(57)【要約】【課題】ＥＧＲ弁の差圧センサを含むエンジンの制御方法等において、差圧センサの異常判定を精度良く行うと共に、差圧センサの異常時における燃費悪化を適切に抑制する。【解決手段】エンジンの制御方法は、ＥＧＲガスを含む燃焼室１７内の全ガス量と燃料量との割合であるガス空燃比Ｇ／Ｆが理論空燃比よりも大きい状態において、混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第１燃焼モードを行うステップと、混合気を火花点火によって火花点火燃焼させる第２燃焼モードを行うステップと、差圧センサＳＷ１５の異常判定時に、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧が所定圧力以上に維持されるように、スロットル弁４３を閉側に制御するステップと、差圧センサＳＷ１５の異常であると判定されたときに、ＥＧＲガスの還流を停止すると共に、第１燃焼モードを第２燃焼モードへと切り替える制御を行うステップと、を有する。【選択図】図８
2020176565.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、
前記エンジンのＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサの出力値に基づき、前記ＥＧＲ弁の開度を制御するステップと、
前記ＥＧＲ弁の開度の制御により、前記ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスを含む燃焼室内の全ガス量と燃料量との割合であるガス空燃比Ｇ／Ｆが理論空燃比よりも大きい状態において、前記エンジンの燃焼室内の混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第１燃焼モードを実行するステップと、
前記第１燃焼モードを実行する代わりに、前記エンジンの燃焼室内の混合気を火花点火によって火花点火燃焼させる第２燃焼モードを実行するステップと、
前記差圧センサの出力値に基づき、当該差圧センサの異常を判定するステップと、
前記差圧センサの異常を判定するときに、前記ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が所定圧力以上に維持されるように、前記エンジンのスロットル弁を閉側に制御するステップと、
前記差圧センサが異常であると判定されたときに、前記ＥＧＲ弁を閉じる制御を行って、前記ＥＧＲ通路から前記エンジンの吸気通路へのＥＧＲガスの還流を停止すると共に、前記第１燃焼モードが実行されている場合には、この第１燃焼モードを前記第２燃焼モードへと切り替える制御を行うステップと、
を有する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項２】
前記第１燃焼モードから前記第２燃焼モードへ切り替えるときに、前記エンジンの有効圧縮比を低下させるべく、前記エンジンの吸気弁の閉弁時期を遅らせるように、前記吸気弁の開閉時期を調整可能な吸気動弁機構を制御するステップを更に有する、請求項１に記載のエンジンの制御方法。
【請求項３】
前記吸気弁の閉弁時期を遅らせるように前記吸気動弁機構を制御するときに、前記エンジンの点火時期を遅角させる制御を行うステップを更に有する、請求項２に記載のエンジンの制御方法。
【請求項４】
前記エンジンは、前記ガス空燃比Ｇ／Ｆが理論空燃比よりも大きく且つ燃焼室内の空気量と燃料量との割合である空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比に略一致する状態において前記第１燃焼モードを行い、前記空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりも大きい状態において前記圧縮着火燃焼を行う第３燃焼モードを更に有し、
前記差圧センサが異常であると判定されたときに、前記第１燃焼モードの実行を禁止する一方で、前記第３燃焼モードの実行を許可するステップを更に有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジンの制御方法。
【請求項５】
前記エンジンは、負荷が所定負荷未満で且つ回転数が所定回転数未満である低負荷低回転領域においては、前記第３燃焼モードを行い、前記低負荷低回転領域以外の領域においては、前記第２燃焼モードを行う、請求項４に記載のエンジンの制御方法。
【請求項６】
前記エンジンには、当該エンジンに供給する吸気を過給する過給機と、この過給機をバイパスして吸気を流すバイパス通路と、このバイパス通路上に設けられたバイパス弁と、が設けられており、
前記過給機による目標過給圧を設定し、この目標過給圧が実現されるように前記バイパス弁の開度を制御するステップを更に有し、
このバイパス弁を制御するステップでは、前記差圧センサの異常を判定するために前記ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が前記所定圧力以上に維持されるように前記スロットル弁が制御されたときに、このスロットル弁の制御による過給圧の変動を補償するように、前記目標過給圧に基づき前記バイパス弁の開度をフィードバック制御する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジンの制御方法。
【請求項７】
前記過給機は、前記エンジンによって駆動される機械式の過給機である、請求項６に記載のエンジンの制御方法。
【請求項８】
前記差圧センサの異常を判定するステップでは、前記差圧センサの出力値に対応する差圧と、前記ＥＧＲ弁の下流側に設けられた圧力センサの出力値に対応する圧力と大気圧センサの出力値に対応する圧力との差圧と、の差が所定の判定閾値以上である場合に、前記差圧センサが異常であると判定する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンジンの制御方法。
【請求項９】
前記エンジンの回転数が高くなるほど、前記判定閾値を高い値に設定するステップを更に有する、請求項８に記載のエンジンの制御方法。
【請求項１０】
前記エンジンの回転数が所定回転数以上のときに、前記差圧センサの異常判定の実行を禁止する一方で、前記エンジンの回転数が前記所定回転数未満のときに、前記差圧センサの異常判定の実行を許可するステップを更に有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のエンジンの制御方法。
【請求項１１】
エンジンの制御システムであって、
エンジンと、
前記エンジンの排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路、このＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲ弁、及び、このＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサと、
回路により構成されており、少なくとも前記エンジンを制御するように構成された制御器と、を有し、
前記制御器は、
前記差圧センサの出力値に基づき、前記ＥＧＲ弁の開度を制御し、
前記ＥＧＲ弁の開度の制御により、前記ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスを含む燃焼室内の全ガス量と燃料量との割合であるガス空燃比Ｇ／Ｆが理論空燃比よりも大きい状態において、前記エンジンの燃焼室内の混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第１燃焼モードを実行し、
前記第１燃焼モードを実行する代わりに、前記エンジンの燃焼室内の混合気を火花点火によって火花点火燃焼させる第２燃焼モードを実行し、
前記差圧センサの出力値に基づき、当該差圧センサの異常を判定し、
前記差圧センサの異常を判定するときに、前記ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が所定圧力以上に維持されるように、前記エンジンのスロットル弁を閉側に制御し、
前記差圧センサが異常であると判定されたときに、前記ＥＧＲ弁を閉じる制御を行って、前記ＥＧＲ通路から前記エンジンの吸気通路へのＥＧＲガスの還流を停止すると共に、前記第１燃焼モードが実行されている場合には、この第１燃焼モードを前記第２燃焼モードへと切り替える制御を行う、
ように構成されている、ことを特徴とするエンジンの制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサを含むエンジンの制御方法及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンのＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサを用いた異常判定が行われている。例えば、特許文献１には、排気通路と吸気通路とを繋ぐＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁と、ＥＧＲ弁の排気通路側のＥＧＲガスと吸気通路側のＥＧＲガスとの差圧を検出する差圧センサと、を備えたＥＧＲシステムの故障診断装置において、ＥＧＲ弁の閉弁時における排気通路側のＥＧＲガスの排気圧力と、差圧センサによって検出された差圧とに基づいてＥＧＲシステムの故障を診断する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４４９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、ＥＧＲガスをエンジンに導入した状態において、燃焼室内の混合気を自着火させる圧縮着火燃焼に関する技術が提案されている。この場合、圧縮着火燃焼を適切に生じさせるための環境（エンジンの燃焼室の温度など）を形成するために、圧縮着火燃焼時にＥＧＲガスを導入している。典型的には、ＥＧＲガスを含む燃焼室内の全ガス量と燃料量との割合であるガス空燃比Ｇ／Ｆが理論空燃比よりも大きい状態において、圧縮着火燃焼（例えば一部の混合気を火花点火によって火花点火燃焼させた後に残りの混合気を自着火により圧縮着火燃焼させるような部分圧縮着火燃焼）が行われている。このような圧縮着火燃焼を行うことで、燃費向上や出力向上を図ることができる。
【０００５】
他方で、圧縮着火燃焼を適切なタイミングで行わせるには、ＥＧＲ弁の制御性を確保することが重要である。一般的に、ＥＧＲ弁の制御は、差圧センサによって検出された差圧に基づき行われる。そのため、ＥＧＲ制御性を確保するには、差圧センサの異常判定を精度良く行うことが望ましい。ここで、排気系においては排気脈動が発生するが、この排気脈動は、差圧センサの異常判定の精度を低下させる要因となる。これは、排気脈動によって、差圧センサにより検出される圧力が比較的大きく変動するからである、換言すると排気脈動分のノイズが差圧センサの検出値に現れるからである。
【０００６】
本発明者は、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が大きいと排気脈動の影響が小さくなることを見出し、この差圧が大きい状態において差圧センサの異常判定を行うのが良いと考えた。しかしながら、そのような差圧が大きい状態でのみ異常判定を行うとすると、異常判定の実行頻度が低下してしまう。よって、本発明者は、差圧センサの異常判定を行うときに、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を大きくするように、吸気通路上のスロットル弁を閉じ側に制御することを考えた。そのようにスロットル弁を閉じ側に制御すると、燃費が悪化する傾向にあるが（例えば、過給機が設けられたエンジンでは、スロットル弁の閉じ分に応じた過給圧の増加により燃費が悪化することがある）、この燃費の悪化は、上述した圧縮着火燃焼の実施に起因する燃費改善効果により十分補うことができると考えられる。これは、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が大きいと、ＥＧＲ弁の制御性が確保されるので、圧縮着火燃焼を安定化できるからである。
【０００７】
しかしながら、差圧センサが異常である場合には、この差圧センサの出力値を用いたＥＧＲ弁の制御性が悪化する。このときに、ＥＧＲ弁の制御性を改善すべく、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を更に大きくすることが考えられるが、そうすると燃費が大きく悪化する傾向にある。この燃費の悪化は、上述したような圧縮着火燃焼の安定化によって十分に補うことはできないと考えられる。
【０００８】
したがって、本発明は、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサを含むエンジンの制御方法及び制御システムにおいて、差圧センサの異常判定を精度良く行うと共に、差圧センサの異常時における燃費悪化を適切に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの制御方法であって、エンジンのＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサの出力値に基づき、ＥＧＲ弁の開度を制御するステップと、ＥＧＲ弁の開度の制御により、ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスを含む燃焼室内の全ガス量と燃料量との割合であるガス空燃比Ｇ／Ｆが理論空燃比よりも大きい状態において、エンジンの燃焼室内の混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第１燃焼モードを実行するステップと、第１燃焼モードを実行する代わりに、エンジンの燃焼室内の混合気を火花点火によって火花点火燃焼させる第２燃焼モードを実行するステップと、差圧センサの出力値に基づき、当該差圧センサの異常を判定するステップと、差圧センサの異常を判定するときに、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が所定圧力以上に維持されるように、エンジンのスロットル弁を閉側に制御するステップと、差圧センサが異常であると判定されたときに、ＥＧＲ弁を閉じる制御を行って、ＥＧＲ通路からエンジンの吸気通路へのＥＧＲガスの還流を停止すると共に、第１燃焼モードが実行されている場合には、この第１燃焼モードを第２燃焼モードへと切り替える制御を行うステップと、を有する、ことを特徴とする。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、差圧センサの異常判定を行うときに、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が所定圧力以上に維持されるようにスロットル弁を閉側に制御するので、異常判定の実行頻度を確保しつつ、異常判定を精度良く行うことができる。また、このように差圧を所定圧力以上に維持することで、排気脈動によるＥＧＲ制御性の悪化を抑制でき、燃費を確保することができる。
また、本発明によれば、差圧センサが異常であるときに、ＥＧＲガスの還流を停止すると共に、ガス空燃比Ｇ／Ｆがリーンの状態（比較的多量のＥＧＲガスが導入される状態）で混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第１燃焼モードを、混合気を火花点火によって火花点火燃焼させる第２燃焼モードへと切り替える。これにより、差圧センサが異常であるときに、ＥＧＲガスを利用する第１燃焼モードの実施を維持するために、ＥＧＲ制御性を改善するようにＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を更に大きくすることにより、燃費が悪化してしまうことを適切に抑制できる。すなわち、本発明によれば、差圧センサが異常であるときに、第１燃焼モードを維持するよう制御することに起因する燃費の悪化を確実に抑制することができ、また、この第１燃焼モードを第２燃焼モードへと切り替えることで、エンジンの燃焼安定性を確保することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、第１燃焼モードから第２燃焼モードへ切り替えるときに、エンジンの有効圧縮比を低下させるべく、エンジンの吸気弁の閉弁時期を遅らせるように、吸気弁の開閉時期を調整可能な吸気動弁機構を制御するステップを更に有する。
このように構成された本発明によれば、第１燃焼モードから第２燃焼モードへの切り替え時に、エンジンの有効圧縮比を低下させて、ノッキングを適切に抑制することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、吸気弁の閉弁時期を遅らせるように吸気動弁機構を制御するときに、エンジンの点火時期を遅角させる制御を行うステップを更に有する。
このように構成された本発明では、第１燃焼モードから第２燃焼モードへの切り替え時に、ノッキングをより効果的に抑制することができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、エンジンは、ガス空燃比Ｇ／Ｆが理論空燃比よりも大きく且つ燃焼室内の空気量と燃料量との割合である空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比に略一致する状態において第１燃焼モードを行い、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりも大きい状態において圧縮着火燃焼を行う第３燃焼モードを更に有し、差圧センサが異常であると判定されたときに、第１燃焼モードの実行を禁止する一方で、第３燃焼モードの実行を許可するステップを更に有する。
このように構成された本発明では、差圧センサが異常であると判定されたときに、第１燃焼モードを禁止する一方で、空燃比Ａ／Ｆがリーンの状態において混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第３燃焼モードを許可する。これにより、差圧センサの異常によりＥＧＲ制御性が確保されない状態において、ＥＧＲガスを利用する第１燃焼モードを確実に禁止することができ、また、こうして第１燃焼モードを禁止する一方で第３燃焼モードについては許可するので、圧縮着火燃焼による燃費の改善及びＮＯｘの低減を適切に確保することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、エンジンは、負荷が所定負荷未満で且つ回転数が所定回転数未満である低負荷低回転領域においては、第３燃焼モードを行い、低負荷低回転領域以外の領域においては、第２燃焼モードを行う。
このように構成された本発明では、低負荷低回転領域では圧縮着火燃焼による第３燃焼モードを行い、この低負荷低回転領域以外の領域では火花点火燃焼による第２燃焼モードを行うので、エンジンの全運転領域において適切な燃焼を実現することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、エンジンには、当該エンジンに供給する吸気を過給する過給機と、この過給機をバイパスして吸気を流すバイパス通路と、このバイパス通路上に設けられたバイパス弁と、が設けられており、過給機による目標過給圧を設定し、この目標過給圧が実現されるようにバイパス弁の開度を制御するステップを更に有し、このバイパス弁を制御するステップでは、差圧センサの異常を判定するためにＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が所定圧力以上に維持されるようにスロットル弁が制御されたときに、このスロットル弁の制御による過給圧の変動を補償するように、目標過給圧に基づきバイパス弁の開度をフィードバック制御する。
このように構成された本発明では、過給機の上流側の圧力（詳しくはスロットル弁の下流側且つ過給機の上流側の圧力、換言するとＥＧＲ弁の差圧を規定するＥＧＲ弁の下流側の圧力）と、過給機の上流側の圧力（過給圧）の両方を、所望の圧力に適切に設定することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、過給機は、エンジンによって駆動される機械式の過給機である。
このような過給機では、当該過給機に対する直接的な制御によって過給圧を調整できないが、上述したようにバイパス弁を制御することで、目標過給圧を適切に実現することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、差圧センサの異常を判定するステップでは、差圧センサの出力値に対応する差圧と、ＥＧＲ弁の下流側に設けられた圧力センサの出力値に対応する圧力と大気圧センサの出力値に対応する圧力との差圧と、の差が所定の判定閾値以上である場合に、差圧センサが異常であると判定する。
このように構成された本発明によれば、差圧センサの異常を正確に判定することができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、エンジンの回転数が高くなるほど、判定閾値を高い値に設定するステップを更に有する。
このように構成された本発明によれば、エンジン回転数が上昇したときの排気圧の影響を適切に排除して、異常判定の精度を効果的に確保することができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、エンジンの回転数が所定回転数以上のときに、差圧センサの異常判定の実行を禁止する一方で、エンジンの回転数が所定回転数未満のときに、差圧センサの異常判定の実行を許可するステップを更に有する。
このように構成された本発明によれば、エンジン回転数が所定回転数未満のときのみ、つまり低回転領域においてのみ、差圧センサの異常判定を実行することとし、排気流量が多く脈動の影響が大きい高回転領域においては異常判定の実行を禁止するので、異常判定の精度を適切に確保することができる。
【００２０】
他の観点では、上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの制御システムであって、エンジンと、エンジンの排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路、このＥＧＲ通路上に設けられたＥＧＲ弁、及び、このＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサと、回路により構成されており、少なくともエンジンを制御するように構成された制御器と、を有し、制御器は、差圧センサの出力値に基づき、ＥＧＲ弁の開度を制御し、ＥＧＲ弁の開度の制御により、ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスを含む燃焼室内の全ガス量と燃料量との割合であるガス空燃比Ｇ／Ｆが理論空燃比よりも大きい状態において、エンジンの燃焼室内の混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第１燃焼モードを実行し、第１燃焼モードを実行する代わりに、エンジンの燃焼室内の混合気を火花点火によって火花点火燃焼させる第２燃焼モードを実行し、差圧センサの出力値に基づき、当該差圧センサの異常を判定し、差圧センサの異常を判定するときに、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧が所定圧力以上に維持されるように、エンジンのスロットル弁を閉側に制御し、差圧センサが異常であると判定されたときに、ＥＧＲ弁を閉じる制御を行って、ＥＧＲ通路からエンジンの吸気通路へのＥＧＲガスの還流を停止すると共に、第１燃焼モードが実行されている場合には、この第１燃焼モードを第２燃焼モードへと切り替える制御を行う、ように構成されている。
このように構成された本発明によっても、差圧センサの異常判定を精度良く行うと共に、差圧センサの異常時における燃費悪化を適切に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＥＧＲ弁の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサを有するエンジンの制御方法及び制御システムにおいて、差圧センサの異常判定を精度良く行うと共に、差圧センサの異常時における燃費悪化を適切に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの燃焼室の断面図である。
【図３】本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態によるエンジンの運転領域についての説明図である。
【図５】ＥＧＲ弁の上流側と下流側との圧力比と流量関数値との関係についての説明図である。
【図６】差圧センサによる圧力検出誤差と流量推定誤差との関係についての説明図である。
【図７】本発明の実施形態によるスロットル弁及びエアバイパス弁の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態による差圧センサの異常判定処理を示すフローチャートである。
【図９】エンジン回転数に対して設定すべき判定閾値を規定したマップである。
【図１０】本発明の実施形態による差圧センサの異常判定を行った場合の結果を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施形態による差圧センサの異常判定時におけるエンジン制御を行った場合の結果を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御方法及び制御システムについて説明する。
【００２４】
＜装置構成＞
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの制御方法及び制御システムの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの構成を例示する図である。図２は、本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの燃焼室の構成を例示する断面図である。なお、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図３は、本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【００２５】
本実施形態において、エンジン１は、四輪の自動車に搭載された部分圧縮着火燃焼（SPark Controlled Compression Ignition:ＳＰＣＣＩ）を行うガソリンエンジンである。具体的には、エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１及び図２では、１つのシリンダ１１のみを示すが、本実施形態においてエンジン１は、多気筒エンジンである。
【００２６】
各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。なお、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。
【００２７】
図２に示すように、ピストン３の上面は平坦面である。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、浅皿形状を有している。キャビティ３１は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するときに、後述するインジェクタ６に向かい合う。
【００２８】
キャビティ３１は、凸部３１ａを有している。凸部３１ａは、シリンダ１１のほぼ中心に設けられている。凸部３１ａは、略円錐状であり、キャビティ３１の底部から、シリンダ１１の中心軸Ｘに沿って上向きに伸びている。凸部３１ａの上端は、キャビティ３１の上面とほぼ同じ高さである。キャビティ３１はまた、凸部３１ａの周囲に設けられた凹陥部３１ｂを有している。
【００２９】
シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２に示すように、傾斜面１３ａと、傾斜面１３ｂとによって構成されている。傾斜面１３ａは、吸気側から軸Ｘに向かって上り勾配となっている。傾斜面１３ｂは、排気側から軸Ｘに向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。
なお、燃焼室１７の形状は、図２に例示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ３１の形状、ピストン３の上面の形状、及び、燃焼室１７の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。
【００３０】
エンジン１の幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上や、後述するＣＩ（Compression Ignition）燃焼の安定化を目的として高く設定されている。具体的に、エンジン１の幾何学的圧縮比は、１７以上である。幾何学的圧縮比は、例えば１８としてもよい。幾何学的圧縮比は、１７以上２０以下の範囲で、適宜設定すればよい。
【００３１】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、２つの吸気ポート１８（図１）が形成されている。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は、可変動弁機構である吸気ＶＶＴ（Variable Valve Timing）２３（図３）によって、所定のタイミングで開閉する。吸気ＶＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期を、連続的に変化させることができる。なお、吸気ＶＶＴ２３は、電動式又は液圧式に駆動されるよう構成される。
【００３２】
シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、２つの排気ポート１９（図１）が形成されている。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は、可変動弁機構である排気電動ＶＶＴ２４（図３）によって、所定のタイミングで開閉する。排気ＶＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期を、連続的に変化させることができる。なお、排気ＶＶＴ２４は、電動式又は液圧式に駆動されるよう構成される。
【００３３】
詳細は後述するが、本実施形態において、エンジン１は、吸気ＶＶＴ２３及び排気ＶＶＴ２４によって、吸気弁２１の開弁と排気弁２２の開弁とに係るオーバーラップ期間の長さを調整することができる。これにより、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気したり、燃焼室１７の中に熱い既燃ガスを閉じ込めたり（つまり、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入）することができる。なお、このような内部ＥＧＲガスの導入をＶＶＴによって実現することに限定はされない。
【００３４】
図２に示すように、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ６は、吸気側の傾斜面１３ａと排気側の傾斜面１３ｂとが交差するペントルーフの谷部に配設されている。また、インジェクタ６は、その噴射軸心が、シリンダ１１の中心軸Ｘに沿うように配設されている。インジェクタ６の噴射軸心と、キャビティ３１の凸部３１ａの位置とはほぼ一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。なお、インジェクタ６の噴射軸心は、シリンダ１１の中心軸Ｘと一致していなくてもよい。その場合も、インジェクタ６の噴射軸心と、キャビティ３１の凸部３１ａの位置とは一致していることが望ましい。
【００３５】
インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、図２に矢印で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。
【００３６】
後述するように、インジェクタ６は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するタイミングで燃料を噴射する場合がある。その場合、インジェクタ６が燃料を噴射すると、燃料噴霧は、新気と混ざり合いながら、キャビティ３１の凸部３１ａに沿って下向きに流れると共に、凹陥部３１ｂの底面及び周側面に沿って、燃焼室１７の中央から、径方向の外方に放射状に広がって流れる。その後、混合気はキャビティ３１の開口に至り、吸気側の傾斜面１３ａ、及び、排気側の傾斜面１３ｂに沿って、径方向の外方から、燃焼室１７の中央に向かって流れる。
なお、インジェクタ６は、多噴口型のインジェクタに限らない。インジェクタ６は、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
【００３７】
図１に示すように、インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが設けられている。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送するように構成されている。燃料ポンプ６５は、本実施形態においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能に構成されている。燃料供給システム６１の最高燃料圧力は、例えば１２０ＭＰａ程度にしてもよい。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。なお、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。
【００３８】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。図２に示すように、点火プラグ２５は、本実施形態においては、シリンダ１１の中心軸Ｘを挟んだ吸気側に配設されている。また、点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。
【００３９】
図１に示すように、エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。吸気通路４０は、燃焼室１７に導入するガスが流れる通路である。吸気通路４０の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナー４１が配設されている。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に接続されている。
【００４０】
吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調整することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。
【００４１】
吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入するガスを過給するよう構成されている。本実施形態において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、例えばルーツ式としてもよい。機械式の過給機４４の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機４４は、リショルム式や遠心式であってもよい。
【００４２】
過給機４４とエンジン１の出力軸との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン１との間で、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１０（図３）が電磁クラッチ４５の接続状態と非接続状態を切り替えることによって、過給機４４はオンとオフとが切り替わる。つまり、このエンジン１は、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給することと、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給しないこととを切り替えることができるよう構成されている。
【００４３】
吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。インタークーラー４６は、例えば水冷式に構成すればよい。
【００４４】
吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするよう、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。バイパス通路４７には、バイパス制御弁であるエアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調整する。
【００４５】
過給機４４をオフにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を遮断したとき）には、エアバイパス弁４８を全開にする。これにより、吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に導入される。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
過給機４４をオンにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を接続したとき）には、過給機４４を通過したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機の上流に逆流する。エアバイパス弁４８の開度を調整することによって、逆流量を調整することができるから、燃焼室１７に導入するガスの過給圧を調整することができる。この構成例においては、過給機４４とバイパス通路４７とエアバイパス弁４８とによって、過給システム４９が構成されている。
【００４６】
エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ１１の排気ポート１９に接続されている。排気通路５０には、１つ以上の触媒コンバーター５１を有する排気ガス浄化システムが配設されている。触媒コンバーター５１は、三元触媒を含んで構成されている。なお、排気ガス浄化システムは、三元触媒のみを含むものに限らない。
【００４７】
吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、既燃ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における触媒コンバーター５１の下流に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流に接続されている。
【００４８】
ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、既燃ガスを冷却するよう構成されている。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。ＥＧＲ弁５４の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調整することができる。
【００４９】
本実施形態において、ＥＧＲシステム５５は、ＥＧＲ通路５２及びＥＧＲ弁５４を含んで構成されている外部ＥＧＲシステムと、前述した吸気ＶＶＴ２３及び排気ＶＶＴ２４を含んで構成されている内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。ＥＧＲ弁５４はまた、状態量設定デバイスの一つを構成している。
【００５０】
図３に示すように、エンジン１は、これを運転するためのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）としてのマイクロプロセッサ１０ａと、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０ｂと、電気信号の入出力をする入出力バス等を備えている。ＥＣＵ１０は、制御器の一例である。
【００５１】
ＥＣＵ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１７が接続されている。センサＳＷ１〜ＳＷ１７は、検知信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
【００５２】
すなわち、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサＳＷ１、及び、新気の温度を検知する第１吸気温度センサＳＷ２、吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力（以下では適宜「過給機上流圧」とも呼ぶ。）を検知する第１圧力センサＳＷ３、吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を検知する第２吸気温度センサＳＷ４、サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力（以下では適宜「過給圧」と呼ぶ。）を検知する第２圧力センサＳＷ５、各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力（筒内圧）を検知する指圧センサＳＷ６、排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサＳＷ７、燃焼室１７から排出された排気ガスに含まれる酸素濃度を検出するリニアＯ2センサＳＷ８（リニアＡ／Ｆセンサ：ＬＡＦＳ）、エンジン１の出力軸近傍に配置されかつ、出力軸の回転数を検出するエンジン回転数センサＳＷ９、エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を検知する水温センサＳＷ１０、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を検知するクランク角センサＳＷ１１、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサＳＷ１２、エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検知する吸気カム角センサＳＷ１３、エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検知する排気カム角センサＳＷ１４、ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧を検知するＥＧＲ差圧センサＳＷ１５、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を検知する燃圧センサＳＷ１６、並びに、大気圧を検知する大気圧センサＳＷ１７（典型的にはＥＣＵ１０内に設けられる）である。
【００５３】
ＥＣＵ１０は、これらの検知信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ＥＣＵ１０は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気ＶＶＴ２３、排気ＶＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、及び、エアバイパス弁４８に出力して、エンジン１を制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、第１圧力センサＳＷ３及び第２圧力センサＳＷ５の検知信号から得られる過給機４４の前後差圧に基づいてエアバイパス弁４８の開度を調整することにより、過給圧を調整する。また、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５（以下では単に「差圧センサＳＷ１５」とも呼ぶ。）の検知信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調整することにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量を調整する。
【００５４】
＜運転領域＞
次に、図４を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの運転領域について説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、エンジン１の暖機の進行度合いとエンジン１の回転速度／負荷とに応じた制御の相違を説明するための運転マップである。本実施形態では、エンジン１の暖機が完了した温間時（例えば「エンジン水温≧８０℃」又は「吸気温≧５０℃」のとき）と、エンジン１の暖機が途中まで進行した半暖機時（例えば「３０℃≦エンジン水温＜８０℃」且つ「２５℃≦吸気温＜５０℃」のとき）と、エンジン１が未暖機である冷間時（例えば「エンジン水温＜３０℃」且つ「吸気温＜２５℃」のとき）と、の３つの段階に対応して、それぞれ異なる運転マップが用意されている。
【００５５】
まず、図４（Ａ）を参照して、エンジン１の冷間時の燃焼制御について説明する。冷間時には、エンジン１の運転領域のほぼ全体に対応する領域Ｒ１において、比較的オーソドックスなＳＩ（Spark Ignition）燃焼が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ２５を用いた火花点火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。なお、ＳＩ燃焼は、エンジン１の「第２燃焼モード」に相当する。
【００５６】
このようなＳＩ燃焼の実現のために、エンジン１の主な構成部は、ＥＣＵ１０によって次のように制御される。インジェクタ６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噴射を噴射する。例えば、インジェクタ６は、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。また、点火プラグ２５は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ２５は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室１７内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。ＥＧＲ弁５４は、燃焼室１７内の空気量と燃料量との割合である空燃比Ａ／Ｆがほぼ理論空燃比（１４．７）となるように、その開度が制御される。
【００５７】
次に、図４（Ｂ）を参照して、エンジン１の半暖機時の燃焼制御について説明する。半暖機時には、領域Ｒ２において、冷間時の領域Ｒ１と同様に、ＳＩ燃焼が実行される。一方、領域Ｒ３では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼）が実行される。ＣＩ燃焼とは、ピストン３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、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１７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１７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。
【００５８】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼時の熱発生よりもＣＩ燃焼時の熱発生の方が急峻になるという性質がある。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼に対応する燃焼初期の立ち上がりの傾きが、その後のＣＩ燃焼に対応して生じる立ち上がりの傾きよりも小さくなる。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熱発生率部と、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熱発生部とが、この順に連続するように形成される。また、このような熱発生率の傾向に対応して、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時に生じる燃焼室１７内の圧力上昇率（ｄｐ／ｄθ）がＣＩ燃焼時のそれよりも小さくなる。
【００５９】
ＳＩ燃焼によって、燃焼室１７内の温度及び圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。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を有している。
【００６０】
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燃焼よりも混合気の燃焼速度が速いため、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３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。
【００６１】
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。
【００６２】
特に、図４（Ｂ）に示す領域Ｒ３では、燃焼室１７内の空燃比をほぼ理論空燃比（１４．７）に設定して、ＳＰＣＣＩ燃焼（以下では適宜「第１ＳＰＣＣＩ燃焼」と呼ぶ。この第１ＳＰＣＣＩ燃焼は、エンジン１の「第１燃焼モード」に相当する。）が行われる。言い換えると、領域Ｒ３では、空気過剰率λ（実空燃比を理論空燃比で割った値）が１もしくはその近傍となるストイキ環境下（λ≒１）でＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。
【００６３】
このような領域Ｒ３では、エンジン１の主な構成部は、ＥＣＵ１０によって次のように制御される。インジェクタ６は、少なくとも一部の燃料の噴射時期を吸気行程にまで早める。例えば、インジェクタ６は、１回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、２回目の燃料噴射を圧縮行程中に実行する。点火プラグ２５は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ２５は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。また、点火プラグ２５は、上記したＳＩ燃焼よりも進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室１７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。
【００６４】
吸気ＶＶＴ２３及び排気ＶＶＴ２４は、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを、内部ＥＧＲを行うためのタイミング、つまり、吸気弁２１及び排気弁２２の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室１７に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが実現され、燃焼室１７の温度（圧縮前の初期温度）が高められる。具体的には、領域Ｒ３では、吸気ＶＶＴ２３は、ＳＩ燃焼よりも早いタイミングで吸気弁２１を閉じ、排気ＶＶＴ２４は、ＳＩ燃焼よりも遅いタイミングで排気弁２２を閉じる。スロットル弁４３は、所定の中間開度まで閉じられ、燃焼室１７内の全体の空燃比Ａ／Ｆがほぼ理論空燃比に設定される。
【００６５】
ＥＧＲ弁５４は、燃焼室１７内の全体の空燃比が目標空燃比となるように、その開度が制御される。基本的には、ＥＧＲ弁５４は、燃焼室１７に導入される全ガス量から、目標空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）に相当する空気量と、内部ＥＧＲにより燃焼室１７に残留させられる既燃ガスの量とを除いた分のガスが、外部ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路５２から燃焼室１７に還流されるように、ＥＧＲ通路５２内の流量を調整する。ここで、領域Ｒ３では、上記のように空燃比（Ａ／Ｆ）がほぼ理論空燃比に設定される上に、燃焼室１７にＥＧＲガス（外部ＥＧＲガス及び内部ＥＧＲガス）が導入されるので、ＥＧＲガスを含む燃焼室１７内の全ガス量と燃料量との割合であるガス空燃比Ｇ／Ｆは、理論空燃比よりも大きいリーン（１４．７を超える値であり、例えば３５〜４５）となる。
【００６６】
次に、図４（Ｃ）を参照して、エンジン１の温間時の燃焼制御について説明する。温間時には、領域Ｒ４において、冷間時の領域Ｒ１及び半暖機時の領域Ｒ２と同様に、ＳＩ燃焼が実行され、領域Ｒ５において、半暖機時の領域Ｒ３と同様に、ＳＰＣＣＩ燃焼が実行される。但し、領域Ｒ５では、ガス空燃比Ｇ／Ｆは、領域Ｒ３のようなリーンに設定されない。一方、領域Ｒ６では、領域Ｒ３や領域Ｒ５と異なり、燃焼室１７内の空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比（１４．７）よりも大きい値に設定して、ＳＰＣＣＩ燃焼（以下では「第２ＳＰＣＣＩ燃焼」と呼ぶ。この第２ＳＰＣＣＩ燃焼は、エンジン１の「第３燃焼モード」に相当する。）が行われる。言い換えると、領域Ｒ６では、空気過剰率λが１より大きくなる空燃比リーンな環境下（λ＞１）でＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。１つの例では、空気過剰率λが２以上に設定される。
【００６７】
このような領域Ｒ６では、エンジン１の主な構成部は、ＥＣＵ１０によって次のように制御される。インジェクタ６は、１サイクル中に噴射すべき燃料の全量または大半を圧縮行程中に噴射する。例えば、インジェクタ６は、圧縮行程の中期から後期にかけた２回に分けて燃料を噴射する。点火プラグ２５は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ２５は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミング（ＳＩ燃焼よりも進角側のタイミング）で混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室１７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。
【００６８】
吸気ＶＶＴ２３及び排気ＶＶＴ２４は、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミングを内部ＥＧＲを行うためのタイミング、つまり、吸気弁２１及び排気弁２２の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室１７に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが実現され、燃焼室１７の温度（圧縮前の初期温度）が高められる。具体的には、領域Ｒ６では、吸気ＶＶＴ２３は、ＳＩ燃焼よりも早いタイミングで吸気弁２１を閉じ、排気ＶＶＴ２４は、ＳＩ燃焼よりも遅いタイミングで排気弁２２を閉じる。スロットル弁４３は、全開相当の開度まで開かれ、燃焼室１７内の全体の空燃比（Ａ／Ｆ）が３０〜４０に設定される。
【００６９】
＜差圧センサの異常判定＞
以下では、本発明の実施形態による差圧センサ（ＥＧＲ差圧センサ）ＳＷ１５の異常判定方法及びこの異常判定に関連するエンジン１の制御方法について説明する。
【００７０】
まず、図５及び図６を参照して、本発明の実施形態による差圧センサＳＷ１５の異常判定方法の基本概念について説明する。図５の横軸は、ＥＧＲ弁５４の上流側の圧力と下流側の圧力との比率（圧力比）を示している。この圧力比は、ＥＧＲ弁５４の下流側の圧力がＥＧＲ弁５４の上流側の圧力に対して低くなるほど（つまり負圧が大きくなるほど）、その値が小さくなる。また、図５の縦軸は、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との圧力比などに応じて規定され、ＥＧＲ弁５４を流れる流量（つまりＥＧＲ通路５２から吸気通路４０に還流されるＥＧＲガスの流量）を表す示す指標である流量関数の値を示している。ＥＧＲ弁５４を流れる流量は、この流量関数に比例したものとなる。また、図５において、実線は排気脈動がない場合のグラフを示し、破線は±２．５ｋＰａ程度の排気脈動がある場合のグラフを示し、一点鎖線は±５ｋＰａ程度の排気脈動がある場合のグラフを示している。
【００７１】
更に、図６は、横軸に、差圧センサＳＷ１５による圧力検出誤差［％］を示し、縦軸に、上記の流量関数を用いてＥＧＲ弁５４を流れる流量を推定したときの誤差［％］（流量推定誤差）を示している。図６において、実線は負圧が５ｋＰａである場合のグラフを示し、破線は負圧が２ｋＰａである場合のグラフを示している。なお、ここでいう負圧とは、基本的には、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧と同義である。すなわち、当該負圧は、ＥＧＲ通路５２の上流端の圧力（触媒コンバーター５１の下流側の排気通路５０の圧力であり、基本的には大気圧に概ね一致する）に対する、ＥＧＲ通路５２の下流端の圧力（スロットル弁４３の下流側で且つ過給機４４の上流側の吸気通路４０の圧力である）の差を意味するものとする。
【００７２】
図５に示すように、負圧が２ｋＰａの場合には（この場合、大気圧が１００ｋＰａとすると圧力比が０．９８となる）、ＥＧＲガスの流量に対して排気脈動が与える影響の大きさが４０％程度となるのに対して（矢印Ａ１参照）、負圧が５ｋＰａの場合には（この場合、大気圧が１００ｋＰａとすると圧力比が０．９５となる）、ＥＧＲガスの流量に対して排気脈動が与える影響の大きさが８％程度となる。つまり、負圧が５ｋＰａの場合には、負圧が２ｋＰａの場合と比べて、排気脈動の影響をほとんど受けなくなる。また、図６に示すように、差圧センサＳＷ１５による圧力検出誤差が１ｋＰａの場合を例に挙げると、負圧が２ｋＰａの場合には流量推定誤差が３０％程度となるのに対して、負圧が５ｋＰａの場合には流量推定誤差が１０％程度となる。つまり、負圧が５ｋＰａの場合には、負圧が２ｋＰａの場合と比べて、圧力検出誤差が流量推定に与える影響がかなり小さくなる。これは、負圧が大きいほど流量関数の絶対値が大きく、流量関数の傾きも緩やかになるため、圧力検出誤差の影響も小さくなるからである。
【００７３】
以上のことから、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧が比較的大きい場合、具体的には当該差圧が５ｋＰａ以上である場合には、排気脈動の影響が小さくなると言える。このように排気脈動の影響が小さくなると、差圧センサＳＷ１５の異常判定の精度を確保することができるので、本実施形態では、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧が比較的大きいときに差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うこととした。ここで、エンジン１の運転状態に応じて成り行きで差圧が大きくなった状況でのみ異常判定を行うこととすると、異常判定の実行頻度が低下してしまう。よって、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うときに、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との間に大きな差圧を生成するようにすればよいが、この差圧を大きくし過ぎると燃費が悪化する傾向にある。
【００７４】
したがって、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うときに、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との間に５ｋＰａの差圧を生成するための制御を行うこととした。具体的には、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧を５ｋＰａに維持すべく（以下ではこのような差圧を適宜「目標差圧」と呼ぶ。）、少なくともスロットル弁４３を閉じ側に制御する。詳しくは、ＥＣＵ１０は、目標差圧を実現するために必要な、スロットル弁４３の下流側で且つ過給機４４の上流側の吸気通路４０の圧力（以下では適宜「目標過給機上流圧」と呼ぶ。）を設定し、この目標過給機上流圧に基づきスロットル弁４３の開度をフィードバック制御する。
【００７５】
次に、図７を参照して、本発明の実施形態において、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うときのスロットル弁４３及びエアバイパス弁４８の制御について具体的に説明する。図７は、本発明の実施形態によるスロットル弁４３及びエアバイパス弁４８の制御処理を示すフローチャートである。このフローチャートに係る処理は、差圧センサＳＷ１５の異常判定の実行要求が発せられているときに、ＥＣＵ１０によって所定の周期で繰り返し実行される。
【００７６】
まず、ステップＳ１１において、ＥＣＵ１０は、上述したセンサＳＷ１〜ＳＷ１７（図１及び図３参照）から各種情報を取得する。代表的には、ＥＣＵ１０は、第１圧力センサＳＷ３によって検出された過給機上流圧、第２圧力センサＳＷ５によって検出された過給圧、及び大気圧センサＳＷ１７によって検出された大気圧を取得する。
【００７７】
次いで、ステップＳ１２において、ＥＣＵ１０は、過給機４４により設定すべき目標過給圧を求める。基本的には、ＥＣＵ１０は、エンジン１の現在の空気量と、ドライバからの要求（アクセルペダル操作）などに応じてエンジン１に供給すべき目標空気量と、第２圧力センサＳＷ５によって検出された現在の過給圧とに基づき、目標過給圧を設定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、目標空気量をエンジン１に供給するために必要な目標過給圧を、現在の空気量及び現在の過給圧から求める。また、ＥＣＵ１０は、現在のＥＧＲガス量も考慮して目標過給圧を設定する。例えば、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲガス量が増えた場合には、空気量を一定にするよう制御された結果、過給圧が上昇するので、その分だけ目標空気量に対する目標過給圧を調整するようにする。
【００７８】
次いで、ステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１２において設定された目標過給圧を実現するようにエアバイパス弁４８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１０は、第２圧力センサＳＷ５によって検出された現在の過給圧（実過給圧）と目標過給圧とを比較して、実過給圧が目標過給圧に一致するように、エアバイパス弁４８の開度をフィードバック制御する。
【００７９】
他方で、上記のステップＳ１２及びＳ１３の処理と並行して、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４及びＳ１５の処理を行う。まず、ステップＳ１４において、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧を目標差圧（５ｋＰａ）に設定するために必要な過給機上流圧（目標過給機上流圧）を求める。具体的には、ＥＣＵ１０は、大気圧センサＳＷ１７によって検出された大気圧（１００ｋｐａ程度）をＥＧＲ弁５４の上流側の圧力として用い、この大気圧とＥＧＲ弁５４の下流側の圧力である過給機上流圧との差が５ｋＰａになればよいので、ＥＣＵ１０は、大気圧から５ｋＰａを減算した圧力を目標過給機上流圧として設定する。
【００８０】
次いで、ステップＳ１５において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４において設定された目標過給機上流圧を実現するようにスロットル弁４３を制御する。具体的には、ＥＣＵ１０は、第１圧力センサＳＷ３によって検出された現在の過給機上流圧（実過給機上流圧）と目標過給機上流圧とを比較して、実過給機上流圧が目標過給機上流圧に一致するように、スロットル弁４３の開度をフィードバック制御する。
【００８１】
ここで、ステップＳ１４及びＳ１５において、目標差圧が実現されるようにスロットル弁４３が制御されると、過給機上流圧が変化することで、その下流の過給圧も変化する傾向にある。この場合、ステップＳ１４及びＳ１５と並行したステップＳ１２及びＳ１３において、スロットル弁４３の制御とは独立して、目標過給圧が実現されるようにエアバイパス弁４８がフィードバック制御されるので、過給圧がほぼ一定に維持されることとなる。つまり、スロットル弁４３の制御による過給圧の変動が補償されるように、エアバイパス弁４８のフィードバック制御が行われることとなる。典型的には、ＥＣＵ１０は、５ｋＰａの目標差圧を実現するために、つまり５ｋＰａ相当の負圧をスロットル弁４３下流に生成するために、スロットル弁４３を閉じ側に制御する一方で、このスロットル弁４３の制御による空気の減少を補償するように、エアバイパス弁４８を閉じ側に制御する。このように、スロットル弁４３のフィードバック制御とエアバイパス弁４８のフィードバック制御とが別個独立して並行して行われることで、過給機４４の上流側及び下流側の両方とも所望の圧力（目標過給機上流圧及び目標過給圧）に適切に設定できるようになる。
【００８２】
次に、図８を参照して、本発明の実施形態による差圧センサＳＷ１５の異常判定について具体的に説明する。図８は、本発明の実施形態による差圧センサＳＷ１５の異常判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートに係る処理は、差圧センサＳＷ１５の異常判定の実行要求が発せられているときに、図７に示したフローチャートに係る処理と並行して、ＥＣＵ１０によって所定の周期で繰り返し実行される。
【００８３】
まず、ステップＳ２１において、ＥＣＵ１０は、上述したセンサＳＷ１〜ＳＷ１７（図１及び図３参照）から各種情報を取得する。代表的には、ＥＣＵ１０は、第１圧力センサＳＷ３によって検出された過給機上流圧、エンジン回転数センサＳＷ９によって検出されたエンジン回転数、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５によって検出された差圧、及び大気圧センサＳＷ１７によって検出された大気圧を取得する。その他にも、ＥＣＵ１０は、センサＳＷ１〜ＳＷ１７などを含む車両内の種々の電子機器を駆動するためのバッテリの電圧を取得する。
【００８４】
ステップＳ２２において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２１で取得したバッテリ電圧が所定電圧以上であるか否かを判定する。ここでは、差圧センサＳＷ１５の異常判定の精度を確保すべく、バッテリ電圧が安定しており、差圧センサＳＷ１５が信頼性の高い検知信号を出力可能な状態にあるか否かを判定している。バッテリ電圧が所定電圧以上である場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うべく、ステップＳ２３に進む。これに対して、バッテリ電圧が所定電圧未満である場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、本フローチャートに示す一連のルーチンを抜ける。この場合には、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行わない。
【００８５】
次いで、ステップＳ２３において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２１で取得したエンジン回転数が所定回転数未満であるか否かを判定する。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、エンジン回転数が所定回転数未満である場合にのみ、つまり低回転領域においてのみ、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うべく、ステップＳ２３のような判定を行っている。こうしているのは、本実施形態では、ＥＧＲ弁５４の差圧を規定する上流側の圧力として大気圧を用いるようにしているが、低回転領域では、ＥＧＲ弁５４の上流側の圧力が大気圧に正確に一致するものとなるからである。また、低回転数領域では、排気脈動の影響が比較的小さいからである。なお、ステップＳ２３の判定で用いられる所定回転数は、つまり低回転領域を判定するための所定回転数は、例えば２０００ｒｐｍ程度に設定される。
【００８６】
ステップＳ２３の結果、エンジン回転数が所定回転数未満である場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うべく、ステップＳ２４に進む。これに対して、エンジン回転数が所定回転数以上である場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、本フローチャートに示す一連のルーチンを抜ける。この場合には、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行わない。
【００８７】
次いで、ステップＳ２４において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２１で取得したエンジン回転数に基づき、差圧センサＳＷ１５の異常判定において用いる判定閾値を設定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、図９に示すようなマップを参照して、現在のエンジン回転数に対応する判定閾値を設定する。図９は、エンジン回転数（横軸）に対して設定すべき判定閾値（縦軸）を規定したマップである。この判定閾値は、圧力により規定され、差圧センサＳＷ１５によって検出された差圧に基づき異常判定を行うときに適用される閾値（詳しくは判定に用いられる値が当該判定閾値以上となったときに差圧センサＳＷ１５が異常である判定されるようになっている）である。図９に示すように、エンジン回転数が高くなるほど、設定される判定閾値が大きくなる。こうしているのは、エンジン回転数が高くなるほど、排気圧の影響が大きくなるので、判定閾値を大きくして排気圧の影響を排除するためである。
【００８８】
次いで、ステップＳ２５において、ＥＣＵ１０は、まず、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧（以下では適宜「差圧算出値」と呼ぶ。）を算出し、この差圧算出値と差圧センサＳＷ１５によって検出された差圧（以下では適宜「差圧センサ値」と呼ぶ。）との差（絶対値を用いるものとする）が、ステップＳ２４で設定された判定閾値以上であるか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ１０は、大気圧センサＳＷ１７によって検出された大気圧と、第１圧力センサＳＷ３によって検出された過給機上流圧とを減算することで、差圧算出値を求める。
【００８９】
ステップＳ２５の結果、差圧センサ値と差圧算出値との差が判定閾値以上である場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２６に進み、差圧センサＳＷ１５が異常であると判定し、差圧センサＳＷ１５の異常判定フラグをオンにする。他方で、差圧センサ値と差圧算出値との差が判定閾値未満である場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、本フローチャートに示す一連のルーチンを抜ける。この場合には、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５が正常であるものと判定し、差圧センサＳＷ１５の異常判定フラグをオフにする。
【００９０】
なお、差圧センサ値と差圧算出値との差が判定閾値以上である場合に、差圧センサＳＷ１５が異常であると即座に判定することに限定はされず、差圧センサ値と差圧算出値との差が判定閾値以上である状態が所定時間以上継続した場合に、差圧センサＳＷ１５が異常であると判定してもよい。この場合、差圧センサ値と差圧算出値との差が判定閾値以上であっても、その状態が所定時間以上継続するまでは、差圧センサＳＷ１５に対する判定を待機すればよい。
【００９１】
上記のステップＳ２６の後、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２７に進み、ＥＧＲ弁５４を閉じる制御（全閉制御）を行う。こうするのは、差圧センサＳＷ１５が異常であるため、差圧センサＳＷ１５によって検出された差圧に基づくＥＧＲ弁５４の制御を適切に行うことができなくなるからである。すなわち、ＥＧＲ弁５４によってＥＧＲガス量を精度良く制御できなくなるので（つまりＥＧＲ制御性を確保できなくなるので）、ＥＧＲ弁５４を閉じて、吸気通路４０へのＥＧＲガスの還流を停止するようにする。
【００９２】
次いで、ステップＳ２８において、ＥＣＵ１０は、エンジン１が第１ＳＰＣＣＩ燃焼を行っている場合には、この第１ＳＰＣＣＩ燃焼を禁止して、第１ＳＰＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へと切り替える制御を行う。これは、上述したように第１ＳＰＣＣＩ燃焼はＥＧＲガスを還流させた状態において行われるので（詳しくは、第１ＳＰＣＣＩ燃焼は、ガス空燃比Ｇ／Ｆがリーンの状態（比較的多量のＥＧＲガスが導入される状態）において行われる）、上記のように差圧センサＳＷ１５の異常に起因してＥＧＲガスの還流が停止された場合には、第１ＳＰＣＣＩ燃焼を禁止することとしたものである。
【００９３】
具体的には、ＥＣＵ１０は、上記のように第１ＳＰＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へと切り替えるときに、吸気弁２１の閉弁タイミングを遅らせるように吸気ＶＶＴ２３を制御する。こうすることで、エンジン１の有効圧縮比を低下させて、ノッキングを抑制するようにしている。また、ＥＣＵ１０は、このような吸気ＶＶＴ２３の制御に加えて、排気弁２２の閉弁タイミングを早めるように排気ＶＶＴ２４を制御する。こうすることで、吸気弁２１及び排気弁２２のオーバーラップ期間を減少させて、燃焼室１７に導入される内部ＥＧＲガス量を減らして、筒内温度を低下させることで、ノッキングを更に抑制するようにしている。また、ＥＣＵ１０は、ノッキングをより一層抑制すべく、点火時期を遅角させるように点火プラグ２５を制御する。
【００９４】
次いで、ステップＳ２９において、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５が異常であることを示す警告ランプを点灯する。この後、ＥＣＵ１０は、本フローチャートに示す一連のルーチンを抜ける。
【００９５】
＜作用及び効果＞
次に、本発明の実施形態によるエンジンの制御方法及び制御システムによる作用及び効果について説明する。
【００９６】
図１０は、本発明の実施形態による差圧センサＳＷ１５の異常判定を行った場合の結果の一例を示すタイムチャートである。図１０は、上から順に、過給圧、スロットル弁４３の開度、エアバイパス弁４８の開度、本実施形態による差圧センサＳＷ１５の差圧センサ値、比較例による差圧センサＳＷ１５の差圧センサ値、差圧センサＳＷ１５の異常判定フラグを示している。また、図１０では、スロットル弁４３の開度、エアバイパス弁４８の開度、及び差圧センサＳＷ１５の異常判定フラグについて、本実施形態による結果を実線により示し、比較例による結果を破線により示している。なお、図１０は、本実施形態及び比較例の両方とも、差圧センサＳＷ１５が実際には正常である場合の結果を示している。
【００９７】
比較例では、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うときに、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧を積極的に変化させる制御は行われず、差圧が比較的小さい状態（例えば２ｋｐａ未満）にあるものとする。一方、本実施形態では、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うときに、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧を比較的大きくするように、具体的には差圧を５ｋＰａに設定するように、スロットル弁４３が比較例よりも閉じ側に制御されると共に、このスロットル弁４３の制御に応じて、エアバイパス弁４８が比較例よりも閉じ側に制御される。なお、図１０に示す例では、過給圧が上昇しており、この過給圧の上昇に応じて、本実施形態及び比較例の両方とも、スロットル弁４３が徐々に開き側に制御されると共に、エアバイパス弁４８が徐々に閉じ側に制御される。このように過給圧が大きくなると、排気脈動も大きくなっていく。
【００９８】
本実施形態及び比較例の両方とも、排気脈動の影響を受けて差圧センサ値が変動し、過給圧が大きくなるにつれて、この差圧センサ値の変動幅が大きくなっていく。また、本実施形態及び比較例の両方とも、差圧センサＳＷ１５の異常判定には、差圧センサ値そのものではなく、差圧センサ値の時間的な平均値ａｖ１、ａｖ２が用いられる。
【００９９】
比較例では、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧が比較的小さいので、値が比較的小さい範囲において差圧センサ値が変動する。そのため、比較例では、差圧センサ値のグラフにおいて破線で示すように、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧が差圧センサＳＷ１５の検知可能な下限値を下回るときがあり、そのときには差圧センサ値が下限値に固定される。よって、比較例では、差圧センサ値の平均値ａｖ２がかさ上げされて、実際の差圧に対応する値よりも大きいものとなる。その結果、比較例では、時刻ｔ１１において、差圧センサ値の平均値ａｖ２が差圧算出値に応じた閾値ｔｈ２以上となり（この閾値ｔｈ２は差圧算出値に対して上述した判定閾値を加算した値であり、差圧センサ値の平均値ａｖ２が閾値ｔｈ２以上となることは当該平均値ａｖ２と差圧算出値との差が判定閾値以上になることに相当する）、差圧センサＳＷ１５の異常判定フラグがオンとなる。この場合、比較例では、差圧センサＳＷ１５が異常であると誤判定されてしまう。
【０１００】
一方で、本実施形態では、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧が比較的大きいので、値が比較的大きい範囲において差圧センサ値が変動する。そのため、本実施形態では、比較例のように、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧が差圧センサＳＷ１５の検知可能な下限値を下回ることはなく、差圧センサ値が下限値を常に超えることとなる。よって、本実施形態では、比較例のように、差圧センサ値の平均値ａｖ１がかさ上げされて、実際の差圧に対応する値よりも大きくなることはない。そのため、本実施形態では、差圧センサ値の平均値ａｖ１が差圧算出値に応じた閾値ｔｈ１以上となることはなく（この閾値ｔｈ１は差圧算出値に対して上述した判定閾値を加算した値であり、差圧センサ値の平均値ａｖ１が閾値ｔｈ１未満であることは当該平均値ａｖ１と差圧算出値との差が判定閾値未満であることに相当する）、差圧センサＳＷ１５の異常判定フラグがオフに維持される。このようなことから、本実施形態によれば、差圧センサＳＷ１５を正確に判定することができると言える。
【０１０１】
次に、図１１は、本発明の実施形態において差圧センサＳＷ１５の異常判定時にエンジン制御を行った場合の結果の一例を示すタイムチャートである。図１１は、上から順に、差圧センサＳＷ１５の差圧センサ値、差圧センサＳＷ１５の異常判定フラグ、ＥＧＲ弁５４の開度、エンジン１の燃焼モード、吸気ＶＶＴ２３の動作（特に吸気ＶＶＴ２３による吸気弁２１の閉弁タイミング）、排気ＶＶＴ２４の動作（特に排気ＶＶＴ２４による排気弁２２の閉弁タイミング）、点火プラグ２５による点火時期、を示している。
【０１０２】
図１１に示すように、時刻ｔ２１において、差圧センサ値の平均値ａｖ３が差圧算出値に応じた閾値ｔｈ３以上となり、差圧センサＳＷ１５の異常判定フラグがオンとなる。このときに、吸気通路４０へのＥＧＲガスの還流を停止するように、ＥＧＲ弁５４が閉じられる。これに加えて、本実施形態では、エンジン１の燃焼モードが第１ＳＰＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へと切り替えられる（比較例では、破線に示すように、エンジン１の燃焼モードが第１ＳＰＣＣＩ燃焼に維持される）。また、本実施形態では、第１ＳＰＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へと切り替えられるときに、エンジン１のノッキングを抑制するように、吸気弁２１の閉弁タイミングを遅らせるための吸気ＶＶＴ２３の制御と、排気弁２２の閉弁タイミングを早めるための排気ＶＶＴ２４の制御と、点火時期を遅角させるための点火プラグ２５の制御と、が実行される。
【０１０３】
このあと、時刻ｔ２２において、所定の条件が成立することで、エンジン１の燃焼モードがＳＩ燃焼から第２ＳＰＣＣＩ燃焼へと切り替えられる。つまり、本実施形態では、差圧センサＳＷ１５の異常判定時に、第１ＳＰＣＣＩ燃焼は禁止されるが、第２ＳＰＣＣＩ燃焼は許可される。例えば、燃焼安定性が確保されており、ＳＰＣＣＩ燃焼を行っても燃焼騒音が問題にならないと判定されるような状況において（１つの例では指圧センサＳＷ６により検出された筒内圧などに基づき判定される）、燃焼モードがＳＩ燃焼から第２ＳＰＣＣＩ燃焼へと切り替えられる。このようにＳＩ燃焼から第２ＳＰＣＣＩ燃焼へと切り替えられるときに、吸気弁２１の閉弁タイミングを早めるための吸気ＶＶＴ２３の制御と、排気弁２２の閉弁タイミングを遅らせるための排気ＶＶＴ２４の制御と、点火時期を進角させるための点火プラグ２５の制御と、が実行される。
【０１０４】
以上述べたように、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５の異常判定を行うときに、ＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧が所定圧力以上に維持されるようにスロットル弁４３を閉側に制御するので、異常判定の実行頻度を確保しつつ、異常判定を精度良く行うことができる。また、このように差圧を所定圧力以上に維持することで、排気脈動によるＥＧＲ制御性の悪化を抑制でき、燃費を確保することができる。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５が異常であるときに、ＥＧＲガスの還流を停止すると共に、ガス空燃比Ｇ／Ｆがリーンの状態（比較的多量のＥＧＲガスが導入される状態）で燃焼室１７内の混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第１ＳＰＣＣＩ燃焼を、混合気を火花点火によって火花点火燃焼させるＳＩ燃焼へと切り替える。これにより、差圧センサＳＷ１５が異常であるときに、ＥＧＲガスを利用する第１ＳＰＣＣＩ燃焼の実施を維持するために、ＥＧＲ制御性を改善するようにＥＧＲ弁５４の上流側と下流側との差圧を更に大きくすることにより、燃費が悪化してしまうことを適切に抑制できる。すなわち、本実施形態によれば、差圧センサＳＷ１５が異常であるときに、第１ＳＰＣＣＩ燃焼を維持するよう制御することに起因する燃費の悪化を確実に抑制することができ、また、この第１ＳＰＣＣＩ燃焼をＳＩ燃焼へと切り替えることで、エンジン１の燃焼安定性を確保することができる。
【０１０６】
また、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、第１ＳＰＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、吸気弁２１の閉弁時期を遅らせるように吸気ＶＶＴ２３を制御するので、エンジン１の有効圧縮比を低下させて、ノッキングを適切に抑制することができる。
【０１０７】
また、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、上記のように吸気弁２１の閉弁時期を遅らせるように吸気ＶＶＴ２３を制御するときに、点火プラグ２５による点火時期を遅角させるので、ノッキングをより効果的に抑制することができる。
【０１０８】
また、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５が異常であると判定されたときに、第１ＳＰＣＣＩ燃焼を禁止する一方で、空燃比Ａ／Ｆがリーンの状態において混合気を自着火により圧縮着火燃焼させる第２ＳＰＣＣＩ燃焼を許可する。これにより、差圧センサＳＷ１５の異常によりＥＧＲ制御性が確保されない状態において、ＥＧＲガスを利用する第１ＳＰＣＣＩ燃焼を確実に禁止することができ、また、こうして第１ＳＰＣＣＩ燃焼を禁止する一方で第２ＳＰＣＣＩ燃焼については許可するので、ＳＰＣＣＩ燃焼による燃費の改善及びＮＯｘの低減を適切に確保することができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、エンジン１は、低負荷低回転領域では第２ＳＰＣＣＩ燃焼を行い、この低負荷低回転領域以外の領域ではＳＩ燃焼を行うので、エンジン１の全運転領域において適切な燃焼を実現することができる。
【０１１０】
また、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５の異常を判定するために差圧が所定圧力以上に維持されるようにスロットル弁４３を制御したときに、このスロットル弁４３の制御による過給圧の変動を補償するように、目標過給圧に基づきエアバイパス弁４８をフィードバック制御する。これにより、過給機４４の上流側の圧力（詳しくはスロットル弁４３の下流側且つ過給機４４の上流側の圧力、換言するとＥＧＲ弁５４の差圧を規定するＥＧＲ弁５４の下流側の圧力）と、過給機４４の上流側の圧力（過給圧）の両方を、所望の圧力に適切に設定することができる。
【０１１１】
また、本実施形態では、エンジン１によって駆動される機械式の過給機４４が用いられる。この過給機４４では、当該過給機４４に対する直接的な制御によって過給圧を調整できないが、上述したようにエアバイパス弁４８を制御することで、目標過給圧を適切に実現することができる。
【０１１２】
また、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、差圧センサＳＷ１５により検出された差圧（差圧センサ値）と、第１圧力センサＳＷ３によって検出された過給機上流圧と大気圧センサＳＷ１７によって検出された大気圧との差圧（差圧算出値）との差が判定閾値以上である場合に、差圧センサＳＷ１５が異常であると判定する。これにより、差圧センサＳＷ１５の異常を正確に判定することができる。
【０１１３】
また、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、エンジン回転数が高くなるほど、判定閾値を高い値に設定するので、エンジン回転数が上昇したときの排気圧の影響を適切に排除して、異常判定の精度を効果的に確保することができる。
【０１１４】
また、本実施形態によれば、ＥＣＵ１０は、エンジン回転数が所定回転数未満のときのみ、つまり低回転領域においてのみ、差圧センサＳＷ１５の異常判定を実行することとし、排気流量が多く脈動の影響が大きい高回転領域においては異常判定の実行を禁止するので、異常判定の精度を適切に確保することができる。
【０１１５】
＜変形例＞
上述した実施形態では、エンジン１の燃焼モードをＳＩ燃焼とＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）との間で切り替えていたが、このように燃焼モードを切り替える構成に本発明を適用することに限定はされない。本発明は、ＳＰＣＣＩ燃焼の代わりにＣＩ燃焼を用い、エンジン１の燃焼モードをＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との間で切り替える構成にも適用可能である。
【０１１６】
上述した実施形態では、エンジン１により機械的に駆動される過給機４４を吸気通路４０に設けたが、このような機械式の過給機４４に代えて、電気モータで駆動される電動過給機や、排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機を設けてもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１  エンジン
６  インジェクタ
１０  ＥＣＵ
１７  燃焼室
２１  吸気弁
２２  排気弁
２３  吸気ＶＶＴ
２４  排気ＶＶＴ
２５  点火プラグ
４０  吸気通路
４３  スロットル弁
４４  過給機
４８  エアバイパス弁
５０  排気通路
５２  ＥＧＲ通路
５４  ＥＧＲ弁
ＳＷ３  第１圧力センサ
ＳＷ５  第２圧力センサ
ＳＷ１５  ＥＧＲ差圧センサ
ＳＷ１７  大気圧センサ
【図１】
2020176565.tif 000003
【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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