(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に臨む状態で当該燃焼室天井に配設されて、前記燃焼室に形成された少なくとも一部がガソリンからなる燃料と空気との混合気に点火エネルギーを供給可能な点火プラグを備えた火花点火式ガソリンエンジンであって、
前記燃料を燃焼室内に噴射する複数の噴口が先端部に形成されているとともに、当該先端部が前記燃焼室天井の径方向中央部分において前記燃焼室内に臨む状態で配設されたインジェクタと、
前記インジェクタによる燃料の噴射動作および前記点火プラグによる点火動作を制御する制御手段とを備え、
前記インジェクタの各噴口の軸線は、当該各噴口を通じて燃料が前記ピストンの冠面に近づくほど径方向外側に拡がって放射状に噴射される方向に傾斜しており、
前記燃焼室天井の径方向中央部分には、前記ピストンの冠面から離間する方向に凹むとともに当該ピストンの冠面に近づくほど径方向外側に広がる内周面を有し、内側に前記インジェクタの先端部が格納されるインジェクタ格納部が形成されており、
前記ピストンの冠面の径方向中央部分には、前記燃焼室天井から離間する方向に凹む凹状のキャビティが形成されており、
前記キャビティの開口縁は前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側に位置しており、
前記点火プラグは、その点火点が、前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側、かつ、前記キャビティの開口縁よりも径方向内側となる位置に配置されており、
前記制御手段は、
少なくともエンジンの特定運転領域において、前記インジェクタから前記燃焼室内に燃料を噴射させ、かつ、当該噴射された燃料と空気の混合気の自着火を促進するために前記混合気に前記点火プラグから点火エネルギーを供給する着火アシストを圧縮行程後期に実行することにより、前記混合気を自着火により燃焼させるとともに、
前記特定領域において、前記着火アシストを実行するタイミングよりも前かつ前記燃焼室のうち前記キャビティよりも径方向外側の部分に混合気が偏在するようなタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する前段噴射と、当該前段噴射のタイミングと前記混合気に前記点火プラグから点火エネルギーを供給するタイミングとの間のタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する着火アシスト用噴射と、当該着火アシスト用噴射よりも後でかつ前記前段噴射に基づく混合気の燃焼の終了前であって前記キャビティ内に混合気が偏在するようなタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する後段噴射とを、前記インジェクタに実行させるとともに、前記着火アシスト用噴射において、前記インジェクタに、前記前段噴射および後段噴射時よりも少量の燃料を噴射させ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２】
請求項１に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記インジェクタ格納部の内周面は、前記燃焼室天井の径方向中央部分を頂部とする略円錐面状を有しており、
前記インジェクタの先端部は、前記頂部に位置してい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１または２に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記キャビティの径方向中央部分には、前記燃焼室天井に近接する方向に突出して、頂部が前記インジェクタ格納部の径方向中央と対向する隆起部が形成されてい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のいずれかに記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記点火プラグの点火点は、前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側において、前記燃焼室天井とほぼ同じ高さ位置に位置してい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１〜４のいずれかに記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記燃焼室と連通する吸気ポートおよび排気ポートと、互いに隣接する位置に配置されて前記吸気ポートを開閉可能な複数の吸気バルブと、互いに隣接する位置に配置されて前記排気ポートを開閉可能な複数の排気バルブとを備え、
前記点火プラグは、互いに隣接する排気バルブ間に配置されてい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のいずれかに記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、前記特定運転領域を除く運転領域のうち少なくとも一部の限定領域において、前記インジェクタから前記燃焼室内に燃料を噴射させる一方、前記点火プラグによる前記燃焼室内の混合気への点火エネルギーの供給を停止させて、当該燃焼室内の混合気を自着火により燃焼させ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、燃焼室内に臨む状態で当該燃焼室天井に配設されて、前記燃焼室に形成された少なくとも一部がガソリンからなる燃料と空気との混合気に点火エネルギーを供給可能な点火プラグを備えた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。圧縮自己着火燃焼とは、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】
ここで、前記圧縮自己着火燃焼を安定して実現するためには、燃焼室内の混合気の温度をより確実に高温とする必要がある。これに対して、例えば、特許文献１に開示されているように、内部ＥＧＲ量を増大させてこれにより混合気の温度を高める方法や、特許文献２に開示されているように混合気に点火エネルギーを供給して混合気の一部を燃焼させることにより混合気の温度を高めるいわゆる着火アシストを行う方法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８５２４１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０２１５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記着火アシストを行う場合において、点火エネルギーが加えられる混合気に含まれる燃料が十分に霧化していない場合は、混合気が適正に燃焼しないあるいは排気性能が悪化するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、点火エネルギーを十分に霧化した燃料に供給することができ、これにより、適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる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】
前記課題を解決するために、本発明は、燃焼室内に臨む状態で当該燃焼室天井に配設されて、前記燃焼室に形成された少なくとも一部がガソリンからなる燃料と空気との混合気に点火エネルギーを供給可能な点火プラグを備えた火花点火式ガソリンエンジンであって、前記燃料を燃焼室内に噴射する複数の噴口が先端部に形成されているとともに、当該先端部が前記燃焼室天井の径方向中央部分において前記燃焼室内に臨む状態で配設されたインジェクタと、前記インジェクタによる燃料の噴射動作および前記点火プラグによる点火動作を制御する制御手段とを備え、前記インジェクタの各噴口の軸線は、当該各噴口を通じて燃料が前記ピストンの冠面に近づくほど径方向外側に拡がって放射状に噴射される方向に傾斜しており、前記燃焼室天井の径方向中央部分には、前記ピストンの冠面から離間する方向に凹むとともに当該ピストンの冠面に近づくほど径方向外側に広がる内周面を有し、内側に前記インジェクタの先端部が格納されるインジェクタ格納部が形成されており、前記ピストンの冠面の径方向中央部分には、前記燃焼室天井から離間する方向に凹む凹状のキャビティが形成されており、前記キャビティの開口縁は前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側に位置しており、前記点火プラグは、その点火点が、前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側、かつ、前記キャビティの開口縁よりも径方向内側となる位置に配置されており、前記制御手段は、少なくともエンジンの特定運転領域において、前記インジェクタから前記燃焼室内に燃料を噴射させ、かつ、当該噴射された燃料と空気の混合気の自着火を促進するために前記混合気に前記点火プラグから点火エネルギーを供給する着火アシストを圧縮行程後期に実行することにより、前記混合気を自着火により燃焼させるとともに、前記特定領域において、前記着火アシストを実行するタイミングよりも前かつ前記燃焼室のうち前記キャビティよりも径方向外側の部分に混合気が偏在するようなタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する前段噴射と、当該前段噴射のタイミングと前記混合気に前記点火プラグから点火エネルギーを供給するタイミングとの間のタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する着火アシスト用噴射と、当該着火アシスト用噴射よりも後でかつ前記前段噴射に基づく混合気の燃焼の終了前であって前記キャビティ内に混合気が偏在するようなタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する後段噴射とを、前記インジェクタに実行させるとともに、前記着火アシスト用噴射において、前記インジェクタに、前記前段噴射および後段噴射時よりも少量の燃料を噴射させることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジンを提供する（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、点火点に十分に霧化された燃料が供給されるため、ＳＯＯＴの発生等を抑制して排気性能を高めつつ適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる。
【０００９】
具体的には、本発明では、前記インジェクタの先端部が燃焼室天井に形成されてピストンの冠面から離間する方向に凹むインジェクタ格納部内に格納されているとともに、点火点が、インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側に位置しており、インジェクタの先端部の各噴口から点火点までの距離が長くされている。そのため、点火点に到達するまでに、より多くの燃料を霧化させることができる。
【００１０】
また、本発明では、インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側に開口縁が位置するキャビティが、ピストンの冠面に形成されているとともに、前記点火点が、前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側、かつ、前記キャビティの開口縁よりも径方向内側に配置されている。そのため、インジェクタ先端部から噴出された燃料は、直接点火点に到達せず、点火点には、コアンダ効果によって吸い寄せられ、これに伴って霧化された燃料が到達する。また、前記燃料を、インジェクタ格納部から前記キャビティ内に流入する際に径方向外側に拡散させて霧化を促進することができ、点火点近傍に、より霧化された燃料を供給することができる。さらに、前記着火アシストが圧縮行程後期に実行されており、ピストンの上昇（燃焼室天井面に近接する方向の移動）に伴って、燃焼室内に噴射された燃料が拡散しつつ上方に巻き上げられるため、前記点火点近傍により霧化された燃料を到達させることができる。
そして、このように、十分に霧化された燃料を点火点に供給することができるため、本発明では、圧縮行程後期で少量の燃料を着火アシスト用噴射させた場合において、この燃料をより確実に燃焼させることができ、この少量の着火アシスト用噴射によって燃焼室内の全体の混合気が燃焼してしまうのを回避することができる。すなわち、着火アシスト用噴射による燃焼を、燃焼室内の温度を混合気が自着火可能な温度に上げるだけの燃焼にとどめつつ、その後の圧縮自己着火を誘発させることができる。
さらに、本発明では、着火アシストを実行するタイミングよりも前かつ燃焼室のうちキャビティよりも径方向外側の部分に混合気が偏在するようなタイミングで燃焼室内に燃料を噴射する前段噴射と、前段噴射のタイミングと混合気に点火プラグから点火エネルギーを供給するタイミングとの間のタイミングで燃焼室内に燃料を噴射する着火アシスト用噴射と、着火アシスト用噴射よりも後でかつ前段噴射に基づく混合気の燃焼の終了前であってキャビティ内に混合気が偏在するようなタイミングで燃焼室内に燃料を噴射する後段噴射とを実施しており、各噴射に基づく混合気の形成場所が構造的に明確に分離され、それぞれの混合気の燃焼独立性が十分に担保されるため、燃焼室内の混合気が同時に燃焼することで燃焼騒音が増大するといった事態、あるいは、ＳＯＯＴが多量に発生するという事態をより確実に回避することができる。
【００１１】
前記インジェクタ格納部およびインジェクタの具体的構成としては、インジェクタ格納部の内周面が、前記燃焼室天井の径方向中央部分を頂部とする略円錐面状を有し、この頂部に前記インジェクタの先端部が配置されているものが挙げられる（請求項２）。
【００１２】
本発明において、前記キャビティの径方向中央部分には、前記燃焼室天井に近接する方向に突出して、頂部が前記インジェクタ格納部の径方向中央と対向する隆起部が形成されているのが好ましい（請求項３）。
【００１３】
この構成によれば、燃焼室天井面とキャビティの内周面とで囲まれる部分の容積ひいてはこの部分の混合気の当量比を径方向にほぼ均一として当量比の不均一に伴う異常燃焼の発生を回避することができる。
【００１４】
また、本発明において、前記点火プラグの点火点は、前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側において、前記燃焼室天井とほぼ同じ高さ位置に位置しているのが好ましい（請求項４）。
【００１５】
この構成では、インジェクタから噴射された燃料が点火点に直接あたるのをより確実に回避することができるため、燃料の液滴が点火点に付着することに伴う点火性能の悪化を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記燃焼室と連通する吸気ポートおよび排気ポートと、互いに隣接する位置に配置されて前記吸気ポートを開閉可能な複数の吸気バルブと、互いに隣接する位置に配置されて前記排気ポートを開閉可能な複数の排気バルブとを備え、前記点火プラグは、互いに隣接する排気バルブ間に配置されているのが好ましい（請求項５）。
【００１７】
この構成によれば、点火プラグの取り付け位置を確保しつつ、吸気バルブのバルブ面積を大きくして燃焼室に流入する吸気量ひいてはエンジントルクを確保することができる。
【００２１】
前記点火プラグのうち点火点近傍の部分は、点火エネルギーの供給が停止されている場合であっても比較的高温を維持している。そのため、点火エネルギーの供給を停止させて燃焼室内の混合気を自着火により燃焼させる場合において、燃料と点火点とが接触して点火点から燃料に熱エネルギーが供給されると、早期着火等の異常燃焼が生じるおそれがある。これに対して、本発明では、前記のように、点火点がインジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側に配置されて、燃料が直接点火点に当たるのが抑制されているので、点火エネルギーの供給停止時において点火点から燃料に加えられる熱エネルギーを抑制して異常燃焼をより確実に回避することができる。
【００２２】
そのため、本発明は、前記制御手段は、前記特定運転領域を除く運転領域のうち少なくとも一部の限定領域において、前記インジェクタから前記燃焼室内に燃料を噴射させる一方、前記点火プラグによる前記燃焼室内の混合気への点火エネルギーの供給を停止させて、当該燃焼室内の混合気を自着火により燃焼させるものに適用されるのが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、排気性能を向上させつつ適正な圧縮自己着火燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るガソリンエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示すガソリンエンジンのシリンダヘッドの概略平面図である。
【図３】図１に示す燃焼室周辺を拡大して示す概略断面図である。
【図４】前記エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図５】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６】図５の第１運転領域（Ａ１）における制御内容を説明するためのタイムチャートである。
【図７】図５の第２運転領域（Ａ２）における制御内容を説明するためのタイムチャートである。
【図８】図５の第３運転領域（Ａ３）における制御内容を説明するためのタイムチャートである。
【図９】図５の第４運転領域（Ａ４）における制御内容を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は、前記第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１１】（ａ）〜（ｆ）は、前記第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１２】前記第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。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るガソリンエンジンの燃焼室周辺を示した図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係るガソリンエンジンの燃焼室周辺を示した図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係るガソリンエンジンの燃焼室周辺を示した図である。
【図１６】図１４に示す実施形態に係るガソリンエンジンの点火点の位置を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（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。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る。なお、この燃料はガソリンが主成分であればよく、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。以下、適宜、前記ピストン５の軸方向であってその摺動方向を上下方向といい、シリンダヘッド４側を上側、シリンダブロック３側を下側という。
【００２６】
前記エンジン本体１すなわち気筒２の幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自己着火燃焼の安定化等を目的として、１４以上という高い値に設定されている。なお、この幾何学的圧縮比は、実用上の観点等から２０程度が限界であると考えられる。そのため、前記幾何学的圧縮比は、１４以上２０以下の範囲の適宜の値に設定される。
【００２７】
前記ピストン５は、コネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されている。前記ピストン５の往復運動に応じて、前記クランク軸７はその中心軸回りに回転する。
【００２８】
前記ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。燃焼室６には、吸気ポート９および排気ポート１０が開口している。前記シリンダヘッド４には、各ポート９，１０を開閉する吸気弁１１および排気弁１２が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）エンジンである。各気筒につき前記吸気ポート９および排気ポート１０が２つずつ設けられるとともに、前記吸気弁１１および排気弁１２も２つずつ設けられている。
【００２９】
図２に示すように、２つの吸気弁１１と２つの排気弁１２とは、燃焼室６の中心線Ｌを挟んでそれぞれ両側に設けられている。すなわち、図２において、２つの吸気弁１１は、燃焼室６の中心線Ｌよりも下側部分に設けられており、この部分において中心線Ｌと略平行な方向に並んでいる。また、図２において、２つの排気弁１２は、燃焼室６の中心線Ｌよりも上側部分に設けられており、この部分において中心線Ｌと略平行な方向に並んでいる。
【００３０】
ここで、「燃焼室」とは、狭義には、ピストン５が上死点にあるときにその上方に形成される空間のことを指すが、ここでいう燃焼室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（広義の燃焼室）。
【００３１】
前記吸気弁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。
【００３２】
前記吸気弁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。
【００３３】
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前記カムの揺動量（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）。
【００３４】
前記排気弁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。
【００３５】
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）。
【００３６】
このＶＶＬ１６の作用により、排気弁１２が排気行程中に加えて吸気行程中に開弁した場合には、排気行程において高温の排気が排気ポート１０から燃焼室６に逆流して、燃焼室６内に大量の排気が残留する。すなわち内部ＥＧＲガス量が多く確保される。一方、排気弁１２が排気行程中にのみ開弁した場合には、内部ＥＧＲガス量は少量あるいはない状態に抑えられる。
【００３７】
前記エンジン本体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。
【００３８】
前記吸気通路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、前記サージタンク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】
前記排気通路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、前記共通通路部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】
前記吸気通路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。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どうしを連通するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１の途中部に設けられてＥＧＲ通路３１を通過する排気の流量を制御するＥＧＲバルブ３２と、ＥＧＲ通路３１を通過する排気を冷却する水冷式のＥＧＲクーラ３３とを有している。
【００４１】
前記吸気通路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、本実施形態では、前記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の内部ＥＧＲ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。したがって、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】
前記排気通路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は、前記三元触媒の作用により浄化される。
【００４３】
また、エンジン本体には、各種センサが取り付けられている。例えば、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサＳＷ１、クランク軸７の回転角度（クランク角）ひいてはエンジン回転数を検出するためのクランク角センサＳＷ２、前記カムシャフトの角度を検出して気筒判別（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）用の信号を出力するカム角センサＳＷ３が、エンジン本体に取り付けられている。
【００４４】
図３は、前記燃焼室６周辺を示した図である。この図３等に示すように、燃焼室６の内周面の一部を構成するピストン５の冠面の径方向中央部分には、下方（燃焼室天井面６０から離間する方向）に凹む凹状のキャビティ４０が設けられている。
【００４５】
前記キャビティ４０の径方向中央部分には、上方（燃焼室天井面６０に近接する方向）に突出する隆起部４０ｂが形成されている。この隆起部４０ｂは、キャビティ４０の径方向中央を通り上下に延びる線すなわちピストン５の軸線ｕ１を中心軸とする略円錐状を有している。キャビティ４０の内周面４０ａのうちこの隆起部４０ｂよりも径方向外側の部分４０ｃは、径方向外側に向かうに従って上方に向かうように湾曲した後、上方に向かうに従って径方向内側に向かうように湾曲している。すなわち、本実施形態では、キャビティ４０は、その上端の開口部４０ｄ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なっている。
【００４６】
前記キャビティ４０よりも径方向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、径方向外側に至るほど高さが低くなるように形成されている。この環状凹部４１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。
【００４７】
また、前記環状凹部４１よりもさらに径方向外側に位置するピストン５の最外周部には、前記環状凹部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、前記キャビティ４０上端の開口部４０ｄを囲む部分（リップ部）と同一に設定されている。
【００４８】
前記シリンダヘッド４の底面で構成される燃焼室６の天井面６０の径方向中央部分には、ピストン５の冠面から離間する方向に凹むインジェクタ格納部６２が設けられている。前記燃焼室６の天井面６０のうち前記インジェクタ格納部６２よりも径方向外側の部分６３は、ピストン５の軸線ｕ１と直交する平面となっている。すなわち、前記燃焼室６の天井面６０は、いわゆるフラットヘッドの径方向中央部分に上方に凹む前記インジェクタ格納部６２が形成された形状を有している。
【００４９】
前記インジェクタ格納部６２は、燃焼室６の天井面６０の径方向中央部分を頂部とする略円錐状を有している。このインジェクタ格納部６２の頂部と前記隆起部４０ｂの頂部とは対向している。詳細には、このインジェクタ格納部６２の径方向中央部分には、シリンダヘッド４の内部に形成されて前記インジェクタ２１が取り付けられる取り付け部６６が開口しており、インジェクタ格納部６２の内周面６２ａはこの開口部６６ａから下方に向かって円錐台状に延びている。
【００５０】
前記インジェクタ格納部６２の下端の開口縁６２ｂは、前記キャビティ４０の上端の開口縁４０ｅよりも径方向内側に位置している。本実施形態では、このインジェクタ格納部６２の下端の開口縁６２ｂは、前記隆起部４０ｂの径方向外側端よりも内側に位置している。すなわち、図２に示すように、インジェクタ格納部６２は、ピストン５の軸線ｕ１の一方向から見た平面視で、キャビティ４０の内側に位置しており、キャビティ４０のうちの径方向外側部分は燃焼室天井面６０のうちインジェクタ格納部６２よりも径方向外側の部分６３（以下、適宜、この燃焼室天井面６０のうちインジェクタ格納部６２よりも径方向外側の部分をフラットヘッド面６３という）と対向している。
【００５１】
ここで、前記隆起部４０ｂが形成されることで、この隆起部４０ｂがない場合に比べてキャビティ４０の径方向中央部分の容積は減少する。しかしながら、前記燃焼室天井６０の径方向中央部分には、上方に凹むインジェクタ格納部６２が形成されている。そのため、燃焼室天井面６０とキャビティ４０の内周面４０ａとで囲まれる部分の容積は、ほぼ均一とされる。
【００５２】
前記シリンダヘッド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。
【００５３】
前記インジェクタ２１には燃料供給管２３（図１参照）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）が前記インジェクタ２１の先端部Ｉ１から噴射される。
【００５４】
前記燃料供給管２３の上流側には、クランク軸７と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプが接続されているとともに、この高圧燃料ポンプと前記燃料供給管２３との間には、全気筒に共通の蓄圧用のコモンレールが設けられている。そして、このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２のインジェクタ２１に供給されることにより、各インジェクタ２１からは、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料が噴射されるようになっている。なお、燃料噴射圧力の上限値は、実用上の観点等から１２０ＭＰａ程度であると考えられるため、前記インジェクタ２１からの噴射圧力は、３０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下の範囲の適宜の値に設定される。
【００５５】
前記インジェクタ２１は、いわゆる多噴口型のインジェクタである。本実施形態では、前記インジェクタ２１は、その先端部Ｉ１に１２個の噴口を有している。前記インジェクタ２１は、その先端部Ｉ１が前記インジェクタ格納部６２の頂部すなわち前記取り付け部６６の開口部６６ａに位置し、その軸線ｕ１がインジェクタ格納部６２の頂部すなわち燃焼室６の天井面６０の径方向中央を通り、このインジェクタ格納部６２の頂部からインジェクタ格納部６２内に臨む姿勢で、前記取り付け部６６に取り付けられている。前記各噴口２１ａは、インジェクタ２１の軸線ｕ１を中心とする円周上に互いに等間隔に形成されており、各噴口２１ａの軸線ｕ２すなわち各噴口２１ａの開口方向は、径方向外側に向かって斜め下方（ピストン４の冠面側）を向いている。前記インジェクタ２１の各噴口２１ａから燃料が噴射された場合、その燃料は、ピストン５の冠面に近づくほど径方向外側に拡がるように放射状に噴射される。本実施形態では、各噴口２１ａの軸線ｕ２は、インジェクタ２１の軸線ｕ１に対して４５度傾斜している。すなわち、図３における角度α１は、４５度に設定されている。
【００５６】
前記インジェクタ格納部６２の内周面６２ａは、前記インジェクタ２１から噴射された燃料がこの内周面６２ａに衝突しないように、この燃料の通過領域Ｆ１よりも径方向外側に位置している。本実施形態では、前記インジェクタ格納部６２の内周面６２ａは、側面視で、前記燃料の通過領域Ｆ１よりも径方向外側においてインジェクタ２１の噴口２１ａの軸線ｕ２と平行に延びている。燃料の通過領域Ｆ１とは、各噴口２１ａから噴射された燃料が燃焼室６の壁面に到達する前に通過する領域であり、各噴口２１ａを頂点として各噴口２１ａの軸線ｕ２を中心軸とした各噴口２１ａの噴霧角度α２を頂角とする円錐状の領域である。例えば、噴霧角度α２は、１５度に設定されている。
【００５７】
ここで、前述のように、前記インジェクタ格納部６２の下端の開口縁６２ｂは、前記キャビティ４０の上端の開口縁４０ｅよりも径方向内側に位置しており、インジェクタ格納部６２内の空間よりもキャビティ４０内の空間の方が径方向に広がっている。そのため、インジェクタ２１から噴射された燃料は、前記インジェクタ格納部６２内を通過した後、前記キャビティ４０の径方向外側部分に流入し、この流入時に径方向に拡散し、霧化される。
【００５８】
前記点火プラグ２０は、図外の点火回路からの給電に応じてその先端から火花を放電して燃焼室６内の混合気に点火エネルギーを供給し、この混合気に点火する。本実施形態では、前記点火プラグ２０は、前記燃焼室６の天井面６０のうちの前記フラットヘッド面６３から燃焼室６内を臨む状態で、取り付けられている。より詳細には、シリンダヘッド４のうち前記フラットヘッド面６３と前記インジェクタ格納部６２との境界部分に、上方に凹む点火プラグ退避部６２ｃが形成されており、点火プラグ２０は、この点火プラグ退避部６２ｃから燃焼室６内を臨んでいる。
【００５９】
前記取り付け状態において、前記点火プラグ２０の先端に設けられた外側電極と内側電極との中間部分すなわち点火点Ｓ１は、前記インジェクタ格納部６２の下側開口縁６２ｂよりも径方向外側であって、前記燃料の通過領域Ｆ１と重複しない位置に配置されている。本実施形態では、前記点火点Ｓ１は、側面視で、前記フラットヘッド面６３と同じ高さ位置に配置されており、前記燃料の通過領域Ｆ１よりも径方向外側に位置している。
【００６０】
このように、前記点火点ＳＩは、インジェクタ格納部６２の頂部に位置するインジェクタ２１の先端部Ｉ１から離間した位置に配置されており、、インジェクタ２１の先端部Ｉ１から噴射された燃料は、点火点ＳＩ付近に到達するまでの間に霧化する。また、点火点ＳＩは、前記インジェクタ格納部６２の下側開口縁６２ｂよりも径方向外側であって前記燃料の通過領域Ｆ１よりも径方向外側に位置しているため、点火点ＳＩ近傍には、前記インジェクタ格納部６２からキャビティ４０内に流入するのに伴って拡散、霧化された燃料が到達する。ここで、点火点ＳＩは、前記燃料の通過領域Ｆ１よりも径方向外側に位置しているが、高速で通過する流体の周囲に物体を配置すると流体がこの物体に吸い寄せられるというコアンダ効果によって、図３のＱｃで示したように、燃料は、拡散しつつ点火点ＳＩ側に吸い寄せられるため、点火点ＳＩには、十分に霧化された燃料が供給される。
【００６１】
（２）制御系
図４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であり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００６２】
前記ＥＣＵ５０には、エンジン本体に設けられた前記水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、およびカム角センサＳＷ３等の各種センサから種々の情報が入力される。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、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を検出するアクセル開度センサＳＷ４から、アクセル開度の情報がＥＣＵ５０に入力される。
【００６３】
前記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。
【００６４】
前記判定手段５１は、クランク角センサＳＷ２およびアクセル開度センサＳＷ４の各検出値から特定されるエンジンの回転数Ｎｅおよび負荷Ｔ（目標トルク）に基づいて、現在のエンジンの運転領域が図５の制御マップにおけるいずれの運転領域であるかを判定する。
【００６５】
前記図５の制御マップにおいて、エンジン負荷Ｔが比較的低い領域（低負荷域）には、全ての回転速度域にわたって第１運転領域（限定領域）Ａ１が設定されている。また、この第１運転領域Ａ１よりも負荷Ｔが高い中負荷域には、低回転側から順に第２運転領域（限定領域）Ａ２および第３運転領域（特定領域）Ａ３が設定されている。つまり、エンジンの中負荷域において、回転速度Ｎｅが所定値（例えば２０００〜３０００ｒｐｍ程度）よりも低い領域に第２運転領域Ａ２が設定されるとともに、この第２運転領域Ａ２よりも回転速度Ｎｅの高い領域に第３運転領域Ａ３が設定されている。さらに、前記第２、第３運転領域Ａ２，Ａ３よりも負荷Ｔが高い高負荷域には、全ての回転速度域にわたって第４運転領域Ａ４が設定されている。
【００６６】
エンジンの運転中においては、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）が前記図５中のどの運転領域（Ａ１〜Ａ４）に該当するかが都度判断され、各運転領域に応じた適切な制御が実行されるようになっている。
【００６７】
前記図５の制御マップに基づく制御の中身について簡単に説明しておく。この制御マップのうち、最も高負荷側に設定された第４運転領域Ａ４を除く部分負荷の領域、つまり第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、および第３運転領域Ａ３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ＣＩ燃焼（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〜Ａ３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を利用した着火アシストの有無、さらには内部ＥＧＲまたは外部ＥＧＲの有無等が異なる（その詳細については後述する）。ここでは、前記各領域Ａ１〜Ａ３で実行されるＣＩ燃焼用の制御のことを、それぞれ「リーンＨＣＣＩモード」「多段ＣＩモード」「ＳＡ−多段ＣＩモード」と称する。
【００６８】
一方、前記第１〜第３運転領域Ａ１〜Ａ３よりも高負荷側に設定された第４運転領域Ａ４では、ＣＩ燃焼ではなく、点火プラグ２０を用いた火花点火（Ｓｐａｒｋ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）をきっかけに混合気を火炎伝播により燃焼させる燃焼形態（以下、ＳＩ燃焼と略称する）が選択される。ただし、前記第４運転領域Ａ４でのＳＩ燃焼は、一般的なＳＩ燃焼とは異なり、燃料の噴射時期および点火時期を遅めに設定しつつ混合気を急速な火炎伝播により燃焼させるものであり（その詳細については後述する）、このような燃焼を実現するための前記第４運転領域Ａ４での制御のことを、ここでは「急速リタードＳＩモード」と称する。
【００６９】
なお、これら第１〜第４運転領域Ａ１〜Ａ４からなる制御マップは、基本的に、エンジン水温センサＳＷ１により検出された冷却水温が所定値（例えば８０℃）以上となる温間状態のときのものである。エンジンが冷間状態にあるときの制御マップについては、ここでは説明を省略する。
【００７０】
再び図４に戻って、前記インジェクタ制御手段５２は、前記インジェクタ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。具体的に、このインジェクタ制御手段５２は、負荷Ｔやエンジン回転数Ｎｅ等に基づいて、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を駆動する。
【００７１】
前記吸気制御手段５３は、前記ＣＶＶＬ１５を駆動して吸気弁１１のリフト量（開弁量）を変更する。例えば、吸気制御手段５３は、エンジンの負荷Ｔが高い場合には、燃焼室６に多量の空気（新気）を導入すべく、吸気弁１１のリフト量を増大させる。一方、吸気制御手段５３は、エンジンの負荷Ｔが低い場合には、吸気弁１１のリフト量を低減する。
【００７２】
前記内部ＥＧＲ制御手段５４は、前記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に残留する内部ＥＧＲガス量を調整する。なお、本実施形態において、ＶＶＬ１６付きの排気弁１２が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、内部ＥＧＲガス量を段階的に変化させることが可能である。
【００７３】
前記外部ＥＧＲ制御手段５５は、前記ＥＧＲ通路３１に設けられたＥＧＲバルブ３２の開度を変更して、排気通路２９から吸気通路２８に還流する排気ガス量すなわち外部ＥＧＲ量を調整する。
【００７４】
前記点火制御手段５６は、前記点火プラグ２０が火花放電を行うタイミング（点火時期）等を制御する。
【００７５】
（３）各運転領域の具体的制御手順
次に、前記ＥＣＵ５０が、前記第１運転領域Ａ１〜第４運転領域Ａ４で、それぞれどのような制御を実施するのかを具体的に説明する。
【００７６】
まず、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転が開始されると、前記クランク角センサＳＷ２およびアクセル開度センサＳＷ４の各検出値に基づいて、エンジンの運転点（負荷Ｔおよび回転数Ｎｅ）が図５の制御マップにおけるどの運転領域に該当するかを逐次判定する。そして、判定された運転領域に応じて、それぞれ以下のような制御を実行する。
【００７７】
なお、この説明の前提として、エンジンの冷却水温は充分に暖まっている（つまり温間時の運転である）ものとする。そして、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、温間時において、エンジンの運転点が前記運転領域Ａ１〜Ａ３のいずれにあっても、圧縮自己着火燃焼が実現される制御を実施する。ただし、適切な圧縮自己着火燃焼を行わせるには、インジェクタ２１からの燃料噴射時期や、内部ＥＧＲまたは外部ＥＧＲの有無や、点火プラグ２０からの点火の有無等を、運転領域Ａ１〜Ａ３によって変化させる必要がある。そのため、ＥＣＵ５０は、前記インジェクタ２１、点火プラグ２０、ＣＶＶＬ１５、ＶＶＬ１６、およびＥＧＲバルブ３２等を、エンジンの運転点を逐次判定しながら制御する。
【００７８】
（ｉ）第１運転領域Ａ１
図６は、エンジンが第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、圧縮行程の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。具体的に、この第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）との混合気が、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。
【００７９】
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、前記第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に逆流させて、燃焼室６内の内部ＥＧＲを多量に確保する。すなわち、排気弁１２は、排気行程に加えて（図６のリフトカーブＥＸ）、吸気行程でも開弁する（リフトカーブＥＸ’）。このように、高温の内部ＥＧＲガス量が多く確保されると、燃焼室６内の混合気の温度は高温となり、混合気の自着火が促進される。なお、内部ＥＧＲガス量は、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。
【００８０】
前記のように、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ガス量が増大されるのに伴い、外部ＥＧＲガスの導入は停止される。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。また、点火プラグ２０による混合気への点火は停止される。
【００８１】
ここで、後述するように、第３運転領域Ａ３では、混合気の自着火を促進する着火アシストとして点火プラグ２０により混合気に点火が行われる。そのため、点火プラグ２０のうち点火点ＳＩ近傍の部分は、この第３運転領域Ａ３での運転が一旦行われると、点火を停止している場合であっても高温となっている。一方、前述のように、点火プラグ２０の点火点ＳＩは、前記燃料の通過領域Ｆ１と重複しない位置に配置されている。そのため、高温の点火点ＳＩ近傍の部分により混合気が昇温されるのは回避され、この点火を停止する第１運転領域Ａ１において、前記混合気が自着火する前に燃焼する、すなわち、過早着火するのは回避され、適正な圧縮自己着火燃焼が実現される。
【００８２】
なお、前記第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、λ＝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、前記インジェクタ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以上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以上であれば、燃焼により生じるＮＯｘ量（生のＮＯｘ量）が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。
【００８３】
（ｉｉ）第２運転領域Ａ２
前記第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、圧縮上死点を挟んだ２回（Ｐ１，Ｐ２）に分けてインジェクタ２１から燃料を噴射させる分割噴射が実行される。以下では、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。また、点火プラグ２０による混合気への点火は停止される。
【００８４】
なお、当明細書において、ある行程の「後期」とか「初期」とかいう場合は、その行程を初期、中期、後期に３分割したときの後期あるいは初期を指すものとする。例えば、圧縮行程の後期であれば、圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０〜０°ＣＡの範囲を指し、膨張行程の初期であれば、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）０〜６０°ＣＡの範囲を指すことになる。
【００８５】
具体的に、当実施形態において、前記多段ＣＩモードのときの前段噴射Ｐ１のタイミング（より正確には開始タイミング）は、シリンダブロック３の壁面（燃焼室６の側面）に燃料が直撃して燃料がこの壁面に付着しないタイミングである圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０℃Ａ（ＣＡはクランク角を表す）前後から、キャビティ４０の中に燃料が多く進入せずにキャビティ４０内の混合気の空燃比が超リーン状態となるタイミングである圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）５０℃Ａ前後までの間に設定される。
【００８６】
前記前段噴射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、前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７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。
【００８７】
前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、燃料噴射量の多い前記第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、前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、前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。
【００８８】
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。
【００８９】
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天井の径方向中央部分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同時に燃焼してしまうことがなく、前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）。
【００９０】
また、前記第２運転領域Ａ２では、前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。
【００９１】
一方、第２運転領域Ａ２では、前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。
【００９２】
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内の新気の量を確保するため、および、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、より多くの新気量が必要になるとともに、噴射されるトータルの燃料が多いことに伴って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、ＥＧＲガスの体積を減少させて燃焼室６内の新気の量を確保するとともに、燃焼室６の高温化を防ぎ、前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。
【００９３】
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１０（ａ）〜（ｆ）を参照しつつより具体的に説明する。図１０（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）５０〜６０°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、前記インジェクタ２１の先端部Ｉ１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の冠面の径方向外側寄りに設けられた環状凹部４１に向かうことになる。
【００９４】
前記ピストン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１０（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、前記前段噴射Ｐ１の噴射時期および噴射量が設定されている。
【００９５】
もちろん、前記前段噴射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、前記燃焼室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の内部より極めてリッチな混合気Ｘ１が形成されていることになる。
【００９６】
前記のように燃焼室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１０（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Ｙ２は、前記混合気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。
【００９７】
前記のような前段噴射Ｐ１に基づく燃焼が始まると、それとほぼ同時、もしくはわずかな期間をあけて、図１０（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が降下を始めて間もない上死点後（ＡＴＤＣ）０〜１０°ＣＡ程度である。このようにピストン５が上死点に近いタイミングでインジェクタ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の冠面の径方向中央部分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１０（ｅ）に示すように、燃焼室６の径方向中央部分（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、前記後段噴射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混合気Ｘ２が形成されていることになる。
【００９８】
前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、前記混合気Ｘ２は、図１０（ｆ）に示すように、後段噴射Ｐ２の後、ごく短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、前記混合気Ｘ２が形成された領域に対応して、燃焼室６の径方向中央部分に限られる。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の径方向中央部分（燃焼領域Ｙ２）で燃焼することになる。
【００９９】
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前記第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大量発生が起きる心配がない。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。
【０１００】
特に、キャビティ４０よりも径方向外側に位置するピストン５の冠面に、径方向外側に至るほど高さが低くなる平面視円環状の環状凹部４１が形成されている。そのため、前記前段噴射Ｐ１によって噴射された燃料が前記環状凹部４１に受け入れられることにより、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、前記前段噴射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の燃焼独立性をより確実に担保することができる。
【０１０１】
また、前記環状凹部４１よりもさらに径方向外側に、前記前段噴射Ｐ１により噴射された燃料を上方にガイドする立壁部４２が設けられている。そのため、前記環状凹部４１に向けて噴射された前段噴射Ｐ１の燃料を立壁部４２に沿って上方に巻き上げることにより、燃料を十分に分散および気化・霧化させ、燃焼室６の外周部における混合気Ｘ１の形成を効果的に促進することができる。
【０１０２】
また、キャビティ４０が上窄まり状に形成され、その上端の開口部４０ａの面積がキャビティ４０内部の最大断面積よりも小さく設定されている。そのため、後段噴射Ｐ２により噴射された燃料に基づく混合気Ｘ２を、前記キャビティ４０の内部に確実に留めておくことができ、当該後段噴射Ｐ２に基づく混合気Ｘ２を、それ以前の前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１から明確に分離して形成することができる。
【０１０３】
また、前記第１運転領域Ａ１で述べたのと同様、この第２運転領域Ａ２においても、点火プラグ２０の点火点ＳＩが、前記燃料の通過領域Ｆ１と重複しない位置に配置されておりインジェクタ２１から噴射された燃料が点火点ＳＩに直接当たるのが回避されていることで、高温の点火点ＳＩ近傍の部分により混合気が昇温されるのは回避され、この第２運転領域Ａ２において過早着火等の異常燃焼は回避される。すなわち、適正な圧縮自己着火燃焼が実現される。
【０１０４】
（ｉｉｉ）第３運転領域Ａ３
前記第１運転領域Ａ１よりも負荷Ｔが高く、かつ前記第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、前記第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、前記第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。なお、図５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。
【０１０５】
具体的に、前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よりも前の圧縮行程後期に、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、前記前段噴射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。
【０１０６】
前記アシスト用点火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、インジェクタ格納部６２の下端の開口縁６２ｂを通過した直後のタイミングで実行される。
【０１０７】
ここで、前述のように、前記点火点ＳＩは、インジェクタ格納部６２の頂部に位置するインジェクタ２１の先端部から離間した位置に配置されており、点火点ＳＩ付近に到達するまでの間に、インジェクタ２１の先端部Ｉ１から噴射された燃料は霧化する。また、点火点ＳＩは、前記インジェクタ格納部６２の下側開口縁６２ｂよりも径方向外側であって前記燃料の通過領域Ｆ１よりも径方向外側に位置しており、点火点ＳＩには、前記インジェクタ格納部６２からキャビティ４０内に流入するのに伴って拡散、霧化された燃料が、コアンダ効果によって到達する。また、噴射された燃料はピストン５の上昇に伴い上方に巻き上げられるため、より霧化された燃料が点火点ＳＩに到達する。このようにして、点火点ＳＩには、十分に霧化された燃料が供給され、点火点ＳＩの周囲では、ＳＯＯＴ等の発生が抑制されつつ確実に燃焼が開始する。
【０１０８】
なお、第３運転領域Ａ３では、前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。
【０１０９】
図１１（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１１（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１０（ａ））のタイミング（ＢＴＤＣ５０〜６０°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、前記前段噴射Ｐ１のタイミングは、厳密には、前記第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。
【０１１０】
前記前段噴射Ｐ１の後は、図１１（ｃ）に示す着火アシストが実行される。すなわち、前記前段噴射Ｐ１の後、ピストン５がある程度上昇した時点（例えばＢＴＤＣ４０〜０°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、前記アシスト用噴射Ｐａにより噴射された燃料に基づいて、点火プラグ２０の電極周りに十分に霧化された燃料を含む混合気が形成されるとともに、その混合気が前記アシスト用点火Ｓを火種として火炎を形成することにより、図１１（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。
【０１１１】
前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前記前段噴射Ｐ１に基づく混合気Ｘ１が、図１１（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の電極からは径方向外側に離間した領域となる。
【０１１２】
前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、前記第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、前記前段噴射Ｐ１に基づく燃焼の開始とほぼ同時、もしくはわずかな期間をあけて、図１１（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の径方向中央部分（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、ごく短い時間で自着火に至り、燃焼室の径方向中央部分に、前記混合気Ｘ２の燃料領域Ｙ２を形成する。
【０１１３】
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、前記着火アシストに引き続いて前記前段噴射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、前記第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。
【０１１４】
図１２は、前記第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１２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、前記燃焼領域Ｙ１よりも径方向内側に形成される。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。
【０１１５】
（ｉＶ）第４運転領域Ａ４
高負荷域に設定された前記第４運転領域Ａ４では、多量の燃料が噴射されるため、圧縮自己着火燃焼を行わせようとすると、燃焼騒音が著しく増大する、また、ノッキングが生じるという問題がある。そこで、この第４運転領域Ａ４では、圧縮自己着火燃焼に代わり、混合気に点火して火炎伝播させる火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）を実施する。
【０１１６】
ここで、ＳＩ燃焼においても、燃焼室６内の温度が過度に高い場合には、ノッキングが生じる。特に、本ガソリンエンジンでは圧縮比が非常に高い値に設定されている。そのため、燃焼室６内の温度は高くなりやすい。
【０１１７】
そこで、本ガソリンエンジンでは、この第４運転領域Ａ４において、ノッキング等の異常燃焼をより確実に回避するべく、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通常のＳＩ燃焼ではなく、図９に示すように、圧縮行程中にインジェクタ２１から燃料を噴射させ（Ｐ３，Ｐ４）、この燃料噴射Ｐ３，Ｐ４の後に点火プラグ２０に火花点火を行わせて、圧縮上死点を過ぎたタイミング（膨張行程の初期）から短時間で火炎伝播により混合気を燃焼させる急速リタードＳＩ燃焼モードを実行する。図９は、前記急速リタードＳＩ燃焼モードが実行された際の、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。
【０１１８】
具体的には、この図９に示すように、この急速リタードＳＩ燃焼モードでは、圧縮行程の後期に設定された２回の噴射時期（Ｐ３，Ｐ４）に分けてインジェクタ２１から、３０ＭＰａ以上の高圧で燃料が噴射される。各燃料噴射Ｐ３，Ｐ４のタイミングとしては、例えば、エンジンの回転速度が１０００ｒｐｍ程度の低速域では圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）２０〜０℃Ａ程度、６０００ｒｐｍ程度の高速域では圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３６０〜３００℃Ａおよび６０℃Ａ〜４０℃Ａ程度に設定される。
【０１１９】
このような噴射制御が実施されるこの急速リタードＳＩ燃焼モードでは、前記のように３０ＭＰａ以上（例えば４０ＭＰａ）という非常に高い噴射圧力で燃料が噴射されることで、噴射期間を短くすることができるとともに燃料噴霧を微粒化することができ、短時間で多量の燃料を十分に気化霧化させて比較的均質な（もしくは弱成層化した）混合気を形成することができる。また、噴射圧力が高いために、燃焼室６が最も高温・高圧化する圧縮上死点をある程度過ぎるまで大きな乱流エネルギーを維持することができる。従って、燃料が噴射されてから短時間であって、燃料噴射に伴う乱流エネルギーの減衰が小さい間に（乱流エネルギーが大きい状態で）火花点火による燃焼を開始させることができ、この比較的大きな乱流エネルギーによって燃焼期間を短くすることができる。そして、この燃焼期間の短縮化に伴って、燃焼が引き起こされる前に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、ノッキング等の異常燃焼を回避しつつ、熱効率およびエンジントルクを高く維持することができる。また、燃焼温度が過度に上昇せず、燃料の気化霧化が不十分なまま燃焼が開始されることもないため、ＮＯｘやスートの増大が回避され、エミッション性についても良好に維持される。
【０１２０】
さらに、燃料が２回に分けて噴射されて２回目の燃料噴射の後に点火が行われており、１回目の燃料噴射Ｐ３によって燃料を霧化させつつ、２回目の燃料噴射Ｐ４により点火時点での乱流エネルギーを大きくすることができる。また、１２個という多数の噴口から噴射されることによっても乱流エネルギーは増大される。
【０１２１】
また、前述のように、本ガソリンエンジンでは、前記点火点ＳＩがインジェクタ２１の先端部から離間していること、点火点ＳＩが前記インジェクタ格納部６２の下側開口縁６２ｂよりも径方向外側であって前記燃料の通過領域Ｆ１よりも径方向外側に位置していることに伴い、点火点ＳＩに十分に霧化した燃料を到達させることができる。
【０１２２】
ここで、点火時期を図９の例よりもさらに進角させれば、これに伴って燃焼開始時期θｉｇが圧縮上死点により近づくため、熱効率および出力トルクのさらなる向上が期待できるが、点火時期を早めるとノッキングが起き易くなるため、点火時期は、ノッキングを起こさないという制約の下、できるだけ進角側に設定される。このような事情から、ノッキングが特に懸念されるエンジン回転速度が１０００ｒｐｍ程度の低速域では、点火時期は、例えば０〜１０°ＣＡ程度の範囲内に設定される。
【０１２３】
なお、前記急速リタードＳＩ燃焼モードでは、前記燃料噴射Ｐ３，Ｐ４によるトータルの噴射量に対して燃焼室６全体の平均の空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）となるように新気量が制御される。具体的には、この第４運転領域Ａ４では、負荷Ｔの増大に応じてＣＶＶＬ１５が駆動され、吸気弁１１のリフト量が増大され、これに伴って燃料噴射量に応じた新気が導入される（図９のリフトカーブＩＮ）。なお、本実施形態では、吸気弁１１のリフトピーク位置を固定したままリフト量が増大される。
【０１２４】
また、前記急速リタードＳＩ燃焼モードのときは、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。なお、エンジンの全負荷近傍では、より多量の新気を確保するために、外部ＥＧＲは禁止される。
【０１２５】
（５）作用効果等
以上説明したように、当実施形態のガソリンエンジンでは、燃焼室天井面６０に形成されたインジェクタ格納部６２の頂部にインジェクタ２１の先端部Ｉ１が位置し、点火点ＳＩが、このインジェクタ格納部６２よりも径方向外側の前記フラットヘッド面６３に設けられている。そのため、インジェクタ２１の先端部Ｉ１から噴射された燃料は、点火点ＳＩに到達するまでの間に霧化される。また、前記インジェクタ格納部６２の下端の開口縁６２ｂは、前記キャビティ４０の上端の開口縁４０ｄよりも径方向内側に位置しており、キャビティ４０に流入する際の容積の拡大に伴って燃料が拡散・霧化されるとともに、コアンダ効果によって霧化された燃料が、前記点火点ＳＩに到達する。また、点火点ＳＩは、前記燃料の通過領域Ｆ１よりも径方向外側に位置しており、燃料の通過領域Ｆ１内の液状の燃料に点火エネルギーが加えられるのが回避される。このようにして、点火点ＳＩにおいて点火エネルギーは十分に霧化された燃料に供給されるため、ＳＯＯＴの生成が抑制されつつ混合気が確実に燃焼する。また、燃料が圧縮行程中（特に圧縮行程後期）に噴射された場合には、ピストン５の上昇に伴って燃料が上方に巻き上げられることによっても燃料霧化は促進され、点火点ＳＩには十分に霧化された燃料が到達する。
【０１２６】
また、前記点火点ＳＩが前記燃料の通過領域Ｆ１から離間しているため、点火を実施しない前記第１運転領域Ａ１等において、点火プラグ２０の点火点ＳＩ近傍の高温部分により混合気が昇温されるのが回避され、過早着火等の異常燃焼が確実に抑制される。
【０１２７】
ここで、前記キャビティ４０は、下方に凹み、その上端の開口縁４０ｅがインジェクタ格納部６２の下端の開口縁６２ｂよりも径方向外側に位置する形状であれば、その具体的形状は、前記に限らない。
【０１２８】
例えば、図１３に示すように、キャビティ４０のうち点火プラグ２０と対向する部分に、この点火プラグ２０の先端部分を格納してこの先端部分とピストン５との衝突を回避するための退避部４０ｆが形成されていてもよい。具体的には、この構成では、前記隆起部４０ｂの径方向外側部分の一部がキャビティ４０の開口縁４０ｅよりも下方の所定位置から径方向外側に膨出して、退避部４０ｆが形成されている。また、前記シリンダヘッドに形成された前記点火プラグ退避部６２ｃは、シリンダヘッドのうち前記フラットヘッド面６３と前記インジェクタ格納部６２との境界部分よりも径方向外側に位置している。そして、このより径方向外側に設けられた退避部４０ｆに点火プラグ２０の先端部が配置されることで、点火点ＳＩは、図３に示す前記実施形態に比べてより径方向外側に位置している。この構成では、前記点火点ＳＩが燃料の通過領域よりもより離間するため、より霧化された燃料が点火点ＳＩに到達する。
【０１２９】
また、この図１３に示す例では、燃料が隆起部４０ｂの径方向外側、かつ、下方に向かう傾斜面に到達しており、この傾斜面に沿って燃料は径方向外側かつ上方に巻き上げられる。そのため、この例では、点火点ＳＩに霧化されたより多くの燃料を供給することができる。
【０１３０】
また、図１４に示すように、前記隆起部４０ｃを、前記インジェクタ格納部６２の下側開口縁６２ｂとほぼ同じ位置から径方向中央に向かって突出させるようにしてもよい。
【０１３１】
また、前記点火点ＳＩは、図１５に示すように、燃料の通過領域Ｆ１と同じ高さ位置に設けられてもよい。この場合には、図１６に示すように、隣接する燃料の通過領域Ｆ１の間に点火点ＳＩを配置して、これにより、燃料の通過領域Ｆ１と点火点ＳＩとが重複しないようにすればよい。ただし、前記のように、点火点ＳＩの高さ位置を前記フラットヘッド面６３とほぼ同じ高さ位置とすれば、点火点ＳＩの位置が燃料の通過領域からより離間させることができ、点火点ＳＩにより確実に霧化された燃料を到達させることができる。
【０１３２】
また、点火プラグ２０による点火を実行して混合気の自着火をアシストする着火アシストを行う運転領域は、前記に限らない。また、着火アシストを行う運転領域において実施される燃料噴射の制御は前記に限らない。例えば、燃料が１回だけ噴射される前記運転領域Ａ１のうち、燃焼室内の温度が比較的低い、エンジン回転数が低く、かつ、エンジン負荷が小さい低負荷低速領域において点火アシストを実施してもよい。
【０１３３】
また、燃焼室６の天井面６０は、インジェクタ格納部６２よりも径方向外側の面が水平面であるものに限らない。例えば、燃焼室６の天井面６０は、インジェクタ格納部６２の外周縁から径方向外側に向かうに従って下方（ピストン冠面に近づく方向）に傾斜する形状を有していてもよい。この場合には、インジェクタ格納部６２はこの傾斜面からさらに上方に凹む。
【０１３４】
また、インジェクタ２１の噴口の数は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、前記前段噴射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】
５  ピストン
６  燃焼室
２０  点火プラグ
２１  インジェクタ
４０  キャビティ
５０  ＥＣＵ（制御手段）
６０  天井面
６２  インジェクタ格納部
Ａ１  第１運転領域（限定領域）
Ａ２  第２運転領域（限定領域）
Ａ３  第３運転領域（特定運転領域）
Ｉ１  インジェクタの先端部
Ｓ１  点火点
【図１】
0005494545.tif 000002
【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１０】
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【図１１】
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