JP5907014B2 - 火花点火式直噴エンジン - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、火花点火式直噴エンジンに関するものである。

例えば、特許文献１に示すように、排気エミッション性能の向上と熱効率の向上とを両立させる技術として、気筒内の混合気を圧縮着火させる燃焼形態が知られている。この圧縮着火燃焼においては、着火性及び安定性を高めるために、気筒内の温度を或る程度高めておく必要がある。

ところが、減速時に燃料カットを行うエンジンにおいては、燃料カット中に気筒内の温度が低下し、燃料供給を再開する際には、圧縮着火を行うことが困難な程度に気筒内温度が低下してしまう場合がある。

そこで、特許文献１に係るエンジンにおいては、燃料カットからの復帰時には、火花点火燃焼を実行して気筒内の温度を上昇させた後に、圧縮着火燃焼に移行するようにしている。

特開２００４−３１６５４４号公報

ところで、燃料カットによる気筒内の温度低下は、触媒の活性化の観点からも好ましくない。

しかしながら、前記特許文献１に係るエンジンの方法は、燃料カットからの復帰時に気筒内の温度を早期に上昇させることはできるものの、燃料カットによって気筒内の温度が一度は低下してしまう。その結果、触媒の温度も一旦は低下してしまう。

ここに開示された技術は、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、燃料カットによる触媒の温度低下を抑制することにある。

ここに開示された技術は、気筒を有するエンジン本体と、前記気筒に開口する吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記気筒に開口する排気ポートを開閉する排気弁と、前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、排気通路に設けられた触媒と、少なくとも前記吸気弁、前記排気弁及び前記燃料噴射弁を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備えた火花点火式直噴エンジンであって、前記制御器は、アクセルがオフの状態における前記エンジン本体の減速時に、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止して燃料カットを実行し、該エンジン本体の回転数が所定値まで低下したときに該燃料噴射弁の燃料噴射を再開させるように構成されており、前記燃料カット中には、前記排気弁を排気行程及び吸気行程のそれぞれにおいて開弁させる排気の二度開きを行うと共に、吸気行程において前記排気弁を開弁させた後に前記吸気弁を開弁させ、該排気弁を閉弁させた後であって混合気が吸気ポートへ吹き戻されるタイミングで該吸気弁を閉弁させるものとする。

この構成によれば、アクセルがオフの状態におけるエンジン本体の減速時に、燃料カットが実行され、エンジン回転数が所定値まで低下すると燃料噴射が再開される。そして、燃料カット中には、吸気弁は、排気弁よりも後に開弁され、さらに、排気弁よりも後に閉弁されるので、気筒内への新気の吸込量が低減されると共に、気筒内のガスの一部は吸気ポートへ吹き戻される。こうして、気筒内に閉じ込められる新気量を低減することができる。それにより、その後の排気行程において排気ポートへ排気される新気を低減することができ、触媒へ到達する新気量を低減することができる。その結果、燃料カット中の触媒の温度低下を抑制することができる。

さらに、燃料カット中には、前述の吸気の遅閉じに加えて、排気の二度開きによる内部ＥＧＲが行われる。燃料カット中は燃焼が行われないため気筒１８内の温度が低下する傾向にあるが、気筒内に排気ガスを導入することによって燃料カット直後の気筒内の温度低下を抑制することができる。その結果、排気ポートへ排気される混合気は、ＥＧＲガスを含んでいるので、新気だけの場合と比べると高温となっている。このことも、触媒の温度低下の抑制に効果的である。また、排気の二度開きに際し、吸気行程において吸気弁よりも排気弁を先に開弁させることによって、吸気行程において気筒内に排気ガスを先に導入することができ、その結果、より多くの排気ガスを気筒内に導入することができる。

さらには、排気ガスを含んだ混合気を吸気ポートへ吹き戻すので、吸気行程において吸気ポートから気筒内に導入されるガスにも排気ガスが含まれる。このガスは、新気だけの場合と比べると高温となっている。このことも、触媒の温度低下の抑制に効果的である。

また、前述の如く、ＥＧＲ及び吸気の遅閉じにより燃料カット中の気筒内の温度低下を抑制することは、燃料噴射再開時の着火性を向上させることに有利である。

ここに開示された別の技術は、前記制御器が、前記燃料カット中には、吸気行程において前記排気弁を開弁させた後に前記吸気弁を開弁させかつ、前記吸気弁のリフトカーブのピークが吸気下死点よりも遅角側となるようにし、該排気弁を閉弁させた後であって混合気が吸気ポートへ吹き戻されるタイミングで該吸気弁を閉弁させる。

前記制御器は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあるときに、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転するように構成されていてもよい。ここで、「低負荷領域」は、運転領域を低負荷、中負荷及び高負荷の３つの領域に区分した場合の低負荷としてもよい。
前記燃料カットを実行すると、エンジン負荷は急速に低下する。そのため、燃料噴射再開時には、通常は、エンジンの運転状態が前記所定の低負荷領域にある。つまり、燃料カット後の復帰時にはエンジンの運転状態が前記所定の低負荷領域にあることが多い。そして、この低負荷領域では圧縮着火燃焼を行う。圧縮着火燃焼を適切に行う観点からは気筒内の温度が低いことは好ましくなく、燃料カット中における気筒内の温度低下を抑制する必要がある。前記の構成によれば、ＥＧＲ及び吸気の遅閉じにより燃料カット中の気筒内の温度低下が抑制される。つまり、ＥＧＲ及び吸気の遅閉じは、触媒の温度低下の抑制だけでなく、圧縮着火燃焼の着火性の観点からも有利である。

さらに、前記制御器は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態が所定の高負荷領域にあるときには、空気過剰率を１以下に設定して該エンジン本体を運転するように構成されていてもよい。ここで、「高負荷領域」は、運転領域を低負荷、中負荷及び高負荷の３つの領域に区分した場合の高負荷としてもよい。

この構成によれば、所定の高負荷領域では空気過剰率を１以下に設定しているので、燃焼ガス温が高くなる。そのため、エンジン本体の運転状態が前記所定の高負荷領域にある状態から燃料カットを実行するときには、既燃ガスの温度が高いので、前述の如く気筒内の温度低下を抑制するのに有効である。

また、前記制御器は、前記燃料噴射を再開させるときに、前記吸気弁の閉弁時期を進角させるようにしてもよい。

前述の如く、吸気の遅閉じを行うことによって、気筒内の新気量は減少している。そこで、燃焼を再開するにあたり、吸気弁の閉弁時期を進角させることによって、新気量を確保することができる。

また、火花点火式直噴エンジンは、減速時にエネルギを回生する減速回生システムをさらに備えるようにしてもよい。

この構成によれば、燃料カット中は前述の如く、吸気の遅閉じが実行されるため、ポンプ損失が低減される。その結果、より多くのエネルギを減速回生システムにより回生することができる。尚、燃料カット中は吸気の遅閉じに加えて、スロットル弁を全開とすることが、より多くのエネルギを回生する点から好ましい。

前記火花点火式直噴エンジンによれば、燃料カット中に排気の二度開きによる内部ＥＧＲと吸気の遅閉じを行うことによって、触媒の温度低下を抑制することができる。

火花点火式直噴エンジンの構成を示す概略図である。 火花点火式直噴エンジンの制御に係るブロック図である。 燃焼室を拡大して示す断面図である。 エンジンの運転領域を例示する図である。 （ａ）ＣＩモードにおいて吸気行程噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示、（ｂ）ＣＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示、（ｃ）ＳＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期及び点火時期の一例と、それに伴うＳＩ燃焼の熱発生率の例示、（ｄ）ＳＩモードにおいて吸気行程噴射と高圧リタード噴射との分割噴射を行う場合の燃料噴射時期及び点火時期の一例と、それに伴うＳＩ燃焼の熱発生率の例示である。 高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼の状態と、従来のＳＩ燃焼の状態とを比較する図である。 減速時燃料カットの処理を示すフローチャートである。 燃料カット前のエンジンの各要素の状態を示す図であり、（Ａ）は、燃料噴射タイミング及び筒内の圧力変化、並びに、火花点火を行う場合には火花点火タイミングを、（Ｂ）は、吸気弁のリフト量（破線）及び排気弁のリフト量（実線）を、（Ｃ）は、スロットル弁の開度を、（Ｄ）は、気筒内の成分を示している。 燃料カット中のエンジンの各要素の状態を示す図であり、（Ａ）は、燃料噴射タイミング及び筒内の圧力変化、並びに、火花点火を行う場合には火花点火タイミングを、（Ｂ）は、吸気弁のリフト量（破線）及び排気弁のリフト量（実線）を、（Ｃ）は、スロットル弁の開度を、（Ｄ）は、気筒内の成分を示している。 燃料噴射再開時のエンジンの各要素の状態を示す図であり、（Ａ）は、燃料噴射タイミング及び筒内の圧力変化、並びに、火花点火を行う場合には火花点火タイミングを、（Ｂ）は、吸気弁のリフト量（破線）及び排気弁のリフト量（実線）を、（Ｃ）は、スロットル弁の開度を、（Ｄ）は、気筒内の成分を示している。 ＣＩモード移行後のエンジンの各要素の状態を示す図であり、（Ａ）は、燃料噴射タイミング及び筒内の圧力変化、並びに、火花点火を行う場合には火花点火タイミングを、（Ｂ）は、吸気弁のリフト量（破線）及び排気弁のリフト量（実線）を、（Ｃ）は、スロットル弁の開度を、（Ｄ）は、気筒内の成分を示している。

以下、火花点火式直噴エンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。図１，２は、エンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給される火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（尚、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、図３に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を区画する。尚、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）と称する）７１が設けられている。ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。つまり、排気弁２２及びＶＶＬ７１は、排気還流機構の１つ、例えば、第１排気還流機構を構成する。また、ＶＶＬ７１が動弁機構を構成する。

以下の説明においては、ＶＶＬ７１を通常モードで作動させ、排気二度開きを行わないことを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、ＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、排気二度開きを行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行は、排気二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁２１を二回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。

ＶＶＬ７１を備えた排気側の動弁系に対し、吸気側には、図２に示すように、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と称する）７２と、吸気弁２１のリフト量を連続的に変更することが可能なリフト量可変機構（以下、ＣＶＶＬ（Continuously Variable Valve Lift）と称する）７３とが設けられている。ＶＶＴ７２は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。また、ＣＶＶＬ７３も、公知の種々の構造を適宜採用することが可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。ＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３によって、吸気弁２１はその開弁タイミング及び閉弁タイミング、並びに、リフト量をそれぞれ変更することが可能である。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射するインジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、図３に拡大して示すように、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７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インジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。インジェクタ６７が燃料噴射弁を構成する。

図３に矢印で示すように、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最大で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン１の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、図３に示すように、燃焼室１９内の混合気に点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。図３に示すように、点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ／ウォーマ３４と、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。吸気通路３０にはまた、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されており、このインタークーラバイパス通路３５には、当該通路３５を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合を調整することにより、気筒１８に導入する新気の温度を調整することが可能である。

排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２が触媒を構成する。

吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設され、ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。これらＥＧＲ通路５０、主通路５１、ＥＧＲ弁５１１、ＥＧＲクーラ５２、ＥＧＲクーラバイパス通路５３及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１が排気還流機構の１つ、例えば、第２排気還流機構を構成する。

また、エンジン１は、減速回生システム８０を備えている。減速回生システム８０は、エンジン１により駆動されて発電する発電機（オルタネータ）８１と、発電機８１が接続されたバッテリ８２とを有している。この発電機８１は、エンジン１の運転中は、エンジン１のクランク軸によりベルトを介して回転駆動される。ただし、発電機８１は、エンジン１により駆動されて発電する発電状態と、エンジン１により駆動されても発電しない非発電状態とを切換え可能に構成されている。発電機８１の発電電力は、バッテリ８２に蓄電されたり、車両電気負荷（図示省略）に供給されたりする。尚、バッテリ８２の代わりにキャパシタ等の蓄電装置を用いてもよい。

このように構成されたエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。

ＰＣＭ１０には、図１，２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１及び新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されかつ、インタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する、第２吸気温度センサＳＷ３、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ_２センサＳＷ９、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ_２センサＳＷ１０、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５、及び、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６である。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁側のＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３、排気弁側のＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、発電機８１並びに、各種の弁（スロットル弁３６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。

図４は、エンジン１の運転領域の一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した火花点火燃焼に切り替える。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行うＣＩ（Compression Ignition）モードと、火花点火燃焼を行うＳＩ（Spark Ignition）モードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

ＣＩモードはさらに、エンジン負荷の高低に応じて３つの領域に分けられている。具体的に、ＣＩモードにおいて負荷が最も低い領域（１）では、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いＥＧＲガス（以下、ホットＥＧＲガスともいう）を気筒１８内に導入する。これは、ＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行うことによる。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度を高め、軽負荷である領域（１）において、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高める上で有利になる。領域（１）ではまた、図５（ａ）に示すように、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射することにより、均質なリーン混合気を形成する。混合気の空気過剰率λは、例えば２．４以上に設定してもよく、こうすることで、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制して、排気エミッション性能を高めることが可能になる。そうして、そのリーン混合気は、図５（ａ）に示すように、圧縮上死点付近において圧縮自己着火する。

詳細は後述するが、領域（１）における負荷の高い領域、具体的には、領域（１）と領域（２）との境界を含む領域では、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒１８内に燃料を噴射するものの、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する。理論空燃比にすることにより、三元触媒が利用可能になると共に、ＳＩモードとＣＩモードとの間の切り替え時の制御が簡素化し、さらに、ＣＩモードを高負荷側へ拡大可能にすることにも寄与する。

ＣＩモードにおいて、領域（１）よりも負荷の高い領域（２）では、領域（１）の高負荷側と同様に、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒１８内に燃料を噴射し（図５（ａ）参照）、均質な理論空燃比（λ≒１）の混合気を形成する。

領域（２）ではまた、エンジン負荷の上昇に伴い気筒１８内の温度が自然と高まることから、過早着火を回避するためにホットＥＧＲガス量を低下させる。これは、気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガス量の調整による。

領域（２）ではさらに、相対的に温度の低いＥＧＲガス（以下、クールドＥＧＲガスともいう）を気筒１８内に導入する。こうして高温のホットＥＧＲガスと低温のクールドＥＧＲガスとを適宜の割合で気筒１８内に導入することにより、気筒１８内の圧縮端温度を適切にし、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、圧縮着火燃焼の安定化を図る。尚、ホットＥＧＲガス及びクールドＥＧＲガスを合わせた、気筒１８内に導入されるＥＧＲガスの割合としてのＥＧＲ率は、混合気の空気過剰率をλ≒１に設定する条件下で可能な限り高いＥＧＲ率に設定される。従って、領域（２）においては、エンジン負荷の増大に伴い燃料噴射量が増大するから、ＥＧＲ率は次第に低下するようになる。

ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線を含む、ＣＩモードにおいて最も負荷の高い領域（３）では、気筒１８内の圧縮端温度がさらに高くなるため、領域（１）や領域（２）のように、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内で気筒１８内に燃料を噴射してしまうと、過早着火等の異常燃焼が生じるようになる。一方、温度の低いクールドＥＧＲガスを大量に導入して気筒内の圧縮端温度を低下させようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。つまり、気筒１８内の温度制御だけでは、圧縮着火燃焼を安定して行い得ないため、この領域（３）では、気筒１８内の温度制御に加えて、燃料噴射形態を工夫することによって過早着火等の異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を図る。具体的に、この燃料噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、図５（ｂ）に示すように、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間（以下、この期間をリタード期間と呼ぶ）内で、気筒１８内に燃料噴射を実行するものである。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」又は単に「リタード噴射」と呼ぶ。このような高圧リタード噴射により、領域（３）での異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。この高圧リタード噴射に詳細については、後述する。

領域（３）では、領域（２）と同様に、高温のホットＥＧＲガスと低温のクールドＥＧＲガスとを適宜の割合で気筒１８内に導入する。このことにより、気筒１８内の圧縮端温度を適切にして圧縮着火燃焼の安定化を図る。

エンジン負荷の高低に応じて３つの領域に分けられたＣＩモードに対して、ＳＩモードは、エンジン回転数の高低に応じて、領域（４）と領域（５）との２つの領域に分けられている。領域（４）は、図例においては、エンジン１の運転領域を低速、高速の２つに区分したときの低速域に相当し、領域（５）は高速域に相当する。領域（４）と領域（５）との境界はまた、図４に示す運転領域において、負荷の高低に対して回転数方向に傾いているが、領域（４）と領域（５）との境界は図例に限定されるものではない。

領域（４）及び領域（５）のそれぞれにおいて、混合気は、領域（２）及び領域（３）と同等に、理論空燃比（λ≒１乃至λ≦１）に設定される。従って、混合気の空燃比は、ＣＩモードとＳＩモードとの境界を跨って理論空燃比（λ≒１乃至λ≦１）で一定にされる。これは、三元触媒の利用を可能にする。また、領域（４）及び領域（５）では、基本的にはスロットル弁３６を全開にする一方で、ＥＧＲ弁５１１の開度調整により、気筒１８内に導入する新気量及び外部ＥＧＲガス量を調整する。こうして気筒１８内に導入するガス割合を調整することは、ポンプ損失の低減と共に、大量のＥＧＲガスを気筒１８内に導入することにより、火花点火燃焼の燃焼温度が低く抑えられ冷却損失の低減も図られる。領域（４）及び領域（５）では、主にＥＧＲクーラ５２を通じて冷却した外部ＥＧＲガスを、気筒１８に導入する。このことによって、異常燃焼の回避に有利になると共に、Ｒａｗ ＮＯｘの生成を抑制するという利点もある。ＥＧＲ弁５１１の開度及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１の開度は、エンジン負荷の増大に伴い減少していく。このとき、ＥＧＲ弁５１１の開度の方がＥＧＲクーラバイパス弁５３１の開度よりも相対的に大きく、つまり、クールドＥＧＲガスの方がホットＥＧＲガスよりも多い。そして、エンジン負荷の増大に伴い、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１の方がＥＧＲ弁５１１よりも先に全閉状態となる。尚、全開負荷域では、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することにより、外部ＥＧＲをゼロにする。

このエンジン１の幾何学的圧縮比は、前述の通り、１５以上（例えば１８）に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くするため、ＣＩモードの、特に低負荷の領域（例えば領域（１））では、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン１は、高負荷域であるＳＩモードにおいては、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなるという問題がある。

そこでこのエンジン１では、ＳＩモードの領域（４）や領域（５）においては、前述した高圧リタード噴射を行うことにより、異常燃焼を回避するようにしている。より詳細には、領域（４）においては、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でもって、図５（ｃ）に示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する高圧リタード噴射のみを行う。これに対し、領域（５）においては、図５（ｄ）に示すように、噴射する燃料の一部を、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間内で気筒１８内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒１８内に噴射する。つまり、領域（５）では、燃料の分割噴射を行う。ここで、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間とは、ピストン位置に基づいて定義した期間ではなく、吸気弁の開閉に基づいて定義した期間であり、ここで言う吸気行程は、ＶＶＴ７２やＣＶＶＬ７３によって変更される吸気弁２１の閉弁時期によって、ピストンが吸気下死点に到達した時点に対しずれる場合がある。

次に、図６を参照しながら、ＳＩモードにおける高圧リタード噴射について説明する。図６は、前述した高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼（実線）と、吸気行程中に燃料噴射を実行する従来のＳＩ燃焼（破線）とにおける、熱発生率（上図）及び未燃混合気反応進行度（下図）の違いを比較する図である。図６の横軸はクランク角である。この比較の前提として、エンジン１の運転状態は共に高負荷の低速域（つまり、領域（４））であり、噴射する燃料量は、高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼と従来のＳＩ燃焼との場合で互いに同じである。

先ず、従来のＳＩ燃焼では、吸気行程中に気筒１８内に所定量の燃料噴射を実行する（上図の破線）。気筒１８内では、その燃料の噴射後、ピストン１４が圧縮上死点に至るまでの間に、比較的均質な混合気が形成される。そして、この例では、圧縮上死点以降の、白丸で示す所定タイミングで点火が実行され、それによって燃焼が開始する。燃焼の開始後は、図６の上図に破線で示すように、熱発生率のピークを経て燃焼が終了する。燃料噴射の開始から燃焼の終了までの間が未燃混合気の反応可能時間（以下、単に反応可能時間という場合がある）に相当し、図６の下図に破線で示すように、この間に未燃混合気の反応は次第に進行する。同図における点線は、未燃混合気が着火に至る反応度である、着火しきい値を示しており、従来のＳＩ燃焼は、低速域であることと相俟って、反応可能時間が非常に長く、その間、未燃混合気の反応が進行し続けてしまうことから、点火の前後に未燃混合気の反応度が着火しきい値を超えてしまい、過早着火又はノッキングといった異常燃焼を引き起こす。

これに対し、高圧リタード噴射は反応可能時間の短縮を図り、そのことによって異常燃焼を回避することを目的とする。すなわち、反応可能時間は、図６にも示しているように、インジェクタ６７が燃料を噴射する期間（（１）噴射期間）と、噴射終了後、点火プラグ２５の周りに可燃混合気が形成されるまでの期間（（２）混合気形成期間）と、点火によって開始された燃焼が終了するまでの期間（（３）燃焼期間）と、を足し合わせた時間、つまり、（１）＋（２）＋（３）である。高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短縮し、それによって、反応可能時間を短くする。このことについて、順に説明する。

先ず、高い燃料圧力は、単位時間当たりにインジェクタ６７から噴射される燃料量を相対的に多くする。このため、燃料噴射量を一定とした場合に、燃料圧力と燃料の噴射期間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど噴射期間は長くなり、燃料圧力が高いほど噴射期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、噴射期間を短縮する。

また、高い燃料圧力は、気筒１８内に噴射する燃料噴霧の微粒化に有利になると共に、燃料噴霧の飛翔距離を、より長くする。このため、燃料圧力と燃料蒸発時間との関係は概ね、燃料圧力が低いほど燃料蒸発時間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃料蒸発時間は短くなる。また、燃料圧力と点火プラグ２５の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間は概ね、燃料圧力が低いほど到達までの時間は長くなり、燃料圧力が高いほど到達までの時間は短くなる。混合気形成期間は、燃料蒸発時間と、点火プラグ２５の周りへの燃料噴霧到達時間とを足し合わせた時間であるから、燃料圧力が高いほど混合気形成期間は短くなる。従って、燃料圧力が従来に比べて大幅に高く設定された高圧リタード噴射は、燃料蒸発時間及び点火プラグ２５の周りへの燃料噴霧到達時間がそれぞれ短くなる結果、混合気形成期間を短縮する。これに対し、同図に白丸で示すように、従来の、低い燃料圧力での吸気行程噴射は、混合気形成期間が大幅に長くなる。尚、多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、ＳＩモードにおいては、燃料の噴射後、点火プラグ２５の周りに燃料噴霧が到達するまでの時間を短くする結果、混合気形成期間の短縮に有効である。

このように、噴射期間及び混合気形成期間を短縮することは、燃料の噴射タイミング、より正確には、噴射開始タイミングを、比較的遅いタイミングにすることを可能にする。そこで、高圧リタード噴射では、図６の上図に示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に燃料噴射を行う。高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射することに伴い、その気筒内の乱れが強くなり、気筒１８内の乱れエネルギが高まるが、この高い乱れエネルギは、燃料噴射のタイミングが比較的遅いタイミングに設定されることと相俟って、燃焼期間の短縮に有利になる。

すなわち、燃料噴射をリタード期間内に行った場合、燃料圧力と燃焼期間内での乱流エネルギとの関係は概ね、燃料圧力が低いほど乱流エネルギが低くなり、燃料圧力が高いほど乱流エネルギは高くなる。ここで、仮に高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射するとしても、その噴射タイミングが吸気行程中にある場合は、点火タイミングまでの時間が長いことや、吸気行程後の圧縮行程において気筒１８内が圧縮されることに起因して、気筒１８内の乱れは減衰してしまう。その結果、吸気行程中に燃料噴射を行った場合、燃焼期間内での乱流エネルギは、燃料圧力の高低に拘わらず比較的低くなってしまう。

燃焼期間での乱流エネルギと燃焼期間との関係は概ね、乱流エネルギが低いほど燃焼期間が長くなり、乱流エネルギが高いほど燃焼期間が短くなる。従って、燃料圧力と燃焼期間との関係は、燃料圧力が低いほど燃焼期間は長くなり、燃料圧力が高いほど燃焼期間は短くなる。すなわち、高圧リタード噴射は、燃焼期間を短縮する。これに対し、従来の、低い燃料圧力での吸気行程噴射は、燃焼期間が長くなる。尚、多噴口型のインジェクタ６７は、気筒１８内の乱れエネルギの向上に有利であって、燃焼期間の短縮に有効であると共に、その多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせによって、燃料噴霧をキャビティ１４１内に収めることもまた、燃焼期間の短縮に有効である。

このように高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短縮し、その結果、図６に示すように、燃料の噴射開始タイミングＳＯＩから燃焼終了時期θｅｎｄまでの、未燃混合気の反応可能時間を、従来の吸気行程中での燃料噴射の場合と比較して大幅に短くすることを可能にする。この反応可能時間を短縮する結果、図６の上段に示す図のように、従来の低い燃料圧力での吸気行程噴射では、白丸で示すように、燃焼終了時における未燃混合気の反応進行度が、着火しきい値を超えてしまい、異常燃焼が発生してしまうところ、高圧リタード噴射は、黒丸で示すように、燃焼終了時における未燃混合気の反応の進行を抑制し、異常燃焼を回避することが可能になる。尚、図６の上図における白丸と黒丸とで、点火タイミングは互いに同じタイミングに設定している。

燃料圧力は、例えば３０ＭＰａ以上に設定することによって、燃焼期間を効果的に短縮化することが可能である。また、３０ＭＰａ以上の燃料圧力は、噴射期間及び混合気形成期間も、それぞれ有効に短縮化することが可能である。尚、燃料圧力は、少なくともガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。その上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。

高圧リタード噴射は、気筒１８内への燃料噴射の形態を工夫することによってＳＩモードにおける異常燃焼の発生を回避する。これとは異なり、異常燃焼の回避を目的として点火タイミングを遅角することが、従来から知られている。点火タイミングの遅角化は、未燃混合気の温度及び圧力の上昇を抑制することによって、その反応の進行を抑制する。しかしながら、点火タイミングの遅角化は熱効率及びトルクの低下を招くのに対し、高圧リタード噴射を行う場合は、燃料噴射の形態の工夫によって異常燃焼を回避する分、点火タイミングを進角させることが可能であるから、熱効率及びトルクが向上する。つまり、高圧リタード噴射は、異常燃焼を回避するだけでなく、その回避可能な分だけ、点火タイミングを進角することを可能にして、燃費の向上に有利になる。

以上説明したように、ＳＩモードでの高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短縮することが可能であるが、ＣＩモードの領域（３）で行う高圧リタード噴射は、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮することが可能である。つまり、気筒１８内に高い燃料圧力で燃料を噴射することにより気筒１８内の乱れが強くなることで、微粒化した燃料のミキシング性が高まり、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射しても、比較的均質な混合気を速やかに形成することが可能になるのである。

ＣＩモードでの高圧リタード噴射は、比較的負荷の高い領域において、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射することにより、例えば圧縮行程期間中の過早着火を防止しつつ、前述の通り、概ね均質な混合気が速やかに形成されるため、圧縮上死点以降において、確実に圧縮着火させることが可能になる。そうして、モータリングにより気筒１８内の圧力が次第に低下する膨張行程期間において、圧縮着火燃焼が行われることで、燃焼が緩慢になり、圧縮着火燃焼に伴う気筒１８内の圧力上昇（ｄＰ／ｄｔ）が急峻になってしまうことが回避される。こうして、ＮＶＨの制約が解消される結果、ＣＩモードの領域が高負荷側に拡大する。

ＳＩモードの説明に戻り、前述の通り、ＳＩモードの高圧リタード噴射は、燃料噴射をリタード期間内に行うことによって未燃混合気の反応可能時間を短縮させるものの、この反応可能時間の短縮は、エンジン１の回転数が比較的低い低速域においては、クランク角変化に対する実時間が長いため、有効であるのに対し、エンジン１の回転数が比較的高い高速域においては、クランク角変化に対する実時間が短いため、それほど有効でない。逆に、リタード噴射では、燃料噴射時期を圧縮上死点付近に設定するため、圧縮行程においては、燃料を含まない筒内ガス、言い換えると比熱比の高い空気が圧縮されるようになる。その結果、高速域においては、気筒１８内の圧縮端温度が高くなり、この高い圧縮端温度がノッキングを招くようになる。そのため、領域（５）においてリタード噴射のみを行うときには、点火タイミングを遅角化して、ノッキングを回避しなければならない場合も起き得る。

そこで、図４に示すように、ＳＩモードにおいて相対的に回転数の高い領域（５）では、図５（ｄ）に示すように、噴射する燃料の一部を、吸気行程期間内で気筒１８内に噴射すると共に、残りの燃料をリタード期間内で気筒１８内に噴射をする。吸気行程噴射では、圧縮行程中の筒内ガス（つまり、燃料を含む混合気）の比熱比を下げ、それによって圧縮端温度を低く抑えることが可能である。こうして、圧縮端温度が低くなることで、ノッキングを抑制することが可能になるから、点火タイミングを進角させることが可能になる。

また、高圧リタード噴射を行うことにより、前述の通り、圧縮上死点付近の気筒１８内（燃焼室１９内）において乱れが強くなり、燃焼期間が短くなる。このこともまた、ノッキングの抑制に有利になり、点火タイミングをさらに進角させることが可能になる。そうして、領域（５）においては、吸気行程噴射と高圧リタード噴射との分割噴射を行うことにより、異常燃焼を回避しつつ、熱効率を向上させることが可能になる。

尚、領域（５）において燃焼期間を短縮させるために、高圧リタード噴射を行う代わりに多点点火構成を採用してもよい。つまり、複数の点火プラグを燃焼室内に臨んで配置し、領域（５）においては、吸気行程噴射を実行すると共に、その複数の点火プラグのそれぞれを駆動することにより、多点点火を行う。こうすることで、燃焼室１９内の複数の火種のそれぞれから火炎が広がるため、火炎の広がりが早くて燃焼期間が短くなる。その結果、高圧リタード噴射を採用した場合と同様に燃焼期間を短くして、熱効率の向上に有利になる。

このように、エンジン１は、各運転領域に応じた運転を行っている。

〈減速時燃料カット〉
また、エンジン１は、減速時にインジェクタ６７からの燃料供給を停止する、所謂、燃料カットを実行するように制御される。この減速時燃料カットにより、燃費向上を図ることができる。以下に、ＰＣＭ１０によるエンジン１の減速時燃料カットについて、図７〜１１を参照しながら詳しく説明する。図７は、減速時燃料カット（以下、単に「燃料カット」ともいう）の処理を示すフローチャートである。図８〜１１は、燃料カット制御中におけるエンジン１の各要素の状態を示す図である。図８〜１１の各図における（Ａ）図は、燃料噴射タイミング及び気筒１８内の圧力変化、並びに、火花点火を行う場合には火花点火タイミングを示しており、（Ｂ）図は、吸気弁２１のリフト量（破線）及び排気弁２２のリフト量（実線）を示しており、（Ｃ）図は、スロットル弁３６の開度を示しており、（Ｄ）図は、気筒１８内の成分を示している。

以下の説明では、前記領域（４）においてＳＩモードでエンジン１を運転している状態から燃料カットを行う場合について説明する。具体的には、エンジン１は、図８に示すような運転をしている。つまり、図８（Ｂ）に示すように、排気行程において排気弁２２が開かれ、吸気行程において吸気弁２１が開かれる。そして、図８（Ａ）に示すように、圧縮行程後期であって圧縮上死点前に高圧リタード噴射が行われ、圧縮上死点後に点火される。このとき、混合気の空燃比は理論空燃比（λ≒１）に設定しており、燃料噴射量に見合った新気量となるように、新気量及びＥＧＲガスの量が調整される。この例では、スロットル弁３６は、図８（Ｃ）に示すように、全開である。一方、ＥＧＲ弁５１１及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１が全閉である。そのため、燃焼前後の気筒１８内の状態は、燃焼前はほとんどが新気の状態で、そこに燃料が噴射され、燃焼後はほとんどが既燃ガスになっている。

まず、ステップＳ１において、ＰＣＭ１０は、燃料カットの実行条件が成立したか否かを判定する。ここで、実行条件は、エンジン回転数が所定値（例えば、１５００ｒｐｍ）以上であって且つアクセル開度が零（即ち、アクセルがオフ）となることである。つまり、アクセル開度が零となることによりアクセルオフによるエンジン１の減速状態を判定することができるが、エンジン回転数が低すぎるときには、燃料カットを実行しない。尚、この実行条件は一例であり、これに限定されるものではない。実行条件が成立したときには、ＰＣＭ１０はステップＳ２へ進む一方、実行条件が成立しないときには、ＰＣＭ１０はステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２においては、ＰＣＭ１０は、燃料カットを実行する。すなわち、ＰＣＭ１０は、インジェクタ６７の燃料噴射を停止する。このとき、全気筒のインジェクタ６７の燃料噴射を一斉に停止する。その後、ＰＣＭ１０はステップＳ３へ進む。

尚、減速時には、ＰＣＭ１０は、発電機８１を発電状態とし、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換し、電力として回収する。このとき、ＰＣＭ１０は、図９（Ｃ）に示すように、スロットル弁３６を全開にする。こうすることで、ポンプ損失を低減して、エンジン１の運動エネルギを電気エネルギに効率良く変換することができる。

続いて、ステップＳ３において、ＰＣＭ１０は、ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。具体的には、ＰＣＭ１０は、ＶＶＬ７１をオンにして、図９（Ｂ）に示すように、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行う。これにより、気筒１８内にはホットＥＧＲガスが導入され、気筒１８内の温度低下が抑制される。特に、前述の如く、ポンプ損失を低減すべくスロットル弁３６を全開にしている場合には、気筒１８内への新気の導入量が多くなる傾向にあるが、ホットＥＧＲガスを導入することによって、気筒１８内への新気の導入量を抑制して、燃料カット直後における気筒１８内の温度低下を抑制することができる。

このとき、ＰＣＭ１０は、ＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３を制御して、吸気弁２２の遅閉じを行い、混合気を吸気ポート１６へ吹き戻させる。詳しくは、吸気行程において排気弁２２を開弁させ、閉弁させた直後（即ち、二度目の排気弁２２を開弁イベントが終了した直後）に、吸気弁２１を開弁させる。吸気弁２１の開弁時期は、吸気行程の半分を過ぎたあたりである。その後、圧縮工程において吸気弁２１を閉弁させる。吸気弁２１の閉弁時期は、吸気下死点を超えて、圧縮行程の半分を過ぎたあたりとなっている。このように、ＰＣＭ１０は、吸気行程において排気弁２２を開弁させた後に吸気弁２１を開弁させ、該排気弁２２を閉弁させた後であって混合気が吸気ポート１６への吹き戻されるタイミングで該吸気弁２１を閉弁させる。

この吸気の遅閉じにより気筒１８の閉じ込み容積が低減されるので、気筒１８内の混合気の容量は、図９（Ｄ）に示すように、燃料カット前と比べて減少する（図８（Ｄ）参照）。そのため、その後の排気行程において排気ポート１７へ排気される新気の量を低減することができる。その結果、燃料カット中における直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２の温度低下を抑制することができる。

それに加えて、排気の二度開きにより、該混合気中にはＥＧＲガスが含まれる。そのため、混合気の温度を高温にすることができ、気筒１８、吸気ポート１６及び排気ポート１７の温度低下を抑制することができる。このことによっても、燃料カット中における直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２の温度低下を抑制することができる。

さらに、吸気の遅閉じにより、ＥＧＲガスを含む混合気の一部は、吸気ポート１６に吹き戻される。そのため、吸気ポート１６から気筒１８内に導入されるガスは、ＥＧＲガスを含んでいるので、単なる新気に比べて、温度が高い。このことによっても気筒１８内の温度低下を抑制することができる。

また、図９（Ａ）に示すように、吸気の遅閉じにより、気筒１８内の圧力上昇が抑えられるので、ポンプ損失を低減することができる。エンジン１は、減速回生システム８０を備えており、燃料カット中はエネルギを回生している。つまり、吸気の遅閉じを行うことにより、より多くのエネルギを回生することができる。さらにこのとき、図９（Ｃ）に示すように、スロットル弁３６は全開となっている。このことによっても、ポンプ損失が低減され、より多くのエネルギを回生することができる。

続いて、ステップＳ４において、ＰＣＭ１０は、燃料噴射の再開条件が成立したか否かを判定する。ここで、再開条件は、エンジン１が所定の運転状態となることであり、具体的には、エンジン回転数が実行条件のエンジン回転数よりも低い所定値（例えば、８００ｒｐｍ）以下となることである。この所定値は、アイドル回転数よりも少し高い値である。この再開条件を満たす運転状態は、前記領域（１）に含まれている。尚、この再開条件は一例であり、これに限定されるものではない。

通常、燃料カットが実行されると、エンジン負荷は急速に低下し、エンジン１の運転状態は前記領域（１）内に入る。そして、エンジン回転数は徐々に低下していく。その結果、エンジン１は、やがて前記所定の運転状態（エンジン回転数が所定値以下）となる。再開条件が成立したときには、ＰＣＭ１０はステップＳ５へ進む一方、再開条件が成立しないときには、ＰＣＭ１０はステップＳ４を繰り返す。

ステップＳ５においては、ＰＣＭ１０は、燃料噴射及び燃焼を再開する。

詳しくは、ＰＣＭ１０は、図１０（Ａ）に示すように、ＳＩモードで燃焼を再開する。このとき、ＰＣＭ１０は、高圧リタード噴射を実行する。

また、ＰＣＭ１０は、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期を進角させる。具体的には、吸気弁２１の開弁時期は、圧縮行程の半分より手前まで進角される。吸気弁２１の閉弁時期は、吸気下死点付近まで進角される。これにより、燃焼再開に向けて、新気量を確保することができる。尚、ＰＣＭ１０は、トルクに応じた低いリフト量となるように、ＣＶＶＬ７３を制御する。

さらに、ＰＣＭ１０は、図１０（Ｂ）に示すように、排気の二度開きによるＥＧＲガスの導入を継続する。そして、混合気の空気過剰率をλ≒１としている。尚、スロットル弁３６は、図１０（Ｃ）に示すように、全開となっている。本実施形態では、ＳＩモードは１サイクルのみで、その後、ＰＣＭ１０は、ステップＳ６に進む。

この燃料噴射の再開時には、ホットＥＧＲガスの導入により気筒１８の温度低下が抑制されていると共に、図１０（Ｄ）に示すように、ＥＧＲガス導入の継続により気筒１８内の新気の割合が増加しているので、ＳＩモードでの着火性を向上させることができる。すなわち、燃料カット中は燃焼が行われていないので、ＥＧＲガスが気筒１８内に再循環されるとしても、その中に含まれる既燃ガスの割合は徐々に低下していく。つまり、時間が経つにつれて、気筒１８内における既燃ガスの割合が減少し、新気の割合が増加していく。特に、自動変速機のロックアップ機構が作動している場合などは、燃料カットを実行しても、エンジン回転数は急激に低下することなく、徐々に低下していく。そのため、燃料カットを開始してから再開条件を満たすまでの時間が長く、ＥＧＲガスのほとんどが新気となり得る。

このように燃料カットが或る程度継続すると、気筒１８内には新気量が或る程度確保された状態となる。気筒１８内の新気量が増えると、火炎伝播が良くなるので、ＳＩモードでの着火性が向上する。

ただし、燃料噴射の再開時には気筒１８内における新気の割合が多くなっているので、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内に燃料噴射を行うと、過早着火等の異常燃焼が生じる虞がある。そこで、高圧リタード噴射を実行する。これにより、異常燃焼を回避することができる。

このとき、ステップＳ３において実行しているホットＥＧＲガスの導入は、ＳＩモードにおいても継続される。つまり、ＳＩモードにおける火花点火燃焼後の既燃ガスは、ホットＥＧＲガスとして気筒１８内に還流してくる。その結果、火花点火燃焼後は、気筒１８内の温度が高温になる。ここで、新気よりもホットＥＧＲガスの導入量を多くするために、２度目の排気弁２２の開弁タイミングを吸気弁２１の開弁タイミングよりも先にしている。これにより、吸気行程初期に排気弁２２だけが開いた状態を作ることができるので、ホットＥＧＲガスを優先的に気筒１８内へ吸い込むことができる。

その後、ステップＳ６において、ＰＣＭ１０は、ＣＩモードに移行する。このとき、気筒１８内は、図１１（Ｄ）に示すように、先のステップＳ５における火花点火燃焼後の既燃ガスが気筒１８内に還流されている。そのため、気筒１８内は高温となっており、圧縮着火燃焼を実行することができる。尚、吸気弁２１は、図１１（Ｂ）に示すように、トルクに応じた低いリフト量となるように制御され、スロットル弁３６は、図１１（Ｃ）に示すように、全開となっている。また、図１１（Ｂ）に示すように、排気の二度開きが継続され、ホットＥＧＲガスが気筒１８内に導入されているので、作動ガス燃料比Ｇ／Ｆはリーンになる。混合気の空気過剰率λは、例えば２．４以上に設定される。

ただし、気筒１８内が高温となっているので、過早着火等の異常燃焼を回避すべく、図１１（Ａ）に示すように、高圧リタード噴射を実行する。これにより、異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。

こうして燃料カット制御が終了し、その後は、前述の運転領域に応じた運転モードでエンジン１が運転される。

したがって、実施形態１のエンジン１は、気筒１８を有するエンジン本体と、前記気筒１８に開口する吸気ポート１６を開閉する吸気弁２１と、前記気筒１８に開口する排気ポート１７を開閉する排気弁２２と、前記気筒１８内に燃料を噴射するように構成されたインジェクタ６７と、排気通路４０に設けられた直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２と、少なくとも前記吸気弁２１、前記排気弁２２及び前記インジェクタ６７を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成されたＰＣＭ１０とを備え、前記ＰＣＭ１０は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあるときに、前記気筒１８内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転し、アクセルがオフの状態における前記エンジン本体の減速時に、前記インジェクタ６７からの燃料噴射を停止して燃料カットを実行し、該エンジン本体の回転数が所定値まで低下したときに該インジェクタ６７の燃料噴射を再開させるように構成されており、前記燃料カット中に、吸気行程において前記排気弁２２を開弁させた後に前記吸気弁２１を開弁させ、該排気弁２２を閉弁させた後であって混合気が吸気ポート１６への吹き戻されるタイミングで該吸気弁２２を閉弁させる。

この構成によれば、燃料カット中には吸気弁２１が排気弁２２よりも後に開弁され、さらに、排気弁２２よりも後に閉弁されるので、気筒１８内への新気の吸込量が低減されると共に、気筒１８内のガスの一部は吸気ポート１６へ吹き戻される。こうして、気筒１８内に閉じ込められる新気量を低減することができる。それにより、その後の排気行程において排気ポート１７へ排気される新気を低減することができ、直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２へ到達する新気量を低減することができる。その結果、燃料カット中の直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２の温度低下を抑制することができる。

さらに、燃料カット中には吸気行程に排気弁２２が開弁されるので、気筒１８にＥＧＲガスが導入される。燃料カット中は燃焼が行われないため気筒１８内の温度が低下する傾向にあるが、ＥＧＲガスを導入することによって燃料カット直後の気筒１８内の温度低下を抑制することができる。その結果、排気ポート１７へ排気される混合気は、ＥＧＲガスを含んでいて、新気だけの場合と比べると高温となっている。このことも、直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２の温度低下の抑制に効果的である。

さらには、ＥＧＲガスを含んだ混合気を吸気ポート１６へ吹き戻すので、吸気行程において吸気ポート１６から気筒１８内に導入されるガスにもＥＧＲガスが含まれる。このガスは、新気だけの場合と比べると高温となっている。このことも、直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２の温度低下の抑制に効果的である。

また、ＥＧＲ及び吸気の遅閉じを行うことによって、燃料カット中の気筒１８内の温度低下を抑制するができる。これにより、燃料噴射再開時の燃焼における着火性を向上させることができる。

また、前記ＰＣＭ１０は、前記エンジン１の運転状態が前記領域（１）にあるときに、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン１を運転するように構成されている。

燃料カットを行うと、エンジン負荷は急速に低下する。そのため、燃料カットからの燃料噴射再開時には、通常、エンジン１の運転状態が領域（１）内にある。つまり、燃料噴射再開時には、エンジン１の運転状態は圧縮着火燃焼を行う領域にある。圧縮着火燃焼を行う上では、気筒１８内の温度低下は好ましくなく、前述のＥＧＲ及び吸気の遅閉じを行うことは圧縮着火燃焼の観点からも有利である。

また、前記ＰＣＭ１０は、前記エンジン１の運転状態が少なくとも領域（４），（５）にあるときには、空気過剰率を１以下に設定して該エンジン１を運転するように構成されている。

前記領域（４），（５）では空気過剰率が１以下であるので、燃焼ガス温が高くなっている。そのため、エンジン１の運転状態が領域（４），（５）にある状態から燃料カットを実行する場合には、比較的高温の既燃ガスが気筒１８内に導入され、直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２の温度低下を効果的に抑制することができる。

また、前記ＰＣＭ１０は、前記燃料噴射を再開させるときに、前記吸気弁２１の閉弁時期を進角させる。こうすることで、燃焼再開に向けて新気量を確保することができる。

さらに、エンジン１は、減速時にエネルギを回生する減速回生システム８０をさらに備えている。

この構成によれば、燃料カット中は吸気の遅閉じが実行されるので、ポンプ損失を低減することができる。その結果、より多くのエネルギを減速回生システム８０で回生することができる。さらに、前記実施形態では、燃料カット中にスロットル弁３６を全開にしているので、この点においても、ポンプ損失を低減して、より多くのエネルギを回生することができる。
《その他の実施形態》
前記実施形態では、燃料カット時に全気筒のインジェクタ６７の燃料噴射を一斉に停止しているが、これに限られるものではない。例えば、まず、半分の気筒のインジェクタ６７の燃料噴射を停止し、続いて、残りの気筒のインジェクタ６７の燃料噴射を停止するように、インジェクタ６７の燃料噴射を段階的に停止させてもよい。これにより、燃料カット時のエンジン１のトルクショック等を緩和することができる。

また、前記の説明では、エンジン１が領域（４）で運転している状態から燃料カットを実行するケースについて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、エンジン１が領域（３）で運転している状態から燃料カットを実行してもよい。

前記実施形態では、燃料噴射再開時にＳＩモードを行って、ＣＩモードに移行しているが、これに限られるものではない。例えば、燃料噴射再開時にＣＩモードを行ってもよい。

また、燃料噴射再開時にＳＩモードを行う場合であっても、そのサイクル数を任意に設定することができる。すなわち、ＳＩモードを数サイクル行ってから、ＣＩモードに移行してもよい。例えば、気筒１８内の温度を監視し、ＳＩモードの燃焼により気筒１８内の温度が所定値以上となったときにＣＩモードに移行するようにしてもよい。

尚、前記実施形態では、燃料カットを行った後に、ＥＧＲガスの導入を行っているが、これに限られるものではない。例えば、ＥＧＲガスの導入を行ってから、燃料カットを行ってもよいし、燃料カットとＥＧＲガスの導入を同時に行ってもよい。

また、その他のステップについても、前述の作用効果を奏する限りにおいては、適時順序を変更したり、並列に処理したりしてもよい。

また、吸気行程期間内における燃料噴射は、気筒１８内に設けたインジェクタ６７ではなく、別途、吸気ポート１６に設けたポートインジェクタを通じて、吸気ポート１６内に燃料を噴射してもよい。

また、エンジン１は、直列４気筒エンジンに限らず、直列３気筒、直列２気筒、直列６気筒エンジン等に適用してもよい。また、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒、水平対向４気筒等の各種のエンジンに適用可能である。

さらに、前記の説明では、所定の運転領域において混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定しているが、混合気の空燃比をリーンに設定してもよい。但し、空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用が可能になるという利点がある。

図４に示す運転領域は例示であり、これ以外にも様々な運転領域を設けることが可能である。

また、高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。これらの分割噴射では、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれにおいて燃料を噴射してもよい。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

以上説明したように、ここに開示された技術は、火花点火式直噴エンジンについて有用である。

１ エンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ（制御器）
１６ 吸気ポート
１７ 排気ポート
１８ 気筒
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
４０ 排気通路
４１ 直キャタリスト（触媒）
４２ アンダーフットキャタリスト（触媒）
６７ インジェクタ（燃料噴射弁）
８０ 減速回生システム

Claims (7)

1. 気筒を有するエンジン本体と、
   前記気筒に開口する吸気ポートを開閉する吸気弁と、
   前記気筒に開口する排気ポートを開閉する排気弁と、
   前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、
   排気通路に設けられた触媒と、
   少なくとも前記吸気弁、前記排気弁及び前記燃料噴射弁を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備え、
   前記制御器は、
   アクセルがオフの状態における前記エンジン本体の減速時に、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止して燃料カットを実行し、該エンジン本体の回転数が所定値まで低下したときに該燃料噴射弁の燃料噴射を再開させるように構成されており、
   前記燃料カット中には、前記排気弁を排気行程及び吸気行程のそれぞれにおいて開弁させる排気の二度開きを行うと共に、吸気行程において前記排気弁を開弁させた後に前記吸気弁を開弁させ、該排気弁を閉弁させた後であって混合気が吸気ポートへ吹き戻されるタイミングで該吸気弁を閉弁させる火花点火式直噴エンジン。
2. 気筒を有するエンジン本体と、
   前記気筒に開口する吸気ポートを開閉する吸気弁と、
   前記気筒に開口する排気ポートを開閉する排気弁と、
   前記気筒内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、
   排気通路に設けられた触媒と、
   少なくとも前記吸気弁、前記排気弁及び前記燃料噴射弁を制御することによって前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備え、
   前記制御器は、
   アクセルがオフの状態における前記エンジン本体の減速時に、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止して燃料カットを実行し、該エンジン本体の回転数が所定値まで低下したときに該燃料噴射弁の燃料噴射を再開させるように構成されており、
   前記燃料カット中には、吸気行程において前記排気弁を開弁させた後に前記吸気弁を開弁させかつ、前記吸気弁のリフトカーブのピークが吸気下死点よりも遅角側となるようにし、該排気弁を閉弁させた後であって混合気が吸気ポートへ吹き戻されるタイミングで該吸気弁を閉弁させる火花点火式直噴エンジン。
3. 請求項１に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   前記制御器は、前記燃料カット中には、前記吸気弁のリフトカーブのピークが吸気下死点よりも遅角側となるように設定する火花点火式直噴エンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   前記制御器は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態が所定の低負荷領域にあるときに、前記気筒内の混合気を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼を行って前記エンジン本体を運転するように構成されている火花点火式直噴エンジン。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   前記制御器は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態が所定の高負荷領域にあるときには、空気過剰率を１以下に設定して該エンジン本体を運転するように構成されている火花点火式直噴エンジン。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   前記制御器は、前記燃料噴射を再開させるときに、前記吸気弁の閉弁時期を進角させる火花点火式直噴エンジン。
7. 請求項１乃至６の何れか１つに記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   減速時にエネルギを回生する減速回生システムをさらに備えた火花点火式直噴エンジン。
   

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