JP7379857B2 - エンジンの制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置およびエンジンの制御方法に関する。

車両等に設けられるエンジンでは、出力向上等の要求にこたえるために、気筒に導入される吸気を過給する過給機が吸気通路に設けられることがある。例えば、特許文献１には、電動式の過給機を備えたエンジンが開示されている。このエンジンでは、過給機による過給時に、吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間を形成して掃気性を高め、これにより、多量の空気が気筒に導入されるようにしている。

特開２０１８－１５９２７１号公報

車両等に設けられるエンジンでは、燃費性能を高めること等を目的として気筒の圧縮比を高くすることが求められている。しかしながら、気筒の圧縮比を高くすると、圧縮途中に混合気の温度が過度に高くなって混合気が所望のタイミングよりも早くに着火する過早着火が生じるおそれがある。これに対して、例えば、特許文献１の構成を利用して、吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間を長くすれば、気筒に残留している高温の既燃ガスの多くを気筒外に排出できることで、混合気の温度上昇を抑制できると考えられる。しかしながら、単にバルブオーバーラップ期間を長くしたのでは、排気弁の開弁時期が遅くなってポンピングロスが増大してしまう。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、過早着火を防止しつつ燃費性能を高めることのできるエンジンの制御装置および制御方法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、本発明は、燃焼室を画成する気筒と、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を備えたエンジンの制御装置であって、前記吸気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該吸気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する吸気可変機構と、前記排気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該排気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する排気可変機構と、前記吸気通路に設けられて前記気筒に導入される吸気を過給する過給機と、前記エンジンの冷却水の温度であるエンジン水温を検出するエンジン水温センサと、前記吸気通路を流通する吸気の温度である吸気温を検出する吸気温センサと、前記吸気可変機構、前記排気可変機構および前記過給機を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジン水温センサにより検出されたエンジン水温および前記吸気温センサにより検出された吸気温に基づいて前記燃焼室の壁温を推定し、エンジン負荷が所定の負荷以上の運転領域である過給領域にエンジンの運転ポイントがあるときに、吸気が過給されるように前記過給機を駆動し、前記運転ポイントが、前記過給領域のうちエンジン回転数が所定の基準回転数未満の低速過給領域にあるとき、前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように、前記吸気可変機構と前記排気可変機構とを制御し、前記運転ポイントが、前記過給領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速過給領域にあるときの方が前記低速過給領域にあるときよりも前記排気弁の開弁時期が進角側の時期になるように、前記排気可変機構を制御するとともに、推定した前記燃焼室の壁温が高いほど前記基準回転数を高い値に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する（請求項１）。

この装置によれば、過早着火を防止して混合気を適切に燃焼させつつ、ポンピングロスを低減して燃費性能を高めることができる。

具体的には、エンジン回転数が低いときは圧縮行程中に混合気が高温とされる時間（受熱時間）が長くなることで、混合気が所望のタイミングよりも先に自着火する過早着火が生じやすい。これに対して、本装置では、過給機による過給が行われる過給領域のうちエンジン回転数が低い低速過給領域において、吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるとともに、エンジン回転数が高い高速過給領域のときと比べて排気弁の開弁時期が遅角側の時期とされ且つバルブオーバーラップ期間が長くされる。そのため、低速過給領域において、掃気性を高めて気筒内の高温の既燃ガスをより多く気筒外に排出することができ、気筒内の温度を低く抑えることができる。これより、過早着火の発生を確実に防止して混合気を適切に燃焼させることができる。

一方、エンジン回転数が高く混合気の受熱時間が短いことで過早着火が生じにくい高速過給領域においては、排気弁の開弁時期が早められて排気を早いタイミングから気筒外に排出することができる。そのため、排気を排出するためにピストンが行う仕事量つまりポンピングロスを少なくでき、燃費性能を高めることができる。

前記構成において、前記過給機は、エンジンの出力軸によって回転されて吸気を過給する機械式の過給機である（請求項２）。

この構成によれば、排気通路にタービンが設けられたターボ過給機に比べて、過給機駆動時の排気通路内の圧力を低く抑えて吸気通路と排気通路の圧力差を高くし、これにより掃気性を高めることができる。

前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記運転ポイントが前記高速過給領域にあるとき、エンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を制御する（請求項３）。

この構成によれば、排気可変機構の駆動機会を少なく抑えることができる。また、高速過給領域において、排気弁の開弁時期がエンジン回転数の変化に伴って過度に遅角側の時期に変更されるのを防止できる。

前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記運転ポイントが前記高速過給領域にあるとき、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吸気可変機構と前記排気可変機構とを制御する（請求項４）。

この構成によれば、高速過給領域においても掃気性を確保でき、これにより多量の空気を気筒に導入することが可能になる。

前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記運転ポイントが前記低速過給領域にあるとき、エンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を制御する（請求項５）。

この構成によっても、排気可変機構の駆動機会を少なく抑えることができる。また、低速過給領域において、排気弁の開弁時期がエンジン回転数の変化に伴って過度に進角側の時期に変更されるのを防止できる。

また本発明は、燃焼室を画成する気筒と、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、前記吸気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該吸気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する吸気可変機構と、前記排気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該排気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する排気可変機構と、前記吸気通路に設けられて前記気筒に導入される吸気を過給する過給機と、エンジンの冷却水の温度であるエンジン水温を検出するエンジン水温センサと、前記吸気通路を流通する吸気の温度である吸気温を検出する吸気温センサとを備えたエンジンの制御方法であって、エンジン負荷が所定の負荷以上の運転領域である過給領域にエンジンの運転ポイントがあるときに実施されて、前記過給機を駆動して吸気を過給する過給工程と、前記運転ポイントが前記過給領域のうちエンジン回転数が所定の基準回転数未満の低速過給領域にあるときに実施されて、前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように、前記吸気可変機構と前記排気可変機構とを駆動する第１バルブ駆動工程と、前記運転ポイントが前記過給領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速過給領域にあるときに実施されて、前記運転ポイントが前記低速過給領域にあるときよりも前記排気弁の開弁時期が進角側の時期になるように、前記排気可変機構を駆動する第２バルブ駆動工程と、前記エンジン水温センサにより検出されたエンジン水温および前記吸気温センサにより検出された吸気温に基づいて前記燃焼室の壁温を推定する工程と、推定された前記燃焼室の壁温が高いほど前記基準回転数を高い値に設定する工程とを含む、ことを特徴とするエンジンの制御方法を提供する（請求項６）。

この方法によっても、前記の構成と同様に、過早着火を防止して混合気を適切に燃焼させつつ、ポンピングロスを低減して燃費性能を高めることができる。

前記構成において、好ましくは、前記過給機として、エンジンの出力軸によって回転されて吸気を過給する機械式の過給機を用いる（請求項７）。

この構成によっても、前記の構成と同様に、ターボ過給機に比べて掃気性を高めることができる。

前記構成において、好ましくは、前記第２バルブ駆動工程では、前記基準回転数以上の範囲でエンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を駆動する（請求項８）。

この構成によっても、前記の構成と同様に、排気可変機構の駆動機会を少なく抑えられるとともに、高速過給領域において排気弁の開弁時期が過度に遅角側の時期に変更されるのを防止できる。

前記構成において、好ましくは、前記第２バルブ駆動工程では、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吸気可変機構と前記排気可変機構とを駆動する（請求項９）。

この構成によっても、前記の構成と同様に、高速過給領域においても掃気性を確保して多量の空気を気筒に導入することが可能になる。

前記構成において、好ましくは、前記第１バルブ駆動工程では、前記基準回転数未満の範囲でエンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を駆動する（請求項１０）。

この構成によっても、前記の構成と同様に、吸気可変機構と排気可変機構の駆動機会を少なく抑えられるとともに、低速過給領域において排気弁の開弁時期が過度に進角側の時期に変更されるのを防止できる。

以上説明したように、本発明のエンジンの制御方法および制御装置によれば、過早着火を防止しつつ燃費性能を高めることができる。

本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。 吸気弁および排気弁のバルブリフトを示した図である。 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示したマップ図である。 ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形を示すグラフである。 ＳＰＣＣＩ燃焼時の噴射パターンと熱発生率の波形を示した図である。 エンジン回転数と排気弁の開弁時期との関係を示したグラフである。 エンジン回転数と吸気弁の閉弁時期との関係を示したグラフである。 低速過給ＳＰＣＣＩ領域と高速過給ＳＰＣＣＩ領域の吸気弁および排気弁のバルブリフトを比較して示した図である。 エンジン回転数とバルブオーバーラップ期間との関係を示したグラフである。 過給ＳＰＣＣＩ領域における吸気弁および排気弁の開閉時期の変更手順を示したフローチャートである。 エンジン回転数を増大させたときの各パラメータの時間変化を示した図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明のエンジンの制御方法および制御装置が適用されたエンジンの全体構成を概略的に示したシステム図である。本図に示されるエンジンシステムは、車両に搭載されており、走行用の動力源となるエンジン本体１を備える。本実施形態では、エンジン本体１として、４サイクルのガソリン直噴エンジンが用いられている。エンジンシステムは、エンジン本体１に加えて、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が流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気の一部を吸気通路３０に還流する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にそれぞれ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、典型的には複数の気筒２（例えば、図１の紙面と直交する方向に並ぶ４つの気筒２）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、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に噴射される燃料には、主成分としてガソリンを含有したものが用いられる。この燃料には、ガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分が含まれてもよい。以下、適宜、インジェクタ１５から噴射される燃料の量を単に噴射量という。

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、１３以上３０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の回転数（エンジン回転数）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、シリンダブロック３には、シリンダブロック３に形成されたウォータジャケットを流通してエンジン本体１を冷却するためのエンジン冷却水の温度（以下、適宜、エンジン水温という）を検出するエンジン水温センサＳＮ２が設けられている。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式であり、吸気ポート９、排気ポート１０、吸気弁１１および排気弁１２は、１つの気筒２についてそれぞれ２つずつ設けられている。本実施形態では、１つの気筒２に接続された２つの吸気ポート９のうちの一方に、開閉可能なスワール弁１８が設けられており、気筒２内のスワール流（気筒軸線の回りを旋回する旋回流）の強さが変更されるようになっている。

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の開弁時期ＩＶＯと閉弁時期ＩＶＣとを変更可能な吸気可変機構１３ａ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の開弁時期ＥＶＯと閉弁時期ＥＶＣとを変更可能な排気可変機構１４ａが内蔵されている。吸気可変機構１３ａは、吸気弁１１の開弁期間を一定とした状態で吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯと閉弁時期ＩＶＣとを同時に変更する位相式の可変機構である。同様に排気可変機構１４ａは、排気弁１２の開弁期間を一定とした状態で排気弁１２の開弁時期ＥＶＯと閉弁時期ＥＶＣとを同時に変更する位相式の可変機構である。

本実施形態では、これら吸気可変機構１３ａおよび排気可変機構１４ａの制御により、図２に示すように、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣが吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯよりも遅角側の時期とされて、吸気弁１１および排気弁１２がともに所定の期間開弁するバルブオーバーラップが実現されるようになっている。つまり、吸気弁１１と排気弁１２とが開弁するバルブオーバーラップ期間ＴＯＬが形成されるようになっている。また、吸気可変機構１３ａおよび排気可変機構１４ａの制御により、吸気弁１１と排気弁１２の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間ＴＯＬが変更されるようになっている。

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の混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサＳＮ３が設けられている。

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。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部と対向するように設けられている。なお、図示は省略するが、本実施形態では、ピストン５の冠面に、その中央部を含む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が形成されている。

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。

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（吸気、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（吸気量）を検出するエアフローセンサＳＮ４と、吸気の温度（吸気温）を検出する吸気温センサＳＮ５とが設けられている。エアフローセンサ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との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量を検出する。吸気温センサＳＮ５は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の温度を検出する。

過給機３３は、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７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）であり、クランク軸７によって回転駆動される。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。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、前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。バイパス弁３９は、サージタンク３６に導入される吸気の圧力つまり過給圧を調整するための弁である。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、過給圧は低くなる。

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（排気）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、この順で上流側から内蔵されている。

排気通路４０には、排気の温度（排気温）を検出する排気温センサＳＮ６が設けられている。排気温センサＳＮ６は、排気通路４０のうち触媒コンバータ４１よりも上流側の部分に設けられている。

ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気（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を流通する排気の流量を調整する。

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ＳＮ７が設けられている。

（２）制御系統
図３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、前述したクランク角センサＳＮ１、エンジン水温センサＳＮ２、筒内圧センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、吸気温センサＳＮ５、排気温センサＳＮ６、差圧センサＳＮ７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、エンジン回転数、エンジン水温、筒内圧、吸気量、吸気温、排気温、ＥＧＲ弁５３の前後差圧）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ＳＮ８が設けられており、このアクセルセンサＳＮ８による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。

ＥＣＵ１００は、前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、吸気可変機構１３ａ、排気可変機構１４ａ、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、前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。このＥＣＵ１００は、請求項の「制御手段」に相当する。

（３）基本制御
図４は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた運転モードの相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、４つの運転領域、第１運転領域Ａと第２運転領域Ｂと第３運転領域Ｃと第４運転領域Ｄとに大別される。

第４運転領域Ｄは、エンジン回転数が所定のＳＩ実施回転数Ｎ２以上の領域である。第１運転領域Ａは、エンジン回転数がＳＩ実施回転数Ｎ２未満の領域のうちエンジン負荷が第１負荷Ｔ１未満の領域である。第２運転領域Ｂは、エンジン回転数がＳＩ実施回転数Ｎ２未満の領域のうちエンジン負荷が第１負荷Ｔ１以上第２負荷Ｔ２未満の領域である。第３運転領域Ｃは、エンジン回転数がＳＩ実施回転数Ｎ２未満の領域のうちエンジン負荷が第２負荷Ｔ２以上の領域である。

（３－１）ＳＰＣＣＩ燃焼
第１運転領域Ａ、第２運転領域Ｂおよび第３運転領域Ｃでは、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。なお、ＳＰＣＣＩ燃焼における「ＳＰＣＣＩ」とは、「Ｓｐａｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ」の略である。

ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことである。ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。

図５は、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときのクランク角に対する熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時の熱発生がＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、図４に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室６における圧力変動（つまりｄＰ／ｄθ：Ｐは筒内圧 θはクランク角度）も、ＳＩ燃焼時はＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部（Ｍ１で示した部分）と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生部（Ｍ２で示した部分）とが、この順に連続するように形成される。

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５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５のＸ）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燃焼よりも熱発生が大きいため、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。

（３－２）第１運転領域
第１運転領域Ａでは、燃費性能を高めるために、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも高く（リーンに）されつつＳＰＣＣＩ燃焼が実施される。例えば、第１運転領域Ａにおいて燃焼室６内の空燃比は３０程度とされる。

第１運転領域Ａでは、リーンＳＰＣＣＩ燃焼が実現されるようにエンジンの各部が次のように駆動される。

第１運転領域Ａでは、インジェクタ１５は、燃焼室６内の空燃比が前記のように理論空燃比よりも高くなるような量の燃料を燃焼室６に噴射する。本実施形態では、１サイクル中に燃焼室６に供給すべき燃料のほぼ全量が吸気行程中に燃焼室６に噴射されるように、インジェクタ１５が駆動される。例えば、図６に示すように、第１運転領域Ａでは、吸気行程中に大半の燃料が噴射され（Ｑ１）、圧縮行程中に２回に分けて残りの燃料が噴射される（Ｑ２、Ｑ３）。第１運転領域Ａでは、図５に示すように、点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。なお、混合気を活性化させるために、圧縮上死点付近で実施する点火よりも前に追加で点火を行ってもよい。

第１運転領域Ａでは、スロットル弁３２の開度は全開または全開に近い開度とされる。第１運転領域Ａでは、ＥＧＲ弁５３は全閉とされて、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量がゼロとされる。第１運転領域Ａでは、吸気可変機構１３ａおよび排気可変機構１４ａは、吸気弁１１と排気弁１２を、これら吸気弁１１と排気弁１２とがバルブオーバーラップするように駆動する。第１運転領域Ａでは、スワール弁１８は全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。

第１運転領域Ａでは、過給機３３の駆動は停止される。すなわち、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。

（３－３）第２運転領域および第３運転領域
エンジン負荷が高い領域では、燃焼室６内に供給される燃料の量が多いことで混合気の空燃比をリーンにするのが困難になる。これより、第１運転領域Ａよりもエンジン負荷が高い第２運転領域Ｂおよび第３運転領域Ｃでは、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比近傍としつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。本実施形態では、第２、第３運転領域Ｂ、Ｃにおいて、混合気の空燃比はほぼ理論空燃比とされる。

第２、第３運転領域Ｂ、Ｃでも、スロットル弁３２の開度は全開または全開に近い開度とされる。

第２、第３運転領域Ｂ、Ｃでは、インジェクタ１５は、前記のように空燃比が理論空燃比となるような量の燃料を燃焼室６に噴射する。本実施形態では、１サイクル中に噴射すべき燃料の大半が吸気行程中に噴射され、残りの燃料が圧縮行程中に噴射されるように、インジェクタ１５は駆動される。第２、第３運転領域Ｂ、Ｃでも、点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火し、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）して、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

第２、第３運転領域Ｂ、Ｃでは、燃焼室６で生成されるＮＯｘを低減するべく、ＥＧＲ弁５３が開かれて外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入される。ただし、エンジン負荷が高いときは多量の空気を燃焼室６に導入せねばならないため、外部ＥＧＲガスの燃焼室６への導入量を低減する必要がある。これより、第２、第３運転領域Ｂ、Ｃでは、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量が高負荷側ほど少なくなるようにＥＧＲ弁５３の開度が制御されて、第３運転領域Ｃのエンジン負荷が最大となる領域ではＥＧＲ弁５３は全閉にされる。

第２、第３運転領域Ｂ、Ｃでも、吸気可変機構１３ａおよび排気可変機構１４ａは、吸気弁１１と排気弁１２を、これら吸気弁１１と排気弁１２とがバルブオーバーラップするように駆動する。第３運転領域Ｃにおける吸気可変機構１３ａおよび排気可変機構１４ａの制御の詳細については後述する。

第２、第３運転領域Ｂ、Ｃでは、スワール弁１８は、全閉／全開を除いた適宜の中間開度まで開かれ、その開度は、エンジン負荷が高いほど大きくされる。

第２、第３運転領域Ｂ、Ｃのうち、エンジン負荷が低い側の第２運転領域Ｂでは、過給機３３の駆動は停止される。

一方、エンジン負荷が高い側の第３運転領域Ｃでは、過給機３３は稼働される。すなわち、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。このとき、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（回転数／負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。このように、第３運転領域Ｃでは、過給機３３が稼働されて吸気が過給されつつＳＰＣＣＩ燃焼が実施されるようになっており、以下では、適宜、第３運転領域Ｃを、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃという。また、本実施形態では、この過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ（第３運転領域Ｃ）が、請求項の「過給領域」に相当する。

（３－４）第４運転領域
第４運転領域Ｄでは、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。このＳＩ燃焼の実現のために、第４運転領域Ｄでは、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。点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。第３運転領域Ｃでは、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。第４運転領域Ｄでは、過給機３３は稼働される。スロットル弁３２は全開とされる。ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比近傍となるようにその開度が制御される。第４運転領域Ｄでは、スワール弁１８は全開とされる。

（４）過給ＳＰＣＣＩ領域における吸排気弁の開閉時期制御
過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃで実施される吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期の制御について次に説明する。

前記のように、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃにおいて吸気可変機構１３ａおよび排気可変機構１４ａは、吸気弁１１と排気弁１２とを、これら吸気弁１１と排気弁１２とがバルブオーバーラップするように駆動する。本実施形態では、図２に示すように、吸気弁１１と排気弁１２とが排気上死点（ＴＤＣ）を跨いで所定の期間ともに開弁される。また、排気弁１２は、膨張下死点（ＢＤＣ）よりも進角側の時期で開弁を開始し、吸気弁１１は、吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側の時期で閉弁するように制御される。なお、吸気弁１１の開弁期間および排気弁１２の開弁期間は、１８０°ＣＡ（クランク角）よりも長い期間に設定されている。例えば、これら開弁期間は、ともに２４０°ＣＡ程度とされる。

ただし、本実施形態では、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃのうちエンジン回転数が予め設定された基準回転数Ｎ１未満の低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌと、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈとでは、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣおよび吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間ＴＯＬの長さが異なるようになっている。なお、本実施形態では、前記の低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌが、請求項の「低速過給領域」に相当し、前記の高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈが、請求項の「高速過給領域」に相当する。

本実施形態では、基準回転数Ｎ１は、燃焼室６の壁温に応じて変更されるようになっている。具体的には、燃焼室６の壁温が高いときの方が低いときよりも基準回転数Ｎ１は高い値に設定される。

図７は、エンジン負荷が過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃに含まれる所定の負荷Ｔ３（図４）におけるエンジン回転数と排気弁１２の開弁時期ＥＶＯとの関係を示したグラフである。図８は、前記の負荷Ｔ３におけるエンジン回転数と吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣとの関係を示したグラフである。ここで、前記のように、本実施形態では、吸気弁１１と排気弁１２とはその開弁期間が一定に維持された状態で開閉時期が変更されるようになっており、図７のグラフはエンジン回転数と排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣとの関係も表している。同様に、図８のグラフはエンジン回転数と吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯとの関係も表している。図９は、吸・排気弁１１、１２のバルブリフトのクランク角に対する変化を模式的に示した図である。図９の実線は、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌにおける吸・排気弁１１、１２のバルブリフトの一例、破線は、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈにおける吸・排気弁１１、１２のバルブリフトの一例である。

図７および図９に示すように、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの排気弁１２の開弁時期ＥＶＯ（図９における時期ＥＶＯ＿Ｈ）は、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの排気弁１２の開弁時期ＥＶＯ（図９における時期ＥＶＯ＿Ｌ）に比べて進角側に設定されている。例えば、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが排気下死点前３０°ＣＡ程度とされるのに対して、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは排気下死点前４０°ＣＡ程度とされる。

図７に示すように、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは、エンジン回転数が変化しても一定の時期に維持される。また、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは、エンジン負荷の変化についてもこれに関わらず一定とされ、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの全域で排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは一定の時期とされる。

同様に、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの排気弁１２の開弁時期ＥＶＯも、エンジン回転数が変化しても一定の時期に維持されるとともにエンジン負荷が変化しても一定の時期に維持される。つまり、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの全域で排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは一定の時期とされる。なお、ここでいう一定の時期とは、完全に同じ時期である場合に限らず、４°ＣＡ程度のわずかな差がある場合も含む。

排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが前記のように設定されていることに伴い、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣ（図９における時期ＥＶＣ＿Ｈ）は、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣ（図９における時期ＥＶＣ＿Ｌ）に比べて進角側の時期とされる。また、排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣは、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌ内において一定の時期に維持されるとともに、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈ内において一定の時期に維持される。

図８および図９に示すように、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣ（図９における時期ＩＶＣ＿Ｈ）は、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣ（図９における時期ＩＶＣ＿Ｌ）に比べて遅角側に設定されている。例えば、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが吸気下死点後２０°ＣＡ程度とされるのに対して、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣは吸気下死点後４０°ＣＡ程度とされる。

吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣが前記のように設定されていることに伴い、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈの吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（図９における時期ＩＶＯ＿Ｈ）は、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯ（図９における時期ＩＶＯ＿Ｌ）に比べて遅角側の時期とされる。

吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期が前記のように設定されることで、図９および図１０に示すように、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌのバルブオーバーラップ期間ＴＯＬ（図９におけるＴＯＬ＿Ｌ）は、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈのバルブオーバーラップ期間ＴＯＬ（図９におけるＴＯＬ＿Ｈ）に比べて長い期間となる。例えば、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈのバルブオーバーラップ期間が３０～４０°ＣＡ（クランク角）程度とであるのに対して、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌのバルブオーバーラップ期間は５０～７０°ＣＡ（クランク角）程度とされる。

以上の過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃで実施される吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期の設定手順をまとめると、図１１のフローチャートのようになる。

まず、ステップＳ１にて、ＥＣＵ１００は、各センサＳＮ１～ＳＮ８の検出値を取得する。次に、ステップＳ２にて、ＥＣＵ１００は、基準回転数Ｎ１を設定する。前記のように、基準回転数Ｎ１は燃焼室６の壁温が高いときの方が低いときよりも高い値に設定されるようになっており、ステップＳ２にて、ＥＣＵ１００は、燃焼室６の壁温を推定して推定した壁温に基づいて基準回転数Ｎ１を設定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン水温センサＳＮ２で検出されたエンジン水温と吸気温センサＳＮ５で検出された吸気温とに基づき、これらの温度が高いときの方が低いときよりも燃焼室６の壁温を高い値に推定するとともに、これに伴って基準回転数Ｎ１を高い値に設定する。

次に、ステップＳ３にて、ＥＣＵ１００は、エンジンが過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃで運転されているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、アクセルセンサＳＮ８により検出されたアクセルペダルの開度と、クランク角センサＳＮ１で検出されたエンジン回転数等に基づいて現在のエンジン負荷つまり要求エンジントルク（要求されているエンジントルク）を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、算出したエンジン負荷と、クランク角センサＳＮ１で検出された現在のエンジン回転数とから、現在の運転ポイントが過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ内に含まれるか否かを判定する。

ステップＳ３の判定がＮＯであって、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃでエンジンが運転されていない場合は、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ以外の領域の制御を実施する。ステップＳ８の詳細（過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ以外の領域における吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期の制御の説明）は省略する。

一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであって、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃでエンジンが運転されている場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４にて、ＥＣＵ１００は、過給機３３を駆動する（既に駆動されている場合は駆動状態を維持する）。ステップＳ４の次は、ステップＳ５に進み、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満であるか否かを判定する。

ステップＳ５の判定がＹＥＳであってエンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満であり低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌでエンジンが運転されている場合は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６にて、ＥＣＵ１００は、吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期を、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌ用に設定された開閉時期に設定する。つまり、ＥＣＵ１００は、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯおよび閉弁時期ＥＶＣが遅角側になり、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣが進角側になり、バルブオーバーラップ期間ＴＯＬが長くなるように、吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期を設定する。

一方、ステップＳ５の判定がＮＯであってエンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上であり高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈでエンジンが運転されている場合は、ステップＳ７に進む。ステップＳ７にて、ＥＣＵ１００は、吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期を、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈ用に設定された開閉時期に設定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯおよび閉弁時期ＥＶＣが低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌのときの各時期よりもそれぞれ進角側になり、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯおよび閉弁時期ＩＶＣが低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌのときの各時期よりもそれぞれ遅角側になり、バルブオーバーラップ期間ＴＯＬが低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌのときの期間よりも短くなるように、吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期を設定する。

ここで、前記のステップＳ４は請求項の「過給工程」に相当し、ステップＳ６は請求項の「第１バルブ駆動工程」に相当し、ステップＳ７は請求項の「第２バルブ駆動工程」に相当する。

（５）作用等
図１２は、エンジンを過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃで駆動したときであってエンジン負荷を所定の負荷に維持した状態でエンジン回転数を徐々に増大させたときの各パラメータの時間変化を示した図である。図１２の各グラフは、それぞれ、上から順に、エンジン回転数、過給機３３の駆動状態、バルブオーバーラップ期間、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯ、内部ＥＧＲガス量（燃焼室６に残留する既燃ガスの量）、ポンピングロスのグラフである。なお、図１２に示したポンピングロスは、既燃ガスを燃焼室６から排気通路４０に排出するのに必要なエンジンの仕事量である。また、図１２の鎖線は、比較例である。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満であり、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌに該当する（エンジンの運転ポイントは、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌに含まれる）。一方、時刻ｔ２以降は、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上であり、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈに該当する（エンジンの運転ポイントは、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈに含まれる）。図１２の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における鎖線は、仮に、吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期を高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈ用の開閉時期としたときの各パラメータの変化を示している。一方、図１２の時刻ｔ２以降における鎖線は、仮に、吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期を低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌ用の開閉時期としたときの各パラメータの変化を示している。

前記のように、図１２の各グラフは過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃでエンジンが運転されているときの各パラメータの時間変化を示しており、過給機３３は常に駆動されている。

時刻ｔ１からｔ２までの期間は、エンジンが低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌで運転されていることから、バルブオーバーラップ期間は長くされる。このように過給機３３が駆動された状態でバルブオーバーラップ期間が長くされることで、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、内部ＥＧＲガス量は少なく抑えられる。

具体的には、過給機３３が駆動されて吸気が過給されていることで、吸気通路３０内の圧力は高くなる。吸気通路３０内の圧力が高い状態で吸気弁１１と排気弁１２との双方が長時間にわたって開弁していると、吸気通路３０側から燃焼室６を通って排気通路４０に多量のガスが流れ、掃気性が高められる。これより、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、過給機３３が駆動された状態でバルブオーバーラップ期間が長くされることで内部ＥＧＲガス量が少なく抑えられる。つまり、バルブオーバーラップ期間が高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈ用の短い期間とされる場合（比較例）に比べて内部ＥＧＲガス量は少なく抑えられる。

特に、本実施形態では、過給機３３がクランク軸７によって回転駆動される機械式の過給機であるため、吸気通路３０内の圧力が確実に排気通路４０内の圧力よりも高められて、掃気性が確実に高められる。具体的には、仮に、排気通路４０に設けられたタービンを備えて当該タービンが排気によって回転駆動されることで吸気を過給するターボ過給機を用いた場合には、タービンによってエンジンの背圧つまり排気通路４０内の圧力が高められるため吸気通路３０内の圧力を排気通路４０内の圧力に対して十分に高くできない。これに対して、本実施形態では、排気通路４０内の圧力を高めることなく過給機３３を駆動できるので、吸気通路３０内の圧-力を確実に排気通路４０内の圧力よりも高くすることができる。

ただし、時刻ｔ１からｔ２までの期間は、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌで運転あることから（エンジンの運転ポイントが低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌ内にあることから）、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは遅角側の時期とされる。これにより、時刻ｔ１からｔ２までの期間は、ポンピングロスは大きくなる（悪化する）。具体的には、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈ用の進角側の時期とされる場合（比較例）に比べてポンピングロスは大きくなる。つまり、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯがより遅いタイミングで開弁すると排気弁１２の開弁時期ＥＶＯから排気上死点までの期間が短くなり、この短時間でピストン５が排気を排気通路４０に押し出さねばならなくなる。そのため、ピストン５の仕事量が大きくなり（排気ガスがピストン５を押し下げようとする力が高くなり）、ポンピングロスが大きくなる。

なお、エンジン回転数が大きいほど、１クランク角あたりの時間が短くなることで、バルブオーバーラップ期間（クランク角）が同じであってもこの期間の時間は短くなる。同様に、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが同じであっても、エンジン回転数が大きいほど排気弁１２が開弁している時間は短くなる。そのため、図１２に示すように、時刻ｔ１から時間が経過してエンジン回転数が大きくなるほど内部ＥＧＲガス量およびポンピングロスは大きくなる。

時刻ｔ２以降は、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈであることから（エンジンの運転ポイントが高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈ内にあることから）、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯは進角側の時期とされる。排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが進角側の時期にされると、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯから上死点までの時間は長くなる。これにより、時刻ｔ２以降は、ポンピングロスが小さくなる。具体的には、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌ用の遅角側の時期とされる場合（比較例）に比べてポンピングロスは小さくなる。

一方、時刻ｔ２以降は、バルブオーバーラップ期間が短くなることで内部ＥＧＲガス量は多くなる。具体的には、バルブオーバーラップ期間が低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌ用の長い期間とされる場合（比較例）に比べて内部ＥＧＲガス量は多くなる。ただし、時刻ｔ２以降においても、バルブオーバーラップが実施されることで、掃気性はある程度確保されるため内部ＥＧＲガス量が過大になるのは回避される。

なお、時刻ｔ２以降も、前記と同様に、エンジン回転数が大きくなるほど内部ＥＧＲガス量およびポンピングロスは大きくなる。

以上のように、本実施形態では、過給機３３による過給が行われる過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃのうちエンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満の低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌでエンジンが運転されているときは、バルブオーバーラップが実施されて吸気弁１１と排気弁１２の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるとともに、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈでエンジンが運転されているときよりも排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが遅角側とされてバルブオーバーラップ期間がより長くされる。そして、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃのうちエンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈでエンジンが運転されているときは、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌでエンジンが運転されているときよりも排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが進角側とされる。

これより、過早着火を防止して混合気を適切に燃焼させつつ、ポンピングロスを低減して燃費性能を高めることができる。

具体的には、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃのように、燃焼室６により多くの空気量を導入するべく過給機３３を駆動させる領域であってエンジン負荷が高い領域では、燃焼室６で生成される燃焼エネルギーが高いことで燃焼室６の温度が高くなりやすい。そのため、この領域では、混合気の温度が圧縮途中で過度に高くなるおそれがある。混合気の温度が過度に高くなると、所望のタイミングよりも早いタイミングで混合気が自着火する過早着火が生じるおそれがある。ここで、混合気は、高温状態とされる時間つまり受熱時間が長いほど自着火しやすく、エンジン回転数が低く圧縮が開始されてから前記の所望のタイミング（本実施形態では、点火時期）に到達するまでの時間が長いほど、過早着火は生じやすい。また、高温の既燃ガスである内部ＥＧＲガス量が多いほど、混合気の温度は高くなりやすく過早着火が生じやすくなる。

これに対して、本実施形態では、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃのうちエンジン回転数が低く、これにより、過早着火が生じやすい低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌにおいて、前記のようにバルブオーバーラップ期間が長くされる。そのため、燃焼室６内に残留している既燃ガスが十分に掃気されて内部ＥＧＲ量が少なくされる。そのため、過早着火を確実に防止することができる。なお、前記のように、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌでは排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが遅角側とされることで、掃気されるべき既燃ガスの量が多くなるのでポンピングロスは大きくなる。しかしながら、過早着火を防止して混合気を適切に燃焼させることができるため、圧縮比を増大させることや適切なＳＰＣＣＩ燃焼を実現させることが可能になる。従って、ポンピングロスの影響を上回る熱効率の向上により燃費性能を高めることが可能となる。

そして、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃのうちエンジン回転数が高く、これにより、過早着火が生じにくい高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈにおいては、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが進角側とされてポンピングロスが低減されるとともに、排気効率が高められて燃焼室６内に残留する既燃ガスを少なくすることができる。そのため、燃焼安定性を高めることが可能となり、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ全体において、過早着火を生じさせることなく燃費性能を高めることができる。

また、前記のように燃焼室６の温度が高い方が過早着火は生じやすく、過早着火が生じるおそれのある領域の上限のエンジン回転数は高くなる。これに対して、本実施形態では、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌの上限のエンジン回転数である基準回転数Ｎ１が、燃焼室６の温度が高いときの方が低いときよりも大きい値とされる。そのため、燃焼室６の温度が高いときと低いときの双方において、過早着火を生じさせることなく燃費性能を高めることができる。

また、本実施形態では、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈにおいてもバルブオーバーラップを実施している。そのため、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈにおいて、既燃ガスを十分に掃気して燃焼室６に導入される新気量を確保することができる。

また、本実施形態では、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈにおいて排気弁１２の開弁時期ＥＶＯを低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌよりも進角側の時期にしているが、高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈ内においてはエンジン回転数に関わらず一定の時期に維持している。そのため、排気可変機構１４ａが排気弁１２の開弁時期ＥＶＯを変更する機会を少なく抑えることができる。また、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが過度に進角側となるのを防止してエンジントルクを確保することができる。つまり、膨張行程の過度に早いタイミングで排気弁１２が開弁するのを防止できるので、燃焼エネルギーを適切にピストン５に付与することができエンジントルクを確保できる。

また、本実施形態では、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌにおいて排気弁１２の開弁時期ＥＶＯを高速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｈよりも遅角側の時期にしているが、低速過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃ＿Ｌ内においてはエンジン回転数に関わらず一定の時期に維持している。そのため、排気可変機構１４ａが排気弁１２の開弁時期ＥＶＯを変更する機会をさらに少なく抑えることができる。また、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが過度に遅角側の時期になるのを回避して、ポンピングロスの増大を抑制することができる。

（６）変形例
前記実施形態では、過給機３３としてクランク軸７によって回転駆動される機械式の過給機を用いた場合を説明したが、過給機３３の具体的な構成はこれに限らない。ただし、前記のように、過給機３３として機械式の過給機を用いれば、ターボ過給機を用いる場合に比べて吸気通路３０内の圧力を確実に排気通路４０内の圧力よりも高くすることができるので、掃気性をより確実に高くし、これにより、過早着火をより確実に防止できる。

前記実施形態では、過給機３３による過給を実施し且つエンジン回転数が低い側の方が高い側よりもバルブオーバーラップ期間を長くし且つ排気弁１２の開弁時期ＥＶＯを遅角側の時期にする（エンジン回転数が高い側の方が低い側よりも排気弁１２の開弁時期ＥＶＯを進角側の時期にする）制御を実行する領域においてＳＰＣＣＩ燃焼を実施する場合について説明したが、前記の制御が実行される領域で実施される燃焼形態はＳＰＣＣＩ燃焼に限らずＳＩ燃焼やＣＩ燃焼であってもよい。また、前記の制御を、エンジンの全運転領域のうちのエンジン負荷が第２負荷Ｔ２以上の領域全体で行ってもよい。つまり、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃと第４運転領域Ｄのうちの第２負荷Ｔ２以上の領域で前記制御を実施し、これらの領域のうち基準回転数Ｎ１未満の領域と基準回転数Ｎ１以上の領域とで、排気弁１２の開弁時期ＥＶＯが互いに異なるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、過給ＳＰＣＣＩ領域Ｃにおいて吸気弁１１と排気弁１２とを排気上死点を跨いで所定期間開弁させる場合について説明したが、吸気弁１１と排気弁１２とを、排気上死点よりも前でのみつまり排気行程でのみこれらがともに開弁するように駆動してもよい。また、吸気弁１１と排気弁１２とを、排気上死点よりも後でのみつまり吸気行程でのみこれらがともに開弁するように駆動してもよい。ただし、燃焼室６の容積は排気上死点で最も小さくなるため、この状態で吸気通路３０から排気通路４０に向けてガスが流動すれば、より効果的に燃焼室６内の既燃ガスを排気通路４０に排出することができる。

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 燃焼室
９ 吸気ポート
１０ 排気ポート
１１ 吸気弁
１２ 排気弁
１３ａ 吸気可変機構
１４ａ 排気可変機構
３０ 吸気通路
３３ 過給機
４０ 排気通路
１００ ＥＣＵ（制御手段）
Ｃ 過給ＳＰＣＣＩ領域（過給領域）
Ｃ＿Ｈ 高速過給ＳＰＣＣＩ領域（高速過給領域）
Ｃ＿Ｌ 低速過給ＳＰＣＣＩ領域（低速過給領域）

Claims (10)

1. 燃焼室を画成する気筒と、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を備えたエンジンの制御装置であって、
   前記吸気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該吸気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する吸気可変機構と、
   前記排気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該排気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する排気可変機構と、
   前記吸気通路に設けられて前記気筒に導入される吸気を過給する過給機と、
   前記エンジンの冷却水の温度であるエンジン水温を検出するエンジン水温センサと、
   前記吸気通路を流通する吸気の温度である吸気温を検出する吸気温センサと、
   前記吸気可変機構、前記排気可変機構および前記過給機を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記エンジン水温センサにより検出されたエンジン水温および前記吸気温センサにより検出された吸気温に基づいて前記燃焼室の壁温を推定し、
   エンジン負荷が所定の負荷以上の運転領域である過給領域にエンジンの運転ポイントがあるときに、吸気が過給されるように前記過給機を駆動し、
   前記運転ポイントが、前記過給領域のうちエンジン回転数が所定の基準回転数未満の低速過給領域にあるとき、前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように、前記吸気可変機構と前記排気可変機構とを制御し、
   前記運転ポイントが、前記過給領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速過給領域にあるときの方が前記低速過給領域にあるときよりも前記排気弁の開弁時期が進角側の時期になるように、前記排気可変機構を制御するとともに、
   推定した前記燃焼室の壁温が高いほど前記基準回転数を高い値に設定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記過給機は、エンジンの出力軸によって回転されて吸気を過給する機械式の過給機である、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御手段は、前記運転ポイントが前記高速過給領域にあるとき、エンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持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項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御手段は、前記運転ポイントが前記高速過給領域にあるとき、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吸気可変機構と前記排気可変機構とを制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御手段は、前記運転ポイントが前記低速過給領域にあるとき、エンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 燃焼室を画成する気筒と、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、前記吸気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該吸気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する吸気可変機構と、前記排気弁の開弁期間を一定に維持した状態で当該排気弁の開弁時期および閉弁時期を変更する排気可変機構と、前記吸気通路に設けられて前記気筒に導入される吸気を過給する過給機と、エンジンの冷却水の温度であるエンジン水温を検出するエンジン水温センサと、前記吸気通路を流通する吸気の温度である吸気温を検出する吸気温センサとを備えたエンジンの制御方法であって、
   エンジン負荷が所定の負荷以上の運転領域である過給領域にエンジンの運転ポイントがあるときに実施されて、前記過給機を駆動して吸気を過給する過給工程と、
   前記運転ポイントが前記過給領域のうちエンジン回転数が所定の基準回転数未満の低速過給領域にあるときに実施されて、前記吸気弁と前記排気弁とが同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように、前記吸気可変機構と前記排気可変機構とを駆動する第１バルブ駆動工程と、
   前記運転ポイントが前記過給領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速過給領域にあるときに実施されて、前記運転ポイントが前記低速過給領域にあるときよりも前記排気弁の開弁時期が進角側の時期になるように、前記排気可変機構を駆動する第２バルブ駆動工程と、
   前記エンジン水温センサにより検出されたエンジン水温および前記吸気温センサにより検出された吸気温に基づいて前記燃焼室の壁温を推定する工程と、
   推定された前記燃焼室の壁温が高いほど前記基準回転数を高い値に設定する工程とを含む、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
7. 請求項６に記載のエンジンの制御方法において、
   前記過給機として、エンジンの出力軸によって回転されて吸気を過給する機械式の過給機を用いる、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
8. 請求項６または７に記載のエンジンの制御方法において、
   前記第２バルブ駆動工程では、前記基準回転数以上の範囲でエンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を駆動する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
9. 請求項６～８のいずれか１項に記載のエンジンの制御方法において、
   前記第２バルブ駆動工程では、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吸気可変機構と前記排気可変機構とを駆動する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
10. 請求項６～９のいずれか１項に記載のエンジンの制御方法において、
    前記第１バルブ駆動工程では、前記基準回転数未満の範囲でエンジン回転数が変化しても前記排気弁の開弁時期が一定に維持されるように前記排気可変機構を駆動する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。

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