JP2009299474A - 内燃機関の吸気制御装置および内燃機関の自動適合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気の一部を吸気系に還流させる手段および気筒内への吸気の充填効率を可変とす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。
【解決手段】ＥＧＲ装置および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、ＥＧＲ率毎に、可変ノズルベーン機構のノズルベーン開度により設定される吸気充填効率として、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、ノズルベーン開度を固定した状態で、ＥＧＲ率を変化させていきながら最高トルクが得られるＥＧＲ率を求め、この際のノズルベーン開度を現ＥＧＲ率に対応する適合値として取得する。
【選択図】図１１

Description

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、排気の一部を吸気系に還流させる手段および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吸気効率の最適化を図るための対策に関する。

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。

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。

また、この種のエンジンでは、排気エミッションの改善を図るために、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が備えられている（例えば下記の特許文献１を参照）。このＥＧＲ装置は、エンジンの排気通路および吸気通路を互いに連通させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブとを備えている。そして、ＥＧＲバルブの開度を調整することにより、排気通路からＥＧＲ通路を通じて吸気通路へ還流される排気ガスの量（ＥＧＲ量）を調整し、吸気中のＥＧＲ率を、予め設定された目標ＥＧＲ率に設定するようにしている。このようにしてＥＧＲ装置によって排気ガスの一部が吸気通路に戻されると、混合気の燃焼温度が低下して燃焼室内での窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制され、排気エミッションが改善されることになる。

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。
特開２００６−２６６１５９号公報 特開２０００−１１０６２８号公報

ところで、上述したＥＧＲ装置と可変容量型ターボチャージャとが共に搭載されているエンジンにあっては、これまで、ＥＧＲ装置により設定されるＥＧＲ率と可変容量型ターボチャージャにより設定される吸気の充填効率との関係については定量化されていなかった。

つまり、排気エミッションの改善要求からＥＧＲ装置によるＥＧＲ率が調整（例えば、ＮＯｘ排出量の増大に伴ってＥＧＲ率が上昇側に調整）された場合に対する可変容量型ターボチャージャによる吸気の充填効率の最適化に関する提案は未だなされていなかった。即ち、これらＥＧＲ装置および可変容量型ターボチャージャを搭載したエンジンにおいて、ＥＧＲ率の変化に伴ってエンジントルクが変化する状況で、そのエンジントルクを最高トルクとして得るための技術的思想についての提案はなされていなかった。

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、排気の一部を吸気系に還流させる手段および気筒内への吸気の充填効率を可変とする手段を備えた内燃機関に対し、最適な吸気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、種々の排気還流率の値に対して内燃機関のトルクが最高トルクとして得られる吸気の充填効率を求めておき、排気還流率と吸気の充填効率との関係の最適化を図って、排気還流率が変化した場合であっても常に最高トルク近傍の内燃機関トルクを得ることができるようにしている。

−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と、内燃機関の排気を吸気系に還流させ且つその還流率を可変とする排気還流率可変手段と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、上記排気還流率可変手段により可変とされる各排気還流率毎に、内燃機関のトルクが略最大となる充填効率可変手段の制御値を適合値としてそれぞれ記憶した記憶手段と、上記内燃機関の運転時、上記排気還流率可変手段により設定された排気還流率に対応する充填効率可変手段の上記適合値としての制御値を上記記憶手段から読み出して、その制御値に基づい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。

内燃機関の運転時には、排気エミッションの改善要求から排気還流率が適正な値となるように排気還流率可変手段が制御されている。そして、この場合に設定されている排気還流率に対応して予め記憶されている充填効率可変手段の制御値（適合値）が上記記憶手段から読み出され、この制御値に基づいて充填効率可変手段が制御される。この予め記憶されている充填効率可変手段の制御値は、上記各排気還流率毎に、内燃機関のトルクが略最大となる吸気の充填効率が得られる値として求められたものとなっている。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、この制御値に基づいて充填効率可変手段を制御することで、吸気効率を略最大に維持することができる。その結果、排気エミッションの改善を図りながらも、現在の内燃機関の運転状態において（現在の排気還流率において）略最高トルクを得ることができる。

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排気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、排気還流率に対応する上記適合値としての制御値に基づい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。

この構成の場合、排気還流率に応じて予め求められている充填効率可変手段の制御値（適合値）としてはノズルベーンの開度である。そして、この制御値に従ってノズルベーンの開度を設定することにより、現在の内燃機関の運転状態において略最高トルクを得ることができる吸気の充填効率を実現することが可能となる。

上記記憶手段には、例えば以下のようにして求められた充填効率可変手段の各制御値が記憶されている。つまり、充填効率可変手段の制御値を固定した状態で、排気還流率可変手段により排気還流率を変化させていきながら内燃機関のトルクを計測していくといった動作を、充填効率可変手段の複数の制御値に対して実行し、同一排気還流率における略最高トルクが得られる吸気の充填効率を求めて、その充填効率を得るための充填効率可変手段の制御値が、その排気還流率に対応する充填効率可変手段の適合値としてそれぞれ記憶されている。

このようにして求められた充填効率可変手段の各制御値（適合値）が記憶手段に記憶されていることで、排気還流率と吸気の充填効率との関係を実際の内燃機関（実機）に適応したものとして制御値が求められることになり、上述した作用効果を確実に得ることができる。

各排気還流率毎に、内燃機関のトルクが略最大とな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と、排気を吸気系に還流させ且つその還流率を可変とする排気還流率可変手段とを備えた内燃機関に対して、上記排気還流率可変手段により可変とされる各排気還流率毎に、充填効率可変手段の制御値として、内燃機関のトルクが略最大とな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、上記充填効率可変手段の制御値を固定した状態で、排気還流率可変手段により排気還流率を変化させていきながら内燃機関のトルクを計測していくといった動作を、充填効率可変手段の複数の制御値に対して実行し、同一排気還流率における略最高トルクが得られる吸気の充填効率を求めて、その充填効率を得るための充填効率可変手段の制御値を、その排気還流率に対応する適合値として自動取得していく構成としている。

これにより、内燃機関のトルクとして略最高トルクを得ることができる、排気還流率に対応する吸気の充填効率の適合値を自動的に取得することが可能になる。その結果、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。

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と、内燃機関の排気を吸気系に還流させ且つその還流率を可変とする排気還流率可変手段と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、上記充填効率可変手段の制御値を固定した状態で、排気還流率可変手段により排気還流率を変化させていきながら内燃機関のトルクを計測していくといった動作を、充填効率可変手段の複数の制御値に対して実行し、同一排気還流率における略最高トルクが得られる吸気の充填効率を求めて、その充填効率を得るための充填効率可変手段の制御値を、その排気還流率に対応す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、目標ＮＯｘ量に応じて上記排気還流率可変手段により設定された排気還流率に対応する充填効率可変手段の適合値を上記記憶手段から読み出して、その制御値に基づい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。

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。

本発明では、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と、吸気系における排気の還流率を可変とする排気還流率可変手段とを備えた内燃機関に対し、種々の排気還流率に対して内燃機関のトルクが最高トルクとして得られる吸気の充填効率を求めておき、排気還流率と吸気の充填効率との関係の最適化を図るようにしている。このため、排気還流率が変化した場合であっても常に吸気効率を略最大に維持することができ、排気エミッションの改善を図りながらも、現在の内燃機関の運転状態において略最高トルクを得ることができる。

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。

−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（排気還流率可変手段）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。

−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図５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。

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７中の矢印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。

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。

−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。

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。

−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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

−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。

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。

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。

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１０［Ｊ］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。

また、図１０に二点鎖線Ｈ１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Ｈ２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。

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。

−充填効率設定手法−
本実施形態の特徴の一つとして、上記ターボチャージャ５におけるノズルベーン９６，９６，…の開度を決定する手法が挙げられる。具体的には、上記ＥＧＲバルブ８１の開度によって設定されるＥＧＲ率に対し、予め、それに対応する吸気の充填効率が得られるようにノズルベーン９６，９６，…の開度が求められている。より具体的には、これらＥＧＲ率と吸気の充填効率との関係がマップ化されて上記ＲＯＭ（記憶手段）１０２に記憶されている。つまり、ＥＧＲ率に応じて、上記マップ（以下、充填効率設定マップと呼ぶ）から目標とする吸気の充填効率を読み出し、その充填効率が得られるように上記可変ノズルベーン機構９を制御（充填効率を制御）するようになっている。

図１１は、ＥＧＲバルブ８１の開度によって設定されるＥＧＲ率と、ノズルベーン９６，９６，…の開度によって設定される吸気の充填効率と、発生するエンジントルクとの関係の一例を示す図（ＥＧＲ率等高線（以下、等ＥＧＲ率線と呼ぶ場合もある）を示す図）である。このように、同一ＥＧＲ率であっても、吸気の充填効率が異なれば（ノズルベーン９６，９６，…の開度が異なれば）、得られるエンジントルクも異なることになる。上記充填効率設定マップには、各曲線におけるエンジントルクの最高点が得られるように、各ＥＧＲ率に対応した吸気充填効率が記憶されている。例えば、ＥＧＲ率が０％（ＥＧＲバルブ８１が全閉）である場合には充填効率として図中のＡが、ＥＧＲ率が５％である場合には充填効率として図中のＢが、ＥＧＲ率が１０％である場合には充填効率として図中のＣが、ＥＧＲ率が１５％である場合には充填効率として図中のＤが、ＥＧＲ率が２０％である場合には充填効率として図中のＥがそれぞれ求められるようになっている。尚、このマップに記憶されていないＥＧＲ率となっている場合には、上記ＣＰＵ１０１での補間計算によって、そのＥＧＲ率に対してエンジントルクの最高点が得られるような充填効率が算出されることになる。このようにして、充填効率設定マップには、エンジントルクの最高点を得るためのＥＧＲ率と吸気の充填効率との関係が予め記憶されている。

次に、上述したような各ＥＧＲ率に対応してエンジントルクの最高点が得られる吸気の充填効率を取得するための手法について具体的に説明する。

図１２は、ＥＧＲ率が０％（ＥＧＲバルブ８１が全閉）であってスロットルバルブ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。

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（等燃料噴射圧力線）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。

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。つまり、ＥＧＲ率が０％である場合にエンジントルクの最高点が得られる吸気充填効率は、図中の点Ａとして取得される。

一方、ＥＧＲ率が０％以外の場合におけるエンジントルクの最高点を得るための手法は以下のとおりである。

先ず、ノズルベーン９６，９６，…の開度をある所定値で固定した状態とし、ＥＧＲ率を変化させていく。例えば、ＥＧＲ率を５％、１０％、１５％、２０％と段階的に大きくしていきながら、それぞれのエンジントルクを求める。図１３上の点α１は、ノズルベーン９６，９６，…の開度を８０％（ＶＮ閉度２０％）に設定した際にＥＧＲ率を０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点α２はＥＧＲ率を５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点α３はＥＧＲ率を１０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点α４はＥＧＲ率を１５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点α５はＥＧＲ率を２０％とした場合のエンジントルクを示す点である。また、図１３上の曲線αは、上記各点α１，α２，α３，α４，α５を繋いだ曲線、つまり、ＶＮ閉度２０％での等ＶＮ開度線である。

その後、ノズルベーン９６，９６，…の開度を上記固定値から所定開度（例えば２０％）だけ変化（例えば閉鎖側へ変化）させ、この新たな開度を固定した状態で、ＥＧＲ率を変化させていく。この場合、上記と同様に、ＥＧＲ率を５％、１０％、１５％、２０％と段階的に大きくしていきながら、それぞれのエンジントルクを求める。図１３上の点β１は、上記固定された（新たな固定値として固定された）ノズルベーン９６，９６，…の開度（ＶＮ閉度４０％）においてＥＧＲ率を０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点β２はＥＧＲ率を５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点β３はＥＧＲ率を１０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点β４はＥＧＲ率を１５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点β５はＥＧＲ率を２０％とした場合のエンジントルクを示す点である。また、図１３上の曲線βは、上記各点β１，β２，β３，β４，β５を繋いだ曲線、つまり、ＶＮ閉度４０％での等ＶＮ開度線である。

その後、ノズルベーン９６，９６，…の開度を上記固定値から更に所定開度（例えば２０％）だけ変化させ、この新たな開度を固定した状態で、ＥＧＲ率を変化させていく。この場合も、上記と同様に、ＥＧＲ率を５％、１０％、１５％、２０％と段階的に大きくしていきながら、それぞれのエンジントルクを求める。図１３上の点γ１は、上記固定された（新たな固定値として固定された）ノズルベーン９６，９６，…の開度（ＶＮ閉度６０％）においてＥＧＲ率を０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点γ２はＥＧＲ率を５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点γ３はＥＧＲ率を１０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点γ４はＥＧＲ率を１５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点γ５はＥＧＲ率を２０％とした場合のエンジントルクを示す点である。また、図１３上の曲線γは、上記各点γ１，γ２，γ３，γ４，γ５を繋いだ曲線、つまり、ＶＮ閉度６０％での等ＶＮ開度線である。

以下、同様にしてＶＮ閉度を８０％に固定した場合と、ＶＮ閉度を１００％に固定した場合とのそれぞれについてもＥＧＲ率を変化させていきながら、それぞれのエンジントルクを求める。

図１３上の点δ１は、ＶＮ閉度を８０％に固定した場合においてＥＧＲ率を０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点δ２はＥＧＲ率を５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点δ３はＥＧＲ率を１０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点δ４はＥＧＲ率を１５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点δ５はＥＧＲ率を２０％とした場合のエンジントルクを示す点である。また、図１３上の曲線δは、上記各点δ１，δ２，δ３，δ４，δ５を繋いだ曲線、つまり、ＶＮ閉度８０％での等ＶＮ開度線である。

また、図１３上の点ε１は、ＶＮ閉度を１００％に固定した場合においてＥＧＲ率を０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点ε２はＥＧＲ率を５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点ε３はＥＧＲ率を１０％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点ε４はＥＧＲ率を１５％とした場合のエンジントルクを示す点であり、点ε５はＥＧＲ率を２０％とした場合のエンジントルクを示す点である。また、図１３上の曲線εは、上記各点ε１，ε２，ε３，ε４，ε５を繋いだ曲線、つまり、ＶＮ閉度１００％での等ＶＮ開度線である。

このようにして各点を求めた後、同一ＥＧＲ率の点同士を結ぶことで等ＥＧＲ率線（等ＮＯｘ線）を求める。具体的には、上記α２，β２，γ２，δ２，ε２を滑らかに結ぶことでＥＧＲ率５％の等ＥＧＲ率線（図１３に細線の実線で示す曲線）が得られ、上記α３，β３，γ３，δ３，ε３を滑らかに結ぶことでＥＧＲ率１０％の等ＥＧＲ率線（図１３に破線で示す曲線）が得られ、上記α４，β４，γ４，δ４，ε４を滑らかに結ぶことでＥＧＲ率１５％の等ＥＧＲ率線（図１３に一点鎖線で示す曲線）が得られ、上記α５，β５，γ５，δ５，ε５を滑らかに結ぶことでＥＧＲ率２０％の等ＥＧＲ率線（図１３に二点鎖線で示す曲線）が得られる。尚、図１３中に太線の実線で示す曲線（α１，β１，γ１，δ１，ε１を結んだ曲線）はＥＧＲ率０％の等ＥＧＲ率線である。

これにより、図１１に示した線図（ＥＧＲ率と、吸気の充填効率と、エンジントルクとの関係を示す線図：等ＮＯｘ線）が取得できる。そして、各ＥＧＲ率毎（等ＮＯｘ線毎）におけるエンジントルクの最高点が得られている吸気の充填効率（ＥＧＲ率０％の場合は充填効率Ａ、ＥＧＲ率５％の場合は充填効率Ｂ、ＥＧＲ率１０％の場合は充填効率Ｃ、ＥＧＲ率１５％の場合は充填効率Ｄ、ＥＧＲ率２０％の場合は充填効率Ｅ）をマップ化することで、上記各ＥＧＲ率に対して最適な吸気の充填効率を求めることが可能な上記充填効率設定マップが得られる。

そして、実際の制御対象であるノズルベーン９６，９６，…の開度およびＥＧＲバルブ８１の開度の設定手法としては以下のように行われる。

先ず、ノズルベーン９６，９６，…の開度設定手法としては、ＮＯｘ量を許容範囲まで減少させるべく調整されるＥＧＲバルブ８１の開度によって決定されるＥＧＲ率に応じた吸気の充填効率を上記充填効率設定マップから読み出す。そして、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）。そして、上記充填効率設定マップによって得られた充填効率とエンジントルクとの関係を図１３に当て嵌め、この図１３における各等ＶＮ開度線（上記曲線α，β，γ，δ，ε）に対しての補間計算などを行うことで、上記充填効率を得るためのノズルベーン９６，９６，…の開度が算出されることになる。つまり、上記各等ＶＮ開度線もマップ上に記憶されており、目標とする充填効率（図１３により求められた充填効率）を得るためのＶＮ開度を、この記憶されている各等ＶＮ開度線から導き出すようになっている。このように、上記充填効率設定マップおよび等ＶＮ開度線マップがＲＯＭ（記憶手段）１０２に記憶されている。例えば、適合制御点として、図１３中の点Ｚが与えられた場合には、等ＶＮ開度線βとγとの間で補間計算を行うことによりノズルベーン９６，９６，…の開度としては、例えばＶＮ閉度５５％が設定される。

次に、この場合のＥＧＲ率を得るためのＥＧＲバルブ８１の開度を設定する具体的な動作について説明する。図１６は、上記等ＥＧＲ率線、等ＶＮ開度線α，β，γ，δ，εに加えて、等ＥＧＲバルブ開度線を示したものである。制御しようとするＥＧＲ率を図１６に当て嵌め、この図１６における各等ＥＧＲバルブ開度線に対しての補間計算などを行うことで、上記ＥＧＲ率を得るためのＥＧＲバルブ８１の開度が算出されることになる。例えば、適合制御点として、図１６中の点Ｚが与えられた場合には、ＥＧＲバルブ開度２０％の等ＥＧＲバルブ開度線とＥＧＲバルブ開度４０％の等ＥＧＲバルブ開度線との間で補間計算を行うことによりＥＧＲバルブ８１の開度としては、例えば開度２２％が設定される。

このようにしてノズルベーン９６，９６，…の開度およびＥＧＲバルブ８１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、ＥＧＲ率と吸気の充填効率との関係を最適化できて、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る。このため、エンジンの高出力化と燃料消費率の大幅な改善とを両立できる。

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、ＥＧＲ率と、エンジントルクと、ノズルベーン開度（吸気の充填効率）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（吸気の充填効率）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。

−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の開度の最適値（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。

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。

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。

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。

図１４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１４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。

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１５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１５に示すルーチンを、エンジンの種類毎に実行して、そのエンジンにおけるＥＧＲ率と吸気の充填効率との関係の最適値（適合値）を取得し、そのエンジンに適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。

尚、以下に説明する自動適合動作にあっては、ＥＧＲ率の最小値（初期値）を５％として、段階的に５％ずつＥＧＲ率を変化させていく場合とし、また、ノズルベーン９６，９６，…の開度の変化量としては２０％ずつ変化させていく場合について説明する。また、この自動適合動作の開始時あっては下記の変数ｉは「１」となっている。この変数ｉとノズルベーン９６，９６，…の設定開度との関係は、図１５中に表で示している。つまり、ノズルベーン９６，９６，…の設定開度を所定開度（２０％）ずつ６段階で小さくしていきながら自動適合動作を行うようにしている。この設定開度の変化量や段階数はこれに限定されるものではない。尚、これに限らず、上述した如く、ＥＧＲ率の最小値を０％として段階的にＥＧＲ率を変化させていくようにしたり、ノズルベーン９６，９６，…の設定開度を所定開度ずつ大きくしていきながら自動適合動作を行うようにしてもよい。

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、ノズルベーン９６，９６，…の開度（設定開度ｉ）を設定する。この自動適合の開始時には、ノズルベーン９６，９６，…の開度（ＶＮｉ＝ＶＮ１）は最大開度（１００％）に設定される。その後、ステップＳＴ２に移り、ＥＧＲバルブ８１の開度を操作する。この操作開始初期時にはＥＧＲバルブ８１の開度は初期値として目標ＥＧＲ率を５％とする開度とされる。そして、ステップＳＴ３では、ＥＧＲバルブ８１の開度が目標ＥＧＲ率（ＲＥＧＴＲＴ）が得られる開度に設定されたか否かを判定し、この目標ＥＧＲ率が得られるまで上記ＥＧＲバルブ８１の開度操作を継続する。

そして、ＥＧＲバルブ８１の開度が目標ＥＧＲ率（ＲＥＧＴＲＴ）が得られる開度に設定されて、実ＥＧＲ率（ＲＥＧＲｉ）が目標ＥＧＲ率（ＲＥＧＴＲＴ）に等しくなり、ステップＳＴ３でＹｅｓ判定されると、ステップＳＴ４に移り、現時点でのエンジントルクを計測（ＤＡＴＡｉ（＝ＤＡＴＡ１）を計測）する。

その後、ステップＳＴ５では、現在の目標ＥＧＲ率は最大ＥＧＲ率（自動適合動作において変化させるＥＧＲ率のうちの最大ＥＧＲ率：例えばＥＧＲ率２０％）に達しているか否かを判定する。このＥＧＲバルブ８１の開度操作の開始時にはＥＧＲ率が５％であって最大ＥＧＲ率とはなっていないので、このステップＳＴ５ではＮｏ判定されてステップＳＴ６に移る。このステップＳＴ６では、現在の目標ＥＧＲ率に５％を加算して、その値を新たな目標ＥＧＲ率（ＲＥＧＲＴ）として更新し、上記ステップＳＴ２に戻り、この更新された目標ＥＧＲ率が得られるようにＥＧＲバルブ８１の開度を操作する。そして、ステップＳＴ３で、ＥＧＲバルブ８１の開度が目標ＥＧＲ率が得られる開度に設定されると、ステップＳＴ４において、現時点でのエンジントルクを計測（ＤＡＴＡｉを計測）する。

このようにして、ノズルベーン９６，９６，…の開度を固定した状態で目標ＥＧＲ率を５％ずつ高くしていきながらエンジントルクを計測し、その各データを記録していく。

そして、目標ＥＧＲ率が最大ＥＧＲ率に達して、ステップＳＴ５でＹｅｓ判定されると、目標ＥＧＲ率を５％に戻して（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ８に移り、調査終了判定（自動適合動作の終了判定）を行う。この調査終了判定は、上記ノズルベーン９６，９６，…の開度を所定開度（例えば開度２０％）に設定したエンジントルクの計測（ＤＡＴＡｉの計測）が終了したか否かを判定する。本ルーチンでは、変数ｉの最大値は「６」であり、このステップＳＴ８では、この変数ｉが「６（ノズルベーン９６，９６，…の開度２０％に対応）」を超えたか否かを判定している。

未だ、上記変数ｉが「６」を超えていない場合には、ステップＳＴ９に移り、上記変数ｉに「１」を加算してステップＳＴ１に戻る。この際、ステップＳＴ１では、ノズルベーン９６，９６，…の設定開度が２０％減少され、このノズルベーン９６，９６，…の開度が固定された状態で上述と同様にＥＧＲ率を変更しながらエンジントルクを計測（ＤＡＴＡｉを計測）していく。

そして、上記変数ｉが「６」を超えて、ステップＳＴ８でＹｅｓ判定された場合には、ステップＳＴ１０に移り、図１１に示したように、同一ＥＧＲ率の点同士を結ぶことで等ＥＧＲ率線（等ＮＯｘ線：ＥＧＲ率等高線）を作成する。図１１では、ＥＧＲ率が０％，５％，１０％，２０％の等ＥＧＲ率線が示されているが、上述したフローチャートにおける自動適合動作では、ＥＧＲ率が５％，１０％，１５％，２０％の等ＥＧＲ率線が作成されることになる。

これにより、各等ＥＧＲ率線毎におけるエンジントルクの最高点が得られている吸気の充填効率が求められることになり、これをマップ化することで、上記各ＥＧＲ率に対して最適なノズルベーン９６，９６，…の開度を求めることが可能な上記充填効率設定マップが得られる。

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。

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。

−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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 膨張行程時の熱発生率の変化状態を示す波形図である。 ＥＧＲ率等高線を示す図である。 ＥＧＲ率が０％の場合の充填効率とエンジントルクとの関係を示す図である。 ノズルベーン開度を固定してＥＧＲ率を変化させていった場合のエンジントルクの変化を示す曲線およびＥＧＲ率等高線を示す図である。 ＥＧＲ率と吸気充填効率との適合値を取得する自動適合を行うためのシステム構成を示す図である。 ＥＧＲ率と吸気充填効率と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。 等ＥＧＲ率線、等ＶＮ開度線、等ＥＧＲバルブ開度線を示す図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
５ ターボチャージャ（過給機）
５２ｃ タービンホイール
６ 吸気系
８１ ＥＧＲバルブ（排気還流率可変手段）
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

Claims (5)

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と、内燃機関の排気を吸気系に還流させ且つその還流率を可変とする排気還流率可変手段とを備えた内燃機関の吸気制御装置において、
   上記排気還流率可変手段により可変とされる各排気還流率毎に、内燃機関のトルクが略最大となる充填効率可変手段の制御値を適合値としてそれぞれ記憶した記憶手段と、
   上記内燃機関の運転時、上記排気還流率可変手段により設定された排気還流率に対応する充填効率可変手段の上記適合値としての制御値を上記記憶手段から読み出して、その制御値に基づい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。
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排気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、排気還流率に対応する上記適合値としての制御値に基づい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。
3. 上記請求項１または２記載の内燃機関の吸気制御装置において、
   上記記憶手段に記憶されている充填効率可変手段の適合値としての各制御値は、充填効率可変手段の制御値を固定した状態で、排気還流率可変手段により排気還流率を変化させていきながら内燃機関のトルクを計測していくといった動作を、充填効率可変手段の複数の制御値に対して実行し、同一排気還流率における略最高トルクが得られる吸気の充填効率を求めて、その充填効率を得るための充填効率可変手段の制御値が、その排気還流率に対応する適合値としてそれぞれ記憶されたものであることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
4. 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と、排気を吸気系に還流させ且つその還流率を可変とする排気還流率可変手段とを備えた内燃機関に対して、上記排気還流率可変手段により可変とされる各排気還流率毎に、充填効率可変手段の制御値として、内燃機関のトルクが略最大となる適合値を得るための自動適合装置であって、
   上記充填効率可変手段の制御値を固定した状態で、排気還流率可変手段により排気還流率を変化させていきながら内燃機関のトルクを計測していくといった動作を、充填効率可変手段の複数の制御値に対して実行し、同一排気還流率における略最高トルクが得られる吸気の充填効率を求めて、その充填効率を得るための充填効率可変手段の制御値を、その排気還流率に対応す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。
5. 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と、内燃機関の排気を吸気系に還流させ且つその還流率を可変とする排気還流率可変手段とを備えた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の制御値を固定した状態で、排気還流率可変手段により排気還流率を変化させていきながら内燃機関のトルクを計測していくといった動作を、充填効率可変手段の複数の制御値に対して実行し、同一排気還流率における略最高トルクが得られる吸気の充填効率を求めて、その充填効率を得るための充填効率可変手段の制御値を、その排気還流率に対応す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、目標ＮＯｘ量に応じて上記排気還流率可変手段により設定された排気還流率に対応する充填効率可変手段の適合値を上記記憶手段から読み出して、その適合値に基づい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。

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