(57)【要約】  エンジンの制御装置は、エンジン（１）と、状態量設定デバイス（２３、２４、４３、４８、５４）と、インジェクタ（６）と、点火プラグ（２５）と、コントローラー（ＥＣＵ１０）と、を備える。コントローラーは、混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで点火プラグ（２５）に制御信号を出力するとともに、燃焼室（１７）の中の圧縮開始前の温度を低下させるときには点火タイミングを進角させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中への新気及び既燃ガスの導入を調整するよう構成された状態量設定デバイスと、
前記エンジンに取り付けられかつ、燃料を噴射するよう構成されたインジェクタと、
前記燃焼室の中に臨んで配設された点火プラグと、
前記状態量設定デバイス、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに接続されかつ、前記状態量設定デバイス、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに制御信号を出力するように構成されたコントローラーと、を備え、
前記コントローラーは、混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで前記点火プラグに制御信号を出力し、
前記コントローラーはまた、前記状態量設定デバイスに制御信号を出力することによって、前記燃焼室の中の圧縮開始前の温度に係る制御量を、該温度を低下させるように変更するときには、前記点火タイミングを、前記温度を低下させないときよりも進角させるエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記コントローラーは、前記状態量設定デバイスに制御信号を出力することによって、前記エンジンの負荷が高いときには負荷が低いときよりも前記温度が低下するように前記制御量を変更するエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
前記コントローラーは、前記制御量として、前記燃焼室の中における前記既燃ガスの量を変更することにより、前記温度を低下させるエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンの制御装置において、
前記状態量設定デバイスは、前記エンジンに設けられかつ、前記コントローラーの制御信号を受けて、前記燃焼室の中に冷却した既燃ガスを導入するよう構成された外部ＥＧＲシステムを有し、
前記コントローラーは、前記燃焼室の中に導入する前記既燃ガスの量を変更するよう、前記外部ＥＧＲシステムに制御信号を出力することにより、前記温度を低下させるエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のエンジンの制御装置において、
前記状態量設定デバイスは、前記エンジンに設けられかつ、前記コントローラーの制御信号を受けて、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開弁時期を変更するよう構成された可変動弁機構を有し、
前記コントローラーは、前記吸気弁と前記排気弁とが共に開弁するオーバーラップ期間を変更するよう、前記可変動弁機構に制御信号を出力することにより、前記温度を低下させるエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記コントローラーは、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に燃料を噴射するよう、前記インジェクタに制御信号を出力すると共に、点火された混合気が、自己着火による燃焼が発生せずに、火炎伝播により燃焼するよう、前記点火プラグに制御信号を出力するときには、前記点火タイミングを、燃料の噴射タイミングよりも遅角させるエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記コントローラーは、点火された混合気が、自己着火による燃焼が発生せずに、火炎伝播により燃焼するよう、前記点火プラグに制御信号を出力するときには、前記点火タイミングを、前記エンジンの負荷が高くなるに従い遅角させるエンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記インジェクタは、前記燃焼室の中に略均質な混合気を形成するよう、前記コントローラーの制御信号を受けて、前記点火タイミングの前でかつ、前記点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する後段噴射と、前記後段噴射よりも前でかつ、前記点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射する前段噴射とを実行するエンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記コントローラーは、前記状態量設定デバイス及び前記インジェクタに制御信号を出力することによって、既燃ガスを含む前記燃焼室の中の全ガスと燃料との重量比に関係する指標としてのＧ／Ｆを、１８以上５０以下に設定するエンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のエンジンの制御装置において、
前記コントローラーは、前記状態量設定デバイス及び前記インジェクタに制御信号を出力することによって、前記混合気の空気過剰率λを１．０±０．２に設定するエンジンの制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエンジンの制御装置において、
前記点火タイミングにおける前記燃焼室の中の状態は、
温度が５７０Ｋ以上８００Ｋ以下、及び、
圧力が４００ｋＰａ以上９２０ｋＰａ以下、
の少なくとも一方を満足するエンジンの制御装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記点火タイミングにおける前記燃焼室の中の状態は、スワール比が４以上を満足するエンジンの制御装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記エンジンの幾何学的圧縮比は、１３以上であるエンジンの制御装置。
【請求項１４】
燃焼室を有するエンジンと、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中への新気及び既燃ガスの導入を調整するよう構成された状態量設定デバイスと、
前記エンジンに取り付けられかつ、燃料を噴射するよう構成されたインジェクタと、
前記燃焼室の中に臨んで配設された点火プラグと、
前記状態量設定デバイス、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに接続されかつ、前記状態量設定デバイス、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに制御信号を出力するように構成されたコントローラーと、を備え、
前記コントローラーは、混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで前記点火プラグに制御信号を出力し、
前記コントローラーはまた、前記状態量設定デバイスに制御信号を出力することによって、前記燃焼室の中に導入するガス量を増やすときには、前記点火タイミングを、前記ガス量を増やさないときよりも進角させるエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、部分負荷領域において、燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼するエンジンが記載されている。このエンジンは、部分負荷領域内の低負荷側の運転領域においては、熱い既燃ガスを燃焼室内に残すことによって、混合気の自己着火を促進する。また、このエンジンは、部分負荷領域内の高負荷側の運転領域においては、冷却した既燃ガスを燃焼室内に導入することによって自己着火を起こり難くすると共に、圧縮上死点の直前に、点火プラグが点火を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０８２２９２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、圧縮着火による燃焼は、着火時の圧力変動が大きくなって燃焼騒音が大きくなる場合がある。また、前記特許文献１に記載された技術は、点火プラグが点火を行ったとしても、所望のタイミングで圧縮自己着火が開始するようには制御できず、熱効率という点で改善の余地がある。【０００５】
ここに開示する技術は、混合気に点火をした後に、適切に、未燃混合気を自己着火により燃焼させる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者らは、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼（又は自己着火（Auto Ignition）燃焼）とを組み合わせる燃焼形態を考えた。ＳＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態は、点火プラグが、燃焼室の中の混合気に強制的に点火することによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱によって燃焼室の中の温度が高くなることによって、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。火炎伝播による燃焼は、圧力変動が相対的に小さいため、燃焼騒音を抑制することが可能になる。また、ＣＩ燃焼を行うことにより、火炎伝播による燃焼よりも、燃焼期間が短縮し、燃費の向上に有利になる。ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態は、燃焼騒音を抑制しながら、燃費を向上させることができる。この燃焼形態は、ＳＩ燃焼がＣＩ燃焼をコントロールするため、以下においては、ＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼と呼ぶ。【０００７】
ところが、例えばエンジンの負荷が高いときには、燃焼室の中の温度、特に、圧縮開始前の温度が上昇するため、自己着火に至るまでの温度差が小さくなると共に、ＳＩ燃焼による燃焼室の中の温度上昇率が高くなる。これにより、混合気が自己着火し易くなる。その結果、このときにＳＰＣＣＩ燃焼を実行すると、火花点火によってＳＩ燃焼が開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火する虞がある。この場合、燃焼室の中において、火炎伝播による燃焼が十分に行われず、そのことで、燃焼騒音の発生を抑制する上で支障を来す可能性がある。【０００８】
本願発明者らは、燃焼室の中の温度を低下させれば、火花点火によってＳＩ燃焼が開始してから、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなる点に着目した。これにより、燃焼室の中において、火炎伝播による燃焼が十分に確保されて、ひいては、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。【０００９】
しかし、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなると、例えば圧縮上死点後に、ＣＩ燃焼を開始するタイミングが遅れてしまい、トルクの低下を招く、という別の問題がある。【００１０】
本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼において、トルクの低下を招くことなく、燃焼騒音の発生を抑制する構成を見出し、ここに開示する技術を完成するに至った。【００１１】
具体的に、ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に係る。このエンジンの制御装置は、燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中への新気及び既燃ガスの導入を調整するよう構成された状態量設定デバイスと、前記エンジンに取り付けられかつ、燃料を噴射するよう構成されたインジェクタと、前記燃焼室の中に臨んで配設された点火プラグと、前記状態量設定デバイス、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに接続されかつ、前記状態量設定デバイス、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに制御信号を出力するように構成されたコントローラーと、を備える。【００１２】
前記コントローラーは、混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで前記点火プラグに制御信号を出力し、前記コントローラーはまた、前記状態量設定デバイスに制御信号を出力することによって、前記燃焼室の中の圧縮開始前の温度に係る制御量を、該温度を低下させるように変更するときには、前記点火タイミングを、前記温度を低下させないときよりも進角させる。【００１３】
尚、ここでいう「燃焼室」は、ピストンが圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる。【００１４】
また、前記の「制御量」には、例えば、燃焼室の中における既燃ガスの量、及び、エンジンの有効圧縮比等が含まれる。【００１５】
この構成によると、点火プラグは、コントローラーの制御信号を受けて、燃焼室の中の混合気に強制的に点火する。混合気は火炎伝播により燃焼し、その後、燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼することによって燃焼が完了する。【００１６】
こうした燃焼形態、つまりＳＰＣＣＩ燃焼によると、前述したように、火炎伝播による燃焼は、圧力変動が相対的に小さいため、燃焼騒音の発生を抑制するのに有利になる。また、ＣＩ燃焼を行うことにより、火炎伝播による燃焼よりも、燃焼期間が短縮し、燃費の向上に有利になる。従って、燃焼騒音の発生を抑制しながら、燃費を向上させることができる。【００１７】
コントローラーは、状態量設定デバイスを介して制御量を変更することによって、燃焼室の中における圧縮開始前の温度を低下させる。これにより、自己着火に至るまでの温度差が拡大すると共に、ＳＩ燃焼による温度上昇率が低下する。そのことで、火花点火によってＳＩ燃焼が開始してから、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなる。その結果、燃焼室の中において、火炎伝播による燃焼が十分に確保されて、ひいては、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。【００１８】
一方で、コントローラーは、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなった分、混合気に点火をするタイミングを早くする。これにより、ＣＩ燃焼が開始するタイミングを、例えば圧縮上死点の直後に保ち、ひいては、トルクを確保することが可能になる。よって、ＳＰＣＣＩ燃焼において、トルクの低下を招くことなく、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。【００１９】
こうして、前記の構成は、燃焼騒音を抑制することが可能になるという点で、未燃混合気を自己着火によって適切に燃焼させることができる。【００２０】
前記コントローラーは、前記状態量設定デバイスに制御信号を出力することによって、前記エンジンの負荷が高いときには負荷が低いときよりも前記温度が低下するように前記制御量を変更する、としてもよい。【００２１】
エンジンの負荷が高いときには燃焼室の中の温度が高くなるところ、前記の構成は、その温度を低下させる。これにより、火花点火によってＳＩ燃焼が開始してから、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなる。その結果、燃焼室の中において、火炎伝播による燃焼が十分に確保されて、ひいては、燃焼騒音の発生を抑制することができる。【００２２】
前記コントローラーは、前記制御量として、前記燃焼室の中における前記既燃ガスの量を変更することにより、前記温度を低下させる、としてもよい。【００２３】
この構成によると、コントローラーは、例えば、外部ＥＧＲガス及び内部ＥＧＲガスの量を調整したり、燃焼室の中を掃気したりすることによって、燃焼室の中における既燃ガスの量を変更する。これにより、燃焼室の中の、圧縮開始前の温度を低下させることが可能になる。このことは、燃焼騒音の発生を抑制する上で有効である。【００２４】
前記状態量設定デバイスは、前記エンジンに設けられかつ、前記コントローラーの制御信号を受けて、前記燃焼室の中に冷却した既燃ガスを導入するよう構成された外部ＥＧＲシステムを有し、前記コントローラーは、前記燃焼室の中に導入する前記既燃ガスの量を変更するよう、前記外部ＥＧＲシステムに制御信号を出力することにより、前記温度を低下させる、としてもよい。【００２５】
ここで、既燃ガスの量の変更には、既燃ガスの導入を開始すること、及び、その導入量を変更することが含まれる。【００２６】
冷却した既燃ガスを導入すると、燃焼室の中の混合気が、希釈されると同時に冷却される。その結果、燃焼室の中の圧縮開始前の温度が下がる。そうすると、前述のように、燃焼騒音の発生を抑制する上で有利になる。【００２７】
前記状態量設定デバイスは、前記エンジンに設けられかつ、前記コントローラーの制御信号を受けて、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開弁時期を変更するよう構成された可変動弁機構を有し、前記コントローラーは、前記吸気弁と前記排気弁とが共に開弁するオーバーラップ期間を変更するよう、前記可変動弁機構に制御信号を出力することにより、前記温度を低下させる、としてもよい。【００２８】
ここで、オーバーラップ期間の変更には、吸気弁及び排気弁が共に開弁するオーバーラップ期間を設けること、及び、そのオーバーラップ期間の長さを変更することが含まれる。【００２９】
吸気弁及び排気弁が共に開弁するオーバーラップ期間を設けると、ガスの吹き抜けが発生し、燃焼室の中の残留ガスが掃気される。その結果、燃焼室の中の圧縮開始前の温度が下がる。そうすると、前述のように、燃焼騒音の発生を抑制する上で有利になる。【００３０】
前記コントローラーは、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に燃料を噴射するよう、前記インジェクタに制御信号を出力すると共に、点火された混合気が、自己着火による燃焼が発生せずに、火炎伝播により燃焼するよう、前記点火プラグに制御信号を出力するときには、前記点火タイミングを、燃料の噴射タイミングよりも遅角させる、としてもよい。【００３１】
エンジンの負荷が高いときには、混合気の燃焼形態として、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を用いる可能性がある。【００３２】
ＳＩ燃焼は、エンジンの負荷が高いときには、異常燃焼が生じ易くなる。そこで、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に燃料を噴射すると共に、その噴射タイミングに対応した点火タイミングに設定する。そうすることで、混合気が反応する時間が短くなって、異常燃焼を回避することが可能になる。【００３３】
前記コントローラーは、点火された混合気が、自己着火による燃焼が発生せずに、火炎伝播により燃焼するよう、前記点火プラグに制御信号を出力するときには、前記点火タイミングを、前記エンジンの負荷が高くなるに従い遅角させる、としてもよい。【００３４】
エンジンの負荷が低いときは、混合気の燃焼形態として、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を用いる可能性がある。【００３５】
ＳＩ燃焼は、エンジンの負荷が低いときには、燃焼室の中の温度が低下する分、負荷が高いときよりも不安定な燃焼となる。そこで、負荷が低いときには、負荷が高いときよりも点火のタイミングを進角させる。そうすることで、ＳＩ燃焼を安定させることが可能となる。【００３６】
その一方で、エンジンの負荷が高くなるに従って、燃焼室の中の温度が上昇し、ＳＩ燃焼の安定性が確保されると共に、点火プラグが火花を打ってから実際に燃焼が生じるまでの期間が短くなる。そこで、そうした期間が短くなった分、点火タイミングを遅角させる。これにより、ＳＩ燃焼が開始されるタイミングを、例えば圧縮上死点の後の所望のタイミングに調整することが可能になる。【００３７】
前記インジェクタは、前記燃焼室の中に略均質な混合気を形成するよう、前記コントローラーの制御信号を受けて、前記点火タイミングの前でかつ、前記点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する後段噴射と、前記後段噴射よりも前でかつ、前記点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射する前段噴射とを実行する、としてもよい。【００３８】
前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼によって燃焼し、後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼によって燃焼する。ＳＩＣＩ燃焼において、点火プラグによる点火の安定化及び火炎伝播による燃焼の安定化と、自己着火による着火の安定化とが図られる。また、燃焼室の中に形成される混合気は、略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。【００３９】
前記コントローラーは、前記状態量設定デバイス及び前記インジェクタに制御信号を出力することによって、既燃ガスを含む前記燃焼室の中の全ガスと燃料との重量比に関係する指標としてのＧ／Ｆを、１８以上５０以下に設定する、としてもよい。【００４０】
本願発明者らの検討によると、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせるＳＰＣＣＩ燃焼においては、混合気のＧ／Ｆを１８以上５０以下にすることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が適切に行われることがわかった。【００４１】
また、燃焼室の中の状態を１８≦Ｇ／Ｆにすることで、混合気の希釈率が高いため、エンジンの燃費性能が向上する。また、ノッキングの発生に伴う燃焼騒音が発生することを確実に回避することができる。【００４２】
前記コントローラーは、前記状態量設定デバイス及び前記インジェクタに制御信号を出力することによって、前記混合気の空気過剰率λを１．０±０．２に設定する、としてもよい。【００４３】
混合気のＧ／Ｆを、１８以上５０以下に設定しかつ、λを１．０±０．２に設定することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼において、自己着火のタイミングを精度よくコントロールすることができる。【００４４】
ＳＰＣＣＩ燃焼においては、圧縮開始前の燃焼室の中の温度にばらつきが生じても、ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、目標のタイミングで、未燃混合気を自己着火させることができる。【００４５】
ところが、ＳＰＣＣＩ燃焼において、自己着火のタイミングを精度よくコントロールするためには、点火タイミングを変更することに対応して、自己着火のタイミングが変化しなければならない。点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化する感度が高いことが好ましい。【００４６】
本願発明者らの検討によると、燃焼室の中の状態を、混合気のλが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８以上５０以下とすれば、ＳＩ燃焼が安定化する結果、点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化することがわかった。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼において、自己着火のタイミングを精度よくコントロールすることができる。【００４７】
さらに、また、λを１．０±０．２に設定することによって、エンジンの排気通路に取り付けた三元触媒により、排気ガスを浄化することが可能になる。【００４８】
従って、前記の構成によると、燃費性能を高くすると共に、排出ガス性能を良好にしながら、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼において、自己着火のタイミングを精度よくコントロールすることができる。【００４９】
ＳＩ燃焼によって自己着火のタイミングをコントロールすることにより、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらついても、燃焼騒音を抑制しながら、燃費に最適なタイミングで、未燃混合気を自己着火させることができる。【００５０】
前記点火タイミングにおける前記燃焼室の中の状態は、温度が５７０Ｋ以上８００Ｋ以下、及び、圧力が４００ｋＰａ以上９２０ｋＰａ以下、の少なくとも一方を満足する、としてもよい。【００５１】
こうすることで、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。【００５２】
前記点火タイミングにおける前記燃焼室の中の状態は、スワール比が４以上を満足する、としてもよい。【００５３】
燃焼室内のスワール流を強くすることによって、安定的にＳＰＣＣＩ燃焼を行うことができる。【００５４】
前記エンジンの幾何学的圧縮比は、１３以上である、としてもよい。ＳＰＣＣＩ燃焼は、火花点火を行うため、混合気の自己着火のために、ピストンが圧縮上死点に至ったときの燃焼室内の温度を大幅に高めなくてもよい。幾何学的圧縮比を低めに設定することにより、エンジンの冷却損失の低減及び機械損失の低減に有利になる。【００５５】
ここに開示する別の技術は、エンジンの制御装置に係る。このエンジンの制御装置は、燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中への新気及び既燃ガスの導入を調整するよう構成された状態量設定デバイスと、前記エンジンに取り付けられかつ、燃料を噴射するよう構成されたインジェクタと、前記燃焼室の中に臨んで配設された点火プラグと、前記状態量設定デバイス、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに接続されかつ、前記状態量設定デバイス、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに制御信号を出力するように構成されたコントローラーと、を備える。【００５６】
前記コントローラーは、混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで前記点火プラグに制御信号を出力し、前記コントローラーはまた、前記状態量設定デバイスに制御信号を出力することによって、前記燃焼室の中に導入するガス量を増やすときには、前記点火タイミングを、前記ガス量を増やさないときよりも進角させる。【００５７】
この構成によると、点火プラグは、コントローラーの制御信号を受けて、燃焼室の中の混合気に強制的に点火する。混合気は火炎伝播により燃焼し、その後、燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼することによって燃焼が完了する。【００５８】
こうした燃焼形態、つまりＳＰＣＣＩ燃焼によると、前述したように、火炎伝播による燃焼は、圧力変動が相対的に小さいため、燃焼騒音の発生を抑制するのに有利になる。また、ＣＩ燃焼を行うことにより、火炎伝播による燃焼よりも、燃焼期間が短縮し、燃費の向上に有利になる。従って、燃焼騒音の発生を抑制しながら、燃費を向上させることができる。【００５９】
ところで、エンジンの負荷が高くなるに従い、燃焼室の中に供給される燃料量が多くなる。そうすると、空燃比や前述のＧ／Ｆを一定に保つべく、燃焼室の中に導入されるガス量も増えることとなる。しかし、燃料室内のガス量が増えると、ＳＩ燃焼による燃焼室の中の温度上昇率が低くなるため、混合気が自己着火し難くなる。そのため、このときにＳＰＣＣＩ燃焼を実行すると、火花点火によってＳＩ燃焼が開始した後に、ＣＩ燃焼が開始するタイミングが遅れる可能性がある。所望のタイミングでＣＩ燃焼が開始するように制御できなくては、熱効率という点で好ましくない。【００６０】
対して、前記の構成によると、コントローラーは、燃焼室の中に導入するガス量を増やすときには、混合気に点火をするタイミングを早くする。これにより、ＳＩ燃焼が早めに開始されるようになるから、ＣＩ燃焼が開始するタイミングを、例えば圧縮上死点の直後に保つことが可能になる。このことは、所望のタイミングでＣＩ燃焼を開始させると共に、エンジンの熱効率を高める上で有効である。【００６１】
こうして、前記の構成は、所望のタイミングでＣＩ燃焼を開始させることが可能になるという点で、未燃混合気を自己着火により適切に燃焼させることができる。
【発明の効果】
【００６２】
以上説明したように、前記のエンジンの制御装置によると、混合気に点火をした後に、適切に、未燃混合気が自己着火により燃焼する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、エンジンの構成を例示する図である。
【図２】図２は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。
【図３】図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。
【図４】図４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図５】図５は、スワール比測定のためのリグ試験装置を例示する図である。
【図６】図６は、セカンダリ通路の開口比率とスワール比との関係を例示する図である。
【図７】図７の上図は、エンジンの運転領域マップを例示する図であり、下図は、上図と異なる運転領域マップを示す図である。
【図８】図８の上図は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率の変化を概念的に示す図であり、中図は、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率の定義を説明するための図であり、下図は、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率の、別の定義を説明するための図である。
【図９】図９は、エンジンの負荷の高低に対する、ＳＩ率の変化、燃焼室の中の状態量の変化、吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間の変化、並びに、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングの変化を説明する図である。
【図１０】図１０の上図は、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼において、エンジンの負荷が増大することに対する燃焼波形の変化を例示する図であり、図１０の下図は、過給ＳＰＣＣＩ燃焼において、エンジンの負荷が増大することに対する燃焼波形の変化を例示する図である。
【図１１】図１１は、ＥＣＵが実行するエンジンの制御の手順を示すフロー図である。
【図１２】図１２は、ＳＩ率の調整に係る制御概念を説明する図である。
【図１３】図１３の上図は、混合気のＧ／Ｆと、所望の乱流燃焼速度を実現するために必要な乱流エネルギとの関係を示す図であり、中図は、上図に示す必要乱流エネルギを実現する燃焼室の中の温度と、混合気Ｇ／Ｆとの関係を示す図であり、下図は、上図に示す必要乱流エネルギを実現する燃焼室の中の圧力と、混合気Ｇ／Ｆとの関係を示す図である。
【図１４】図１４は、ＳＰＣＣＩ燃焼において、点火タイミングの変化に対する自己着火タイミングの変化比率を例示する、縦軸を混合気のＥＧＲ率とし、横軸を混合気のＡ／Ｆとした平面上におけるコンター図である。
【図１５】図１５は、燃焼室の中で混合気のＧ／Ｆが成層化している状態においてＳＰＣＣＩ燃焼を成立させるために必要な、ＳＩ部の外部ＥＧＲ率と、燃焼室全体のトータルＥＧＲ率との関係を求めるための検討手法を説明する図である。
【図１６】図１６は、燃焼室の中で混合気のＧ／Ｆが成層化している状態においてＳＰＣＣＩ燃焼を成立させるために必要な、ＳＩ部のＧ／Ｆと、燃焼室全体のＧ／Ｆとの関係を例示する図である。
【図１７】図１７は、図７の下図に示す運転領域マップにおいて、各運転状態における燃料噴射時期、点火時期、及び燃焼波形を例示する図である。
【図１８】図１８は、エンジンの負荷の高低に対する、オーバーラップ期間の変化を例示する図である。
【図１９】図１９は、エンジンの負荷の高低に対する、混合気のＥＧＲ率の変化を例示する図である。
【図２０】図２０は、エンジンの負荷の高低に対する、点火タイミングの変化を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下、エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジンの制御装置の一例である。図１は、エンジンの構成を例示する図である。図２は、燃焼室の構成を例示する断面図であり、図２の上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２及び図３における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【００６５】
エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載される。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。
【００６６】
（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１及び図２では、１つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。
【００６７】
各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。
【００６８】
シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側から噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。
【００６９】
ピストン３の上面は燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、浅皿形状を有している。キャビティ３１は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するときに、後述するインジェクタ６に向かい合う。
【００７０】
キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して排気側にずれている。キャビティ３１の中心は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と一致している。キャビティ３１は、凸部３１１を有している。凸部３１１は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２上に設けられている。凸部３１１は、略円錐状である。凸部３１１は、キャビティ３１の底部から、シリンダ１１の天井面に向かって上向きに伸びている。
【００７１】
キャビティ３１はまた、凸部３１１の周囲に設けられた凹陥部３１２を有している。凹陥部３１２は、凸部３１１の全周を囲むように設けられている。キャビティ３１は、噴射軸心Ｘ２に対して対称な形状を有している。
【００７２】
凹陥部３１２の周側面は、キャビティ３１の底面からキャビティ３１の開口に向かって噴射軸心Ｘ２に対して傾いている。凹陥部３１２におけるキャビティ３１の内径は、キャビティ３１の底部からキャビティ３１の開口に向かって次第に拡大する。
【００７３】
尚、燃焼室１７の形状は、図２に例示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ３１の形状、ピストン３の上面の形状、及び、燃焼室１７の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。  エンジン１の幾何学的圧縮比は、１３以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。このエンジン１は、混合気の自着火のためにピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。つまり、エンジン１は、ＣＩ燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすることによって、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、一例として、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度）においては、１４〜１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度）においては、１５〜１８としてもよい。
【００７４】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２の、二つの吸気ポートを有している。第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２は、クランクシャフト１５の軸方向、つまり、エンジン１のフロント−リヤ方向に並んでいる。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。
【００７５】
吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００７６】
シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２の、二つの排気ポートを有している。第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２は、エンジン１のフロント−リヤ方向に並んでいる。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。
【００７７】
排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００７８】
詳細は後述するが、このエンジン１は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって、吸気弁２１の開弁時期と排気弁２２の閉弁時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気する。また、オーバーラップ期間の長さを調整することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入する、又は、燃焼室１７の中に閉じ込める。この構成例においては、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４が、状態量設定デバイスの一つとしての、内部ＥＧＲシステムを構成している。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ−ＶＴによって構成されるとは限らない。
【００７９】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ６は、吸気側の傾斜面１３１１と排気側の傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。インジェクタ６は、図２に示すように、その噴射軸心Ｘ２がシリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配設されている。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、前述したようにキャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その場合も、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致していることが望ましい。
【００８０】
インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。噴孔の軸は、図２の上図に示すように、後述する点火プラグ２５に対して、周方向に位置がずれている。つまり、点火プラグ２５は、隣り合う二つの噴孔の軸に挟まれている。これにより、インジェクタ６から噴射された燃料の噴霧が、点火プラグ２５に直接当たって、電極を濡らしてしまうことが回避される。
【００８１】
後述するように、インジェクタ６は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するタイミングで燃料を噴射する場合がある。その場合、インジェクタ６が燃料を噴射すると、燃料噴霧は、新気と混ざり合いながら、キャビティ３１の凸部３１１に沿って下向きに流れると共に、凹陥部３１２の底面及び周側面に沿って、燃焼室１７の中央から、径方向の外方に放射状に広がって流れる。その後、混合気はキャビティ３１の開口に至り、吸気側の傾斜面１３１１、及び、排気側の傾斜面１３１２に沿って、径方向の外方から、燃焼室１７の中央に向かって流れる。
【００８２】
尚、インジェクタ６は、多噴口型のインジェクタに限らない。インジェクタ６は、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
【００８３】
インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能に構成されている。燃料供給システム６１の最高燃料圧力は、例えば１２０ＭＰａ程度にしてもよい。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。
【００８４】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、図２に示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ２５の配設位置は、図２の構成例に限定されない。点火プラグ２５は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配設してもよい。また、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配設すると共に、インジェクタ６を、中心軸Ｘ１よりも吸気側又は排気側に配設してもよい。
【００８５】
エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。吸気通路４０は、燃焼室１７に導入するガスが流れる通路である。吸気通路４０の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナー４１が配設されている。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に接続されている。
【００８６】
吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調整することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。スロットル弁４３は、状態量設定デバイスの一つを構成している。
【００８７】
吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入するガスを過給するよう構成されている。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、例えばリショルム式としてもよい。機械式の過給機４４の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機４４は、ルーツ式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。尚、過給機は、電動式の過給機としてもよいし、排気エネルギによって駆動されるターボ過給機としてもよい。
【００８８】
過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン１との間で、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５の遮断及び接続を切り替えることによって、過給機４４はオンとオフとが切り替わる。つまり、このエンジン１は、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給することと、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給しないこととを切り替えることができるよう構成されている。
【００８９】
吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。インタークーラー４６は、例えば水冷式に構成すればよい。
【００９０】
吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするよう、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。より具体的に、バイパス通路４７は、サージタンク４２に接続されている。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調整する。
【００９１】
過給機４４をオフにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を遮断したとき）には、エアバイパス弁４８を全開にする。これにより、吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に導入される。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
【００９２】
過給機４４をオンにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を接続したとき）には、過給機４４を通過したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機の上流に逆流する。エアバイパス弁４８の開度を調整することによって、逆流量を調整することができるから、燃焼室１７に導入するガスの過給圧を調整することができる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。
【００９３】
この構成例においては、過給機４４とバイパス通路４７とエアバイパス弁４８とによって、過給システム４９が構成されている。エアバイパス弁４８は、状態量設定デバイスの一つを構成している。
【００９４】
エンジン１は、燃焼室１７内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、図３に示すように、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロール弁５６である。スワールコントロール弁５６は、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２との内の、セカンダリ通路４０２に配設されている。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調整弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、エンジン１の前後方向に並んだ第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２の内、第１吸気ポート１８１から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に増えかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に減るから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図３における反時計回り方向に周回する（図２の白抜きの矢印も参照）。
【００９５】
尚、スワール発生部は、吸気通路４０にスワールコントロール弁５６を取り付ける代わりに、又は、スワールコントロール弁５６を取り付けることに加えて、二つの吸気弁２１の開弁期間をずらし、一方の吸気弁２１のみから燃焼室１７の中に吸気を導入することができる構成を採用してもよい。二つの吸気弁２１の内の一方の吸気弁２１のみが開弁することによって、燃焼室１７の中に吸気が不均等に導入するから、燃焼室１７の中にスワール流を発生させることができる。さらに、スワール発生部は、吸気ポート１８の形状を工夫することによって、燃焼室１７の中にスワール流を発生させように構成してもよい。
【００９６】
ここで、燃焼室１７内のスワール流の強さについて定義する。本構成例においては、燃焼室１７内のスワール流の強さを、「スワール比」で表す。「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値と定義することができる。吸気流横方向角速度は、図５に示すリグ試験装置を用いた測定に基づいて求めることができる。すなわち、同図に示す装置は、基台にシリンダヘッド１３を上下反転して設置して、吸気ポート１８を図外の吸気供給装置に接続する一方、そのシリンダヘッド１３上にシリンダ３６を設置すると共に、その上端にハニカム状ロータ３７を有するインパルスメータ３８を接続して構成されている。インパルスメータ３８の下面は、シリンダヘッド１３とシリンダブロックとの合わせ面から１．７５Ｄ（尚、Ｄはシリンダボア径）の位置に位置づけている。吸気供給に応じてシリンダ３６内に生じるスワール（図５の矢印参照）によって、ハニカム状ロータ３７に作用するトルクをインパルスメータ３８によって計測し、それに基づいて、吸気流横方向角速度を求めることができる。
【００９７】
図６は、このエンジン１におけるスワールコントロール弁５６の開度と、スワール比との関係を示している。図６は、スワールコントロール弁５６の開度を、セカンダリ通路４０２の全開断面に対する開口比率によって表している。スワールコントロール弁５６が全閉のときに、セカンダリ通路４０２の開口比率は０％となり、スワールコントロール弁５６の開度が大きくなると、セカンダリ通路４０２の開口比率が０％よりも大きくなる。スワールコントロール弁５６が全開のときに、セカンダリ通路４０２の開口比率は１００％となる。図６に例示するように、このエンジン１は、スワールコントロール弁５６を全閉にすると、スワール比は６程度になる。スワール比を４以上にするならば、スワールコントロール弁５６の開度は、開口比率が０〜１５％となる範囲で調整すればよい。
【００９８】
エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ１１の排気ポート１９に接続されている。
【００９９】
排気通路５０には、１つ以上の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。排気ガス浄化システムは、本構成例では、二つの触媒コンバーターを有している。上流の触媒コンバーターは、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。
【０１００】
吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、既燃ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流に接続されている。より具体的に、ＥＧＲ通路５２の下流端は、バイパス通路４７の途中に接続されている。ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスは、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０における過給機４４の上流に入る。
【０１０１】
ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、既燃ガスを冷却するよう構成されている。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。ＥＧＲ弁５４の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調整することができる。
【０１０２】
この構成例において、ＥＧＲシステム５５は、ＥＧＲ通路５２及びＥＧＲ弁５４を含んで構成されている外部ＥＧＲシステムと、前述した吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含んで構成されている内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。ＥＧＲ弁５４はまた、状態量設定デバイスの一つを構成している。外部ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路５２が触媒コンバーターよりも下流に接続されていると共に、ＥＧＲクーラー５３を有しているため、内部ＥＧＲシステムよりも低温の既燃ガスを、燃焼室１７に供給することができる。
【０１０３】
エンジンの制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ＥＣＵ１０は、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をする入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、コントローラーの一例である。
【０１０４】
ＥＣＵ１０には、図１及び図４に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６が接続されている。センサＳＷ１〜ＳＷ１６は、検知信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
【０１０５】
すなわち、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサＳＷ１、及び、新気の温度を検知する第１吸気温度センサＳＷ２、吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力を検知する第１圧力センサＳＷ３、吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を検知する第２吸気温度センサＳＷ４、サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力を検知する第２圧力センサＳＷ５、各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力を検知する指圧センサＳＷ６、排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサＳＷ７、排気通路５０における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するリニアＯ２センサＳＷ８、上流の触媒コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するラムダＯ２センサＳＷ９、エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を検知する水温センサＳＷ１０、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を検知するクランク角センサＳＷ１１、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサＳＷ１２、エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検知する吸気カム角センサＳＷ１３、エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検知する排気カム角センサＳＷ１４、ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧を検知するＥＧＲ差圧センサＳＷ１５、並びに、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を検知する燃圧センサＳＷ１６である。
【０１０６】
ＥＣＵ１０は、これらの検知信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ＥＣＵ１００は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。
【０１０７】
例えば、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ１２の検知信号と予め設定しているマップとに基づいて、エンジン１の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標過給圧と、第１圧力センサＳＷ３及び第２圧力センサＳＷ５の検知信号から得られる過給機４４の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁４８の開度を調整することにより、過給圧が目標過給圧となるようにフィードバック制御を行う。
【０１０８】
また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態と予め設定したマップとに基づいて目標ＥＧＲ率（つまり、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比率）を設定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標ＥＧＲ率とアクセル開度センサＳＷ１２の検知信号に基づく吸入空気量とに基づき目標ＥＧＲガス量を決定すると共に、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の検知信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調整することにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにフィードバック制御を行う。
【０１０９】
さらに、ＥＣＵ１０は、所定の制御条件が成立しているときに空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にＥＣＵ１０は、リニアＯ２センサＳＷ８、及び、ラムダＯ２センサＳＷ９によって検知された排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ６の燃料噴射量を調整する。
【０１１０】
尚、その他のＥＣＵ１０によるエンジン１の制御の詳細は、後述する。
【０１１１】
（エンジンの運転領域）
図７の上図は、エンジン１の運転領域マップ７０１を例示している。運転領域マップ７０１は、負荷及び回転数によって定められている。運転領域マップ７０１は、負荷の高低に対し、３つの領域に分けられている。具体的に、３つの領域は、アイドル運転を含む低負荷領域（Ａ）、全開負荷を含む高負荷領域（Ｃ）、及び、低負荷領域（Ａ）と高負荷領域（Ｃ）との間の中負荷領域（Ｂ）である。運転領域マップ７０１において、エンジン１は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、中負荷領域において、圧縮自己着火による燃焼を行う。以下、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域の各領域における燃焼形態について、順に説明をする。
【０１１２】
（低負荷領域）
エンジン１の運転状態が低負荷領域にあるとき（つまり、エンジン１が第１負荷よりも低負荷で運転するとき）の燃焼形態は、点火プラグ２５が燃焼室１７の中の混合気に点火を行うことによって混合気を火炎伝播により燃焼させるＳＩ燃焼である。これは、燃焼安定性を確実に確保することを優先するためである。以下、低負荷領域における燃焼形態を、低負荷ＳＩ燃焼と呼ぶ場合がある。
【０１１３】
エンジン１の運転状態が低負荷領域にあるときには、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、理論空燃比である（Ａ／Ｆ≒１４．７）。尚、以下の説明において、混合気の空燃比、空気過剰率λ、及びＧ／Ｆの値は、点火タイミングにおける値を意味する。混合気の空燃比を理論空燃比にすると、三元触媒が燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することができるから、エンジン１の排出ガス性能が良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２としてもよい。
【０１１４】
エンジン１の燃費性能を向上させるために、エンジン１の運転状態が低負荷領域にあるときに、ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。混合気のＧ／Ｆ、つまり、燃焼室１７の中の全ガスと燃料との重量比は１８以上３０以下に設定される。混合気のＧ／Ｆを、１８以上５０以下に設定してもよい。混合気は、ＥＧＲリーンである。混合気の希釈率は高い。混合気のＧ／Ｆを、例えば２５にすれば、低負荷運転領域において、混合気が自己着火に至ることなく、ＳＩ燃焼を安定して行うことができる。低負荷領域において、混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷の高低に関わらず略一定に維持する。こうすることで、低負荷領域の全域において、ＳＩ燃焼は、安定化する。また、エンジン１の燃費が向上すると共に、排出ガス性能が良好になる。
【０１１５】
エンジン１の運転状態が低負荷領域にあるときには、燃料量が少ないため、混合気のλを１．０±０．２にしかつ、Ｇ／Ｆを１８以上５０以下にするには、燃焼室１７の中に導入するガスの充填量を１００％よりも少なくしなければならない。具体的に、エンジン１は、スロットル弁４３の開度を調整するスロットリング、及び／又は、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点以降に遅らせるミラーサイクルを実行する。
【０１１６】
また、エンジン１は、運転状態が低負荷領域にあるときに、必要に応じてスワールコントロール弁５６の開度を調整する。
【０１１７】
尚、低負荷領域内における、低負荷低回転領域においては、ガスの充填量をさらに少なくすることによって、混合気の燃焼温度及び排気ガスの温度を高くするようにしてもよい。こうすると、触媒コンバーターを活性状態に維持する上で有利になる。
【０１１８】
（中負荷領域）
エンジン１の運転状態が中負荷領域にあるときには、燃料の噴射量が多くなる。燃焼室１７の温度が高くなるため、自己着火を安定して行うことが可能にある。燃費の向上及び排出ガス性能の向上を図るため、エンジン１は、中負荷領域において、ＣＩ燃焼を行う。
【０１１９】
自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、中負荷領域において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなることによって、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、未燃混合気を、目標のタイミングにおいて自己着火させることができる。
【０１２０】
ＳＰＣＣＩ燃焼において、自己着火のタイミングを精度よくコントロールするためには、点火タイミングを変更することに対応して、自己着火のタイミングが変化しなければならない。点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化する感度が高いことが好ましい。
【０１２１】
本願発明者らの検討によると、混合気のＧ／Ｆが１８以上５０以下であれば、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定的に行うことができると共に、点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化することがわかった。エンジン１の運転状態が中負荷領域にあるときには、エンジン１は、燃焼室１７の中の状態を、混合気のλが１．０±０．２でかつ、混合気のＧ／Ｆが１８以上５０以下にする。
【０１２２】
また、エンジン１は、必要に応じて、スワールコントロール弁５６の開度を調整する。エンジン１の運転状態が中負荷領域にあるときに、スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度にされる。燃焼室１７の中には、比較的強いスワール流が形成される。点火のタイミングにおいて、スワール比は４以上としてもよい。
【０１２３】
ＳＰＣＣＩ燃焼における自己着火のタイミングを精度よくコントロールすることによって、エンジン１の運転状態が中負荷領域にあるときに、燃焼騒音の増大を回避することができる。また、混合気の希釈率をできるだけ高くしてＣＩ燃焼を行うことにより、エンジン１の燃費性能を高くすることが可能になる。さらに、混合気のλを１．０±０．２に設定することによって、三元触媒により、排気ガスを浄化することが可能になるため、エンジン１の排出ガス性能が良好になる。
【０１２４】
前述したように、低負荷領域においては、混合気のＧ／Ｆを１８以上５０以下（例えば２５）にしかつ、混合気のλを１．０±０．２にしている。エンジン１の運転状態が低負荷領域にあるときと、中負荷領域にあるときとの間において、燃焼室１７の中の状態量が大きく変動しない。従って、エンジン１の負荷が変更することに対する、エンジン１の制御のロバスト性が高まる。
【０１２５】
エンジン１の運転状態が中負荷領域にあるときには、低負荷領域にあるときとは異なり、燃料量が多くなるため、燃焼室１７の中に導入するガスの充填量を調整する必要がない。スロットル弁４３の開度は全開である。
【０１２６】
エンジン１の負荷が高まり、燃料量がさらに増えたときに、混合気のλを１．０±０．２にしかつ、混合気のＧ／Ｆを１８以上５０以下にするには、自然吸気の状態であれば、燃焼室１７の中に導入するガス量が不足する。そこで、中負荷領域における所定負荷（つまり、第３負荷）よりも負荷の高い領域においては、過給機４４が、燃焼室１７の中に導入するガスの過給を行う。中負荷領域（Ｂ）は、所定負荷よりも高負荷の領域であって、過給を行う第１中負荷領域（Ｂ１）と、所定負荷以下の領域であって、過給を行わない第２中負荷領域（Ｂ２）とに分けられる。所定負荷は、例えば１／２負荷である。第２中負荷領域は、第１中負荷領域よりも負荷の低い領域である。以下、第１中負荷領域における燃焼形態を、過給ＳＰＣＣＩ燃焼と呼び、第２中負荷領域における燃焼形態を、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼と呼ぶ場合がある。
【０１２７】
過給を行わない第２中負荷領域においては、燃料量が増えるに従い、燃焼室１７の中に導入する新気が増える一方、ＥＧＲガスは減る。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなると小さくなる。スロットル弁４３の開度を全開にしているため、エンジン１は、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガスの量を調整することにより、燃焼室１７の中に導入する新気の量を調整する。第２中負荷領域において燃焼室１７の中の状態量は、例えば混合気のλは１．０で略一定になる一方、混合気のＧ／Ｆは２５〜２８の範囲で変更される。
【０１２８】
これに対し、過給を行う第１中負荷領域において、エンジン１は、燃料量が増えるに従い、燃焼室１７の中に導入する新気及びＥＧＲガスを共に増やす。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなっても略一定である。第１中負荷領域において燃焼室１７の中の状態量は、例えば混合気のλは１．０で略一定になると共に、混合気のＧ／Ｆは２５で略一定である。
【０１２９】
（高負荷領域）
エンジン１の運転状態が高負荷領域にあるときの燃焼形態は、ＳＩ燃焼である。これは、燃焼騒音を確実に回避することを優先するためである。以下、高負荷領域における燃焼形態を、高負荷ＳＩ燃焼と呼ぶ場合がある。
【０１３０】
エンジン１の運転状態が高負荷領域にあるときに、混合気のλは１．０±０．２である。また、混合気のＧ／Ｆは、１８以上３０以下に設定される。混合気のＧ／Ｆを、１８以上５０以下に設定してもよい。高負荷領域においては、スロットル弁４３の開度は全開であり、過給機４４は過給を行う。
【０１３１】
高負荷領域において、エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなると、小さくなる。ＥＧＲガスの量を減らした分、燃焼室１７の中に導入する新気の量が増えるから、燃料量を増やすことができる。エンジン１の最高出力を高くする上で有利になる。
【０１３２】
また、エンジン１は、必要に応じて、スワールコントロール弁５６の開度を調整する。      
【０１３３】
エンジン１の運転状態が高負荷領域にあるときと、中負荷領域にあるときとの間において、燃焼室１７の中の状態量が大きく変動しない。エンジン１の負荷が変更することに対する、エンジン１の制御のロバスト性が高まる。
【０１３４】
前述の通り、エンジン１は、高負荷領域においては、ＳＩ燃焼を行うが、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなるという問題がある。
【０１３５】
そこで、エンジン１は、高負荷領域において、燃料噴射の形態を工夫することにより異常燃焼を回避するよう構成されている。具体的に、ＥＣＵ１０は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でかつ、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間（以下、この期間をリタード期間と呼ぶ）内のタイミングで、燃焼室１７内に燃料を噴射するよう、燃料供給システム６１及びインジェクタ６に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０はまた、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行うよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。尚、以下においては、高い燃料圧力でかつ、リタード期間内のタイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射することを、高圧リタード噴射と呼ぶ。
【０１３６】
高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を短くすることによって、異常燃焼を回避する。すなわち、混合気が反応する時間は、（１）インジェクタ６が燃料を噴射する期間（つまり、噴射期間）と、（２）燃料の噴射が終了した後、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（つまり、混合気形成期間）と、（３）点火によって開始されたＳＩ燃焼が終了するまでの期間（つまり、燃焼期間）と、を足し合わせた時間である。
【０１３７】
高い燃料圧力で、燃焼室１７の中に燃料を噴射すると、噴射期間及び混合気形成期間は、それぞれ短くなる。噴射期間及び混合気形成期間が短くなると、燃料の噴射を開始するタイミングを点火タイミングに近づけることが可能になる。高圧リタード噴射は、高い圧力でかつ、燃焼室１７の中に燃料を噴射するから、圧縮行程後期から膨張行程初期までのリタード期間内のタイミングで、燃料噴射を行う。
【０１３８】
高い燃料圧力で燃焼室１７の中に燃料を噴射すると、燃焼室１７の中の乱流エネルギが高くなる。燃料噴射のタイミングを圧縮上死点に近づけると、燃焼室１７の中の乱流エネルギが高い状態でＳＩ燃焼を開始することができる。その結果、燃焼期間が短くなる。
【０１３９】
高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短くすることができる。吸気行程中に燃焼室１７の中に燃料を噴射する場合と比較して、高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を大幅に短くすることができる。高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間が短くなるから、異常燃焼を回避することが可能になる。
【０１４０】
エンジン制御の技術分野においては、異常燃焼を回避するために、点火タイミングを遅角することが、従来から行われている。しかしながら、点火タイミングを遅らせると、燃費性能は低下する。高圧リタード噴射は、点火タイミングを遅角させなくてもよい。高圧リタード噴射を利用することによって、燃費性能は向上する。
【０１４１】
燃料圧力を、例えば３０ＭＰａ以上にすれば、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間を効果的に短縮することができる。尚、燃料圧力は、燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。燃料圧力の上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。
【０１４２】
ここで、エンジン１の回転数が低いときには、クランク角度が同一角度だけ変化するときの時間が長いため、高圧リタード噴射によって混合気の反応可能時間を短縮することは、異常燃焼を回避する上で、特に有効である。一方、エンジン１の回転数が高くなると、クランク角度が同一角度だけ変化するときの時間が短くなる。このため、混合気の反応可能時間を短縮することは、異常燃焼を回避する上で、それほど有効ではない。
【０１４３】
高圧リタード噴射はまた、圧縮上死点付近になって初めて、燃焼室１７の中に燃料を噴射するため、圧縮行程において、燃焼室１７の中では、燃料を含まないガス、言い換えると比熱比の高いガスが圧縮される。エンジン１の回転数が高いときに、高圧リタード噴射を行うと、圧縮上死点における燃焼室１７の中の温度、つまり、圧縮端温度が高くなってしまう。圧縮端温度が高くなることによって、ノッキング等の異常燃焼を招く恐れがある。
【０１４４】
そこで、このエンジン１は、高負荷領域（Ｃ）を、低回転側の第１高負荷領域（Ｃ１）と、第１高負荷領域（Ｃ１）よりも回転数の高い第２高負荷領域（Ｃ２）とに分けている。第１高負荷領域は、高負荷領域内を、低回転、中回転及び高回転の３つの領域に三等分したときの低回転及び中回転領域を含むとしてもよい。第２高負荷領域は、高負荷領域内を、低回転、中回転及び高回転の３つの領域に三等分したときの高回転領域を含むとしてもよい。
【０１４５】
第１高負荷領域において、インジェクタ６は、ＥＣＵ１０の制御信号を受けて、前述した高圧リタード噴射を行う。第２高負荷領域において、インジェクタ６は、ＥＣＵ１０の制御信号を受けて、吸気行程中の所定タイミングで燃料噴射を行う。吸気行程中に行う燃料噴射は、高い燃料圧力が不要である。ＥＣＵ１０は、燃料圧力が、高圧リタード噴射の燃料圧力よりも低くなるよう（例えば燃料圧力が４０ＭＰａ未満となるよう）、燃料供給システム６１に制御信号を出力する。燃料圧力を下げることによって、エンジン１の機械抵抗損失が低下するから、燃費の向上に有利になる。
【０１４６】
吸気行程中に燃焼室１７の中に燃料を噴射することによって、燃焼室１７の中のガスの比熱比が下がるから、圧縮端温度が低くなる。圧縮端温度が低くなるから、エンジン１は、異常燃焼を回避することができる。異常燃焼を回避するために、点火タイミングを遅角する必要がないため、第２高負荷領域において、点火プラグ２５は、第１高負荷領域と同様に、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火する。
【０１４７】
第１高負荷領域においては、高圧リタード噴射によって、混合気が自己着火に至らないため、エンジン１は、安定したＳＩ燃焼を行うことができる。第２高負荷領域においては、吸気行程中の燃料噴射によって、混合気が自己着火に至らないため、エンジン１は、安定したＳＩ燃焼を行うことができる。
【０１４８】
（ＳＰＣＣＩ燃焼）
ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼について説明をする。図８の上図は、ＳＰＣＣＩ燃焼における、クランク角に対する熱発生率の変化を例示する波形８０１を示している。圧縮上死点付近、正確には、圧縮上死点よりも前の所定タイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火すると、火炎伝播による燃焼が開始する。ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。従って、熱発生率の波形は、傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、ＳＩ燃焼時の、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。
【０１４９】
ＳＩ燃焼によって、燃焼室１７の中の温度及び圧力が高まると、未燃混合気が自己着火する。波形８０１の例では、圧縮上死点付近において、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。
【０１５０】
ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。但し、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、ピストン３がモータリングによって下降している。ＣＩ燃焼による、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθも比較的穏やかになる。
【０１５１】
ｄｐ／ｄθは、燃焼騒音を表す指標として用いることができるが、前述の通りＳＰＣＣＩ燃焼は、ｄｐ／ｄθを小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えることができる。
【０１５２】
ＣＩ燃焼が終了することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼は、膨張行程中の燃焼終了時期を、圧縮上死点に近づけることが可能である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、エンジン１の燃費性能の向上に有利である。
【０１５３】
従って、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼騒音の防止と、燃費性能の向上とを両立することができる。
【０１５４】
ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した熱量に対する、ＳＩ燃焼により発生した熱量の比率としてもよい。例えば波形８０１においてＳＩ率は、ＳＩ率＝（ＳＩ燃焼の面積）／（ＳＰＣＣＩ燃焼の面積）によって表すことができる。波形８０１においてＳＩ燃焼によって燃焼をする燃料の割合の意味で、前記ＳＩ率を、ＳＩ燃料割合と呼んでもよい。
【０１５５】
ＳＩ率は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比である。ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。
【０１５６】
ＳＩ率は、前述した定義に限定されるものではない。ＳＩ率は、様々な定義が考えられる。例えば、ＳＩ率は、ＣＩ燃焼により発生した熱量に対する、ＳＩ燃焼により発生した熱量の比率としてもよい。つまり、波形８０１においてＳＩ率＝（ＳＩ燃焼の面積）／（ＣＩ燃焼の面積）としてもよい。
【０１５７】
また、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始したタイミングで、熱発生率の波形は変曲点を有している。そこで、図８の中図に符号８０２で示すように、熱発生率の波形における変曲点を境界にし、境界よりも進角側の範囲をＳＩ燃焼、遅角側の範囲をＣＩ燃焼としてもよい。この場合において、ＳＩ率は、波形８０２にハッチングを付して示すように、境界よりも進角側の範囲の面積ＱＳＩ、遅角側の範囲の面積ＱＣＩから、ＳＩ率＝ＱＳＩ／（ＱＳＩ＋ＱＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝ＱＳＩ／ＱＣＩとしてもよい。また、境界よりも進角側の範囲の全面積ではなく一部の面積と、境界よりも遅角側の範囲の一部の面積とに基づいて、ＳＩ率を定義してもよい。
【０１５８】
また、熱発生に基づいてＳＩ率を定義するのではなく、境界よりも進角側の範囲のクランク角度ΔθＳＩ、遅角側の範囲のクランク角度ΔθＣＩから、ＳＩ率＝ΔθＳＩ／（ΔθＳＩ＋ΔθＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝ΔθＳＩ／ΔθＣＩとしてもよい。
【０１５９】
さらに、境界よりも進角側の範囲の熱発生率のピークΔＰＳＩ、遅角側の範囲の熱発生率のピークΔＰＣＩから、ＳＩ率＝ΔＰＳＩ／（ΔＰＳＩ＋ΔＰＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝ΔＰＳＩ／ΔＰＣＩとしてもよい。
【０１６０】
加えて、境界よりも進角側の範囲における熱発生率の傾きφＳＩ、遅角側の範囲における熱発生率の傾きφＣＩから、ＳＩ率＝φＳＩ／（φＳＩ＋φＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝φＳＩ／φＣＩとしてもよい。
【０１６１】
また、ここでは、熱発生率の波形に基づいて、面積（つまり、熱発生量の大きさ）、横軸の長さ（つまり、クランク角度の大きさ）、縦軸の長さ（つまり、熱発生率の大きさ）、又は、傾き（つまり、熱発生率の変化率）から、ＳＩ率を定義している。図示は省略するが、燃焼室１７の中の圧力（Ｐ）の波形に基づいて、同様に、面積、横軸の長さ、縦軸の長さ、又は、傾きから、ＳＩ率を定義してもよい。
【０１６２】
また、ＳＰＣＣＩ燃焼において、熱発生率又は圧力に係る燃焼波形の変曲点は、常に明確に現れるとは限らない。変曲点に基づかないＳＩ率の定義として、次のような定義を用いてもよい。つまり、図８の下図に符号８０３で示すように、燃焼波形において、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の範囲をＳＩ燃焼とし、圧縮上死点よりも遅角側の範囲をＣＩ燃焼としてもよい。その上で、前記と同様に、面積（ＱＳＩ、ＱＣＩ）、横軸の長さ（ΔθＳＩ、ΔθＣＩ）、縦軸の長さ（ΔＰＳＩ、ΔＰＣＩ）、又は、傾き（φＳＩ、φＣＩ）から、ＳＩ率を定義してもよい。
【０１６３】
さらに、ＳＩ率は、燃焼室１７の中で実際に行われた燃焼波形によって定義するのではなく、燃料量に基づいて定義してもよい。後述するように、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域においては、前段噴射と後段噴射とを含む分割噴射を行う場合がある。後段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、噴射から点火までの時間が短いため、燃焼室１７の中で拡散せずに、点火プラグ２５の付近に位置するようになる。従って、後段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼によって燃焼する。一方、前段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼によって燃焼する。従って、前段噴射によって噴射する燃料量（ｍ１）と、後段噴射によって噴射する燃料量（ｍ２）とに基づいて、ＳＩ率を定義することが可能である。つまり、ＳＩ率＝ｍ２／（ｍ１＋ｍ２）としてもよいし、ＳＩ率＝ｍ２／ｍ１としてもよい。
【０１６４】
（ＳＰＣＣＩ燃焼の安定化）
ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定して行うための条件について説明する。本願発明者らの検討によると、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切に行うためには、混合気が自己着火するまでの間に、火炎伝播によるＳＩ燃焼を安定化させなければならないことが新たにわかった。ＳＩ燃焼が不安定であると、ＣＩ燃焼を含めた燃焼全体が安定化しない。
【０１６５】
ＳＩ燃焼の安定性に関係する因子の一つは乱流燃焼速度である。乱流燃焼速度が高いと、ＳＩ燃焼は安定化する。乱流燃焼速度は、混合気の空燃比（又は空気過剰率λ）、混合気のＥＧＲ率（つまり、希釈率）、燃焼室の中の温度及び圧力、及び、燃焼室の中の乱流エネルギ等の影響を受ける。
【０１６６】
本願発明者らは、ＳＩ燃焼の安定性確保に必要な乱流燃焼速度を実現するための、混合気の空気過剰率λ、混合気の希釈率（ここでは、燃焼室の中の全ガスと燃料との重量比であるＧ／Ｆ）、燃焼室の中の温度及び圧力、及び、燃焼室の中の乱流エネルギについて、シミュレーションによる検討を行った。このシミュレーションの条件は、エンジンが低負荷で運転しておりかつ、内部ＥＧＲガスのみを燃焼室の中に導入することによって、燃焼室の中の温度をできるだけ高くしている条件である。
【０１６７】
ノッキングの発生に伴う大きな燃焼騒音を確実に回避する観点から、混合気のＧ／Ｆの下限は、１８である。つまり、混合気のＧ／Ｆを下げると、未燃混合気の自己着火が発生したとしても、その現象はノッキングとみなすことができる。また、このようなリーン混合気の燃焼において、ＮＯｘの排出を防止すべく三元触媒を利用するのであれば、混合気の空気過剰率λは１．０±０．２である。
【０１６８】
エンジンの燃費性能を高める観点からは、混合気のＧ／Ｆは大きい方が好ましい。そこで、本願発明者らは、図１３の上図に示すように、混合気のＧ／Ｆと、所望の乱流燃焼速度を実現するために必要な乱流エネルギとの関係を検討した（符号１３０１のグラフ）。尚、エンジンは、回転数が２０００ｒｐｍでかつ、低負荷運転をしている。また、燃焼室の中に内部ＥＧＲガスを導入している。吸気弁の閉弁時期は９１°ＡＢＤＣである。エンジンの幾何学的圧縮比は１８である。
【０１６９】
グラフ１３０１によると、混合気のλが１．２のときのＧ／Ｆの特性線は、３０付近で飽和する飽和曲線のようになる。一方、エンジンの回転数が２０００ｒｐｍのときに、乱流エネルギは４０ｍ２／ｓ２を実現することが可能である。４０ｍ２／ｓ２を超える乱流エネルギを実現したとしても、混合気のＧ／Ｆは、３０よりもほとんど大きくならないことが、新たにわかった。グラフ１３０１によると、ＳＩ燃焼の安定性を確保する上で、混合気のＧ／Ｆは３０が上限である。
【０１７０】
以上の検討から、混合気のＧ／Ｆは１８以上３０以下に設定する必要がある。グラフ１３０１から、混合気のλが１．０又は１．２でかつ、Ｇ／Ｆの範囲が１８以上３０以下のときに、ＳＩ燃焼の安定化のために必要な乱流エネルギの範囲は１７〜４０ｍ２／ｓ２である。
【０１７１】
図１３の中図は、グラフ１３０１と同条件において、所望の乱流燃焼速度を実現するために必要な燃焼室の中の、点火タイミングにおける温度と、混合気のＧ／Ｆと、の関係を示している（符号１３０２のグラフ）。グラフ１３０２によると、混合気のλが１．０又は１．２でかつ、Ｇ／Ｆの範囲が１８以上３０以下のときに、点火タイミングにおける燃焼室の中の必要温度ＴIg（Ｋ）は、５７０〜８００Ｋである。
【０１７２】
図１３の下図は、グラフ１３０１と同条件において、所望の乱流燃焼速度を実現するために必要な燃焼室の中の、点火タイミングにおける圧力と、混合気のＧ／Ｆと、の関係を示している（符号１３０３のグラフ）。グラフ１３０３によると、混合気のλが１．０又は１．２でかつ、Ｇ／Ｆの範囲が１８以上３０以下のときに、点火タイミングにおける燃焼室の中の必要圧力ＰIg（ｋＰａ）は、４００〜９２０ｋＰａである。
【０１７３】
尚、図示は省略するが、エンジンの幾何学的圧縮比を１３〜２０の範囲において変更しても、混合気のＧ／Ｆと、所望の乱流燃焼速度を実現するために必要な乱流エネルギとの関係に対しては、ほとんど影響がなかった。
【０１７４】
また、図１３は、エンジンの回転数が２０００ｒｐｍであるときのシミュレーション結果を示しているが、エンジンの回転数が高くなると、燃焼室内のガスの流動が強くなるため、所望の乱流燃焼速度が得られやすくなる。前述した混合気のＧ／Ｆ、燃焼室の中の必要温度ＴIg、及び、必要圧力ＰIgの数値範囲はそれぞれ、特定のエンジンの運転状態に限定されない。
【０１７５】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、前述したように、ＳＩ燃焼によって自己着火のタイミングをコントロールするが、目標のタイミングにおいて未燃混合気が自己着火をするように、自己着火のタイミングを精度よくコントロールするためには、点火タイミングを変更することに対応して、自己着火のタイミングが変化しなければならない。点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化する感度が高いことが好ましい。
【０１７６】
図１４は、実験によって得られた、点火タイミングの変化に対する自己着火タイミングの変化比率（＝（自己着火タイミングのクランク角変化）／（点火タイミングのクランク角変化））を示すコンター図１４０１である。変化比率は、点火タイミングをクランク角において１°だけ変更したときの、自己着火タイミングのクランク角変化の大きさを示す。変化比率の値が大きいほど、点火タイミングの変更に対する自己着火のタイミングの変化感度が高く、変化比率の値が小さいほど、点火タイミングの変更に対する自己着火のタイミングの変化感度が低いことを示す。
【０１７７】
コンター図１４０１の縦軸は、混合気のＥＧＲ率、横軸は混合気のＡ／Ｆである。図の右上ほど、点火タイミングの変更に対する自己着火のタイミングの変化感度が低く、図の左下ほど、自己着火のタイミングの変化感度が高い。コンター図１４０１から、混合気のλが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆの範囲が１８以上３０以下である破線で囲んだ範囲は、点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが、感度よく変化することがわかる。尚、ＥＧＲ率の上限は、燃焼安定性の観点から、４０％であることが好ましい。
【０１７８】
すなわち、燃焼室の中の状態を、混合気のλが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８以上３０以下とすれば、ＳＩ燃焼が安定化する結果、ＳＰＣＣＩ燃焼において、未燃混合気を目標のタイミングで正確に自己着火させることができる。
【０１７９】
前記の検討では、混合気のＧ／Ｆは３０が最大である。これに対し、本願発明者らは、燃費性能をさらに向上させるべく、混合気の希釈度を高くすることを検討した。
【０１８０】
本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼がＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との組み合わせであることから、燃焼室内において混合気のＧ／Ｆを成層化することに着目した。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼は点火プラグ２５によって点火される混合気の燃焼である。点火プラグ２５の近傍の混合気は主に、ＳＩ燃焼により燃焼する。一方、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼が開始した後の、未燃混合気の自己着火による燃焼である。点火プラグ２５から離れた周囲の混合気は主に、ＣＩ燃焼により燃焼する。
【０１８１】
例えば燃焼室１７内に強いスワール流を発生させると、ピストン３の頂面のキャビティ３１内に溜まっていた残留ガス（つまり、既燃ガス）を、キャビティ３１外に追い出すことができる。燃焼を燃焼室１７の全体に略均等に分布させていると、点火プラグ２５の近傍の混合気のＧ／Ｆは、キャビティ３１内に残留ガスがなくなる分、相対的に小さくなり、点火プラグ２５から離れた周囲の混合気のＧ／Ｆは、残留ガスを含む分、相対的に大きくなる。燃焼室１７内の混合気のＧ／Ｆを成層化することができる。
【０１８２】
本願発明者らは、図１５に示す手順によって、混合気のＧ／Ｆを成層化した状態でＳＰＣＣＩ燃焼が安定化する条件について、シミュレーションによる検討を行った。このシミュレーションにおいては、図１５に符号１５０６において模式的に示すように、燃焼室１７の中を、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部と、ＳＩ部の周囲のＣＩ部とに仮想的に区分けをし、ＳＩ部及びＣＩ部のそれぞれについて、混合気のＧ／Ｆを定める。但し、ＳＩ部の混合気の空気過剰率λ、及び、ＣＩ部の混合気の空気過剰率λは共に１である。また、ＳＩ部のＧ／Ｆは、ＣＩ部のＧ／Ｆよりも小さいとする。
【０１８３】
シミュレーションに際し、本願発明者らは先ず、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定的に行われるための制約条件として、以下の三つの制約条件（１）〜（３）を仮定した。
【０１８４】
制約条件（１）：ＳＩ燃焼を安定的に行う条件として、図１３の上図の結果を利用することにより、ＳＩ部の混合気のＧ／Ｆを２２以下とする。ＳＩ部は、前述したように、残留ガスを含まずに、外部ＥＧＲガスを含む混合気であるため、ＳＩ部の混合気のＧ／Ｆを２２以下にするという制約条件（１）は、外部ＥＧＲ率を３４％以下にすると言い換えることができる。
【０１８５】
制約条件（２）：ＣＩ部の混合気のＧ／Ｆは１００未満でありかつ、燃焼室が圧縮上死点に至ったときの、ＣＩ部の温度は１０５０Ｋを超えるとする。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べると、混合気が希釈されていても安定して燃焼する。しかしながら、混合気の希釈度には限度があり、本願発明者らが行った実験によると、混合気のＧ／Ｆが１００未満であれば、ＣＩ燃焼において、圧縮上死点から上死点後１０°ＣＡまでの範囲に燃焼重心が存在した状態で、所望の燃焼安定性を確保することができる。
【０１８６】
また、ガソリンを含有する燃料の自着火温度は一般的に１０５０Ｋとされており、これは、本願発明者らが行った実験においても確認されている。よって、ＣＩ部の混合気のＧ／Ｆは１００未満でありかつ、圧縮上死点におけるＣＩ部の温度が１０５０Ｋを超えると、安定したＣＩ燃焼が実現する。
【０１８７】
制約条件（３）：ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせているため、ＳＩ燃焼の割合が高くなると、ＣＩ燃焼の割合が低くなり、ＳＩ燃焼の割合が低くなると、ＣＩ燃焼の割合が高くなる。ＳＩ燃焼の割合が低くなり過ぎると、ＣＩ燃焼の割合が高くなり過ぎる結果、燃焼騒音が大きくなってしまう。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合（つまり、前述したＳＩ率）を、ＳＩ燃焼により燃焼する燃料の割合としての「ＳＩ燃料割合」で表す。ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼のみが行われると、ＳＩ燃料割合は１になる。ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼の割合が少なくなるに従い、Ｉ燃料割合は１よりも次第に小になる。
【０１８８】
図１５の符号１５０４のグラフは、エンジン１の圧縮比とＳＩ燃料割合との関係において、ＳＰＣＣＩ燃焼において燃焼騒音が許容値以下になる領域と、ＳＰＣＣＩ燃焼における燃焼騒音が許容値を超える領域とを示している。グラフ１５０４に示すように、エンジンの圧縮比に関わらず、ＳＰＣＣＩ燃焼においては、ＳＩ燃料割合をある程度以上大きくしないと燃焼騒音を許容値以下に抑えることができない。燃焼騒音の許容値の具体的な値は、適宜の値に定めることができる。尚、グラフ１５０４によると、エンジンの圧縮比が高いほど圧縮上死点における燃焼室内の温度が高くなってＣＩ燃焼が急峻になる恐れがあるため、ＳＩ燃料割合を大きくしなければ、燃焼騒音を許容値以下に抑えることができなくなる。エンジンの圧縮比が低くなれば圧縮上死点における燃焼室内の温度が低くなってＣＩ燃焼が急峻にならないから、ＳＩ燃料割合を小さくしても、燃焼騒音を許容値以下に抑えることができる。
【０１８９】
本検討においては、図１５の符号１５０１のマトリックスに示すように、ＳＩ部のＥＧＲ率と、燃焼室全体のトータルＥＧＲ率との二つのパラメータをそれぞれ変更し、前述した制約条件（１）〜（３）を満足する範囲を探索する。図例では、外部ＥＧＲ率を５％ずつ変更すると共に、トータルのＥＧＲ率を１０％ずつ変更する。尚、これらのＥＧＲ率の変更幅はそれぞれ、適宜の幅に定めることができる。探索は、例えば、外部ＥＧＲ率を、ある値に固定した上で、トータルＥＧＲ率を変更しながら、制約条件（１）〜（３）を満足するトータルＥＧＲ率の範囲を探索する。そして、外部ＥＧＲ率の値を変更しながら、探索を繰り返す。
【０１９０】
ここで、ＳＩ部のＥＧＲ率とトータルＥＧＲ率との関係は変えないで、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃料割合を変更することにより、前述した制約条件（１）〜（３）を満足させることが可能である。そこで、符号１５０２のマトリックスに示すように、マトリックス１５０１の縦一列に対して（つまり、外部ＥＧＲ率の値毎に）、ＳＩ燃料割合を変更することによって、制約条件（１）〜（３）を満足するトータルＥＧＲ率の範囲を探索する。
【０１９１】
図１５の符号１５０３のグラフは、マトリックス１５０２の探索結果を例示している。グラフ１５０３は、エンジンの圧縮比が１６でかつ、外部ＥＧＲ率が２０％のときの探索結果の例である。横軸がＳＩ燃料割合、縦軸がトータルＥＧＲ率で表されるグラフ１５０３において、領域（II）は、一点鎖線よりも左側の領域であって、ＳＩ燃料割合が０．５以下の領域である。この領域は、グラフ１５０４に示すように、エンジンの圧縮比１６のときに、ＳＰＣＣＩ燃焼において燃焼騒音が許容されるＳＩ燃料割合の下限に相当する。つまり、領域（II）は、制約条件（３）を満足しない領域である。領域（II）は、ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼の割合が小さいため、燃焼騒音が許容値を超えてしまう領域に相当する。
【０１９２】
領域（III）は、グラフ１５０３において破線よりも上側の領域である。この領域は、トータルＥＧＲ率が大きい領域である。領域（III）は、ＣＩ部の混合気のＧ／Ｆが大きすぎるため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の燃焼安定性が確保できない領域である。つまり、領域（III）は、制約条件（２）を満足しない領域である。
【０１９３】
領域（IV）は、グラフ１５０３において実線よりも下側の領域である。この領域は、トータルＥＧＲ率が小さい領域である。領域（IV）は、圧縮上死点におけるＣＩ部の温度が低くなって、ＳＰＣＣＩ燃焼においてＣＩ部の混合気が安定して自己着火しなくなる領域である。つまり、領域（IV）も、制約条件（２）を満足しない領域である。
【０１９４】
グラフ１５０３の領域（Ｉ）は、制約条件（２）及び（３）を満足する領域である。
【０１９５】
以上説明したように、マトリックス１５０１、マトリックス１５０２及びグラフ１５０３に基づいて、外部ＥＧＲ率毎に、ＳＩ燃料割合を変更しながら、制約条件を満足するトータルＥＧＲ率の範囲を探索する。その結果、マトリックス１５０１の探索結果の一例として、図１５の符号１５０５のグラフが得られる。グラフ１５０５は、横軸をＳＩ部の外部ＥＧＲ率とし、縦軸をトータルＥＧＲ率とした平面において、制約条件（１）〜（３）を満足する領域を示している。グラフ１５０３とグラフ１５０５とは、図１５に両端矢印で示すように、ある特定の外部ＥＧＲ率（図例では、ＥＧＲ率が２０％）において制約条件を満足するトータルＥＧＲ率の範囲を示している。
【０１９６】
図１６は、混合気のＧ／Ｆを成層化した状態において安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現する、ＳＩ部のＧ／Ｆ（横軸）と、燃焼室全体のトータルＧ／Ｆ（縦軸）との関係を例示している。図１６のグラフ１６０１は、図１５のグラフ１５０５における縦軸及び横軸のそれぞれを、ＥＧＲ率からＧ／Ｆに書き換えたグラフである。グラフ１６０１においてハッチングを付した領域内が、制約条件を満足する領域である。ＳＩ部のＧ／Ｆと燃焼室内のトータルＧ／Ｆとの関係が、この領域内に含まれていると、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定する。
【０１９７】
グラフ１６０１に示す領域の上側のライン１６０２は、それ以上ではＣＩ部が希釈化し過ぎてＣＩ燃焼が安定しなくなる限度において、燃焼騒音を回避することができるＳＩ燃料割合を確保するためのラインに相当する。また、当該領域の右側のライン１６０３は、ＳＩ部のＳＩ燃焼の安定性確保のための限界ラインに相当する（つまり、制約条件（１）を満足するためのラインである）。当該領域の下側のライン１６０４は、ＣＩ部の温度を確保して自己着火を安定させるためのラインである。このラインは、グラフ１６０１において右上がりの直線である。このラインは、エンジンの圧縮比εが高くなると、一点鎖線で示すように上側にシフトし、エンジンの圧縮比εが低くなると、二点鎖線で示すように、下側にシフトする。
【０１９８】
グラフ１６０１には、さらにライン１６０５が追加されている。このライン１６０５は、ノッキングの発生に伴う大きな燃焼騒音を回避するためのラインであり、図１３にも示したＧ／Ｆ＝１８に相当するラインである。このライン１６０５は、前述したライン１６０４と交差している。前述したように、ライン１６０４よりも上であれば、ＳＰＣＣＩ燃焼において、平均的な燃焼騒音は許容値を満足することになるが、ライン１６０５よりもトータルＥＧＲ率が小さいと、ノッキング（異常燃焼）が発生する恐れがあるため、当該ライン１６０５を優先しなければならなくなる。
【０１９９】
以上の検討から、燃焼室内のＧ／Ｆを成層化することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させるためのトータルＧ／Ｆの範囲は１８以上５０以下になる。このときに、ＳＩ部のＧ／Ｆの範囲は１４以上２２以下である。ＳＩ部のＧ／Ｆが大きくなると、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させるためには、トータルＧ／Ｆを大きくしなければならない。また、エンジン１の圧縮比εが高いと、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させるためには、トータルＧ／Ｆを、圧縮比εが低いときよりも大きくしなければならない。
【０２００】
Ｇ／Ｆを成層化すると、図１３に示したＧ／Ｆの範囲よりも混合気をさらに希釈することが可能になるから、エンジンの燃費性能の向上に有利になる。Ｇ／Ｆの成層化は、例えば、燃焼室１７内に強いスワール流を発生させたり、燃焼室１７の形状を工夫したり、それらを組み合わせたりすることにより、実現することが可能である。
【０２０１】
尚、燃焼室内のＧ／Ｆを成層化する場合、ＳＩ部の混合気は空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、ＥＧＲ率は３４％以下に設定される。図１４に二点鎖線で囲むように、混合気の空気過剰率λ≒１でかつ、ＥＧＲ率が３４％以下であれば、点火タイミングの変更に対する自己着火のタイミングの変化感度が高い。つまり、燃焼室内のＧ／Ｆを成層化する場合に、トータルＧ／Ｆを１８以上５０以下、ＳＩ部のＧ／Ｆを１４以上２２以下にしかつ、燃焼室内全体の空気過剰率λ≒１にすれば、ＳＰＣＣＩ燃焼において、点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングを精度よく変化させることができる。
【０２０２】
（エンジンの運転制御）
エンジン１は、運転領域マップ７０１において、運転状態に応じてＳＩ燃焼とＳＰＣＣＩ燃焼とを切り替える。エンジン１はまた、エンジン１の運転状態に応じてＳＩ率を変更する。これにより、燃焼騒音の発生を抑制することと、燃費の向上を図ることとが両立する。
【０２０３】
図９は、エンジン１の負荷の高低に対する、ＳＩ率の変化、燃焼室１７の中の状態量の変化、吸気弁の開弁期間及び排気弁の開弁期間の変化、並びに、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングの変化を例示している。図９は、図７の運転領域マップ７０１に対応する。以下、所定の回転数で、エンジン１の負荷が次第に高くなる想定において、エンジン１の運転制御を説明する。
【０２０４】
（低負荷領域（低負荷ＳＩ燃焼））
低負荷領域（Ａ）において、エンジン１は、低負荷ＳＩ燃焼を行う。エンジン１の運転状態が低負荷領域にあるときに、ＳＩ率は１００％で一定である。
【０２０５】
低負荷領域においては、前述したように、混合気のＧ／Ｆを、１８〜５０の間で一定にする。エンジン１は、燃焼室１７の中に、燃料量に応じた量の新気及び既燃ガスを導入する。新気の導入量は、前述したように、スロットリング、及び／又は、ミラーサイクルによって調整する。希釈率が高いため、ＳＩ燃焼を安定化させるために、燃焼室１７の中の温度を高める。エンジン１は、低負荷領域においては、内部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。スワールコントロール弁５６の開度は、適宜、調整される。
【０２０６】
内部ＥＧＲガスは、排気上死点を挟んで吸気弁２１及び排気弁２２が共に閉弁したネガティブオーバーラップ期間を設けることによって、燃焼室１７の中に導入する（つまり、既燃ガスを燃焼室１７の中に閉じ込める）。内部ＥＧＲガス量の調整は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３により吸気弁２１の開弁時期を調整することと、排気電動Ｓ−ＶＴ２４により排気弁２２の開弁時期を調整することと、によって、ネガティブオーバーラップ期間の長さを適宜設定することにより行う。尚、吸気弁２１及び排気弁２２を共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることによって、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入するようにしてもよい。
【０２０７】
低負荷領域においては、燃焼室１７の中に導入する充填量が１００％未満に調整される。燃料量が増大するに従い、燃焼室１７の中に導入する新気の量、及び、内部ＥＧＲガスの量が次第に増える。低負荷領域におけるＥＧＲ率は、例えば４０％である。
【０２０８】
インジェクタ６は、吸気行程中に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。燃焼室１７の中には、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜５０になった、均質な混合気が形成される。空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって、混合気は、自己着火に至らずに、火炎伝播により燃焼する。
【０２０９】
（第２中負荷領域（非過給ＳＰＣＣＩ燃焼））
エンジン１の負荷が高くなって、運転状態が第２中負荷領域（Ｂ２）に入ると、エンジン１は、低負荷ＳＩ燃焼から非過給ＳＰＣＣＩ燃焼に切り替える。ＳＩ率は、１００％未満になる。エンジン１の負荷が高まるに従い燃料量が増える。第２中負荷領域の中において負荷が低いときには、燃料量の増大に従って、ＣＩ燃焼の割合を増やす。ＳＩ率は、エンジン１の負荷が高くなる従って、次第に小さくなる。ＳＩ率は、図９の例では、５０％以下の所定値（最小値）にまで減少する。
【０２１０】
燃料量が増えるため、第２中負荷領域においては、燃焼温度が高くなる。燃焼室１７の中の温度が高くなりすぎると、ＣＩ燃焼が開始するときの熱発生が激しくなってしまう。そうなると、燃焼騒音が増大してしまう。
【０２１１】
そこで、第２中負荷領域においては、燃焼室１７の中の圧縮開始前の温度を調整するために、エンジン１の負荷が変化することに対して、内部ＥＧＲガスと、外部ＥＧＲガスとの割合を変更する。つまり、エンジン１の負荷が高くなるに従い、熱い内部ＥＧＲガスを次第に減らし、冷却した外部ＥＧＲガスを次第に増やす。ネガティブオーバーラップ期間は、第２中負荷領域において、負荷が高くなるに従い、最大からゼロになるまで変更される。内部ＥＧＲガスは、第２中負荷領域において最も負荷が高くなるとゼロになる。尚、吸気弁２１及び排気弁２２のポジティブオーバーラップ期間を設ける場合も、同様である。オーバーラップ期間の調整によって、燃焼室１７の中の温度を調整する結果、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率を調整することができる。
【０２１２】
ＥＧＲ弁５４の開度は、第２中負荷領域において、負荷が高くなるに従い、外部ＥＧＲガスが増えるよう変更される。燃焼室１７の中に導入される外部ＥＧＲガスの量は、ＥＧＲ率で表すと、例えば０〜３０％の間において調整される。第２中負荷領域においては、エンジン１の負荷が高くなるに従い、ＥＧＲガスが、内部ＥＧＲガスから外部ＥＧＲガスへと置換される。ＥＧＲ率の調整によっても、燃焼室１７の中の温度を調整されるため、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率を調整することができる。
【０２１３】
尚、低負荷領域と第２中負荷領域との間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。第２中負荷領域における負荷の低い領域においては、低負荷領域と同じように、内部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に、大量に導入されている。燃焼室１７の中の温度が高くなるため、エンジン１の負荷が低いときに、混合気が確実に自己着火する。第２中負荷領域における負荷の高い領域においては、外部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入されている。燃焼室１７の中の温度が低くなるため、エンジン１の負荷が高いときに、ＣＩ燃焼に伴う燃焼騒音を抑制することができる。
【０２１４】
第２中負荷領域においては、燃焼室１７の中に導入する充填量が１００％にされる。スロットル弁４３の開度は、全開である。内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスとを合わせたＥＧＲガス量を調整することによって、燃焼室１７の中に導入する新気の量を、燃料量に対応する量に調整する。
【０２１５】
非過給ＳＰＣＣＩ燃焼においてＣＩ燃焼の割合が大きくなるに従い、自己着火のタイミングが早くなる。自己着火のタイミングが圧縮上死点よりも早くなると、ＣＩ燃焼が開始するときの熱発生が激しくなってしまう。そうなると、燃焼騒音が増大してしまう。そこで、エンジン１は、エンジン１の負荷が所定負荷Ｌ１に到達すれば、エンジン１の負荷が高まることに従い、ＳＩ率を次第に大きくする。
【０２１６】
つまり、エンジン１は、燃料量の増大に従ってＳＩ燃焼の割合を増やす。具体的には、図１０の上図に示すように、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼においては、燃料量が増えるに従い、点火タイミングを次第に進角させる。前述したように、内部ＥＧＲガスの導入量を減らしかつ、外部ＥＧＲガスの導入量を増やすことによって、燃焼室１７の中の温度の調整を行っているから、燃料量が増えるに従って、ＳＩ率を高くしたとしても、圧縮上死点での温度上昇を抑制することが可能になる。ＳＩ燃焼の熱発生率の傾きは、負荷が高くなっても、ほとんど変わらない。点火タイミングを進角すると、ＳＩ燃焼の開始が早まる分、ＳＩ燃焼の熱発生量が増える。
【０２１７】
ＳＩ燃焼による燃焼室１７の中の温度上昇が抑制される結果、未燃混合気は、圧縮上死点以降のタイミングで自己着火する。ＣＩ燃焼による熱発生は、ＳＩ燃焼の熱発生量が増えているから、エンジン１の負荷が高くなっても、ほぼ同じになる。従って、エンジン１の負荷が高くなることに応じて、ＳＩ率を次第に高く設定することにより、燃焼騒音が増大してしまうことを回避することができる。尚、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼重心は、負荷が高くなるほど遅角する。
【０２１８】
第２中負荷領域において、スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定開度に設定される。燃焼室１７の中には、スワール比が４以上の強いスワール流が形成される。これにより、キャビティ３１内に溜まっていた残留ガスは、キャビティ３１の外に追い出される。
【０２１９】
第２中負荷領域において、インジェクタ６は、圧縮行程中に、前段噴射と後段噴射との２回に分けて、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。インジェクタ６が、前段噴射を行うときには、ピストン３が上死点から離れているため、噴射した燃料噴霧は、上死点に向かって上昇しているピストン３の上面の、キャビティ３１の外に到達する。キャビティ３１の外の領域は、スキッシュエリア１７１を形成している（図２参照）。前段噴射によって噴射された燃料は、ピストン３が上昇する間にスキッシュエリア１７１に留まり、スキッシュエリア１７１において混合気を形成する。
【０２２０】
インジェクタ６が後段噴射を行うときには、ピストン３が上死点に近いため、噴射した燃料噴霧は、キャビティ３１の中に入る。後段噴射によって噴射された燃料は、キャビティ３１の内の領域において混合気を形成する。ここで、「キャビティ３１の内の領域」とは、キャビティ３１の開口を燃焼室１７のルーフに投影した投影面からキャビティ３１の開口までの領域と、キャビティ３１の中の領域とを合わせた領域を意味する、としてもよい。キャビティ３１の内の領域は、燃焼室１７の中においてスキッシュエリア１７１以外の領域ということもできる。燃料は、燃焼室１７の全体に略均等に分布する。
【０２２１】
後段噴射によってキャビティ３１の中に燃料を噴射することに伴い、キャビティ３１の内の領域において、ガスの流動が発生する。燃焼室１７の中の乱流エネルギは、点火タイミングまでの時間が長いと、圧縮行程の進行に従い減衰してしまう。ところが、後段噴射の噴射タイミングは、前段噴射よりも点火タイミングに近いため、キャビティ３１の中の乱流エネルギが高い状態のまま、点火プラグ２５は、キャビティ３１の内の領域の混合気に点火することができる。これにより、ＳＩ燃焼の燃焼速度が高まる。ＳＩ燃焼の燃焼速度が高まると、ＳＩ燃焼が安定化するから、ＳＩ燃焼によるＣＩ燃焼のコントロール性は高まる。
【０２２２】
燃焼室１７の全体において、混合気は、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜５０になる。残留ガスがキャビティ３１から追い出されているため、点火プラグ２５の近傍の混合気のＧ／Ｆは、１４〜２２になる。燃焼室１７の中のＧ／Ｆは、成層化している。その一方で、燃料が略均等に分布するため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。尚、燃焼室１７の全体において空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。
【０２２３】
圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。その後、未燃混合気が、目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。前段噴射を圧縮行程中に行うため、前段噴射により噴射した燃料が過早着火等の異常燃焼を誘発することを防止することができる。また、後段噴射により噴射した燃料を、安定的に火炎伝播により燃焼させることができる。燃焼室１７内の混合気のＧ／Ｆを成層化すると共に、燃焼室１７全体のＧ／Ｆを１８〜５０にすることで、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定的に行うことが可能になる。
【０２２４】
（第１中負荷領域（過給ＳＰＣＣＩ燃焼））
エンジン１の負荷がさらに高まり、エンジン１の運転状態が第１中負荷領域（Ｂ１）に入ると、過給機４４が、新気及び外部ＥＧＲガスの過給を行う。燃焼室１７の中に導入する新気の量、及び、外部ＥＧＲガスの量は共に、エンジン１の負荷が高くなるに従い増える。燃焼室１７の中に導入される外部ＥＧＲガスの量は、ＥＧＲ率で表すと、例えば３０％である。ＥＧＲ率は、エンジン１の負荷の高低に関わらず略一定である。従って、混合気のＧ／Ｆも、エンジン１の負荷の高低に関わらず略一定である。尚、第２中負荷領域と第１中負荷領域との間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。
【０２２５】
ＳＩ率は、１００％未満の所定値で、エンジン１の負荷の高低に対して一定又は略一定にする。第２中負荷領域のＳＩ率、特に所定負荷Ｌ１よりも負荷が高く、エンジン１の負荷が高まることに従い次第に大きくなるＳＩ率と、第１中負荷領域のＳＩ率とを比較したときに、エンジン１の負荷が高い第１中負荷領域のＳＩ率の方が、第２中負荷領域のＳＩ率よりも高い。第１中負荷領域と第２中負荷領域との境界において、ＳＩ率は連続している。
【０２２６】
ここで、第１中負荷領域において、エンジン１の負荷が変化することに対して、ＳＩ率を多少変化させてもよい。第１中負荷領域における、エンジン１の負荷の変化に対するＳＩ率の変化率は、第２中負荷領域の高負荷側におけるＳＩ率の変化率よりも小にすればよい。
【０２２７】
図１０の下図に示すように、過給ＳＰＣＣＩ燃焼においても、燃料量が増えることに伴い、点火タイミングを次第に進角させる。前述したように、過給によって燃焼室１７の中に導入する新気及びＥＧＲガス量を増やしているため、熱容量が大きい。燃料量が増えても、ＳＩ燃焼による燃焼室の中の温度上昇を抑制することが可能になる。過給ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率の波形は、負荷が高くなるに従い、相似形で大きくなる。
【０２２８】
つまり、ＳＩ燃焼の熱発生率の傾きが、ほとんど変わらずに、ＳＩ燃焼の熱発生量が増える。圧縮上死点以降の、ほぼ同じタイミングで、未燃混合気が自己着火をする。ＣＩ燃焼による熱発生量は、エンジン１の負荷が高くなると、多くなる。その結果、第１中負荷領域においては、ＳＩ燃焼の熱発生量とＣＩ燃焼の熱発生量とが共に増えるから、エンジン１の負荷の高低に対してＳＩ率が一定になる。ＣＩ燃焼の熱発生のピークが高くなると、燃焼騒音が大きくなるが、第１中負荷領域は、エンジン１の負荷が比較的高いため、ある程度の大きさの燃焼騒音は許容することができる。尚、過給ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼重心は、負荷が高くなるほど遅角する。
【０２２９】
第１中負荷領域においては、排気上死点を挟んで、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室１７の中に残留する既燃ガスを、過給圧によって掃気する。これにより、燃焼室１７の中の温度が低くなるため、エンジン１の負荷が比較的高いときに、異常燃焼が発生してしまうことを抑制することができる。また、燃焼室１７の中の温度を下げることによって、エンジン１の負荷が比較的高い領域において、自己着火のタイミングを適切なタイミングにすることができ、ＳＩ率を所定のＳＩ率に維持することが可能になる。つまり、オーバーラップ期間の調整によってＳＩ率を調整することができる。さらに、既燃ガスを掃気することによって、燃焼室１７の中の新気の充填量を高めることができる。
【０２３０】
第２中負荷領域において、スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定開度に設定される。燃焼室１７の中には、スワール比が４以上の強いスワール流が形成される。これにより、キャビティ３１内に溜まっていた残留ガスは、キャビティ３１の外に追い出される。
【０２３１】
第１中負荷領域において、インジェクタ６は、第２中負荷領域と同様に、圧縮行程中に、前段噴射と後段噴射との２回に分けて、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。燃料は、燃焼室１７の全体に略均等に分布する。燃焼室１７の全体において、混合気は、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜５０になる。残留ガスがキャビティ３１から追い出されているため、点火プラグ２５の近傍の混合気のＧ／Ｆは、１４〜２２になる。燃焼室１７の中のＧ／Ｆは、成層化している。その一方で、燃焼室１７内の全体に燃料は略均等に分布しているため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。尚、燃焼室１７の全体において空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。
【０２３２】
圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。その後、未燃混合気が、目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。前段噴射を圧縮行程中に行うため、前段噴射により噴射した燃料が過早着火等の異常燃焼を誘発することを防止することができる。また、後段噴射により噴射した燃料を、安定的に火炎伝播により燃焼させることができる。燃焼室１７内の混合気のＧ／Ｆを成層化すると共に、燃焼室１７全体のＧ／Ｆを１８〜５０にすることで、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定的に行うことが可能になる。
【０２３３】
（高負荷領域（高負荷ＳＩ燃焼））
エンジン１の負荷がさらに高まり、エンジン１の運転状態が高負荷領域（Ｃ）に入ると、エンジン１は、高負荷ＳＩ燃焼を行う。従って、高負荷領域においてＳＩ率は、１００％になる。
【０２３４】
スロットル弁４３は、全開である。過給機４４は、高負荷領域においても、新気及び外部ＥＧＲガスの過給を行う。ＥＧＲ弁５４は、開度を調整することによって、エンジン１の負荷が高くなるに従い、外部ＥＧＲガスの導入量を次第に減少させる。そうすることによって、燃焼室１７の中に導入される新気が、エンジン１の負荷が高くなると増える。新気の量が増えると、燃料量を増やすことができるため、エンジン１の最高出力を高くする上で、有利になる。尚、第１中負荷領域と高負荷領域の間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。
【０２３５】
高負荷領域においても、第１中負荷領域と同様に、排気上死点を挟んで、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室１７の中に残留する既燃ガスを、過給圧によって掃気する。これにより、異常燃焼の発生が抑制される。また、燃焼室１７の中の新気の充填量を高めることができる。
【０２３６】
高負荷領域の低回転側の領域（つまり、第１高負荷領域（Ｃ１））において、インジェクタ６は、前述したように、リタード期間内に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。高負荷領域の高回転側の領域（つまり、第２高負荷領域（Ｃ２））においては、インジェクタ６は、吸気行程中に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。いずれにおいても、燃焼室１７の中には、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜５０になった、略均質な混合気が形成される。最高負荷において、空気過剰率λは、例えば０．８にしてもよい。また、混合気のＧ／Ｆは、最高負荷において、例えば１７としてもよい。圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。高負荷領域においては、高圧リタード噴射、又は、吸気行程中の燃料噴射によって、混合気は、自己着火に至らずにＳＩ燃焼する。
【０２３７】
（ＳＩ率の調整）
図１１は、ＥＣＵ１０が実行するエンジンの運転制御に係るフローを示している。ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の検知信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、燃焼室１７の中の燃焼が、運転状態に応じたＳＩ率の燃焼となるよう、燃焼室１７の中の状態量の調整、噴射量の調整、噴射タイミングの調整、及び、点火タイミングの調整を行う。ＥＣＵ１０はまた、各センサの検知信号に基づいて、ＳＩ率の調整が必要と判断したときに、ＳＩ率の調整を行う。
【０２３８】
ＥＣＵは先ず、ステップＳ１において、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の検知信号を読み込む。次いで、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２において、検知信号に基づいてエンジン１の運転状態を判断すると共に、目標ＳＩ率を設定する。目標ＳＩ率は、図９に示した通りである。
【０２３９】
ＥＣＵ１０は、続くステップＳ３において、予め設定している燃焼モデルに基づいて、設定した目標ＳＩ率を実現するための目標筒内状態量を設定する。具体的には、燃焼室１７の中の目標温度及び目標圧力、並びに、目標状態量を設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において、目標筒内状態量を実現するために必要な、ＥＧＲ弁５４の開度、スロットル弁４３の開度、エアバイパス弁４８の開度、スワールコントロール弁５６の開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角を設定する。ＥＣＵ１０は、これらのデバイスの制御量を、予め設定しかつ、ＥＣＵ１０に記憶しているマップに基づいて設定する。ＥＣＵ１０は、設定した制御量に基づいて、ＥＧＲ弁５４、スロットル弁４３、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０の制御信号に基づいて各デバイスが動作をすることによって、燃焼室１７の中の状態量が目標状態量になる。
【０２４０】
ＥＣＵ１０はさらに、設定した各デバイスの制御量に基づいて、燃焼室１７の中の状態量の予測値、及び、推定値をそれぞれ算出する。状態量予測値は、吸気弁２１が閉弁する前の燃焼室１７の中の状態量を予測した値であり、後述するように、吸気行程における燃料の噴射量の設定に用いる。状態量推定値は、吸気弁２１が閉弁した後の燃焼室１７の中の状態量を推定した値であり、後述するように、圧縮行程における燃料の噴射量の設定、及び、点火タイミングの設定に用いる。状態量推定値はまた、後述するように、実際の燃焼状態との比較による状態量誤差の計算にも用いる。
【０２４１】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ５において、状態量予測値に基づいて、吸気行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、吸気行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。ステップＳ６において、ＥＣＵ１０はインジェクタ６の噴射を制御する。つまり、所定の噴射タイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。
【０２４２】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ７において、状態量推定値と、吸気行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、圧縮行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、圧縮行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。圧縮行程中に分割噴射を行うときには、前段噴射の噴射量及び後段噴射の噴射量をそれぞれ設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ８において、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。
【０２４３】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ９において、状態量推定値と、圧縮行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、点火タイミングを設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０において、設定した点火タイミングで、燃焼室１７の中の混合気に点火をするよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。
【０２４４】
点火プラグ２５が混合気に点火をすることにより、燃焼室１７の中でＳＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。ステップＳ１１において、ＥＣＵ１０は、指圧センサＳＷ６が検知した燃焼室１７の中の圧力の変化を読み込み、それに基づいて、燃焼室１７の中の混合気の燃焼状態を判断する。ＥＣＵ１０はまた、ステップＳ１２において、燃焼状態の検出結果と、ステップＳ４において推定をした状態量推定値とを比較し、状態量推定値と、実際の状態量との誤差を計算する。計算した誤差は、今回以降のサイクルにおいて、ステップＳ４の推定に利用される。ＥＣＵ１０は、状態量誤差が無くなるように、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、スワールコントロール弁５６、及び／又は、エアバイパス弁４８の開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角を調整する。それによって、燃焼室１７に導入される新気及びＥＧＲガス量が調整される。この状態量誤差のフィードバックは、ＥＣＵ１０が、目標ＳＩ率と実際のＳＩ率との誤差に基づいて、ＳＩ率の調整が必要と判断したときに、ＳＩ率を調整することに相当する。
【０２４５】
ＥＣＵ１０はまた、ステップＳ８において、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、点火タイミングを進角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも進角させる。一方、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８において、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、点火タイミングを遅角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも遅角させる。
【０２４６】
つまり、図１２のＰ２に示すように、燃焼室１７の中の温度が低いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始した後、未燃混合気が自己着火するタイミングθＣＩが遅れてしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率（Ｐ１参照）からずれてしまう。この場合、未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下を招く。
【０２４７】
そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、ＥＣＵ１０は、噴射タイミングを進角すると共に、図１１のステップＳ１０において、点火タイミングθＩＧを進角する。図１２のＰ３に示すように、ＳＩ燃焼の開始が早まることによってＳＩ燃焼により十分な熱発生が可能になるから、燃焼室１７の中の温度が低いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθＣＩが遅れることを防止することができる。その結果、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下が防止される。
【０２４８】
また、図１２のＰ４に示すように、燃焼室１７の中の温度が高いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火してしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率（Ｐ１参照）からずれてしまう。この場合、燃焼騒音が増大してしまう。
【０２４９】
そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、ＥＣＵ１０は、噴射タイミングを遅角すると共に、図１１のステップＳ１０において、点火タイミングθＩＧを遅角する。図１２のＰ５に示すように、ＳＩ燃焼の開始が遅くなるから、燃焼室１７の中の温度が高いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθＣＩが早くなることを防止することができる。その結果、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。燃焼騒音が増大してしまうことが回避される。
【０２５０】
これらの噴射タイミングの調整、及び、点火タイミングの調整は、ＥＣＵ１０が、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率の調整が必要と判断したときに、ＳＩ率を調整することに相当する。噴射タイミングを調整することによって、進角又は遅角される点火タイミングにおいて、燃焼室１７の中に適切な混合気を形成することができる。点火プラグ２５は、確実に、混合気に点火することが可能になると共に、未燃混合気は、適切なタイミングで、自己着火することができる。
【０２５１】
尚、図１２において、実際の燃焼状態に基づいて、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の制御を通じて燃焼室１７の中の状態量を調整する点は、図１１のステップＳ１２及びステップＳ４において説明した通りである。
【０２５２】
このエンジン１は、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含む状態量設定デバイスによって、ＳＩ率を調整する。燃焼室１７の中の状態量を調整することによって、ＳＩ率の大まかな調整が可能である。それと共に、エンジン１は、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングを調整することによって、ＳＩ率を調整する。噴射タイミング及び点火タイミングの調整によって、例えば気筒間差の補正を行ったり、自己着火タイミングの微調整を行ったりすることができる。ＳＩ率の調整を二段階に行うことによって、エンジン１は、運転状態に対応する狙いのＳＰＣＣＩ燃焼を正確に実現することができる。
【０２５３】
尚、ＥＣＵ１０が行うエンジン１の制御は、前述した燃焼モデルに基づく制御に限定されない。
【０２５４】
（エンジンの運転領域マップの別の構成例）
図７の下図は、エンジン１の運転領域マップの別の構成例を示している。エンジン１の運転領域マップ７０２は、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域（１）−１、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域（１）−２、中負荷領域（１）−２よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域（２）、高負荷領域において中回転領域（２）よりも回転数の低い低回転領域（３）、及び、低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２、高負荷中回転領域（２）、及び、高負荷低回転領域（３）よりも回転数の高い高回転領域（４）である。ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域とすればよい。図７の例では、回転数Ｎ１未満を低回転、回転数Ｎ２以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。回転数Ｎ１は、例えば１２００ｒｐｍ程度、回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。
【０２５５】
運転領域マップ７０２においては、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２、及び、高負荷中回転領域（２）において、エンジン１は、圧縮自己着火による燃焼を行う。エンジン１が低負荷で運転するとき、及び、エンジン１が高負荷で運転するときにも、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う点が、運転領域マップ７０１と相違する。エンジン１はまた、その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域（３）及び高回転領域（４）においては、火花点火による燃焼を行う。以下、各領域におけるエンジン１の運転について、図１７に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。
【０２５６】
（低負荷領域（１）−１）
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０２５７】
図１７の符号６０１は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において、符号６０１の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０１１、６０１２）及び点火時期（符号６０１３）、並びに、燃焼波形（つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号６０１４）それぞれの一例を示している。
【０２５８】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときには、燃焼室１７の中には、強いスワール流が形成される。エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、スワール比は４以上になる。スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、中央部において弱くなる。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート１８はタンブルポートであるため、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。
【０２５９】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比よりもリーンである。つまり、燃焼室１７の全体において、混合気の空気過剰率λは１を超える。より詳細に、燃焼室１７の全体において混合気のＡ／Ｆは３０以上である。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。
【０２６０】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときに、必要に応じて燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。
【０２６１】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、燃焼室１７内の中央部と外周部との間において、混合気は成層化している。燃焼室１７内の中央部は、点火プラグ２５が配置されている部分であり、外周部は、中央部の周囲であって、シリンダ１１のライナーに接する部分である。燃焼室１７内の中央部は、スワール流が弱い部分、外周部は、スワール流が強い部分、と定義してもよい。
【０２６２】
中央部の混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のＡ／Ｆは、２０以上３０以下であり、外周部の混合気のＡ／Ｆは、３５以上である。
【０２６３】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、インジェクタ６は、基本的には、圧縮行程中において燃料を、複数回に分けて、燃焼室１７の中に噴射する。燃料の分割噴射と、燃焼室１７の中の強いスワール流と、によって、燃焼室１７の中央部と外周部とにおいて、混合気が成層化する。
【０２６４】
燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ２５は、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０１３参照）。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼のコントロール性が向上する。その結果、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、燃焼騒音の発生の抑制と、燃焼期間の短縮による燃費性能の向上とが両立する。
【０２６５】
（中負荷領域（１）−２）
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転しているときも、低負荷領域（１）−１と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。中負荷領域（１）−２は、運転領域マップ７０１における中負荷領域（Ｂ）に対応する。
【０２６６】
図１７の符号６０２は、エンジン１が中負荷領域（１）−２において、符号６０２の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０２１、６０２２）及び点火時期（符号６０２３）、並びに、燃焼波形（符号６０２４）それぞれの一例を示している。
【０２６７】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が中負荷領域（１）−２にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。
【０２６８】
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中には、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。スワール流を強くすることによって、キャビティ３１の中に溜まった残留ガスをキャビティ３１の中から追い出すことができる。その結果、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部の混合気のＧ／Ｆと、ＳＩ部の周囲のＣＩ部の混合気のＧ／Ｆと、を異ならせることができる。そのことによって、前述したように、燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆを、１８以上５０以下にすれば、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。
【０２６９】
また、スワール流を強くすることにより、燃焼室１７内の乱流エネルギが高くなるから、エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、ＳＩ燃焼の火炎が速やかに伝播してＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定することによってＣＩ燃焼のコントロール性が高まる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼のタイミングが適正化することによって、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃費性能の向上が図られる。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。
【０２７０】
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。三元触媒が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。
【０２７１】
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中の燃料噴射（符号６０２１）と、圧縮行程中の燃料噴射（符号６０２２）とを行う。吸気行程中に第１噴射６０２１を行うことによって、燃焼室１７の中に燃料を略均等に分布させることができる。圧縮行程中に第２噴射６０２２を行うことによって、燃料の気化潜熱によって燃焼室１７の中の温度を低下させることができる。第１噴射６０２１によって噴射した燃料を含む混合気が過早着火してしまうことを防止することができる。
【０２７２】
インジェクタ６が、吸気行程中の第１噴射６０２１と圧縮行程中の第２噴射６０２２とを行うことによって、燃焼室１７の中には、全体として、空気過剰率λが１．０±０．２になった混合気が形成される。混合気の燃料濃度が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。また、燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆは１８以上５０以下であり、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部のＧ／Ｆは１４〜２２である。
【０２７３】
圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって（符号６０２３）、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が、目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆを１８以上５０以下とし、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部のＧ／Ｆを１４〜２２とすることにより、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。
【０２７４】
ここで、図７の下図に示すように、過給機４４がオフにされる領域（Ｓ／Ｃ  ＯＦＦ参照）は、低負荷領域（１）−１の一部、及び、中負荷領域（１）−２の一部である。詳細には、低負荷領域（１）−１における低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされる。低負荷領域（１）−１における高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンにされて、過給圧を高くする。また、中負荷領域（１）−２における低負荷低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされ、中負荷領域（１）−２における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンにされ、高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンになる。
【０２７５】
尚、高負荷中回転領域（２）、高負荷低回転領域（３）、及び、高回転領域（４）の各領域においては、その全域に亘って過給機４４がオンになる。
【０２７６】
（高負荷中回転領域（２））
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転しているときも、低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０２７７】
図１７の符号６０３は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において、符号６０３の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０３１、６０３２）及び点火時期（符号６０３３）、並びに、燃焼波形（符号６０３４）それぞれの一例を示している。また、図１７の符号６０４は、符号６０３の運転状態よりも回転数が高いときの燃料噴射時期（符号６０４１）及び点火時期（符号６０４２）、並びに、燃焼波形（符号６０４３）それぞれの一例を示している。
【０２７８】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷中回転領域（２）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。
【０２７９】
また、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中には、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。
【０２８０】
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。
【０２８１】
エンジン１が高負荷中回転領域（２）における低回転側で運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料を噴射する（符号６０３１）と共に、圧縮行程の終期に燃料を噴射する（符号６０３２）。圧縮行程の終期とは、圧縮行程を初期、中期、及び、終期に三等分したときの終期としてもよい。
【０２８２】
吸気行程に開始する前段噴射６０３１は、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半としてもよい。具体的に前段噴射は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。
【０２８３】
前段噴射６０３１の噴射開始を、吸気行程の前半にすると、図示は省略するが、燃料噴霧がキャビティ３１の開口縁部に当たることによって、一部の燃料は、燃焼室１７のスキッシュエリア１７１に入り、残りの燃料は、キャビティ３１の内の領域に入る。スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、中央部において弱くなっている。そのため、スキッシュエリア１７１に入った一部の燃料はスワール流に入り、キャビティ３１の内の領域に入った残りの燃料は、スワール流の内側に入る。スワール流に入った燃料は、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の中に留まり、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成する。スワール流の内側に入った燃料も、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の内側に留まり、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成する。
【０２８４】
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときには、点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、好ましくは空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１以下、好ましくは１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、好ましくは１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の外周部の空気過剰率λを１未満にすると、外周部は混合気中の燃料量が増えるため、燃料の気化潜熱によって温度を低下させることができる。燃焼室１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上、理論空燃比以下、好ましくは１２．５以上、１３以下としてもよい。
【０２８５】
圧縮行程の終期に行う後段噴射６０３２は、例えば上死点前１０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。上死点の直前で後段噴射を行うことにより、燃料の気化潜熱によって燃焼室内の温度を低下させることができる。前段噴射６０３１によって噴射された燃料は、圧縮行程の間に低温酸化反応が進み、上死点前において高温酸化反応に移行するようになるが、上死点の直前で後段噴射６０３２を行い、燃焼室内の温度を低下させることにより、低温酸化反応から高温酸化反応へ移行することを抑制することができ、過早着火が発生してしまうことを抑制することができる。尚、前段噴射の噴射量と後段噴射の噴射量との割合は、一例として、９５：５としてもよい。
【０２８６】
点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０３３）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。点火プラグ２５は燃焼室１７の中央部に配置されているため、点火プラグ２５の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始する。
【０２８７】
高負荷領域においては、燃料噴射量が多くなると共に、燃焼室１７の温度も高くなるため、ＣＩ燃焼が早期に開始しやすい状況になる。言い換えると、高負荷領域においては、混合気の過早着火が発生しやすい。しかしながら、前述の通り、燃焼室１７の外周部の温度が、燃料の気化潜熱によって低下しているから、混合気に火花点火をした後、ＣＩ燃焼がすぐに開始してしまうことを回避することができる。
【０２８８】
前述したように、点火プラグ２５が中央部の混合気に点火をすると、ＳＩ燃焼は高い乱流エネルギによって、燃焼速度が高くなって安定化すると共に、ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室１７内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。そうして、燃焼室１７の外周部における、周方向の所定の位置において、未燃混合気が圧縮着火をし、ＣＩ燃焼が開始する。
【０２８９】
このＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプトでは、燃焼室１７の中において混合気を成層化することと、燃焼室１７の中に強いスワール流を発生させることとによって、ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてＮＯｘの生成も抑制される。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。
【０２９０】
また、外周部の温度が低いため、ＣＩ燃焼が緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができる。さらに、ＣＩ燃焼によって燃焼期間が短くなるから、高負荷領域においてトルクの向上、及び、熱効率の向上が図られる。よって、このエンジン１は、負荷が高い領域においてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことにより、燃焼騒音を回避しながら、燃費性能を向上させることができる。
【０２９１】
エンジン１が高負荷中回転領域（２）における高回転側で運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料噴射を開始する（符号６０４１）。
【０２９２】
吸気行程に開始する前段噴射６０４１は、前記と同様に、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。具体的に前段噴射６０４１は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。前段噴射の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。前段噴射６０４１の噴射開始を、吸気行程の前半にすることによって、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成することができる。点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、前記と同様に、好ましくは空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１以下、好ましくは１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、好ましくは１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上、理論空燃比以下、好ましくは１２．５以上、１３以下としてもよい。
【０２９３】
エンジン１の回転数が高くなると、前段噴射６０４１によって噴射された燃料が反応する時間が短くなる。そのため、混合気の酸化反応を抑制するための後段噴射を省略することができる。
【０２９４】
点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０４２）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。
【０２９５】
前述したように、混合気を成層化することによって、高負荷中回転領域（２）において、燃焼騒音を抑制すると共に、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化することができる。
【０２９６】
（高負荷低回転領域（３））
エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。高負荷低回転領域（３）は、運転領域マップ７０１にける第１高負荷領域（Ｃ１）に対応する。
【０２９７】
図１７の符号６０５は、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において、符号６０５の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０５１、６０５２）及び点火時期（符号６０５３）、並びに、燃焼波形（符号６０５４）それぞれの一例を示している。
【０２９８】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷低回転領域（３）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。
【０２９９】
エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。混合気の空燃比を、理論空燃比にすることにより、高負荷低回転領域（３）において、燃費性能が向上する。尚、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、燃焼室１７の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて１以下でかつ、高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λ以上、好ましくは高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λよりも大にしてもよい。
【０３００】
運転領域マップ７０２においては、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中と、圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間とのそれぞれのタイミングで、燃焼室１７内に燃料を噴射する（符号６０５１、６０５２）。二回に分けて燃料を噴射することにより、リタード期間内に噴射する燃料量を少なくすることができる。吸気行程中に燃料を噴射することにより（符号６０５１）、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間に燃料を噴射することにより（符号６０５２）、点火直前に、燃焼室１７の中の流動を高めることができ、ＳＩ燃焼の安定化に有利になる。
【０３０１】
点火プラグ２５は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０５３）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてＳＩ燃焼をする。ＳＩ燃焼が膨張行程において開始するため、ＣＩ燃焼は開始しない。
【０３０２】
エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において運転するときには、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりもスワール流を弱くする。高負荷低回転領域（３）において運転するときに、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６の開度は、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりも大きい。スワールコントロール弁５６の開度は、例えば５０％程度（つまり、半開）とすればよい。
【０３０３】
図２の上図に一点鎖線の矢印で示すように、インジェクタ６の噴孔の軸は、点火プラグ２５に対し周方向に位置がずれている。噴孔から噴射された燃料は、燃焼室１７の中のスワール流によって周方向に流れる。スワール流によって、燃料を点火プラグ２５の付近に速やかに輸送することができる。燃料は、点火プラグ２５の付近に輸送される間に、気化することができる。
【０３０４】
一方、スワール流が強すぎると、燃料が周方向に流されてしまい、点火プラグ２５の付近から離れてしまって、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができなくなる。そこで、エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において運転するときには、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりもスワール流を弱くする。これによって、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができるから、混合気の着火性の向上及びＳＩ燃焼の安定化を図ることができる。
【０３０５】
（高回転領域（４））
エンジン１の回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域において、前述したように、燃焼室１７内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン１の回転数が高くなると、前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。
【０３０６】
そのため、エンジン１が高回転領域（４）において運転しているときには、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。尚、高回転領域（４）は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。
【０３０７】
図１７の符号６０６は、エンジン１が高回転領域（４）において、符号６０６の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０６１）及び点火時期（符号６０６２）、並びに、燃焼波形（符号６０６３）それぞれの一例を示している。
【０３０８】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高回転領域（４）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。
【０３０９】
エンジン１は、高回転領域（４）において運転するときには、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６を全開にする。燃焼室１７内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁５６を全開にすることによって、高回転領域（４）において充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。
【０３１０】
エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、高回転領域（４）内の、全開負荷を含む高負荷領域においては、混合気の空気過剰率λを１未満にしてもよい。
【０３１１】
エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程に燃料噴射を開始する（符号６０６１参照）。インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室１７の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジン１の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることもできる。
【０３１２】
点火プラグ２５は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０６２参照）。
【０３１３】
（点火タイミングに関連する制御）
前述のように、本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼において、燃焼室１７の中の混合気が燃焼するときに発生する全熱量に対し、火炎伝播により混合気が燃焼するときに発生する熱量の割合に関係する指標としてのＳＩ率を、エンジン１の運転状態に応じて変更すれば、広い運転領域に亘って、燃焼騒音の発生を抑制することと、燃費を向上させることとを両立することができる点を見出した。
【０３１４】
ところが、エンジン１の負荷が高いときなど、混合気が自己着火し易い状況下においてＳＰＣＣＩ燃焼を実行すると、火花点火によってＳＩ燃焼を開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火してＣＩ燃焼を開始する虞がある。この場合、ＳＩ燃焼が少ない分、ＣＩ燃焼時の圧力変動が大きくなるため、燃焼騒音が大きくなってしまう可能性がある。
【０３１５】
具体的に、例えば高負荷側の運転領域（例えば、第２中負荷領域内の高負荷側、及び、第１中負荷領域の全域）においては、燃焼室１７の中の温度、特に、圧縮開始前の温度が高くなるため、自己着火に至る温度との温度差が小さくなると共に、ＳＩ燃焼による燃焼室１７の中の温度上昇率が高くなり、ひいては混合気が自己着火し易くなる。この運転領域においてＳＰＣＣＩ燃焼を実行すると、火花点火によってＳＩ燃焼が開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火する可能性がある。その結果、ＳＩ率が小さくなってしまい、そのことで、火炎伝播による燃焼期間が短くなる虞がある。このことは、燃焼騒音の発生を抑制する上で不都合である。
【０３１６】
本願発明者らは、燃焼室１７の中の温度を低下させれば、火花点火によってＳＩ燃焼が開始してから、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなる点に着目した。これにより、ＳＩ率が十分に確保されて、ひいては燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。
【０３１７】
しかし、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなると、例えば圧縮上死点後に、ＣＩ燃焼を開始するタイミングが遅れてしまい、トルクの低下を招く、という別の問題がある。
【０３１８】
そこで、本願発明者らは、燃焼騒音の抑制と、トルクの確保とを両立するための１つの手段として、点火タイミングを進角させることを考案した。具体的に、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の中の圧縮開始前の温度を低下させるときには、点火タイミングを、その温度を低下させないときよりも進角させるようになっている。
【０３１９】
以下、点火タイミングの進角に関連する制御について詳細に説明する。
【０３２０】
図１８は、エンジン１の負荷の高低に対する、オーバーラップ期間の変化を例示している。また、図１９は、エンジン１の負荷の高低に対する、混合気のＥＧＲ率の変化を例示しており、図２０は、エンジン１の負荷の高低に対する、過給圧の変化を例示している。
【０３２１】
（低負荷領域（低負荷ＳＩ燃焼））
低負荷領域（Ａ）においては、エンジン１は、低負荷ＳＩ燃焼を行う。既に述べたように、エンジン１は、ＳＩ燃焼を安定化させるために、燃焼室１７の中の温度を高める。図１８〜１９に示すように、エンジン１は、ネガティブオーバーラップ期間（ＮＶＯ）を設けることによって、内部ＥＧＲガス（図１９の破線を参照）を燃焼室１７の中に導入する（つまり、既燃ガスを燃焼室１７の中に閉じ込める）。
【０３２２】
内部ＥＧＲガスを導入することによって、燃焼室１７の中の温度、特に着火前の温度が高まる。これにより、低負荷ＳＩ燃焼を安定させることが可能になる。
【０３２３】
図２０に示すように、ＥＣＵ１０は、低負荷領域内においては、エンジン１の負荷が高くなるにつれて、点火タイミングを遅角させる。
【０３２４】
すなわち、低負荷ＳＩ燃焼は、エンジン１の負荷が低いときには、燃焼室１７の中の温度が低下する分、負荷が高いときよりも不安定な燃焼となる。そこで、低負荷領域内のさらに低負荷側では、高負荷側よりも点火タイミングを進角させる。そうすることで、低負荷ＳＩ燃焼を安定させることが可能となる。
【０３２５】
その一方で、エンジン１の負荷が高くなるに従って、燃焼室１７の中の温度が上昇し、低負荷ＳＩ燃焼の安定性が確保されると共に、点火プラグ２５が火花を打ってから実際に燃焼が生じるまでの期間が短くなる。そこで、そうした期間が短くなった分、点火タイミングを遅角させる。これにより、低負荷ＳＩ燃焼が開始されるタイミングを、例えば圧縮上死点の後の所望のタイミングに調整することが可能になる。
【０３２６】
このように、低負荷ＳＩ燃焼に相応しいタイミングで点火を行うようになっている。
【０３２７】
また、図１８に示すように、ＥＣＵ１０は、低負荷領域内において、エンジン１の負荷が高くなるにつれて、ネガティブオーバーラップ期間の長さを漸減させるよう構成されている。図１９に示すように、ネガティブオーバーラップ期間が短くなった分、内部ＥＧＲガスが減少する。これにより、燃焼室１７の中の温度が低下する。
【０３２８】
（第２中負荷領域（非過給ＳＰＣＣＩ燃焼））
第２中負荷領域（Ｂ２）においては、エンジン１は、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。既に述べたように、第２中負荷領域においては、燃焼室１７の中の圧縮開始前の温度を調整するために、エンジン１の負荷が高くなるに従い、内部ＥＧＲガスを次第に減らす。
【０３２９】
具体的に、図１８に示すように、この第２中負荷領域において、エンジン１の負荷が、第２中負荷領域内の所定負荷まで高まったとき、ネガティブオーバーラップ期間がゼロになる。その結果、内部ＥＧＲガスは、第２中負荷領域において実質的にゼロに至る。
【０３３０】
さらに、図１９に示すように、熱い内部ＥＧＲガスを減らしながら、冷却した外部ＥＧＲガス（図１９の実線を参照）を次第に増やす。
【０３３１】
外部ＥＧＲガスを導入すると、燃焼室１７の中の混合気が、希釈されると同時に冷却される。その結果、燃焼室１７の中において、圧縮開始前の混合気全体の温度が低下する。外部ＥＧＲガスの量を次第に増やすことで、燃焼室１７の中の温度上昇を抑制することが可能になる。内部ＥＧＲガスを減らすことで、そうした温度上昇は、一層、抑制される。
【０３３２】
また、エンジン１の負荷がさらに高くなると、第２中負荷領域の高負荷側において、排気上死点を挟んで、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁したオーバーラップ期間（ＰＶＯ）が設けられる。
【０３３３】
オーバーラップ期間を設けると、燃焼室１７において、ガスの吹き抜けが発生する。その結果、燃焼室１７の中のガスが掃気される。ガスが掃気されると、燃焼室１７の中の、既燃の残留ガスが排出される。燃焼室１７から残留ガスを排出すれば、燃焼室１７の中において、圧縮開始前の混合気全体の温度が低下する。
【０３３４】
尚、第２中負荷領域内においては、エンジン１の負荷が高くなるに従い、図１８に示すように、オーバーラップ期間は次第に長くなる。オーバーラップ期間が長くなると、ガスの吹き抜け量が増加する。吹き抜け量が増加した分、残留ガスの掃気が促進されて、掃気量が増える。これにより、エンジン１の負荷が高いときに、燃焼室１７の中の温度を低下させることが可能になる。エンジン１の負荷がさらに高くなると、オーバーラップ期間は上限に至る。
【０３３５】
このように、ＥＣＵ１０は、状態量設定デバイスを介して、燃焼室の中における圧縮開始前の温度に係る制御量を、エンジン１の負荷が高いときには、その負荷が低いときよりも温度（つまり、燃焼室の中の圧縮開始前の温度）が低下するように変更する。詳しくは、ＥＣＵ１０は、そうした制御量として、燃焼室１７の中における既燃ガスの量を変更することにより、前記の温度を低下させる。さらに詳しくは、ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が高くなるに従って、冷たい既燃ガスとしての外部ＥＧＲガスを増やす一方、オーバーラップ期間、及び、ネガティブオーバーラップ期間を変更することにより、熱い既燃ガスとしての内部ＥＧＲガス（残留ガス）を減らす。
【０３３６】
前述の如く、高負荷側では燃焼室１７の中の温度が高くなるところ、状態量設定デバイスによって、その温度を低下させる。これにより、自己着火に至るまでの温度差が拡大すると共に、ＳＩ燃焼による温度上昇率が低下する。そのことで、火花点火によってＳＩ燃焼が開始してから、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなる。その結果、燃焼室１７の中において、火炎伝播による燃焼が十分に確保されて、ひいては、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。
【０３３７】
一方で、ＥＣＵ１０は、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間が長くなった分、混合気に点火をするタイミングを進角させる。具体的には、図２０に示すように、ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が高まるに従って、点火タイミングを単調に進角させる（図１０も参照）。
【０３３８】
これにより、ＣＩ燃焼が開始するタイミングを、例えば圧縮上死点の直後に保ち、ひいては、トルクを確保することが可能になる。よって、ＳＰＣＣＩ燃焼において、エンジン１の負荷が高いときに、トルクの低下を招くことなく、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。
【０３３９】
このように、エンジン１の負荷が高いときであっても、燃焼騒音を抑制することができる。
【０３４０】
（第１中負荷領域（過給ＳＰＣＣＩ燃焼））
第１中負荷領域（Ｂ１）においては、エンジン１は、過給ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。既に述べたように、この運転領域においては、第２中負荷領域と同様に、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁するオーバーラップ期間が設定されると共に、外部ＥＧＲガスが導入される。また、この運転領域では、過給が行われる。
【０３４１】
具体的に、図１８〜１９に示すように、この第１中負荷領域では、エンジン１の負荷が高くなることに対して、オーバーラップ期間は上限で一定になる一方、外部ＥＧＲガスは漸増する。
【０３４２】
そして、第１中負荷領域においては、過給機４４が、新気及び外部ＥＧＲガスの過給を行う。過給を行うと、吸気側の圧力が高くなるから、ガスの吹き抜け量が増加する。吹き抜け量が増加した分、残留ガスの掃気が促進されて、掃気量が増える。
【０３４３】
図示は省略するが、第１中負荷領域において、過給機４４の過給圧は、エンジン１の負荷が高くなるに従って単調に増加する。これにより、ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が高いときに、充填量を増やす同時に、ガスの掃気量を負荷が低いときよりも増加させることが可能になる。これにより、燃焼室１７の中の温度上昇が抑制されて、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間は、さらに長くなる。
【０３４４】
そして、ＥＣＵ１０は、未燃混合気が自己着火を開始するまでの期間がさらに長くなった分、混合気に点火をするタイミングをさらに進角させる。具体的には、図２０に示すように、ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が高まるに従って、第２中負荷領域と同様に、点火タイミングを単調に進角させる（図１０も参照）。
【０３４５】
従って、ＳＰＣＣＩ燃焼において、過給によって掃気量を増やした分、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になると共に、点火タイミングをさらに進角させた分だけＣＩ燃焼の終了時期が早まって、トルクを確保することが可能になる。このことは、ＳＰＣＣＩ燃焼伴う燃焼騒音を抑制する上で有効である。
【０３４６】
また、エンジン１の負荷、ひいては燃料量の増大に対応して点火タイミングを進角させれば、ＳＩ燃焼による熱発生量と、ＣＩ燃焼による熱発生量とを共に増やすことが可能になる。
【０３４７】
また、第１中負荷領域では、エンジン１の負荷が高くなるに従って過給圧を高め、掃気量を増やすことで、異常燃焼の発生を、より確実に抑制する上で有利になる。また、燃焼室１７の中の新気の充填量を、より確実に高める上でも有利になる。
【０３４８】
（高負荷領域（高負荷ＳＩ燃焼））
高負荷領域（Ｃ）においては、エンジン１は、高負荷ＳＩ燃焼を行う。この運転領域においては、第１中負荷領域、及び、第２中負荷領域と同様に、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁するオーバーラップ期間が設定されると共に、外部ＥＧＲガスが導入される。この運転領域では、過給も行われる。
【０３４９】
具体的に、図１８〜１９に示すように、この高負荷領域では、エンジン１の負荷が高くなることに対して、オーバーラップ期間は上限で一定になる一方、外部ＥＧＲガスは漸増する。前述の如く、外部ＥＧＲガスの導入量を減少させてもよい（図９参照）。
【０３５０】
そして、第１中負荷領域においては、過給機４４が、新気及び外部ＥＧＲガスの過給を行う。図示は省略するが、高負荷領域において、過給機４４の過給圧は、エンジン１の負荷が高くなるに従って単調に増加する。これにより、燃焼室１７の中の温度上昇が抑制される。
【０３５１】
前述のように、ＳＩ燃焼は、エンジン１の負荷が高いときには、異常燃焼が生じ易くなる。そこで、高負荷領域内では、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に燃料を噴射すると共に、点火タイミングを、その噴射タイミングに対応したタイミングつまり、噴射タイミングの後のタイミングに設定する。
【０３５２】
具体的に、ＥＣＵ１０は、点火タイミングを、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内において、噴射タイミングの後に設定する。その結果、点火タイミングは、図２０に示すように、第１中負荷領域よりも遅角することになる。
【０３５３】
このような設定の下、高負荷ＳＩ燃焼を行うと、混合気が反応する時間が短くなって、異常燃焼を回避することが可能になる。
【０３５４】
また、高負荷領域では、燃焼室１７の中に残留する既燃ガスを、第１中負荷領域と同様に、過給圧によって掃気する。エンジン１の負荷が高くなるに従って過給圧を高め、掃気量を増やすことで、異常燃焼の発生を、より確実に抑制する上で有利になる。また、燃焼室１７の中の新気の充填量を、より確実に高める上でも有利になる。
【０３５５】
尚、前記の実施形態では、燃焼室１７の中における圧縮開始前の温度を低下させるために、外部ＥＧＲガスを増やしたり、オーバーラップ期間を長くしたりすることが開示されていたが、そうした構成には限定されない。例えば、エンジン１の有効圧縮比を調整したり、燃料の気化潜熱を利用したりすることによって、燃焼室１７の中の温度を低下させてもよい。
【０３５６】
（点火タイミングに関連するその他の制御）
ところで、前述のように、エンジン１の負荷が高くなるに従って、燃焼室１７の中に供給される燃料量が多くなる。そうすると、空燃比やＧ／Ｆを一定に保つべく、燃焼室１７の中に導入されるガス量も増えることとなる。しかし、既に説明したように、燃料室１７内のガス量が増えると、ＳＩ燃焼による燃焼室１７の中の温度上昇率が低くなるため、混合気が自己着火し難くなる。そのため、このときにＳＰＣＣＩ燃焼を実行すると、火花点火によってＳＩ燃焼が開始した後に、ＣＩ燃焼が開始するタイミングが遅れる可能性がある。所望のタイミングでＣＩ燃焼が開始するように制御できなくては、熱効率という点で好ましくない。
【０３５７】
対して、このエンジン１においては、ＥＣＵ１０は、例えば図１０に示すように、燃焼室１７の中に導入するガス量を増やすとき（この構成例においては負荷を高めるとき）には、混合気に点火をするタイミングを早くする。これにより、ＳＩ燃焼が早めに開始されるようになるから、ＣＩ燃焼が開始するタイミングを、例えば圧縮上死点の直後に保つことが可能になる。このことは、所望のタイミングでＣＩ燃焼を開始させると共に、エンジン１の熱効率を高める上で有効である。
【０３５８】
尚、ガス量を増やす手段としては、過給機４４を介した過給圧の制御や、スロットル弁４３の開度調整、さらには、オーバーラップ期間の調整など、様々な方法を用いることができる。例えば、過給機４４によって過給を行うときには、過給を行わないときよりも点火タイミングを進角させる、としてもよい。
【０３５９】
（他の実施形態）
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。エンジン１の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
【０３６０】
例えばキャビティ３１は、点火プラグ２５に向かい合う箇所に、凹陥部３１２よりも底が浅い浅底部を設けてもよい。インジェクタ６が噴射した燃料の一部は、浅底部によって案内されて点火プラグ２５の付近に到達する。浅底部によって案内される燃料噴霧は、相対的に短い輸送経路を通って点火プラグ２５に到達することができる。前述した運転領域マップ７０１の第１高負荷領域（Ｃ１）や、運転領域マップ７０２の高負荷低回転領域（３）においては、圧縮行程の終期に噴射した燃料を、速やかに点火プラグ２５の付近に輸送することができる。
【符号の説明】
【０３６１】
１  エンジン
１０  ＥＣＵ（コントローラー）
１７  燃焼室
２３  吸気電動Ｓ−ＶＴ（状態量設定デバイス、可変動弁機構）
２４  排気電動Ｓ−ＶＴ（状態量設定デバイス、可変動弁機構）
２５  点火プラグ
４９  過給システム（状態量設定デバイス）
４４  過給機
４３  スロットル弁（状態量設定デバイス）
４８  エアバイパス弁（状態量設定デバイス）
５４  ＥＧＲ弁（状態量設定デバイス）
５５  ＥＧＲシステム（状態量設定デバイス）
５６  スワールコントロール弁（状態量設定デバイス）
６  インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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