(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンまたはアルコール燃料を３０ＭＰａ以上の燃圧で燃焼室内に供給可能な高圧燃料ポンプを備えた火花点火式エンジンの制御装置であって、
上記高圧燃料ポンプの加圧室からリークした燃料の温度を検出する温度検出手段と、
このリーク燃料の検出温度が予め設定された基準温度よりも高いか否かを判別することにより、上記高圧燃料ポンプの摩耗が大きくなる異常が発生したか否かを判別する異常判別手段と、
エンジンの高負荷域で、圧縮行程から膨張行程初期までの間に上記高圧燃料ポンプから３０ＭＰａ以上の燃圧で燃焼室内に燃料を噴射して低負荷域よりもリッチな混合気を形成し、この混合気に圧縮上死点近傍で点火して圧縮上死点よりも所定期間遅れたタイミングで急速燃焼させるように制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記異常判別手段により燃料の検出温度が予め設定された基準温度よりも高いと判別された場合に、上記高圧燃料ポンプから吐出される燃料圧力を低下させ、上記急速燃焼の制御時よりも低い圧力で燃料を噴射させるとともに、その燃料噴射により形成された混合気を上記急速燃焼の制御時よりも遅いタイミングで点火して緩慢燃焼させるように構成されたことを特徴とする火花点火式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、火花点火式エンジンの燃焼室内にガソリンまたはアルコール燃料を３０ＭＰａ以上の燃圧で供給可能な火花点火式エンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に示されるように、ガソリンよりも潤滑性の高い軽油を燃料としたディーゼルエンジン用の高圧燃料ポンプにおいて、ハウジングに回転自在に支持されたポンプシャフト（駆動軸）のラジアル軸受部にかかる負担を軽減することを目的として、このラジアル軸受部に上記軽油を潤滑油として供給し、燃料ポンプの各部に形成された摺動部分の潤滑性を確保することにより、その焼き付きを防止することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７２２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されたディーゼルエンジン用の高圧燃料ポンプでは、その加圧プランジャーを摺動可能に支持するハウジングの支持部と加圧プランジャーとの間に５μｍ程度のわずかな隙間を設け、この隙間を介して上記高圧燃料ポンプの加圧室から漏れ出た少量の軽油を潤滑剤として利用することにより、上記加圧プランジャーの摺動抵抗が増大するのを防止することができる。
【０００５】
しかし、軽油に比べて低沸点・低粘度のガソリンを主成分とした燃料を３０ＭＰａ以上の高圧で火花点火式エンジンの燃焼室内に供給するように構成されたガソリンエンジン用の高圧燃料ポンプでは、加圧プランジャーを摺動可能に支持する支持部にガソリンを潤滑剤として供給しようとしても、その流動性が高すぎるために、適正な潤滑性を維持することは困難である。また、燃料ポンプの加圧室から加圧プランジャーの摺動支持部を通って多量の燃料がリターン通路に漏れ出る可能性があるとともに、その温度が上昇して上記高圧燃料ポンプの駆動抵抗が過大になると、上記加圧プランジャーの摺動部に焼き付きが生じ易い等の問題があった。
【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、高圧燃料ポンプの駆動抵抗が過大になって駆動損失が増大したり、上記加圧プランジャーの摺動部に焼き付きが生じたりすること等を効果的に防止できる火花点火式エンジンの制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するものとして、本願発明に係る火花点火式エンジンの制御装置は、ガソリンまたはアルコール燃料を３０ＭＰａ以上の燃圧で燃焼室内に供給可能な高圧燃料ポンプを備えた火花点火式エンジンにおいて、上記高圧燃料ポンプの加圧室からリークした燃料の温度を検出する温度検出手段と、このリーク燃料の検出温度が予め設定された基準温度よりも高いか否かを判別することにより、上記高圧燃料ポンプの摩耗が大きくなる異常が発生したか否かを判別する異常判別手段と、エンジンの高負荷域で、圧縮行程から膨張行程初期までの間に上記高圧燃料ポンプから３０ＭＰａ以上の燃圧で燃焼室内に燃料を噴射して低負荷域よりもリッチな混合気を形成し、この混合気に圧縮上死点近傍で点火して圧縮上死点よりも所定期間遅れたタイミングで急速燃焼させるように制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記異常判別手段により燃料の検出温度が予め設定された基準温度よりも高いと判別された場合に、上記高圧燃料ポンプから吐出される燃料圧力を低下させ、上記急速燃焼の制御時よりも低い圧力で燃料を噴射させるとともに、その燃料噴射により形成された混合気を上記急速燃焼の制御時よりも遅いタイミングで点火して緩慢燃焼させるように構成されたものである。
【０００８】
本発明によれば、温度検出手段により検出されたリーク燃料の検出温度が予め設定された基準温度よりも高いことが確認された場合に、高圧燃料ポンプの摩耗が大きくなる異常が発生したと判別して異常表示ランプを点灯させる等の異常報知制御を実行することにより、高圧燃料ポンプの駆動抵抗が過大になって駆動損失が増大したり、上記加圧プランジャーの支持部に焼き付きが生じたりすること等を未然に防止するための措置を講じることができる。
【００１０】
また、上記高圧燃料ポンプの摩耗が大きくなる異常の発生時に、高圧燃料ポンプから吐出される燃料圧力を低下させることにより、エンジンの運転状態を維持しつつ、上記加圧プランジャーの支持部に焼き付きが生じる等の故障が発生するのを効果的に防止できるという利点がある。
【００１４】
また、異常判別手段により上記リーク燃料の検出温度が基準温度よりも高いと判別された場合に、上記急速燃焼制御時に比べて燃料の噴射圧力が低い緩慢燃焼制御状態に移行して上記高圧燃料ポンプから吐出される燃料圧力を低下させることにより、エンジンの運転状態を維持しつつ、上記加圧プランジャーの支持部に焼き付きが生じる等の故障が発生するのを効果的に防止できるという利点がある。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、高圧燃料ポンプの駆動抵抗が過大になって駆動損失が増大したり、上記加圧プランジャーの摺動部に焼き付きが生じたりすること等を効果的に防止できる火花点火式エンジンの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係る火花点火式ガソリンエンジンの全体構成を示す概略図である。
【図２】エンジンの制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジンの燃焼室を拡大して示す断面図である。
【図４】高圧燃料ポンプの内部構造を示す断面図である。
【図５】エンジンの運転領域に応じた制御マップの一例を示す図である。
【図６】高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼の状態と、従来のＳＩ燃焼の状態とを比較する図である。
【図７】未燃混合気の存在期間に関係する各パラメータの関係を示す図である。
【図８】図５の運転領域αにおける制御内容を説明するタイムチャートである。
【図９】図５の運転領域βにおける制御内容を説明するタイムチャートである。
【図１０】エンジントルクに対応した混合気充填量および吸排気系の制御状態を示す説明図である。
【図１１】エンジントルクに対応した混合気充填量、燃料噴射および点火系の制御状態を示す説明図である。
【図１２】ＰＣＭにおいて実行されるエンジン制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１および図２は、本発明に係る異常判定方法が適用される高圧燃料ポンプ６３を備えた火花点火式エンジン１の概略構成を示し、このエンジン１は、複数の気筒１８（図１では一つのみを図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設されて潤滑油を貯溜するオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されたピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。上記エンジン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、その全てが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あってもよい。
【００１８】
ピストン１４の頂面には、図３に拡大して示すように、リエントラント形のキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述する直噴インジェクタ６７に相対するように設置されている。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ２０を有するピストン１４とにより燃焼室１９が区画されている。
【００１９】
なお、「燃焼室」とは、狭義には、上死点時におけるピストン１４の上方空間のことを指すが、本明細書でいう燃焼室１９とは、ピストン１４の上下位置に拘わらずその上方に形成される空間からなる広義の燃焼室のことを指すものとする。また、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではなく、例えばキャビティ２０の形状、ピストン１４の頂面形状、および燃焼室１９の天井部の形状等を適宜に変更可能である。
【００２０】
このエンジン１の幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上や、後述する予混合圧縮自己着火燃焼の安定化等を目的として、比較的高い値、例えば１４〜２０程度の範囲内に設定されている。
【００２１】
シリンダヘッド１２には、吸気ポート１６および排気ポート１７が各気筒１８にそれぞれ形成されている。これら吸気ポート１６および排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１および排気弁２２がそれぞれ配設されている。
【００２２】
吸気弁２１および排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構、例えばＶＶＬ（Variable Valve Lift）５８が設けられている。ＶＶＬ５８は、その構成の詳細な図示を省略するが、カム山を一つ有する第１カムおよびカム山を二つ有する第２カムからなるカムプロファイルの異なる２種類のカムと、この第１および第２カムのいずれか一方の作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構とを備えている。第１カムの作動を排気弁２２に伝達している状態では、排気弁２２が排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動し（図９参照）、第２カムの作動を排気弁２２に伝達している状態では、排気弁２２が排気行程中において開弁するとともに、吸気行程中においても開弁する特殊モード（排気の二度開きモード）で作動する（図８参照）。
【００２３】
ＶＶＬ５８は、エンジン１の運転状態に応じて排気弁２２の作動モードを上記通常モードと特殊モードとに切り替えるように構成されている。こうしたモードの切替を行う機構としては、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用可能である。また、内部ＥＧＲは、上記排気弁２２の二度開きのみによって実現されるのではなく、例えば吸気弁２１を二回開くようにした吸気の二度開きモードによっても行うことができ、また排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１および排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させることによっても実現できる。
【００２４】
ＶＶＬ５８を備えた排気側の動弁系に対し、吸気側には、図２に示すように、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更可能に構成されたＶＶＴ（Variable Valve Timing）５９からなる位相可変機構と、吸気弁２１のリフト量を連続的に変更可能に構成されたＣＶＶＬ（Continuously Variable Valve Lift）６０からなるリフト量可変機構とが設けられている。ＶＶＴ５９は、液圧式、電磁式または機械式等からなる公知の構造を採用可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。また、ＣＶＶＬ６０も、種々の公知構造を適宜採用することができ、その詳細な構造についての図示は省略する。上記ＶＶＴ５９およびＣＶＶＬ６０により、吸気弁２１の開弁タイミングおよび閉弁タイミング、並びにリフト量をそれぞれ変更可能に構成されている。
【００２５】
シリンダヘッド１２には、各気筒１８内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタ６７と、吸気ポート１６内に燃料を噴射するポートインジェクタ６８とがそれぞれ取り付けられている。
【００２６】
直噴インジェクタ６７は、図３に拡大して示すように、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設され、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、適正なタイミングで燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、直噴インジェクタ６７は、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタであって、燃料噴霧が放射状に広がるように、燃料を噴射するように構成されている。図３に示すように、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分に設けられた直噴インジェクタ６７から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧が、ピストン頂面に形成されたキャビティ２０の壁面に沿って流動することにより、後述する点火プラグ２５の周囲に到達するようになる。
【００２７】
キャビティ２０は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている。上記多噴口型の直噴インジェクタ６７とキャビティ２０との組み合わせは、燃料の噴射後にその噴霧が点火プラグ２５の周りに到達するまでの時間を短くするとともに、燃焼期間を短くする上で有利な構造となっている。
【００２８】
そして、直噴インジェクタ６７には、燃料タンク６１から下記ポート燃料噴射手段５７の低圧燃料供給システム５６を介して供給された燃料を、３０ＭＰａ以上、好ましくは４０ＭＰａ以上の高圧に加圧する高圧燃料ポンプ６３と、この高圧燃料ポンプ６３から圧送された高圧の燃料を蓄えるとともに、各気筒１８の直噴インジェクタ６７に供給するコモンレール６４とが配設された高圧燃料供給通路６５が接続され、これらにより燃料を燃焼室１９の中心部に高圧で燃料を噴射する筒内燃料噴射手段６２が構成されている。なお、上記高圧燃料ポンプ６３から吐出される燃料の最大圧力は、エンジン１の性能および燃料の性状に適宜に設定可能であるが、燃料の噴射圧力を過度に高めるとエンジン１の駆動損失等が大きくなるため、通常は１２０ＭＰａ程度以下に設定される。
【００２９】
高圧燃料ポンプ６３は、図４に示すように、上記低圧燃料供給システム５６を介して供給された燃料の流量を調節するレギュレータ７０と、一対の加圧室７２を有するポンプハウジング７１と、このポンプハウジング７１の加圧室７２に対する燃料の供給を制御するサンクションコントロールバルブ７３と、このサンクションコントロールバルブ７３を介して上記加圧室７２に燃料を供給するフィードポンプ７４と、加圧室７２内の燃料を加圧して上記コモンレール６４に圧送する一対の加圧プランジャー７５と、この加圧プランジャー７５を駆動する駆動カム７６と、この駆動カム７６と一体に回転する駆動軸７７とを有している。
【００３０】
そして、エンジン１により駆動されるクランク軸とカム軸との間に掛け渡されたタイミングベルト等を介して上記駆動軸７７および駆動カム７６が回転駆動されるのに応じ、ポンプハウジング７１に設けられた支持部７８に沿って加圧プランジャー７５が衝動変位することにより、加圧室７２内の燃料が加圧された状態で逆止弁からなる吐出弁７９を介して高圧燃料供給通路６５に導出されるとともに、この高圧燃料供給通路６５を介してコモンレール６４に上記燃料が供給されるように構成されている。
【００３１】
また、上記ポンプハウジング７１には、加圧プランジャー７５の基端部を駆動カム７６に圧接させる方向に付勢するバネ８０の収容室８１が設けられているとともに、この収容室８１内に貯まった燃料の温度を検出する温度センサ８２が配設されている。この温度センサ８２の検出信号は、後述のＰＣＭ１０に設けられた異常判別手段８３に入力されるようになっている。
【００３２】
上記サンクションコントロールバルブ７３から加圧室７２には、必要量よりもやや多めの燃料が供給される。そして、必要量の燃料が上記吐出弁７９から高圧燃料供給通路６５に導出され、余分な燃料は上記ポンプハウジング７１の支持部７８と加圧プランジャー７５との間に形成された５μｍ程度の微細な隙間を通って上記バネ８０の収容室８１内にリークされる。この収容室８１内にリークした燃料は、リターン通路８５を介して上記フィードポンプ７４のインレットパイプ８６に戻されることにより再使用される。
【００３３】
上記ポートインジェクタ６８は、図１に示すように、吸気ポート１６乃至吸気ポート１６に連通する独立通路に臨んで配置され、吸気ポート１６内に燃料を噴射する。ポートインジェクタ６８は、一つの気筒１８に対して一つ設けてもよく、一つの気筒１８に対して二つの吸気ポート１６が設けられているのであれば、二つの吸気ポート１６のそれぞれに設けてもよい。ポートインジェクタ６８の形式は、特定の形式に限定されるものではなく、種々の形式のインジェクタを適宜に採用可能である。
【００３４】
ポートインジェクタ６８には、その詳細な図示を省略するが、燃料タンク６１内の燃料を供給する低圧燃料供給通路５５が接続されている。この低圧燃料供給通路５５には、電動またはエンジン駆動式の低圧ポンプ等を有する低圧燃料供給システム５６が配設され、これらにより上記燃料を０．３〜０．４ＭＰａ程度の低圧で吸気ポート１６に燃料を噴射するポート燃料噴射手段５７が構成されている。
【００３５】
また、上記ポート燃料噴射手段５７の低圧燃料供給システム５６から導出された低圧の燃料は、上記高圧燃料ポンプ６３のレギュレータ７０に供給され、この高圧燃料ポンプ６３の加圧プランジャー７５により所定圧に加圧された状態で、コモンレール６４および高圧燃料供給通路６５を介して直噴インジェクタ６７に供給されるようになっている。
【００３６】
シリンダヘッド１２には、図３に示すように、燃焼室１９内の混合気に点火する点火プラグ２５が取り付けられている。この点火プラグ２５は、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されるとともに、点火プラグ２５の先端部が、燃焼室１９の中央部分に配置された直噴インジェクタ６７の先端部に近接し、かつ燃焼室１９内に臨むように設置されている。
【００３７】
エンジン１の一側面には、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。
【００３８】
吸気通路３０の上流側部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。
【００３９】
吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、空気を冷却または加熱する水冷式のインタークーラ／ウォーマ３４と、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。また、吸気通路３０には、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されており、このインタークーラバイパス通路３５には、当該通路３５を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１の開度を調整することにより、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合が変更されて、気筒１８内に導入される新気の温度が調整されるようになっている。
【００４０】
排気通路４０の上流側部分は、各気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と、該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドにより構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とからなる排気浄化装置が設けられている。直キャタリスト４１およびアンダーフットキャタリスト４２は、例えば筒状ケースと、その内部に配置された三元触媒とを備えている。
【００４１】
吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ通路５０により接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３とを有している。主通路５１には、吸気通路３０への排気還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設され、ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設され、これらにより燃焼室から導出された排気ガスを吸気系に還流させる排気還流手段５４が構成されている。
【００４２】
このように構成されたエンジン１は、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）１０からなる制御手段によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェースおよびこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。
【００４３】
ＰＣＭ１０には、図１，２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。この各種のセンサには、エアクリーナ３１の下流側で新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１および新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２と、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されてインタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する第２吸気温度センサＳＷ３と、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されて外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４と、吸気ポート１６に取り付けられて気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５と、シリンダヘッド１２に取り付けられて気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６と、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されて排気温度および排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７および排気圧センサＳＷ８と、直キャタリスト４１の上流側に配置されて排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサＳＷ９と、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されて排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ２センサＳＷ１０と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１と、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２と、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３と、吸気側および排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５と、筒内燃料噴射手段６２のコモンレール６４に取り付けられて直噴インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６と、高圧燃料ポンプ６３に配設されてリーク燃料の温度を検出する温度センサ８２とが含まれる。
【００４４】
ＰＣＭ１０は、各センサの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによりエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じて直噴インジェクタ６７、ポートインジェクタ６８、点火プラグ２５、吸気弁側のＶＶＴ５９およびＣＶＶＬ６０、排気弁側のＶＶＬ５８、筒内燃料噴射手段６２、並びに各種の弁（スロットル弁３６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、およびＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータへ制御信号を出力するものである。
【００４５】
図５は、エンジン１のクランク回転速度およびエンジン負荷（目標トルク）をパラメータとしたエンジン１の制御マップを示している。この制御マップにおいてエンジン負荷が比較的、低い領域には、燃費の向上や排気エミッションの向上を目的として、点火プラグ２５による点火を行わずに、均質でリーンな混合気をピストンの圧縮作用により自着火させる予混合圧縮自己着火燃焼を行うＣＩモード領域αに設定されている。一方、エンジン負荷が相対的に高い領域には、上記予混合圧縮自己着火燃焼を中止して点火プラグ２５を利用した強制着火を行うＳＩモード領域βが設定されている。
【００４６】
詳しくは後述するが、ＣＩモード領域αでは、基本的に吸気行程中に、ポート燃料噴射手段５７の低圧ポンプおよびレギュレータから供給された燃料を、０．３〜０．４ＭＰａ程度の低圧でポートインジェクタ６８から吸気ポート１６内に噴射することにより、比較的均質なリーン混合気を燃焼室１９内に形成するとともに、その混合気を圧縮上死点付近において自着火させるリーンＨＣＣＩ（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）モードの燃焼（予混合圧縮自己着火燃焼）を行うように構成されている。
【００４７】
これに対してＳＩモード領域βでは、基本的に圧縮行程後期から膨張行程の初期に、筒内燃料噴射手段６２の直噴インジェクタ６７から気筒１８内に燃料を、３０ＭＰａ以上の高圧で噴射することにより、燃焼室１９内に均質乃至成層化した混合気を形成するとともに、圧縮上死点付近で点火プラグ２５を用いた強制着火をきっかけにして、混合気を急速な火炎伝播により燃焼させる制御（以下、急速リタードＳＩ燃焼という）が実行されるように構成されている。
【００４８】
このエンジン１の幾何学的圧縮比は、前述のように１４以上の高い値（例えば１８）に設定されている。このように圧縮比を高い値に設定することにより、圧縮端温度および圧縮端圧力を上昇させることができるため、上記ＣＩモード領域αでは、圧縮自己着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比のエンジン１は、高負荷域で強制着火のモード（ＳＩモード）に切り替えられるため、特に低速域でエンジン負荷が高くなればなるほど、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じ易くなるという不都合がある。
【００４９】
そこで、このエンジン１では、エンジン１が高負荷のＳＩモード領域βにあるときに、燃料の噴射形態を従来とは大きく異ならせた急速リタードＳＩ燃焼を行うことにより、異常燃焼を回避するようにしている。具体的に、この燃料の噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力、例えば３０ＭＰａ以上、好ましくは４０ＭＰａ以上の圧力で、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけての大幅に遅角した期間内で、直噴インジェクタ６７により気筒１８内に燃料噴射を実行するものである。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」と呼ぶ。
【００５０】
図６は、急速リタードＳＩ燃焼（実線）の場合と、吸気行程中に燃料噴射を実行する従来のＳＩ燃焼（破線）場合とで、熱発生率（図６上段）および未燃混合気の反応進行度（図６下段）がそれぞれどのように異なるかを概念的に示す説明図である。負荷および回転速度は同一であり、燃料の噴射量も同一であるものとする。ただし、燃料の噴射圧力は、急速リタードＳＩ燃焼の方が、従来のＳＩ燃焼よりも大幅に高いものとする。
【００５１】
まず、従来から行われていた一般的なＳＩ燃焼では、吸気行程中に燃料噴射Ｐ′を実行する。燃焼室１９では、その燃料噴射Ｐ′の後、ピストン１４が圧縮上死点に至るまでの間に、比較的均質な混合気が形成される。そして、この例では、圧縮上死点を過ぎたかなり遅めのタイミングθｉｇ’で火花点火が実行され、それによって火炎伝播による燃焼が開始される。燃焼の開始後は、図６の上段に破線の波形で示すように、点火プラグ２５による点火時期θｉｇ’から所定期間が経過した時点で熱発生率のピークを迎え、その後の時点θｅｎｄ’で燃焼が完了する緩慢燃焼状態となる。
【００５２】
ここで、燃料噴射の開始から燃焼の終了までの間は、未燃混合気が存在し得る期間（未燃混合気の存在期間）ということができる。図６の下段に破線で示すように、未燃混合気の反応が上記未燃混合気の存在期間中に徐々に進行する従来のＳＩ燃焼（緩慢燃焼）は、未燃混合気の存在期間が非常に長く、その間に未燃混合気の反応が進行し続けることから、点火時期θｉｇ’とほぼ同時、もしくはそれよりも早いタイミングで未燃混合気の反応度が着火しきい値を超えることにより、火花点火とは関係なく未燃混合気が自着火してプリイグニッション（過早着火）を招く可能性がある。点火時期θｉｇ’を図６のタイミングより早めてもよいが、そのようにした場合には、上記プリイグニッションの発生は仮に避けられても、火花点火後の火炎伝播の途中で未燃混合気が自着火する異常燃焼、つまりノッキングが起きてしまう。
【００５３】
以上のことから、当実施形態のような高圧縮比エンジンにおいて、ＳＩ運転領域βのような高負荷域で従来のＳＩ燃焼を適用した場合（つまり吸気行程中のようなかなり早いタイミングで燃料を噴射して緩慢燃焼させた場合）には、たとえ火花点火のタイミングθｉｇ’を調節しても、プリイグニッションまたはノッキングといった異常燃焼が避けられないということが分かる。
【００５４】
これに対して急速リタードＳＩ燃焼では、上述したように３０ＭＰａ以上（例えば４０ＭＰａ）という非常に高い噴射圧力で、しかも圧縮行程の後期という大幅に遅角した期間に燃料が噴射される（図６の上段のＰ１，Ｐ２）。このような高圧でかつ遅いタイミングの噴射（以下、高圧リタード噴射という）を行うことは、未燃混合気の存在期間を短縮し、異常燃焼を回避することにつながる。すなわち、未燃混合気の存在期間は、直噴インジェクタ６７からの燃料の噴射に要する期間（燃料噴射期間（Ａ））と、噴射終了後に点火プラグ２５の周りに可燃混合気が形成されるまでの期間（混合気形成期間（Ｂ））と、点火によって開始された燃焼が終了するまでの期間（燃焼期間（Ｃ））とを足し合わせた期間（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）である。以下に説明するように、高圧リタード噴射は、噴射期間（Ａ）、混合気形成期間（Ｂ）および燃焼期間（Ｃ）をそれぞれ短縮化し、それによって未燃混合気の存在期間を短くすることができる。
【００５５】
まず、高い噴射圧力は、単位時間当たりに直噴インジェクタ６７から噴射される燃料の量を相対的に多くする。このため、燃料噴射量を一定とした場合には、図７の下段に示すように、噴射圧力が高いほど、上記噴射量を噴射するのに要する期間（燃料噴射期間）は短くなる。したがって、噴射圧力が従来のＳＩ燃焼に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、上記燃料噴射期間（Ａ）の短縮化に貢献する。
【００５６】
また、高い噴射圧力は、噴射された燃料噴霧の微粒化に有利になるとともに、燃料噴霧の飛翔距離をより長くする。このため、噴射圧力が高いほど、燃料の蒸発に要する時間（燃料蒸発時間）は短くなり、点火プラグ２５の周りに噴霧が到達するまでの時間（噴霧到達時間）も短くなる。上記混合気形成期間（Ｂ）は、燃料蒸発時間と噴霧到達時間とを足し合わせた期間であるから、図７の下段に示すように、噴射圧力が高いほど、上記混合気形成期間（Ｂ）は短くなる。したがって、噴射圧力の高い高圧リタード噴射は、上記混合気形成期間（Ｂ）の短縮化に貢献する。
【００５７】
このように高い噴射圧力によって燃料噴射期間（Ａ）および混合気形成期間（Ｂ）を短縮化できれば、これに伴って燃料の噴射タイミング、より正確には、噴射開始タイミングを遅らせることができる。このような背景から、図６に示すように、燃料噴射Ｐ１，Ｐ２のタイミングが圧縮行程の後期にまで遅角されている。そして、圧縮行程の後期という遅いタイミングで燃料を高圧噴射することは、燃焼期間中の乱流エネルギーを増大させることにつながる。
【００５８】
すなわち、燃料噴射タイミングを圧縮行程後期にまで遅らせた場合、燃料の噴射圧力が高いほど乱流エネルギーは高くなる。これに対し、たとえ高い噴射圧力で燃焼室１９に燃料を噴射したとしても、そのタイミングが早すぎる（例えば吸気行程中に噴射した）場合には、点火時期までの時間が長いことや、圧縮行程中にピストン１４から圧縮を受けることに起因して、燃焼室１９内の乱れは減衰してしまう。このため、吸気行程中のような早いタイミングで燃料噴射を行った場合には、燃焼期間中の乱流エネルギーは、噴射圧力の高低に拘わらず著しく低下してしまう。
【００５９】
燃焼期間中の乱流エネルギーは、これが高いほど燃焼期間を短くする作用をもたらす。したがって、噴射タイミングが圧縮行程後期である場合には、図７の下段に示すように、噴射圧力が高いほど燃焼期間（Ｃ）が短くなる。つまり、圧縮行程の後期に高圧で燃料噴射する高圧リタード噴射は、上記燃焼期間（Ｃ）の短縮化に貢献する。
【００６０】
なお、図７の下段には、従来通りの低い噴射圧力で吸気行程中に燃料を噴射した場合の燃焼期間（Ｃ）を白丸の点で示している。この従来の緩慢燃焼期間との比較からも明らかなように、当実施形態の高圧リタード噴射のように、例えば３０ＭＰａ以上の高い噴射圧力で圧縮行程後期に燃料を噴射した場合には、燃焼期間（Ｃ）を大幅に短縮できることが分かる。
【００６１】
しかも、当実施形態の直噴インジェクタ６７のように、多数の噴口を有したインジェクタであれば、より乱流エネルギーが高まるため、燃焼期間（Ｃ）の短縮により有利となる。さらに、このような多噴口型の直噴インジェクタ６７と、ピストン１４に設けられたキャビティ２０との組み合わせによって、圧縮行程後期の燃料噴射Ｐ１，Ｐ２により噴射された燃料の噴霧を、主にキャビティ２０内で迅速に拡散させることができる。このことも、燃焼期間（Ｃ）の短縮化に貢献する。
【００６２】
ここで、図６に示したように、高圧リタード噴射として、圧縮行程後期の２回（Ｐ１，Ｐ２）に分けて燃料を噴射したのは、燃料の気化霧化の促進と乱流エネルギーの向上とをそれぞれ狙ったものである。
【００６３】
すなわち、１回目の燃料噴射Ｐ１は、相対的に長い混合気形成期間（Ｂ）を確保することができるため、燃料の気化霧化に有利である。そして、１回目の燃料噴射Ｐ１によって十分な混合気形成期間（Ｂ）が確保される分、２回目の燃料噴射Ｐ２のタイミングは、より一層遅れたタイミングに設定することが可能になる。このことは、燃焼室１９内の乱流エネルギーの向上に有利になり、燃焼期間（Ｃ）の短縮に貢献する。この場合において、１回目の燃料噴射Ｐ１と２回目の燃焼噴射Ｐ２の割合は、２回目の燃料噴射Ｐ２の噴射量を、１回目の燃料噴射Ｐ２の噴射量よりも多く設定することが望ましい。このようにすることで、燃焼室１９内の乱れエネルギーが十分に高まり、燃焼期間（Ｃ）の短縮、ひいては異常燃焼の回避に有利になる。
【００６４】
以上のように、急速リタードＳＩモードにおける高圧リタード噴射により、燃料噴射期間（Ａ）、混合気形成期間（Ｂ）、および燃焼期間（Ｃ）をそれぞれ短縮することかできる。その結果、図６に示したように、燃料の噴射開始時期θｉｎｊから燃焼終了時期θｅｎｄまでの期間（未燃混合気の存在期間）を、吸気行程中に燃料噴射する従来の場合と比較して大幅に短縮することができる。そして、当該期間の短縮により、圧縮比が高く、しかも負荷の高い条件下であっても、異常燃焼を引き起こすことなく、適正な火炎伝播によって混合気を燃焼し切ることができる。すなわち、図７の上段に示すように、低い噴射圧力で吸気行程噴射する従来のＳＩ燃焼では、白丸の点で示すように、未燃混合気の反応進行度が着火しきい値を超えてしまい、異常燃焼が発生してしまうのに対し、高圧リタード噴射を用いたＳＩ燃焼、つまり急速リタードＳＩ燃焼では、黒丸の点で示すように、未燃混合気の反応の進行を抑制し、異常燃焼を回避することが可能になる。なお、図７の上段における白丸と黒丸とで、点火時期は互いに同じタイミングに設定している。
【００６５】
しかも、急速リタードＳＩ燃焼では、燃焼期間（Ｃ）が大幅に短縮化されることから、たとえ点火時期θｉｇに基づく燃焼開始時期が、圧縮上死点から、ある程度遅れたタイミングに設定されていたとしても、膨張行程がかなり進行するまで燃焼が緩慢に継続するといったことがなく、熱効率および出力トルクの低下が避けられる。もちろん、点火時期θｉｇを図６の例よりもさらに進角させれば、熱効率および出力トルクをさらに向上できる可能性がある。しかし、点火時期θｉｇを早めると、ノッキングが起き易くなるため、ノッキングを起こさないという制約の下で、点火プラグ２５による点火時期θｉｇを可能な限り進角側に設定すべきである。
【００６６】
図８は、エンジン１の低負荷域、つまり図５のＣＩモード領域αで実行されるリーンＨＣＣＩモードの燃焼制御における燃料噴射時期と吸排気弁２１，２２のリフト特性、およびそれに基づく燃焼により生じる熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）を示す図である。本図に示すように、上記リーンＨＣＣＩモードでは、燃料噴射Ｐ０のタイミングが吸気行程中に設定され、ポート燃料噴射手段５７のポートインジェクタ６８から０．３〜０．４ＭＰａ程度の低圧で吸気ポート１６に比較的少量の燃料が噴射されることにより、燃焼室１９内に均質なリーン混合気が形成される。そして、このリーンな混合気が、ピストン１４の圧縮作用により高温、高圧状態となって、圧縮上死点付近で自着火することにより、波形Ｑａに示すような熱発生を伴う燃焼が生じることになる。
【００６７】
上記リーンＨＣＣＩモードでは、燃焼室１９内の混合気の空燃比（実空燃比）を理論空燃比（１４．７）で割った値である空気過剰率λが、燃焼室１９の全体に亘って２以上となるように設定される。ただし、このように大幅にリーンでかつ均質な空燃比下では、筒内温度を意図的に上昇させないと、失火が起きるおそれがある。そこで、上記リーンＨＣＣＩモードでは、ＶＶＬ５８を駆動して排気弁２２を吸気行程中に開弁させることにより、排気ガスを燃焼室１９内に逆流させる内部ＥＧＲが実行される。すなわち、排気弁２２は、通常、排気行程のみで開弁するが（図８のリフトカーブＥＸ）、ＶＶＬ５８の駆動に基づき排気弁２２を吸気行程でも開弁させることにより（リフトカーブＥＸ’）、排気ポート１７から燃焼室１９に排気ガスを逆流させる。このように、高温の排気ガスを燃焼室１９に逆流（残留）させることで、燃焼室１９を高温化して、混合気の自着火を促進できる。
【００６８】
ここで、燃焼室１９に残留する排気ガスの量（内部ＥＧＲ量）は、低負荷側ほど多く、高負荷側ほど少なく設定される。これに対し、燃焼室１９に導入される空気（新気）の量は、低負荷側ほど少なく、高負荷側ほど多く設定される。そのための制御として、上記リーンＨＣＣＩモードでは、吸気弁２１のリフト量が、負荷の高まりとともに徐々に増大するように設定される。図８中の一点鎖線のリフトカーブＩＮは、吸気弁２１が小リフト状態のときのリフトカーブであり、この状態から負荷が高まると、それに伴って吸気弁２１のリフト量が破線のリフトカーブを上限として徐々に増大するように設定される。上記のように吸気弁２１のリフト量を増大させる際には、吸気弁２１の閉時期が吸気下死点（吸気行程と圧縮行程の間のＢＤＣ）の近傍に固定されたまま、吸気弁２１の開時期のみが排気上死点（排気行程と吸気行程の間のＴＤＣ）に向けて徐々に進角するように、吸気弁２１の開閉タイミングおよびリフト量が上記ＶＶＴ５９およびＣＶＶＬ６０によって調整される。
【００６９】
なお、リーンＨＣＣＩモードでは、上記のように排気弁２２の再開弁（吸気行程中の開弁）に基づく内部ＥＧＲが実行されるため、排気還流手段５４による排気還流は停止される。すなわち、ＥＧＲ通路５０に設けられたＥＧＲ弁５１１の開度が全閉に設定されることにより、排気通路４０から吸気通路３０への排気ガスの還流が停止される。
【００７０】
また、上記リーンＨＣＣＩモードでは、上述したように空気過剰率λが２以上という大幅にリーンな値に設定される。このように大幅にリーンに設定された混合気を燃焼させると、燃焼温度が大幅に低下するため、冷却損失を低減して熱効率（燃費）を向上させることができる。なお、λ≧２にまでリーンになると、三元触媒によるＮＯｘの浄化作用をほとんど期待できないが、λ≧２のときに燃焼により生じるＮＯｘ量（生のＮＯｘ量）は大幅に少なくなるため、三元触媒以外に特別な触媒（例えばＮＯｘトラップ触媒）を設けなくても、排気ガス中に含まれるＮＯｘの量を十分に小さい値に抑制することができる。
【００７１】
上記ＣＩモード領域αよりもエンジン１の負荷が高いＳＩモード領域βでは、通常、図９に示すような急速リタードＳＩ燃焼の制御が実行される。すなわち、圧縮上死点以前に直噴インジェクタ６７から燃焼室１９内に燃料を噴射させ（Ｐ１，Ｐ２）、この燃料噴射Ｐ１，Ｐ２の後に点火プラグ２５による強制着火を行うことにより、圧縮上死点を過ぎたタイミングから火炎伝播により混合気を燃焼させる制御が実行される。
【００７２】
上記燃料噴射Ｐ１，Ｐ１によるトータルの噴射量は、燃焼室１９内に理論空燃比（空気 過剰率λ＝１）の混合気を形成し得る量に設定される。また、上記急速リタードＳＩ燃焼が行われるＳＩモード領域βでは、上記ＣＩモード領域αよりもエンジン負荷が高いため、このＣＩモード領域よりも燃料の噴射量が多くなる。そこで、この増量される燃料に見合う多量の新気を確保すべく、エンジン負荷の増大に応じてＣＶＶＬ６０が駆動され、吸気弁２１のリフト量がさらに増大される（リフトカーブＩＮ）。なお、図９の例では、吸気弁２１のリフトピーク位置を固定したままリフト量を増大させている。このため、リフト量の増大に伴って、吸気弁２１の開時期は排気行程内に進角し、閉時期は圧縮行程内に進角することになる。このような吸気弁２１の開閉タイミングの変更は、ポンピングロスの低減に有利となる。
【００７３】
また、上記急速リタードＳＩモードの燃焼状態では、ＥＧＲ通路５０を通じて排気ガスを吸気通路３０に還流させる外部ＥＧＲが実行される。なお、上述したように、急速リタードＳＩモードの実行領域（図５のＳＩモード領域β）では、必要な新気量が多いために、エンジン負荷（トルク）の増大に応じて外部ＥＧＲ量が低減され、全負荷域の近傍では、より多量の新気を確保するために、外部ＥＧＲ量は０に設定される。
【００７４】
上記燃料噴射Ｐ１，Ｐ２による噴射燃料に基づき形成される理論空燃比（λ＝１）の混合気は、上記各噴射Ｐ１，Ｐ２の完了から比較的短い期間を空けた所定のタイミング（図例では圧縮上死点の直後）で実行される火花点火をきっかけに、通常よりも急速な火炎伝播によって燃焼し始め、図中の波形Ｑｂに示すように、膨張行程のそう遅くない時期までに燃焼を完了させる。
【００７５】
上記のようにＳＩモード領域βにおいて、リーンＨＣＣＩモードの燃焼（自着火による予混合圧縮自己着火燃焼）ではなく、急速リタードＳＩ燃焼（火花点火に基づく火炎伝播燃焼）を実行するのは、負荷が相対的に高く、トータルの燃料噴射量が多いＳＩモード領域βで、これよりも負荷の低い領域と同様に、リーンＨＣＣＩモードの燃焼を継続させた場合には、異常燃焼の発生やスートの増大を招く可能性が高くなるためである。
【００７６】
このようにエンジン１の高負荷域に設定されたＳＩモード領域βにおいては、適切なＣＩ燃焼の継続が困難であるため、上記ＳＩモード領域βにまで負荷が高まったときに、ＣＩ燃焼状態からＳＩ燃焼へと切り替えるようにしている。ただし、上述したように、当実施形態のエンジン１は、部分負荷域でＣＩ燃焼を確実に行わせるために、幾何学的圧縮比が１４以上というかなり高い値に設定されている。よって、通常のＳＩ燃焼、つまり圧縮上死点よりもかなり前（例えば吸気行程中）に、燃料を噴射して圧縮上死点付近で火花点火を行わせるという制御を、上記ＳＩモード領域βで実行した場合には、上述したプリイグニッションや、火炎伝播の途中で未燃混合気（エンドガス）が自着火するノッキングのような異常燃焼を引き起こすことが懸念される。このため、図９に示したような急速リタードＳＩモードに基づく特殊なＳＩ燃焼が必要となる。
【００７７】
また、上記急速リタードＳＩモードにおける燃料噴射の形態は、前述した筒内燃料噴射手段６２による高圧リタード噴射である。したがって、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に、高圧燃料ポンプ６３により３０ＭＰａ以上に高められた燃料圧力でもって、筒内燃料噴射手段６２の直噴インジェクタ６７から燃料を気筒１８内に直接、噴射する。
【００７８】
なお、図９に示すように、前段の第１噴射Ｐ１と、後段の第２噴射Ｐ２との二回に分割した燃料噴射に代え、上記高圧リタード噴射を一回の噴射（一括噴射）によって構成してもよい。さらに、吸気充填効率の向上を目的として、吸気行程中にポート燃料噴射手段５７による低圧の燃料噴射が追加される場合がある。この吸気行程噴射は、燃料噴射に伴う吸気の冷却効果によって吸気充填効率が向上し、トルクの向上に有利になる。
【００７９】
ここで、前述の通り、筒内燃料噴射手段６２による燃料の噴射圧力は極めて高いため、吸気行程中に上記筒内燃料噴射手段６２のポートインジェクタ６８から気筒１８内に直接燃料を噴射してしまうと、気筒１８内の壁面（シリンダライナー）に燃料が大量に付着して、オイル希釈等の問題を引き起こす可能性がある。しかし、上記のように吸気行程噴射を、筒内燃料噴射手段６２の直噴インジェクタ６７ではなく、相対的に低い燃料圧力でもって燃料を噴射するポート燃料噴射手段５７のポートインジェクタ６８から吸気ポート１６内に燃料を噴射するように構成することにより、上記オイル希釈等の問題を回避することができる。
【００８０】
図１０は、低速域内における負荷の変動に対するエンジン１の各パラメータ、つまり、スロットル弁３６の開度（ｂ）、ＥＧＲ弁５１１の開度（ｃ）、排気の二度開きモードにおける閉弁タイミング（ｄ）、吸気弁２１の開弁タイミング（ｅ）、吸気弁２１の閉弁タイミング（ｆ）、および吸気弁のリフト量（ｇ）の制御例をそれぞれ示している。
【００８１】
図１０（ａ）は、気筒１８内の状態を示している。同図は、横軸をトルク（言い換えるとエンジン負荷）、縦軸を気筒内の混合気充填量として、気筒内の混合気の構成を示している。前述の通り、相対的に負荷の低い図の左側の領域はＣＩモードとなり、所定負荷よりも負荷が高い図の右側の領域はＳＩモードとなる。燃料量（総括燃料量）は、ＣＩモードおよびＳＩモードに拘わらず、エンジン負荷の増大に従って増量される。この燃料量に対して、理論空燃比（λ＝１）となるための新気量が設定されることとなり、この新気量は、負荷の増大に対し、燃料量の増量に伴って増量することになる。
【００８２】
リーンＨＣＣＩ燃焼が行われるＣＩモードにおいては、前述の通り、内部ＥＧＲガスが気筒１８内に導入されることから、充填量の残り分は、内部ＥＧＲガスと余剰の新気とによって構成される。したがって、上記ＣＩモードでは、リーン混合気となる。一方、急速リタードＳＩ燃焼が行われるＳＩモードでは、λ＝１となるようにエンジン１が運転されるとともに、内部ＥＧＲガスの導入が中止される。
【００８３】
気筒１８内の状態が、図１０（ａ）に示すような状態となるように、スロットル弁３６は、同図（ｂ）に示すように、エンジン１の負荷の高低に拘わらず全開に設定される。一方、ＥＧＲ弁５１１は、図１０（ｃ）に示すように、ＣＩモードでは閉じられたままになるのに対し、ＳＩモードでは開弁される。ＥＧＲ弁５１１の開度は、ＳＩモードにおいて低負荷ほど大きく高負荷ほど小さくなるように、エンジン負荷の増大に伴い次第に小さくされる。より正確には、ＣＩモードとＳＩモードとの切り替わりにおいては全開とされ、全開負荷において全閉とされる。したがって、この制御例では、ＳＩモードにおいても、全開負荷時に外部ＥＧＲガスの気筒１８内への導入が停止される。
【００８４】
図１０（ｄ）は、排気の二度開きモードにおける排気弁２２の閉弁タイミングを示している。ＣＩモードでは、前述の通り、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入すべく、その閉弁タイミングが排気上死点と吸気下死点との間の所定タイミングに設定される。一方、ＳＩモードでは、その閉弁タイミングが排気上死点に設定される。つまり、ＳＩモードでは、排気弁２２の二度開きが中止されることにより、内部ＥＧＲが停止される。
【００８５】
また、図１０（ｅ）に示すように、ＣＩモードでは、エンジン１の負荷が高くなるほど吸気弁２１の開弁タイミングが排気上死点に近づくように進角される。したがって、エンジン１の負荷が低いほど、気筒１８内に導入される内部ＥＧＲガスが増量するのに対し、エンジン１の負荷が高くなればなるほど、気筒１８内に導入される内部ＥＧＲガスは減少する。エンジン１の負荷が低いほど、大量の内部ＥＧＲガスによって気筒１８内の圧縮端温度が高まるため、安定した圧縮自己着火燃焼を実現する上で有利になり、かつエンジン１の負荷が高いほど、内部ＥＧＲガスを抑制することで気筒１８内の圧縮端温度の上昇を抑制するため、過早着火を抑制する上で有利になる。
【００８６】
一方、吸気弁２１の開弁タイミングは、図１０（ｅ）に示すように、ＳＩモードにおいて排気上死点で一定とされ、吸気弁２１の閉弁タイミングは、図１０（ｆ）に示すように、ＣＩモードおよびＳＩモードにおいて吸気下死点で一定とされる。従って、ＳＩモードでは、スロットル弁３６が全開で一定にされ（図１０（ｂ））、吸気弁２１の開弁タイミングおよび閉弁タイミングが一定にされるとともに、リフト量が最大で一定にされる（図１０（ｇ））。このことから、ＥＧＲ弁５１１の開度調整によって、気筒１８内の導入される新気量と、外部ＥＧＲガス量との割合が調整されることになる。このような制御は、ポンプ損失の低減に有利である。また、ＳＩモードにおいて、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することは、冷却損失の低減、異常燃焼の回避、およびＲａｗ ＮＯｘの抑制に有利になる。
【００８７】
図１１は、エンジン１の負荷の変動に対する各制御パラメータであって、Ｇ／Ｆ（ｂ）、噴射タイミング（ｃ）、燃料圧力（ｄ）、噴射期間に対応した燃料噴射パルス幅（ｅ）、及び点火タイミング（ｆ）の変化を示している。
【００８８】
気筒１８内における混合気の状態は、図１１（ａ）に示すようになるため、図１１（ｂ）に示すように、ＣＩモードでは、Ｇ／Ｆが燃料量の増大に伴いリーンから次第に理論空燃比に近づくようになる。また、ＳＩモードでは、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入していることから、上記ＣＩモードに連続しつつ、エンジン負荷の増大に応じて次第に減少する。
【００８９】
燃料噴射タイミングは、図１１（ｃ）に示すように、ＣＩモードにおいては、一例として、排気上死点と吸気下死点との間の吸気行程中に設定される。この燃料噴射タイミングを、エンジン１の負荷に応じて変更してもよい。これに対してＳＩモードでは、燃料噴射タイミングが圧縮行程後半から膨張行程初期にかけてのリタード期間に設定されることにより、高圧リタード噴射される。また、ＳＩモードでは、エンジン負荷の増大に伴い、その噴射タイミングは次第に遅角側に変更される。これは、エンジン負荷の増大に伴い、気筒１８内の圧力及び温度が高まって異常燃焼が発生し易くなることから、これを効率的に回避するには、燃焼の噴射タイミングを遅角側に設定する必要があるためである。
【００９０】
ここで、図１１（ｃ）の実線は、高圧リタード噴射を一回の燃料噴射によって行う一括噴射の場合の、燃料噴射タイミングの一例を示している。これに対し、図１１（ｃ）の一点鎖線は、高圧リタード噴射を、第１噴射と第２噴射との二回の燃料噴射に分割した場合の第１噴射及び第２噴射それぞれの燃料噴射タイミングの一例を示している。これによると、分割噴射における第２噴射は、一括噴射を行う場合よりも、遅角側に実行することになるため、異常燃焼の回避により有利になる。これは、前述したように、比較的早期に第１噴射を実行して燃料の気化霧化時間を確保していること、および第２噴射の燃料噴射量が相対的少なくなるために必要な気化霧化時間が短くなることに起因する。
【００９１】
さらに、図１１（ｃ）に点線で示すように、エンジン１の全開負荷域においては、総括燃料噴射量が多くなることから、燃料噴射量の増量分を、吸気充填効率の向上を目的として、吸気行程噴射を実行するようにしてもよい。
【００９２】
図１１（ｄ）は、直噴インジェクタ６７に供給される燃料圧力の変化を示しており、ＣＩモードでは最小燃料圧力で一定に設定される。これに対してＳＩモードでは、最小燃料圧力よりも高い燃料圧力に設定されるとともに、エンジン負荷の増大に伴い、燃料圧力が増大するように設定される。これは、エンジン負荷が高くなるにつれて異常燃焼が発生し易くなることから、噴射期間のさらなる短縮や、噴射タイミングのさらなる遅角化が求められるためである。また、ＳＩモードにおいて外部ＥＧＲガスを導入することから、特にエンジン１の運転状態が中負荷域にあるときには、燃焼が緩慢になって燃焼期間が長くなる虞がある。そこで、燃焼期間の短縮を目的に、この制御例では、外部ＥＧＲの導入を行わないと仮定した場合に設定される場合（同図の一点鎖線を参照）と比較して、燃料圧力が高い値となるように調節される。
【００９３】
図１１（ｅ）は、一括噴射を行う場合の噴射期間に相当する噴射パルス幅（インジェクタの開弁期間）の変化を示しており、ＣＩモードにおいては、燃料噴射量の増大に伴いパルス幅も大きくなり、ＳＩモードにおいても同様に、燃料噴射量の増大に伴いパルス幅も大きくなる。しかしながら、同図（ｄ）に示すように、ＳＩモードでは、ＣＩモードよりも燃料圧力が大幅に高く設定されているため、ＳＩモードにおける燃料噴射量は、ＣＩモードにおける燃料噴射量よりも多いにも拘わらず、そのパルス幅は、ＣＩモードのパルス幅よりも短く設定される。これは、未燃混合気の存在期間を短縮し、異常燃焼の回避に有利になる。
【００９４】
また、図１１（ｆ）は、点火タイミングの変化を示しており、ＳＩモードでは、燃料噴射タイミングがエンジン負荷の増大とともに遅角されることに従って、点火タイミングもまた、エンジン負荷の増大とともに遅角される。これは、異常燃焼の回避に有利である。また、ＣＩモードでは、基本的には点火を実行しないものの、点火プラグ２５のくすぶりを回避する目的で、同図に一点鎖線で示すように、例えば排気上死点付近で点火を行ってもよい。
【００９５】
次に、図１２に示すフローチャートを参照しながら、ＰＣＭ１０により実行されるエンジン１の制御を詳細に説明する。まず、ステップＳ１において積算されたＡＷＳ実行時間ｔを読み込んだ後、この読み込まれたＡＷＳの実行時間ｔが所定値Ｋ以上であるか否かを、ステップＳ２において判定する。このＡＷＳ（Accelerated Warm-up System）は、エンジン１の始動時に排気ガスの温度を高めてキャタリスト４１，４２の活性化を早めることで、排気ガスの浄化を促進するシステムであり、エンジン１の始動後に、予め定められた所定時間だけＡＷＳモードの制御が実行される。したがって、ステップＳ２の判定においてＮＯのとき、つまりＡＷＳの実行時間ｔが所定値Ｋ以上でないときには、ステップＳ３に移行してＡＷＳモードとする。ＡＷＳモードでは、基本的に、吸入空気量を増量させるとともに、点火プラグ２５の点火タイミングを大幅にリタードさせたＳＩ燃焼を行う。
【００９６】
一方、ステップＳ２の判定においてＹＥＳのとき（つまり、ＡＷＳ実行時間ｔが所定値Ｋ以上のとき）には、ステップＳ４に移行して定常モードの制御を実行する。このステップＳ４において、アクセル開度およびエンジン回転数を読み込んだ後、ステップＳ５において、エンジン１の運転状態が予混合圧縮自己着火燃焼（リーンＨＣＣＩ燃焼）を行うＣＩモード領域αにあるか否かを判定し、当該判定結果がＹＥＳのときにはステップＳ６に移行して、図８に示すリーンＨＣＣＩモードの燃焼制御、つまり吸気行程における所定のタイミングで、かつ０．３〜０．４ＭＰａ程度の圧力で、ポート燃料噴射手段５７のポートインジェクタ６８から吸気ポート１６に噴射することによりリーンで均質な混合気を形成し、この混合気をピストン１４により圧縮して自着火させる燃焼させる制御を実行する。
【００９７】
また、上記ステップＳ５でＮＯと判定されてエンジン１の運転状態が高負荷のＳＩモード領域βにあることが確認された場合には、ステップＳ７に移行して図９に示す急速リタードＳＩモードの燃焼制御、つまり圧縮上死点以前に直噴インジェクタ６７から燃焼室１９内に燃料を噴射させ（Ｐ１，Ｐ２）、この燃料噴射Ｐ１，Ｐ２の後に点火プラグ２５による強制着火を行うことにより、圧縮上死点を過ぎたタイミングから火炎伝播により混合気を燃焼させる制御を実行する。
【００９８】
次いで、ステップＳ８において、上記温度センサ８２により検出された収容室８１内の燃料温度、つまり上記高圧燃料ポンプ６３の加圧室７２から収容室８１にリークした燃料の温度Ｔを読み込んだ後、ステップＳ９において、このリーク燃料の検出温度Ｔが予め設定された基準温度Ｒよりも高いか否かを判定し、ＮＯと判定された場合にはリターンする。
【００９９】
上記ステップＳ９でＹＥＳと判定され、リーク燃料の検出温度Ｔが基準温度Ｒよりも高いと判定された場合には、ステップＳ１０において、上記高圧燃料ポンプ６３の摩耗が大きくなる異常が発生したと判別して異常表示ランプを点灯させる等の制御を行うとともに、ステップＳ１１において、上記高圧燃料ポンプ６３から吐出される燃料圧力を低下させる制御を実行する。
【０１００】
具体的には、図６の実線および図９に示す急速リタードＳＩモードの燃焼制御状態から図６の破線で示す緩慢燃焼を行う一般的なＳＩモードの燃焼制御状態に移行することにより、吸気行程中に上記急速リタードＳＩモードの燃焼制御時よりもかなり低い圧力、例えば７ＭＰａ程度の圧力で燃料噴射Ｐ′を実行し、ピストン１４が圧縮上死点に至るまでの間に比較的均質な混合気を形成するとともに、圧縮上死点を過ぎたかなり遅めのタイミングで火花点火を実行して火炎伝播による燃焼させる制御を実行する。
【０１０１】
上記のようにガソリンまたはアルコール燃料を３０ＭＰａ以上の燃圧で燃焼室１９内に供給可能な高圧燃料ポンプ６３を備えた火花点火式エンジンにおいて、上記高圧燃料ポンプ６３の加圧室７２からリークした燃料の温度を検出する温度検出工程と、このリーク燃料の検出温度Ｔと予め設定された基準温度Ｒとを比較し、リーク燃料の検出温度Ｔが基準温度Ｒよりも高い場合に、上記高圧燃料ポンプ６３の摩耗が大きくなる異常が発生したと判別する異常判別工程とを備えた高圧燃料ポンプ６３の故障判定方法、および上記リーン燃料の温度を検出する温度検出手段（温度センサ８２）と、上記リーク燃料の検出温度Ｔと基準温度Ｒとを比較することにより高圧燃料ポンプ６３の摩耗が大きくなる異常が発生したか否かを判別する異常判別手段８３とを備えた火花点火式エンジンの制御装置によれば、高圧燃料ポンプ６３の駆動抵抗が過大になって駆動損失が増大したり、上記加圧プランジャー７５の支持部７８に焼き付きが生じたりすること等を効果的に防止できるという利点がある。
【０１０２】
すなわち、軽油に比べて低沸点・低粘度のガソリンを主成分とした燃料を高圧でエンジン１の燃焼室１９内に供給する高圧燃料ポンプ６３においては、上記燃料の流動性が軽油に比べて高いために、加圧室７２内の燃料が加圧される際に、加圧プランジャー７５とその支持部７８との間に形成された微細な隙間を通って加圧室７２からバネ８０の収容室８１にリークし易い傾向がある。そして、高圧燃料ポンプ６３の摺動部に金属接触が生じ、その駆動抵抗が増大する等の異常が発生した場合に、必要な燃圧を確保しようとして高圧燃料ポンプ６３の駆動力を増大させると、上記隙間を通過する大量の燃料が、より大きな剪断力を受けてその温度が顕著に上昇する。この温度上昇により燃料の粘性が低下して、その潤滑作用がさらに低下するために、上記加圧プランジャー７５の摺動部等に焼き付きが生じ易くなる傾向がある。また、上記加圧室７２内の燃料が隙間を通って収容室８１内にリークする際に、このリーク燃料の温度が上昇するとともに、その圧力が低下することに起因してパーコレーションが発生するという弊害がある。
【０１０３】
したがって、上記実施形態に示すように、温度センサ８２からなる温度検出手段により検出されたリーク燃料の検出温度Ｔが、例えば５０°Ｃ乃至６０°Ｃ程度に予め設定された基準温度Ｒよりも高いことが確認された場合に、高圧燃料ポンプ６３の摩耗が大きくなる異常が発生したと判別して異常表示ランプを点灯させる等の異常報知制御を実行することにより、高圧燃料ポンプ６３の駆動抵抗が過大になって駆動損失が増大したり、上記加圧プランジャー７５の支持部７８に焼き付きが生じたりすること等を未然に防止するための措置を講じることができる。
【０１０４】
また、上記実施形態では、エンジン１の高負荷域で、圧縮行程から膨張行程初期までの間に高圧燃料ポンプ６３から３０ＭＰａ以上の燃圧で燃焼室１９内に燃料を噴射して低負荷域よりもリッチな混合気を形成し、この混合気に圧縮上死点近傍で点火して圧縮上死点よりも所定期間遅れたタイミングで急速燃焼させるように制御する制御手段を備えた火花点火式エンジンにおいて、上記異常判別工程でリーク燃料の検出温度Ｔが基準温度Ｒよりも高いと判別された場合に、急速リタードＳＩモードの燃焼制御時に比べて燃料の噴射圧力が低い一般的なＳＩモードの緩慢燃焼制御状態に移行することにより、上記高圧燃料ポンプ６３から吐出される燃料圧力を低下させるように構成したため、エンジン１の運転状態を維持しつつ、上記加圧プランジャー７５の支持部７８に焼き付きが生じる等の故障が発生するのを効果的に防止できるという利点がある。
【０１０６】
また、上記高圧燃料ポンプ６３からリターン通路８５を介して導出された燃料をフィードポンプ７４のインレットパイプ８６に戻されることにより再使用するように構成した実施形態に代え、上記リターン通路８５を介して高圧燃料ポンプ６３の外部に導出された燃料を燃料タンク６１に戻した後、ポート燃料供給手段５７の低圧燃料供給システム５６を介して上記フィードポンプ７４のインレットパイプ８６に戻すように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１  エンジン
１０  ＰＣＭ（制御手段）
１９  燃焼室
２５  点火プラグ
５０  ＥＧＲ通路
６３  高圧燃料ポンプ
７２  加圧室
８３  異常判別手段
【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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