(57)【要約】【課題】予混合圧縮着火式エンジンにおいて燃焼騒音を許容値以下に抑えながら、圧縮着火を伴う燃焼を行う。【解決手段】予混合圧縮着火式エンジンの制御装置は、点火部と燃料噴射部と制御部とを備える。制御部は、高負荷領域における第１回転領域（ＳＰＣＣＩλ≦１）において、圧縮行程の期間において複数回の燃料噴射を行うことで、燃焼室の外周部の混合気の燃料濃度が、中央部よりも濃くかつ、外周部の混合気の燃料量が、中央部よりも多くすることにより、エンジンは、混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるＣＩ燃焼をする。制御部は、第１回転領域よりも回転数が低い第２回転領域（リタード−ＳＩ）において、第１回転領域の噴射開始時期よりも遅角した圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において燃焼室内に燃料を噴射すると共に、圧縮上死点以降に点火をすることにより、エンジンは、火炎伝播によるＳＩ燃焼をする。【選択図】図６
2019039326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有するエンジンと、
前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、
前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、
前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第１回転領域において運転するときに、圧縮行程の期間において前記燃焼室内に複数回の燃料噴射を行うことで、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第１回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるＣＩ燃焼をし、
前記制御部はまた、前記高負荷領域における前記第１回転領域よりも回転数が低い第２回転領域において運転するときに、前記第１回転領域における燃料の噴射開始時期よりも遅角した圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において前記燃焼室内に燃料を噴射するよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、燃料噴射の終了後でかつ圧縮上死点以降に点火をするよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第２回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼をする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記中央部にＳＩ燃焼用の混合気を形成する第１噴射を圧縮行程の前半に行うと共に、前記外周部にＣＩ燃焼用の混合気を形成する第２噴射を圧縮行程の後半に行うよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
燃焼室を有するエンジンと、
前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、
前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、
前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第１回転領域において運転するときに、吸気行程の期間において前記燃焼室内に燃料噴射を行うことで、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第１回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるＣＩ燃焼をし、
前記制御部はまた、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第１回転領域よりも回転数が低い第２回転領域において運転するときに、前記第１回転領域における燃料の噴射開始時期よりも遅角した圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において前記燃焼室内に燃料を噴射するよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、燃料噴射の終了後でかつ圧縮上死点以降に点火をするよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第２回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼をする予混合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項に記載の予混合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、
前記制御部は、前記エンジンが前記第１回転領域において運転するときは、前記第２回転領域において運転するときよりも強いスワール流が発生するよう、前記スワール発生部に制御信号を出力する予混合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項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記エンジンが前記第１回転領域において運転するときには、前記燃焼室の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて１以下にすると共に、前記エンジンが前記第２回転領域において運転するときには、前記燃焼室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、前記第１回転領域における空気過剰率λ以上にする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンは、幾何学的圧縮比が１３以上２０以下である予混合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項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記エンジンの前記高負荷領域は、燃焼圧力が９００ｋＰａ以上となる領域である予混合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、予混合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、低負荷低回転の所定領域において、燃焼室内の混合気を圧縮着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、前記所定領域よりも負荷の高い領域、及び、前記所定領域よりも回転数の高い領域においては、火花点火により混合気を燃焼させる。このエンジンはまた、前記所定領域においても、点火プラグが圧縮上死点付近で火花点火を行うことにより、混合気の圧縮着火を促進する。
【０００３】
特許文献２には、高負荷領域において、燃焼室内の混合気を圧縮着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、高負荷領域における高回転領域においては、ＣＩ燃焼用の混合気を形成する前段噴射と後段噴射との間に、着火アシストのための少量の燃料噴射を行う。着火アシスト用に噴射した燃料は、点火プラグの付近にリッチな混合気を形成する。点火プラグがリッチ混合気に点火を行って火炎が形成されることによって、前段噴射によって形成された混合気が圧縮着火すると共に、その圧縮着火と同時に行われる後段噴射によって形成された混合気も、その後、圧縮着火をする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０８２２９２号公報
【特許文献２】特許第５４４７４３５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、圧縮着火による燃焼は、比較的大きな燃焼騒音を発する。例えば、エンジンが、全開負荷を含むような高負荷領域において運転しているときに、圧縮着火による燃焼を行おうとすると、燃焼騒音が許容値を超えてしまう場合がある。
【０００６】
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、予混合圧縮着火式エンジンにおいて燃焼騒音を許容値以下に抑えながら、圧縮着火を伴う燃焼を行うことにある。
【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】
エンジンが高負荷領域において運転しているときには、燃料噴射量が増えると共に、燃焼室内の温度も高くなるから、ＳＰＣＣＩ燃焼をしようとしても、ＳＩ燃焼の開始と共に、ＣＩ燃焼が発生してしまう恐れがある。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼が十分に行われないと、燃焼騒音が増大したり、燃焼温度が高くなり過ぎてＮＯｘが生成したりする。
【００１１】
そこで、本願発明者らは、エンジンが高負荷領域において運転しているときに、燃焼室内の混合気を成層化することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼において十分なＳＩ燃焼が行われるようにした。
【００１２】
また、エンジンの回転数が低いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が長くなる。燃焼室内の混合気を成層化するために、例えば吸気行程又は圧縮行程の前半に、燃焼室内に燃料を供給すると、圧縮行程の間に燃料の反応が進みすぎてしまって過早着火を招く恐れがある。エンジンが高負荷領域における低回転領域において運転しているときには、前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。
【００１３】
そこで、ここに開示する技術は、高負荷領域における高回転領域においては、燃焼室内の混合気を成層化してＳＰＣＣＩ燃焼を行う一方、低回転領域においては、燃料噴射時期を相対的に遅くしてＳＩ燃焼を行う。
【００１４】
具体的に、ここに開示する技術は、予混合圧縮着火式エンジンの制御装置に係り、この装置は、燃焼室を有するエンジンと、前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備える。
【００１５】
そして、前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第１回転領域において運転するときに、圧縮行程の期間において前記燃焼室内に複数回の燃料噴射を行うことで、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第１回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるＣＩ燃焼をする。
【００１６】
前記制御部はまた、前記高負荷領域における前記第１回転領域よりも回転数が低い第２回転領域において運転するときに、前記第１回転領域における燃料の噴射開始時期よりも遅角した圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において前記燃焼室内に燃料を噴射するよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、燃料噴射の終了後でかつ圧縮上死点以降に点火をするよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第２回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼をする。
【００１７】
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。また、「高負荷領域」は、エンジンの回転数及び負荷によって定まる運転領域において、例えば全開負荷を含む高負荷領域としてもよい。さらに「第２回転領域」は、エンジンの全運転領域を、低回転領域及び高回転領域に分けたときの低回転領域としてもよいし、エンジンの全運転領域を、低回転領域、中回転領域及び高回転領域に分けたときの低回転領域としてもよい。「第１回転領域」は、エンジンの全運転領域を、低回転領域及び高回転領域に分けたときの高回転領域としてもよいし、エンジンの全運転領域を、低回転領域、中回転領域及び高回転領域に分けたときの中回転領域、又は、高回転領域、又は、中回転及び高回転領域としてもよい。
【００１８】
この構成によると、エンジンが予め設定された高負荷領域における第１回転領域において運転するときに、圧縮行程の期間において複数回の燃料噴射を行う。それによって、燃焼室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。燃焼室の外周部は、燃料の気化潜熱によって温度が低下する。尚、ここでいう混合気の燃料濃度及び燃料量は、点火時における燃料濃度及び燃料量である。
【００１９】
点火部は燃焼室の中央部に配置されているため、点火部は、燃焼室の中央部の混合気に点火をする。点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始する。
【００２０】
ＳＩ燃焼の発熱及び圧力上昇によって、燃焼室の外周部の未燃混合気が圧縮着火により燃焼する。外周部の温度が低下しているから、点火後に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。ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼が十分に行われる。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。
【００２１】
外周部の温度が低いため、ＣＩ燃焼は緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、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。このエンジンは、高負荷領域において、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。
【００２２】
エンジンが、第１回転領域よりも回転数が低い第２回転領域において運転するときには、燃料の噴射を、圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において行う。燃料の噴射開始が遅いため、圧縮行程中に過早着火が生じることが回避される。また、エンジンが第２回転領域において運転するときには、燃料噴射の終了後でかつ圧縮上死点以降に点火をする。燃焼は膨張行程において開始する。この場合、混合気は圧縮着火せずに、火炎伝播によるＳＩ燃焼のみが行われる。
【００２３】
前記制御部は、前記中央部にＳＩ燃焼用の混合気を形成する第１噴射を圧縮行程の前半に行うと共に、前記外周部にＣＩ燃焼用の混合気を形成する第２噴射を圧縮行程の後半に行うよう、前記燃料噴射部に制御信号を出力する、としてもよい。
【００２４】
ここで、圧縮行程の「前半」及び「後半」は、圧縮行程の期間を、前半と後半とに二等分したときの、前半及び後半とすればよい。
【００２５】
こうすることで、燃焼室内の中央部と外周部とにおいて、混合気を成層化することができる。
【００２６】
ここに開示する予混合圧縮着火式エンジンの制御装置は、燃焼室を有するエンジンと、前記燃焼室の中央部に配置された点火部と、前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射部と、前記点火部及び前記燃料噴射部が接続されかつ、前記点火部及び前記燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部と、を備える。
【００２７】
そして、前記制御部は、前記エンジンが予め設定された高負荷領域における第１回転領域において運転するときに、吸気行程の期間において前記燃焼室内に燃料噴射を行うことで、前記燃焼室の前記中央部の周囲である外周部の混合気の燃料濃度が、前記中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、前記外周部の混合気の燃料量が、前記中央部の混合気の燃料量よりも多くなるよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、前記中央部の混合気に点火するよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第１回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始した後、未燃混合気が圧縮着火によるＣＩ燃焼をする。
【００２８】
前記制御部はまた、前記エンジンが前記高負荷領域における前記第１回転領域よりも回転数が低い第２回転領域において運転するときに、前記第１回転領域における燃料の噴射開始時期よりも遅角した圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において前記燃焼室内に燃料を噴射するよう前記燃料噴射部に制御信号を出力すると共に、燃料噴射の終了後でかつ圧縮上死点以降に点火をするよう前記点火部に制御信号を出力することにより、前記エンジンは、前記第２回転領域において運転するときには、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼をする。
【００２９】
この構成によると、エンジンが予め設定された高負荷領域における第１回転領域において運転するときに、吸気行程の期間において燃料噴射を行う。それによって、燃焼室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。
【００３０】
点火部が点火をすると、燃焼室の中央部の混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始する。前述したように、燃焼室の外周部は、燃料の気化潜熱によって温度が低下しているから、点火後に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。ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼が十分に行われる。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。
【００３１】
また、ＣＩ燃焼も緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、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。
【００３２】
エンジンが、第１回転領域よりも回転数が低い第２回転領域において運転するときには、燃料の噴射を、圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において行う。圧縮行程中に過早着火が生じることが回避される。燃料噴射の終了後でかつ圧縮上死点以降に点火をすることによって、火炎伝播によるＳＩ燃焼が行われる。
【００３３】
前記予混合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、前記制御部は、前記エンジンが前記第１回転領域において運転するときは、前記第２回転領域において運転するときよりも強いスワール流が発生するよう、前記スワール発生部に制御信号を出力する、としてもよい。
【００３４】
燃焼室内に所定強さのスワール流、つまり比較的強いスワール流を発生させると、燃焼室の外周部は、強いスワール流れとなる。一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなるが、中央部と外周部との境界における速度勾配に起因する渦流によって、中央部の乱流エネルギが高くなる。
【００３５】
尚、燃焼室の中央部及び外周部の定義として、外周部はスワール流が強い部分であり、燃焼室の中央部はスワール流が弱い部分としてもよい。
【００３６】
エンジンがＳＰＣＣＩ燃焼を行う第１回転領域において、比較的強いスワール流を発生させると、ＳＩ燃焼は高い乱流エネルギによって安定化すると共に、燃焼速度が高まる。
【００３７】
ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。そうして、燃焼室の外周部の、所定の周方向位置において、混合気の温度及び圧力が高まって、未燃混合気が圧縮着火をし、ＣＩ燃焼が開始する。ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときに、強いスワール流を発生させることによって、ＳＩ燃焼が安定化すると共に、ＣＩ燃焼が適正化する。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。
【００３８】
エンジンがＳＩ燃焼を行う第２回転領域においては、燃料の噴射開始から点火までの時間が短いため、噴射した燃料を速やかに点火部付近に輸送しなければならない。スワール流によって、噴射した燃料を速やかに点火部付近に輸送することが可能である一方、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、点火部付近から離れてしまう。エンジンがＳＩ燃焼を行う第２回転領域においては、スワール流を相対的に弱くすることによって、燃料を速やかに点火部付近に輸送することができ、着火性の向上と共に、ＳＩ燃焼が安定化する。
【００３９】
前記制御部は、前記エンジンが前記第１回転領域において運転するときには、前記燃焼室の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて１以下にすると共に、前記エンジンが前記第２回転領域において運転するときには、前記燃焼室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、前記第１回転領域における空気過剰率λ以上にする、としてもよい。
【００４０】
相対的に回転数が高い第１回転領域において、燃焼室全体の混合気の空気過剰率λを１以下にすることにより、伸びのあるトルク感を得ることができる。また、第２回転領域において、燃焼室全体の混合気の空気過剰率λを１以下にすることにより、高負荷領域において十分なトルクを確保することができると共に、第１回転領域における空気過剰率λ以上にすることで、燃費性能の向上にも有利になる。
【００４１】
前記エンジンは、幾何学的圧縮比が１３以上２０以下である、としてもよい。
【００４２】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼によってＣＩ燃焼をコントロールするため、混合気を圧縮着火させるために高い圧縮端温度を実現する必要がない。そのため、エンジンの幾何学的圧縮比を下げることが可能である。幾何学的圧縮比を下げ、圧縮端温度を下げることによって、冷却損失の低減に有利になると共に、機械損失の低減にも有利になる。エンジンの燃費性能が向上する。
【００４３】
前記エンジンの前記高負荷領域は、燃焼圧力が９００ｋＰａ以上となる領域である、としてもよい。
【発明の効果】
【００４４】
以上説明したように、前記の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置によると、高負荷領域において、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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、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、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８】図８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９】図９は、高負荷中回転領域において、第１噴射を行うときの燃焼室の状態と、第２噴射を行うときの燃焼室の状態とを例示する図である。
【図１０】図１０は、高負荷中回転領域における、燃焼室内の混合気分布を例示する図である。
【図１１】図１１は、高負荷中回転領域における燃焼コンセプトを例示する図である。
【図１２】図１２は、高負荷中回転領域において、スワールコントロール弁の開度を変更したときの、燃焼波形を比較する図である。
【図１３】図１３は、高負荷低回転領域において、燃料噴射を行うときの燃焼室の状態を例示する図である。
【図１４】図１４は、エンジンの制御プロセスを例示するフローチャートである。
【図１５】図１５は、図６とは異なる、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１６】図１６は、図１５の高負荷中回転領域において、燃料噴射を行うときの燃焼室の状態を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、予混合圧縮着火式エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジンの制御装置の一例である。図１は、エンジンの構成を例示する図である。図２は、燃焼室の構成を例示する図であり、図２の上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２及び図３における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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の下図に示すように、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。
【００５１】
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。
【００５２】
キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して排気側にずれている。キャビティ３１の中心は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と一致している。キャビティ３１は、凸部３１１を有している。凸部３１１は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２上に設けられている。凸部３１１は、略円錐状である。凸部３１１は、キャビティ３１の底部から、燃焼室１７の天井面に向かって上向きに伸びている。
【００５３】
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。
【００５４】
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。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。
【００５５】
尚、燃焼室１７の形状は、図２に例示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ３１の形状、ピストン３の上面の形状、及び、燃焼室１７の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。例えば、キャビティ３１は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して対称な形状にしてもよい。傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とは、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して対称な形状にしてもよい。また、キャビティ３１において、後述する点火プラグ２５に向かい合う箇所に、凹陥部３１２よりも底の浅い浅底部を設けてもよい、
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１３以上２０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燃焼を行う。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は、比較的低く設定されている。幾何学的圧縮比を低くすることによって、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。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、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気弁２１の動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、液圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００５８】
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。排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気弁２２の動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、液圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００５９】
このエンジン１は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって、吸気弁２１の開弁時期と排気弁２２の閉弁時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室１７の中に熱い既燃ガスを閉じ込める。つまり、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入する。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、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気する。
【００６０】
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おいて、燃焼室１７内に臨んで配設されている。インジェクタ６は、図２に示すように、その噴射軸心が、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に平行に配設されている。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１とずれている。インジェクタ６の噴射軸心と、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。
【００６１】
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りかつ、燃焼室１７の天井部から斜め下向き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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、図２にも示すように、シリンダ１１の中心軸Ｘ１を挟んだ吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、インジェクタ６に隣接している。点火プラグ２５は、二つの吸気ポート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、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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、例えばルーツ式としてもよい。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、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。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。
【００７２】
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の内、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、矢印で示すように、図３における反時計方向に周回する（図２の白抜きの矢印も参照）。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
圧縮自己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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。例えば、ＥＣＵ１０は、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、過給圧を調整する。また、ＥＣＵ１０は、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ガス量を調整する。ＥＣＵ１０によるエンジン１の制御の詳細は、後述する。
【００８３】
（エンジンの運転領域）
図５は、エンジン１の運転領域マップ５０１、５０２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。また、高負荷中回転領域（２）は、燃焼圧力が９００ｋＰａ以上となる領域としてもよい。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。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。
【００８４】
エンジン１は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、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。以下、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。
【００８５】
（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、前述したようにＣＩ燃焼を行う。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、低負荷領域（１）−１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。
【００８６】
図６の符号６０１は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において、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）それぞれの一例を示している。
【００８７】
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。
【００８８】
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、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。
【００８９】
ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、圧縮上死点付近の所定タイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火する、これによって、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、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。
【００９０】
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６の例では、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。
【００９１】
ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。但し、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、ピストン３がモータリングによって下降している。ＣＩ燃焼による、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθも比較的穏やかになる。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート１８はタンブルポートであるため、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。
【００９６】
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。ここで、スワール比を定義すると、「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である。吸気流横方向角速度は、図７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７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８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８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８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。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６以下とすればよい。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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、インジェクタ６は、基本的には、吸気行程中と、圧縮行程中とのそれぞれにおいて燃料を燃焼室１７の中に噴射する（符号６０１１、６０１２）。吸気行程中に噴射した燃料は、点火時期までの間に燃焼室１７の中の全体に拡散をする。吸気行程中に噴射した燃料は、中央部及び外周部の混合気を形成する。圧縮行程中に噴射した燃料は、点火時期までの時間が短いため、あまり拡散せずに、スワール流によって、燃焼室１７の中央部の点火プラグ２５の付近に輸送される。圧縮行程中に噴射した燃料は、吸気行程中に噴射した燃料の一部と共に、中央部の混合気を形成する。燃焼室１７の中央部と外周部とにおいて、混合気が成層化する。
【０１０２】
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。
【０１０３】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときの、燃料の噴射時期及び噴射回数は、エンジン１の負荷の高低に応じて変更される。具体的には、エンジン１の負荷が低いと、圧縮行程中の燃料噴射の回数が増えると共に、燃料噴射の完了時期が遅角する。つまり、エンジン１の負荷が低いときには、圧縮行程中に行う燃料噴射の分割数を増やすと共に、最後の燃料噴射の時期を遅角させる。エンジン１の負荷が低いときには燃焼室１７内に供給する燃料量が減るが、圧縮行程中に行う燃料噴射の分割数を増やすと共に、最後の燃料噴射の時期を遅角することで、圧縮行程中に噴射した燃料が拡散することが抑制される。その結果、燃焼室１７の中央部に形成される、燃料濃度が相対的に高い混合気層の大きさが小さくなる。
【０１０４】
また、エンジン１の負荷が高いと、圧縮行程中の燃料噴射の回数を減らすと共に、噴射時期を進角する。燃料噴射の時期を進角した結果として、圧縮行程中の燃料噴射を行わないで、吸気行程中に燃料を分割噴射してもよい。エンジン１の負荷が高いときに、吸気行程中に一括噴射を行ってもよい。エンジン１の負荷が高くなると、燃焼室１７内に供給する燃料量が増えると共に、燃料噴射の時期を進角することにより、燃料が拡散しやすくなる。その結果、燃焼室１７の中央部に形成される、燃料濃度が相対的に高い混合気層の大きさが大きくなる。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
図６の符号６０２は、エンジン１が中負荷領域（１）−２において、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）それぞれの一例を示している。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。スワール流を強くすることにより、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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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、前段噴射（つまり、第１噴射、符号６０２１）と後段噴射（つまり、第２噴射、符号６０２２）との二回に分けて、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。前段噴射は、例えば圧縮行程の前半に行い、後段噴射は、例えば圧縮行程の後半に行ってもよい。圧縮行程の前半及び後半はそれぞれ、圧縮行程をクランク角度に関して二等分したときの前半及び後半とすればよい。前段噴射は、例えば圧縮上死点前１００°ＣＡで開始し、後段噴射は、例えば圧縮上死点前７０°ＣＡで開始してもよい。
【０１１２】
インジェクタ６は、シリンダ１１の中心軸（つまり、筒軸）Ｘ１に対して噴口軸が傾いた複数の噴口を有し、燃焼室１７の中央部から径方向外方に向かって、放射状に燃料を噴射する。インジェクタ６が、圧縮行程の前半の期間内において前段噴射を行うと、ピストン３が上死点から離れているため、噴射した燃料噴霧は、上死点に向かって上昇しているピストン３の上面の、キャビティ３１の外に到達する。キャビティ３１の外の領域は、スキッシュエリア１７１を形成している（図２参照）。前段噴射によって噴射された燃料は、ピストン３が上昇する間にスキッシュエリア１７１に留まり、スキッシュエリア１７１において混合気を形成する。
【０１１３】
インジェクタ６が、圧縮行程の後半において後段噴射を行うと、ピストン３が上死点に近いため、噴射した燃料噴霧は、キャビティ３１の中に入る。後段噴射によって噴射された燃料は、キャビティ３１の内の領域において混合気を形成する。ここで、「キャビティ３１の内の領域」とは、キャビティ３１の開口を燃焼室１７のルーフに投影した投影面からキャビティ３１の開口までの領域と、キャビティ３１の中の領域とを合わせた領域を意味する、としてもよい。キャビティ３１の内の領域は、燃焼室１７の中においてスキッシュエリア１７１以外の領域ということもできる。
【０１１４】
後段噴射によってキャビティ３１の中に燃料を噴射することに伴い、キャビティ３１の内の領域において、ガスの流動が発生する。燃焼室１７の中の乱流エネルギは、点火タイミングまでの時間が長いと、圧縮行程の進行に従い減衰してしまう。ところが、後段噴射の噴射タイミングは、前段噴射よりも点火タイミングに近いため、キャビティ３１の中の乱流エネルギが高い状態のまま、点火プラグ２５は、キャビティ３１の内の領域の混合気に点火することができる。これにより、ＳＩ燃焼の燃焼速度が高まる。ＳＩ燃焼の燃焼速度が高まると、ＳＩ燃焼が安定化するから、ＳＩ燃焼によるＣＩ燃焼のコントロール性は高まる。
【０１１５】
インジェクタ６が、前段噴射と後段噴射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。
【０１１６】
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。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。前段噴射を圧縮行程中に行うと、前段噴射により噴射した燃料が過早着火等の異常燃焼を誘発することを防止することができる。また、後段噴射により噴射した燃料を、安定的に火炎伝播により燃焼させることができる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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）。
【０１２０】
（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。
【０１２１】
図６の符号６０３は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において、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）それぞれの一例を示している。
【０１２２】
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ガスをゼロにすればよい。
【０１２３】
また、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中には、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。
【０１２４】
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）。
【０１２５】
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、インジェクタ６は、圧縮行程において、前段噴射（つまり、第１噴射、符号６０３１）と後段噴射（つまり、第２噴射、符号６０３２）との二回に分けて、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。前段噴射は、例えば圧縮行程の前半に行い、後段噴射は、例えば圧縮行程の後半に行ってもよい。具体的に前段噴射は、例えば圧縮上死点前１２５°ＣＡに、燃料噴射を開始し、後段噴射は、例えば圧縮上死点前８５°ＣＡに、開始してもよい。
【０１２６】
燃焼室１７に強いスワール流を発生させていると、圧縮行程の前半に前段噴射を行ったときに、燃焼室１７の中に噴射された燃料は、図９の左図に示すように、スワール流に曲げられてペネトレーションが低下する。前段噴射の燃料は、燃焼室１７の中央部に留まり、主に、燃焼室１７の中央部において混合気を形成する。中央部の混合気は、後述するように、主にＳＩ燃焼によって燃焼する。
【０１２７】
これに対し、図９の右図に示すように、圧縮行程の後半に後段噴射を行ったときに、圧縮行程の後半にはピストンが上昇していると共に、スワール流も減衰しているため、燃焼室１７の中に噴射された燃料は、燃焼室１７の外周部に到達する。後段噴射の燃料は主に、燃焼室１７の外周部において混合気を形成する。外周部の混合気は、後述するように、主にＣＩ燃焼によって燃焼する。
【０１２８】
そして、前段噴射と後段噴射とを行う燃料噴射によって、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。前段噴射の噴射量を、後段噴射の噴射量よりも多くすればよい。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、７：３としてもよい。
【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、例えば図１０に示すように、点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、好ましくは空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１以下、好ましくは１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、好ましくは１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の外周部の空気過剰率λを１未満にすると、外周部は混合気中の燃料量が増えるため、燃料の気化潜熱によって温度を低下させることができる。燃焼室１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上、理論空燃比以下、好ましくは１２．５以上、１３以下としてもよい。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
図１１は、高負荷中回転領域（２）における燃焼のコンセプトを示している。燃焼室１７内に強いスワール流を発生させると、図１１に白抜きの矢印で示すように、燃焼室１７の外周部は強いスワール流れとなる。一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなるが、中央部と外周部との境界における速度勾配に起因する渦流によって、中央部は、乱流エネルギが高くなる。
【０１３３】
前述したように、点火プラグ２５が中央部の混合気に点火をすると、ＳＩ燃焼は高い乱流エネルギによって、燃焼速度が高くなって安定化すると共に、ＳＩ燃焼の火炎は、図１１に黒矢印で示すように、燃焼室１７内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。燃焼室１７の中を、吸気−リヤ側部分、排気−リヤ側部分、排気−フロント側部分、及び、吸気−フロント側部分の、四つの部分に区分けすると、点火プラグ２５は、吸気−排気方向については、吸気側に配置されていると共に、スワール流は、図１１における反時計回り方向であるから、ＳＩ燃焼の火炎は、吸気−リヤ側部分から、排気−リヤ側部分及び排気−フロント側部分を介して、吸気−フロント側部分へと至る。ＳＩ燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇により、図１１に破線の矢印で示すように、吸気−フロント側部分の外周部において未燃混合気が圧縮着火をし、ＣＩ燃焼が開始する。
【０１３４】
このＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプトでは、燃焼室１７の中において混合気を成層化することと、燃焼室１７の中に強いスワール流を発生させることとによって、ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてＮＯｘの生成も抑制される。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。
【０１３５】
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。
【０１３６】
ここで、図１２は、高負荷中回転領域（２）において、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）の開度を変更したときの、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼波形を比較している。燃焼波形は、クランク角に対する熱発生率の変化を示している。スワールコントロール弁５６の開度は、図８と同様に、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。
【０１３７】
先ず、図１２に破線で示すように、スワールコントロール弁５６の開度を全開にすると（つまり、開口比率が１００％）、燃焼室１７内においてスワール流が発生しない。点火プラグ２５が混合気に点火した後、火炎伝播による燃焼が開始するが、ＳＩ燃焼の立ち上がりは緩やかになる。スワール流が発生しないとＣＩ燃焼が発生せず、ＳＩ燃焼のみになる。その結果、燃焼重心が圧縮上死点から離れてしまうと共に、燃焼期間が長くなる。
【０１３８】
スワールコントロール弁５６の開度を、全閉（つまり、開口比率が０％）、５％、１０％としたときには、燃焼波形において、ＳＩ燃焼の立ち上がりが、スワールコントロール弁５６の全開時よりも急峻になる。ＳＩ燃焼の燃焼速度が高くなる。また、スワール流を発生させると、ＳＩ燃焼の開始後、ＣＩ燃焼が発生する。ＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、燃焼重心が圧縮上死点から近づくと共に、燃焼期間が短くなる。
【０１３９】
スワールコントロール弁５６の開度を１５％としたときには、燃焼波形において、ＳＩ燃焼の立ち上がりが緩やかになる。その後、ＣＩ燃焼が発生するものの、燃焼期間は、比較的長くなってしまう。
【０１４０】
図１２から、スワールコントロール弁５６の開度は１５％未満にすることが、燃焼重心を圧縮上死点に近づけかつ、燃焼期間を短くする上で有効である。また、図８に示すように、スワールコントロール弁５６の開度を１５％未満にすれば、スワール比は４以上になる。よって、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に、スワールコントロール弁５６の開度を１５％未満（つまり、０〜１５％）にし、スワール比を４以上（つまり、４〜６程度）にすることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切に行うことができる。
【０１４１】
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。
【０１４２】
（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。高負荷低回転領域（３）において、高負荷中回転領域（２）と同様に、例えば吸気行程や圧縮行程の前半に、燃焼室１７内に燃料を噴射すると、燃料の反応が進みすぎてしまって過早着火を招く恐れがある。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は、前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。
【０１４３】
そこで、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。
【０１４４】
図６の符号６０４は、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において、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）それぞれの一例を示している。
【０１４５】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷低回転領域（３）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。
【０１４６】
エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）である。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。混合気の空燃比を、理論空燃比にすることにより、高負荷低回転領域（３）において、燃費性能が向上する。尚、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、燃焼室１７の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて１以下でかつ、高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λ以上、好ましくは高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λよりも大にしてもよい。
【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、インジェクタ６は、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６０４１）。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。また、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。
【０１４８】
燃料の噴射時期を遅い時期にすることにより、過早着火を回避することが可能になる。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。燃料圧力の上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。
【０１４９】
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６０４２）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてＳＩ燃焼をする。ＳＩ燃焼が膨張行程において開始するため、ＣＩ燃焼は開始しない。
【０１５０】
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する。燃料噴射は、膨張行程において終了する場合もある。
【０１５１】
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、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。
【０１５２】
図１３に例示するように、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。リタード期間内において噴射した燃料を、速やかに点火プラグ２５の付近に輸送することができる。
【０１５３】
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（ＳＣＶ）５６の開度は、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりも大きい。スワールコントロール弁５６の開度は、例えば５０％程度（つまり、半開）とすればよい。
【０１５４】
図２の上図に示すように、インジェクタ６の噴孔の軸は、点火プラグ２５に対し周方向に位置がずれている。噴孔から噴射された燃料は、燃焼室１７の中のスワール流によって周方向に流れる。スワール流によって、燃料を点火プラグ２５の付近に速やかに輸送することができる。燃料は、点火プラグ２５の付近に輸送される間に、気化することができる。
【０１５５】
一方、スワール流が強すぎると、燃料が周方向に流されてしまい、点火プラグ２５の付近から離れてしまって、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができなくなる。そこで、エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において運転するときには、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりもスワール流を弱くする。これによって、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができるから、混合気の着火性の向上及びＳＩ燃焼の安定化を図ることができる。
【０１５６】
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。
【０１５７】
（高回転領域（４））
エンジン１の回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域において、前述したように、圧縮行程中に分割噴射を行うことにより、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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
図６の符号６０５は、エンジン１が高回転領域（４）において、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）及び点火時期（符号６０５２）、並びに、燃焼波形（符号６０５３）それぞれの一例を示している。
【０１６０】
ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高回転領域（４）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。
【０１６１】
エンジン１は、高回転領域（４）において運転するときには、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６を全開にする。燃焼室１７内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁５６を全開にすることによって、高回転領域（４）において充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。
【０１６２】
エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、高回転領域（４）内の、全開負荷を含む高負荷領域においては、混合気の空気過剰率λを１未満にしてもよい。
【０１６３】
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。尚、運転状態６０５１は、エンジン１の負荷が高いため、燃料噴射量が多い。燃料の噴射量に応じて、燃料の噴射期間は変化する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室１７の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジン１の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることもできる。
【０１６４】
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６０５２）。
【０１６５】
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。
【０１６６】
（各運転領域におけるエンジン制御の比較）
先ず、低負荷領域（１）−１と、高負荷中回転領域（２）とを比較すると、図５のマップ５０１に示すように、低負荷領域（１）−１においては、混合気の空気過剰率λが１を超える値に設定されるのに対し、高負荷中回転領域（２）においては、混合気の空気過剰率λが１以下に設定される。低負荷領域（１）−１においては、燃費の向上を図ることができる。一方、高負荷中回転領域（２）においては、伸びのあるトルク感を得ることができる。
【０１６７】
また、低負荷領域（１）−１においては、燃焼室１７の中央部の混合気の燃料濃度を、外周部の混合気の燃料濃度よりも濃くしている。これに対し、高負荷中回転領域（２）においては、燃焼室１７の外周部の混合気の燃料濃度を、中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くしている。低負荷領域（１）−１においては、点火される混合気の燃料濃度が濃いため、ＳＩ燃焼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。高負荷中回転領域（２）においては、外周部の温度が下がってＣＩ燃焼が早期に開始されることが回避されるため、ＳＩ燃焼を十分に行った後で、ＣＩ燃焼を開始することができる。燃焼騒音の抑制に有利であると共に、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。
【０１６８】
尚、低負荷領域（１）−１と、高負荷中回転領域（２）とのそれぞれにおいて、スワールコントロール弁５６を閉じる点は同じである。
【０１６９】
次に、高負荷低回転領域（３）と、高負荷中回転領域（２）とを比較すると、図６に示すように、高負荷中回転領域（２）においては、圧縮行程の期間において複数回の燃料噴射を行うのに対し、高負荷低回転領域（３）においては、高負荷中回転領域（２）の噴射開始時期よりも遅角した圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において前記燃焼室内に燃料を噴射する。高負荷中回転領域（２）においては、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ことができる。高負荷低回転領域（３）においては、過早着火を回避することができる。
【０１７０】
また、図５のマップ５０１に示すように、高負荷低回転領域（３）においては、混合気の空気過剰率λが略１に設定されるのに対し、高負荷中回転領域（２）においては、混合気の空気過剰率λが１以下に設定される。高負荷低回転領域（３）において、トルクの向上と共に、燃費の向上が図られる一方、相対的に回転数が高い高負荷中回転領域（２）においては、伸びのあるトルク感を得ることができる。
【０１７１】
また、高負荷低回転領域（３）においては、スワールコントロール弁５６の開度を半開にする。これに対し、高負荷中回転領域（２）においては、スワールコントロール弁５６を閉じる。高負荷低回転領域（３）においては、スワール流を弱くすることによって、燃料噴霧を点火プラグ２５の付近に速やかに輸送することができ、過早着火を回避しながら、ＳＩ燃焼の着火性及びＳＩ燃焼の安定性を向上させることができる。これに対し、高負荷中回転領域（２）においては、スワール流を強くすることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼を十分に行うことができると共に、燃焼騒音の抑制及び燃費の向上に有利になる。
【０１７２】
次に、高回転領域（４）と、高負荷中回転領域（２）とを比較すると、図６に示すように、高負荷中回転領域（２）においては、圧縮行程の期間において複数回の燃料噴射を行うのに対し、高回転領域（４）においては、高負荷中回転領域（２）の噴射開始時期よりも進角した時期に燃料噴射を開始する。高負荷中回転領域（２）においては、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ことができる。高回転領域（４）においては、均質又は略均質な混合気を形成することができ、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることができる。
【０１７３】
また、図５のマップ５０２に示すように、高回転領域（４）においては、スワールコントロール弁５６を全開にするのに対し、高負荷中回転領域（２）においては、スワールコントロール弁５６を閉じる。高回転領域（４）においては、スワールコントロール弁５６を閉じないことによって、ポンプ損失を低減することができる。これに対し、高負荷中回転領域（２）においては、スワール流を強くすることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼を十分に行うことができ、燃焼騒音の抑制及び燃費の向上に有利になる。
【０１７４】
次に、中負荷領域（１）−２と、高負荷低回転領域（３）とを比較すると、図５のマップ５０２に示すように、中負荷領域（１）−２においては、スワールコントロール弁５６を閉じるのに対し、高負荷低回転領域（３）においては、スワールコントロール弁５６を半開にする。中負荷領域（１）−２においては、スワールコントロール弁５６を閉じることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼を十分に行うことができ、燃焼騒音の抑制及び燃費の向上に有利になる。これに対し高負荷低回転領域（３）においては、スワール流を弱くすることによって、前述したように、ＳＩ燃焼の着火性及びＳＩ燃焼の安定性を向上させることができる。
【０１７５】
また、図６に示すように、中負荷領域（１）−２においては、圧縮行程の前半に前段噴射を行うと共に、圧縮行程の後半に後段噴射を行うのに対し、高負荷低回転領域（３）においては、圧縮行程後期から膨張行程初期の期間において前記燃焼室内に燃料を噴射する。中負荷領域（１）−２においては、燃焼室１７の全体に、均質又は略均質な混合気を形成することができる。高負荷低回転領域（３）においては、過早着火を回避することができる。
【０１７６】
（エンジンの制御プロセス）
次に、図１４のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１０が実行するエンジン１の運転制御について説明をする。先ず、スタート後のステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の信号を読み込む。ＥＣＵ１０は、続くステップＳ２において、エンジン１の運転領域を判断する。
【０１７７】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ３において、エンジン１が「ＳＰＣＣＩリーン領域」（つまり、低負荷領域（１）−１）で運転するか否かを判断する。ステップＳ３の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ８に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ４に進む。
【０１７８】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において、エンジン１が「ＳＰＣＣＩλ＝１領域」（つまり、中負荷領域（１）−２）で運転するか否かを判断する。ステップＳ４の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ９に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ５に進む。
【０１７９】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ５において、エンジン１が「ＳＰＣＣＩλ≦１領域」（つまり、高負荷中回転領域（２）で運転するか否かを判断する。ステップＳ５の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１０に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ６に進む。
【０１８０】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ６において、エンジン１が「リタードＳＩ領域」（つまり、高負荷低回転領域（３）で運転するか否かを判断する。ステップＳ６の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１１に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ７に進む。
【０１８１】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ７において、エンジン１の運転領域が「吸気ＳＩ領域」（つまり、高回転領域（４）であるか否かを判断する。ステップＳ７の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１２に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ１に戻る。
【０１８２】
ステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６に、弁を閉じるよう制御信号を出力する。また、ＥＣＵ１０は、図６の符号６０１に示すように、吸気行程に前段噴射を行い、圧縮行程に後段噴射を行うよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。強いスワール流が発生した燃焼室１７の中に、成層化した混合気を形成することができる。その後のステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１８３】
ステップＳ９において、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁を閉じるよう制御信号を出力する。また、ＥＣＵ１０は、図６の符号６０２に示すように、圧縮行程において、前段噴射と後段噴射とを行うよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。強いスワール流が発生した燃焼室１７の中にλ＝１の混合気を形成することができる。ＥＣＵ１０は、その後のステップＳ１３において、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１８４】
ステップＳ１０において、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁を閉じるよう制御信号を出力する。また、ＥＣＵ１０は、圧縮行程において燃料を分割噴射するよう（図６の符号６０３１、６０３２参照）、インジェクタ６に制御信号を出力する。強いスワール流が発生した燃焼室１７の中に、成層化した混合気を形成することができる。ＥＣＵ１０は、その後のステップＳ１３において、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１８５】
ステップＳ１１において、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁が半開になるよう制御信号を出力する。また、ステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、図６の符号６０４に示すように、圧縮行程終期から膨張行程初期において燃料噴射を行うよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０は、燃料の噴射終了後でかつ圧縮上死点後の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１は、ＳＩ燃焼を行う。
【０１８６】
ステップＳ１２において、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁を開けるよう制御信号を出力する。また、ＥＣＵ１０は、吸気行程において燃料噴射を行うよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。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できる。その後のステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１は、ＳＩ燃焼を行う。
【０１８７】
（各領域における燃焼噴射時期及び点火時期の変形例）
図１５は、図５の運転領域マップ５０１、５０２の各領域における燃焼噴射時期及び点火時期の変形例を示している。図１５の符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、及び６０６はそれぞれ、図５の運転状態６０１、６０２、６０２、６０３、６０４、６０５、及び６０６に対応する。運転状態６０６は、高負荷中回転領域（２）において、回転数の高い運転状態に相当する。
【０１８８】
エンジン１が低負荷領域（１）−１において、運転状態６０１にて運転するときに、インジェクタ６は、圧縮行程中において燃料を、複数回に分けて、燃焼室１７の中に噴射する（符号６０１５、６０１６参照）。燃料の分割噴射と、燃焼室１７の中の強いスワール流と、によって、前記と同様に、燃焼室１７の中央部と外周部とにおいて、混合気が成層化する。
【０１８９】
燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ２５は、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０１３参照）。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する（燃焼波形６０１４参照）。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。
【０１９０】
エンジン１が中負荷領域（１）−２において、運転状態６０２にて運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中の燃料噴射（符号６０２５）と、圧縮行程中の燃料噴射（符号６０２６）とを行う。吸気行程中に第１噴射６０２５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６０２６を行うことによって、中負荷領域（１）−２内において負荷が高いときに、燃焼室１７内の温度を燃料の気化潜熱により低下させてノッキング等の異常燃焼を防止する。第１噴射６０２５の噴射量と第２噴射６０２６の噴射量との割合は一例として、９５：５としてもよい。中負荷領域（１）−２における負荷の低い運転状態では、第２噴射６０２６を省略してもよい。
【０１９１】
インジェクタ６が、吸気行程中の第１噴射６０２５と圧縮行程中の第２噴射６０２６とを行うことによって、前記と同様に、燃焼室１７の中には、全体として、空気過剰率λが１．０±０．２になった混合気が形成される。混合気の燃料濃度が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。
【０１９２】
圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって（符号６０２３）、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が、目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する（燃焼波形６０２４参照）。
【０１９３】
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６０３５）と共に、圧縮行程の終期に燃料を噴射する（符号６０３６）。
【０１９４】
吸気行程に開始する前段噴射６０３５は、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半としてもよい。具体的に前段噴射は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。
【０１９５】
前段噴射６０３５の噴射開始を、吸気行程の前半にすると、図１６に示すように、燃料噴霧がキャビティ３１の開口縁部に当たることによって、一部の燃料は、燃焼室１７のスキッシュエリア１７１に入り、残りの燃料は、キャビティ３１の内の領域に入る。スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、中央部において弱くなっている。そのため、スキッシュエリア１７１に入った一部の燃料はスワール流に入り、キャビティ３１の内の領域に入った残りの燃料は、スワール流の内側に入る。スワール流に入った燃料は、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の中に留まり、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成する。スワール流の内側に入った燃料も、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の内側に留まり、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成する。
【０１９６】
前記と同様に、点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、好ましくは空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１以下、好ましくは１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、好ましくは１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上、理論空燃比以下、好ましくは１２．５以上、１３以下としてもよい。
【０１９７】
圧縮行程の終期に行う後段噴射６０３６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６０３５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６０３６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６０３５の噴射量と後段噴射６０３６の噴射量との割合は、一例として、９５：５としてもよい。
【０１９８】
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６０３７）。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。図１１に示すように、ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室１７内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。燃焼室１７の外周部における、周方向の所定の位置において、未燃混合気が圧縮着火をし、ＣＩ燃焼が開始する（燃焼波形６０３４参照）。
【０１９９】
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６０６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６０６１）。
【０２００】
吸気行程に開始する前段噴射６０６１は、運転状態６０３の前段噴射６０３５と同様に、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。具体的に前段噴射６０６１は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。前段噴射の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。前段噴射６０６１の噴射開始を、吸気行程の前半にすることによって、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成することができる。回転数が高く異常燃焼が発生し難いため、後段噴射を省略することができる。
【０２０１】
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６０６２）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる（燃焼波形６０６３参照）。
【０２０２】
エンジン１が高負荷低回転領域（３）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、吸気行程中と、圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間とのそれぞれのタイミングで、燃焼室１７内に燃料を噴射する（符号６０４４、６０４５）。二回に分けて燃料を噴射することにより、リタード期間内に噴射する燃料量を少なくすることができる。吸気行程中に燃料を噴射することにより（符号６０４４）、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間に燃料を噴射することにより（符号６０４５）、点火直前に、燃焼室１７の中の流動を高めることができ、ＳＩ燃焼の安定化に有利になる。この燃料噴射の形態は、エンジン１の幾何学的圧縮比が低いときに特に有効である。
【０２０３】
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６０４２）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてＳＩ燃焼をする。ＳＩ燃焼が膨張行程において開始するため、ＣＩ燃焼は開始しない（燃焼波形６０４３参照）。
【０２０４】
エンジン１が高回転領域（４）における運転状態６０５にて運転するときの燃料噴射時期（符号６０５１）、点火時期（符号６０５２）は、図６と同じである。エンジン１が高回転領域（４）において運転するときには、ＳＩ燃焼が行われる（符号６０５３参照）。
【０２０５】
尚、図６に示す燃料噴射時期、及び、点火時期と、図１７に示す燃料噴射時期、及び、点火時期と、は、同じ領域の間において互いに入れ替えることが可能である。例えば、高負荷中回転領域（２）においては、図１７に示す燃料噴射時期及び点火時期を採用する一方、高負荷低回転領域（３）においては、図６に示す燃料噴射時期及び点火時期を採用してもよい。
【０２０６】
また、図１７に示す燃料噴射時期を採用する場合は、図１４のフローにおけるステップＳ８〜Ｓ１２をそれぞれ、適宜、変更すればよい。
【０２０７】
（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。
【０２０８】
また、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】
【０２０９】
１  エンジン
１０  ＥＣＵ（制御部）
１７  燃焼室
１７１  スキッシュエリア
２５  点火プラグ（点火部）
３  ピストン
３１  キャビティ
４０１  プライマリ通路（第１吸気通路）
４０２  セカンダリ通路（第２吸気通路）
５６  スワールコントロール弁（スワール発生部）
６  インジェクタ（燃料噴射部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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