JP7223271B2 - 予混合圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室に噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置に関する。

近年、空気と混合されたガソリン燃料を燃焼室内で自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）が注目されている。予混合圧縮着火燃焼は、混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼（火花点火燃焼）に比べて、混合気の燃焼速度が速く、燃費性能（熱効率）の面で非常に有利だと言われている。

上記予混合圧縮着火燃焼の一種として、混合気の自着火による燃焼と点火プラグを用いた強制燃焼とを組み合わせた燃焼形式が提案されている。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部分圧縮着火燃焼という。

上記部分圧縮着火燃焼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。具体的に、この特許文献１のエンジンでは、部分圧縮着火燃焼（同文献中ではＳＩ－ＣＩ燃焼と称されている）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、エンジン負荷（目標トルク）に応じて定まる目標値（目標ＳＩ率）に一致するように、燃焼室内のＥＧＲ率や点火プラグによる火花点火の時期等が制御される。

特開２０１８－０８４１８３号公報

ここで、上記特許文献１のエンジンでは、部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域において、燃焼室内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）の近傍に設定される。これに対し、部分圧縮着火燃焼時の空燃比を理論空燃比よりも十分に大きく（リーンに）することができれば、燃費性能の面でさらに有利になると考えられる。しかしながら、空燃比が理論空燃比よりも大きい環境（Ａ／Ｆリーン環境）下では、混合気の着火性が低下するため、部分圧縮着火燃焼の安定性を確保しにくいという問題がある。

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、空燃比のリーン化による燃費性能の向上と燃焼安定性の確保とを両立することが可能な予混合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。

前記課題を解決するために、本願発明者は、暖機の進行度合いが異なる種々の温度条件下で、理論空燃比よりも十分に大きい（リーンな）空燃比の混合気を部分圧縮着火燃焼させる実験を行った。特に、暖機が不十分な状況（準温間時）において、排気通路に設けられる排気絞り弁の開度を低下させることにより、燃焼室に残留する排気ガスの割合（内部ＥＧＲ率）を増大させて燃焼安定性を高めることを検討した。一方、排気絞り弁の開度を低下させると、排気通路を通過する排気ガスの流通抵抗（排気流通抵抗）が増大するので、ポンピングロスが増大して燃費性能が悪化することが懸念される。しかしながら、検討の結果、暖機が不十分な状況であっても、温度条件によっては、空燃比のリーン化による燃費向上代が排気絞り弁の開度低下による燃費悪化代を上回ることが分かった。

本発明は、前記のような知見に基づきなされたものである。すなわち、本願の第１の発明は、燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁と、吸気ポートに接続された吸気通路と、排気ポートに接続された排気通路とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、前記燃焼室への空気の導入量を調整する空気量調整部と、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、前記排気通路に開閉可能に設けられた排気絞り弁と、エンジンの暖機が進行するほど高くなる所定の温度パラメータを取得する温度取得部と、エンジン負荷が低い低負荷域において、所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間が形成されるように前記バルブ可変機構を制御するとともに、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記インジェクタ、空気量調整部、および排気絞り弁を制御する燃焼制御部とを備え、前記燃焼制御部は、前記低負荷域での運転時に、前記温度取得部により取得される温度パラメータが低いほど前記排気絞り弁の開度を低くし、前記低負荷域での運転時における前記温度パラメータが第１閾値以上かつ第２閾値未満であるときの前記排気絞り弁の開度を第１開度、前記温度パラメータが第２閾値以上かつ第３閾値未満であるときの前記排気絞り弁の開度を第２開度、前記温度パラメータが第３閾値以上であるときの前記排気絞り弁の開度を第３開度としたとき、前記燃焼制御部は、前記第１開度および第３開度が前記温度パラメータに拠らず一定となり、前記第３開度が前記第１開度よりも高くなり、かつ前記第２開度が前記第１開度と前記第３開度との間で前記温度パラメータに比例して高くなるように、前記排気絞り弁を制御する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、エンジン温度が相対的に低くかつエンジン負荷が低い状況でＡ／Ｆリーンの予混合圧縮着火燃焼を行う際に、所定量以上のバルブオーバーラップ期間を形成しつつ排気絞り弁の開度を低下させる制御が実行されるので、当該排気絞り弁の開度低下による排気流通抵抗の増大により、バルブオーバーラップ期間中に排気ポートから燃焼室に引き戻される排気ガスである内部ＥＧＲガスの割合（内部ＥＧＲ率）を十分に増やすことができる。これにより、混合気が着火する前の燃焼室内の温度（筒内温度）が上昇するので、エンジン温度が低くしかもＡ／Ｆリーンな環境でありながら混合気が着火し易い環境を燃焼室につくり出すことができ、混合気の燃焼安定性を向上させることができる。排気絞り弁の開度低下は排気流通抵抗の増大（ひいてはポンピングロスの増大）につながるので、燃費の面では本来不利であるが、内部ＥＧＲ率の増大による燃焼安定性の向上が、空燃比のリーン化（それによる燃焼温度の低下やポンピングロスの低下）による効果と組み合わさることにより、排気流通抵抗の増大による燃費悪化代を差し引いても余りある燃費向上効果を得ることができる。これにより、例えば燃焼室内の空燃比が理論空燃比の近傍とされるストイキ環境下で混合気を予混合圧縮着火燃焼させた場合と比べて、実質的な燃費性能を向上させることができる。

一方、エンジン温度が相対的に高くかつエンジン負荷が低い状況でＡ／Ｆリーンの予混合圧縮着火燃焼を行う際には、排気絞り弁の開度が高められるので、エンジン温度が高く混合気の着火性が改善された状況下で無用に排気通路が絞られるのを回避することができ、燃焼安定性を担保しながら排気流通抵抗を減少させることができる。これにより、暖機が進行したときのポンピングロスが十分に低下するので、燃費性能をより効果的に向上させることができる。

特に、本発明において、排気絞り弁の開度は、エンジンの暖機の進行度合いを表す温度パラメータが第１閾値以上かつ第２閾値未満であるときに一定の低開度とされ、温度パラメータが第２閾値以上第３閾値未満の範囲で上昇するにつれて徐々に高くされ、温度パラメータが第３閾値以上であるときに一定の高開度とされるので、混合気の着火性を左右するエンジン温度の高低（暖機の進行度合い）に応じて内部ＥＧＲガスの量を適切に調整することができる。すなわち、前記のような排気絞り弁の開度設定により、着火性が低下する低温条件のときに内部ＥＧＲ率を最も高くし、温度上昇により着火性が改善するのに従って内部ＥＧＲ率を徐々に低くし、着火性が良好な高温条件のときに内部ＥＧＲ率を最も低くすることがきる。これにより、温度条件（着火性）の高低に合わせた適切な量の内部ＥＧＲガスが燃焼室に導入されるので、幅広い温度範囲において燃焼安定性を良好に確保することができる。

また、本願の第２の発明は、燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁と、吸気ポートに接続された吸気通路と、排気ポートに接続された排気通路とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、前記燃焼室への空気の導入量を調整する空気量調整部と、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、前記排気通路に開閉可能に設けられた排気絞り弁と、エンジンの暖機が進行するほど高くなる所定の温度パラメータを取得する温度取得部と、エンジン負荷が低い低負荷域において、所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間が形成されるように前記バルブ可変機構を制御するとともに、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記インジェクタ、空気量調整部、および排気絞り弁を制御する燃焼制御部とを備え、前記燃焼制御部は、前記低負荷域での運転時に、前記温度取得部により取得される温度パラメータが低いときの前記排気絞り弁の開度を、前記温度パラメータが高いときの前記排気絞り弁の開度よりも低くし、前記低負荷域における低速側の一部を第１低速分割領域、前記低負荷域の一部であって前記第１低速分割領域よりも高速側の領域を第１高速分割領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記温度パラメータが一定の条件下において、前記第１高速分割領域での前記排気絞り弁の開度を、前記第１低速分割領域での前記排気絞り弁の開度よりも低くする、ことを特徴とするものである（請求項２）。

この第２の発明によれば、上述した第１の発明と同様に、空燃比のリーン化による燃費性能の向上と燃焼安定性の確保とを両立することができる。また、前記低負荷域での運転時に、エンジン回転速度に拠らず十分な内部ＥＧＲ率を確保して燃焼安定性を向上させることができる。例えば、単位時間あたりのクランク角の進行速度が速い高速側の領域では、バルブオーバーラップ期間に相当する実時間が短くなるため、仮にエンジン回転速度に拠らず排気絞り弁の開度を一定にした場合には、前記低負荷域における高速側の一部で十分な内部ＥＧＲ率が得られず、燃焼安定性を有意に改善できないおそれがある。これに対し、第２の発明では、低負荷域における高速側の一部（第１高速分割領域）で排気絞り弁の開度が相対的に低くされるので、バルブオーバーラップ期間に相当する実時間が短い条件でも十分な内部ＥＧＲガスを確保することができ、高速側での燃焼安定性が低下する前記のような事態を回避することができる。

前記低負荷域における低速側の一部を第２低速分割領域、前記低負荷域の一部であって前記第２低速分割領域よりも高速側の領域を第２高速分割領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記温度パラメータが一定の条件下において、前記第２高速分割領域での前記バルブオーバーラップ期間が前記第２低速分割領域での前記バルブオーバーラップ期間よりも長くなるように前記バルブ可変機構を制御することが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、内部ＥＧＲ率の確保に不利な高速側においてバルブオーバーラップ期間を拡大することにより、エンジン回転速度に拠らず十分な内部ＥＧＲ率を確保して燃焼安定性を向上させることができる。

好ましくは、前記エンジンは、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを備え、前記燃焼制御部は、前記低負荷域での運転時に、前記混合気の一部が前記点火プラグの点火点からの火炎伝播により燃焼しかつその他の混合気が自着火により燃焼する部分圧縮着火燃焼が行われるように、圧縮上死点の近傍の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（請求項４）。

このように、点火プラグによる火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により燃焼させるようにした場合には、火花点火の時期に応じて混合気の着火時期を的確に調整することができ、外部環境や負荷等の変動にかかわらず安定した出力を発揮する実用性に優れたエンジンを実現することができる。

前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、前記低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが所定値未満である場合に、吸気行程中に燃料を噴射する早期噴射と圧縮行程後半に燃料を噴射するリタード噴射とを前記インジェクタに実行させ、前記低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが前記所定値以上である場合に、前記温度パラメータが前記所定値未満であるときに比べて前記早期噴射の噴射量割合が増えかつ前記リタード噴射の噴射量割合が減るように前記インジェクタを制御する（請求項５）。

この構成によれば、点火プラグ周りの混合気が相対的にリッチになるように成層化された混合気が燃焼室に形成されるので、点火プラグの火花点火に伴う火炎伝播の発生（ＳＩ燃焼）を促進してＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。このことは、上述した排気絞り弁の開度低下（それによる内部ＥＧＲ率の増大）による効果と相俟って、エンジン温度が比較的低いときの燃焼安定性をさらに向上させるので、空燃比のリーン化による燃費性能の向上と燃焼安定性の確保とを高次元に両立することができる。

以上説明したように、本発明の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、空燃比のリーン化による燃費性能の向上と燃焼安定性の確保とを両立することができる。

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。 吸気弁および排気弁のリフトカーブを示す図である。 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（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。 エンジンの運転中に実行される制御動作を説明するためのフローチャートである。 図７のステップＳ３の具体的手順を示すサブルーチンである。 エンジンの第１運転領域（低負荷域）において実行される燃料噴射および火花点火のパターンを示すタイムチャートであり、（ａ）～（ｃ）はエンジン水温が異なる各条件でのパターンを示している。 上記第１運転領域での運転時に排気絞り弁の開度を決定する際に使用されるマップの具体例を示す図である。 エンジン水温と排気絞り弁の開度との関係を示すグラフである。 上記第１運転領域での運転時にバルブオーバーラップ期間を決定する際に使用されるマップの具体例を示す図である。 エンジン水温とバルブオーバーラップ期間との関係を示すグラフである。

（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、単にエンジンともいう）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を受けてピストン５が上下方向に往復運動する。

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６の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１４以上２０以下、好ましくは１６以上１８以下に設定される。

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。なお、水温センサＳＮ２は、本発明における「温度取得部」の一例に該当する。また、水温センサＳＮ２により検出されるエンジン水温は、エンジンの暖機が進行するほど高くなるパラメータであり、本発明における「温度パラメータ」の一例に該当する。

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室６に導入するための吸気ポート９と、燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１０と、吸気ポート９の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁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、当実施形態では、１つの気筒２の燃焼室６に対し吸気ポート９および排気ポート１０が２つずつ開口している。また、これに対応して、吸気弁１１および排気弁１２が１つの気筒２につき２つずつ設けられている。

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用の動弁機構には、吸気弁１１の開閉時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３が内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構には、排気弁１２の開閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４が内蔵されている。吸気ＶＶＴ１３（排気ＶＶＴ１４）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。これら吸・排気ＶＶＴ１３，１４は、本発明における「バルブ可変機構」の一例に該当する。

図３は、吸気弁１１および排気弁１２のリフトカーブを示す図である（ＩＮは吸気弁１１のリフトカーブを、ＥＸは排気弁１２のリフトカーブをそれぞれ示している）。本図に示すように、吸気弁１１および排気弁１２は、排気上死点（図３中のＴＤＣ）を跨いで開弁期間が重複するように駆動されることがある。この重複期間、つまり吸気弁１１および排気弁１２の双方が開弁する期間は、バルブオーバーラップ期間と呼ばれる。バルブオーバーラップ期間は、上述した吸気ＶＶＴ１３および排気ＶＶＴ１４の制御により調整することが可能である。図３における実線の波形は、バルブオーバーラップ期間が比較的長くされた場合を例示しており、この場合には、排気上死点（ＴＤＣ）以降の吸気行程の初期まで排気弁１２の開弁が継続されることにより、排気ポート１０から燃焼室６へと既燃ガス（排気ガス）が引き戻されて、内部ＥＧＲが実現される。逆に、破線の波形として示すように、バルブオーバーラップ期間が短縮された場合には、上記のように排気ポート１０から引き戻される（残留する）既燃ガスの量が減少する結果、内部ＥＧＲが抑制または停止される。なお、バルブオーバーラップ期間の拡大または短縮は、吸気弁１１および排気弁１２の双方の開閉時期が変更されることにより（言い換えると吸気ＶＶＴ１３および排気ＶＶＴ１４の双方が駆動されることにより）実現される。

図１および図２に示すように、シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（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吸入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。

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。

詳細な図示を省略するが、インジェクタ１５は、全気筒２に共通の燃料レールに燃料供給管を介して接続されている。燃料レール内には、図外の燃料ポンプにより加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、この燃料レール内に貯留された燃料が各気筒２のインジェクタ１５に供給されることにより、各インジェクタ１５から比較的高い圧力（例えば２０ＭＰａを超える圧力）で燃料が燃焼室６内に噴射される。

上記燃料ポンプと燃料レールとの間には、インジェクタ１５に供給される燃料の圧力（燃圧）を変更するための燃圧レギュレータ１７（図４）が設けられている。

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。なお、スロットル弁３２は、本発明における「空気量調整部」の一例に該当する。ただし、本実施形態において、燃焼室６への空気の導入量は、上述した吸・排気ＶＶＴ１３，１４によるバルブタイミングの変更や、後述するＥＧＲ弁５３の開閉によっても増減する。このため、当実施形態では、これらスロットル弁３２、吸・排気ＶＶＴ１３，１４、およびＥＧＲ弁５３の組合せが、上記「空気量調整部」に相当する。

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ＳＮ３と、吸気の温度を検出する吸気温センサＳＮ４と、吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ５とが設けられている。エアフローセンサＳＮ３および吸気温センサＳＮ４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。吸気圧センサＳＮ５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／解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。

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（吸気通路３０とは反対側の面）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。

排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも上流側には、排気絞り弁４２が開閉可能に設けられている。また、排気通路４０における排気絞り弁４２と触媒コンバータ４１との間の部位には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＡ／ＦセンサＳＮ６が設けられている。

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（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気ガスの流量を調整する。

（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ＰＣＭ１００は、エンジン等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。

ＰＣＭ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＰＣＭ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、吸気圧センサＳＮ５、Ａ／ＦセンサＳＮ６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、吸気流量、吸気温、吸気圧、排気酸素濃度）がＰＣＭ１００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（以下、アクセル開度という）を検出するアクセルセンサＳＮ７と、車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ８とが設けられており、これらのセンサＳＮ７，ＳＮ８による検出信号もＰＣＭ１００に逐次入力される。

ＰＣＭ１００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、ＰＣＭ１００は、吸・排気ＶＶＴ１３，１４、インジェクタ１５、点火プラグ１６、燃圧レギュレータ１７、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、排気絞り弁４２、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、上記演算等の結果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。

具体的に、ＰＣＭ１００は、判定部１０１、燃焼制御部１０２、および記憶部１０３を機能的に有している。

燃焼制御部１０２は、燃焼室６での混合気の燃焼を制御する制御モジュールであり、エンジンの出力トルク等がドライバーの要求に応じた適切な値となるようにエンジンの各部を制御する。判定部１０１は、燃焼制御部１０２による制御の内容を決定するのに必要な種々の判定を行うための制御モジュールである。記憶部１０３は、判定部１０１および燃焼制御部１０２での処理に必要な各種データを記憶するものである。

（３）運転状態に応じた制御
図５は、エンジン水温Ｔが予め定められた第１閾値Ｔ１以上の条件で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、当実施形態において、第１閾値Ｔ１は７０℃に設定される。

図５に示すように、エンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１（７０℃）以上であるとき、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって４つの運転領域Ａ１～Ａ４に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４とすると、第３運転領域Ａ３は、エンジン回転速度が第１速度Ｎ１未満となる極低速域であり、第４運転領域Ａ４は、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３以上となる高速域であり、第１運転領域Ａ１は、第３・第４運転領域Ａ３，Ａ４以外の速度域（低・中速領域）のうち負荷が比較的低い低速・低負荷の領域であり、第２運転領域Ａ２は、第１、第３、第４運転領域Ａ１，Ａ３，Ａ４以外の残余の領域である。

第１運転領域Ａ１は、本発明における「低負荷域」に相当している。図５の例によれば、第１運転領域Ａ１は、第２運転領域Ａ２の内側に位置する略矩形状の領域とされ、第２運転領域Ａ２の下限速度である第１速度Ｎ１と、第２運転領域Ａ２の上限速度（第３速度Ｎ３）よりも低い第２速度Ｎ２と、エンジンの最低負荷よりも高い第１負荷Ｌ１と、第１負荷Ｌ１よりも高い第２負荷Ｌ２とに囲まれている。この第１運転領域Ａ１の上限負荷である第２負荷Ｌ２は、過給機３３が駆動される下限の負荷である第３負荷Ｌ３よりもやや低い値に設定されている。すなわち、第１運転領域Ａ１は、過給機３３による過給が行われる過給領域とは重複しないように設定されている。

以下、上記第１～第４運転領域Ａ１～Ａ４における燃焼制御の概要について説明する。

（３－１）第１運転領域
低速かつ低負荷の第１運転領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６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の圧縮等により十分に高温・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」の略である。

図６は、上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼が行われた場合の燃焼波形、つまりクランク角による熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。本図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼による熱発生とＣＩ燃焼による熱発生とがこの順に連続して発生する。このとき、ＣＩ燃焼の方が燃焼速度が速いという性質上、ＳＩ燃焼時よりもＣＩ燃焼時の方が熱発生の立ち上がりが急峻になる。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるタイミング（後述するθｃｉ）で現れる変曲点Ｘを有している。

上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼の具体的形態として、第１運転領域Ａ１では、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気を燃焼室６内に形成しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御、言い換えるとλ＞１（λは空気過剰率）の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。このようなＡ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１運転領域Ａ１では、ＰＣＭ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

スロットル弁３２の開度は、理論空燃比相当の空気量よりも多くの空気が吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入されるような比較的大きな値に設定される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入される空気（新気）と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射される燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）の目標値が、理論空燃比（１４．７）よりも大きい値、例えば２０～３５程度に設定される。そして、この空燃比の目標値（目標空燃比）と、Ａ／ＦセンサＳＮ６により検出される排気ガス中の酸素濃度等に基づいて、燃焼室６内の空燃比を上記目標空燃比に一致させ得るスロットル弁３２の開度が決定され、この決定に従ってスロットル弁３２が制御される。

過給機３３は停止される。すなわち、第１運転領域Ａ１は、過給を要する負荷域の下限である第３負荷Ｌ３よりも低負荷側に位置するので、過給機３３による過給は不要である。そこで、第１運転領域Ａ１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。

ここで、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた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である。そこで、当実施形態では、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率に着目し、このＳＩ率が適正な値になるようにエンジンの各部を制御する。

上記ＳＩ率を図６を用いて説明する。図６において、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わる変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉをＣＩ燃焼の開始時期とする。この場合、ＳＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側の熱発生率の波形の面積Ｒ１に相当し、ＣＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ２に相当するとみなすことができる。そして、上記ＳＩ率は、これら各面積Ｒ１，Ｒ２を用いて、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）と定義することができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる第１運転領域Ａ１では、上述したＳＩ率およびθｃｉが予め定められた目標値に一致するように、エンジンの各部が制御される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、エンジン負荷／回転速度が異なる種々の条件ごとに、ＳＩ率の目標値である目標ＳＩ率とθｃｉの目標値である目標θｃｉとがそれぞれ定められている。そして、インジェクタ１５からの燃料の噴射量／噴射時期、点火プラグ１６による火花点火の時期（点火時期）、およびＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）といった複数の制御量が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な組合せとなるように制御される。なお、外部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち外部ＥＧＲガス（ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス）が占める重量割合のことであり、内部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち内部ＥＧＲガス（内部ＥＧＲにより燃焼室６に残留する既燃ガス）が占める重量割合のことである。

例えば、燃料の噴射量／噴射時期は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して予め定められたマップにより決定される。また、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率については、両ＥＧＲ率の主な影響因子である吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（オーバーラップ期間）と、ＥＧＲ弁５３の開度とが、やはり上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められたマップにより決定される。

一方、点火プラグ１６による火花点火の時期（点火時期）は、所定のモデル式を用いた演算により、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉが得られるような時期に決定される。

ここで、第１運転領域Ａ１では、１燃焼サイクルあたり複数回（ここでは２回）の火花点火が実行される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、Ａ／Ｆリーン環境下でも十分な着火安定性を確保するために、後述する図９に示すように、混合気を強制着火させるための通常の（圧縮上死点の近傍で実行される）火花点火である主点火Ｓａに加えて、当該主点火よりも早い時期に火花を発生させる先行点火Ｓｂが実行される。この場合に、上記モデル式を用いて決定されるのは主点火Ｓａの時期である。なお、先行点火Ｓｂの時期については、燃料の噴射時期やエンジン水温等から適宜決定される。

以上のように、第１運転領域Ａ１では、予め定められたマップとモデル式を用いた演算とを組み合わせた方法により、点火時期（主点火および先行点火の時期）、燃料の噴射量／噴射時期、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング、およびＥＧＲ弁５３の開度が、運転条件ごとに予め定められた適正なＳＩ率およびθｃｉ（目標ＳＩ率および目標θｃｉ）が得られる組合せとなるように制御される。

（３－２）第２運転領域
第１速度Ｎ１以上かつ第３速度Ｎ３未満の速度域（低・中速領域）のうち上記第１運転領域Ａ１を除いた領域である第２運転領域Ａ２でも、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼により燃焼させる制御が実行される。ただし、第２運転領域Ａ２では、上記第１運転領域Ａ１のときと異なり、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比の近傍に設定されるとともに、点火プラグ１６による火花点火の回数が１サイクル当たり１回に制限される。

すなわち、第２運転領域Ａ２では、スロットル弁３２の開度が、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。言い換えると、第２運転領域Ａ２では、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比の近傍（λ≒１）となるストイキ環境下で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。

また、点火プラグ１６による火花点火は、圧縮上死点の近傍において、１サイクル当たり１回の頻度で実行される。すなわち、第２運転領域Ａ２では、圧縮上死点の近傍で混合気を強制着火させる通常の火花点火のみが実行され、上述した先行点火に相当するものは実行されない。

ここで、第２運転領域Ａ２においても、上述した第１運転領域Ａ１のときと同様に、目標ＳＩ率および目標θｃｉが負荷／回転速度の条件ごとに定められている。燃料の噴射量／噴射時期、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング、およびＥＧＲ弁５３の開度は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値を予め定めたマップを用いて決定される。また、点火プラグ１６による点火時期については、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な点火時期が所定のモデル式を用いた演算により決定される。

過給機３３は、エンジン負荷が第３負荷Ｌ３よりも高いか低いかに応じて駆動または停止される。すなわち、過給機３３は、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が第３負荷Ｌ３以上となる高負荷側の領域において駆動され、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が第３負荷Ｌ３未満となる低負荷側の領域において停止される。過給機３３が駆動される高負荷側の領域では、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による過給が実行される。このとき、吸気圧センサＳＮ５により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、エンジン負荷／回転速度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。

（３－３）第３運転領域および第４運転領域
エンジン回転速度が第１速度Ｎ１よりも低い第３運転領域Ａ１（極低速域）、およびエンジン回転速度が第３速度Ｎ３以上の第４運転領域Ａ４（高速域）では、混合気をＳＩ燃焼により燃焼させる制御が実行される。例えば、１サイクル中に噴射すべき燃料の全量がインジェクタ１５から吸気行程中に噴射されるとともに、圧縮上死点の近傍で点火プラグ１６による火花点火が実行される。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。

（４）第１運転領域での噴射および点火制御
次に、図７および図８を用いて、第１運転領域Ａ１でのより具体的な制御例、特に燃料噴射および火花点火に関する制御例について説明する。図７のフローチャートに示す制御がスタートすると、ＰＣＭ１００の判定部１０１は、ステップＳ１において、水温センサＳＮ２により検出されたエンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１（７０℃）以上であるか否かを判定する。

上記ステップＳ１でＮＯと判定されてエンジン水温ＴがＴ１未満であることが確認された場合、ＰＣＭ１００の燃焼制御部１０２は、ステップＳ７に移行して、エンジン水温が低い場合に適した燃焼制御のモード（冷間モード）として、図５に示した運転マップとは異なる運転マップに基づく燃焼制御を実行する。この冷間モードでは、エンジン水温が低くても着火安定性を確保できるような燃焼形態が選択される。具体的な燃焼形態はエンジン水温Ｔに応じて変わり得るが、例えば、エンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１（７０℃）を大幅に下回る場合には、全ての運転領域でＳＩ燃焼を実行してＳＰＣＣＩ燃焼を禁止することが考えられる。また、エンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１を小幅に下回る場合には、図５と同様にＳＰＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを併用するモードを採用しつつ、ＳＰＣＣＩ燃焼の形態をＴ≧Ｔ１のときとは異なるものにすること（例えば図５に示した第１運転領域Ａ１に相当する領域での空燃比をリーンにせず理論空燃比の近傍に設定すること）が考えられる。

一方、上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されてエンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１以上であることが確認された場合、判定部１０１は、ステップＳ２に移行して、エンジンの現運転ポイントが図５に示した第１運転領域Ａ１に含まれるか否かを判定する。すなわち、判定部１０１は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ７の検出値（アクセル開度）や車速センサＳＮ８の検出値（車速）等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、現時点のエンジンの運転ポイントを図５の運転マップ上で特定し、当該マップ中の第１運転領域Ａ１に現運転ポイントが含まれるか否かを判定する。

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されてエンジンの現運転ポイントが第１運転領域Ａ１に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ３に移行して、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比よりも大きい値（λ＞１）に調整しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御を実行する（リーンＳＰＣＣＩ燃焼）。

一方、上記ステップＳ２でＮＯと判定されてエンジンの現運転ポイントが第１運転領域Ａ１に含まれていないことが確認された場合、判定部１０１は、ステップＳ４に移行して、現運転ポイントが第２運転領域Ａ２に含まれるか否かを判定する。

上記ステップＳ４でＹＥＳと判定されてエンジンの現運転ポイントが第２運転領域Ａ２に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ５に移行して、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比の近傍（λ≒１）に調整しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御を実行する（ストイキＳＰＣＣＩ燃焼）。

一方、上記ステップＳ４でＮＯと判定された場合、つまりエンジンの現運転ポイントが図５に示した第３運転領域Ａ３または第４運転領域Ａ４に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ６に移行して、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなくＳＩ燃焼によって混合気を燃焼させる制御を実行する。

図８は、上記ステップＳ３に示した制御（リーンＳＰＣＣＩ燃焼）の具体的手順を示すサブルーチンである。本サブルーチンの制御がスタートすると、判定部１０１は、ステップＳ１１において、水温センサＳＮ２により検出されたエンジン水温Ｔが第２閾値Ｔ２未満であるか否かを判定する。第２閾値Ｔ２は、上述した第１閾値Ｔ１（７０℃）よりも所定量大きい温度であり、当実施形態では８０℃に設定される。

上記ステップＳ１１でＹＥＳと判定されてエンジン水温Ｔが第２閾値Ｔ２未満であることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１２に移行し、インジェクタ１５による燃料の噴射パターンとして、図９（ａ）に示す第１噴射パターンを選択する。

図９（ａ）に示すように、第１噴射パターンは、吸気行程中に３回の燃料噴射Ｆａ１，Ｆａ２，Ｆａ３を実行するとともに、圧縮行程後半に１回の燃料噴射Ｆｂを実行する噴射パターンである。以下では、Ｆａ１を第１早期噴射、Ｆａ２を第２早期噴射、Ｆａ３を第３早期噴射、Ｆｂをリタード噴射と称する。また、第１～第３早期噴射Ｆａ１～Ｆａ３を総称して単に早期噴射Ｆａということがある。

第１噴射パターンにおいて、第１早期噴射Ｆａ１は吸気行程の前期に開始され、第２早期噴射Ｆａ２は吸気行程の中期に開始され、第３早期噴射Ｆａ３は吸気行程の後期に開始される。また、リタード噴射Ｆｂは圧縮行程の後半、より詳しくは圧縮行程の後期に開始される。言い換えると、第１噴射パターンが選択されたとき、インジェクタ１５は、吸気行程中に早期噴射Ｆａを３回（Ｆａ１，Ｆａ２，Ｆａ３）に分けて実行するとともに、圧縮行程の後半（詳しくは圧縮行程の後期）に１回のリタード噴射Ｆｂを実行する。

なお、本明細書において、ある行程の前期、中期、後期（または前半、後半）とは次のことを意味するものとする。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、例えば圧縮行程の（ｉ）前半、（ii）後半とは、それぞれ、（ｉ）圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）１８０～９０°ＣＡ、（ii）ＢＴＤＣ９０～０°ＣＡの各範囲のことを指す。同様に、本明細書では、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、例えば吸気行程の（iii）前期、（iv）中期、（ｖ）後期とは、それぞれ、（iii）ＢＴＤＣ３６０～３００°ＣＡ、（iv）ＢＴＤＣ３００～２４０°ＣＡ、（ｖ）ＢＴＤＣ２４０～１８０°ＣＡの各範囲のことを指す。

ここで、上記ステップＳ１１の判定結果がＹＥＳであるということは、エンジンが第１運転領域Ａ１で運転されており、かつエンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満であることを意味する。当実施形態では、この条件のことを第１リーン燃焼条件と称する。第１リーン燃焼条件は、リーンＳＰＣＣＩ燃焼を実行し得る条件の中でもエンジン水温が低い部類に属する。上記ステップＳ１２で選択される第１噴射パターン（図９（ａ））は、この比較的低温の第１リーン燃焼条件に適した噴射パターンである。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１３に移行して、上記第１噴射パターンにおける各燃料噴射（３回の早期噴射Ｆａ１～Ｆａ３および１回のリタード噴射Ｆｂ）の噴射量および噴射時期を、エンジン負荷（要求トルク）および回転速度に基づき決定する。この噴射量／噴射時期の決定にはマップＭ１が参照される。マップＭ１は、第１噴射パターンにおける各噴射Ｆａ１～Ｆａ３，Ｆｂの噴射量／噴射時期をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。このマップＭ１による噴射量／噴射時期は、上記（３－１）で説明した目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められている。言い換えると、上記ステップＳ１３では、第１噴射パターンにおける各噴射Ｆａ１～Ｆａ３，Ｆｂの噴射量および噴射時期が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値となるように決定される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１４に移行して、インジェクタ１５による噴射圧力が比較的高い第１設定値になるように燃圧レギュレータ１７を制御する。第１設定値は、例えば７０ＭＰａ程度に設定される。

次に、上記ステップＳ１１でＮＯと判定された場合、つまりエンジン水温Ｔが第２閾値Ｔ２以上であることが確認された場合の制御について説明する。この場合、判定部１０１は、ステップＳ１５に移行して、エンジン水温Ｔが第３閾値Ｔ３未満であるか否かを判定する。第３閾値Ｔ３は、上述した第２閾値Ｔ２（８０℃）よりも所定量大きい温度であり、当実施形態では１００℃に設定される。

上記ステップＳ１５でＹＥＳと判定されてエンジン水温Ｔが第２閾値Ｔ２以上かつ第３閾値Ｔ３未満であることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１６に移行し、インジェクタ１５による燃料の噴射パターンとして、図９（ｂ）に示す第２噴射パターンを選択する。

図９（ｂ）に示すように、第２噴射パターンは、第１早期噴射Ｆａ１、第２早期噴射Ｆａ２、および第３早期噴射Ｆａ３からなる３回の燃料噴射を吸気行程中に実行する噴射パターンである。上述した第１噴射パターン（図９（ａ））のときと異なり、リタード噴射Ｆｂは実行されない。

第２噴射パターンでの各早期噴射Ｆａ１～Ｆａ３の大まかな時期は、第１噴射パターンでのそれと同様である。すなわち、第２噴射パターンにおいても、第１早期噴射Ｆａ１は吸気行程の前期に開始され、第２早期噴射Ｆａ２は吸気行程の中期に開始され、第３早期噴射Ｆａ３は吸気行程の後期に開始される。ただし、リタード噴射Ｆｂが禁止される分、第１早期噴射Ｆａ１の噴射量が増やされる。

ここで、上記ステップＳ１５の判定結果がＹＥＳであるということは、エンジンが第１運転領域Ａ１で運転されており、かつエンジン水温Ｔが第２閾値Ｔ２以上第３閾値Ｔ３未満であることを意味する。当実施形態では、この条件のことを第２リーン燃焼条件と称する。第２リーン燃焼条件は、リーンＳＰＣＣＩ燃焼を実行し得る条件の中でもエンジン水温が中程度の部類に属する。上記ステップＳ１６で選択される第２噴射パターン（図９（ｂ））は、この中温の第２リーン燃焼条件に適した噴射パターンである。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１７に移行して、上記第２噴射パターンにおける各燃料噴射（３回の早期噴射Ｆａ１～Ｆａ３）の噴射量および噴射時期を、エンジンの負荷および回転速度に基づき決定する。この噴射量／噴射時期の決定にはマップＭ２が参照される。マップＭ２は、第２噴射パターンにおける各噴射Ｆａ１～Ｆａ３の噴射量／噴射時期をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。このマップＭ２による噴射量／噴射時期は、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められている。言い換えると、上記ステップＳ１７では、第２噴射パターンにおける各噴射Ｆａ１～Ｆａ３の噴射量および噴射時期が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値となるように決定される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１８に移行して、インジェクタ１５による噴射圧力が中程度の第２設定値になるように燃圧レギュレータ１７を制御する。第２設定値は、例えば４０～７０ＭＰａ程度に設定される。

次に、上記ステップＳ１５でＮＯと判定された場合、つまりエンジン水温Ｔが第３閾値Ｔ３（１００℃）以上であることが確認された場合の制御について説明する。この場合、判定部１０１は、ステップＳ１９に移行し、インジェクタ１５による燃料の噴射パターンとして、図９（ｃ）に示す第３噴射パターンを選択する。

図９（ｃ）に示すように、第３噴射パターンは、第１早期噴射Ｆａ１、第２早期噴射Ｆａ２、および第３早期噴射Ｆａ３からなる３回の燃料噴射を吸気行程中に実行する噴射パターンであり、上述した第２噴射パターン（図９（ｂ））と類似している。第１早期噴射Ｆａ１は吸気行程の前期に開始され、第２早期噴射Ｆａ２は吸気行程の中期に開始され、第３早期噴射Ｆａ３は吸気行程の後期に開始される。ただし、第２噴射パターンのときに比べると、最初の燃料噴射である第１早期噴射Ｆａ１の開始タイミングが早められるとともに、当該第１早期噴射Ｆａ１の噴射量の割合（分割比）が増やされる。

ここで、上記ステップＳ１５の判定結果がＮＯであるということは、エンジンが第１運転領域Ａ１で運転されかつエンジン水温Ｔが第３閾値Ｔ３以上であることを意味する。当実施形態では、この条件のことを第３リーン燃焼条件と称する。第３リーン燃焼条件は、リーンＳＰＣＣＩ燃焼が実行される条件の中でもエンジン水温が高い部類に属する。上記ステップＳ１９で選択される第３噴射パターン（第３噴射パターン）は、この比較的高温の第３リーン燃焼条件に適した噴射パターンである。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２０に移行して、上記第３噴射パターンにおける各燃料噴射（３回の早期噴射Ｆａ１～Ｆａ３）の噴射量および噴射時期を、エンジンの負荷および回転速度に基づき決定する。この噴射量／噴射時期の決定にはマップＭ３が参照される。マップＭ３は、第３噴射パターンにおける各噴射Ｆａ１～Ｆａ３の噴射量／噴射時期をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。このマップＭ３による噴射量／噴射時期は、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められている。言い換えると、上記ステップＳ２０では、第３噴射パターンにおける各噴射Ｆａ１～Ｆａ３の噴射量および噴射時期が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値となるように決定される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２１に移行して、インジェクタ１５による噴射圧力が比較的低い第３設定値になるように燃圧レギュレータ１７を制御する。第３設定値は、例えば４０ＭＰａ程度に設定される。

以上のようにして燃料の噴射パターン（噴射量／噴射時期）および噴射圧力の設定が終了すると、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２２に移行して、エンジンの負荷および回転速度等に基づき排気絞り弁４２の開度を決定し、決定した開度を目標に排気絞り弁４２を制御する。この排気絞り弁４２の開度の決定に際しては、マップＭ４および補正係数が用いられる。マップＭ４は、排気絞り弁４２の開度をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、補正係数は、マップＭ４により定まる排気絞り弁４２の開度をエンジン水温に応じて補正するための補正係数であり、それぞれ記憶部１０３に予め格納されている。これらマップＭ４および補正係数が用いられることにより、排気絞り弁４２の開度は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値に設定される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２３に移行して、エンジンの負荷および回転速度等に基づき吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（バルブタイミング）を決定し、決定したバルブタイミングを目標に吸・排気ＶＶＴ１３，１４を制御する。このバルブタイミングの決定に際しては、マップＭ５および補正係数が用いられる。マップＭ５は、バルブタイミングをエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、補正係数は、マップＭ５により定まるバルブタイミングをエンジン水温に応じて補正するための補正係数であり、それぞれ記憶部１０３に予め格納されている。これらマップＭ５および補正係数が用いられることにより、バルブタイミングおよびバルブオーバーラップ期間（図３）は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値に設定される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２４に移行して、エンジンの負荷および回転速度等に基づきＥＧＲ弁５３の開度（ＥＧＲ開度）を決定し、決定したＥＧＲ開度を目標にＥＧＲ弁５３を制御する。このＥＧＲ開度の決定に際しては、マップＭ６および補正係数が用いられる。マップＭ６は、ＥＧＲ開度をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、補正係数は、マップＭ６により定まるＥＧＲ開度をエンジン水温に応じて補正するための補正係数であり、それぞれ記憶部１０３に予め格納されている。これらマップＭ６および補正係数が用いられることにより、ＥＧＲ開度は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値に設定される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２５に移行して、先行点火Ｓｂの時期を決定する。先行点火Ｓｂの時期は、先のステップ（上記ステップＳ１３，Ｓ１７，Ｓ２０のいずれか）で決定された燃料噴射の時期に基づいて決定される。例えば、第１または第２リーン燃焼条件の成立時であって第１噴射パターン（図９（ａ））または第２噴射パターン（図９（ｂ））が選択されている場合には、第１早期噴射Ｆａ１と第２早期噴射Ｆａ２との間に位置する所定のクランク角時期が、先行点火Ｓｂの時期として決定される。また、第３リーン燃焼条件の成立時であって第３噴射パターン（図９（ｃ））が選択されている場合には、第３早期噴射Ｆａ３の終了時期から所定のクランク角が経過しかつ主点火Ｓａの直前に相当する時期が、先行点火Ｓｂの時期として決定される。

ここで、先行点火Ｓｂのエネルギーは、混合気の火炎伝播が生じないような比較的小さいエネルギー、詳しくは、火花（アーク）の周囲の混合気が８５０Ｋ以上１１４０Ｋ未満にまで上昇するようなエネルギーに設定される。これは、先行点火Ｓｂにより燃料成分を開裂させて反応性の高い中間生成物を生成し、当該中間生成物を用いて混合気の燃焼速度を速めるためである。すなわち、上記のような温度帯にまで混合気が昇温されると、燃料成分（炭化水素）が開裂して過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）やホルムアルデヒド（ＣＨ_２Ｏ）が生成され、これらの成分からＯＨラジカルが生成される。ＯＨラジカルは、酸化作用が強く反応性が高いので、このようなＯＨラジカルを含む中間生成物が先行点火後の燃焼室６に生成されることにより、混合気の燃焼速度を速めることができ、熱効率を向上させることができる。一方で、先行点火Ｓｂにより上記温度帯に混合気が昇温されても、混合気には実質的に火炎が形成されず、ＳＩ燃焼は開始されない。これに対し、主点火Ｓａのエネルギーは、先行点火Ｓｂのエネルギーよりも十分に大きく設定され、混合気に火炎伝播を生じさせる。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２６に移行して、燃焼室６内の実際のＥＧＲ率と、圧縮上死点の近傍（圧縮上死点もしくはその近傍）での燃焼室６内の温度（筒内温度）とを推定する。上述したように、当実施形態では、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（バルブタイミング）およびＥＧＲ弁５３の開度（ＥＧＲ開度）がマップにより定められるが、マップの設定値通りにバルブタイミングおよびＥＧＲ開度を制御しても、応答遅れなどの種々の要因によってＥＧＲ率は変動し得る。また、ＥＧＲ率の変動は、外気温等の他の要因と併せて、圧縮上死点近傍での筒内温度の変動につながる。そこで、燃焼制御部１０２は、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、および吸気圧センサＳＮ５等の各種センサによる検出値（吸気流量、吸気温、吸気圧等）と、バルブタイミングおよびＥＧＲ開度の各設定値と、予め定められた所定のモデル式とに基づいて、吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ時点）における燃焼室６内の実際のＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）と、当該ＩＶＣの直後に到来する圧縮上死点の近傍における筒内温度とを推定する。上記モデル式は、例えば、吸気流量、吸気温、吸気圧、バルブタイミング、ＥＧＲ開度等の各パラメータの直近の履歴を入力要素とするモデル式であり、応答遅れを反映したＩＶＣ時点での実際の外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率と、圧縮上死点近傍における筒内温度とをそれぞれ推定できるように設定されている。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２７に移行して、上記ステップＳ２６で推定されたＥＧＲ率および筒内温度に基づき主点火Ｓａの時期を決定する。具体的に、燃焼制御部１０２は、予め定められたモデル式を用いて、主点火Ｓａの時期を、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉが実現されるような時期に決定する。モデル式は、推定されたＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）と筒内温度とを含む複数のパラメータを入力要素とするモデル式であり、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させた場合のＳＩ率およびθｃｉが上記目標ＳＩ率および目標θｃｉにできるだけ一致する主点火Ｓａの時期を求め得るように設定されている。このモデル式によれば、主点火Ｓａの時期は、圧縮上死点の近傍の所定のクランク角範囲内において、推定されたＥＧＲ率および筒内温度の組合せにより定まる条件が混合気が着火し易い条件であるほど遅角側の時期に算出され、逆に、混合気が着火し難い条件であるほど進角側の時期に算出される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２８に移行して、インジェクタ１５に燃料を噴射させるとともに、点火プラグ１６に先行点火Ｓｂおよび主点火Ｓａを実行させる。すなわち、燃焼制御部１０２は、上記ステップＳ１２，Ｓ１６，Ｓ１９のいずれかで決定された燃料の噴射パターンに従って燃料が噴射され、かつ同噴射パターンに含まれる複数回の燃料噴射（Ｆａ１～Ｆａ３等）の噴射量／噴射時期が上記ステップＳ１３，Ｓ１７，Ｓ２０のいずれかで決定された噴射量／噴射時期と一致するように、インジェクタ１５を制御する。また、上記ステップＳ２５で決定された時期に先行点火Ｓｂが実行され、かつ上記ステップＳ２７で決定された時期に主点火Ｓａが実行されるように、点火プラグ１６を制御する。

図１０は、上記ステップＳ２２において排気絞り弁４２の開度を決定する際に使用されるマップＭ４の具体例を示す図である。この図１０において矩形の外形線で囲まれた領域は第１運転領域Ａ１を表しており、その内部の数値が排気絞り弁４２の開度（％）を示している。例えば、マップＭ４において、ハッチングされた領域ａ１ｘにより区分けされた３つの白抜きの分割領域ａ１１，ａ１２，ａ１３にそれぞれ「２０」「３０」「５０」の数値（マップ値）が付されているのは、各分割領域ａ１１，ａ１２，ａ１３において排気絞り弁４２の開度が一律に２０％、３０％、５０％に設定されることを表している。一方、各分割領域以外のハッチングの領域ａ１ｘでは、線形補間により排気絞り弁４２の開度が決定される。例えば、ハッチング領域ａ１ｘのうち分割領域ａ１１と分割領域ａ１２との間の位置では、排気絞り弁４２の開度が２０％と３０％との中間値に設定される。

図１０によれば、マップ値「５０」に対応する分割領域ａ１３が最も高負荷側に位置し、マップ値「３０」に対応する分割領域ａ１１が高負荷（分割領域ａ１３）以外の領域における低速側の一部を占め、マップ値「２０」に対応する分割領域ａ１２が高負荷以外の領域における高速側の一部を占めるように、マップＭ４が設定されている。すなわち、マップＭ４に基づく排気絞り弁４２の開度は、低速側の分割領域ａ１１において一律に３０％になり、高速側の分割領域ａ１２において一律に２０％になり、かつ高負荷側の分割領域ａ１３において一律に５０％になるように定められる。言い換えると、第１運転領域Ａ１における排気絞り弁４２の開度は、高負荷側の一部（分割領域ａ１３）を除いて、高速側（分割領域ａ１２）の方が低速側（分割領域ａ１１）よりも低くなるように設定されている。なお、高速側の分割領域ａ１２は本発明における「第１高速分割領域」に相当し、低速側の分割領域ａ１１は本発明における「第１低速分割領域」に相当する。

上記ステップＳ２２で説明したように、排気絞り弁４２の決定にあたっては、上記図１０のマップＭ４だけでなく、エンジン水温Ｔに応じて定まる補正係数が用いられる。すなわち、エンジン負荷／回転速度の条件からマップＭ４を通じて定まるデフォルト値に、エンジン水温Ｔに応じた補正係数を掛けた値が、最終的な排気絞り弁４２の開度として決定される。エンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満であるとき（つまり第１リーン燃焼条件の成立時）の補正係数を第１の補正係数、エンジン水温Ｔが第２閾値Ｔ２以上第３閾値Ｔ３未満であるとき（つまり第２リーン燃焼条件の成立時）の補正係数を第２の補正係数、エンジン水温Ｔが第３閾値Ｔ３以上であるとき（つまり第３リーン燃焼条件の成立時）の補正係数を第３の補正係数と定義すると、第１の補正係数は一律に１に設定され、第３の補正係数は１より大きい値に設定され、第２の補正係数は第１および第３の補正係数の中間値であってエンジン水温Ｔに比例して増大する値に設定される。第３の補正係数は、デフォルトのマップ値（例えば２０，３０，５０）をそれぞれ１００まで上昇させるような値に設定される。なお、第１の補正係数が１であることから、Ｔ１～Ｔ２の温度範囲では、図１０に規定されるマップ値がそのまま排気絞り弁４２の開度として採用されることになる。

上記のような補正係数が適用されることで、第１運転領域Ａ１における排気絞り弁４２の開度は、エンジン水温Ｔに応じて図１１に示すような傾向で変化する。この図１１のグラフにおいて、符号Ｐ１～Ｐ４を付した線図は、図１０（マップＭ４）上の運転ポイントＰ１～Ｐ４における排気絞り弁４２の開度とエンジン水温Ｔとの関係を示している。なお、運転ポイントＰ１，Ｐ２は、同一のマップ値（３０）に対応する分割領域ａ１１に属するので、両ポイントＰ１，Ｐ２の排気絞り弁４２の開度は互いに同一である。運転ポイントＰ１，Ｐ２での排気絞り弁４２の開度が同一の線図として図示されているのはこのためである。

図１１に示すように、運転ポイントＰ１～Ｐ４のいずれにおいても、排気絞り弁４２の開度は、Ｔ１～Ｔ２（７０～８０℃）の温度範囲で最も低い値に設定され、Ｔ３（１００℃）以上の温度範囲で１００％に設定され、かつＴ２～Ｔ３（８０～１００℃）の温度範囲でエンジン水温Ｔに比例して高くなるように設定される。

具体的に、第１運転領域Ａ１の中で最も負荷および回転速度が低い運転ポイントＰ１と、Ｐ１に次いで負荷および回転速度が低い運転ポイントＰ２とでは、排気絞り弁４２の開度が、Ｔ１～Ｔ２の温度範囲で３０％、Ｔ２～Ｔ３の温度範囲で３０～１００％、Ｔ３以上の温度範囲で１００％に設定される。高速側の運転ポイントＰ３における排気絞り弁４２の開度は、Ｔ１～Ｔ２の温度範囲で２０％、Ｔ２～Ｔ３の温度範囲で２０～１００％、Ｔ３以上の温度範囲で１００％に設定される。高負荷側の運転ポイントＰ４における排気絞り弁４２の開度は、Ｔ１～Ｔ２の温度範囲で５０％、Ｔ２～Ｔ３の温度範囲で５０～１００％、Ｔ３以上の温度範囲で１００％に設定される。

ここで、運転ポイントＰ１～Ｐ４における排気絞り弁４２の開度の設定値に関して、Ｔ１～Ｔ２での開度を第１開度、Ｔ２～Ｔ３での開度を第２開度、Ｔ３以上での開度を第３開度と定義する。これらの用語を用いて言い換えると、当実施形態では、第１開度および第３開度がエンジン水温Ｔに拠らず一定となり、第３開度が第１開度よりも高くなり、かつ第２開度が第１開度と第３開度との間でエンジン水温Ｔに比例して高くなるように、排気絞り弁４２が制御される。

図１２は、上記ステップＳ２３において吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（バルブタイミング）を決定する際に使用されるマップＭ５の具体例を示す図である。この図１２において矩形の外形線で囲まれた領域は第１運転領域Ａ１を表しており、その内部の数値がバルブオーバーラップ期間（°ＣＡ）を示している。例えば、マップＭ５において、ハッチングされた領域ａ２ｘにより区分けされた６つの白抜きの分割領域ａ２１，ａ２２，ａ２３，ａ２４，ａ２５，ａ２６にそれぞれ「４５」「６５」「７０」「５０」「４３」「３８」の数値（マップ値）が付されているのは、各分割領域ａ２１，ａ２２，ａ２３，ａ２４，ａ２５，ａ２６においてバルブオーバーラップ期間が一律に４５°ＣＡ、６５°ＣＡ、７０°ＣＡ、５０°ＣＡ、４３°ＣＡ、３８°ＣＡに設定されることを表している。なお、マップＭ５は、実際には、吸気弁１１の開時期／閉時期と、排気弁１２の開時期／閉時期とを定めるものであるが、図１２では便宜上、各タイミングを代表した値としてバルブオーバーラップ期間を示している。各分割領域以外のハッチングの領域ａ２ｘでは、線形補間によりバルブオーバーラップ期間が決定される。例えば、ハッチング領域ａ２ｘのうち分割領域ａ２２と分割領域ａ２３との間の位置では、バルブオーバーラップ期間が６５°ＣＡと７０°ＣＡとの中間値に設定される。

図１２によれば、マップ値「５０」「４３」「３８」に対応する各分割領域ａ２４，ａ２５，ａ２６が最も高負荷側に位置し、マップ値「４５」「６５」に対応する各分割領域ａ２１，ａ２２が高負荷（分割領域ａ２４，ａ２５，ａ２６）以外の領域における低速側の一部を占め、かつマップ値「７０」に対応する分割領域ａ２３が高負荷以外の領域における高速側の一部を占めるように、マップＭ５が設定されている。すなわち、マップＭ５に基づくバルブオーバーラップ期間は、低速側の分割領域ａ２１，ａ２２において一律に４５°ＣＡ、６５°ＣＡになり、高速側の分割領域ａ２３において一律に７０°ＣＡになり、かつ高負荷側の分割領域ａ２４，ａ２５，ａ２６において一律に５０°ＣＡ、４３°ＣＡ、３８°ＣＡになるように定められる。ここで、分割領域ａ２１，ａ２２を包含しかつ他の分割領域と重ならない破線の領域を分割領域ａ２０とする。この分割領域ａ２０におけるバルブオーバーラップ期間は４５°ＣＡ以上６５°ＣＡ以下の値であり、高速側の分割領域ａ２３でのバルブオーバーラップ期間（７０°ＣＡ）よりも短い。言い換えると、第１運転領域Ａ１におけるバルブオーバーラップ期間は、高負荷側の一部を除いて、高速側（分割領域ａ２３）の方が低速側（分割領域ａ２０）よりも長くなるように設定されている。なお、高速側の分割領域ａ２３は本発明における「第２高速分割領域」に相当し、低速側の分割領域ａ２０は本発明における「第２低速分割領域」に相当する。

上記ステップＳ２３で説明したように、バルブオーバーラップ期間の決定にあたっては、上記図１２のマップＭ５だけでなく、エンジン水温Ｔに応じて定まる補正係数が用いられる。すなわち、エンジン負荷／回転速度の条件からマップＭ５を通じて定まるデフォルト値に、エンジン水温Ｔに応じた補正係数を掛けた値が、最終的なバルブオーバーラップ期間として決定される。この補正係数の傾向は、Ｔ１～Ｔ２の温度範囲で１になり、Ｔ３以上の温度範囲で１より大きくなり、Ｔ２～Ｔ３の温度範囲でその中間値をとるという意味において、上述した排気絞り弁４２用の補正係数の傾向と類似している。ただし、ここでの補正係数（バルブオーバーラップ期間用の補正係数）は、高速側の分割領域ａ２３に規定されるデフォルト値（７０）に対しては常に１に設定される。これは、吸・排気ＶＶＴ１３，１４の機構上、バルブオーバーラップ期間は７０°ＣＡが限界だからである。

上記のような補正係数が適用されることで、第１運転領域Ａ１におけるバルブオーバーラップ期間は、エンジン水温Ｔに応じて図１３に示すような傾向で変化する。この図１３のグラフにおいて、符号Ｐ１～Ｐ４を付した線図は、図１２（マップＭ５）上の運転ポイントＰ１～Ｐ４におけるバルブオーバーラップ期間とエンジン水温Ｔとの関係を示している。この図１３に示すように、運転ポイントＰ３を除く３つの運転ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ４において、バルブオーバーラップ期間は、Ｔ１～Ｔ２（７０～８０℃）の温度範囲で最も低い値に設定され、Ｔ３（１００℃）以上の温度範囲で最も高い値に設定され、Ｔ２～Ｔ３（８０～１００℃）の温度範囲でエンジン水温Ｔに比例して高くなるように設定される。

具体的に、第１運転領域Ａ１の中で最も負荷および回転速度が低い運転ポイントＰ１におけるバルブオーバーラップ期間は、Ｔ１～Ｔ２の温度範囲で４５°ＣＡ、Ｔ２～Ｔ３の温度範囲で４５～５５°ＣＡ、Ｔ３以上の温度範囲で５５°ＣＡに設定される。Ｐ１に次いで負荷および回転速度が低い運転ポイントＰ２におけるバルブオーバーラップ期間は、Ｔ１～Ｔ２の温度範囲で６５°ＣＡ、Ｔ２～Ｔ３の温度範囲で６５～７０°ＣＡ、Ｔ３以上の温度範囲で７０°ＣＡに設定される。最も負荷の高い運転ポイントＰ４におけるバルブオーバーラップ期間は、Ｔ１～Ｔ２の温度範囲で４３°ＣＡ、Ｔ２～Ｔ３の温度範囲で４３～５５°ＣＡ、Ｔ３以上の温度範囲で５５°ＣＡに設定される。一方、高速側の運転ポイントＰ３におけるバルブオーバーラップ期間は、エンジン水温Ｔに拠らず一律に７０°ＣＡに設定される。

ここで、運転ポイントＰ３を除く３つの運転ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ４でのバルブオーバーラップ期間の設定値に関して、Ｔ１～Ｔ２でのオーバーラップ期間を第１期間、Ｔ２～Ｔ３でのオーバーラップ期間を第２期間、Ｔ３以上でのオーバーラップ期間を第３期間と定義する。これらの用語を用いて言い換えると、当実施形態では、第１期間および第３期間がエンジン水温Ｔに拠らず一定となり、第３期間が第１期間よりも長くなり、かつ第２期間が第１期間と第３期間との間でエンジン水温Ｔに比例して長くなるように、吸・排気ＶＶＴ１３，１４が制御される。

（５）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、エンジン負荷が低い第１運転領域Ａ１でエンジンが運転されているときに、所定量以上（図１２のマップ値以上）のバルブオーバーラップ期間が形成されるように吸・排気ＶＶＴ１３，１４が制御されるとともに、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比よりも大きくなるＡ／Ｆリーン環境下で混合気がＳＰＣＣＩ燃焼するように、インジェクタ１５および点火プラグ１６等の各部が制御される。また、当該第１運転領域Ａ１における排気絞り弁４２の開度は、エンジン水温Ｔが低いときの開度の方がエンジン水温Ｔが高いときの開度よりも低くなるように調整される。より詳しくは、エンジン負荷／回転速度の条件を固定しつつエンジン水温Ｔを変化させた場合に、排気絞り弁４２の開度は、第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満（７０～８０℃）の温度範囲において最も低い値をとり、第２閾値Ｔ２以上第３閾値Ｔ３未満（８０～１００℃）の温度範囲においてエンジン水温Ｔに比例して高くなり、第３閾値以上（１００℃～）の温度範囲において最も高い値（１００％）をとるように調整される。このような構成によれば、空燃比のリーン化による燃費性能の向上と燃焼安定性の確保とを両立できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、エンジン水温Ｔが相対的に低くかつエンジン負荷が低い状況でＡ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼を行う際に、所定量以上のバルブオーバーラップ期間を形成しつつ排気絞り弁４２の開度を低下させる制御が実行されるので、当該排気絞り弁４２の開度低下による排気流通抵抗の増大により、バルブオーバーラップ期間中に排気ポート１０から燃焼室６に引き戻される排気ガスである内部ＥＧＲガスの割合（内部ＥＧＲ率）を十分に増やすことができる。これにより、混合気が着火する前の燃焼室６内の温度（筒内温度）が上昇するので、エンジン水温Ｔが低くしかもＡ／Ｆリーンな環境でありながら混合気が着火し易い環境を燃焼室６につくり出すことができ、混合気の燃焼安定性を向上させることができる。排気絞り弁４２の開度低下は排気流通抵抗の増大（ひいてはポンピングロスの増大）につながるので、燃費の面では本来不利であるが、内部ＥＧＲ率の増大による燃焼安定性の向上が、空燃比のリーン化による効果（燃焼温度の低下やポンピングロスの低下）と組み合わさることにより、排気流通抵抗の増大による燃費悪化代を差し引いても余りある燃費向上効果を得ることができる。これにより、例えば燃焼室６内の空燃比が理論空燃比の近傍とされるストイキ環境下で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させた場合と比べて、実質的な燃費性能を向上させることができる。言い換えると、第１運転領域Ａ１においてＡ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼が許可される下限温度である第１閾値Ｔ１（上記実施形態では７０℃）は、排気絞り弁４２の開度低下によるマイナス面を差し引いても実質的な燃費向上効果が得られるような温度に設定される。

一方、エンジン水温Ｔが相対的に高くかつエンジン負荷が低い状況でＡ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼を行う際には、排気絞り弁４２の開度が高められるので、エンジン水温Ｔが高く混合気の着火性が改善された状況下で無用に排気通路４０が絞られるのを回避でき、燃焼安定性を担保しながら排気流通抵抗を減少させることができる。これにより、暖機が進行したときのポンピングロスが十分に低下するので、燃費性能をより効果的に向上させることができる。

特に、上記実施形態において、排気絞り弁４２の開度は、エンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満であるときに最も低くされ、エンジン水温Ｔが第２閾値Ｔ２以上第３閾値Ｔ３未満の範囲で上昇するにつれて徐々に高くされ、エンジン水温Ｔが第３閾値Ｔ３以上であるときに最も高くされるので、混合気の着火性を左右するエンジン水温Ｔの高低（暖機の進行度合い）に応じて内部ＥＧＲガスの量を適切に調整することができる。すなわち、上記のような排気絞り弁４２の開度設定により、着火性が低下する低温条件のときに内部ＥＧＲ率を最も高くし、温度上昇により着火性が改善するのに従って内部ＥＧＲ率を徐々に低くし、着火性が良好な高温条件のときに内部ＥＧＲ率を最も低くすることができる。これにより、温度条件（着火性）の高低に合わせた適切な量の内部ＥＧＲガスを燃焼室６に導入されるので、幅広い温度範囲において燃焼安定性を良好に確保することができる。また、エンジン水温Ｔが高くなるほど（着火性が良好になるほど）排気絞り弁４２の開度が高くされるので、排気流通抵抗（ポンピングロス）を可及的に低減して燃費性能を向上させることができる。

また、上記実施形態では、図１０に示したように、着火性が比較的良好になると考えられる第１運転領域Ａ１の高負荷側の一部を除いて、排気絞り弁４２の開度がエンジン回転速度の高低に応じて変更される、つまり、第１運転領域Ａ１の高速側（分割領域ａ１２）での排気絞り弁４２の開度の方が、第１運転領域Ａ１の低速側（分割領域ａ１１）での排気絞り弁４２の開度よりも低くされるので、エンジン回転速度に拠らず十分な内部ＥＧＲ率を確保して燃焼安定性を向上させることができる。例えば、単位時間あたりのクランク角の進行速度が速い第１運転領域Ａ１の高速側では、バルブオーバーラップ期間に相当する実時間が短くなるため、仮にエンジン回転速度に拠らず排気絞り弁４２の開度を一定にした場合には、第１運転領域Ａ１の高速側で十分な内部ＥＧＲ率が得られず、燃焼安定性を有意に改善できないおそれがある。これに対し、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１の高速側（分割領域ａ１２）において排気絞り弁４２の開度が相対的に低くされるので、バルブオーバーラップ期間に相当する実時間が短い条件でも十分な内部ＥＧＲガスを確保することができ、高速側での燃焼安定性が低下する上記のような事態を回避することができる。

また、上記実施形態では、図１２に示したように、第１運転領域Ａ１における高負荷側の一部を除いて、バルブオーバーラップ期間がエンジン回転速度の高低に応じて変更される、つまり、第１運転領域Ａ１の高速側（分割領域ａ２３）でのバルブオーバーラップ期間の方が、第１運転領域Ａ１の低速側（分割領域ａ２０）でのバルブオーバーラップ期間よりも長くされるので、内部ＥＧＲ率の確保に不利な高速側においてバルブオーバーラップ期間を拡大することにより、エンジン回転速度に拠らず十分な内部ＥＧＲ率を確保して燃焼安定性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、エンジンが第１運転領域Ａ１で運転されかつエンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満（７０～８０℃）である場合に、吸気行程中の早期噴射Ｆａに加えて圧縮行程後半のリタード噴射Ｆｂが実行されるので、点火プラグ１６周りの混合気が相対的にリッチになるように成層化された混合気を燃焼室６に形成することができ、点火プラグ１６の火花点火に伴う火炎伝播の発生（ＳＩ燃焼）を促進してＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。このことは、上述した排気絞り弁４２の開度低下（それによる内部ＥＧＲ率の増大）による効果と相俟って、第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満という比較的低温な環境下での燃焼安定性をさらに向上させるので、空燃比のリーン化による燃費性能の向上と燃焼安定性の確保とを高次元に両立することができる。

また、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１での運転時に、火炎が発生しない程度の小さなエネルギーの火花を発生させる先行点火Ｓｂが主点火Ｓａよりも前に実行されるので、当該先行点火Ｓｂにより燃料を改質してＯＨラジカルを含む反応性の高い中間生成物を燃焼室６に生成することができる。これにより、混合気の着火性および燃焼速度が速まるので、燃費性能および燃焼安定性をさらに向上させることができる。

なお、上記実施形態では、エンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１以上第３閾値Ｔ３未満（７０～１００℃）のときは先行点火Ｓｂの時期が吸気行程中（ここでは第１早期噴射Ｆａ１と第２早期噴射Ｆａ２との間）に設定される一方で、エンジン水温Ｔが第３閾値Ｔ（１００℃）以上にまで上昇すると先行点火Ｓｂの時期が主点火Ｓａの直前（圧縮行程の後半）まで大幅にリタードされる（図９（ｃ））。これは、エンジン水温Ｔが第３閾値Ｔ３以上にまで上昇すれば良好な燃焼安定性が確保され易く、燃料を改質する必要性が低いからである。むしろ、第３閾値Ｔ３以上の温度範囲では、先行点火Ｓｂから主点火Ｓａまでの期間が非常に短くされることで、火花の発生期間を延長したような効果が得られる結果、燃料の改質作用が少なくても十分な燃焼安定性を確保することができる。

（６）変形例
上記実施形態では、第１運転領域Ａ１における排気絞り弁４２の開度を、第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満（７０～８０℃）の温度範囲において最も低い値に設定し、第２閾値Ｔ２以上第３閾値Ｔ３未満（８０～１００℃）の温度範囲においてエンジン水温Ｔに比例して高くなるように設定し、第３閾値以上（１００℃～）の温度範囲において最も高い値（１００％）に設定したが、エンジン水温Ｔが第１閾値Ｔ１から上昇するにつれて正比例的に排気絞り弁４２の開度を高めるようにしてもよいし、エンジン水温Ｔの上昇に応じて２段階以上のステップ状に排気絞り弁４２の開度を高めるようにしてもよい。

上記実施形態では、排気絞り弁４２の開度が最も低い値に設定される第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満（７０～８０℃）の温度範囲において、圧縮行程後半に燃料を噴射するリタード噴射Ｆｂを実行し、第２閾値Ｔ２（８０℃）以上の温度になるとリタード噴射Ｆｂを停止したが、第２閾値Ｔ２よりも高い温度（例えば９０℃程度）までリタード噴射Ｆｂを継続してもよい。また、リタード噴射Ｆｂを実行する温度範囲において、エンジン水温Ｔが上昇するほどリタード噴射Ｆｂによる噴射量を減らすようにしてもよい。

上記実施形態では、第１閾値Ｔ１以上第２閾値Ｔ２未満（７０～８０℃）の温度範囲において、吸気行程中の早期噴射Ｆａ（第１～第３早期噴射Ｆａ１～Ｆａ３）と圧縮行程後半のリタード噴射Ｆｂとを実行したが、早期噴射Ｆａとリタード噴射Ｆｂとの間（例えば圧縮行程前半）に他の燃料噴射を実行することも可能である。同様に、第２リーン燃焼条件および第３リーン燃焼条件の成立時においても、早期噴射Ｆａ以外の他の燃料噴射を圧縮行程前半に実行してもよい。

上記実施形態では、早期噴射Ｆａを３回に分けて実行、つまり第１～第３早期噴射Ｆａ１～Ｆａ３からなる３回の燃料噴射を早期噴射Ｆａとして実行したが、早期噴射Ｆａの回数は３回に限られず、１回または２回に設定してもよいし、あるいは４回以上に設定してもよい。

上記実施形態では、エンジン負荷および回転速度と、水温センサＳＮ２により検出されるエンジン水温（エンジンの冷却水温度）とに基づいて、排気絞り弁４２の開度やバルブオーバーラップ期間等を決定したが、当該決定の基準となる温度パラメータは、エンジンの暖機の進行度合に応じて変化するパラメータであればよく、例えばエンジンオイルの温度（油温）を上記判定の基準として用いてもよい。

上記実施形態では、混合気の一部が点火プラグ１６の点火点からの火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）しかつその他の混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する部分圧縮着火燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼）を実行可能なエンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明が適用され得るエンジンは、混合気の少なくとも一部が予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）するエンジンであればよく、例えば燃焼室内の全ての混合気が予混合圧縮着火燃焼するエンジン（点火プラグによる火花点火が不要なエンジン）にも本発明を適用することが可能である。

６ 燃焼室
１３ 吸気ＶＶＴ（バルブ可変機構）
１４ 排気ＶＶＴ（バルブ可変機構）
１５ インジェクタ
１６ 点火プラグ
３２ スロットル弁（空気量調整部）
４２ 排気絞り弁
１０２ 燃焼制御部
Ａ１ 第１運転領域（低負荷域）
Ｆａ（Ｆａ１～Ｆａ３） 早期噴射
Ｆｂ リタード噴射
Ｓａ 主点火
Ｓｂ 先行点火
ＳＮ２ 水温センサ（温度取得部）
Ｔ１ 第１閾値
Ｔ２ 第２閾値
Ｔ３ 第３閾値
ａ１１ 分割領域（第１低速分割領域）
ａ１２ 分割領域（第１高速分割領域）
ａ２０ 分割領域（第２低速分割領域）
ａ２３ 分割領域（第２高速分割領域）

Claims (5)

1. 燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁と、吸気ポートに接続された吸気通路と、排気ポートに接続された排気通路とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、
   前記燃焼室への空気の導入量を調整する空気量調整部と、
   前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、
   前記排気通路に開閉可能に設けられた排気絞り弁と、
   エンジンの暖機が進行するほど高くなる所定の温度パラメータを取得する温度取得部と、
   エンジン負荷が低い低負荷域において、所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間が形成されるように前記バルブ可変機構を制御するとともに、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記インジェクタ、空気量調整部、および排気絞り弁を制御する燃焼制御部とを備え、
   前記燃焼制御部は、前記低負荷域での運転時に、前記温度取得部により取得される温度パラメータが低いほど前記排気絞り弁の開度を低くし、
   前記低負荷域での運転時における前記温度パラメータが第１閾値以上かつ第２閾値未満であるときの前記排気絞り弁の開度を第１開度、前記温度パラメータが第２閾値以上かつ第３閾値未満であるときの前記排気絞り弁の開度を第２開度、前記温度パラメータが第３閾値以上であるときの前記排気絞り弁の開度を第３開度としたとき、前記燃焼制御部は、前記第１開度および第３開度が前記温度パラメータに拠らず一定となり、前記第３開度が前記第１開度よりも高くなり、かつ前記第２開度が前記第１開度と前記第３開度との間で前記温度パラメータに比例して高くなるように、前記排気絞り弁を制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室に吸気を導入するための吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室から排気ガスを排出するための排気ポートを開閉する排気弁と、吸気ポートに接続された吸気通路と、排気ポートに接続された排気通路とを備え、前記インジェクタから噴射された燃料を空気と混合しつつ自着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、
   前記燃焼室への空気の導入量を調整する空気量調整部と、
   前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ可変機構と、
   前記排気通路に開閉可能に設けられた排気絞り弁と、
   エンジンの暖機が進行するほど高くなる所定の温度パラメータを取得する温度取得部と、
   エンジン負荷が低い低負荷域において、所定量以上の前記バルブオーバーラップ期間が形成されるように前記バルブ可変機構を制御するとともに、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が予混合圧縮着火燃焼するように、前記インジェクタ、空気量調整部、および排気絞り弁を制御する燃焼制御部とを備え、
   前記燃焼制御部は、前記低負荷域での運転時に、前記温度取得部により取得される温度パラメータが低いときの前記排気絞り弁の開度を、前記温度パラメータが高いときの前記排気絞り弁の開度よりも低くし、
   前記低負荷域における低速側の一部を第１低速分割領域、前記低負荷域の一部であって前記第１低速分割領域よりも高速側の領域を第１高速分割領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記温度パラメータが一定の条件下において、前記第１高速分割領域での前記排気絞り弁の開度を、前記第１低速分割領域での前記排気絞り弁の開度よりも低くする、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項１または２に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記低負荷域における低速側の一部を第２低速分割領域、前記低負荷域の一部であって前記第２低速分割領域よりも高速側の領域を第２高速分割領域としたとき、前記燃焼制御部は、前記温度パラメータが一定の条件下において、前記第２高速分割領域での前記バルブオーバーラップ期間が前記第２低速分割領域での前記バルブオーバーラップ期間よりも長くなるように前記バルブ可変機構を制御する、ことを特徴とする予混合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項に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記エンジンは、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグを備え、
   前記燃焼制御部は、前記低負荷域での運転時に、前記混合気の一部が前記点火プラグの点火点からの火炎伝播により燃焼しかつその他の混合気が自着火により燃焼する部分圧縮着火燃焼が行われるように、圧縮上死点の近傍の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、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項４に記載の予混合圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、前記低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが所定値未満である場合に、吸気行程中に燃料を噴射する早期噴射と圧縮行程後半に燃料を噴射するリタード噴射とを前記インジェクタに実行させ、前記低負荷域でエンジンが運転されかつ前記温度パラメータが前記所定値以上である場合に、前記温度パラメータが前記所定値未満であるときに比べて前記早期噴射の噴射量割合が増えかつ前記リタード噴射の噴射量割合が減るように前記インジェクタを制御する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの制御装置。
   

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