(57)【要約】  制御器は、圧縮着火燃焼を行ってエンジン本体を運転する圧縮着火モードと、点火プラグの駆動により気筒内の混合気に点火をして燃焼させる火花点火燃焼を行ってエンジン本体を運転する火花点火モードと、を切り替える。制御器はまた、火花点火モードから圧縮着火モードへ切り替える際に、ＥＧＲ率を、圧縮着火モードにおいて設定されるＥＧＲ率よりも低くして圧縮着火燃焼を行う過渡モードを介在させる。
2014038108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒を有するエンジン本体と、
前記気筒内に臨んで配設されかつ、前記気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、
排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流装置と、
少なくとも前記点火プラグ及び前記排気還流装置を制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備え、
前記制御器は、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する圧縮着火モードと、前記点火プラグの駆動により前記気筒内の混合気に点火をして燃焼させる火花点火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する火花点火モードと、を切り替えると共に、少なくとも前記圧縮着火モードでは、前記排気還流装置の制御を通じて、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定値となるように前記排気ガスを前記気筒内に導入し、
前記制御器はまた、前記火花点火モードから前記圧縮着火モードへ切り替える際に、前記ＥＧＲ率を、前記圧縮着火モードにおいて設定されるＥＧＲ率よりも低くして圧縮着火燃焼を行う過渡モードを介在させる火花点火式エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記排気還流装置は、排気行程から吸気行程の間で前記気筒内に残る排気ガス量を調整する内部ＥＧＲ調整装置を含み、
前記制御器は、前記火花点火モード時及び前記過渡モード時には前記内部ＥＧＲ調整装置を非作動にすると共に、前記圧縮着火モード時には前記内部ＥＧＲ調整装置を作動する火花点火式エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記動弁機構は、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第１のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、前記第１のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする、又は、前記吸気弁を、前記第１のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作で、前記吸気弁及び前記排気弁を動作させる火花点火式エンジン。
【請求項４】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際に、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記吸気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、当該第２のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする火花点火式エンジン。
【請求項５】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際には、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記排気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記吸気弁を、当該第２のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする火花点火式エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記制御器はまた、前記圧縮着火モードから前記火花点火モードへ切り替える際には、前記過渡モードを介在させずに切り替えを行う火花点火式エンジン。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記気筒内に燃料を直接噴射するよう構成された燃料噴射弁をさらに備え、
前記制御器は、前記火花点火モードから前記過渡モードに切り替わった以降において、前記気筒内の温度状態に応じて、前記燃料噴射弁を通じた燃料噴射時期を、圧縮行程中期以降に設定する火花点火式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、火花点火式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載されているように、エンジンの排気エミッション性能の向上と熱効率の向上とを両立させる技術として、気筒内の混合気を圧縮着火させる燃焼形態が知られている。しかしながら、圧縮着火燃焼は、エンジンの負荷が高くなるにつれて圧力上昇の激しい燃焼となってしまい、燃焼騒音の増大を招く。そこで、特許文献１にも記載されているように、圧縮着火燃焼を行うエンジンであっても、高負荷側の運転領域では、圧縮着火燃焼ではなく、点火プラグの駆動による火花点火燃焼を行うことが一般的である。【０００３】
特許文献２には、特許文献１のエンジンと同様に、低負荷低回転の領域で圧縮着火燃焼を行うエンジンが記載されている。このエンジンは、圧縮着火燃焼を行う領域内においては、吸気弁及び排気弁の開弁期間の調整を行うことによって高温の既燃ガスを気筒内に留め、気筒内の温度を高めて圧縮自己着火燃焼を促進する。一方、圧縮着火燃焼を行う領域内における高負荷高回転の領域では、このエンジンは、吸気弁の開弁時期を進めることで、気筒内の既燃ガスを吸気ポート側に一旦吹き戻した後に、新気と共に既燃ガスを再び気筒内に導入する。こうすることで、既燃ガスの温度が新気によって低下するから、相対的に高負荷高回転の領域において圧縮端温度が低下し、圧縮着火燃焼による急激な圧力上昇が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５４８５９号公報
【特許文献２】特開２００９−１９７７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、火花点火燃焼は、熱効率が相対的に低いため燃焼ガス温度が高くなる。一方で、圧縮着火燃焼は、着火性の確保のために、前記の特許文献にも記載されているように、高温の既燃ガスを気筒内に導入することが行われる。そのため、エンジンが火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へと切り替わった直後には、気筒内の温度雰囲気が比較的高くなっている上に、火花点火燃焼による高温の既燃ガスが気筒内に導入されるようになって、気筒内の温度が高くなりすぎることになる。このことは、気筒内の混合気が、例えば圧縮行程期間中に圧縮着火してしまうような過早着火を招き、気筒内の圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）が急峻となって大きな燃焼騒音を招く虞がある。【０００６】
尚、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼への切り替えは、例えばエンジンの負荷の低下に伴う場合に限らず、エンジンの負荷が等負荷であっても切り替えられる場合がある。また、例えばエンジンの温度が冷間から温間へ上昇する際や、その他の状況においても行われる場合がある。【０００７】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンが火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へ切り替わる時に、燃焼騒音が増大することを回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示する技術は、エンジンが火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へと切り替わった直後には、気筒内に導入する排気ガス量の割合であるＥＧＲ率を一時的に低くすることを特徴とする。このことによって、火花点火燃焼による高温の排気ガスが気筒内へ導入される量を少なくし、圧縮着火燃焼へと切り替わった直後の気筒内の温度状態を低くする。こうして、混合気の過早着火が回避され燃焼騒音の発生が回避される。【０００９】
具体的に、ここに開示する技術は、火花点火式エンジンに係り、このエンジンは、気筒を有するエンジン本体と、前記気筒内に臨んで配設されかつ、前記気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流装置と、少なくとも前記点火プラグ及び前記排気還流装置を制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備える。【００１０】
前記制御器は、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する圧縮着火モードと、前記点火プラグの駆動により前記気筒内の混合気に点火をして燃焼させる火花点火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する火花点火モードと、を切り替えると共に、少なくとも前記圧縮着火モードでは、前記排気還流装置の制御を通じて、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定値となるように前記排気ガスを前記気筒内に導入する。【００１１】
前記制御器はまた、前記火花点火モードから前記圧縮着火モードへ切り替える際に、前記ＥＧＲ率を、前記圧縮着火モードにおいて設定されるＥＧＲ率よりも低くして圧縮着火燃焼を行う過渡モードを介在させる。【００１２】
この構成によると、火花点火モードから圧縮着火モードへ切り替える際に行う過渡モードでは、ＥＧＲ率は、圧縮着火モードにおいて設定されているＥＧＲ率よりも低い。こうすることで、燃焼モードの切り替え前の火花点火モードによる高温の排気ガスが気筒内へ導入される量が少なくなる。これにより、過渡モードでは、気筒内の温度状態が比較的低くなる。尚、「ＥＧＲ率を、圧縮着火モードにおいて設定されているＥＧＲ率よりも低くする」ことには、ＥＧＲ率をゼロにして、高温の排気ガスを気筒内に導入しないことも含まれる。【００１３】
過渡モードでは、圧縮着火燃焼が行われる。過渡モードにおいては気筒内の温度状態が低いから、気筒内の混合気が過早着火してしまうようなことが回避され、混合気は、適切なタイミングで圧縮着火する。こうして気筒内の温度状態を低くした上で、熱効率の高い圧縮着火燃焼を行うことによって、過渡モードでは燃焼ガス温度が低くなり、排気ガス温度も低くなる。【００１４】
過渡モード後の圧縮着火モードでは、ＥＧＲ率は相対的に高い。これにより、比較的多量の排気ガスが気筒内に導入される。前述したように、過渡モードにおいて排気ガス温度が低くなっているから、圧縮着火モードにおける気筒内の温度状態が高くなりすぎることはない。その結果、圧縮着火モードにおいても、過早着火を回避して、混合気は、適切なタイミングで圧縮着火する。こうして、エンジン本体が、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へと切り替わる時に、燃焼騒音が増大してしまう問題が解消される。【００１５】
前記排気還流装置は、排気行程から吸気行程の間で前記気筒内に残る排気ガス量を調整する内部ＥＧＲ調整装置を含み、前記制御器は、前記火花点火モード時及び前記過渡モード時には前記内部ＥＧＲ調整装置を非作動にすると共に、前記圧縮着火モード時には前記内部ＥＧＲ調整装置を作動する、としてもよい。【００１６】
火花点火モード時に内部ＥＧＲ調整装置は非作動である。このことにより、気筒内の温度状態が高くなりすぎることが回避され、過早着火やノッキングの回避に有利になる。一方で、圧縮着火モード時に内部ＥＧＲ調整装置は作動する。このことによって、気筒内の温度状態が高まり、圧縮着火燃焼の着火性の向上及び燃焼安定性の向上が図られる。【００１７】
また、過渡モード時に、内部ＥＧＲ調整装置は非作動である。このことで、火花点火モードから過渡モードへ移行する際には、内部ＥＧＲ調整装置は非作動のままになる。このことは、モードの切り替えをスムースにする。また、過渡モードでは高温の排気ガスが気筒内に導入されない。このことは、過渡モードでの過早着火を回避して、燃焼騒音が効果的に回避される。【００１８】
前記火花点火式エンジンは、吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、前記動弁機構は、前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、前記圧縮着火モード時には、前記第１のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、前記第１のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする、又は、前記吸気弁を、前記第１のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にし、前記過渡モード時には、第１のバルブ動作で、前記吸気弁及び前記排気弁を動作させる、としてもよい。【００１９】
圧縮着火モード時に、排気弁は、火花点火モードにおける第１のバルブ動作に加えて、第１のバルブ動作での排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態になる。ここで、排気弁が「開弁している状態」であるとは、排気行程中に開弁する排気弁を、吸気行程中まで開弁したままにすること（つまり、閉弁しないこと）、及び、排気行程中に開弁する排気弁を一旦閉弁した後に、吸気行程中で再び開弁すること、の双方を含む。また、排気行程中に開弁する排気弁を、吸気行程中まで開弁したままにすることには、排気行程中の最大リフトから、リフト量が次第に減少した後に、排気弁のリフト量が再び増大すること、及び、最大リフト後に、排気弁のリフト量を増大させずに開弁期間を長くすること（例えばリフト量をクランク角の進行に対して一定に維持すること、又は、リフト量の減少率を小さくすること）を含む。このように、排気弁の開弁特性を、第１のバルブ動作とは異ならせることは、互いに異なるカム特性を有する複数のカムを切り替えるカムシフト機構を利用して、実現することが可能である。カムシフト機構は、バルブ特性の切り替え応答性に優れ、燃焼モードの切り替え制御に有利になる。【００２０】
排気弁が、排気行程中に開弁すると共に、吸気行程においても開弁していることにより、排気行程中に気筒内から排気側に排出された排気ガスの一部は、続く吸気行程において排気弁が開弁しているときに、再び気筒内に導入される。このことは、排気行程から吸気行程の間で気筒内に残る排気ガス量を増やす。【００２１】
同様に、圧縮着火モード時に、吸気弁は、火花点火モードにおける第１のバルブ動作に加えて、第１のバルブ動作での吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にしてもよい。ここでいう吸気弁が「開弁している状態」も、前記と同様である。【００２２】
この構成では、吸気弁が、排気行程中に開弁している状態になると共に、吸気行程においても開弁する。これによって、排気行程において、排気ガスの一部が気筒内から吸気側に排出され、続く吸気行程において吸気弁が開弁しているときに、その排気ガスが再び気筒内に導入される。このこともまた、排気行程から吸気行程の間で気筒内に残る排気ガス量を増やす。【００２３】
このような圧縮着火モード時のバルブ動作に対して、過渡モード時には、火花点火モードにおける第１のバルブ動作で、吸気弁及び排気弁が動作する。これによって、排気行程から吸気行程の間で気筒内に残る排気ガス量は、理想的にはゼロになる。つまり、過渡モードのＥＧＲ率は、圧縮着火モードのＥＧＲ率よりも低くなる。【００２４】
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際に、前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記吸気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、当該第２のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする、としてもよい。【００２５】
この構成では、火花点火モードから過渡モードへの移行時には、動弁機構は、吸気弁の開弁動作を変更する。つまり、排気弁を排気行程中に開弁すると共に、吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作に対して、吸気弁の開弁期間が短くなるように、吸気弁の開弁動作が変更される。開弁期間の変更は、複数種類のカムを切り替えるカムシフト機構によって実現可能である。カムシフト機構は、開弁期間の変更を高い応答性で実現する。【００２６】
過渡モードから圧縮着火モードへの移行時には、動弁機構は、排気弁の開弁動作を変更する。つまり、過渡モードでは排気行程中に開弁する排気弁は、圧縮着火モードでは、排気行程中に開弁しかつ、吸気行程でも開弁する。このようなバルブのリフト特性の切り替えは、前述したカムシフト機構によって実現可能である。【００２７】
従って、前記の構成は、エンジン本体が、火花点火モードから圧縮着火モードへと切り替わるときに、動弁機構が、吸気弁のバルブリフト特性を変更して、火花点火モードから過渡モードに移行し、その後、動弁機構が、排気弁のバルブリフト特性を変更して、過渡モードから圧縮着火モードに移行することになる。これは、モードの切り替え制御の応答性を高め、火花点火モードから圧縮着火モードへの切り替えをスムースに行う上で有利になる。【００２８】
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際に、前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記排気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記吸気弁を、当該第２のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする、としてもよい。【００２９】
この構成では、前記とは逆に、火花点火モードから過渡モードへの移行時には、動弁機構が、排気弁の開弁動作を変更し、過渡モードから圧縮着火モードへの移行時には、吸気弁の開弁動作を変更する。この構成もまた、モードの切り替え制御の応答性を高め、火花点火モードから圧縮着火モードへの切り替えをスムースに行う上で有利になる。【００３０】
前記制御器はまた、前記圧縮着火モードから前記火花点火モードへ切り替える際には、前記過渡モードを介在させずに切り替えを行う、としてもよい。【００３１】
圧縮着火モードから火花点火モードへの切り替え時には、過早着火に伴う燃焼騒音の問題は存在しない。そのため、過渡モードを介在させることなく、圧縮着火モードから火花点火モードに直接切り替えることが可能である。過渡モードを省略することは、圧縮着火モードから火花点火モードへの切り替えを速やかにする。エンジン本体の負荷が相対的に低いときに圧縮着火モードとし、エンジン本体の負荷が相対的に高いときに火花点火モードとする構成においては、運転者の加速要求に応じて、エンジン本体は、圧縮着火モードから火花点火モードへと切り替わる。従って、圧縮着火モードから火花点火モードへの切り替えを速やかにすることは、車両の加速応答性を高めることになる。【００３２】
前記火花点火式エンジンは、前記気筒内に燃料を直接噴射するよう構成された燃料噴射弁をさらに備え、前記制御器は、前記火花点火モードから前記過渡モードに切り替わった以降において、前記気筒内の温度状態に応じて、前記燃料噴射弁を通じた燃料噴射時期を、圧縮行程中期以降に設定する、としてもよい。【００３３】
前述の通り、火花点火モードから圧縮着火モードへの切り替え時に、ＥＧＲ率を相対的に低下した過渡モードを介在させることによって、過早着火を抑制することが可能である。しかしながら、火花点火モードから過渡モードへと切り替わった際に、気筒内の温度状態が比較的高いとき、例えば気筒の内壁温が比較的高いときには、過渡モードにおいて、過早着火を招く場合がある。【００３４】
また、過渡モードを継続しかつ、圧縮着火モードへの移行を遅らせることによって、気筒内の温度低下を待つことも考えられる。しかしながら、相対的に低いＥＧＲ率を長く継続してしまうと、気筒内の温度が下がりすぎて安定した圧縮着火が実現し得なくなる。そのため、着火安定性の観点からは、圧縮着火モードへと移行しなければならない一方で、気筒の内壁温が比較的高いことに起因して、圧縮着火モードにおいて過早着火を招いてしまう状況も起こり得る。【００３５】
そこで、過渡モード又は圧縮着火モードにおいては、気筒内の温度状態に応じて、気筒内の温度状態が所定よりも高いときには、燃料噴射弁を通じた燃料噴射時期を、圧縮行程中期以降に設定してもよい。気筒内に噴射した燃料の気化潜熱により、気筒内の温度が低下する。また、燃料の噴射開始時期が相対的に遅く、混合気の反応可能時間が短くなる。こうして、過渡モード又は圧縮着火モードにおいて、過早着火を、より一層確実に回避することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、この火花点火式エンジンは、火花点火モードから圧縮着火モードへ切り替える際に、燃焼騒音の増大を回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】火花点火式直噴エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】火花点火式直噴エンジンの制御に係るブロック図である。
【図３】燃焼室を拡大して示す断面図である。
【図４】エンジンの運転マップを例示する図である。
【図５Ａ】ＣＩモードにおいて吸気行程噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示である。
【図５Ｂ】ＣＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示である。
【図５Ｃ】ＳＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期及び点火時期の一例と、それに伴うＳＩ燃焼の熱発生率の例示である。
【図５Ｄ】ＳＩモードにおいて吸気行程噴射と高圧リタード噴射との分割噴射を行う場合の燃料噴射時期及び点火時期の一例と、それに伴うＳＩ燃焼の熱発生率の例示である。
【図６】高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼の状態と、従来のＳＩ燃焼の状態とを比較する図である。
【図７】外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の過渡制御を説明するタイムチャートである。
【図８】外部ＥＧＲガスを導入しているＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の過渡制御を説明するタイムチャートである。
【図９】ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の過渡制御のフローチャートである。
【図１０】排気弁の二度開きに係る吸気弁及び排気弁のリフト状態を例示する図である。
【図１１】排気弁の二度開きに係る、図１０とは異なる吸気弁及び排気弁のリフト状態を例示する図である。
【図１２】排気弁の二度開きに係る、図１０，１１とは異なる吸気弁及び排気弁のリフト状態を例示する図である。
【図１３】吸気弁の排気二度開きに係る吸気弁及び排気弁のリフト状態を例示する図である。
【図１４】図２とは異なる構成の火花点火式直噴エンジンを示すブロック図である。
【図１５】外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の、図７とは異なる過渡制御を説明するタイムチャートである。
【図１６】外部ＥＧＲガスを導入しているＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の、図８とは異なる過渡制御を説明するタイムチャートである。
【図１７】図４とは異なる、エンジンの運転マップを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、火花点火式エンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。
【００３９】
（エンジンの全体構成）
図１，２は、エンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給される火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン１は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設されたオイルパン１３とを有している。シリンダブロック１１には、複数の気筒１８が設けられている。尚、図１では、１つの気筒のみを図示するが、エンジン１には、例えば４つの気筒が直列に設けられる。
【００４０】
各気筒１８内には、ピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４は、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されている。ピストン１４の頂面には、図３に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を区画する。尚、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。キャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
【００４１】
このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。一例として、このエンジン１の幾何学的圧縮比は１８である。
【００４２】
シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されている。これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。
【００４３】
排気弁２２を駆動する動弁系は、例えば油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable ValveLift）と称する）７１を含んでいる。ＶＶＬ７１は、排気弁２２の作動モードを、通常モードと特殊モードとに切り替える。排気側のＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カムプロファイルの異なる第１及び第２の２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。２種類のカムは、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとを含む。ＶＶＬ７１が第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動する。これに対し、ＶＶＬ７１が第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁する。つまり排気弁２２は、いわゆる二度開きを行う特殊モードで作動する（図１０等参照）。排気側のＶＶＬ７１は、エンジン１の運転状態に応じて、通常モードと特殊モードとを切り替える。具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。以下の説明においては、排気側のＶＶＬ７１を通常モードで作動させ、排気弁２２の二度開きを行わないことを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、排気側のＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、排気弁２２の二度開きを行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行は、排気弁２２の二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁２１を二回開く、吸気弁２１の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。さらに、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。
【００４４】
吸気弁２１を駆動する動弁系もまた、ＶＶＬ７１を備えた排気側の動弁系と同様に、ＶＶＬ７３を備えている。但し、吸気側のＶＶＬ７３は、排気側のＶＶＬ７１とは異なる。吸気側のＶＶＬ７３は、吸気弁２１のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気弁２１のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフトカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁２１に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。図１０等に示すように、吸気側のＶＶＬ７３が大リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、吸気側のＶＶＬ７３が小リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。吸気側の動弁系はまた、図２に示すように、位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable ValveTiming）と称する）７２を備えている。ＶＶＴ７２は、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更する。ＶＶＴ７２は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。ＶＶＴ７２及びＶＶＬ７３によって、吸気弁２１は、開弁タイミング及び閉弁タイミング、並びに、リフト量をそれぞれ変更することが可能である。
【００４５】
シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射するインジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、図３に拡大して示すように、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。図例において、インジェクタ６７は、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。図３に矢印で示すように、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
【００４６】
図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料供給システム６２が介設されている。燃料供給システム６２は、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能である。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送する。コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６７は、コモンレール６４に蓄えられている燃料を、その噴口から噴射する。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最大で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。
【００４７】
シリンダヘッド１２にはまた、図３に示すように、燃焼室１９内の混合気に点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。図３に示すように、点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。
【００４８】
エンジン１の一側面には、図１に示すように、吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０は、各気筒１８の吸気ポート１６に連通している。一方、エンジン１の他側面には、排気通路４０が接続されている。排気通路４０は、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する。
【００４９】
吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路である。これら各独立通路の下流端が、各気筒１８の吸気ポート１６に接続されている。
【００５０】
吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、インタークーラ／ウォーマ３４と、スロットル弁３６とが配設されている。インタークーラ／ウォーマ３４は、例えば水冷式である。インタークーラ／ウォーマ３４は、空気を冷却又は加熱する。スロットル弁３６は、各気筒１８への吸入空気量を調節する。吸気通路３０にはまた、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されている。このインタークーラバイパス通路３５には、インタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１は、インタークーラバイパス通路３５を通過する空気流量を調整する。インタークーラバイパス弁３５１の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合が調整される。このことは、気筒１８に導入する新気の温度調整を可能にする。
【００５１】
排気通路４０の上流側の部分は、排気マニホールドによって構成されている。排気マニホールドは、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と、各独立通路が集合する集合部とを有する。排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。
【００５２】
吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、ＥＧＲ通路５０を介して接続されている。ＥＧＲ通路５０は、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する。ＥＧＲ通路５０は、ＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。ＥＧＲクーラ５２は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却する。主通路５１には、ＥＧＲ弁５１１が配設されている。ＥＧＲ弁５１１は、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整する。ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。ＥＧＲクーラバイパス弁５３１は、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整する。
【００５３】
エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。
【００５４】
ＰＣＭ１０には、図１，２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１及び新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されかつ、インタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する、第２吸気温度センサＳＷ３、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサＳＷ９、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ２センサＳＷ１０、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５、及び、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６である。
【００５５】
ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定する。ＰＣＭ１０は、その判定結果に応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、ＶＶＴ７２及び吸気側のＶＶＬ７３、排気側のＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（スロットル弁３６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。
【００５６】
（エンジンの運転マップ）
図４は、エンジン１の温間時における運転マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こす。そこで、このエンジン１は、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した火花点火燃焼を行う。ＰＣＭ１０は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷の高低に応じて、圧縮着火燃焼を行うＣＩ（Compression Ignition）モードと、火花点火燃焼を行うＳＩ（Spark Ignition）モードとを切り替える。尚、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。また、ＰＣＭ１０は、負荷の高低の他にも、後述するように、様々な状況下においてモードの切り替えを行う。
【００５７】
図４に示すように、ＣＩモードの運転領域は、エンジン負荷の高低に応じて２つの領域に分けられている。ＣＩモードの運転領域内における低負荷乃至中負荷の領域（I）では、ＰＣＭ１０は、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。つまり、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を排気行程中及び吸気行程中に開弁する排気弁２２の二度開きを行う。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度を高め、領域（I）において、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高める。領域（I）ではまた、図５Ａに示すように、インジェクタ６７は、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内に、気筒１８内に燃料を噴射する。これにより、気筒１８内には、均質な混合気が形成される。領域（I）において、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７±０．５、空気過剰率λ≒１）である。但し、図４に一点鎖線で示すように、領域（I）において、相対的に低負荷かつ低速の一部領域では、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比よりもリーンである。
【００５８】
この領域（I）において、ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にする。燃焼室１９内の混合気は、図５Ａに示すように、圧縮上死点付近において圧縮自己着火する。
【００５９】
ＣＩモードの運転領域において、領域（I）よりも負荷の高い領域（II）では、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比（λ≒１）である。これにより、三元触媒が利用可能になる、また、後述の通り、ＳＩモードの運転領域においても、混合気のＡ／Ｆは理論空燃比であるから、領域（II）において、混合気のＡ／Ｆが理論空燃比であることは、ＳＩモードとＣＩモードとの間の切り替え時の制御を簡素化すると共に、ＣＩモードの運転領域を、高負荷側に拡大することにも寄与する。
【００６０】
エンジン負荷の上昇に伴い気筒１８内の温度が自然と高まることから、領域（II）において過早着火を回避するために、ＰＣＭ１０は、ホットＥＧＲガス量を低下させる。ホットＥＧＲガス量は、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量の調整することによって調整する。また、ＥＧＲクーラ５２をバイパスした外部ＥＧＲガス量を調整することによって、ホットＥＧＲガス量を調整することもある。
【００６１】
領域（II）ではさらに、ＰＣＭ１０は、相対的に温度の低いクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。こうして気筒１８内には、高温のホットＥＧＲガスと低温のクールドＥＧＲガスとが適宜の割合で導入される。このことは、気筒１８内の圧縮端温度を適切にし、それによって、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避することになって、圧縮着火燃焼が安定化する。
【００６２】
このようにＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線を含む領域（II）では、ＰＣＭ１０は、気筒１８内の温度を下げるようにしているものの、それでもなお、気筒１８内の圧縮端温度は高くなり得る。このため、領域（II）において、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内で気筒１８内に燃料を噴射すると、過早着火等の異常燃焼が生じる場合がある。過早着火を回避するために、温度の低いクールドＥＧＲガスを大量に導入して気筒内の圧縮端温度を低下しようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。つまり、領域（II）においては、気筒１８内の温度制御を行うだけでは、圧縮着火燃焼を安定して行うことができない。そこで、ＰＣＭ１０は、この領域（II）では、気筒１８内の温度制御に加えて、燃料噴射形態を工夫し、それによって、過早着火等の異常燃焼の回避と、圧縮着火燃焼の安定化とを両立させる。具体的に、この燃料噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、図５Ｂに示すように、少なくとも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）内で、気筒１８内に燃料噴射を実行するものである。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」又は単に「リタード噴射」と呼ぶ。このような高圧リタード噴射は、領域（II）での異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を可能にする。この高圧リタード噴射の詳細は、後述する。
【００６３】
エンジン負荷の高低に応じて２つの領域に分けられたＣＩモードの運転領域に対して、ＳＩモードの運転領域は、おおよそエンジン回転数の高低に応じて、領域（III）と領域（IV）との２つの領域に分けられている。領域（III）は、図例においては、エンジン１の運転領域を低速域と高速域との２つに区分したときの、低速域及び高速域における低負荷側の一部に相当し、領域（IV）は高速域における高負荷側の一部に相当する。尚、領域（III）と領域（IV）との境界は図例に限定されるものではない。
【００６４】
領域（III）及び領域（IV）のそれぞれにおいて、混合気のＡ／Ｆは、領域（II）と同じく理論空燃比（λ≒１）である。従って、混合気のＡ／Ｆは、ＣＩモードとＳＩモードとの境界を跨って理論空燃比（λ≒１）で一定である。また、ＳＩモードでは（つまり、領域（III）及び領域（IV）では）、ＰＣＭ１０は、基本的に、スロットル弁３６を全開にする一方で、ＥＧＲ弁５１１の開度を調整する。これにより、ＰＣＭ１０は、気筒１８内に導入する新気量と外部ＥＧＲガス量との割合を調整する。尚、ＳＩモードの領域においても、比較的負荷の低い領域においては、ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６を絞る場合がある。気筒１８内に導入するガス割合の調整を通じて新気量を調整することは、ポンプ損失を低減させる。また、大量のＥＧＲガスを気筒１８内に導入することは、火花点火燃焼の燃焼温度を低く抑えることによって、冷却損失が低減する。ＳＩモードの領域では、ＰＣＭ１０は、主にＥＧＲクーラ５２を通じて冷却した外部ＥＧＲガスを、気筒１８に導入する。このことは、異常燃焼の回避に有利になる。また、Ｒａｗ ＮＯｘの生成を抑制するという利点もある。尚、全開負荷域では、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することによって外部ＥＧＲガス量をゼロにする。
【００６５】
尚、ＳＩモードの領域で、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲガスの導入を中止すると共に、インジェクタ６７が噴射する燃料量に応じてスロットル弁３６の開度を制御することによって、混合気のＡ／Ｆが理論空燃比（λ≒１）となるように、気筒１８内に導入する新気量を調整してもよい。
【００６６】
このエンジン１の幾何学的圧縮比は、前述の通り、１５以上（例えば１８）に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くする。このため、ＣＩモードの、特に低負荷の領域（例えば領域（I））では、高圧縮比エンジン１は、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン１は、高負荷域であるＳＩモードにおいては、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。
【００６７】
そこでＰＣＭ１０は、ＳＩモードの領域（III）や領域（IV）においては、前述した高圧リタード噴射を行うことにより、異常燃焼を回避する。より詳細に、領域（III）において、インジェクタ６７は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でもって、図５Ｃに示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒１８内に燃料を噴射する。インジェクタ６７は、領域（III）においては、このような高圧リタード噴射のみを行う。これに対し、領域（IV）においては、図５Ｄに示すように、インジェクタ６７は、一部の燃料を、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間内で気筒１８内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒１８内に噴射する。つまり、領域（IV）では、インジェクタ２は、燃料の分割噴射を行う。ここで、「吸気弁２１が開弁している吸気行程期間」とは、ピストン位置に基づいて定義した期間ではなく、吸気弁２１の開閉に基づいて定義した期間である。従って、ここで言う「吸気行程」の終了時期は、ＶＶＬ７３やＶＶＴ７２によって変更される吸気弁２１の閉弁時期に応じて、ピストンが吸気下死点に到達した時点からずれる場合がある。
【００６８】
次に、図６を参照しながら、ＳＩモードにおける高圧リタード噴射について説明する。図６は、前述した高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼（実線）と、吸気行程期間中に燃料噴射を実行する従来のＳＩ燃焼（破線）とにおける、熱発生率（上図）及び未燃混合気反応進行度（下図）の違いを比較する図である。図６の横軸はクランク角である。この比較の前提として、エンジン１の運転状態は共に、高負荷の低速域（つまり、領域（III））であり、噴射する燃料量は、高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼と従来のＳＩ燃焼との場合で互いに同じである。
【００６９】
先ず、従来のＳＩ燃焼では、インジェクタ６７は、吸気行程期間中に気筒１８内に所定量の燃料噴射を実行する（上図の破線）。気筒１８内では、その燃料の噴射後、ピストン１４が圧縮上死点に至るまでの期間に、比較的均質な混合気が形成される。図例では、点火プラグ２５は、圧縮上死点以降の、白丸で示す所定タイミングで気筒１８内の混合気に点火を行い、それによって燃焼が開始する。燃焼の開始後は、図６の上図に破線で示すように、熱発生率のピークを経て燃焼が終了する。燃料噴射の開始から燃焼の終了までの間が未燃混合気の反応可能時間（以下、単に反応可能時間という場合がある）に相当し、図６の下図に破線で示すように、この間に、未燃混合気の反応は次第に進行する。同図における点線は、未燃混合気が着火に至る反応度である着火しきい値を示している。従来のＳＩ燃焼は、低速域であることと相俟って、反応可能時間が非常に長く、その間、未燃混合気の反応が進行し続けてしまう。このことから、従来のＳＩ燃焼は、点火の前後に未燃混合気の反応度が着火しきい値を超えてしまい、過早着火又はノッキングといった異常燃焼を引き起こす。
【００７０】
これに対し、高圧リタード噴射は、反応可能時間の短縮を図り、そのことによって異常燃焼を回避することを目的とする。すなわち、反応可能時間は、図６にも示しているように、インジェクタ６７が燃料を噴射する期間（つまり、（１）噴射期間）と、噴射終了後、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、（２）混合気形成期間）と、点火によって開始された燃焼が終了するまでの期間（つまり、（３）燃焼期間）と、を足し合わせた時間（つまり、（１）＋（２）＋（３））である。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縮し、それによって、反応可能時間を短くする。このことについて、順に説明する。
【００７１】
先ず、高い燃料圧力は、単位時間当たりにインジェクタ６７から噴射される燃料量を相対的に多くする。このため、燃料噴射量を一定とした場合に、燃料圧力と燃料の噴射期間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど噴射期間は長くなり、燃料圧力が高いほど噴射期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、噴射期間を短縮する。
【００７２】
また、高い燃料圧力は、気筒１８内に噴射する燃料噴霧の微粒化に有利になると共に、燃料噴霧の飛翔距離を、より長くする。このため、燃料圧力と燃料蒸発時間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど燃料蒸発時間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃料蒸発時間は短くなる。また、燃料圧力と点火プラグ２５の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど到達までの時間は長くなり、燃料圧力が高いほど到達までの時間は短くなる。混合気形成期間は、燃料蒸発時間と、点火プラグ２５の周りへの燃料噴霧到達時間とを足し合わせた時間であるから、燃料圧力が高いほど混合気形成期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、燃料蒸発時間及び点火プラグ２５の周りへの燃料噴霧到達時間がそれぞれ短くなる結果、混合気形成期間を短縮する。これに対し、同図に白丸で示すように、従来の、低い燃料圧力による吸気行程噴射は、混合気形成期間が大幅に長くなる。尚、前述した多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、ＳＩモードにおいては、燃料の噴射後、点火プラグ２５の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間を短くする結果、混合気形成期間の短縮に有効である。
【００７３】
このように、噴射期間及び混合気形成期間を短縮することは、燃料の噴射タイミング、より正確には、噴射開始タイミングを、比較的遅いタイミングにすることを可能にする。そこで、高圧リタード噴射は、図６の上図に示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に、気筒１８内に燃料を噴射する。高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射することに伴い、その気筒内の乱れが強くなり、気筒１８内の乱れエネルギが高まるが、この高い乱れエネルギは、燃料噴射のタイミングが比較的遅いタイミングに設定されることと相俟って、燃焼期間の短縮に有利になる。
【００７４】
すなわち、燃料噴射をリタード期間内に行った場合、燃料圧力と燃焼期間内での乱流エネルギとの関係は概ね、燃料圧力が低いほど乱流エネルギが低くなり、燃料圧力が高いほど乱流エネルギは高くなる。ここで、仮に高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射するとしても、その噴射を吸気行程期間中に行う場合は、噴射開始後から点火タイミングまでの時間が長いこと、及び、吸気行程後の圧縮行程において気筒１８内が圧縮されることに起因して、気筒１８内の乱れは減衰してしまう。その結果、吸気行程期間中に燃料噴射を行った場合、燃焼期間内での乱流エネルギは、燃料圧力の高低に拘わらず比較的低くなってしまう。
【００７５】
燃焼期間での乱流エネルギと燃焼期間との関係は概ね、乱流エネルギが低いほど燃焼期間が長くなり、乱流エネルギが高いほど燃焼期間が短くなる。従って、燃料圧力と燃焼期間との関係は、燃料圧力が低いほど燃焼期間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃焼期間は短くなる。すなわち、高圧リタード噴射は、燃焼期間を短縮する。これに対し、従来の、低い燃料圧力による吸気行程噴射は、燃焼期間が長くなる。尚、多噴口型のインジェクタ６７は、気筒１８内の乱れエネルギの向上に有利であって、燃焼期間の短縮に有効である。また、多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせによって、燃料噴霧をキャビティ１４１内に収めることもまた、燃焼期間の短縮に有効である。
【００７６】
このように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縮する。その結果、図６に示すように、燃料の噴射開始タイミングＳＯＩから燃焼終了時期θｅｎｄまでの、未燃混合気の反応可能時間は、従来の吸気行程期間中での燃料噴射の場合と比較して大幅に短くなる。反応可能時間を短縮する結果、図６の上段に示す図のように、従来の低い燃料圧力による吸気行程噴射は、白丸で示すように、燃焼終了時における未燃混合気の反応進行度が、着火しきい値を超えてしまい、異常燃焼が発生してしまうところ、高圧リタード噴射は、黒丸で示すように、燃焼終了時における未燃混合気の反応の進行を抑制し、異常燃焼を回避する。尚、図６の上図における白丸と黒丸とで、点火タイミングは互いに同じタイミングである。
【００７７】
燃料圧力は、例えば３０ＭＰａ以上に設定することによって、燃焼期間を効果的に短縮する。また、３０ＭＰａ以上の燃料圧力は、噴射期間及び混合気形成期間も、それぞれ有効に短縮する。尚、燃料圧力は、少なくともガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。その上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。
【００７８】
高圧リタード噴射は、気筒１８内への燃料噴射の形態を工夫することによってＳＩモードにおける異常燃焼の発生を回避する。これとは異なり、異常燃焼の回避を目的として点火タイミングを遅角することが、従来から知られている。点火タイミングの遅角化は、未燃混合気の温度及び圧力の上昇を抑制することによって、その反応の進行を抑制する。しかしながら、点火タイミングの遅角化は熱効率及びトルクの低下を招くのに対し、高圧リタード噴射は、燃料噴射の形態の工夫によって異常燃焼を回避する分、点火タイミングを進角させることが可能であるから、熱効率及びトルクが向上する。つまり、高圧リタード噴射は、異常燃焼を回避するだけでなく、点火タイミングを進角することを可能にして、燃費の向上に有利になる。
【００７９】
以上説明したように、ＳＩモードでの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縮するが、ＣＩモードの領域（II）で行う高圧リタード噴射は、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮する。つまり、気筒１８内に高い燃料圧力で燃料を噴射することにより気筒１８内の乱れが強くなる。このことは、微粒化した燃料のミキシング性を高めるから、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射しても、気筒１８内に比較的均質な混合気を速やかに形成することが可能になる。
【００８０】
ＣＩモードでの高圧リタード噴射は、比較的負荷の高いエンジンの運転領域において行われる。つまり,インジェクタ６７は、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を気筒１８内に噴射する。このことにより、圧縮行程期間中の過早着火を防止しつつ、前述の通り概ね均質な混合気が速やかに形成される。その結果、混合気は、圧縮上死点以降において確実に圧縮着火する。そうして、モータリングにより気筒１８内の圧力が次第に低下する膨張行程期間において燃焼が行われることで、燃焼が緩慢になり、圧縮着火燃焼に伴う気筒１８内の圧力上昇（ｄＰ／ｄθ）が急峻になってしまうことが回避される。このことは、ＮＶＨの制約を解消し、その結果、ＣＩモードの領域は高負荷側に拡大する。
【００８１】
ＳＩモードの説明に戻り、前述の通り、ＳＩモードの高圧リタード噴射は、燃料噴射をリタード期間内に行うことによって未燃混合気の反応可能時間を短縮させる。この反応可能時間の短縮は、エンジン１の回転数が比較的低い低速域においては、クランク角変化に対する実時間が長いため、有効である。これに対し、エンジン１の回転数が比較的高い高速域においては、クランク角変化に対する実時間が短いため、反応可能時間の短縮は、異常燃焼の回避に、それほど有効でない。逆に、リタード噴射は、圧縮上死点付近のタイミングで燃料を気筒１８内に噴射するため、圧縮行程期間中は、燃料を含まない筒内ガス、言い換えると比熱比の高い空気が圧縮される。このことは、気筒１８内の圧縮端温度を高め、この高い圧縮端温度がノッキングを招く場合がある。そこで、噴射すべき燃料量が増える領域（IV）におけるリタード噴射は、点火タイミングの遅角化によって、ノッキングを回避しなければならない可能性がある。
【００８２】
そこで、インジェクタ６７は、図４に示すように、ＳＩモードにおいて相対的に回転数が高くかつ、負荷の高い領域（IV）では、図５Ｄに示すように、一部の燃料を、吸気行程期間内で気筒１８内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒１８内に噴射をする。吸気行程噴射は、圧縮行程期間中の筒内ガス（つまり、燃料を含む混合気）の比熱比を下げ、それによって圧縮端温度が低く抑えられる。こうして圧縮端温度が低くなることによってノッキングが抑制されるから、ＰＣＭ１０は、点火タイミングを進角させることが可能になる。
【００８３】
また、領域（IV）における高圧リタード噴射は、前述の通り、圧縮上死点付近の気筒１８内の乱れを強くすることによって、燃焼期間を短くする。このこともまた、ノッキングの抑制に有利になり、ＰＣＭ１０は、点火タイミングをさらに進角させることが可能になる。そうして、領域（IV）において、吸気行程噴射と高圧リタード噴射とを含む分割噴射は、異常燃焼を回避しつつ、熱効率を向上させる。
【００８４】
尚、領域（IV）において燃焼期間を短縮させるために、高圧リタード噴射を行う代わりに、多点点火構成を採用してもよい。多点点火構成は、複数の点火プラグを燃焼室内に臨んで配置する構成である。具体的に、領域（IV）では、インジェクタ６７は吸気行程噴射を行うと共に、ＰＣＭ１０は、複数の点火プラグのそれぞれを駆動することによって多点点火を行う。多点点火は、燃焼室１９内の複数の火種のそれぞれから火炎が広がるため、火炎の広がりが早くて燃焼期間が短くなる。その結果、高圧リタード噴射と同様に燃焼期間を短くして、熱効率の向上に有利になる。
【００８５】
（ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の制御）
火花点火燃焼は、圧縮着火燃焼と比較して熱効率が低いため、燃焼ガス温度が相対的に高い。一方で、圧縮着火燃焼を行うＣＩモードでは、前述したように、気筒１８内の温度状態を高くして圧縮着火の着火性を確保するために、少なくとも内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。
【００８６】
エンジン１が、燃焼ガス温度が相対的に高いＳＩモードから、ＣＩモードへと切り替わった直後には、気筒１８内は高温の雰囲気であると共に、火花点火燃焼によって生じた温度の高い排気ガスが気筒１８内に導入される。従ってエンジン１は、気筒１８内の温度が高い状態で、圧縮着火燃焼を行うことになる。このときに、吸気行程期間中のような比較的早い時期に、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料噴射をしてしまうと、圧縮行程期間中に過早着火が生じ、気筒１８内の圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）が急峻になって大きな燃焼騒音が発生する虞がある。そこで、このエンジン１は、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替えの際の過早着火を回避し、燃焼騒音の増大を回避するための過渡制御を実行する。
【００８７】
ここで、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わりは、例えば図４に示す温間時の運転マップにおいては、エンジン１の負荷がＳＩモードである高負荷領域から、ＣＩモードである低負荷領域へと移行するときに行われる。つまり、エンジン１の負荷が低下することに伴い、エンジン１は、ＳＩモードからＣＩモードに切り替わる。尚、ＳＩモードとＣＩモードとの境界付近においては、エンジン１が等負荷の状態であっても、ＳＩモードからＣＩモードに切り替わることもある。
【００８８】
また、エンジン１の温度が所定温度未満の、エンジン１が冷間乃至半暖機状態にあるときには、圧縮着火燃焼が安定化しないことから、図示は省略するが、ＰＣＭ１０は、ＣＩモードを実行せず、エンジン１の全ての運転領域でＳＩモードを実行する。一方で、図４に示すように、エンジン１が、所定温度以上の温間状態にあるには、ＰＣＭ１０は、一部の運転領域においてＣＩモードを実行する。そのため、エンジン１の始動後、温度が次第に上昇して冷間状態から温間状態に変化することに伴い、エンジン負荷が等負荷のままで、エンジン１が、ＳＩモードからＣＩモードに切り替わることもある。
【００８９】
さらに、燃焼安定性の観点から、エンジン１のアイドル状態では、ＰＣＭ１０は、ＳＩモードを実行する。そのため、エンジン１の運転状態がアイドル状態からＣＩモードを実行する低負荷の領域へ移行するときにも、エンジン１は、低負荷のＳＩモードから、低負荷のＣＩモードへと切り替わる。加えて、このエンジン１は、車両の減速中にフューエルカットを実行するように構成されている。フューエルカット中に気筒１８内の温度が低下することから、フューエルカットの復帰直後は、圧縮着火燃焼を実行することができない場合がある。そこで、ＰＣＭ１０は、フューエルカットの復帰直後は、ＣＩモードの領域内であってもＳＩモードを実行することによって、燃焼安定性を確保する。その後、気筒１８内の温度が高まって、ＣＩモードの実行が可能になれば、ＰＣＭ１０は、ＳＩモードからＣＩモードに切り替える。つまり、エンジン１は、負荷が実質的に変化しないものの、ＳＩモードからＣＩモードへと切り替わる。このように、低負荷のＳＩモードから低負荷のＣＩモードへの切り替え、換言すれば、エンジン１の負荷状態が実質的に変化せずにＳＩモードからＣＩモードへと切り替わることは、様々な状況下において行われることになる。
【００９０】
図７は、エンジン１が、外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時の過渡制御を説明するタイムチャートである。具体的に、図７は、過渡制御に係る、燃料噴射時期及び火花点火時期の変更、筒内圧力の変化、吸排気弁の開弁状態の変更、スロットル弁の開度変更、並びに、気筒内のガス状態の変化の一例を示している。図７においては、紙面左から右の方向に、クランク角が進行している（つまり、時間が進行している）。尚、図７に示す燃料噴射時期や火花点火時期、及び、筒内圧力の変化は、ここに開示する技術の説明における例示であって、図示されたタイミングには限定されない（図８等も同様である）。ここで、外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードは、一例として、エンジン負荷が低い状態でＳＩモードを行っていることに対応する。従って、図７に示すタイムチャートは、エンジン１が低負荷のＳＩモードから低負荷のＣＩモードへと切り替わる状況に対応する。
【００９１】
先ず、図７における最も左側の１サイクル目では、エンジン１は、ＳＩモードで運転をしている。インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に燃料噴射を実行すると共に、点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において火花点火を実行する。１サイクル目において、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比（λ≒１）であり、燃料噴射量に見合った新気量となるよう、吸気側のＶＶＬ７３は、吸気弁２１を大リフトカムで駆動すると共に、ＶＶＴ７２は、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点後の遅い時期に設定する。こうして、ＰＣＭ１０は、吸気弁２１を遅閉じにすることによって、気筒１８内に導入する新気量を少なくする（図７の最下段に示す気筒内のガス状態も参照）。また図７の制御例では、ＰＣＭ１０は、１サイクル目において、エンジン１の運転状態に対応させるために新気量をさらに少なくするべく、スロットル弁３６を絞っている。但し、スロットル開度を全開にするＣＩモードへの切り替えに備えて、ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６を全開方向に徐々に開けている。また、前述したように、１サイクル目はＳＩモードであるものの、エンジン１の負荷が低いため、ＰＣＭ１０は、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しない。また、排気側のＶＶＬ７１はオフである。つまり、ＰＣＭ１０は、内部ＥＧＲガスも気筒１８内に導入しない。火花点火燃焼を実行する１サイクル目では、排気ガス温度は高くなる（つまり、高温既燃ガス）。但し、外部ＥＧＲガス及び内部ＥＧＲガスを共に気筒１８内に導入しないため、続く２サイクル目の気筒１８内には、高温の排気ガスは実質的に導入されない。
【００９２】
２サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時のサイクルに相当する。つまり、このサイクルは過渡モードである。ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にして圧縮着火燃焼を行う。ＰＣＭ１０はまた、スロットル開度を全開にする一方で、吸気側のＶＶＬ７３を、大リフトカムから小リフトカムへ切り替える。尚、ＶＶＴ７２は非作動であって、吸気弁２１の位相は変化しない。これにより、吸気弁２１の閉弁時期は、１サイクル目の圧縮行程中の時期から、吸気下死点付近の時期へと瞬時に切り替わり、その結果、気筒１８内に導入される新気量は増大する。尚、この吸気弁２１の開閉時期は、後述の３サイクル目から開始する排気の二度開きに対応する開閉時期である。
【００９３】
また、２サイクル目では、ＰＣＭ１０は、燃料の噴射タイミングを、１サイクル目と同じ吸気行程から圧縮行程初期の期間内に設定すると共に、その燃料噴射量も、１サイクル目と同程度に設定する。１サイクル目と比較して、気筒１８内に導入される新気量が増える一方で、燃料噴射量は変化しないため、２サイクル目の混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比よりもリーンになる。また、２サイクル目でも、ＰＣＭ１０は、排気ガス（外部ＥＧＲガス及び内部ＥＧＲガス）を気筒１８内に導入しない。
【００９４】
２サイクル目は、圧縮着火燃焼を行うものの、排気ガスを気筒１８内に導入しないことによって、気筒１８内の温度状態は、その分低くなる。また、２サイクル目では、気筒１８内に導入する新気量を増大することで、比較的低温の新気が気筒１８内に満たされるため、圧縮開始前の気筒１８内の温度が下がる。その結果、ＳＩモードである１サイクル目に続くサイクルであって、気筒１８内の温度が比較的高くなり易い２サイクル目において、気筒１８内の混合気は、過早着火を招くことなく、圧縮上死点付近の適切なタイミングで圧縮着火する。また、２サイクル目では、混合気のＡ／Ｆが理論空燃比よりもリーンであり、燃料量に対するガス量が多い上に、熱効率の高い圧縮着火燃焼を行うため、燃焼ガスは大きく低下する。こうして、２サイクル目の気筒１８から排出される排気ガスの温度は低下する。尚、図７の最下段に示すガス状態においては、「既燃ガス」の温度の高低を、ハッチングのピッチ幅の大小で示している。ピッチ幅が狭いことは、既燃ガスの温度が高いことを示し、ピッチ幅が広いことは、既燃ガスの温度が低いことを示している。
【００９５】
続く３サイクル目は、過渡モードからＣＩモードへ切り替わる時のサイクルに相当する。３サイクル目では、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンする。つまり、排気弁２２の二度開きが行われ、それによって、２サイクル目の圧縮着火燃焼によって生じた既燃ガスの一部は、気筒１８内に導入される。
【００９６】
また、３サイクル目では、２サイクル目と同じく、吸気側のＶＶＬ７３は、吸気弁２１を小リフトのままで開閉すると共に、ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６を全開にするため、図７に示すように、内部ＥＧＲガスが気筒１８内に導入される分、気筒１８内に導入される新気量は、２サイクル目よりも低減する。従って、過渡モードである２サイクル目のＥＧＲ率は、ＣＩモードである３サイクル目のＥＧＲ率よりも低くなる。ここで、ＥＧＲ率は、気筒１８内の全ガス量に対する排気ガス量の割合と定義される。
【００９７】
３サイクル目では、既燃ガスの一部が気筒１８内に導入されるものの、前述したように、この既燃ガスは温度が比較的低い。また、２サイクル目において、圧縮着火燃焼を行うことによって、気筒１８内の温度状態も低く抑制されている。このため、３サイクル目における気筒１８内の温度状態は、それほど高くならない。
【００９８】
３サイクル目は通常のＣＩモードに対応する。このため、ＰＣＭ１０は、インジェクタ６７による噴射タイミングを、２サイクル目と同様に、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に設定する。これによって、気筒１８内に比較的均質の混合気が形成される。ＰＣＭ１０はまた、３サイクル目の燃料噴射量を、２サイクル目と同程度に設定する。これによって、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比又は理論空燃比よりもリーンになる。混合気のＡ／Ｆは、エンジン１の運転状態に応じて設定される。
【００９９】
ＰＣＭ１０はまた、この３サイクル目でも、２サイクル目と同様に、点火プラグ２５を非作動とする。前述したように、３サイクル目では、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎないため、気筒１８内に形成された比較的均質の混合気は、過早着火することなく、圧縮上死点付近で確実に圧縮着火して、安定的に燃焼する。
【０１００】
こうした過渡制御は、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替えの際に、燃焼騒音が増大してしまうことを回避する。ＳＩモードからＣＩモードへの切り替えが完了した３サイクル目以降は、エンジン１の運転状態に応じた燃焼制御が実行される。
【０１０１】
図８は、エンジン１が、外部ＥＧＲガスを導入しているＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時の過渡制御を説明するタイムチャートである。図８に示すタイムチャートは、エンジン１が、高負荷のＳＩモードから、低負荷のＣＩモードへと切り替わる状況に対応する。具体的には、図４に示す温間時の運転マップにおいて、エンジン１の運転状態がＳＩモードである領域（III）又は領域（IV）から、ＣＩモードである領域（I）又は領域（II）へ移行する状況を例示することができる（同図の矢印（ａ）を参照）。
【０１０２】
つまり、図８における最も左側の１サイクル目では、エンジン１は、ＳＩモードで運転をしている。インジェクタ６７は、圧縮行程後期から膨張行程初期の期間中に燃料噴射を実行する。つまり、インジェクタ６７は、高圧リタード噴射を行う。また、点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において火花点火を実行する。混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比（λ≒１）であり、燃料噴射量に見合った新気量となるよう、吸気側のＶＶＬ７３は、吸気弁２１を大リフトカムで駆動すると共に、ＶＶＴ７２は、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点後の遅い時期に設定する。ＰＣＭ１０は、吸気弁２１を遅閉じにすることによって、気筒１８内に導入する新気量を少なくする。また、図８のタイムチャートの１サイクル目において、ＰＣＭ１０が、スロットル弁３６を絞ると共に、その開度を全開方向に次第に変更している点は、前述した図７のタイムチャートの１サイクル目と同じである。
【０１０３】
一方、図８のタイムチャートの１サイクル目では、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲ弁５１１及び／又はＥＧＲクーラバイパス弁５３１を開けている。このことにより、前述の通り、外部ＥＧＲガスが、ＥＧＲ通路５０を介して気筒１８内に導入される。尚、排気側のＶＶＬ７１はオフであり、内部ＥＧＲガスは気筒１８内に導入しない。火花点火燃焼を行う１サイクル目では、排気ガス温度は高くなり得る。
【０１０４】
続く２サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時の、過渡モードに対応するサイクルである。従って２サイクル目では、ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にして圧縮着火燃焼を行う。ＰＣＭ１０は、スロットル開度を全開に設定する一方で、吸気側のＶＶＬ７３を、大リフトカムから小リフトカムへ切り替える。これにより、吸気弁２１の閉弁時期は、１サイクル目の圧縮行程期間中の時期から、吸気下死点付近の時期へと瞬時に切り替わり、その結果、気筒１８内に導入される新気量は増大する。
【０１０５】
ＰＣＭ１０はまた、２サイクル目において、ＥＧＲ弁５１１及び／又はＥＧＲクーラバイパス弁５３１を全閉にする。このことで、外部ＥＧＲガスの気筒１８内への導入を停止する。しかしながら、外部ＥＧＲシステムは制御応答性が低く、ＥＧＲ弁５１１及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１を全閉にした後も、ＥＧＲ通路５０に残留している比較的高温の排気ガスが、２サイクル目の気筒１８内に導入される（図８の最下段のガス状態を参照）。一方、排気側のＶＶＬ７１は、２サイクル目でもオフのままである。つまり、ＰＣＭ１０は、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しない。
【０１０６】
ＰＣＭ１０は、インジェクタ６７が噴射する燃料量を１サイクル目とほぼ同量に設定する。ＰＣＭ１０はまた、燃料の噴射タイミングを、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に設定する。これにより、２サイクル目の気筒１８内には、比較的均質な、理論空燃比よりもリーンな混合気が形成される。
【０１０７】
ＰＣＭ１０は、２サイクル目では、点火プラグ２５を作動させず、理論空燃比よりもリーンの均質混合気を、圧縮上死点付近において圧縮自己着火させる。ここで、２サイクル目では、気筒１８内に導入する新気量が増大することで、圧縮開始前の気筒１８内の温度が下がる。その結果、気筒１８内の混合気は、過早着火を招くことなく、圧縮上死点付近の適切なタイミングで圧縮着火する。２サイクル目では、混合気のＡ／Ｆが理論空燃比よりもリーンであり、作動ガス燃料比Ｇ／Ｆがリーンである。しかも、熱効率の高い圧縮着火燃焼を行うことから、燃焼ガス温度は低下する。その結果、２サイクル目に排出される排気ガスの温度は低下する。
【０１０８】
但し、前述したように、２サイクル目では、外部ＥＧＲガスの一部が気筒１８内に導入されている。このことに伴い、排気ガス温度は、若干高くなり得る。ここでは説明の便宜上、２サイクル目における既燃ガスを、高温既燃ガスと低温既燃ガスとの中間程度の温度の意味で中温既燃ガスと呼ぶ。仮に、続く３サイクル目において、排気側のＶＶＬ７３をオンにして、この中温既燃ガスを気筒１８内に大量に導入してしまうと、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎる可能性がある。
【０１０９】
そこで、図８の制御例では、ＰＣＭ１０は、過渡モードを複数サイクル継続する。つまり、ＰＣＭ１０は、２サイクル目と同様に、排気側のＶＶＬ７１をオフにした３サイクル目を実行する。この３サイクル目では、ＥＧＲ通路５０に排気ガスが残留していないため、排気ガスは、気筒１８内に導入されない。その結果、気筒１８内の圧縮開始前の温度は、２サイクル目よりも低くなると共に、混合気のＡ／Ｆは、２サイクル目よりもリーンになる。そうして、３サイクル目の圧縮着火燃焼に伴い排出される排気ガス温度は、２サイクル目に排出される排気ガス温度よりも低下する（つまり、低温既燃ガス）。
【０１１０】
４サイクル目は、過渡モードからＣＩモードへ切り替わる時のサイクルに相当する。図８のタイムチャートの４サイクル目は、図７のタイムチャートの３サイクル目に対応する。ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンすることにより、排気弁２２の二度開きを行う。これにより、３サイクル目の圧縮着火燃焼によって生じた、比較的低温の既燃ガスの一部が気筒１８内に導入される。この４サイクル目では、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する分だけ、２サイクル目及び３サイクル目と比較して、気筒１８内に導入される新気量が低減する。つまり、４サイクル目はＥＧＲ率が相対的に高くなる。
【０１１１】
４サイクル目は、通常のＣＩモードに対応するため、インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内で、燃料を噴射する。インジェクタ６７が噴射する燃料量は、過渡モードである２サイクル目及び３サイクル目と実質的に同じである。４サイクル目の混合気のＡ／Ｆは、２サイクル目及び３サイクル目と比較してリッチになり、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比又は理論空燃比よりもリーンである。
【０１１２】
ＰＣＭ１０は、この４サイクル目でも、点火プラグ２５を非作動として圧縮着火燃焼を行う。前述したように、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎないため、比較的均質の混合気は、過早着火することなく、圧縮上死点付近で確実に圧縮着火して、安定的に燃焼する。
【０１１３】
エンジン１の運転状態が高負荷であるときには、インジェクタ６７が噴射する燃料量は、多い。このため、エンジン１の運転状態が、高負荷のＳＩモードにあるときには、気筒１８内の温度状態が高くなると共に、排気ガス温度も高くなる。従って、高負荷のＳＩモードから低負荷のＣＩモードへ切り替わる際には特に、過早着火が生じ易い。図８の制御例は、２サイクル分の過渡モードを継続して行う。このことは、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる際に、過早着火が発生することを、確実に回避する上で有効である。
【０１１４】
ここで、過渡モードは、気筒１８内のＥＧＲ率を、ＣＩモードと比較して低下することによって、気筒１８内の温度状態を低下させて過早着火の発生を回避するモードである。しかしながら、前述の通り、特に高負荷のＳＩモードにあるときには、気筒１８内の温度状態が高くなる、また、気筒１８の壁面温度が高くなっているときには、過渡モードにおいて過早着火の発生を回避することができないことも起こり得る。そのような場合、ＰＣＭ１０は、図８に破線で示すように、インジェクタ６７による燃料の噴射時期を、圧縮行程中期以降に遅らせてもよい。つまり、ＰＣＭ１０は、過渡モードにおいて、リタード噴射を行ってもよい。リタード噴射は、燃料の噴射時期が遅い上に、混合気の反応可能時間を短くする。その結果、過渡モードにおける過早着火の回避に有効である。ＰＣＭ１０は、例えば、各種のパラメータに基づいて気筒１８内の温度状態を推定し、その推定結果に応じて、インジェクタ６７が燃料を噴射する時期を、吸気行程から圧縮行程初期に設定するか、又は、圧縮行程中期以降に設定するか、を決定してもよい。
【０１１５】
また、こうしたリタード噴射は、過渡モードにおいて実行することに限らない。ＰＣＭ１０は、図８に一点鎖線で示すように、エンジン１がＣＩモードに切り替わった４サイクル目以降においても、必要に応じてリタード噴射を行ってもよい。すなわち、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンにして内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しなければ、着火性を確保できないときには、エンジン１を、過渡モードからＣＩモードに移行させる一方で、ＣＩモードにおいて過早着火が発生する虞があるときには、インジェクタ６７に、リタード噴射を実行させる。こうすることで、エンジン１がＳＩモードからＣＩモードへと切り替わる時の燃焼騒音を、より一層確実に回避しつつ、圧縮着火燃焼を安定して行うことが実現する。尚、図７に示すような低負荷のＳＩモードから、低負荷のＣＩモードへと切り替わる際にも、ＰＣＭ１０は、過渡モード又はＣＩモードにおいて、必要に応じてリタード噴射を実行してもよい。
【０１１６】
次に、前述した過渡制御について、ＰＣＭ１０が実行する制御フローを、図９を参照しながら説明する。図９のフローは、空気過剰率λ＝１のＳＩモードの状態でスタートする。
スタート後のステップＳ９１で、ＰＣＭ１０は、各種パラメータ（例えば水温、外気温、エンジン負荷、エンジン回転数、燃料の噴射時期、燃料圧力、点火時期、吸気弁の開閉タイミング、及び、排気弁の開閉タイミング等）を読み込むと共に、エンジン１の運転状態を把握する。ステップＳ９２で、ＰＣＭ１０は、エンジン１が、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わるか否かを判断する。ＣＩモードへ切り替わらないとき（つまり、ＮＯのとき）には、フローは、ステップＳ９１及びＳ９２を繰り返すのに対し、ＣＩモードへ切り替わるとき（つまり、ＹＥＳのとき）には、フローは、ステップＳ９３に移行する。ステップＳ９２の判定は、具体的には、エンジン１の運転状態が高負荷から低負荷へと変化するとき、エンジン１が冷間状態から温間状態へ変化したとき、エンジン１の運転状態がアイドル状態からアイドル以外の低負荷の運転状態へと変化したとき、及び、エンジン１の運転状態が、フューエルカットからの復帰後に一時的にＳＩモードを行っていた状態から通常のＣＩモードへ移行したとき等に、ＹＥＳになる。フローのスタートからステップＳ９２までが、図７及び８に示すタイムチャートの１サイクル目に対応する。
【０１１７】
ステップＳ９３では、ＰＣＭ１０は、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しているか否かを判定する。外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しているときには、フローはステップＳ９４に移行する。ＰＣＭ１０は、ステップＳ９４で、ＥＧＲ弁５１１及び／又はＥＧＲクーラバイパス弁５３１を共に全閉にする。外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入していないときには、フローはステップＳ９３からステップＳ９５に移行する。
【０１１８】
ステップＳ９５では、ＰＣＭ１０は、吸気側のＶＶＬ７３を、大リフトカムから小リフトカムに切り替える。続くステップＳ９６で、ＰＣＭ１０は、吸気側のＶＶＬ７１のカムシフトが完了したか否かを判断する。カムシフトが完了していないとき（つまり、ＮＯのとき）には、フローはステップＳ９５を継続する一方、カムシフトが完了したとき（つまり、ＹＥＳのとき）には、フローはステップＳ９７に移行する。尚、カムシフトは瞬時に行われる。ステップＳ９７で、ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にし、そのことにより、エンジン１を、ＳＩモードからＣＩモードへと切り替える。
【０１１９】
続くステップＳ９８では、ＰＣＭ１０は、筒内状態量が整ったか否か、言い換えると排気ガス温度が所望のレベルまで低下したか否かを判定する。このステップの判定は、例えば、ＰＣＭ１０が、各種パラメータに基づいて推定している排気ガス温度に基づいて行ってもよい。ステップＳ９８の判定がＮＯのときには、フローは、ステップＳ９８を継続し、その判定がＹＥＳになれば、フローはステップＳ９９に移行する。ステップＳ９３〜Ｓ９８が、図７に示すタイムチャートの２サイクル目、並びに、図８に示すタイムチャートの２及び３サイクル目にそれぞれ対応し、過渡モードに相当する。従って、ステップＳ９８の判定は、過渡モードを実行するサイクル数を決定する判定である。つまり、図７の制御例では、過渡モードは、２サイクル目のみの１サイクルであったが、排気ガス温度に基づき、ＰＣＭ１０は、過渡モードを、複数サイクル継続して実行してもよい。また、図８の制御例では、過渡モードは、２サイクル目及び３サイクル目の２サイクルであったが、排気ガス温度に基づき、ＰＣＭ１０は、過渡モードを３サイクル以上、継続して実行してもよいし、１サイクルのみ実行してもよい。
【０１２０】
尚、ステップＳ９８では、ＰＣＭ１０は、推定した排気ガス温度に基づいて過渡モードを実行するサイクル数を決定しているが、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え前後のエンジン１の運転状態等に基づいて、過渡モードを実行するサイクル数を予め設定してＰＣＭ１０に記憶しておき、ステップＳ９８で、ＰＣＭ１０は、設定されているサイクル数だけ、過渡モードを継続するようにしてもよい。
【０１２１】
ステップＳ９８の後のステップＳ９９では、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンにし、排気弁２２の二度開きを開始する。このステップは、図７における３サイクル目、及び、図８における４サイクル目に対応する。こうして、エンジン１は、ＳＩモードからＣＩモードへと切り替わる。
【０１２２】
（バルブ制御の詳細）
次に、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時の、吸気弁２１及び排気弁２２の制御の詳細を、図１０を参照しながら説明する。図７又は図８に示すタイムチャートの１サイクル目、つまり、ＳＩモード時には、排気弁２２は、図１０に一点鎖線で例示するように、排気行程中に開弁し、吸気弁２１は、図１０に破線で例示するように、吸気行程中に開弁する。つまり、排気側のＶＶＬ７１は、通常モードで作動し、吸気側のＶＶＬ７３は、大リフトカムでもって作動している。これは、第１のバルブ動作に対応する。
【０１２３】
過渡モード時（つまり、図７の２サイクル目及び図８の２、３サイクル目）には、排気弁２２は、一点鎖線で示すリフト特性のままである。一方で、吸気弁２１は、細実線で例示するように、第１のバルブ動作と比較して、開弁期間が短くなる。従って、過渡モード時には、ＳＩモード時とどうように、排気弁２２は、排気行程中に開弁し、吸気弁２１は、吸気行程中に開弁する。但し、ＳＩモードから過渡モードへの移行時には、排気側のＶＶＬ７１は切り替わらず、吸気側のＶＶＬ７３のみが、大リフトカムから小リフトカムへと切り替わる。吸気側のカムの切り替えによって、吸気弁２１のリフト特性を瞬時に変更することが可能である。これは、第２のバルブ動作に対応する。
【０１２４】
ＣＩモードに相当する図７の３サイクル目及び図８の４サイクル目では、排気弁２２は、図１０に太実線で示す二度開きのリフト特性になる。一方で、吸気弁２１は、細実線のリフト特性のままである。つまり、過渡モードからＣＩモードへの移行時には、吸気側のＶＶＬ７３は切り替わらず、排気側のＶＶＬ７１のみが切り替わる。これは、第３のバルブ動作に対応する。第３のバルブ動作は、第２のバルブ動作に加えて、排気弁２２を、第２のバルブ動作での排気弁２２の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にすることである。
【０１２５】
このように、吸気側のＶＶＬ７３及び排気側のＶＶＬ７１を備えた構成は、ＳＩモードから、過渡モードを経て、ＣＩモードに至る切り替え制御において、切り替え制御の応答性を高め、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替えをスムースに行う上で有利になる。
【０１２６】
尚、排気弁２２の二度開きは、図１０に例示するリフト特性の他に、図１１、１２に示すようなリフト特性を採用することも可能である。図１０に太実線で例示する排気弁２２のリフト特性は、排気弁２２が、排気行程中の最大リフトから、そのリフト量が次第に減少した後、吸気行程において、排気弁２２のリフト量が再び増大するようなリフト特性を有している。つまり、このリフト特性は、排気弁２２のリフトカーブの山が、クランク角の進行に対して２つ並ぶようなリフト特性である。この排気弁２２のリフト特性は、図１０に一点鎖線で示すＳＩモードでの排気弁２２のリフト特性と比較して、ＳＩモードでの閉弁時期よりも遅い時期において、排気弁２２を開弁している状態にする、と言い換えることができる。
【０１２７】
図１１に例示するリフト特性は、排気弁２２が、排気行程中の最大リフトから、そのリフト量が次第に減少して所定開度に至った後、吸気行程の所定時期まで、その開度のまま維持するようなリフト特性である。つまり、このリフト特性は、排気弁２２のリフトカーブの山は実質的に１つであるものの、山の裾野がクランク角の進行に対して延びるようなリフト特性である。尚、図示は省略するが、排気弁２２が、排気行程中の最大リフトから、そのリフト量が次第に減少して所定開度に至った後、リフト量の減少率をゼロにするのではなく、減少率をさらに小さい値にすることによって、排気弁２２の開度を減少しつつ、その開弁期間を長くしてもよい。図１１に例示するリフト特性もまた、排気弁２２を、ＳＩモードでの閉弁時期よりも遅い時期において、排気弁２２を開弁している状態にする。
【０１２８】
図１０及び図１１に示す排気弁２２のリフト特性は、排気上死点付近において、排気弁２２を閉弁しない特性である。これに対し、図１２に示すように、排気弁２２の二度開きに際し、排気上死点付近において、排気弁２２を、一旦閉弁してもよい。このリフト特性もまた、排気弁２２を、ＳＩモードでの閉弁時期よりも遅い時期において、排気弁２２を開弁している状態にする。
【０１２９】
また、前述した制御例では、ＰＣＭ１０は、ＣＩモードにおいて排気弁２２の二度開きを行う。尚、前述したように、エンジン１は、排気弁２２の二度開きを行う構成の代わりに、吸気弁２１の二度開きを行う構成を採用してもよい。図１３は、吸気弁２１の二度開きに係るリフト特性を例示している。吸気弁２１の二度開きは、図１０に例示する排気弁２２の二度開きに対し、排気上死点について線対称となるようなリフト特性にすればよい。また、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時のバルブ制御は、排気弁２２の二度開きを行う制御例とは、逆の手順にすればよい。
【０１３０】
つまり、ＳＩモードに相当するサイクルでは、排気弁２２は、図１３に一点鎖線で例示するように、排気行程中に開弁し、吸気弁２１は、図１３に破線で例示するように、吸気行程中に開弁する。これは、第１のバルブ動作に対応する。吸気側のＶＶＬ７３は、通常モードで、排気側のＶＶＬ７１は、大リフトのモードである。
【０１３１】
過渡モードに相当するサイクルでは、吸気弁２１は、破線で示すリフト特性のままである一方で、排気弁２２は、太実線で例示するように、第１のバルブ動作と比較して、開弁期間が短くなる。つまり、ＳＩモードから過渡モードへの移行時には、吸気側のＶＶＬ７３は切り替わらず、排気側のＶＶＬ７１のみが切り替わる。これは、第２のバルブ動作に対応する。
【０１３２】
ＣＩモードに相当するサイクルでは、吸気弁２１は、図１０に細実線で示す、二度開きのリフト特性になる。一方で、排気弁２２は、太実線のリフト特性のままである。つまり、過渡モードからＣＩモードへの移行時には、排気側のＶＶＬ７１は切り替わらず、吸気側のＶＶＬ７３のみが切り替わる。こうして、ＣＩモードでは、吸気弁２１は、図１３に破線で示すＳＩモード時の吸気弁２１の開弁時期よりも、早い時期において開弁している状態となる。これは第３のバルブ動作に対応する。
【０１３３】
尚、吸気弁２１の二度開きは、図１３に示すリフト特性には限定されない。図示は省略するが、例えば図１１に示すリフト特性を、排気上死点で線対称としたリフト特性、又は、図１２に示すリフト特性を、排気上死点で線対称としたリフト特性としてもよい。
【０１３４】
以上、説明したように、このエンジン１では、例えば図４に矢印（ａ）で示すようなＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時には、ＥＧＲ率を相対的に低下させた過渡モードを介在させる。これによって、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時の過早着火が回避され、燃焼騒音の発生が回避される。尚、エンジン１の負荷が実質的に変化せずに、ＳＩモードからＣＩモードへと切り替わる時も、過渡モードが介在する。
【０１３５】
これに対し、例えば図４に矢印（ｂ）で示すように、エンジン１の負荷が高くなることに伴い、ＣＩモードからＳＩモードへ切り替わる時には、燃焼騒音の問題が生じない。そこで、このエンジン１では、モードの切り替えを速やかに完了させるために、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替わり時には、過渡モードを介在させない。具体的に、図７に示すタイムチャートにおいては、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替わり時には、３サイクル目から、２サイクル目を行わずに、１サイクル目へと移行する。同様に、図８に示すタイムチャートにおいては、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替わり時には、４サイクル目から、２及び３サイクル目を行わずに、１サイクル目へと移行する。こうすることで、運転者の加速要求時の応答性が高まる。
【０１３６】
（エンジンの別構成）
尚、図２に示す構成では、吸気弁２１の動弁機構を、大リフトカムと小リフトカムとの切り替えを行うＶＶＬ７３を含んで構成している。これとは異なり、図１４に示すように、吸気弁２１の動弁機構は、ＶＶＬに代えて、そのリフト量を連続的に変更することが可能なリフト量可変機構（ＣＶＶＬ（ContinuouslyVariable Valve Lift））７４を含んで構成してもよい。ＣＶＶＬ７４は、公知の種々の構造を適宜採用することが可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。ＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７４により、吸気弁２１は、その開弁時期及び閉弁時期、並びに、リフト量（及び開弁期間）、をそれぞれ連続的に変更することが可能になる。
【０１３７】
図１５、１６はそれぞれ、吸気弁２１の動弁機構がＣＶＶＬ７４を含んだ構成での、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え制御例を示している。この内、図１５のタイムチャートは、外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードからＣＩモードへの切り替えに係り、これは、図７に対応する。また、図１６のタイムチャートは、外部ＥＧＲガスを導入しているＳＩモードからＣＩモードへの切り替えに係り、これは、図８に対応する。
【０１３８】
先ず、図１５における最も左側の１サイクル目は、図７における１サイクル目と実質的に同じである。つまり、エンジン１は、ＳＩモードで運転をしている。インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に燃料噴射を実行すると共に、点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において火花点火を実行する。混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比（λ≒１）である。
【０１３９】
燃料噴射量に見合った新気量となるよう、吸気側のＣＶＶＬ７４は、吸気弁２１を比較的小リフトで駆動すると共に、ＶＶＴ７２は、その閉弁時期を吸気下死点前の比較的早い時期に設定する。こうして吸気弁２１は早閉じになり、気筒１８内に導入される新気量は、少なくなる。また図１５の制御例でも、ＰＣＭ１０は、１サイクル目において、スロットル弁３６を絞っている。但し、ＰＣＭ１０は、ＣＩモードへの切り替えに備えて、スロットル弁３６を全開方向に次第に開けている。ＰＣＭ１０はさらに、ＥＧＲ弁５１１及び／又はＥＧＲクーラバイパス弁５３１を閉じると共に、排気側のＶＶＬ７１をオフにする。これにより、外部ＥＧＲガス及び内部ＥＧＲガスは共に、気筒１８内に導入されない。
【０１４０】
続く２サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え直前のサイクルに相当する。この２サイクル目では、ＣＩモードへの切り替え後に排気弁２２の二度開きを実行することに備えて、ＰＣＭ１０は、ＶＶＴ７２を作動させて、吸気弁２１の閉弁時期を遅くする。ＰＣＭ１０はまた、スロットル弁３６の開き動作を継続する。これにより、気筒１８内に導入される新気量は、１サイクル目と比較して増量する。ＰＣＭ１０は、２サイクル目において、燃料噴射量を増量する。混合気のＡ／Ｆは理論空燃比に維持される。これにより、三元触媒の利用が可能になり、排気エミッション性能の悪化が回避される。
【０１４１】
ＰＣＭ１０は、２サイクル目において、インジェクタ６７に高圧リタード噴射を実行させる。インジェクタ６７は、圧縮上死点付近において燃料を噴射する。また、ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５に、圧縮上死点以降のタイミングで火花点火を実行させる。こうして点火時期を遅らせ、それによって燃焼期間を遅くすることにより、１サイクル目から２サイクル目にかけて、エンジン１の負荷を等負荷（等トルク）にする。尚、燃焼期間を遅らせることで、排気ガス（既燃ガス）の温度は、より一層高くなり得る（つまり、超高温既燃ガス）。
【０１４２】
３サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わるときの過渡モードに対応するサイクルである。ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にして圧縮着火燃焼を行う。ＰＣＭ１０は、スロットル開度を全開に設定する。一方で、吸気弁２１及び排気弁２２のリフト特性は、２サイクル目と同じである。つまり、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオフのままにする。これにより、２サイクル目の火花点火燃焼によって生じた高温の既燃ガスは、気筒１８内に実質的に導入されない。その結果、気筒１８内の温度状態は比較的低くなる。尚、ＰＣＭ１０は、３サイクル目において、排気側のＶＶＬ７１をオンにしつつ、内部ＥＧＲガス量を、ＣＩモードにおいて設定されている内部ＥＧＲガス量よりも減量するようにしてもよい。
【０１４３】
３サイクル目においてＰＣＭ１０は、ＣＩモードで予め設定されているように、吸気行程から圧縮行程初期の期間内で、インジェクタ６７に対し、気筒１８内に燃料を噴射させる。気筒１８内の温度状態は比較的低いため、過早着火が回避され、気筒１８内の均質混合気は、圧縮上死点付近において圧縮着火し、燃焼する。２サイクル目における既燃ガスの温度が高いため、３サイクル目における気筒１８内の残留ガスの温度は高くなる。その結果、排気弁２２の二度開きを行わないものの、気筒１８内の温度が低すぎることは回避される。そのため、均質な混合気は、圧縮上死点付近において確実に圧縮着火し、安定的に燃焼する。尚、３サイクル目の燃焼は圧縮着火燃焼であると共に、作動ガス燃料比Ｇ／Ｆがリーンであるから、燃焼ガス温は低くなる。
【０１４４】
４サイクル目は、過渡モードの終了後のＣＩモードに相当する。このサイクルは、図７における４サイクル目と、実質的に同じである。つまり、ＰＣＭ１０は、通常のＣＩモードで設定されているように、排気側のＶＶＬ７１をオンにする。これにより、３サイクル目の圧縮着火燃焼によって生じた既燃ガスの一部は、気筒１８内に導入される。前述したように、この既燃ガスは比較的低温であるため、気筒１８内の温度状態は低くなる。４サイクル目において、ＰＣＭ１０は、燃料噴射時期を吸気行程期間から圧縮行程初期の期間内に設定する。過早着火は回避され、気筒１８内の均質な混合気は、圧縮上死点付近において圧縮着火する。尚、前述したように、ＰＣＭ１０は、過渡モード又はＣＩモードにおいて、リタード噴射を行ってもよい。
【０１４５】
次に、図１６のタイムチャートにおける最も左側の１サイクル目では、エンジン１は、外部ＥＧＲガスを導入している状態でかつ、ＳＩモードで運転をしている。混合気の空燃比は理論空燃比（λ≒１）である。ＰＣＭ１０は、インジェクタ６７に対し、リタード噴射を実行させる。燃料噴射量に見合った新気量となるよう、吸気弁２１のＣＶＶＬ７４は、吸気弁２１を比較的小リフトで駆動する。ＶＶＴ７２は、吸気弁２１を吸気下死点前の比較的早い時期に閉弁する。ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６を絞っている。また、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲ通路５０を通じて、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入している。排気弁２２のＶＶＬ７１はオフである。
【０１４６】
２サイクル目は、図１５のタイムチャートの２サイクル目と同じである。ＰＣＭ１０は、１０は、ＳＩモードを継続しつつ、排気弁２２の二度開きに備えて、吸気弁２１の閉弁時期を遅閉じとなるように変更する。この遅閉じに伴い、気筒１８内に導入される新気量は増大する。新気量の増量に対応するために、ＰＣＭ１０は、燃料噴射量を増量する。こうして、２サイクル目においても、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比になる。インジェクタ６７は、リタード噴射によって燃料を気筒１８内に噴射する。
【０１４７】
３サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時のサイクルに相当し、過渡モードに対応する。ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５の作動を停止しかつ、ＥＧＲ弁５１１及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１を共に閉じる。但し、ＥＧＲ通路５０に残留している排気ガスの一部は、気筒１８内に導入される。
【０１４８】
ＰＣＭ１０はまた、インジェクタ６７による噴射量を、１サイクル目と同程度となるように減少させる。その結果、３サイクル目における混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比よりもリーンになる。尚、インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に、気筒１８内に燃料を噴射すればよい。前述したように、気筒１８内の温度状態が高く、過早着火が生じる虞があるときには、ＰＣＭ１０は、燃料の噴射時期を、圧縮行程後期以降に、遅らせてもよい。こうして、３サイクル目において、１サイクル目及び２サイクル目よりもリーンな均質混合気は、圧縮着火燃焼する。このことにより、排気ガス温度は低下する。但し、前述したように、ＰＣＭ１０がＥＧＲ弁５１１及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１を共に閉じるものの、３サイクル目において、高温の既燃ガスの一部は気筒１８内に導入される。その結果、排気ガス温度は十分に低下しない。そこで、図１６の制御例では、ＰＣＭ１０は、続く４サイクル目においても、３サイクル目と同じ過渡モードを実行する。４サイクル目の過渡モードによって、排気ガスの温度が十分に低下する。
【０１４９】
その後の５サイクル目において、ＰＣＭ１０が排気側のＶＶＬ７１をオンにして排気弁２２の二度開きを開始したときには、低温になった排気ガスが気筒１８内に導入される。このことにより、過早着火を招くことなく、圧縮着火燃焼を安定的に行うことが可能になる。この５サイクル目は、ＣＩモードに対応し、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わりが完了する。
【０１５０】
このように、ＣＶＶＬ７４を含む吸気弁２１の動弁機構においても、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時の過渡制御を行うことが可能である。但し、ＶＶＬ７３は、前述したように、ＳＩモードから過渡モードへの切り替えを瞬時に行うことができる。そのため、図７と図１５とを比較する、又は、図８と図１６とを比較することによって明らかなように、モードの切り替えに最低限必要なサイクル数が異なる。ＶＶＬ７３は、過渡制御の応答性を高めて、モードの切り替えがスムースになる点で優れている。
【０１５１】
（運転マップの別の例）
図１７は、エンジン１の温間時における運転マップの別の例を示している。図４に示す運転マップと異なり、図１７の運転マップでは、ＣＩモードを、エンジン負荷の高低に応じて３つの領域に分けている。具体的に、ＣＩモードにおいて負荷が最も低い領域（i）は、図４における領域（I）に対応する。この領域（i）では、ホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。領域（i）ではまた、図５Ａに示すように、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射する。これにより、均質なリーン混合気を形成する。混合気の空気過剰率λは、例えば２．４以上にしてもよい。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制して、排気エミッション性能を高めることが可能になる。但し、領域（i）における負荷の高い領域、具体的には、領域（i）と領域（ii）との境界を含む領域では、混合気の空燃比は理論空燃比（λ≒１）である。
【０１５２】
ＣＩモードにおいて、領域（i）よりも負荷の高い領域（ii）では、領域（i）の高負荷側と同様に、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒１８内に燃料を噴射する（図５Ａ参照）。それによって、気筒１８内に均質な理論空燃比（λ≒１）の混合気を形成する。
【０１５３】
領域（ii）ではまた、高温のホットＥＧＲガスと低温のクールドＥＧＲガスとを適宜の割合で気筒１８内に導入する。このことにより、気筒１８内の圧縮端温度を適切にし、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、圧縮着火燃焼の安定化を図る。尚、ホットＥＧＲガス及びクールドＥＧＲガスを合わせた、気筒１８内に導入されるＥＧＲガスの割合としてのＥＧＲ率は、混合気のＡ／Ｆをλ≒１に設定する条件下で可能な限り高く設定される。従って、領域（ii）においては、エンジン負荷の増大に伴い燃料噴射量が増大するから、ＥＧＲ率は次第に低下するようになる。
【０１５４】
ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線を含む、ＣＩモードにおいて最も負荷の高い領域（iii）は、図４の運転マップにおける領域（II）に対応する。この領域では、気筒１８内の温度制御に加えて、高圧リタード噴射を行う。
【０１５５】
エンジン負荷の高低に応じて３つの領域に分けられたＣＩモードに対して、ＳＩモードは、エンジン回転数の高低に応じて、領域（iv）と領域（v）との２つの領域に分けられている。領域（iv）は、図例においては、エンジン１の運転領域を低速域と、高速域の２つに区分したときの低速域に相当し、領域（v）は高速域に相当する。領域（iv）と領域（v）との境界はまた、図１７に示す運転領域において、負荷の高低に対して回転数方向に傾いているが、領域（iv）と領域（v）との境界は図例に限定されない。
【０１５６】
領域（iv）は、図４の領域（IV）に対応する。インジェクタ６７は、リタード噴射を行う（図５Ｃ参照）。一方、領域（v）は、図４の領域（V）に対応する。インジェクタ６７は、リタード噴射を含む分割噴射を行う（図５Ｄ参照）。
【０１５７】
このような温間時の運転マップにおいて、前述した過渡制御は、例えばエンジン１の運転状態がＳＩモードである領域（iv）又は領域（v）から、ＣＩモードである領域（i）、領域（ii）又は領域（iii）へ移行する状況を例示することができる。
【０１５８】
（他の実施形態）
尚、ここに開示する技術は、前述したエンジン構成への適用に限定されるものではない。例えば、吸気行程期間内における燃料噴射は、気筒１８内に設けたインジェクタ６７ではなく、別途、吸気ポート１６に設けたポートインジェクタを通じて、吸気ポート１６内に燃料を噴射してもよい。
【０１５９】
また、エンジン１は、直列４気筒エンジンに限らず、直列３気筒、直列２気筒、直列６気筒エンジン等に適用してもよい。また、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒、水平対向４気筒等の各種のエンジンに適用可能である。
【０１６０】
さらに、前記の説明では、所定の運転領域において混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定しているが、混合気の空燃比をリーンに設定してもよい。但し、空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用が可能になるという利点がある。
【０１６１】
また、高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。これらの分割噴射では、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれにおいて燃料を噴射してもよい。
【符号の説明】
【０１６２】
１    エンジン（エンジン本体）
１０  ＰＣＭ（制御器）
１８  気筒
２１  吸気弁
２２  排気弁
２５  点火プラグ
５０  ＥＧＲ通路（排気還流装置）
５１  主通路（排気還流装置）
５１１  ＥＧＲ弁（排気還流装置）
５２  ＥＧＲクーラ（排気還流装置）
５３  ＥＧＲクーラバイパス通路（排気還流装置）
５３１  ＥＧＲクーラバイパス弁（排気還流装置）
６７  インジェクタ（燃料噴射弁）
７１  ＶＶＬ（排気還流装置、内部ＥＧＲ調整装置）
７２  ＶＶＴ（動弁機構）
７３  ＶＶＬ（動弁機構）
７４  ＣＶＶＬ（動弁機構）
【図１】
2014038108.tif 000003
【図２】
2014038108.tif 000004
【図３】
2014038108.tif 000005
【図４】
2014038108.tif 000006
【図５Ａ】
2014038108.tif 000007
【図５Ｂ】
2014038108.tif 000008
【図５Ｃ】
2014038108.tif 000009
【図５Ｄ】
2014038108.tif 000010
【図６】
2014038108.tif 000011
【図７】
2014038108.tif 000012
【図８】
2014038108.tif 000013
【図９】
2014038108.tif 000014
【図１０】
2014038108.tif 000015
【図１１】
2014038108.tif 000016
【図１２】
2014038108.tif 000017
【図１３】
2014038108.tif 000018
【図１４】
2014038108.tif 000019
【図１５】
2014038108.tif 000020
【図１６】
2014038108.tif 000021
【図１７】
2014038108.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月7日(2014.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒を有するエンジン本体と、
前記気筒内に臨んで配設されかつ、前記気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、
排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流装置と、
少なくとも前記点火プラグ及び前記排気還流装置を制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備え、
前記制御器は、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する圧縮着火モードと、前記点火プラグの駆動により前記気筒内の混合気に点火をして燃焼させる火花点火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する火花点火モードと、を切り替えると共に、少なくとも前記圧縮着火モードでは、前記排気還流装置の制御を通じて、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定値となるように前記排気ガスを前記気筒内に導入し、
前記制御器はまた、前記火花点火モードから前記圧縮着火モードへ切り替える際に、前記気筒内に導入する前記排気ガスの量を少なくすると共に、前記気筒内に導入する新気量を増大させることによって、前記ＥＧＲ率が前記圧縮着火モードにおいて設定されるＥＧＲ率よりも低くしかつ、前記気筒内の混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンでかつ、前記圧縮着火モードに切り替える前の前記火花点火モードの空燃比よりもリーンとし、さらに前記点火プラグを非作動として圧縮着火燃焼を行う過渡モードを介在させる火花点火式エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記排気還流装置は、排気行程から吸気行程の間で前記気筒内に残る排気ガス量を調整する内部ＥＧＲ調整装置を含み、
前記制御器は、前記火花点火モード時及び前記過渡モード時には、前記気筒内に残る排気ガス量が少なくなるように前記内部ＥＧＲ調整装置を制御すると共に、前記圧縮着火モード時には前記気筒内に残る排気ガス量によって前記ＥＧＲ率が所定値となるように前記内部ＥＧＲ調整装置を制御する火花点火式エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記内部ＥＧＲ調整装置は、前記動弁機構によって構成され、
前記動弁機構は、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第１のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、前記第１のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする、又は、前記吸気弁を、前記第１のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作で、前記吸気弁及び前記排気弁を動作させる火花点火式エンジン。
【請求項４】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記内部ＥＧＲ調整装置は、前記動弁機構によって構成され、
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際に、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記吸気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、当該第２のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする火花点火式エンジン。
【請求項５】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記内部ＥＧＲ調整装置は、前記動弁機構によって構成され、
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際には、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記排気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記吸気弁を、当該第２のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする火花点火式エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記制御器はまた、前記圧縮着火モードから前記火花点火モードへ切り替える際には、前記過渡モードを介在させずに切り替えを行う火花点火式エンジン。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記気筒内に燃料を直接噴射するよう構成された燃料噴射弁をさらに備え、
前記制御器は、前記火花点火モードから前記過渡モードに切り替わった以降において、前記気筒内の温度状態に応じて、前記燃料噴射弁を通じた燃料噴射時期を、圧縮行程中期以降に設定する火花点火式エンジン。
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月28日(2015.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、火花点火式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載されているように、エンジンの排気エミッション性能の向上と熱効率の向上とを両立させる技術として、気筒内の混合気を圧縮着火させる燃焼形態が知られている。しかしながら、圧縮着火燃焼は、エンジンの負荷が高くなるにつれて圧力上昇の激しい燃焼となってしまい、燃焼騒音の増大を招く。そこで、特許文献１にも記載されているように、圧縮着火燃焼を行うエンジンであっても、高負荷側の運転領域では、圧縮着火燃焼ではなく、点火プラグの駆動による火花点火燃焼を行うことが一般的である。
【０００３】
特許文献２には、特許文献１のエンジンと同様に、低負荷低回転の領域で圧縮着火燃焼を行うエンジンが記載されている。このエンジンは、圧縮着火燃焼を行う領域内においては、吸気弁及び排気弁の開弁期間の調整を行うことによって高温の既燃ガスを気筒内に留め、気筒内の温度を高めて圧縮自己着火燃焼を促進する。一方、圧縮着火燃焼を行う領域内における高負荷高回転の領域では、このエンジンは、吸気弁の開弁時期を進めることで、気筒内の既燃ガスを吸気ポート側に一旦吹き戻した後に、新気と共に既燃ガスを再び気筒内に導入する。こうすることで、既燃ガスの温度が新気によって低下するから、相対的に高負荷高回転の領域において圧縮端温度が低下し、圧縮着火燃焼による急激な圧力上昇が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５４８５９号公報
【特許文献２】特開２００９−１９７７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、火花点火燃焼は、熱効率が相対的に低いため燃焼ガス温度が高くなる。一方で、圧縮着火燃焼は、着火性の確保のために、前記の特許文献にも記載されているように、高温の既燃ガスを気筒内に導入することが行われる。そのため、エンジンが火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へと切り替わった直後には、気筒内の温度雰囲気が比較的高くなっている上に、火花点火燃焼による高温の既燃ガスが気筒内に導入されるようになって、気筒内の温度が高くなりすぎることになる。このことは、気筒内の混合気が、例えば圧縮行程期間中に圧縮着火してしまうような過早着火を招き、気筒内の圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）が急峻となって大きな燃焼騒音を招く虞がある。
【０００６】
尚、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼への切り替えは、例えばエンジンの負荷の低下に伴う場合に限らず、エンジンの負荷が等負荷であっても切り替えられる場合がある。また、例えばエンジンの温度が冷間から温間へ上昇する際や、その他の状況においても行われる場合がある。
【０００７】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンが火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へ切り替わる時に、燃焼騒音が増大することを回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示する技術は、エンジンが火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へと切り替わった直後には、気筒内に導入する排気ガス量の割合であるＥＧＲ率を一時的に低くすることを特徴とする。このことによって、火花点火燃焼による高温の排気ガスが気筒内へ導入される量を少なくし、圧縮着火燃焼へと切り替わった直後の気筒内の温度状態を低くする。こうして、混合気の過早着火が回避され燃焼騒音の発生が回避される。
【０００９】
具体的に、ここに開示する技術は、火花点火式エンジンに係り、このエンジンは、気筒を有するエンジン本体と、前記気筒内に臨んで配設されかつ、前記気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流装置と、少なくとも前記点火プラグ及び前記排気還流装置を制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備える。
【００１０】
前記制御器は、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する圧縮着火モードと、前記点火プラグの駆動により前記気筒内の混合気に点火をして燃焼させる火花点火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する火花点火モードと、を切り替えると共に、少なくとも前記圧縮着火モードでは、前記排気還流装置の制御を通じて、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定値となるように前記排気ガスを前記気筒内に導入する。
【００１１】
前記制御器はまた、前記火花点火モードから前記圧縮着火モードへ切り替える際に、前記気筒内に導入する前記排気ガスの量を少なくすると共に、前記気筒内に導入する新気量を増大させることによって、前記ＥＧＲ率が前記圧縮着火モードにおいて設定されるＥＧＲ率よりも低くしかつ、前記気筒内の混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンでかつ、前記圧縮着火モードに切り替える前の前記火花点火モードの空燃比よりもリーンとし、さらに前記点火プラグを非作動として圧縮着火燃焼を行う過渡モードを介在させる。
【００１２】
この構成によると、火花点火モードから圧縮着火モードへ切り替える際に行う過渡モードでは、ＥＧＲ率は、圧縮着火モードにおいて設定されているＥＧＲ率よりも低い。こうすることで、燃焼モードの切り替え前の火花点火モードによる高温の排気ガスが気筒内へ導入される量が少なくなる。これにより、過渡モードでは、気筒内の温度状態が比較的低くなる。尚、「ＥＧＲ率を、圧縮着火モードにおいて設定されているＥＧＲ率よりも低くする」ことには、ＥＧＲ率をゼロにして、高温の排気ガスを気筒内に導入しないことも含まれる。
【００１３】
過渡モードでは、圧縮着火燃焼が行われる。過渡モードにおいては気筒内の温度状態が低いから、気筒内の混合気が過早着火してしまうようなことが回避され、混合気は、適切なタイミングで圧縮着火する。こうして気筒内の温度状態を低くした上で、熱効率の高い圧縮着火燃焼を行うことによって、過渡モードでは燃焼ガス温度が低くなり、排気ガス温度も低くなる。
【００１４】
過渡モード後の圧縮着火モードでは、ＥＧＲ率は相対的に高い。これにより、比較的多量の排気ガスが気筒内に導入される。前述したように、過渡モードにおいて排気ガス温度が低くなっているから、圧縮着火モードにおける気筒内の温度状態が高くなりすぎることはない。その結果、圧縮着火モードにおいても、過早着火を回避して、混合気は、適切なタイミングで圧縮着火する。こうして、エンジン本体が、火花点火燃焼から圧縮着火燃焼へと切り替わる時に、燃焼騒音が増大してしまう問題が解消される。
【００１５】
前記排気還流装置は、排気行程から吸気行程の間で前記気筒内に残る排気ガス量を調整する内部ＥＧＲ調整装置を含み、前記制御器は、前記火花点火モード時及び前記過渡モード時には、前記気筒内に残る排気ガス量が、前記圧縮着火モード時よりも少なくなるように前記内部ＥＧＲ調整装置を制御すると共に、前記圧縮着火モード時には前記気筒内に残る排気ガス量によって前記ＥＧＲ率が前記所定値となるように前記内部ＥＧＲ調整装置を制御する、としてもよい。
【００１６】
火花点火モード時に内部ＥＧＲ調整装置は気筒内に残る排気ガス量が、圧縮着火モード時よりも少なくなるように制御される。このことにより、気筒内の温度状態が高くなりすぎることが回避され、過早着火やノッキングの回避に有利になる。一方で、圧縮着火モード時に内部ＥＧＲ調整装置は、気筒内に残る排気ガス量によって前記ＥＧＲ率が前記所定値となるように作動する。このことによって、気筒内の温度状態が高まり、圧縮着火燃焼の着火性の向上及び燃焼安定性の向上が図られる。
【００１７】
また、過渡モード時に、内部ＥＧＲ調整装置は非作動である。このことで、火花点火モードから過渡モードへ移行する際には、内部ＥＧＲ調整装置は非作動のままになる。このことは、モードの切り替えをスムースにする。また、過渡モードでは高温の排気ガスが気筒内に導入されない。このことは、過渡モードでの過早着火を回避して、燃焼騒音が効果的に回避される。
【００１８】
前記火花点火式エンジンは、吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、前記内部ＥＧＲ調整装置は、前記動弁機構によって構成され、前記動弁機構は、前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、前記圧縮着火モード時には、前記第１のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、前記第１のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする、又は、前記吸気弁を、前記第１のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にし、前記過渡モード時には、第１のバルブ動作で、前記吸気弁及び前記排気弁を動作させる、としてもよい。
【００１９】
圧縮着火モード時に、排気弁は、火花点火モードにおける第１のバルブ動作に加えて、第１のバルブ動作での排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態になる。ここで、排気弁が「開弁している状態」であるとは、排気行程中に開弁する排気弁を、吸気行程中まで開弁したままにすること（つまり、閉弁しないこと）、及び、排気行程中に開弁する排気弁を一旦閉弁した後に、吸気行程中で再び開弁すること、の双方を含む。また、排気行程中に開弁する排気弁を、吸気行程中まで開弁したままにすることには、排気行程中の最大リフトから、リフト量が次第に減少した後に、排気弁のリフト量が再び増大すること、及び、最大リフト後に、排気弁のリフト量を増大させずに開弁期間を長くすること（例えばリフト量をクランク角の進行に対して一定に維持すること、又は、リフト量の減少率を小さくすること）を含む。このように、排気弁の開弁特性を、第１のバルブ動作とは異ならせることは、互いに異なるカム特性を有する複数のカムを切り替えるカムシフト機構を利用して、実現することが可能である。カムシフト機構は、バルブ特性の切り替え応答性に優れ、燃焼モードの切り替え制御に有利になる。
【００２０】
排気弁が、排気行程中に開弁すると共に、吸気行程においても開弁していることにより、排気行程中に気筒内から排気側に排出された排気ガスの一部は、続く吸気行程において排気弁が開弁しているときに、再び気筒内に導入される。このことは、排気行程から吸気行程の間で気筒内に残る排気ガス量を増やす。
【００２１】
同様に、圧縮着火モード時に、吸気弁は、火花点火モードにおける第１のバルブ動作に加えて、第１のバルブ動作での吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にしてもよい。ここでいう吸気弁が「開弁している状態」も、前記と同様である。
【００２２】
この構成では、吸気弁が、排気行程中に開弁している状態になると共に、吸気行程においても開弁する。これによって、排気行程において、排気ガスの一部が気筒内から吸気側に排出され、続く吸気行程において吸気弁が開弁しているときに、その排気ガスが再び気筒内に導入される。このこともまた、排気行程から吸気行程の間で気筒内に残る排気ガス量を増やす。
【００２３】
このような圧縮着火モード時のバルブ動作に対して、過渡モード時には、火花点火モードにおける第１のバルブ動作で、吸気弁及び排気弁が動作する。これによって、排気行程から吸気行程の間で気筒内に残る排気ガス量は、理想的にはゼロになる。つまり、過渡モードのＥＧＲ率は、圧縮着火モードのＥＧＲ率よりも低くなる。
【００２４】
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際に、前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記吸気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、当該第２のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする、としてもよい。
【００２５】
この構成では、火花点火モードから過渡モードへの移行時には、動弁機構は、吸気弁の開弁動作を変更する。つまり、排気弁を排気行程中に開弁すると共に、吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作に対して、吸気弁の開弁期間が短くなるように、吸気弁の開弁動作が変更される。開弁期間の変更は、複数種類のカムを切り替えるカムシフト機構によって実現可能である。カムシフト機構は、開弁期間の変更を高い応答性で実現する。
【００２６】
過渡モードから圧縮着火モードへの移行時には、動弁機構は、排気弁の開弁動作を変更する。つまり、過渡モードでは排気行程中に開弁する排気弁は、圧縮着火モードでは、排気行程中に開弁しかつ、吸気行程でも開弁する。このようなバルブのリフト特性の切り替えは、前述したカムシフト機構によって実現可能である。
【００２７】
従って、前記の構成は、エンジン本体が、火花点火モードから圧縮着火モードへと切り替わるときに、動弁機構が、吸気弁のバルブリフト特性を変更して、火花点火モードから過渡モードに移行し、その後、動弁機構が、排気弁のバルブリフト特性を変更して、過渡モードから圧縮着火モードに移行することになる。これは、モードの切り替え制御の応答性を高め、火花点火モードから圧縮着火モードへの切り替えをスムースに行う上で有利になる。
【００２８】
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際に、前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記排気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記吸気弁を、当該第２のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする、としてもよい。
【００２９】
この構成では、前記とは逆に、火花点火モードから過渡モードへの移行時には、動弁機構が、排気弁の開弁動作を変更し、過渡モードから圧縮着火モードへの移行時には、吸気弁の開弁動作を変更する。この構成もまた、モードの切り替え制御の応答性を高め、火花点火モードから圧縮着火モードへの切り替えをスムースに行う上で有利になる。
【００３０】
前記制御器はまた、前記圧縮着火モードから前記火花点火モードへ切り替える際には、前記過渡モードを介在させずに切り替えを行う、としてもよい。
【００３１】
圧縮着火モードから火花点火モードへの切り替え時には、過早着火に伴う燃焼騒音の問題は存在しない。そのため、過渡モードを介在させることなく、圧縮着火モードから火花点火モードに直接切り替えることが可能である。過渡モードを省略することは、圧縮着火モードから火花点火モードへの切り替えを速やかにする。エンジン本体の負荷が相対的に低いときに圧縮着火モードとし、エンジン本体の負荷が相対的に高いときに火花点火モードとする構成においては、運転者の加速要求に応じて、エンジン本体は、圧縮着火モードから火花点火モードへと切り替わる。従って、圧縮着火モードから火花点火モードへの切り替えを速やかにすることは、車両の加速応答性を高めることになる。
【００３２】
前記火花点火式エンジンは、前記気筒内に燃料を直接噴射するよう構成された燃料噴射弁を備え、前記制御器は、前記火花点火モードから前記過渡モードに切り替わった以降において、前記気筒内の温度状態に応じて、前記燃料噴射弁を通じた燃料噴射時期を、圧縮行程中期以降に設定する、としてもよい。
【００３３】
前述の通り、火花点火モードから圧縮着火モードへの切り替え時に、ＥＧＲ率を相対的に低下した過渡モードを介在させることによって、過早着火を抑制することが可能である。しかしながら、火花点火モードから過渡モードへと切り替わった際に、気筒内の温度状態が比較的高いとき、例えば気筒の内壁温が比較的高いときには、過渡モードにおいて、過早着火を招く場合がある。
【００３４】
また、過渡モードを継続しかつ、圧縮着火モードへの移行を遅らせることによって、気筒内の温度低下を待つことも考えられる。しかしながら、相対的に低いＥＧＲ率を長く継続してしまうと、気筒内の温度が下がりすぎて安定した圧縮着火が実現し得なくなる。そのため、着火安定性の観点からは、圧縮着火モードへと移行しなければならない一方で、気筒の内壁温が比較的高いことに起因して、圧縮着火モードにおいて過早着火を招いてしまう状況も起こり得る。
【００３５】
そこで、過渡モード又は圧縮着火モードにおいては、気筒内の温度状態に応じて、気筒内の温度状態が所定よりも高いときには、燃料噴射弁を通じた燃料噴射時期を、圧縮行程中期以降に設定してもよい。気筒内に噴射した燃料の気化潜熱により、気筒内の温度が低下する。また、燃料の噴射開始時期が相対的に遅く、混合気の反応可能時間が短くなる。こうして、過渡モード又は圧縮着火モードにおいて、過早着火を、より一層確実に回避することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、この火花点火式エンジンは、火花点火モードから圧縮着火モードへ切り替える際に、燃焼騒音の増大を回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】火花点火式直噴エンジンの構成を示す概略図である。
【図２】火花点火式直噴エンジンの制御に係るブロック図である。
【図３】燃焼室を拡大して示す断面図である。
【図４】エンジンの運転マップを例示する図である。
【図５Ａ】ＣＩモードにおいて吸気行程噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示である。
【図５Ｂ】ＣＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示である。
【図５Ｃ】ＳＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期及び点火時期の一例と、それに伴うＳＩ燃焼の熱発生率の例示である。
【図５Ｄ】ＳＩモードにおいて吸気行程噴射と高圧リタード噴射との分割噴射を行う場合の燃料噴射時期及び点火時期の一例と、それに伴うＳＩ燃焼の熱発生率の例示である。
【図６】高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼の状態と、従来のＳＩ燃焼の状態とを比較する図である。
【図７】外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の過渡制御を説明するタイムチャートである。
【図８】外部ＥＧＲガスを導入しているＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の過渡制御を説明するタイムチャートである。
【図９】ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の過渡制御のフローチャートである。
【図１０】排気弁の二度開きに係る吸気弁及び排気弁のリフト状態を例示する図である。
【図１１】排気弁の二度開きに係る、図１０とは異なる吸気弁及び排気弁のリフト状態を例示する図である。
【図１２】排気弁の二度開きに係る、図１０，１１とは異なる吸気弁及び排気弁のリフト状態を例示する図である。
【図１３】吸気弁の排気二度開きに係る吸気弁及び排気弁のリフト状態を例示する図である。
【図１４】図２とは異なる構成の火花点火式直噴エンジンを示すブロック図である。
【図１５】外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の、図７とは異なる過渡制御を説明するタイムチャートである。
【図１６】外部ＥＧＲガスを導入しているＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の、図８とは異なる過渡制御を説明するタイムチャートである。
【図１７】図４とは異なる、エンジンの運転マップを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、火花点火式エンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。
【００３９】
（エンジンの全体構成）
図１，２は、エンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給される火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン１は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設されたオイルパン１３とを有している。シリンダブロック１１には、複数の気筒１８が設けられている。尚、図１では、１つの気筒のみを図示するが、エンジン１には、例えば４つの気筒が直列に設けられる。
【００４０】
各気筒１８内には、ピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４は、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されている。ピストン１４の頂面には、図３に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を区画する。尚、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。キャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
【００４１】
このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。一例として、このエンジン１の幾何学的圧縮比は１８である。
【００４２】
シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されている。これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。
【００４３】
排気弁２２を駆動する動弁系は、例えば油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable ValveLift）と称する）７１を含んでいる。ＶＶＬ７１は、排気弁２２の作動モードを、通常モードと特殊モードとに切り替える。排気側のＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カムプロファイルの異なる第１及び第２の２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。２種類のカムは、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとを含む。ＶＶＬ７１が第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動する。これに対し、ＶＶＬ７１が第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁する。つまり排気弁２２は、いわゆる二度開きを行う特殊モードで作動する（図１０等参照）。排気側のＶＶＬ７１は、エンジン１の運転状態に応じて、通常モードと特殊モードとを切り替える。具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。以下の説明においては、排気側のＶＶＬ７１を通常モードで作動させ、排気弁２２の二度開きを行わないことを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、排気側のＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、排気弁２２の二度開きを行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行は、排気弁２２の二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁２１を二回開く、吸気弁２１の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。さらに、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。
【００４４】
吸気弁２１を駆動する動弁系もまた、ＶＶＬ７１を備えた排気側の動弁系と同様に、ＶＶＬ７３を備えている。但し、吸気側のＶＶＬ７３は、排気側のＶＶＬ７１とは異なる。吸気側のＶＶＬ７３は、吸気弁２１のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気弁２１のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフトカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁２１に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。図１０等に示すように、吸気側のＶＶＬ７３が大リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、吸気側のＶＶＬ７３が小リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。吸気側の動弁系はまた、図２に示すように、位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable ValveTiming）と称する）７２を備えている。ＶＶＴ７２は、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更する。ＶＶＴ７２は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。ＶＶＴ７２及びＶＶＬ７３によって、吸気弁２１は、開弁タイミング及び閉弁タイミング、並びに、リフト量をそれぞれ変更することが可能である。
【００４５】
シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射するインジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、図３に拡大して示すように、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。図例において、インジェクタ６７は、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。図３に矢印で示すように、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。
【００４６】
図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料供給システム６２が介設されている。燃料供給システム６２は、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能である。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送する。コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６７は、コモンレール６４に蓄えられている燃料を、その噴口から噴射する。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最大で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。
【００４７】
シリンダヘッド１２にはまた、図３に示すように、燃焼室１９内の混合気に点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。図３に示すように、点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。
【００４８】
エンジン１の一側面には、図１に示すように、吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０は、各気筒１８の吸気ポート１６に連通している。一方、エンジン１の他側面には、排気通路４０が接続されている。排気通路４０は、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する。
【００４９】
吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路である。これら各独立通路の下流端が、各気筒１８の吸気ポート１６に接続されている。
【００５０】
吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、インタークーラ／ウォーマ３４と、スロットル弁３６とが配設されている。インタークーラ／ウォーマ３４は、例えば水冷式である。インタークーラ／ウォーマ３４は、空気を冷却又は加熱する。スロットル弁３６は、各気筒１８への吸入空気量を調節する。吸気通路３０にはまた、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されている。このインタークーラバイパス通路３５には、インタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１は、インタークーラバイパス通路３５を通過する空気流量を調整する。インタークーラバイパス弁３５１の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合が調整される。このことは、気筒１８に導入する新気の温度調整を可能にする。
【００５１】
排気通路４０の上流側の部分は、排気マニホールドによって構成されている。排気マニホールドは、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と、各独立通路が集合する集合部とを有する。排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。
【００５２】
吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、ＥＧＲ通路５０を介して接続されている。ＥＧＲ通路５０は、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する。ＥＧＲ通路５０は、ＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。ＥＧＲクーラ５２は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却する。主通路５１には、ＥＧＲ弁５１１が配設されている。ＥＧＲ弁５１１は、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整する。ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。ＥＧＲクーラバイパス弁５３１は、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整する。
【００５３】
エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。
【００５４】
ＰＣＭ１０には、図１，２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１及び新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されかつ、インタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する、第２吸気温度センサＳＷ３、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサＳＷ９、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ２センサＳＷ１０、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５、及び、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６である。
【００５５】
ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定する。ＰＣＭ１０は、その判定結果に応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、ＶＶＴ７２及び吸気側のＶＶＬ７３、排気側のＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（スロットル弁３６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。
【００５６】
（エンジンの運転マップ）
図４は、エンジン１の温間時における運転マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こす。そこで、このエンジン１は、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した火花点火燃焼を行う。ＰＣＭ１０は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷の高低に応じて、圧縮着火燃焼を行うＣＩ（Compression Ignition）モードと、火花点火燃焼を行うＳＩ（Spark Ignition）モードとを切り替える。尚、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。また、ＰＣＭ１０は、負荷の高低の他にも、後述するように、様々な状況下においてモードの切り替えを行う。
【００５７】
図４に示すように、ＣＩモードの運転領域は、エンジン負荷の高低に応じて２つの領域に分けられている。ＣＩモードの運転領域内における低負荷乃至中負荷の領域（I）では、ＰＣＭ１０は、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。つまり、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を排気行程中及び吸気行程中に開弁する排気弁２２の二度開きを行う。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度を高め、領域（I）において、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高める。領域（I）ではまた、図５Ａに示すように、インジェクタ６７は、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内に、気筒１８内に燃料を噴射する。これにより、気筒１８内には、均質な混合気が形成される。領域（I）において、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７±０．５、空気過剰率λ≒１）である。但し、図４に一点鎖線で示すように、領域（I）において、相対的に低負荷かつ低速の一部領域では、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比よりもリーンである。
【００５８】
この領域（I）において、ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にする。燃焼室１９内の混合気は、図５Ａに示すように、圧縮上死点付近において圧縮自己着火する。
【００５９】
ＣＩモードの運転領域において、領域（I）よりも負荷の高い領域（II）では、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比（λ≒１）である。これにより、三元触媒が利用可能になる、また、後述の通り、ＳＩモードの運転領域においても、混合気のＡ／Ｆは理論空燃比であるから、領域（II）において、混合気のＡ／Ｆが理論空燃比であることは、ＳＩモードとＣＩモードとの間の切り替え時の制御を簡素化すると共に、ＣＩモードの運転領域を、高負荷側に拡大することにも寄与する。
【００６０】
エンジン負荷の上昇に伴い気筒１８内の温度が自然と高まることから、領域（II）において過早着火を回避するために、ＰＣＭ１０は、ホットＥＧＲガス量を低下させる。ホットＥＧＲガス量は、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量の調整することによって調整する。また、ＥＧＲクーラ５２をバイパスした外部ＥＧＲガス量を調整することによって、ホットＥＧＲガス量を調整することもある。
【００６１】
領域（II）ではさらに、ＰＣＭ１０は、相対的に温度の低いクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。こうして気筒１８内には、高温のホットＥＧＲガスと低温のクールドＥＧＲガスとが適宜の割合で導入される。このことは、気筒１８内の圧縮端温度を適切にし、それによって、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避することになって、圧縮着火燃焼が安定化する。
【００６２】
このようにＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線を含む領域（II）では、ＰＣＭ１０は、気筒１８内の温度を下げるようにしているものの、それでもなお、気筒１８内の圧縮端温度は高くなり得る。このため、領域（II）において、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内で気筒１８内に燃料を噴射すると、過早着火等の異常燃焼が生じる場合がある。過早着火を回避するために、温度の低いクールドＥＧＲガスを大量に導入して気筒内の圧縮端温度を低下しようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。つまり、領域（II）においては、気筒１８内の温度制御を行うだけでは、圧縮着火燃焼を安定して行うことができない。そこで、ＰＣＭ１０は、この領域（II）では、気筒１８内の温度制御に加えて、燃料噴射形態を工夫し、それによって、過早着火等の異常燃焼の回避と、圧縮着火燃焼の安定化とを両立させる。具体的に、この燃料噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、図５Ｂに示すように、少なくとも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）内で、気筒１８内に燃料噴射を実行するものである。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」又は単に「リタード噴射」と呼ぶ。このような高圧リタード噴射は、領域（II）での異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を可能にする。この高圧リタード噴射の詳細は、後述する。
【００６３】
エンジン負荷の高低に応じて２つの領域に分けられたＣＩモードの運転領域に対して、ＳＩモードの運転領域は、おおよそエンジン回転数の高低に応じて、領域（III）と領域（IV）との２つの領域に分けられている。領域（III）は、図例においては、エンジン１の運転領域を低速域と高速域との２つに区分したときの、低速域及び高速域における低負荷側の一部に相当し、領域（IV）は高速域における高負荷側の一部に相当する。尚、領域（III）と領域（IV）との境界は図例に限定されるものではない。
【００６４】
領域（III）及び領域（IV）のそれぞれにおいて、混合気のＡ／Ｆは、領域（II）と同じく理論空燃比（λ≒１）である。従って、混合気のＡ／Ｆは、ＣＩモードとＳＩモードとの境界を跨って理論空燃比（λ≒１）で一定である。また、ＳＩモードでは（つまり、領域（III）及び領域（IV）では）、ＰＣＭ１０は、基本的に、スロットル弁３６を全開にする一方で、ＥＧＲ弁５１１の開度を調整する。これにより、ＰＣＭ１０は、気筒１８内に導入する新気量と外部ＥＧＲガス量との割合を調整する。尚、ＳＩモードの領域においても、比較的負荷の低い領域においては、ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６を絞る場合がある。気筒１８内に導入するガス割合の調整を通じて新気量を調整することは、ポンプ損失を低減させる。また、大量のＥＧＲガスを気筒１８内に導入することは、火花点火燃焼の燃焼温度を低く抑えることによって、冷却損失が低減する。ＳＩモードの領域では、ＰＣＭ１０は、主にＥＧＲクーラ５２を通じて冷却した外部ＥＧＲガスを、気筒１８に導入する。このことは、異常燃焼の回避に有利になる。また、Ｒａｗ ＮＯｘの生成を抑制するという利点もある。尚、全開負荷域では、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することによって外部ＥＧＲガス量をゼロにする。
【００６５】
尚、ＳＩモードの領域で、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲガスの導入を中止すると共に、インジェクタ６７が噴射する燃料量に応じてスロットル弁３６の開度を制御することによって、混合気のＡ／Ｆが理論空燃比（λ≒１）となるように、気筒１８内に導入する新気量を調整してもよい。
【００６６】
このエンジン１の幾何学的圧縮比は、前述の通り、１５以上（例えば１８）に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くする。このため、ＣＩモードの、特に低負荷の領域（例えば領域（I））では、高圧縮比エンジン１は、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン１は、高負荷域であるＳＩモードにおいては、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。
【００６７】
そこでＰＣＭ１０は、ＳＩモードの領域（III）や領域（IV）においては、前述した高圧リタード噴射を行うことにより、異常燃焼を回避する。より詳細に、領域（III）において、インジェクタ６７は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でもって、図５Ｃに示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒１８内に燃料を噴射する。インジェクタ６７は、領域（III）においては、このような高圧リタード噴射のみを行う。これに対し、領域（IV）においては、図５Ｄに示すように、インジェクタ６７は、一部の燃料を、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間内で気筒１８内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒１８内に噴射する。つまり、領域（IV）では、インジェクタ２は、燃料の分割噴射を行う。ここで、「吸気弁２１が開弁している吸気行程期間」とは、ピストン位置に基づいて定義した期間ではなく、吸気弁２１の開閉に基づいて定義した期間である。従って、ここで言う「吸気行程」の終了時期は、ＶＶＬ７３やＶＶＴ７２によって変更される吸気弁２１の閉弁時期に応じて、ピストンが吸気下死点に到達した時点からずれる場合がある。
【００６８】
次に、図６を参照しながら、ＳＩモードにおける高圧リタード噴射について説明する。図６は、前述した高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼（実線）と、吸気行程期間中に燃料噴射を実行する従来のＳＩ燃焼（破線）とにおける、熱発生率（上図）及び未燃混合気反応進行度（下図）の違いを比較する図である。図６の横軸はクランク角である。この比較の前提として、エンジン１の運転状態は共に、高負荷の低速域（つまり、領域（III））であり、噴射する燃料量は、高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼と従来のＳＩ燃焼との場合で互いに同じである。
【００６９】
先ず、従来のＳＩ燃焼では、インジェクタ６７は、吸気行程期間中に気筒１８内に所定量の燃料噴射を実行する（上図の破線）。気筒１８内では、その燃料の噴射後、ピストン１４が圧縮上死点に至るまでの期間に、比較的均質な混合気が形成される。図例では、点火プラグ２５は、圧縮上死点以降の、白丸で示す所定タイミングで気筒１８内の混合気に点火を行い、それによって燃焼が開始する。燃焼の開始後は、図６の上図に破線で示すように、熱発生率のピークを経て燃焼が終了する。燃料噴射の開始から燃焼の終了までの間が未燃混合気の反応可能時間（以下、単に反応可能時間という場合がある）に相当し、図６の下図に破線で示すように、この間に、未燃混合気の反応は次第に進行する。同図における点線は、未燃混合気が着火に至る反応度である着火しきい値を示している。従来のＳＩ燃焼は、低速域であることと相俟って、反応可能時間が非常に長く、その間、未燃混合気の反応が進行し続けてしまう。このことから、従来のＳＩ燃焼は、点火の前後に未燃混合気の反応度が着火しきい値を超えてしまい、過早着火又はノッキングといった異常燃焼を引き起こす。
【００７０】
これに対し、高圧リタード噴射は、反応可能時間の短縮を図り、そのことによって異常燃焼を回避することを目的とする。すなわち、反応可能時間は、図６にも示しているように、インジェクタ６７が燃料を噴射する期間（つまり、（１）噴射期間）と、噴射終了後、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、（２）混合気形成期間）と、点火によって開始された燃焼が終了するまでの期間（つまり、（３）燃焼期間）と、を足し合わせた時間（つまり、（１）＋（２）＋（３））である。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縮し、それによって、反応可能時間を短くする。このことについて、順に説明する。
【００７１】
先ず、高い燃料圧力は、単位時間当たりにインジェクタ６７から噴射される燃料量を相対的に多くする。このため、燃料噴射量を一定とした場合に、燃料圧力と燃料の噴射期間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど噴射期間は長くなり、燃料圧力が高いほど噴射期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、噴射期間を短縮する。
【００７２】
また、高い燃料圧力は、気筒１８内に噴射する燃料噴霧の微粒化に有利になると共に、燃料噴霧の飛翔距離を、より長くする。このため、燃料圧力と燃料蒸発時間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど燃料蒸発時間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃料蒸発時間は短くなる。また、燃料圧力と点火プラグ２５の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど到達までの時間は長くなり、燃料圧力が高いほど到達までの時間は短くなる。混合気形成期間は、燃料蒸発時間と、点火プラグ２５の周りへの燃料噴霧到達時間とを足し合わせた時間であるから、燃料圧力が高いほど混合気形成期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、燃料蒸発時間及び点火プラグ２５の周りへの燃料噴霧到達時間がそれぞれ短くなる結果、混合気形成期間を短縮する。これに対し、同図に白丸で示すように、従来の、低い燃料圧力による吸気行程噴射は、混合気形成期間が大幅に長くなる。尚、前述した多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、ＳＩモードにおいては、燃料の噴射後、点火プラグ２５の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間を短くする結果、混合気形成期間の短縮に有効である。
【００７３】
このように、噴射期間及び混合気形成期間を短縮することは、燃料の噴射タイミング、より正確には、噴射開始タイミングを、比較的遅いタイミングにすることを可能にする。そこで、高圧リタード噴射は、図６の上図に示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に、気筒１８内に燃料を噴射する。高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射することに伴い、その気筒内の乱れが強くなり、気筒１８内の乱れエネルギが高まるが、この高い乱れエネルギは、燃料噴射のタイミングが比較的遅いタイミングに設定されることと相俟って、燃焼期間の短縮に有利になる。
【００７４】
すなわち、燃料噴射をリタード期間内に行った場合、燃料圧力と燃焼期間内での乱流エネルギとの関係は概ね、燃料圧力が低いほど乱流エネルギが低くなり、燃料圧力が高いほど乱流エネルギは高くなる。ここで、仮に高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射するとしても、その噴射を吸気行程期間中に行う場合は、噴射開始後から点火タイミングまでの時間が長いこと、及び、吸気行程後の圧縮行程において気筒１８内が圧縮されることに起因して、気筒１８内の乱れは減衰してしまう。その結果、吸気行程期間中に燃料噴射を行った場合、燃焼期間内での乱流エネルギは、燃料圧力の高低に拘わらず比較的低くなってしまう。
【００７５】
燃焼期間での乱流エネルギと燃焼期間との関係は概ね、乱流エネルギが低いほど燃焼期間が長くなり、乱流エネルギが高いほど燃焼期間が短くなる。従って、燃料圧力と燃焼期間との関係は、燃料圧力が低いほど燃焼期間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃焼期間は短くなる。すなわち、高圧リタード噴射は、燃焼期間を短縮する。これに対し、従来の、低い燃料圧力による吸気行程噴射は、燃焼期間が長くなる。尚、多噴口型のインジェクタ６７は、気筒１８内の乱れエネルギの向上に有利であって、燃焼期間の短縮に有効である。また、多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせによって、燃料噴霧をキャビティ１４１内に収めることもまた、燃焼期間の短縮に有効である。
【００７６】
このように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縮する。その結果、図６に示すように、燃料の噴射開始タイミングＳＯＩから燃焼終了時期θｅｎｄまでの、未燃混合気の反応可能時間は、従来の吸気行程期間中での燃料噴射の場合と比較して大幅に短くなる。反応可能時間を短縮する結果、図６の上段に示す図のように、従来の低い燃料圧力による吸気行程噴射は、白丸で示すように、燃焼終了時における未燃混合気の反応進行度が、着火しきい値を超えてしまい、異常燃焼が発生してしまうところ、高圧リタード噴射は、黒丸で示すように、燃焼終了時における未燃混合気の反応の進行を抑制し、異常燃焼を回避する。尚、図６の上図における白丸と黒丸とで、点火タイミングは互いに同じタイミングである。
【００７７】
燃料圧力は、例えば３０ＭＰａ以上に設定することによって、燃焼期間を効果的に短縮する。また、３０ＭＰａ以上の燃料圧力は、噴射期間及び混合気形成期間も、それぞれ有効に短縮する。尚、燃料圧力は、少なくともガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。その上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。
【００７８】
高圧リタード噴射は、気筒１８内への燃料噴射の形態を工夫することによってＳＩモードにおける異常燃焼の発生を回避する。これとは異なり、異常燃焼の回避を目的として点火タイミングを遅角することが、従来から知られている。点火タイミングの遅角化は、未燃混合気の温度及び圧力の上昇を抑制することによって、その反応の進行を抑制する。しかしながら、点火タイミングの遅角化は熱効率及びトルクの低下を招くのに対し、高圧リタード噴射は、燃料噴射の形態の工夫によって異常燃焼を回避する分、点火タイミングを進角させることが可能であるから、熱効率及びトルクが向上する。つまり、高圧リタード噴射は、異常燃焼を回避するだけでなく、点火タイミングを進角することを可能にして、燃費の向上に有利になる。
【００７９】
以上説明したように、ＳＩモードでの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縮するが、ＣＩモードの領域（II）で行う高圧リタード噴射は、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮する。つまり、気筒１８内に高い燃料圧力で燃料を噴射することにより気筒１８内の乱れが強くなる。このことは、微粒化した燃料のミキシング性を高めるから、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射しても、気筒１８内に比較的均質な混合気を速やかに形成することが可能になる。
【００８０】
ＣＩモードでの高圧リタード噴射は、比較的負荷の高いエンジンの運転領域において行われる。つまり,インジェクタ６７は、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を気筒１８内に噴射する。このことにより、圧縮行程期間中の過早着火を防止しつつ、前述の通り概ね均質な混合気が速やかに形成される。その結果、混合気は、圧縮上死点以降において確実に圧縮着火する。そうして、モータリングにより気筒１８内の圧力が次第に低下する膨張行程期間において燃焼が行われることで、燃焼が緩慢になり、圧縮着火燃焼に伴う気筒１８内の圧力上昇（ｄＰ／ｄθ）が急峻になってしまうことが回避される。このことは、ＮＶＨの制約を解消し、その結果、ＣＩモードの領域は高負荷側に拡大する。
【００８１】
ＳＩモードの説明に戻り、前述の通り、ＳＩモードの高圧リタード噴射は、燃料噴射をリタード期間内に行うことによって未燃混合気の反応可能時間を短縮させる。この反応可能時間の短縮は、エンジン１の回転数が比較的低い低速域においては、クランク角変化に対する実時間が長いため、有効である。これに対し、エンジン１の回転数が比較的高い高速域においては、クランク角変化に対する実時間が短いため、反応可能時間の短縮は、異常燃焼の回避に、それほど有効でない。逆に、リタード噴射は、圧縮上死点付近のタイミングで燃料を気筒１８内に噴射するため、圧縮行程期間中は、燃料を含まない筒内ガス、言い換えると比熱比の高い空気が圧縮される。このことは、気筒１８内の圧縮端温度を高め、この高い圧縮端温度がノッキングを招く場合がある。そこで、噴射すべき燃料量が増える領域（IV）におけるリタード噴射は、点火タイミングの遅角化によって、ノッキングを回避しなければならない可能性がある。
【００８２】
そこで、インジェクタ６７は、図４に示すように、ＳＩモードにおいて相対的に回転数が高くかつ、負荷の高い領域（IV）では、図５Ｄに示すように、一部の燃料を、吸気行程期間内で気筒１８内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒１８内に噴射をする。吸気行程噴射は、圧縮行程期間中の筒内ガス（つまり、燃料を含む混合気）の比熱比を下げ、それによって圧縮端温度が低く抑えられる。こうして圧縮端温度が低くなることによってノッキングが抑制されるから、ＰＣＭ１０は、点火タイミングを進角させることが可能になる。
【００８３】
また、領域（IV）における高圧リタード噴射は、前述の通り、圧縮上死点付近の気筒１８内の乱れを強くすることによって、燃焼期間を短くする。このこともまた、ノッキングの抑制に有利になり、ＰＣＭ１０は、点火タイミングをさらに進角させることが可能になる。そうして、領域（IV）において、吸気行程噴射と高圧リタード噴射とを含む分割噴射は、異常燃焼を回避しつつ、熱効率を向上させる。
【００８４】
尚、領域（IV）において燃焼期間を短縮させるために、高圧リタード噴射を行う代わりに、多点点火構成を採用してもよい。多点点火構成は、複数の点火プラグを燃焼室内に臨んで配置する構成である。具体的に、領域（IV）では、インジェクタ６７は吸気行程噴射を行うと共に、ＰＣＭ１０は、複数の点火プラグのそれぞれを駆動することによって多点点火を行う。多点点火は、燃焼室１９内の複数の火種のそれぞれから火炎が広がるため、火炎の広がりが早くて燃焼期間が短くなる。その結果、高圧リタード噴射と同様に燃焼期間を短くして、熱効率の向上に有利になる。
【００８５】
（ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え時の制御）
火花点火燃焼は、圧縮着火燃焼と比較して熱効率が低いため、燃焼ガス温度が相対的に高い。一方で、圧縮着火燃焼を行うＣＩモードでは、前述したように、気筒１８内の温度状態を高くして圧縮着火の着火性を確保するために、少なくとも内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。
【００８６】
エンジン１が、燃焼ガス温度が相対的に高いＳＩモードから、ＣＩモードへと切り替わった直後には、気筒１８内は高温の雰囲気であると共に、火花点火燃焼によって生じた温度の高い排気ガスが気筒１８内に導入される。従ってエンジン１は、気筒１８内の温度が高い状態で、圧縮着火燃焼を行うことになる。このときに、吸気行程期間中のような比較的早い時期に、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料噴射をしてしまうと、圧縮行程期間中に過早着火が生じ、気筒１８内の圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）が急峻になって大きな燃焼騒音が発生する虞がある。そこで、このエンジン１は、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替えの際の過早着火を回避し、燃焼騒音の増大を回避するための過渡制御を実行する。
【００８７】
ここで、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わりは、例えば図４に示す温間時の運転マップにおいては、エンジン１の負荷がＳＩモードである高負荷領域から、ＣＩモードである低負荷領域へと移行するときに行われる。つまり、エンジン１の負荷が低下することに伴い、エンジン１は、ＳＩモードからＣＩモードに切り替わる。尚、ＳＩモードとＣＩモードとの境界付近においては、エンジン１が等負荷の状態であっても、ＳＩモードからＣＩモードに切り替わることもある。
【００８８】
また、エンジン１の温度が所定温度未満の、エンジン１が冷間乃至半暖機状態にあるときには、圧縮着火燃焼が安定化しないことから、図示は省略するが、ＰＣＭ１０は、ＣＩモードを実行せず、エンジン１の全ての運転領域でＳＩモードを実行する。一方で、図４に示すように、エンジン１が、所定温度以上の温間状態にあるには、ＰＣＭ１０は、一部の運転領域においてＣＩモードを実行する。そのため、エンジン１の始動後、温度が次第に上昇して冷間状態から温間状態に変化することに伴い、エンジン負荷が等負荷のままで、エンジン１が、ＳＩモードからＣＩモードに切り替わることもある。
【００８９】
さらに、燃焼安定性の観点から、エンジン１のアイドル状態では、ＰＣＭ１０は、ＳＩモードを実行する。そのため、エンジン１の運転状態がアイドル状態からＣＩモードを実行する低負荷の領域へ移行するときにも、エンジン１は、低負荷のＳＩモードから、低負荷のＣＩモードへと切り替わる。加えて、このエンジン１は、車両の減速中にフューエルカットを実行するように構成されている。フューエルカット中に気筒１８内の温度が低下することから、フューエルカットの復帰直後は、圧縮着火燃焼を実行することができない場合がある。そこで、ＰＣＭ１０は、フューエルカットの復帰直後は、ＣＩモードの領域内であってもＳＩモードを実行することによって、燃焼安定性を確保する。その後、気筒１８内の温度が高まって、ＣＩモードの実行が可能になれば、ＰＣＭ１０は、ＳＩモードからＣＩモードに切り替える。つまり、エンジン１は、負荷が実質的に変化しないものの、ＳＩモードからＣＩモードへと切り替わる。このように、低負荷のＳＩモードから低負荷のＣＩモードへの切り替え、換言すれば、エンジン１の負荷状態が実質的に変化せずにＳＩモードからＣＩモードへと切り替わることは、様々な状況下において行われることになる。
【００９０】
図７は、エンジン１が、外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時の過渡制御を説明するタイムチャートである。具体的に、図７は、過渡制御に係る、燃料噴射時期及び火花点火時期の変更、筒内圧力の変化、吸排気弁の開弁状態の変更、スロットル弁の開度変更、並びに、気筒内のガス状態の変化の一例を示している。図７においては、紙面左から右の方向に、クランク角が進行している（つまり、時間が進行している）。尚、図７に示す燃料噴射時期や火花点火時期、及び、筒内圧力の変化は、ここに開示する技術の説明における例示であって、図示されたタイミングには限定されない（図８等も同様である）。ここで、外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードは、一例として、エンジン負荷が低い状態でＳＩモードを行っていることに対応する。従って、図７に示すタイムチャートは、エンジン１が低負荷のＳＩモードから低負荷のＣＩモードへと切り替わる状況に対応する。
【００９１】
先ず、図７における最も左側の１サイクル目では、エンジン１は、ＳＩモードで運転をしている。インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に燃料噴射を実行すると共に、点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において火花点火を実行する。１サイクル目において、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比（λ≒１）であり、燃料噴射量に見合った新気量となるよう、吸気側のＶＶＬ７３は、吸気弁２１を大リフトカムで駆動すると共に、ＶＶＴ７２は、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点後の遅い時期に設定する。こうして、ＰＣＭ１０は、吸気弁２１を遅閉じにすることによって、気筒１８内に導入する新気量を少なくする（図７の最下段に示す気筒内のガス状態も参照）。また図７の制御例では、ＰＣＭ１０は、１サイクル目において、エンジン１の運転状態に対応させるために新気量をさらに少なくするべく、スロットル弁３６を絞っている。但し、スロットル開度を全開にするＣＩモードへの切り替えに備えて、ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６を全開方向に徐々に開けている。また、前述したように、１サイクル目はＳＩモードであるものの、エンジン１の負荷が低いため、ＰＣＭ１０は、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しない。また、排気側のＶＶＬ７１はオフである。つまり、ＰＣＭ１０は、内部ＥＧＲガスも気筒１８内に導入しない。火花点火燃焼を実行する１サイクル目では、排気ガス温度は高くなる（つまり、高温既燃ガス）。但し、外部ＥＧＲガス及び内部ＥＧＲガスを共に気筒１８内に導入しないため、続く２サイクル目の気筒１８内には、高温の排気ガスは実質的に導入されない。
【００９２】
２サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時のサイクルに相当する。つまり、このサイクルは過渡モードである。ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にして圧縮着火燃焼を行う。ＰＣＭ１０はまた、スロットル開度を全開にする一方で、吸気側のＶＶＬ７３を、大リフトカムから小リフトカムへ切り替える。尚、ＶＶＴ７２は非作動であって、吸気弁２１の位相は変化しない。これにより、吸気弁２１の閉弁時期は、１サイクル目の圧縮行程中の時期から、吸気下死点付近の時期へと瞬時に切り替わり、その結果、気筒１８内に導入される新気量は増大する。尚、この吸気弁２１の開閉時期は、後述の３サイクル目から開始する排気の二度開きに対応する開閉時期である。
【００９３】
また、２サイクル目では、ＰＣＭ１０は、燃料の噴射タイミングを、１サイクル目と同じ吸気行程から圧縮行程初期の期間内に設定すると共に、その燃料噴射量も、１サイクル目と同程度に設定する。１サイクル目と比較して、気筒１８内に導入される新気量が増える一方で、燃料噴射量は変化しないため、２サイクル目の混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比よりもリーンになる。また、２サイクル目でも、ＰＣＭ１０は、排気ガス（外部ＥＧＲガス及び内部ＥＧＲガス）を気筒１８内に導入しない。
【００９４】
２サイクル目は、圧縮着火燃焼を行うものの、排気ガスを気筒１８内に導入しないことによって、気筒１８内の温度状態は、その分低くなる。また、２サイクル目では、気筒１８内に導入する新気量を増大することで、比較的低温の新気が気筒１８内に満たされるため、圧縮開始前の気筒１８内の温度が下がる。その結果、ＳＩモードである１サイクル目に続くサイクルであって、気筒１８内の温度が比較的高くなり易い２サイクル目において、気筒１８内の混合気は、過早着火を招くことなく、圧縮上死点付近の適切なタイミングで圧縮着火する。また、２サイクル目では、混合気のＡ／Ｆが理論空燃比よりもリーンであり、燃料量に対するガス量が多い上に、熱効率の高い圧縮着火燃焼を行うため、燃焼ガスは大きく低下する。こうして、２サイクル目の気筒１８から排出される排気ガスの温度は低下する。尚、図７の最下段に示すガス状態においては、「既燃ガス」の温度の高低を、ハッチングのピッチ幅の大小で示している。ピッチ幅が狭いことは、既燃ガスの温度が高いことを示し、ピッチ幅が広いことは、既燃ガスの温度が低いことを示している。
【００９５】
続く３サイクル目は、過渡モードからＣＩモードへ切り替わる時のサイクルに相当する。３サイクル目では、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンする。つまり、排気弁２２の二度開きが行われ、それによって、２サイクル目の圧縮着火燃焼によって生じた既燃ガスの一部は、気筒１８内に導入される。
【００９６】
また、３サイクル目では、２サイクル目と同じく、吸気側のＶＶＬ７３は、吸気弁２１を小リフトのままで開閉すると共に、ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６を全開にするため、図７に示すように、内部ＥＧＲガスが気筒１８内に導入される分、気筒１８内に導入される新気量は、２サイクル目よりも低減する。従って、過渡モードである２サイクル目のＥＧＲ率は、ＣＩモードである３サイクル目のＥＧＲ率よりも低くなる。ここで、ＥＧＲ率は、気筒１８内の全ガス量に対する排気ガス量の割合と定義される。
【００９７】
３サイクル目では、既燃ガスの一部が気筒１８内に導入されるものの、前述したように、この既燃ガスは温度が比較的低い。また、２サイクル目において、圧縮着火燃焼を行うことによって、気筒１８内の温度状態も低く抑制されている。このため、３サイクル目における気筒１８内の温度状態は、それほど高くならない。
【００９８】
３サイクル目は通常のＣＩモードに対応する。このため、ＰＣＭ１０は、インジェクタ６７による噴射タイミングを、２サイクル目と同様に、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に設定する。これによって、気筒１８内に比較的均質の混合気が形成される。ＰＣＭ１０はまた、３サイクル目の燃料噴射量を、２サイクル目と同程度に設定する。これによって、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比又は理論空燃比よりもリーンになる。混合気のＡ／Ｆは、エンジン１の運転状態に応じて設定される。
【００９９】
ＰＣＭ１０はまた、この３サイクル目でも、２サイクル目と同様に、点火プラグ２５を非作動とする。前述したように、３サイクル目では、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎないため、気筒１８内に形成された比較的均質の混合気は、過早着火することなく、圧縮上死点付近で確実に圧縮着火して、安定的に燃焼する。
【０１００】
こうした過渡制御は、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替えの際に、燃焼騒音が増大してしまうことを回避する。ＳＩモードからＣＩモードへの切り替えが完了した３サイクル目以降は、エンジン１の運転状態に応じた燃焼制御が実行される。
【０１０１】
図８は、エンジン１が、外部ＥＧＲガスを導入しているＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時の過渡制御を説明するタイムチャートである。図８に示すタイムチャートは、エンジン１が、高負荷のＳＩモードから、低負荷のＣＩモードへと切り替わる状況に対応する。具体的には、図４に示す温間時の運転マップにおいて、エンジン１の運転状態がＳＩモードである領域（III）又は領域（IV）から、ＣＩモードである領域（I）又は領域（II）へ移行する状況を例示することができる（同図の矢印（ａ）を参照）。
【０１０２】
つまり、図８における最も左側の１サイクル目では、エンジン１は、ＳＩモードで運転をしている。インジェクタ６７は、圧縮行程後期から膨張行程初期の期間中に燃料噴射を実行する。つまり、インジェクタ６７は、高圧リタード噴射を行う。また、点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において火花点火を実行する。混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比（λ≒１）であり、燃料噴射量に見合った新気量となるよう、吸気側のＶＶＬ７３は、吸気弁２１を大リフトカムで駆動すると共に、ＶＶＴ７２は、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点後の遅い時期に設定する。ＰＣＭ１０は、吸気弁２１を遅閉じにすることによって、気筒１８内に導入する新気量を少なくする。また、図８のタイムチャートの１サイクル目において、ＰＣＭ１０が、スロットル弁３６を絞ると共に、その開度を全開方向に次第に変更している点は、前述した図７のタイムチャートの１サイクル目と同じである。
【０１０３】
一方、図８のタイムチャートの１サイクル目では、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲ弁５１１及び／又はＥＧＲクーラバイパス弁５３１を開けている。このことにより、前述の通り、外部ＥＧＲガスが、ＥＧＲ通路５０を介して気筒１８内に導入される。尚、排気側のＶＶＬ７１はオフであり、内部ＥＧＲガスは気筒１８内に導入しない。火花点火燃焼を行う１サイクル目では、排気ガス温度は高くなり得る。
【０１０４】
続く２サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時の、過渡モードに対応するサイクルである。従って２サイクル目では、ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にして圧縮着火燃焼を行う。ＰＣＭ１０は、スロットル開度を全開に設定する一方で、吸気側のＶＶＬ７３を、大リフトカムから小リフトカムへ切り替える。これにより、吸気弁２１の閉弁時期は、１サイクル目の圧縮行程期間中の時期から、吸気下死点付近の時期へと瞬時に切り替わり、その結果、気筒１８内に導入される新気量は増大する。
【０１０５】
ＰＣＭ１０はまた、２サイクル目において、ＥＧＲ弁５１１及び／又はＥＧＲクーラバイパス弁５３１を全閉にする。このことで、外部ＥＧＲガスの気筒１８内への導入を停止する。しかしながら、外部ＥＧＲシステムは制御応答性が低く、ＥＧＲ弁５１１及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１を全閉にした後も、ＥＧＲ通路５０に残留している比較的高温の排気ガスが、２サイクル目の気筒１８内に導入される（図８の最下段のガス状態を参照）。一方、排気側のＶＶＬ７１は、２サイクル目でもオフのままである。つまり、ＰＣＭ１０は、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しない。
【０１０６】
ＰＣＭ１０は、インジェクタ６７が噴射する燃料量を１サイクル目とほぼ同量に設定する。ＰＣＭ１０はまた、燃料の噴射タイミングを、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に設定する。これにより、２サイクル目の気筒１８内には、比較的均質な、理論空燃比よりもリーンな混合気が形成される。
【０１０７】
ＰＣＭ１０は、２サイクル目では、点火プラグ２５を作動させず、理論空燃比よりもリーンの均質混合気を、圧縮上死点付近において圧縮自己着火させる。ここで、２サイクル目では、気筒１８内に導入する新気量が増大することで、圧縮開始前の気筒１８内の温度が下がる。その結果、気筒１８内の混合気は、過早着火を招くことなく、圧縮上死点付近の適切なタイミングで圧縮着火する。２サイクル目では、混合気のＡ／Ｆが理論空燃比よりもリーンであり、作動ガス燃料比Ｇ／Ｆがリーンである。しかも、熱効率の高い圧縮着火燃焼を行うことから、燃焼ガス温度は低下する。その結果、２サイクル目に排出される排気ガスの温度は低下する。
【０１０８】
但し、前述したように、２サイクル目では、外部ＥＧＲガスの一部が気筒１８内に導入されている。このことに伴い、排気ガス温度は、若干高くなり得る。ここでは説明の便宜上、２サイクル目における既燃ガスを、高温既燃ガスと低温既燃ガスとの中間程度の温度の意味で中温既燃ガスと呼ぶ。仮に、続く３サイクル目において、排気側のＶＶＬ７３をオンにして、この中温既燃ガスを気筒１８内に大量に導入してしまうと、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎる可能性がある。
【０１０９】
そこで、図８の制御例では、ＰＣＭ１０は、過渡モードを複数サイクル継続する。つまり、ＰＣＭ１０は、２サイクル目と同様に、排気側のＶＶＬ７１をオフにした３サイクル目を実行する。この３サイクル目では、ＥＧＲ通路５０に排気ガスが残留していないため、排気ガスは、気筒１８内に導入されない。その結果、気筒１８内の圧縮開始前の温度は、２サイクル目よりも低くなると共に、混合気のＡ／Ｆは、２サイクル目よりもリーンになる。そうして、３サイクル目の圧縮着火燃焼に伴い排出される排気ガス温度は、２サイクル目に排出される排気ガス温度よりも低下する（つまり、低温既燃ガス）。
【０１１０】
４サイクル目は、過渡モードからＣＩモードへ切り替わる時のサイクルに相当する。図８のタイムチャートの４サイクル目は、図７のタイムチャートの３サイクル目に対応する。ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンすることにより、排気弁２２の二度開きを行う。これにより、３サイクル目の圧縮着火燃焼によって生じた、比較的低温の既燃ガスの一部が気筒１８内に導入される。この４サイクル目では、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する分だけ、２サイクル目及び３サイクル目と比較して、気筒１８内に導入される新気量が低減する。つまり、４サイクル目はＥＧＲ率が相対的に高くなる。
【０１１１】
４サイクル目は、通常のＣＩモードに対応するため、インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内で、燃料を噴射する。インジェクタ６７が噴射する燃料量は、過渡モードである２サイクル目及び３サイクル目と実質的に同じである。４サイクル目の混合気のＡ／Ｆは、２サイクル目及び３サイクル目と比較してリッチになり、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比又は理論空燃比よりもリーンである。
【０１１２】
ＰＣＭ１０は、この４サイクル目でも、点火プラグ２５を非作動として圧縮着火燃焼を行う。前述したように、気筒１８内の温度状態が高くなりすぎないため、比較的均質の混合気は、過早着火することなく、圧縮上死点付近で確実に圧縮着火して、安定的に燃焼する。
【０１１３】
エンジン１の運転状態が高負荷であるときには、インジェクタ６７が噴射する燃料量は、多い。このため、エンジン１の運転状態が、高負荷のＳＩモードにあるときには、気筒１８内の温度状態が高くなると共に、排気ガス温度も高くなる。従って、高負荷のＳＩモードから低負荷のＣＩモードへ切り替わる際には特に、過早着火が生じ易い。図８の制御例は、２サイクル分の過渡モードを継続して行う。このことは、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる際に、過早着火が発生することを、確実に回避する上で有効である。
【０１１４】
ここで、過渡モードは、気筒１８内のＥＧＲ率を、ＣＩモードと比較して低下することによって、気筒１８内の温度状態を低下させて過早着火の発生を回避するモードである。しかしながら、前述の通り、特に高負荷のＳＩモードにあるときには、気筒１８内の温度状態が高くなる、また、気筒１８の壁面温度が高くなっているときには、過渡モードにおいて過早着火の発生を回避することができないことも起こり得る。そのような場合、ＰＣＭ１０は、図８に破線で示すように、インジェクタ６７による燃料の噴射時期を、圧縮行程中期以降に遅らせてもよい。つまり、ＰＣＭ１０は、過渡モードにおいて、リタード噴射を行ってもよい。リタード噴射は、燃料の噴射時期が遅い上に、混合気の反応可能時間を短くする。その結果、過渡モードにおける過早着火の回避に有効である。ＰＣＭ１０は、例えば、各種のパラメータに基づいて気筒１８内の温度状態を推定し、その推定結果に応じて、インジェクタ６７が燃料を噴射する時期を、吸気行程から圧縮行程初期に設定するか、又は、圧縮行程中期以降に設定するか、を決定してもよい。
【０１１５】
また、こうしたリタード噴射は、過渡モードにおいて実行することに限らない。ＰＣＭ１０は、図８に一点鎖線で示すように、エンジン１がＣＩモードに切り替わった４サイクル目以降においても、必要に応じてリタード噴射を行ってもよい。すなわち、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンにして内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しなければ、着火性を確保できないときには、エンジン１を、過渡モードからＣＩモードに移行させる一方で、ＣＩモードにおいて過早着火が発生する虞があるときには、インジェクタ６７に、リタード噴射を実行させる。こうすることで、エンジン１がＳＩモードからＣＩモードへと切り替わる時の燃焼騒音を、より一層確実に回避しつつ、圧縮着火燃焼を安定して行うことが実現する。尚、図７に示すような低負荷のＳＩモードから、低負荷のＣＩモードへと切り替わる際にも、ＰＣＭ１０は、過渡モード又はＣＩモードにおいて、必要に応じてリタード噴射を実行してもよい。
【０１１６】
次に、前述した過渡制御について、ＰＣＭ１０が実行する制御フローを、図９を参照しながら説明する。図９のフローは、空気過剰率λ＝１のＳＩモードの状態でスタートする。
スタート後のステップＳ９１で、ＰＣＭ１０は、各種パラメータ（例えば水温、外気温、エンジン負荷、エンジン回転数、燃料の噴射時期、燃料圧力、点火時期、吸気弁の開閉タイミング、及び、排気弁の開閉タイミング等）を読み込むと共に、エンジン１の運転状態を把握する。ステップＳ９２で、ＰＣＭ１０は、エンジン１が、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わるか否かを判断する。ＣＩモードへ切り替わらないとき（つまり、ＮＯのとき）には、フローは、ステップＳ９１及びＳ９２を繰り返すのに対し、ＣＩモードへ切り替わるとき（つまり、ＹＥＳのとき）には、フローは、ステップＳ９３に移行する。ステップＳ９２の判定は、具体的には、エンジン１の運転状態が高負荷から低負荷へと変化するとき、エンジン１が冷間状態から温間状態へ変化したとき、エンジン１の運転状態がアイドル状態からアイドル以外の低負荷の運転状態へと変化したとき、及び、エンジン１の運転状態が、フューエルカットからの復帰後に一時的にＳＩモードを行っていた状態から通常のＣＩモードへ移行したとき等に、ＹＥＳになる。フローのスタートからステップＳ９２までが、図７及び８に示すタイムチャートの１サイクル目に対応する。
【０１１７】
ステップＳ９３では、ＰＣＭ１０は、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しているか否かを判定する。外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入しているときには、フローはステップＳ９４に移行する。ＰＣＭ１０は、ステップＳ９４で、ＥＧＲ弁５１１及び／又はＥＧＲクーラバイパス弁５３１を共に全閉にする。外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入していないときには、フローはステップＳ９３からステップＳ９５に移行する。
【０１１８】
ステップＳ９５では、ＰＣＭ１０は、吸気側のＶＶＬ７３を、大リフトカムから小リフトカムに切り替える。続くステップＳ９６で、ＰＣＭ１０は、吸気側のＶＶＬ７１のカムシフトが完了したか否かを判断する。カムシフトが完了していないとき（つまり、ＮＯのとき）には、フローはステップＳ９５を継続する一方、カムシフトが完了したとき（つまり、ＹＥＳのとき）には、フローはステップＳ９７に移行する。尚、カムシフトは瞬時に行われる。ステップＳ９７で、ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にし、そのことにより、エンジン１を、ＳＩモードからＣＩモードへと切り替える。
【０１１９】
続くステップＳ９８では、ＰＣＭ１０は、筒内状態量が整ったか否か、言い換えると排気ガス温度が所望のレベルまで低下したか否かを判定する。このステップの判定は、例えば、ＰＣＭ１０が、各種パラメータに基づいて推定している排気ガス温度に基づいて行ってもよい。ステップＳ９８の判定がＮＯのときには、フローは、ステップＳ９８を継続し、その判定がＹＥＳになれば、フローはステップＳ９９に移行する。ステップＳ９３〜Ｓ９８が、図７に示すタイムチャートの２サイクル目、並びに、図８に示すタイムチャートの２及び３サイクル目にそれぞれ対応し、過渡モードに相当する。従って、ステップＳ９８の判定は、過渡モードを実行するサイクル数を決定する判定である。つまり、図７の制御例では、過渡モードは、２サイクル目のみの１サイクルであったが、排気ガス温度に基づき、ＰＣＭ１０は、過渡モードを、複数サイクル継続して実行してもよい。また、図８の制御例では、過渡モードは、２サイクル目及び３サイクル目の２サイクルであったが、排気ガス温度に基づき、ＰＣＭ１０は、過渡モードを３サイクル以上、継続して実行してもよいし、１サイクルのみ実行してもよい。
【０１２０】
尚、ステップＳ９８では、ＰＣＭ１０は、推定した排気ガス温度に基づいて過渡モードを実行するサイクル数を決定しているが、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え前後のエンジン１の運転状態等に基づいて、過渡モードを実行するサイクル数を予め設定してＰＣＭ１０に記憶しておき、ステップＳ９８で、ＰＣＭ１０は、設定されているサイクル数だけ、過渡モードを継続するようにしてもよい。
【０１２１】
ステップＳ９８の後のステップＳ９９では、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオンにし、排気弁２２の二度開きを開始する。このステップは、図７における３サイクル目、及び、図８における４サイクル目に対応する。こうして、エンジン１は、ＳＩモードからＣＩモードへと切り替わる。
【０１２２】
（バルブ制御の詳細）
次に、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時の、吸気弁２１及び排気弁２２の制御の詳細を、図１０を参照しながら説明する。図７又は図８に示すタイムチャートの１サイクル目、つまり、ＳＩモード時には、排気弁２２は、図１０に一点鎖線で例示するように、排気行程中に開弁し、吸気弁２１は、図１０に破線で例示するように、吸気行程中に開弁する。つまり、排気側のＶＶＬ７１は、通常モードで作動し、吸気側のＶＶＬ７３は、大リフトカムでもって作動している。これは、第１のバルブ動作に対応する。
【０１２３】
過渡モード時（つまり、図７の２サイクル目及び図８の２、３サイクル目）には、排気弁２２は、一点鎖線で示すリフト特性のままである。一方で、吸気弁２１は、細実線で例示するように、第１のバルブ動作と比較して、開弁期間が短くなる。従って、過渡モード時には、ＳＩモード時とどうように、排気弁２２は、排気行程中に開弁し、吸気弁２１は、吸気行程中に開弁する。但し、ＳＩモードから過渡モードへの移行時には、排気側のＶＶＬ７１は切り替わらず、吸気側のＶＶＬ７３のみが、大リフトカムから小リフトカムへと切り替わる。吸気側のカムの切り替えによって、吸気弁２１のリフト特性を瞬時に変更することが可能である。これは、第２のバルブ動作に対応する。
【０１２４】
ＣＩモードに相当する図７の３サイクル目及び図８の４サイクル目では、排気弁２２は、図１０に太実線で示す二度開きのリフト特性になる。一方で、吸気弁２１は、細実線のリフト特性のままである。つまり、過渡モードからＣＩモードへの移行時には、吸気側のＶＶＬ７３は切り替わらず、排気側のＶＶＬ７１のみが切り替わる。これは、第３のバルブ動作に対応する。第３のバルブ動作は、第２のバルブ動作に加えて、排気弁２２を、第２のバルブ動作での排気弁２２の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にすることである。
【０１２５】
このように、吸気側のＶＶＬ７３及び排気側のＶＶＬ７１を備えた構成は、ＳＩモードから、過渡モードを経て、ＣＩモードに至る切り替え制御において、切り替え制御の応答性を高め、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替えをスムースに行う上で有利になる。
【０１２６】
尚、排気弁２２の二度開きは、図１０に例示するリフト特性の他に、図１１、１２に示すようなリフト特性を採用することも可能である。図１０に太実線で例示する排気弁２２のリフト特性は、排気弁２２が、排気行程中の最大リフトから、そのリフト量が次第に減少した後、吸気行程において、排気弁２２のリフト量が再び増大するようなリフト特性を有している。つまり、このリフト特性は、排気弁２２のリフトカーブの山が、クランク角の進行に対して２つ並ぶようなリフト特性である。この排気弁２２のリフト特性は、図１０に一点鎖線で示すＳＩモードでの排気弁２２のリフト特性と比較して、ＳＩモードでの閉弁時期よりも遅い時期において、排気弁２２を開弁している状態にする、と言い換えることができる。
【０１２７】
図１１に例示するリフト特性は、排気弁２２が、排気行程中の最大リフトから、そのリフト量が次第に減少して所定開度に至った後、吸気行程の所定時期まで、その開度のまま維持するようなリフト特性である。つまり、このリフト特性は、排気弁２２のリフトカーブの山は実質的に１つであるものの、山の裾野がクランク角の進行に対して延びるようなリフト特性である。尚、図示は省略するが、排気弁２２が、排気行程中の最大リフトから、そのリフト量が次第に減少して所定開度に至った後、リフト量の減少率をゼロにするのではなく、減少率をさらに小さい値にすることによって、排気弁２２の開度を減少しつつ、その開弁期間を長くしてもよい。図１１に例示するリフト特性もまた、排気弁２２を、ＳＩモードでの閉弁時期よりも遅い時期において、排気弁２２を開弁している状態にする。
【０１２８】
図１０及び図１１に示す排気弁２２のリフト特性は、排気上死点付近において、排気弁２２を閉弁しない特性である。これに対し、図１２に示すように、排気弁２２の二度開きに際し、排気上死点付近において、排気弁２２を、一旦閉弁してもよい。このリフト特性もまた、排気弁２２を、ＳＩモードでの閉弁時期よりも遅い時期において、排気弁２２を開弁している状態にする。
【０１２９】
また、前述した制御例では、ＰＣＭ１０は、ＣＩモードにおいて排気弁２２の二度開きを行う。尚、前述したように、エンジン１は、排気弁２２の二度開きを行う構成の代わりに、吸気弁２１の二度開きを行う構成を採用してもよい。図１３は、吸気弁２１の二度開きに係るリフト特性を例示している。吸気弁２１の二度開きは、図１０に例示する排気弁２２の二度開きに対し、排気上死点について線対称となるようなリフト特性にすればよい。また、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時のバルブ制御は、排気弁２２の二度開きを行う制御例とは、逆の手順にすればよい。
【０１３０】
つまり、ＳＩモードに相当するサイクルでは、排気弁２２は、図１３に一点鎖線で例示するように、排気行程中に開弁し、吸気弁２１は、図１３に破線で例示するように、吸気行程中に開弁する。これは、第１のバルブ動作に対応する。吸気側のＶＶＬ７３は、通常モードで、排気側のＶＶＬ７１は、大リフトのモードである。
【０１３１】
過渡モードに相当するサイクルでは、吸気弁２１は、破線で示すリフト特性のままである一方で、排気弁２２は、太実線で例示するように、第１のバルブ動作と比較して、開弁期間が短くなる。つまり、ＳＩモードから過渡モードへの移行時には、吸気側のＶＶＬ７３は切り替わらず、排気側のＶＶＬ７１のみが切り替わる。これは、第２のバルブ動作に対応する。
【０１３２】
ＣＩモードに相当するサイクルでは、吸気弁２１は、図１０に細実線で示す、二度開きのリフト特性になる。一方で、排気弁２２は、太実線のリフト特性のままである。つまり、過渡モードからＣＩモードへの移行時には、排気側のＶＶＬ７１は切り替わらず、吸気側のＶＶＬ７３のみが切り替わる。こうして、ＣＩモードでは、吸気弁２１は、図１３に破線で示すＳＩモード時の吸気弁２１の開弁時期よりも、早い時期において開弁している状態となる。これは第３のバルブ動作に対応する。
【０１３３】
尚、吸気弁２１の二度開きは、図１３に示すリフト特性には限定されない。図示は省略するが、例えば図１１に示すリフト特性を、排気上死点で線対称としたリフト特性、又は、図１２に示すリフト特性を、排気上死点で線対称としたリフト特性としてもよい。
【０１３４】
以上、説明したように、このエンジン１では、例えば図４に矢印（ａ）で示すようなＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時には、ＥＧＲ率を相対的に低下させた過渡モードを介在させる。これによって、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時の過早着火が回避され、燃焼騒音の発生が回避される。尚、エンジン１の負荷が実質的に変化せずに、ＳＩモードからＣＩモードへと切り替わる時も、過渡モードが介在する。
【０１３５】
これに対し、例えば図４に矢印（ｂ）で示すように、エンジン１の負荷が高くなることに伴い、ＣＩモードからＳＩモードへ切り替わる時には、燃焼騒音の問題が生じない。そこで、このエンジン１では、モードの切り替えを速やかに完了させるために、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替わり時には、過渡モードを介在させない。具体的に、図７に示すタイムチャートにおいては、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替わり時には、３サイクル目から、２サイクル目を行わずに、１サイクル目へと移行する。同様に、図８に示すタイムチャートにおいては、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替わり時には、４サイクル目から、２及び３サイクル目を行わずに、１サイクル目へと移行する。こうすることで、運転者の加速要求時の応答性が高まる。
【０１３６】
（エンジンの別構成）
尚、図２に示す構成では、吸気弁２１の動弁機構を、大リフトカムと小リフトカムとの切り替えを行うＶＶＬ７３を含んで構成している。これとは異なり、図１４に示すように、吸気弁２１の動弁機構は、ＶＶＬに代えて、そのリフト量を連続的に変更することが可能なリフト量可変機構（ＣＶＶＬ（ContinuouslyVariable Valve Lift））７４を含んで構成してもよい。ＣＶＶＬ７４は、公知の種々の構造を適宜採用することが可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。ＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７４により、吸気弁２１は、その開弁時期及び閉弁時期、並びに、リフト量（及び開弁期間）、をそれぞれ連続的に変更することが可能になる。
【０１３７】
図１５、１６はそれぞれ、吸気弁２１の動弁機構がＣＶＶＬ７４を含んだ構成での、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え制御例を示している。この内、図１５のタイムチャートは、外部ＥＧＲガスを導入していないＳＩモードからＣＩモードへの切り替えに係り、これは、図７に対応する。また、図１６のタイムチャートは、外部ＥＧＲガスを導入しているＳＩモードからＣＩモードへの切り替えに係り、これは、図８に対応する。
【０１３８】
先ず、図１５における最も左側の１サイクル目は、図７における１サイクル目と実質的に同じである。つまり、エンジン１は、ＳＩモードで運転をしている。インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に燃料噴射を実行すると共に、点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において火花点火を実行する。混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比（λ≒１）である。
【０１３９】
燃料噴射量に見合った新気量となるよう、吸気側のＣＶＶＬ７４は、吸気弁２１を比較的小リフトで駆動すると共に、ＶＶＴ７２は、その閉弁時期を吸気下死点前の比較的早い時期に設定する。こうして吸気弁２１は早閉じになり、気筒１８内に導入される新気量は、少なくなる。また図１５の制御例でも、ＰＣＭ１０は、１サイクル目において、スロットル弁３６を絞っている。但し、ＰＣＭ１０は、ＣＩモードへの切り替えに備えて、スロットル弁３６を全開方向に次第に開けている。ＰＣＭ１０はさらに、ＥＧＲ弁５１１及び／又はＥＧＲクーラバイパス弁５３１を閉じると共に、排気側のＶＶＬ７１をオフにする。これにより、外部ＥＧＲガス及び内部ＥＧＲガスは共に、気筒１８内に導入されない。
【０１４０】
続く２サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替え直前のサイクルに相当する。この２サイクル目では、ＣＩモードへの切り替え後に排気弁２２の二度開きを実行することに備えて、ＰＣＭ１０は、ＶＶＴ７２を作動させて、吸気弁２１の閉弁時期を遅くする。ＰＣＭ１０はまた、スロットル弁３６の開き動作を継続する。これにより、気筒１８内に導入される新気量は、１サイクル目と比較して増量する。ＰＣＭ１０は、２サイクル目において、燃料噴射量を増量する。混合気のＡ／Ｆは理論空燃比に維持される。これにより、三元触媒の利用が可能になり、排気エミッション性能の悪化が回避される。
【０１４１】
ＰＣＭ１０は、２サイクル目において、インジェクタ６７に高圧リタード噴射を実行させる。インジェクタ６７は、圧縮上死点付近において燃料を噴射する。また、ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５に、圧縮上死点以降のタイミングで火花点火を実行させる。こうして点火時期を遅らせ、それによって燃焼期間を遅くすることにより、１サイクル目から２サイクル目にかけて、エンジン１の負荷を等負荷（等トルク）にする。尚、燃焼期間を遅らせることで、排気ガス（既燃ガス）の温度は、より一層高くなり得る（つまり、超高温既燃ガス）。
【０１４２】
３サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わるときの過渡モードに対応するサイクルである。ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５を非作動にして圧縮着火燃焼を行う。ＰＣＭ１０は、スロットル開度を全開に設定する。一方で、吸気弁２１及び排気弁２２のリフト特性は、２サイクル目と同じである。つまり、ＰＣＭ１０は、排気側のＶＶＬ７１をオフのままにする。これにより、２サイクル目の火花点火燃焼によって生じた高温の既燃ガスは、気筒１８内に実質的に導入されない。その結果、気筒１８内の温度状態は比較的低くなる。尚、ＰＣＭ１０は、３サイクル目において、排気側のＶＶＬ７１をオンにしつつ、内部ＥＧＲガス量を、ＣＩモードにおいて設定されている内部ＥＧＲガス量よりも減量するようにしてもよい。
【０１４３】
３サイクル目においてＰＣＭ１０は、ＣＩモードで予め設定されているように、吸気行程から圧縮行程初期の期間内で、インジェクタ６７に対し、気筒１８内に燃料を噴射させる。気筒１８内の温度状態は比較的低いため、過早着火が回避され、気筒１８内の均質混合気は、圧縮上死点付近において圧縮着火し、燃焼する。２サイクル目における既燃ガスの温度が高いため、３サイクル目における気筒１８内の残留ガスの温度は高くなる。その結果、排気弁２２の二度開きを行わないものの、気筒１８内の温度が低すぎることは回避される。そのため、均質な混合気は、圧縮上死点付近において確実に圧縮着火し、安定的に燃焼する。尚、３サイクル目の燃焼は圧縮着火燃焼であると共に、作動ガス燃料比Ｇ／Ｆがリーンであるから、燃焼ガス温は低くなる。
【０１４４】
４サイクル目は、過渡モードの終了後のＣＩモードに相当する。このサイクルは、図７における４サイクル目と、実質的に同じである。つまり、ＰＣＭ１０は、通常のＣＩモードで設定されているように、排気側のＶＶＬ７１をオンにする。これにより、３サイクル目の圧縮着火燃焼によって生じた既燃ガスの一部は、気筒１８内に導入される。前述したように、この既燃ガスは比較的低温であるため、気筒１８内の温度状態は低くなる。４サイクル目において、ＰＣＭ１０は、燃料噴射時期を吸気行程期間から圧縮行程初期の期間内に設定する。過早着火は回避され、気筒１８内の均質な混合気は、圧縮上死点付近において圧縮着火する。尚、前述したように、ＰＣＭ１０は、過渡モード又はＣＩモードにおいて、リタード噴射を行ってもよい。
【０１４５】
次に、図１６のタイムチャートにおける最も左側の１サイクル目では、エンジン１は、外部ＥＧＲガスを導入している状態でかつ、ＳＩモードで運転をしている。混合気の空燃比は理論空燃比（λ≒１）である。ＰＣＭ１０は、インジェクタ６７に対し、リタード噴射を実行させる。燃料噴射量に見合った新気量となるよう、吸気弁２１のＣＶＶＬ７４は、吸気弁２１を比較的小リフトで駆動する。ＶＶＴ７２は、吸気弁２１を吸気下死点前の比較的早い時期に閉弁する。ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６を絞っている。また、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲ通路５０を通じて、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入している。排気弁２２のＶＶＬ７１はオフである。
【０１４６】
２サイクル目は、図１５のタイムチャートの２サイクル目と同じである。ＰＣＭ１０は、１０は、ＳＩモードを継続しつつ、排気弁２２の二度開きに備えて、吸気弁２１の閉弁時期を遅閉じとなるように変更する。この遅閉じに伴い、気筒１８内に導入される新気量は増大する。新気量の増量に対応するために、ＰＣＭ１０は、燃料噴射量を増量する。こうして、２サイクル目においても、混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比になる。インジェクタ６７は、リタード噴射によって燃料を気筒１８内に噴射する。
【０１４７】
３サイクル目は、ＳＩモードからＣＩモードへ切り替わる時のサイクルに相当し、過渡モードに対応する。ＰＣＭ１０は、点火プラグ２５の作動を停止しかつ、ＥＧＲ弁５１１及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１を共に閉じる。但し、ＥＧＲ通路５０に残留している排気ガスの一部は、気筒１８内に導入される。
【０１４８】
ＰＣＭ１０はまた、インジェクタ６７による噴射量を、１サイクル目と同程度となるように減少させる。その結果、３サイクル目における混合気のＡ／Ｆは、理論空燃比よりもリーンになる。尚、インジェクタ６７は、吸気行程から圧縮行程初期の期間内に、気筒１８内に燃料を噴射すればよい。前述したように、気筒１８内の温度状態が高く、過早着火が生じる虞があるときには、ＰＣＭ１０は、燃料の噴射時期を、圧縮行程後期以降に、遅らせてもよい。こうして、３サイクル目において、１サイクル目及び２サイクル目よりもリーンな均質混合気は、圧縮着火燃焼する。このことにより、排気ガス温度は低下する。但し、前述したように、ＰＣＭ１０がＥＧＲ弁５１１及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１を共に閉じるものの、３サイクル目において、高温の既燃ガスの一部は気筒１８内に導入される。その結果、排気ガス温度は十分に低下しない。そこで、図１６の制御例では、ＰＣＭ１０は、続く４サイクル目においても、３サイクル目と同じ過渡モードを実行する。４サイクル目の過渡モードによって、排気ガスの温度が十分に低下する。
【０１４９】
その後の５サイクル目において、ＰＣＭ１０が排気側のＶＶＬ７１をオンにして排気弁２２の二度開きを開始したときには、低温になった排気ガスが気筒１８内に導入される。このことにより、過早着火を招くことなく、圧縮着火燃焼を安定的に行うことが可能になる。この５サイクル目は、ＣＩモードに対応し、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わりが完了する。
【０１５０】
このように、ＣＶＶＬ７４を含む吸気弁２１の動弁機構においても、ＳＩモードからＣＩモードへの切り替わり時の過渡制御を行うことが可能である。但し、ＶＶＬ７３は、前述したように、ＳＩモードから過渡モードへの切り替えを瞬時に行うことができる。そのため、図７と図１５とを比較する、又は、図８と図１６とを比較することによって明らかなように、モードの切り替えに最低限必要なサイクル数が異なる。ＶＶＬ７３は、過渡制御の応答性を高めて、モードの切り替えがスムースになる点で優れている。
【０１５１】
（運転マップの別の例）
図１７は、エンジン１の温間時における運転マップの別の例を示している。図４に示す運転マップと異なり、図１７の運転マップでは、ＣＩモードを、エンジン負荷の高低に応じて３つの領域に分けている。具体的に、ＣＩモードにおいて負荷が最も低い領域（i）は、図４における領域（I）に対応する。この領域（i）では、ホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。領域（i）ではまた、図５Ａに示すように、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射する。これにより、均質なリーン混合気を形成する。混合気の空気過剰率λは、例えば２．４以上にしてもよい。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制して、排気エミッション性能を高めることが可能になる。但し、領域（i）における負荷の高い領域、具体的には、領域（i）と領域（ii）との境界を含む領域では、混合気の空燃比は理論空燃比（λ≒１）である。
【０１５２】
ＣＩモードにおいて、領域（i）よりも負荷の高い領域（ii）では、領域（i）の高負荷側と同様に、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒１８内に燃料を噴射する（図５Ａ参照）。それによって、気筒１８内に均質な理論空燃比（λ≒１）の混合気を形成する。
【０１５３】
領域（ii）ではまた、高温のホットＥＧＲガスと低温のクールドＥＧＲガスとを適宜の割合で気筒１８内に導入する。このことにより、気筒１８内の圧縮端温度を適切にし、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、圧縮着火燃焼の安定化を図る。尚、ホットＥＧＲガス及びクールドＥＧＲガスを合わせた、気筒１８内に導入されるＥＧＲガスの割合としてのＥＧＲ率は、混合気のＡ／Ｆをλ≒１に設定する条件下で可能な限り高く設定される。従って、領域（ii）においては、エンジン負荷の増大に伴い燃料噴射量が増大するから、ＥＧＲ率は次第に低下するようになる。
【０１５４】
ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線を含む、ＣＩモードにおいて最も負荷の高い領域（iii）は、図４の運転マップにおける領域（II）に対応する。この領域では、気筒１８内の温度制御に加えて、高圧リタード噴射を行う。
【０１５５】
エンジン負荷の高低に応じて３つの領域に分けられたＣＩモードに対して、ＳＩモードは、エンジン回転数の高低に応じて、領域（iv）と領域（v）との２つの領域に分けられている。領域（iv）は、図例においては、エンジン１の運転領域を低速域と、高速域の２つに区分したときの低速域に相当し、領域（v）は高速域に相当する。領域（iv）と領域（v）との境界はまた、図１７に示す運転領域において、負荷の高低に対して回転数方向に傾いているが、領域（iv）と領域（v）との境界は図例に限定されない。
【０１５６】
領域（iv）は、図４の領域（IV）に対応する。インジェクタ６７は、リタード噴射を行う（図５Ｃ参照）。一方、領域（v）は、図４の領域（V）に対応する。インジェクタ６７は、リタード噴射を含む分割噴射を行う（図５Ｄ参照）。
【０１５７】
このような温間時の運転マップにおいて、前述した過渡制御は、例えばエンジン１の運転状態がＳＩモードである領域（iv）又は領域（v）から、ＣＩモードである領域（i）、領域（ii）又は領域（iii）へ移行する状況を例示することができる。
【０１５８】
（他の実施形態）
尚、ここに開示する技術は、前述したエンジン構成への適用に限定されるものではない。例えば、吸気行程期間内における燃料噴射は、気筒１８内に設けたインジェクタ６７ではなく、別途、吸気ポート１６に設けたポートインジェクタを通じて、吸気ポート１６内に燃料を噴射してもよい。
【０１５９】
また、エンジン１は、直列４気筒エンジンに限らず、直列３気筒、直列２気筒、直列６気筒エンジン等に適用してもよい。また、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒、水平対向４気筒等の各種のエンジンに適用可能である。
【０１６０】
さらに、前記の説明では、所定の運転領域において混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定しているが、混合気の空燃比をリーンに設定してもよい。但し、空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用が可能になるという利点がある。
【０１６１】
また、高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。これらの分割噴射では、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれにおいて燃料を噴射してもよい。
【符号の説明】
【０１６２】
１    エンジン（エンジン本体）
１０  ＰＣＭ（制御器）
１８  気筒
２１  吸気弁
２２  排気弁
２５  点火プラグ
５０  ＥＧＲ通路（排気還流装置）
５１  主通路（排気還流装置）
５１１  ＥＧＲ弁（排気還流装置）
５２  ＥＧＲクーラ（排気還流装置）
５３  ＥＧＲクーラバイパス通路（排気還流装置）
５３１  ＥＧＲクーラバイパス弁（排気還流装置）
６７  インジェクタ（燃料噴射弁）
７１  ＶＶＬ（排気還流装置、内部ＥＧＲ調整装置）
７２  ＶＶＴ（動弁機構）
７３  ＶＶＬ（動弁機構）
７４  ＣＶＶＬ（動弁機構）
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒を有するエンジン本体と、
前記気筒内に臨んで配設されかつ、前記気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、
排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流装置と、
少なくとも前記点火プラグ及び前記排気還流装置を制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備え、
前記制御器は、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する圧縮着火モードと、前記点火プラグの駆動により前記気筒内の混合気に点火をして燃焼させる火花点火燃焼を行って前記エンジン本体を運転する火花点火モードと、を切り替えると共に、少なくとも前記圧縮着火モードでは、前記排気還流装置の制御を通じて、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定値となるように前記排気ガスを前記気筒内に導入し、
前記制御器はまた、前記火花点火モードから前記圧縮着火モードへ切り替える際に、前記気筒内に導入する前記排気ガスの量を少なくすると共に、前記気筒内に導入する新気量を増大させることによって、前記ＥＧＲ率が前記圧縮着火モードにおいて設定されるＥＧＲ率よりも低くしかつ、前記気筒内の混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリーンでかつ、前記圧縮着火モードに切り替える前の前記火花点火モードの空燃比よりもリーンとし、さらに前記点火プラグを非作動として圧縮着火燃焼を行う過渡モードを介在させる火花点火式エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記排気還流装置は、排気行程から吸気行程の間で前記気筒内に残る排気ガス量を調整する内部ＥＧＲ調整装置を含み、
前記制御器は、前記火花点火モード時及び前記過渡モード時には、前記気筒内に残る排気ガス量が、前記圧縮着火モード時よりも少なくなるように前記内部ＥＧＲ調整装置を制御すると共に、前記圧縮着火モード時には前記気筒内に残る排気ガス量によって前記ＥＧＲ率が前記所定値となるように前記内部ＥＧＲ調整装置を制御する火花点火式エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記内部ＥＧＲ調整装置は、前記動弁機構によって構成され、
前記動弁機構は、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第１のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、前記第１のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする、又は、前記吸気弁を、前記第１のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作で、前記吸気弁及び前記排気弁を動作させる火花点火式エンジン。
【請求項４】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記内部ＥＧＲ調整装置は、前記動弁機構によって構成され、
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際に、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記吸気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記排気弁を、当該第２のバルブ動作での前記排気弁の閉弁時期よりも遅い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする火花点火式エンジン。
【請求項５】
請求項２に記載の火花点火式エンジンにおいて、
吸気弁及び排気弁の動作を制御する動弁機構をさらに備え、
前記内部ＥＧＲ調整装置は、前記動弁機構によって構成され、
前記動弁機構は、前記火花点火モードから前記過渡モードを経て前記圧縮着火モードに切り替える際には、
前記火花点火モード時には、前記排気弁を排気行程中に開弁すると共に、前記吸気弁を吸気行程中に開弁する第１のバルブ動作とし、
前記過渡モード時には、前記第１のバルブ動作と比較して、前記排気弁の開弁期間を短くした第２のバルブ動作とし、
前記圧縮着火モード時には、前記第２のバルブ動作に加えて、前記吸気弁を、当該第２のバルブ動作での前記吸気弁の開弁時期よりも早い時期において開弁している状態にする第３のバルブ動作とする火花点火式エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記制御器はまた、前記圧縮着火モードから前記火花点火モードへ切り替える際には、前記過渡モードを介在させずに切り替えを行う火花点火式エンジン。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の火花点火式エンジンにおいて、
前記気筒内に燃料を直接噴射するよう構成された燃料噴射弁を備え、
前記制御器は、前記火花点火モードから前記過渡モードに切り替わった以降において、前記気筒内の温度状態に応じて、前記燃料噴射弁を通じた燃料噴射時期を、圧縮行程中期以降に設定する火花点火式エンジン。
【国際調査報告】
2014038108.tif 000023
2014038108.tif 000024