(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部がガソリンからなる燃料を燃焼室に噴射するインジェクタと、燃焼室に露出する電極から火花を放電する点火プラグと、上記インジェクタおよび点火プラグの動作を制御する制御手段とを備えるとともに、上記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気を自着火により燃焼させる圧縮自己着火燃焼が少なくとも温間時に実行される火花点火式ガソリンエンジンであって、
上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼の実行領域の少なくとも一部に設定された特定運転領域において、前段噴射および後段噴射を含む複数回に分けて上記インジェクタから燃料を噴射させるとともに、上記前段噴射から後段噴射までの間の所定時期に、上記前段噴射および後段噴射の各噴射量よりも少量の燃料を上記インジェクタから噴射させかつ上記点火プラグに火花点火を行わせる着火アシストを実行するものであり、
上記着火アシストにより上記点火プラグの電極付近に火炎が形成されるのをきっかけに、上記点火プラグの電極から離れた場所で上記前段噴射に基づく混合気が自着火による燃焼を開始するとともに、それに引き続いて上記後段噴射に基づく混合気が自着火により燃焼するように、上記点火プラグの電極位置や上記前段噴射および後段噴射のタイミングが設定されたことを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項２】
請求項１記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
上記前段噴射は、上記着火アシスト用の火花点火の時点で上記点火プラグの電極よりもボア径方向の外側に離間した位置に混合気が偏在するようなタイミングで燃料を噴射するものであり、
上記着火アシスト用の燃料噴射は、上記着火アシスト用の火花点火の時点で上記点火プラグの電極周りに混合気が形成されるようなタイミングで燃料を噴射するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項３】
請求項２記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
上記後段噴射は、上記前段噴射に基づく燃焼が起きている時点で上記燃焼室の中央部に混合気が偏在するようなタイミングで燃料を噴射するものであることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
エンジンの温間時に設定される上記特定運転領域に、エンジンの高負荷域の少なくとも一部が含まれることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項５】
請求項４記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
エンジンの温間時の上記特定運転領域が、エンジンの高回転かつ高負荷寄りの領域に設定されるとともに、この特定運転領域よりも低回転側に、上記インジェクタから分割噴射された燃料に基づく混合気を上記着火アシストを伴うことなく自着火させる運転領域である非アシスト領域が設定され、
上記特定運転領域と非アシスト領域との境界ラインが、エンジンの温度条件が高いほど高回転側に、温度条件が低いほど低回転側に設定されることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
エンジンの温間時以外は、少なくともエンジンの高回転域を含む運転領域で、点火プラグの火花点火により混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼が実行されることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を燃焼室に噴射するインジェクタと、燃焼室に露出する電極から火花を放電する点火プラグと、上記インジェクタおよび点火プラグの動作を制御する制御手段とを備えるとともに、上記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気を自着火により燃焼させる圧縮自己着火燃焼が少なくとも温間時に実行される火花点火式ガソリンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジンの分野では、点火プラグの火花点火により強制的に混合気を着火させる燃焼形態（火花点火燃焼）が一般的であったが、近年、このような火花点火燃焼に代えて、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。圧縮自己着火燃焼とは、燃焼室（気筒内）に生成された混合気をピストンで圧縮し、高温・高圧の環境下で、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、燃焼室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】
上記圧縮自己着火燃焼が適用されたガソリンエンジンの具体例として、例えば下記特許文献１に開示されたものが知られており、この特許文献１には、エンジンの一部の運転領域で、燃焼室に向けて燃料を複数回に分けて噴射するいわゆる分割噴射を行いながら、混合気を自着火により燃焼させることが開示されている。具体的には、圧縮行程よりも前に噴射された１回目の燃料により、燃料の濃度（混合気の空燃比）が均一な予混合領域を燃焼室に形成するとともに、圧縮行程後半の所定時期に行われる２回目の燃料噴射により、点火プラグの周りに混合気の成層領域を形成する。そして、ピストンが圧縮上死点の近傍に達した時点で、いわゆる着火アシストとして、点火プラグによる火花点火を行う。すると、この火花点火をきっかけに、上記成層領域内のリッチな混合気が燃焼するとともに、その燃焼による燃焼室の高温化をきっかけにして、上記予混合領域内の混合気が自着火により燃焼する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のように、燃料濃度が均一な予混合領域内に燃料が偏在する成層領域が形成されるように燃料を分割噴射し、その状態で着火アシストを行うようにした場合には、特にエンジン負荷がある程度高まり、噴射されるトータルの燃料が増大したときに、上記予混合領域および成層領域内の両方の混合気がほとんど同時に燃焼することにより、筒内圧力が急上昇し、大きな燃焼騒音が発生するおそれがある。また、部分的に酸素が極端に不足した状態で燃焼が起きるため、多量のスート（炭素質粒子）が発生するおそれもある。
【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、着火アシストにより混合気の自着火を促進しながら、燃焼騒音やスートの増大を効果的に防止することが可能な火花点火式ガソリンエンジン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、少なくとも一部がガソリンからなる燃料を燃焼室に噴射するインジェクタと、燃焼室に露出する電極から火花を放電する点火プラグと、上記インジェクタおよび点火プラグの動作を制御する制御手段とを備えるとともに、上記インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気を自着火により燃焼させる圧縮自己着火燃焼が少なくとも温間時に実行される火花点火式ガソリンエンジンであって、上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼の実行領域の少なくとも一部に設定された特定運転領域において、前段噴射および後段噴射を含む複数回に分けて上記インジェクタから燃料を噴射させるとともに、上記前段噴射から後段噴射までの間の所定時期に、上記前段噴射および後段噴射の各噴射量よりも少量の燃料を上記インジェクタから噴射させかつ上記点火プラグに火花点火を行わせる着火アシストを実行するものであり、上記着火アシストにより上記点火プラグの電極付近に火炎が形成されるのをきっかけに、上記点火プラグの電極から離れた場所で上記前段噴射に基づく混合気が自着火による燃焼を開始するとともに、それに引き続いて上記後段噴射に基づく混合気が自着火により燃焼するように、上記点火プラグの電極位置や上記前段噴射および後段噴射のタイミングが設定された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、前段噴射と後段噴射との間に着火アシストを行い、その着火アシストに基づく火炎により燃焼室の高温化を図ることで、上記前段噴射および後段噴射に基づく混合気の自着火を、上記火炎の発生に引き続いて起こすようにしたため、混合気の自着火が比較的起き難い運転領域であっても、自着火による燃焼（圧縮自己着火燃焼）を安定的に継続させることができる。
【０００９】
しかも、上記着火アシスト用の燃料噴射として、前段噴射および後段噴射よりも少量の燃料を噴射し、その燃料に基づく火炎の形成後は、点火プラグの電極から離れた場所で前段噴射に基づく混合気を燃焼させるとともに、後段噴射に基づく混合気を続けて燃焼させるようにしたため、少量の燃料を用いた着火アシストにより燃焼室の高温化を図りながら、それ以外の燃料（前段噴射および後段噴射により噴射された燃料）に基づく混合気を、火炎伝播ではなく自着火により確実に燃焼させることができる。これにより、着火アシストによる安定燃焼を図りながら、自着火により燃焼する混合気の割合を高くして、熱効率をより向上させることができる。
【００１０】
さらには、着火アシストによる火炎の形成をきっかけに、着火アシストよりも前に実行された前段噴射に基づく混合気をまず燃焼させ始め、その燃焼の開始後に、着火アシストよりも後に実行された後段噴射に基づく混合気を燃焼させるようにしたため、上記前段噴射および後段噴射に基づく混合気が同時に燃焼することがなく、筒内圧力の急上昇による燃焼騒音の増大や、局所的な酸素不足によるスートの増大を効果的に防止することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、上記前段噴射は、上記着火アシスト用の火花点火の時点で上記点火プラグの電極よりもボア径方向の外側に離間した位置に混合気が偏在するようなタイミングで燃料を噴射するものであり、上記着火アシスト用の燃料噴射は、上記着火アシスト用の火花点火の時点で上記点火プラグの電極周りに混合気が形成されるようなタイミングで燃料を噴射するものである（請求項２）。
【００１２】
この構成によれば、着火アシストにより電極付近に形成される火炎とは独立して、前段噴射に基づく混合気を自着火により確実に燃焼させることができるため、自着火により燃焼する混合気の割合を効果的に高められるという利点がある。
【００１３】
上記構成において、より好ましくは、上記後段噴射は、上記前段噴射に基づく燃焼が起きている時点で上記燃焼室の中央部に混合気が偏在するようなタイミングで燃料を噴射するものである（請求項３）。
【００１４】
このように、前段噴射に基づく混合気を燃焼室の外周部で燃焼させ、かつ後段噴射に基づく混合気を燃焼室の中央部で燃焼させるようにした場合には、各噴射に基づく混合気を別々の空間に分離しながら独立して燃焼させることができ、燃焼騒音やスートの増大をより効果的に防止することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、エンジンの温間時に設定される上記特定運転領域に、エンジンの高負荷域の少なくとも一部が含まれる（請求項４）。
【００１６】
この構成によれば、インジェクタからのトータルの燃料噴射量が多くなり、燃焼騒音の増大等が特に懸念される高負荷域において、上記のような分割噴射および着火アシストを用いた圧縮自己着火燃焼を実行することにより、燃焼騒音を効果的に低減しつつ、スートの発生量を抑制することができる。
【００１７】
上記構成において、より好ましくは、エンジンの温間時の上記特定運転領域が、エンジンの高回転かつ高負荷寄りの領域に設定されるとともに、この特定運転領域よりも低回転側に、上記インジェクタから分割噴射された燃料に基づく混合気を上記着火アシストを伴うことなく自着火させる運転領域である非アシスト領域が設定され、上記特定運転領域と非アシスト領域との境界ラインが、エンジンの温度条件が高いほど高回転側に、温度条件が低いほど低回転側に設定される（請求項５）。
【００１８】
この構成によれば、エンジンの温度条件が高いほど混合気の着火性が高まり、着火アシストなしでも混合気の自着火が可能な上限の回転速度が上昇することに合わせて、着火アシストを用いた圧縮自己着火燃焼の実行領域（特定運転領域）を高回転側へと狭めることにより、混合気の着火性を担保しながら、着火アシストの実行頻度を全体として低下させることができる。これにより、着火アシストのために使用される燃料の量が低減されるため、さらなる熱効率の向上を図ることができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、エンジンの温間時以外は、少なくともエンジンの高回転域を含む運転領域で、点火プラグの火花点火により混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼が実行される（請求項６）。
【００２０】
この構成によれば、エンジンの温度条件がそれほど高くなく、しかも回転速度が高いために燃料の受熱期間が短いという環境下で、火花点火による安定的な燃焼を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の火花点火式ガソリンエンジンによれば、着火アシストにより混合気の自着火を促進しながら、燃焼騒音やスートの増大を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる火花点火式ガソリンエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【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】（ａ）〜（ｃ）は、エンジンの運転状態に応じた燃焼形態を選択するための制御マップの一例を示す図である。
【図５】図４（ａ）〜（ｃ）の各制御マップに対応する３段階のエンジンの温度条件を説明するための図である。
【図６】図４（ａ）の制御マップにおける第１運転領域（Ａ１）で実行される制御の内容を説明するためのタイムチャートである。
【図７】図４（ａ）の制御マップにおける第２運転領域（Ａ２）で実行される制御の内容を説明するためのタイムチャートである。
【図８】図４（ａ）の制御マップにおける第３運転領域（Ａ３）で実行される制御の内容を説明するためのタイムチャートである。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、上記第２運転領域（Ａ２）で行われる燃料噴射とそれに基づく混合気の燃焼を模式的に説明するための図である。
【図１０】（ａ）〜（ｈ）は、上記第３運転領域（Ａ３）で行われる燃料噴射とそれに基づく混合気の燃焼を模式的に説明するための図である。
【図１１】上記第３運転領域（Ａ３）で行われる複数段の燃料噴射がそれぞれどのような領域で燃焼するかを模式的に説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ポート９および排気ポート１０が２つずつ設けられるとともに、上記吸気弁１１および排気弁１２も２つずつ設けられている。
【００２６】
ここで、「燃焼室」とは、狭義には、ピストン５が上死点まで上昇したときに当該ピストン５の上方に形成される空間のことを指すが、本明細書でいう燃焼室６とは、ピストン５の上下位置にかかわらずその上方に形成される空間のことを指すものとする（広義の燃焼室）。
【００２７】
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。
【００２８】
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、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、吸気弁１１のリフト量を連続的に（無段階で）変更するものである。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。
【００２９】
このような構成のＣＶＶＬ１５は既に公知であり、その具体例として、吸気弁１１駆動用のカムをカムシャフトの回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置（レバー比）を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって上記カムの揺動量（吸気弁１１を押し下げる量）を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる（例えば特開２００７−８５２４１号公報参照）。
【００３０】
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（Variable Valve Lift Mechanism）であるＶＶＬ１６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。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。
【００３１】
このような構成のＶＶＬ１６は既に公知であり、その具体例として、排気弁１２駆動用の通常のカム（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に伝達されるのを有効または無効にするいわゆるロストモーション機構とを備えたものを挙げることができる（例えば特開２００７−８５２４１号公報参照）。
【００３２】
上記ＶＶＬ１６の作用により排気弁１２が吸気行程中に開弁することで、高温の排気ガスが排気ポート１０から燃焼室６に逆流し、燃焼室６の高温化が図られるとともに、燃焼室６に導入される空気（新気）の量が低減される。以下では、このような排気弁１２の再開弁（吸気行程中の開弁）による排気ガスの残留操作を、後述する外部ＥＧＲ装置３０による排気ガスの還流操作（外部ＥＧＲ）と区別して、内部ＥＧＲと称する。
【００３３】
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。
【００３４】
上記インジェクタ２１は、燃焼室６をその天井面（燃焼室６を覆うシリンダヘッド４の下面）から臨むように設けられている。インジェクタ２１には燃料供給管２３が接続されており、この燃料供給管２３を通じて供給される燃料（ガソリンを主成分とする燃料）が上記インジェクタ２１の先端部から噴射されるようになっている。
【００３５】
上記インジェクタ２１は、いわゆる多噴口型のインジェクタであり、その先端部に１２個の噴口を有している。これらの噴口の設置部（インジェクタ２１の先端部）は、燃焼室６天井の中央部に位置しており、各噴口は、その開口端がボア径方向外側の斜め下方を向くように穿孔されている。このため、上記インジェクタ２１の各噴口から燃料が噴射された場合、その燃料は、ピストン５の冠面（上面）に近づくほどボア径方向の外側に拡がるように放射状に噴射されることになる。
【００３６】
上記点火プラグ２０は、燃焼室６を上方から臨むように上記インジェクタ２１と隣接して配置されている。具体的に、この点火プラグ２０は、燃焼室６に露出する電極を先端部に有し、図外の点火回路からの給電に応じて上記電極から火花を放電する。
【００３７】
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２８および排気通路２９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２８を通じて燃焼室６に供給されるとともに、燃焼室６で生成された排気ガス（既燃ガス）が上記排気通路２９を通じて外部に排出されるようになっている。
【００３８】
上記吸気通路２８は、単一の通路からなる共通通路部２８ｃと、共通通路部２８ｃの下流側端部に設けられたサージタンク２８ｂと、気筒２ごとに分岐して設けられ、上記サージタンク２８ｂと各気筒２の吸気ポート９とを接続する分岐通路部２８ａとを有している。
【００３９】
上記排気通路２９は、単一の通路からなる共通通路部２９ｃと、気筒２ごとに分岐して設けられ、上記共通通路部２９ｃの上流側端部と各気筒２の排気ポート１０とを接続する分岐通路部２９ａとを有している。
【００４０】
上記吸気通路２８および排気通路２９の間には、排気通路２９を通過する排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させる外部ＥＧＲ装置３０が設けられている。具体的に、外部ＥＧＲ装置３０は、吸気通路２８および排気通路２９の各共通通路部２８ｃ，２９ｃどうしを連通させるＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１の途中部に設けられ、その内部を通過する排気ガスの流量を制御するＥＧＲバルブ３２と、ＥＧＲ通路３１を通過する排気ガスの温度を冷却する水冷式のＥＧＲクーラ３３とを有している。
【００４１】
上記吸気通路２８の共通通路部２８ｃには、吸気通路２８を通過する吸入空気の量を調節するスロットル弁２５が設けられている。ただし、当実施形態では、上記ＣＶＶＬ１５により吸気弁１１のリフト量が調整され、また、ＶＶＬ１６により燃焼室６に残留する排気ガスの量が調整され、さらには、外部ＥＧＲ装置３０により吸気通路２８に還流される排気ガスの量が調整されることから、これらの操作に基づいて、スロットル弁２５を操作することなく、燃焼室６に導入される空気（新気）の量を調整することが可能である。このため、スロットル弁２５は、エンジンの停止時等を除いて、全開もしくはそれに近い値に維持される。
【００４２】
上記排気通路２９の共通通路部２９ｃには、排気ガス浄化用の触媒コンバータ３５が設けられている。触媒コンバータ３５には例えば三元触媒が内蔵されており、排気通路２９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。
【００４３】
図２は、上記ピストン５の冠面の形状を具体的に説明するための拡大図である。この図２および先の図１に示すように、ピストン５の冠面の中央部には、凹状のキャビティ４０が設けられている。キャビティ４０は、上記インジェクタ２１と対向する上向きの開口部４０ａを上端に有しており、この開口部４０ａの面積（開口面積）は、キャビティ４０の内部の最大断面積（キャビティ４０の各高さ位置における水平方向断面積の最大値）よりも小さく設定されている。すなわち、キャビティ４０は、その開口部４０ａから所定深さまでの範囲において、上方に至るほど内径が狭くなるように上窄まり状に形成されている。
【００４４】
上記キャビティ４０よりもボア径方向の外側に位置するピストン５の冠面には、平面視円環状の環状凹部４１が、キャビティ４０の周囲を取り囲むように設けられている。この環状凹部４１は、ボア径方向の外側に至るほど高さが低くなるように形成されており、その最大深さ（最外周部の深さ）は、キャビティ４０の深さよりも浅く設定されている。
【００４５】
また、上記環状凹部４１よりもさらにボア径方向の外側に位置するピストン５の最外周部には、上記環状凹部４１よりも上方に突出した円環状の立壁部４２が設けられている。この立壁部４２の突出高さは、上記キャビティ４０上端の開口部４０ａを囲む部分（リップ部）と同一に設定されている。
【００４６】
再び図１に戻って、上記エンジン本体１のシリンダブロック３やシリンダヘッド４の内部には、冷却水が流通するウォータジャケット（図示省略）が設けられており、このウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するための水温センサＳＷ１が、上記シリンダブロック３に設けられている。
【００４７】
上記シリンダブロック３には、クランク角センサＳＷ２が設けられている。クランク角センサＳＷ２は、クランク軸７と一体に回転するクランクプレート（図示省略）の回転に応じてパルス信号を出力するものであり、このパルス信号に基づいて、クランク軸７の回転角度（クランク角）および回転速度（エンジン回転速度）が検出されるようになっている。
【００４８】
上記シリンダヘッド４には、動弁機構１４におけるカムシャフトの角度を検出するためのカム角センサＳＷ３が設けられている。カム角センサＳＷ３は、カムシャフトと一体に回転するシグナルプレートの歯の通過に応じて、気筒判別（各気筒が吸気、圧縮、膨張、排気のいずれの行程にあるかの判別）用のパルス信号を出力するものである。
【００４９】
最後に、上記吸気通路２８のサージタンク２８ｂには、吸気通路２８を通過する吸入空気の温度（外気温）を検出するための外気温センサＳＷ４が設けられている。
【００５０】
（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ＥＣＵ５０は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置（本発明にかかる制御手段）であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００５１】
上記ＥＣＵ５０には、エンジンに設けられた各種センサから種々の情報が入力される。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジンに設けられた上記水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、カム角センサＳＷ３、および外気温センサＳＷ４と電気的に接続されており、これら各センサＳＷ１〜ＳＷ４からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転速度、気筒判別情報、および外気温といった種々の情報を取得する。
【００５２】
また、ＥＣＵ５０には、車両に設けられた各種センサからの情報も入力される。例えば、車両には、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の開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＷ５が設けられており、このアクセル開度センサＳＷ５により検出されたアクセル開度が、上記ＥＣＵ５０に入力される。
【００５３】
上記ＥＣＵ５０が有するより具体的な機能について説明すると、上記ＥＣＵ５０は、その主な機能的要素として、判定手段５１、インジェクタ制御手段５２、吸気制御手段５３、内部ＥＧＲ制御手段５４、外部ＥＧＲ制御手段５５、および点火制御手段５６を有している。
【００５４】
上記判定手段５１は、エンジン水温センサＳＷ１の検出値から特定される冷却水温と、外気温センサＳＷ４の検出値から特定される外気温と、クランク角センサＳＷ２の検出値から特定されるエンジン回転速度と、アクセル開度センサＳＷ５の検出値から特定されるエンジン負荷（目標トルク）とに基づいて、エンジンをどのような態様で制御すべきかを都度判定するものである。なお、以下では、エンジンの冷却水温をＴｗ、外気温をＴａ、エンジン回転速度をＮｅ、エンジン負荷をＴとする。
【００５５】
図４（ａ）〜（ｃ）は、上記各値Ｔｗ，Ｔａ，Ｎｅ，Ｔに基づき決定される制御の種類を区分けして示す設定図（制御マップ）である。エンジンの運転中、上記判定手段５１は、この図４（ａ）〜（ｃ）の各制御マップＡ〜Ｃに従うようにエンジンの制御内容を決定する。
【００５６】
上記３種類の制御マップＡ〜Ｃは、エンジンの温度条件によって選択的に使用される。ここで、エンジンの温度条件とは、エンジンがどの程度暖かい温度環境下で運転されているかを表すものであり、エンジンの冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａが高いほど温度条件が高く、冷却水温Ｔｗまたは外気温Ｔａが低いほど温度条件が低いことになる。
【００５７】
当実施形態では、エンジンの温度条件が、図５に示すように、温間（Ｗ１）、準温間（Ｗ２）、冷間（Ｗ３）の３段階に分けられ、それぞれの段階に対応して上記図４（ａ）〜（ｃ）の制御マップＡ〜Ｃのいずれかが使用される。すなわち、エンジンの冷却水温Ｔｗを横軸に、外気温Ｔａを縦軸にとった図５の２次元領域において、冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａがともに高い領域Ｗ１にあるときを温間、冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａがともに低い領域Ｗ３にあるときを冷間、各領域Ｗ１，Ｗ３の間の領域Ｗ２にあるときを準温間とすると、温度条件が温間（Ｗ１）に該当するときには図４（ａ）のマップＡが選択され、準温間（Ｗ２）に該当するときには図４（ｂ）のマップＢが選択され、冷間（Ｗ３）に該当するときには図４（ｃ）のマップＣが選択されるようになっている。
【００５８】
上記図４（ａ）〜（ｃ）の各制御マップＡ〜Ｃの中身について簡単に説明しておく。例えば、エンジンの温間時に選択される図４（ａ）の制御マップＡでは、エンジンの運転領域が５つの領域Ａ１〜Ａ５に分割されている。これら各領域Ａ１〜Ａ５は、そのいずれもが、ピストン５の圧縮作用により混合気を自着火させる圧縮自己着火燃焼の実行領域として規定されている。ただし、各領域Ａ１〜Ａ５では、インジェクタ２１からの燃料噴射の形態や、点火プラグ２０を用いた着火アシストの有無、さらには内部ＥＧＲまたは外部ＥＧＲの有無等が異なり、これらの制御の相違によって、上記各領域Ａ１〜Ａ５が設定されている。
【００５９】
また、準温間時に選択される図４（ｂ）の制御マップＢでは、エンジンの運転領域が５つの領域Ｂ１〜Ｂ５に分割されているが、上記温間時の制御マップ（図５（ａ））のときと異なり、圧縮自己着火燃焼の実行領域は、高回転側の領域Ｂ３を除いた領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５のみであり、上記高回転側の領域Ｂ３では、点火プラグ２０の火花点火により混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼が実行されるようになっている。
【００６０】
最後に、冷間時に選択される図４（ｃ）の制御マップＣにおいては、圧縮自己着火燃焼の実行領域は設定されておらず、エンジンの全ての運転領域を包含する領域Ｃ１で、一律に火花点火燃焼が実行される。
【００６１】
再び図３に戻って、上記インジェクタ制御手段５２は、上記インジェクタ２１に内蔵された図外のニードル弁（インジェクタ２１の先端部の噴口を開閉する弁）を電磁的に開閉することにより、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。
【００６２】
上記吸気制御手段５３は、上記ＣＶＶＬ１５を駆動して吸気弁１１のリフト量（開弁量）を変更する制御を行うものである。
【００６３】
上記内部ＥＧＲ制御手段５４は、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ことにより、燃焼室６に排気ガスを残留（逆流）させる操作（内部ＥＧＲ）の有無を切り替えるものである。なお、当実施形態において、排気弁１２は１気筒あたり２つ設けられているので、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数を０，１，２の間で切り替えることにより、上記燃焼室６に残留する排気ガスの量（内部ＥＧＲ量）を段階的に変化させることが可能である。
【００６４】
上記外部ＥＧＲ制御手段５５は、上記ＥＧＲ通路３１に設けられたＥＧＲバルブ３２の開度を調節することにより、排気通路２９から吸気通路２８に排気ガスを還流する操作（外部ＥＧＲ）の有無を切り替えるとともに、その外部ＥＧＲによる排気ガスの還流量（外部ＥＧＲ量）を制御するものである。
【００６５】
上記点火制御手段５６は、上記点火プラグ２０による火花点火のタイミング（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、点火プラグ２０は、エンジンが火花点火燃焼により運転される場合や、混合気の自着火をアシストする着火アシストが必要な場合にのみ作動し、それ以外のときは基本的に（カーボン除去のために行われる吸気行程や排気行程中の点火動作を除いて）作動しない。
【００６６】
（３）各制御マップに基づく制御
次に、以上のような機能を有するＥＣＵ５０によりエンジンがどのように制御されるかについて説明する。エンジンの運転中は、ＥＣＵ５０により、上記図４（ａ）〜（ｃ）の各制御マップＡ〜Ｃに沿った制御が実行される。各制御マップＡ〜Ｃは、上述したように、エンジンの温度条件に応じて選択的に使用される。すなわち、エンジンの運転が開始されると、上記ＥＣＵ５０の判定手段５１が、エンジン水温センサＳＷ１および外気温センサＳＷ４の各検出値（冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａ）に基づいて、エンジンの温度条件が温間、準温間、冷間のいずれであるのか（図５のＷ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれに該当するのか）を逐次判定し、その結果に基づいて、上記制御マップＡ〜Ｃの中から適切なマップを選択する。そして、上記クランク角センサＳＷ２およびアクセル開度センサＳＷ５の各検出値に基づいて、エンジンの運転点（負荷Ｔおよび回転速度Ｎｅの各値から特定される制御マップ上でのポイント）を特定するとともに、その運転点が、上記選択した制御マップにおけるいずれの運転領域に該当するかを調べる。
【００６７】
該当する運転領域が判別されると、その領域に応じた適切な燃焼が行われるように、上記ＥＣＵ５０の各制御手段５２〜５６がエンジンの各部を制御する。以下に、エンジン制御の具体的な内容を、制御マップＡ〜Ｃごとに説明する。
【００６８】
（３−１）制御マップＡ（温間時）
まず、エンジンの温間時（冷却水温および外気温の条件が図５の領域Ｗ１に該当するとき）に選択される制御マップＡ（図４（ａ））に基づき実行される燃焼制御について説明する。この制御マップＡでは、エンジンの運転領域における比較的負荷Ｔの低い領域に、回転速度Ｎｅ全域にわたって領域Ａ１が設定されている。また、この領域Ａ１よりも負荷Ｔが高く、かつ回転速度Ｎｅが所定値よりも低い領域には、領域Ａ２が設定されているとともに、上記領域Ａ１よりも負荷Ｔが高く、かつ回転速度Ｎｅが上記所定値よりも高い領域には、領域Ａ３が設定されている。さらに、上記領域Ａ１と領域Ａ２との間、および、領域Ａ１と領域Ａ３との間には、それぞれ、領域Ａ４および領域Ａ５が設定されている。以下では、これら各領域Ａ１、Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５を、それぞれ、第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４、第５運転領域Ａ５と称する。
【００６９】
先にも述べたとおり、上記制御マップＡにおける第１〜第５運転領域Ａ１〜Ａ５は、いずれも、ピストン５の圧縮作用により混合気を自着火させる圧縮自己着火燃焼の実行領域として規定されているが、燃料噴射の形態や、着火アシストの有無等がそれぞれ異なる。なお、図４（ａ）において、制御マップＡ上に記載されている斜めのライン（低回転側ほど負荷が高くなるように左上がりに傾斜したライン）Ｌｘは、燃焼騒音の観点から設定された一括噴射の限界ラインである。詳細は後述する運転領域ごとの説明の中でも述べるが、この一括噴射の限界ラインＬｘよりも低負荷側に位置する第１運転領域Ａ１および第４運転領域Ａ４では、インジェクタ２１から必要量の燃料が一括して噴射される一方、上記限界ラインＬｘよりも高負荷側に位置する残りの運転領域（Ａ２，Ａ３，Ａ５）では、燃焼騒音を低減する観点から、必要量の燃料が２回以上に分けてインジェクタ２１から噴射される（分割噴射）。
【００７０】
また、上記第２運転領域Ａ２と第３運転領域Ａ３との境界ラインをＬｙとすると、この境界ラインＬｙは、エンジンの温度条件が高いほど高回転側（図４（ａ）の矢印Ｗ１の側）に設定される。すなわち、第２運転領域Ａ２と第３運転領域とは、燃料の分割噴射が行われるという点では同じであるが、後述するように、混合気の自着火を促進するための着火アシストを行うか否かが異なる。これは、第２運転領域Ａ２よりもエンジン回転速度Ｎｅが高い第３運転領域Ａ３の方が、燃料の受熱期間（燃料が高温・高圧環境下に晒される時間）が短く、混合気が自着火し難いため、第３運転領域Ａ３では着火アシストを実行し、第２運転領域Ａ２では着火アシストを実行しないものである。ただし、着火アシストなしで混合気が自着火する領域は、エンジンの冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａがともに高く、エンジンの温度条件が高いほど（つまり温度条件が図５の領域Ｗ１の右上側にあるほど）、より高回転側まで拡大すると考えられる。そこで、これに合わせて、上記第２運転領域Ａ２と第３運転領域Ａ３との境界ラインＬｙを、エンジンの温度条件が高いほど高回転側（矢印Ｗ１の側）に設定するようにしている。逆に、上記境界ラインＬｙは、エンジンの温度条件が低いほど（冷却水温Ｔｗまたは外気温Ｔａが低いほど）、低回転側（矢印Ｗ２の側）に設定される。
【００７１】
以下、上記制御マップＡの各運転領域Ａ１〜Ａ５でそれぞれ実行される燃焼制御について詳細に説明する。
【００７２】
（ｉ）第１運転領域Ａ１
図６は、エンジンが図４（ａ）の第１運転領域Ａ１で運転されている場合の燃料噴射時期と吸排気弁１１，１２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、第１運転領域Ａ１では、圧縮行程よりも前に噴射された燃料と空気との混合気をピストン５の圧縮作用によって自着火させる、一般的な予混合圧縮自己着火燃焼が実行される。なお、図４（ａ）の制御マップでは、このような予混合圧縮自己着火燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition）が実行されることを指して、第１運転領域Ａ１内に「ＨＣＣＩ」と表記している。
【００７３】
具体的に、上記第１運転領域Ａ１では、吸気行程中の所定時期にインジェクタ２１から燃焼室６に燃料が噴射（Ｐ）され、この燃料噴射Ｐにより噴射された燃料と、吸気通路２８から燃焼室６に導入される空気（新気）とからなる混合気が、ピストン５の圧縮作用により高温、高圧化し、圧縮上死点（圧縮行程と膨張行程の間のＴＤＣ）付近で自着火する。すると、このような自着火に基づき、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。
【００７４】
ただし、第１運転領域Ａ１は、負荷Ｔが比較的低く、インジェクタ２１から噴射される燃料の量が少ないため、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、上記第１運転領域Ａ１では、ＶＶＬ１６を駆動して排気弁１２を吸気行程中に開弁させることにより、燃焼室６で生成された排気ガスを燃焼室６に逆流させる内部ＥＧＲが実行される。すなわち、排気弁１２は、通常、排気行程のみで開弁するが（図６のリフトカーブＥＸ）、ＶＶＬ１６の駆動に基づき排気弁１２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１０から燃焼室６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６に逆流（残留）させることで、燃焼室６を高温化して、混合気の自着火を促進する。なお、燃焼室６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。そのための制御として、例えば、第１運転領域Ａ１における低負荷域（無負荷に近い領域）では、吸気行程中に開弁する排気弁１２の数が２つとされ、それよりも負荷が高くなると、開弁数が１つに減らされる。
【００７５】
上記のように、第１運転領域Ａ１では、排気弁１２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、外部ＥＧＲについては停止される。すなわち、ＥＧＲ通路３１に設けられたＥＧＲバルブ３２の開度が全閉に設定されることにより、排気通路２９から吸気通路２８への排気ガスの還流が停止される。
【００７６】
また、上記第１運転領域Ａ１では、燃焼室６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、２以上という大幅にリーンな値に設定される。そのため、ＣＶＶＬ１５の駆動により吸気弁１１（リフトカーブＩＮ）のリフト量を増減する制御が実行され、燃焼室６に導入される新気の量が、上記インジェクタ２１からの燃料噴射量に対しかなり過剰になるように制御される。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た場合、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の浄化作用はほとんど期待できなくなるが、λ≧２での燃焼により生じる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。
【００７７】
（ii）第２運転領域Ａ２
上記第１運転領域Ａ１よりも負荷Ｔが高く、かつ回転速度Ｎｅが比較的低い領域に設定された第２運転領域Ａ２（図４（ａ））では、図７に示すような制御が実行される。すなわち、第２運転領域Ａ２では、圧縮上死点付近とそれより前の圧縮行程中の所定時期とに設定された２回の噴射タイミング（Ｐ１，Ｐ２）に分けてインジェクタ２１から燃料を噴射させ、それぞれの燃料に基づく混合気を自着火により燃焼させる制御が実行される。なお、後述する第３運転領域Ａ３のときと異なり、第２運転領域Ａ２では、点火プラグ２０を用いた着火アシストは実行されない。このように、分割噴射に基づく混合気を着火アシストを伴うことなく自着火させる第２運転領域Ａ２は、本発明にかかる「非アシスト領域」に相当する。図４（ａ）の制御マップでは、このような分割噴射に基づく（着火アシストなしの）圧縮自己着火燃焼が実行されることを指して、第２運転領域Ａ２内に「多段ＣＩ」と表記している。また、以下の説明では、圧縮行程中に実行される１回目の燃料噴射Ｐ１を前段噴射、それより後の圧縮上死点付近（図例では膨張行程のごく初期）に実行される２回目の燃料噴射Ｐ２を後段噴射と称する。
【００７８】
具体的に、上記第２運転領域Ａ２において、前段噴射Ｐ１のタイミングは、圧縮上死点（ＴＤＣ）を基準として、その上死点前（ＢＴＤＣ）６０〜５０°ＣＡ（ＣＡはクランク角を表す）程度の期間内に設定され、後段噴射Ｐ２のタイミングは、上死点後（ＡＴＤＣ）０〜１０°ＣＡ程度の期間内に設定される。また、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２による各噴射量の割合については、前段噴射Ｐ１が１０％以下で後段噴射Ｐ２が９０％以上に設定されるパターンから、前段噴射Ｐ１が６０％程度で後段噴射Ｐ２が４０％程度に設定されるパターンまで、運転条件等により適宜の割合に設定される。
【００７９】
上記前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２によるトータルの噴射量は、第２運転領域Ａ２に対応する高い負荷に合わせて、第１運転領域Ａ１のとき（燃料噴射Ｐによる噴射量）よりも増大される。また、このように増大設定される燃料噴射量に応じた多量の新気を燃焼室６に導入すべく、ＣＶＶＬ１５が駆動されて吸気弁１１のリフト量が増大される（リフトカーブＩＮ）。そして、上記のように分割噴射された燃料と空気（新気）との混合気が圧縮上死点付近で自着火することにより、図中の波形Ｑｂに示すように、時期の異なる２つのピークを有するような熱発生を伴う燃焼が生じる。なお、このような波形Ｑｂの形状はあくまで概念的なものであり、実際には２つのピークが明確に現れない場合も当然にあり得る。
【００８０】
上記のように前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に分けて燃料を噴射するようにしたのは、燃焼騒音等の問題を考慮してのものである。すなわち、燃料噴射量の多い上記第２運転領域Ａ２では、燃料を１回で噴射してしまうと、噴射された多量の燃料が短時間で全て燃焼する急激な燃焼が起きることにより、筒内圧力が急上昇し、燃焼騒音が著しく増大する等の事態を招くおそれがある。そこで、上記のように燃料を分割噴射することにより、比較的マイルドな燃焼が継続的に起きるようにして、上記のような燃焼騒音の増大等を回避するようにしている。
【００８１】
ただし、たとえ燃料噴射を複数回に分割しても、インジェクタ２１の配置やピストン５の形状によっては、各回に噴射された燃料どうしが混じり合い、その混じり合った燃料がほとんど同時に燃焼することがある。このように、噴射タイミングが異なる燃料どうしが混じり合った状態で燃焼が起きると、燃焼騒音が過大になるばかりでなく、燃焼時に必要な酸素が局所的に著しく不足し、多量のスート（炭素質粒子）が発生するおそれがある。
【００８２】
このような問題に対し、当実施形態では、インジェクタ２１が燃焼室６天井の中央部に配置されるとともに、ピストン５の冠面がキャビティ４０等を有する特殊な形状に形成されているため、分割噴射された燃料が一緒に燃焼してしまうことがなく、上記のような燃焼騒音の増大やスートの大量発生を回避することが可能である（その詳細なメカニズムについては後述する）。
【００８３】
また、上記第２運転領域Ａ２では、上記のような燃料の分割噴射制御に加えて、吸気行程中に排気弁１２を押し下げる機能を無効にするようにＶＶＬ１６が駆動され、排気弁１２の吸気行程中の開弁が停止される。これにより、排気ガスが燃焼室６に逆流することがほとんどなくなり、内部ＥＧＲが禁止される。
【００８４】
一方、第２運転領域Ａ２では、上記のように禁止された内部ＥＧＲに代わり、外部ＥＧＲが実行される。すなわち、ＥＧＲ通路３１に設けられたＥＧＲバルブ３２が所定開度まで開かれることにより、排気通路２９から吸気通路２８へ排気ガスを還流させる操作が実行される。
【００８５】
このように、内部ＥＧＲから外部ＥＧＲへと切り替えるのは、燃焼室６の過度の高温化を防いで異常燃焼を回避するためである。すなわち、第２運転領域Ａ２は、第１運転領域Ａ１よりもエンジン負荷Ｔが高く、噴射されるトータルの燃料が多いため、燃焼に伴い発生する熱量が増大し、燃焼室６が高温化する傾向にある。このため、仮に第２運転領域Ａ２でも内部ＥＧＲを継続したのでは、燃焼室６がますます高温化し、プリイグニッションやノッキング等の異常燃焼が起きるおそれがある。そこで、内部ＥＧＲから外部ＥＧＲに切り替えて、ＥＧＲクーラ３３付きのＥＧＲ通路３１を通過した（つまりＥＧＲクーラ３３により冷却された）排気ガスを吸気通路２８に還流させることにより、燃焼室６の過度な高温化を防ぎ、上記のような異常燃焼を回避するようにしている。ただし、第２運転領域Ａ２であっても、エンジンの全負荷近傍では、多量の新気を確保するために、外部ＥＧＲは停止される。
【００８６】
ここで、以上のような制御に基づき実現される第２運転領域Ａ２での燃焼形態について、図９（ａ）〜（ｆ）を参照しつつより具体的に説明する。図９（ａ）は、インジェクタ２１から前段噴射Ｐ１が行われたときの状態を示している。このときのピストン５は、上述したように、圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０〜５０°ＣＡ程度に位置している。このような位置にあるピストン５の冠面に向けて、上記インジェクタ２１の先端部に備わる複数（１２個）の噴口から放射状に燃料が噴射されると、その燃料の噴霧は、ピストン５の冠面のボア径方向の外側寄りに設けられた環状凹部４１に向かうことになる。
【００８７】
上記ピストン５の環状凹部４１に向けて噴射された燃料（噴霧）は、その後、ピストン５の最外周部に設けられた立壁部４２により上方にガイドされながら分散し、その分散した燃料に基づき、図９（ｂ）に示すように、燃焼室６の外周部（主に環状凹部４１の内部およびその上方空間）に混合気Ｘ１が形成される。ここで形成される混合気Ｘ１の空燃比は、燃焼室６の外周部だけの局所的な空燃比として、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）程度に設定される。すなわち、理論空燃比程度の濃さの混合気Ｘ１が燃焼室６の外周部に局所的に形成されるように、上記前段噴射Ｐ１の噴射時期および噴射量が設定されている。
【００８８】
もちろん、上記前段噴射Ｐ１によって、燃焼室６の外周部以外（例えばキャビティ４０の内部）にも微量の燃料が存在し得るが、その燃料の濃度は、上記燃焼室６の外周部に比べれば極めて薄いものである。言い換えれば、前段噴射Ｐ１が実行された時点で、燃焼室６の外周部には、キャビティ４０の内部よりもリッチな混合気Ｘ１が形成されていることになる。
【００８９】
上記のように燃焼室６の外周部に形成された混合気Ｘ１は、ピストン５の上昇により圧縮されて高温・高圧化し、圧縮上死点付近までピストン５が達したところで、図９（ｃ）に示すように自着火により燃焼する（圧縮自己着火）。なお、同図では、混合気Ｘ１が燃焼している領域を黒またはグレーに着色して示している。この混合気Ｘ１が燃焼する領域Ｙ１は、上記混合気Ｘ１が形成された領域に対応して、燃焼室６の外周部分に限られる。
【００９０】
上記のような前段噴射Ｐ１に基づく燃焼が始まると、それと前後して（図例では前段噴射Ｐ１に基づく燃焼開始とほぼ同時に）、図９（ｄ）に示すような後段噴射Ｐ２が実行される。この後段噴射Ｐ２のタイミングは、上述したように、ピストン５がその上昇端に至った時点（圧縮上死点）とほぼ同時かその直後のＡＴＤＣ０〜１０°ＣＡ程度である。このようなタイミング（圧縮上死点付近）でインジェクタ２１から燃料が噴射されると、その燃料の噴霧は、ピストン５の冠面の中央部に設けられたキャビティ４０の内部へと向かうことになる。すると、このキャビティ４０の内部に向けて噴射された燃料（噴霧）は、キャビティ４０の周壁に沿って上方にガイドされながら分散し、その分散した燃料に基づき、図９（ｅ）に示すように、燃焼室６の中央部（主にキャビティ４０の内部）に混合気Ｘ２が形成される。この混合気Ｘ２の局所的な空燃比も、上述した前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１と同様、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）程度に設定される。言い換えれば、上記後段噴射Ｐ２により、キャビティ４０の内部には、前段噴射Ｐ１の実行時よりもリッチな（より具体的には、前段噴射Ｐ１により噴射された燃料に基づきキャビティ４０内に形成される極めて薄い混合気の空燃比よりもリッチな）混合気Ｘ２が形成されていることになる。
【００９１】
上記のような後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ２は、ピストン５が圧縮上死点に近く、しかも前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１の燃焼が既に起きている状態で形成されるものである。このため、上記混合気Ｘ２は、図９（ｆ）に示すように、後段噴射Ｐ２の後、短い時間で自着火に至り、燃焼する。この混合気Ｘ２が燃焼する領域Ｙ２は、上記混合気Ｘ２が形成された領域に対応して、燃焼室６の中央部に限られる。すなわち、上述した前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１が、環状凹部４１の設置部に対応する燃焼室６の外周部分（燃料領域Ｙ１）で燃焼するのに対し、後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ２は、キャビティ４０の設置部に対応する燃焼室６の中央部（上記燃料領域Ｙ１よりもボア径方向の中心寄りに位置する燃焼領域Ｙ２）で燃焼することになる。
【００９２】
以上のように、第２運転領域Ａ２では、負荷Ｔに応じた比較的多量の燃料を複数回（前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２）に分けて噴射することで、別々の空間に混合気（Ｘ１，Ｘ２）を形成し、それらを独立して自着火、燃焼させるようにしている。このような制御が行われる上記第２運転領域Ａ２では、分割噴射された燃料が混じり合って同時に燃焼してしまうことがないため、筒内圧力の急上昇による燃焼騒音の増大や、局所的な酸素不足によるスートの増大を招く心配がない。しかも、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ１，Ｘ２は、それぞれ局所的にλ＝１程度の空気過剰率に設定されるので、そのような環境下の燃焼により生成された排気ガスであれば、三元触媒のみによって十分に有害成分の浄化が可能である。
【００９３】
（iii）第３運転領域Ａ３
上記第１運転領域Ａ１よりも負荷Ｔが高く、かつ上記第２運転領域Ａ２よりも回転速度Ｎｅが高い第３運転領域Ａ３（図４（ａ））では、図８に示すような制御が実行される。すなわち、第３運転領域Ａ３では、上記第２運転領域Ａ２のときと同様、インジェクタ２１からの燃料が複数回に分けて噴射されるが、上記第２運転領域Ａ２のときとは異なり、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２との間に、自着火を促進するための着火アシストが実行される。このように、燃料を分割噴射しつつ着火アシストを行うことにより混合気を自着火させる第３運転領域Ａ３は、本発明にかかる「特定運転領域」に相当する。なお、図４（ａ）の制御マップでは、このような分割噴射および着火アシスト（Spark Asist）に基づく圧縮自己着火燃焼が実行されることを指して、第３運転領域Ａ３内に「ＳＡ＋多段ＣＩ」と表記している。
【００９４】
具体的に、上記着火アシストとしては、圧縮行程中に実行される前段噴射Ｐ１と、圧縮上死点付近に実行される後段噴射Ｐ２との間の所定時期に、これら前段および後段噴射Ｐ１，Ｐ２の各噴射量よりも少量の燃料がインジェクタ２１から噴射されるとともに（Ｐａ）、その噴射Ｐａの直後でかつ後段噴射Ｐ２よりも前に、点火プラグ２０による火花点火Ｓが実行される。すると、このような着火アシストにより図８の波形Ｑｃ’のような少量の熱発生を伴う燃焼が生じるとともに、当該燃焼により燃焼室６が高温化するのをきっかけにして、続く波形Ｑｃに示すように、上記前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に基づく混合気が自着火により燃焼する。なお、以下では、着火アシストのために実行される少量の燃料噴射Ｐａ（着火アシスト用の燃料噴射）のことをアシスト用噴射Ｐａ、着火アシストのために実行される火花点火Ｓ（着火アシスト用の火花点火）のことをアシスト用点火Ｓと称する。
【００９５】
上記アシスト用点火Ｓは、インジェクタ２１の先端部（噴口）からアシスト用噴射Ｐａとして噴射された燃料（噴霧）の先端が、点火プラグ２０の電極の周辺を通過した直後のようなタイミング、つまり、点火プラグ２１の電極の周りに上記アシスト用噴射Ｐａに基づくリッチな混合気が存在するようなタイミングで実行される。なお、図１および図２に示したように、当実施形態では、インジェクタ２１の先端部が燃焼室６天井の中央部に位置し、かつこのインジェクタ２１の先端部からボア径方向の外側に少しずれた位置に点火プラグ２０の電極が位置するように、インジェクタ２１および点火プラグ２０が近接して配置されているため、上記アシスト用噴射Ｐａのタイミングから上記アシスト用点火Ｓのタイミングまでの時間は、かなり短いものとなる。ただし、インジェクタ２１の先端部と点火プラグ２０の電極との離間距離があまりに短いと、燃料がほとんど気化していない状態でアシスト用点火Ｓが実行されることになるため、上記離間距離は、少なくとも燃料の気化時間および空気との混合に必要な時間を確保できる程度の距離に設定される。一例として、インジェクタ２１からの噴射圧力が３０〜４０ＭＰａ程度である場合に、インジェクタ２１の先端中心から点火プラグの点火点（電極部の放電ギャップの中間点）までの距離は、１０〜２５ｍｍ程度に設定するのがよい。
【００９６】
また、上述したように、インジェクタ２１の先端部には１２個の噴口が設けられるが、これら１２個の噴口から放射状に噴射された燃料により形成される１２本の噴霧と、上記点火プラグ２０との位置関係としては、上記点火プラグ２０の電極が、上記１２本の噴霧のうちの２本の噴霧の間に位置するように配置されることが望ましい。このように、２本の噴霧の間に点火プラグ２０の電極が配置されることで、未気化の燃料が電極に付着して着火性が損なわれることが回避される。
【００９７】
なお、第３運転領域Ａ３では、上記のような着火アシストに関する制御を除けば、第２運転領域Ａ２のときとほぼ同様の制御が実行される。例えば、第３運転領域Ａ３では、排気弁１２を吸気行程中に開弁させる（排気ガスを燃焼室６に逆流させる）内部ＥＧＲが禁止されるとともに、ＥＧＲ通路３１を通じて排気ガスを吸気通路２８に還流させる外部ＥＧＲが実行される。ただし、エンジンの全負荷近傍では、多量の新気を確保するために、外部ＥＧＲは禁止される。
【００９８】
図１０（ａ）〜（ｈ）は、以上のような着火アシストに基づく圧縮自己着火燃焼が行われる第３運転領域Ａ３での燃焼の様子を模式的に示す図である。図１０（ａ）に示すように、第３運転領域Ａ３では、上述した第２運転領域Ａ２での前段噴射Ｐ１（図９（ａ））のタイミング（ＢＴＤＣ６０〜５０°ＣＡ程度）とほぼ同じタイミングで前段噴射Ｐ１が実行され、この前段噴射Ｐ１により、燃焼室６の外周部に、理論空燃比（λ＝１）程度の空燃比をもった混合気Ｘ１が形成される。ただし、上記前段噴射Ｐ１のタイミングは、厳密には、上記第２運転領域Ａ２での前段噴射Ｐ１のタイミングよりもわずかに早い時期に設定される。これは、第３運転領域Ａ３では、第２運転領域Ａ２のときよりもエンジン回転速度Ｎｅが高く、ピストンスピードが速いからである。つまり、ピストンスピードが速いと、インジェクタ２１からの噴射燃料がピストン５の冠面付近に達するまでの間にピストン５が比較的大きく移動するため、ピストン５上の同様の位置に燃料（噴霧）を届かせようとすれば、インジェクタ２１からの噴射タイミングをわずかにでも早める必要がある。このことは、後述する後段噴射Ｐ２の場合でも同様である。
【００９９】
上記前段噴射Ｐ１の後は、図１０（ｃ）に示す着火アシストが実行される。すなわち、上記前段噴射Ｐ１の後、ピストン５がある程度上昇した時点（例えばＢＴＤＣ３０〜１０°ＣＡ程度）で、着火アシスト用の燃料噴射であるアシスト用噴射Ｐａが実行されるとともに、その直後に、アシストの火花点火であるアシスト用点火Ｓが実行される。すると、上記アシスト用噴射Ｐａにより噴射された燃料に基づいて、点火プラグ２０の電極周りにリッチな混合気が形成されるとともに、その混合気が上記アシスト用点火Ｓを火種として火炎を形成することにより、図１０（ｄ）に示すように、点火プラグ２０の電極周りに混合気の燃焼領域Ｙａが局所的に形成される。
【０１００】
上記のようにして着火アシストによる火炎（燃焼領域Ｙａ）が生じると、その火炎による燃焼室６の高温化と、ピストン５の上昇による圧縮作用とが相俟って、燃焼室６の外周部に形成されていた上記前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１が、図１０（ｅ）に示すように、圧縮上死点付近で自着火により燃焼する。この混合気Ｘ１の燃焼領域Ｙ１は、燃焼室６の外周部分に限られ、点火プラグ２０の電極からはボア径方向の外側に離間した領域となる。
【０１０１】
上記のような前段噴射Ｐ１に基づく燃焼が始まると、それ以降は、上記第２運転領域Ａ２のときと同様にして燃焼が進行していく。すなわち、上記前段噴射Ｐ１に基づく燃焼の開始とほぼ同時に、図１０（ｆ）に示すような後段噴射Ｐ２が実行され、その後段噴射Ｐ２に基づき、燃焼室６の中央部（主にキャビティ４０の内部）に、理論空燃比（λ＝１）程度の空燃比をもった混合気Ｘ２が形成される。すると、この混合気Ｘ２は、短い時間で自着火に至り、燃焼室６の中央部に上記混合気Ｘ２の燃焼領域Ｙ２を形成する。
【０１０２】
以上のように、第３運転領域Ａ３では、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２の間に、点火プラグ２０を用いて着火アシストを実行し、その着火アシストにより燃焼室６を高温化することにより、上記着火アシストに引き続いて上記前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ１，Ｘ２をそれぞれ自着火により燃焼させるようにした。このように、着火アシストにより混合気の自着火を促進するようにした第３運転領域Ａ３では、上述した第２運転領域Ａ２のときよりもエンジン回転速度Ｎｅが高く、燃料の受熱期間が短くなる状況であるにもかかわらず、混合気が確実に自着火により燃焼し、失火が起きることが回避される。しかも、上記第２運転領域Ａ２のときと同様、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ１，Ｘ２が別々の空間で独立して自着火、燃焼するため、燃焼騒音の増大やスートの発生についても回避される。
【０１０３】
図１１は、上記第３運転領域Ａ３で、着火アシストに基づく混合気の燃焼領域Ｙａと、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に基づく混合気の燃焼領域Ｙ１，Ｙ２との位置関係を模式的に示すための平面図である。上述した第３運転領域Ａ３での燃焼形態によれば、図１１のように、まず着火アシストに基づく燃焼領域Ｙａが点火プラグ２０の周辺に限って形成され、これとほぼ重ならない燃焼室６の外周部に、前段噴射Ｐ１に基づく燃焼領域Ｙ１が形成され、さらに、後段噴射Ｐ２に基づく燃焼領域Ｙ２が、上記燃焼領域Ｙ１よりもボア径方向の内側に形成される。これら各燃焼領域は、Ｙａ→Ｙ１→Ｙ２の順に形成され、その発生位置または発生時期は、ほとんど重なり合うことがない。
【０１０４】
（iv）第４運転領域Ａ４および第５運転領域Ａ５
上記第４運転領域Ａ４および第５運転領域Ａ５は、第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２との間、または第１運転領域Ａ１と第３運転領域Ａ３との間に位置する領域であるから、上述の（ｉ）〜（iii）で説明した各制御内容の中間的な制御が実行される。
【０１０５】
具体的に、第４運転領域Ａ４では、インジェクタ２１からの燃料噴射時期が、第１運転領域Ａ１での燃料噴射時期よりもリタードされ、例えば圧縮行程中の１回に設定される。そのときの噴射量は、第１運転領域Ａ１のときと同様、空気過剰率λが２以上になるように設定される。また、ＥＧＲ通路３１を通じて排気ガスを吸気通路２８に還流させる外部ＥＧＲが実行される。
【０１０６】
一方、第５運転領域Ａ５では、圧縮行程中の所定時期およびそれより後の圧縮上死点付近の２回に分けて燃料を噴射する制御が実行される。そのときの噴射量は、空気過剰率λが局所的にλ＝１程度になるように設定される。また、吸気行程中の排気弁１２の開弁により排気ガスを燃焼室６に逆流させる内部ＥＧＲが実行される。
【０１０７】
（３−２）制御マップＢ（準温間時）
次に、エンジンの準温間時（冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａの条件が図５の領域Ｗ２に該当するとき）に選択される制御マップＢ（図４（ｂ））に基づき実行される燃焼制御について説明する。この制御マップＢでは、エンジン回転速度Ｎｅが比較的高い領域に、負荷Ｔの全域にわたって領域Ｂ３が設定されている。また、この領域Ｂ３よりも回転速度Ｎｅが低く、かつ負荷ＴがラインＬｘ（一括噴射の限界ラインＬｘ）よりも低い領域には、領域Ｂ１が設定されているとともに、この領域Ｂ１よりも負荷Ｔが高くかつ上記領域Ｂ３よりも回転速度Ｎｅが低い領域には、領域Ｂ２が設定されている。さらに、上記領域Ｂ１と領域Ｂ２との間には、領域Ｂ４および領域Ｂ５が設定されている。以下では、これら各領域Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５を、それぞれ、第６運転領域Ｂ１、第７運転領域Ｂ２、第８運転領域Ｂ３、第９運転領域Ｂ４、第１０運転領域Ｂ５と称する。これら各運転領域Ｂ１〜Ｂ５では、それぞれ次のような燃焼制御が実行される。
【０１０８】
（ｉ）第８運転領域Ｂ３
上記制御マップＢに基づく制御において、先の制御マップＡのときと最も異なるのは、高回転側に設定された第８運転領域Ｂ３で、圧縮自己着火燃焼ではなく、点火プラグ２０の火花点火により混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼が実行されることである。すなわち、エンジンの温度条件が相対的に低い準温間時は、温間時のときと比べて、筒内温度が低くなりがちであるため、特に燃料の受熱期間が短い高回転域において、混合気の自着火が困難になると考えられる。そこで、準温間時に使用される上記制御マップＢでは、その高回転側の領域に、火花点火燃焼の実行領域である第８運転領域Ｂ３が設定されている。なお、第８運転領域Ｂ３で火花点火燃焼を実行する場合の混合気の空燃比は、理論空燃比（λ＝１）もしくはその近傍に設定される。
【０１０９】
ここで、上記第８運転領域Ｂ３と他の運転領域（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ５）との境界ラインをＬｚとすると、この境界ラインＬｚは、エンジンの温度条件に応じて可変的に設定される。すなわち、混合気の自着火が困難な領域は、エンジンの温度条件が低いほど（つまり図５の領域Ｗ２の左側または下側ほど）低回転側まで拡大するため、これに合わせて、混合気の自着火（圧縮自己着火燃焼）の限界ラインである上記境界ラインＬｚも、エンジンの温度条件が低いほど低回転側に設定される。
【０１１０】
（ii）その他の運転領域
上記ＳＩ燃料の実行領域である第８運転領域Ｂ３よりも低回転側に設定された他の運転領域（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ５）では、いずれの場合でも、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。
【０１１１】
例えば、上記運転領域のうち、最も低負荷側に設定された第６運転領域Ｂ１では、上記制御マップＡの第１運転領域Ａ１のときと同じく、内部ＥＧＲにより燃焼室６の高温化を図りながら、圧縮行程よりも前にインジェクタ２１から燃料を一括噴射することにより、圧縮上死点付近で混合気を自着火させる制御（ＨＣＣＩ）が実行される。
【０１１２】
上記第６運転領域Ｂ１よりも高負荷側に設定された第７運転領域Ｂ２は、燃焼騒音の観点から設定された一括噴射の限界ラインＬｘよりも高負荷側に位置するため、この第７運転領域Ｂ２では、圧縮行程から膨張行程にかけた複数回に分割して燃料を噴射する制御が実行される。また、このように分割噴射された燃料を、温間時（制御マップＡのとき）よりも自着火し難い環境下で確実に自着火させるために、点火プラグ２０を用いた着火アシストが実行される。すなわち、第７運転領域Ｂ２では、上記制御マップＡの第３運転領域Ａ３のときと同じく、燃料を分割噴射しつつ着火アシストを行うことにより、混合気を自着火させる制御（ＳＡ＋多段ＣＩ）が実行される。なお、この第７運転領域Ｂ２は、上記第３運転領域Ａ３と同じく、本発明にかかる「特定運転領域」に相当する。
【０１１３】
次に、第９運転領域Ｂ４および第１０運転領域Ｂ５については、上記第６運転領域Ｂ１および第７運転領域Ｂ２の間に位置することから、両者の中間的な制御が実行される領域である。ただし、ここではその具体的な中身については説明を省略する。
【０１１４】
（３−３）制御マップＣ（冷間時）
最後に、エンジンの冷間時（冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａの条件が図５の領域Ｗ３に該当するとき）に選択される制御マップＣ（図４（ｃ））における燃焼制御について説明する。この制御マップＣでは、エンジンの運転領域の全域が、火花点火燃焼の実行領域Ｃ１として設定されている。すなわち、エンジンが冷間状態にあるときは、もはや混合気を自着火により燃焼させることは不可能であるため、エンジンの運転領域の全域で、圧縮自己着火燃焼ではなく、点火プラグ２０の火花点火により混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼が実行される。
【０１１５】
（４）作用効果等
以上説明したように、当実施形態の火花点火式ガソリンエンジンでは、温間時もしくは準温間時に、少なくとも一部の運転領域で、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。この圧縮自己着火燃焼の実行領域のうち、特定の運転領域（温間時の第３運転領域Ａ３や準温間時の第７運転領域Ｂ２）では、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に分けてインジェクタ２１から燃料が噴射されるとともに、前段噴射Ｐ１から後段噴射Ｐ２までの間の所定時期に、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２の各噴射量よりも少量の燃料をインジェクタ２１から噴射させかつ点火プラグ２０に火花点火を行わせる着火アシストが実行される（図８および図１０（ｃ）参照）。すると、この着火アシストによって上記点火プラグ２０の電極付近に火炎（図１０（ｄ）のＹａ）が形成され、これをきっかけにして、点火プラグ２０の電極から離れた場所で上記前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１が自着火による燃焼を開始するとともに（図１０（ｅ）のＹ１）、それに引き続いて上記後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ２が自着火により燃焼する（図１０（ｈ）のＹ２）。このような構成によれば、着火アシストにより混合気の自着火を促進しながら、燃焼騒音やスートの増大を効果的に防止することができる。
【０１１６】
すなわち、上記実施形態では、前段噴射Ｐ１と後段噴射Ｐ２との間に着火アシストを行い、その着火アシストに基づく火炎により燃焼室６の高温化を図ることで、上記前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ１，Ｘ２の自着火を、上記火炎の発生に引き続いて起こすようにしたため、混合気の自着火が比較的起き難い運転領域であっても、自着火による燃焼（圧縮自己着火燃焼）を安定的に継続させることができる。
【０１１７】
しかも、上記着火アシスト用の燃料噴射（アシスト用噴射Ｐａ）として、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２よりも少量の燃料を噴射し、その燃料に基づく火炎の形成後は、点火プラグ２０の電極から離れた場所（当実施形態では燃焼室６の外周部）で前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１を燃焼させるとともに（図１０（ｅ））、後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ２を続けて燃焼させるようにしたため（図１０（ｈ））、少量の燃料を用いた着火アシストにより燃焼室６の高温化を図りながら、それ以外の燃料（前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２により噴射された燃料）に基づく混合気Ｘ１，Ｘ２を、火炎伝播ではなく自着火により確実に燃焼させることができる。これにより、着火アシストによる安定燃焼を図りながら、自着火により燃焼する混合気の割合（１燃焼サイクル中に形成される混合気のうち火炎伝播ではなく自着火により燃焼する混合気の割合）を高くして、熱効率をより向上させることができる。
【０１１８】
さらには、着火アシストによる火炎の形成をきっかけに、着火アシストよりも前に実行された前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１をまず燃焼させ始め、その燃焼の開始後に、着火アシストよりも後に実行された後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ２を燃焼させるようにしたため、上記前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ１，Ｘ２が同時に燃焼することがなく、筒内圧力の急上昇による燃焼騒音の増大や、局所的な酸素不足によるスートの増大を効果的に防止することができる。
【０１１９】
特に、上記実施形態では、着火アシスト用の火花点火（アシスト用点火Ｓ）の時点で、点火プラグ２０の電極よりもボア径方向の外側に離間した位置（燃焼室６の外周部）に前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１が偏在し、かつ上記点火プラグ２０の電極周りに上記アシスト用噴射Ｐａに基づく混合気が形成されるように、上記前段噴射Ｐ１およびアシスト用噴射Ｐａのタイミングをそれぞれ設定したため、着火アシストにより電極付近に形成される火炎（図１０（ｄ）のＹａ）とは独立して、前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１を自着火により確実に燃焼させることができ（図１０（ｅ）のＹ１）、自着火により燃焼する混合気の割合を効果的に高められるという利点がある。
【０１２０】
しかも、上記実施形態では、前段噴射Ｐ１に基づく燃焼が起きている時点で、燃焼室６の中央部に後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ２が偏在するように、当該後段噴射Ｐ２のタイミングを設定したため、前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１を燃焼室６の外周部で燃焼させ、かつ後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ２を燃焼室６の中央部で燃焼させることにより、各噴射Ｐ１，Ｐ２に基づく混合気Ｘ１，Ｘ２を別々の空間に分離しながら独立して燃焼させることができ、燃焼騒音やスートの増大をより効果的に防止することができる。
【０１２１】
さらに、上記実施形態では、インジェクタ２１として、燃焼室６天井の中央部から放射状に燃料（ガソリンを主成分とする燃料）を噴射する多噴口型のインジェクタを設けるとともに、このインジェクタ２１と対向するピストン５冠面の中央部に凹状のキャビティ４０を設けたため、このキャビティ４０を利用して、上記のような混合気Ｘ１，Ｘ２の燃焼独立性をより確実に担保することができる。
【０１２２】
より具体的に、上記実施形態では、圧縮行程中に前段噴射Ｐ１を実行することにより、その噴射の時点で、上記ピストン５のキャビティ４０よりもボア径方向の外側に位置する燃焼室６の外周部に、キャビティ４０の内部よりもリッチな（λ＝１程度の）混合気Ｘ１を形成するとともに（図１０（ｂ））、上記前段噴射Ｐ１よりも後の圧縮上死点付近で後段噴射Ｐ２を実行することにより、上記キャビティ４０の内部に、上記前段噴射Ｐ１の実行時よりもリッチな（混合気Ｘ１と同様のλ＝１程度の）混合気Ｘ２を形成するようにした（図１０（ｇ））。このように、主にキャビティ４０の内と外に分けて混合気Ｘ１，Ｘ２を形成し、それらの混合気Ｘ１，Ｘ２を圧縮上死点付近で独立して自着火、燃焼させるようにした場合には、上記前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２に分けて噴射された燃料が混じり合って同時に燃焼してしまうといったことがなく、燃焼の独立性が十分に担保されるため、燃焼騒音やスートの増大をより確実に防止することができる。
【０１２３】
特に、上記実施形態では、キャビティ４０よりもボア径方向外側のピストン５冠面に環状凹部４１を設けたため、上記前段噴射Ｐ１によって噴射された燃料を上記環状凹部４１に導入することにより、その環状凹部４１の設置部に対応する燃焼室６の外周部に、上記前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１を確実に留めておくことができる。この結果、当該前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１を、その後の後段噴射Ｐ２に基づきキャビティ４０内に形成される混合気Ｘ２から明確に分離することができ、それらの混合気Ｘ１，Ｘ２の燃焼独立性をさらに高めることができる。
【０１２４】
また、上記実施形態では、図４（ａ）に示した制御マップＡが使用されるエンジンの温間時に、エンジンの高回転かつ高負荷寄りに設定された第３運転領域Ａ３（特定運転領域）を、上記着火アシストおよび分割噴射に基づく圧縮自己着火燃焼の実行領域とし、上記第３運転領域Ａ３よりも低回転側に設定された第２運転領域Ａ２（非アシスト領域）を、着火アシストなしの圧縮自己着火燃焼（分割噴射に基づく混合気を着火アシストなしで自着火させる燃焼）の実行領域とした。そして、上記第２運転領域Ａ２と第３運転領域Ａ３との境界ラインＬｙを、エンジンの温度条件が高いほど高回転側に（矢印Ｗ１）、温度条件が低いほど低回転側に設定するようにした（矢印Ｗ２）。このような構成によれば、エンジンの温度条件が高いほど混合気の着火性が高まり、着火アシストなしでも混合気の自着火が可能な上限の回転速度が上昇することに合わせて、着火アシストを用いた圧縮自己着火燃焼の実行領域（第３運転領域Ａ３）を高回転側へと狭めることにより、混合気の着火性を担保しながら、着火アシストの実行頻度を全体として低下させることができる。これにより、着火アシストのために使用される燃料の量が低減されるため、さらなる熱効率の向上を図ることができる。
【０１２５】
また、上記実施形態では、図４（ｂ）（ｃ）に示した制御マップＢ，Ｃが使用されるエンジンの準温間時または冷間時に、少なくともエンジンの高回転域を含む運転領域（マップＢの第８運転領域Ｂ３、およびマップＣの全運転領域Ｃ１）で、点火プラグ２０の火花点火により混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼を実行するようにしたため、エンジンの温度条件がそれほど高くなく、しかも回転速度Ｎｅが高いために燃料の受熱期間が短いという環境下で、失火を招くことなく安定的に混合気を燃焼させることができる。
【０１２６】
なお、上記実施形態では、エンジンの温度条件を、図５に示すように、温間（Ｗ１）、準温間（Ｗ２）、冷間（Ｗ３）の３段階に分け、それぞれの段階のときに、図４（ａ）〜（ｃ）に示した３種類の制御マップＡ，Ｂ，Ｃのいずれかに従ってエンジンを制御するものとしたが、これら制御マップのバリエーションはあくまで一例に過ぎず、他のバリエーションも当然に考えられる。例えば、温間と準温間の間、または準温間と冷間の間に別の段階を規定し、そのような段階では、上記制御マップＡ〜Ｃとは異なる別の態様の制御マップを使用するようにしてもよい。
【０１２７】
また、上記実施形態では、上記制御マップＡ，Ｂ，Ｃを使い分ける基準となるエンジンの温度条件を、エンジンの冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａの２種類の温度値に基づき特定するようにしたが、エンジンの温度条件を特定するためのパラメータは、混合気の着火性に影響する温度に関するものであればよく、上記冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａの２種類に限られない。例えば、エンジンの吸気ポート９を通過する空気の温度のみによって、エンジンの温度条件の高低を判断してもよい。つまり、吸気ポート９内の空気の温度は、エンジン本体１の温度（冷却水温Ｔｗ）と外気温Ｔｗとの両方の影響により変動するものであり、燃焼室６に流入する直前の空気の温度であるため、混合気の着火性に直接的に影響する。よって、上記吸気ポート９を通過する空気の温度（吸気温度）のみによっても、エンジンの温度条件の高低を判断することが可能である。あるいは、エンジンが搭載される車両の仕向け地が特定の国地域に限られ、外気温Ｔａの変動幅が年間を通じてそれほど大きく変わらない場合には、外気温Ｔａの影響を無視できるので、エンジンの冷却水温Ｔｗのみによってエンジンの温度条件の高低を判断してもよい。
【０１２８】
また、上記実施形態では、図６〜図８を用いて、各種運転領域での燃料の噴射時期や着火アシストの時期について例示したが、これらはあくまで一例に過ぎず、上記燃料噴射時期や着火アシストの時期はエンジンの特性等によって適宜変更し得るものである。
【０１２９】
エンジンの温間時に使用される制御マップＡ（図４（ａ））の第２運転領域Ａ２を例に挙げると、この第２運転領域Ａ２では、圧縮上死点前６０〜５０°ＣＡ程度の期間内に前段噴射Ｐ１を実行するとともに、圧縮上死点後０〜１０°ＣＡ程度の期間内に後段噴射Ｐ２を実行するものとしたが、こられ各噴射Ｐ１，Ｐ２のタイミングは、インジェクタ２１からの燃料の噴射角（気筒中心軸に対する拡がり角度）やピストン５冠面の形状等が異なれば、これに合わせて変更する必要がある。
【０１３０】
より具体的に説明すると、例えば、インジェクタ２１からの燃料の噴射角が上記実施形態の例よりも小さい場合には、鉛直下向きにより近い角度（つまりインジェクタ２１から遠く離れないとボア径方向の外側に大きく拡がらないような角度）で燃料が噴射されるため、仮にピストン５の冠面の形状が上記実施形態と同一であると仮定すると、上記実施形態のときよりも早いタイミングで前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２を実行しなければ、当該各噴射Ｐ１，Ｐ２による燃料をそれぞれ所望の場所（燃焼室６の外周部およびキャビティ４０の内部）に偏在させることができなくなる。このため、燃料の噴射角が小さい場合は、燃料噴射Ｐ１，Ｐ２の時期を早めるとよい。
【０１３１】
ただし、このような噴射角等の相違による影響があるとしても、設定可能な噴射角や、キャビティ４０および環状凹部４１等の配置バランス等を考慮すれば、後段噴射Ｐ２は、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの間のいずれかのタイミングで実行する必要があり、前段噴射Ｐ１は、上記後段噴射Ｐ２よりも前であって、かつ圧縮行程中に実行する必要があると考えられる。なお、ここでいう圧縮行程後期とは、圧縮行程を初期、中期、後期に分けたときの後期であって、圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０〜０°ＣＡの範囲を指す。同様に、膨張行程初期とは、膨張行程を初期、中期、後期に分けたときの初期であって、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）０〜６０°ＣＡの範囲を指す。
【０１３２】
また、温間時（制御マップＡ）の第３運転領域Ａ３や準温間時（制御マップＢ）の第７運転領域Ｂ２で実行される着火アシストの時期については、上記前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２の間の所定時期に行われるものであるから、例えば上記のように前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２の時期が変更された場合には、これに合わせて適宜変更すべきものである。
【０１３３】
また、分割噴射の回数についても、上記のような前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２の２回に限るものではない。例えば、前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２の前の予備噴射として、少量の燃料を前段噴射Ｐ１よりも前に噴射するようにしてもよい。
【０１３４】
また、上記実施形態では、インジェクタ２１が多噴口型のインジェクタであり、その先端部に１２個の噴口が設けられるものとしたが、噴口の数は１２個に限られず、１２個より多くても少なくてもよい。ただし、噴口の数があまりに少ないと、インジェクタ２１から噴射された燃料の濃度が周方向に大きくばらつくことになる。このため、噴口の数は８個以上とすることが望ましい。噴口の数が８個以上であれば、上記前段噴射Ｐ１および後段噴射Ｐ２を実行した後、ごく短時間で、周方向にほぼ均一な空燃比をもった混合気を形成することができ、その後の自着火による燃焼（圧縮自己着火燃焼）を適正に行わせることができる。
【符号の説明】
【０１３５】
６  燃焼室
２０  点火プラグ
２１  インジェクタ
５０  ＥＣＵ（制御手段）
Ａ２  非アシスト領域
Ａ３  第３運転領域（特定運転領域）
Ｂ２  第７運転領域（特定運転領域）
Ｌｙ  境界ライン
Ｐ１  前段噴射
Ｐ２  後段噴射
Ｐａ  アシスト用噴射（着火アシスト用の燃料噴射）
Ｓ  アシスト用点火（着火アシスト用の火花点火）
【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１１】
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【図９】
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【図１０】
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