JP2019203415A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切な部分圧縮着火燃焼を実現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。【解決手段】混合気の一部を点火プラグ１６を用いた火花点火によりＳＩ燃焼させるとともにその他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させるＳＰＣＣＩ燃焼が可能な圧縮着火式エンジンにおいて、第１運転領域Ｃ１において気筒内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも大きくなるＡ／Ｆリーン環境を形成しつつＳＰＣＣＩ燃焼により混合気を燃焼させるとともに、第１運転領域Ｃ１において、エンジン回転速度が低いときは高いときに比べて、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが当該閉弁時期ＩＶＣを遅角することで気筒２内の空気量が減少する範囲で遅角されるように、吸気可変機構１３ａを制御する。【選択図】図１０

Description

本発明は、混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させるとともにその他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の制御装置に関する。

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燃焼室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、火炎伝播を介さず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、熱効率向上が求められる自動車のエンジンにおいては、様々な課題を解決する必要があり、適切なＨＣＣＩ燃焼により稼働されるエンジンは未だ実用化されていない。すなわち、自動車に搭載されるエンジンは、その運転状態及び環境条件が大きく変化するのに対して、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がある。

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、その他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ＳＰＣＣＩ（ＳＰａｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）燃焼という。

上記ＳＰＣＣＩ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燃焼室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。

特開２００９−１０８７７８号公報

上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼は、筒内温度（気筒内の温度）が混合気の組成により定まる混合気の着火温度に到達したときにおこる。圧縮上死点付近で筒内温度が着火温度に到達してＣＩ燃焼が起これば燃費効率を最大化出来る。筒内温度は、筒内圧力の上昇に応じて高くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼が実施される場合の圧縮行程での筒内圧力（気筒内の圧力）は、ピストンの圧縮仕事と、ＳＩ燃焼の燃焼エネルギーによって高められる。そのため、ＳＩ燃焼の火炎伝播が安定しないと、ＳＩ燃焼に起因する筒内圧力および筒内温度の上昇量が小さくなり、筒内温度を着火温度まで高めるのが困難になる。筒内温度が十分に着火温度まで上昇しないと、ＣＩ燃焼する混合気量が少なくなって多くの混合気が燃焼期間の長い火炎伝播で燃焼する、あるいはピストンが相当下がった時点でＣＩ燃焼が起こる結果、燃費効率は低下してしまう。このように、安定してＣＩ燃焼を生じさせて燃費効率を最大化するためには、ＳＩ燃焼の火炎伝播を安定させることが重要となる。

一方、気筒内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも大きくなるＡ／Ｆリーン環境にして、燃費性能を向上すると共に排気性能を良好にすることも求められている。しかしながら、このようなＡ／Ｆリーン環境では、ＳＩ燃焼の火炎伝播を安定させることが難しくなる。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、Ａ／Ｆリーン環境下においても適切な部分圧縮着火燃焼を実現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。

本願発明者らは、前記課題を解決するために、様々なエンジン回転速度においてＳＰＣＣＩ燃焼を生じさせながら吸気弁の閉弁時期を変更して、吸気弁のより適切な制御について鋭意検討した。その結果、エンジン回転速度が低い側では、吸気弁の閉弁時期を遅角して気筒内の空気量を減少させ、エンジン回転速度が高い側では吸気弁の閉弁時期を進角させることにより、広いエンジン回転範囲で、Ａ／Ｆリーン環境でありながら安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現できるという知見を得た。

本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、気筒と、吸気通路および排気通路と、前記吸気通路と前記気筒とを連通する吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記排気通路と前記気筒とを連通する排気ポートと、前記排気ポートを開閉する排気弁と、前記気筒に燃料を噴射するインジェクタと、前記インジェクタから噴射された燃料と空気とが混合された混合気に点火する点火プラグとを備え、前記混合気の一部を前記点火プラグを用いた火花点火によりＳＩ燃焼させるとともにその他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を制御する装置であって、前記吸気弁を変更する吸気可変機構と、前記吸気可変機構、前記点火プラグを含むエンジンの各部を制御する燃焼制御部とを備え、前記燃焼制御部は、少なくとも所定の第１運転領域でエンジンが運転されているときに、前記気筒内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも大きくなるＡ／Ｆリーン環境が形成されるように前記吸気可変機構を制御しつつ、混合気が前記部分圧縮着火燃焼により燃焼するように所定のタイミングで前記点火プラグに火花点火を行わせるとともに、エンジン負荷が同じ条件下で、エンジン回転速度が低いときは高いときに比べて、前記吸気弁の閉弁時期が当該閉弁時期を遅角することで気筒内の空気量が減少する範囲で遅角されるように、前記吸気可変機構を制御する、ことを特徴とする（請求項１）。

本発明によれば、第１運転領域での運転時、空燃比が理論空燃比よりも大きくされた状態で安定したＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）を実現でき、燃費効率を確実に高めることができる。

具体的には、本発明では、Ａ／Ｆリーン環境下でＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）が実施される第１運転領域において、エンジン回転速度が低いときは高いときに比べて、吸気弁の閉弁時期を遅角することで気筒内の空気量が減少する範囲で当該閉弁時期が遅角される。そのため、Ａ／Ｆリーン環境下でしかもエンジン回転速度が低く単位時間あたりの燃焼回数が少ないことで気筒内の温度が高くなりにくいときに、気筒内の空燃比を小さく（リッチ化）することができ、安定したＳＩ燃焼、ひいては、適切なＣＩ燃焼およびＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができる。また、エンジン回転速度が高いときには、気筒内の空気量を確保するとともに、気筒内の空燃比をリーン化することによる燃費性能向上とトルク性能向上とを実現することができる。

前記吸気可変機構としては、前記吸気弁の開弁時期および閉弁時期を同時に変更するものが挙げられる（請求項２）。

前記構成において、前記燃焼制御部は、前記第１運転領域よりも高負荷側に設定された第２運転領域でエンジンが運転されているときに、前記Ａ／Ｆリーン環境での前記部分圧縮着火燃焼が行われるように前記吸気可変機構および前記点火プラグを制御するとともに、エンジン負荷が同じ条件下で、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、前記吸気弁の閉弁時期が遅角され、且つ、当該閉弁時期の変化率が前記第１運転領域における当該変化率よりも小さくなるように、前記吸気可変機構を制御する、または、前記吸気弁の閉弁時期がエンジン回転速度によらず一定となるように前記吸気可変機構を制御する、のが好ましい（請求項３）。

第２運転領域は、比較的エンジン負荷が高いため、燃焼安定性は確保されやすい。このような第２運転領域では第１運転領域と同様にエンジン回転速度に対して吸気弁の閉弁時期を遅角させる必要がない。従って、前記のように構成すれば、第２運転領域において、燃焼の安定性を確保しつつ、気筒内の空気量ひいては空燃比を大きくして燃費性能を高めることができる。

前記構成において、前記燃焼制御部は、前記第２運転領域よりも高負荷側に設定された第３運転領域でエンジンが運転されているときに、前記Ａ／Ｆリーン環境での前記部分圧縮着火燃焼が行われるように前記吸気可変機構および前記点火プラグを制御し、前記第３運転領域における高エンジン回転速度側の領域において、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、前記吸気弁の閉弁時期が当該閉弁時期を遅角することで気筒内の空気量が増大する範囲で遅角されるように、前記吸気可変機構を制御する、のが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、エンジン負荷が高い第３運転領域のうち吸気慣性が利用できる高速域（高エンジン回転数域）において、気筒内への空気の導入を促進でき、混合気の空燃比を確実に理論空燃比よりも高くできる。

ここで、前記燃焼制御部は、前記第３運転領域における低エンジン回転速度側の領域において、エンジン回転速度によらず前記吸気弁の閉弁時期が一定となる、あるいは、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて前記吸気弁の閉弁時期が進角されるように、前記吸気可変機構を制御する、と構成してもよい（請求項５）。

前記構成において、前記排気弁の閉弁時期を変更する排気可変機構をさらに備え、前記燃焼制御部は、前記第１運転領域での運転時、エンジン回転速度が低いときは高いときに比べて、前記排気弁の閉弁時期が排気上死点よりも遅角側の範囲で進角されるように、前記排気可変機構を制御する、のが好ましい（請求項６）。

排気弁の閉弁時期を排気上死点よりも遅角側の範囲で進角させれば、排気ポートに導出された後再び気筒内に導入される既燃ガスの量は少なくなる。従って、この構成によれば、エンジン回転速度が低いことで燃焼が不安定になりやすいときに、気筒内に残留する既燃ガスの量を少なく抑えて燃料と空気との反応を促進することができ、これにより燃焼安定性を高めることができる。また、エンジン回転速度が高いときに気筒内に残留する既燃ガスの量が過度に少なくなって燃焼温度が高くなるのを防止することができる。

前記構成において、前記気筒を複数備え、前記燃焼制御部は、前記第１運転領域の少なくとも一部に設定された減筒領域でエンジンが運転され且つ予め設定された減筒運転実施条件が成立したとき、前記インジェクタから一部の気筒にのみ燃料を噴射させて残りの気筒への燃料噴射を停止させることで一部の気筒のみを稼働させる減筒運転を実施し、前記減筒領域における高負荷側の領域で前記減筒運転が実施されているとき、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、前記吸気弁の閉弁時期が当該閉弁時期を遅角することで気筒内の空気量が増大する範囲で遅角されるように、前記吸気可変機構を制御する、のが好ましい（請求項７）。

減筒運転では、エンジン負荷が同一の条件下において、一つの気筒（稼働している気筒）に供給される燃料の量が全筒運転時よりも増大されることで、稼働している気筒内の温度を高くして燃焼を安定化させることができる。従って、この構成によれば、減筒運転の実施により、第１運転領域の少なくとも一部に設定された減筒領域において燃焼が不安定になるのを防止できる。

また、減筒運転時で且つエンジン負荷が比較的高いときは気筒に供給される燃料量が大きくなるため、稼働気筒に導入される空気の量を多くする必要がある。これに対して、この構成では、減筒領域の高負荷側の領域で減筒運転が実施されている場合に、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、吸気弁の閉弁時期が当該閉弁時期を遅角することで気筒内の空気量が増大する範囲で遅角される。そのため、前記場合で、且つ、吸気慣性が利用できる高速域において気筒内への空気の導入を促進できる。

前記構成において、前記燃焼制御部は、前記減筒領域の高負荷側の領域で前記減筒運転が実施されているとき、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、前記排気弁の閉弁時期が排気上死点よりも遅角側の範囲で進角されるように、当該排気弁の閉弁時期を変更する排気可変機構を制御する、のが好ましい（請求項８）。

この構成によれば、減筒領域の高負荷側の領域で減筒運転が実施されている場合であって、稼働気筒に導入される空気の量を多くする必要があるときに、排気弁の閉弁時期が排気上死点よりも遅角側の範囲で進角されることで、排気ポートから気筒内に再流入する既燃ガスの量を少なくできる。従って、吸気ポートから気筒内への空気の流入を促進することができ、気筒内の空気の量を確実に多くすることができる。

前記構成において、前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行時、１サイクル中の全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合の目標値である目標ＳＩ率をエンジンの運転条件に応じて設定し、当該目標ＳＩ率に基づいて前記点火プラグの点火時期を設定する、のが好ましい（請求項９）。

このように、目標ＳＩ率に適合するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）が実現されるように点火の時期を調整するようにすれば、例えばＣＩ燃焼の割合を増やす（つまりＳＩ率を低くする）ことができる。従って、ＳＰＣＣＩ燃焼による熱効率を可及的に高めることにつながる。

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、Ａ／Ｆリーン環境下において適切な部分圧縮着火燃焼を実現することができる。

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。 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。 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。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けした運転マップである。 ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形を示すグラフである。 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５の一部を拡大して示した図である。 無過給Ａ／Ｆリーン領域において設定される吸気弁の開弁時期の具体例を示すマップ図である。 無過給Ａ／Ｆリーン領域において設定される吸気弁の閉弁時期の具体例を示すマップ図である。 無過給Ａ／Ｆリーン領域において設定される排気弁の閉弁時期の具体例を示すマップ図である。 無過給Ａ／Ｆリーン領域において設定される排気弁の閉弁時期の具体例を示すマップ図である。 減筒運転時の吸気弁の開弁時期の具体例を合わせて示すマップ図である。 減筒運転時の排気弁の閉弁時期の具体例を合わせて示すマップ図である。 ＳＩ率の種々の定義方法を説明するための図６相当図である。

（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に還流する外部ＥＧＲ装置５０を備えている。

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。

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。

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。

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燃焼に好適な値として、１３以上３０以下、好ましくは１４以上１８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。

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。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口して吸気通路３０と連通する吸気ポート９と、燃焼室６に開口して排気通路４０と連通する排気ポート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（図３参照）。吸気弁１１は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂに対しそれぞれ１つずつ設けられ、排気弁１２は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂに対しそれぞれ１つずつ設けられている。

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Ｚ（燃焼室６の中心軸）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。

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。

吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の開閉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の開閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期および閉弁時期を同時にかつ同量だけ変更する。つまり、吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期および閉弁時期は、その開弁期間が一定に維持された状態で変更される。上記のような吸気ＶＶＴ１３ａは請求項にいう「吸気可変機構」に相当し、排気ＶＶＴ１４ａは請求項にいう「排気可変機構」に相当する。

吸気弁１１の開弁時期は、排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の所定時期と、排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側の所定時期との間で変更可能となっている。吸気弁１１の開弁期間は、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯを最進角時期（とり得る時期のうち最も進角側の時期）としたときに、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側の時期となるように設定されている。これに伴い、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣは、吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側の範囲で変更される。排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは、排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の所定時期と、排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側の所定時期との間で変更可能となっている。

なお、本明細書および請求項における吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期とは、そのリフト量が０より大きくなる時期ではなく、吸気弁１１（排気弁１２）を介した吸気ポート９（排気ポート）と燃焼室６との間でのガスの流れが実質的に可能になり始める時期をいう。具体的には、吸気弁１１（排気弁１２）のリフト量は、着座している状態から概ね一定の速度で上昇した後（いわゆるランプ部を過ぎた後）、急激に立ち上がるようになっており、本明細書および請求項における吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期は、このリフト量が急激に立ち上がる時期をいう。この時期は、例えば、吸気弁１１（排気弁１２）のリフト量が０．１４ｍｍ程度となる時期である。同様に、本明細書および請求項における吸気弁１１（排気弁１２）の閉弁時期とは、吸気弁１１（排気弁１２）のリフト量が０となる時期ではなく、吸気弁１１（排気弁１２）を介した吸気ポート９（排気弁ポート）と燃焼室６との間でのガスの流れが実質的に停止する時期をいう。具体的には、吸気弁１１（排気弁１２）のリフト量は、比較的急速に低下した後、０に向けて概ね一定の速度で緩やかに低下するようになっており（いわゆるランプ部が設定されており）、本明細書および請求項における吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期は、このリフト量が０に向けて一定の速度で低下し始める時期をいう。この時期は、例えば、吸気弁１１（排気弁１２）のリフト量が０．１４ｍｍ程度となる時期である。

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が混合された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。

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。また、ピストン５の冠面におけるキャビティ２０よりも径方向外側には、円環状の平坦面からなるスキッシュ部２１が形成されている。

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おり、図２の例では、インジェクタ１５は、周方向に等間隔に配置された合計１０個の噴口を有している。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（キャビティ２０の底部中央）と対向するように、燃焼室６の天井面の中心部に配置されている。

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）の位置は、キャビティ２０と平面視で重複するように設定されている。

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。

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。

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との間の部位に設けられ、当該部位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）の部位に設けられ、当該部位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との間の部位に設けられ、当該部位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。

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。

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過給状態となる。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非過給状態となる。

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。

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。

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。

排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも上流側の部位には、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出するリニアＯ_２センサＳＮ１０が設けられている。リニアＯ_２センサＳＮ１０は、酸素濃度の濃淡に応じて出力値がリニアに変化するタイプのセンサであり、このリニアＯ_２センサＳＮ１０の出力値に基づいて混合気の空燃比を推定することが可能である。

外部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よりも下流側の部位と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部位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。以下では、適宜、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から燃焼室６（気筒２）内に還流される排気ガスを外部ＥＧＲガスという。

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。

（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。

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、差圧センサＳＮ９、およびリニアＯ_２センサＳＮ１０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、排気ガスの酸素濃度等）がＥＣＵ１００に逐次入力されるようになっている。

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ＳＮ１１が設けられており、このアクセルセンサＳＮ１１による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。

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。上記のようなＥＣＵ１００は、請求項にいう「燃焼制御部」に相当する。

（３）運転状態に応じた制御
図５は、エンジンの暖機が完了した温間時に使用される運転マップであり、エンジンの回転速度／負荷に応じた制御の相違を示す図である。なお、以下の説明において、エンジンの負荷が高い（低い）とは、エンジンの要求トルクが高い（低い）ことと等価である。

図５に示すように、エンジンが温間状態にあるとき、エンジンの運転領域は、５つの運転領域Ａ１〜Ａ５に大別される。それぞれ第１分割領域Ａ１、第２分割領域Ａ２、第３分割領域Ａ３、第４分割領域Ａ４、減筒運転領域Ａ５とすると、第４分割領域Ａ４は、回転速度が高い高速領域であり、減筒運転領域Ａ５は、エンジン負荷が非常に低い極低負荷領域であり、第１分割領域Ａ１は、第４分割領域Ａ４よりも低速側の領域から減筒運転領域Ａ５および高負荷側の一部を除いた低・中速／低負荷の領域であり、第３分割領域Ａ３は、回転速度が低くかつ負荷が高い低速／高負荷の領域であり、第２分割領域Ａ２は、減筒運転領域Ａ５および第１、第３、第４分割領域Ａ１，Ａ３，Ａ４以外の残余の領域（言い換えると低・中速／中負荷領域と中速／高負荷域とを合わせた領域）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。

なお、以下の説明では、燃料噴射や火花点火の時期を特定する用語として、〜行程の「前期」「中期」「後期」といった用語や、〜行程の「前半」「後半」といった用語を用いることがあるが、これは、次のことを前提としている。すなわち、本明細書では、吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を３等分した場合の各期間を前から順に「前期」「中期」「後期」と定義する。このため、例えば圧縮行程の（ｉ）前期、（ｉｉ）中期、（ｉｉｉ）後期とは、それぞれ、（ｉ）圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）１８０〜１２０°ＣＡ、（ｉｉ）ＢＴＤＣ１２０〜６０°ＣＡ、（ｉｉｉ）ＢＴＤＣ６０〜０°ＣＡの各範囲のことを指す。同様に、本明細書では、吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を２等分した場合の各期間を前から順に「前半」「後半」と定義する。このため、例えば吸気行程の（ｉｖ）前半、（ｖ）後半とは、それぞれ、（ｉｖ）ＢＴＤＣ３６０〜２７０°ＣＡ、（ｖ）ＢＴＤＣ２７０〜１８０°ＣＡの各範囲のことを指す。

（３−１）第１分割領域
低・中速／低負荷の第１分割領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６から発生する火花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燃焼形態のことであり、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燃焼形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた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内の他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」の略であり、ＳＰＣＣＩ燃焼は、請求項にいう「部分圧縮着火燃焼」に相当する。

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燃焼に基づく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燃焼に基づく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。

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。図６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６のＸ２）を有している。

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。

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。

第１分割領域Ａ１では、燃焼によって生成されるＮＯｘの量を少なく抑えるため且つ燃費性能を良好にするために燃焼室６内の空気（新気：Ａ）と燃料（Ｆ）との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比（１４．７）よりも大きくしつつ、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。つまり、燃焼室６内の空気過剰率λがλ＞１とされつつＳＰＣＣＩ燃焼が実行される。第１分割領域Ａ１における空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼によって生成されるＮＯｘの量が十分に小さく抑えられるように２０以上とされる。例えば、第１分割領域Ａ１における空燃比（Ａ／Ｆ）は、２０超３５未満の範囲内で可変的に設定される。第１分割領域Ａ１での目標空燃比は、概ね、負荷（要求トルク）が高くなるほど大きくなるように設定される。

このような空燃比を理論空燃比よりも大きくする環境（以下、適宜、Ａ／Ｆリーン環境という）でのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１分割領域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。

インジェクタ１５は、吸気行程から圧縮行程にかけた複数回に分けて燃料を噴射する。例えば、第１分割領域Ａ１における比較的低速かつ低負荷の運転ポイントＰ１において、インジェクタ１５は、図７のチャート（ａ）に示すように、１サイクル中に噴射すべき燃料の大半を吸気行程の前期から中期にかけた２回に分けて噴射するとともに、残りの燃料を圧縮行程の後期に噴射する（合計３回の噴射）。

点火プラグ１６は、圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍で混合気に点火する。例えば、前記運転ポイントＰ１において、点火プラグ１６は、圧縮上死点（ＴＤＣ）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、その後に他の混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

過給機３３は、図５に示される過給ラインＴｔの内側領域でＯＦＦ状態とされ、過給ラインＴｔ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Ｔｔの内側領域、つまり第１分割領域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Ｔｔの外側領域、つまり第１分割領域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ＳＮ７により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、エンジンの運転条件（回転速度や負荷等の条件）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。

第１分割領域Ａ１では、燃焼室６内に多量の空気を導入して前記のように燃焼室６内の空燃比を大きい値にするべく、その全域でスロットル弁３２は全開あるいはこれに近い開度とされる。

吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１の開閉時期および排気弁１２の開閉時期が、燃焼室６内の空気量が適量となり且つ安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現される時期となるように駆動される。詳細は後述する。

ＥＧＲ弁５３は、その開度が、所望のＳＰＣＣＩ燃焼の波形（後述する目標ＳＩ率および目標θｃｉ）を得るのに適した筒内温度が実現されるように、言い換えれば当該温度を実現するのに必要な量の外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入されるように調整される。詳細は後述する。

スワール弁１８は、その開度が、燃焼室６内に比較的強いスワール流が形成されるように調整される。詳細は後述する。

第１分割領域Ａ１には、エンジン負荷が予め設定された減筒運転切替負荷Ｔ１０よりも低い領域に減筒運転切替領域Ａ２０が設定されている。減筒運転切替領域Ａ２０では、後述する減筒運転実施条件が成立すると、全ての気筒を稼働する全筒運転ではなく、一部の気筒のみを稼働し残りの気筒の稼働を停止する減筒運転を実施する。減筒運転切替領域Ａ２０は、請求項にいう「減筒領域」に相当する。

当実施形態では、減筒運転では、４気筒のうちの２気筒を休止して２気筒を稼働する。具体的には、稼働させない気筒（以下、適宜、休止気筒という）のインジェクタ１５の駆動を停止して、休止気筒内への燃料の供給を停止し、稼働気筒のインジェクタ１５の駆動のみを維持し稼働気筒にのみ燃料を供給する。

稼働気筒に供給される燃料の量は、仮に全筒運転を実施したとしたときに各気筒に供給される燃料の量よりも多くされる。一方、減筒運転時においても、各気筒に供給される燃料量および後述する具体的な吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期を除き、前述の制御がなされる。すなわち、前述のインジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、過給機３３、ＥＧＲ弁５３、スワール弁１８の各制御は、全筒運転時であるか減筒運転時であるかによらず、第１分割領域Ａ１で実施される。例えば、第１分割領域Ａ１では、減筒運転時においても、稼働気筒内の空燃比は理論空燃比よりも大きく（λ＞１）とされ、インジェクタ１５、点火プラグ１６は、全筒運転時と同様に図７（ａ）に示したように制御されてＳＰＣＣＩ燃焼が実行される。

ここで、三元触媒でＮＯｘを浄化する場合は、排気の空燃比を理論空燃比近傍にする必要があるので、排気通路４０に空気が流入して排気の空燃比がリーンになるのを規制するべく休止気筒の吸気弁１１および排気弁１２の駆動を停止する必要がある。これに対して、当実施形態では、前記のように稼働気筒内の空燃比がリーンとされて燃焼室６内で生成されるＮＯｘの量が少なく抑えられるため、三元触媒によってＮＯｘを浄化する必要性は小さい。これより、当実施形態では、減筒運転時、休止気筒の吸気弁１１および排気弁１２は全筒運転時と同様に駆動されたままとされる。そして、これにより、休止気筒の吸気弁１１および排気弁１２の駆動を停止するための機構を設ける必要がなく、装置の構造を簡素化することができる。減筒運転実施条件等の詳細については後述する。

（３−２）減筒運転領域
減筒運転領域Ａ５では、運転条件によらず常に減筒運転を実施する。ただし、減筒運転領域Ａ５においても、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、過給機３３、ＥＧＲ弁５３、スワール弁１８の各制御は、第１分割領域Ａ１０と同様に実施される。例えば、減筒運転領域Ａ５においても、各気筒の空燃比は理論空燃比よりも大きくされるとともに、インジェクタ１５、点火プラグ１６が図７（ａ）に示すように制御されてＳＰＣＣＩ燃焼が実行される。

（３−３）第２分割領域
第２分割領域Ａ２では、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）が理論空燃比（１４．７）よりも大きくかつ空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比に略一致する環境（以下、これをＧ／Ｆリーン環境という）を形成しつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。具体的に、このようなＧ／Ｆリーン環境下でのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第２分割領域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。

インジェクタ１５は、吸気行程中に少なくとも１回の燃料噴射を実行する。例えば、第２分割領域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（ｂ）に示すように、１サイクル中に噴射すべき燃料の全量を供給する１回の燃料噴射を吸気行程中に実行する。

点火プラグ１６は、圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍で混合気に点火する。例えば、前記運転ポイントＰ２において、点火プラグ１６は、圧縮上死点（ＴＤＣ）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、その後に他の混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

スロットル弁３２の開度は、理論空燃比相当の空気量が吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入されるような開度、つまり、燃焼室６内の空気（新気：Ａ）と燃料（Ｆ）との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）に略一致するような開度に設定される。一方、第２分割領域Ａ２では、ＥＧＲ弁５３が開弁されて外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入される。このため、第２分割領域Ａ２では、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）は理論空燃比（１４．７）よりも大きくなる。

過給機３３は、過給ラインＴｔ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。

ＥＧＲ弁５３は、第２分割領域Ａ２でのＳＰＣＣＩ燃焼に適した量の外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入されるように適宜の開度まで開弁される。吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、所定量のバルブオーバーラップ期間が形成されるように吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを設定する。スワール弁１８の開度は、第１分割領域Ａ１での開度と同程度の値か、もしくはこれよりも大きい所定の中間開度に設定される。

（３−４）第３分割領域
第３分割領域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領運転域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。

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分割領域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（Ｃ）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。

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、前記運転ポイント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。

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。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。スロットル弁３２は全開とされる。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。

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。

（３−５）第４分割領域
第４分割領域Ａ４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４分割領域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。

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３分割領域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（ｄ）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。

点火プラグ１６は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に火花点火を実行する。例えば、前記運転ポイントＰ４において、点火プラグ１６は、図７のチャート（ｄ）に示すように、圧縮行程後期に火花点火を実行する。そして、この火花点火をきっかけに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。

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。スロットル弁３２および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、それぞれの開度が制御される。スワール弁１８は全開とされる。

（４）第１分割領域における吸気弁および排気弁の開閉時期の設定
次に、前述した図５の第１分割領域Ａ１（Ａ／Ｆリーン環境下でのＳＰＣＣＩ燃焼の実行領域）において行われる吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期の詳細について説明する。

（４−１）無過給Ａ／Ｆリーン領域
図８は、図５の一部であって、第１分割領域Ａ１のうちラインＴの内側の領域Ａ１１であって過給機３３による過給機が行われない領域（以下、適宜、無過給Ａ／Ｆリーン領域という）Ａ１２を拡大して示した図である。

（全筒運転時）
まず、全筒運転時の吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期について説明し、以下では、全筒運転時であることを前提として説明を行う。

図９は、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１での（全筒運転時の）吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯの具体例を示すグラフである。図１０は、無過給Ａ／Ｆリーン領域での（全筒運転時の）吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣの具体例を示すグラフである。前述のように、吸気弁１１は、その開弁期間が一定に維持された状態でその開閉時期が変更される。従って、吸気弁１１の閉弁時期は、エンジン負荷およびエンジン回転数に対して開弁時期と同様に変化する。

図９（図１０）は、横軸をエンジン回転速度とし、縦軸を吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣ）としたグラフである。図９（図１０）の横軸のエンジン回転速度Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は、図８の横軸のエンジン回転速度Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４に対応している。また、図９（図１０）の各ラインＬ１，Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は、エンジン負荷が同じ運転ポイントにおける吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（閉弁時期ＩＶＣ）の値をつないだラインであり、これらラインＬ１〜Ｌ５は、それぞれエンジン負荷が図８に示す第１負荷Ｔ１，第２負荷Ｔ２、第３負荷Ｔ３，第４負荷Ｔ４，第５負荷Ｔ５のときの吸気弁の開弁時期ＩＶＯ（閉弁時期ＩＶＣ）を示している。

第１負荷Ｔ１，第２負荷Ｔ２，第３負荷Ｔ３，第４負荷Ｔ４，第５負荷Ｔ５はこの順に大きい値となっている。ラインＬ１、Ｌ２は、エンジン負荷が第１負荷Ｔ１および第２負荷Ｔ２近傍となる領域つまり無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１のうちのエンジン負荷が所定の第１分割負荷Ｔ５１より低い低負荷領域（以下、適宜、低負荷Ａ／Ｆリーン領域という）Ｃ１におけるエンジン回転速度と吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（閉弁時期ＩＶＣ）を代表して示したものである。ラインＬ３は、エンジン負荷が第３負荷Ｔ３近傍となる領域つまり無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１のうちのエンジン負荷が第１分割負荷Ｔ５１以上且つ所定の第２分割負荷Ｔ５２より低い中負荷領域（以下、適宜、中負荷Ａ／Ｆリーン領域という）Ｃ２におけるエンジン回転速度と吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（閉弁時期ＩＶＣ）を代表して示したものである。ラインＬ４、Ｌ５は、エンジン負荷が第４負荷Ｔ４および第５負荷Ｔ５近傍となる領域つまり無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１のうちのエンジン負荷が第２分割負荷Ｔ２以上の高負荷領域（以下、適宜、高負荷Ａ／Ｆリーン領域という）Ｃ３におけるエンジン回転速度と吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（閉弁時期ＩＶＣ）を代表して示したものである。

前記のような低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１は、請求項にいう「第１運転領域」に相当し、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２は、請求項にいう「第２運転領域」に相当し、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３は、請求項にいう「第３運転領域」に相当する。

（吸気弁の開閉時期）
図１０に示すように、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１では、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣは、エンジン負荷およびエンジン回転数によらず吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側の時期とされる。

図９、図１０のラインＬ３に示すように、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２では、エンジン回転速度およびエンジン負荷によらず吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは一定の時期に維持される。当実施形態では、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２の吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、最進角時期（変更可能な範囲のうち最も進角側の時期）とされる。前記のように、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯの最進角時期は、排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の時期である。

図９、図１０のラインＬ１、Ｌ２に示すように、低負荷リーン領域Ｃ１では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣはそれぞれ最進角時期よりも遅角側の時期とされる。さらに、低負荷リーン領域Ｃ１では、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣは、吸気弁１１が閉弁したときに燃焼室６内に閉じ込められる空気の量が最も高くなる吸気最大閉弁時期よりも遅角側に設定されている。つまり、低負荷リーン領域Ｃ１では、吸気最大閉弁時期を超えて吸気弁１１が閉弁されるようになっている。これに伴って、低負荷リーン領域Ｃ１では、吸気最大閉弁時期から吸気弁１１が閉弁されるまでの間に燃焼室６内から吸気ポート９Ａに一部の空気が吹き戻される。

低負荷リーン領域Ｃ１では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、エンジン回転速度が低いときの方が高いときよりも遅角側の時期となるように設定されている。

ここで、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが吸気最大閉弁時期ＩＶＣ１よりも遅角側の範囲において遅角されると、燃焼室６内から吸気ポート９Ａに吹き戻される空気の量は増大する。従って、低負荷リーン領域Ｃ１では、エンジン回転速度が低いときの方が高いときよりも燃焼室６内の空気量は少なくなる。このように、当実施形態では、低負荷リーン領域Ｃ１では、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣ１は、この閉弁時期ＩＶＣ１が遅角されることで燃焼室６（気筒２）内の空気の量が低減する範囲でエンジン回転速度が低いときの方が高いときよりも遅角される。

図９および図１０のラインＬ１とラインＬ２との比較から明らかなように、低負荷リーン領域Ｃ１では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、各エンジン回転数について、エンジン負荷が低いときの方が高いときよりも遅角側の時期となるように設定されている。

図９および図１０のラインＬ４、Ｌ５に示すように、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣはそれぞれ最進角時期よりも遅角側の時期とされる。ただし、その遅角量は比較的小さく、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の時期とされる。

高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３では、第２速度Ｎ２を境としてエンジン回転速度が高い側と低い側とで、エンジン回転速度と吸気弁の開弁時期ＩＶＯとの関係が異なるように設定されている。

具体的に、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３のうちエンジン回転速度が高い側（エンジン回転速度が第２速度Ｎ２以上）の領域では、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが、吸気最大閉弁時期（吸気弁１１を閉弁したときに燃焼室６内に閉じ込められる空気の量が最も高くなる吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣ）と概ね一致するように設定されている。ここで、吸気の慣性の作用により、吸気最大閉弁時期は、エンジン回転数が高い方が遅角側の時期となる。これより、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３のうちエンジン回転速度が高い側の領域では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、エンジン回転速度が高いときの方が低いときよりも遅角側の時期であって慣性の作用によって燃焼室６（気筒２）内により多くの空気が導入される時期となるように設定されている。なお、第２速度Ｎ２は、予め設定されている。

一方、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３のうちエンジン回転速度が低い側（エンジン回転速度が第２速度Ｎ２未満）の領域では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、一定あるいはエンジン回転速度が高いときの方が低いときよりも進角側の時期となるように設定される。詳細には、ラインＬ４に示されるように、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３のうちエンジン負荷が低い側では、エンジン回転速度が第２速度Ｎ２未満において、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣはエンジン回転速度によらず一定の値に維持される。一方、ラインＬ５に示されるように、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３のうちエンジン負荷が高い側では、エンジン回転速度が第２速度Ｎ２未満において、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣはエンジン回転速度が高いときの方が低いときよりも進角される。

（排気弁の開閉時期）
図１１、図１２は、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１において全筒運転が実施されるときの排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣの具体例を示すグラフである。図１１、図１２は、図９および図１０に対応するグラフであり、図１１、図１２の各ラインＬ１〜Ｌ５はそれぞれエンジン負荷が第１負荷Ｔ１〜第５負荷Ｔ５のときの排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣを示している。なお、各ラインが明瞭になるように、図１１には、ラインＬ１〜Ｌ３を示し、図１２には、ラインＬ３〜Ｌ５を示している。

図１１、図１２に示すように、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１では、概ねその全域において、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側の時期となるように設定される。つまり、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１では、概ね、排気上死点（ＴＤＣ）を過ぎた後に排気弁１２は閉弁される。このように排気上死点（ＴＤＣ）を過ぎても排気弁１２が開弁していることに伴い、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１では、基本的に、排気ポート１０に一旦導出された既燃ガスが燃焼室６内に再導入されるようになっている。

図１１、図１２のラインＬ３に示されるように、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２では、エンジン回転速度およびエンジン負荷によらず吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは一定の時期に維持される。当実施形態では、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２の排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、最進角時期（変更可能な範囲のうち最も進角側の時期）とされる。

図１１のラインＬ１、Ｌ２に示すように、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１において、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、概ねエンジン回転速度が低いときの方が高いときよりも進角側の時期となるように設定されている。

図１２のラインＬ４、Ｌ５に示すように、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３において、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、エンジン回転速度が高いときの方が低いときよりも遅角側の時期となるように設定されている。具体的には、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３において、エンジン回転速度が第２速度Ｎ２よりも低い領域では、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣはエンジン回転速度の増大に伴って遅角される一方、エンジン回転速度が第２速度Ｎ２以上の領域では、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣはエンジン回転速度によらず一定に維持される。

なお、前述のように、排気弁１２は、その開弁期間が一定に維持された状態でその開閉時期が変更されるようになっており、排気弁１２の開弁時期は、エンジン負荷とエンジン回転数とに対して閉弁時期と同様に変化する。

（減筒運転時）
次に、減筒運転時の吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期について説明する。

まず、減筒運転切替領域Ａ２０において減筒運転が実施される条件である減筒運転実施条件について説明する。

全筒運転と減筒運転との切替時は、稼働気筒の数が変化することでエンジントルクが変動するおそれがある。そこで、本実施形態では、全筒運転と減筒運転との切り替え頻度を少なく抑えるべく、減筒運転切替領域Ａ２０でエンジンが運転されるときであっても、減筒運転領域Ａ５から減筒運転切替領域Ａ２０に移行したときと、この移行後引き続き減筒運転切替領域Ａ２０にとどまっているときにのみ減筒運転を実施する。そのため、減筒運転切替領域Ａ２０でエンジンが運転されるときであっても、減筒運転領域Ａ５と減筒運転切替領域Ａ２０以外の領域から減筒運転切替領域Ａ２０に移行したときと、この移行後引き続き減筒運転切替領域Ａ２０にとどまっているときは、いずれのときも全筒運転を実施する。このように、本実施形態では、減筒運転領域Ａ５から減筒運転切替領域Ａ２０に移行したときと、この移行後引き続き減筒運転切替領域Ａ２０にとどまっているときであって、減筒運転の実施中のときに、減筒運転実施条件が成立したと判定される。

図１３は、減筒運転切替領域Ａ２０において減筒運転が実施されるときの吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯの具体例を示したマップ図である。図１４は、減筒運転切替領域Ａ２０において減筒運転が実施されるときの排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣの具体例を示したマップ図である。図１３、図１４のラインＬ１、Ｌ２は、エンジン負荷が図８に示す第１負荷Ｔ１、第２負荷Ｔ２のときの吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯを示している。なお、図１３には、合わせて減筒運転領域Ａ５における吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯを破線で示している。

図１３のラインＬ１に示すように、減筒運転の実施時において、減筒運転切替領域Ａ２０のエンジン負荷が低い側の領域では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯはエンジン回転速度によらず一定に維持される。当実施形態では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは最進角時期に維持される。

一方、図１３のラインＬ２に示すように、減筒運転の実施時において、減筒運転切替領域Ａ２０のエンジン負荷が高い側の領域では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは、エンジン回転数が高いときの方が低いときよりも遅角側の時期とされる。具体的には、エンジン負荷が高い側においても、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３以下では、エンジン回転速度によらず吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは最進角時期に維持され、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３より高くなると、エンジン回転速度が増大するほど吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは遅角される。そして、減筒運転時の実施時において、減筒運転切替領域Ａ２０のエンジン負荷が高い側の領域では、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣも、エンジン回転速度が高いときの方が低いときよりも遅角側の時期とされる。詳細には、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣは、当該閉弁時期ＩＶＣを遅角することで燃焼室６内の空気量が増大する範囲で、エンジン回転速度が高くなるのに伴って遅角される。

また、図１４のラインＬ１に示すように、減筒運転の実施時において、減筒運転切替領域Ａ２０のエンジン負荷が低い側の領域では、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣも、エンジン回転速度によらず概ね一定に維持される。

そして、図１４のラインＬ２に示すように、減筒運転の実施時において、減筒運転切替領域Ａ２０のエンジン負荷が高い側の領域では、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、エンジン回転数が高いときの方が低いときよりも進角側の時期とされる。具体的には、エンジン負荷が高い側においても、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３以下では、エンジン回転速度によらず排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは概ね一定に維持されるが、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３より高くなると、エンジン回転速度が増大するほど排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは進角される。

（４−２）過給Ａ／Ｆリーン領域
第１分割領域Ａ１のうちラインＴの外側の領域Ａ１＿２であって過給機３３による過給が行われる領域（以下、適宜、過給Ａ／Ｆリーン領域という）では、吸気弁１１の開弁期間と排気弁１２の開弁期間とが、圧縮上死点を挟んでオーバーラップし、圧縮上死点よりも進角側の時期から遅角側の時期までの期間、吸気弁１１と排気弁１２とがともに開弁するように、これら弁１１，１２の開閉時期が設定される。このように設定されることで、燃焼室６の掃気は促進され、燃焼室６内には多量の空気が導入される。

（５）外部ＥＧＲ率の設定
次に、第１分割領域Ａ１において行われる外部ＥＧＲについて説明する。

第１分割領域Ａ１では、目標外部ＥＧＲ率が概ね０〜２０％の範囲で可変的に設定され、その値は高速側または高負荷側ほど高くされる。なお、ここでいう外部ＥＧＲ率とは、ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）が燃焼室６内の全ガス中に占める重量割合のことである。

ＥＣＵ１００は、第１分割領域Ａ１での運転時、前記のとおり設定された目標外部ＥＧＲ率に対応する量の外部ＥＧＲガスがＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流されるように、ＥＧＲ弁５３の開度を調整する。

（６）スワール制御
第１分割領域Ａ１でのスワール制御について説明する。

第１分割領域Ａ１では、スワール弁１８の開度は、半開（５０％）よりも低い低開度に設定される。このようにスワール弁１８の開度が低減されることにより、燃焼室６に導入される吸気は、その大部分が第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）からの吸気となり、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し、燃料の成層化を促進する。つまり、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形成される。例えば、第１分割領域Ａ１では、このスワール流の作用によって燃焼室６の中央部の空燃比が２０以上３０以下とされ、燃焼室６の外周部の空燃比が３５以上とされる。

第１分割領域Ａ１では、目標スワール開度が概ね２０〜４０％の範囲で可変的に設定され、その値は高速側または高負荷側ほど高くされる。ＥＣＵ１００は、第１分割領域Ａ１での運転時、前記のとおり設定された目標スワール開度のマップに従ってスワール弁１８の開度を制御する。

当実施形態では、第１分割領域Ａ１での運転時に、回転速度および負荷が低いほどスワール弁１８の開度が低くされて、これに応じて（回転速度および負荷が低いほど）スワール流は強められる。

すなわち、当実施形態では、燃焼室６の天井面の中心部に配置されたインジェクタ１５から放射状に燃料が噴射されるが、噴射された燃料の各噴霧は、スワール流によって運ばれて燃焼室６の中心部を指向するように移動する。このとき、スワール弁１８の開度が低いほど（言い換えるとスワール流の初期速度が速いほど）、圧縮行程のより遅い段階までスワール流が残存するので、燃焼の開始直前まで燃焼室６の中央部に燃料濃度の濃い混合気が形成される結果、混合気の成層化が促進される。このことを利用して、当実施形態では、第１分割領域Ａ１の中でも低速かつ低負荷の条件であるほど、スワール弁１８の開度を低下させてスワール流を強化し、もって混合気の成層化および着火性の改善を図るようにしている。

ここで、当実施形態のエンジンにおけるスワール弁１８は、その開度が４０％であるときにスワール比は１．５を少し超えた値となり、スワール弁１８が全閉（０％）まで閉じられると、スワール比は約６まで増大するように構成されている。なお、スワール比は、吸気流の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、クランク軸の角速度で除した値として定義される。前述したとおり、第１分割領域Ａ１での運転時に、スワール弁１８の開度が概ね２０〜４０％の範囲内で制御される。このことから、当実施形態では、第１分割領域Ａ１でのスワール弁１８の開度が、燃焼室６内のスワール比が１．５以上となるような値に設定されているといえる。

（７）ＳＩ率について
前述したように、当実施形態では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼が第１分割領域Ａ１および第２分割領域Ａ２において実行されるが、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。

ここで、当実施形態では、前記比率として、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６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６の波形における点Ｘ１は、ＳＩ燃焼の開始に伴って熱発生率が立ち上がる熱発生点であり、この熱発生点Ｘ１に対応するクランク角θｓｉを、ＳＩ燃焼の開始時期として定義する。また、同波形における点Ｘ２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Ｘ２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。そして、このＣＩ燃焼の開始時期であるθｃｉよりも進角側（θｓｉからθｃｉまでの間）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）で定義される前述したＳＩ率は、前記各面積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。

ＣＩ燃焼では、混合気が自着火により同時多発的に燃焼するため、火炎伝播によるＳＩ燃焼と比べて圧力上昇率が高くなり易い。このため、特に、負荷が高く燃料噴射量が多い条件下で不用意にＳＩ率を小さくする（つまりＣＩ燃焼の割合を増やす）と、大きな騒音が発生してしまう。一方、ＣＩ燃焼は、燃焼室６が十分に高温・高圧化しないと発生しないので、負荷が低く燃料噴射量が少ない条件下では、ＳＩ燃焼がある程度進行してからでないとＣＩ燃焼が開始されず、必然的にＳＩ率は大きくなる（つまりＣＩ燃焼の割合が多くなる）。このような事情を考慮して、当実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる運転領域（つまり第１・第２分割領域Ａ１，Ａ２）において、ＳＩ率の目標値である目標ＳＩ率がエンジンの運転条件ごとに予め定められている。具体的に、目標ＳＩ率は、低負荷側の第１分割領域Ａ１において、概ね負荷が高いほど小さくなるように（つまり負荷が高いほどＣＩ燃焼の割合が増えるように）設定されている。一方、高負荷側の第２分割領域Ａ２での目標ＳＩ率は、概ね負荷が高いほど大きくなるように（つまりＣＩ燃焼の割合が低くなるように）設定されている。さらに、これに対応して、当実施形態では、目標ＳＩ率に適合する燃焼が行われた場合のＣＩ燃焼の開始時期である目標θｃｉが、やはりエンジンの運転条件ごとに予め定められている。

前述した目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するには、点火プラグ１６による主点火の時期、インジェクタ１５からの燃料の噴射量／噴射時期、ＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）といった制御量を運転条件ごとに調整する必要がある。例えば、主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、ＥＧＲ率の増大に伴って筒内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θｃｉの変化を伴うので、これらの各制御量（主点火時期、噴射時期、ＥＧＲ率等）の変化は、θｃｉを調整する要素となる。

前記のような傾向に基づいて、当実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時に、主点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、およびＥＧＲ率（ひいては筒内温度）等が、前述した目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な組合せになるように制御される。

（８）作用効果
以上のように、当実施形態では、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１において、空燃比が理論空燃比よりも大きくされた状態でＳＰＣＣＩ燃焼が実行される。空燃比を大きくするとＳＩ燃焼が不安定になりやすい。詳細には、火炎伝播が不安定になりやすい。ＳＩ燃焼が不安定になると、圧縮上死点近傍で燃焼室６内の温度を十分に高めることができずＣＩ燃焼する混合気量が少なくなって多くの混合気が燃焼期間の長い火炎伝播で燃焼する、あるいはピストンが相当下がった時点でＣＩ燃焼が起こる結果、燃費効率は低下してしまう。これに対して、当実施形態では、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１において、吸気弁１１の開閉時期、排気弁１２の開閉時期が上記のように設定されることで、無過給Ａ／Ｆリーン領域Ａ１１の各運転ポイントにおいて、燃焼室６内に内部ＥＧＲガス、空気を適切に存在させることができ、Ａ／Ｆリーン環境下においてもＳＩ燃焼の安定性を高めることができ、圧縮上死点付近でＣＩ燃焼を生じさせて適切なＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができる。従って、燃費性能を確実に高くすることができる。

具体的には、エンジン負荷が低いときは燃焼室６内の温度が低くなることで、また、エンジン回転数が低いときは単位時間あたりの燃焼回数が少ないことで、特に、火炎伝播が安定しにくい。

これに対して、当実施形態では、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１（第１運転領域）において、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが、吸気最大閉弁時期よりも遅角側の範囲つまり吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣを遅角することで燃焼室６内の空気量が減少する範囲で、エンジン回転速度が高いときに比べて低いときの方が遅角される（図９、図１０のラインＬ１、Ｌ２参照）。そのため、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１の低速側（エンジン回転速度が低い側）の領域での運転時に、燃焼室６内の空気量を少なくして燃焼室６内の空燃比を小さく（リッチ）にすることができ、ＳＩ燃焼の安定性を高めることができる。また、高速側においては、燃焼室６内の空気量を多くして空燃比を大きくし、これにより燃費性能を高めることができる。

さらに、当実施形態では、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１において、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣが排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側の範囲でエンジン回転速度が低いときの方が高いときよりも進角されるようになっている（図１１のラインＬ１、Ｌ２参照）。つまり、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１の低速側（エンジン回転速度が低い側）の運転時に、排気上死点（ＴＤＣ）後に排気弁１２が開弁している期間が短くされるようになっている。従って、この低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１の低速側の領域での運転時に、燃焼室６から排気ポート１０に流出した既燃ガスが再び燃焼室６内に導入されるのを抑制して、燃焼室６内に残留する既燃ガスつまり不活性ガスの量を少なくすることができる。従って、前記の領域において燃料と空気の反応を促進してＳＩ燃焼を促進（安定化）させることができ、これに伴って、より適切なＣＩ燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼）を実現して燃費効率を高めることができる。

また、当実施形態では、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２（第２運転領域）において、エンジン回転速度によらず吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯが一定に維持される（図９、図１０のラインＬ３参照）。中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２は、エンジン負荷が比較的高く燃焼安定性が確保されやすい。そのため、このような中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２では低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１と同様にエンジン回転速度の低下に対して吸気弁の閉弁時期を遅角させる必要がない。従って、前記のようにエンジン回転速度によらず吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯを一定に維持することで、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２において、燃焼安定性を確保しつつ、気筒内の空気量ひいては空燃比を大きくして燃費性能を高めることができる。また、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２において、吸気弁１１の制御性を良好にすることができる。つまり、エンジン回転速度の変化に伴って吸気弁の開弁時期および閉弁時期を大幅に変更せねばならない場合では、吸気可変機構の応答遅れ等によって吸気弁の開弁時期が適切な時期からずれるおそれがあるが、これを防止することができる。同様に、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２（第２運転領域）ではエンジン回転速度によらず排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣが一定に維持されるので（図１１のラインＬ３参照、排気弁１２の制御性も良好にできる。

また、当実施形態では、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３（第３運転領域）の高速側の領域において、エンジン回転速度が低いときに比べて高いときの方が、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが、この閉弁時期ＩＶＣを遅角することで気筒内の空気量が増大する範囲で遅角される（図９、図１０のラインＬ４、Ｌ５参照）。そのため、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３（第３運転領域）の吸気慣性が利用できる高速域において、気筒内への空気の導入を促進でき、混合気の空燃比を確実に理論空燃比よりも高くすることができる。特に、当実施形態では、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３の高速側の領域において、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが、吸気最大閉弁時期（吸気弁１１を閉弁したときに燃焼室６内に閉じ込められる空気の量が最も高くなる吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣ）と概ね一致するように設定されているので、燃焼室６内により確実に多量の空気を導入できる。

ここで、エンジン負荷が比較的高いときに、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣおよび開弁時期ＩＶＯを過度に進角させると、燃焼室６内の温度が過度に高くなるおそれがある。つまり、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３はエンジン負荷が高い領域であるため既燃ガスの温度は高くなる。そして、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯを進角させると吸気ポート９に導出された後燃焼室６に再流入する既燃ガスの量が多くなる。そのため、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３において吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣおよび開弁時期ＩＶＯを過度に進角させると、燃焼室６内の温度が過度に高くなるおそれがある。燃焼室６内の温度が過度に高くなると、ＣＩ燃焼が所望の時期よりも早くに開始されて燃焼騒音が増大する。

これに対して、当実施形態では、高負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ３のうちエンジン回転速度が低い側の領域（第２速度より低い領域）において、エンジン回転速度によらず吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯを一定、あるいは、エンジン回転数が高いときの方が低いときよりも進角されるように構成している。そのため、燃焼室６に導入される空気量を確保しつつ、燃焼騒音の増大を防止できる。

また、当実施形態では、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１の低負荷側の一部に設定された減筒運転切替領域Ａ２０での運転時に減筒運転を実施することが可能となっている。そのため、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１の低負荷側の領域において、燃焼安定性を確実に高めることができる。具体的には、減筒運転では、エンジン負荷が同一の条件下において、一つの気筒（稼働している気筒）に供給される燃料の量が全筒運転時よりも増大される。そのため、稼働している気筒内の温度を高くして燃焼を安定化させることができる。

ここで、減筒運転時で且つエンジン負荷が比較的高いときは、燃焼室６に供給される燃料量が大きくなることで稼働気筒に導入される空気の量も多くする必要がある。これに対して、当実施形態では、減筒運転切替領域Ａ２０の高負荷側の領域で減筒運転が実施されるとき、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯが排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の範囲でエンジン回転速度が高いときの方が低いときよりも遅角側の時期となるように制御される。そのため、減筒運転切替領域Ａ２０の高負荷側の領域において、吸気ポートに一旦流出した後稼働気筒に再導入される既燃ガスの量を少なく抑えて空気の導入を促進することができる。また、減筒運転切替領域Ａ２０の高負荷側の領域で減筒運転が実施されるとき、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが、当該閉弁時期ＩＶＣを遅角することで燃焼室６内の空気量が増大する範囲で、エンジン回転速度が高くなるのに伴って遅角される。そのため、吸気の慣性を利用して燃焼室６内への空気の導入を促進でき、より確実に適切な量の空気を稼働気筒に導入することができる。

また、前記実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時に、１サイクル中の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率が、エンジンの運転条件に応じて予め定められた目標ＳＩ率に一致するように、点火プラグ１６による主点火の時期が調整されるので、例えば燃焼騒音が過大にならない範囲でできるだけＣＩ燃焼の割合を増やす（つまりＳＩ率を低くする）ことができる。このことは、ＳＰＣＣＩ燃焼による熱効率を可及的に高めることにつながる。

（９）変形例
前記実施形態では、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２において、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣをエンジン回転速度によらず一定に維持する場合について説明したが、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２における吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣの制御はこれに限らない。例えば、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２においても、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１と同様にエンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが遅角されるように制御してもよい。ただし、前記のように、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２では燃焼安定性が確保されやすい。そして、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣを過度に遅角すると燃焼室６内の空気量が少なくなりすぎるおそれがある。そのため、仮に、中負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ２において、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが遅角するようにこれを制御する場合であっても、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣのエンジン回転速度に対する変化率は、低負荷Ａ／Ｆリーン領域Ｃ１における吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣのエンジン回転速度に対する変化率よりも小さくして、燃焼室６内の空気量を多く確保して空燃比をより大きくするのが好ましい。また、前記の変化率を小さくすれば、吸気弁１１の制御性をより良好にすることもできる。

前記実施形態では、ＳＰＣＣＩ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、図６の燃焼波形における面積Ｒ１，Ｒ２を用いて、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）と定義し、このＳＩ率が予め定められた目標ＳＩ率に一致するように主点火の時期を調整するようにしたが、ＳＩ率を定義する方法は他にも種々考えられる。

例えば、ＳＩ率＝Ｒ１／Ｒ２としてもよい。さらに、図１５に示すΔθ１、Δθ２を用いてＳＩ率を定義してもよい。すなわち、ＳＩ燃焼のクランク角期間（変曲点点Ｘ２よりも進角側の燃焼期間）をΔθ１、ＣＩ燃焼のクランク角期間（変曲点Ｘ２よりも遅角側の燃焼期間）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。もしくは、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。

２ 気筒
１１ 吸気弁
１２ 排気弁
１３ａ 吸気ＶＶＴ（吸気可変機構）
１４ａ 排気ＶＶＴ（排気可変機構）
１５ インジェクタ
１６ 点火プラグ
３２ スロットル弁
４０ 排気通路
１００ ＥＣＵ（燃焼制御部）

Claims (9)

1. 気筒と、吸気通路および排気通路と、前記吸気通路と前記気筒とを連通する吸気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記排気通路と前記気筒とを連通する排気ポートと、前記排気ポートを開閉する排気弁と、前記気筒に燃料を噴射するインジェクタと、前記インジェクタから噴射された燃料と空気とが混合された混合気に点火する点火プラグとを備え、前記混合気の一部を前記点火プラグを用いた火花点火によりＳＩ燃焼させるとともにその他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を制御する装置であって、
   前記吸気弁を変更する吸気可変機構と、
   前記吸気可変機構、前記点火プラグを含むエンジンの各部を制御する燃焼制御部とを備え、
   前記燃焼制御部は、少なくとも所定の第１運転領域でエンジンが運転されているときに、前記気筒内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも大きくなるＡ／Ｆリーン環境が形成されるように前記吸気可変機構を制御しつつ、混合気が前記部分圧縮着火燃焼により燃焼するように所定のタイミングで前記点火プラグに火花点火を行わせるとともに、エンジン負荷が同じ条件下で、エンジン回転速度が低いときは高いときに比べて、前記吸気弁の閉弁時期が当該閉弁時期を遅角することで気筒内の空気量が減少する範囲で遅角されるように、前記吸気可変機構を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
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、
   前記吸気可変機構は、前記吸気弁の開弁時期および閉弁時期を同時に変更する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項１または２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、前記第１運転領域よりも高負荷側に設定された第２運転領域でエンジンが運転されているときに、前記Ａ／Ｆリーン環境での前記部分圧縮着火燃焼が行われるように前記吸気可変機構および前記点火プラグを制御するとともに、エンジン負荷が同じ条件下で、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、前記吸気弁の閉弁時期が遅角され、且つ、当該閉弁時期の変化率が前記第１運転領域における当該変化率よりも小さくなるように、前記吸気可変機構を制御する、または、前記吸気弁の閉弁時期がエンジン回転速度によらず一定となるように前記吸気可変機構を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 請求項３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２運転領域よりも高負荷側に設定された第３運転領域でエンジンが運転されているときに、前記Ａ／Ｆリーン環境での前記部分圧縮着火燃焼が行われるように前記吸気可変機構および前記点火プラグを制御し、
   前記第３運転領域における高エンジン回転速度側の領域において、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、前記吸気弁の閉弁時期が当該閉弁時期を遅角することで気筒内の空気量が増大する範囲で遅角されるように、前記吸気可変機構を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
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３運転領域における低エンジン回転速度側の領域において、エンジン回転速度によらず前記吸気弁の閉弁時期が一定となる、あるいは、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて前記吸気弁の閉弁時期が進角されるように、前記吸気可変機構を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
6. 請求項１〜５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、
   前記排気弁の閉弁時期を変更する排気可変機構をさらに備え、
   前記燃焼制御部は、前記第１運転領域での運転時、エンジン回転速度が低いときは高いときに比べて、前記排気弁の閉弁時期が排気上死点よりも遅角側の範囲で進角されるように、前記排気可変機構を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
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、
   前記気筒を複数備え、
   前記燃焼制御部は、前記第１運転領域の少なくとも一部に設定された減筒領域でエンジンが運転され且つ予め設定された減筒運転実施条件が成立したとき、前記インジェクタから一部の気筒にのみ燃料を噴射させて残りの気筒への燃料噴射を停止させることで一部の気筒のみを稼働させる減筒運転を実施し、
   前記減筒領域における高負荷側の領域で前記減筒運転が実施されているとき、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、前記吸気弁の閉弁時期が当該閉弁時期を遅角することで気筒内の空気量が増大する範囲で遅角されるように、前記吸気可変機構を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
8. 請求項７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、前記減筒領域の高負荷側の領域で前記減筒運転が実施されているとき、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、前記排気弁の閉弁時期が排気上死点よりも遅角側の範囲で進角されるように、当該排気弁の閉弁時期を変更する排気可変機構を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
9. 請求項１〜８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実行時、１サイクル中の全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合の目標値である目標ＳＩ率をエンジンの運転条件に応じて設定し、当該目標ＳＩ率に基づいて前記点火プラグの点火時期を設定する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。

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