در این پژوهش یک کنترلر به منظور کنترل گشتاور با حداقل تولید آلاینده ها در شرایط گذار و پایا توسعه داده شده است. نظر به اهمیت دقت و سرعت مدل و نیز قابلیت پیش بینی آلاینده ها در شرایط گذار، مفهوم جدیدی از مدل مقدار میانگین برای مدل سازی آلاینده ها و پارامترهای عملکردی موتور توسعه داده شده است. با انجام یک تحلیل حساسیت، حالت های موثر بر خروجی ها تعیین شده و با استفاده از آن یک ساختار کنترل سلسله مراتبی متشکل از دو لایه کنترل حالت و کنترل خروجی ترسیم شده است. در هر دو لایه از یک کنترل پسخور در کنار کنترل پیشخور استفاده شده است. به منظور تضمین عملکرد بهینه موتور، از بهینه سازی حالت ها برای دستیابی به گشتاور با کمترین مصرف سوخت و آلایندگی استفاده شده است و براساس آن ورودی های کنترلی متناظر با نقاط عملکردی موتور تعیین گردید. به منظور کنترل حالت ها و خروجی در شرایط دینامیکی یک سیستم کنترلی چندمتغیره 3×3 غیرمتمرکز برای کنترل حالت ها و یک کنترلر بالادستی برای کنترل گشتاور با استفاده از تئوری فیدبک کمی توسعه داده شده است.