(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮着火式エンジンにおいて、燃焼室内のＥＧＲ状態を精度よく推定する。【解決手段】圧縮着火式エンジンは、点火部（点火プラグ）と、燃焼室内のＥＧＲ状態を推定するＥＧＲ状態推定部と、を備える。エンジンは、点火部が混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼する。ＥＧＲ状態推定部は、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、ＥＧＲ状態を推定する。【選択図】図７
2019039353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気が圧縮着火により燃焼するエンジンと、
前記燃焼室の中に臨んで配設された点火部と、
前記燃焼室内のＥＧＲ状態を推定するＥＧＲ状態推定部と、を備え、
前記エンジンは、前記点火部が前記混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼し、
前記ＥＧＲ状態推定部は、前記点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
燃焼室内の混合気が圧縮着火により燃焼するエンジンと、
前記燃焼室の中に臨んで配設された点火部と、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中への既燃ガスの導入を調整するＥＧＲシステムと、
前記燃焼室内のＥＧＲ状態を推定するＥＧＲ状態推定部と、
前記点火部、前記ＥＧＲシステム及び前記ＥＧＲ状態推定部に接続されかつ、前記ＥＧＲ状態推定部の推定信号を受けると共に、前記点火部及び前記ＥＧＲシステムに制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記エンジンは、前記点火部が前記混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼し、
前記ＥＧＲ状態推定部は、前記点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定し、
前記制御部は、ＥＧＲ状態の推定信号を受けて、前記燃焼室内のＥＧＲ状態が所定のＥＧＲ状態となるように、前記ＥＧＲシステムに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼室内の圧力を検知する筒内圧センサを備え、
前記ＥＧＲ状態推定部は、前記筒内圧センサが検知した、前記点火による燃焼が開始してから自己着火による燃焼が開始するまでの期間を少なくとも含む、前記燃焼室内の圧力変動に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記ＥＧＲ状態推定部は、自己着火による燃焼が開始した以降の燃焼状態に基づかずに、前記点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼状態に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記ＥＧＲ状態推定部は、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角度位置に基づいてＥＧＲ状態を推定し、
前記所定割合は、質量燃焼割合５０％以下において定められる圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記所定割合は、質量燃焼割合１０％以上において定められる圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼室内にスワール流を発生させるスワール発生部を備え、
前記ＥＧＲ状態推定部は、前記燃焼室内に所定の強さ以上のスワール流が発生しているときに、前記ＥＧＲ状態を推定する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ディーゼルエンジンにおいて、筒内圧センサが検出した燃焼室内の圧力変動の時系列データに基づいて、燃焼室内のＥＧＲ率が目標のＥＧＲ率からずれているか否かを判定することが記載されている。つまり、この技術は、燃焼室内のＥＧＲ率が目標のＥＧＲ率からずれていると、燃焼状態が目標の燃焼状態とは異なることを利用して、筒内圧センサの検出信号に基づいて、ＥＧＲ率が目標のＥＧＲ率からずれているか否かを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０６７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術は、圧縮着火燃焼を行うディーゼルエンジンに適用されるものである。圧縮着火燃焼の燃焼状態は、特許文献１に記載されているように燃焼室のＥＧＲ状態が変わると変化するが、圧縮着火燃焼の燃焼状態を変化させる要因は、燃焼室内のＥＧＲ状態に限らない。例えば、燃焼室内の温度が変わっても、圧縮着火燃焼の燃焼状態は変化する。また、混合気の燃焼濃度のムラ等に起因して、圧縮着火燃焼の燃焼状態は変化する場合がある。
【０００５】
そのため、圧縮着火による燃焼状態が目標の燃焼状態からずれたことを検知したとしても、その要因が、燃焼室内のＥＧＲ状態が目標のＥＧＲ状態からずれたことにあるのか、それとも、他の要因であるのかを判断することは困難である。特許文献１に記載された技術は、ＥＧＲ状態の推定精度が低い。
【０００６】
ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンにおいて、燃焼室内のＥＧＲ状態を精度よく推定する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者らは、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせる燃焼形態を考えた。ＳＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態とは、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、ＳＩ燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、燃焼室の中の未燃混合気が圧縮着火により燃焼する形態である。この燃焼形態を、以下においてはＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼と呼ぶ。
【０００８】
圧縮着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらつくと、圧縮着火のタイミングが大きく変化する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、圧縮着火のタイミングをコントロールすることができる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼によってＣＩ燃焼をコントロールすることができる。
【０００９】
火炎伝播によるＳＩ燃焼は、圧力上昇がＣＩ燃焼よりも緩やかであるため、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。また、ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも燃焼期間が短縮するため、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃費の向上に有利になる。
【００１０】
ＳＰＣＣＩ燃焼においては、前述したように、点火によるＳＩ燃焼が開始した後で、自己着火によるＣＩ燃焼が開始をする。点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間は、火炎伝播による燃焼が行われる。本願発明者らは、この火炎伝播による燃焼状態に基づいて、燃焼室内のＥＧＲ状態を精度よく推定することができることを見出し、ここに開示する技術を完成するに至った。
【００１１】
具体的に、ここに開示する圧縮着火式エンジンは、燃焼室内の混合気が圧縮着火により燃焼するエンジンと、前記燃焼室の中に臨んで配設された点火プラグと、前記燃焼室内のＥＧＲ状態を推定するＥＧＲ状態推定部と、を備える。
【００１２】
そして、前記エンジンは、前記点火プラグが前記混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼し、前記ＥＧＲ状態推定部は、前記点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定する。
【００１３】
ここで、「エンジン」は、燃焼室が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する、４ストロークエンジンとすればよい。
【００１４】
燃焼室内においては、点火プラグが混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼する。エンジンは、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【００１５】
ＥＧＲ状態推定部は、燃焼状態に基づいて、燃焼室内のＥＧＲ状態を推定する。「ＥＧＲ状態」は、「燃焼室内のＥＧＲ率」としてもよいし、「目標のＥＧＲ率からのずれ」としてもよい。また、「ＥＧＲ状態」は、ＥＧＲガスを含む燃焼室の中の全ガスと燃料との重量比である「Ｇ／Ｆ」としてもよいし、「目標のＧ／Ｆからのずれ」としてもよい。
【００１６】
ＥＧＲ状態推定部は、具体的には、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定する。火炎伝播による燃焼は、圧縮着火による燃焼とは異なり、燃焼室内の温度や、混合気の濃度ムラ等の影響を受けにくい一方で、ＥＧＲ状態の影響により、燃焼状態が変わる。例えば燃焼室内のＥＧＲガスが多すぎると、火炎の伝播がし難くなるから、燃焼状態が変化する。火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づくことによって、ＥＧＲ推定部は、燃焼室内のＥＧＲ状態を精度よく推定することができる。
【００１７】
尚、ＥＧＲ状態推定部は、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼状態に基づけばよいが、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまでの期間以外の燃焼状態をも考慮して、ＥＧＲ状態を推定してもよい。
【００１８】
ここに開示する圧縮着火式エンジンはまた、燃焼室内の混合気が圧縮着火により燃焼するエンジンと、前記燃焼室の中に臨んで配設された点火プラグと、前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中への既燃ガスの導入を調整するＥＧＲシステムと、前記燃焼室内のＥＧＲ状態を推定するＥＧＲ状態推定部と、前記点火部、前記ＥＧＲシステム及び前記ＥＧＲ状態推定部に接続されかつ、前記ＥＧＲ状態推定部の推定信号を受けると共に、前記点火部及び前記ＥＧＲシステムに制御信号を出力する制御部と、を備える。
【００１９】
そして、前記エンジンは、前記点火プラグが前記混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼し、前記ＥＧＲ状態推定部は、前記点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定し、前記制御部は、ＥＧＲ状態の推定信号を受けて、前記燃焼室内のＥＧＲ状態が所定のＥＧＲ状態となるように、前記ＥＧＲシステムに制御信号を出力する。
【００２０】
前述したように、ＥＧＲ状態推定部は、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定することにより、ＥＧＲ状態を精度よく推定することができる。
【００２１】
コントローラーは、精度よく推定されたＥＧＲ状態に基づいて、ＥＧＲシステムに制御信号を出力する。例えば、推定されたＥＧＲ状態と、目標のＥＧＲ状態とに基づいて、燃焼室内のＥＧＲ状態が目標のＥＧＲ状態に近づくよう、ＥＧＲシステムに制御信号を出力してもよい。ＥＧＲ状態の推定精度が高いため、ＥＧＲ状態を目標のＥＧＲ状態に正確に近づけることが可能になる。
【００２２】
その結果。例えばＳＰＣＣＩ燃焼の安定性を確保しながら、燃焼室内に導入するＥＧＲガスの量をできるだけ多くすることができるから、エンジンの燃費性能の向上に有利になる。
【００２３】
圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記燃焼室内の圧力を検知する筒内圧センサを備え、前記ＥＧＲ状態推定部は、前記筒内圧センサが検知した、前記点火による燃焼が開始してから自己着火による燃焼が開始するまでの期間を少なくとも含む、前記燃焼室内の圧力変動に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定する、としてもよい。
【００２４】
筒内圧センサが検出した燃焼室内の圧力変動に基づいて、混合気が燃焼をしたときの質量燃焼割合を算出することが可能になる。燃焼室内の燃焼状態を把握することが可能になるため、ＥＧＲ状態を精度よく推定することが可能になる。
【００２５】
前記ＥＧＲ状態推定部は、自己着火による燃焼が開始した以降の燃焼状態に基づかずに、前記点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼状態に基づいて、前記ＥＧＲ状態を推定する、としてもよい。
【００２６】
前述したように、圧縮着火によるＣＩ燃焼は、ＥＧＲ状態の変化に限らず、燃焼室内の温度や、混合気の濃度ムラ等の影響を受けて、燃焼状態が変わる。そのため、自己着火による燃焼が開始した以降の燃焼状態に基づかない方が、推定精度を高くする目的において、ＥＧＲ状態の推定に有利である。
【００２７】
尚、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼は圧力上昇率が相対的に低く、ＣＩ燃焼は圧力上昇率が相対的に高いため、燃焼室内の圧力変動に基づいて、自己着火による燃焼が開始したクランク角度位置を特定することが可能である。
【００２８】
前記ＥＧＲ状態推定部は、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角度位置に基づいてＥＧＲ状態を推定し、前記所定割合は、質量燃焼割合５０％以下において定められる、としてもよい。
【００２９】
ＳＰＣＣＩ燃焼において質量燃焼割合５０％を超えるクランク角度位置は、ＣＩ燃焼が開始している場合がある。ＥＧＲ状態推定部は、質量燃焼割合が、質量燃焼割合５０％以下において定められた所定割合となるクランク角度位置に基づいてＥＧＲ状態を推定することにより、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼に基づいて、ＥＧＲ状態を推定することができる。ＥＧＲ状態の推定精度が高まる。
【００３０】
前記所定割合は、質量燃焼割合１０％以上において定められる、としてもよい。
【００３１】
質量燃焼割合１０％未満のクランク角度位置は、点火による燃焼が開始して直ぐの時点であるため、燃焼室内の圧力上昇量も少ない。そのため、ＥＧＲ状態を誤推定してしまう恐れがある。
【００３２】
本願発明者らの検討によると、質量燃焼割合１０％以上のクランク角度位置に基づいて、燃焼状態を判断することにより、ＥＧＲ状態の推定精度を高めることが可能になる。
【００３３】
圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記燃焼室内にスワール流を発生させるスワール発生部を備え、前記ＥＧＲ状態推定部は、前記燃焼室内に所定の強さ以上のスワール流が発生しているときに、前記ＥＧＲ状態を推定する、としてもよい。
【００３４】
本願発明者らの検討によると、スワール流を強くすることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始するまでにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。その結果、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、ＥＧＲ状態を精度よく推定することが可能になる。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンによると、燃焼室内のＥＧＲ状態を精度よく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、エンジンの構成を例示する図である。
【図２】図２は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。
【図３】図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。
【図４】図４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図５】図５は、エンジンの運転領域マップを例示する図である。
【図６】図６は、図５の運転領域マップの各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期と、燃焼波形とを例示する図である。
【図７】図７は、ＳＰＣＣＩ燃焼の、クランク角に対する熱発生率の変化の一例において、質量燃焼割合１０％のクランク角度位置を示す図である。
【図８】図８は、スワール比測定のためのリグ試験装置を例示する図である。
【図９】図９は、セカンダリ通路の開口比率とスワール比との関係を例示する図である。
【図１０】図１０は、ＥＣＵが実行するエンジンの制御の手順を例示するフロー図である。
【図１１】図１１は、ＳＩ率の調整に係る制御概念を説明する図である。
【図１２】図１２は、ＳＰＣＣＩ燃焼において、混合気のＧ／Ｆと、点火時期及び質量燃焼割合５０％のクランク角度位置との関係の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、ＥＣＵが実行する、ＥＧＲ状態の推定と、ＥＧＲ量の調整とに係る制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、圧縮着火式エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジンの一例である。図１は、エンジンの構成を例示する図である。図２は、燃焼室の構成を例示する図である。図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２及び図３における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【００３８】
エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載される。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。
【００３９】
（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１及び図２では、一つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。
【００４０】
各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときの空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。
【００４１】
シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２の上図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側から噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。
【００４２】
ピストン３の上面は燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、後述するインジェクタ６に向かい合う。
【００４３】
キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。キャビティ３１の中心は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と一致している。キャビティ３１は、凸部３１１を有している。凸部３１１は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２上に設けられている。凸部３１１は、略円錐状である。凸部３１１は、キャビティ３１の底部から、燃焼室１７の天井面に向かって上向きに伸びている。
【００４４】
キャビティ３１はまた、凸部３１１の周囲に設けられた凹陥部３１２を有している。凹陥部３１２は、凸部３１１の全周を囲むように設けられている。キャビティ３１は、噴射軸心Ｘ２に対して対称な形状を有している。
【００４５】
凹陥部３１２の周側面は、キャビティ３１の底面からキャビティ３１の開口に向かって噴射軸心Ｘ２に対して傾いている。凹陥部３１２におけるキャビティ３１の内径は、キャビティ３１の底部からキャビティ３１の開口に向かって次第に拡大する。
【００４６】
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１３以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。このエンジン１は、混合気の自着火のためにピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。つまり、エンジン１は、ＣＩ燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度）においては、１４〜１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度）においては、１５〜１８としてもよい。
【００４７】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２の、二つの吸気ポートを有している。第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２は、クランクシャフト１５の軸方向、つまり、エンジン１のフロント−リヤ方向に並んでいる。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。
【００４８】
吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁２１の開時期及び閉時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００４９】
シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２の、二つの排気ポートを有している。第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２は、エンジン１のフロント−リヤ方向に並んでいる。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。
【００５０】
排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁２２の開時期及び閉時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００５１】
このエンジン１は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって、吸気弁２１の開時期と排気弁２２の閉時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気する。また、オーバーラップ期間の長さを調整することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入する、又は、燃焼室１７の中に閉じ込める。この構成例においては、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４が、内部ＥＧＲシステムを構成している。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ−ＶＴによって構成されるとは限らない。また、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４はそれぞれ、燃焼室１７の中への新気及びＥＧＲガスの導入を調整する状態量調整部の一つである。
【００５２】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ６は、吸気側の傾斜面１３１１と排気側の傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。インジェクタ６は、図２に示すように、その噴射軸心Ｘ２がシリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配設されている。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、前述したようにキャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その場合も、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致していることが望ましい。
【００５３】
インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。噴孔の軸は、図２の上図に示すように、後述する点火プラグ２５に対して、周方向に位置がずれている。つまり、点火プラグ２５は、隣り合う二つの噴孔の軸に挟まれている。これにより、インジェクタ６から噴射された燃料の噴霧が、点火プラグ２５に直接当たって、電極を濡らしてしまうことが回避される。
【００５４】
インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能に構成されている。燃料供給システム６１の最高燃料圧力は、例えば１２０ＭＰａ程度にしてもよい。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。
【００５５】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、図２に示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５をシリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置する一方、インジェクタ６を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側、又は、排気側に配設してよい。
【００５６】
エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。吸気通路４０は、燃焼室１７に導入するガスが流れる通路である。吸気通路４０の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナー４１が配設されている。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に接続されている。
【００５７】
吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調整することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。スロットル弁４３は、状態量調整部の一つである。
【００５８】
吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入するガスを過給するよう構成されている。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、例えばリショルム式としてもよい。機械式の過給機４４の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機４４は、ルーツ式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。
【００５９】
過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン１との間で、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５の遮断及び接続を切り替えることによって、過給機４４はオンとオフとが切り替わる。このエンジン１は、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給することと、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給しないこととを切り替えることができるよう構成されている。
【００６０】
吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。インタークーラー４６は、例えば水冷式に構成すればよい。インタークーラー４６は、油冷式であってもよい。
【００６１】
吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするよう、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。より具体的に、バイパス通路４７は、サージタンク４２に接続されている。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調整する。
【００６２】
過給機４４をオフにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を遮断したとき）には、エアバイパス弁４８を全開にする。これにより、吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に導入される。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。
【００６３】
過給機４４をオンにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を接続したとき）には、過給機４４を通過したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に逆流する。エアバイパス弁４８の開度を調整することによって、逆流量を調整することができるから、燃焼室１７に導入するガスの過給圧を調整することができる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。
【００６４】
この構成例においては、過給機４４とバイパス通路４７とエアバイパス弁４８とによって、過給システム４９が構成されている。過給システム４９は、状態量調整部の一つである。
【００６５】
エンジン１は、燃焼室１７内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、図３に示すように、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロール弁５６である。スワールコントロール弁５６は、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２との内の、セカンダリ通路４０２に配設されている。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調整弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、エンジン１の前後方向に並んだ第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２の内、第１吸気ポート１８１から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に増えかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に減るから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図３における反時計回り方向に周回する（図２の白抜きの矢印も参照）。
【００６６】
尚、スワール発生部は、吸気通路４０にスワールコントロール弁５６を取り付ける代わりに、又は、スワールコントロール弁５６を取り付けることに加えて、二つの吸気弁２１の開弁期間をずらし、一方の吸気弁２１のみから燃焼室１７の中に吸気を導入することができる構成を採用してもよい。二つの吸気弁２１の内の一方の吸気弁２１のみが開弁することによって、燃焼室１７の中に吸気が不均等に導入するから、燃焼室１７の中にスワール流を発生させることができる。さらに、スワール発生部は、吸気ポート１８の形状を工夫することによって、燃焼室１７の中にスワール流を発生させように構成してもよい。
【００６７】
エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ１１の排気ポート１９に接続されている。
【００６８】
排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。
【００６９】
吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、既燃ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流に接続されている。より具体的に、ＥＧＲ通路５２の下流端は、バイパス通路４７の途中に接続されている。ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスは、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０における過給機４４の上流に入る。
【００７０】
ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、既燃ガスを冷却するよう構成されている。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。ＥＧＲ弁５４の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調整することができる。
【００７１】
この構成例において、ＥＧＲシステム５５は、ＥＧＲ通路５２及びＥＧＲ弁５４を含んで構成されている外部ＥＧＲシステムと、前述した吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含んで構成されている内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。ＥＧＲ弁５４はまた、状態量調整部の一つを構成している。外部ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路５２がＧＰＦ５１２よりも下流に接続されていると共に、ＥＧＲクーラー５３を有しているため、内部ＥＧＲシステムよりも低温の既燃ガスを、燃焼室１７に供給することができる。
【００７２】
圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図４に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をする入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。
【００７３】
ＥＣＵ１０には、図１及び図４に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６が接続されている。センサＳＷ１〜ＳＷ１６は、検知信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
【００７４】
すなわち、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサＳＷ１、及び、新気の温度を検知する第１吸気温度センサＳＷ２、吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力を検知する第１圧力センサＳＷ３、吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を検知する第２吸気温度センサＳＷ４、サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力を検知する第２圧力センサＳＷ５、各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力を検知する指圧センサＳＷ６、排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサＳＷ７、排気通路５０における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するリニアＯ２センサＳＷ８、上流の触媒コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するラムダＯ２センサＳＷ９、エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を検知する水温センサＳＷ１０、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を検知するクランク角センサＳＷ１１、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサＳＷ１２、エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検知する吸気カム角センサＳＷ１３、エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検知する排気カム角センサＳＷ１４、ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧を検知するＥＧＲ差圧センサＳＷ１５、並びに、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を検知する燃圧センサＳＷ１６である。
【００７５】
ＥＣＵ１０は、これらの検知信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ＥＣＵ１００は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。
【００７６】
例えば、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ１２の検知信号と予め設定しているマップとに基づいて、エンジン１の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標過給圧と、第１圧力センサＳＷ３及び第２圧力センサＳＷ５の検知信号から得られる過給機４４の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁４８の開度を調整することにより、過給圧が目標過給圧となるようにフィードバック制御を行う。
【００７７】
また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態と予め設定したマップとに基づいて目標ＥＧＲ率（つまり、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比率）を設定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標ＥＧＲ率とアクセル開度センサＳＷ１２の検知信号に基づく吸入空気量とに基づき目標ＥＧＲガス量を決定すると共に、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の検知信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調整することにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにフィードバック制御を行う。
【００７８】
さらに、ＥＣＵ１０は、所定の制御条件が成立しているときに空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にＥＣＵ１０は、リニアＯ２センサＳＷ８、及び、ラムダＯ２センサＳＷ９によって検知された排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ６の燃料噴射量を調整する。
【００７９】
尚、その他のＥＣＵ１０によるエンジン１の制御の詳細は、後述する。
【００８０】
（エンジンの運転領域）
図５は、温間時における、エンジン１の運転領域マップを例示している。エンジン１の運転領域マップ５０１、５０２は、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域（１）−１、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域（１）−２、中負荷領域（１）−２よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域（２）、高負荷領域において中回転領域（２）よりも回転数の低い低回転領域（３）、及び、低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２、高負荷中回転領域（２）、及び、高負荷低回転領域（３）よりも回転数の高い高回転領域（４）である。ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域とすればよい。図５の例では、回転数Ｎ１未満を低回転、回転数Ｎ２以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。回転数Ｎ１は、例えば１２００ｒｐｍ程度、回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。尚、図５における二点鎖線は、エンジン１のロード−ロードライン（Road-Load Line）を示している。図５においては、理解容易のために、エンジン１の運転領域マップ５０１、５０２を二つに分けて描いている。マップ５０１は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、過給機４４の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。マップ５０２は、各領域におけるスワールコントロール弁５６の開度を示している。
【００８１】
エンジン１は、温間時においては、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２、及び、高負荷中回転領域（２）において、圧縮自己着火による燃焼を行う。エンジン１はまた、その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域（３）及び高回転領域（４）においては、火花点火による燃焼を行う。
【００８２】
（ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト）
自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【００８３】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼をすると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする形態である。
【００８４】
ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。
【００８５】
図７は、ＳＰＣＣＩ燃焼における、クランク角に対する熱発生率の変化を例示する波形７０１を示している。所定タイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火すると（符号７０２参照）、火炎伝播による燃焼が開始する。ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。従って、熱発生率の波形は、傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、ＳＩ燃焼時の、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。
【００８６】
ＳＩ燃焼によって、燃焼室１７の中の温度及び圧力が高まると、未燃混合気が自己着火する。図７に示す熱発生率の波形７０１の例では、自己着火のタイミングで、波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。
【００８７】
ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。但し、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、ピストン３が下降している。ＣＩ燃焼による、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθも比較的穏やかになる。
【００８８】
ｄｐ／ｄθは、燃焼騒音を表す指標として用いることができるが、前述の通りＳＰＣＣＩ燃焼は、ｄｐ／ｄθを小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えることができる。
【００８９】
ＣＩ燃焼が終了することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼は、膨張行程中の燃焼終了時期を、圧縮上死点に近づけることが可能である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、エンジン１の燃費性能の向上に有利である。
【００９０】
従って、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼騒音の防止と、燃費性能の向上とを両立することができる。
【００９１】
ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率波形は、ＳＩ燃焼によって形成された、立ち上がりの傾きが相対的に小さい第１熱発生率部と、ＣＩ燃焼によって形成された、立ち上がりの傾きが相対的に大きい第２熱発生率部と、が、この順番に連続するように形成されている。また、ＳＩ燃焼（つまり、第１熱発生率部）の熱発生量をエンジンの運転状態に応じて変化させることで、ＣＩ燃焼（つまり、第２熱発生率部）の開始時期がエンジンの運転状態に応じて設定される目標ＣＩ燃焼開始時期となるように、燃焼制御手段（例えばＥＧＲシステム、可変動弁機構、吸気量制御手段）を制御する。
【００９２】
ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した熱量に対する、ＳＩ燃焼により発生した熱量の比率としてもよい。例えば波形７０１においてＳＩ率は、ＳＩ率＝（ＳＩ燃焼の面積）／（ＳＰＣＣＩ燃焼の面積）によって表すことができる。波形７０１においてＳＩ燃焼によって燃焼をする燃料の割合の意味で、前記ＳＩ率を、ＳＩ燃料割合と呼んでもよい。
【００９３】
ＳＩ率は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比である。ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。
【００９４】
尚、ＳＩ率は、前述した定義に限定されるものではない。ＳＩ率は、様々な定義が考えられる。
【００９５】
エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、燃焼室１７内に強いスワール流を発生させている。スワール比は、例えば４以上としてもよい。
【００９６】
ここで、スワール流の強さについて説明する。スワール流の強さは、スワール比によって表すことができる。「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値と定義することができる。吸気流横方向角速度は、図８に示すリグ試験装置を用いた測定に基づいて求めることができる。すなわち、同図に示す装置は、基台にシリンダヘッド１３を上下反転して設置して、吸気ポート１８を図外の吸気供給装置に接続する一方、そのシリンダヘッド１３上にシリンダ３６を設置すると共に、その上端にハニカム状ロータ３７を有するインパルスメータ３８を接続して構成されている。インパルスメータ３８の下面は、シリンダヘッド１３とシリンダブロックとの合わせ面から１．７５Ｄ（尚、Ｄはシリンダボア径）の位置に位置づけている。吸気供給に応じてシリンダ３６内に生じるスワール（図８の矢印参照）によって、ハニカム状ロータ３７に作用するトルクをインパルスメータ３８によって計測し、それに基づいて、吸気流横方向角速度を求めることができる。
【００９７】
図９は、このエンジン１におけるスワールコントロール弁５６の開度と、スワール比との関係を示している。図９は、スワールコントロール弁５６の開度を、セカンダリ通路４０２の全開断面に対する開口比率によって表している。スワールコントロール弁５６が全閉のときに、セカンダリ通路４０２の開口比率は０％となり、スワールコントロール弁５６の開度が大きくなると、セカンダリ通路４０２の開口比率が０％よりも大きくなる。スワールコントロール弁５６が全開のときに、セカンダリ通路４０２の開口比率は１００％となる。図９に例示するように、このエンジン１は、スワールコントロール弁５６を全閉にすると、スワール比は６程度になる。スワール比を４以上にするならば、スワールコントロール弁５６の開度は、開口比率が０〜１５％となる範囲で調整すればよい。
【００９８】
燃焼室１７の中に強いスワール流を発生させると、ＳＰＣＣＩ燃焼においてＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてＮＯｘの生成も抑制される。また、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定化する結果、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。
【００９９】
（各領域におけるエンジンの運転）
以下、図５の運転領域マップ５０１、５０２の各領域におけるエンジン１の運転について、図６に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。図６の横軸は、クランク角である。尚、図６における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６はそれぞれ、図５の運転領域マップ５０１における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６によって示すエンジン１の運転状態に対応する。
【０１００】
（低負荷領域（１）−１）
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１０１】
図６の符号６０１は、エンジン１が低負荷領域（１）−１における運転状態６０１にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０１１、６０１２）及び点火時期（符号６０１３）、並びに、燃焼波形（つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号６０１４）を示している。
【０１０２】
エンジン１の燃費性能を向上させるために、ＥＧＲシステム５５は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的には、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることにより、燃焼室１７の中から吸気ポート１８及び排気ポート１９に排出した排気ガスの一部を、燃焼室１７の中に再導入する。燃焼室１７の中に熱い既燃ガスを導入するため、燃焼室１７の中の温度を高くすることができ、ＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利になる。尚、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けようにしてもよい。
【０１０３】
また、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときには、燃焼室１７の中には、強いスワール流が形成される。スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、中央部において弱くなる。スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート１８はタンブルポートであるため、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。
【０１０４】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、スワール比は４以上になる。スワール比は４以上６以下としてもよい。スワールコントロール弁５６の開度は、開口比率が０〜１５％となる範囲で調整すればよい。
【０１０５】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比よりもリーンである。つまり、燃焼室１７の全体において、混合気の空気過剰率λは１を超える。より詳細に、燃焼室１７の全体において混合気のＡ／Ｆは３０以上である。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。
【０１０６】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、燃焼室１７内の中央部と外周部との間において、混合気は成層化している。燃焼室１７内の中央部は、点火プラグ２５が配置されている部分であり、外周部は、中央部の周囲であって、シリンダ１１のライナーに接する部分である。燃焼室１７内の中央部は、スワール流が弱い部分、外周部は、スワール流が強い部分、と定義してもよい。
【０１０７】
中央部の混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のＡ／Ｆは、２０以上３０以下であり、外周部の混合気のＡ／Ｆは、３５以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。
【０１０８】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、インジェクタ６は、圧縮行程中に燃料を複数回、燃焼室１７の中に噴射する（符号６０１１、６０１２）。複数回の燃料噴射と、燃焼室１７の中のスワール流とによって、前述したように、燃焼室１７の中央部と外周部とにおいて、混合気を成層化する。
【０１０９】
燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ２５は、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０１３）。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼のコントロール性が向上する。その結果、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、燃焼騒音の発生の抑制と、燃焼期間の短縮による燃費性能の向上とが両立する。
【０１１０】
以上のように、低負荷領域（１）−１においてエンジン１は、混合気を理論空燃比よりもリーンしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、低負荷領域（１）−１は、「ＳＰＣＣＩリーン領域」と呼ぶことができる。
【０１１１】
（中負荷領域（１）−２）
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転しているときも、低負荷領域（１）−１と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１１２】
図６の符号６０２は、エンジン１が中負荷領域（１）−２における運転状態６０２にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０２１、６０２２）及び点火時期（符号６０２３）、並びに、燃焼波形（符号６０２４）を示している。
【０１１３】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が中負荷領域（１）−２にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的には、低負荷領域（１）−１と同様に、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることにより、燃焼室１７の中から吸気ポート１８及び排気ポート１９に排出した排気ガスの一部を、燃焼室１７の中に再導入する。つまり、内部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。また、中負荷領域（１）−２においては、ＥＧＲ通路５２を通じて、ＥＧＲクーラー５３によって冷却した排気ガスを、燃焼室１７の中に導入する。つまり、内部ＥＧＲガスに比べて温度が低い外部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。中負荷領域（１）−２においては、内部ＥＧＲガス及び／又は外部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入することにより、燃焼室１７の中の温度を適切になるよう調整する。
【０１１４】
また、エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中には、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。スワール流を強くすることにより、燃焼室１７内の乱流エネルギが高くなるから、エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、ＳＩ燃焼の火炎が速やかに伝播してＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定することによってＣＩ燃焼のコントロール性が高まる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼のタイミングが適正化することによって、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃費性能の向上が図られる。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。
【０１１５】
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。三元触媒が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆは、例えば１８以上５０以下に設定される。こうすることで，ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼を十分に行うことができ、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。また、混合気のＧ／Ｆをできるだけリーンにすることによって、エンジン１の燃費性能を向上させることができる。
【０１１６】
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中の燃料噴射（符号６０２１）と、圧縮行程中の燃料噴射（符号６０２２）とを行う。吸気行程中に第１噴射６０２１を行うことによって、燃焼室１７の中に燃料を略均等に分布させることができる。圧縮行程中に第２噴射６０２２を行うことによって、燃料の気化潜熱によって燃焼室１７の中の温度を低下させることができる。第１噴射６０２１によって噴射した燃料を含む混合気が過早着火してしまうことを防止することができる。尚、中負荷領域（１）−２において、特に、エンジンが負荷の低い運転状態のときには、第２噴射６０２２は、省略することも可能である。
【０１１７】
インジェクタ６が、第１噴射６０２１と第２噴射６０２２とを行うことによって、燃焼室１７の中には、全体として、空気過剰率λが１．０±０．２になった、略均質な混合気が形成される。混合気が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。
【０１１８】
圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をする（符号６０２３）ことによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火して、ＣＩ燃焼する。
【０１１９】
従って、中負荷領域（１）−２においてエンジン１は、混合気を理論空燃比にしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、中負荷領域（１）−２は、「ＳＰＣＣＩλ＝１領域」と呼ぶことができる。
【０１２０】
ここで、図５に示すように、低負荷領域（１）−１の一部、及び、中負荷領域（１）−２の一部においては、過給機４４がオフにされる（Ｓ／Ｃ  ＯＦＦ参照）。詳細には、低負荷領域（１）−１における低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされる。低負荷領域（１）−１における高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンにされて、過給圧を高くする。また、中負荷領域（１）−２における低負荷低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされ、中負荷領域（１）−２における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンにされ、高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンになる。
【０１２１】
尚、高負荷中回転領域（２）、高負荷低回転領域（３）、及び、高回転領域（４）の各領域においては、その全域に亘って過給機４４がオンになる（Ｓ／Ｃ  ＯＮ参照）。
【０１２２】
（高負荷中回転領域（２））
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転しているときも、低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１２３】
図６の符号６０３は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）における低回転側の運転状態６０３にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０３１、６０３２）及び点火時期（符号６０３３）、並びに、燃焼波形（符号６０３４）を示している。また、符号６０４は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）における高回転側の運転状態６０４にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０４１）及び点火時期（符号６０４２）、並びに、燃焼波形（符号６０４３）を示している。
【０１２４】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷中回転領域（２）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。
【０１２５】
また、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中には、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。
【０１２６】
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときに、燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆは、例えば１８以上５０以下に設定される。こうすることで，ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。また、混合気のＧ／Ｆをできるだけリーンにすることによって、エンジン１の燃費性能を向上させることができる。
【０１２７】
エンジン１が高負荷中回転領域（２）における運転状態６０３にて運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において前段噴射６０３１を行うと共に、圧縮行程において後段噴射６０３２を行う。前段噴射は、例えば吸気行程の前半に開始し、後段噴射は、例えば圧縮行程の終期に行ってもよい。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半としてもよい。具体的に前段噴射は、例えば圧縮上死点前２８０°ＣＡに、燃料噴射を開始してもよい。
【０１２８】
前段噴射６０３１の噴射開始を吸気行程の前半にすると、図示は省略するが、燃料噴霧がキャビティ３１の開口縁部に当たることによって、一部の燃料は、燃焼室１７のスキッシュエリア１７１（つまり、キャビティ３１の外の領域（図２参照））に入り、残りの燃料は、キャビティ３１の内の領域に入る。スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、中央部において弱くなっている。そのため、スキッシュエリア１７１に入った一部の燃料はスワール流に入り、キャビティ３１の内の領域に入った残りの燃料は、スワール流の内側に入る。スワール流に入った燃料は、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の中に留まり、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成する。スワール流の内側に入った燃料も、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の内側に留まり、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成する。
【０１２９】
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときには、燃焼室１７の外周部の混合気の燃料濃度が、中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、外周部の混合気の燃料量が、中央部の混合気の燃料量よりも多くなるようにする。具体的には、点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、又は１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の外周部は、混合気中の燃料量が増えるため、燃料の気化潜熱によって温度が低下する。燃焼室１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上、理論空燃比以下、又は１２．５以上、１３以下としてもよい。
【０１３０】
圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの終期とすればよい。圧縮行程の終期に行う後段噴射６０３２は、例えば上死点前１０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。上死点の直前で後段噴射を行うことにより、燃料の気化潜熱によって燃焼室内の温度を低下させることができる。前段噴射６０３１によって噴射された燃料は、圧縮行程の間に低温酸化反応が進み、上死点前において高温酸化反応に移行するようになるが、上死点の直前で後段噴射６０３２を行い、燃焼室内の温度を低下させることにより、低温酸化反応から高温酸化反応へ移行することを抑制することができ、過早着火が発生してしまうことを抑制することができる。尚、前段噴射の噴射量と後段噴射の噴射量との割合は、一例として、９５：５としてもよい。
【０１３１】
点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０３３）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。点火プラグ２５は燃焼室１７の中央部に配置されているため、点火プラグ２５の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始する。
【０１３２】
エンジン１が高負荷中回転領域（２）における運転状態６０４にて運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料噴射を開始する（符号６０４１）。
【０１３３】
吸気行程に開始する噴射６０４１は、前記と同様に、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。具体的に噴射６０４１は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。噴射６０４１の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。噴射６０４１の開始を、吸気行程の前半にすることによって、前述したように、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成することができる。点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、前記と同様に、好ましくは空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１以下、好ましくは１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、又は１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上、理論空燃比以下、又は１２．５以上、１３以下としてもよい。
【０１３４】
エンジン１の回転数が高くなると、噴射６０４１によって噴射された燃料が反応する時間が短くなる。そのため、混合気の反応を抑制するための後段噴射を省略することができる。
【０１３５】
点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０４２）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。
【０１３６】
高負荷領域においては、燃料噴射量が多くなると共に、燃焼室１７の温度も高くなるため、ＣＩ燃焼が早期に開始しやすい状況になる。言い換えると、高負荷領域においては、混合気の過早着火が発生しやすい。しかしながら、前述の通り、燃焼室１７の外周部の温度が、燃料の気化潜熱によって低下しているから、混合気に火花点火をした後、ＣＩ燃焼がすぐに開始してしまうことを回避することができる。
【０１３７】
燃焼室１７の中において混合気を成層化することと、燃焼室１７の中に強いスワール流を発生させることとによって、ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてＮＯｘの生成も抑制される。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。
【０１３８】
また、外周部の温度が低いため、ＣＩ燃焼が緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができる。さらに、ＣＩ燃焼によって燃焼期間が短くなるから、高負荷領域においてトルクの向上、及び、熱効率の向上が図られる。よって、このエンジン１は、負荷が高い領域においてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことにより、燃焼騒音を回避しながら、燃費性能を向上させることができる。
【０１３９】
以上のように、高負荷中回転領域（２）においてエンジン１は、混合気を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、高負荷中回転領域（２）は、「ＳＰＣＣＩλ≦１領域」と呼ぶことができる。
【０１４０】
（高負荷低回転領域（３））
エンジン１の回転数が低いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が長くなる。燃焼室１７に噴射した燃料の反応が進みすぎてしまって、ＳＰＣＣＩ燃焼をしようとしても過早着火を招く恐れがある。そこで、エンジン１が高負荷中回転領域（３）において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。
【０１４１】
図６の符号６０５は、エンジン１が高負荷中回転領域（３）における運転状態６０５にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０５１、６０５２）及び点火時期（符号６０５３）、並びに、燃焼波形（符号６０５４）を示している。
【０１４２】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷中回転領域（３）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。
【０１４３】
エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。混合気の空燃比を、理論空燃比にすることにより、高負荷低回転領域（３）において、燃費性能が向上する。尚、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、燃焼室１７の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて１以下でかつ、高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λよりも大にしてもよい。
【０１４４】
エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料を噴射する（符号６０５１）と共に、圧縮行程終期から膨張行程初期までの期間（以下、この期間をリタード期間と呼ぶ）内のタイミングで、燃焼室１７内に燃料を噴射する（符号６０５２）。膨張行程の初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの初期とすればよい。
吸気行程中に燃料を噴射することにより（符号６０５１）、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間内に燃料を噴射することにより（符号６０５２）、点火直前に、燃焼室１７内のガス流動を強くすることができる。燃料圧力は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力に設定される。燃料圧力を高くすることによって、燃料の噴射期間及び混合気の形成期間を、それぞれ短くすることができると共に、燃焼室１７内のガス流動を、より強くすることができる。燃料圧力の上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。
【０１４５】
点火プラグ２５は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０５３）。点火プラグ２５は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてＳＩ燃焼をする。ＳＩ燃焼が膨張行程において開始するため、ＣＩ燃焼は開始しない。
【０１４６】
インジェクタ６は、過早着火を回避するために、エンジン１の回転数が低くなるほど、燃料噴射の時期を遅角してもよい。リタード期間内の燃料噴射は、膨張行程において終了する場合もある。
【０１４７】
エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときには、リタード期間内の燃料の噴射開始から点火までの時間が短い。混合気の着火性の向上及びＳＩ燃焼の安定化のためには、燃料を速やかに点火プラグ２５の付近に輸送する必要がある。
【０１４８】
圧縮行程終期から膨張行程初期の期間において、インジェクタ６が燃料を噴射すると、ピストン３が圧縮上死点の近くに位置しているため、燃料噴霧は、新気と混ざり合いながら、キャビティ３１の凸部３１１に沿って下向きに流れると共に、キャビティ３１の底面及び周側面に沿って、燃焼室１７の中央から、径方向の外方に放射状に広がって流れる。その後、混合気はキャビティ３１の開口に至り、吸気側の傾斜面１３１１、及び、排気側の傾斜面１３１２に沿って、径方向の外方から、燃焼室１７の中央に向かって流れる。
【０１４９】
また、エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において運転するときには、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりもスワール流を弱くする。高負荷低回転領域（３）において運転するときに、スワールコントロール弁５６の開度は、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりも大きい。スワールコントロール弁５６の開度は、例えば５０％程度（つまり、半開）とすればよい。
【０１５０】
図２の上図に二点鎖線で噴霧を例示するように、インジェクタ６の噴孔の軸は、点火プラグ２５に対し周方向に位置がずれている。噴孔から噴射された燃料は、燃焼室１７の中のスワール流によって周方向に流れる。スワール流によって、燃料を点火プラグ２５の付近に速やかに輸送することができる。燃料は、点火プラグ２５の付近に輸送される間に、気化することができる。
【０１５１】
一方、スワール流が強すぎると、燃料が周方向に流されてしまい、点火プラグ２５の付近から離れてしまう。そこで、エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において運転するときには、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりもスワール流を弱くする。これによって、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができるから、混合気の着火性の向上及びＳＩ燃焼の安定化を図ることができる。
【０１５２】
高負荷低回転領域（３）においてエンジン１は、燃料を圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間に燃料の噴射をしてＳＩ燃焼を行うため、高負荷低回転領域（３）は、「リタード−ＳＩ領域」と呼ぶことができる。
【０１５３】
（高回転領域（４））
エンジン１の回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域においては、前述したように燃焼室１７内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン１の回転数が高くなると、前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。
【０１５４】
そのため、エンジン１が高回転領域（４）において運転しているときには、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。尚、高回転領域（４）は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。
【０１５５】
図６の符号６０６は、エンジン１が高回転領域（４）における負荷の高い運転状態６０６にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０６１）及び点火時期（符号６０６２）、並びに、燃焼波形（符号６０６３）を示している。
【０１５６】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高回転領域（４）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。
【０１５７】
エンジン１は、高回転領域（４）において運転するときには、スワールコントロール弁５６を全開にする。燃焼室１７内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁５６を全開にすることによって、高回転領域（４）において充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。
【０１５８】
エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、高回転領域（４）内の全開負荷の付近においては、混合気の空気過剰率λを１未満にしてもよい。
【０１５９】
エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程に燃料噴射を開始する。インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する（符号６０６１）。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室１７の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジン１の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減を図ることもできる。
【０１６０】
点火プラグ２５は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０６２）。
【０１６１】
従って、高回転領域（４）においてエンジン１は、燃料噴射を吸気行程に開始してＳＩ燃焼を行うため、高回転領域（４）は、「吸気−ＳＩ領域」と呼ぶことができる。
【０１６２】
（エンジンの制御プロセス）
図１０は、ＥＣＵ１０が実行するエンジンの運転制御に係るフローを示している。ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の検知信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、燃焼室１７の中の燃焼が、運転状態に応じたＳＩ率の燃焼となるよう、燃焼室１７の中の状態量の調整、噴射量の調整、噴射タイミングの調整、及び、点火タイミングの調整を行う。ＥＣＵ１０はまた、各センサの検知信号に基づいて、ＳＩ率の調整が必要と判断したときに、ＳＩ率の調整を行う。
【０１６３】
ＥＣＵは先ず、ステップＳ１において、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の検知信号を読み込む。次いで、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２において、検知信号に基づいてエンジン１の運転状態を判断すると共に、目標ＳＩ率を設定する。目標ＳＩ率は、エンジン１の運転状態に応じて定められる。
【０１６４】
ＥＣＵ１０は、続くステップＳ３において、予め設定している燃焼モデルに基づいて、設定した目標ＳＩ率を実現するための目標筒内状態量を設定する。具体的には、燃焼室１７の中の目標温度及び目標圧力、並びに、目標状態量を設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において、目標筒内状態量を実現するために必要な、ＥＧＲ弁５４の開度、スロットル弁４３の開度、エアバイパス弁４８の開度、スワールコントロール弁５６の開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角を設定する。ＥＣＵ１０は、これらのデバイスの制御量を、予め設定しかつ、ＥＣＵ１０に記憶しているマップに基づいて設定する。ＥＣＵ１０は、設定した制御量に基づいて、ＥＧＲ弁５４、スロットル弁４３、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０の制御信号に基づいて各デバイスが動作をすることによって、燃焼室１７の中の状態量が目標状態量になる。
【０１６５】
ＥＣＵ１０はさらに、設定した各デバイスの制御量に基づいて、燃焼室１７の中の状態量の予測値、及び、推定値をそれぞれ算出する。状態量予測値は、吸気弁２１が閉弁する前の燃焼室１７の中の状態量を予測した値であり、後述するように、吸気行程における燃料の噴射量の設定に用いる。状態量推定値は、吸気弁２１が閉弁した後の燃焼室１７の中の状態量を推定した値であり、後述するように、圧縮行程における燃料の噴射量の設定、及び、点火タイミングの設定に用いる。状態量推定値はまた、後述するように、実際の燃焼状態との比較による状態量誤差の計算にも用いる。
【０１６６】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ５において、状態量予測値に基づいて、吸気行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、吸気行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。ステップＳ６において、ＥＣＵ１０はインジェクタ６の噴射を制御する。つまり、所定の噴射タイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。
【０１６７】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ７において、状態量推定値と、吸気行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、圧縮行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、圧縮行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。圧縮行程中に分割噴射を行うときには、前段噴射の噴射量及び後段噴射の噴射量をそれぞれ設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ８において、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。
【０１６８】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ９において、状態量推定値と、圧縮行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、点火タイミングを設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０において、設定した点火タイミングで、燃焼室１７の中の混合気に点火をするよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。
【０１６９】
点火プラグ２５が混合気に点火をすることにより、燃焼室１７の中でＳＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。ステップＳ１１において、ＥＣＵ１０は、指圧センサＳＷ６が検知した燃焼室１７の中の圧力の変化を読み込み、それに基づいて、燃焼室１７の中の混合気の燃焼状態を判断する。ＥＣＵ１０はまた、ステップＳ１２において、燃焼状態の検出結果と、ステップＳ４において推定をした状態量推定値とを比較し、状態量推定値と、実際の状態量との誤差を計算する。計算した誤差は、今回以降のサイクルにおいて、ステップＳ４の推定に利用される。ＥＣＵ１０は、状態量誤差が無くなるように、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、スワールコントロール弁５６、及び／又は、エアバイパス弁４８の開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角を調整する。それによって、燃焼室１７に導入される新気及びＥＧＲガス量が調整される。
【０１７０】
ＥＣＵ１０はまた、ステップＳ８において、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、点火タイミングを進角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも進角させる。一方、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８において、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、点火タイミングを遅角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも遅角させる。
【０１７１】
つまり、図１１のＰ２に示すように、燃焼室１７の中の温度が低いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始した後、未燃混合気が自己着火するタイミングθＣＩが遅れてしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率（Ｐ１参照）からずれてしまう。この場合、未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下を招く。
【０１７２】
そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、ＥＣＵ１０は、噴射タイミングを進角すると共に、図１０のステップＳ１０において、点火タイミングθＩＧを進角する。図１１のＰ３に示すように、ＳＩ燃焼の開始が早まることによってＳＩ燃焼により十分な熱発生が可能になるから、燃焼室１７の中の温度が低いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθＣＩが遅れることを防止することができる。その結果、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下が防止される。
【０１７３】
また、図１１のＰ４に示すように、燃焼室１７の中の温度が高いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火してしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率（Ｐ１参照）からずれてしまう。この場合、燃焼騒音が増大してしまう。
【０１７４】
そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、ＥＣＵ１０は、噴射タイミングを遅角すると共に、図１０のステップＳ１０において、点火タイミングθＩＧを遅角する。図１１のＰ５に示すように、ＳＩ燃焼の開始が遅くなるから、燃焼室１７の中の温度が高いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθＣＩが早くなることを防止することができる。その結果、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。燃焼騒音が増大してしまうことが回避される。
【０１７５】
噴射タイミングを調整することによって、進角又は遅角される点火タイミングにおいて、燃焼室１７の中に適切な混合気を形成することができる。点火プラグ２５は、確実に、混合気に点火することが可能になると共に、未燃混合気は、適切なタイミングで、自己着火することができる。
【０１７６】
尚、図１１において、実際の燃焼状態に基づいて、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の制御を通じて燃焼室１７の中の状態量を調整する点は、図１０のステップＳ１２及びステップＳ４において説明した通りである。
【０１７７】
このエンジン１は、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含む状態量設定デバイスによって、ＳＩ率を調整する。燃焼室１７の中の状態量を調整することによって、ＳＩ率の大まかな調整が可能である。それと共に、エンジン１は、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングを調整することによって、ＳＩ率を調整する。噴射タイミング及び点火タイミングの調整によって、例えば気筒間差の補正を行ったり、自己着火タイミングの微調整を行ったりすることができる。ＳＩ率の調整を二段階に行うことによって、エンジン１は、運転状態に対応する狙いのＳＰＣＣＩ燃焼を正確に実現することができる。
【０１７８】
尚、ＥＣＵ１０が行うエンジン１の制御は、前述した燃焼モデルに基づく制御に限定されない。
【０１７９】
（Ｇ／Ｆの推定）
前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域の内、混合気の空気過剰率λを１以下にすると共に、ＥＧＲガスを燃焼室１７内に導入することによって、混合気のＧ／Ｆをリーンにする領域、具体的には中負荷領域（１）−２、高負荷中回転領域（２）においては、燃焼室１７内に導入するＥＧＲガスが多すぎると、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の火炎が伝播し難くなってしまう。
【０１８０】
図１２は、ＳＰＣＣＩ燃焼において、混合気のＧ／Ｆと、点火時期（白丸参照）及び質量燃焼割合５０％のクランク角度位置（黒三角）との関係を例示している。この図は、混合気のＧ／Ｆに対して、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定化する点火時期を示している。Ｇ／Ｆが大きくなるに従い（つまり、図１２における横軸の左から右に進むに従い）、点火時期を次第に進角させれば、質量燃焼割合５０％のクランク角度位置を、略一定のクランク角度位置にすることができる。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。しかしながら、Ｇ／Ｆが所定値ａを超えると、点火時期を進角したとしても、質量燃焼割合５０％のクランク角度位置は、大きく遅角してしまう。図１２より、ＳＰＣＣＩ燃焼においては、混合気のＧ／Ｆが大きくなり過ぎると、点火のタイミングを調整しても、燃焼の安定性を確保することができなくなることがわかる。
【０１８１】
Ｇ／Ｆが大きくなり過ぎると、ＳＩ燃焼の火炎が伝播し難くなることに起因して、ＳＰＣＣＩ燃焼の安定性が低下してしまうが、燃焼室１７内に導入するＥＧＲガスをできるだけ多くすることによって、エンジン１の燃費性能は向上する。
【０１８２】
図１０及び図１１を参照しながら説明をしたように、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼における目標のＳＩ率を設定すると共に、目標のＳＩ率が実現するように、燃焼室１７内の目標の状態量を設定する。目標の状態量には、目標のＧ／Ｆも含まれる。前述したように、混合気のＧ／Ｆを、燃焼の安定性を確保することができる限度において、できるだけ大きくしようとすれば、混合気のＧ／Ｆを精度よく推定することが必要になる。混合気の実際のＧ／Ｆを精度よく推定することができれば、図１０のステップＳ４において、目標のＧ／Ｆと、推定したＧ／Ｆとの差に応じて、例えばＥＧＲ弁５４の開度の調整を行うことにより、混合気のＧ／Ｆを目標のＧ／Ｆに近づけることができる。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼の安定性を確保すると共に、エンジン１の燃費性能を向上させることができる。
【０１８３】
図７に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態である。混合気のＧ／Ｆが変わると、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の燃焼状態は変化する。しかしながら、ＣＩ燃焼の燃焼状態を変化させる要因は、燃焼室内のＧ／Ｆに限らない。例えば、燃焼室１７内の温度が変わっても、ＣＩ燃焼の燃焼状態は変化する。また、燃焼室１７内の混合気の燃料濃度のムラ等に起因して、ＣＩ燃焼の燃焼状態は変化する場合がある。従って、ＣＩ燃焼の燃焼状態に基づいてＧ／Ｆを推定しようとしても、推定精度は低くなってしまう。
【０１８４】
これに対し、火炎伝播によるＳＩ燃焼は、圧縮着火によるＣＩ燃焼とは異なり、燃焼室１７内の温度や、混合気の燃料濃度のムラ等の影響を受けにくい。一方で、ＳＩ燃焼は、Ｇ／Ｆによって燃焼状態が変わる。燃焼室１７内のＥＧＲガス量が多すぎると、ＳＩ燃焼の火炎は伝播し難くなる。
【０１８５】
また、ＳＰＣＣＩ燃焼において、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで期間は、図７に白抜きの矢印で示すように、ＳＩ燃焼のみの期間である。
【０１８６】
そこで、エンジン１のＥＣＵ１０は、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を少なくとも含んだ燃焼状態に基づいて、混合気のＧ／Ｆを推定する。より具体的には、点火のタイミング７０２から、ＳＰＣＣＩ燃焼における質量燃焼割合が１０％となるクランク角度位置までの期間ΔＣＡと、目標のΔＣＡとのずれの量に応じて、混合気のＧ／Ｆの、目標のＧ／Ｆに対するずれ量を判断する。質量燃焼割合１０％のクランク角度は、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始する前のタイミングに相当する。また、質量燃焼割合は、燃焼室１７内の圧力を検知する指圧センサＳＷ６の検出信号に基づいて算出することが可能である。質量燃焼割合１０％のクランク角度は、指圧センサＳＷ６の検出信号に基づいて、比較的、精度よく算出することが可能である。また、本願発明者らの検討によれば、点火のタイミング７０２から、ＳＰＣＣＩ燃焼における質量燃焼割合１０％のクランク角度位置までの期間ΔＣＡに基づいて、混合気のＧ／Ｆを精度よく推定することができる。ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ状態推定部の一例である。
【０１８７】
尚、Ｇ／Ｆは、質量燃焼割合１０％のクランク角度位置に基づいて推定することには限定されない。質量燃焼割合１０％以上、５０％以下の範囲における任意の質量燃焼割合のクランク角度位置に基づけば、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の燃焼状態に基づいて、混合気のＧ／Ｆを精度よく推定することが可能である。また、点火による燃焼が開始してから、自己着火による燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼を含む燃焼状態に加えて、自己着火による燃焼が開始した後の燃焼状態を考慮して、Ｇ／Ｆを推定してもよい。
【０１８８】
次に、図１３のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１０が実行する、Ｇ／Ｆの推定及びＧ／Ｆの調整に係る制御について説明をする。
【０１８９】
先ず、スタート後のステップＳ１３１において、ＥＣＵ１０は、指圧センサＳＷ６の信号を読み込む。ＥＣＵ１０は、続くステップＳ１３２において、ステップＳ１３１で読み込んだ指圧センサＳＷ６の値と、クランク角センサＳＷ１１の値とを用いて、所定クランク角毎の筒内圧力（つまり、燃焼室１７内の圧力）を算出する。
【０１９０】
ステップＳ１３３においてＥＣＵ１０は、吸気下死点におけるサージタンク４２内の圧力を第２圧力センサＳＷ５から読み込み、ステップＳ１３２で算出した筒内圧力について、絶対圧補正を行う。
【０１９１】
ステップＳ１３４においてＥＣＵ１０は、モータリングによる筒内圧力、つまり、ピストン３の往復動に伴う燃焼室１７内の圧力変化を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３３において絶対圧補正を行った筒内圧力から、ステップＳ１３４において算出したモータリングによる筒内圧力を差し引くことにより、所定クランク角期間における燃焼による筒内圧力の上昇代を算出する（ステップＳ１３５）。
【０１９２】
ＥＣＵ１０はさらに、ステップＳ１３６において、ステップＳ１３５において算出した燃焼による筒内圧力の上昇代に基づいて、所定クランク角期間における熱発生量（ΔＱ）を算出すると共に、熱発生量（ΔＱ）を積算する（ステップＳ１３７）。
【０１９３】
ステップＳ１３８においてＥＣＵ１０は、積算した熱発生量に基づいて、熱発生が最大値となるクランク角を算出し、続くステップＳ１３９において、最大値となるクランク角よりも進角側において熱発生が最小値となるクランク角を算出する。
【０１９４】
ステップＳ１３８及びＳ１３９において算出した熱発生の最小値のクランク角と、最大値のクランク角とから、１サイクルにおけるＳＰＣＣＩ燃焼全体の熱発生情報が得られる。ＥＣＵ１０はステップＳ１３１０において、最小値から最大値までの熱発生率情報から、質量燃焼割合１０％のクランク角（ｍｆｂ１０）を算出する。
【０１９５】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３１０において算出したｍｆｂ１０と、点火タイミングとから、図７に示すΔＣＡを算出し、混合気のＧ／Ｆを推定する（ステップＳ１３１１）。Ｇ／Ｆが大きいと、ΔＣＡは長くなり、Ｇ／Ｆが小さいと、ΔＣＡは短くなる。
【０１９６】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３１２において、推定したＧ／Ｆと目標Ｇ／Ｆとの誤差を算出する。目標Ｇ／Ｆは、図１０のステップＳ３において設定されている。ステップＳ１３１３において、Ｇ／Ｆの誤差に応じて、誤差がなくなるようにＥＧＲ量の調整を行う（図１０のステップＳ４も参照）。
【０１９７】
ＳＰＣＣＩ燃焼において、質量燃焼割合１０％のクランク角度位置に基づいて、混合気のＧ／Ｆを推定することにより、ＥＧＲ量以外の要因によって変動するＣＩ燃焼の影響を排除して、Ｇ／Ｆを推定することができる。特に、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、燃焼室１７内のスワール流を強くしているため、ＣＩ燃焼が開始するまでにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。その結果、点火によるＳＩ燃焼が開始してから、自己着火によるＣＩ燃焼が開始するまで間の火炎伝播による燃焼状態に基づいて、Ｇ／Ｆを、精度よく推定することができる。
【０１９８】
そして、精度よく推定したＧ／Ｆに基づいて、燃焼室１７内に導入するＥＧＲ量を調整することにより、燃焼室１７内のＧ／Ｆを目標のＧ／Ｆに、正確に近づけることが可能になる。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼において、燃焼安定性を確保しながら、混合気のＧ／Ｆをできるだけ高くして、エンジン１の燃費性能を高くすることができる。
【０１９９】
（他の実施形態）
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。エンジン１の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
【０２００】
例えば、エンジン１は、機械式過給機４４に代えて、ターボ過給機を備えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０２０１】
１  エンジン
１０  ＥＣＵ（制御部、ＥＧＲ状態推定部）
１７  燃焼室
２５  点火プラグ（点火部）
５５  ＥＧＲシステム
５６  スワールコントロール弁（スワール発生部）
ＳＷ６  指圧センサ（筒内圧センサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019039353.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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