(57)【要約】【課題】エミッション性能の低下を抑制しながら、全筒運転と減筒運転との間での円滑な切り替えを実現する。【解決手段】空気調節部４３、点火プラグ２５、及び燃料噴射弁６を備えるエンジン１で、燃焼室１７の内部に形成される混合気に点火することによって圧縮着火燃焼を開始させる。所定のリーン空燃比で圧縮着火燃焼が行われているときに全筒運転と減筒運転とを切り替える気筒数制御部１０ａを備える。気筒数制御部１０ａは、減筒運転へ切り替える準備制御を実行する。準備制御で、空気増量処理、燃料増量処理、及びリタード処理が行われる。所定の空燃比状態で減筒運転を開始する。【選択図】図１９
2020016193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復するピストンによって容積が変化するように複数の筒内の各々に区画された複数の燃焼室と、前記燃焼室の各々の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、前記燃焼室の各々に臨むように配置された点火プラグと、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射して形成される混合気に点火することにより、圧縮着火燃焼を開始させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼が行われているときに、前記複数の燃焼室の全てで燃焼を行う全筒運転と、燃料の噴射を停止することによって前記燃焼室の一部で燃焼を行わない減筒運転と、を切り替える気筒数制御部を備え、
前記気筒数制御部は、前記全筒運転から前記減筒運転への切替要求を受けた場合に、前記全筒運転から前記減筒運転へ切り替える準備制御を実行し、
前記準備制御で、
前記燃焼室の各々に供給されている空気量を増加させる空気増量処理と、
前記燃焼室の各々で噴射されている燃料量を増加させる燃料増量処理と、
前記点火プラグによる点火時期を遅角させるリタード処理と、
が行われ、
前記空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、前記燃料増量処理及び前記リタード処理を終了して、前記減筒運転を開始する、圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
往復するピストンによって容積が変化するように複数の筒内の各々に区画された複数の燃焼室と、前記燃焼室の各々の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、前記燃焼室の各々に臨むように配置された点火プラグと、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射して形成される混合気に点火することにより、圧縮着火燃焼を開始させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼が行われているときに、前記複数の燃焼室の全てで燃焼を行う全筒運転と、燃料の噴射を停止することによって前記燃焼室の一部で燃焼を行わない減筒運転と、を切り替える気筒数制御部を備え、
前記気筒数制御部は、前記全筒運転から前記減筒運転への切替要求を受けた場合に、前記全筒運転から前記減筒運転へ切り替える準備制御を実行し、
前記準備制御で、
前記燃焼室の各々に供給されている空気量を増加させる空気増量処理と、
前記燃焼室の各々に噴射されている燃料量を維持する燃料量維持処理と、
が行われ、
前記空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、前記燃料量維持処理を終了して、前記減筒運転を開始する、圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
往復するピストンによって容積が変化するように複数の筒内の各々に区画された複数の燃焼室と、前記燃焼室の各々の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、前記燃焼室の各々に臨むように配置された点火プラグと、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射して形成される混合気に点火することにより、圧縮着火燃焼を開始させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼が行われているときに、前記複数の燃焼室の全てで燃焼を行う全筒運転と、燃料の噴射を停止することによって前記燃焼室の一部で燃焼を行わない減筒運転と、を切り替える気筒数制御部を備え、
前記気筒数制御部は、前記減筒運転から前記全筒運転への切替要求を受けた場合に、前記減筒運転から前記全筒運転へ切り替える準備制御を実行し、
前記準備制御で、
前記燃焼室の各々に供給されている空気量を減少させる空気減量処理と、
前記燃焼室の各々に噴射されている燃料量を維持する燃料量維持処理と、
が行われ、
前記空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、前記燃料量維持処理を終了して、前記全筒運転を開始する、圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかつに記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記空燃比状態は、前記空気量と、切替時の前記減筒運転で噴射される燃料量とに基づいて定まるリッチ空燃比が、所定の閾値に達したことを前記気筒数制御部が判定することによって判断される、圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記閾値は、前記リーン空燃比よりも小さい値からなる、圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
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、
前記リタード処理が限界に達した後は、そのときの遅角量以下に点火時期を制限する制限リタード処理が行われる、圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制限リタード処理とともに、前記エンジンの出力の一部を転用する負荷調整処理を行う、圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項８】
圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
エンジンは、
複数の気筒と、
前記複数の気筒の内部を往復するピストンと、
前記ピストンによって容積が変化するように、前記気筒の各々の内部に区画された複数の燃焼室と、
前記燃焼室の各々の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、
前記燃焼室の各々に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備え、
前記制御装置は、
前記エンジンの運転に関連するパラメータを計測する計測部を備え、
前記空気調節部、前記点火プラグ、前記燃料噴射弁、及び前記計測部の各々と接続され、
前記燃焼室の各々の内部に前記燃料噴射弁が燃料を噴射して形成される混合気に、前記点火プラグが点火することによって圧縮着火燃焼が開始するように、前記計測部から入力される信号に基づいて、前記空気調節部、前記点火プラグ、及び前記燃料噴射弁の各々に信号を出力し、
空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼が行われているときに、前記複数の燃焼室の全てで燃焼を行う全筒運転と、燃料の噴射を停止することによって前記燃焼室の一部で燃焼を行わない減筒運転と、を切り替える気筒数制御部を更に備え、
前記気筒数制御部は、
前記全筒運転から前記減筒運転への切替要求を受けた場合に、前記全筒運転から前記減筒運転へ切り替える準備制御を実行し、
前記準備制御において、
前記空気調節部に信号を出力することにより、前記燃焼室の各々に供給されている空気量を増加させる空気増量処理を実行し、
前記燃料噴射弁に信号を出力することにより、前記燃焼室の各々で噴射されている燃料量を増加させる燃料増量処理を実行し、
前記点火プラグに信号を出力することにより、点火時期を遅角させるリタード処理を実行し、
前記空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、前記燃料増量処理及び前記リタード処理を終了して、前記減筒運転を開始する、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】
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燃焼を含むため、「圧縮着火燃焼」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】
そのようなエンジンが、低負荷な運転領域において運転している場合、燃料量が少ないため、空燃比が過度にリーンになって、安定したＣＩ燃焼が難しくなることがある。そこで、本発明者らは、燃焼が行われる複数の燃焼室の一部で燃料の噴射を停止（いわゆる燃料カット）して、全部の燃焼室で燃焼を行う全筒運転から一部の燃焼室だけで燃焼を行う減筒運転に切り替えることを考えた。
【０００８】
ところが、その場合、全筒運転と減筒運転とでは、空気量と燃料量とが大きく異なる。そのため、トルク変動（トルクショック）を抑制しながら、空気量と燃料量とをそれぞれの運転に合わせて変更しなければならない。その際、ＲａｗＮＯｘが発生したり燃焼が不安定になったりする問題がある。
【０００９】
例えば、全筒運転から減筒運転への切替時には、燃焼が行われる燃焼室が減る。そのため、エンジンに供給する燃料の総量を維持してトルク変動を抑制するには、燃焼が行われる燃焼室に供給する燃料量を相対的に増加させる必要があり、それに合わせて、エンジンに供給する空気の総量も増加させなければならない。
【００１０】
それに対し、空気の増加は、構造的に、燃料の増加に対して遅れが生じる。そのため、瞬時に切り替えると、混合気の空燃比が大きくなって、ＲａｗＮＯｘが生成してしまう。一方、一定の切替期間（準備期間）を設け、空気の増加を待って切り替えると、ＲａｗＮＯｘは生成しないが、空燃比が過剰にリーンになるため、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が困難になってしまう。
【００１１】
逆に、減筒運転から全筒運転への切替時には、燃焼が行われる燃焼室が増える。そのため、エンジンに供給する燃料の総量を維持してトルク変動を抑制するには、各燃焼室に供給する燃料量を相対的に減少させる必要があり、それに合わせてエンジンに供給する空気の総量も減少させなければならない。
【００１２】
そのため、この場合は、瞬時に切り替えると、混合気の空燃比が過剰にリーンになって、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が困難になる。一方、一定の切替期間（準備期間）を設け、空気の減少を待って切り替えると、ＲａｗＮＯｘが生成してしまう。
【００１３】
そこで、ここで開示する技術は、リーンな空燃比で所定の圧縮着火燃焼を行うエンジンが、全筒運転と減筒運転とを切り替える際に、エミッション性能の低下を抑制しながら、円滑に切り替えることを、主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
開示する技術の１つは、往復するピストンによって容積が変化するように複数の筒内の各々に区画された複数の燃焼室と、前記燃焼室の各々の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、前記燃焼室の各々に臨むように配置された点火プラグと、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射して形成される混合気に点火することにより、圧縮着火燃焼を開始させる圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。
【００１５】
前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼が行われているときに、前記複数の燃焼室の全てで燃焼を行う全筒運転と、燃料の噴射を停止することによって前記燃焼室の一部で燃焼を行わない減筒運転と、を切り替える気筒数制御部を備える。前記気筒数制御部は、前記全筒運転から前記減筒運転への切替要求を受けた場合に、前記全筒運転から前記減筒運転へ切り替える準備制御を実行する。
【００１６】
尚、燃焼室の個数はエンジンの仕様に従い、限定されない。減筒運転する燃焼室の個数も同様である。また、ここでいうリーン空燃比は、例えば２５以上とすることができる。
【００１７】
前記準備制御で、前記燃焼室の各々に供給されている空気量を増加させる空気増量処理と、前記燃焼室の各々で噴射されている燃料量を増加させる燃料増量処理と、前記点火プラグによる点火時期を遅角させるリタード処理と、が行われる。そして、前記空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、前記燃料増量処理及び前記リタード処理を終了して、前記減筒運転を開始する。
【００１８】
前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、次のように表現することもできる。
【００１９】
エンジンは、複数の気筒と、前記複数の気筒の内部を往復するピストンと、前記ピストンによって容積が変化するように、前記気筒の各々の内部に区画された複数の燃焼室と、前記燃焼室の各々の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、前記燃焼室の各々に臨むように配置された点火プラグと、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備える。
【００２０】
前記制御装置は、前記エンジンの運転に関連するパラメータを計測する計測部を備え、前記空気調節部、前記点火プラグ、前記燃料噴射弁、及び前記計測部の各々と接続され、前記燃焼室の各々の内部に前記燃料噴射弁が燃料を噴射して形成される混合気に、前記点火プラグが点火することによって圧縮着火燃焼が開始するように、前記計測部から入力される信号に基づいて、前記空気調節部、前記点火プラグ、及び前記燃料噴射弁の各々に信号を出力し、空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼が行われているときに、前記複数の燃焼室の全てで燃焼を行う全筒運転と、燃料の噴射を停止することによって前記燃焼室の一部で燃焼を行わない減筒運転と、を切り替える気筒数制御部を更に備える。
【００２１】
前記気筒数制御部は、前記全筒運転から前記減筒運転への切替要求を受けた場合に、前記全筒運転から前記減筒運転へ切り替える準備制御を実行し、前記準備制御において、前記空気調節部に信号を出力することにより、前記燃焼室の各々に供給されている空気量を増加させる空気増量処理を実行し、前記燃料噴射弁に信号を出力することにより、前記燃焼室の各々で噴射されている燃料量を増加させる燃料増量処理を実行し、前記点火プラグに信号を出力することにより、点火時期を遅角させるリタード処理を実行し、前記空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、前記燃料増量処理及び前記リタード処理を終了して、前記減筒運転を開始する。
【００２２】
すなわち、このような圧縮着火式エンジンの制御装置では、全筒運転から減筒運転へ切り替える際に、瞬時に切り替えるのではなく、所定の準備制御を行うことによって切り返る。従って、空気量や燃料量が急激に変動することはない。
【００２３】
そして、この制御装置では、その準備制御において、空気量を増加させる空気増量処理とともに、燃料量を増加させる燃料増量処理と点火時期を遅角させるリタード処理とが行われる。空気と共に燃料も増量されるので、空気及び燃料の双方が減筒運転の条件に近づく。従って、円滑な切り替えが行える。空燃比の変化も小さくなるため、安定した燃焼やＲａｗＮＯｘの抑制が実現できる。
【００２４】
燃料を増加させると、通常、エンジンで出力されるトルクが変化する。それに対し、この制御装置では、リタード処理を行うので、トルクも一定に保持できる。従って、トルク変動も抑制できる。
【００２５】
そして、空気量が不十分な状態で切り替えてしまうと、空燃比がリッチになってＲａｗＮＯｘが発生するおそれがある。一方、空気量が十分な状態で切り替えてしまうと、空燃比が過度にリーンになって燃焼が不安定になる。
【００２６】
それに対し、この制御装置では、空燃比が過不足の無い、空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、燃料増量処理及びリタード処理を終了して、減筒運転を開始する。従って、エミッション性能の低下を抑制しながら、円滑な切り替えが実現できる。
【００２７】
開示する技術の他の１つは、往復するピストンによって容積が変化するように複数の筒内の各々に区画された複数の燃焼室と、前記燃焼室の各々の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、前記燃焼室の各々に臨むように配置された点火プラグと、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射して形成される混合気に点火することにより、圧縮着火燃焼を開始させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼が行われているときに、前記複数の燃焼室の全てで燃焼を行う全筒運転と、燃料の噴射を停止することによって前記燃焼室の一部で燃焼を行わない減筒運転と、を切り替える気筒数制御部を備え、前記気筒数制御部は、前記全筒運転から前記減筒運転への切替要求を受けた場合に、前記全筒運転から前記減筒運転へ切り替える準備制御を実行し、前記準備制御で、前記燃焼室の各々に供給されている空気量を増加させる空気増量処理と、前記燃焼室の各々に噴射されている燃料量を維持する燃料量維持処理と、が行われ、前記空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、前記燃料量維持処理を終了して、前記減筒運転を開始する、圧縮着火式エンジンの制御装置である。
【００２８】
この制御装置では、準備制御において、空気量は増加させるが、燃料量は増加させずに維持される。従って、空燃比はリーンになっていくため、そのまま継続すれば、燃焼が不安定になる。
【００２９】
それに対し、この制御装置では、空燃比が過不足の無い、所定の空燃比状態で、燃料量維持処理を終了して、減筒運転を開始する。従って、エミッション性能の低下を抑制しながら、円滑な切り替えが実現できる。
【００３０】
開示する技術の他の１つは、往復するピストンによって容積が変化するように複数の筒内の各々に区画された複数の燃焼室と、前記燃焼室の各々の内部に供給する空気量を調整する空気調節部と、前記燃焼室の各々に臨むように配置された点火プラグと、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃焼室の各々の内部に燃料を噴射して形成される混合気に点火することにより、圧縮着火燃焼を開始させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、空燃比が理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比で前記圧縮着火燃焼が行われているときに、前記複数の燃焼室の全てで燃焼を行う全筒運転と、燃料の噴射を停止することによって前記燃焼室の一部で燃焼を行わない減筒運転と、を切り替える気筒数制御部を備え、前記気筒数制御部は、前記減筒運転から前記全筒運転への切替要求を受けた場合に、前記減筒運転から前記全筒運転へ切り替える準備制御を実行し、前記準備制御で、前記燃焼室の各々に供給されている空気量を減少させる空気減量処理と、前記燃焼室の各々に噴射されている燃料量を維持する燃料量維持処理と、が行われ、前記空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、前記燃料量維持処理を終了して、前記全筒運転を開始する、圧縮着火式エンジンの制御装置である。
【００３１】
この制御装置では、上述した制御装置とは逆に、減筒運転から全筒運転への切替要求を受けた場合に、減筒運転から全筒運転へ切り替える準備制御を実行する。そして、その準備制御において、空気量は減少させるが、燃料量は減少させずに維持される。
【００３２】
従って、空燃比はリッチになっていくため、そのまま継続すれば、ＲａｗＮＯｘが発生するおそれがある。
【００３３】
それに対し、この制御装置では、空燃比が過不足の無い、所定の空燃比状態で、燃料量維持処理を終了して、全筒運転を開始する。従って、エミッション性能の低下を抑制しながら、円滑な切り替えが実現できる。
【００３４】
前記空燃比状態は、前記空気量と、切替時の前記減筒運転で噴射される燃料量とに基づいて定まるリッチ空燃比が、所定の閾値に達したことを前記気筒数制御部が判定することによって判断される、としてもよい。
【００３５】
トルク変動を抑制するために、切替時にエンジンに供給される燃料の総量を略一定に保持した場合、減筒運転で燃焼が行われる燃焼室に噴射される燃料量は、全筒運転でそれらの燃焼室で噴射される燃料量より多くなるので、切替中の空燃比は相対的にリッチになる。従って、そのような切替中の空燃比（リッチ空燃比）が所定の閾値に達したことを判定し、そうすることにより、切替タイミングの基準となる空燃比状態を判断することで、ＲａｗＮＯｘを抑制しながら早期の切り替えが可能になる。
【００３６】
前記閾値は、前記リーン空燃比よりも小さい値からなる、としてもよい。
【００３７】
リーン空燃比は、理論空燃比よりも大きい空燃比である。従って、燃料量が空気量に対して相対的に増加すると、ＲａｗＮＯｘが発生する空燃比になるおそれがある。従って、閾値を、リーン空燃比よりも小さいリッチな適切な値とすることで、ＲａｗＮＯｘが発生する限界で切り替えることが可能になる。
【００３８】
従って、燃焼の安定性をより確実に確保しながら、ＲａｗＮＯｘの抑制が可能になる。
【００３９】
前記リタード処理が限界に達した後は、そのときの遅角量以下に点火時期を制限する制限リタード処理が行われる、としてもよい。
【００４０】
リタード処理が限界に達した後、更に点火時期を遅角させると、失火するおそれがある。従って、リタード処理が限界に達した時の遅角量以下に点火時期を制限することで、リタード処理に起因して発生する失火を抑制することができる。
【００４１】
前記制限リタード処理とともに、前記エンジンの出力の一部を転用する負荷調整処理を行う、としてもよい。
【００４２】
制限リタード処理を行った状態で、燃料を継続して増加させると、トルクが増加するため、トルク変動が発生するおそれがある。それに対し、この制御装置では、エンジンの出力の一部を転用、すなわちトルクの発生とは異なる用途に用いるので、リタード処理が限界に達した後も、トルク変動を抑制ながら、燃料量の増加を継続できる。
【発明の効果】
【００４３】
開示する技術によれば、リーンな空燃比で所定の圧縮着火燃焼を行うエンジンにおいて、全筒運転と減筒運転とを切り替える際に、エミッション性能の低下を抑制しながら、円滑に切り替えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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、減筒運転と全筒運転との間の切り替えに関す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は、燃焼時のＲａｗＮＯｘの発生量とＡ／Ｆとの関係を示す図である。
【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、減筒運転と全筒運転との間の切り替えに関するＥＣＵの機能ブロックを例示するブロック図である。
【図１４】図１４は、減筒運転から全筒運転への切り替えに関する第１の準備制御パターン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、第１の準備制御パターンを例示するタイムチャートである。
【図１８】図１８は、減筒運転から全筒運転への切り替えに関する第２の制御パターンを例示するフローチャートである。
【図１９】図１９は、第２の準備制御パターンを例示するタイムチャートである。
【図２０】図２０は、全筒運転から減筒運転への切り替えに関する第３の制御パターンを例示するフローチャートである。
【図２１】図２１は、第３の準備制御パターン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】
【００４５】
以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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（気筒）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。
【００４９】
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。
【００５０】
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（燃料噴射弁）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。すなわち、スロットル弁４３は、各燃焼室１７の内部に供給する空気量を増減して調整する「空気調整部」を構成する。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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）。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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、「制御装置」の一例である。
【００７９】
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。これらセンサＳＷ１〜ＳＷ１７は、エンジン１の運転に関連する各種パラメータを計測する「計測部」の一例である。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
（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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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、減筒運転が行われる領域（Ａ／Ｆリーン低負荷領域）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。
【０１０７】
（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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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：リーン空燃比）。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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
（減筒運転）
図７に示すように、低負荷領域Ａ１（レイヤ３」の領域）では、その最も負荷が低い低負荷領域（Ａ／Ｆリーン低負荷領域）において減筒運転が行われる。負荷がそれ以上であるその他の低負荷領域では、通常通り、全筒運転が行われる。Ａ／Ｆリーン低負荷領域とは、軸平均有効圧力（ＢＭＥＰ）で示すと、例えば２００ｋＰａ以下の領域であってもよい。尚、軸平均有効圧力（ＢＭＥＰ：Break Mean Effective Pressure）は、負荷自体を表すのではなく、このＢＭＥＰに排気量を乗じた値が軸トルクと比例する。
【０１１７】
このように、ＢＭＥＰが、例えば２００ｋＰａ以下の運転領域では、エンジン１の燃焼時のスロットル損失（ポンプ損失）が相対的に大きくなる。そのため、そのようなＡ／Ｆリーン低負荷領域では、複数の燃焼室１７のうち、一部の燃焼室１７（本実施形態では４気筒のうちの２気筒の燃焼室１７）で、ＳＰＣＣＩ燃焼を行わない減筒運転（気筒休止運転）を行う。
【０１１８】
全筒運転では、全ての燃焼室１７においてＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。それに対し、減筒運転では、複数の燃焼室１７のうち、一部の燃焼室１７でＳＰＣＣＩ燃焼が行われるが、その他の燃焼室１７では、燃料の噴射を停止（いわゆる燃料カット）することにより、ＳＰＣＣＩ燃焼を行わない減筒運転を行う。
【０１１９】
減筒運転では、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われない燃焼室１７でも、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる燃焼室１７と同様に、吸気弁２１及び排気弁２２が駆動され、吸気及び排気の処理が行われる。このような減筒運転を行うことにより、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる燃焼室１７では、相対的に燃料量が増加するため、目標トルクに応じて全体的に供給される燃料量が非常に少ない場合でも、スロットル損失が抑制され、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。
【０１２０】
尚、減筒運転と全筒運転との間の切り替えの処理については、別途後述する。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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）。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
（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、ドットを付した領域、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。
【０１３１】
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）。
【０１３２】
（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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
（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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
（レイヤの選択制御）
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
（気筒数の切替制御）
上述したように、このエンジン１では、低負荷領域Ａ１のＡ／Ｆリーン低負荷領域において、一部の燃焼室１７で燃料の噴射を停止（燃料カット）することによって減筒運転を行う。そのため、低負荷領域Ａ１では、全筒運転と減筒運転との間で運転状態を切り替える処理が実行される。次に、図１０のフローチャートを参照しながら、そのような気筒数の切替制御について説明する。
【０１６０】
先ず、ＥＣＵ１０は、エンジン１が低負荷領域Ａ１で運転されているか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ１０は、先に説明したレイヤの選択制御において、レイヤ３が選択されているか否か、換言すれば、第一マップ５０１の低負荷領域Ａ１においてエンジン１が運転しているか否か、を判定する（ステップＳ１０１）。そして、ＥＣＵ１０は、レイヤ３が選択されている場合には、エンジン負荷が所定負荷より小さいか否か、例えば、ＢＭＥＰが２００ｋＰａより小さいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【０１６１】
その結果、エンジン負荷が所定負荷より小さい場合には、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転領域は、更にＡ／Ｆリーン低負荷領域（図７参照）であると判断し、減筒運転を行う（ステップＳ１０３）。一方、エンジン負荷が所定負荷以上である場合には、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転領域はＡ／Ｆリーン低負荷領域でないと判断し、全筒運転を行う（ステップＳ１０４）。
【０１６２】
（全筒運転と減筒運転との間の切り替えにおける問題点）
切替制御が行われる際には、大きなトルクの変動（トルクショック）が発生しないように、エンジン１に供給される燃料の総量は、概ね一定に保持される。
【０１６３】
そうした場合、減筒運転と全筒運転との間では、燃焼が行われる燃焼室１７で、空気量と燃料量とが大きく異なるため、ＳＰＣＣＩ燃焼による運転状態を保ちながら切り替えようとすると、ＲａｗＮＯｘが発生したり燃焼が不安定になったりする問題がある。
【０１６４】
例えば、４気筒による全筒運転から２気筒による減筒運転に切り替える場合、エンジン１に供給される燃料量を一定にするためには、減筒運転で燃焼が行われる燃焼室１７には、２倍量の燃料を噴射する必要がある。それに対し、リーン空燃比を維持するためには、２倍量の空気を供給する必要がある。
【０１６５】
燃料は、インジェクタ６によって燃焼室１７に直接噴射されるので、時間遅れ（タイムラグ）は極めて小さい。それに対し、空気は、スロットル弁４３が作動した後、吸気通路４０を通じて燃焼室１７に導入されるため、タイムラグが発生する。
【０１６６】
そのため、瞬時に切り替えると、空気量が増えない状態で２倍量の燃料が噴射されることから、空燃比が一気に小さくなってしまう。
【０１６７】
図１１に、燃焼時のＲａｗＮＯｘの発生量とＡ／Ｆとの関係を示す。山形の実線が示すように、ＲａｗＮＯｘは、Ａ／Ｆが、概ね１０〜２５の範囲で、その中央値をピークに生成する傾向がある。切り替えが行われる低負荷領域Ａ１では、概ね空燃比がリーン空燃比の範囲（矢印「Ａ／Ｆリーン」で示す範囲）に保持された状態で、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。この範囲であれば、ほとんどＲａｗＮＯｘは発生しない。また、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。
【０１６８】
ところが、矢印Ｙ１が示すように、その状態から一気に空燃比が小さくリッチになると、ＲａｗＮＯｘが発生し、急激に増加してしまう。
【０１６９】
一方、燃料量は維持しながら、空気の増加を待って切り替えると、矢印Ｙ２が示すように、空燃比がリーン空燃比から更に大きくリーンになるので、ＲａｗＮＯｘは発生しないが、過剰にリーンになるため、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が困難になってしまう。
【０１７０】
逆に、減筒運転から全筒運転への切替時には、燃焼が行われる燃焼室１７が倍増する。エンジン１に供給される燃料量を一定にするためには、燃焼が行われる燃焼室１７では、燃料の噴射量を半分に減らす必要があり、空気量も半分に減らす必要がある。
【０１７１】
そのため、この場合、瞬時に切り替えると、空気量が減らない状態で燃料が半減することから、空燃比が一気に大きくなる。それにより、ＲａｗＮＯｘは発生しないが、過剰にリーンになって安定したＳＰＣＣＩ燃焼が困難になってしまう。
【０１７２】
一方、燃料量は維持しながら、空気の減少を待って切り替えると、その過程において、矢印Ｙ１が示すように、空燃比が小さくなっていくので、ＲａｗＮＯｘが発生してしまう。
【０１７３】
そのため、このエンジン１では、後述するように、ＥＣＵ１０に気筒数制御部１０ａが備えられていて、全筒運転と減筒運転との間で運転状態を切り替える際に、エミッション性能の低下を抑制しながら円滑に切り替えられるように工夫されている。
【０１７４】
（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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
（気筒数制御部１０ａ）
図１３は、全筒運転と減筒運転との間の切り替えに関するＥＣＵ１０の機能ブロックの構成を示している。機能ブロックは、気筒数制御部１０ａ、全筒運転部１０ｂ、減筒運転部１０ｃ、及び、判定部１０ｄを含んでいる。
【０１８３】
気筒数制御部１０ａは、切替要求を受けた場合に、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号に基づいて、インジェクタ６，点火プラグ２５、スロットル弁４３、オルタネータ５７等に信号を出力し、全筒運転と減筒運転との間で切り替える準備制御を実行する。全筒運転部１０ｂは、低負荷領域Ａ１における所定の負荷以上の運転領域において、４気筒全ての燃焼室でＳＰＣＣＩ燃焼を行う。減筒運転部１０ｃは、低負荷領域Ａ１におけるＡ／Ｆリーン低負荷領域において、４気筒のうち、２気筒の燃焼室１７で燃料噴射を停止してＳＰＣＣＩ燃焼を行わず、２気筒の燃焼室１７で、燃料を噴射しＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１８４】
判定部１０ｄは、全筒運転と減筒運転との間の切り替えが必要であることを判定する。判定部１０ｄは、切り替えが必要なときには、その判定結果を気筒数制御部１０ａに出力し、切替要求を行う。判定部１０ｄから切替要求を受けた気筒数制御部１０ａは、その切替要求に応じた準備制御を実行する。
【０１８５】
（第１の準備制御のパターン：全筒運転から減筒運転へ切り替え）
図１４は、全筒運転から減筒運転へ切り替える準備制御の一例（第１の準備制御のパターン）を示している。ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込む（ステップＳ１４１）。次に、ＥＣＵ１０は、全筒運転から減筒運転への切り替えが必要であるか否かを判定する（ステップＳ１４２）。
【０１８６】
具体的に、ＥＣＵ１０の判定部１０ｄは、エンジン１の運転状態から全筒運転から減筒運転への切り替えが必要であるかを判定する。その判定の結果、その切り替えが必要であるときには、判定部１０ｄは減筒運転切替フラグを１にする。ＥＣＵ１０は、減筒運転切替フラグが１であるか否かを判定し、フラグが１であるときには、プロセスは準備制御のステップに移行し、フラグが１ではないときは、準備制御のプロセスに移行しないで、リターンする。
【０１８７】
準備制御のプロセスが具体的に開始されると、先ず、ＥＣＵ１０は、切替時に各燃焼室１７に噴射されている燃料量を維持する（燃料量維持処理。つまりは、切替時の全筒運転において設定されている目標噴射量に従った燃料量で、全ての燃焼室１７において燃料を噴射する（ステップＳ１４３）。
【０１８８】
その間、エンジン１の燃焼に用いられる燃料の総量は一定なので、出力されるトルクは略一定に保持される。
【０１８９】
ＥＣＵ１０は、減筒運転における目標空気量を設定する（ステップＳ１４４）。更に、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（ステップＳ１４５）。そうして、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（ステップＳ１４６）。
【０１９０】
具体的には、ＥＣＵ１０は、スロットル弁４３に信号を出力し、燃焼室１７の各々に供給されている空気量を増加させる（空気増量処理）。全筒運転から減筒運転への切替時には、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。この際、燃焼室１７内に充填される空気量は、瞬時には多くならない。従って、空気量が目標空気量に到達するまでには時間遅れ（タイムラグ）が生じる。
【０１９１】
ＥＣＵ１０は、燃焼室１７内に実際に充填される空気量を読み込む（ステップＳ１４７）。次に、ＥＣＵ１０は、読み込んだ実空気量に基づいて、リッチ限界トルクを算出する（ステップＳ１４８）。
【０１９２】
（リッチ限界トルク、リタード限界トルク）
低負荷領域Ａ１では、ＲａｗＮＯｘがほとんど発生しないリーン空燃比で運転されるが、リッチ限界トルクは、実際の空気量に対して、そのようなリーン空燃比からＲａｗＮＯｘが発生しない限度まで燃料を増量した時の空燃比（リッチ限界Ａ／Ｆ、後述する閾値に相当）の状態で、ＳＰＣＣＩ燃焼したときにエンジン１で得られるトルクを意味する。
【０１９３】
換言すれば、リッチ限界Ａ／Ｆ（閾値）は、低負荷領域Ａ１で目標とされるリーン空燃比よりも小さい値の空燃比であり、それを超えると、ＲａｗＮＯｘが発生するおそれがある。リッチ限界トルクは、実空気量に基づき空燃比を、そのようなリッチ限界Ａ／Ｆにした条件下で、発生させることができるトルクの上限値に相当する。リッチ限界トルクは、ＥＣＵ１０が演算する仮想的なトルクである。
【０１９４】
一方、リタード限界トルク（後述する第２の準備制御パターンにて使用）は、点火時期を可能な限り遅角した状態で、リーン空燃比の混合気を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リーン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も、ＥＣＵ１０が演算する仮想的なトルクである。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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）。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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、混合気の空燃比がリーン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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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）。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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（切替時における減筒運転での燃料噴射量）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。
【０２１０】
図１４のフローに戻る。
【０２１１】
ＥＣＵ１０は、算出したリッチ限界トルクと目標トルクとを比較する。そして、リッチ限界トルクが目標トルク未満か否かを判定する（ステップＳ１４９）。その結果、リッチ限界トルクが目標トルク未満のときは、準備制御のプロセスは、リターンする。準備制御のプロセスは、リッチ限界トルクが目標トルク以上になるまで、上述したステップＳ１４１〜ステップＳ１４９の処理を繰り返す。
一方、リッチ限界トルクが目標トルク以上になったときは、減筒運転に移行する（ステップＳ１５０）。
【０２１２】
リッチ限界トルクが目標トルク未満のとき、つまり目標トルクがリッチ限界トルクよりも高いときに、減筒運転に移行すると、燃焼が行われる燃焼室１７が減少し、その分、その燃焼室１７で噴射される燃料量が増加する。それにより、Ａ／Ｆが相対的にリッチになり、ＲａｗＮＯｘが発生し得る状態になる。
【０２１３】
それに対し、リッチ限界トルクが目標トルク以上となったとき、つまり目標トルクがリッチ限界トルクより小さいときに、減筒運転に移行すると、ＲａｗＮＯｘの発生が抑制できる状態が保持できるので、エミッション性能の低下を抑制できる。
【０２１４】
また、リッチ限界トルクが目標トルク以上になる、つまりリッチ限界トルクが目標トルクに達した時を超えた状態になっても減筒運転に移行しないと、混合気の空燃比が過度にリーンになり、ＳＰＣＣＩ燃焼が不安定、場合によっては失火する状態となる（リーン限界を超える）。
【０２１５】
ＥＣＵ１０は、空気量が過不足の無い、所定量に達した所定の空燃比の状態で、上述した燃料量維持処理を終了して、減筒運転を開始する。すなわち、リッチ限界トルクが目標トルク以上となったときに減筒運転に移行することで、短時間で切り替えることができ、過渡時においても安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。従って、円滑な切り替えが行える。
【０２１６】
減筒運転への移行により、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる気筒数は、４気筒から２気筒に減少し、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる燃焼室１７で噴射される燃料量を、減筒運転において目標とされる燃料量に変更（増量）する。また、ＥＣＵ１０は、減筒運転切替フラグを０にする（ステップＳ１５１）。それにより、全筒運転から減筒運転への切り替えが完了する。
【０２１７】
（第１の準備制御のパターンのタイムチャート）
図１７に、全筒運転から減筒運転に切り替えられる、第１の準備制御のパターンのタイムチャートの一例を示す。タイムチャートは、紙面左から右に時間が進む。タイムチャートには、準備制御において用いられる主なパラメータの変化が例示されている。
【０２１８】
準備制御の期間及びその前後に連続する一部期間を通じて、トルクショックを抑制するため、エンジン１の目標トルク、換言すれば、エンジン１に供給される燃料の総量は、一定又は略一定に維持される（１７ｆ参照）。準備制御が開始される前のエンジン１は、低負荷領域Ａ１において、所定のリーン空燃比で、４気筒全ての燃焼室１７でのＳＰＣＣＩ燃焼により、運転している（１７ｂ，１７ｅ参照）。
【０２１９】
時刻ｔ１１において減筒運転切替フラグが１に切り替わると（１７ａ参照）、スロットル弁４３の開度は、小から大へと変化する。スロットル弁４３の開度が大きくなると、各燃焼室１７に供給されている空気量は、次第に増加していく（１７ｃ参照）。
【０２２０】
各燃焼室１７で噴射されている燃料量は、切替時の全筒運転で目標とされていた燃料量に維持される（１７ｄ参照）。これにより、各燃焼室１７の混合気の空燃比は、大きくなり、次第にリーン化していく（１７ｅ参照）。リーン空燃比よりリーンなので、ＲａｗＮＯｘが発生するおそれはない。
【０２２１】
しかし、そのままの状態を継続すると、ＳＰＣＣＩ燃焼が不安定になり、失火するおそれのある状態（リーン限界）に到達し、円滑な切り替えが行えなくなってしまう。
【０２２２】
それに対し、このエンジン１では、ＥＣＵ１０が、リーン限界に到達する前の、ＲａｗＮＯｘの発生が抑制できる適切なタイミングで、準備制御を終了し、減筒運転に切り替える。すなわち、ＥＣＵ１０は、上述したように、リッチ限界トルクが目標トルク以上になったときに減筒運転に移行する。換言すれば、ＥＣＵ１０（気筒数制御部１０ａ）は、増加している実空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、燃料量維持処理を終了して、減筒運転を開始する（時刻ｔ１２）。準備制御が終了する時刻ｔ１２において、減筒運転切替フラグは０に切り替わる（１７ａ参照）。
【０２２３】
具体的には、ＲａｗＮＯｘ抑制の基準となる所定の閾値（リッチ限界Ａ／Ｆ）が、目標トルクと同じ値となるリッチ限界トルクに対応した仮想の空燃比によって定まる。ＥＣＵ１０は、実空気量と、切替時の減筒運転で噴射される燃料量と、に基づいて定まる所定の空燃比（リッチ空燃比）が、この閾値に達することによって減筒運転に移行する。
【０２２４】
一方、例えば時刻ｔ１３で示す、リッチ限界トルクが目標トルク以上になっていない早いタイミングで減筒運転に切り替えてしまうと、符号Ｚで示すように、リッチ空燃比は閾値より小さいため、ＲａｗＮＯｘが発生するおそれがある。従って、エミッション性能の低下が抑制できない。
【０２２５】
それに対し、このエンジン１では、ＥＣＵ１０が、リーン限界に到達する前の、ＲａｗＮＯｘの発生が抑制できる、過不足の無い適切なタイミングで、減筒運転に切り替えるので、エミッション性能の低下を抑制しながら円滑に切り替えることができる。
【０２２６】
この時点では、図示したように、実空気量が目標空気量に達していない場合もあるが、その後の空燃比は、よりリーンになるので、ＲａｗＮＯｘが発生するおそれはない（１７ｅ参照）。そして、時刻ｔ１４において、実空気量が目標空気量に達することにより、全筒運転から減筒運転への切り替えが完了する。
【０２２７】
（第２の準備制御のパターン：全筒運転から減筒運転へ切り替え）
図１８は、全筒運転から減筒運転へ切り替える準備制御の他の一例（第２の準備制御のパターン）を示している。ステップＳ１８１〜ステップＳ１８６の各内容は、上述した第１の準備制御のパターンにおけるステップＳ１４１〜ステップＳ１４７の各内容（ステップＳ１４３を除く）と同じである。従って、これらの説明は省略する。
【０２２８】
この準備制御のパターンでは、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７内に実際に充填される空気量を読み込んだ後（ステップＳ１８６）、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（ステップＳ１８７）。
【０２２９】
ＥＣＵ１０は、実空気量に基づいて、準備制御において目標とされる目標燃料噴射量を設定する（ステップＳ１８８）。ここで設定される目標燃料噴射量は、リーン空燃比（目標Ａ／Ｆ）を維持するために、実空気量の増加に対応した燃料量である。エンジン１が全筒運転において目標トルクを出力するために必要な噴射量よりも多い。すなわち、ＥＣＵ１０（気筒数制御部１０ａ）は、インジェクタ６に信号を出力して、燃焼室１７の各々で噴射されている燃料量を増加させる処理を実行する（燃料増量処理）。
【０２３０】
次に、設定され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（ステップＳ１８９）。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。すなわち、ＥＣＵ１０（気筒数制御部１０ａ）は、点火プラグ２５に信号を出力して点火時期を遅角させる（リタード処理）。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。
【０２３１】
次に、ＥＣＵ１０は、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（ステップＳ１９０）。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、噴射する燃料量を増加することができる。それにより、空気量の増加に合わせて燃料量も増加できるので、空燃比がリーンになるのを抑止できる（リーン空燃比に保持できる）。その結果、安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現できる。
【０２３２】
リタード限界トルクが目標トルク以下であれば、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、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（ステップＳ１９２，Ｓ１９３）。
【０２３３】
一方、リタード限界トルクが目標トルクを超えるときは、それ以上点火時期を遅角することができない。
【０２３４】
そこで、ＥＣＵ１０（気筒数制御部１０ａ）は、そのようにリタード処理が限界に達した後は、そのときの遅角量以下に点火時期を制限する処理を実行する（制限リタード処理）。
【０２３５】
そのように点火時期の遅角を制限した状態で、噴射する燃料量を増加させると、エンジン１が出力するトルクも増加し、トルクショックが発生してしまう。トルクショックを抑制するために、噴射する燃料量の増加も制限すると、混合気の空燃比がリーンになり、ＳＰＣＣＩ燃焼が不安定になるおそれがある。
【０２３６】
従って、そのような場合、ＥＣＵ１０（気筒数制御部１０ａ）は、制限リタード処理とともに、エンジン１が出力するトルクの一部を転用する処理（負荷調整処理）を行うのが好ましい（ステップＳ１９１）。
【０２３７】
例えば、ＥＣＵ１０は、補機であるオルタネータ５７に信号を出力し、その負荷を増大すればよい。これにより、トルクショックの発生を抑制しながら、噴射する燃料量の増加を継続することが可能になる。その結果、リタード処理が限界に達した後も、空燃比がリーンになるのを抑止できる（リーン空燃比に保持できる）。その結果、安定したＳＰＣＣＩ燃焼を継続して実現できる。尚、リーン限界に達しない限り、空燃比がリーンになるのを許容しながら、リタード処理又は制限リタード処理を継続してもよい。
【０２３８】
次に、ＥＣＵ１０は、算出したリッチ限界トルクと目標トルクとを比較する。そして、リッチ限界トルクが目標トルク未満か否かを判定する（ステップＳ１９４）。その結果、リッチ限界トルクが目標トルク未満のときは、準備制御のプロセスは、リターンする。準備制御のプロセスは、リッチ限界トルクが目標トルク以上になるまで、上述したステップＳ１８１〜ステップＳ１９４の処理を繰り返す。
【０２３９】
一方、リッチ限界トルクが目標トルク以上になったときは、減筒運転に移行する（ステップＳ１９５）。すなわち、ＥＣＵ１０は、空気量が過不足無い所定量に達した所定の空燃比の状態で、上述した燃料増量処理及びリタード処理（又は制限リタード処理）を終了して、減筒運転を開始する。
【０２４０】
減筒運転への移行により、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる気筒数は、４気筒から２気筒に減少し、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる燃焼室で噴射される燃料量を、減筒運転において目標とされる燃料量に変更（増量）する。第１の準備制御のパターンと比べると、切替時の空気量及び燃料量は、減筒運転で目標とする空気量及び燃料量に近い値になっているため、減筒運転開始時の状態変化が小さく、円滑に切り替えることができる。また、ＥＣＵ１０は、減筒運転切替フラグを０にする（ステップＳ１９６）。それにより、全筒運転から減筒運転への切り替えが完了する。
【０２４１】
（第２の準備制御のパターンのタイムチャート）
図１９に、図１７と同様に、全筒運転から減筒運転に切り替えられる、第２の準備制御のパターンのタイムチャートの一例を示す。
【０２４２】
ここで、点火リタード量は、通常のエンジン制御に基づく点火時期から遅角させる量を意味する。尚、通常の点火時期は、空燃比がリーンになるとＳＩ燃焼の速度が遅くなるので、その分、進角するように制御されている。
【０２４３】
準備制御の期間及びその前後に連続する一部期間を通じて、トルクショックを抑制するため、エンジン１の目標トルク、換言すれば、エンジン１に供給される燃料の総量は、一定又は略一定に維持される（１９ｈ参照）。準備制御が開始される前のエンジン１は、低負荷領域において、所定のリーン空燃比で、４気筒全ての燃焼室１７でのＳＰＣＣＩ燃焼により、運転している（１９ｂ，１９ｅ参照）。
【０２４４】
時刻ｔ２１において減筒運転切替フラグが１に切り替わると（１９ａ参照）、スロットル弁４３の開度は、小から大へと変化し、各燃焼室１７に供給されている空気量は、次第に増加していく（１９ｃ参照）。
【０２４５】
各燃焼室１７で噴射される燃料量は、空燃比がリーン空燃比で維持されるよう、実空気量に合わせて増加される（１９ｄ参照）。目標トルクを維持するため、その燃料量の増加に合わせて、点火時期が遅角される（１９ｆ参照）。空気量及び燃料量が増えるに従って、その遅角量が大きくなる。
【０２４６】
図示の準備制御のパターンでは、時刻ｔ２２において、目標トルクがリタード限界トルクを超えてしまう。つまり、点火リタード量が、リタード限界に到達してしまう（１９ｆ参照）。点火時期は、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。それにより、ＳＰＣＣＩ燃焼の安定性が確保される。
【０２４７】
ＥＣＵ１０は、噴射している燃料量の増加を継続するため、このような制限リタード処理とともに、オルタネータ５７の負荷を高め、負荷調整処理を実行する（１９ｇ参照）。その結果、空燃比をリーン空燃比に保持しながら、噴射している燃料量の増加を継続することができ、トルクを一定に保持できる。
【０２４８】
そして、時刻ｔ２３において、リッチ限界トルクが目標トルク以上になったとき（仮想のリッチ空燃比が所定の閾値に達したとき）には、上述した燃料増量処理及びリタード処理（制限リタード処理）を終了し、減筒運転を開始する。準備制御が終了する時刻ｔ２３において、減筒運転切替フラグは０に切り替わる（１９ａ参照）。その後、時刻ｔ２４において、実空気量が目標空気量に到達することで、全筒運転から減筒運転への切り替えが完了する。
【０２４９】
（第３の準備制御のパターン：減筒運転から全筒運転へ切り替え）
図２０は、減筒運転から全筒運転へ切り替える準備制御の一例（第３の準備制御のパターン）を示している。
【０２５０】
第３の準備制御のパターンの内容は、対象となる運転条件が、全筒運転と減筒運転との間で入れ替わっただけで、実質的に、第１の準備制御のパターンと同じである。すなわち、図１４におけるステップＳ１４１〜ステップＳ１５１の各内容は、図２０におけるステップＳ２０１〜ステップＳ２１１の各内容に対応している。そしてこれら内容における、燃料量及び空気量の増減が逆になり、それに伴う処理の内容も逆になっている点を除けば、内容に大差は無い。従って、その内容の説明は省略し、次のタイムチャートにおいて、相違する内容を説明する。
【０２５１】
（第３の準備制御のパターンのタイムチャート）
図２１に、図１７と同様に、全筒運転から減筒運転に切り替えられる、第２の準備制御のパターンのタイムチャートの一例を示す。
【０２５２】
準備制御の期間及びその前後に連続する一部期間を通じて、トルクショックを抑制するため、エンジン１の目標トルク、換言すれば、エンジン１に供給される燃料の総量は、一定又は略一定に維持される（２１ｆ参照）。準備制御が開始される前のエンジン１は、低負荷領域において、所定のリーン空燃比で、２気筒の燃焼室１７でのＳＰＣＣＩ燃焼により、運転している（２１ｂ，２１ｅ参照）。
【０２５３】
時刻ｔ３１において全筒運転切替フラグが１に切り替わると（２１ａ参照）、スロットル弁４３の開度は、大から小へと変化し、各燃焼室１７に供給されている空気量は、次第に減少していく（２１ｃ参照）。
【０２５４】
２気筒の燃焼室１７で噴射されている燃料量は、切替時の減筒運転で目標とされていた燃料量に維持される（２１ｄ参照）。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われている燃焼室１７での空燃比は、小さくなり、次第にリッチ化していく（２１ｅ参照）。
【０２５５】
そのため、そのまま継続すると、ＲａｗＮＯｘが発生するおそれが生じる。
【０２５６】
それに対し、このエンジン１では、ＥＣＵ１０が、ＲａｗＮＯｘの発生が生じ得る前の適切なタイミングで、準備制御を終了し、全筒運転に切り替える。すなわち、ＥＣＵ１０は、上述したように、リッチ限界トルクが目標トルク以上になったときに全筒運転に移行する。換言すれば、ＥＣＵ１０（気筒数制御部１０ａ）は、減少している実空気量が所定量に達した所定の空燃比状態で、燃料量維持処理を終了して、全筒運転を開始する（時刻ｔ３２）。
【０２５７】
全筒運転に切り替わることで、減筒運転でＳＰＣＣＩ燃焼が行われていた燃焼室１７に噴射されていた燃料量は減少するので、空燃比はリーンになる。従って、ＲａｗＮＯｘの発生が抑制される。過不足の無い早期のタイミングで、円滑に切り替わるので、安定した切り替えが行える。準備制御が終了する時刻ｔ３２において、全筒運転切替フラグは０に切り替わる（２１ａ参照）。
【０２５８】
この時点では、図示したように、実空気量が目標空気量に達していない場合もあるが、その後の空燃比はよりリーンになるので、ＲａｗＮＯｘが発生するおそれはない（２１ｅ参照）。そして、時刻ｔ３３において、実空気量が目標空気量に達することにより、減筒運転から全筒運転への切り替えが完了する。
【０２５９】
（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】
【０２６０】
１  エンジン
１０  ＥＣＵ（制御装置）
１０ａ  気筒数制御部
１７  燃焼室
２５  点火プラグ
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（燃料噴射弁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【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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【図２１】
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