆モデルに入力することによって前記１又は複数のアクチュエータのそれぞれに要求する制御量（以下、アクチュエータ要求値）を算出するアクチュエータ要求値算出手段と、
前記機能に関する要求に基づいて、前記１又は複数のアクチュエータのそれぞれに直接要求する制御量（以下、アクチュエータ直接要求値）を生成するアクチュエータ直接要求値生成手段と、
前記１又は複数のアクチュエータの制御を、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との間で切り替える切替手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
機関情報に基づいてアクチュエータ要求値による制御かアクチュエータ直接要求値による制御かを選択し、選択した制御への切り替えを前記切替手段に指示する切替指示手段をさらに備えることを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記切替指示手段は、取得された機関情報の信頼性が低い場合にアクチュエータ直接要求値による制御を選択することを特徴としている。

第４の発明は、第２又は第３の発明において、
前記切替指示手段は、前記内燃機関の現在の運転状態や運転条件が前記機関逆モデルの成立条件に含まれない場合にアクチュエータ直接要求値による制御を選択することを特徴としている。

第５の発明は、第２乃至第４の何れか１つの発明において、
前記内燃機関によって実現されている前記１又は複数の所定物理量の値（以下、機関実現値）を取得する機関実現値取得手段をさらに備え、
前記切替指示手段は、前記複数のアクチュエータがアクチュエータ直接要求値によって制御されているとき、前記１又は複数の所定物理量のそれぞれについて機関実現値の機関要求値に対するずれが許容範囲内になった場合に、アクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切り替えを前記切替手段に指示することを特徴としている。

第６の発明は、第５の発明において、
前記機関実現値取得手段は、前記機関情報取得手段により取得される機関情報から機関実現値を算出することを特徴としている。

第７の発明は、第５の発明において、
前記機関実現値取得手段は、前記１又は複数のアクチュエータの各制御量からそれらにより前記内燃機関において実現される前記１又は複数の所定物理量の値を導出する機関モデルを具備し、各アクチュエータ直接要求値を前記機関モデルに入力することによって機関実現値を算出することを特徴としている。

第８の発明は、第２乃至第４の何れか１つの発明において、
前記切替指示手段は、前記１又は複数のアクチュエータがアクチュエータ直接要求値によって制御されているとき、前記複数のアクチュエータのそれぞれについてアクチュエータ要求値のアクチュエータ直接要求値に対するずれが許容範囲内になった場合に、アクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切り替えを前記切替手段に指示することを特徴としている。

第９の発明は、第２乃至第８の何れか１つの発明において、
前記切替手段は、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えを徐々に行うことを特徴としている。

第１０の発明は、第１の発明において、
前記制御装置は、複数のアクチュエータによって動作を制御される制御装置であり、
前記切替手段は、前記複数のアクチュエータの制御を、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との間で個別に切り替えるように構成され、
また、前記制御装置は、機関情報に基づいてアクチュエータ要求値による制御かアクチュエータ直接要求値による制御かを前記複数のアクチュエータのそれぞれについて個別に選択し、選択した制御への切り替えを前記切替手段に指示する切替指示手段をさらに備えることを特徴としている。

第１１の発明は、第１０の発明において、
前記切替指示手段は、前記複数のアクチュエータの全部或いは一部のアクチュエータについてアクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切替条件が成立した場合には、切替対象となった各アクチュエータの制御を予め設定された切替順序に従いアクチュエータ要求値による制御へ順次切り替えていくように前記切替手段に指示することを特徴としている。

第１２の発明は、第１１の発明において、
前記切替順序では、制御量の変化に対するトルクの応答感度の高さによって各アクチュエータの優先順位が決められていることを特徴としている。

第１３の発明は、第１０乃至第１２の何れか１つの発明において、
前記切替指示手段は、前記複数のアクチュエータの全部或いは一部のアクチュエータについてアクチュエータ要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切替条件が成立した場合には、切替対象となった各アクチュエータの制御を予め設定された逆切替順序に従いアクチュエータ直接要求値による制御へ順次切り替えていくように前記切替手段に指示することを特徴としている。

第１４の発明は、第１３の発明において、
前記逆切替順序では、トルク制御能力の高さによって各アクチュエータの優先順位が決められていることを特徴としている。

第１５の発明は、第１１乃至第１４の何れか１つの発明において、
前記切替指示手段は、所定の同時切替条件が成立した場合には、切替対象となった全アクチュエータの制御を一度に同時に切り替えるように前記切替手段に指示することを特徴としている。

第１６の発明は、第１０乃至第１５の何れか１つの発明において、
前記切替手段は、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えを徐々に行うことを特徴としている。

第１７の発明は、第１０乃至第１６の何れか１つの発明において、
前記アクチュエータ要求値算出手段は、前記複数のアクチュエータのうちの一部がアクチュエータ直接要求値によって制御される場合、前記複数のアクチュエータの制御量間の関係が燃焼限界を超えないように、アクチュエータ直接要求値によって制御されていない残りのアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータについてそのアクチュエータ要求値を修正する修正手段を有することを特徴としている。

第１８の発明は、第１７の発明において、
前記修正手段は、アクチュエータ直接要求値と実現優先順位が高いアクチュエータ要求値とに基づいて実現優先順位が低いアクチュエータ要求値を修正することを特徴としている。

第１９の発明は、第１０の発明において、
前記１又は複数の所定物理量の１つはトルクであって、前記機関要求値生成手段によって生成される機関要求値にはトルク要求値が含まれ、
前記複数のアクチュエータには吸入空気量を調整する吸気アクチュエータと点火時期を調整する点火アクチュエータとが含まれ、
前記機関逆モデルには、トルク要求値に基づいて前記吸気アクチュエータに要求する吸気アクチュエータ要求値を算出する手段と、前記吸気アクチュエータの動作によって実現可能なトルク値を機関情報に基づいて推定する手段と、トルク要求値と推定したトルク値との偏差を補償するように前記点火アクチュエータに要求する点火アクチュエータ要求値を算出する手段とが設けられ、
前記切替指示手段は、前記吸気アクチュエータ及び点火アクチュエータについてアクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切替条件が成立した場合には、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ直接要求値による制御から点火アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示するとともに、現時点での吸気アクチュエータ直接要求値と吸気アクチュエータ要求値との偏差から算出されるトルク偏差の補償を点火時期の調整によって実現可能かどうか点火アクチュエータ要求値と点火時期の調整可能範囲との関係に基づいて判定し、実現不可能と判定したときには前記吸気アクチュエータの制御を吸気アクチュエータ直接要求値による制御から吸気アクチュエータ要求値による制御へ徐々に切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴としている。

第２０の発明は、第１９の発明において、
前記切替指示手段は、前記吸気アクチュエータの制御量を吸気アクチュエータ直接要求値から吸気アクチュエータ要求値へ徐々に変化させている過程において点火時期の調整によるトルク偏差の補償が実現可能になったときには、吸気アクチュエータ要求値による制御へ速やかに切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴としている。

第２１の発明は、第１９又は第２０の発明において、
前記切替指示手段は、所定の早期切替条件が成立した場合には、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるのとあわせて、前記吸気アクチュエータの制御を吸気アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴としている。

第２２の発明は、第１０の発明において、
前記１又は複数の所定物理量の１つはトルクであって、前記機関要求値生成手段によって生成される機関要求値にはトルク要求値が含まれ、
前記複数のアクチュエータには吸入空気量を調整する吸気アクチュエータと点火時期を調整する点火アクチュエータとが含まれ、
前記機関逆モデルには、トルク要求値に基づいて前記吸気アクチュエータに要求する吸気アクチュエータ要求値を算出する手段と、前記吸気アクチュエータの動作によって実現可能なトルク値を機関情報に基づいて推定する手段と、トルク要求値と推定したトルク値との偏差を補償するように前記点火アクチュエータに要求する点火アクチュエータ要求値を算出する手段とが設けられ、
前記切替指示手段は、前記吸気アクチュエータ及び点火アクチュエータについてアクチュエータ要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切替条件が成立した場合には、前記吸気アクチュエータの制御を吸気アクチュエータ要求値による制御から吸気アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示し、その後、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ要求値による制御から点火アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴としている。

第２３の発明は、第２２の発明において、
前記切替指示手段は、前記吸気アクチュエータの制御が吸気アクチュエータ要求値による制御から吸気アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えられた後、前記吸気アクチュエータによる実現値と吸気アクチュエータ要求値との差が許容範囲内になったら、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ要求値による制御から点火アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴としている。

第２４の発明は、第２２又は第２３の発明において、
前記切替指示手段は、所定の早期切替条件が成立した場合には、前記吸気アクチュエータの制御を吸気アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるのとあわせて、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴としている。

第１の発明によれば、内燃機関の機能に関する要求から内燃機関の動作を決定する１又は複数の機関要求値が生成され、各機関要求値が機関情報とともに機関逆モデルに入力されることで各アクチュエータに要求するアクチュエータ要求値が生成される。また、内燃機関の機能に関する要求に基づいて各アクチュエータに直接要求するアクチュエータ直接要求値も生成される。

前者のアクチュエータ要求値による制御は、機関逆モデルを用いたフィードフォワード制御であり、内燃機関の機能に関する要求の実現に向けて各アクチュエータを互いに協調させながら動作させることができるという利点がある。しかし、正確な機関情報を得られない場合や、内燃機関の運転状態や運転条件が機関逆モデルの成立条件に含まれない場合には、アクチュエータ要求値の精度が低下し、或いは、有効なアクチュエータ要求値を得ることができなくなり、結果、内燃機関の機能に関する要求を実現できなくなるという不利な点もある。

一方、後者のアクチュエータ直接要求値による制御は、内燃機関の運転状態や運転条件の影響を受けることなく、内燃機関の機能に関する要求に基づいた所定の動作をアクチュエータに的確に実行させることができるという利点がある。しかし、内燃機関の機能に関して複数の要求がある場合、それら要求を調停しながら各アクチュエータの動作を協調制御するといったことはできないといった不利な点もある。

このように、アクチュエータ要求値による制御と、アクチュエータ直接要求値による制御とはそれぞれに利点と不利点とがある。しかし、一方の制御の利点は他方の制御の不利点と相補的な関係にあり、他方の制御の利点は一方の制御の不利点と相補的な関係にある。したがって、第１の発明がそうであるように、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御とが切り替え可能になっていれば、より有利なほうの制御を選択することによって、内燃機関の機能に関する要求を各アクチュエータの制御量に的確に反映させることができる。

第２の発明によれば、アクチュエータ要求値による制御かアクチュエータ直接要求値による制御かを選択するための判断材料として、機関逆モデルにおいてアクチュエータ要求値の計算に使用される機関情報が用いられる。この機関情報からはアクチュエータ要求値による制御が有利になる状況や不利になる状況を予測することができるので、機関情報に基づいて切り替えの判断を行なうことで、より有利なほうの制御を的確に選択することが可能になる。

例えば、取得された機関情報の信頼性が低い場合には、その信頼性の低い機関情報を用いて算出されるアクチュエータ要求値の精度も低くなる。機関情報を取得するためのセンサが活性化していない場合や、センサによるセンシングの対象が安定していない場合、或いは、機関情報を計算するための計算条件が整っていない場合等が機関情報の信頼性が低い場合に含まれる。第３の発明によれば、このような場合、アクチュエータ要求値による制御ではなくアクチュエータ直接要求値による制御が選択されるので、機関情報の信頼性の低さがアクチュエータの動作に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

また、内燃機関の現在の運転状態や運転条件が機関逆モデルの成立条件に含まれない場合には、アクチュエータの制御量の算出に機関逆モデルを用いることはできない。例えば、機関逆モデルが均質燃焼を前提にして設計されているのであれば、運転モードとして成層燃焼が選択された場合には機関逆モデルは成立しなくなる。また、機関逆モデルが物理モデルを含んでいる場合、内燃機関の運転状態若しくは運転条件がその物理モデルの前提条件から外れるときにも機関逆モデルは成立しなくなる。また、機関逆モデルが統計モデルを含んでいる場合は、内燃機関の運転状態がその統計モデルのデータ範囲から大きく外れるときにも機関逆モデルは成立しなくなる。第４の発明によれば、このような場合、アクチュエータ要求値による制御ではなくアクチュエータ直接要求値による制御が選択されるので、機関逆モデルが成立しない状況でのアクチュエータの動作を担保することができる。

ところで、アクチュエータ直接要求値による制御で実現されている機関実現値と、アクチュエータ要求値による制御に切り替えることで実現される機関実現値との間にずれがあると、アクチュエータ直接要求値からアクチュエータ要求値への切り替えにともなって内燃機関の動作は不連続に変動してしまう。この点に関し、第５の発明によれば、アクチュエータ直接要求値による制御で実現されている機関実現値と、アクチュエータ要求値の算出の基礎となる機関要求値とのずれが許容範囲内であることを切り替えの条件としているので、切り替えの前後において機関実現値が連続的につながるようになる。つまり、第５の発明によれば、切り替えに伴って内燃機関の動作が不連続に変動するのを防止することができる。例えば所定物理量にトルクが含まれる場合には、切り替え時にトルク段差が生じることを防止することができる。

第６の発明によれば、アクチュエータ直接要求値による制御が行なわれているときの機関情報を用いることで、そのときに実際に実現されている機関実現値を正確に算出することができる。

第７の発明によれば、前記の機関逆モデルの逆モデルに相当する機関モデルを準備し、この機関モデルに各アクチュエータ直接要求値を入力することによって、アクチュエータ直接要求値による制御で実現される機関実現値を正確に予測し算出することができる。

また、アクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御へ切り替えた際、アクチュエータ直接要求値とアクチュエータ要求値との間にずれがあると、アクチュエータの動作に不連続が生じてしまう。この点に関し、第８の発明によれば、複数のアクチュエータのそれぞれについてアクチュエータ要求値のアクチュエータ直接要求値に対するずれが許容範囲内であることを切り替えの条件としているので、切り替えの前後においてアクチュエータの動作が連続的につながるようになる。つまり、第８の発明によれば、切り替えに伴ってアクチュエータの動作に不連続が生じ、それにより内燃機関の動作が不連続に変動するのを防止することができる。例えばアクチュエータにスロットル弁が含まれる場合には、スロットル弁開度の急変によるトルク段差が生じることを防止することができる。

さらに、第９の発明によれば、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えは徐々に行なわれるので、仮にアクチュエータ要求値とアクチュエータ直接要求値との間にずれがあったとしても、或いは、アクチュエータ要求値による制御で実現される機関実現値とアクチュエータ直接要求値による制御で実現される機関実現値との間にずれがあったとしても、そのずれによって生じる内燃機関の動作の不連続を抑制することができる。

第１０の発明によれば、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えを複数のアクチュエータのそれぞれについて個別に行なうことができるので、アクチュエータ毎により有利な制御を選択することが可能となる。つまり、第１０の発明によれば、複数のアクチュエータのそれぞれを適切に動作させることが可能であり、それにより内燃機関の機能に関する要求の実現精度を高めることができる。

第１１の発明によれば、複数のアクチュエータの全部或いは一部のアクチュエータについてアクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切替条件が成立した場合に、それらの切り替えを一度に行なうのではなく、予め設定された切替順序に従い順次切り替えていくので、各アクチェータの制御の切り替えによって生じる内燃機関の動作の不連続を抑制することができる。

このとき、先に切り替えられたアクチュエータは、その後に切り替えられる他のアクチュエータの制御量に基づいて内燃機関の機関に関する要求を実現するように動作する。したがって、第１２の発明によれば、切替順序が制御量の変化に対するトルクの応答感度が高い順とされることで、先に切り替えられたアクチュエータによるトルク調整のための動作により、その後の他のアクチュエータの制御の切り替えによって生じるトルク変動を抑制することができる。つまり、第１２の発明によれば、各アクチェータの制御の切り替えによって生じるトルク段差を効果的に抑制することができる。

また、第１３の発明によれば、複数のアクチュエータの全部或いは一部のアクチュエータについてアクチュエータ要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切替条件が成立した場合に、それらの切り替えを一度に行なうのではなく、予め設定された逆切替順序に従い順次切り替えていくので、各アクチェータの制御の切り替えによって生じる内燃機関の動作の不連続を抑制することができる。

特に、第１４の発明によれば、トルク制御能力の高いアクチュエータから順にアクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えていくことで、内燃機関の動作が不連続になることで発生するトルク段差を抑制しつつ、切り替え時のトルクの制御性を担保することができる。

また、第１５の発明によれば、切替対象となった全アクチュエータの制御を一度に同時に切り替えることもできる。順次切替と同時切替とを選択可能にすることで、ある状況では、順次切替の選択により内燃機関の動作の不連続を抑制することを優先することができ、別の状況では、同時切替の選択により制御を速やかに切り替えることを優先することができるようになる。

第１６の発明によれば、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えは徐々に行なわれるので、仮にアクチュエータ要求値とアクチュエータ直接要求値との間にずれがあったとしても、そのずれによって生じる内燃機関の動作の不連続を抑制することができる。

ところで、全アクチュエータがアクチュエータ要求値によって制御されるのであれば、機関逆モデルを介した協調制御によって各アクチュエータの制御量間の関係を燃焼限界内に収めることができる。しかし、一部のアクチュエータがアクチュエータ直接要求値によって制御されている場合には、そのアクチュエータの制御量は他のアクチュエータの制御量とは無関係に設定されることになる。第１７の発明によれば、このような場合、アクチュエータ直接要求値によって制御されていない何れかのアクチュエータについて、各アクチュエータの制御量間の関係が燃焼限界を超えないようにそのアクチュエータ要求値が修正される。したがって、第１７の発明によれば、一部のアクチュエータについてアクチュエータ直接要求値による制御が行なわれている場合であっても、全アクチュエータがアクチュエータ要求値によって制御されている場合と同様に、各アクチュエータの制御量間の関係を燃焼限界内に収めることができる。

特に、第１８の発明によれば、修正されるのは実現優先順位が低いアクチュエータ要求値であるので、実現優先順位が高いアクチュエータ要求値はそのまま実現することができる。そして、その修正には実現優先順位が高いアクチュエータ要求値とアクチュエータ直接要求値とが反映されるので、各アクチュエータの制御量間の関係が燃焼限界内に収まるように、修正対象となったアクチュエータ要求値を適切に修正することができる。

また、第１９の発明によれば、吸気アクチュエータ及び点火アクチュエータについてアクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切替条件が成立した場合には、まず、点火アクチュエータの制御が点火アクチュエータ直接要求値による制御から点火アクチュエータ要求値による制御へ切り替えられる。これにより、吸気アクチュエータの制御が吸気アクチュエータ直接要求値による制御から吸気アクチュエータ要求値による制御に切替えられるときには、それらの偏差によって生じるトルク偏差を補償するように自動的に点火時期の調整が行なわれるようになる。ただし、点火時期の調整は吸入空気量の調整よりもトルクの応答感度に優れるものの、調整可能なトルクには限界がある。第１９の発明によれば、点火アクチュエータ要求値と点火時期の調整可能範囲との関係から前記のトルク偏差の補償が点火時期の調整によって実現不可能なときには、吸気アクチュエータ直接要求値による制御から吸気アクチュエータ要求値による制御へ吸気アクチュエータの制御が徐々に切り替えられるので、吸気アクチュエータ直接要求値と吸気アクチュエータ要求値とのずれが大きい場合であっても、その切り替えに伴うトルク段差の発生を防止することができる。

第２０の発明によれば、点火時期の調整によるトルク偏差の補償が実現可能になった時点で吸気アクチュエータの制御は吸気アクチュエータ要求値による制御へ速やかに切り替えられるので、トルク段差の発生を防止しつつアクチュエータ要求値による制御へ速やかに移行することができる。

第２１の発明によれば、点火アクチュエータと吸気アクチュエータの各制御をアクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御へ同時に切り替え可能とすることで、必要な場合には、トルク段差の発生の防止よりも優先させてアクチュエータ要求値による制御への速やかな移行を実現することができる。

また、第２２の発明によれば、吸気アクチュエータ及び点火アクチュエータについてアクチュエータ要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切替条件が成立した場合には、まず、吸気アクチュエータの制御が吸気アクチュエータ要求値による制御から吸気アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えられる。この切り替え時には、吸気アクチュエータ要求値と吸気アクチュエータ直接要求値との間にずれが生じる可能性はあるが、そのずれによって生じるトルク偏差を補償するように機関逆モデルによって点火アクチュエータ要求値が計算され、自動的に点火時期の調整が行なわれる。したがって、吸気アクチュエータ要求値と吸気アクチュエータ直接要求値とのずれが大きい場合であっても、その切り替えに伴うトルク段差の発生を防止することができる。また、トルクの制御能力の高い吸気アクチュエータから先にアクチュエータ直接要求値による制御に切り替えることで、全切り替えが完了するまでの間のトルクの制御性を担保することができる。

第２３の発明によれば、点火アクチュエータの制御が点火アクチュエータ要求値による制御から点火アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えられるのは、吸気アクチュエータによる実現値と吸気アクチュエータ要求値との差が許容範囲内になってからであるので、点火アクチュエータの制御の切り替えに伴うトルク段差の発生を防止することができる。

第２４の発明によれば、吸気アクチュエータと点火アクチュエータの各制御をアクチュエータ要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御へ同時に切り替え可能とすることで、必要な場合には、トルク段差の発生の防止よりも優先させてアクチュエータ直接要求値による制御への速やかな移行を実現することができる。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１乃至図４の各図を用いて説明する。

まず、本実施の形態の前提として、本実施の形態にかかる内燃機関の仕様について説明する。本実施の形態にかかる内燃機関は、火花点火式の内燃機関であり、吸入空気量、点火時期及び空燃比を調整するためのアクチュエータが備えられているものとする。また、通常は均質燃焼による運転を行なうが、ごく低負荷時等の限定された状況では成層燃焼による運転も行なえるようにした内燃機関であるとする。なお、本実施の形態にかかる内燃機関の仕様は、後述する実施の形態２乃至９にも共通する仕様である。

本実施の形態の制御装置は、図１のブロック図にて示すように構成されている。図１では制御装置の各要素をブロックで示し、ブロック間の信号の伝達（主なもの）を矢印で示している。以下、図１を参照して本実施の形態の制御装置の全体的な構成と、その特徴について説明する。なお、本実施の形態の特徴についてのより深い理解を可能にするため、必要に応じて詳細図を用いた説明も行なうものとする。

図１に示すように、制御装置は、大きく分けて５つの部分１０，２０，３０，４０，５０から構成されている。このうち、最上位に位置するのは機能要求発生部１０である。機能要求発生部１０の下位には機関要求値生成部２０が設けられ、さらにその下位にはトルク実現部３０が設けられている。また、機能要求発生部１０の下位には、機関要求値生成部２０及びトルク実現部３０と並列にアクチュエータ直接要求値生成部４０も設けられている。そして、トルク実現部３０及びアクチュエータ直接要求値生成部４０の下位に選択切替部５０が設けられている。

内燃機関の動作を制御するアクチュエータ２，４，６は選択切替部５０に接続されている。本実施の形態にかかる内燃機関には、そのアクチュエータとしてスロットル弁２、点火装置４及び燃料噴射装置６が備えられている。スロットル弁２は吸入空気量を調整するアクチュエータであり、点火装置４は点火時期を調整するアクチュエータであり、燃料噴射装置６は空燃比を調整するアクチュエータである。

なお、図１中に矢印で示すブロック間の伝達信号とは別に、制御装置内には種々の信号が流れている。そのような信号の一例が、外部の情報発信源１２から供給される内燃機関の運転条件や運転状態に関する情報（以下、機関情報）を含んだ信号である。情報発信源１２によって発信される機関情報には、機関回転数、スロットル弁開度センサの出力値、エアフローセンサの出力値、空燃比センサの出力値、現時点の実点火時期、冷却水温度、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング、そして、運転モード等が含まれる。情報発信源１２は、これら機関情報のうちの少なくとも一部を内燃機関の内外に設けられたセンサによって取得している。

以下、制御装置を構成する各部分１０，２０，３０，４０，５０の構成と、そこで行われている処理について順に説明していく。

機能要求発生部１０は、内燃機関の機能に関する要求を数値化して出力する。内燃機関の機能には、ドライバビリティ、排気ガス、燃費、騒音、振動等が挙げられる。これらは内燃機関に求められている性能とも言い換えることができる。アクチュエータ２，４，６の制御量は演算により決定されるので、機能要求を数値化することによってアクチュエータ２，４，６の制御量に機能要求を反映させることが可能になる。機能要求発生部１０は、次の２つのグループに分けられる物理量によって各種の機能要求を表現することで、機能要求の数値化を行なっている。

機能要求発生部１０が機能要求の表現に使用する第１のグループは、トルク、効率及び空燃比（以下、Ａ／Ｆ）の３種の物理量からなるグループである。内燃機関の出力にはトルク以外にも熱と排気ガスとが含まれ、これらの出力全体によって前述のドライバビリティ、排気ガス、燃費といった内燃機関の各種の機能が決定される。そして、これらの出力を制御するためのパラメータはトルク、効率及びＡ／Ｆの３種の物理量に集約することができる。したがって、トルク、効率及びＡ／Ｆの３種の物理量を用いて機能要求を表現することで、内燃機関の出力に的確に機能要求を反映させることが可能になる。

より深い理解を可能にするため、トルク、効率及びＡ／Ｆを用いた機能要求の表現について例示する。例えば、ドライバビリティに関する要求であれば、それはトルクと効率で表現することができる。具体的には、要求が車両の加速であれば、その要求はトルクによって表現することができる。要求がエンストの防止であれば、その要求は効率（詳しくは効率アップ）によって表現することができる。

また、排気ガスに関する要求は効率やＡ／Ｆで表現することができる。具体的には、要求が触媒の暖機であれば、その要求は効率（詳しくは効率ダウン）によって表現することができるし、Ａ／Ｆによっても表現することができる。効率ダウンによれば、排気ガス温度を高めることができ、Ａ／Ｆによれば、触媒で反応がしやすい雰囲気にすることができる。

燃費に関する要求は効率やＡ／Ｆで表現することができる。具体的には、要求が燃焼効率の上昇であれば、その要求は効率（詳しくは効率アップ）によって表現することができる。要求がポンプロスの低減であれば、その要求はＡ／Ｆ（詳しくはリーンバーン）によって表現することができる。

なお、機能要求発生部１０内では各種の機能要求がそれぞれ独立して発せられる。このため、機能要求発生部１０から出力されるトルク、効率及びＡ／Ｆの要求値は、各物理量につき必ずしも１つとはならない。トルクを例にとると、ドライバからの要求トルク（アクセル開度から計算されるトルク）だけでなく、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）、ＴＲＣ（Traction Control System）、ＡＢＳ（Antilock Brake System）、トランスミッション等の車両制御にかかる各種デバイスから要求されるトルクが同時に出力される場合がある。効率やＡ／Ｆに関しても同様である。

機能要求発生部１０が機能要求の表現に使用する第２のグループは、各アクチュエータ２，４，６の動作を直接規定するような物理量からなるグループである。そのような物理量とは、例えば、スロットル弁２であればスロットル弁開度や吸入空気量等の物理量である。点火装置４であれば点火遅角量や効率等の物理量がそれに相当する。燃料噴射装置６であれば空燃比や燃料噴射量等の物理量がそれに相当する。

前述のように、内燃機関の出力を制御する直接のパラメータは、第１グループの物理量であるトルク、効率及びＡ／Ｆである。第２グループの物理量は、直接的にはトルク、効率及び空燃比を制御するためのパラメータであって、内燃機関の出力には各アクチュエータ２，４，６の動作を介して間接的に関与する。したがって、機能要求を内燃機関の出力に反映させるための表現としては、第１グループの物理量による表現のほうが自由度が高く、また、反映精度も高い。ただし、第２グループの物理量による表現によれば、機能要求に基づいた所定の動作を各アクチュエータ２，４，６に的確に実行させることは可能である。

機能要求発生部１０は、同一の機能要求を第１グループの物理量と第２グループの物理量とでそれぞれ表現して数値化する。そして、第１グループの物理量によって数値化された機能要求は機関要求値生成部２０に供給し、第２グループの物理量によって数値化された機能要求はアクチュエータ直接要求値生成部４０に供給する。ただし、第１グループの物理量による機能要求の数値化は常時行なわれているのに対し、第２グループの物理量による数値化は、所定の条件が成立しているときのみ行なわれるようになっている。所定条件としては、例えば、発せられる機能要求が始動時制御や燃料カット制御等の特定の制御に関するものである場合が挙げられる。また、成層燃焼モードといった特定の運転モードでの運転が選択された場合も所定条件として挙げられる。さらに、センサが活性化していない等の機関情報の信頼性が低い場合も所定条件として挙げられる。

次に、機関要求値生成部２０について説明する。上述のように、機能要求発生部１０からは、トルク、効率或いはＡ／Ｆで表現された複数の機能要求が出力される。しかし、それらの要求を全て同時に完全に実現することはできない。複数のトルク要求があったとしても実現できるトルクは１つだからである。同様に、複数の効率要求に対して実現できる効率は１つであり、複数のＡ／Ｆ要求に対して実現できるＡ／Ｆは１つである。このため、要求の調停という処理が必要となる。

機関要求値生成部２０では、機能要求発生部１０から出力される要求（要求値）の調停が行なわれる。機関要求値生成部２０には、要求の分類である物理量毎に調停部２２，２４，２６が設けられている。トルク調停部２２はトルクで表現された要求値を集約して１つのトルク要求値に調停する。効率調停部２４は効率で表現された要求値を集約して１つの効率要求値に調停する。そして、Ａ／Ｆ調停部２６はＡ／Ｆで表現された要求値を集約して１つのＡ／Ｆ要求値に調停する。各調停部２２，２４，２６は、予め定められた規則に従って調停を行なう。ここでいう規則とは、例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等、複数の数値から１つの数値を得るための計算規則であり、それら複数の計算規則を適宜に組み合わせたものとすることもできる。ただし、どのような規則とするかは設計に委ねられるものであって、本発明に関しては規則の内容に限定はない。

以下では調停についてのより深い理解を可能にするため、具体例を挙げて説明する。まず、図２はトルク調停部２２の構成例を示すブロック図である。この例でのトルク調停部２２は、重ね合わせ要素２０２と最小値選択要素２０４とから構成されている。また、この例においてトルク調停部２２によって集約される要求値は、ドライバ要求トルク、補機負荷損失トルク、フューエルカット前要求トルク及びフューエルカット復帰時要求トルクである。各要素２０２，２０４によって集約された結果、最終的に得られた値が調停されたトルク要求値としてトルク調停部２２から出力される。

次に、図３は効率調停部２４の構成例を示すブロック図である。この例での効率調停部２４は、３つの最小値選択要素２１２，２１６，２２０と２つの最大値選択要素２１４，２１８とから構成されている。また、この例において効率調停部２４によって集約される要求値は、効率アップ要求であるドラビリ要求効率、効率ダウン要求であるＩＳＣ要求効率、高応答トルク要求効率及び触媒暖機要求効率、より優先度が高い効率ダウン要求であるＫＣＳ要求効率及び過度ノック要求効率等である。各要素２１２，２１４，２１６，２１８，２２０によって集約された結果、最終的に得られた値が調停された効率要求値として効率調停部２４から出力される。

具体例は省略するが、空燃比調停部２６でも同様の処理が行なわれている。先にも述べたように、どのような要素を組み合わせて空燃比調停部２６を構成するかは設計事項にあたり、設計者の設計思想に基づいて適宜に組み合わせてよい。以上のような調停が各調停部２２，２４，２６にて行なわれることで、機関要求値生成部２０からは１つのトルク要求値と、１つの効率要求値と、１つのＡ／Ｆ要求値とが出力される。

次に、トルク実現部３０について説明する。トルク実現部３０は、内燃機関の逆モデルである機関逆モデルを備えている。機関要求値生成部２０から供給される各機関要求値（トルク要求値、効率要求値及びＡ／Ｆ要求値）と、機関回転数等の必要な機関情報とを機関逆モデルに入力することによって、各アクチュエータ２，４，６のそれぞれに要求すべき制御量、すなわちアクチュエータ要求値（以下、トルク実現部要求値）を算出することができる。

機関逆モデルは、マップや関数で表された複数の統計モデルや物理モデルで構成されている。機関逆モデルの構成は、制御装置による内燃機関の制御特性を特徴付ける。本実施の形態にかかる機関逆モデルは、機関要求値生成部２０から供給される３つの機関要求値のうち、トルク要求値を最優先して実現するような構成とされている。また、本実施の形態にかかる機関逆モデルは、内燃機関が採りうる燃焼モードのうち、均質燃焼を前提にして設計されている。

以下でトルク実現部３０についてのより深い理解を可能にするため、具体例を挙げて説明する。図４はトルク実現部３０の構成、すなわち、機関逆モデルの構成を示すブロック図である。トルク実現部３０の構成とその機能についての説明には、この図４と前掲の図１とを使用する。

トルク調停部２２から出力されるトルク要求値と、効率調停部２４から出力される効率要求値とは、直接にはスロットル弁制御に用いられる信号となる。また、Ａ／Ｆ調停部２６から出力されるＡ／Ｆ要求値は、直接には燃料噴射制御に用いられる信号となる。内燃機関の動作を制御するためには、これらの信号に加えて点火時期制御に用いる信号が必要であり、トルク実現部３０にはその信号を生成する機能も備えられている。

本実施の形態の制御装置において点火時期制御に用いられる信号はトルク効率である。トルク効率は、内燃機関の推定トルクに対するトルク要求値の比として定義される。トルク実現部３０は、トルク効率の算出ための要素として、推定空気量算出部３０８、推定トルク算出部３１０及びトルク効率算出部３１２を備えている。

推定空気量算出部３０８には、スロットル弁開度センサ（以下、ＴＡセンサ）の出力信号とエアフローセンサの出力信号とが取り込まれる。ＴＡセンサの出力信号からは実際のスロットル弁開度を得ることができ、エアフローセンサの出力信号からは吸気管の空気流量を得ることができる。推定空気量算出部３０８は、現在のスロットル弁開度にて実現できると推定される空気量（以下、推定空気量）をエアモデルを用いて算出する。エアモデルは吸気系の物理モデルであり、エアモデルは、スロットル弁２の動作に対する吸入空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化したものである。エアフローセンサの出力信号は、エアモデルによる吸入空気量の計算を補正するための補正データとして用いられる。

推定トルク算出部３１０は、推定空気量をトルクに変換する。推定空気量のトルクへの変換にはトルクマップが用いられる。トルクマップは、トルクと吸入空気量との関係を示す統計モデルであり、吸入空気量を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップになっている。各パラメータには現在の機関情報から得られる値が入力される。ただし、点火時期は最適点火時期（ＭＢＴとトレースノック点火時期のうちより遅角側の点火時期）とされている。推定トルク算出部３０は、推定空気量から変換されたトルクを内燃機関の最適点火時期における推定トルクとして算出する。

トルク効率算出部３１２は、トルク調停部２２にて出力されたトルク要求値と、推定トルク算出部３１０で算出された推定トルクとの比をトルク効率として算出する。後述するが、スロットル弁開度はトルク要求値を効率要求値で除算して嵩上げした補正トルク要求値を実現するように制御される。これは効率要求値の分だけ低下するトルクを吸入空気量の増量によって補うためである。ただし、スロットル弁開度の変化に対する実際の吸入空気量の応答には遅れがあるため、実際に出力可能なトルク（推定トルク）は効率要求値の変化に対して応答遅れがある。推定トルクとトルク要求値との比であるトルク効率は、効率要求値と実際の吸入空気量の変化とを共に点火時期制御に反映させるためのパラメータになっている。少なくとも吸入空気量が一定となった定常状態では、理論的には推定トルクは補正トルク要求値に一致し、トルク効率は効率要求値に一致するようになる。

ところで、機関要求値生成部２０で行なわれる各機関要求値の生成時には、各々の機関要求値が他の機関要求値との関係で実現可能な値かどうかは考慮されない。このため、各機関要求値の大きさの関係によっては筒内の燃焼条件が燃焼限界を超えてしまい、内燃機関を適正に運転できない可能性がある。そこで、トルク実現部３０には、内燃機関の適正運転が可能になるように、内燃機関の各制御に用いられる信号間の大きさの関係を調整する調整部３２０が設けられている。調整部３２０は、予め設定された優先順序に従い、優先順位の高い信号を基準にして優先順位の低い信号を修正する。最優先される信号はトルク要求値であり、トルク要求値の修正は行なわれない。次に優先される信号は内燃機関の運転モードによって決まる。本実施の形態では、内燃機関の運転モードとして効率優先モードとＡ／Ｆ優先モードとがあり、運転モードに応じて前述の優先順序が変更されるようになっている。

調整部３２０は、効率ガード部３２２、トルク効率ガード部３２４及びＡ／Ｆガード部３２６から構成されている。効率ガード部３２２は、効率調停部２４から入力される効率要求値の上下限を制限することで、効率要求値の大きさを内燃機関の適正運転が可能な範囲に修正する。トルク効率ガード部３２４は、トルク効率算出部３１２で算出されたトルク効率の上下限を制限することで、トルク効率の大きさを内燃機関の適正運転が可能な範囲に修正する。そして、Ａ／Ｆガード部３２６は、Ａ／Ｆ調停部２６から入力されるＡ／Ｆ要求値の上下限を制限することで、Ａ／Ｆ要求値の大きさを内燃機関の適正運転が可能な範囲に修正する。

調整部３２０を構成する３つのガード部３２２，３２４，３２６の上下限ガード値は、何れも可変であり、相互に連動して変更されるようになっている。具体的には、内燃機関の運転モードが効率優先モードの場合は、効率ガード部３２２とトルク効率ガード部３２４の各上下限ガード値として全Ａ／Ｆ領域での最上下限値が設定される。そして、トルク効率ガード部３２４によるガード処理後のトルク効率に基づいてＡ／Ｆガード部３２６の上下限ガード値が設定される。一方、Ａ／Ｆ優先モードの場合は、Ａ／Ｆガード部３２６の上下限ガード値として全効率領域での最上下限値が設定される。そして、Ａ／Ｆガード部３２６によるガード処理後のＡ／Ｆ要求値に基づいて効率ガード部３２２及びトルク効率ガード部３２４の各上下限ガード値が設定される。

以上の処理の結果、各アクチュエータ２，４，６に要求する制御量、すなわちトルク実現部要求値の計算に使用される主信号は、トルク要求値、修正効率要求値、修正Ａ／Ｆ要求値及び修正トルク効率となる。トルク実現部３０は、トルク要求値と修正効率要求値とに基づいてスロットル弁２に供給するトルク実現部要求値（以下、トルク実現部ＴＡ要求値）を算出する。また。トルク実現部３０は、修正トルク効率に基づいて点火装置４に供給するトルク実現部要求値（以下、トルク実現部ＳＡ要求値）を算出する。また、トルク実現部３０は、修正Ａ／Ｆ要求値を燃料噴射装置６に供給するトルク実現部要求値（以下、トルク実現部Ａ／Ｆ要求値）として算出する。

トルク実現部３０は、トルク実現部ＴＡ要求値の計算のため、トルク要求値補正部３０２と空気量要求値算出部３０４とＴＡ要求値算出部３０６とを備えている。トルク要求値と修正効率要求値とは、トルク要求値補正部３０２に入力される。トルク要求値補正部３０２はトルク要求値を修正効率要求値で除算して補正し、効率補正後のトルク要求値を空気量要求値算出部３０４に出力する。修正効率要求値が１よりも小さければ、修正効率要求値による除算によってトルク要求値は嵩上げされ、嵩上げされた補正トルク要求値が空気量要求値算出部３０４に供給される。

空気量要求値算出部３０４は、補正トルク要求値を吸入空気量に変換する。補正トルク要求値の吸入空気量への変換には空気量マップが用いられる。空気量マップは、トルクを含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ等、トルクと吸入空気量との関係に影響する各種の運転条件がパラメータとして用いられている。これらのパラメータには現在の機関情報から得られる値が入力される。ただし、点火時期は最適点火時期とされている。空気量要求値算出部３０４は、補正トルク要求値から変換されたトルクを吸入空気量の要求値として算出する。

ＴＡ要求値算出部３０６は、空気量要求値を実現するためのスロットル弁開度をエアモデルの逆モデル（以下、エア逆モデル）を用いて算出する。エア逆モデルでは、バルブタイミングや吸入空気温度等、空気量とスロットル弁開度との関係に影響する運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには機関情報から得られる値が入力される。ＴＡ要求値算出部３０６は、空気量要求値から変換されたスロットル弁開度をトルク実現部ＴＡ要求値として出力する。

また、トルク実現部３０は、トルク実現部ＳＡ要求値の計算のため、点火遅角量算出部３１４とＳＡ要求値算出部３１６とを備えている。修正トルク効率は点火遅角量算出部３１４に入力される。点火遅角量算出部３１４は修正トルク効率から最適点火時期に対する遅角量を計算する。遅角量の計算にはマップが用いられる。このマップは、トルク効率を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、機関回転数、Ａ／Ｆ、空気量等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の機関情報から得られる値が入力される。このマップでは、トルク効率が小さいほど点火遅角量は大きい値に設定されるようになっている。

ＳＡ要求値算出部３１６は、点火遅角量算出部３１４で計算された点火遅角量を最適点火時期に加算する。最適点火時期は内燃機関の運転状態に基づいて計算される。そして、ＳＡ要求値算出部３１６は、得られた最終的な点火時期をトルク実現部ＳＡ要求値として出力する。

以上がトルク実現部３０の構成に関する説明である。次に、再び図１に戻り、アクチュエータ直接要求値生成部４０と選択切替部５０とについての説明を行なう。アクチュエータ直接要求値生成部４０と選択切替部５０とを備えることは、本実施の形態の制御装置が有する特徴の１つである。

アクチュエータ直接要求値生成部４０は、機能要求発生部１０から発せられる機能要求に基づいて、上述のトルク実現部３０を介することなく、アクチュエータ２，４，６のそれぞれに直接要求する制御量（以下、アクチュエータ直接要求値）を生成する機能を有している。この機能は、アクチュエータ直接要求値生成部４０を構成するＴＡ直接要求値算出部４２、ＳＡ直接要求値算出部４４及びＡ／Ｆ直接要求値算出部４６によって実現されている。

前述のように、アクチュエータ直接要求値生成部４０には、機能要求発生部１０から発せられる機能要求のうち、第２グループの物理量によって数値化された機能要求が供給される。このうち、スロットル弁２の動作を直接規定するような物理量で数値化された機能要求は、ＴＡ直接要求値算出部４２に入力される。また、点火装置４の動作を直接規定するような物理量で数値化された機能要求は、ＳＡ直接要求値算出部４４に入力される。そして、燃料噴射装置６の動作を直接規定するような物理量で数値化された機能要求は、Ａ／Ｆ直接要求値算出部４６に入力される。

ＴＡ直接要求値算出部４２は、入力された機能要求に基づいてスロットル弁２に供給するアクチュエータ直接要求値（以下、ＴＡ直接要求値）を算出する。ＳＡ直接要求値算出部４４は、入力された機能要求に基づいて点火装置４に供給するアクチュエータ直接要求値（以下、ＳＡ直接要求値）を算出する。そして、Ａ／Ｆ直接要求値算出部４６は、入力された機能要求に基づいて燃料噴射装置６に供給するアクチュエータ直接要求値（以下、Ａ／Ｆ直接要求値）を算出する。

機能要求発生部１０からアクチュエータ直接要求値生成部４０へ機能要求が発せられるのは、内燃機関の始動時等の所定条件が成立している場合に限られる。しかし、そのような条件の成立時には、トルク実現部３０においてトルク実現部要求値が算出されるのと並行して、アクチュエータ直接要求値生成部４０においてアクチュエータ直接要求値が生成されることになる。つまり、アクチュエータ２，４，６に要求する制御量が２種類存在することになる。当然のことながら、アクチュエータ２，４，６は同時に２種類の制御量に従って動作できないので、アクチュエータ２，４，６の制御を、トルク実現部要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との間で切り替えられるようにする必要がある。そのために設けられた構成が、次に説明する選択切替部５０である。

各トルク実現部要求値と各アクチュエータ直接要求値は選択切替部５０に入力される。そして、何れか一方のみが選択切替部５０で選択されて各アクチュエータ２，４，６に供給される。選択切替部５０は、３つの切替部５２，５４，５６と切替指示部５８とから構成されている。切替部５２はスロットル弁２に供給する要求値の切り替えを行なう要素であり、トルク実現部ＴＡ要求値とＴＡ直接要求値とが入力されている。切替部５４は点火装置４に供給する要求値の切り替えを行なう要素であり、トルク実現部ＳＡ要求値とＳＡ直接要求値とが入力されている。切替部５６は燃料噴射装置６に供給する要求値の切り替えを行なう要素であり、トルク実現部Ａ／Ｆ要求値とＡ／Ｆ直接要求値とが入力されている。

各切替部５２，５４，５６における要求値の切り替えは、切替指示部５８からの指示を受けて行なわれる。切替指示部５８は、トルク実現部要求値とアクチュエータ直接要求値の何れをアクチュエータ２，４，６に供給するかを機関情報に基づいて判断する。内燃機関の運転状態や運転条件といった機関情報は、トルク実現部３０の機関逆モデルにおいてトルク実現部要求値の計算に必要な情報であるので、この機関情報を用いることでトルク実現部要求値による制御が有利になる状況や不利になる状況を予測することができる。そして、機関情報に基づいて切り替えの判断を行なうことで、より有利なほうの制御を的確に選択することが可能になる。切替指示部５８は、機関情報に基づく判断結果に応じて各切替部５２，５４，５６に対して切り替えを指示するようになっている。

切替指示部５８における機関情報に基づいた切り替えの判断は、例えば、次のように行なわれる。まず、切替指示部５８は、トルク実現部要求値の供給を標準の選択としている。そして、機関情報から所定の直接要求値供給条件が成立していると判断したときのみ、各アクチュエータ２，４，６にアクチュエータ直接要求値を供給するように各切替部５２，５４，５６に対して切り替えを指示する。また、前記の直接要求値供給条件が成立しなくなったときには、各アクチュエータ２，４，６にトルク実現部要求値を供給するように各切替部５２，５４，５６に対して切り替えを指示する。

前記の直接要求値供給条件は、機能要求発生部１０からアクチュエータ直接要求値生成部４０へ機能要求が発せられるときの条件に含まれている。ここでは、内燃機関の始動時や成層燃焼モードでの運転時等、内燃機関の現在の運転状態や運転条件が機関逆モデルの成立条件に含まれない場合を直接要求値供給条件とする。このような場合にはアクチュエータの制御量の算出に機関逆モデルを用いることはできないからである。例えば、本実施の形態では機関逆モデルは均質燃焼を前提にして設計されているので、燃焼モードとして成層燃焼が選択された場合には機関逆モデルは成立しなくなる。また、始動時には吸気管内に既に空気が存在するため、スロットル弁２の動作と吸入空気量の応答をモデル化したエアモデルやその逆モデルは成立しない。このため、制御量の算出に必要な計算を正確に行なうことができず、機関逆モデル全体としても成立しなくなる。このような場合、トルク実現部要求値による制御ではなくアクチュエータ直接要求値による制御が選択されることで、機関逆モデルが成立しない状況でのアクチュエータ２，４，６の的確な動作を担保することができる。

また、切替指示部５８は、取得された機関情報の信頼性が低い場合も直接要求値供給条件の一つとして判断する。取得された機関情報の信頼性が低い場合には、その信頼性の低い機関情報を用いて算出されるトルク実現部要求値の精度も低下するからである。機関情報の信頼性が低い場合としては、機関情報を取得するためのセンサが活性化していない場合、センサによるセンシングの対象が安定していない場合、或いは、機関情報を計算するための計算条件が整っていない場合等が挙げられる。このような場合にトルク実現部要求値による制御ではなくアクチュエータ直接要求値による制御が選択されることで、機関情報の信頼性の低さがアクチュエータ２，４，６の動作に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

本実施の形態の制御装置が有する利点の一つが、上述のように、アクチュエータ２，４，６の制御を、トルク実現部要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との間で切り替え可能に構成されていることである。機関逆モデルを用いて算出されるトルク実現部要求値によれば、内燃機関の各種機能に関する要求の実現に向けて各アクチュエータ２，４，６を互いに協調させながら動作させることができる。しかし、上述のように機関情報の信頼性が低い場合や、内燃機関の運転状態や運転条件が機関逆モデルの成立条件に含まれない場合には、トルク実現部要求値の精度は大きく低下してしまう。このように、トルク実現部要求値による制御には不利点もあるが、その不利点を補うのがアクチュエータ直接要求値による制御である。アクチュエータ直接要求値による制御は、内燃機関の運転状態や運転条件の影響を受けることなく、機能要求に基づいた所定の動作をアクチュエータ２，４，６に的確に実行させることができる。つまり、本実施の形態の制御装置によれば、トルク実現部要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御のうち、より有利なほうの制御を選択することができるので、内燃機関の機能に関する要求を各アクチュエータ２，４，６の制御量に的確に反映させることができる。

以上、本発明の実施の形態１について説明した。実施の形態１には、本発明のうち第１、第２、第３及び第４の発明が具現化されている。詳しくは、図１に示す構成において、機関要求値生成部２０は第１の発明の「機関要求値生成手段」に相当する。情報発信源１２は第１の発明の「機関情報取得手段」に相当する。トルク実現部３０は第１の発明の「アクチュエータ要求値算出手段」に相当する。アクチュエータ直接要求値生成部４０は第１の発明の「アクチュエータ直接要求値生成手段」に相当する。切替部５２，５４，５６は第１の発明の「切替手段」に相当する。そして、切替指示部５８は第２乃至第４の各発明の「切替指示手段」に相当する。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図１、図５及び図６を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置の全体の構成は、実施の形態１と同じく、図１のブロック図にて示される。本実施の形態の制御装置と実施の形態１の制御装置との違いは、制御装置を構成する一要素である切替指示部５８の機能にある。本実施の形態にかかる切替指示部５８の構成を示したのが図５のブロック図である。以下、図１とともに図５を参照して本実施の形態の特徴である切替指示部５８の構成とその機能について説明する。

本実施の形態にかかる切替指示部５８の機能面における特徴は、アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御へアクチュエータ２，４，６の制御が切り替えられる際のトルク段差を抑制できるようにしたことにある。例えば、内燃機関の始動時制御としてアクチュエータ直接要求値による制御が行なわれるときには、エアモデルやエア逆モデルによる計算が可能になった後、トルク実現部要求値による制御へと切り替えられる。その際、アクチュエータ直接要求値によって実現されていたトルク、効率或いはＡ／Ｆの値と、トルク実現部要求値によって新たに実現されるトルク、効率或いはＡ／Ｆの値との間にずれがあると、切り替えにともなって内燃機関の動作は不連続に変動してしまう。特にトルクの実現値にずれがある場合には、切り替えにともなってトルク段差が生じることとなってドライバビリティを低下させてしまう。以下に説明する切替指示部５８の構成によれば、このような切り替え時の不具合を防止することができる。

本実施の形態にかかる切替指示部５８は、選択部５２０を備えている。選択部５２０は、機関情報に基づいてアクチュエータ直接要求値による制御かトルク実現部要求値による制御かを選択し、選択した制御への切り替えを切替部５２，５４，５６に指示する。つまり、この選択部５２０には実施の形態１にて説明した切替指示部５８の機能が集約されている。

また、本実施の形態にかかる切替指示部５８は、内燃機関によって実際に実現されているトルク、効率及びＡ／Ｆの値を取得する手段として、トルク実現値算出部５０２、効率実現値算出部５０４及びＡ／Ｆ実現値算出部５０６を備えている。これらの機関実現値算出部５０２，５０４，５０６は、情報発信源１２から供給される機関情報を用いて各機関実現値（トルク実現値、効率実現値、Ａ／Ｆ実現値）を算出する。例えば、Ａ／Ｆ実現値であれば空燃比センサの出力信号等の情報を用いて算出することができる。効率実現値であれば点火時期等の情報を用いて算出することができる。また、トルク実現値であれば、スロットル弁開度、エアフローセンサの出力信号、機関回転数、Ａ／Ｆ、点火時期等の情報を用いて算出することができる。

さらに、本実施の形態にかかる切替指示部５８は、３つの偏差判定部５０８，５１０，５１２を備えている。偏差判定部５０８は、トルク実現値算出部５０２で算出されたトルク実現値と、トルク調停部２２から出力されるトルク要求値との偏差が所定の許容範囲内かどうかを判定する要素である。偏差判定部５１０は、効率実現値算出部５０４で算出された効率実現値と、効率調停部２４から出力される効率要求値との偏差が所定の許容範囲内かどうかを判定する要素である。偏差判定部５１２は、Ａ／Ｆ実現値算出部５０６で算出されたＡ／Ｆ実現値と、Ａ／Ｆ調停部２６から出力されるＡ／Ｆ要求値との偏差が所定の許容範囲内かどうかを判定する要素である。これら偏差判定部５０８，５１０，５１２による各偏差の判定は、選択部５２０においてアクチュエータ直接要求値による制御が選択されているときに行なわれる。そして、各偏差判定部５０８，５１０，５１２の判定結果は、選択部５２０による選択の切り替えに反映される。

選択部５２０は、各偏差判定部５０８，５１０，５１２から供給される判定結果によって選択の切り替えのタイミングを計っている。全ての偏差判定部５０８，５１０，５１２において機関実現値（トルク実現値、効率実現値、Ａ／Ｆ実現値）と機関要求値（トルク要求値、効率要求値、Ａ／Ｆ要求値）との偏差が許容範囲内に収まったとき、選択部５２０は、アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御への切り替えを各切替部５２，５４，５６に指示する。このようなタイミングで切り替えの指示を行なうことで、内燃機関の動作を不連続に変動させることなくトルク実現部要求値による制御へ移行することができる。

上述のような切替指示部５８の構成とその機能によれば、アクチュエータ２，４，６の制御方法の選択の切り替えに関して、次のような切替制御を行なうことができる。図６は、本実施の形態にかかる切替指示部５８によって実行される切替制御のルーチンを示すフローチャートである。

図６に示すルーチンの最初のステップＳ１０２では、トルク要求値、効率要求値及びＡ／Ｆ要求値が機関要求値生成部２０から取得される。

ステップＳ１０４では、内燃機関が直接要求領域で運転されているかどうかが判定される。直接要求領域とは、トルク実現部要求値による制御よりもアクチュエータ直接要求値による制御のほうが利点のある運転領域である。例えば、内燃機関の始動時や成層燃焼による運転領域はこの直接要求領域に含まれる。直接要求領域で運転されていないときには、ステップＳ１１２に進んでトルク実現部要求値による制御が選択部５２０にて選択される。

直接要求領域で運転されているときにはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、アクチュエータ直接要求値によって実現されているトルク実現値、効率実現値及びＡ／Ｆ実現値が各機関実現値算出部５０２，５０４，５０６にて算出される。

次のステップＳ１０８では、ステップＳ１０２で取得されていた各機関要求値とステップＳ１０６で算出された各機関実現値との偏差が各偏差判定部５０８，５１０，５１２にて判定される。判定の結果、何れかの偏差が許容範囲に入っていない場合には、ステップＳ１１０に進んでそのままアクチュエータ直接要求値による制御が選択される。

判定の結果、全ての偏差が許容範囲に入った場合には、ステップＳ１１２に進む。ステップ１１２ではトルク実現部要求値による制御が選択部５２０にて選択され、選択した制御への切り替えが切替部５２，５４，５６に指示される。

以上述べたように、本実施の形態の制御装置によれば、アクチュエータ直接要求値による制御で実現されている各機関実現値と、トルク実現部要求値の算出の基礎となる各機関要求値との偏差が許容範囲内であることを切り替えの条件としているので、切り替えの前後におけるトルク、効率及びＡ／Ｆの連続性を保つことができる。これにより、切り替えに伴って内燃機関の動作が不連続に変動するのを防止することが可能であり、ドライバビリティを損ねるトルク変動の発生を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態２について説明した。実施の形態２には、本発明のうち第１、第２、第３、第４、第５及び第６の発明が具現化されている。詳しくは、図５に示す構成において、トルク実現値算出部５０２、効率実現値算出部５０４及びＡ／Ｆ実現値算出部５０６は第５及び第６の発明の「機関実現値取得手段」に相当する。また、選択部５２０及び偏差判定部５０８，５１０，５１２によって第５の発明の「切替指示手段」が構成されている。なお、実施の形態２の第１、第２、第３及び第４の発明との対応関係については実施の形態１のそれと同じである。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図１及び図７を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置の全体の構成は、実施の形態１と同じく、図１のブロック図にて示される。本実施の形態の制御装置と実施の形態１の制御装置との違いは、制御装置を構成する一要素である切替指示部５８の機能にある。本実施の形態にかかる切替指示部５８の構成を示したのが図７のブロック図である。以下、図１とともに図７を参照して本実施の形態の特徴である切替指示部５８の構成とその機能について説明する。

本実施の形態にかかる切替指示部５８の機能面における特徴は、実施の形態２にかかる切替指示部５８と共通している。ただし、本実施の形態にかかる切替指示部５８は、実施の形態２のそれとは、アクチュエータ直接要求値による制御で得られる各機関実現値を取得するための構成に違いがある。図７に示すように、本実施の形態にかかる切替指示部５８は機関モデル５１４を備えている。機関モデル５１４は内燃機関をモデル化したものであり、トルク実現部３０の機関逆モデルとは正逆の関係にある。したがって、機関モデル５１４に各アクチュエータ直接要求値を入力すれば、それらによって実現される各機関実現値を正確に予測し算出することができる。

本実施の形態にかかる切替指示部５８は、機関モデル５１４の他、選択部５２０及び偏差判定部５０８，５１０，５１２を備えている。それらの機能は実施の形態２と共通であるのでその説明は省略する。機関モデル５１４には、ＴＡ直接要求値算出部４２、ＳＡ直接要求値算出部４４及びＡ／Ｆ直接要求値算出部４６から各アクチュエータ直接要求値が入力される。機関モデル５１４で算出された各機関実現値は、それぞれ対応する偏差判定部５０８，５１０，５１２に入力される。

以上、本発明の実施の形態３について説明した。実施の形態３には、本発明のうち第１、第２、第３、第４、第５及び第７の発明が具現化されている。詳しくは、図７に示す構成において、機関モデル５１４は第５及び第７の発明の「機関実現値取得手段」に相当する。また、選択部５２０及び偏差判定部５０８，５１０，５１２によって第５の発明の「切替指示手段」が構成されている。なお、実施の形態３の第１、第２、第３及び第４の発明との対応関係については実施の形態１のそれと同じである。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図１、図８及び図９を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置の全体の構成は、実施の形態１と同じく、図１のブロック図にて示される。本実施の形態の制御装置と実施の形態１の制御装置との違いは、制御装置を構成する一要素である切替指示部５８の機能にある。本実施の形態にかかる切替指示部５８の構成を示したのが図８のブロック図である。以下、図１とともに図８を参照して本実施の形態の特徴である切替指示部５８の構成とその機能について説明する。

本実施の形態にかかる切替指示部５８の機能面における特徴は、実施の形態１或いは２にかかる切替指示部５８と共通している。ただし、本実施の形態にかかる切替指示部５８は、実施の形態１或いは２のそれとは、アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御への選択の切り替えを実行するための条件が異なっている。本実施の形態では、アクチュエータ直接要求値とトルク実現部要求値との間のずれが許容範囲内であることを切り替えの条件としている。切り替えの前後においてアクチュエータ直接要求値とトルク実現部要求値との間にずれがあると、アクチュエータ２，４，６の動作に不連続が生じ、結果、内燃機関の動作が不連続に変動してトルク段差が発生するおそれがあるからである。

本実施の形態にかかる切替指示部５８は、選択部５２０と３つの偏差判定部５３０，５３２，５３４を備えている。偏差判定部５３０は、ＴＡ直接要求値算出部４２で算出されたＴＡ直接要求値と、トルク実現部３０で算出されたトルク実現部ＴＡ要求値との偏差が所定の許容範囲内かどうかを判定する要素である。偏差判定部５３２は、ＳＡ直接要求値算出部４４で算出されたＳＡ直接要求値と、トルク実現部３０で算出されたトルク実現部ＳＡ要求値との偏差が所定の許容範囲内かどうかを判定する要素である。偏差判定部５３４は、Ａ／Ｆ直接要求値算出部４６で算出されたＡ／Ｆ直接要求値と、トルク実現部３０で算出されたトルク実現部Ａ／Ｆ要求値との偏差が所定の許容範囲内かどうかを判定する要素である。そして、各偏差判定部５３０，５３２，５３４の判定結果は、選択部５２０による選択の切り替えに反映される。

選択部５２０は、各偏差判定部５３０，５３２，５３４から供給される判定結果によって選択の切り替えのタイミングを計っている。全ての偏差判定部５３０，５３２，５３４においてアクチュエータ直接要求値とトルク実現部要求値との偏差が許容範囲内に収まったとき、選択部５２０は、アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御への切り替えを各切替部５２，５４，５６に指示する。このようなタイミングで切り替えの指示を行なうことで、各アクチュエータ２，４，６の動作に不連続を生じさせることなくトルク実現部要求値による制御へ移行することができる。

上述のような切替指示部５８の構成とその機能によれば、アクチュエータ２，４，６の制御方法の選択の切り替えに関して、次のような切替制御を行なうことができる。図９は、本実施の形態にかかる切替指示部５８によって実行される切替制御のルーチンを示すフローチャートである。

図９に示すルーチンの最初のステップＳ２０２では、ＴＡ直接要求値、ＳＡ直接要求値及びＡ／Ｆ直接要求値がアクチュエータ直接要求値生成部４０から取得される。

ステップＳ２０４では、内燃機関が直接要求領域で運転されているかどうかが判定される。直接要求領域の内容については実施の形態２にて述べたとおりである。直接要求領域で運転されていないときには、ステップＳ２１２に進んでトルク実現部要求値による制御が選択部５２０にて選択される。

直接要求領域で運転されているときにはステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、トルク実現部３０で算出されたトルク実現部ＴＡ要求値、トルク実現部ＳＡ要求値及びトルク実現部Ａ／Ｆ要求値が取得される。

次のステップＳ２０８では、ステップＳ２０２で取得されていた各アクチュエータ直接要求値とステップＳ２０６で取得された各トルク実現部要求値との偏差が各偏差判定部５３０，５３２，５３４にて判定される。判定の結果、何れかの偏差が許容範囲に入っていない場合には、ステップＳ２１０に進んでそのままアクチュエータ直接要求値による制御が選択される。

判定の結果、全ての偏差が許容範囲に入った場合には、ステップＳ２１２に進む。ステップ２１２ではトルク実現部要求値による制御が選択部５２０にて選択され、選択した制御への切り替えが切替部５２，５４，５６に指示される。

以上述べたように、本実施の形態の制御装置によれば、各アクチュエータ２，４，６についてトルク実現部要求値のアクチュエータ直接要求値に対するずれが許容範囲内であることを切り替えの条件としているので、切り替えの前後における各アクチュエータ２，４，６の動作の連続性を保つことができる。これにより、切り替えに伴ってアクチュエータ２，４，６の動作が不連続に変動するのを防止することが可能であり、ドライバビリティを損ねるトルク変動の発生を防止することもできる。

以上、本発明の実施の形態４について説明した。実施の形態４には、本発明のうち第１、第２、第３、第４及び第８の発明が具現化されている。詳しくは、図８に示す構成において、選択部５２０及び偏差判定部５３０，５３２，５３４によって第８の発明の「切替指示手段」が構成されている。なお、実施の形態４の第１、第２、第３及び第４の発明との対応関係については実施の形態１のそれと同じである。

実施の形態５．
以下、本発明の実施の形態５について図１０乃至図１３の各図を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置は、図１０のブロック図にて示すように構成されている。図１０に示す制御装置において、前傾の図１に示す制御装置と共通する要素については同一の符号を付している。以下では、図１に示す制御装置と共通する要素に関しての説明は省略或いは簡略し、本実施の形態に特有の構成について重点的に説明する。

図１０に示す制御装置は、図１に示す制御装置の選択切替部５０を選択切替部６０に置き換えたものである。つまり、本実施の形態の制御装置は選択切替部６０に特徴がある。本実施の形態にかかる選択切替部６０は、３つの切替部６２，６４，６６と切替指示部６８とから構成されている。切替部６２はスロットル弁２に供給する要求値の切り替えを行なう要素であり、トルク実現部ＴＡ要求値とＴＡ直接要求値とが入力されている。切替部６４は点火装置４に供給する要求値の切り替えを行なう要素であり、トルク実現部ＳＡ要求値とＳＡ直接要求値とが入力されている。切替部６６は燃料噴射装置６に供給する要求値の切り替えを行なう要素であり、トルク実現部Ａ／Ｆ要求値とＡ／Ｆ直接要求値とが入力されている。

各切替部６２，６４，６６における要求値の切り替えは、切替指示部６８からの指示を受けて行なわれる。着目すべき点は、図１に示す制御装置では切替指示部５８から各切替部５２，５４，５６への切り替えの指示は一括して行なわれるのに対し、本実施の形態では切替指示部６８から各切替部６２，６４，６６への切り替えの指示は個別に行なわれる点である。本実施の形態では、各アクチュエータ２，４，６の制御は、トルク実現部要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との間で個別に切り替えられる。

トルク実現部要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えが各アクチュエータ２，４，６について個別に行なわれることで、アクチュエータ２，４，６毎により有利な制御を選択することが可能となる。図１１は本実施の形態において選択可能なアクチュエータ直接要求値による制御の選択の組み合わせを示す表である。図１１の表において、白丸印はアクチュエータ直接要求値が選択されていることを示している。本実施の形態ではアクチュエータ直接要求値はＴＡ直接要求値、ＳＡ直接要求値及びＡ／Ｆ直接要求値の３種類であるので、それらの選択の組み合わせとしては表に示すＣ１乃至Ｃ８の８つの組み合わせが可能である。

切替指示部６８は、図１１の表に示す８つの選択パターンの中で最も有利な選択パターンを機関情報に基づいて判定し、その判定結果にしたがって各切替部６２，６４，６６に個別に切り替えを指示する。これによれば、複数のアクチュエータ２，４，６のそれぞれを適切に動作させることができるので、機能要求発生部１０から発せられる各種の機能要求の実現精度をより高めることが可能となる。

次に、各アクチュエータ２，４，６の制御を個別に切り替える際の切り替え手順について説明する。最初に説明するのは、アクチュエータ２，４，６の全部或いはそれらのうちの一部について、アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御への切替条件が成立した場合である。切替条件の内容に関しての限定は無い。この場合、切替指示部６８は、それらの切り替えを一度に行なうのではなく、予め設定された切替順序に従い順次切り替えていくように切替部６２，６４，６６に指示する。

ここで、アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御への切り替え手順について図１２を例にとって説明する。図１２は、図１１の表に示すＣ１の組み合わせからＣ８の組み合わせへの選択の切り替え順序を示している。図１２において白丸印はアクチュエータ直接要求値が選択されていることを示し、黒丸印はトルク実現部要求値が選択されていることを示している。

図１２に示す例では、点火装置４（ＳＡ）、燃料噴射装置６（Ａ／Ｆ）、スロットル弁２（ＴＡ）の順で順次、トルク実現部要求値による制御へ切り替えられている。制御の切り替えの際には、それぞれのアクチェータ２，４，６に動作の不連続が生じうる。しかし、各アクチェータ２，４，６の制御を１つずつ順次切り替えていくことにすれば、アクチェータ２，４，６間で動作の不連続が重畳することがない。したがって、図１２に示す例によれば、アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御への切り替えのときに生じる内燃機関の動作の不連続を抑制することができる。

また、図１２に示す例では、制御量の変化に対するトルクの応答感度の高いアクチュエータから先にトルク実現部要求値による制御へ切り替えられている。つまり、トルク応答感度の高さによって切り替えの優先順位が決められている。トルク実現部３０の機能によれば、先に切り替えられたアクチュエータのトルク実現部要求値には、その後に切り替えられる他のアクチュエータの制御量が反映される。したがって、トルク応答感度が高いアクチュエータから先に切り替えることで、トルク実現部３０によるトルク調整機能が有効に働き、結果、その後の他のアクチュエータの切り替えによって生じるトルク段差は抑制されることになる。

なお、上述のような順次切替が切替指示部６８による標準の切替指示であるが、切替指示部６８は、全アクチュエータ２，４，６を同時にトルク実現部要求値による制御へ切り替えるように切替部６２，６４，６６に指示することもできる。ただし、それは所定の同時切替条件が成立した時に限られる。図１２に示す例のように順次切替と同時切替とを選択可能にすることで、ある状況では、順次切替の選択により内燃機関の動作の不連続を抑制することを優先することができる。そして、別の状況では、同時切替の選択により速やかにトルク実現部要求値による制御へ切り替えることを優先することができる。

次に説明するのは、アクチュエータ２，４，６の全部或いはそれらのうちの一部について、先の場合とは逆に、トルク実現部要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切替条件が成立した場合である。この場合も、切替指示部６８は、それらの切り替えを一度に行なうのではなく、予め設定された逆切替順序に従い順次切り替えていくように切替部６２，６４，６６に指示する。この場合の切り替え手順の例示が図１３であり、図１３は、図１１の表に示すＣ８の組み合わせからＣ１の組み合わせへの選択の切り替え順序を示している。図１３において白丸印はアクチュエータ直接要求値が選択されていることを示し、黒丸印はトルク実現部要求値が選択されていることを示している。

図１３に示す例では、スロットル弁２（ＴＡ）、燃料噴射装置６（Ａ／Ｆ）、点火装置４（ＳＡ）の順で順次、アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えられている。このように各アクチェータ２，４，６の制御を１つずつ順次切り替えていくことで、トルク実現部要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切り替えのときに生じる内燃機関の動作の不連続を抑制することができる。ただし、先の場合と同様に、所定の同時切替条件が成立したときに限り、全アクチュエータ２，４，６の制御は一度に同時にアクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えられるようにもなっている。

また、図１３に示す例では、順次切替時には、トルク制御能力の高いアクチュエータから先にアクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えられている。つまり、トルク制御能力の高さによって切り替えの優先順位が決められている。トルク制御能力が高いアクチュエータを先に切り替えことで、内燃機関の動作が不連続になることで発生するトルク段差を抑制しつつ、切り替え時のトルクの制御性を担保することができる。

以上、本発明の実施の形態５について説明した。実施の形態５には、本発明のうち第１、第１０、第１１、第１２、第１３、第１４及び第１５の発明が具現化されている。詳しくは、図１０に示す構成において、機関要求値生成部２０は第１の発明の「機関要求値生成手段」に相当する。情報発信源１２は第１の発明の「機関情報取得手段」に相当する。トルク実現部３０は第１の発明の「アクチュエータ要求値算出手段」に相当する。アクチュエータ直接要求値生成部４０は第１の発明の「アクチュエータ直接要求値生成手段」に相当する。切替部６２，６４，６６は第１及び第１０の発明の「切替手段」に相当する。そして、切替指示部６８は第１０乃至第１５の各発明の「切替指示手段」に相当する。特に、図１２は、切替指示部６８の第１１，第１２及び第１５の各発明の「切替指示手段」としての動作を示している。また、図１３は、切替指示部６８の第１３，第１４及び第１５の各発明の「切替指示手段」としての動作を示している。

実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について図１０及び図１４を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置の全体の構成は、実施の形態５と同じく、図１０のブロック図にて示される。本実施の形態の制御装置と実施の形態５の制御装置との違いは、制御装置を構成する一要素である選択切替部６０の機能にある。本実施の形態にかかる選択切替部６０の機能は図１４を用いて説明することができる。以下、図１とともに図１４を参照して本実施の形態の特徴である選択切替部６０の機能について説明する。

本実施の形態にかかる選択切替部６０の機能面における特徴は、アクチュエータ直接要求値による制御とトルク実現部要求値による制御とを滑らかにつなぐためのつなぎ制御を実施する点にある。図１４に示すように、つなぎ制御には、アクチュエータ直接要求値による制御（Ａ）からトルク実現部要求値による制御（Ｄ）への切り替えの際に実施されるつなぎ制御（Ｂ）と、その逆の切り替えの際に実施されるつなぎ制御（Ｃ）とがある。前者のつなぎ制御（Ｂ）では、アクチュエータ２，４，６に供給する制御量をアクチュエータ直接要求値からトルク実現部要求値へ徐々に変化させていくことが行なわれる。後者のつなぎ制御（Ｃ）では、アクチュエータ２，４，６に供給する制御量をトルク実現部要求値からアクチュエータ直接要求値へ徐々に変化させていくことが行なわれる。

つなぎ制御は、切替指示部６８からの指示をうけて各切替部６２，６４，６６で個別に行なわれる。つなぎ制御を行なうかどうかは、機関情報に基づいて切替指示部６８で判断される。その判断はアクチュエータ２，４，６毎に行なわれるので、点火装置８や燃料噴射装置６の制御についてはつなぎ制御は行なわず、スロットル弁２の制御のみつなぎ制御が行なわれることもある。

つなぎ制御によりアクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えを徐々に行なうことで、仮にトルク実現部要求値とアクチュエータ直接要求値との間にずれがあったとしても、そのずれによって生じる内燃機関の動作の不連続を抑制することができる。なお、つなぎ制御は、実施の形態５で説明した順次切替制御と組み合わせて実施することができる。つなぎ制御と順次切替制御との組み合わせによれば、切り替えのときに生じる内燃機関の動作の不連続をより確実に抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態６について説明した。実施の形態６には、本発明のうち第１、第１０及び第１６の発明が具現化されている。詳しくは、図１４に示す切替時の動作は、切替部６２，６４，６６の第１６の発明の「切替手段」としての動作を示している。なお、実施の形態６の第１及び第１０の発明との対応関係については実施の形態５のそれと同じである。

実施の形態７．
次に、本発明の実施の形態７について図１０、図４、図１５及び図１６を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置の全体の構成は、実施の形態５と同じく、図１０のブロック図にて示される。本実施の形態の制御装置は、スロットル弁２及び点火装置４の各制御をアクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御に切り替えるときの切替制御に特徴がある。燃料噴射装置６の制御に関してはここでは限定はない。本実施の形態にかかる切替制の内容は図１５及び図１６を用いて説明することができる。なお、本実施の形態においてはトルク実現部３０の構成が重要であり、図４に示すトルク実現部３０の構成を前提とする。以下、図１０及び図４とともに図１５及び図１６を参照して本実施の形態の特徴である選択切替部６０の機能について説明する。

図１５は、本実施の形態において選択切替部６０の切替指示部６８によって実行されるＴＡ直接要求値及びＳＡ直接要求値による制御からトルク実現部ＴＡ要求値及びトルク実現部ＳＡ要求値による制御への切替制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンの最初のステップＳ３０２では、情報発信源１２から供給される機関情報に基づいて、アクチュエータ直接要求値による制御領域からトルク実現部要求値による制御領域（トルク実現部制御領域）への移行要求の有無が判定される。移行要求がない場合には、本ルーチンはそのまま終了となって、ＴＡ直接要求値及びＳＡ直接要求値による制御が継続される。

トルク実現部制御領域への移行要求が確認された場合、次に、ステップＳ３０４にて早期移行要求の有無が判定される。本実施の形態では、早期移行要求が確認されることを同時切替条件としている。早期移行要求が有る場合、つまり、同時切替条件が成立したときには、ステップＳ３０８に進んでトルク実現部制御領域への移行が速やかに行なわれる。これ以降は、トルク実現部ＴＡ要求値によってスロットル弁２が制御され、また、トルク実現部ＳＡ要求値によって点火装置４が制御されることになる。

早期移行要求が無い場合には、次に、ステップＳ３０６の判定が行なわれる。ステップＳ３０６では、現時点でのＴＡ直接要求値とトルク実現部ＴＡ要求値との偏差から、その偏差によって生じるトルク偏差ΔＴＱが算出される。トルク偏差ΔＴＱには、図１６の（ａ）に示すようにＴＡ直接要求値がトルク実現部ＴＡ要求値より大きいときに生じるトルク偏差ΔＴＱａと、図１６の（ｂ）に示すようにトルク実現部ＴＡ要求値がＴＡ直接要求値より大きいときに生じるトルク偏差ΔＴＱｂとがある。ステップＳ３０６では、これらのトルク偏差ΔＴＱの補償が点火時期制御によって可能かどうか判定される。

ステップＳ３０６の判定の前提として、少なくとも点火装置４の制御は、トルク実現部ＳＡ要求値による制御へ速やかに切り替えられる。図４に示すトルク実現部３０の構成によれば、スロットル弁２がＴＡ直接要求値によって制御されることで実現される推定空気量が推定空気量算出部３０８で算出される。そして、その推定空気量に対応する推定トルクが推定トルク算出部３１０で算出される。また、トルク実現部ＴＡ要求値は、トルク調停部２２から供給されるトルク要求値に基づいて算出されるものであって、このトルク要求値と推定トルクとの偏差が前述のトルク偏差ΔＴＱである。図４に示す構成のトルク実現部３０によれば、このトルク偏差ΔＴＱを補償するように、トルク要求値と推定トルクとの比であるトルク効率に基づいてトルク実現部ＳＡ要求値が算出される。

点火装置４による点火時期の調整は、スロットル弁２による吸入空気量の調整よりもトルクの応答感度に優れる。したがって、ＴＡ直接要求値からトルク実現部ＴＡ要求値への切り替えによってトルク偏差ΔＴＱが生じるとしても、トルク実現部３０が有する点火時期の自動調整機能が働くことによってトルク偏差ΔＴＱは補償されることになる。

ただし、点火時期によって調整可能なトルクには限界がある。点火時期を遅角しすぎると失火してしまい、また、最適点火時期を越えての点火時期の進角は無意味だからである。有効な点火時期の範囲は、トルク効率ガード部３２４による上下限ガード値によって規定されている。トルク効率がトルク効率ガード部３２４で制限されたときには、点火時期の調整によってもトルク偏差ΔＴＱを補償することはできない。ステップＳ３０６で判定しているのは正にこの点である。トルク偏差ΔＴＱの補償が点火時期制御によって可能な場合にのみステップＳ３０８に進み、トルク実現部制御領域への移行が速やかに行なわれる。つまり、トルク実現部ＳＡ要求値への切り替えとあわせて、トルク実現部ＴＡ要求値への切り替えも同時に行なわれる。

一方、トルク偏差ΔＴＱの補償が点火時期制御によっては実現不可能と判定された場合にはステップＳ３１０に進む。ステップＳ３１０では、スロットル弁２については徐変制御が行なわれる。点火装置４の制御は、ＳＡ直接要求値による制御からトルク実現部ＳＡ要求値による制御へ速やかに切り替えられる。徐変制御では、まず、ＴＡ直接要求値がトルク実現部ＴＡ要求値に向けて徐々に変化させられていく。これにより、ＴＡ直接要求値とトルク実現部ＴＡ要求値との偏差も徐々に縮小していき、その偏差によって生じるトルク偏差ΔＴＱも縮小していく。やがて、点火時期制御による補償が可能な値までトルク偏差ΔＴＱが縮小した時点で、スロットル弁２の制御は、ＴＡ直接要求値による制御からトルク実現部ＴＡ要求値による制御へ速やかに切り替えられる。

以上説明した切替制御のルーチンが切替指示部６８により実行されることで、ＴＡ直接要求値とトルク実現部ＴＡ要求値とのずれが大きい場合であっても、その切り替えに伴うトルク段差の発生を防止することができる。また、点火時期の調整によるトルク偏差の補償が実現可能になった時点でスロットル弁２の制御はトルク実現部ＴＡ要求値による制御へ速やかに切り替えられる。したがって、トルク段差の発生を防止しつつ、アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御へ速やかに移行することができる。

以上、本発明の実施の形態７について説明した。実施の形態７には、本発明のうち第１、第１０、第１９、第２０及び第２１の発明が具現化されている。詳しくは、図４に示すトルク実現部３０の構成は第１９の発明の「機関逆モデル」に相当する。そして、図１５に示す切替制御のルーチンは、切替指示部６８の第１９、第２０及び第２１の発明の「切替指示手段」としての動作を示している。なお、実施の形態７の第１及び第１０の発明との対応関係については実施の形態５のそれと同じである。

実施の形態８．
次に、本発明の実施の形態８について図１０、図４及び図１７を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置の全体の構成は、実施の形態５と同じく、図１０のブロック図にて示される。本実施の形態の制御装置は、スロットル弁２及び点火装置４の各制御をトルク実現部要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御に切り替えるときの切替制御に特徴がある。燃料噴射装置６の制御に関してはここでは限定はない。本実施の形態にかかる切替制御の内容は図１７を用いて説明することができる。なお、本実施の形態においてはトルク実現部３０の構成が重要であり、図４に示すトルク実現部３０の構成を前提とする。以下、図１０及び図４とともに図１７を参照して本実施の形態の特徴である選択切替部６０の機能について説明する。

図１７は、本実施の形態において選択切替部６０の切替指示部６８によって実行されるトルク実現部ＴＡ要求値及びトルク実現部ＳＡ要求値による制御からＴＡ直接要求値及びＳＡ直接要求値による制御への切替制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンの最初のステップＳ４０２では、情報発信源１２から供給される機関情報に基づいて、トルク実現部要求値による制御領域からアクチュエータ直接要求値による制御領域への移行要求の有無が判定される。移行要求がない場合には、本ルーチンはそのまま終了となって、トルク実現部ＴＡ要求値及びトルク実現部ＳＡ要求値による制御が継続される。

アクチュエータ直接要求領域への移行要求が確認された場合、次に、ステップＳ４０４にて早期移行要求の有無が判定される。本実施の形態では、早期移行要求が確認されることを同時切替条件としている。早期移行要求が有る場合、つまり、同時切替条件が成立したときには、ステップＳ４１０に進んでアクチュエータ直接要求領域への移行が速やかに行なわれる。これ以降は、ＴＡ直接要求値によってスロットル弁２が制御され、また、ＳＡ直接要求値によって点火装置４が制御されることになる。

早期移行要求が無い場合には、ステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６では、スロットル弁２のみが先にアクチュエータ直接要求領域へ移行され、ＴＡ直接要求値によるスロットル弁２の制御が行なわれる。図４に示すトルク実現部３０の構成によれば、スロットル弁２がＴＡ直接要求値によって制御されることで実現される推定空気量が推定空気量算出部３０８で算出され、その推定空気量に対応する推定トルクが推定トルク算出部３１０で算出される。このとき、点火装置４についてはトルク実現部ＳＡ要求値による制御が継続されているので、トルク要求値と推定トルクとの間のトルク偏差を補償するように点火時期が自動調整される。したがって、切り替え時のトルク実現部ＴＡ要求値とＴＡ直接要求値との間にずれがあったとしても、そのずれによるトルク偏差は点火時期の自動調整機能によって補償されるので、ステップＳ４０６の処理によってトルク段差が生じることは抑制される。

次に、ステップＳ４０８の判定が行なわれる。ステップＳ４０８では、ＴＡ直接要求値と実際に実現されているスロットル弁開度との偏差が所定の許容範囲内か否か判定される。偏差が許容範囲内に入っていない場合には、本ルーチンはそのまま終了となって、ＴＡ直接要求値とトルク実現部ＳＡ要求値とによる制御が継続される。なお、ＴＡ直接要求値の算出の基礎となっているのが吸入空気量の要求値である場合には、その空気量要求値と実際の吸入空気量との偏差が許容範囲内かどうか判定するのでもよい。

そして、ＴＡ直接要求値と実スロットル弁開度との偏差が許容範囲内に入ったとき、つまり、スロットル弁２の制御がＴＡ直接要求値による制御に完全に移行したことが確認されたら、ステップＳ４１０に進む。ステップＳ４１０では、点火装置４の制御もアクチュエータ直接要求領域へ移行され、ＳＡ直接要求値による点火装置４の制御が開始される。これにより、ＴＡ直接要求値及びＳＡ直接要求値による制御への切り替えが完了する。

以上説明した切替制御のルーチンが切替指示部６８により実行されることで、トルク実現部ＴＡ要求値とＴＡ直接要求値とのずれが大きい場合であっても、その切り替えに伴うトルク段差の発生を防止することができる。また、トルク制御能力の高いスロットル弁２から先にＴＡ直接要求値による制御に切り替えられることで、全切り替えが完了するまでの間のトルクの制御性を担保することができる。

以上、本発明の実施の形態８について説明した。実施の形態８には、本発明のうち第１、第１０、第２２、第２３及び第２４の発明が具現化されている。詳しくは、図４に示すトルク実現部３０の構成は第２２の発明の「機関逆モデル」に相当する。そして、図１７に示す切替制御のルーチンは、切替指示部６８の第２２、第２３及び第２４の発明の「切替指示手段」としての動作を示している。なお、実施の形態８の第１及び第１０の発明との対応関係については実施の形態５のそれと同じである。

実施の形態９．
最後に、本発明の実施の形態９について図１０、図１８、図１９及び図２０を用いて説明する。

本実施の形態の制御装置の全体の構成は、実施の形態５と同じく、図１０のブロック図にて示される。本実施の形態の制御装置と実施の形態５の制御装置との違いは、トルク実現部３０に追加された新たな要素にある。本実施の形態にかかるトルク実現部３０の構成を示したのが図１８のブロック図である。図１８に示す構成において、図４に示す構成と共通する要素については同一の符号を付している。本実施の形態においてトルク実現部３０に追加された新たな要素の機能については、図１９及び図２０を用いて説明することができる。以下、図１０とともに図１８，図１９及び図２０を参照して本実施の形態の特徴であるトルク実現部３０の機能について説明する。

本実施の形態にかかるトルク実現部３０の機能面における特徴は、アクチュエータ２，４，６のうちの一部がアクチュエータ直接要求値によって制御される場合に生じうる燃焼の悪化を防止できるようにしたことにある。全てのアクチュエータ２，４，６がトルク実現部要求値によって制御されている場合には、トルク実現部３０の調整部３２０が有する調整機能によって、各アクチュエータ２，４，６の制御量間の関係は燃焼限界内に収められている。しかし、一部のアクチュエータがアクチュエータ直接要求値によって制御されている場合には、そのアクチュエータの制御量は他のアクチュエータの制御量とは無関係に設定されるため、各アクチュエータ２，４，６の制御量間の関係が燃焼限界を超えてしまう可能性が生じる。以下に説明するトルク実現部３０の構成によれば、このような不具合を防止することができる。

図１８に示すように、本実施の形態にかかるトルク実現部３０は、図４に示すトルク実現部３０の構成に、新たな要素としてＳＡ要求値修正部３３２、Ａ／Ｆ要求値修正部３３４及び優先要求切替部３３０が追加された構成になっている。ＳＡ要求値修正部３３２は、トルク実現部３０から出力されるトルク実現部ＳＡ要求値の上下限を制限することで、トルク実現部ＳＡ要求値の大きさを内燃機関の適正運転が可能な範囲に修正する。Ａ／Ｆ要求値修正部３３４は、トルク実現部３０から出力されるトルク実現部Ａ／Ｆ要求値の上下限を制限することで、トルク実現部Ａ／Ｆ要求値の大きさを内燃機関の適正運転が可能な範囲に修正する。なお、修正対象となるのはトルク実現部ＳＡ要求値若しくはトルク実現部Ａ／Ｆ要求値であり、トルク実現部ＴＡ要求値は修正対象とはしていない。トルク実現部ＴＡ要求値はトルクへの影響が最も大きいため、実現優先順位が最上位に設定されているからである。

ＳＡ要求値修正部３３２によるガードとＡ／Ｆ要求値修正部３３４によるガードとは択一であり、優先要求切替部３３０によってガードが解除される修正部３３２，３３４が選択されるようになっている。優先要求切替部３３０は、内燃機関の運転モードに応じて解除するガードを決定する。内燃機関の運転モードが効率優先モードの場合は、ＳＡ要求の実現を優先し、ＳＡ要求値修正部３３２にガードオフ信号を供給する。逆に、内燃機関の運転モードがＡ／Ｆ優先モードの場合は、Ａ／Ｆ要求の実現を優先し、Ａ／Ｆ要求値修正部３３２にガードオフ信号を供給する。

ＳＡ要求値修正部３３２の上下限ガード値は、現在スロットル弁２に供給されている制御量（ＴＡ直接要求値、或いはトルク実現部ＴＡ要求値）と、現在燃料噴射装置６に供給されている制御量（Ａ／Ｆ直接要求値、或いはトルク実現部Ａ／Ｆ要求値）とに基づいて設定される。そして、優先要求切替部３３０からＳＡ要求値修正部３３２にガードオフ信号が供給されたときには、その上下限ガード値は無効値に設定されて、ＳＡ要求値修正部３３２によるトルク実現部ＳＡ要求値のガードは解除されるようになっている。

Ａ／Ｆ要求値修正部３３４の上下限ガード値は、現在スロットル弁２に供給されている制御量（ＴＡ直接要求値、或いはトルク実現部ＴＡ要求値）と、現在点火装置４に供給されている制御量（ＳＡ直接要求値、或いはトルク実現部ＳＡ要求値）とに基づいて設定される。そして、優先要求切替部３３０からＡ／Ｆ要求値修正部３３４にガードオフ信号が供給されたときには、その上下限ガード値は無効値に設定されて、Ａ／Ｆ要求値修正部３３４によるトルク実現部Ａ／Ｆ要求値のガードは解除されるようになっている。

以上のような構成によって実現されるトルク実現部３０の動作をフローチャートで示したのが図１９及び図２０である。図１９のフローチャートは、燃焼改善のためにのトルク実現部Ａ／Ｆ要求値の修正制御のルーチンを示し、図２０のフローチャートは、燃焼改善のためのトルク実現部ＳＡ要求値の修正制御のルーチンを示している。これらのルーチンはトルク実現部３０によって並行して実行される。

図１９に示すルーチンの最初のステップＳ５０２では、各アクチュエータ２，４，６の制御量間の関係が燃焼限界を超えているかどうか判定される。燃焼限界を超えていないのであれば、本ルーチンはそのまま終了となる。

燃焼限界を超えている場合には、ステップＳ５０４に進み、Ａ／Ｆ要求の実現がＳＡ要求の実現よりも優先れるかどうか判定される。Ａ／Ｆ要求の実現のほうが優先されるのであれば、本ルーチンはそのまま終了となる。

Ａ／Ｆ要求の実現よりもＳＡ要求の実現が優先される場合には、ステップＳ５０６に進む。ステップＳ５０６ではＡ／Ｆによる燃焼改善制御が実施される。すなわち、ＳＡ要求値修正部３３２によるトルク実現部ＳＡ要求値のガードは解除され、Ａ／Ｆ要求値修正部３３４の上下限ガード値によるトルク実現部Ａ／Ｆ要求値の修正が行なわれる。

一方、図２０に示すルーチンの最初のステップＳ６０２では、各アクチュエータ２，４，６の制御量間の関係が燃焼限界を超えているかどうか判定される。燃焼限界を超えていないのであれば、本ルーチンはそのまま終了となる。

燃焼限界を超えている場合には、ステップＳ６０４に進み、ＳＡ要求の実現がＡ／Ｆ要求の実現よりも優先れるかどうか判定される。ＳＡ要求の実現のほうが優先されるのであれば、本ルーチンはそのまま終了となる。

ＳＡ要求の実現よりもＡ／Ｆ要求の実現が優先される場合には、ステップＳ６０６に進む。ステップＳ６０６では点火時期による燃焼改善制御が実施される。すなわち、Ａ／Ｆ要求値修正部３３４によるトルク実現部Ａ／Ｆ要求値のガードは解除され、ＳＡ要求値修正部３３２の上下限ガード値によるトルク実現部ＳＡ要求値の修正が行なわれる。

トルク実現部３０において図１９，図２０の各ルーチンが実行されることで、一部のアクチュエータについてアクチュエータ直接要求値による制御が行なわれている場合であっても、全てのアクチュエータ２，４，６がトルク実現部要求値によって制御されている場合と同様に、各アクチュエータ２，４，６の制御量間の関係を燃焼限界内に収めることができる。また、修正されるのは実現優先順位が低いトルク実現部要求値であるので、実現優先順位が高いトルク実現部要求値はそのまま実現することができる。そして、その修正には実現優先順位が高いトルク実現部要求値とアクチュエータ直接要求値とが反映されるので、各アクチュエータ２，４，６の制御量間の関係が燃焼限界内に収まるように、修正対象となったトルク実現部要求値を適切に修正することができる。

以上、本発明の実施の形態９について説明した。実施の形態９には、本発明のうち第１０、第１７及び第１８の発明が具現化されている。詳しくは、図１８に示す構成において、ＳＡ要求値修正部３３２、Ａ／Ｆ要求値修正部３３４及び優先要求切替部３３０により第１７及び第１８の発明の「修正手段」が構成されている。なお、実施の形態９の第１０の発明との対応関係については実施の形態５のそれと同じである。

その他．
本発明において制御対象となるアクチュエータは、スロットル、点火装置、燃料噴射装置には限定されない。例えば、リフト量可変機構やバルブタイミング可変機構（ＶＶＴ）や外部ＥＧＲ装置も制御対象のアクチュエータとすることができる。気筒停止機構や圧縮比可変機構を備えるエンジンでは、それらの機構を制御対象のアクチュエータとすることもできる。モータアシスト付きターボチャージャ（ＭＡＴ）を備えるエンジンでは、ＭＡＴを制御対象のアクチュエータとして用いてもよい。また、オルタネータ等、エンジンによって駆動される補機によっても間接的にエンジンの出力を制御することができるので、これら補機をアクチュエータとして用いることもできる。

また、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実施の形態６で説明したつなぎ制御は、実施の形態１乃至４の制御装置にも組み合わせることができる。それにより、第９の発明にかかる「切替手段」が実現されることになる。

本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかるトルク調停部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかる効率調停部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１にかかるトルク実現部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２にかかる切替指示部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２において実行される切替制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３にかかる切替指示部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４にかかる切替指示部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４において実行される切替制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５において選択可能なアクチュエータ直接要求値による制御の選択の組み合わせを示す表である。 本発明の実施の形態５にかかるアクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御への切り替え手順を示す図である。 本発明の実施の形態５にかかるトルク実現部要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切り替え手順を示す図である。 本発明の実施の形態６において実行される切替制御について説明するための図である。 本発明の実施の形態７において実行されるＴＡ直接要求値及びＳＡ直接要求値による制御からトルク実現部ＴＡ要求値及びトルク実現部ＳＡ要求値による制御への切替制御のルーチンを示すフローチャートである。 アクチュエータ直接要求値による制御からトルク実現部要求値による制御への切替え時、ＴＡ直接要求値とトルク実現部ＴＡ要求値との偏差によって生じるトルク偏差ΔＴＱについて説明するための図である。 本発明の実施の形態８において実行されるトルク実現部ＴＡ要求値及びトルク実現部ＳＡ要求値による制御からＴＡ直接要求値及びＳＡ直接要求値による制御への切替制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態９にかかるトルク実現部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態９において実行される燃焼改善のためのトルク実現部Ａ／Ｆ要求値の修正制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態９において実行される燃焼改善のためのトルク実現部ＳＡ要求値の修正制御のルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

２ スロットル
４ 点火装置
６ 燃料噴射装置
１０ 機能要求発生部
１２ 情報発信源
２０ 機関要求値生成部
２２ トルク調停部
２４ 効率調停部
２６ 空燃比調停部
３０ トルク実現部（機関逆モデル）
４０ アクチュエータ直接要求値生成部
４２ ＴＡ直接要求値算出部
４４ ＳＡ直接要求値算出部
４６ Ａ／Ｆ直接要求値算出部
５０，６０ 選択切替部
５２，６２ 切替部（ＴＡ）
５４，６４ 切替部（ＳＡ）
５６，６６ 切替部（Ａ／Ｆ）
５８，６８ 切替指示部
３０２ トルク要求値補正部
３０４ 空気量要求値算出部
３０６ ＴＡ要求値算出部
３０８ 推定空気量算出部
３１０ 推定トルク算出部
３１２ トルク効率算出部
３１４ 点火遅角量算出部
３１６ ＳＡ要求値算出部
３２０ 調整部
３２２ 効率ガード部
３２４ トルク効率ガード部
３２６ Ａ／Ｆガード部
３３０ 優先要求切替部
３３２ ＳＡ要求値修正部
３３４ Ａ／Ｆ要求値修正部
５０２ トルク実現値算出部
５０４ 効率実現値算出部
５０６ Ａ／Ｆ実現値算出部
５０８ トルク偏差判定部
５１０ 効率偏差判定部
５１２ Ａ／Ｆ偏差判定部
５１４ 機関モデル
５２０ 制御方法選択部
５３０ ＴＡ偏差判定部
５３２ ＳＡ偏差判定部
５３４ Ａ／Ｆ偏差判定部

Claims (24)

1. 複数のアクチュエータによって動作を制御される内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の機能に関する要求に基づいて、前記内燃機関の動作を決定する１又は複数の所定物理量の要求値（以下、機関要求値）を生成する機関要求値生成手段と、
   前記内燃機関の現在の運転状態或いは運転条件に関する情報（以下、機関情報）を取得する機関情報取得手段と、
   前記内燃機関において実現される前記複数のアクチュエータの各制御量と前記１又は複数の所定物理量の各値との関係が機関情報をパラメータとする物理モデル或いは統計モデルによってモデル化された機関逆モデルを具備し、各機関要求値と機関情報とを前記機関逆モデルに入力することによって前記複数のアクチュエータのそれぞれに要求する制御量（以下、アクチュエータ要求値）を総合的に算出するアクチュエータ要求値算出手段と、
   前記複数のアクチュエータのそれぞれについて個別に用意され、前記機能に関する要求のうち担当するアクチュエータの制御量が関係する要求に基づいて、担当するアクチュエータに要求する制御量（以下、アクチュエータ直接要求値）を互いに独立して生成する複数のアクチュエータ要求値生成手段と、
   前記複数のアクチュエータの制御を、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との間で切り替える切替手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 機関情報に基づいてアクチュエータ要求値による制御かアクチュエータ直接要求値による制御かを前記複数のアクチュエータの全てについて一括して選択し、選択した制御への切り替えを前記切替手段に指示する切替指示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記切替指示手段は、取得された機関情報の信頼性が低い場合にアクチュエータ直接要求値による制御を選択することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記切替指示手段は、前記内燃機関の現在の運転状態や運転条件が前記機関逆モデルの成立条件に含まれない場合にアクチュエータ直接要求値による制御を選択することを特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関によって実現されている前記１又は複数の所定物理量の値（以下、機関実現値）を取得する機関実現値取得手段をさらに備え、
   前記切替指示手段は、前記複数のアクチュエータがアクチュエータ直接要求値によって制御されているとき、前記１又は複数の所定物理量のそれぞれについて機関実現値の機関要求値に対するずれが許容範囲内になった場合に、アクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切り替えを前記切替手段に指示することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記機関実現値取得手段は、前記機関情報取得手段により取得される機関情報から機関実現値を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記機関実現値取得手段は、前記複数のアクチュエータの各制御量からそれらにより前記内燃機関において実現される前記１又は複数の所定物理量の値を導出する機関モデルを具備し、各アクチュエータ直接要求値を前記機関モデルに入力することによって機関実現値を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記切替指示手段は、前記複数のアクチュエータがアクチュエータ直接要求値によって制御されているとき、前記複数のアクチュエータのそれぞれについてアクチュエータ要求値のアクチュエータ直接要求値に対するずれが許容範囲内になった場合に、アクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切り替えを前記切替手段に指示することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記切替手段は、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えを行う際、アクチュエータ要求値からアクチュエータ直接要求値へ、或いは、アクチュエータ直接要求値からアクチュエータ要求値へ、各アクチュエータに要求する制御量の値を徐々に変化させていくことを特徴とする請求項２乃至８の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記切替手段は、前記複数のアクチュエータの制御を、アクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との間で個別に切り替えるように構成され、
    また、前記制御装置は、機関情報に基づいてアクチュエータ要求値による制御かアクチュエータ直接要求値による制御かを前記複数のアクチュエータのそれぞれについて個別に選択し、選択した制御への切り替えを前記切替手段に指示する切替指示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記切替指示手段は、前記複数のアクチュエータの全部或いは一部の複数のアクチュエータについてアクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切替条件が成立した場合には、切替対象となった各アクチュエータの制御を予め設定された切替順序に従いアクチュエータ要求値による制御へ順次切り替えていくように前記切替手段に指示することを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記切替順序では、制御量の変化に対するトルクの応答感度の高さによって各アクチュエータの優先順位が決められていることを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記切替指示手段は、前記複数のアクチュエータの全部或いは一部のアクチュエータについてアクチュエータ要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切替条件が成立した場合には、切替対象となった各アクチュエータの制御を予め設定された逆切替順序に従いアクチュエータ直接要求値による制御へ順次切り替えていくように前記切替手段に指示することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記逆切替順序では、トルクの制御範囲の広さによって各アクチュエータの優先順位が決められていることを特徴とする請求項１３記載の内燃機関の制御装置。
15. 前記切替指示手段は、所定の同時切替条件が成立した場合には、切替対象となった全アクチュエータの制御を一度に同時に切り替えるように前記切替手段に指示することを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
16. 前記切替手段は、切替対象となった各アクチュエータに関してアクチュエータ要求値による制御とアクチュエータ直接要求値による制御との切り替えを行う際、アクチュエータ要求値からアクチュエータ直接要求値へ、或いは、アクチュエータ直接要求値からアクチュエータ要求値へ、切替対象となった各アクチュエータに要求する制御量の値を徐々に変化させていくことを特徴とする請求項１０乃至１５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
17. 前記アクチュエータ要求値算出手段は、前記複数のアクチュエータのうちの一部がアクチュエータ直接要求値によって制御される場合、前記複数のアクチュエータの制御量間の関係が燃焼限界を超えないように、アクチュエータ直接要求値によって制御されていない残りのアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータについてそのアクチュエータ要求値を修正する修正手段を有することを特徴とする請求項１０乃至１６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
18. 前記複数のアクチュエータ間におけるアクチュエータ要求値の実現優先順位を前記機能に関する要求の内容に応じて定める実現優先順位決定手段をさらに備え、
    前記修正手段は、アクチュエータ直接要求値と実現優先順位が高いアクチュエータ要求値とに基づいて実現優先順位が低いアクチュエータ要求値を修正することを特徴とする請求項１７記載の内燃機関の制御装置。
19. 前記１又は複数の所定物理量の１つはトルクであって、前記機関要求値生成手段によって生成される機関要求値にはトルク要求値が含まれ、
    前記複数のアクチュエータには吸入空気量を調整する吸気アクチュエータと点火時期を調整する点火アクチュエータとが含まれ、
    前記機関逆モデルには、トルク要求値に基づいて前記吸気アクチュエータに要求する吸気アクチュエータ要求値を算出する手段と、前記吸気アクチュエータの動作によって実現可能なトルク値を機関情報に基づいて推定する手段と、トルク要求値と推定したトルク値との偏差を補償するように前記点火アクチュエータに要求する点火アクチュエータ要求値を算出する手段とが設けられ、
    前記切替指示手段は、前記吸気アクチュエータ及び点火アクチュエータについてアクチュエータ直接要求値による制御からアクチュエータ要求値による制御への切替条件が成立した場合には、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ直接要求値による制御から点火アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示するとともに、現時点での吸気アクチュエータ直接要求値と吸気アクチュエータ要求値との偏差から算出されるトルク偏差の補償を点火時期の調整によって実現可能かどうか点火アクチュエータ要求値と点火時期の調整可能範囲との関係に基づいて判定し、実現不可能と判定したときには前記吸気アクチュエータの制御を吸気アクチュエータ直接要求値による制御から吸気アクチュエータ要求値による制御へ徐々に切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の制御装置。
20. 前記切替指示手段は、前記吸気アクチュエータの制御量を吸気アクチュエータ直接要求値から吸気アクチュエータ要求値へ徐々に変化させている過程において点火時期の調整によるトルク偏差の補償が実現可能になったときには、吸気アクチュエータ要求値による制御へ速やかに切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴とする請求項１９記載の内燃機関の制御装置。
21. 前記切替指示手段は、所定の早期切替条件が成立した場合には、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるのとあわせて、前記吸気アクチュエータの制御を吸気アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴とする請求項１９又は２０記載の内燃機関の制御装置。
22. 前記１又は複数の所定物理量の１つはトルクであって、前記機関要求値生成手段によって生成される機関要求値にはトルク要求値が含まれ、
    前記複数のアクチュエータには吸入空気量を調整する吸気アクチュエータと点火時期を調整する点火アクチュエータとが含まれ、
    前記機関逆モデルには、トルク要求値に基づいて前記吸気アクチュエータに要求する吸気アクチュエータ要求値を算出する手段と、前記吸気アクチュエータの動作によって実現可能なトルク値を機関情報に基づいて推定する手段と、トルク要求値と推定したトルク値との偏差を補償するように前記点火アクチュエータに要求する点火アクチュエータ要求値を算出する手段とが設けられ、
    前記切替指示手段は、前記吸気アクチュエータ及び点火アクチュエータについてアクチュエータ要求値による制御からアクチュエータ直接要求値による制御への切替条件が成立した場合には、前記吸気アクチュエータの制御を吸気アクチュエータ要求値による制御から吸気アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示し、その後、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ要求値による制御から点火アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の制御装置。
23. 前記切替指示手段は、前記吸気アクチュエータの制御が吸気アクチュエータ要求値による制御から吸気アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えられた後、前記吸気アクチュエータによって実際に実現されている制御量の値と吸気アクチュエータ直接要求値との差が許容範囲内になったら、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ要求値による制御から点火アクチュエータ直接要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴とする請求項２２記載の内燃機関の制御装置。
24. 前記切替指示手段は、所定の早期切替条件が成立した場合には、前記吸気アクチュエータの制御を吸気アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるのとあわせて、前記点火アクチュエータの制御を点火アクチュエータ要求値による制御へ切り替えるよう前記切替手段に指示することを特徴とする請求項２２又は２３記載の内燃機関の制御装置。

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