(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁のリフト量を可変的に設定するリフト可変機構と、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させるか、または排気行程のみで開弁させるかを切り替え可能な開閉切替機構と、上記リフト可変機構および開閉切替機構を駆動して吸気弁および排気弁の開閉動作を制御するバルブ制御手段とを備え、少なくともエンジンの部分負荷域を含む運転領域に設定されたＨＣＣＩ領域で圧縮自己着火燃焼を行わせるように構成されたエンジンの制御装置であって、
上記ＨＣＣＩ領域が、相対的に負荷の低い低負荷域と、これよりも負荷の高い中負荷域と、さらに負荷の高い高負荷域とを含む複数の負荷域に分割され、
上記バルブ制御手段は、
上記ＨＣＣＩ領域内の低負荷域で、吸気弁の開時期から遅れた吸気行程中の所定時期に排気弁を開弁させ始め、かつ、吸気弁のリフト量を、吸気行程中に開弁する上記排気弁のリフト量よりも小さく設定し、
上記ＨＣＣＩ領域内の中負荷域で、負荷の増大に伴って、上記吸気弁のリフト量を、吸気行程中に開弁する上記排気弁のリフト量以上になるまで徐々に増大させるとともに、吸気行程中に開弁する上記排気弁のリフト量を、上記低負荷域のときのリフト量と同一に設定し、
上記ＨＣＣＩ領域内の高負荷域で、上記排気弁が吸気行程中に開弁するのを禁止することにより、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにすることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの制御装置において、
上記排気弁が１気筒あたり複数設けられ、
上記ＨＣＣＩ領域内の中負荷域に、相対的に負荷の低い第１の中負荷域と、これよりも負荷の高い第２の中負荷域とが含まれ、
上記バルブ制御手段は、
上記ＨＣＣＩ領域内の低負荷域で、上記複数の排気弁の全てを吸気行程中に開弁させ、
上記ＨＣＣＩ領域内の第１の中負荷域で、負荷の増大に伴って、上記吸気弁のリフト量を徐々に増大させ、
上記ＨＣＣＩ領域内の第２の中負荷域で、吸気行程中に開弁する上記排気弁の数が減少するように、上記排気弁の一部について吸気行程中の開弁を禁止し、
上記ＨＣＣＩ領域内の高負荷域で、上記複数の排気弁の全てについて吸気行程中の開弁を禁止することにより、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにすることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のエンジンの制御装置において、
吸気行程中に開弁する排気弁は、そのリフトピークの位置が吸気行程の後半に設定されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
上記エンジンの幾何学的圧縮比が１５以上２２以下に設定されたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁のリフト量を可変的に設定するリフト可変機構と、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させるか、または排気行程のみで開弁させるかを切り替え可能な開閉切替機構と、上記リフト可変機構および開閉切替機構を駆動して吸気弁および排気弁の開閉動作を制御するバルブ制御手段とを備え、少なくともエンジンの部分負荷域を含む運転領域に設定されたＨＣＣＩ領域で圧縮自己着火燃焼を行わせるように構成されたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばガソリンエンジンの分野では、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気を着火させる燃焼形態が一般的であったが、近年、このような火花点火による燃焼に代えて、いわゆる圧縮自己着火燃焼をガソリンエンジンに適用する研究が進められている。この圧縮自己着火燃焼とは、筒内（燃焼室）に生成された混合気をピストンで圧縮し、高温・高圧化した環境下で、火花点火によらず混合気を自着火させるというものである。圧縮自己着火燃焼は、筒内の各所で同時多発的に自着火する燃焼であり、火花点火による燃焼に比べて燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られると言われている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させ、一旦排出された高温の既燃ガスを排気ポートから筒内に逆流させることにより、筒内温度を上昇させ、混合気の自着火を促進することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のように、吸気行程中に排気弁を開弁させて高温の既燃ガスを筒内に導入すれば、特に混合気が自着火し難いエンジンの低負荷域で、混合気の自着火を効果的に促進し、圧縮自己着火燃焼を確実に引き起こすことが可能である。しかしながら、上記のような筒内への既燃ガスの導入操作を、比較的負荷の高い（つまり燃料の噴射量が多い）運転領域まで継続して行った場合には、混合気の自着火が過度に促進されて、過早着火等の異常燃焼を引き起こすおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、筒内に導入される既燃ガスの量を負荷に応じて適正に制御することにより、適正な圧縮自己着火燃焼をより広い負荷域で行わせることが可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、吸気弁のリフト量を可変的に設定するリフト可変機構と、排気弁を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁させるか、または排気行程のみで開弁させるかを切り替え可能な開閉切替機構と、上記リフト可変機構および開閉切替機構を駆動して吸気弁および排気弁の開閉動作を制御するバルブ制御手段とを備え、少なくともエンジンの部分負荷域を含む運転領域に設定されたＨＣＣＩ領域で圧縮自己着火燃焼を行わせるように構成されたエンジンの制御装置であって、上記ＨＣＣＩ領域が、相対的に負荷の低い低負荷域と、これよりも負荷の高い中負荷域と、さらに負荷の高い高負荷域とを含む複数の負荷域に分割され、上記バルブ制御手段は、上記ＨＣＣＩ領域内の低負荷域で、吸気弁の開時期から遅れた吸気行程中の所定時期に排気弁を開弁させ始め、かつ、吸気弁のリフト量を、吸気行程中に開弁する上記排気弁のリフト量よりも小さく設定し、上記ＨＣＣＩ領域内の中負荷域で、負荷の増大に伴って、上記吸気弁のリフト量を、吸気行程中に開弁する上記排気弁のリフト量以上になるまで徐々に増大させるとともに、吸気行程中に開弁する上記排気弁のリフト量を、上記低負荷域のときのリフト量と同一に設定し、上記ＨＣＣＩ領域内の高負荷域で、上記排気弁が吸気行程中に開弁するのを禁止することにより、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにすることを特徴とするものである（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、ＨＣＣＩ領域内の低負荷域で、排気弁を吸気行程中に開弁させ、かつ、その際の排気弁のリフト量よりも吸気弁のリフト量を小さく設定することにより、一旦排出された既燃ガスを多量に筒内に逆流させて、筒内に占める新気の割合を相対的に小さくすることができる。これにより、筒内温度が大幅に上昇し、混合気が自着火し易い環境がつくり出されるため、負荷が低く燃料噴射量が少ない状況であっても、圧縮自己着火燃焼を確実に引き起こすことができる。
【０００９】
そして、上記低負荷域よりも負荷が高い領域（中負荷域および高負荷域）では、負荷の増大に応じて吸気弁のリフト量を増大させたり、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにして既燃ガスの逆流を停止したりすることにより、筒内における既燃ガスと新気の割合を負荷に応じて適正に調節することができ、負荷がある程度高まった状況でも、適正な圧縮自己着火燃焼を継続して行わせることができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、上記排気弁が１気筒あたり複数設けられ、上記ＨＣＣＩ領域内の中負荷域に、相対的に負荷の低い第１の中負荷域と、これよりも負荷の高い第２の中負荷域とが含まれ、上記バルブ制御手段は、上記ＨＣＣＩ領域内の低負荷域で、上記複数の排気弁の全てを吸気行程中に開弁させ、上記ＨＣＣＩ領域内の第１の中負荷域で、負荷の増大に伴って、上記吸気弁のリフト量を徐々に増大させ、上記ＨＣＣＩ領域内の第２の中負荷域で、吸気行程中に開弁する上記排気弁の数が減少するように、上記排気弁の一部について吸気行程中の開弁を禁止し、上記ＨＣＣＩ領域内の高負荷域で、上記複数の排気弁の全てについて吸気行程中の開弁を禁止することにより、吸気行程中に開弁する排気弁の数をゼロにする（請求項２）。
【００１１】
この構成によれば、１気筒あたり複数の排気弁を設けた上で、吸気行程中に開弁する排気弁の数を、低負荷域では全数とし、負荷が高めるにつれて徐々に減らして、さらに高負荷域でゼロとすることにより、筒内に導入される既燃ガスの量を負荷に応じてより細やかに制御できるという利点がある。
【００１２】
本発明において、好ましくは、吸気行程中に開弁する排気弁のリフトピークの位置が、吸気行程の後半に設定される（請求項３）。
【００１３】
この構成によれば、筒内がより負圧になり易い時期に大きく排気弁を開くことで、一旦排出された既燃ガスを効率よく筒内に取り込むことができる。
【００１４】
本発明にかかるエンジンの幾何学的圧縮比は、好ましくは、１５以上２２以下である（請求項４）。
【００１５】
このような圧縮比の比較的高いエンジンに本発明の構成を適用した場合には、既燃ガスを気筒に導入するために吸気行程中に排気弁を開弁させる方式（いわゆる排気２度開き方式）の利点を十分に生かしつつ、効率の高い圧縮自己着火燃焼を幅広い負荷域にわたって適正に実行させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、筒内に導入される既燃ガスの量を負荷に応じて適正に制御することにより、適正な圧縮自己着火燃焼をより広い負荷域で行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】上記エンジンの吸排気弁に適用されている可変機構の種類を示す模式図である。
【図３】上記エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図４】上記エンジンの運転領域マップの一例を示す図である。
【図５】上記エンジンにおいて実行される制御動作の手順を示すフローチャートである。
【図６】図４の第１負荷域Ｒ１で実行される吸排気弁の開閉パターンＡの内容を説明するための図である。
【図７】図４の第２負荷域Ｒ２で実行される吸排気弁の開閉パターンＢの内容を説明するための図である。
【図８】図４の第３負荷域Ｒ３で実行される吸排気弁の開閉パターンＣの内容を説明するための図である。
【図９】図４の第４負荷域Ｒ４で実行される吸排気弁の開閉パターンＤの内容を説明するための図である。
【図１０】上記各開閉パターンに沿って吸排気弁を制御した場合に得られる新気充填率の測定結果を示すグラフである。
【図１１】上記各開閉パターンに沿って吸排気弁を制御した場合に得られる燃焼重心位置の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンである。このエンジンのエンジン本体１は、紙面に直交する方向に並ぶ複数の気筒２（図中ではそのうちの１つのみを示す）を有するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。なお、エンジン本体１に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものであればよく、その中身は、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール（エチルアルコール）等を含有させたものでもよい。
【００１９】
上記ピストン５はコネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されており、上記ピストン５の往復運動に応じて上記クランク軸７が中心軸回りに回転するようになっている。
【００２０】
上記ピストン５の上方には燃焼室６が形成され、燃焼室６に吸気ポート９および排気ポート１０が開口し、各ポート９，１０を開閉する吸気弁１１および排気弁１２が、上記シリンダヘッド４にそれぞれ設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、各気筒につき上記吸気弁１１および排気弁１２がそれぞれ２つずつ設けられている（図２参照）。
【００２１】
上記吸気弁１１および排気弁１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト（図示省略）等を含む動弁機構１３，１４によりクランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。
【００２２】
上記吸気弁１１用の動弁機構１３には、ＣＶＶＬ１５が組み込まれている。ＣＶＶＬ１５は、吸気弁１１のリフト量を連続的に（無段階で）変更可能ないわゆる連続可変バルブリフト機構（Continuous Variable Valve Lift Mechanism）と呼ばれるものであり、本発明にかかるリフト可変機構に相当する。
【００２３】
上記ＣＶＶＬ１５は、エンジンの全ての吸気弁１１のリフト量を変更できるように設けられており、このＣＶＶＬ１５が駆動されると、各気筒２において一対の吸気弁１１のリフト量が同時に変更されるようになっている。また、ＣＶＶＬ１５は、吸気弁１１の開時期を所定のクランク角位置に固定しながら、弁リフト量を可変的に設定する。このため、ＣＶＶＬ１５により弁リフト量が変更されると、これに伴いリフトピーク時期（最もリフト量が大きくなるクランク角位置）も移動することになる（図６および図７参照）。
【００２４】
このような構成のＣＶＶＬ１５は既に公知であり、その具体例は、例えば特開２００７−８５２４１号公報に開示されている（なお、同文献ではＶＶＥと称されている）。
【００２５】
上記排気弁１２用の動弁機構１４には、吸気行程中に排気弁１２を押し下げる機能を有効または無効にするＯＮ／ＯＦＦタイプの可変バルブリフト機構であるＶＶＬ１６（本発明にかかる開閉切替機構）が組み込まれている。すなわち、ＶＶＬ１６は、排気弁１２を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁１２の開弁動作を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。
【００２６】
なお、当明細書において、「○○弁が××行程で開弁」、または「××行程中に開弁する○○弁」などというときは、○○弁の開弁期間（開き始めてから閉じるまでの期間）が主に××行程と重複するように設定されるということであり、必ずしも開弁期間の全てが××行程中にあることを意味しない。これに対し、例えば「○○弁が××行程で開き始め（または開弁し始め）」というときは、文字通り、××行程中の所定時期に○○弁の開時期（開弁開始時期）が設定されることを意味する。
【００２７】
例えば、「排気弁１２が排気行程で開弁」、または「排気行程中に開弁する排気弁１２」などというときは、排気弁１２の開弁期間が主に排気行程と重複することを意味し、後述する図６〜図９のリフトカーブＥＸ１，ＥＸ２のように、排気行程の少し手前（膨張行程の終盤）で開き始め、排気上死点付近で閉じるような態様もこれに該当する。一方、例えば「排気弁１２が吸気行程中に開き始め（または開弁し始め）」というときは、後述する図６および図７のリフトカーブＥＸ１ａ，ＥＸ２ａのように、排気弁１２の開時期（開弁開始時期）が吸気行程の期間内に設定されていることを意味する。
【００２８】
上記ＯＮ／ＯＦＦタイプのＶＶＬ１６は、エンジンの全ての排気弁１２に対応して設けられており、かつ、各気筒２の一対の排気弁１２に対し、それぞれ個別に、吸気行程中の開弁動作を実行または停止できるように構成されている。
【００２９】
このような機能を有するＶＶＬ１６は、例えば、排気弁１２駆動用の通常のカム（つまり排気行程中に排気弁１２を押し下げるカム）とは別に吸気行程中に排気弁１２を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁１２に伝達されるのをキャンセルするいわゆるロストモーション機構とを、各排気弁１２に対し個別に設けることで実現することができる。同様の構造のＶＶＬ１６は既に公知であり、その具体例は、例えば特開２００７−８５２４１号公報に開示されている（なお、同文献では弁動作切替機構と称されている）。
【００３０】
図２に、吸排気弁１１，１２に適用されている可変機構の種類をまとめて示している。上述した通り、当実施形態では、各気筒２において、一対の吸気弁１１の両方に、弁リフト量を連続的に変更可能なＣＶＶＬ１５が適用され、一対の排気弁１２の両方に、吸気行程中の開弁を実行または停止するＯＮ／ＯＦＦタイプのＶＶＬ１６が適用されている。
【００３１】
図１に戻って、上記エンジン本体１のシリンダヘッド４には、点火プラグ２０およびインジェクタ２１が、各気筒２につき１組ずつ設けられている。
【００３２】
上記インジェクタ２１は、燃焼室６を吸気側の側方から臨むように設けられており、図外の燃料供給管から供給される燃料（ガソリンを主成分とする燃料）を先端から噴射する。そして、エンジンの吸気行程等において上記インジェクタ２１から燃焼室６に対し燃料が噴射され、噴射された燃料が空気と混合されることにより、燃焼室６に所望の空燃比の混合気が生成されるようになっている。
【００３３】
上記点火プラグ２０は、燃焼室６を上方から臨むように設けられており、図外の点火回路からの給電に応じて先端から火花を放電する。
【００３４】
以上のように構成されたエンジン本体１は、その幾何学的圧縮比が１５以上に設定されている。すなわち、一般的なガソリンエンジンの幾何学的圧縮比が約９〜１１程度であるのに対し、当実施形態のエンジン本体１では、その幾何学的圧縮比が、１５以上というかなり高い値に設定されている。
【００３５】
上記エンジン本体１の吸気ポート９および排気ポート１０には、吸気通路２３および排気通路２４がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気（新気）が上記吸気通路２３を通じて燃焼室６に供給されるとともに、燃焼室６で生成された既燃ガス（排気ガス）が上記排気通路２４を通じて外部に排出されるようになっている。
【００３６】
上記吸気通路２３にはスロットル弁２５が設けられている。なお、このスロットル弁２５は、電子制御式のスロットル弁であり、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルとは非連動とされている。
【００３７】
上記排気通路２４には、排気ガス浄化用の触媒コンバータ２６が設けられている。触媒コンバータ２６には例えば三元触媒が内蔵されており、排気通路２４を通過する排気ガス中の有害成分が上記三元触媒の作用により浄化されるようになっている。
【００３８】
（２）制御系
図３は、エンジンの制御系を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ４０は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００３９】
上記ＥＣＵ４０には、各種センサ類からの検出信号が入力される。すなわち、ＥＣＵ４０は、クランク軸７の回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ３０と、吸気通路２３を通過する吸入空気の流量Ｑａを検出するエアフローセンサ３１と、図外のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ３２と電気的に接続されており、これら各センサで検出された状態量が電気信号として上記ＥＣＵ４０に逐次入力されるようになっている。
【００４０】
また、上記ＥＣＵ４０は、上記ＣＶＶＬ１５、ＶＶＬ１６、点火プラグ２０、インジェクタ２１、およびスロットル弁２５とも電気的に接続されており、これらの装置にそれぞれ駆動用の制御信号を出力するように構成されている。
【００４１】
上記ＥＣＵ４０が有するより具体的な機能について説明すると、上記ＥＣＵ４０は、その主な機能的要素として、記憶手段４１、燃料制御手段４２、点火制御手段４３、およびバルブ制御手段４４を有している。
【００４２】
上記記憶手段４１は、エンジンを制御する際に必要な各種データやプログラムを記憶するものである。その一例として、上記記憶手段４１には、図４に示される運転領域マップが記憶されている。この運転領域マップは、エンジンの回転速度Ｎｅおよび負荷Ｔ（要求トルク）に応じて、エンジンをどのような態様で運転すべきかを規定したものである。
【００４３】
図４の運転領域マップにおいて、エンジンの部分負荷域にはＨＣＣＩ領域Ｒが設定されており、このＨＣＣＩ領域Ｒでは、混合気を自着火により燃焼させる圧縮自己着火燃焼が実行される。ＨＣＣＩ領域Ｒは、負荷に応じて、さらに４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に分割される。これら領域Ｒ１〜Ｒ４を、負荷の低い方から順に第１負荷域Ｒ１、第２負荷域Ｒ２、第３負荷域Ｒ３、第４負荷域Ｒ４とすると、これら第１〜第４負荷域Ｒ１〜Ｒ４では、それぞれ、吸排気弁１１，１２の開閉制御のパターンを変化させながら、いずれも圧縮自己着火燃焼が実行されるようになっている（詳細は後述する）。
【００４４】
なお、本発明との対応関係としては、第１負荷域Ｒ１が本発明にかかる低負荷域に相当し、第２負荷域Ｒ２が本発明にかかる第１の中負荷域に相当し、第３負荷域Ｒ３が本発明にかかる第２の中負荷域に相当し、第４負荷域Ｒ４が本発明にかかる高負荷域に相当する。
【００４５】
上記燃料制御手段４２は、上記インジェクタ２１から燃焼室６に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御するものである。より具体的に、上記燃料制御手段４２は、エンジン回転速度センサ３０から入力されるエンジン回転速度Ｎｅやエアフローセンサ３１から入力される吸入空気量Ｑａ等の情報に基づいて、目標とする燃料の噴射量および噴射時期を演算し、その演算結果に基づいてインジェクタ２１の開弁時期および開弁期間を制御する。
【００４６】
上記点火制御手段４３は、エンジンの運転状態に応じ予め定められた所定のタイミングで点火プラグ２０の点火回路に給電信号を出力することにより、上記点火プラグ２０が火花放電を行うタイミング（点火時期）等を制御するものである。ただし、当実施形態において、少なくとも図４に示したＨＣＣＩ領域Ｒでは、火花点火によらず混合気を自着火させる圧縮自己着火燃焼が実行されるため、この圧縮自己着火燃焼の実行時には、基本的に点火プラグ２０からの火花点火は停止される。
【００４７】
上記バルブ制御手段４４は、上記ＣＶＶＬ１５を駆動して吸気弁１１のリフト量を可変的に設定するとともに、上記ＶＶＬ１６を駆動して排気弁１２の吸気行程中の開弁を実行または停止するものである。特に、上記ＨＣＣＩ領域Ｒにおいて、バルブ制御手段４４は、上記のような吸排気弁１１，１２の制御に基づいて、筒内（気筒２の内部）に導入される新気量を調節するとともに、筒内に導入される既燃ガスの有無を切り替えて筒内温度を調節する機能を有している。
【００４８】
すなわち、吸気弁１１のリフト量が変更されることにより、吸気ポート９を通じて筒内に導入される新気量が調節される。また、排気弁１２の吸気行程中の開弁が実行または停止されることにより、筒内に逆流する既燃ガスの有無が切り替わり、筒内温度の上昇幅が調節される。例えば、排気弁１２が吸気行程中に開弁すると、一旦は排気ポート１０に排出された高温の既燃ガス（排気ガス）が、排気ポート１０から逆流して再び筒内に導入され、筒内温度が上昇する。また、このような既燃ガスの逆流が起きると、その分だけ吸気ポート９からの新気の流入が制限されるため、筒内の新気量が減少する。逆に、排気弁１２が吸気行程中に開弁しなくなれば、上記のような既燃ガスの逆流がなくなることで、筒内温度が相対的に低下し、新気量が増大する。なお、上記のように筒内に既燃ガスを逆流させる操作は、内部ＥＧＲ（Internal Exhaust Gas Recirculation）と呼ばれるため、以下では、筒内に逆流させる既燃ガスのことを、ＥＧＲガスということがある。
【００４９】
上記バルブ制御手段４４は、上記のような吸排気弁１１，１２の制御に基づいて、ＥＧＲガスの量および新気量を適正に調節することにより、エンジンが上記ＨＣＣＩ領域Ｒにおける各負荷域Ｒ１〜Ｒ４のいずれで運転されている場合でも、混合気を適正な時期に確実に自着火させ、安定した圧縮自己着火燃焼を継続的に行わせる役割を担っている。
【００５０】
なお、上述したように、ＨＣＣＩ領域Ｒでは、バルブ制御手段４４による吸排気弁１１，１２の制御に基づいて新気量が調節されるため、スロットル弁２５による吸気通路２３の絞り制御は基本的に不要であり、スロットル弁２５の開度は、例えばエンジンの緊急停止時等を除いて、全開（１００％）もしくはその近傍に維持される。
【００５１】
ここで、上記ＨＣＣＩ領域Ｒ（第１〜第４負荷域Ｒ１〜Ｒ４）以外の運転領域における燃焼制御について簡単に説明する。上記ＨＣＣＩ領域Ｒ以外の運転領域、つまり、ＨＣＣＩ領域Ｒよりも高回転側の回転域と、ＨＣＣＩ領域Ｒよりも高負荷側の負荷域とを合わせた領域をＳＲとすると、同領域ＳＲでは、火花点火による燃焼、または、上記ＨＣＣＩ領域Ｒとは異なる態様の圧縮自己着火燃焼が行われる。
【００５２】
例えば、上記ＨＣＣＩ領域Ｒよりも高回転側では、燃料の受熱期間が短く、混合気の自着火が困難であるため、圧縮自己着火燃焼は実行されず、点火プラグ２０を用いた火花点火による強制燃焼（ＳＩ燃焼）が実行される。
【００５３】
また、上記ＨＣＣＩ領域Ｒより高負荷側では、上述の高回転側での制御と同じくＳＩ燃焼に切り替えてもよいが、例えば、エンジンが過給機付エンジンである場合には、吸気弁１１の閉時期を吸気下死点に対し大幅にシフトさせてエンジンの有効圧縮比を低下させながら、不足する新気を過給により補うことで、圧縮自己着火燃焼を継続させることも可能である。つまり、ＨＣＣＩ領域Ｒよりも高負荷側において、単に燃料の噴射量を増大させただけでは、過早着火等の異常燃焼を引き起こすおそれがあるが、エンジンの有効圧縮比を低下させつつ過給を行うようにすれば、新気を十分に確保しながら、圧縮上死点付近の燃焼室６の温度を低下させることができるため、ＨＣＣＩ領域Ｒよりさらに高負荷側であっても、過早着火等を引き起こすことなく圧縮自己着火燃焼を継続させることが可能である。
【００５４】
ただし、本発明において、ＨＣＣＩ領域Ｒ以外でどのような燃焼制御を行うかについては特に問題ではない。このため、以下では、ＨＣＣＩ領域Ｒでの制御動作についてのみ説明する。
【００５５】
（３）ＨＣＣＩ領域Ｒでの制御動作
次に、上記ＨＣＣＩ領域Ｒにおける制御動作の内容を、図５〜図９に基づき説明する。なお、図５は、ＥＣＵ４０により実行される制御の手順を示すフローチャートであり、図６〜図９は、上記ＨＣＣＩ領域Ｒの各負荷域Ｒ１〜Ｒ４において選択される吸排気弁１１，１２の開閉パターンを示す図である。
【００５６】
図５のフローチャートに示す処理がスタートすると、まず、各種センサ値を読み込む制御が実行される（ステップＳ１）。具体的には、上記エンジン回転速度センサ３０、エアフローセンサ３１、およびアクセル開度センサ３２から、それぞれ、エンジン回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、およびアクセル開度ＡＣが読み出され、ＥＣＵ４０に入力される。
【００５７】
次いで、上記ステップＳ１で読み込まれた情報に基づき定まるエンジンの運転点が、図４に示したＨＣＣＩ領域Ｒにあるか否かを判定する制御が実行される（ステップＳ２）。具体的には、上記ステップＳ１で読み込まれたエンジン回転速度Ｎｅと、アクセル開度ＡＣ等に基づき演算されるエンジン負荷（要求トルク）Ｔとが、ともに図４のＨＣＣＩ領域Ｒの範囲に含まれるか否かが判定される。
【００５８】
上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されてエンジンの運転点がＨＣＣＩ領域Ｒにあることが確認された場合には、さらに、その中の第１負荷域Ｒ１にあるか否かが判定される（ステップＳ３）。
【００５９】
上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてＨＣＣＩ領域Ｒ内の第１負荷域Ｒ１にあることが確認された場合には、次のステップＳ６に移行して、予め定められた開閉パターンＡに沿って吸排気弁１１，１２を開閉駆動する制御が実行される。
【００６０】
上記開閉パターンＡに基づく吸排気弁１１，１２のリフトカーブを図６に示す。本図において、ＩＮ１とは、各気筒２に設けられた一対の吸気弁１１のうちの一方が開弁した場合のリフトカーブであり、ＩＮ２とは、他方の吸気弁１１が開弁した場合のリフトカーブである。また、ＥＸ１とは、各気筒２に設けられた一対の排気弁１２のうちの一方が排気行程中に開弁した場合のリフトカーブであり、ＥＸ２とは、他方の排気弁１２が排気行程中に開弁した場合のリフトカーブである。さらに、ＥＸ１ａとは、上記一方の排気弁１２が吸気行程中に開弁した場合のリフトカーブであり、ＥＸ２ａとは、上記他方の排気弁１２が吸気行程中に開弁した場合のリフトカーブである。なお、これらのリフトカーブに示される吸排気弁１１，１２の開時期（開弁開始時期）および閉時期は、リフトカーブのランプ部（リフト量が緩やかに変化する部分）を除いた区間をバルブの開弁期間として定義した場合における開時期および閉時期であって、吸排気弁１１，１２のリフト量が完全にゼロになる時期を指すものではない。このことは、後述する図７〜図９のケースでも同様である。
【００６１】
図６に示すように、第１負荷域Ｒ１で選択される開閉パターンＡでは、各気筒２における一対の排気弁１２が、両方とも排気行程中に開弁し（ＥＸ１，ＥＸ２）、かつ吸気行程中にも開弁する（ＥＸ１ａ，ＥＸ２ａ）。また、各気筒２における一対の吸気弁１１は、ともに比較的小さいリフト量で、吸気行程中に開弁する（ＩＮ１，ＩＮ２）。上記バルブ制御手段４４は、このようなバルブの開閉パターンの設定に従って、ＣＶＶＬ１５およびＶＶＬ１６の駆動を制御する。
【００６２】
より具体的に、上記開閉パターンＡのとき、吸気弁１１は、排気上死点（ＴＤＣ）付近で開き始め、上死点経過後９０°ＣＡ（ＣＡはクランク角を表す）付近で閉じられる。すなわち、吸気弁１１のリフト量が相対的に小さく設定されることにより、吸気弁１１の開弁期間が短くされ、上死点経過後９０°ＣＡ付近というかなり早いタイミングで吸気弁１１が閉弁する。このように、吸気弁１１のリフト量および開弁期間が小さく設定されることで、吸気ポート９からの新気の流入が制限され、筒内の新気量が減少する。
【００６３】
一方、排気弁１２については、まず、膨張下死点（左側のＢＤＣ）付近で開き始め、排気上死点（ＴＤＣ）付近で閉じられる（ＥＸ１，ＥＸ２）。また、排気上死点から遅れた所定のタイミングで、排気弁１２が再度開き始め、吸気下死点（右側のＢＤＣ）付近で閉じられる（ＥＸ１ａ，ＥＸ２ａ）。このように、排気弁１２が吸気行程中に再度開弁することで、一旦は排気ポート１０から排出された高温の既燃ガスが再び筒内に導入されることになる。そして、このような既燃ガスの逆流と、上述した吸気弁１１の小リフト化との相互作用により、新気量が大幅に減少し、筒内に逆流する既燃ガス（ＥＧＲガス）の割合が増大する結果、筒内温度が大幅に上昇することになる。
【００６４】
なお、図６の開閉パターンＡにおいて、排気弁１２が排気上死点付近で閉じられた後、再度開弁し始めるまでに所定の遅れ時間が存在するのは、その間に、リフトカーブのランプ部が存在するためである。すなわち、上述したように、バルブのリフトカーブには、その裾部に、リフト量が緩やかに変化するランプ部が存在し、このランプ部の期間は、バルブの開弁期間に含まれないため、排気弁１２を一旦閉じてから再度開く際には、その間に所定の遅れ時間を設けることが必要になる。逆に、この遅れ時間を短縮しようとして、ランプ部をほとんど設けなければ、例えばジャンピング（バルブが着座時に踊るような挙動を示す現象）のような不具合が生じてしまう。
【００６５】
図６の例では、排気行程中に一旦開弁した排気弁１２が上死点付近で閉じた後、その上死点の経過後（ＡＴＤＣ）５０°ＣＡ程度で、再度排気弁１２を開き始めるようにしている。このように、排気弁１２を再度開弁させるまでに十分な遅れ時間を確保することで、ジャンピング等の不具合を回避しながら、適正に排気弁１２を開閉させることができる。
【００６６】
また、上記のような時期（約ＡＴＤＣ５０°）に排気弁１２が再び開弁し始めることで、そのリフトピーク時期は、吸気行程の後半（ＡＴＤＣ９０°より後）に位置することになる。すなわち、吸気行程中に開弁する排気弁１２（ＥＸ１ａ，ＥＸ２ａ）は、約ＡＴＤＣ５０°という吸気行程の前半に開き始め、吸気行程の後半にリフトピークを迎えた後、吸気下死点付近で閉じされるようになっている。
【００６７】
一方、吸気弁１１（ＩＮ１，ＩＮ２）については、上述したように、上死点付近で開き始めてＡＴＤＣ９０°付近で閉じられる。このため、吸気行程中において、吸気弁１１と排気弁１２とは、開弁期間を部分的に重複させながら、互いに位相をずらして開弁する。すなわち、吸気弁１１の開弁期間中（つまり吸気弁１１が開き始めてから閉じるまでの間）に排気弁１２が開き始め、吸気弁１１の閉弁後に排気弁１２が閉じられる。
【００６８】
また、吸気弁１１および排気弁１２の各リフト量は、吸気弁１１のリフト量（ＩＮ１，ＩＮ２の最大高さ）が、吸気行程中に開弁する排気弁１２のリフト量（ＥＸ１ａ，ＥＸ２ａの最大高さ）よりも小さくなるように設定されている。
【００６９】
再び図５のフローチャートに戻って、上記ステップＳ３でＮＯと判定された場合の制御動作について説明する。この場合には、現在のエンジンの運転点が、図４の第２負荷域Ｒ２にあるか否かを判定する制御が実行される（ステップＳ４）。そして、ここでＹＥＳと判定されて第２負荷域Ｒ２にあることが確認された場合に、次のステップＳ７に移行して、予め定められた開閉パターンＢに沿って吸排気弁１１，１２を開閉駆動する制御が実行される。
【００７０】
上記開閉パターンＢに基づく吸排気弁１１，１２のリフトカーブを図７に示す。本図に示すように、第２負荷域Ｒ２で選択される開閉パターンＢでは、各気筒２における一対の吸気弁１１のリフト量（ＩＮ１，ＩＮ２）が、上記第１負荷域Ｒ１で選択される開閉パターンＡ（図６）のときよりも大きく設定される。すなわち、上記バルブ制御手段４４が、リフト量を増大させる方向にＣＶＶＬ１５を駆動することにより、一対の吸気弁１１のリフト量が、図中の矢印のように徐々に大きい値へと変更される。これにより、吸気ポート９から筒内に流入する新気の量が増大するとともに、筒内に逆流する既燃ガス（ＥＧＲガス）の量が減少する。なお、これ以外のバルブの動作は、上記開閉パターンＡのときと同様である。
【００７１】
具体的に、上記開閉パターンＢでは、負荷の増大に伴って吸気弁１１のリフト量が徐々に増大し、最終的に、第２負荷域Ｒ２と第３負荷域Ｒ３との境界付近に至るまで負荷が増大した時点で、図示のように、吸気行程中に開弁する排気弁１２のリフト量（ＥＸ１ａ，ＥＸ２ａ）よりも吸気弁１１のリフト量（ＩＮ１，ＩＮ２）が大きくなる。このとき、吸気弁１１は、その開時期（開弁開始時期）が排気上死点（ＴＤＣ）付近に固定されており、吸気弁１１のリフト量が増大するにつれて、吸気弁１１のリフトピーク位置および閉時期が徐々に遅角側に移動する。そして、リフト量が最大になったとき、吸気弁１１の閉時期は、下死点（ＢＤＣ）付近にまで遅角される。
【００７２】
なお、図７の例では、吸気弁１１のリフト量を、吸気行程中に開弁する排気弁１２のリフト量より大きくなるまで増大させたが、吸気弁１１のリフト量を最大限に増大させたときの値は、少なくとも上記排気弁１２のリフト量以上であればよい。
【００７３】
次に、上記図５のステップＳ４でＮＯと判定された場合の制御動作について説明する。この場合には、現在のエンジンの運転点が、図４の第３負荷域Ｒ３にあるか否かを判定する制御が実行される（ステップＳ５）。そして、ここでＹＥＳと判定されて第３負荷域Ｒ３にあることが確認された場合に、次のステップＳ８に移行して、予め定められた開閉パターンＣに沿って吸排気弁１１，１２を開閉駆動する制御が実行される。
【００７４】
上記開閉パターンＣに基づく吸排気弁１１，１２のリフトカーブを図８に示す。本図に示すように、第３負荷域Ｒ３で選択される開閉パターンＣでは、吸気行程中において、各気筒２に設けられた一対の排気弁１２のうちの一方の弁のみが開弁し、他方の排気弁１２は開弁しなくなる。すなわち、上記バルブ制御手段４４によりＶＶＬ１６が駆動されて、吸気行程中に上記他方の排気弁１２を押し下げる動作が無効にされることで、他方の排気弁１２は、排気行程中にのみ開弁し（ＥＸ２）、吸気行程中には開弁しなくなる。
【００７５】
これに対し、一方の排気弁１２については、排気行程中および吸気行程中の両方で開弁する（ＥＸ１，ＥＸ１ａ）。このように、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数が２つから１つに減らされることで、ＥＧＲガスの量が減少し、新気量が増大する。なお、これ以外のバルブの動作は、上記開閉パターンＢのときと同様である。
【００７６】
次に、上記図５のステップＳ５でＮＯと判定された場合の制御動作について説明する。この場合は、現在のエンジンの運転点が、図４の第４負荷域Ｒ４にあることになる。すると、次のステップＳ９に移行して、予め定められた開閉パターンＤに沿って吸排気弁１１，１２を開閉駆動する制御が実行される。
【００７７】
上記開閉パターンＤに基づく吸排気弁１１，１２のリフトカーブを図９に示す。本図に示すように、第４負荷域Ｒ４で選択される開閉パターンＤでは、各気筒２に設けられた一対の排気弁１２の両方について、吸気行程中の開弁が禁止される。すなわち、上記バルブ制御手段４４によりＶＶＬ１６が駆動されて、吸気行程中に一対の排気弁１２を押し下げる動作がともに無効にされる。これにより、各気筒２の一対の排気弁１２は、ともに排気行程中にのみ開弁し（ＥＸ１，ＥＸ２）、吸気行程中には開弁しなくなる。このように、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数がゼロにされることで、ＥＧＲガスはほとんどなくなり、新気量が十分に確保されるようになる。なお、これ以外のバルブの動作は、上記開閉パターンＣのときと同様である。
【００７８】
（４）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、気筒２ごとに一対の吸気弁１１および一対の排気弁１２が設けられ、かつ、圧縮自己着火燃焼で運転するＨＣＣＩ領域Ｒが部分負荷域に設定されたエンジンにおいて、上記ＨＣＣＩ領域Ｒを、負荷の低い順に第１〜第４の負荷域Ｒ１〜Ｒ４に分割し、各負荷域において、吸排気弁１１，１２をそれぞれ図６〜図９に示したような開閉パターンに沿って制御するようにした。このような構成によれば、ＥＧＲガスの量を負荷に応じて適正に制御することにより、適正な圧縮自己着火燃焼をより広い負荷域で行わせることができる。
【００７９】
例えば、ＨＣＣＩ領域Ｒの中で最も負荷の低い第１負荷域Ｒ１では、一対の排気弁１２を吸気行程中に両方とも開弁させ、かつ、その際の各排気弁１２のリフト量よりも、一対の吸気弁１１のリフト量を小さく設定することにより（図６参照）、筒内に逆流する高温の既燃ガス（ＥＧＲガス）を多量に確保して、筒内に占める新気の割合を相対的に小さくすることができる。これにより、筒内温度が大幅に上昇し、混合気が自着火し易い環境がつくり出されるため、負荷が低く燃料噴射量が少ない状況であっても、圧縮自己着火燃焼を確実に引き起こすことができる。また、多量のＥＧＲガスを導入することにより、筒内の負圧を減らし、ポンピングロスを効果的に低減できるという利点もある。
【００８０】
ただし、負荷がある程度高まった状況で、上記のような多量のＥＧＲガスの導入が継続的に行われた場合には、新気量が不足するだけでなく、混合気の自着火が促進され過ぎて、例えば混合気が異常に早いタイミングで自着火する過早着火と呼ばれる異常燃焼が起きるおそれがある。そこで、このような事態を回避すべく、上記実施形態では、上記第１負荷域Ｒ１よりも高負荷側（第２〜第４負荷域Ｒ２〜Ｒ４）で、吸気弁１１のリフト量を増大させたり、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数を減らしたりすることで、ＥＧＲガスと新気の割合を負荷に応じて適宜調節するようにした。
【００８１】
具体的に、上記第１負荷域Ｒ１の次に負荷の高い第２負荷域Ｒ２では、吸気弁１１のリフト量を負荷に応じて増大させ（図７参照）、筒内への新気の流入を促進することにより、徐々に新気量を増やして、ＥＧＲガスの量を減らすようにした。これにより、ポンピングロスの低減を図りながら、上記第１負荷域Ｒ１のときよりも筒内温度を低下させ、適正な圧縮自己着火燃焼を継続して行わせることができる。
【００８２】
さらに、上記第２負荷域Ｒ２よりも負荷の高い第３負荷域Ｒ３まで負荷が高まれば、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数を２つから１つに減らすことにより（図８参照）、ＥＧＲガスの量をより一層減らし、上記第２負荷域Ｒ２のときよりもさらに筒内温度を低下させることができる。
【００８３】
そして、ＨＣＣＩ領域Ｒの中で最も負荷の高い第４負荷域Ｒ４まで負荷が高まった場合には、全ての排気弁１２について吸気行程中の開弁を禁止し、同行程中に開弁する排気弁１２の数をゼロにすることにより（図９参照）、既燃ガスの逆流（内部ＥＧＲ）を停止して、筒内に流入する新気の量を大幅に増大させることができる。これにより、高い負荷に応じた十分な量の新気を確保できるとともに、筒内温度をより低く抑えて、過早着火のような異常燃焼を効果的に防止できるという利点がある。
【００８４】
また、上記実施形態では、吸気行程中に開弁する排気弁１２が、吸気行程の後半にリフトピークを迎えるように駆動されるため、筒内がより負圧になり易い時期に大きく排気弁１２を開くことで、ＥＧＲガスを効率よく筒内に取り込むことができる。また、排気行程中に一旦開いた排気弁１２を閉じてから、吸気行程中に再び排気弁１２を開くまでに、ある程度の期間を設けることにより、ジャンピング等の不具合を適正に防止できるという利点もある。
【００８５】
図１０は、以上のような作用効果を確認するために本願発明者が行った実験の結果を示すグラフである。なお、この実験で使用したエンジンの幾何学的圧縮比は２０で、ボア×ストロークはφ８７．５×８３．１であった。そして、このようなエンジンを用いて、圧縮自己着火燃焼による運転を行い、そのときの新気の充填率（充填効率）ηｖを測定した。なお、測定時のエンジン回転速度Ｎｅは１０００ｒｐｍで一定とし、吸気温度は５０℃で一定とした。
【００８６】
グラフ中の「◆」「■」「▲」「●」マークの各プロットは、吸排気弁１１，１２を図６〜図９に示した開閉パターンに沿ってそれぞれ制御した場合に得られる新気充填率ηｖの値を示している。すなわち、「◆」が開閉パターンＡ（図６）のときの値、「■」が開閉パターンＢ（図７）のときの値、「▲」が開閉パターンＣ（図８）のときの値、「●」が開閉パターンＤ（図９）のときの値を示している。なお、このうち、開閉パターンＢのときの「■」のプロットについては、吸気弁１１のリフト量を図７に示したような最大値まで（つまり吸気行程中に開弁する排気弁１２のリフト量以上まで）増大させた状態での新気充填率ηｖを示している。
【００８７】
また、図１０のグラフにおいて、横軸のＩＭＥＰは、負荷（仕事）の大小を表す指標である図示平均有効圧力を示している。各プロット間で横軸方向の位置が異なるものは、負荷に応じた燃料噴射量の相違を表しており、右側に位置するほど燃料噴射量が多いことになる。
【００８８】
図１０のグラフに示すように、新気充填率ηｖは、開閉パターンＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に段階的に大きくなっていることが分かる。すなわち、新気充填率ηｖは、開閉パターンＡのときが２０％弱であるのに対し、開閉パターンＢでは３０％強まで、開閉パターンＣでは５０％強まで増大し、開閉パターンＤに至っては略１００％まで増大している。なお、開閉パターンＢのときのプロット「■」は、吸気弁１１のリフト量を最大値まで増大させた状態での新気充填率ηｖを示しているので、リフト量が最大値よりも小さくなれば、新気充填率ηｖの値は当然に「■」よりも小さくなり、パターンＡの「◆」の値に近づいていく。
【００８９】
一方、新気の領域を除いたグラフ中のグレーの領域は、筒内に導入されたＥＧＲガスの量を示しており、このＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）は、新気とは逆に、開閉パターンＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に段階的に小さくなっている。なお、ＥＧＲ率を示すグレーの領域の上辺部が左下がりになっているのは、ＥＧＲガスの量が多いほど密度が低下するためである。
【００９０】
以上の実験結果からも明らかなように、吸排気弁１１，１２の開閉パターンをグラフ中の破線矢印のように負荷の増大に応じてパターンＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に切り替えるようにした場合（つまり上記実施形態と同様の制御を行った場合）には、負荷に応じて段階的に新気量を増大させ、かつＥＧＲガスの量を減少させることができる。すなわち、開閉パターンＡでは、ＥＧＲガスが最大限に導入されて筒内の高温化が図られる一方、この状態から、負荷の増大に応じて開閉パターンをＢ→Ｃ→Ｄへと移行させることにより、ＥＧＲガスの量を段階的に減少させて筒内温度を抑制し、かつ新気量を増大させることができる。
【００９１】
図１１は、上記図１０のときと同じ条件下で運転したときの燃焼状態を確認した実験の結果であり、縦軸の燃焼重心位置とは、燃料の５０％質量が燃焼した時点（５０％ＭＢ）のクランク角を示している。この図１１のグラフによれば、開閉パターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのいずれの場合における燃焼重心位置も、圧縮上死点（０°ＣＡ）より遅角側の適正範囲Ｐの中に概ね含まれていることが分かる。これにより、上記のように負荷の増大に応じ開閉パターンをＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄと切り替えることで、負荷にかかわらず適正な圧縮自己着火燃焼を継続して行わせ得ることが分かった。
【００９２】
なお、以上説明したような実験結果は、幾何学的圧縮比が２０という高圧縮比エンジンを用いて得られたものであるが、ある程度高い圧縮比であれば、上記と同様の結果を得ることが可能である。ただし、排気弁１２を吸気行程中に開弁することによってＥＧＲ（既燃ガスを筒内に逆流させる操作）を行う上記実施形態の特徴を十分に生かそうとすれば、幾何学的圧縮比は１５以上とするのが望ましい。
【００９３】
例えば、既燃ガスを筒内に導入する操作は、排気行程の途中から吸気行程にかけて吸気弁１１と排気弁１２の両方を閉じる期間（いわゆるネガティブオーバーラップ期間）を設けることによっても可能であり、従来から、このようなネガティブオーバーラップ期間を利用した既燃ガスの残留操作によって筒内を高温化し、混合気の自着火性を高めることも提案されてきた。しかしながら、排気行程の途中から吸排気弁１１，１２の双方を閉じると、残留した高温の既燃ガスが圧縮されて排気上死点付近でさらに高温化するため、多くの熱量が外部に放出されてしまい（つまり冷却損失が増大し）、その後の圧縮上死点付近での筒内温度の上昇効果が減殺されてしまうおそれがある。
【００９４】
このような懸念は、圧縮比が高いエンジンほど大きくなる。具体的に、ネガティブオーバーラップ期間を利用して既燃ガスを筒内に導入する操作をＮＶＯ方式のＥＧＲ、吸気行程中に排気弁１２を開弁させることで既燃ガスを筒内に導入する操作を排気２度開き方式のＥＧＲとすると、本願発明者の研究によれば、同量のＥＧＲガスを確保した場合でも、ＮＶＯ方式による方が、排気２度開き方式のＥＧＲによる場合よりも、筒内温度の上昇幅が小さく、しかもその低下幅は、圧縮比が高いほど大きくなることが分かっている。例えば、ある条件下で、圧縮上死点における筒内温度をＮＶＯ方式と排気２度開き方式とで比較したところ、両者の温度差は、幾何学的圧縮比が１５のエンジンでは２０℃程度になり、幾何学的圧縮比が２０のエンジンに至っては、５０℃程度まで増大した。一方、幾何学的圧縮比が１０のエンジンでは、これほど有意な温度差は見られなかった。
【００９５】
以上のことから、特に高圧縮比エンジンにおいては、排気２度開き方式のＥＧＲを行った方が、ＮＶＯ方式のＥＧＲを行うよりも、冷却損失を低く抑えることができ、着火性や効率面で有利であるといえる。そして、このような排気２度開き方式の利点が有意に現れるのが、幾何学的圧縮比が１５以上のエンジンといえ、１５よりも圧縮比が高くなるほど、より優位性が増すことになる。
【００９６】
ただし、幾何学的圧縮比を高めるといっても実用上の限度があり、圧縮比をむやみに高くしても、それによって得られる効果は徐々に薄まっていく。このような点を考慮して、エンジンの幾何学的圧縮比は２２以下にするのがよい。
【００９７】
すなわち、幾何学的圧縮比が１５以上２２以下のエンジンにおいて、排気２度開き方式のＥＧＲを行い、負荷に応じて吸排気弁１１，１２を上述した開閉パターンＡ〜Ｄのように制御することで、排気２度開き方式の利点を十分に生かしつつ、効率の高い圧縮自己着火燃焼を幅広い負荷域にわたって適正に実行させることができる。
【００９８】
（５）変形例
なお、上記実施形態では、圧縮自己着火燃焼を行うＨＣＣＩ領域Ｒのうち、最も負荷の低い第１負荷域Ｒ１で、図６に示した開閉パターンＡを選択して、吸気行程中に、各気筒２に設けられた一対の吸気弁１１を、ともに小リフト状態で開弁させ、かつ一対の排気弁１２を開弁させるようにしたが、上記第１負荷域Ｒ１をさらに２つの負荷域に分割し、このうちの低負荷側の領域では、吸気弁１１の開弁数を１つに減らしてもよい。このようにすれば、無負荷に近い極低負荷域で、さらに新気量を減らしてＥＧＲ率を高めることができる。
【００９９】
また、上記実施形態では、ＨＣＣＩ領域Ｒのうち２つ目に負荷の低い第２負荷域Ｒ２で、吸気弁１１のリフト量を負荷に応じて徐々に増大させ（図７の開閉パターンＢ）、第２負荷域Ｒ２内で最も負荷が高まった時点で、図７のＩＮ１，ＩＮ２のようなリフトカーブが得られるようにしたが、第２負荷域Ｒ２をさらに高負荷側まで拡大し、この拡大した領域では、図７の状態よりもさらにリフト量を増大させることにより、吸気弁１１の閉時期を吸気下死点（ＢＤＣ）から大幅に遅角させるようにしてもよい。このようにすれば、実質的な圧縮の開始時期が遅れ、エンジンの有効圧縮比が低下するため、吸気弁１１の閉時期を遅角させる前よりも筒内温度を低下させることができ、ＥＧＲガスの量を減らしたのと同様の効果を得ることができる。
【０１００】
また、上記実施形態では、吸気弁１１および排気弁１２を各気筒２につき２つずつ設けたが、吸排気弁１１，１２の数はこれに限られず、吸排気弁１１，１２の少なくとも一方を１つにしてもよい。仮に、排気弁１２の数を１気筒あたり１つにした場合には、第１および第２の負荷域Ｒ１，Ｒ２（開閉パターンＡ，Ｂ）において吸気行程中に開弁する排気弁１２の数を１つにし、第２負荷域Ｒ２よりも負荷が高くなれば、その排気弁１２の開弁を禁止して、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数をゼロにすればよい（開閉パターンＤ）。つまり、排気弁１２が１つであれば、開閉パターンは少なくとも３つになる。
【０１０１】
逆に、吸排気弁１１，１２の少なくとも一方を３つ以上にしてもよい。例えば、排気弁１２を３つにした場合には、吸気行程中に開弁する排気弁の数を、負荷の増大に応じて３→２→１→０というように減少させればよく、このようにすることで、より細やかに新気量およびＥＧＲガスの量を調節することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１１  吸気弁
１２  排気弁
１５  ＣＶＶＬ（リフト可変機構）
１６  ＶＶＬ（開閉切替機構）
４４  バルブ制御手段
Ｒ  ＨＣＣＩ領域
Ｒ１  第１負荷域（低負荷域）
Ｒ２  第２負荷域（第１の中負荷域）
Ｒ３  第３負荷域（第２の中負荷域）
Ｒ４  第４負荷域（高負荷域）
【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１１】
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【図１０】
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