JP7077770B2 - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

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。

これに対して、高温の既燃ガスを気筒内に残留させることで、ＳＩ燃焼の火炎伝播を安定させることが考えられる。しかし、気筒内に既燃ガスが過度に残留していると、既燃ガスによって火炎伝播が遅くなり、膨張行程においてピストンが相当下がった時点でＣＩ燃焼が起こることで燃費効率の低下を招くおそれもある。

このように、ＳＰＣＣＩ燃焼は、新しい燃焼方式であるため、適切なＳＰＣＣＩ燃焼を確実に実現できる構成はこれまで見出されていなかった。

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、適切な部分圧縮着火燃焼をより確実に実現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開弁時期と閉弁時期とを同時に変更して、位相式の吸気可変機構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高い側では吸気弁の開閉時期を遅角させるとともに、吸気弁の開閉時期のエンジン回転数に対する変化率をエンジン回転速度が高い領域の方が低い領域よりも大きくなるようにすることにより、広いエンジン回転速度範囲で、適切なＳＰＣＣＩ燃焼を実現できることを見出した。

本発明は、この知見に基づいたものであり、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、前記吸気弁の開弁時期および閉弁時期を同時に変更する位相式の吸気可変機構と、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、エンジンの高負荷域および高速域を除く特定領域において、前記気筒内に既燃ガスが残留し且つ当該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近傍となるＧ／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、前記特定領域の中でもエンジン負荷が低い領域を第１運転領域、前記特定領域に含まれ且つ前記第１運転領域よりもエンジン負荷が高い領域を第２運転領域、前記特定領域に含まれ且つ前記第２運転領域よりもエンジン負荷が高い領域を第３運転領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記第２運転領域での運転時、エンジン負荷が同じ条件下で、エンジン回転速度が所定の第２閾値より高い領域では低い領域に比べて前記吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側の範囲で遅角されつつ前記吸気弁の開弁時期が排気上死点よりも進角側の範囲で遅角されるように、且つ、エンジン回転速度が前記第２閾値より高い領域における前記吸気弁の開弁時期のエンジン回転速度に対する変化率の方がエンジン回転速度が前記第２閾値より低い領域における当該変化率よりも大きくなるように、前記吸気可変機構を制御し、前記第１運転領域での運転時、エンジン回転速度が所定の第１閾値より高い高速領域において、エンジン負荷が同じ条件下で、エンジン回転速度が高いほど前記吸気弁の閉弁時期が遅角されるように前記吸気可変機構を制御するとともに、前記第１運転領域での運転時、エンジン回転速度が前記第１閾値より低い低速領域において、当該低速領域の中間に設定された特定のエンジン回転速度における前記吸気弁の閉弁時期が当該低速領域の他のエンジン回転速度における前記吸気弁の閉弁時期よりも遅角側の特定時期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（請求項１）。

本発明によれば、第２運転領域での運転時に、Ｇ／Ｆリーン環境下での部分圧縮着火燃焼を実施しつつ、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吸気下死点よりも遅角側の範囲で遅角される。そのため、エンジン回転速度が高いときに、吸気の慣性を利用して、気筒内に導入される空気の量を多く確保してＳＩ燃焼の安定性を高めことができる。従って、気筒内に既燃ガスを残留させ且つ気筒内の混合気の空燃比を理論空燃比近傍としつつ、適切なＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）を実現して燃費性能を高めることができる。

一方、エンジン回転速度が低いときであって単位時間あたりの燃焼回数が少ないことに伴って気筒内の温度が低くなりやすいときは、吸気弁の開弁時期が排気上死点に対してより進角側の時期とされることで、気筒内に残留する既燃ガスの量を多く確保することができ、気筒内の温度を適切に高めてＳＩ燃焼の安定性を良好にすることができる。具体的には、吸気弁の開弁時期を排気上死点よりも進角側の時期とすれば、気筒内から吸気ポートに既燃ガスをいったん導出させた後気筒に再流入させることができる。そして、吸気弁の開弁時期の排気上死点からの進角量が多い方がこの再流入する既燃ガスの量は多くなる。従って、前記のように構成することで、エンジン回転速度が低いときに気筒に導入される高温の既燃ガスの量を多くすることができる。

ただし、エンジン回転速度が低いときに吸気弁の開弁時期を過度に進角させると、気筒内の既燃ガスの量が過大となってＳＩ燃焼の安定性がかえって悪化するおそれがある。これに対して、エンジン回転速度が低いときは、吸気弁の開弁時期の変化率が小さく抑えられて吸気弁の開弁時期が過度に進角側になるのが防止されるため、ＳＩ燃焼の安定性を確実に良好にでき、これにより確実に適切なＣＩ燃焼およびＳＰＣＣＩ燃焼を実現できる。
ここで、エンジン負荷が比較的低く且つエンジン回転速度が低い領域では、当該領域の中間のエンジン回転速度で吸気弁の閉弁時期を遅角側の時期とした方が、空気量を適切に気筒内に導入できることが分かった。これは、吸気の脈動等の影響によると考えられる。これに対し、本発明では、第２運転領域よりもエンジン負荷の低い第１運転領域における低速領域において、特定のエンジン回転速度における吸気弁の閉弁時期が当該低速領域の他のエンジン回転速度における吸気弁の閉弁時期よりも遅角側に設定される。このため、当該第１運転領域においても、燃焼安定性を高めることができるとともに気筒内に適切な量の空気を導入できる。

前記構成において、前記燃焼制御部は、前記第２運転領域のうちエンジン回転速度が前記第２閾値より低い領域において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の時期とされるように、前記吸気可変機構を制御するのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、エンジン回転速度が低いときに気筒内の既燃ガスの量が過大となるのをより確実に防止して、燃焼安定性を確実に良好にすることができる。

前記構成において、前記燃焼制御部は、前記第１運転領域での運転時、前記低速領域において、エンジン回転速度が前記特定のエンジン回転速度以下のときは、前記吸気弁の閉弁時期が前記特定時期に向けてエンジン回転速度の増大に伴って遅角され、且つ、エンジン回転速度が前記特定のエンジン回転速度以上のときは、前記吸気弁の閉弁時期が前記特定時期に向けてエンジン回転速度の減少に伴って遅角されるように、前記吸気可変機構を制御する、のが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、特定のエンジン回転速度近傍においてのみ局所的に吸気弁の閉弁時期を遅角させた場合と比較して、エンジン回転速度に対して吸気弁の閉弁時期が急変するのを防止でき、吸気弁の閉弁時期の制御性を良好にできる。

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、前記低速領域において前記排気弁の閉弁時期がエンジン回転速度によらず略一定の時期とされるように、前記排気可変機構を制御する、のが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、排気弁の制御性を良好にできる。

前記構成において、前記燃焼制御部は、前記第１運転領域での運転時、少なくとも前記低速領域よりもエンジン回転速度が高い領域において、エンジン回転速度が高いほど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５）。

このようにすれば、第１運転領域において、エンジン回転速度が特に高いときに排気ポートに流出した後気筒に再流入する既燃ガスの量を少なく抑えることができ、既燃ガスの量が過度に多くなって空気の導入が阻害されるのを防止できる。また、第１運転領域において、エンジン回転速度が比較的低いときに、既燃ガスの量を多くして気筒内の温度を適切に高めて燃焼安定性をより確実に高めることができる。

前記構成において、前記気筒に導入される吸気を過給する過給機と、前記過給機の状態を、当該過給機が吸気を過給する過給状態と吸気を過給しない非過給状態とに切り替える過給切替機構とをさらに備え、前記燃焼制御部は、前記第１運転領域での運転時、前記過給機の状態が前記非過給状態となるように前記過給切替機構を制御し、前記第３運転領域での運転時、前記過給機の状態が前記過給状態となるように前記過給切替機構を制御するとともに、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の時期と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６）。

この構成によれば、第３運転領域において、吸気弁の制御性を良好にしつつ、過給によって気筒内に高いエンジン負荷に対応した多量の空気を導入することができる。ここで、過給が行われると、吸気弁を排気上死点よりも進角側の時期で開弁させても既燃ガスが気筒から吸気ポートへ流出するのが抑制されて気筒に残留する既燃ガスの量が低減しやすい。これに対して、エンジン負荷が低い第１運転領域では過給が停止され、且つ、前記のように吸気弁が排気上死点よりも進角側の時期とされるので、気筒内に残留する既燃ガスの量を確保することができ、これにより気筒内の温度を高めて燃焼安定性を高めることができる。

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、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。 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。 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。 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。 半暖機第１領域において設定される吸気弁の開弁時期の具体例を三次元マップで示した図である。 半暖機第１領域において設定される排気弁の閉弁時期の具体例を三次元マップで示した図である。 温間第１領域において設定される吸気弁の開弁時期の具体例を三次元マップで示した図である。 温間第１領域において設定される排気弁の閉弁時期の具体例を三次元マップで示した図である。 図５（ａ）の一部であって半暖機第１領域の部分を拡大して示した図である。 半暖機第１領域の各エンジン負荷において設定されるエンジン回転速度と吸気弁の開弁時期との関係を示したグラフである。 半暖機第１領域の各エンジン負荷において設定されるエンジン回転速度と吸気弁の閉弁時期との関係を示したグラフである。 半暖機第１領域の各エンジン負荷において設定されるエンジン回転速度と排気弁の閉弁時期との関係を示したグラフである。 半暖機第１領域での吸気弁と排気弁のバルブリフトの関係を示した図である。 ＳＩ率の種々の定義方法を説明するための図７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。上記のような電磁クラッチ３４およびこれを駆動する装置が、請求項にいう「過給切替機構」に相当する。

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情報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。

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（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。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。

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。また、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（３－１）冷間時の制御
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。エンジンの冷間時は、全運転領域Ｃ１において、燃料を空気と混合しつつ混合気を後述するＳＩ燃焼させる制御が実行される。この冷間時の制御は、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。

（３－２）半暖機時の制御
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。図５（ｂ）に示すように、エンジンが半暖機状態にあるとき、エンジンの運転領域は、３つの運転領域Ｂ１～Ｂ３に大別される。それぞれ半暖機第１領域Ｂ１、半暖機第２領域Ｂ２、半暖機第３領域Ｂ３すると、半暖機第３領域Ｂ３は、回転速度が高い高速領域であり、半暖機第１領域Ｂ１は、半暖機第３領域Ｂ３よりも低速側の領域から高負荷側の一部を除いた低・中速／低負荷の領域であり、半暖機第２領域Ｂ２は、半暖機第１、第２領域Ｂ１，Ｂ２以外の残余の領域（言い換えると低・中速／高負荷の領域）である。

（ａ）半暖機第１領域
半暖機第１領域Ｂ１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７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７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。

半暖機第１領域Ｂ１では、点火プラグ１６による点火が行われるとき（混合気が燃焼を開始するとき）に、燃焼室６内に既燃ガス（燃焼した後のガス）が存在して燃焼室６（気筒２）内の全ガス（Ｇ）と燃料（Ｆ）との重量比であるガス空燃比（Ｇ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）よりも大きくされ、かつ、燃焼室６（気筒２）内の空気（Ａ）と燃料（Ｆ）との割合である空燃比（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）が形成されるとともに、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。より詳細には、前記のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、１８≦Ｇ／Ｆ≦５０とされる。この範囲に設定することで、ＳＩ燃焼の安定性が確保されてＣＩ燃焼の開始時期の制御性を確保でき、燃焼騒音も抑制できる。

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、半暖機第１領域Ｂ１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、半暖機第１領域Ｂ１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８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（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）と燃料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、半暖機第１領域Ｂ１では、既燃ガスである外部ＥＧＲガスおよび／または内部ＥＧＲガスが燃焼室６に流入（残留）するように、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯと排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣとＥＧＲ弁５３の開度とが調整される。これにより、半暖機第１領域Ｂ１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）よりも大きくされる。上記の内部ＥＧＲガスは、燃焼室６で生成された既燃ガスのうち外部ＥＧＲガスではないガス、つまり、ＥＧＲ通路５１を介して燃焼室６に還流された既燃ガスではなくＥＧＲ通路５１まで排出されずに燃焼室６内に残留したガス（いったん、吸気ポート９および／または排気ポート１０に排出された後燃焼室６に戻されたガスも含む）である。

ＥＧＲ弁５３は、概ね０～４０％の範囲で可変的に設定された目標外部ＥＧＲ率が実現されるように、その開度が制御される。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り、目標外部ＥＧＲ率は外部ＥＧＲ率の目標値である。

吸気ＶＶＴ１３ａは、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（吸気開弁時期ＩＶＯ）をエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて図９に示すように変更する。排気ＶＶＴ１３ａは、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣ（排気閉弁時期ＥＶＣ）をエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて図１０に示すように変更する。これら図９、図１０は、エンジン回転速度とエンジン負荷に対する吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣ）の具体例を３次元マップで示した図である。半暖機第１領域Ｂ１における吸気弁１１の開閉時期および排気弁１２の閉弁時期の詳細は後述する。

過給機３３は、エンジン負荷が予め設定された過給負荷Ｔ＿ｔ以下のときにＯＦＦ状態とされる。一方、半暖機第１領域Ｂ１において、エンジン負荷が過給負荷Ｔ＿ｔより高いときは過給機３３はＯＮ状態とされる。過給機３３がＯＦＦ状態とされるとき、上記のように電磁クラッチ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（非過給状態とされる）。一方、過給機３３がＯＮ状態とされるとき、上記のように電磁クラッチ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（過給状態とされる）。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（エンジン回転速度やエンジン負荷等の条件）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。

半暖機第１領域Ｂ１では、スワール弁１８の開度は、比較的弱いスワール流が形成されるように調整される。例えば、スワール弁１８の開度は、半開（５０％）程度あるいはこれよりも大きい開度とされる。

（ｂ）半暖機第２領域
半暖機第２領域Ｂ２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になる環境下（空気過剰率λが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。このようなリッチ環境下でのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、半暖機第２領域Ｂ２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、半暖機第２領域Ｂ２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８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前半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（ＴＤＣ）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（ＴＤＣ）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ガスが燃焼室６内に残留しない（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、半暖機第１領域Ｂ１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。

（ｃ）半暖機第３領域
半暖機第３領域Ｂ３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、半暖機第３領域Ｂ３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、半暖機第３領域Ｂ３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８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Ｐ４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。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。

（３－３）温間時の制御
図５（ａ）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、４つの運転領域Ａ１～Ａ４に大別される。それぞれ温間第１領域Ａ１、温間第２領域Ａ２、温間第３領域Ａ３、温間第４領域Ａ４とすると、温間第２領域Ａ２は、半暖機第１領域Ｂ１のうちの高負荷側の領域に対応し、温間第１領域Ａ１は、半暖機第１領域Ｂ１から温間第２領域Ａ２を除いた領域に対応し、温間第３領域Ａ３は、半暖機第２領域Ｂ２に対応し、温間第４領域Ａ４は、半暖機第３領域Ａ３に対応する。

（ａ）温間第１領域
温間第１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）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。温間第１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、例えば、２０超３５未満の範囲内で可変的に設定される。温間第１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、温間第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。

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、温間第１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８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、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（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、温間第１領域Ａ１では概ねその全域でＯＦＦ状態とされる。スロットル弁３２は、その全域で全開あるいはこれに近い開度とされる。これにより、燃焼室６内に多量の空気が導入されて燃焼室６内の空燃比が大きくされる。

吸気ＶＶＴ１３ａは、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯをエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて図１１に示すように変更する。

具体的には、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは、概ね、エンジン負荷が低い低負荷領域ではエンジン負荷の増大に伴って進角される。例えば、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは、エンジン負荷が最も低いときに排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側の時期とされ、エンジン負荷の増大に伴って最進角時期まで進角される。そして、エンジン負荷が比較的高い中負荷領域では吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯはエンジン負荷によらず最進角時期一定とされる。また、エンジン負荷がさらに高い高負荷領域では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の範囲でエンジン負荷の増大に伴って遅角される。なお、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エンジン負荷に対して吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯと同様に変化するように変更される。

排気ＶＶＴ１３ａは、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣをエンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて図１２に示すように変更する。

具体的には、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側とされる。また、エンジン負荷が低い低負荷領域では、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、エンジン負荷の増大に伴って遅角される。例えば、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、エンジン負荷が最も低いときに排気上死点（ＴＤＣ）とされ、エンジン負荷の増大に伴って排気上死点（ＴＤＣ）からの遅角量が増大される。そして、エンジン負荷が比較的高い中負荷領域では排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣはエンジン負荷によらず一定とされる。また、エンジン負荷がさらに高い高負荷領域では、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣはエンジン負荷の増大に伴って進角される。なお、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは、エンジン負荷に対して排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣと同様に変化するように変更される。

ＥＧＲ弁５３は、概ね０～２０％の範囲で可変的に設定された目標外部ＥＧＲ率が実現されるように、その開度が制御される。目標外部ＥＧＲ率は、エンジン回転速度が高い側またはエンジン負荷が高い側ほど高くされる。

温間第１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、温間第１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。温間第１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、その値はエンジン回転速度が高い側またはエンジン負荷が高い側ほど高くされる。

なお、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。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。上述したとおり、温間第１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、温間第１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。

（ｂ）温間第２領域
温間第２領域Ａ２では、半暖機第１領域Ｂ１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。温間第２領域Ａ２での制御は、基本的に上記（３－２（ａ））で説明した制御（半暖機第１領域Ｂ１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。

（ｃ）温間第３領域
温間第３領域Ａ３では、半暖機第２領域Ｂ２と同様に、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。温間第３運転領域Ａ３での制御は、基本的に上記（３－２（ｂ））で説明した制御（半暖機第２領域Ｂ２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。

（ｄ）温間第４領域
温間第４領域Ａ４では、半暖機第３領域Ｂ３と同様に、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。温間第４運転領域Ａ４での制御は、基本的に上記（３－２（ｃ））で説明した制御（半暖機第３領域Ｂ３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。

（４）半暖機第１領域における吸気弁および排気弁の開閉時期の設定
半暖機第１領域Ｂ１（Ｇ／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。

（ａ）吸気弁の開閉時期
図１３は、図５（ａ）の一部であって半暖機第１領域Ｂ１の部分を拡大して示した図である。

図１４は、半暖機第１領域Ｂ１での吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯの具体例を示すグラフである。図１５は、半暖機第１領域Ｂ１での吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣの具体例を示すグラフである。上述のように、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ＩＶＣは、エンジン負荷およびエンジン回転速度に対して吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯと同様に変化する。

図１４（図１５）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１４（図１５）の横軸のエンジン回転速度Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は、図１３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１４（図１５）の各ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３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～Ｌ３は、それぞれエンジン負荷が図１３に示す第１負荷Ｔ１，第２負荷Ｔ２，第３負荷Ｔ３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はこの順に大きくなるように設定されたエンジン負荷であり、ラインＬ１は、エンジン負荷が第１負荷Ｔ１近傍となる領域つまり低負荷領域Ｃ１（以下、適宜、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１という）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り、ラインＬ２は、エンジン負荷が第２負荷Ｔ２近傍となる領域つまり中負荷領域Ｃ２（以下、適宜、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２という）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り、ラインＬ３は、エンジン負荷が第３負荷Ｔ２近傍となる領域つまり高負荷領域Ｃ３（以下、適宜、高負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ３という）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。

上記のような、半暖機第１領域Ｂ１のうちエンジン負荷が第１負荷Ｔ１近傍となる低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１は、請求項にいう「第１運転領域」に相当し、半暖機第１領域Ｂ１のうちエンジン負荷が第２負荷Ｔ２近傍となる中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２は、請求項にいう「第２運転領域」に相当し、半暖機第１領域Ｂ１のうちエンジン負荷が第３負荷Ｔ３近傍となる高負荷Ｇ／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。

図１４に示すように、半暖機第１領域Ｂ１では、その全域で、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。図１５に示すように、半暖機第１領域Ｂ１では、その全域で、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣは吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側の時期とされる。

図１４、図１５のラインＬ１に示すように、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のうちエンジン回転速度が第１基準速度Ｎ１１よりも高い高速領域では、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となるように設定されている。図１４、図１５の例では、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のうち予め設定された第１基準速度Ｎ１１よりもエンジン回転速度が高い高速領域において、エンジン回転速度が高くなるほど吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは遅角される。また、当実施形態では、第１基準速度Ｎ１１のときに吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは最進角時期（変化可能な範囲のうち最も進角側の時期）とされ、エンジン回転速度が高くなるに伴って、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣはこの最進角時期から遅角されていく。上記のような第１基準速度Ｎ１１は、請求項にいう「第１閾値」に相当する。

一方、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のうちエンジン回転速度が第１基準速度Ｎ１１よりも低い領域（以下、適宜、低負荷低速領域という）では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、低負荷低速領域の中間のエンジン回転速度において最も遅角側となるように設定されている。

具体的には、エンジン回転速度が予め設定された第２基準速度Ｎ１２よりも低い領域では、エンジン回転速度によらず吸気弁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、このとき、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは最進角時期に維持される。

一方、エンジン回転速度が第２基準速度Ｎ１２から第２速度Ｎ２までの領域では、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ほど遅角される。当実施形態では、エンジン回転速度が第２基準速度Ｎ１２から増大するに伴って、最進角時期から徐々に遅角される。

また、エンジン回転速度が第２速度Ｎ２から第１基準速度Ｎ１１までの領域では、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ほど進角される。当実施形態では、エンジン回転速度が第１基準速度Ｎ１１のときに吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣが最進角時期となるように、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、第１基準速度Ｎ１１からエンジン回転速度が増大するのに伴って徐々に遅角される。

このように、低速低負荷領域において、エンジン回転速度が第２速度Ｎ２のときに、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは最も遅角側の時期（低速低負荷領域内で設定される時期のうち最も遅角側の時期）とされる。上記のような第２速度Ｎ２は、請求項にいう「特定のエンジン回転速度」に相当する。また、低速低負荷領域においてエンジン回転速度が第２速度Ｎ２のときの吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＯ１０が、請求項にいう「特定時期」に相当する。

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対して第１基準速度Ｎ１１を跨いで連続するように設定されている。

図１４、図１５のラインＬ２に示すように、第２負荷Ｔ３を含む中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２のうちエンジン回転速度が第２速度Ｎ２よりも高い領域では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１の高速側の領域と同様に、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。図１４、図１５の例では、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２のうち第２速度Ｎ２よりもエンジン回転速度が高い領域において、エンジン回転速度が高くなるほど吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは遅角される。当実施形態では、第２速度Ｎ２のときに吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは最進角時期とされ、第２速度Ｎ２からエンジン回転速度が高くなるに伴って、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣはこの最進角時期から遅角されていく。上記のような第２速度Ｎ２は、請求項にいう「第２閾値」に相当する。

ただし、図１４、図１５の例では、第１基準速度Ｎ１１と第２速度Ｎ２とは異なっており、第１基準速度Ｎ１１の方が第２速度Ｎ２よりも高い値となっている。

一方、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２のうちエンジン回転速度が第２速度Ｎ２よりも低い領域では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、エンジン回転速度によらず一定の時期に維持される。当実施形態では、このとき、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、最進角時期に維持される。

図１４、図１５のラインＬ３に示すように、第３負荷Ｔ３を含む高負荷Ｇ／Ｆリーン領域では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣは、エンジン回転速度によらず一定の時期に維持される。当実施形態では、これら時期ＩＶＯ，ＩＶＣは、最進角時期に維持される。

（ｂ）排気弁の開閉時期
図１６は、図１４および図１５に対応するグラフであり、半暖機第１領域Ｂ１での排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣの具体例を示すグラフである。上述のように、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。従って、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは、図示を省略するが、エンジン負荷およびエンジン回転速度に対して排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣと同様に変化する。

図１６は、横軸をエンジン回転速度とし、縦軸を排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣとしたグラフである。図１６の横軸のエンジン回転速度Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４も、図１３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１６の各ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３も、それぞれエンジン負荷が第１負荷Ｔ１，第２負荷Ｔ２，第３負荷Ｔ３のときのラインである。

図１６に示すように、半暖機第１領域Ｂ１では、概ねその全域で、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される。

これに伴い、半暖機第１領域Ｂ１では、概ねその全域で、図１７に示すように、吸気弁１１と排気弁１２とは排気上死点（ＴＤＣ）を跨いで所定期間ともに開弁する（いわゆる、バルブオーバーラップする）。

図１６のラインＬ１に示すように、第１負荷Ｔ１を含む低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のうちエンジン回転速度が第３速度Ｎ３よりも低い領域では、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、エンジン回転速度によらず概ね一定の所定時期（以下、適宜、第１排気閉弁時期という）に維持される。第３速度Ｎ３は、前記の第１、第２基準速度Ｎ１１、Ｎ１２よりも高い速度に設定されている。

一方、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のうちエンジン回転速度が第３速度Ｎ３よりも高い領域では、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進角される。当実施形態では、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３から高くなるに伴って、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは第１排気閉弁時期から徐々に進角される。

図１６のラインＬ２に示すように、第２負荷Ｔ２を含む中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２にのうち第３速度Ｎ３よりもエンジン回転速度が低い領域では、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、エンジン回転速度が高いときの方が低いときよりも進角されるように設定されている。ただし、第１基準速度Ｎ１１よりもエンジン回転速度が低い領域の方が、第１基準速度Ｎ１１よりもエンジン回転速度が高い領域に比べて、エンジン回転速度に対する排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣの変化率は小さくなっている。一方、第３速度Ｎ３よりもエンジン回転速度が高い領域では、エンジン回転速度が高くなるほど排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは遅角される。

図１６のラインＬ３に示すように、第３負荷Ｔ３を含む高負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ３において、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、第１基準速度Ｎ１１よりもエンジン回転速度が低い領域ではエンジン回転速度によらず一定に維持され、第１転速度Ｎ１１から第３速度Ｎ３までの領域ではエンジン回転速度が高いほど進角される。一方、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３から、第３速度Ｎ３と第４速度Ｎ４の中間の速度までは、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣはエンジン回転速度が高いほど遅角される。そして、この中間の速度から第４速度Ｎ４までの領域では、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは、エンジン回転速度によらず一定に維持される。

（５）ＳＩ率について
上述したように、当実施形態では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼が半暖機第１領域Ｂ１等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、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７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７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。

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、半暖機第１領域Ｂ１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。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。

上述した目標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。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、噴射時期等）の変化は、θｃｉを調整する要素となる。

上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、および燃料の噴射量／噴射時期等が、上述した目標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。

（６）作用効果
以上のように、当実施形態では、半暖機第１領域Ｂ１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、半暖機第１領域Ｂ１の各運転ポイントにおいて、燃焼室６内に内部ＥＧＲガスおよび空気を適切に存在させることができ、燃焼室６内に既燃ガスが残留し且つ燃焼室６内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比近傍となるＧ／Ｆリーン環境を形成しつつ、適切なＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができる。また、空燃比が理論空燃比近傍とされることで三元触媒にて排気ガスを適切に浄化することができる。そして、このように混合気の空燃比が理論空燃比近傍とされることで、空燃比を理論空燃比よりも大きく（リーン）にする場合に比べて燃焼室６内により多くの既燃ガスを導入することができ、多量の既燃ガスによって燃焼時の圧力上昇を抑制して燃焼騒音の増大を抑制することが可能となる。この燃焼騒音の抑制は、ＳＰＣＣＩ燃焼の高負荷側（最高負荷）での実施を可能とする。

具体的には、当実施形態では、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２において、エンジン負荷が同じ条件下で（例えば、エンジン負荷が第２エンジン負荷Ｔ２となる条件下で）、エンジン回転速度が高いときは低いときに比べて、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側の範囲で、遅角される。ここで、吸気の慣性の作用により、燃焼室６内に導入される（閉じ込められる）空気の量が最大となる吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣは、エンジン回転速度が高い方がより遅角側の時期となる。従って、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが上記のように変更されることで、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２の各エンジン回転速度において燃焼室６内に導入される空気の量を適切に確保することができ、燃焼安定性を高めることができる。従って、燃焼室６内に既燃ガスが存在することで燃焼が不安定になりやすいＧ／Ｆリーン環境下においても、適切なＳＩ燃焼ひいてはＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができ、燃費性能を高めることができる。

また、エンジン回転速度が低いときは単位時間あたりの燃焼回数が少ないことに伴って燃焼室６内の温度が低くなり、これによりＳＩ燃焼が不安定になりやすい。これに対して、当実施形態では、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２においてエンジン回転速度が低い側では、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯが排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側とされ且つその進角量が比較的大きくされる。吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯが排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側とされた状態では、排気行程中のピストン５の上昇に伴って燃焼室６から吸気ポート９に既燃ガスを導出させた後これを再び燃焼室６に導入することができる。そして、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯの排気上死点（ＴＤＣ）からの進角量が多いほど、この燃焼室６から導出されて再び燃焼室６に導入される高温の既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量は多くなる。従って、前記のように燃焼が不安定になりやすいときに、燃焼室６内に多量の高温の既燃ガス（内部ＥＧＲガス）を導入することができ、燃焼室６内の温度を高めてＳＩ燃焼の安定性を高め、これにより、圧縮上死点付近での適切なＣＩ燃焼すなわち適切なＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができる。

また、当実施形態では、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２のうちエンジン回転速度が低い領域では吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣが、エンジン回転速度によらず一定の時期とされる。従って、この領域において前記のように燃焼室６に導入される既燃ガスの量を多く確保しながら、吸気弁１１の制御性を良好にできる。つまり、エンジン回転速度の変化に伴って吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣを大幅に変更せねばならない場合では、吸気ＶＶＴ１３ａの応答遅れ等によって吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣ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。また、当実施形態では、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２のうちエンジン回転速度が低い領域において、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯが最進角時期に維持されることで、燃焼室６に導入される既燃ガスの量を確実に多くすることができる。

ここで、吸気の脈動等の影響により、エンジン負荷が比較的低い低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１ではエンジン回転速度が低い低速領域において、当該低速領域の中間のエンジン回転速度において吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣを遅角させた方が、空気量を適切に気筒内に導入できることが分かった。これに対して、当実施形態では、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のうちエンジン回転速度が低い低速領域では、その中間のエンジン回転速度である第２速度Ｎ２において吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣを他のエンジン回転速度での吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣよりも遅角させている。そのため、この領域において、より確実に燃焼室６内に適切な量の空気を導入することができる。また、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のエンジン回転速度が高い高速領域では、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２と同様にエンジン回転速度が高いときの方が低いときよりも吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣを遅角させていることで、吸気の慣性の作用によって燃焼室６内に適切な量の空気を導入することができる。

また、当実施形態では、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１において、第２基準速度Ｎ１２から第２速度Ｎ２に向けてエンジン回転速度が高いほど吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣが遅角され、第２速度Ｎ２から第１基準速度Ｎ１１に向けてエンジン回転速度が高くなるほど吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣが進角されようになっている。そのため、第２速度Ｎ２付近において、エンジン回転速度の変化時に吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣが急変するのを抑制して、吸気弁１１の制御性を良好にできる。

また、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のうちエンジン回転速度が低い低速領域において、前記のように吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣはその中間のエンジン回転速度である第２速度Ｎ２で遅角させる一方、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しており、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣの制御性を良好にできる。

また、低負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ１のうちエンジン回転速度が高い高速領域では、排気弁１２の閉弁時期ＩＶＣを、エンジン回転速度が高いときの方が低いときに比べて、排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側の範囲で進角している。そのため、エンジン回転速度が高いことで燃焼室６内に空気が導入されにくいこの高速領域において、排気ポート１０に流出した後燃焼室６に再流入する既燃ガスの量を少なく抑えることができ、燃焼室６内において、既燃ガスの量が過度に多くなって空気の導入が阻害されるのを防止できる。また、エンジン回転速度が比較的低いときには燃焼室６内に残留する既燃ガスの量を多くすることができ、燃焼室６内の温度を適切に高めて燃焼安定性を確保できる。

また、エンジン負荷が高い領域に設定された高負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ３においては、過給機３３による過給を行っていることで、高いエンジン負荷に対応した多量の空気を燃焼室６に導入することができる。そして、これにより、高負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ３においては空気量を増大させるために吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣを調整する必要性が小さい。これに対して、当実施形態では、高負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ３においては、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣを一定に維持しており、燃焼室６に導入される空気の量を確保しつつ吸気弁１１の制御性を良好にできる。

また、上記実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時（半暖機第１領域Ｂ１での運転時）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。

（７）変形例
上記実施形態では、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２のエンジン回転速度が低い領域において、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯをエンジン回転速度によらず一定にした場合について説明したが、この領域の吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯは、そのエンジン回転速度に対する変化率が、これよりもエンジン回転速度が高い領域（中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２において）のエンジン回転速度に対する吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯの変化率よりも小さく設定されていればよい。従って、中負荷Ｇ／Ｆリーン領域Ｃ２のエンジン回転速度が低い領域において、エンジン回転速度が低くなるに従って吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯがわずかに進角されるように構成されてもよい。

また、上記実施形態では、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７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１８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
３０ 吸気通路
４０ 排気通路
１００ ＥＣＵ（燃焼制御部）

Claims (6)

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、
   前記吸気弁の開弁時期および閉弁時期を同時に変更する位相式の吸気可変機構と、
   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、エンジンの高負荷域および高速域を除く特定領域において、前記気筒内に既燃ガスが残留し且つ当該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近傍となるＧ／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、
   前記特定領域の中でもエンジン負荷が低い領域を第１運転領域、前記特定領域に含まれ且つ前記第１運転領域よりもエンジン負荷が高い領域を第２運転領域、前記特定領域に含まれ且つ前記第２運転領域よりもエンジン負荷が高い領域を第３運転領域としたとき、前記燃焼制御部は、
   前記第２運転領域での運転時、エンジン負荷が同じ条件下で、エンジン回転速度が所定の第２閾値より高い領域では低い領域に比べて前記吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側の範囲で遅角されつつ前記吸気弁の開弁時期が排気上死点よりも進角側の範囲で遅角されるように、且つ、エンジン回転速度が前記第２閾値より高い領域における前記吸気弁の開弁時期のエンジン回転速度に対する変化率の方がエンジン回転速度が前記第２閾値より低い領域における当該変化率よりも大きくなるように、前記吸気可変機構を制御し、
   前記第１運転領域での運転時、エンジン回転速度が所定の第１閾値より高い高速領域において、エンジン負荷が同じ条件下で、エンジン回転速度が高いほど前記吸気弁の閉弁時期が遅角されるように前記吸気可変機構を制御するとともに、
   前記第１運転領域での運転時、エンジン回転速度が前記第１閾値より低い低速領域において、当該低速領域の中間に設定された特定のエンジン回転速度における前記吸気弁の閉弁時期が当該低速領域の他のエンジン回転速度における前記吸気弁の閉弁時期よりも遅角側の特定時期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。
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、前記第２運転領域のうちエンジン回転速度が前記第２閾値より低い領域において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の時期とされるように、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。
3. 請求項１又は２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、前記第１運転領域での運転時、前記低速領域において、エンジン回転速度が前記特定のエンジン回転速度以下のときは、前記吸気弁の閉弁時期が前記特定時期に向けてエンジン回転速度の増大に伴って遅角され、且つ、エンジン回転速度が前記特定のエンジン回転速度以上のときは、前記吸気弁の閉弁時期が前記特定時期に向けてエンジン回転速度の減少に伴って遅角されるように、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。
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、前記低速領域において前記排気弁の閉弁時期がエンジン回転速度によらず略一定の時期とされるように、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。
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運転領域での運転時、少なくとも前記低速領域よりもエンジン回転速度が高い領域において、エンジン回転速度が高いほど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。
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、
   前記気筒に導入される吸気を過給する過給機と、
   前記過給機の状態を、当該過給機が吸気を過給する過給状態と吸気を過給しない非過給状態とに切り替える過給切替機構とをさらに備え、
   前記燃焼制御部は、
   前記第１運転領域での運転時、前記過給機の状態が前記非過給状態となるように前記過給切替機構を制御し、
   前記第３運転領域での運転時、前記過給機の状態が前記過給状態となるように前記過給切替機構を制御するとともに、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の時期と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。

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