(57)【要約】【課題】部分圧縮着火燃焼時の熱効率を可及的に高めながら、燃焼安定性を良好に確保する。【解決手段】本発明の制御装置は、気筒内の混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能な圧縮着火式エンジンに適用される。この制御装置は、気筒での燃焼の進行に伴い変化する所定のパラメータを検出する検出部と、気筒内の空燃比を変更可能なＡ／Ｆ操作部と、検出部による検出値に基づき燃焼安定性を判定するとともに、当該燃焼安定性が低いことが部分圧縮着火燃焼の実行中に確認された場合に、空燃比が低下する方向にＡ／Ｆ操作部を制御する燃焼制御部とを備える。【選択図】図１０
2019085980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
前記気筒での燃焼の進行に伴い変化する所定のパラメータを検出する検出部と、
前記気筒に導入される空気と燃料との割合である空燃比を変更可能なＡ／Ｆ操作部と、
前記検出部による検出値に基づき燃焼安定性を判定するとともに、当該燃焼安定性が低いことが前記部分圧縮着火燃焼の実行中に確認された場合に、前記空燃比が低下する方向に前記Ａ／Ｆ操作部を制御する燃焼制御部とを備えた、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、１燃焼サイクル中に前記気筒に供給される燃料のうち所定の質量割合の燃料が燃焼した時期である所定質量燃焼時期を上記検出部による検出値に基づき特定し、特定した所定質量燃焼時期に基づいて前記燃焼安定性を判定する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、予め定められた第１の質量割合の燃料が燃焼した時期である第１質量燃焼時期と、前記第１の質量割合よりも多い第２の質量割合の燃料が燃焼した時期である第２質量燃焼時期とを特定し、当該第１・第２質量燃焼時期から算出される燃焼速度のサイクルごとのバラつきに基づいて前記燃焼安定性を判定する、ことを特徴と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、
前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の燃焼モードとして、前記空燃比が理論空燃比よりも大きい環境下で前記部分圧縮着火燃焼を行う第１モードと、ＥＧＲガスを含む気筒内の全ガスと燃料との割合であるガス空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ前記空燃比が理論空燃比と略一致する環境下で前記部分圧縮着火燃焼を行う第２モードとのいずれかを選択可能であり、
前記第１モードによる部分圧縮着火燃焼の実行中に前記燃焼安定性が低いことが確認された場合に、前記燃焼モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替えられる、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、前記第１モードによる部分圧縮着火燃焼の燃焼重心と、前記第２モードによる部分圧縮着火燃焼の燃焼重心とが、回転速度および負荷が同一の条件では同一になるように、前記火花点火の時期を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、ＣＩ燃焼の開始時期であるθｃｉを上記検出部による検出値に基づき特定し、当該θｃｉのサイクルごとのバラつきに基づいて前記燃焼安定性を判定する、ことを特徴とす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、
前記検出部は、前記気筒内の圧力を前記パラメータとして検出する筒内圧センサである、ことを特徴と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】
本発明は、気筒内の混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼を実行可能な圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気と混合されたガソリン燃料を十分に圧縮された気筒内で自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼が注目されている。ＨＣＣＩ燃焼は、混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼（火花点火燃焼）に比べて、混合気の燃焼速度が速く、熱効率の面で非常に有利だと言われている。しかしながら、ＨＣＣＩ燃焼は、気温などの外部因子により混合気の燃焼開始時期（混合気が自着火する時期）が大きく変動するなどの問題があり、また、負荷が急変するような過渡運転時の制御が難しいという問題もあった。
【０００３】
そこで、混合気の全てを自着火により燃焼させるのではなく、混合気の一部については点火プラグを用いた火花点火により燃焼させることが提案されている。すなわち、火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により強制的に燃焼（ＳＩ燃焼）させた後に、残りの混合気を自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）させるのである。以下では、このような燃焼のことを部分圧縮着火燃焼という。
【０００４】
上記部分圧縮着火燃焼に類似したコンセプトを採用したエンジンの一例として、下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１のエンジンは、補助燃料噴射によって点火プラグ（点火栓）周りに形成された成層混合気を火花点火により火炎伝播燃焼させるとともに、当該燃焼（火炎）の作用により高温化された気筒内に主燃料噴射を行い、この主燃料噴射により噴射された燃料を自着火により燃焼させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０８７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に示されるエンジンでは、点火プラグを用いた火花点火によりＣＩ燃焼を促進できるものの、火花点火の直後に形成される火炎核の状態（火炎核の大きさや火炎伝播速度）は気筒内の環境によりバラつくものと考えられる。このような火炎核形成状態のバラつきが大きくなると、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼へと切り替わるタイミング（ＣＩ燃焼の開始時期）が狙いのタイミングから進角側や遅角側に大きくずれてしまい、燃焼が不安定化するおそれがある。このような不安定な燃焼が継続されると、エンジンの振動等が増大し、エンジンの商品性の低下を招くことになる。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、部分圧縮着火燃焼時の熱効率を可及的に高めながら、燃焼安定性を良好に確保することが可能な圧縮着火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒内の混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される圧縮着火式エンジンの制御装置であって、前記気筒での燃焼の進行に伴い変化する所定のパラメータを検出する検出部と、前記気筒に導入される空気と燃料との割合である空燃比を変更可能なＡ／Ｆ操作部と、前記検出部による検出値に基づき燃焼安定性を判定するとともに、当該燃焼安定性が低いことが前記部分圧縮着火燃焼の実行中に確認された場合に、前記空燃比が低下する方向に前記Ａ／Ｆ操作部を制御する燃焼制御部とを備えた、ことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、部分圧縮着火燃焼の実行中に燃焼安定性が低いことが確認された場合に、気筒内の空燃比（Ａ／Ｆ）が低下する方向にＡ／Ｆ操作部が制御されるので、この制御に伴って気筒内に燃料リッチな環境が形成されることにより、火花点火後の火炎核の形成を促進することができる。これにより、十分な大きさの火炎核が安定して形成されるようになるので、部分圧縮着火燃焼の燃焼安定性を高めることができる。
【００１０】
逆に言えば、燃焼安定性が低下しない限り大きな空燃比が維持されるので、熱効率に有利な燃料リーンな環境下で部分圧縮着火燃焼が実行される期間をできるだけ長く確保することができ、エンジンの燃費性能を効果的に向上させることができる。
【００１１】
好ましくは、前記燃焼制御部は、１燃焼サイクル中に前記気筒に供給される燃料のうち所定の質量割合の燃料が燃焼した時期である所定質量燃焼時期を上記検出部による検出値に基づき特定し、特定した所定質量燃焼時期に基づいて前記燃焼安定性を判定する（請求項２）。
【００１２】
この構成によれば、混合気の燃焼速度の変動に追従して変化する所定質量燃焼時期に基づいて燃焼安定性を適正に判定することができる。
【００１３】
前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、予め定められた第１の質量割合の燃料が燃焼した時期である第１質量燃焼時期と、前記第１の質量割合よりも多い第２の質量割合の燃料が燃焼した時期である第２質量燃焼時期とを特定し、当該第１・第２質量燃焼時期から算出される燃焼速度のサイクルごとのバラつきに基づいて前記燃焼安定性を判定する（請求項３）。
【００１４】
この構成によれば、燃焼速度のサイクルごとのバラつきに基づいて燃焼安定性をより適正に判定することができる。
【００１５】
好ましくは、前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の燃焼モードとして、前記空燃比が理論空燃比よりも大きい環境下で前記部分圧縮着火燃焼を行う第１モードと、ＥＧＲガスを含む気筒内の全ガスと燃料との割合であるガス空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ前記空燃比が理論空燃比と略一致する環境下で前記部分圧縮着火燃焼を行う第２モードとのいずれかを選択可能であり、前記第１モードによる部分圧縮着火燃焼の実行中に前記燃焼安定性が低いことが確認された場合に、前記燃焼モードが前記第１モードから前記第２モードに切り替えられる（請求項４）。
【００１６】
この構成によれば、燃焼安定性が高い場合には第１モードが選択されて、気筒内の空燃比（Ａ／Ｆ）が大きい燃料リーンな環境下で部分圧縮着火燃焼が行われる一方、この第１モードの選択中に燃焼安定性が低下した場合には、燃焼モードが第１モードから第２モードに切り替えられて、空燃比が小さい相対的に燃料リッチな環境下で部分圧縮着火燃焼が行われる。これにより、熱効率の高い第１モードによる部分圧縮着火燃焼を基本的に行いながら、第１モードの選択中に燃焼安定性が低下した場合には、第２モードへの切り替えによって燃焼安定性を速やかに回復させることができる。
【００１７】
前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、前記第１モードによる部分圧縮着火燃焼の燃焼重心と、前記第２モードによる部分圧縮着火燃焼の燃焼重心とが、回転速度および負荷が同一の条件では同一になるように、前記火花点火の時期を制御する（請求項５）。
【００１８】
この構成によれば、第１モードと第２モードとの間で燃焼モードが切り替わっても燃焼重心が大きくずれることがないので、モード切り替え時のトルク段差（切り替え前後での出力トルクの差）を低減することができ、乗員に感知されにくいスムーズなモード切り替えを実現することができる。
【００１９】
前記燃焼制御部は、ＣＩ燃焼の開始時期であるθｃｉを上記検出部による検出値に基づき特定し、当該θｃｉのサイクルごとのバラつきに基づいて前記燃焼安定性を判定するものであってもよい（請求項６）。
【００２０】
この構成によれば、ＣＩ燃焼の開始時期（θｃｉ）のバラつきに基づいて燃焼安定性を適正に判定することができる。
【００２１】
好ましくは、前記検出部は、前記気筒内の圧力を前記パラメータとして検出する筒内圧センサである（請求項７）。
【００２２】
この構成によれば、筒内圧センサの検出値を用いて燃焼安定性を適正に判定することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、部分圧縮着火燃焼時の熱効率を可及的に高めながら、燃焼安定性を良好に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧縮着火式エンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。
【図２】エンジン本体の断面図とピストンの平面図とを併せて示した図である。
【図３】気筒およびその近傍の吸排気系の構造を示す概略平面図である。
【図４】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図５】エンジンの暖機の進行度合いとエンジンの回転速度／負荷とに応じた制御の相違を説明するための運転マップであり、（ａ）が温間時に使用される第１運転マップ、（ｂ）が半暖機時に使用される第２運転マップ、（ｃ）が冷間時に使用される第３運転マップをそれぞれ示している。
【図６】上記第１〜第３運転マップから適切なマップを選択するための手順を示すフローチャートである。
【図７】上記第１運転マップの各領域で実行される燃焼制御を概略的に説明するためのタイムチャートである。
【図８】ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。
【図９】ＳＰＣＣＩ燃焼時に実行される制御の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】上記第１運転マップの第１領域で実行される制御の詳細を示すフローチャートである。
【図１１】熱発生量の波形から燃焼速度を算出する手順を説明するための図である。
【図１２】ＳＩ率の種々の定義方法を説明するための図８相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（１）エンジンの全体構成
図１および図２は、本発明の制御装置が適用された圧縮着火式エンジン（以下、単にエンジンという）の好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置５０を備えている。
【００２６】
エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の（例えば４つの）気筒を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。
【００２７】
ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料は、主成分としてガソリンを含有していればよく、例えばガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分を含んでいてもよい。
【００２８】
ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。
【００２９】
気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下に設定される。より詳しくは、気筒２の幾何学的圧縮比は、オクタン価が９１程度のガソリン燃料を使用するレギュラー仕様の場合に１４以上１７以下に設定し、オクタン価が９６程度のガソリン燃料を使用するハイオク仕様の場合に１５以上１８以下に設定するのが好ましい。
【００３０】
シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１と、シリンダブロック３およびシリンダヘッド４の内部を流通する冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサＳＮ２とが設けられている。
【００３１】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、図２に示すように、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、吸気ポート９は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂを有しており、排気ポート１０は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂを有している。吸気弁１１は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂをそれぞれ開閉するように合計２つ設けられ、排気弁１２は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂをそれぞれ開閉するように合計２つ設けられている。
【００３２】
図３に示すように、第２吸気ポート９Ｂには開閉可能なスワール弁１８が設けられている。スワール弁１８は、第２吸気ポート９Ｂにのみ設けられており、第１吸気ポート９Ａには設けられていない。このようなスワール弁１８が閉方向に駆動されると、スワール弁１８が設けられていない第１吸気ポート９Ａから燃焼室６に流入する吸気の割合が増大するため、気筒軸線の回りを旋回する旋回流、つまりスワール流を強化することができる。逆に、スワール弁１８を開方向に駆動すればスワール流を弱めることができる。なお、当実施形態の吸気ポート９はタンブル流（縦渦）を形成可能なタンブルポートである。このため、スワール弁１８の閉時に形成されるスワール流は、タンブル流とミックスされた斜めスワール流となる。
【００３３】
吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。
【００３４】
吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の少なくとも開時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の少なくとも閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、当実施形態では、吸気弁１１および排気弁１２の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間を調整することが可能であり、また、このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することが可能である。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の閉時期（開時期）を固定したまま開時期（閉時期）のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構であってもよい。吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、請求項にいう「Ａ／Ｆ操作部」の一例に該当する。
【００３５】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（主にガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気との混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力（以下、筒内圧力ともいう）を検出する筒内圧センサＳＮ３が設けられている。なお、筒内圧センサＳＮ３は請求項にいう「検出部」に相当する。
【００３６】
図２に示すように、ピストン５の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０の中心部には、相対的に上方に隆起したほぼ円錐状の隆起部２０ａが形成されており、この隆起部２０ａを挟んだ径方向の両側がそれぞれ断面お椀状の凹部とされている。言い換えると、キャビティ２０は、隆起部２０ａを囲むように形成された平面視ドーナツ状の凹部である。また、ピストン５の冠面のうちキャビティ２０よりも径方向外側の領域は、円環状の平坦面からなるスキッシュ部２１とされている。
【００３７】
インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である（図２中のＦは各噴孔から噴射された燃料の噴霧を表している）。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部（隆起部２０ａ）と対向するように設けられている。
【００３８】
点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。点火プラグ１６の先端部（電極部）は、キャビティ２０と平面視で重複する位置に設定されている。
【００３９】
図１に示すように、吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。
【００４０】
吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。スロットル弁３２は、請求項にいう「Ａ／Ｆ操作部」の一例に該当する。
【００４１】
吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ４と、吸気の温度を検出する第１・第２吸気温センサＳＮ５，ＳＮ７と、吸気の圧力を検出する第１・第２吸気圧センサＳＮ６，ＳＮ８とが設けられている。エアフローセンサＳＮ４および第１吸気温センサＳＮ５は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量および温度を検出する。第１吸気圧センサＳＮ６は、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間（後述するＥＧＲ通路５１の接続口よりも下流側）の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の圧力を検出する。第２吸気温センサＳＮ７は、吸気通路３０における過給機３３とインタークーラ３５との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の温度を検出する。第２吸気圧センサＳＮ８は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。
【００４２】
過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。
【００４３】
過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。
【００４４】
吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。
【００４５】
排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガス（排気ガス）は、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。
【００４６】
排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが内蔵されている。なお、触媒コンバータ４１の下流側に、三元触媒やＮＯｘ触媒等の適宜の触媒を内蔵した別の触媒コンバータを追加してもよい。
【００４７】
ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気ガスの流量を調整する。なお、ＥＧＲ弁５３は、請求項にいう「Ａ／Ｆ操作部」の一例に該当する。
【００４８】
ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ９が設けられている。
【００４９】
（２）制御系統
図４は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００５０】
ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、筒内圧センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、第１・第２吸気温センサＳＮ５，ＳＮ７、第１・第２吸気圧センサＳＮ６，ＳＮ８、および差圧センサＳＮ９と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、筒内圧力、吸気流量、吸気温、吸気圧、ＥＧＲ弁５３の前後差圧等）がＥＣＵ１００に逐次入力されるようになっている。
【００５１】
また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ１０が設けられており、このアクセルセンサＳＮ１０による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。
【００５２】
ＥＣＵ１００は、上記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スワール弁１８、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
【００５３】
なお、上記のようなＥＣＵ１００は、請求項にいう「燃焼制御部」に相当する。
【００５４】
（３）運転状態に応じた制御
図５（ａ）〜（ｃ）は、エンジンの暖機の進行度合いとエンジンの回転速度／負荷とに応じた制御の相違を説明するための運転マップである。本図に示すように、当実施形態では、エンジンの暖機が完了した温間時と、エンジンの暖機が途中まで進行した半暖機時と、エンジンが未暖機である冷間時との３つの段階に対応して、それぞれ異なる運転マップＱ１〜Ｑ３が用意されている。以下、温間時に用いられる運転マップＱ１を第１運転マップ、半暖機時に用いられる運転マップＱ２を第２運転マップ、冷間時に用いられる運転マップＱ３を第３運転マップと称する。
【００５５】
温間時の第１運転マップＱ１（図５（ａ））には、燃焼形態の異なる５つの運転領域Ａ１〜Ａ５が含まれており、半暖機時の第２運転マップＱ２（図５（ｂ））には、燃焼形態の異なる４つの運転領域Ｂ１〜Ｂ４が含まれており、冷間時の第３運転マップＱ３（図５（ｃ））には、燃焼形態の異なる２つの運転領域Ｃ１，Ｃ２が含まれている。これら各運転領域における燃焼形態の詳細については後述する。
【００５６】
図６は、第１〜第３運転マップＱ１〜Ｑ３から適切なマップを選択するための手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１において、水温センサＳＮ２により検出されるエンジン水温と、第２吸気温センサＳＮ７により検出される吸気温とに基づいて、（ｉ）エンジン水温が３０℃未満であること、および（ii）吸気温が２５℃未満であること、の双方の要件が成立するか否かを判定する。
【００５７】
上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されて上記（ｉ）（ii）が成立したことが確認された場合、つまり、「エンジン水温＜３０℃」および「吸気温＜２５℃」の双方の要件が成立し、エンジンが冷間状態にあることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２に移行して、図５（ｃ）に示した第３運転マップＱ３を使用すべき運転マップとして決定する。
【００５８】
一方、上記ステップＳ１でＮＯと判定されて上記（ｉ）（ii）のいずれかが非成立であることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３に移行して、水温センサＳＮ２により検出されるエンジン水温と、第２吸気温センサＳＮ７により検出される吸気温とに基づいて、（iii）エンジン水温が８０℃未満であること、および（iv）吸気温が５０℃未満であること、の双方の要件が成立するか否かを判定する。
【００５９】
上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されて上記（iii）（iv）が成立したことが確認された場合、つまり、「エンジン水温≧３０℃」および「吸気温≧２５℃」の少なくとも一方の要件と、「エンジン水温＜８０℃」および「吸気温＜５０℃」の双方の要件とが成立し、エンジンが半暖機状態にあることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４に移行して、図５（ｂ）に示した第２運転マップＱ２を使用すべき運転マップとして決定する。
【００６０】
一方、上記ステップＳ３でＮＯと判定されて上記（iii）（iv）のいずれかが非成立であることが確認された場合、つまり、「エンジン水温≧８０℃」および「吸気温≧５０℃」の少なくとも一方の要件が成立し、エンジンが温間状態（暖機完了状態）にあることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５に移行して、図５（ａ）に示した第１運転マップＱ１を使用すべき運転マップとして決定する。
【００６１】
次に、以上のような冷間時、半暖機時、温間時の各運転マップＱ１〜Ｑ３により規定される具体的な制御の内容（回転速度／負荷に応じた燃焼制御の相違）について説明する。
【００６２】
（ａ）温間時の制御
まず、第１運転マップＱ１（図５（ａ））を参照しつつ、エンジンの温間時の燃焼制御について説明する。第１運転マップＱ１に含まれる５つの運転領域をそれぞれ第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３、第４領域Ａ４、第５領域Ａ５とすると、第１領域Ａ１は、エンジン負荷が低い（無負荷を含む）低負荷の領域から高速側の一部の領域を除いた低・中速／低負荷の領域であり、第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１よいも負荷が高い低・中速／中負荷の領域であり、第４領域Ａ４は、第２領域Ａ２よりも負荷が高くかつ回転速度が低い低速／高負荷の領域であり、第３領域Ａ３は、第４領域Ａ４よりも回転速度が高い中速／高負荷の領域であり、第５領域Ａ５は、第１〜第４領域Ａ１〜Ａ４のいずれよりも回転速度が高い高速領域である。以下、各運転領域で選択される燃焼形態等について順に説明する。
【００６３】
（ａ−１）第１領域
低・中速／低負荷の第１領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６を用いた火花点火により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「ＳＰＣＣＩ」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
【００６４】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼時の熱発生よりもＣＩ燃焼時の熱発生の方が急峻になるという性質がある。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生率の波形は、後述する図７または図８に示すように、ＳＩ燃焼に対応する燃焼初期の立ち上がりの傾きが、その後のＣＩ燃焼に対応して生じる立ち上がりの傾きよりも小さくなる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生部とが、この順に連続するように形成される。また、このような熱発生率の傾向に対応して、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時に生じる燃焼室６内の圧力上昇率（ｄｐ／ｄθ）がＣＩ燃焼時のそれよりも小さくなる。
【００６５】
ＳＩ燃焼によって、燃焼室６内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。後述する図７または図８に例示するように、この自着火のタイミング（つまりＣＩ燃焼が開始するタイミング）で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点（図８のＸ）を有している。
【００６６】
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燃焼よりも混合気の燃焼速度が速いため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン５の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθが過大になることが回避される。このように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるｄｐ／ｄθが過大になり難く、単純なＣＩ燃焼（全ての燃料をＣＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼騒音を抑制することができる。
【００６７】
ＣＩ燃焼の終了に伴いＳＰＣＣＩ燃焼も終了する。ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なＳＩ燃焼（全ての燃料をＳＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。
【００６８】
上記ＳＰＣＣＩ燃焼の具体的形態として、第１領域Ａ１では、第１モードと第２モードという２種類のモードが用意されている。第１モードは、燃焼室６内の空気（新気）と燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比（１４．７）よりも大きい値に設定しつつＳＰＣＣＩ燃焼を行うモードであり、第２モードは、空燃比を理論空燃比もしくはその近傍に設定しつつＳＰＣＣＩ燃焼を行うモードである。言い換えると、第１モードでは、空気過剰率λ（実空燃比を理論空燃比で割った値）が１より大きくなる空燃比リーンな環境下でＳＰＣＣＩ燃焼が行われ、第２モードでは、空気過剰率が１もしくはその近傍となるストイキ環境下でＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。例えば、第１モードでは、空気過剰率λが２以上に設定され、第２モードでは、空気過剰率λが１±０．２に設定される。第１領域Ａ１では、基本的に第１モード（λ＞１）が選択されるが、この第１モードでの運転中に燃焼安定性の低下が検知されると、燃焼モードが一時的に第２モード（λ＝１）に切り替えられるようになっている。なお、燃焼安定性に応じたモード切り替えの詳細については後述する。
【００６９】
上記のような第１／第２モードによるＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１領域Ａ１では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００７０】
インジェクタ１５は、第１／第２モードのいずれが選択されるかによって異なる態様の燃料噴射を実行する。具体的に、第１モードが選択されているとき、インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の全量または大半を圧縮行程中に噴射する。例えば、第１領域Ａ１に含まれる運転ポイントＰ１でエンジンが運転されており、かつ第１モードが選択されているとき、インジェクタ１５は、図７のチャート（ａ）に示すように、圧縮行程の中期から後期にかけた２回に分けて燃料を噴射する。一方、第２モードが選択されているとき、インジェクタ１５は、少なくとも一部の燃料の噴射時期を吸気行程にまで早める。例えば、上記運転ポイントＰ１でエンジンが運転されており、かつ第２モードが選択されているとき、インジェクタ１５は、図７のチャート（ｂ）に示すように、１回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、２回目の燃料噴射を圧縮行程中に実行する。
【００７１】
点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントＰ１において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。
【００７２】
過給機３３は、第１運転マップＱ１（図５（ａ））に示される過給ラインＬの内側領域でＯＦＦ状態とされ、過給ラインＬの外側領域でＯＮ状態とされる。過給機３３がＯＦＦ状態とされる過給ラインＬの内側領域、つまり第１領域Ａ１の低速側では、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。一方、過給機３３がＯＮ状態とされる過給ラインＬの外側領域、つまり第１領域Ａ１の高速側では、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。このとき、第２吸気圧センサＳＮ８により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（回転速度／負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。例えば、バイパス弁３９の開度が大きくなるほど、バイパス通路３８を通じて過給機３３の上流側に逆流する吸気の流量が多くなる結果、サージタンク３６に導入される吸気の圧力つまり過給圧が低くなる。バイパス弁３９は、このように吸気の逆流量を調整することにより、過給圧を目標圧力に制御する。
【００７３】
吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを内部ＥＧＲを行うためのタイミング、つまり、吸・排気弁１１，１２の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室６に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが実現され、燃焼室６の温度（圧縮前の初期温度）が高められる。
【００７４】
スロットル弁３２は、第１モード（λ＞１）が選択されているときは全開相当の開度まで開かれるのに対し、第２モード（λ＝１）が選択されているときは所定の中間開度まで閉じられる。このようなスロットル弁３２の制御により、第１モードでは、燃焼室６内の全体の空燃比（Ａ／Ｆ）が３０〜４０に設定され、第２モードでは、同空燃比が１４．７もしくはその近傍値に設定される。
【００７５】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の全体の空燃比が第１／第２モードにおいてそれぞれ規定の目標空燃比となるように、その開度が制御される。すなわち、ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６に導入される全ガス量から、上記目標空燃比（第１モードのときはＡ／Ｆ＝３０〜４０；第２モードのときはＡ／Ｆ≒１４．７）に相当する空気量と、内部ＥＧＲにより燃焼室６に残留させられる既燃ガスの量とを除いた分のガスが、外部ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路５１から燃焼室６に還流されるように、ＥＧＲ通路５１内の流量を調整する。なお、第１領域Ａ１では、上記のように空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりリーンに設定される上に、燃焼室６にＥＧＲガス（外部ＥＧＲガスおよび内部ＥＧＲガス）が導入されるので、燃焼室６内の全ガスと燃料との重量比であるガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、第１／第２モードのいずれであってもリーン（１４．７を超える値）となる。ただし、第２モードのときは第１モードのときよりもスロットル弁３２の開度が小さくされるので、第２モードのときのガス空燃比は第１モードのときのガス空燃比よりも小さくなる。例えば、ガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、第１モードのときは３５〜４５に、第２モードのときは１８〜２５に、それぞれ設定される。
【００７６】
スワール弁１８は全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。これにより、燃焼室６に導入される吸気は、その全部もしくは大部分が第１吸気ポート９Ａ（スワール弁１８が設けられていない側の吸気ポート）からの吸気となるので、燃焼室６内に強いスワール流が形成される。このスワール流は、吸気行程中に成長して、圧縮行程の途中まで残存する。このため、例えば図７（ａ）に示した第１モード（λ＞１の空燃比リーンな環境下でＳＰＣＣＩ燃焼をするモード）での運転時のように圧縮行程の中期以降に燃料を噴射した場合には、スワール流の作用によって燃料の成層化が実現される。すなわち、スワール流が存在する状況下で圧縮行程の中期以降に燃料が噴射されると、噴射された燃料は、スワール流が比較的弱い燃焼室６の中央部に集められる。これにより、燃焼室６の中央部の燃料濃度がその外側の領域（外周部）に比べて濃くなるという濃度差が生じ、燃料の成層化が実現される。例えば、第１モードでの運転時は、燃焼室６の中央部の空燃比が２０以上３０以下に、燃焼室６の外周部の空燃比が３５以上に設定される。
【００７７】
（ａ−２）第２領域
低・中速／中負荷の第２領域Ａ２では、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比（λ＝１）に略一致する環境下で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。具体的に、このようなストイキ環境下でのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第２領域Ａ２では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００７８】
インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。例えば、第２領域Ａ２に含まれる運転ポイントＰ２において、インジェクタ１５は、図７のチャート（ｃ）に示すように、比較的多量の燃料を噴射する１回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、当該１回目の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する２回目の燃料噴射を圧縮行程中に実行する。
【００７９】
点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントＰ２において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。
【００８０】
過給機３３は、過給ラインＬの内側領域と重複する低負荷かつ低速側の一部においてＯＦＦ状態とされ、それ以外の領域でＯＮ状態とされる。過給機３３がＯＮ状態とされて吸気が過給されているとき、バイパス弁３９の開度は、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が目標圧力に一致するように制御される。
【００８１】
吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを、内部ＥＧＲを行うことが可能なタイミング（つまり所定量のバルブオーバーラップ期間が形成されるタイミング）に設定する。なお、第２領域Ａ２の高負荷側では実質的に内部ＥＧＲを停止してもよい。
【００８２】
スロットル弁３２は全開とされる。
【００８３】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（λ＝１）もしくはその近傍となるように、その開度が制御される。例えば、ＥＧＲ弁５３は、空気過剰率λが１±０．２になるように、ＥＧＲ通路５１を通じて還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整する。なお、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）はいずれもリーンとされる。
【００８４】
スワール弁１８は、全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。これにより、燃焼室６には強いスワール流が形成される。
【００８５】
（ａ−３）第３領域
第３領域Ａ３では、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比よりもややリッチ（λ≦１）になる環境下で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。具体的に、このようなリッチ環境下でのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第３領域Ａ３では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００８６】
インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の全部または大半を吸気行程中に噴射する。例えば、第３領域Ａ３に含まれる運転ポイントＰ３において、インジェクタ１５は、図７のチャート（ｄ）に示すように、吸気行程の後半と重複する一連の期間、より詳しくは、吸気行程の後半から圧縮行程の初期にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。
【００８７】
点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントＰ３において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや遅角側のタイミングで混合気に点火する。
【００８８】
過給機３３はＯＮ状態とされ、過給機３３による過給が行われる。このときの過給圧は、バイパス弁３９によって調整される。
【００８９】
吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１および排気弁１２のタイミングを、内部ＥＧＲが実質的に停止されるようなタイミングに設定する。
【００９０】
スロットル弁３２は全開とされる。
【００９１】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりもややリッチ（λ≦１）となるように、その開度が制御される。例えば、ＥＧＲ弁５３は、空燃比が１２以上１４以下となるように、ＥＧＲ通路５１を通じて還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整する。ただし、エンジンの最高負荷の近傍ではＥＧＲ弁５３を閉じて実質的に外部ＥＧＲを停止してもよい。
【００９２】
スワール弁１８の開度は、第１・第２領域Ａ１，Ａ２での開度よりも大きくかつ全開相当の開度よりも小さい中間開度に設定される。
【００９３】
（ａ−４）第４領域
低速・高負荷の第４領域Ａ４では、燃料の少なくとも一部を圧縮行程の後期に噴射しつつ混合気をＳＩ燃焼させる制御が実行される。具体的に、このようなリタード噴射を伴うＳＩ燃焼を実現するため、第４領域Ａ４では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００９４】
インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程の後期に噴射する。例えば、第４領域Ａ４に含まれる運転ポイントＰ４において、インジェクタ１５は、図７のチャート（ｅ）に示すように、比較的多量の燃料を噴射する１回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、当該１回目の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する２回目の燃料噴射を圧縮行程の後期（圧縮上死点の直前）に実行する。
【００９５】
点火プラグ１６は、例えば圧縮上死点から５〜２０°ＣＡ程度経過した比較的遅めのタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。なお、第４領域Ａ４での点火時期が上記のように遅角されるのは、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼を防止するためである。ただし、第４領域Ａ４では、２回目の燃料噴射が圧縮行程の後期（圧縮上死点の直前）というかなり遅めのタイミングに設定されるので、点火時期が上記のように遅角されたとしても、点火後の燃焼速度（火炎伝播速度）は比較的速いものになる。すなわち、２回目の燃料噴射から点火までの期間が十分に短いことから、点火時点における燃焼室６内の流動（乱流エネルギー）が比較的強くなり、当該流動を利用して点火後の燃焼速度を速めることができる。これにより、異常燃焼を防止しつつ熱効率を高く維持することができる。
【００９６】
過給機３３はＯＮ状態とされ、過給機３３による過給が行われる。このときの過給圧は、バイパス弁３９によって調整される。
【００９７】
スロットル弁３２は全開とされる。
【００９８】
吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１および排気弁１２のタイミングを、内部ＥＧＲが実質的に停止されるようなタイミングに設定する。
【００９９】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（λ＝１）もしくはその近傍となるように、その開度が制御される。例えば、ＥＧＲ弁５３は、空気過剰率λが１±０．２となるように、ＥＧＲ通路５１を通じて還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整する。ただし、エンジンの最高負荷の近傍ではＥＧＲ弁５３を閉じて実質的に外部ＥＧＲを停止してもよい。
【０１００】
スワール弁１８の開度は、所定の中間開度（例えば５０％）またはその近傍値に設定される。
【０１０１】
（ａ−５）第５領域
上記第１〜第４領域Ａ１〜Ａ４よりも高速側の第５領域Ａ５では、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。このＳＩ燃焼の実現のために、第５領域Ａ５では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【０１０２】
インジェクタ１５は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。例えば、第５領域Ａ５に含まれる運転ポイントＰ５において、インジェクタ１５は、図７のチャート（ｆ）に示すように、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。なお、運転ポイントＰ５は、かなり高速かつ高負荷の条件であるため、１サイクル中に噴射すべき燃料の量がそもそも多い上に、所要量の燃料を噴射するのに要するクランク角期間が長期化する。運転ポイントＰ５における燃料の噴射期間が既述の他の運転ポイント（Ｐ１〜Ｐ４）のいずれよりも長いのはこのためである。
【０１０３】
点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントＰ５において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
【０１０４】
過給機３３はＯＮ状態とされ、過給機３３による過給が行われる。このときの過給圧は、バイパス弁３９によって調整される。
【０１０５】
スロットル弁３２は全開とされる。
【０１０６】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりもややリッチな値（λ≦１）となるように、その開度が制御される。
【０１０７】
スワール弁１８は全開とされる。これにより、第１吸気ポート９Ａだけでなく第２吸気ポート９Ｂが完全に開放されて、エンジンの充填効率が高められる。
【０１０８】
（ｂ）半暖機時の制御
次に、第２運転マップＱ２（図５（ｂ））に基づいて、エンジンの半暖機時の燃焼制御について説明する。第２運転マップＱ２に含まれる４つの運転領域をそれぞれ第６領域Ｂ１、第７領域Ｂ２、第８領域Ｂ３、第９領域Ｂ４とすると、第６領域Ｂ１は、暖機時に使用される第１運転マップＱ１における第１・第２領域Ａ１，Ａ２を併合した領域に対応しており、第７領域Ｂ２は、第１運転マップＱ１の第３領域Ａ３に対応しており、第８領域Ｂ３は、第１運転マップＱ１の第４領域Ａ４に対応しており、第９領域Ｂ４は、第１運転マップＱ１の第５領域Ａ５に対応している。
【０１０９】
第６領域Ｂ１では、温間時（第１運転マップＱ１）の第２領域Ａ２と同様に、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比（λ＝１）に略一致する環境下で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。この第６領域Ｂ１での制御は、基本的に上記（ａ−２）で説明した制御（温間時の第２領域Ａ２での制御）と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【０１１０】
また、残余の領域Ｂ２〜Ｂ４での制御は、それぞれ温間時（第１運転マップＱ１）の領域Ａ３〜Ａ５での制御（上記（ａ−３）〜（ａ−５））と同様であるので、やはりその説明を省略する。
【０１１１】
（ｃ）冷間時の制御
次に、第３運転マップＱ３（図５（ｃ））に基づいて、エンジンの冷間時の燃焼制御について説明する。第３運転マップＱ３に含まれる２つの運転領域をそれぞれ第１０領域Ｃ１、第１１領域Ｃ２とすると、第１０領域Ｃ１は、暖機時に使用される第１運転マップＱ１における第１・第２・第３・第５領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ５を併合した領域に対応しており、第１１領域Ｃ２は、第１運転マップＱ１の第４領域Ａ４に対応している。
【０１１２】
第１０領域Ｃ１では、主に吸気行程中に噴射された燃料を空気と混合しつつＳＩ燃焼させる制御が実行される。この第１０領域Ｃ１での制御は、一般的なガソリンエンジンの燃焼制御と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【０１１３】
また、第１１領域Ｃ２での制御は、温間時（第１運転マップＱ１）の第４領域Ａ４での制御（上記（ａ−４））と同様であるので、やはりその説明を省略する。
【０１１４】
（４）ＳＩ率および燃焼重心について
上述したように、当実施形態では、いくつかの運転領域（第１運転マップＱ１の第１〜第３領域Ａ１〜Ａ３および第２運転マップＱ２の第６・第７領域Ｂ１，Ｂ２）において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼が実行されるが、このＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要になる。
【０１１５】
ここで、当実施形態では、上記比率として、ＳＰＣＣＩ燃焼（ＳＩ燃焼およびＣＩ燃焼）による全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率を用いる。図８は、このＳＩ率を説明するための図であり、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときの熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）のクランク角による変化を示している。図８の波形における変曲点Ｘは、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるときに現れる変曲点であり、この変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉを、ＣＩ燃焼の開始時期と定義することができる。そして、このθｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ１をＳＩ燃焼による熱発生量とし、θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ２をＣＩ燃焼による熱発生率とする。これにより、（ＳＩ燃焼による熱発生量）／（ＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生量）で定義される上述したＳＩ率は、上記各面積Ｒ１，Ｒ２を用いて、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）で表すことができる。つまり、当実施形態では、ＳＩ率＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）である。
【０１１６】
ＳＩ率は、１サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料の半分の質量（５０％質量分）が燃焼した時期である燃焼重心と相関がある。例えば、ＳＩ率が小さいほど、混合気が自着火により同時多発的に燃焼するＣＩ燃焼の割合が増えるので、平均的な燃焼速度が速くなり、燃焼重心が進角して圧縮上死点に近づく。このことは、熱効率の向上につながる一方で、燃焼騒音の増大を招くことになる。逆に、ＳＩ率が高い（ＣＩ燃焼の割合が小さい）ほど、平均的な燃焼速度が遅くなるので、燃焼重心が遅角して圧縮上死点から遠ざかる。このことは、燃焼騒音の抑制につながる一方で、熱効率の低下を招くことになる。当実施形態では、このようなＳＩ率と燃焼重心との相関性を考慮して、燃焼騒音を許容レベル未満に抑えつつ高い熱効率が得られる最適な燃焼重心が目標燃焼重心として予め定められるとともに、この目標燃焼重心に対応する最適なＳＩ率が目標ＳＩ率として予め定められている。
【０１１７】
ここで、目標燃焼重心は、エンジンの運転条件（回転速度／負荷）に応じて変化する。例えば、熱発生量の多い高負荷条件のときは、燃料の噴射量が多く燃焼室６内でのトータルの熱発生量が大きい（言い換えると燃焼騒音が大きくなり易い）ため、熱発生量の少ない低負荷条件のときと比べて、燃焼騒音を抑えるべく燃焼重心を圧縮上死点から大きく遅角させる必要がある。逆に、低負荷条件のときは、高負荷条件のときに比べて、熱発生量が小さく燃焼騒音が大きくなり難いので、熱効率を高めるべく燃焼重心を進角側に設定することが望ましい。このことから、目標燃焼重心は、総じて、負荷が高いほど遅角側に（言い換えると負荷が低いほど進角側に）設定される。また、単位時間あたりのクランク角の進行量がエンジン回転速度に応じて変化することから、騒音および熱効率を考慮した最適な燃焼重心は回転速度によっても変化する。このため、目標燃焼重心は、負荷だけでなく回転速度によっても可変的に設定される。
【０１１８】
このように、目標燃焼重心は、エンジンの運転条件（回転速度／負荷）に応じて変化するが、逆に言えば、回転速度および負荷が同一のときは燃焼重心も同一とすることが望ましい。このため、当実施形態では、回転速度および負荷が同一の場合の目標燃焼重心が、ＳＰＣＣＩ燃焼のモードの相違にかかわらず同一に設定される。例えば、エンジンの温間時にＳＰＣＣＩ燃焼が実行されているとき（第１運転マップＱ１の第１〜第３領域Ａ１〜Ａ３での運転時）であっても、エンジンの半暖機時にＳＰＣＣＩ燃焼が実行されているとき（第２運転マップＱ２の第１・第２領域Ｂ１，Ｂ２での運転時）であっても、目標燃焼重心は、回転速度および負荷が同一であれば同一とされる。また、第１運転マップＱ１の第１領域Ａ１では第１モードおよび第２モードのいずれかが選択されるが、どちらのモードによるＳＰＣＣＩ燃焼が実行されているときであっても、目標燃焼重心は、やはり回転速度および負荷が同一であれば同一とされる。
【０１１９】
以上のように、ＳＰＣＣＩ燃焼における目標燃焼重心は、エンジンの回転速度および負荷に応じて変化するので、これに合わせて、目標ＳＩ率も回転速度および負荷に応じて可変的に設定される。例えば、上述したように、目標燃焼重心は負荷が高いほど遅角側に存在するので、これに合わせて、目標ＳＩ率は負荷が高いほど大きくなるように（言い換えると負荷が高いほどＣＩ燃焼の割合が減少するように）設定される。また、目標燃焼重心は、ＳＰＣＣＩ燃焼のモードの相違（温間時／半暖機時の相違、もしくは第１領域Ａ１での第１／第２モードの相違）にかかわらず、回転速度および負荷が同一であれば同一とされるので、これに合わせて、目標ＳＩ率も回転速度および負荷が同一であれば（燃焼モードの相違にかかわらず）同一とされる。
【０１２０】
そして、当実施形態では、上記のように設定される目標燃焼重心および目標ＳＩ率が実現されるように、点火プラグ１６による点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、および筒内状態量といった制御量の目標値が、それぞれ運転条件（回転速度／負荷）に応じて予め定められている。なお、ここでいう筒内状態量とは、例えば、燃焼室６内の温度やＥＧＲ率等である。ＥＧＲ率には、燃焼室６内の全ガスに対する外部ＥＧＲガス（ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス）の割合である外部ＥＧＲ率と、燃焼室６内の全ガスに対する内部ＥＧＲガス（燃焼室６に残留する既燃ガス）の割合である内部ＥＧＲ率とが含まれる。
【０１２１】
例えば、点火プラグ１６による点火時期（火花点火の時期）が進角されるほど、多くの燃料がＳＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が高くなる。また、燃料の噴射時期が進角されるほど、多くの燃料がＣＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が低くなる。あるいは、燃焼室６の温度が高くなるほど、多くの燃料がＣＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が低くなる。さらに、ＳＩ率の変化は燃焼重心の変化を伴うので、これらの各制御量（点火時期、噴射時期、筒内温度等）の変化は、燃焼重心を調整する要素となる。
【０１２２】
上記のような傾向に基づいて、当実施形態では、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、および筒内状態量（温度、ＥＧＲ率等）の各目標値が、上述した目標燃焼重心および目標ＳＩ率を実現可能な組合せになるように運転条件ごとに予め定められている。ＳＰＣＣＩ燃焼による運転時（つまり第１運転マップＱ１の第１〜第３領域Ａ１〜Ａ３または第２運転マップＱ２の第１・第２領域Ｂ１，Ｂ２での運転時）、ＥＣＵ１００は、これら制御量の各目標値に基づいて、インジェクタ１５、点火プラグ１６、ＥＧＲ弁５３、吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａ等を制御する。例えば、点火時期の目標値に基づいて点火プラグ１６を制御するとともに、燃料の噴射量／噴射時期の目標値に基づいてインジェクタ１５を制御する。また、燃焼室６の温度およびＥＧＲ率の各目標値に基づいてＥＧＲ弁５３および吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａを制御し、ＥＧＲ通路５１を通じた排気ガス（外部ＥＧＲガス）の還流量や内部ＥＧＲによる既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の残留量を調整する。
【０１２３】
（５）燃焼重心に基づいたＳＰＣＣＩ燃焼時の制御
上述したように、当実施形態では、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、および筒内状態量（温度、ＥＧＲ率等）といった制御量の各目標値が、ＳＩ率および燃焼重心がそれぞれの目標値（目標ＳＩ率および目標燃焼重心）に一致するように予め定められているが、仮に上記各制御量（点火時期等）を目標通りに制御しても、ＳＩ率および燃焼重心が目標通りになるとは限らない。そこで、当実施形態では、燃焼サイクルごとにＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼重心を特定し、特定した燃焼重心に基づいて点火時期を調整するようにしている。
【０１２４】
図９は、ＳＰＣＣＩ燃焼による運転時、つまり図５（ａ）に示した第１運転マップＱ１（温間時）における第１〜第３領域Ａ１〜Ａ３での運転時、および図５（ｂ）に示した第２運転マップＱ２（半暖機時）における第６・第７領域Ｂ１，Ｂ２での運転時にそれぞれＥＣＵ１００によって行われる制御の詳細を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１において、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ１０の検出値（アクセル開度）やエアフローセンサＳＮ４の検出値（吸気流量）等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、インジェクタ１５からの燃料の噴射量および噴射時期を決定する。なお、ここで決定される燃料の噴射量／噴射時期は、上述した目標燃焼重心を実現するためにエンジンの運転条件ごとに予め定められた噴射量／噴射時期である。
【０１２５】
次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２に移行して、クランク角センサＳＮ１の検出値に基づいて、予め定められた特定クランク角が到来したか否かを判定する。この特定クランク角は、点火プラグ１６による点火時期を決定するタイミングとして予め定められたものであり、例えば圧縮上死点前６０°ＣＡ程度に定められている。
【０１２６】
上記ステップＳ１２でＹＥＳと判定されて特定クランク角が到来したことが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１３に移行して、目標燃焼重心を実現するための点火時期を決定する。
【０１２７】
具体的に、上記ステップＳ１３において、ＥＣＵ１００は、目標燃焼重心に対応して定められた点火時期の当初の目標値（以下、デフォルト点火時期という）と、上記特定クランク角時点での筒内状態量とに基づいて、目標燃焼重心を実現するための点火時期を決定する。なお、筒内状態量、つまり燃焼室６の温度やＥＧＲ率等は、例えば第２吸気温センサＳＮ７、第２吸気圧センサＳＮ８、差圧センサＳＮ９等の検出値から予測することができる。
【０１２８】
上記点火時期の決定のために、当実施形態では、上記特定クランク角時点での筒内状態量に基づいて点火時期の補正量を決定するモデル式が予め用意されている。例えば、上記特定クランク角時点での筒内状態量がその目標値から大きくずれているほど、デフォルト点火時期から大きくずらした時期を上記点火時期として決定する必要がある。一方、上記ステップＳ１１で説明したとおり、当実施形態では、燃料の噴射量／噴射時期として当初の目標値がそのまま採用されるので、これら燃料の噴射量／噴射時期の目標値に対するずれ量は考慮しなくてよい。そこで、当実施形態では、上記モデル式として、筒内状態量の目標値に対するずれ量を入力要素とし、点火時期の補正量を出力要素とする演算式が予め用意されている。すなわち、筒内状態量の目標値に対するずれ量を上記モデル式に入力すれば、燃焼重心を目標燃焼重心に一致させるために必要な点火時期の補正量（デフォルト点火時期に対する補正量）を求めることができる。上記ステップＳ１３では、このようにモデル式により求められた補正量の分だけデフォルト点火時期から遅角または進角させた時期を、最終的な点火時期として決定する。なお、上記特定クランク角時点での筒内状態量が目標値と同一である場合には、デフォルト点火時期がそのまま点火時期として採用されることになる。
【０１２９】
次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４に移行して、上記ステップＳ１３で決定された点火時期にて点火プラグ１６に点火を行わせ、この点火をきっかけに混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。
【０１３０】
次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１５に移行して、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼期間（燃焼開始から終了までの期間）と重複する所定期間に亘り検出される筒内圧力に基づいて燃焼重心を算出するとともに、算出した燃焼重心に基づいて、上記ステップＳ１３で用いられるモデル式を修正する。すなわち、ＥＣＵ１００は、上記所定期間中に筒内圧センサＳＮ３により検出された筒内圧力の波形に基づいて、燃焼に伴う熱発生量をクランク角ごとに算出するとともに、このクランク角ごとの熱発生量のデータに基づいて、燃料の５０％質量分が燃焼した時点である燃焼重心を算出する。そして、この算出した燃焼重心と、上述した目標燃焼重心とのずれ量を算出するとともに、算出したずれ量に基づいて、点火時期（目標燃焼重心を実現するための点火時期）を決定するための上述したモデル式を修正する。このモデル式の修正は、次回以降に同様の条件下で点火時期を決定するときの精度の向上につながる。
【０１３１】
（６）温間時のモード切り替え制御
上記（３）の（ａ−１）で説明したとおり、エンジンの温間時は、図５（ａ）に示した第１運転マップＱ１が選択されるとともに、この第１運転マップＱ１の第１領域Ａ１での運転時には、空燃比（Ａ／Ｆ）の異なる２種類の燃焼モード（第１／第２モード）によるＳＰＣＣＩ燃焼が択一的に実行される。次に、このモード切り替えの詳細について、図１０のフローチャートを参照しつつ説明する。
【０１３２】
図１０のフローチャートに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１において、現時点の運転マップとして第１運転マップＱ１（図５（ａ））が選択されているか否か、言い換えるとエンジンが温間状態（エンジン水温≧８０℃、または吸気温≧５０℃のいずれかが成立する状態）にあるか否かを判定する。
【０１３３】
上記ステップＳ２１でＹＥＳと判定されて第１運転マップＱ１が選択されていることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２２に移行して、当該第１運転マップＱ１の第１領域Ａ１でエンジンが運転されているか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ１０の検出値（アクセル開度）やエアフローセンサＳＮ４の検出値（吸気流量）等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、現時点のエンジンの運転ポイントを特定し、当該運転ポイントが第１運転マップＱ１の第１領域Ａ１に含まれるか否かを判定する。
【０１３４】
上記ステップＳ２２でＮＯと判定されて運転ポイントが第１領域Ａ１に含まれていないことが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３１に移行して、第１領域Ａ１以外の該当する運転領域（第２〜第５領域Ａ２〜Ａ５のいずれか）に規定される制御を実行する。
【０１３５】
一方、上記ステップＳ２２でＹＥＳと判定されて運転ポイントが第１領域Ａ１に含まれることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３に移行して、第１領域Ａ１に規定される２種類の燃焼モードの１つとして、空気過剰率λが１より大きくなる空燃比リーンな環境下でＳＰＣＣＩ燃焼を行う第１モードを選択する。この第１モードによる燃焼制御の詳細は、上記（３）の（ａ−１）で説明したとおりである。
【０１３６】
次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２４に移行して、筒内圧センサＳＮ３により検出される筒内圧力に基づいて、ＳＰＣＣＩ燃焼の前半部分における平均の燃焼速度を算出する。
【０１３７】
図１１は、上記ステップＳ２４において燃焼速度を算出する手順を説明するための図であり、クランク角の進行に伴い変化する熱発生量のデータを示している。この熱発生量のデータは、筒内圧センサＳＮ３により検出される筒内圧力から求めることができる。上記ステップＳ２４において、ＥＣＵ１００は、１燃焼サイクル中に燃焼室６に供給される燃料の質量のうちの１０％が燃焼した時期であるＭＦＢ１０と、同燃料の質量のうちの５０％が燃焼した時期であるＭＦＢ５０（つまり燃焼重心）とを、図１１に示した熱発生量のデータに基づいて特定する。そして、ＭＦＢ１０からＭＦＢ５０までの間のクランク角の差分ΔＡと、ＭＦＢ１０からＭＦＢ５０までの間に発生した熱発生量の差分ΔＢとに基づいて、燃焼の前半部分の平均の燃焼速度（＝ΔＢ／ΔＡ）を算出する。なお、図１１において、ＭＦＢ１０は請求項にいう「第１質量燃焼時期」に相当し、ＭＦＢ５０は請求項にいう「第２質量燃焼時期」に相当する。
【０１３８】
次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２５に移行して、上記ステップＳ２４で算出された燃焼速度を蓄積した履歴データに基づいて、当該燃焼速度のサイクルごとのバラつきを表す指標である標準偏差を算出する。この標準偏差を算出するための履歴データは、上記ステップＳ２４において最後に算出された燃焼速度のデータを含む直近の所定サイクル数分のデータを蓄積したものである。ただし、第１モード（λ＞１）によるＳＰＣＣＩ燃焼（ステップＳ２３）が開始された後に経過したサイクル数が上記所定サイクル数に満たない場合には、上記第１モードによるＳＰＣＣＩ燃焼が開始された後の全てのサイクルにおける燃焼速度のデータが上記履歴データとして用いられる。なお、標準偏差を求めるのに最低限必要なデータ数を予め定めておき、この最低限必要なデータ数が蓄積されていない時点では標準偏差を便宜上ゼロと算出してもよい。
【０１３９】
次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２６に移行して、上記ステップＳ２５で算出された燃焼速度の標準偏差が予め定められた閾値Ｚよりも大きいか否かを判定する。閾値Ｚは燃焼安定性を確認するための閾値であり、上記標準偏差が当該閾値Ｚより大きいということは、燃焼安定性が比較的低いことを意味する。
【０１４０】
上記ステップＳ２６でＹＥＳと判定されて燃焼速度の標準偏差が閾値Ｚを超えていることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２７に移行して、異常カウンタ（そのデフォルト値はゼロ）に１を加えるカウントアップの処理を実行する。逆に、上記ステップＳ２６でＮＯと判定されて燃焼速度の標準偏差が閾値Ｚ以下であることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２８に移行して、上記異常カウンタから１を差し引くカウントダウンの処理を実行する。
【０１４１】
次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２９に移行して、上記ステップＳ２７／Ｓ２８でカウントアップ／ダウンされた後の異常カウンタが所定回数Ｗ以上であるか否かを判定する。なお、ここで用いられる所定回数Ｗは、少なくとも２以上の整数である。
【０１４２】
上記ステップＳ２９でＹＥＳと判定されて異常カウンタが所定回数Ｗ以上であることが確認された場合、つまり、燃焼安定性が比較的悪い燃焼が立て続けに複数回起きたことが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３０に移行して、燃焼モードを第１モード（λ＞１）から第２モード（λ＝１）へと切り替える。すなわち、空気過剰率λが１より大きい空燃比リーンな環境下でＳＰＣＣＩ燃焼を行う上記第１モードから、空気過剰率λが１に略一致するストイキ環境下でＳＰＣＣＩ燃焼を行う第２モードへと燃焼モードを切り替える。この第２モードへの切り替えにあたっては、燃焼室６に導入される空気量（新気量）を減らす必要がある。このため、上記ステップＳ３０での具体的な制御としては、燃焼室６内の空気量を理論空燃比相当の量まで減少させるべく、少なくともスロットル弁３２を閉側に駆動する制御が実行される。
【０１４３】
なお、詳細は省略するが、上記ステップＳ３０による第１モードから第２モードへの切り替え後は、しばらくの間第２モードによるＳＰＣＣＩ燃焼が継続され、その後再び第１モードによるＳＰＣＣＩ燃焼に切り替えられる。そして、第１モードへの復帰後は、上述した図１０のフローチャートによる制御が再び繰り返されることになる。
【０１４４】
（７）作用効果
以上説明したとおり、当実施形態では、エンジンの温間時に使用される第１運転マップＱ１の第１領域Ａ１において、空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比よりも大きくする第１モードによるＳＰＣＣＩ燃焼と、空燃比を略理論空燃比とする第２モードによるＳＰＣＣＩ燃焼とが択一的に実行される。具体的には、第１モードによるＳＰＣＣＩ燃焼の実行中に、筒内圧センサＳＮ３の検出値に基づき燃焼安定性が低いことが確認された場合に、燃焼モードが第１モードから第２モードへと切り替えられて、空燃比が略理論空燃比にまでリッチ化するようにスロットル弁３２が閉側に駆動され、燃焼室６への空気の導入量が減らされる。このような構成によれば、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱効率を可及的に高めながら、燃焼安定性を良好に確保できるという利点がある。
【０１４５】
すなわち、上記実施形態では、空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比よりも大きくする第１モードによるＳＰＣＣＩ燃焼の実行中に燃焼安定性が低いことが確認された場合に、空燃比を略理論空燃比にまで小さくした状態でＳＰＣＣＩ燃焼を行う第２モードへと燃焼モードが切り替えられるので、この切り替えに伴って燃焼室６内に燃料リッチな環境が形成されることにより、火花点火後の火炎核の形成を促進することができる。これにより、十分な大きさの火炎核が安定して形成されるようになるので、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼安定性を高めることができる。
【０１４６】
逆に言えば、燃焼安定性が低下しない限り第１モードが維持されて空燃比が理論空燃比よりも大きくされるので、熱効率に有利な燃料リーンな環境下でＳＰＣＣＩ燃焼が実行される期間をできるだけ長く確保することができ、エンジンの燃費性能を効果的に向上させることができる。
【０１４７】
また、上記実施形態では、１燃焼サイクル中に供給される燃料のうち所定の質量割合（１０％質量および５０％質量）の燃料が燃焼した時期であるＭＦＢ１０およびＭＦＢ５０が特定され、特定された各燃焼時期（ＭＦＢ１０およびＭＦＢ５０）に基づいて燃焼安定性が判定されるので、混合気の燃焼速度の変動に追従して変化する上記各燃焼時期（ＭＦＢ１０およびＭＦＢ５０）に基づいて燃焼安定性を適正に判定することができる。
【０１４８】
より具体的に、上記実施形態では、上記ＭＦＢ１０およびＭＦＢ５０から算出される燃焼速度をサイクルごとに蓄積したデータに基づいて燃焼速度の標準偏差（サイクルごとの燃焼速度のバラつき）が特定され、特定された標準偏差に基づいて燃焼安定性が判定されるので、より適正に燃焼安定性を判定することができる。
【０１４９】
また、上記実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼時の目標燃焼重心（および目標ＳＩ率）がエンジンの回転速度および負荷ごとに予め定められるとともに、この目標燃焼重心（および目標ＳＩ率）が得られるように、点火プラグ１６による点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、筒内状態量（温度、ＥＧＲ率等）といった各制御量の目標値が予め定められている。そして、温間時（第１運転マップＱ１）の第１領域Ａ１にてエンジンが運転されているときには、上述した第１モードおよび第２モードのいずれが選択されているときであっても、回転速度および負荷が同一であれば目標燃焼重心が同一に設定され、この同一の目標燃焼重心が実現されるように点火時期が調整される。このような構成によれば、第１モードと第２モードとの間で燃焼モードが切り替わっても燃焼重心が大きくずれることがないので、モード切り替え時のトルク段差（切り替え前後での出力トルクの差）を低減することができ、乗員に感知されにくいスムーズなモード切り替えを実現することができる。
【０１５０】
（８）変形例
上記実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時に、筒内圧センサＳＮ３（検出部）により検出される筒内圧力の波形に基づいて、１０％質量分および５０％質量分の燃料が燃焼した時期であるＭＦＢ１０およびＭＦＢ５０を特定するとともに、特定した各燃焼時期（ＭＦＢ１０およびＭＦＢ５０）から燃焼の前半部分における平均の燃焼速度を算出し、さらに、この燃焼速度の履歴データから算出される燃焼速度の標準偏差に基づいて燃焼安定性を判定するようにしたが、燃焼速度そのものの標準偏差ではなく、運転条件ごとに規定される燃焼速度の標準値と、サイクルごとに算出される上記燃焼速度との差分をとり、当該差分の標準偏差に基づいて燃焼安定性を判定してもよい。
【０１５１】
上記実施形態では、燃焼速度のバラつき（標準偏差）に基づいて燃焼安定性を判定したが、例えば所定の質量割合の燃料が燃焼した時期のバラつきに基づいて燃焼安定性を判定してもよい。また、例えば図８に示した波形において変曲点Ｘとして現れるθｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）を筒内圧センサＳＮ３の検出値に基づいて特定し、当該θｃｉのサイクルごとのバラつきに基づいて燃焼安定性を判定してもよい。
【０１５２】
また、燃焼安定性の判定のために検出部により検出すべきパラメータは、燃焼の進行に伴って変化する何らかのパラメータであればよく、必ずしも筒内圧力に限定されない。例えば、燃焼室６の内部温度を高応答に検出可能な温度センサを上記検出部として設けてもよい。あるいは、燃焼に伴い発生する燃焼騒音（音圧）を検出する騒音センサや、エンジン本体１の振動（振動加速度）を検出する振動センサを上記検出部として設けてもよい。
【０１５３】
上記実施形態では、エンジンの温間時に使用される第１運転マップＱ１の第１領域Ａ１において燃焼安定性が低いことが確認された場合に、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも大きいリーン環境下でＳＰＣＣＩ燃焼を行う第１モードから、空燃比が略理論空燃比となるストイキ環境下でＳＰＣＣＩ燃焼を行う第２モードへと切り替えるとともに、この切り替えの際には、スロットル弁３２を閉側に駆動して燃焼室６への吸入空気量を減らすようにしたが、このような空気量の低減に加えて（もしくは代えて）、インジェクタ１５からの燃料の噴射量を増やすことにより空燃比（Ａ／Ｆ）を低下させてもよい。
【０１５４】
上記実施形態では、エンジン本体１により機械的に駆動される過給機３３を吸気通路３０に設けたが、このような機械式の過給機３３（スーパーチャージャ）に代えて、電気モータで駆動される電動過給機や、排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機を設けてもよい。
【０１５５】
上記実施形態では、円錐状の隆起部２０ａを囲むような平面視ドーナツ状のキャビティ２０をピストン５の冠面に設けたが、キャビティ２０のうち点火プラグ１６と対向する部分の凹部、つまり隆起部２０ａよりも吸気側に位置する部分の凹部を、これとは反対側（排気側）の凹部よりも小さくなるように形成してもよい。このようにすれば、インジェクタ１５から圧縮行程の後期に燃料を噴射したときに、燃料の噴霧をより迅速に点火プラグ１６の電極の近傍に移動させることができる。
【０１５６】
上記実施形態では、燃焼室６に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを行う際に、排気上死点を跨いで吸・排気弁１１，１２の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａを制御したが、これとは逆に、排気上死点を跨いで吸・排気弁１１，１２の双方が閉弁するいわゆるネガティブオーバーラップ期間を形成することで内部ＥＧＲを行うことも可能である。
【０１５７】
上記実施形態では、１つの気筒２に対し設けられた２つの吸気ポート９Ａ，９Ｂの一方（第２吸気ポート９Ｂ）にスワール弁１８を設け、このスワール弁１８の開度を増減させることによってスワール流の強度を調整するようにしたが、スワール流の強度を調整する方法はこれに限られない。例えば、第１吸気ポート９Ａを開閉する吸気弁１１のリフト量と、第２吸気ポート９Ｂを開閉する吸気弁１１のリフト量とに差を持たせたり、これら２つの吸気弁１１の開閉タイミングに差をもたせたりすることにより、スワール流の強度を調整することも可能である。
【０１５８】
上記実施形態では、燃焼騒音と熱効率とがバランスする最適な目標燃焼重心をエンジンの運転条件（回転速度／負荷）ごとに予め定めておき、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時には、当該目標燃焼重心を得るために必要な点火時期（その目標値からの補正量）を、特定クランク角時点での筒内状態量（ＥＧＲ率、温度等）からモデル式を用いて求めるようにしたが、点火時期に代えて、もしくは点火時期に加えて、インジェクタ１５からの燃料の噴射時期を調整してもよい。あるいは燃料の噴射時期と噴射量の双方を調整してもよい。
【０１５９】
さらに、上記のような制御に加えて（もしくは代えて）、燃焼重心またはＳＩ率に基づいたフィードバック制御を行ってもよい。
【０１６０】
例えば、燃焼重心に基づくフィードバック制御を行う場合には、筒内圧センサＳＮ３による検出波形等から各回の燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼）における燃焼重心を都度算出し、算出した燃焼重心が目標燃焼重心と一致しない場合には、そのずれ量が小さくなる方向に点火時期や燃料の噴射量／噴射時期等を補正する。
【０１６１】
同様に、ＳＩ率に基づいたフィードバック制御を行う場合には、筒内圧センサＳＮ３による検出波形等から各回の燃焼におけるＳＩ率を都度算出し、算出したＳＩ率が目標ＳＩ率と一致しない場合には、そのずれ量が小さくなる方向に点火時期や燃料の噴射量／噴射時期等を補正する。
【０１６２】
なお、上記のように各回の燃焼のＳＩ率を算出する場合、このＳＩ率を算出する具体的な方法は種々考えられる。
【０１６３】
例えば、筒内圧センサＳＮ３による検出波形から各クランク角時点での熱発生率を算出し、算出した熱発生率のデータ（波形）に基づいて、図８に示した面積Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ算出してもよい。この場合、既に説明したとおり、ＳＩ率＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）として算出することができるが、これに代えて、ＳＩ率＝Ｒ１／Ｒ２としてもよい。
【０１６４】
もしくは、図１２に示すΔθ１、Δθ２を用いてＳＩ率を算出してもよい。すなわち、ＳＩ燃焼のクランク角期間（変曲点Ｘよりも進角側のクランク角期間）をΔθ１、ＣＩ燃焼のクランク角期間（変曲点Ｘよりも遅角側のクランク角期間）をΔθ２としたときに、ＳＩ率＝Δθ１／（Δθ１＋Δθ２）、もしくはＳＩ率＝Δθ１／Δθ２としてもよい。
【０１６５】
あるいは、ＳＩ燃焼の熱発生率のピークをΔＨ１、ＣＩ燃焼の熱発生率のピークをΔＨ２としたときに、ＳＩ率＝ΔＨ１／（ΔＨ１＋ΔＨ２）、もしくはＳＩ率＝ΔＨ１／ΔＨ２としてもよい。
【符号の説明】
【０１６６】
１  エンジン本体
２  気筒
１３ａ  吸気ＶＶＴ（Ａ／Ｆ操作部）
１４ａ  排気ＶＶＴ（Ａ／Ｆ操作部）
１５  インジェクタ
１６  点火プラグ
３２  スロットル弁（Ａ／Ｆ操作部）
５３  ＥＧＲ弁（Ａ／Ｆ操作部）
１００  ＥＣＵ（燃焼制御部）
ＳＮ２  筒内圧センサ（検出部）
【図１】
2019085980.tif 000003
【図２】
2019085980.tif 000004
【図３】
2019085980.tif 000005
【図４】
2019085980.tif 000006
【図５】
2019085980.tif 000007
【図６】
2019085980.tif 000008
【図７】
2019085980.tif 000009
【図８】
2019085980.tif 000010
【図９】
2019085980.tif 000011
【図１０】
2019085980.tif 000012
【図１１】
2019085980.tif 000013
【図１２】
2019085980.tif 000014