(57)【要約】【課題】混合気の空燃比が互いに相違する第１モードと第２モードとの間でモードを切り替えるエンジンにおいて、モード切り替え時のエミッション性能の低下を抑制する。【解決手段】切替部１０ｅは、第１モードから前記第２モードへの切替要求を受けて、切替要求前よりも空気量が増加するよう空気調節部（スロットル弁４３）に信号を出力すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比になるよう、空気量の増加に応じて燃料量を増加させる信号を燃料噴射部に出力しかつ、燃料量の増加によるエンジンのトルクの増加を抑制するよう、点火部（点火プラグ２５）に、点火時期を遅角させる信号を出力する。切替部はまた、点火時期が遅角限界に到達したことを判定したときに、点火時期の遅角を抑制する。【選択図】図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、
前記燃焼室内に充填する空気量を調節する空気調節部と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンを第１モードによって運転する第１モード部と、前記エンジンを第２モードによって運転する第２モード部と、前記第１モードから前記第２モードへの切替要求を受けてモードの切替を行う切替部とを有し、
前記第１モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記第２モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比よりも大の第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記切替部は、切替要求前よりも空気量が増加するよう前記空気調節部に信号を出力すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、空気量の増加に応じて前記燃料量を増加させる信号を前記燃料噴射部に出力しかつ、前記燃料量の増加による前記エンジンのトルクの増加を抑制するよう、前記点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力し、
前記切替部はまた、前記点火時期が遅角限界に到達したことを判定したときに、前記点火時期の遅角を抑制する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記切替部は、前記点火時期が遅角限界に到達したことを判定したときに、前記燃料量の増加を継続すると共に、前記エンジンが駆動するオルタネータの負荷を高める圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記切替部は、前記空気量が所定量に到達したことを判定したときに、前記燃料量の増加と前記点火時期の遅角とを終了して、前記第２モード部が前記第２モードを開始することを許容する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記切替部は、前記エンジンのトルクを一定又は略一定のまま、前記第１モードから前記第２モードへ切り替える圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記遅角限界は、前記エンジンの回転数が低く負荷が高いほど遅角側でかつ、回転数が高く負荷が低いほど進角側である圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼室内に導入するＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ調節部を備え、
前記切替部は、切替要求前よりもＥＧＲ量が減少するよう前記ＥＧＲ調節部に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
スワール弁の開度を調節することによって、前記燃焼室内のスワール強さを調節するスワール調節部を備え、
前記切替部は、切替要求前よりもスワール弁の開度が小さくなるよう前記スワール調節部に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記第１空燃比は、理論空燃比又は略理論空燃比であり、
前記第２空燃比は、２５以上である圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項９】
シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、
前記燃焼室内に充填する空気量を調節する空気調節部と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンを第１モードによって運転する第１モード部と、前記エンジンを第２モードによって運転する第２モード部と、前記第２モードから前記第１モードへの切替要求を受けてモードの切替を行う切替部とを有し、
前記第１モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記第２モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比よりも大の第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記切替部は、切替要求前よりも空気量が減少するよう前記空気調節部に信号を出力すると共に、空気量の減少を開始した後、混合気の空燃比が、前記第２空燃比よりも小の特定空燃比に到達するまで、前記燃料量を維持し、
前記切替部はまた、混合気の空燃比が前記特定空燃比に到達したことを判定したときに、前記空気量の減少を継続すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、前記燃料量を増加させる信号を前記燃料噴射部に出力しかつ、前記燃料量の増加による前記エンジンのトルクの増加を抑制するよう、前記点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力し、
前記切替部はさらに、前記空気量が所定量に到達したことを判定したときに、前記燃料量の増加と前記点火時期の遅角とを終了して、前記第１モード部が前記第１モードを開始することを許容する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記計測部の計測信号を受けて、前記エンジンの目標トルクを設定する目標トルク設定部を有し、
前記第１モード部は、前記目標トルクに応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力し、
前記第２モード部は、前記目標トルクに応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１１】
シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、
前記燃焼室内に充填する空気量を調節する空気調節部と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記計測部の計測信号に基づいて、前記エンジンを第１モードによって運転する第１モード部と、
前記計測部の計測信号に基づいて、前記エンジンを第２モードによって運転する第２モード部と、
前記計測部の計測信号に基づいて、切替条件が成立したことを判定したときに、前記第１モードから前記第２モードへの切替要求を出力する判定部と、
前記切替要求を受けて、モードの切替を行う切替部と、を有し、
前記第１モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記第２モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比よりも大の第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記切替部は、切替要求前よりも空気量が増加するよう前記空気調節部に信号を出力すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、空気量の増加に応じて前記燃料量を増加させる信号を前記燃料噴射部に出力しかつ、前記燃料量の増加による前記エンジンのトルクの増加を抑制するよう、前記点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力し、
前記切替部はまた、前記点火時期が遅角限界に到達したことを判定したときに、前記点火時期の遅角を抑制する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１２】
シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、
前記燃焼室内に充填する空気量を調節する空気調節部と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記計測部の計測信号に基づいて、前記エンジンを第１モードによって運転する第１モード部と、
前記計測部の計測信号に基づいて、前記エンジンを第２モードによって運転する第２モード部と、
前記計測部の計測信号に基づいて、切替条件が成立したことを判定したときに、前記第２モードから前記第１モードへの切替要求を出力する判定部と、
前記切替要求を受けて、モードの切替を行う切替部と、を有し、
前記第１モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記第２モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比よりも大の第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記切替部は、切替要求前よりも空気量が減少するよう前記空気調節部に信号を出力すると共に、空気量の減少を開始した後、混合気の空燃比が、前記第２空燃比よりも小の特定空燃比に到達するまで、前記燃料量を維持し、
前記切替部はまた、混合気の空燃比が前記特定空燃比に到達したことを判定したときに、前記空気量の減少を継続すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、前記燃料量を増加させる信号を前記燃料噴射部に出力しかつ、前記燃料量の増加による前記エンジンのトルクの増加を抑制するよう、前記点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力し、
前記切替部はさらに、前記空気量が所定量に到達したことを判定したときに、前記燃料量の増加と前記点火時期の遅角とを終了して、前記第１モード部が前記第１モードを開始することを許容する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記計測部の計測信号を受けて、前記エンジンの目標トルクを設定する目標トルク設定部を有し、
前記第１モード部は、前記目標トルクを受けて、前記目標トルクに応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力し、
前記第２モード部は、前記目標トルクを受けて、前記目標トルクに応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火炎伝播を介さずに混合気が一気に燃焼する圧縮自己着火による燃焼は、燃焼期間が最小であるために、燃費効率を最大限に高めることが知られている。しかしながら、圧縮自己着火による燃焼は、自動車用エンジンにおいては、様々な課題を解決する必要がある。例えば、自動車用途では、運転状態及び環境条件が大きく変化するため、その中で安定して圧縮自己着火させることが大きな課題である。自動車用エンジンにおいて、圧縮自己着火による燃焼は未だ実用化されていない。
【０００３】
この課題を解決するために、例えば特許文献１には、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼が提案されている。ＳＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、ＳＩ燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、燃焼室の中の未燃混合気が圧縮着火により燃焼する形態である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＣＩ燃焼を含んでいるため、「圧縮着火による燃焼」の一形態である。
【０００４】
ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼は、筒内温度が、混合気の組成により定まる着火温度に到達したときに起こる。圧縮上死点付近で筒内温度が着火温度に到達してＣＩ燃焼が起これば燃費効率を最大化することができる。筒内温度は、筒内圧力の上昇に応じて高くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼における筒内圧力は、圧縮行程でのピストンの圧縮仕事による圧力上昇と、ＳＩ燃焼の発熱から生じる圧力上昇との二つの圧力上昇の結果である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１８／０９６７４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、圧縮着火による燃焼の一形態であるため、特許文献１にも記載されているように、混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンにしても安定した燃焼が可能である。ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンは、混合気の空燃比を例えば２５以上にすることにより、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制しながら、高い熱効率で運転することができる。
【０００７】
ところが、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼による圧力上昇は、燃焼速度、すなわち火炎伝播速度に依存する。ＳＩ燃焼の火炎伝播が安定しないと、ＳＩ燃焼の発熱により生じる圧力上昇が十分に確保されなくなり、筒内温度を着火温度まで高めることが難しくなる。その結果、ＣＩ燃焼する混合気の量が少なくなり、多くの混合気がＳＩ燃焼してしまう、又は、膨張行程の後半においてＣＩ燃焼が発生してしまう。これでは、エンジンの熱効率は、最大化しない。
【０００８】
例えば、エンジン水温が低いときや、吸気温が低いときといった、エンジンが特定の運転条件下にあるときには、燃料リーンな混合気を安定的にＳＩ燃焼させることが困難になる。ＳＰＣＣＩ燃焼を行っても、エンジンの熱効率は最大化しない。そこで、エンジン水温が低いときや吸気温が低いときには、エンジンは、混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比にして、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが考えられる。混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比にすると、エンジン水温が低いときや吸気温が低いときでも、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の火炎伝播が安定する。そのため、圧縮上死点付近においてＣＩ燃焼を開始させることができ、エンジンの熱効率が高まる。また、混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比にすれば、排気通路に取り付けた三元触媒を利用して、排気ガス中のＮＯｘを浄化することもできる。
【０００９】
また、エンジンの負荷が高くなって燃料量が増えると、混合気の空燃比が２５以上となるまで燃焼室に空気を充填することが困難になる。
【００１０】
本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、排気エミッション性能の向上と熱効率の向上とを両立させるために、エンジンの状態に応じて、理論空燃比又は略理論空燃比である混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるモード（つまり、第１モード）と、空燃比が理論空燃比よりもリーンな混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるモード（つまり、第２モード）と、を切り替えることを考えた。
【００１１】
ところが、第１モードと第２モードとの間の切り替えは、混合気の空燃比の変更を伴うため、燃焼室内に充填する空気量を変更しなければならない。エンジンのモードを第１モードから第２モードへと切り替えるときには、燃焼室内に充填する空気量を増やさなければならないが、空気量が所定量に増えるまでの遅れ期間中に、混合気の空燃比が、理論空燃比（例えば１４．７）よりも大でかつ、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制することができる２５以下となってしまう。混合気の空燃比が理論空燃比以上でかつ、２５以下になると、混合気の燃焼時にＲａｗＮＯｘが生成される一方で、空燃比が三元触媒の浄化ウインドウから外れているため、排気ガス中のＮＯｘを浄化することも難しくなる。エンジンのモードを第２モードから第１モードへと切り替えるときも同様の問題が生じる。
【００１２】
ここに開示する技術は、混合気の空燃比が互いに相違する第１モードと第２モードとの間でモードを切り替えるエンジンにおいて、モード切り替え時のエミッション性能の低下を抑制する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明者らは、モードを切り替える際の、空気量が変化している期間中には、混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比にするように、燃料量を増量することにした。
【００１４】
しかしながら、燃料量を増量すると、エンジンのトルクが、増量分だけ大きくなってしまう。そこで、本願発明者らは、燃料量を増量する一方で、燃料量の増加によるエンジンのトルクの増加を抑制するように点火時期を遅角させることにした。点火時期を遅角させることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼及びＣＩ燃焼がそれぞれ遅角するから、エンジンのトルクを低減することができる。
【００１５】
ところが、点火時期を遅角させ過ぎると、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼が生じなかったり、ＳＩ燃焼の安定性が低下したりする。そこで、本願発明者らは、点火時期が、ＳＰＣＣＩ燃焼の安定性から定まる遅角限界に到達したときには、燃料量の増加と点火時期の遅角とを抑制することにした。
【００１６】
具体的に、ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に係る。このエンジンの制御装置は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、前記燃焼室内に充填する空気量を調節する空気調節部と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記エンジンを第１モードによって運転する第１モード部と、前記エンジンを第２モードによって運転する第２モード部と、前記第１モードから前記第２モードへの切替要求を受けてモードの切替を行う切替部とを有する。
【００１７】
そして、前記第１モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記第２モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比よりも大の第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記切替部は、切替要求前よりも空気量が増加するよう前記空気調節部に信号を出力すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、空気量の増加に応じて前記燃料量を増加させる信号を前記燃料噴射部に出力しかつ、前記燃料量の増加による前記エンジンのトルクの増加を抑制するよう、前記点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力し、
前記切替部はまた、前記点火時期が遅角限界に到達したことを判定したときに、前記点火時期の遅角を抑制する。
【００１８】
この構成によると、第１モード部は、第１空燃比の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることによって、エンジンを運転する。第２モード部は、第１空燃比よりも大の第２空燃比の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることによって、エンジンを運転する。
【００１９】
ここで、第１空燃比は、例えば理論空燃比又は略理論空燃比としてもよい。こうすることで、エンジンの排気通路に取り付けた三元触媒を利用して、排気ガスを浄化することができる。「理論空燃比又は略理論空燃比」は、三元触媒の浄化ウインドウに収まる空燃比と言い替えることができる。第２空燃比は、例えば２５以上の適宜の空燃比に設定してもよい。こうすることで、混合気の燃焼時にＲａｗＮＯｘが生成することが抑制される。
【００２０】
エンジンのモードを第１モードから第２モードへ切り替える際には、第２空燃比が、第１空燃比よりも大であるため、燃焼室内に充填する空気量を増やさなければならない。切替部は、切替要求前よりも空気量が増加するよう空気調節部に信号を出力する。空気調節部は、例えばスロットル弁の開度を小から大へ変更してもよい。
【００２１】
空気量が増加することにより、混合気の空燃比は第１空燃比からずれる。空気量の増加は遅れるため、混合気の空燃比は第２空燃比からもずれる。排気エミッション性能が低下する恐れがあるため、切替部は、増加中の空気量に対して、燃料量を増加させる信号を燃料噴射部に出力する。混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるから、三元触媒を利用して排気ガスを浄化することができる。
【００２２】
切替部はまた、燃料量の増加によるエンジンのトルクの増加を抑制するよう、点火時期の遅角を行う。こうすることで、エンジンのトルクが、燃料を増量する分、高くなってしまうことを防止することができる。不要なトルクショックが発生してしまうことを抑制することができる。
【００２３】
空気量の増量中に、点火時期が遅角限界に到達すれば、切替部は点火時期の遅角を抑制する。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼の安定性が確保されると共に、エンジンの燃費性能の悪化を抑制することができる。遅角限界は、予め設定したマップに基づいて定めてもよいし、予め設定したモデルに基づいて定めてもよい。
【００２４】
前記切替部は、前記点火時期が遅角限界に到達したことを判定したときに、前記燃料量の増加を継続すると共に、前記エンジンが駆動するオルタネータの負荷を高める、としてもよい。
【００２５】
点火時期が遅角限界に到達した後に、空気量の増加に応じて燃料量の増加を継続すると、混合気の空燃比を、理論空燃比又は略理論空燃比に維持することができるため、排気エミッション性能の向上に有利になる。一方、エンジンのトルクが、燃料量の増加分、高くなってしまう。切替部は、オルタネータの負荷を高めることにより、点火時期が遅角限界に到達した後も、エンジンのトルクの増加を抑制することができる。
【００２６】
前記切替部は、前記空気量が所定量に到達したことを判定したときに、前記燃料量の増加と前記点火時期の遅角とを終了して、前記第２モード部が前記第２モードを開始することを許容する、としてもよい。
【００２７】
増加中の空気量が所定量に到達すれば、混合気の空燃比を第２空燃比にすることができる。切替部は、燃料量の増加と点火時期の遅角とを終了する。第２モード部が第２モードを開始し、第１モードから第２モードへの切替が完了する。
【００２８】
前記切替部は、前記エンジンのトルクを一定又は略一定のまま、前記第１モードから前記第２モードへ切り替える、としてもよい。
【００２９】
第１モードから前記第２モードへ切り替える間に、エンジンのトルクを一定又は略一定にするため、エンジンの負荷に応じた燃料量は、実質的に一定量となる。
【００３０】
前記の構成では、切替部が、空気量の増加に応じて燃料量を増加させるため、エンジンのトルクが高くなり得る。しかしながら、切替部が、点火時期を遅角することにより、トルクを低減するため、エンジンのトルクを一定又は略一定にすることができる。
【００３１】
前記遅角限界は、前記エンジンの回転数が低く負荷が高いほど遅角側でかつ、回転数が高く負荷が低いほど進角側である、としてもよい。
【００３２】
エンジンの回転数が低く負荷が高いときは、燃料量が多くて燃焼安定性が高い上に、点火時期を遅角させても、点火から燃焼までの時間を長くすることができる。エンジンの回転数が低く負荷が高いときは、遅角限界は遅角側になる。遅角限界が遅角側になると、点火時期の遅角量を大きくしても、失火等を抑制することができる。
【００３３】
前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記燃焼室内に導入するＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ調節部を備え、前記切替部は、切替要求前よりもＥＧＲ量が減少するよう前記ＥＧＲ調節部に信号を出力する、としてもよい。
【００３４】
燃焼室内に導入するＥＧＲガス量を減らすと、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼安定性が高くなるから、点火時期の遅角量を大きくしても、失火等を抑制することができる。ＥＧＲガス量を減らすと、遅角限界を遅角方向に移動させる上で有利になる。
【００３５】
前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、スワール弁の開度を調節することによって、前記燃焼室内のスワール強さを調節するスワール調節部を備え、前記切替部は、切替要求前よりもスワール弁の開度が小さくなるよう前記スワール調節部に信号を出力する、としてもよい。
【００３６】
燃焼室内のスワールを強くすると、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼安定性が高くなるから、点火時期の遅角量を大きくしても、失火等を抑制することができる。スワールを強くすると、遅角限界を遅角方向に移動させる上で有利になる。
【００３７】
ここに開示する圧縮着火式エンジンの制御装置は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、前記燃焼室内に充填する空気量を調節する空気調節部と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記エンジンを第１モードによって運転する第１モード部と、前記エンジンを第２モードによって運転する第２モード部と、前記第２モードから前記第１モードへの切替要求を受けてモードの切替を行う切替部とを有する。
【００３８】
そして、前記第１モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記第２モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比よりも大の第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記切替部は、切替要求前よりも空気量が減少するよう前記空気調節部に信号を出力すると共に、空気量の減少を開始した後、混合気の空燃比が、前記第２空燃比よりも小の特定空燃比に到達するまで、前記燃料量を維持し、
前記切替部はまた、混合気の空燃比が前記特定空燃比に到達したことを判定したときに、前記空気量の減少を継続すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、前記燃料量を増加させる信号を前記燃料噴射部に出力しかつ、前記燃料量の増加による前記エンジンのトルクの増加を抑制するよう、前記点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力し、
前記切替部はさらに、前記空気量が所定量に到達したことを判定したときに、前記燃料量の増加と前記点火時期の遅角とを終了して、前記第１モード部が前記第１モードを開始することを許容する。
【００３９】
この構成によると、エンジンのモードを第２モードから第１モードへ切り替える際には、第１空燃比が、第２空燃比よりも小であるため、燃焼室内に充填する空気量を減らさなければならない。切替部は、切替要求前よりも空気量が減少するよう空気調節部に信号を出力する。空気調節部は、例えばスロットル弁の開度を大から小へ変更してもよい。
【００４０】
空気量が減少することにより、混合気の空燃比は、第２空燃比からずれる。切替部は、混合気の空燃比が、第２空燃比よりも小の特定空燃比に到達するまで、燃料量を維持する。特定空燃比は、混合気の燃焼時にＲａｗＮＯｘが生成しないような、リッチ限界の空燃比としてもよい。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制することができる。燃料量を増加しないため、エンジンの燃費性能の向上に有利になる。
【００４１】
混合気の空燃比が特定空燃比に到達したときに、切替部は、空気量の減少を継続する一方で、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、燃料量を増加させる。排気エミッション性能の低下を抑制することができる。切替部はまた、燃料量の増加によるエンジンのトルクの増加を抑制するよう、点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力する。エンジンのトルクが、燃料を増量する分だけ高くなってしまうことを抑制することができる。不要なトルクショックが発生してしまうことが抑制される。
【００４２】
減少中の空気量が所定量に到達すれば、混合気の空燃比を第１空燃比にすることができる。切替部は、燃料量の増加と点火時期の遅角とを終了する。第１モード部が第１モードを開始し、第２モードから第１モードへの切替が完了する。
【００４３】
前記制御部は、前記計測部の計測信号を受けて、前記エンジンの目標トルクを設定する目標トルク設定部を有し、前記第１モード部は、前記目標トルクに応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力し、前記第２モード部は、前記目標トルクに応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力する、としてもよい。
【００４４】
ここに開示する圧縮着火式エンジンの制御装置は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、前記燃焼室内に充填する空気量を調節する空気調節部と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記計測部の計測信号に基づいて、前記エンジンを第１モードによって運転する第１モード部と、前記計測部の計測信号に基づいて、前記エンジンを第２モードによって運転する第２モード部と、前記計測部の計測信号に基づいて、切替条件が成立したことを判定したときに、前記第１モードから前記第２モードへの切替要求を出力する判定部と、前記切替要求を受けて、モードの切替を行う切替部と、を有する。
【００４５】
そして、前記第１モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記第２モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比よりも大の第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記切替部は、切替要求前よりも空気量が増加するよう前記空気調節部に信号を出力すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、空気量の増加に応じて前記燃料量を増加させる信号を前記燃料噴射部に出力しかつ、前記燃料量の増加による前記エンジンのトルクの増加を抑制するよう、前記点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力し、
前記切替部はまた、前記点火時期が遅角限界に到達したことを判定したときに、前記点火時期の遅角を抑制する。
【００４６】
ここに開示する圧縮着火式エンジンの制御装置は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、前記燃焼室内に充填する空気量を調節する空気調節部と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、前記空気調節部、前記燃料噴射部、前記点火部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記空気調節部、前記燃料噴射部、及び前記点火部に信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記計測部の計測信号に基づいて、前記エンジンを第１モードによって運転する第１モード部と、前記計測部の計測信号に基づいて、前記エンジンを第２モードによって運転する第２モード部と、前記計測部の計測信号に基づいて、切替条件が成立したことを判定したときに、前記第２モードから前記第１モードへの切替要求を出力する判定部と、前記切替要求を受けて、モードの切替を行う切替部と、を有する。
【００４７】
そして、前記第１モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記第２モード部は、前記エンジンの負荷に応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比よりも大の第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力すると共に、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、前記点火部に点火信号を出力し、
前記切替部は、切替要求前よりも空気量が減少するよう前記空気調節部に信号を出力すると共に、空気量の減少を開始した後、混合気の空燃比が、前記第２空燃比よりも小の特定空燃比に到達するまで、前記燃料量を維持し、
前記切替部はまた、混合気の空燃比が前記特定空燃比に到達したことを判定したときに、前記空気量の減少を継続すると共に、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比となるよう、前記燃料量を増加させる信号を前記燃料噴射部に出力しかつ、前記燃料量の増加による前記エンジンのトルクの増加を抑制するよう、前記点火部に、点火時期を遅角させる信号を出力し、
前記切替部はさらに、前記空気量が所定量に到達したことを判定したときに、前記燃料量の増加と前記点火時期の遅角とを終了して、前記第１モード部が前記第１モードを開始することを許容する。
【００４８】
前記制御部は、前記計測部の計測信号を受けて、前記エンジンの目標トルクを設定する目標トルク設定部を有し、前記第１モード部は、前記目標トルクを受けて、前記目標トルクに応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第１空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力し、前記第２モード部は、前記目標トルクを受けて、前記目標トルクに応じた燃料量かつ、混合気の空燃比が前記第２空燃比となるように、前記燃料噴射部及び前記空気調節部に信号を出力する、としてもよい。
【発明の効果】
【００４９】
以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御装置によると、モード切り替え時のエミッション性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、エンジンの構成を例示する図である。
【図２】図２は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下図はII−II線断面図である。
【図３】図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。
【図４】図４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図５】図５は、ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図である。
【図６】図６は、エンジンのマップを例示する図であり、上図は温間時のマップ、中図は半暖機時のマップ、下図は冷間時のマップである。
【図７】図７は、温間時のマップの詳細を例示する図である。
【図８】図８は、エンジンのマップのレイヤ構造を説明する図である。
【図９】図９は、マップのレイヤ選択に係る制御プロセスを例示するフローチャートである。
【図１０】図１０は、図９とは異なる、マップのレイヤ選択に係る制御プロセスを例示するフローチャートである。
【図１１】図１１の上図は、大気圧とエンジン水温しきい値との関係を例示する図、図１１の下図は、大気圧と吸気温しきい値との関係を例示する図である。
【図１２】図１２は、エンジンの基本制御を例示するフローチャートである。
【図１３】図１３は、レイヤ２とレイヤ３との間の切り替えに係る、ＥＣＵの機能ブロックの構成例を例示する図である。
【図１４】図１４は、レイヤ２からレイヤ３への切り替えに係る制御を例示するフローチャートである。
【図１５】図１５は、リタード限界トルクの算出手順を説明する図である。
【図１６】図１６は、リッチ限界トルクの算出手順を説明する図である。
【図１７】図１７は、レイヤ３からレイヤ２への切り替えに係る制御を例示するフローチャートである。
【図１８】図１８は、レイヤ２からレイヤ３への切り替え時における各パラメータの変化を例示するタイムチャートである。
【図１９】図１９は、レイヤ２からレイヤ３への切り替え時における各パラメータの変化を例示するタイムチャートである。
【図２０】図２０は、レイヤ３からレイヤ２への切り替え時における各パラメータの変化を例示するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジン、及び、エンジンの制御装置の一例である。
【００５２】
図１は、圧縮着火式のエンジンの構成を例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室の構成を例示する図である。図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、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及び図３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４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【００５３】
エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。
【００５４】
（エンジンの構成）
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、一つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。
【００５５】
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。尚、「燃焼室」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。
【００５６】
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の下図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側から噴射軸心Ｘ２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。
【００５７】
ピストン３の上面は燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。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、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。
【００５８】
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式エンジンである。しかし、このエンジン１は、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。エンジン１は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度の低オクタン価燃料）においては、１４〜１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度の高オクタン価燃料）においては、１５〜１８としてもよい。
【００５９】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２を有している。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。
【００６０】
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は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３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。吸気弁２１の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００６１】
シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２を有している。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。
【００６２】
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は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ２４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。排気弁２２の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００６３】
吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、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。内部ＥＧＲシステムは、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって構成されている。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ−ＶＴによって構成されるとは限らない。
【００６４】
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。インジェクタ６は、燃料噴射部の一例である。インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。図２に示すように、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致していてもよい。
【００６５】
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に二点鎖線で示すように、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。インジェクタ６は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。
【００６６】
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とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、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。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である。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。尚、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。
【００６７】
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。点火プラグ２５は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。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、図２に示すように、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。尚、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５をシリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置してもよい。
【００６８】
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。燃焼室１７に導入するガスは、吸気通路４０を流れる。吸気通路４０の上流端部には、エアクリーナー４１が配設されている。エアクリーナー４１は、新気を濾過する。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、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。
【００６９】
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、弁の開度を調節することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調節する。
【００７０】
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。この構成例において、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、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。
【００７１】
過給機４４とエンジン１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が電磁クラッチ４５の遮断及び接続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。
【００７２】
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。インタークーラー４６は、例えば水冷式又は油冷式に構成してもよい。
【００７３】
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、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節する。
【００７４】
ＥＣＵ１０は、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、エアバイパス弁４８を全開にする。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。
【００７５】
過給機４４をオンにすると、エンジン１は過給状態で運転する。ＥＣＵ１０は、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、エアバイパス弁４８の開度を調節する。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４４の上流に逆流する。ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に導入するガスの過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。
【００７６】
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。
【００７７】
エンジン１は、燃焼室１７内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、図３に示すように、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロール弁５６を有している。スワールコントロール弁５６は、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２との内の、セカンダリ通路４０２に配設されている。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路４０２の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、第１吸気ポート１８１から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に多くかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に少ないから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図３における反時計回り方向に周回する（図２の白抜きの矢印も参照）。
【００７８】
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。
【００７９】
排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。
【００８０】
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、排気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における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流部に接続されている。ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスは、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０における過給機４４の上流部に入る。
【００８１】
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、排気ガスを冷却する。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を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲ弁５４の開度を調節することによって、冷却した排気ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調節することができる。
【００８２】
この構成例において、ＥＧＲシステム５５は、外部ＥＧＲシステムと、内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。外部ＥＧＲシステムは、内部ＥＧＲシステムよりも低温の排気ガスを、燃焼室１７に供給することができる。
【００８３】
図１及び図４において、符号５７は、クランクシャフト１５に連結されたオルタネータ５７である。オルタネータ５７は、エンジン１によって駆動される。後述するＥＣＵ１０は、オルタネータ５７の負荷を高くすることによって、エンジン１の出力するトルクを調節することができる。
【００８４】
圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine 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ーであって、図４に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１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１０２と、電気信号の入出力をする入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。
【００８５】
ＥＣＵ１０には、図１及び図４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、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。
【００８６】
エアフローセンサＳＷ１：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計測する
第１吸気温度センサＳＷ２：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を流れる新気の温度を計測する
第１圧力センサＳＷ３：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を計測する
第２吸気温度センサＳＷ４：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計測する
第２圧力センサＳＷ５：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を計測する
指圧センサＳＷ６：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内の圧力を計測する
排気温度センサＳＷ７：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計測する
リニアＯ２センサＳＷ８：排気通路５０における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
ラムダＯ２センサＳＷ９：上流の触媒コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
水温センサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する
クランク角センサＳＷ１１：エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する
アクセル開度センサＳＷ１２：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計測する
吸気カム角センサＳＷ１３：エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する
排気カム角センサＳＷ１４：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計測する
ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５：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計測する
燃圧センサＳＷ１６：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計測する
第３吸気温度センサＳＷ１７：サージタンク４２に取り付けられかつ、サージタンク４２内のガスの温度、換言すると燃焼室１７に導入される吸気の温度を計測する。
【００８７】
ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶しているマップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。
【００８８】
ＥＣＵ１００は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、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、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、及び、オルタネータ５７に出力する。
【００８９】
例えば、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ１２の信号とマップとに基づいて、エンジン１の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標過給圧と、第１圧力センサＳＷ３及び第２圧力センサＳＷ５の信号から得られる過給機４４の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁４８の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、過給圧が目標過給圧となるようにする。
【００９０】
また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態とマップとに基づいて目標ＥＧＲ率（つまり、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比率）を設定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標ＥＧＲ率とアクセル開度センサＳＷ１２の信号に基づく吸入空気量とに基づき目標ＥＧＲガス量を決定すると共に、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにする。
【００９１】
さらに、ＥＣＵ１０は、所定の制御条件が成立しているときに空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にＥＣＵ１０は、リニアＯ２センサＳＷ８、及び、ラムダＯ２センサＳＷ９が計測した排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ６の燃料噴射量を調節する。
【００９２】
尚、その他のＥＣＵ１０によるエンジン１の制御の詳細は、後述する。
【００９３】
（ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト）
エンジン１は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態のときに、圧縮自己着火による燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【００９４】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼をすると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする形態である。
【００９５】
ＳＩ燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節することによって、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。
【００９６】
ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、図５に例示するように、立ち上がりの傾きが、ＣＩ燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。
【００９７】
ＳＩ燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングθｃｉで、変曲点Ｘを有する場合がある。
【００９８】
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。しかし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時の圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、比較的穏やかになる。
【００９９】
圧力変動（ｄｐ／ｄθ）は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。前述の通りＳＰＣＣＩ燃焼は、圧力変動（ｄｐ／ｄθ）を小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。エンジン１の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。
【０１００】
ＣＩ燃焼が終了することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。
【０１０１】
ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率波形は、ＳＩ燃焼によって形成された第１熱発生率部ＱＳＩと、ＣＩ燃焼によって形成された第２熱発生部ＱＣＩと、が、この順番に連続するように形成されている。
【０１０２】
ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。ＳＩ率は、ＣＩ燃焼により発生した熱量に対するＳＩ燃焼により発生した熱量の比率と定義してもよい。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始するクランク角をＣＩ燃焼開始時期θｃｉとして、図５に示す波形８０１において、θｃｉよりも進角側であるＳＩ燃焼の面積ＱＳＩと、θｃｉを含む遅角側であるＣＩ燃焼の面積ＱＣＩとから、ＳＩ率＝ＱＳＩ／ＱＣＩとしてもよい。
【０１０３】
エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときに、燃焼室１７内に強いスワール流を発生させる場合がある。より詳細に、エンジン１は、理論空燃比よりもリーンな混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるときに、燃焼室１７内に強いスワール流を発生させる。強いスワール流とは、例えば４以上のスワール比を有する流れと定義してもよい。スワール比は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値と定義することができる。吸気流横方向角速度は、図示を省略するが、公知のリグ試験装置を用いた測定に基づいて、求めることができる。
【０１０４】
燃焼室１７内に強いスワール流を発生させると、燃焼室１７の外周部は強いスワール流れとなる一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなる。強いスワール流が形成された燃焼室１７内にインジェクタ６が燃料を噴射することにより、燃焼室１７の中央部の混合気は燃料が相対的に濃く、外周部の混合気は燃料が相対的に薄くなって、混合気を成層化することができる。
【０１０５】
（エンジンの運転領域）
図６及び図７は、エンジン１の制御に係るマップを例示している。マップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。マップは、三種類のマップ５０１、マップ５０２、マップ５０３を含んでいる。ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温（又はエンジン水温）及び吸気の温度それぞれの高低、並びに、大気圧に応じて、三種類のマップ５０１、５０２、５０３の中から選択したマップを、エンジン１の制御に用いる。尚、三種類のマップ５０１、５０２、５０３の選択についての詳細は、後述する。
【０１０６】
第一マップ５０１は、エンジン１の、いわば温間時のマップである。第二マップ５０２は、エンジン１の、いわば半暖機時のマップである。第三マップ５０３は、エンジン１の、いわば冷間時のマップである。
【０１０７】
各マップ５０１、５０２、５０３は、エンジン１の負荷及び回転数によって規定されている。第一マップ５０１は、負荷の高低及び回転数の高低に対し、大別して三つの領域に分かれる。具体的に、三つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域Ａ１、低負荷領域Ａ１よりも負荷が高い中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４、及び、低負荷領域Ａ１、中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４よりも回転数の高い高回転領域Ａ５である。中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４はまた、中負荷領域Ａ２と、中負荷領域Ａ２よりも負荷が高い高負荷中回転領域Ａ３と、高負荷中回転領域Ａ３よりも回転数の低い高負荷低回転領域Ａ４とに分かれる。
【０１０８】
第二マップ５０２は、大別して二つの領域に分かれる。具体的に、二つの領域は、低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、及び、低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３よりも回転数の高い高回転領域Ｂ４である。低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はまた、前記低負荷領域Ａ１及び中負荷領域Ａ２に相当する低中負荷領域Ｂ１と、高負荷中回転領域Ｂ２と、高負荷低回転領域Ｂ３とに分かれる。
【０１０９】
第三マップ５０３は、複数の領域に分かれておらず、一つの領域Ｃ１のみを有している。
【０１１０】
ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。図６の例では、回転数Ｎ１未満を低回転、回転数Ｎ２以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。回転数Ｎ１は、例えば１２００ｒｐｍ程度、回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。
【０１１１】
また、低負荷領域は、軽負荷の運転状態を含む領域、高負荷領域は、全開負荷の運転状態を含む領域、中負荷は、低負荷領域と高負荷領域との間の領域としてもよい。また、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を負荷方向に、低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域の略三等分にしたときの、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。
【０１１２】
図６のマップ５０１、５０２、５０３はそれぞれ、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。図７のマップ５０４は、第一マップ５０１に相当し、当該マップにおける、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、各領域におけるスワールコントロール弁５６の開度と、過給機４４の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。エンジン１は、低負荷領域Ａ１、中負荷領域Ａ２、高負荷中回転領域Ａ３、及び、高負荷低回転領域Ａ４、並びに、低中負荷領域Ｂ１、高負荷中回転領域Ｂ２、及び、高負荷低回転領域Ｂ３において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。エンジン１はまた、それ以外の領域、具体的には、高回転領域Ａ５、高回転領域Ｂ４、及び、領域Ｃ１においては、ＳＩ燃焼を行う。
【０１１３】
（各領域におけるエンジンの運転）
以下、図７のマップ５０４の各領域におけるエンジン１の運転について詳細に説明をする。
【０１１４】
（低負荷領域）
エンジン１が低負荷領域Ａ１において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１１５】
エンジン１の燃費性能を向上させるために、ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的に、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室１７から吸気ポート１８及び排気ポート１９に排出した排気ガスの一部は、燃焼室１７の中に再導入される。燃焼室１７の中に熱い排気ガスを導入するため、燃焼室１７の中の温度が高くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利になる。尚、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けてもよい。
【０１１６】
また、スワール発生部は、燃焼室１７の中に、強いスワール流を形成する。スワール比は、例えば４以上である。スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート１８はタンブルポートであるため、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。
【０１１７】
インジェクタ６は、吸気行程中に、燃料を複数回、燃焼室１７の中に噴射する。複数回の燃料噴射と、燃焼室１７の中のスワール流とによって、混合気は成層化する。
【０１１８】
燃焼室１７の中央部における混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のＡ／Ｆは、２０以上３０以下であり、外周部の混合気のＡ／Ｆは、３５以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。点火プラグ２５に近い混合気のＡ／Ｆを２０以上３０以下にすることにより、ＳＩ燃焼時のＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができる。また、外周部の混合気のＡ／Ｆを３５以上にすることで、ＣＩ燃焼が安定化する。
【０１１９】
混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比よりもリーンである（つまり、空気過剰率λ＞１）。より詳細に、燃焼室１７の全体において混合気のＡ／Ｆは２５以上３１以下である。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。
【０１２０】
燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ２５は、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする。点火タイミングは、圧縮行程の終期としてもよい。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期に三等分したときの終期としてもよい。
【０１２１】
前述したように、中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼のコントロール性が向上する。燃焼騒音の発生が抑制される。また、混合気のＡ／Ｆを理論空燃比よりもリーンにしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、エンジン１の燃費性能を、大幅に向上させることができる。尚、低負荷領域Ａ１は、後述するレイヤ３に対応する。レイヤ３は、軽負荷運転領域まで広がっていると共に、最低負荷運転状態を含んでいる。
【０１２２】
（中高負荷領域）
エンジン１が中高負荷領域Ａ２〜Ａ４において運転しているときも、エンジン１は、低負荷領域Ａ１と同様に、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１２３】
ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的に、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。内部ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。また、ＥＧＲシステム５５は、ＥＧＲ通路５２を通じて、ＥＧＲクーラー５３によって冷却した排気ガスを、燃焼室１７の中に導入する。つまり、内部ＥＧＲガスに比べて温度が低い外部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。外部ＥＧＲガスは、燃焼室１７の中の温度を、適切な温度に調節する。ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。ＥＧＲシステム５５は、全開負荷において、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスを含むＥＧＲガスを、ゼロにしてもよい。
【０１２４】
また、中高負荷領域Ａ２及び高負荷中回転領域Ａ３において、スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。一方、高負荷低回転領域Ａ４において、スワールコントロール弁５６は開である。
【０１２５】
混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。三元触媒５１１、５１３が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２としてもよい。尚、エンジン１が、全開負荷（つまり、最高負荷）を含む高負荷中回転領域Ａ３において運転しているときには、混合気のＡ／Ｆは、燃焼室１７の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてもよい（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。
【０１２６】
燃焼室１７内にＥＧＲガスを導入しているため、燃焼室１７の中の全ガスと燃料との重量比であるＧ／Ｆは理論空燃比よりもリーンになる。混合気のＧ／Ｆは１８以上にしてもよい。こうすることで、いわゆるノッキングの発生を回避することができる。Ｇ／Ｆは１８以上３０以下において設定してもよい。また、Ｇ／Ｆは１８以上５０以下において設定してもよい。
【０１２７】
エンジン１の負荷が中負荷であるときに、インジェクタ６は、吸気行程中に、複数回の燃料噴射を行う。インジェクタ６は、第一噴射を吸気行程の前半に行い、第二噴射を吸気行程の後半に行ってもよい。
【０１２８】
また、エンジン１の負荷が高負荷であるときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料を噴射する。
【０１２９】
点火プラグ２５は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近の所定のタイミングで混合気に点火をする。エンジン１の負荷が中負荷であるときに、点火プラグ２５は、圧縮上死点前に点火を行ってもよい。エンジン１の負荷が高負荷であるときに、点火プラグ２５は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい。
【０１３０】
混合気のＡ／Ｆを理論空燃比にしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、三元触媒５１１、５１３を利用して、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することができる。また、ＥＧＲガスを燃焼室１７に導入して混合気を希釈化することによって、エンジン１の燃費性能が向上する。尚、中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４は、後述するレイヤ２に対応する。レイヤ２は、高負荷領域まで広がっていると共に、最高負荷運転状態を含んでいる。
【０１３１】
（過給機の動作）
ここで、図７のマップ５０４に示すように、低負荷領域Ａ１の一部、及び、中高負荷領域Ａ２の一部においては、過給機４４はオフである（Ｓ／Ｃ  ＯＦＦ参照）。詳細には、低負荷領域Ａ１における低回転側の領域において、過給機４４はオフである。低負荷領域Ａ１における高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４はオンである。また、中高負荷領域Ａ２における低負荷低回転側の一部の領域において、過給機４４はオフである。中高負荷領域Ａ２における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４はオンである。また、中高負荷領域Ａ２における高回転側の領域においても過給機４４はオンである。
【０１３２】
尚、高負荷中回転領域Ａ３、高負荷低回転領域Ａ４、及び、高回転領域Ａ５の各領域においては、その全域において過給機４４がオンである（Ｓ／Ｃ  ＯＮ参照）。
【０１３３】
（高回転領域）
エンジン１の回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。燃焼室１７内において混合気を成層化することが困難になる。エンジン１の回転数が高くなると、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。
【０１３４】
そこで、エンジン１が高回転領域Ａ５において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。尚、高回転領域Ａ５は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。
【０１３５】
ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。ＥＧＲシステム５５は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。ＥＧＲシステム５５は、全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。
【０１３６】
スワールコントロール弁５６は、全開である。燃焼室１７内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁５６を全開にすることによって、充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。
【０１３７】
混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、エンジン１が全開負荷の付近において運転しているときには、混合気の空気過剰率λは１未満であってもよい。
【０１３８】
インジェクタ６は、吸気行程中に燃料噴射を開始する。インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室１７の中に、均質又は略均質な混合気が形成される。また、燃料の気化時間を長く確保することができるため、未燃損失の低減を図ることもできる。
【０１３９】
点火プラグ２５は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う。
【０１４０】
（マップのレイヤ構造）
図６に示すエンジン１のマップ５０１、５０２、５０３は、図８に示すように、レイヤ１、レイヤ２及びレイヤ３の三つのレイヤの組み合わせによって構成されている。
【０１４１】
レイヤ１は、ベースとなるレイヤである。レイヤ１は、エンジン１の運転領域の全体に広がる。レイヤ１は、第三マップ５０３の全体に相当する。
【０１４２】
レイヤ２は、レイヤ１の上に重なるレイヤである。レイヤ２は、エンジン１の運転領域の一部に相当する。具体的にレイヤ２は、第二マップ５０２の低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に相当する。
【０１４３】
レイヤ３は、レイヤ２の上に重なるレイヤである。レイヤ３は、第一マップ５０１の低負荷領域Ａ１に相当する。
【０１４４】
レイヤ１、レイヤ２及びレイヤ３は、燃焼室１７の壁温（又はエンジン水温）及び吸気の温度それぞれの高低と、大気圧とに応じて選択される。
【０１４５】
大気圧が所定の大気圧しきい値（例えば９５ｋＰａ）以上であって、燃焼室１７の壁温が第１所定壁温（例えば８０℃）以上でかつ、吸気温が第１所定吸気温（例えば５０℃）以上のときには、レイヤ１とレイヤ２とレイヤ３とが選択され、これらレイヤ１、レイヤ２及びレイヤ３を重ねることにより第一マップ５０１が構成される。第一マップ５０１における低負荷領域Ａ１は、そこにおいて最上位のレイヤ３が有効になり、中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４は、そこにおいて最上位のレイヤ２が有効になり、高回転領域Ａ５は、レイヤ１が有効になる。
【０１４６】
燃焼室１７の壁温が第１所定壁温未満、第２所定壁温（例えば３０℃）以上でかつ、吸気温が第１所定吸気温未満、第２所定吸気温（例えば２５℃）以上のときには、レイヤ１とレイヤ２とが選択される。これらレイヤ１及びレイヤ２を重ねることにより第二マップ５０２が構成される。第二マップ５０２における低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、そこにおいて最上位のレイヤ２が有効になり、高回転領域Ｂ４は、レイヤ１が有効になる。
【０１４７】
燃焼室１７の壁温が第２所定壁温未満でかつ、吸気温が第２所定吸気温未満のときには、レイヤ１のみが選択されて、第三マップ５０３が構成される。
【０１４８】
尚、燃焼室１７の壁温は、例えば，水温センサＳＷ１０によって計測されるエンジン１の冷却水の温度によって代用してもよい。また、冷却水の温度や、その他の計測信号に基づいて、燃焼室１７の壁温を推定してもよい。また、吸気温は、例えば、サージタンク４２内の温度を計測する第３吸気温度センサＳＷ１７によって計測することができる。また、各種の計測信号に基づいて、燃焼室１７の中に導入される吸気温を推定してもよい。
【０１４９】
前述したようにＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼室１７内に強いスワール流を発生させて行う。ＳＩ燃焼は、燃焼室１７の壁に沿って火炎が伝播するため、ＳＩ燃焼の火炎伝播は、壁温の影響を受ける。壁温が低いと、ＳＩ燃焼の火炎が冷やされてしまい、圧縮着火のタイミングが遅れてしまう。
【０１５０】
ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼は、燃焼室１７の外周部から中央部において行われるため、燃焼室１７の中央部の温度の影響を受ける。中央部の温度が低いと、ＣＩ燃焼が不安定になってしまう。燃焼室１７の中央部の温度は、燃焼室１７に導入される吸気の温度に依存する。つまり、吸気温度が高いときに、燃焼室１７の中央部の温度は高くなり、吸気温度が低いときに、中央部の温度は低くなる。
【０１５１】
燃焼室１７の壁温が第２所定壁温未満でかつ、吸気温度が第２所定吸気温未満のときには、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定して行うことができない。そこで、ＳＩ燃焼を実行するレイヤ１のみが選択され、ＥＣＵ１０は、第三マップ５０３に基づいて、エンジン１を運転する。全ての運転領域において、エンジン１がＳＩ燃焼を行うことにより、燃焼安定性を確保することができる。
【０１５２】
燃焼室１７の壁温が第２所定壁温以上及び吸気温度が第２所定吸気温以上のときには、略理論空燃比（つまり、λ≒１）の混合気を、安定してＳＰＣＣＩ燃焼させることができる。そこで、レイヤ１に加えて、レイヤ２が選択され、ＥＣＵ１０は、第二マップ５０２に基づいて、エンジン１を運転する。エンジン１が、一部の運転領域においてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことにより、エンジン１の燃費性能が向上する。
【０１５３】
燃焼室１７の壁温が第１所定壁温以上及び吸気温度が第１所定吸気温以上のときには、理論空燃比よりもリーンな混合気を、安定してＳＰＣＣＩ燃焼させることができる。そこで、レイヤ１及びレイヤ２に加えて、レイヤ３が選択され、ＥＣＵ１０は、第一マップ５０１に基づいて、エンジン１を運転する。エンジン１が、一部の運転領域においてリーン混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることにより、エンジン１の燃費性能が、さらに向上する。
【０１５４】
但し、大気圧が低いと、燃焼室１７に充填する空気量が少なくなる。混合気を、所定の燃料リーンな空燃比にすることが難しくなる。そこで、レイヤ３は、大気圧が所定の大気圧しきい値以上のときに選択される。
【０１５５】
次に、図９のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１０が実行するマップのレイヤ選択に関係する制御例について説明をする。先ず、スタート後のステップＳ９１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込む。ＥＣＵ１０は、続くステップＳ９２において、燃焼室１７の壁温が３０℃以上でかつ、吸気温が２５℃以上か否かを判断する。ステップＳ９２の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ９３に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ９５に進む。ＥＣＵ１０は、ステップＳ９５においてレイヤ１のみを選択する。ＥＣＵ１０は、第三マップ５０３に基づいてエンジン１を運転する。プロセスはその後、リターンする。
【０１５６】
ステップＳ９３において、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温が８０℃以上でかつ、吸気温が５０℃以上か否かを判断する。ステップＳ９３の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ９４に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ９６に進む。
【０１５７】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ９６においてレイヤ１とレイヤ２とを選択する。ＥＣＵ１０は、第二マップ５０２に基づいて、エンジン１を運転する。プロセスはその後、リターンする。
【０１５８】
ステップＳ９４において、ＥＣＵ１０は、大気圧が大気圧しきい値以上であるか否かを判断する。ステップＳ９４の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ９７に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ９６に進む。前述の通りＥＣＵ１０は、ステップＳ９６においてレイヤ１とレイヤ２とを選択する。
【０１５９】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ９７においてレイヤ１とレイヤ２とレイヤ３とを選択する。ＥＣＵ１０は、第一マップ５０１に基づいて、エンジン１を運転する。プロセスはその後、リターンする。
【０１６０】
図１０は、図９とは異なるレイヤ選択に関係するフローチャートを示している。先ず、スタート後のステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込む。ＥＣＵ１０は、続くステップＳ１０２において、燃焼室１７の壁温が３０℃以上でかつ、吸気温が２５℃以上か否かを判断する。ステップＳ１０２の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１０３に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ１０５に進む。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０５においてレイヤ１のみを選択する。プロセスはその後、リターンする。
【０１６１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１０は、エンジン水温が所定のエンジン水温しきい値以上でかつ、吸気温が所定の吸気温しきい値以上であるか否かを判断する。
【０１６２】
ここで、エンジン水温しきい値は、図１１の上図に示すマップ１１ａに基づいて設定される。マップ１１ａは、大気圧とエンジン水温しきい値との関係を定めている。大気圧が低いとエンジン水温しきい値が高くなり、大気圧が高いとエンジン水温しきい値が低くなる。大気圧が高いと、燃焼室１７に充填される空気量が増え、筒内ガスの圧縮により筒内温度が高くなる。エンジン水温が相対的に低くても、リーン混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることが可能になる。そこで、大気圧が高いとエンジン水温しきい値を低くする。
【０１６３】
また、図１１の下図は、吸気温しきい値を定めるマップ１１ｂを例示している。マップ１１ｂは、マップ１１ａと同様に、大気圧と吸気温しきい値との関係を定めている。大気圧が低いと吸気温しきい値が高くなり、大気圧が高いと吸気温しきい値が低くなる。前述の通り、大気圧が高いと筒内温度が高くなるから、吸気温が相対的に低くても、リーン混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることが可能になる。そこで、大気圧が高いと吸気温しきい値を低くする。
【０１６４】
図１０のフローチャートに戻り、ステップＳ１０３の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１０４に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ１０６に進む。
【０１６５】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０６においてレイヤ１とレイヤ２とを選択する。プロセスはその後、リターンする。
【０１６６】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０４においてレイヤ１とレイヤ２とレイヤ３とを選択する。プロセスはその後、リターンする。
【０１６７】
（エンジンの基本制御）
図１２は、ＥＣＵ１０が実行をするエンジン１の基本制御のフローを示している。ＥＣＵ１０は、メモリ１０２に記憶している制御ロジックに従いエンジン１を運転する。具体的にＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、目標トルクを設定し、エンジン１が目標トルクを出力するように、燃焼室１７の中の状態量の調節、噴射量の調節、噴射タイミングの調節、及び、点火タイミングの調節を行うための演算を行う。
【０１６８】
ＥＣＵ１０はまた、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、ＳＩ率とθｃｉとの二つのパラメータを用いてＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールする。具体的にＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に対応する目標ＳＩ率及び目標θｃｉを定め、実際のＳＩ率が目標ＳＩ率に一致しかつ、実際のθｃｉが目標θｃｉとなるように、燃焼室１７内の温度の調節と、点火時期の調節とを行う。ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が低いときには、目標ＳＩ率を低く設定し、エンジン１の負荷が高いときには、目標ＳＩ率を高く設定する。エンジン１の負荷が低いときには、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。エンジン１の負荷が高いときには、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制に有利になる。
【０１６９】
図１２のフローのステップＳ１２１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込み、続くステップＳ１２２において、ＥＣＵ１０は、アクセル開度に基づいて目標加速度を設定する。ステップＳ１２３において、ＥＣＵ１０は、設定した目標加速度を実現するために必要な目標トルクを設定する。
【０１７０】
ステップＳ１２４において、ＥＣＵ１０はエンジン１の運転状態を判断し、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比であるか（つまり、空気過剰率λ＝１）であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１２４において、エンジン１が、レイヤ１又はレイヤ２において運転するか（λ＝１）、レイヤ３において運転するか（λ≠１）を判断する。λ＝１であるときには、プロセスは、ステップＳ１２５に進み、λ≠１であるときには、プロセスは、ステップＳ１２９に進む。
【０１７１】
ステップＳ１２５〜ステップＳ１２８は、エンジン１がレイヤ１又はレイヤ２において運転するときに、各デバイスの制御目標値を設定するステップに相当する。ステップＳ１２５において、ＥＣＵ１０は、設定した目標トルクに基づいて、点火プラグ２５の目標点火時期を設定する。続くステップＳ１２６において、ＥＣＵ１０は、設定した目標トルクに基づいて、燃焼室１７内に充填する目標空気量を設定する。ステップＳ１２７において、ＥＣＵ１０は、設定した目標空気量に基づいて、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比になるよう、燃料の目標噴射量を設定する。そして、ステップＳ１２８において、ＥＣＵ１０は、設定した目標空気量に基づいて、スロットル弁４３の目標スロットル開度、スワールコントロール弁５６の目標ＳＣＶ開度、ＥＧＲ弁５４の目標ＥＧＲ弁開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３の目標Ｓ−ＶＴ位相及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の目標Ｓ−ＶＴ位相を設定する。
【０１７２】
ステップＳ１２９〜ステップＳ１２１２は、エンジン１がレイヤ３において運転するときに、各デバイスの制御目標値を設定するステップに相当する。ステップＳ１２９において、ＥＣＵ１０は、設定した目標トルクに基づいて、点火プラグ２５の目標点火時期を設定する。続くステップＳ１２１０において、ＥＣＵ１０は、設定した目標トルクに基づいて、燃料の目標噴射量を設定する。ステップＳ１２１１において、ＥＣＵ１０は、設定した目標噴射量に基づいて、混合気の空燃比が所定のリーン空燃比になるよう、燃焼室１７内に充填する目標空気量を設定する。混合気の空燃比は、前述したように、２５〜３１の間である。そして、ステップＳ１２１２において、ＥＣＵ１０は、設定した目標空気量に基づいて、スロットル弁４３の目標スロットル開度、スワールコントロール弁５６の目標ＳＣＶ開度、ＥＧＲ弁５４の目標ＥＧＲ弁開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３の目標Ｓ−ＶＴ位相及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の目標Ｓ−ＶＴ位相を設定する。
【０１７３】
ステップＳ１２１３においてＥＣＵ１０は、ステップＳ１２８又はステップＳ１２１２において設定した目標値となるように、スロットル弁４３のスロットル開度、スワールコントロール弁５６のＳＣＶ開度、ＥＧＲ弁５４のＥＧＲ弁開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３のＳ−ＶＴ位相及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４のＳ−ＶＴ位相を調節する。
【０１７４】
ステップＳ１２１４において、ＥＣＵ１０は、設定した目標噴射量に従い、インジェクタ６に所定のタイミングで燃料を噴射させ、続くステップＳ１２１５において、ＥＣＵ１０は、設定した目標点火時期に点火プラグ２５に点火を実行させる。
【０１７５】
（レイヤ２とレイヤ３との間の切り替え）
前述したように、エンジン１は、燃焼室１７の壁温（又はエンジン水温）及び吸気の温度の高低、並びに、大気圧に応じて、レイヤ１、レイヤ２及びレイヤ３の選択を行いながら運転をする。そのため、エンジン１の負荷及び回転数が一定であっても、マップが変わることにより、エンジン１の運転がレイヤ２とレイヤ３との間で切り替わる場合がある。また、エンジン１が第一マップ５０１に従って運転をしているときに、エンジン１の負荷が高低することに伴い、エンジン１の運転が中高負荷領域Ａ２〜Ａ４（つまりレイヤ２）と低負荷領域Ａ１（つまりレイヤ３）との間で切り替わる場合がある。
【０１７６】
ここで、レイヤ２は、混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比にし、レイヤ３は、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン空燃比（つまり、空燃比の値を大）にする。このため、エンジン１の運転が、レイヤ２からレイヤ３へ切り替わるとき、及び、レイヤ３からレイヤ２へ切り替わるときには、燃焼室１７内に充填する空気量を変更しなければならない。具体的に、エンジン１の運転が、レイヤ２からレイヤ３へ切り替わるとき、ＥＣＵ１０は、スロットル弁４３の開度を小から大へ変更することによって、燃焼室１７内に充填する空気量を増やす。逆に、エンジン１の運転が、レイヤ３からレイヤ２へ切り替わるとき、ＥＣＵ１０は、スロットル弁４３の開度を大から小へ変更することによって、燃焼室１７内に充填する空気量を減らす。
【０１７７】
レイヤ２からレイヤ３への切り替わり時に燃焼室１７内に充填する空気量が増えるに従って、混合気の空燃比は理論空燃比から、ずれる。一方で、燃焼室１７内に充填する空気量は、瞬時に増減しないため、混合気の空燃比は、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制される空燃比（つまり、レイヤ３における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ≧２５）よりも低くなる。混合気の空燃比は三元触媒の浄化ウインドウからずれていると共に、ＲａｗＮＯｘの生成も抑制されない。エンジン１の運転状態がレイヤ２からレイヤ３へ切り替わる過渡時に、排気エミッション性能が低下してしまう。
【０１７８】
同様に、レイヤ３からレイヤ２へ切り替わり時に、燃焼室１７内に充填する空気量が減るに従って、混合気の空燃比は、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制される空燃比（つまり、レイヤ３における混合気の空燃比（Ａ／Ｆ≧２５）よりも大になると共に、理論空燃比からもずれる。混合気の空燃比は三元触媒の浄化ウインドウからずれると共に、ＲａｗＮＯｘの生成も抑制されないため、エンジン１の運転状態がレイヤ３からレイヤ２へ切り替わる過渡時に、排気エミッション性能が低下してしまう。
【０１７９】
排気エミッション性能の低下を抑制するために、レイヤ２とレイヤ３との間でエンジン１の運転が切り替わる過渡時には、混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比に維持することが考えられる。しかしながら、実際の空気量に基づいて、混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比に維持しようとすると、目標トルクのために要求される燃料量よりも増量しなければならないため、エンジン１のトルクが増大してしまうという不都合がある。
【０１８０】
そこで、このエンジン１では、燃料量を増量することに対して、燃料量の増量によるエンジン１のトルクの増加を抑制するトルク調節を行う。
【０１８１】
図１３は、ＥＣＵ１０の機能ブロックの構成を示している。図１３に示す機能ブロックは主に、レイヤ２とレイヤ３との間の切り替えに関係する。機能ブロックは、目標トルク設定部１０ａ、第１モード部１０ｂ、第２モード部１０ｃ、判定部１０ｄ、及び、切替部１０ｅを含んでいる。
【０１８２】
目標トルク設定部１０ａは、前述の通り、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号に基づいて、エンジン１の目標トルクを設定する。
【０１８３】
第１モード部１０ｂは、目標トルク設定部１０ａが設定した目標トルクに基づいて、少なくとも、インジェクタ６、点火プラグ２５、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、及びスワールコントロール弁５６に信号を出力し、理論空燃比又は略理論空燃比の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることによりエンジン１を運転する。つまり、第１モード部１０ｂは、エンジン１をレイヤ２において運転する。
【０１８４】
第２モード部１０ｃは、目標トルク設定部１０ａが設定した目標トルクに基づいて、少なくとも、インジェクタ６、点火プラグ２５、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、及びスワールコントロール弁５６に信号を出力し、理論空燃比よりもリーンな混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることによりエンジン１を運転する。つまり、第２モード部１０ｃは、エンジン１をレイヤ３において運転する。
【０１８５】
判定部１０ｄは、レイヤ２とレイヤ３との間でエンジン１の運転状態を切り替えが必要であることを判定する。判定部１０ｄは、壁温（エンジン水温）、吸気温、大気圧、及び、エンジン１の負荷に基づいて、レイヤ２とレイヤ３との間の切り替えの要否を判定する。判定部１０ｄは、切り替えが必要なときには、判定結果を切替部１０ｅに出力する。
【０１８６】
切替部１０ｅは、判定部１０ｄからの信号を受けて、レイヤ２とレイヤ３との間の切り替えが必要なときには、切り替え期間において、少なくともインジェクタ６、点火プラグ２５、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、スワールコントロール弁５６、及びオルタネータ５７に信号を出力し、エンジン１を運転する。
【０１８７】
図１４は、レイヤ２からレイヤ３への切り替えに係るフローを示している。先ず、ステップＳ１４１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込み、続くステップＳ１４２において、ＥＣＵ１０は、レイヤ２からレイヤ３への切り替えが必要であるか否かを判定する。
【０１８８】
具体的に、ＥＣＵ１０の判定部１０ｄは、壁温（又はエンジン水温）、吸気温、及び、大気圧に基づいて、レイヤ２からレイヤ３への切り替えが必要であるか、又は、エンジン１の負荷が低くなって、レイヤ２からレイヤ３への切り替えが必要であるか否かを判定する。判定の結果、レイヤ２からレイヤ３への切り替えが必要であるときには、判定部１０ｄはレイヤ３切替フラグを１にする。ステップＳ１３２においてＥＣＵ１０は、レイヤ３切替フラグが１であるか否かを判定し、フラグが１であるとき（レイヤ２からレイヤ３への切り替えが必要であるとき）には、プロセスはステップＳ１４３に進み、フラグが１ではない（つまり、フラグが０であり、レイヤ２からレイヤ３への切り替えが必要でない）ときには、プロセスはリターンする。
【０１８９】
レイヤ２からレイヤ３への切り替えを行うときには、図８に示すように、混合気の空燃比は、理論空燃比又は略理論空燃比から、理論空燃比よりもリーンになり、ＥＧＲ率は、高ＥＧＲ率から低ＥＧＲ率になり、スワール流は、弱スワールから強スワールになる。
【０１９０】
ステップＳ１４３において、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４の開度を目標開度となるように調節する。具体的にＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４の開度を大から、小又はゼロにする。燃焼室１７内に導入されるＥＧＲガス量が、切り替え前よりも少なくなる。ＥＧＲ率は、高ＥＧＲ率から低ＥＧＲ率へと変化する。また、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６の開度を目標開度となるように調節する。具体的にＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６の開度を大から、小又はゼロにする。スワール流は、弱スワールから強スワールへと変化する。
【０１９１】
続くステップＳ１４４において、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ率が目標値に略一致しかつ、ＳＣＶ開度が目標値に略一致したか否かを判定する。判定がＮＯのときには、プロセスは、ステップＳ１４３に戻り、判定がＹＥＳのときには、プロセスは、ステップＳ１４５及びステップＳ１４８に進む。
【０１９２】
ここで、ＥＣＵ１０は、例えばリニアＯ２センサＳＷ８の検出信号から得られる排気ガスのＥＧＲ濃度と、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の検出結果及びＥＧＲ弁５４の開度から算出されるＥＧＲガス流量と、エアフローセンサＳＷ１の検出結果から得られる新気量とに基づいて、インテークマニホールドにおけるＥＧＲ率を判定してもよい。
【０１９３】
後述するように、レイヤ２からレイヤ３への切り替えを行うときには、スロットル弁４３の開度を小から大へと変更するが、燃焼室１７内に充填する空気量の調節を行う前に、燃焼室１７内に導入するＥＧＲガス量を少なくすることにより、レイヤ２からレイヤ３への切り替え過渡時に、燃焼安定性が高まる。また、燃焼室１７内に充填する空気量の調節を行う前に、スワール流を強めておくことにより、レイヤ２からレイヤ３への切り替え過渡時に、燃焼安定性が高まる。後述するように点火時期を遅角しても、失火等を抑制することができる。
【０１９４】
また、空気量の調節前に、スワールコントロール弁５６の開度を大から小へと変更しておくことにより、レイヤ３への切り替えが完了したときには、燃焼室１７内に強いスワール流が既に、形成されている。これにより、レイヤ３への切り替え後に、リーン混合気のＳＰＣＣＩ燃焼を安定して行うことができる。尚、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４、スワールコントロール弁５６及びスロットル弁４３の開度調整を、並列に実行してもよい。
【０１９５】
ステップＳ１４５からステップＳ１４７までのプロセスと、ステップＳ１４８からステップＳ１４１８までのプロセスとは、並列に進行する。これらのプロセスは、ＥＣＵ１０の切替部１０ｅが実行する。
【０１９６】
ステップＳ１４５においてＥＣＵ１０は、レイヤ３における目標空気量を設定し、続くステップＳ１４６において、ＥＣＵ１０は、設定した目標空気量に基づいて、目標スロットル開度を設定する。そして、ステップＳ１４７において、ＥＣＵ１０は、設定した目標スロットル開度となるように、スロットル弁４３の開度を調節する。具体的に、レイヤ２からレイヤ３への切り替え時には、目標空気量は相対的に多くなり、スロットル弁４３の開度は小から大へと変化する。但し、燃焼室１７内に充填される空気量は、瞬時には多くならず、空気量が目標空気量に到達するまでには時間遅れが生じる。
【０１９７】
ステップＳ１４８においてＥＣＵ１０は、燃焼室１７内に実際に充填される空気量を読み込み、続くステップＳ１４９においてＥＣＵ１０は、読み込んだ実空気量に基づいて、リタード限界トルク、及び、リッチ限界トルクを算出する。
【０１９８】
リタード限界トルクは、点火時期を可能な限り遅角した状態で、理論空燃比又は略理論空燃比の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼することによって得られるエンジン１のトルクを意味する。点火時期を遅角させ過ぎると、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼が生じなかったり、ＳＩ燃焼の安定性が低下したりする。ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジン１は、点火時期の遅角限界を有している。リタード限界トルクは、実空気量に基づき空燃比を理論空燃比にした条件下で、点火時期の遅角化によって低下させることができるエンジンのトルクの下限に相当する。リタード限界トルクは、ＥＣＵ１０が演算する仮想的なトルクである。
【０１９９】
リッチ限界トルクは、実際の空気量に対して、ＲａｗＮＯｘが発生しない限度まで燃料を増量して（尚、混合気の空燃比は理論空燃比よりもリーンである）、ＳＰＣＣＩ燃焼したときのエンジン１のトルクを意味する。リッチ限界トルクは、実空気量に基づき空燃比を、レイヤ３の設定空燃比よりもＲａｗＮＯｘの生成限度までリッチにした条件下で、発生させることができるトルクの上限に相当する。リッチ限界トルクも、ＥＣＵ１０が演算する仮想的なトルクである。  
【０２００】
図１５は、リタード限界トルクの算出手順を示すブロック図である。ＥＣＵ１０は、リタード限界時のエンジン１の熱効率から、リタード限界トルクを算出する。リタード限界時のエンジン１の熱効率は、ＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）におけるエンジン１の熱効率と、リタード限界のｍｆｂ５０位置とから算出する。リタード限界のｍｆｂ５０位置は、点火時期を可能な限り遅角したときの燃焼波形において、質量燃焼割合（Mass Fraction Burnt：ｍｆｂ）が５０％となるクランク角である。
【０２０１】
ＥＣＵ１０は、エンジン回転数と充填効率と予め定めたマップ１５１とから、リタード限界のｍｆｂ５０位置を算出する。マップ１５１は、エンジンの運転状態（回転数、及び、充填効率（つまり、エンジン１の負荷に対応）と、リタード限界のｍｆｂ５０位置との関係を定めている。エンジン１の回転数が低く負荷が高い（つまり、充填効率が高い）ほど、燃料量が多くて燃焼安定性が高い上に、点火時期を遅角させても、点火から燃焼までの時間が長いから、失火等を抑制することができる。エンジン１の回転数が低く負荷が高いほど、点火時期を大きく遅角することができる。リタード限界のｍｆｂ５０位置は、エンジン１の回転数が低く負荷が高いほど遅角し、回転数が高く負荷が低い（つまり、充填効率が低い）ほど進角する。
【０２０２】
尚、ここではマップ１５１を用いてリタード限界のｍｆｂ５０位置を決定しているが、ＬＮＶ（Lowest Normalized Value）を考慮したモデルを用いて、リタード限界のｍｆｂ５０位置を算出してもよい。
【０２０３】
ＥＣＵ１０は、リタード限界のｍｆｂ５０位置と予め定めたマップ１５２とから、ＭＢＴに対する効率を設定する。マップ１５２は、リタード限界のｍｆｂ５０位置とＭＢＴに対する効率との関係を定めている。ＭＢＴに対する効率は、リタード限界のｍｆｂ５０位置が進角側の所定クランク角であれば「１」となり、リタード限界のｍｆｂ５０位置が遅角するほど、ゼロに近づく。
【０２０４】
マップ１５２は基準カーブ（実線参照）を定めており、このカーブは、エンジン１の運転状態に応じて補正される。マップ１５３は、マップ１５２の基準カーブを補正する効率傾きに係る。マップ１５３は、エンジン１の回転数と充填効率と効率傾きとの関係を定めている。効率傾きは、エンジン１の回転数が低く負荷が低いほど小さく、回転数が高く負荷が高いほど大きい。
【０２０５】
実線で示すマップ１５２の基準カーブは、マップ１５３に基づいて定めた効率傾きが大きいほど、破線で示すよう下に下がり、効率傾きが小さいほど上に上がる。ＥＣＵ１０は、効率傾きによって補正をしたマップ１５２に基づいて、リタード限界時の、ＭＢＴに対する効率を定める（一点鎖線の矢印参照）。
【０２０６】
ＥＣＵ１０は、ＭＢＴに対する効率と予め定めたマップ１５４とから、リタード限界時の熱効率を定める。マップ１５４は、エンジン１の回転数と充填効率とＭＢＴでの熱効率との関係を定めている。ＭＢＴでの熱効率は、エンジン１の回転数が低く負荷が低いほど低く、回転数が高く負荷が高いほど高い。ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数と充填効率とマップ１５４とから、エンジン１の運転状態における、ＭＢＴでの熱効率を定めると共に、ＭＢＴでの熱効率と、マップ１５２において定めたＭＢＴに対する効率とから、リタード限界時の熱効率を算出する。
【０２０７】
ＥＣＵ１０は、リタード限界時の熱効率を算出すれば、リタード限界時の熱効率と、１気筒当たりの体積と、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比になる噴射量における発熱量とに基づいて、当該熱効率に対応するトルク（つまり、リタード限界トルク）を算出する。
【０２０８】
図１６は、リッチ限界トルクの算出手順を示すブロック図である。ＥＣＵ１０は、リッチ限界時のエンジン１の熱効率から、リッチ限界トルクを算出する。リッチ限界時のエンジン１の熱効率は、ＭＢＴにおけるエンジン１の熱効率と、リッチ限界のｍｆｂ５０位置とから算出する。リッチ限界のｍｆｂ５０位置は、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制される空燃比の混合気を燃焼したときの波形において、質量燃焼割合が５０％となるクランク角を示している。
【０２０９】
ＥＣＵ１０は、エンジン回転数とリッチ限界噴射量と予め定めたマップ１６１とから、リッチ限界のｍｆｂ５０位置を算出する。マップ１６１は、エンジン回転数と、リッチ限界噴射量と、ｍｆｂ５０位置との関係を定めている。リッチ限界噴射量は、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制される上限の噴射量である。リッチ限界のｍｆｂ５０位置は、エンジン１の回転数が低く負荷が低いほど遅角し、回転数が高く負荷が高いほど進角する。
【０２１０】
図１６のマップ１６２、マップ１６３及びマップ１６４はそれぞれ、図１５のマップ１５２、マップ１５３及びマップ１５４と同じである。
【０２１１】
ＥＣＵ１０は、リッチ限界のｍｆｂ５０位置と予め定めたマップ１６２とから、ＭＢＴに対する効率を設定する（一点鎖線の矢印参照）。
【０２１２】
マップ１６２の基準カーブ（実線）は、マップ１６３と、エンジン１の運転状態とから定まる効率傾きにより補正される。
【０２１３】
ＥＣＵ１０は、ＭＢＴに対する効率と予め定めたマップ１６４とから、リッチ限界時の熱効率を定める。マップ１６４は、エンジン１の回転数と充填効率とＭＢＴでの熱効率と  の関係を定めている。
【０２１４】
リッチ限界時の熱効率を算出すれば、ＥＣＵ１０は、リッチ限界時の熱効率と、１気筒当たりの体積と、リッチ限界噴射量における発熱量とに基づいて、当該熱効率に対応するトルク（つまり、リッチ限界トルク）を算出する。
【０２１５】
図１４のフローに戻り、ステップＳ１４１０においてＥＣＵ１０は、算出したリッチ限界トルクが、目標トルクに一致しないか否かを判定する。判定がＹＥＳのとき、つまり、算出したリッチ限界トルクが目標トルクに一致しないときは、プロセスはステップＳ１４１１に進む。判定がＮＯのとき、つまり、算出したリッチ限界トルクが、目標トルクに一致又は略一致するときには、プロセスはステップＳ１４１７に進む。
【０２１６】
ステップＳ１４１０の判定がＹＥＳのときには、燃焼室１７に充填される空気量が少ないため、ＲａｗＮＯｘが生じない限界まで混合気を燃料リッチにしても、目標トルクを実現することができない。そこで、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘの排出を抑制するために、混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比にする。つまり、ステップＳ１４１１において、ＥＣＵ１０は、実空気量に基づいて、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比になる目標燃料噴射量を設定する。ここで設定される目標燃料噴射量は、エンジン１が目標トルクを出力するために必要な噴射量よりも増量している。
【０２１７】
続くステップＳ１４１２において、ステップＳ１４１１において設定した目標燃料噴射量と目標トルクとに基づいて、目標点火時期を設定する。ここで設定される目標点火時期は、燃料量の増加により高くなるトルク分が減少するよう、遅角される。ＳＰＣＣＩ燃焼において、点火時期を遅角することにより、ＳＩ燃焼の時期が遅角すると共に、ＣＩ燃焼が開始する時期も遅角する。エンジン１のトルクを効果的に低減させることができる。
【０２１８】
ステップＳ１４１３においてＥＣＵ１０は、ステップＳ１４９で算出したリタード限界トルクが、目標トルク以下であるか否かを判定する。リタード限界トルクが目標トルク以下であれば、点火時期を遅角させることにより、エンジン１のトルクを目標トルクまで低減することができる。ステップＳ１４１３の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１４１４に進む。ステップＳ１４１４においてＥＣＵ１０は、目標噴射量に従って、インジェクタ６に燃料を噴射させ、続くステップＳ１４１５においてＥＣＵ１０は、設定した目標点火時期に従って、点火プラグ２５に点火を実行させる。
【０２１９】
一方、ステップＳ１４１３の判定がＮＯのとき、つまり、リタード限界トルクが目標トルクを超えるときは、点火時期をリタード限界まで遅角させても、エンジン１のトルクが目標トルクを超えてしまう。レイヤ２からレイヤ３への切り替え時に点火時期を遅角することだけでは、エンジン１のトルクを低減することができず、トルクショックが発生してしまう。
【０２２０】
そこで、ステップＳ１４１３の判定がＮＯのときに、プロセスはステップＳ１４１６に進み、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４１６においてオルタネータの負荷を増大する。これにより、エンジン１のトルクが低減してトルクショックの発生が抑制される。
【０２２１】
プロセスは、ステップＳ１４１０の判定がＮＯになるまでステップＳ１４１１からステップＳ１４１６までを繰り返す。燃焼室１７内に充填される空気量が増えて、算出したリッチ限界トルクが、目標トルクに一致又は略一致するようになれば、ステップＳ１４１０の判定がＮＯとなって、プロセスはステップＳ１４１７に進む。
【０２２２】
ステップＳ１４１７においてＥＣＵ１０は、レイヤ３への移行を行う。具体的には、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように、ＥＣＵ１０は、増量していた噴射量を減らす。噴射量は、目標トルクに対応する噴射量になる。また、ＥＣＵ１０は、遅角していた点火時期を進角させる。
【０２２３】
続くステップＳ１４１８においてＥＣＵ１０は、レイヤ３切替フラグを０にし、レイヤ２からレイヤ３への切り替えが完了する。
【０２２４】
図１７は、レイヤ３からレイヤ２への切り替えに係るフローを示している。先ず、ステップＳ１７１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込み、続くステップＳ１７２において、ＥＣＵ１０は、レイヤ３からレイヤ２への切り替えが必要であるか否かを判定する。
【０２２５】
具体的に、ＥＣＵ１０の判定部１０ｄは、壁温（又はエンジン水温）、吸気温、及び、大気圧に基づいて、レイヤ３からレイヤ２への切り替えが必要であるか、又は、エンジン１の負荷が高くなって、レイヤ３からレイヤ２への切り替えが必要であるか否かを判定する。判定の結果、レイヤ３からレイヤ２への切り替えが必要であるときには、判定部１０ｄはレイヤ２切替フラグを１にする。ステップＳ１７２においてＥＣＵ１０は、レイヤ２切替フラグが１であるか否かを判定し、フラグが１であるとき（レイヤ３からレイヤ２への切り替えが必要であるとき）には、プロセスはステップＳ１７３、Ｓ１７５及びＳ１７８に進み、フラグが１ではない（つまり、フラグが０であり、レイヤ３からレイヤ２への切り替えが必要でない）ときには、プロセスはリターンする。
【０２２６】
レイヤ３からレイヤ２への切り替えを行うときには、図８に示すように、混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンな空燃比から、理論空燃比又は略理論空燃比になり、ＥＧＲ率は、低ＥＧＲ率から高ＥＧＲ率になり、スワール流は、強スワールから弱スワールになる。
【０２２７】
ステップＳ１７３及びＳ１７４は、ＥＧＲ弁５４及びスワールコントロール弁５６の開度調節に係るプロセスであり、ステップＳ１７５からステップＳ１７７までは、スロットル弁４３の開度調節に係るプロセスであり、ステップＳ１７８からステップＳ１７２０は、レイヤ３からレイヤ２への切り替え判定に係るプロセスである。これらの三つのプロセスは、並列に進行する。これらのプロセスは、切替部１０ｅが実行する。
【０２２８】
ステップＳ１７３において、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４の開度を目標開度となるように調節する。具体的にＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４の開度を小から大にする。燃焼室１７内に導入されるＥＧＲガス量が、切り替え前よりも多くなる。ＥＧＲ率は、低ＥＧＲ率から高ＥＧＲ率へと変化する。また、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６の開度を目標開度となるように調節する。具体的にＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６の開度を小から大にする。スワール流は、強スワールから弱スワールへと変化する。レイヤ２は、理論空燃比又は略理論空燃比の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるため、レイヤ３と比較して燃焼安定性を確保しやすい。そのため、レイヤ２からレイヤ３への切り替え時とは異なり、ＥＧＲ弁５４の開度調節やスワールコントロール弁５６の開度調節は、後述するスロットル弁４３の開度調節と同時に行うことが許容される。
【０２２９】
尚、レイヤ２からレイヤ３への切り替え時と同様に、ＥＧＲ弁５４及びスワールコントロール弁５６の開度調節を先に実行し、その後、スロットル弁４３の開度調節を実行するようにしてもよい。
【０２３０】
ステップＳ１７４において、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ率が目標値に略一致しかつ、ＳＣＶ開度が目標値に略一致したか否かを判定する。判定がＮＯのときには、プロセスは、ステップＳ１７３に戻る。判定がＹＥＳのときには、ＥＧＲ弁５４の開度調節及びスワールコントロール弁５６の開度調節は完了する。
【０２３１】
ステップＳ１７５においてＥＣＵ１０は、レイヤ２における目標空気量を設定し、続くステップＳ１７６において、ＥＣＵ１０は、設定した目標空気量に基づいて、目標スロットル開度を設定する。そして、ステップＳ１７７において、ＥＣＵ１０は、設定した目標スロットル開度となるように、スロットル弁４３の開度を調節する。具体的に、レイヤ３からレイヤ２への切り替え時には、目標空気量は相対的に少なくなり、スロットル弁４３の開度は大から小へと変化する。但し、燃焼室１７内に充填される空気量は、瞬時には少なくならず、空気量が目標空気量まで減少するには時間遅れが生じる。
【０２３２】
ステップＳ１７８においてＥＣＵ１０は、燃焼室１７内に実際に充填される空気量を読み込み、続くステップＳ１７９においてＥＣＵ１０は、読み込んだ実空気量に基づいて、リタード限界トルク、及び、リッチ限界トルクを算出する。リタード限界トルク、及び、リッチ限界トルクの算出は、前記と同じである。
【０２３３】
ステップＳ１７１０においてＥＣＵ１０は、算出したリッチ限界トルクが、目標トルクに一致するか否かを判定する。判定がＮＯのとき、つまり、算出したリッチ限界トルクが目標トルクに一致しないときは、プロセスはステップＳ１７１１に進む。
【０２３４】
ステップＳ１７１１においてＥＣＵ１０は、レイヤ３を継続する。燃焼室１７内に実際に充填される空気量が減少していることに対し、噴射量を維持する。混合気の空燃比は小さくなる。リッチ限界となるまでレイヤ３を継続することにより、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制しながら、噴射量の増量及び点火時期の遅角を抑制することができるため、燃費性能の向上に有利になる。
【０２３５】
ステップＳ１７１０の判定がＹＥＳのとき、つまり、算出したリッチ限界トルクが、目標トルクに一致又は略一致するときには、燃焼室１７に充填される空気量が、それ以上に減少すると、混合気の空燃比が小さくなってＲａｗＮＯｘが生成されてしまう。混合気の空燃比を理論空燃比又は略理論空燃比にするために、プロセスは、ステップＳ１７１２に進む。
【０２３６】
ステップＳ１７１２においてＥＣＵ１０は、実空気量に基づいて、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比になる目標燃料噴射量を設定する。ここで設定される目標燃料噴射量は、エンジンが目標トルクを出力するために必要な噴射量よりも増量している。
【０２３７】
続くステップＳ１７１３において、ステップＳ１７１２において設定した目標燃料噴射量と目標トルクとに基づいて、目標点火時期を設定する。ここで設定される目標点火時期は、燃料量の増加により高くなるトルク分が減少するよう、遅角される。
【０２３８】
ステップＳ１７１４においてＥＣＵ１０は、ステップＳ１７９で算出したリタード限界トルクが、目標トルク以下であるか否かを判定する。リタード限界トルクが目標トルク以下であれば、点火時期を遅角させることにより、エンジン１のトルクを目標トルクまで低減することができる。ステップＳ１７１４の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１７１５に進む。ステップＳ１７１５においてＥＣＵ１０は、目標噴射量に従って、インジェクタ６に燃料を噴射させ、続くステップＳ１７１６においてＥＣＵ１０は、設定した点火時期に従って、点火プラグ２５に点火を実行させる。
【０２３９】
ステップＳ１７１４の判定がＮＯのときには、点火時期を遅角させることだけではエンジン１のトルクを目標トルクまで低減することができない。ステップＳ１７１４の判定がＮＯのときには、プロセスはステップＳ１７１７に進む。ステップＳ１７１７においてＥＣＵ１０は、オルタネータ５７の負荷を高めて、エンジン１のトルクを低減する。トルクショックの発生を抑制することができる。プロセスは、ステップＳ１７１７からステップＳ１７１５に進む。
【０２４０】
ステップＳ１７１６の後のステップＳ１７１８において、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７内に充填される空気量が減って、実空気量が目標空気量に到達したか否かを判定する。ステップＳ１７１８の判定がＮＯのときには、プロセスはリターンする。レイヤ３からレイヤ２への切り替え制御を継続する。ステップＳ１７１８の判定がＹＥＳのときには、プロセスは、ステップＳ１７１９に進む。ステップＳ１７１９において、ＥＣＵ１０はレイヤ２に移行する。つまり、ＥＣＵ１０は、噴射量の増量と点火時期の遅角とを終了する。続くステップＳ１７２０においてＥＣＵ１０は、レイヤ２切替フラグを０にし、レイヤ３からレイヤ２への切り替えが完了する。
【０２４１】
次に、図１８〜図２０に示すタイムチャートを参照しながら、レイヤ２とレイヤ３との間の切り替えについて説明をする。これらのタイムチャートは、紙面左から右に時間が進む。また、レイヤ２とレイヤ３との間の切り替えにおいて、エンジン１の目標トルクは変化せずに一定又は略一定であると仮定する。
【０２４２】
図１８は、レイヤ２からレイヤ３への切り替えを行うときの、各パラメータの変化を例示している。時刻ｔ１１においてレイヤ３切替フラグが１に切り替わると（１８ａ参照）、スワールコントロール弁５６及びＥＧＲ弁５４の開度がそれぞれ、大から小へと変わる（１８ｂ，１８ｃ参照）。燃焼室１７内のスワール流は、弱スワールから強スワールへと変わると共に、インテークマニホールド内のＥＧＲ率は、高ＥＧＲ率から低ＥＧＲ率へと変わる（１８ｄ参照）。
【０２４３】
時刻ｔ１２においてＥＧＲ率が所定の目標値に到達すると、スロットル弁４３の開度が小から大へと変化する（１８ｅ参照）。前述したように、ＥＧＲ弁５４及びスワールコントロール弁５６の開度調節を、スロットル弁４３の開度調節よりも先に行うことにより、レイヤ３へ切り替わったときに、リーン混合気のＳＰＣＣＩ燃焼を安定して行うことが可能になる。
【０２４４】
スロットル弁４３の開度が大きくなると、燃焼室１７に充填される空気量が次第に増える（１８ｆ参照）。空気量が増えることに対応して、燃料の噴射量が増える（１８ｇ参照）。これにより、混合気の空燃比は、理論空燃比又は略理論空燃比に維持される（１８ｉ参照）。ここで、燃料の噴射量を、エンジン１の目標トルクに対応した一定の噴射量にしたと仮定すると、そのときの空燃比（つまり、仮想空燃比）は、１８ｉに一点鎖線で示すように、空気量の増加に伴い、次第に大きくなってしまう。ＲａｗＮＯｘが生成されてしまう。
【０２４５】
燃料の噴射量を増やしているため、エンジン１のトルクが目標トルクよりも大きくならないよう、点火時期を遅角する（１８ｈ参照）。点火時期は、空気量及び燃料量が増えることに伴い、遅角量が大きくなる。エンジン１のトルクが低減するように、トルク調節を行うことによって、エンジン１のトルクを一定にすることが可能になる（１８ｊ参照）。
【０２４６】
図１８に示す例では、リタード限界トルクは目標トルクよりも低く、点火時期をリタード限界まで遅角させなくても、エンジン１のトルクを、目標トルクとなるまで下げることができる（１８ｈの一点鎖線、及び、１８ｊの一点鎖線参照）。
【０２４７】
そして、時刻ｔ１３において、リッチ限界トルクが目標トルクとなれば、燃料の増量及び点火時期の遅角を終了する。エンジン１は、実質的にレイヤ３において運転するが、空気量は目標空気量まで到達していないため、混合気の空燃比は、レイヤ３において設定されている空燃比よりもリッチである。但し、ＲａｗＮＯｘの生成は抑制される。
【０２４８】
尚、リッチ限界トルクと目標トルクとの比較に代えて、ＥＣＵ１０は、仮想空燃比に基づき、燃料の増量及び点火時期の遅角を終了してもよい。つまり、ＥＣＵ１０は、仮想空燃比が所定のしきい値（リッチ限界のしきい値）に到達したことを判定したときに、燃料の増量及び点火時期の遅角を終了してもよい。
【０２４９】
ＲａｗＮＯｘが生成しない限度で混合気の空燃比を燃料リッチにすることを許容することにより、燃料の増量及び点火時期の遅角を、早期に終了することができる。エンジン１の燃費性能の向上に有利になる。
【０２５０】
その後、時刻ｔ１４において、空気量が目標空気量に到達し、レイヤ３への切り替えが完了する。尚、空気量が目標空気量に到達するまで燃料の増量及び点火時期の遅角を継続し、空気量が目標空気量に到達することにより、燃料の増量及び点火時期の遅角を終了してもよい。
【０２５１】
図１９も、レイヤ２からレイヤ３への切り替えを行うときの、各パラメータの変化を例示している。時刻ｔ２１においてレイヤ３切替フラグが１に切り替わると（１９ａ参照）、スワールコントロール弁５６及びＥＧＲ弁５４の開度がそれぞれ、大から小へと変わる（１９ｂ，１９ｃ参照）。燃焼室１７内のスワール流は、弱スワールから強スワールへと変わると共に、インテークマニホールド内のＥＧＲ率は、高ＥＧＲ率から低ＥＧＲ率へと変わる（１９ｄ参照）。
【０２５２】
時刻ｔ２２においてＥＧＲ率が所定の目標値に到達すると、スロットル弁４３の開度が小から大へと変化する（１９ｅ参照）。
【０２５３】
スロットル弁４３の開度が大きくなると、燃焼室１７に充填される空気量が次第に増える（１９ｆ参照）。空気量が増えることに対応して、燃料の噴射量が増える（１９ｇ参照）。混合気の空燃比は、理論空燃比又は略理論空燃比に維持される（１９ｉ参照）。空気量及び燃料量が増えることに伴い、点火時期は遅角する（１９ｈ参照）。エンジン１のトルクは一定になる（１９ｊ参照）。
【０２５４】
時刻ｔ２３において、リタード限界トルクは目標トルクを超えてしまう。つまり、点火時期の遅角量が、リタード限界に到達してしまう（１９ｈの一点鎖線参照）。点火時期をこれ以上に遅角させることができないため、ＥＣＵ１０は、点火時期の遅角量を維持する。つまり、点火時期の遅角を抑制する。これにより、エンジン１は、燃焼安定性を確保することができる。ＥＣＵ１０は、点火時期の遅角を抑制すると共に、オルタネータ５７の負荷を高める（１９ｋ参照）。エンジン１のトルクが低減し、トルクが一定になる。
【０２５５】
燃料の増量、並びに、点火時期の遅角及びオルタネータ５７の負荷増大を継続しつつ、時刻ｔ２４においてリッチ限界トルクが目標トルクになれば（又は、仮想空燃比が所定しきい値になれば）、燃料の増量及び点火時期の遅角を終了する。その後、時刻ｔ２５において、空気量が目標空気量に到達し、レイヤ３への切り替えが完了する。
【０２５６】
また、レイヤ２からレイヤ３への切替時に、空気量が目標空気量に到達するまで（時刻ｔ１４又はｔ２５まで）、燃料量の増量と点火時期の遅角とを継続し、空気量が目標空気量に到達したときに、燃料量の増量と点火時期の遅角とを終了してもよい。
【０２５７】
尚、リタード限界トルクが目標トルクに到達したタイミングで燃料の増量と点火時期の遅角とを終了し、レイヤ３へ切り替えてもよい。
【０２５８】
図２０は、レイヤ３からレイヤ２への切り替えを行うときの、各パラメータの変化を例示している。時刻ｔ３１においてレイヤ２切替フラグが１に切り替わると（２０ａ参照）、スワールコントロール弁５６及びＥＧＲ弁５４の開度がそれぞれ、小から大へと変わる２０ｂ，２０ｃ参照）。燃焼室１７内のスワール流は、強スワールから弱スワールへと変わると共に、インテークマニホールド内のＥＧＲ率は、低ＥＧＲ率から高ＥＧＲ率へと変わる（２０ｄ参照）。
【０２５９】
レイヤ３からレイヤ２への切り替え時には、ＥＧＲ率が所定の目標値に到達することを待たずに、スロットル弁４３の開度が大から小へと変化する（２０ｅ参照）。レイヤ３からレイヤ２への切り替え期間を短くすることができる。
【０２６０】
スロットル弁４３の開度が小さくなると、燃焼室１７に充填される空気量が、次第に減る。（２０ｆ参照）。燃料の噴射量は、リッチ限界トルクが目標トルクに到達するまで、言い換えると、空燃比が、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制することが可能なリッチ限界に到達するまで維持される（２０ｇ、２０ｉ、２０ｊ参照）。燃料の噴射量の増量を遅らせることによって、燃費性能の向上に有利になる。
【０２６１】
時刻ｔ３２において、リッチ限界トルクが目標トルクに到達すると、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比になるように、燃料の噴射量を増やす（２０ｇ、２０ｉ参照）。三元触媒を利用して、排気ガスの浄化を行うことができる。
【０２６２】
燃料量が増えることに伴い、点火時期は遅角される（２０ｈ参照）。その結果、エンジン１のトルクは一定になる（２０ｊ参照）。
【０２６３】
時刻ｔ３３において、空気量が目標空気量に到達すれば、燃料の増量及び点火時期の遅角が終了し、レイヤ２への切り替えが完了する。
【０２６４】
尚、レイヤ３からレイヤ２への切替時に、リッチ限界トルクが目標トルクに到達することを待たずに、スロットル弁４３の開度調整の開始と共に、燃料量の増量と点火時期の遅角とを開始してもよい。つまり、燃料量の増量及び点火時期の遅角は、時刻ｔ３１から開始してもよい。
【０２６５】
（他の実施形態）
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。エンジン１の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
【符号の説明】
【０２６６】
１  エンジン
１０  ＥＣＵ（制御部）
１０ａ  目標トルク設定部
１０ｂ  第１モード部
１０ｃ  第２モード部
１０ｄ  判定部
１０ｅ  切替部
１１  シリンダ
１３  シリンダヘッド
１７  燃焼室
２５  点火プラグ（点火部）
３  ピストン
４３  スロットル弁（空気調節部）
５７  オルタネータ
６  インジェクタ（燃料噴射部）
ＳＷ１  エアフローセンサ（計測部）
ＳＷ２  第１吸気温度センサ（計測部）
ＳＷ３  第１圧力センサ（計測部）
ＳＷ４  第２吸気温度センサ（計測部）
ＳＷ５  第２圧力センサ（計測部）
ＳＷ６  指圧センサ（計測部）
ＳＷ７  排気温度センサ（計測部）
ＳＷ８  リニアＯ２センサ（計測部）
ＳＷ９  ラムダＯ２センサ（計測部）
ＳＷ１０  水温センサ（計測部）
ＳＷ１１  クランク角センサ（計測部）
ＳＷ１２  アクセル開度センサ（計測部）
ＳＷ１３  吸気カム角センサ（計測部）
ＳＷ１４  排気カム角センサ（計測部）
ＳＷ１５  ＥＧＲ差圧センサ（計測部）
ＳＷ１６  燃圧センサ（計測部）
ＳＷ１７  第３吸気温度センサ（計測部）
【図１】
2020016195.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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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