(57)【要約】【課題】混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンして燃費性能を高めつつ適切なエンジントルクを確保する。【解決手段】希薄燃焼領域Ａでエンジンが運転されているときは、混合気の空燃比が理論空燃比よりも高い状態で混合気を燃焼させる希薄燃焼モードを実施し、このときに、気筒２内の混合気に既燃ガスを混入させるとともに、気筒２の壁温が高いときの方が低いときよりも混合気に混入される既燃ガスの量を少なくする。希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が高い領域でエンジンが運転されているときは、気筒２内の混合気の空燃比が理論空燃比以下の状態で混合気を燃焼させるストイキ／リッチ燃焼モードを実施する。気筒２の壁温が高いときの方が低いときよりも、希薄燃焼領域Ａの範囲を規定するエンジン負荷の上限値を高い値にする。【選択図】図８
2020176593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの制御方法であって、
気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比よりも高い状態で混合気が燃焼する希薄燃焼モードと、気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比以下となる状態で混合気が燃焼するストイキ／リッチ燃焼モードとのいずれの燃焼モードを実施するかを決定するモード決定工程と、
前記モード決定工程で決定された燃焼モードで混合気が燃焼するようにエンジンの各部を制御する燃焼制御工程と、
気筒の壁温を推定または取得する壁温取得工程とを含み、
前記燃焼制御工程では、前記希薄燃焼モードの実施時に、気筒内で生成された既燃ガスを気筒内に残留させる、あるいは、気筒内で生成されて気筒外に排出された既燃ガスを気筒内に再導入させることで、気筒内の混合気に既燃ガスを混入させるとともに、前記壁温取得工程で推定または取得された気筒の壁温である取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも気筒内の混合気に混入される既燃ガスの量を少なくし、
前記モード決定工程では、所定の希薄燃焼領域でエンジンが運転されているときは前記希薄燃焼モードを実施すべき燃焼モードとして決定し、前記希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が高いストイキ／リッチ燃焼領域でエンジンが運転されているときは前記ストイキ／リッチ燃焼モードを実施すべき燃焼モードとして決定するとともに、前記取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を高い値に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの制御方法において、
前記モード決定工程では、
前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値として、希薄燃焼開始負荷上限値と、当該希薄燃焼開始負荷上限値よりも高い希薄燃焼終了負荷上限値とを決定し、
前記ストイキ／リッチ燃焼モードの実施中にエンジン負荷が前記希薄燃焼開始負荷上限値以下になると、前記ストイキ／リッチ燃焼モードから前記希薄燃焼モードへと実施すべき燃焼モードを切替え、
前記希薄燃焼モードの実施中にエンジン負荷が前記希薄燃焼終了負荷上限値より高くなると、前記希薄燃焼モードから前記ストイキ／リッチ燃焼モードへと実施すべき燃焼モードを切替えるとともに、
前記取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも前記希薄燃焼開始負荷上限値および前記希薄燃焼終了負荷上限値をそれぞれ高い値に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの制御方法において、
前記モード決定工程では、前記希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が低い第２ストイキ／リッチ燃焼領域でエンジンが運転されているときは前記ストイキ／リッチ燃焼モードを実施すべき燃焼モードとして決定し、前記取得気筒壁温に関わらず、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の下限値を一定の値に維持する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御方法において、
前記モード決定工程では、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を前記取得気筒壁温に応じて段階的に変化させる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項５】
エンジンの制御装置であって、
エンジンに形成された気筒内の空気と燃料の混合気の空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、
気筒内で生成された既燃ガスを気筒内に残留させる、あるいは、気筒内で生成されて気筒外に排出された既燃ガスを気筒内に再導入させることで、気筒内の混合気に既燃ガスを混入させるＥＧＲ実行手段と、
気筒の壁温を推定あるいは取得する壁温取得手段と、
前記空燃比変更手段、前記ＥＧＲ実行手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
所定の希薄燃焼領域でエンジンが運転されているときは、混合気の燃焼モードが、気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比よりも高い状態で混合気が燃焼する希薄燃焼モードとなり、前記希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が高いときは、混合気の燃焼モードが、気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比以下となる状態で混合気が燃焼するストイキ／リッチ燃焼モードとなるように、前記空燃比変更手段を制御するとともに、
前記希薄燃焼モードの実施中、気筒内の混合気に既燃ガスが混入するように、且つ、前記壁温取得手段により推定あるいは取得された気筒の壁温である取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも気筒内の混合気に混入される既燃ガスの量が少なくなるように前記ＥＧＲ実行手段を制御し、
前記取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を高い値に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、
前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値として、希薄燃焼開始負荷上限値と、当該希薄燃焼開始負荷上限値よりも高い希薄燃焼終了負荷上限値とを決定し、
前記ストイキ／リッチ燃焼モードの実施中にエンジン負荷が前記希薄燃焼開始負荷上限値以下になると混合気の燃焼モードが前記希薄燃焼モードに切替わり、前記希薄燃焼モードの実施中にエンジン負荷が前記希薄燃焼終了負荷上限値より高くなると混合気の燃焼モードが前記ストイキ／リッチ燃焼モードに切替わるように、前記空燃比変更手段を制御し、
前記取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも前記希薄燃焼開始負荷上限値および前記希薄燃焼終了負荷上限値をそれぞれ高い値に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、
前記希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が低いときに、混合気の燃焼モードが前記ストイキ／リッチ燃焼モードとなるように、前記空燃比変更手段を制御し、
前記取得気筒壁温に関わらず、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の下限値を一定の値に維持する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を前記取得気筒壁温に応じて段階的に変化させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御方法およびエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に設けられるエンジンにおいて、燃費性能を高めるためにエンジンに形成された気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン（理論空燃比よりも高く）して混合気を燃焼させることが行われている。ただし、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにすると、燃焼が不安定になりやすいという問題がある。
【０００３】
これに対して、例えば特許文献１には、エンジン負荷が低くエンジン回転数が低い領域において、既燃ガスを気筒内に残留させつつ混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにしたエンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−９８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のエンジンによれば、高温の既燃ガスが気筒内に存在することで燃焼室内の温度を高めることができ、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにしても安定して混合気を燃焼させることができる。しかしながら、既燃ガスを過剰に気筒内に導入あるいは残留させてしまうと、気筒に導入できる空気の量が不足してしまい要求されるエンジントルクを確保できないおそれがある。
【０００６】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにして燃費性能を高めつつ適切なエンジントルクを確保できるエンジンの制御方法および制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、エンジンの制御方法であって、気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比よりも高い状態で混合気が燃焼する希薄燃焼モードと、気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比以下となる状態で混合気が燃焼するストイキ／リッチ燃焼モードとのいずれの燃焼モードを実施するかを決定するモード決定工程と、前記モード決定工程で決定された燃焼モードで混合気が燃焼するようにエンジンの各部を制御する燃焼制御工程と、気筒の壁温を推定または取得する壁温取得工程とを含み、前記燃焼制御工程では、前記希薄燃焼モードの実施時に、気筒内で生成された既燃ガスを気筒内に残留させる、あるいは、気筒内で生成されて気筒外に排出された既燃ガスを気筒内に再導入させることで、気筒内の混合気に既燃ガスを混入させるとともに、前記壁温取得工程で推定または取得された気筒の壁温である取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも気筒内の混合気に混入される既燃ガスの量を少なくし、前記モード決定工程では、所定の希薄燃焼領域でエンジンが運転されているときは前記希薄燃焼モードを実施すべき燃焼モードとして決定し、前記希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が高いストイキ／リッチ燃焼領域でエンジンが運転されているときは前記ストイキ／リッチ燃焼モードを実施すべき燃焼モードとして決定するとともに、前記取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を高い値に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御方法を提供する（請求項１）。
【０００８】
この方法では、気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比よりも高い状態（リーンな状態）で混合気を燃焼させる希薄燃焼モードの実施時つまり希薄燃焼の実施時に高温の既燃ガスが混合気に混入されるので、混合気の温度を高めて燃焼安定性を高めることができる。そのため、混合気の空燃比を理論空燃比よりも高くしながらこれを適切に燃焼させることができる。
【０００９】
ここで、気筒の壁温が低い時は燃焼安定性が悪くなりやすい。これに対して、本方法では、気筒の壁温が低いときには高いときよりも多量の高温の既燃ガスが混合気に混入されるので、燃焼安定性の悪化を抑制することができる。
【００１０】
ただし、前記のように、既燃ガスを多量に混合気に混入すると、気筒に導入される空気の量が少なくなってエンジントルクが要求値に対して不足するおそれがある。これに対して、この方法では、気筒の壁温が低いときは、希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値つまり希薄燃焼領域に含まれるエンジン負荷の最大値を低い値に設定して、エンジン負荷がより低い運転条件で、燃焼モードが希薄燃焼モードからストイキ／リッチ燃焼モードに切り替えられる。そのため、希薄燃焼が実施される運転領域においては適切な希薄燃焼を実現して燃費性能を高めつつ、空気の量が不足した状態で希薄燃焼が実施されるのを回避してエンジントルクの不足を防止することができる。
【００１１】
そして、気筒の壁温が高く燃焼安定性が高いとき、つまり、混合気に混入される既燃ガスの量を少なくしても燃焼安定性を確保できるときには、混合気に混入される既燃ガスの量を少なくして多量の空気を気筒に導入できるように構成しているとともに、希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を高い値に設定している。そのため、気筒の壁温が高いときには、より広い領域でエンジントルクを確保しつつ適切な希薄燃焼を実現して燃費性能を高めることができる。
【００１２】
このように、本方法では、気筒の壁温に応じて混合気に混入される既燃ガスの量と希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値とを適切に変更しており、安定した希薄燃焼を実現して燃費性能を確実に高めつつエンジントルクを確保することができる。
【００１３】
前記構成において、好ましくは、前記モード決定工程では、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値として、希薄燃焼開始負荷上限値と、当該希薄燃焼開始負荷上限値よりも高い希薄燃焼終了負荷上限値とを決定し、前記ストイキ／リッチ燃焼モードの実施中にエンジン負荷が前記希薄燃焼開始負荷上限値以下になると、前記ストイキ／リッチ燃焼モードから前記希薄燃焼モードへと実施すべき燃焼モードを切替え、前記希薄燃焼モードの実施中にエンジン負荷が前記希薄燃焼終了負荷上限値より高くなると、前記希薄燃焼モードから前記ストイキ／リッチ燃焼モードへと実施すべき燃焼モードを切替えるとともに、前記取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも前記希薄燃焼開始負荷上限値および前記希薄燃焼終了負荷上限値をそれぞれ高い値に設定する（請求項２）。
【００１４】
この構成によれば、希薄燃焼モードから他の燃焼モードに頻繁に切り替えられるのを防止できるとともに、希薄燃焼モードが実施される運転領域を気筒の壁温に応じて適切に変更できる。
【００１５】
前記構成において、好ましくは、前記モード決定工程では、前記希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が低い第２ストイキ／リッチ燃焼領域でエンジンが運転されているときは前記ストイキ／リッチ燃焼モードを実施すべき燃焼モードとして決定し、前記取得気筒壁温に関わらず、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の下限値を一定の値に維持する（請求項３）。
【００１６】
この構成によれば、エンジン負荷が低く気筒内で生成される燃焼エネルギーが低いことで燃焼安定性が悪化しやすい領域において、希薄燃焼に比べて燃焼安定性の高いストイキ／リッチ燃焼が実施されるので、燃焼が不安定になるのをより確実に回避できる。そして、希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の下限値つまり希薄燃焼領域に含まれるエンジン負荷の最小値が気筒の壁温に関わらず一定の値に維持されることで、制御構成を簡素化することができる。
【００１７】
前記構成において、好ましくは、前記モード決定工程では、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を前記取得気筒壁温に応じて段階的に変化させる（請求項４）。
【００１８】
この構成によれば、希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を変更するための制御構成を簡素化できる。
【００１９】
また、本発明は、エンジンの制御装置であって、エンジンに形成された気筒内の空気と燃料の混合気の空燃比を変更可能な空燃比変更手段と、気筒内で生成された既燃ガスを気筒内に残留させる、あるいは、気筒内で生成されて気筒外に排出された既燃ガスを気筒内に再導入させることで、気筒内の混合気に既燃ガスを混入させるＥＧＲ実行手段と、気筒の壁温を推定あるいは取得する壁温取得手段と、前記空燃比変更手段、前記ＥＧＲ実行手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、所定の希薄燃焼領域でエンジンが運転されているときは、混合気の燃焼モードが、気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比よりも高い状態で混合気が燃焼する希薄燃焼モードとなり、前記希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が高いときは、混合気の燃焼モードが、気筒内の混合気の空燃比が理論空燃比以下となる状態で混合気が燃焼するストイキ／リッチ燃焼モードとなるように、前記空燃比変更手段を制御するとともに、前記希薄燃焼モードの実施中、気筒内の混合気に既燃ガスが混入するように、且つ、前記壁温取得手段により推定あるいは取得された気筒の壁温である取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも気筒内の混合気に混入される既燃ガスの量が少なくなるように前記ＥＧＲ実行手段を制御し、前記取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を高い値に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する（請求項５）。
【００２０】
この装置によっても、前記の方法と同様に、気筒の壁温に応じて混合気に混入される既燃ガスの量と希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値とを適切に変更することができ、安定した希薄燃焼を実現して燃費性能を確実に高めつつエンジントルクを確保することができる。
【００２１】
前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値として、希薄燃焼開始負荷上限値と、当該希薄燃焼開始負荷上限値よりも高い希薄燃焼終了負荷上限値とを決定し、前記ストイキ／リッチ燃焼モードの実施中にエンジン負荷が前記希薄燃焼開始負荷上限値以下になると混合気の燃焼モードが前記希薄燃焼モードに切替わり、前記希薄燃焼モードの実施中にエンジン負荷が前記希薄燃焼終了負荷上限値より高くなると混合気の燃焼モードが前記ストイキ／リッチ燃焼モードに切替わるように、前記空燃比変更手段を制御し、前記取得気筒壁温が高いときの方が低いときよりも前記希薄燃焼開始負荷上限値および前記希薄燃焼終了負荷上限値をそれぞれ高い値に設定する（請求項６）。
【００２２】
この構成によれば、前記の構成と同様に、燃焼モードが希薄燃焼モードから他の燃焼モードに頻繁に切り替えられるのを防止できるとともに、希薄燃焼モードが実施される運転領域を気筒の壁温に応じて適切に変更できる。
【００２３】
前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記希薄燃焼領域よりもエンジン負荷が低いときに、混合気の燃焼モードが前記ストイキ／リッチ燃焼モードとなるように、前記空燃比変更手段を制御し、前記取得気筒壁温に関わらず、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の下限値を一定の値に維持する（請求項７）。
【００２４】
この構成によれば、前記の構成と同様に、燃焼が不安定になるのをより確実に回避できるとともに、制御構成を簡素化することができる。
【００２５】
前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を前記取得気筒壁温に応じて段階的に変化させる（請求項８）。
【００２６】
この構成によれば、前記の方法と同様に、希薄燃焼領域の範囲を規定するエンジン負荷の上限値を変更するための制御構成を簡素化できる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明のエンジンの制御方法および制御装置によれば、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンして燃費性能を高めつつ適切なエンジントルクを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。
【図２】吸気弁および排気弁のバルブリフトを示した図である。
【図３】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図４】エンジンの運転領域を燃焼モードの相違により区分けしたマップ図である。
【図５】ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形を示すグラフである。
【図６】ＳＰＣＣＩ燃焼時の噴射パターンと熱発生率の波形を示した図である。
【図７】第１領域の範囲を示した図である。
【図８】第２領域の範囲を示した図である。
【図９】第３領域の範囲を示した図である。
【図１０】エンジン負荷と排気シャッタ弁の開度との関係を示したグラフである。
【図１１】リーンＳＰＣＣＩ領域の範囲および排気シャッタ弁の制御パターンの変更手順の前半を示したフローチャートである。
【図１２】リーンＳＰＣＣＩ領域の範囲および排気シャッタ弁の制御パターンの変更手順の後半を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明のエンジンの制御方法および制御装置が適用されたエンジンの全体構成を概略的に示したシステム図である。本図に示されるエンジンシステムは、車両に搭載されており、走行用の動力源となるエンジン本体１を備える。本実施形態では、エンジン本体１として、４サイクルのガソリン直噴エンジンが用いられている。エンジンシステムは、エンジン本体１に加えて、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気が流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気の一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置５０を備えている。
【００３０】
エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２にそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の気筒２（例えば、図１の紙面と直交する方向に並ぶ４つの気筒２）を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。
【００３１】
ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料には、主成分としてガソリンを含有したものが用いられる。この燃料には、ガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分が含まれてもよい。
【００３２】
ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。
【００３３】
気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下に設定される。
【００３４】
シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転数（エンジン回転数）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、シリンダブロック３には、シリンダブロック３に形成されたウォータジャケットを流通してエンジン本体１を冷却するためのエンジン冷却水の温度（以下、適宜、エンジン水温という）を検出するエンジン水温センサＳＮ２が設けられている。
【００３５】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式であり、吸気ポート９、排気ポート１０、吸気弁１１および排気弁１２は、１つの気筒２についてそれぞれ２つずつ設けられている。本実施形態では、１つの気筒２に接続された２つの吸気ポート９のうちの一方に、開閉可能なスワール弁１８が設けられており、気筒２内のスワール流（気筒軸線の回りを旋回する旋回流）の強さが変更されるようになっている。
【００３６】
吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３、１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。
【００３７】
吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の少なくとも開時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の少なくとも閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。
【００３８】
本実施形態では、これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、排気弁１２の閉弁時期が吸気弁１１の開弁時期よりも遅角側の時期とされて、吸気弁１１および排気弁１２がともに所定の期間開弁するバルブオーバーラップが実現されるようになっている。また、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、これら吸気弁１１と排気弁１２の双方が開弁する期間であるバルブオーバーラップ期間が変更されるようになっている。吸気弁１１と排気弁１２とがバルブオーバーラップするように駆動されると、燃焼室６から吸気通路３０と排気通路４０の少なくとも一方に既燃ガスが排出された後、この既燃ガスが再び燃焼室６に導入される内部ＥＧＲが行われ、燃焼室６に既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が残留することになる。燃焼室６に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲガスの量は、バルブオーバーラップ期間によって変化し、前記のバルブオーバーラップ期間の調整によって内部ＥＧＲガスの量が調整される。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期（閉時期）を固定したまま閉時期（開時期）のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構であってもよい。
【００３９】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（主にガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気との混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサＳＮ３が設けられている。
【００４０】
インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部と対向するように設けられている。なお、図示は省略するが、本実施形態では、ピストン５の冠面に、その中央部を含む領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティが形成されている。
【００４１】
点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。
【００４２】
吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（吸気、新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。
【００４３】
吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。
【００４４】
吸気通路３０の各部には、吸気の流量（吸気量）を検出するエアフローセンサＳＮ４と、吸気の温度（吸気温）を検出する吸気温センサＳＮ５とが設けられている。エアフローセンサＳＮ４は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量を検出する。吸気温センサＳＮ５は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の温度を検出する。
【００４５】
過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、前記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。
【００４６】
吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。バイパス弁３９は、サージタンク３６に導入される吸気の圧力つまり過給圧を調整するための弁である。例えば、バイパス弁３９の開度が大きくなるほど、バイパス通路３８を通じて過給機３３の上流側に逆流する吸気の流量が多くなる結果、過給圧は低くなる。
【００４７】
排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガス（排気）は、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。
【００４８】
排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが、この順で上流側から内蔵されている。
【００４９】
排気通路４０には、排気の温度（排気温）を検出する排気温センサＳＮ６が設けられている。排気温センサＳＮ６は、排気通路４０のうち触媒コンバータ４１よりも上流側の部分に設けられている。
【００５０】
ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気の流量を調整する。
【００５１】
ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ７が設けられている。
【００５２】
排気通路４０には、排気通路４０を開閉する排気シャッタ弁６１が設けられている。排気シャッタ弁６１は、排気通路４０のうちＥＧＲ通路５１の接続部分よりも下流側に取り付けられている。排気シャッタ弁６１は、不図示の駆動装置によって開閉駆動されて、排気通路４０の流路面積を変更する。排気シャッタ弁６１の開度が閉じ側の開度とされると、排気通路４０の流路面積が低減することでエンジンの背圧は上昇する。エンジンの背圧が上昇すると、燃焼室６から排気通路４０に導出される排気の量は低減し、燃焼室６内に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲガスの量は増加する。
【００５３】
本実施形態では、前記のように、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間の調整によって内部ＥＧＲの量が調整されるとともに、排気シャッタ弁６１によっても内部ＥＧＲガスの量が増減されるようになっている。これより、これら吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期を変更する吸気ＶＶＴ１３ａと排気ＶＶＴ１４ａおよび排気シャッタ弁６１が、請求項の「ＥＧＲ実行手段」に相当する。また、燃焼室６内の混合気の空燃比は、主としてスロットル弁３２の開度とインジェクタ１５とによって変更され、少なくともこれらスロットル弁３２とインジェクタ１５とが請求項の「空燃比変更手段」として機能する。
【００５４】
（２）制御系統
図３は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００５５】
ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ１００は、前述したクランク角センサＳＮ１、エンジン水温センサＳＮ２、筒内圧センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、吸気温センサＳＮ５、排気温センサＳＮ６、差圧センサＳＮ７と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転数、エンジン水温、筒内圧、吸気量、吸気温、排気温、ＥＧＲ弁５３の前後差圧）がＥＣＵ１００に逐次入力されるようになっている。また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ８が設けられており、このアクセルセンサＳＮ８による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。
【００５６】
ＥＣＵ１００は、前記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スワール弁１８、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、ＥＧＲ弁５３、および排気シャッタ弁６１（排気シャッタ弁６１を駆動する装置）等と電気的に接続されており、前記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。このＥＣＵ１００は、請求項の「制御手段」および「壁温取得手段」に相当する。つまり、本実施形態では、ＥＣＵ１００が、「制御手段」と「壁温取得手段」の双方の機能を果たす。
【００５７】
（３）基本制御
図４は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた燃焼モードの相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、３つの運転領域、第１運転領域Ａと第２運転領域Ｂと第３運転領域Ｃとに大別される。第３運転領域Ｃは、エンジン回転数が所定のＳＩ実施回転数Ｎ１以上の領域である。第１運転領域Ａは、エンジン回転数がＳＩ実施回転数Ｎ１未満の領域のエンジン負荷が低い側であって極低負荷領域を除く領域である。第２運転領域Ｂは、第１運転領域Ａと第３運転領域Ｃ以外の残余の領域である。
【００５８】
詳細は後述するが、第１運転領域ＡではリーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施され、第２運転領域ＢではストイキＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施され、第３運転領域ＣではＳＩ燃焼モードが実施される。
【００５９】
本実施形態では、前記の第１運転領域Ａが請求項の「希薄燃焼領域」に相当し、リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが請求項の「希薄燃焼モード」に相当する。また、ストイキＳＰＣＣＩ燃焼モードが請求項の「ストイキ／リッチ燃焼モード」に相当する。そして、第２運転領域Ｂのうち第１運転領域Ａよりもエンジン負荷が高い領域（エンジン負荷が後述する開始側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｉあるいは終了側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｏよりも高い領域）が請求項の「ストイキ／リッチ燃焼領域」に相当する。また、第２運転領域Ｂのうち第１運転領域Ａよりもエンジン負荷が低い領域（エンジン負荷が後述する開始側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｉあるいは終了側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｏよりも低い領域）が請求項の「第２ストイキ／リッチ燃焼領域」に相当する。
【００６０】
以下では、適宜、第１運転領域ＡをリーンＳＰＣＣＩ領域Ａといい、第２運転領域ＢをストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂといい、第３運転領域ＣをＳＩ領域Ｃという。
【００６１】
本実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａを区画するエンジン負荷とエンジン回転数とが、燃焼モードを他のモードからリーンＳＰＣＣＩ燃焼モードに切り替えるときと、リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードから他のモードに切り替えるときとで異なる値とされている。
【００６２】
具体的には、ストイキＳＰＣＣＩ燃焼モードまたはＳＩ燃焼モードが実施されているときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａは、エンジン負荷が所定の開始側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｉ以下且つ開始側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｉ以上で（Ｔｍｎ＿ＩはＴｍｘ＿Ｉよりも低い値に設定されている）、エンジン回転数が所定の開始側上限エンジン回転数Ｎｍｘ＿Ｉ以下に設定された開始側領域Ａ＿Ｉとされる。そして、ストイキＳＰＣＣＩ燃焼モードまたはＳＩ燃焼モードが実施されているときに、エンジンの運転ポイントがこの開始側領域Ａ＿Ｉ内に移行すると、燃焼モードがリーンＳＰＣＣＩ燃焼モードに切り替えられる。
【００６３】
一方、リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施されているときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａは、エンジン負荷が所定の終了側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｏ以下且つ終了側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｏ以上で（Ｔｍｎ＿ＯはＴｍｘ＿Ｏよりも低い値に設定されている）、エンジン回転数が所定の終了側上限エンジン回転数Ｎｍｘ＿Ｏ以下に設定された終了側領域Ａ＿Ｏとされる。そして、リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施されているときに、エンジンの運転ポイントがこの終了側領域Ａ＿Ｏから外れると、燃焼モードがリーンＳＰＣＣＩ燃焼モード以外のモード（ストイキＳＰＣＣＩ燃焼モードまたはＳＩ燃焼モード）に切り替えられる。
【００６４】
なお、終了側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｏは、前記の開始側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｉよりも高い値に設定されている。終了側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｏは、前記の開始側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｉよりも低い値に設定されている。終了側上限エンジン回転数Ｎｍｘ＿Ｏは、前記の開始側上限エンジン回転数Ｎｍｘ＿Ｉよりも高い値に設定されている。
【００６５】
ここで、前記の開始側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｉが請求項の「希薄燃焼開始負荷上限値」に相当し、前記の終了側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｏが請求項の「希薄燃焼終了負荷上限値」に相当する。
【００６６】
（３−１）リーンＳＰＣＣＩ領域ＡおよびストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂ
リーンＳＰＣＣＩ領域ＡおよびストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。なお、ＳＰＣＣＩ燃焼における「ＳＰＣＣＩ」とは、「Ｓｐａｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ」の略である。
【００６７】
ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことである。ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。
【００６８】
図５は、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときのクランク角に対する熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時の熱発生がＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、図５に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室６における圧力変動（つまりｄＰ／ｄθ：Ｐは筒内圧  θはクランク角度）も、ＳＩ燃焼時はＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部（Ｍ１で示した部分）と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生部（Ｍ２で示した部分）とが、この順に連続するように形成される。
【００６９】
ＳＩ燃焼によって、燃焼室６内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。図５に例示するように、この自着火のタイミング（つまりＣＩ燃焼が開始するタイミング）で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点（図５のＸ）を有している。
【００７０】
ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン５の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、ＣＩ燃焼時のｄＰ／ｄθが過大になることが回避される。このように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるｄＰ／ｄθが過大になり難く、単純なＣＩ燃焼（全ての燃料をＣＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼騒音を抑制することができる。
【００７１】
ＣＩ燃焼の終了に伴いＳＰＣＣＩ燃焼も終了する。ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なＳＩ燃焼（全ての燃料をＳＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。
【００７２】
（ａ）リーンＳＰＣＣＩ領域Ａ
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、燃費性能を高めるために、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも高く（リーンに）されつつＳＰＣＣＩ燃焼が実施されて、混合気の燃焼モードとして、空燃比が理論空燃比よりも高い混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるリーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施される。以下では、空燃比が理論空燃比よりも高い混合気のＳＰＣＣＩ燃焼をリーンＳＰＣＣＩ燃焼という。
【００７３】
本実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａにおいて、燃焼室６内で生成されるＮＯｘであるｒａｗＮＯｘの量が十分に小さくなる程度にまで燃焼室６内の空燃比が高くされる。例えば、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａにおいて燃焼室６内の空燃比は３０程度とされる。
【００７４】
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、インジェクタ１５は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が前記のように理論空燃比よりも高くなるような量の燃料を燃焼室６に噴射する。本実施形態では、１サイクル中に燃焼室６に供給すべき燃料の全量が吸気行程中に燃焼室６に噴射されるように、インジェクタ１５は駆動される。例えば、図６に示すように、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、吸気行程中に大半の燃料が噴射され（Ｑ１）、圧縮行程中に２回に分けて残りの燃料が噴射される（Ｑ２、Ｑ３）。
【００７５】
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、図６に示すように、点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。なお、混合気を活性化させるために、圧縮上死点付近で実施する点火よりも前に追加で点火を行ってもよい。
【００７６】
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、スロットル弁３２の開度は全開または全開に近い開度とされる。
【００７７】
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、ＥＧＲ弁５３は全閉とされて、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量がゼロとされる。これは、混合気の温度が低下して燃焼安定性が悪化するのを防止するためである。具体的には、本実施形態では、前記のように外部ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ５２により冷却されており、外部ＥＧＲガスの温度は比較的温度が低い。そのため、このような比較的温度の低い外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入されると、混合気の温度が十分に上昇せず適切なＣＩ燃焼が実現されないおそれがある。そこで、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、燃焼室６への外部ＥＧＲガスの導入を停止する。
【００７８】
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａが、吸気弁１１と排気弁１２を、これら吸気弁１１と排気弁１２とが排気上死点を跨いで所定期間開弁してバルブオーバーラップが実現するように駆動する。これは、混合気の温度を高めるためである。具体的には、吸気弁１１と排気弁１２とのバルブオーバーラップが実施されると、前記のように内部ＥＧＲが実行されて、燃焼室６に高温の既燃ガスが残留することになる。高温の既燃ガスが燃焼室６に残留すれば、混合気の温度が高められることで混合気を適切にＣＩ燃焼させることができる。そこで、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａ（吸気弁１１および排気弁１２）を前記のように制御する。リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、例えば、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間は、５０〜７０°ＣＡ（クランク角）程度とされ、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの全域でほぼ一定とされる。
【００７９】
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、スワール弁１８は全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。
【００８０】
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、過給機３３の駆動は停止される。すなわち、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。
【００８１】
リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでは、排気シャッタ弁６１の開度は全開あるいは全開よりも閉じ側の開度とされる。リーンＳＰＣＣＩ領域Ａにおける排気シャッタ弁６１の開度の詳細な制御については後述する。
【００８２】
（ｂ）ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂ
エンジン負荷が極めて低い領域では、燃焼室６内で生成される燃焼エネルギーが低いために混合気の温度が低く抑えられる。エンジン回転数が高い領域では、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間の時間が短くなることで燃焼室６に残留する既燃ガスつまり内部ＥＧＲガスの量が少なくなるため、混合気の温度が低く抑えられる。これより、これらの領域では、ＳＩ燃焼が緩慢になって適切なタイミングでＣＩ燃焼を生じさせるのが困難になり、燃焼安定性が悪化しやすい。これに対して、混合気の空燃比を理論空燃比以下とすれば、ＳＩ燃焼の燃焼速度を速くして適切なタイミングでＣＩ燃焼を生じさせることが可能になり、燃焼安定性が高まるとともに、ＮＯｘを三元触媒４１ａにおいて浄化することが可能になる。また、エンジン負荷が高い領域では、燃焼室６内に供給される燃料の量が多いことで混合気の空燃比をリーンにするのが困難になる。
【００８３】
これより、本実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａよりもエンジン負荷が低い領域と、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａよりもエンジン負荷が高い領域と、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａよりもエンジン回転数が高い領域とを含むストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比以下としつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。すなわち、ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、混合気の燃焼モードとして、空燃比が理論空燃比以下の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるストイキＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施される。以下では、適宜、空燃比が理論空燃比以下の混合気のＳＰＣＣＩ燃焼をストイキＳＰＣＣＩ燃焼という。本実施形態では、ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂにおいて、混合気の空燃比はほぼ理論空燃比とされる。なお、ストイキＳＰＣＣＩ燃焼モードは、前記のように、混合気の空燃比が理論空燃比以下とされる燃焼モードであり、混合気の空燃比がストイキであって理論空燃比とされる燃焼モードに限らず、混合気の空燃比が理論空燃比よりも小さくされる燃焼モードも含む。  ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、インジェクタ１５は、前記のように空燃比が理論空燃比となるような量の燃料を燃焼室６に噴射する。本実施形態では、１サイクル中に噴射すべき燃料の大半が吸気行程中に噴射され、残りの燃料が圧縮行程中に噴射されるように、インジェクタ１５は駆動される。
【００８４】
ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでも、点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂにおいても、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。
【００８５】
ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでも、スロットル弁３２の開度は全開または全開に近い開度とされる。
【００８６】
ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、混合気の空燃比が理論空燃比とされることで燃焼安定性が高められており、混合気の温度が多少低くても混合気を適切にＣＩ燃焼させることが可能になる。これより、ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、ＥＧＲ弁５３が開かれて外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入される。ただし、エンジン負荷が高いときは多量の空気を燃焼室６に導入せねばならないため、外部ＥＧＲガスの燃焼室６への導入量を低減する必要がある。そこで、ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量が高負荷側ほど少なくなるようにＥＧＲ弁５３の開度が制御され、エンジン負荷が最大となる領域ではＥＧＲ弁５３は全閉にされる。
【００８７】
ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでも、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１と排気弁１２を、これら吸気弁１１と排気弁１２とが排気上死点を跨いで所定期間開弁するように（吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップが実現されるように）駆動する。
【００８８】
ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、スワール弁１８は、全閉／全開を除いた適宜の中間開度まで開かれ、その開度は、エンジン負荷が高いほど大きくされる。
【００８９】
過給機３３は、ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂのうちエンジン回転数およびエンジン負荷がともに低い側では停止される。一方、ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂのその他の領域では、過給機３３は稼働される。すなわち、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結される。このとき、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（回転数／負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。
【００９０】
ストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂでは、排気シャッタ弁６１は全開とされる。
【００９１】
（３−２）ＳＩ領域
ＳＩ領域Ｃでは、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。このＳＩ燃焼の実現のために、ＳＩ領域Ｃでは、インジェクタ１５は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって燃料を噴射する。点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。ＳＩ領域Ｃでは、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
【００９２】
ＳＩ領域Ｃでは、過給機３３は稼働される。スロットル弁３２は全開とされる。ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりややリッチとなるように、その開度が制御される。スワール弁１８は全開とされる。排気シャッタ弁６１は全開とされる。
【００９３】
（４）燃焼室の壁温に応じた制御
（４−１）リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲
前記のように、リーンＳＰＣＣＩ燃焼は混合気の空燃比が理論空燃比よりも高くされることで燃焼安定性が悪化しやすい。そのため、燃焼室６の壁温が低く混合気の温度上昇が抑制されるときには、リーンＳＰＣＣＩ燃焼を実施しようとしてもこれを適切に実現できないおそれがある。これに対して、高温の既燃ガスである内部ＥＧＲガスの量を多くすれば、混合気の温度を高めることができる。しかしながら、内部ＥＧＲガスの量が多くなると燃焼室６内に導入可能な空気の量が低減するので、得られるエンジントルクが低くなってしまう。また、前記のように、エンジン回転数が高いときには、吸気弁１１と排気弁１２とをバルブオーバーラップさせることによって燃焼室６に導入できる内部ＥＧＲガスの量が少なくなる。そのため、エンジン回転数が高いときは、混合気の温度を十分に高めるのに必要な内部ＥＧＲガス量を確保できなくなる。そこで、本実施形態では、燃焼室６の壁温つまり気筒２の壁温に応じてリーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲を変更する。
【００９４】
ＥＣＵ１００は、エンジン水温センサＳＮ２で検出されたエンジン水温に基づいて燃焼室６の壁温を推定する。ＥＣＵ１００は、推定した燃焼室６の壁温（以下、適宜、燃焼室壁温という）に応じて、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲を規定するエンジン負荷の上限値つまりリーンＳＰＣＣＩ領域Ａに含まれるエンジン負荷の最大値、および、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲を規定するエンジン回転数の上限値つまりリーンＳＰＣＣＩ領域Ａに含まれるエンジン回転数の最大値を変更する。これにより、ＥＣＵ１００は、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａを、図７に示す第１領域Ａ１と、図８に示す第２領域Ａ２と、図９に示す第３領域Ａ３との間で切り替える。
【００９５】
ＥＣＵ１００は、開始側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｉを、燃焼室壁温が第１判定温度以上のときは第１開始側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｉに設定し、燃焼室壁温が第１判定温度未満且つ第２判定温度以上のときは、第１開始側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｉよりも小さい第２開始側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｉに設定し、燃焼室壁温が第２判定温度未満のときは第２開始側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｉよりも小さい第３開始側上限負荷Ｔｍｘ３＿Ｉに設定する。なお、第１判定温度、第２判定温度、各開始側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｉ、Ｔｍｘ２＿Ｉ、Ｔｍｘ３＿Ｉは、予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。また、第２判定温度は、第１判定温度よりも低い温度に設定されている。例えば、第１判定温度は１１６°に設定され、第２判定温度は９０°に設定される。
【００９６】
ＥＣＵ１００は、終了側上限エンジン負荷Ｔｍｘ＿Ｏを、燃焼室壁温が第１判定温度以上のときは第１終了側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｏに設定し、燃焼室壁温が第１判定温度未満且つ第２判定温度以上のときは第１終了側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｏよりも小さい第２終了側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｏに設定し、燃焼室壁温が第２判定温度未満のときは第２終了側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｏよりも小さい第３終了側上限負荷Ｔｍｘ３＿Ｏに設定する。なお、各終了側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｏ、Ｔｍｘ２＿Ｏ、Ｔｍｘ３＿Ｏも、予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。
【００９７】
第１終了側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｏは第１開始側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｉよりも大きい値に設定され、第２終了側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｏは第２開始側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｉよりも大きい値に設定され、第３終了側上限負荷Ｔｍｘ３＿Ｏは第３開始側上限負荷Ｔｍｘ３＿Ｉよりも大きい値に設定されている。
【００９８】
ＥＣＵ１００は、開始側上限エンジン回転数Ｎｍｘ＿Ｉを、燃焼室壁温が第１判定温度以上のときは第１開始側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｉに設定し、燃焼室壁温が第１判定温度未満且つ第２判定温度以上のときは第１開始側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｉよりも小さい第２開始側上限回転数Ｎｍｘ２＿Ｉに設定し、燃焼室壁温が第２判定温度未満のときは第２開始側上限回転数Ｎｍｘ２＿Ｉよりも小さい第３開始側上限回転数Ｎｍｘ３＿Ｉに設定する。なお、各開始側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｉ、Ｎｍｘ２＿Ｉ、Ｎｍｘ３＿Ｉも、予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。
【００９９】
ＥＣＵ１００は、終了側上限エンジン回転数Ｎｍｘ＿Ｏを、燃焼室壁温が第１判定温度以上のときは第１終了側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｏに設定し、燃焼室壁温が第１判定温度未満且つ第２判定温度以上のときは第１終了側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｏよりも小さい第２終了側上限回転数Ｎｍｘ２＿Ｏに設定し、燃焼室壁温が第２判定温度未満のときは第２終了側上限回転数Ｎｍｘ２＿Ｏよりも小さい第３終了側上限回転数Ｎｍｘ３＿Ｏに設定する。なお、各終了側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｏ、Ｎｍｘ２＿Ｏ、Ｎｍｘ３＿Ｏも、予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。
【０１００】
第１終了側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｏは第１開始側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｉよりも大きい値に設定され、第２終了側上限回転数Ｎｍｘ２＿Ｏは第２開始側上限回転数Ｎｍｘ２＿Ｉよりも大きい値に設定され、第３終了側上限回転数Ｎｍｘ３＿Ｏは第３開始側上限回転数Ｎｍｘ３＿Ｉよりも大きい値に設定されている。
【０１０１】
一方、ＥＣＵ１００は、開始側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｉ、終了側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｏ、開始側下限エンジン回転数Ｎｍｎ＿Ｉを、それぞれ予め設定された所定値に決定し、燃焼室壁温に関わらずこれら所定値に維持する。
【０１０２】
これより、燃焼室壁温が第１判定温度以上のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａは、エンジン負荷が第１開始側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｉ以下且つ開始側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｉ以上で、エンジン回転数が第１開始側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｉ以下且つ開始側下限エンジン回転数Ｎｍｎ＿Ｉ以上の開始側第１領域Ａ１＿Ｉ（リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードではない燃焼モードが実施されているとき）、あるいは、エンジン負荷が第１終了側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｏ以下且つ終了側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｏ以上で、エンジン回転数が第１終了側上限回転数Ｎｍｘ１＿Ｏ以下の終了側第１領域Ａ１＿Ｏ（リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施されているとき）とされる。以下では、これら開始側第１領域Ａ１＿Ｉと終了側第１領域Ａ１＿Ｏとをまとめて第１領域Ａ１という。
【０１０３】
また、燃焼室壁温が第１判定温度以上且つ第２判定温度未満のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａは、エンジン負荷が第２開始側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｉ以下且つ開始側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｉ以上で、エンジン回転数が第２開始側上限回転数Ｎｍｘ２＿Ｉ以下且つ開始側下限エンジン回転数Ｎｍｎ＿Ｉ以上の開始側第２領域Ａ２＿Ｉ（リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードではない燃焼モードが実施されているとき）、あるいは、エンジン負荷が第２終了側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｏ以下且つ終了側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｏ以上で、エンジン回転数が第２終了側上限回転数Ｎｍｘ２＿Ｏ以下の終了側第２領域Ａ２＿Ｏ（リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施されているとき）とされる。以下では、これら開始側第２領域Ａ２＿Ｉと終了側第２領域Ａ２＿Ｏとをまとめて第２領域Ａ２という。
【０１０４】
また、燃焼室壁温が第２判定温度未満のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａは、エンジン負荷が第３開始側上限負荷Ｔｍｘ３＿Ｉ以下且つ開始側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｉ以上で、エンジン回転数が第３開始側上限回転数Ｎｍｘ３＿Ｉ以下且つ開始側下限エンジン回転数Ｎｍｎ＿Ｉ以上の開始側第３領域Ａ３＿Ｉ（リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードではない燃焼モードが実施されているとき）、あるいは、エンジン負荷が第３終了側上限負荷Ｔｍｘ３＿Ｏ以下且つ終了側下限エンジン負荷Ｔｍｎ＿Ｏ以上で、エンジン回転数が第３終了側上限回転数Ｎｍｘ３＿Ｏ以下の終了側第３領域Ａ３＿Ｏ（リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードではない燃焼モードが実施されているとき）とされる。以下では、これら開始側第３領域Ａ３＿Ｉと終了側第３領域Ａ３＿Ｏとをまとめて第３領域Ａ３という。
【０１０５】
このように、本実施形態では、燃焼室壁温に応じて、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａが第１領域Ａ１と第２領域Ａ２と第３領域Ａ３とで切り替えられて、燃焼室壁温が低いときの方が高いときよりも、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲を規定するエンジン負荷の上限値およびエンジン回転数の上限値がそれぞれ小さくされる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでエンジンが運転されていないとき、つまり、リーンＳＰＣＣＩ燃焼が実施されていないときにのみ、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの切替えが行われるようになっており、リーンＳＰＣＣＩ燃焼の実施中に燃焼室壁温が第１判定温度あるいは第２判定温度をまたいで変化しても、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの切替は実施されない。
【０１０７】
また、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲が変更されるのに伴ってストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂの範囲も変更される。具体的には、ＳＩ実施回転数Ｎ１未満の領域のうち変更後のリーンＳＰＣＣＩ領域Ａを除く領域がストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂに設定される。
【０１０８】
（４−２）排気シャッタ弁６１の制御
本実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａにおいて、排気シャッタ弁６１の制御パターンが、燃焼室壁温に応じて、図１０に示す第１パターンと第２パターンと第３パターンとに切り替えられる。
【０１０９】
ＥＣＵ１００は、燃焼室壁温が第１判定温度以上のときは、排気シャッタ弁６１の制御パターンを第１パターンに設定する。第１パターンは、排気シャッタ弁６１をエンジン負荷およびエンジン回転数に関わらず全開にするパターンであり、燃焼室壁温が第１判定温度以上のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａ（第１領域Ａ１）の全域において排気シャッタ弁６１は全開にされる。
【０１１０】
これに対して、ＥＣＵ１００は、燃焼室壁温が第１判定温度未満且つ第２判定温度以上のときは、排気シャッタ弁６１の制御パターンを第２パターンに設定する。第２パターンは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａ（第２領域Ａ２）において、排気シャッタ弁６１の開度を全開よりも閉じ側の開度とするパターンである。これより、燃焼室壁温が第１判定温度未満且つ第２判定温度以上のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａ（第２領域Ａ２）の全域において排気シャッタ弁６１は全開よりも閉じ側であって燃焼室壁温が第１判定温度以上のときの開度よりも閉じ側とされる。
【０１１１】
本実施形態では、第２パターンは、エンジン負荷が低いほど排気シャッタ弁６１の開度が閉じ側の開度となるように設定されており、燃焼室壁温が第１判定温度未満且つ第２判定温度以上のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａ（第２領域Ａ２）において、排気シャッタ弁６１はエンジン負荷が低いほど閉じられる。なお、排気シャッタ弁６１の開度はエンジン回転数に対しては一定の値に維持されるようになっており、エンジン負荷が同じ場合はエンジン回転数が異なっても排気シャッタ弁６１の開度は同じ開度とされる。
【０１１２】
また、ＥＣＵ１００は、燃焼室壁温が第２判定温度未満のときは、排気シャッタ弁６１の制御パターンを第３パターンに設定する。第３パターンは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａ（第３領域Ａ３）において、排気シャッタ弁６１の開度を、全開よりも閉じ側で、且つ、第２パターンの開度よりも閉じ側の開度とするパターンである。具体的には、第３パターンの排気シャッタ弁６１の開度は、同じ運転ポイント（エンジン回転数およびエンジン負荷が同じとき）での第２パターンの排気シャッタ弁６１の開度よりも小さい（閉じ側の）開度に設定されている。これより、燃焼室壁温が第２判定温度のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａ（第３領域Ａ３）の全域において排気シャッタ弁６１は全開よりも閉じ側にされるとともに、燃焼室壁温が第２判定温度以上のときよりも閉じ側とされる。
【０１１３】
本実施形態では、第３パターンも第２パターンと同様に、エンジン負荷が低いほど排気シャッタ弁６１の開度が閉じ側の開度となるように設定されており、燃焼室壁温が第２判定温度未満のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａ（第３領域Ａ３）において、排気シャッタ弁６１はエンジン負荷が低いほど閉じられる。なお、第３パターンにおいても、排気シャッタ弁６１の開度はエンジン回転数に対しては一定の値に維持されるようになっており、エンジン負荷が同じ場合はエンジン回転数が異なっても排気シャッタ弁６１の開度は同じ開度とされる。
【０１１４】
ここで、本実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａでエンジンが運転されていないとき、つまり、リーンＳＰＣＣＩ燃焼が実施されないときにのみ、排気シャッタ弁６１の制御パターンの切替えが行われるようになっており、リーンＳＰＣＣＩ燃焼の実施中に燃焼室壁温が第１判定温度あるいは第２判定温度をまたいで変化しても、排気シャッタ弁６１の制御パターンの切替えは実施されない。
【０１１５】
（４−３）制御の流れ
前記の燃焼壁温に応じたリーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲の変更手順および排気シャッタ弁６１の制御パターンの変更手順をまとめると図１１、図１２のフローチャートのようになる。
【０１１６】
まず、ステップＳ１にて、ＥＣＵ１００は、各センサＳＮ１〜ＳＮ８で検出された値を取得する。次に、ステップＳ２にて、ＥＣＵ１００は、エンジン水温に基づいて燃焼室壁温を推定する。
【０１１７】
次に、ステップＳ３にて、ＥＣＵ１００は、リーンＳＰＣＣＩ燃焼ではない燃焼が実施されているか否かを判定する。つまり、ストイキＳＰＣＣＩ燃焼あるいはＳＩ燃焼の実施中であるか否かを判定する。
【０１１８】
ステップＳ３の判定がＮＯであってリーンＳＰＣＣＩ燃焼が実施されている場合（リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施されている場合）は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４にて、ＥＣＵ１００は、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａを現在設定されている領域に維持する。また、ステップＳ５にて、排気シャッタ弁６１の制御パターンを現在設定されているパターンに維持する。
【０１１９】
一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであってストイキＳＰＣＣＩ燃焼あるいはＳＩ燃焼が実施されている場合は、ステップＳ６に進む。
【０１２０】
ステップＳ６にて、ＥＣＵ１００は、燃焼室壁温が第１判定温度以上であるか否かを判定する。ステップＳ６の判定がＹＥＳであって燃焼室壁温が第１判定温度以上の場合は、ステップＳ７に進み、ＥＣＵ１００は、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａを第１領域Ａ１に設定する。また、その後ステップＳ８に進み、ＥＣＵ１００は、排気シャッタ弁６１の制御パターンを第１パターンに設定する。
【０１２１】
一方、ステップＳ６の判定がＮＯであって燃焼室壁温が第１判定温度未満の場合は、ステップＳ９に進む。ステップＳ９にて、ＥＣＵ１００は、燃焼室壁温が第２判定温度以上であるか否かを判定する。ステップＳ９の判定がＹＥＳであって燃焼室壁温が第２判定温度以上（且つ第１判定温度未満）の場合は、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０にて、ＥＣＵ１００は、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａを第２領域Ａ２に設定する。また、その後ステップＳ１１に進み、ＥＣＵ１００は、排気シャッタ弁６１の制御パターンを第２パターンに設定する。
【０１２２】
また、ステップＳ９の判定がＮＯであって燃焼室壁温が第２判定温度未満の場合は、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２にて、ＥＣＵ１００は、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａを第３領域Ａ３に設定する。また、その後ステップＳ１３に進み、ＥＣＵ１００は、排気シャッタ弁６１の制御パターンを第３パターンに設定する。
【０１２３】
ステップＳ５、Ｓ８、Ｓ１１、Ｓ１３の後は、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４にて、ＥＣＵ１００は、現在の運転ポイントが、ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ１０、Ｓ１２のいずれかで設定されたリーンＳＰＣＣＩ領域Ａに含まれるか否かを判定する。なお、このとき、ステップＳ３の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ１０、Ｓ１２のいずれかで設定されたリーンＳＰＣＣＩ領域Ａのうち開始側の領域（開始側第１領域Ａ１＿Ｉ、開始側第２領域Ａ２＿Ｉ、開始側第３領域Ａ３＿Ｉ）に運転ポイントが含まれるか否かを判定する。一方、ステップＳ３の判定がＮＯの場合は、ステップＳ４で設定されたリーンＳＰＣＣＩ領域Ａのうち終了側の領域（終了側第１領域Ａ１＿Ｏ、終了側第２領域Ａ２＿Ｏ、終了側第３領域Ａ３＿Ｏ）に運転ポイントが含まれるか否かを判定する。
【０１２４】
ステップＳ１４の判定がＹＥＳであって、現在の運転ポイントがリーンＳＰＣＣＩ領域Ａに含まれる場合は、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６にて、ＥＣＵ１００は、燃焼モードをリーンＳＰＣＣＩ燃焼モードとして、リーンＳＰＣＣＩ燃焼を実施する。また、ＥＣＵ１００は、排気シャッタ弁６１をステップＳ５、Ｓ８、Ｓ１１、Ｓ１３のいずれかで設定した制御パターンで制御する。
【０１２５】
一方、ステップＳ１４の判定がＮＯであって、現在の運転ポイントがリーンＳＰＣＣＩ領域Ａに含まれない場合は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５にて、ＥＣＵ１００は、現在の運転ポイントがストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂ（ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ１０、Ｓ１２で設定されたリーンＳＰＣＣＩ領域ＡであってステップＳ１４の判定に用いた領域に対応するストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂ）に含まれるか否かを判定する。この判定がＹＥＳであって現在の運転ポイントがストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂに含まれる場合は、ステップＳ１７に進み、ＥＣＵ１００は、燃焼モードをストイキＳＰＣＣＩ燃焼モードに決定してストイキＳＰＣＣＩ燃焼を実施する。また、ＥＣＵ１００は、排気シャッタ弁６１を全開にする。一方、ステップＳ１５の判定がＮＯであって現在の運転ポイントがストイキＳＰＣＣＩ領域Ｂに含まれない場合は、ステップＳ１８に進み、ＥＣＵ１００は、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定してＳＩ燃焼を実施する。また、ＥＣＵ１００は、排気シャッタ弁６１を全開にする。
【０１２６】
ここで、前記のステップＳ２は、燃焼室６の壁温つまり気筒２の壁温を推定するステップであり、請求項の「壁温取得工程」に相当する。また、ステップＳ２で推定された前記燃焼室壁温が、請求項の「取得気筒壁温」に相当する。前記のステップＳ６〜Ｓ１５は、いずれの燃焼モードを実施するかを決定するステップであり、これらのステップが請求項の「モード決定工程」に相当する。また、ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８は、決定された燃焼モードで混合気を燃焼させるステップ、つまり、決定された燃焼モードで混合気が燃焼するようにインジェクタ１５や排気シャッタ弁６１等のエンジンの各部を（３）で説明したように制御するステップであり、これらのステップが請求項の「燃焼制御工程」に相当する。
【０１２７】
（５）作用等
以上のように、本実施形態では、燃焼室壁温が第２基準温度未満の低い温度のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａが第３領域Ａ３に設定されて、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲を規定するエンジン負荷の上限値が比較的低い値（第３開始側上限負荷Ｔｍｘ３＿Ｉまたは第３終了側上限負荷Ｔｍｘ３＿Ｏ）に設定される。そのため、要求されたエンジントルクを実現できない、あるいは、燃焼安定性が大幅に悪化するという事態を招くのを回避できる。
【０１２８】
具体的には、燃焼室壁温が低いときはリーンＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼安定性は低下する。これに対して、本実施形態では、燃焼室壁温が第２基準温度未満のときには、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａにおける排気シャッタ弁６１の制御パターンが第３パターンとされて、第１パターンおよび第２パターンに比べて、つまり、燃焼室壁温が第２基準温度以上の場合に比べて、排気シャッタ弁６１の開度が閉じ側にされる。そのため、混合気の温度を高めて燃焼安定性を高めることができる。
【０１２９】
ただし、燃焼室６に多量の内部ＥＧＲガスを残留させると、その分、燃焼室６に導入可能な空気量が低減する。そのため、エンジン負荷が高い、つまり、要求されるエンジントルクが高く、これに合わせて多量の空気を燃焼室６に導入せねばならないときには、空気量を十分に確保することができずエンジントルクが不足してしまう。あるいは、空気量を確保した場合には、内部ＥＧＲガスの量が確保されないことで燃焼安定性が悪化してしまう。
【０１３０】
これに対して、本実施形態では、前記のように、燃焼室壁温が第２基準温度未満のときには、エンジン負荷が比較的低いときにのみリーンＳＰＣＣＩ燃焼が実施されて、比較的低いエンジン負荷でリーンＳＰＣＣＩ燃焼から燃焼安定性の高いストイキＳＰＣＣＩ燃焼に切り替えられる。つまり、適切なリーンＳＰＣＣＩ燃焼を実現するための空気量と内部ＥＧＲガス量との双方を十分に確保できないときには、ストイキＳＰＣＣＩ燃焼に切り替えられる。そのため、エンジントルクの不足や燃焼安定性の悪化といった事態が生じるのを回避できる。
【０１３１】
一方、燃焼室壁温が第２基準温度以上であって、リーンＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼安定性が高く燃焼安定性を確保するのに必要な内部ＥＧＲガス量を少なくてできるときには、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａにおける排気シャッタ弁６１の制御パターンが第２パターンとされて排気シャッタ弁６１の開度が開き側にされ、内部ＥＧＲガス量が少なく抑えられる。そのためより多くの量の空気を燃焼室６に導入することが可能になり、高いエンジントルクを実現できる。これに対応して、本実施形態では、燃焼室壁温が第２基準温度以上のときは、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａが第２領域Ａ２に設定されて、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲を規定するエンジン負荷の上限値がより高い値（第２開始側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｉまたは第２終了側上限負荷Ｔｍｘ２＿Ｏ）に設定される。従って、燃焼室壁温が第２基準温度以上のときには、燃焼安定性を確保しつつより広い範囲でリーンＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができ、燃費性能を高めることができる。
【０１３２】
さらに、燃焼室壁温が第１基準温度以上であって、リーンＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼安定性がより一層高いときには、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａにおける排気シャッタ弁６１の制御パターンが第１パターンとされて排気シャッタ弁６１の開度が全開にされるとともに、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲を規定するエンジン負荷の上限値がさらに高い値（第１開始側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｉまたは第１終了側上限負荷Ｔｍｘ１＿Ｏ）に設定される。そのため、燃焼室壁温が第１基準温度以上のときには、燃焼安定性を確保しつつさらに広い範囲でリーンＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができ、燃費性能をより一層高めることができる。
【０１３３】
ここで、前記のように、エンジン負荷が高いときには内部ＥＧＲガスの量が多くなることで空気量が不足するおそれがあるが、エンジン負荷が低いときは、必要な空気量が少ないため、前記の事態は生じにくい。これに対して、本実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの下限のエンジン負荷が燃焼室壁温に関わらず一定に維持される。従って、この下限のエンジン負荷を変更する制御を行う必要がないので、制御構成を簡素化することができる。
【０１３４】
また、本実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードを開始する領域として、開始側領域Ａ＿Ｉが設定され、リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが継続される領域として、終了側領域Ａ＿Ｏが設定されるとともに、終了側領域Ａ＿Ｏの範囲を規定するエンジン負荷の上限値（終了側領域Ａ＿Ｏに含まれるエンジン負荷の最大値）が開始側領域Ａ＿Ｉの範囲を規定するエンジン負荷の上限値（開始側領域Ａ＿Ｉに含まれるエンジン負荷の最大値）よりも高い値に設定されている。そのため、燃焼モードがリーンＳＰＣＣＩ燃焼モードと他のモードとに頻繁に切り替わるのを防止でき、この切り替わりに伴って燃焼安定性が悪化するのを防止できる。また、開始側領域Ａ＿Ｉのエンジン負荷の上限値（最大値）と、終了側領域Ａ＿Ｏのエンジン負荷の上限値（最大値）との双方が、燃焼室壁温に応じて変更されることで、リーンＳＰＣＣＩ燃焼モードが実施される領域を燃焼室壁温に応じて適切に変更できる。
【０１３５】
（６）変形例
前記実施形態では、燃焼モードとして、リーンＳＰＣＣＩ燃焼とストイキＳＰＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを切り替える場合について説明したが、ストイキＳＰＣＣＩ燃焼あるいはＳＩ燃焼は省略してもよい。つまり、燃焼モードがリーンＳＰＣＣＩ燃焼とストイキＳＰＣＣＩ燃焼とのみに切り替えられる、あるいは、リーンＳＰＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼モードとに切り替えられるように構成してもよい。
【０１３６】
また、前記実施形態のリーンＳＰＣＣＩ領域に対応する第１運転領域Ａは、混合気がその空燃比が理論空燃比よりも高い状態で燃焼する領域であればよい。また、ストイキＳＰＣＣＩ領域に対応する第２運転領域Ｂは、混合気がその空燃比が理論空燃比以下の状態で燃焼する領域であればよい。これら運転領域Ａ、Ｂの燃焼形態はＳＰＣＣＩ燃焼に限らない。例えば、第１運転領域Ａにおいて、全ての混合気がＣＩ燃焼させられる、あるいは、ＳＩ燃焼させられてもよい。リーンＳＰＣＣＩ燃焼に限らず、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンの場合は、燃焼室壁温が低いことに伴って燃焼安定性が悪化し、燃焼安定性を高めるのに高温の既燃ガスを燃焼室６に導入する必要がある。従って、第１運転領域Ａと第２運転領域Ｂとが前記のように構成されれば、前記実施形態に係る効果と同様の効果を得ることができる。
【０１３７】
前記実施形態では、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａが、範囲が互いに異なる開始側領域Ａ＿Ｉと終了側領域Ａ＿Ｏとを含む場合について説明したが、開始側領域Ａ＿Ｉと終了側領域Ａ＿Ｏとは同じ範囲に設定されてもよい。
【０１３８】
前記実施形態では、燃焼室壁温が第１判定温度以上の場合と、第１判定温度未満且つ第２判定温度以上の場合と、第２判定温度未満の場合とで、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲および排気シャッタ弁６１の制御パターンを変更した場合について説明した。つまり、燃焼室壁温に応じて、これら範囲および制御パターンが３段階に変更される場合について説明したが、これら範囲および制御パターンは燃焼室壁温に応じて連続的に変更されてもよい。ただし、前記変更を段階的に行うように構成すれば、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲を変更するための制御構成および排気シャッタ弁６１の制御パターンを変更するための制御構成を簡素化することができる。なお、段階的に変更する場合においても、３段階には限らず２段階等であってもよい。
【０１３９】
前記実施形態では、ＥＣＵ１００を壁温取得手段として機能させて、ＥＣＵ１００によってエンジン水温を用いて燃焼室壁温を推定した場合について説明した。そして、この推定した燃焼室壁温に基づいてリーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲および排気シャッタ弁６１の制御パターンを変更する場合について説明した。これに対して、エンジン水温そのものに基づいてリーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲および排気シャッタ弁６１の制御パターンを変更してもよい。また、燃焼室６の壁温を直接検出するセンサを設けて、このセンサによって前記の範囲および制御パターンの変更に用いる燃焼室６の壁温を取得するようにしてもよい。この場合には、このセンサの検出値に基づいて、リーンＳＰＣＣＩ領域Ａの範囲および排気シャッタ弁６１の制御パターンを変更すればよい。
【０１４０】
前記実施形態では、吸気弁１１と排気弁１２とのバルブオーバーラップの実施とバルブオーバーラップ期間の変更および排気シャッタ弁６１の開度変更によって燃焼室６に高温の既燃ガスを導入するとともにその導入量を調整する場合について説明したが、燃焼室６に高温の既燃ガスするためおよびその導入量を調整するための構成はこれに限らない。例えば、排気通路４０内の排気がＥＧＲクーラ５２を通らずに高温のまま吸気通路３０に還流されるように構成し、この還流した排気を燃焼室６に導入させ、その導入量を調整するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１４１】
１  エンジン本体
２  気筒
６  燃焼室
１３ａ  吸気ＶＶＴ（ＥＧＲ実行手段）
１４ａ  排気ＶＶＴ（ＥＧＲ実行手段）
１５  インジェクタ（空燃比変更手段）
３２  スロットル弁（空燃比変更手段）
６１  排気シャッタ弁（ＥＧＲ実行手段）
１００  ＥＣＵ（制御手段、壁温取得手段）
Ａ  希薄燃焼領域
【図１】
2020176593.tif 000003
【図２】
2020176593.tif 000004
【図３】
2020176593.tif 000005
【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】
2020176593.tif 000010
【図９】
2020176593.tif 000011
【図１０】
2020176593.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020176593.tif 000014