(57)【要約】【課題】吸気の充填効率を変化させる手段を備えた内燃機関に対し、最適な充填効率を得ることができる内燃機関の吸気制御装置を提供する。【解決手段】可変容量型ターボチャージャが適用されたコモンレール式ディーゼルエンジンに対し、エンジンの運転状態毎に、可変ノズルベーン機構のノズルベーン開度として、吸気過給効率を略最大とする適合値を自動適合装置によって取得して充填効率設定マップをＲＯＭに記憶させておき、充填効率設定マップに従って可変ノズルベーン機構のノズルベーン開度を制御する。自動適合装置は、エンジンの運転状態毎に、燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を一定とした状態で、ノズルベーン開度を変化させていき、吸気過給効率が略最大となった時点でのノズルベーン開度を適合値として自動取得する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
上記気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていくことによって、上記内燃機関の複数の運転状態毎に予め求められた、吸気過給効率が略最大となる充填効率可変手段の制御値を記憶する記憶手段と、
上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する制御値を上記記憶手段から読み出して、その制御値を目標値として充填効率可変手段を制御する充填効率制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の内燃機関の吸気制御装置において、
上記充填効率可変手段は、過給機に備えられ、且つ可変ノズルベーン機構によって開閉駆動可能とされたノズルベーンの開度を変化させることにより、タービンホイールに向かって流れる気体の流路面積を変化させて過給圧を変化させることで吸気の充填効率を変更するよう構成されており、
上記充填効率制御手段は、上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する上記制御値を目標値としてノズルベーンの開度を設定するべく上記可変ノズルベーン機構を制御する構成とされていることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関に対して、この内燃機関の運転状態毎に、充填効率可変手段の制御値として、吸気過給効率を略最大とする適合値を得るための自動適合装置であって、
上記内燃機関の複数の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていき、上記吸気過給効率が略最大となった時点での充填効率可変手段の制御値を、その運転状態における適合値として自動取得していくよう構成されていることを特徴とする内燃機関の自動適合装置。
【請求項４】
内燃機関の気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
上記内燃機関の複数の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていき、上記吸気過給効率が略最大となった時点での充填効率可変手段の制御値を、その運転状態における適合値として自動取得していく自動適合装置により得られた各適合値を記憶する記憶手段と、
上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する適合値を上記記憶手段から読み出して、その適合値を目標値として充填効率可変手段を制御する充填効率制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の吸気制御装置、および、その吸気制御装置の制御値としての適合値を取得するための内燃機関の自動適合装置に係る。特に、本発明は、気筒内への吸気の充填効率を可変とする手段を備えたものにおける充填効率の適正化を図るための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から周知のように、自動車用エンジンとして使用されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ場合もある）では、排出ガス特性、燃料消費特性、安定燃焼性および動力性能等のエンジン特性がさまざまな要求を満たすべく、複雑な制御が行われる。
【０００３】
具体的には、エンジンの回転数や負荷に基づき決定されるエンジンの運転状態に応じた最適な燃料噴射量等の各制御パラメータの適合値を制御用マップとして予め設定して、これをエンジン制御用の電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）に記憶させておく。そして、この制御用マップ上の適合値を参照しつつ、エンジンＥＣＵがエンジンの制御を行うようになっている。
【０００４】
また、近年、ディーゼルエンジン等に適用されるターボチャージャの一種として、例えば下記の特許文献１や特許文献２に開示されているように、タービン側を可変容量化した可変容量型ターボチャージャが知られている。この種のターボチャージャは、タービンハウジングの排気ガス流路に、この排気ガス流路の流路面積（スロート面積）を可変とするノズルベーン（可動ベーンとも呼ばれる）が配設されている。そして、例えば、エンジンの低回転時にノズルベーンを回動させて流路面積を減少させることで、排気ガスの流速を上昇させ、これにより、エンジン低速域から高い過給圧を得ることができるようになっている。
【特許文献１】特開平９−３２９０３２号公報
【特許文献２】特開２００１−８２１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような可変容量型ターボチャージャが適用されるエンジンにおいて、ノズルベーンの開度を決定するにあたっても、上述した場合と同様に、ノズルベーン開度の適合値を予め求めておき、エンジンの運転状態に応じてノズルベーン開度が上記適合値に従って設定されるようになっている。
【０００６】
このノズルベーン開度の適合値を求めるための手法、つまり、吸気の充填効率の適合値を取得するための手法として、一般的には、エンジン回転数を一定に維持し、インジェクタからの燃料噴射量と過給量とを交互に増加させていきながらエンジンの最大トルク点を求め、この最大トルク点が求められた過給量を得るためのノズルベーン開度を適合値として取得していた。
【０００７】
しかしながら、このような充填効率の適合値の取得手法では、上記適合動作により求められた適合値を目標値としてノズルベーン開度を設定したとしても、必ずしも吸気の過給効率が最高効率になる保証はなかった。つまり、ノズルベーン開度の適合値を求めていくにあたっては、インジェクタからの燃料噴射量も増加させていくため、適合値を求めるべくノズルベーン開度を変化させる前後では、このノズルベーン開度以外のエンジン運転条件（制御パラメータの一つである燃料噴射量）が異なっていることになる。このため、互いに異なる条件下でノズルベーン開度を異ならせて適合値を求めていくことになるため、その適合値が最適値となる可能性は低いものであった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸気の充填効率を変化させる手段を備えた内燃機関に対し、最適な充填効率を得ることができる内燃機関の吸気制御装置および自動適合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、吸気充填効率以外の制御パラメータを固定した状態で、内燃機関の過給効率が最大となる吸気充填効率を求め、この吸気充填効率が得られるような制御動作（過給機の制御動作）を実行するようにしている。
【００１０】
−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関の吸気制御装置を前提とする。この内燃機関の吸気制御装置に対し、上記気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていくことによって、上記内燃機関の複数の運転状態毎に予め求められた、吸気過給効率が略最大となる充填効率可変手段の制御値を記憶する記憶手段と、上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する制御値を上記記憶手段から読み出して、その制御値を目標値として充填効率可変手段を制御する充填効率制御手段とを備えさせている。
【００１１】
この特定事項により、内燃機関の運転時に、充填効率可変手段を制御することによって吸気の充填効率を設定するに際し、予め求められている内燃機関の運転状態毎における充填効率可変手段の制御値（適合値）に従って、現在の内燃機関の運転状態に対応する制御値を目標値として充填効率可変手段が制御される。そして、この予め求められている充填効率可変手段の制御値は、上記内燃機関の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される充填効率を変化させていくことにより求められている。このため、この予め求められている充填効率可変手段の制御値（適合値）は、内燃機関の運転効率を最高効率にするものとして適切に得られていることになり、この制御値を目標として充填効率可変手段を制御することで、吸気過給効率を略最大に維持することができる。
【００１２】
上記充填効率可変手段および充填効率制御手段の構成として具体的には以下のものが挙げられる。先ず、充填効率可変手段は、過給機に備えられ、且つ可変ノズルベーン機構によって開閉駆動可能とされたノズルベーンの開度を変化させることにより、タービンホイールに向かって流れる気体の流路面積を変化させて過給圧を変化させることで吸気の充填効率を変更するよう構成されている。また、充填効率制御手段は、上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する上記制御値を目標値としてノズルベーンの開度を設定するべく上記可変ノズルベーン機構を制御する構成とされている。
【００１３】
この構成の場合、充填効率可変手段の制御値（ノズルベーン開度の適合値）を求めるに際しては、内燃機関の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記可変ノズルベーン機構を制御してノズルベーンの開度を変化させていきながら、吸気過給効率が略最大となる充填効率が得られるノズルベーンの開度を取得することになる。例えば、ノズルベーンの開度を徐々に小さくしていき充填効率を高めていきながら吸気過給効率が最大となるノズルベーンの開度を適合値として取得することになる。
【００１４】
吸気過給効率が略最大となる充填効率が得られる充填効率可変手段の制御値を自動取得するための自動適合装置の構成としては以下のものが挙げられる。先ず、気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関に対して、この内燃機関の運転状態毎に、充填効率可変手段の制御値として、吸気過給効率を略最大とする適合値を得るための自動適合装置を前提とする。この自動適合装置に対し、上記内燃機関の複数の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていき、上記吸気過給効率が略最大となった時点での充填効率可変手段の制御値を、その運転状態における適合値として自動取得していく構成としている。
【００１５】
これにより、吸気過給効率を略最大に維持することができる適合値を自動的に取得することが可能になり、適切な適合値を試行錯誤で取得したり、その適合値の取得に膨大な時間を必要とするといったことが解消され、適合動作の高効率化および適合値の信頼性の向上を図ることができる。
【００１６】
上述したような自動適合装置により取得した制御値（適合値）を使用して内燃機関の運転を制御するための構成として、以下のものが挙げられる。つまり、内燃機関の気筒内に向けて供給する吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を備えた内燃機関の吸気制御装置を前提とする。この内燃機関の吸気制御装置に対し、上記内燃機関の複数の運転状態毎に、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、上記充填効率可変手段により設定される吸気の充填効率を変化させていき、上記吸気過給効率が略最大となった時点での充填効率可変手段の制御値を、その運転状態における適合値として自動取得していく自動適合装置により得られた各適合値を記憶する記憶手段と、上記内燃機関の運転時、その運転状態に対応する適合値を上記記憶手段から読み出して、その適合値を目標値として充填効率可変手段を制御する充填効率制御手段とを備えさせている。
【００１７】
これにより、上記自動適合装置により取得した適合値を有効に利用して内燃機関の運転を制御することができ、本発明の実用性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、内燃機関の吸気の充填効率を可変とする充填効率可変手段を制御するに関し、吸気充填効率以外の制御パラメータを固定した状態で、内燃機関の過給効率が最大となる吸気充填効率を求め、この吸気充填効率が得られるような制御動作を実行できるようにしている。このため、内燃機関の運転状態に関わりなく吸気過給効率を略最大に維持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００２０】
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部を示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００２２】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。
【００２３】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
【００２４】
また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁２４が備えられている。
【００２５】
また、上記燃料添加弁２６は、後述するＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。
【００２６】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
【００２７】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、後述するＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５およびＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。以下、これらＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
【００２８】
ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。
【００２９】
このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。すなわち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記燃料添加弁２６からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。
【００３０】
一方、ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００３１】
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００３２】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００３３】
このピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００３４】
上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する上記吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６および排気バルブ１７はシリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
【００３５】
更に、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５２ａを介して連結されたタービンホイール５２ｃおよびコンプレッサホイール５２ｂを備えている。コンプレッサホイール５２ｂは吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２ｃは排気管７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２ｃが受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５２ｂを回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式（可変容量型）ターボチャージャであって、タービンホイール５２ｃ側に可変ノズルベーン機構（図１では図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。この可変ノズルベーン機構の具体構成については後述する。
【００３６】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００３７】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。
【００３８】
−ターボチャージャ５−
次に、上記ターボチャージャ（可変容量型ターボチャージャ）５、および、このターボチャージャ５に備えられた可変ノズルベーン機構（充填効率可変手段）９について説明する。
【００３９】
図３は、タービンシャフト５２ａの軸心に沿ったターボチャージャ５の断面図であり、図４は、タービンホイール５２ｃおよびその周辺を拡大して示す断面図である。また、図５は、可変ノズルベーン機構９の正面図（可変ノズルベーン機構９をコンプレッサホイール５２ｂ側から見た図）であって、ノズルベーン開度が大きく設定された状態を示している。更に、図６は、可変ノズルベーン機構９の背面図（可変ノズルベーン機構９をコンプレッサホイール５２ｂ側とは反対側から見た図）であって、ノズルベーン開度が大きく設定された状態を示している。
【００４０】
上記ターボチャージャ５は、可変容量型（可変ノズル式）ターボチャージャとして構成されており、図３に示す如く、ハウジング５１と、このハウジング５１に回転自在に収納されたタービンシャフト５２ａと、このタービンシャフト５２ａの一端側（図３における右側）に取付けられたコンプレッサホイール５２ｂと、タービンシャフト５２ａの他端側（図３における左側）に取付けられたタービンホイール５２ｃとを備えている。これらタービンシャフト５２ａ、コンプレッサホイール５２ｂおよびタービンホイール５２ｃによって回転体であるタービン５２が構成されている。
【００４１】
上記ハウジング５１は、コンプレッサハウジング５１ａ、センタハウジング（ベアリングハウジング）５１ｂ、タービンハウジング５１ｃが一体的に組み付けられて構成されている。つまり、中央のセンタハウジング５１ｂの両側にコンプレッサハウジング５１ａおよびタービンハウジング５１ｃがそれぞれ組み付けられている。
【００４２】
上記コンプレッサハウジング５１ａは、中央部（軸心部分）から空気を取り入れて外部へ放出することが可能な形状となっている。
【００４３】
また、上記コンプレッサハウジング５１ａ内に収納されているコンプレッサホイール５２ｂは、ロックナット５２ｄによってタービンシャフト５２ａに固定されており、このタービンシャフト５２ａとともに一体的に回転する。コンプレッサホイール５２ｂには複数のコンプレッサブレードが設けられており、コンプレッサホイール５２ｂが回転すると、このコンプレッサブレードにより、空気が遠心力により半径方向外側に加速されて圧縮されるようになっている。このため、コンプレッサハウジング５１ａの中央部に空気が導入されると、この空気が、回転するコンプレッサホイール５２ｂのコンプレッサブレードにより圧縮され、この圧縮された空気が吸気マニホールド６３に向けて吸気管６４に吐出されるようになっている。
【００４４】
上記コンプレッサホイール５２ｂに隣接してシールリングカラー５２ｅが配置されている。このシールリングカラー５２ｅは上記タービンシャフト５２ａを取囲む形状となっている。
【００４５】
上記センタハウジング５１ｂはターボチャージャ５の軸心方向の略中央部に配設されている。このセンタハウジング５１ｂにはスラストベアリング５２ｆが設けられている。このスラストベアリング５２ｆは上記タービンシャフト５２ａのスラスト方向の荷重を受け止めるためのベアリングであり、オイルなどにより潤滑される。
【００４６】
上記センタハウジング５１ｂには、タービンシャフト５２ａの回転を保持するためのフローティングベアリング５２ｇが設けられている。このフローティングベアリング５２ｇはタービンシャフト５２ａのラジアル方向の荷重を保持する。フローティングベアリング５２ｇとタービンシャフト５２ａとの間には油膜が介在しており、フローティングベアリング５２ｇがタービンシャフト５２ａに直接接触しないようになっている。さらに、フローティングベアリング５２ｇとセンタハウジング５１ｂとの間にも油膜が存在し、フローティングベアリング５２ｇがセンタハウジング５１ｂと直接接触しないようになっている。このフローティングベアリング５２ｇはリテーナリング５２ｈにより位置決めされている。
【００４７】
次に、可変ノズルベーン機構９について説明する。この可変ノズルベーン機構９は、上記センタハウジング５１ｂとタービンハウジング５１ｃとの間に形成されたリンク室９１に配設されている。
【００４８】
この可変ノズルベーン機構９は、上記リンク室９１に収納されたユニゾンリング９２と、このユニゾンリング９２の内周側に位置し、ユニゾンリング９２に一部が係合する複数のアーム９３，９３，…（図５参照）と、タービンハウジング５１ｃに対してターボチャージャ軸心方向で当接するように配設されたノズルプレート（ＮＶプレート）９４（図４参照）と、上記複数本のアーム９３，９３，…を駆動させるためのメインアーム９５と、上記アーム９３に接続されてノズルベーン９６を駆動するベーンシャフト９７とを備えている。このベーンシャフト９７は上記ノズルプレート９４に回転自在に支持されて、各アーム９３と各ノズルベーン９６とをそれぞれ回動一体に連結している。
【００４９】
また、本実施形態では、上記タービンハウジング５１ｃが、鋳物で成る本体部５１ｃ−ａと板金で成るプレート部５１ｃ−ｂとの２つの部材が一体的に組み付けられて構成され（図４参照）、軽量化が図られている。
【００５０】
また、このタービンハウジング５１ｃにはハウジングプレート５１ｅが取り付けられている。このハウジングプレート５１ｅは、上記ノズルプレート９４と対向する位置に配設されており、このノズルプレート９４との間に上記ノズルベーン９６の配設空間を形成している。つまり、これらノズルプレート９４とハウジングプレート５１ｅとの間で排気ガスの流路が形成され、この流路内にノズルベーン９６が配設された構成となっている。このため、ノズルプレート９４およびハウジングプレート５１ｅは、ノズルベーン９６の回動軸心方向の両側に位置してノズルベーン９６の端面に対向するように配設されている。そして、ノズルプレート９４とノズルベーン９６の端面との間の隙間、ハウジングプレート５１ｅとノズルベーン９６の端面との間の隙間（これら隙間をノズルサイドクリアランスと呼ぶ）は、摺動抵抗が大きくならない範囲で、できる限り小さくして、ノズルベーン９６，９６同士の間で形成される排気ガスの流路のみに排気ガスを流すようにする（ノズルサイドクリアランスからの排気ガスの漏れを少なくする）ことが好ましい。
【００５１】
この可変ノズルベーン機構９は、タービンブレードの外周側に等間隔に配設された上記複数（例えば１２枚）のノズルベーン９６，９６，…の回動角度（回動姿勢）を調整するための機構であり、上記メインアーム９５に接続されている駆動リンク９５ａを所定の角度だけ回動させることにより、その回動力がメインアーム９５、ユニゾンリング９２、アーム９３，９３，…、ベーンシャフト９７，９７，…を介してノズルベーン９６，９６，…に伝わり、各ノズルベーン９６，９６，…が連動して回動する構成とされている。
【００５２】
具体的には、上記駆動リンク９５ａは駆動シャフト９５ｂを中心に回動可能となっている。この駆動シャフト９５ｂは、駆動リンク９５ａおよびメインアーム９５と回動一体に連結されている。このため、駆動リンク９５ａの回動に伴って駆動シャフト９５ｂが回動すれば、この回動力がメインアーム９５に伝えられる。メインアーム９５の内周側端部は駆動シャフト９５ｂに固定され、外周側端部はユニゾンリング９２に係合している。このため、駆動シャフト９５ｂを中心としてメインアーム９５が回動すると、この回動力がユニゾンリング９２に伝えられる。ユニゾンリング９２の内周面には各アーム９３，９３，…の外周側端部が嵌まり合っており、ユニゾンリング９２が回動すると、この回動力はアーム９３，９３，…に伝えられる。具体的に、ユニゾンリング９２はノズルプレート９４に対して周方向に摺動可能に配設されており、その内周縁に設けられた複数の凹部９２ａ，９２ａ，…それぞれには、上記メインアーム９５およびアーム９３，９３，…の外周側端部が嵌め合わされている。各アーム９３，９３，…はベーンシャフト９７を中心として回動することが可能であり、アーム９３の回動はベーンシャフト９７に伝えられる。ベーンシャフト９７はノズルベーン９６と連結されているため、ノズルベーン９６はベーンシャフト９７およびアーム９３とともに回動することになる。
【００５３】
上記タービンハウジング５１ｃにはタービンハウジング渦室が設けられており、タービンハウジング渦室に排気が供給されて、この排気の流れがタービンホイール５２ｃを回転させる。この際、上述したように各ノズルベーン９６，９６，…の回動位置が調整されて、その回動角度を設定することにより、タービンハウジング渦室から排気タービン室へ向かう排気の流量および流速を調整することが可能となっている。これにより、過給性能を調整することが可能になり、例えば、エンジンの低回転時にノズルベーン９６，９６，…同士の間の流路面積（スロート面積）を減少させるように各ノズルベーン９６，９６，…の回動位置を調整すれば、排気ガスの流速が増加して、エンジン低速域から高い過給圧を得ることができることになる。
【００５４】
また、上記可変ノズルベーン機構９の駆動リンク９５ａはモータロッド９５ｃに接続されている。このモータロッド９５ｃは棒状部材であり、図示しない可変ノズルコントローラに接続されている。この可変ノズルコントローラはアクチュエータとしての直流モータ（ＤＣモータ）に接続されており、この直流モータが回転することで、その回転力が歯車機構およびウォーム機構等を介してモータロッド９５ｃに伝わり、このモータロッド９５ｃの移動に伴って駆動リンク９５ａが回動することにより、上述した如く各ノズルベーン９６，９６，…が回動する構成となっている。
【００５５】
図５及び図６に示すように、モータロッド９５ｃを図中矢印Ｘ方向に引くことで、ユニゾンリング９２が図中矢印Ｘ１方向に回動し、図６に示すように、各ノズルベーン９６，９６，…が図中反時計回り方向に回動することでノズルベーン開度が大きく設定される。
【００５６】
また、図７および図８はノズルベーン開度が小さく設定された状態を示しており、図７は可変ノズルベーン機構９の正面図（図５に対応する図）、図８は可変ノズルベーン機構９の背面図（図６に対応する図）である。これら図に示すように、モータロッド９５ｃを図中矢印Ｙ方向に押すことで、ユニゾンリング９２が図中矢印Ｙ１方向に回動し、図８に示すように、各ノズルベーン９６，９６，…が図中時計回り方向に回動することでノズルベーン開度が小さく設定される。
【００５７】
尚、上記ノズルプレート９４にはピン９４ａ（図５参照）が差し込まれ、このピン９４ａにはローラ９４ｂが嵌め合わされている。このローラ９４ｂはユニゾンリング９２の内周面をガイドする。これにより、ユニゾンリング９２はローラ９４ｂに保持されて所定方向に回動することが可能となっている。また、上記タービンハウジング５１ｃにはスペーサボルト５１ｄが取り付けられている（図４参照）。更に、上記センタハウジング５１ｂの内部には、ターボチャージャ５を冷却するための冷却水が流通する冷却水通路Ｗが形成されている。
【００５８】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００５９】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。
【００６０】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図９に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００６１】
以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。
【００６２】
入力インターフェース１０５には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、および、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、上記インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、ＥＧＲバルブ８１、及び、可変ノズルベーン機構９（上記可変ノズルコントローラ）などが接続されている。
【００６３】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、後述するパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射を制御する。
【００６４】
これらの燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、すなわち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。
【００６５】
上記パイロット噴射やメイン噴射などの燃料噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
【００６６】
例えば、上記ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。また、ＥＣＵ１００はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルへの踏み込み量（アクセル開度）を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて総燃料噴射量（後述するプレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）を決定する。
【００６７】
−燃料噴射形態−
以下、本実施形態における上記パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射の各動作の概略について説明する。
【００６８】
（パイロット噴射）
パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射（主噴射）に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度（気筒内温度）を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。即ち、本実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。つまり、本実施形態におけるパイロット噴射は、燃焼室３内でのガスの予熱を行うための噴射動作（予熱用燃料の供給動作）である。
【００６９】
具体的に、本実施形態では、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、噴射率としては、最小噴射率（例えば１回当たりの噴射量１．５ｍｍ3）とし、複数回数のパイロット噴射を実行することで、このパイロット噴射で必要な総パイロット噴射量を確保するようにしている。
【００７０】
また、このようにして分割噴射されるパイロット噴射のインターバルは、インジェクタ２３の応答性（開閉動作の速さ）によって決定される。本実施形態のものでは、例えば２００μｓに設定される。このパイロット噴射のインターバルは、この値に限定されるものではない。
【００７１】
（プレ噴射）
プレ噴射は、メイン噴射による初期燃焼速度を抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）であって副噴射とも呼ばれる。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための総噴射量（プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）に対して１０％としてプレ噴射量が設定される。
【００７２】
この場合、上記総噴射量が１５ｍｍ3未満であった場合には、プレ噴射での噴射量が、インジェクタ２３の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）未満となるため、プレ噴射は実行しないことになる。尚、この場合、インジェクタ２３の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）だけプレ噴射での燃料噴射を行うようにしてもよい。一方、プレ噴射の噴射総量としてインジェクタ２３の最小限界噴射量の２倍以上（例えば３ｍｍ3以上）が要求される場合には、複数回数のプレ噴射を実行することで、このプレ噴射で必要な総噴射量を確保するようにしている。これにより、プレ噴射の着火遅れを抑制し、メイン噴射による初期燃焼速度の抑制を確実に行って、安定した拡散燃焼に導くことができる。
【００７３】
（メイン噴射）
メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための上記総燃焼噴射量から上記プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定される。
【００７４】
以下、上述したプレ噴射およびメイン噴射の制御プロセスについて簡単に説明する。先ず、エンジン１のトルク要求値に対して、上記プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和である総燃料噴射量が算出される。つまり、エンジン１に要求されるトルクを発生させるための量として総燃料噴射量が算出される。
【００７５】
上記エンジン１のトルク要求値は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態、および補機類等の使用状況に応じて決定される。例えば、エンジン回転数（上記クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジンのトルク要求値としては高く得られる。
【００７６】
このようにして総燃料噴射量が算出された後、この総燃料噴射量に対するプレ噴射での噴射量の比率（分割率）を設定する。つまり、プレ噴射量は、総燃料噴射量に対して上記分割率で分割された量として設定されることになる。この分割率（プレ噴射量）は、「メイン噴射による燃料の着火遅れの抑制」と「メイン噴射による燃焼の熱発生率のピーク値の抑制」とを両立する値として求められる。これらを抑制することで、高いエンジントルクを確保しながらも、燃焼音の低減やＮＯｘ発生量の低減を図ることが可能になる。尚、本実施形態では、上記分割率を１０％としている。
【００７７】
（アフタ噴射）
アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、このアフタ噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジンのトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。また、このアフタ噴射においても、上述したパイロット噴射の場合と同様に、最小噴射率（例えば１回当たりの噴射量１．５ｍｍ3）とし、複数回数のアフタ噴射を実行することで、このアフタ噴射で必要な総アフタ噴射量を確保するようにしている。
【００７８】
（ポスト噴射）
ポスト噴射は、排気系７に燃料を直接的に導入して上記マニバータ７７の昇温を図るための噴射動作である。例えば、ＤＰＮＲ触媒７６に捕集されているＰＭの堆積量が所定量を超えた場合（例えばマニバータ７７の前後の差圧を検出することにより検知）、ポスト噴射が実行されるようになっている。
【００７９】
−目標燃料圧力の設定−
次に、本実施形態において目標燃料圧力を設定する際の技術的思想について説明する。
【００８０】
ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態（熱発生率波形で表される変化状態）を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この熱発生率の変化状態をコントロールするための手法として以下に述べるような目標燃料圧力の設定手法を見出した。
【００８１】
図１０の実線は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形を示している。図中のＴＤＣはピストン１３の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。この熱発生率波形としては、例えば、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０°（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達し、更に、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後２５°（ＡＴＤＣ２５°）の時点）で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。このような熱発生率の変化状態で混合気の燃焼を行わせるようにすれば、例えば圧縮上死点後１０°（ＡＴＤＣ１０°）の時点で気筒内の混合気のうちの５０％が燃焼を完了した状況となる。つまり、膨張行程における総熱発生量の約５０％がＡＴＤＣ１０°までに発生し、高い熱効率でエンジン１を運転させることが可能となる。
【００８２】
尚、図１０に一点鎖線で示す波形は、上記プレ噴射で噴射された燃料の燃焼に係る熱発生率波形を示している。これにより、メイン噴射で噴射された燃料の安定した拡散燃焼が実現される。例えば、このプレ噴射で噴射された燃料の燃焼によって１０Ｊの熱量が発生する。この値は、これに限定されるものではなく。例えば、上記総燃料噴射量に応じて適宜設定される。また、図示していないが、プレ噴射に先立ってパイロット噴射も行われており、これにより気筒内温度を十分に高めて、メイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保している。
【００８３】
また、図１０に二点鎖線αで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも高く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度およびピーク値が共に高くなりすぎており、燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が懸念される状態である。一方、図１０に二点鎖線βで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも低く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度が低く且つピークの現れるタイミングが大きく遅角側に移行していることで十分なエンジントルクが確保できないことが懸念される状態である。
【００８４】
上述したように、本実施形態に係る目標燃料圧力の設定手法は、熱発生率の変化状態の適正化（熱発生率波形の適正化）を図ることで燃焼効率の向上を図るといった技術的思想に基づくものである。
【００８５】
（充填効率設定マップ）
本実施形態の特徴として、上記ターボチャージャ５におけるノズルベーン９６，９６，…の開度を決定する際に参照される充填効率設定マップが上記ＲＯＭ（記憶手段）１０２に記憶されている。
【００８６】
図１１は、この充填効率設定マップを示している。この充填効率設定マップは、横軸がエンジン回転数であり、縦軸がエンジントルクとなっている。つまり、エンジン回転数およびエンジントルクに応じて、現在のエンジン運転状態に適したノズルベーン９６，９６，…の開度を得るためのマップとなっている。また、図１１におけるＴｍａｘは最大トルクラインを示している。更に、図１１において斜線を付した領域は、上記ＥＧＲバルブ８１が開放され、排気の一部を吸気系６に還流させるＥＧＲ領域であり、その他の領域は、ＥＧＲバルブ８１が閉鎖される非ＥＧＲ（ＥＧＲ無し）領域である。
【００８７】
この充填効率設定マップは、エンジン１の運転状態（エンジン回転数、エンジントルク）に応じて、吸気の過給効率が最大（吸気過給効率の最高点）となるようなノズルベーン９６，９６，…の開度を取得するものとなっている。つまり、充填効率設定マップには、吸気の過給効率が最大となるようなノズルベーン９６，９６，…開度の適合値（充填効率可変手段の制御値）が各運転状態毎に記憶されている。
【００８８】
ここでいう吸気過給効率の最高点とは、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とした場合に、ノズルベーン９６，９６，…の開度を調整していき、それに伴ってエンジントルクが変化していく際に、そのエンジントルクが最高値となる点をいう。つまり、このエンジントルクが最高値となった時点でのノズルベーン９６，９６，…の開度が、その際のエンジン１の運転状態（エンジン回転数、エンジントルク）における過給効率最大となる開度として設定され、この開度の値が、そのエンジン運転状態での適合値として充填効率設定マップに書き込まれている。以下、具体的に説明する。
【００８９】
図１２は、あるエンジン運転状態（上記非ＥＧＲ領域でスロットルバルブ６２を全開にした状態）において、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン（プレ噴射やメイン噴射の噴射タイミングやインターバル等）、燃料噴射圧力を略一定とした状態で、ノズルベーン９６，９６，…の開度を変化させていった場合のエンジントルクの変化を示している。この図１２における横軸は、ノズルベーン９６，９６，…の開度によって決定される充填効率であり、ノズルベーン９６，９６，…の開度が小さく設定されるほど充填効率は高くなる。また、図１２における縦軸はエンジントルクである。
【００９０】
ここで、気筒内への燃料噴射量、燃料噴射パターン、燃料噴射圧力を略一定とする場合の具体例として、燃料噴射量および燃料噴射パターンについては、例えば、上記プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率が最大となるタイミングと、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼開始タイミングと、シリンダ内で往復移動するピストン１３が圧縮上死点に達するタイミングとが互いに略一致するように、プレ噴射およびメイン噴射の噴射タイミングおよび噴射量を固定する場合が挙げられる。また、燃料噴射圧力については、エンジン回転数およびエンジントルクから求められる出力（パワー）の等出力領域（等パワー線）に対し、等燃料噴射圧力領域を割り付けておき、このエンジン１の出力に応じて設定される燃料噴射圧力に固定する場合が挙げられる。
【００９１】
図１２に示すように、ノズルベーン９６，９６，…の開度が大きい（上記スロート面積が大きい：充填効率が低い）状況から、その開度を次第に小さくしていくと（充填効率を次第に高くしていくと）、ターボチャージャ５における排気ガスの熱エネルギから回転エネルギへの変換量が次第に多くなっていき、それに従ってエンジントルクも増大していく（図１２における充填効率範囲Ｉを参照）。ところが、このように、ノズルベーン９６，９６，…の開度を小さくしていった場合、排気エネルギが増加していき、つまり、排気の抜けが悪化していき、これが過給効率の悪化要因として大きくなってくる。そして、ノズルベーン９６，９６，…の開度を小さくしていくことによる回転エネルギの増加量（効率向上に寄与するエネルギ量）と、排気エネルギの増加量（効率悪化に繋がるエネルギ量）との収支として、排気エネルギの増加量の方が大きくなると、過給効率が低下していくことになる（図１２における充填効率範囲ＩＩを参照）。従って、これら回転エネルギの増加量と排気エネルギの増加量とがバランスした点（上記充填効率範囲ＩとＩＩとの境界点）が過給効率の最大点として求められることになる。
【００９２】
このようにして求められる過給効率の最大点となるノズルベーン９６，９６，…の開度（適合値）を、エンジンの各運転状態毎に多数点を求めていき、それを座標上（横軸をエンジン回転数とし、縦軸をエンジントルクとする座標上）にプロットして、ノズルベーン９６，９６，…の開度が同一の点を結んだものが図１１に示す充填効率設定マップである。この充填効率設定マップにＡ〜Ｉで示すライン（破線で示している各ライン）が、ノズルベーン９６，９６，…の開度が同一となる点の集合（充填効率が同一の点の集合）としての等充填効率ライン（等充填効率領域）である。つまり、この等充填効率ライン上では、過給効率の最大点を得るためのノズルベーン９６，９６，…の開度は同一となる。
【００９３】
言い換えると、この等充填効率ラインは、ターボチャージャ５の過給効率が最大となる点の集合であって、エンジン１の回転数およびトルクに基づいて選択された等充填効率ラインに対応するノズルベーン９６，９６，…の開度に設定することで、ターボチャージャ５の過給効率を最大とすることができるようになっている。
【００９４】
具体的には、図１１の曲線Ａはノズルベーン開度が９０％のラインであり、曲線Ｂから曲線Ｉに向かうに従ってノズルベーン開度が１０％ずつ小さく設定され、曲線Ｉはノズルベーン開度が１０％のラインとなっている。これら各値は、これに限定されるものではなく、エンジン１の性能特性等に応じて適宜設定される。
【００９５】
このようにして作成された充填効率設定マップに従い、本実施形態に係るエンジン１の運転時におけるノズルベーン９６，９６，…の開度制御としては、エンジン１の運転状態に適した吸気の充填効率を充填効率設定マップから取得し、この充填効率が得られるようにノズルベーン９６，９６，…の開度を設定するべく可変ノズルベーン機構９の制御を行うようになっている（充填効率制御手段による充填効率可変手段の制御動作）。
【００９６】
このようにしてノズルベーン９６，９６，…の開度が設定されることにより、何れのエンジン運転状態においても、吸気過給効率を最大とすることができ、高い効率でエンジン１を運転させることができて、燃料消費率の大幅な改善を図ることができる。
【００９７】
また、以上のように、本実施形態における充填効率設定マップでは、エンジン回転数と、エンジントルクと、ノズルベーン開度（充填効率）との間に一義的な相関を持たせるようにしている。これによって、エンジン運転領域の全域に亘って高い過給効率を維持することが可能になる。また、この充填効率設定マップのように、エンジン回転数と、エンジントルクと、ノズルベーン開度との間に一義的な相関を持たせることは、種々のエンジンに共通した体系的な吸気制御手法を構築するものとなるので、エンジン１の運転状態に応じた適切な吸気量を設定するための充填効率設定マップの作成を簡素化することが可能である。
【００９８】
（充填効率自動適合装置）
次に、上述したようなノズルベーン９６の開度の適合値を取得するために使用される充填効率自動適合装置（自動適合ツール）について説明する。つまり、この充填効率自動適合装置によって取得されたエンジン運転状態毎の適合値により上述した充填効率設定マップが作成されることになる。
【００９９】
一般に、自動車用エンジンの制御では、エンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジンの運転状態に応じて、燃料噴射時期等の各種制御パラメータが決定されている。各運転状態における各制御パラメータは、排気エミッション特性、燃料消費特性等の様々なエンジン特性が要求を満たすように予め適合されている。
【０１００】
このような制御パラメータの適合は、従来では、エンジンベンチ上で試行錯誤を繰り返して行われている。すなわち、車載エンジンの出力軸とダイナモメータとを回転駆動軸によって連結し、ダイナモメータにて車載エンジンの負荷トルクをテストトルクとして吸収することで、車載エンジンが車両に搭載されて運転される状態を擬似的に作り出す。そして各運転状態において制御パラメータを調整しながら窒素酸化物排出量や消費燃料量等の各種エンジン特性値を計測し、制御パラメータの最適な値を適合値として取得する。こうした制御パラメータの適合には、試行錯誤とそれに伴う膨大な時間とを必要としていた。
【０１０１】
このような状況は、吸気の充填効率を決定する場合も同様である。つまり、ノズルベーン９６，９６，…の開度を決定する場合にも、従来では、試行錯誤とそれに伴う膨大な時間とが必要であった。本実施形態における充填効率自動適合装置は、この充填効率の決定を自動的に行うものである。以下、具体的に説明する。
【０１０２】
図１３に、上記充填効率の自動適合を行うためのシステム構成を示す。この図１３に示すように、ダイナモメータ１１０は、エンジン１の出力トルクを吸収することで、エンジン１が疑似的に車両に搭載された状態を生成するものである。また、計測装置１２０は、エンジン１の排気特性等を計測したり、エンジン１のクランク軸の回転速度を計測したりする装置である。更に、適合用コンピュータにより構成される自動適合装置１３０は、ダイナモメータ１１０を操作するとともに、上記サプライポンプ２１やインジェクタ２３や可変ノズルベーン機構９等の各種アクチュエータの操作量を適宜設定して同操作量により上記ＥＣＵ１００を介して各アクチュエータを操作する機能を有する。そして、自動適合装置１３０では、計測装置１２０による計測結果に基づき、上記充填効率を含む各適合を行うようになっている。
【０１０３】
そして、上記充填効率の自動適合を行うための動作は以下のようにして行われる。図１４は、この充填効率の自動適合を行うための手順を示すフローチャートである。この図１４に示すルーチンを、エンジン運転状態毎に実行して、これらエンジン運転状態毎の適合値を取得し、上述した充填効率設定マップの作成に寄与させるようにしている。
【０１０４】
尚、この充填効率の自動適合動作の開始時にあっては、ノズルベーン９６，９６，…の開度は最大、つまり充填効率が最小とされた状態となっている。
【０１０５】
充填効率の自動適合動作が開始されると、先ず、ステップＳＴ１において、測定対象であるエンジン運転状態におけるエンジントルク（ＴＲＱｉ）を測定する。その後、ステップＳＴ２に移り、上記ステップＳＴ１で測定されたエンジントルクが最大値であるか否かを判定する。自動適合動作の開始時点では、現在のエンジン運転状態におけるエンジントルク情報が存在していないため、ここでは、エンジントルクが最大値であると判断されて（ステップＳＴ２でＹｅｓ判定されて）ステップＳＴ３に移る。このステップＳＴ３では、このエンジントルクを最大効率時のトルク（ＴＲＱｍａｘ：以下、最大トルクと呼ぶ）として読み込む。
【０１０６】
その後、ステップＳＴ４に移り、エンジントルクが増加したか否かを判定する。自動適合動作の開始時点では、過去のエンジントルク情報が存在していないため、ここではＮｏ判定されることになり、ステップＳＴ５に移る。
【０１０７】
ステップＳＴ５では、ノズルベーン９６，９６，…の開度を所定量だけ（例えば回動可能範囲の５％だけ）小さく設定し、つまり充填効率を僅かに大きくし、その後、再びステップＳＴ１に移る。
【０１０８】
このステップＳＴ１では、上記と同様にしてエンジントルク（ＴＲＱｉ）を測定する。その後、ステップＳＴ２に移り、上記ステップＳＴ１で測定されたエンジントルクが最大値であるか否かを判定する。つまり、前回のエンジントルク測定動作（前回ルーチンでのステップＳＴ１）で測定されたエンジントルク（ＴＲＱｍａｘとして登録されているエンジントルク）に対して、今回測定されたエンジントルク（ＴＲＱｉ）の方が大きいか否か（ＴＲＱｉ＞ＴＲＱｍａｘであるか否か）を判定する。
【０１０９】
ここで、前回のエンジントルク測定動作で測定されたエンジントルクに対して、今回測定されたエンジントルクの方が大きく（ＴＲＱｉ＞ＴＲＱｍａｘ）、ステップＳＴ２でＹｅｓ判定された場合には、ステップＳＴ３に移り、この新たに測定されたエンジントルク（ＴＲＱｉ）を最大トルク（ＴＲＱｍａｘ）として更新してステップＳＴ４に移る。一方、前回のエンジントルク測定動作で測定されたエンジントルクに対して、今回測定されたエンジントルクの方が小さく（ＴＲＱ＜ＴＲＱｍａｘ）、ステップＳＴ２でＮｏ判定された場合には、最大トルク（ＴＲＱｍａｘ）を更新することなしにステップＳＴ４に移る。
【０１１０】
ステップＳＴ４では、エンジントルク（ＴＲＱｉ）と、最大トルク（ＴＲＱｍａｘ）から所定量を減算したトルク（ＴＲＱｍａｘ−Ｂ）とを比較し、前者（ＴＲＱｉ）が後者（ＴＲＱｍａｘ−Ｂ）よりも小さいか否かを判定する。ここでの所定値「Ｂ」は、トルク計測バラツキを吸収するためのヒステリシスである。また、判定領域がＥＧＲ領域であった場合には、ＥＧＲ率等高線作図用の過過給領域拡大判定値である。
【０１１１】
このステップＳＴ４でＮｏ判定された場合には、再びステップＳＴ５に移り、上述した動作を自動的に繰り返す。つまり、現在のエンジン運転状態において最大トルクを発生させるノズルベーン９６，９６，…の開度（充填効率）が求まるまで、上述したエンジントルク（ＴＲＱｉ）の取得と、最大トルク（ＴＲＱｍａｘ）の更新とを自動的に繰り返す。
【０１１２】
一方、ステップＳＴ４でＹｅｓ判定された場合には、更新された最大トルク（ＴＲＱｍａｘ）が、現在のエンジン運転状態において最大トルクを発生させるノズルベーン９６，９６，…の開度（充填効率）であるとして、ステップＳＴ６に移って、このノズルベーン９６，９６，…の開度を適合値として登録する。これにより、一つのエンジン運転状態に対して適合値が取得されたことになる。
【０１１３】
以上のような動作をエンジン運転状態毎に自動実行して、各運転状態毎の適合値を取得していき、これら適合値を座標上（横軸をエンジン回転数とし、縦軸をエンジントルクとする座標上）にプロットして、ノズルベーン９６，９６，…の開度が同一の点を結ぶことにより図１１に示した充填効率設定マップが作成される。
【０１１４】
以上が、充填効率設定マップを作成するための充填効率の自動適合動作である。
【０１１５】
このように、本実施形態では、過給効率最大となる充填効率（ノズルベーン９６，９６，…の開度）を自動適合させることができ、試行錯誤で適合値を取得したり、その適合値の取得に膨大な時間を必要とするといったことが解消され、適合動作の高効率化を図ることができる。
【０１１６】
尚、上述した充填効率の自動適合動作にあっては、ノズルベーン９６，９６，…の開度を変更しながらエンジントルク（ＴＲＱｉ）を測定していくものとしていた。これに代えて、以下の値のうちの何れかを、ノズルベーン９６，９６，…の開度を変更しながら測定または演算していき、充填効率の自動適合を行うようにしてもよい。
【０１１７】
・ＴＲＱｉ／ＱＦＵＥＬｉ
・ＴＲＱｉ／ＴＲＱｍａｘ
・（ＴＲＱｉ／ＱＦＵＥＬｉ）／（ＴＲＱｍａｘ／ＱＦＵＥＬｍａｘ）
・正味燃料消費量（ＢＳＦＣ（ｇ／ｋＷｈ）：Ｂｒａｋｅ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｕｅｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）
ここで、ＴＲＱｉは各測定点でのトルク、ＱＦＵＥＬｉはＴＲＱｉ計測時の消費燃料流量、ＴＲＱｍａｘは最大効率時のトルク、ＱＦＵＥＬｍａｘはＴＲＱｍａｘ計測時の消費燃料流量である。これら物理量を有効にする前提条件としては、タービンホイール５２ｃの前後差圧に対して１対１で対応していることが必要である。
【０１１８】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。また、ガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。
【０１１９】
また、上記実施形態では、マニバータ７７として、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６を備えたものとしたが、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を備えたものとしてもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、充填効率自動適合装置１３０によって取得された適合値を利用して充填効率設定マップを作成し、この充填効率設定マップから、現在のエンジン運転状態に適した吸気の充填効率を読み出してノズルベーン９６，９６，…の開度を設定するようにしていた。本発明はこれに限らず、実験やシミュレーションによって各エンジン運転状態毎の適合値を取得して充填効率設定マップを作成し、この充填効率設定マップを利用してノズルベーン９６，９６，…の開度を設定するようにしてもよい。
【０１２１】
更に、本発明に係る自動適合装置１３０は、充填効率の適合値を取得する自動適合ツールとして使用されるものに限らず、エンジンの運転状態をシミュレーションするためのシミュレーション予測ツールとして使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
【図３】ターボチャージャにおけるタービンシャフトの軸心に沿った断面図である。
【図４】ターボチャージャのタービンホイールおよびその周辺部を拡大して示す断面図である。
【図５】ノズルベーン開度が大きく設定された状態における可変ノズルベーン機構の正面図である。
【図６】ノズルベーン開度が大きく設定された状態における可変ノズルベーン機構の背面図である。
【図７】ノズルベーン開度が小さく設定された状態における可変ノズルベーン機構の正面図である。
【図８】ノズルベーン開度が小さく設定された状態における可変ノズルベーン機構の背面図である。
【図９】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図１０】膨張行程時の熱発生率の変化状態を示す波形図である。
【図１１】充填効率設定マップを示す図である。
【図１２】あるエンジン運転状態における充填効率とエンジントルクとの関係を示す図である。
【図１３】充填効率の自動適合を行うためのシステム構成を示す図である。
【図１４】充填効率の自動適合を行うための手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１        エンジン（内燃機関）
３        燃焼室
２３      インジェクタ（燃料噴射弁）
５        ターボチャージャ（過給機）
５２ｃ    タービンホイール
９        可変ノズルベーン機構（充填効率可変手段）
９６      ノズルベーン
１０２    ＲＯＭ（記憶手段）
１３０    自動適合装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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