JP2014047644A - 火花点火式直噴エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、ＣＩ燃焼領域におけるトルク段差等を解消し、又はかかるトルク段差等を解消するための複雑な制御を省略する。
【解決手段】ＣＩ燃焼領域の高負荷側領域では、着火時期に最も近い燃料噴射の終了時期を、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内になるように設定するとともに、３０ＭＰａ以上の高燃圧で燃料噴射を行う。気筒１８内に導入される全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合を、低負荷側領域よりも高負荷側領域の方で小さくすべく、負荷の増大にともなってＥＧＲガス量を減少させる。ＣＩ燃焼領域からＳＩ燃焼領域への燃焼態様の切り替えに伴って、内部ＥＧＲ導入手段の動作を停止させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、低負荷域では圧縮自己着火燃焼を行う一方、高負荷域では火花点火燃焼を行う火花点火式直噴エンジンに関するものである。

気筒内の混合気を圧縮自己着火（Homogenious Charge Compression Ignition）させる圧縮自己着火燃焼（以下、ＣＩ燃焼ともいう）には、熱効率が高まることで燃費を良くすることができるという利点や、燃焼期間は短いものの激しい燃焼にはならないことから、窒素酸化物の生成が格段に少なくなるという利点がある。このため、従来から、火花点火式のガソリンエンジンにおいても、所定負荷以上の高負荷側の運転領域では、火花点火燃焼（以下、ＳＩ燃焼ともいう）を行う一方、所定負荷よりも低負荷側の運転領域では、ＣＩ燃焼を行うことにより、燃費改善及び排気清浄化を図るようにすることが知られている（例えば、特許文献１）。

また、この種のエンジンでは、燃料噴射量が少ないこと等から気筒内温度が上昇し難い低負荷側領域における着火性を向上させるとともに、ポンピングロスの低減を図るべく、ＣＩ燃焼領域において、高温の内部ＥＧＲガスを気筒内に導入することが知られている。

ここで、内部ＥＧＲガスを気筒内に導入する技術としては、所定の運転領域において、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングとを変更することにより、既燃ガスを燃焼室に残留させるもの（所謂ネガティブオーバラップ）が知られている。しかしながら、ネガティブオーバラップによって、既燃ガスを気筒内に残留させた場合には、既燃ガスの熱がシリンダ等に奪われることや当該既燃ガスが再膨張すること等により、既燃ガスの温度が下がってしまうという問題や、既燃ガスを再圧縮する際にポンピングロスが生じるという問題がある。

このような問題を解決する技術として、例えば特許文献２には、排気工程で排気弁をリフトさせて（開いて）既燃ガスを一旦排気ポートに追い出した後、吸気行程で排気弁を再リフト（所謂排気二度開き）させて、既燃ガスを高温のまま気筒内に導入することにより、ＣＩ燃焼領域における着火性の向上を図るものが開示されている。

特開２００７−１５４８５９号公報 特開２０１１−２１４４７９号公報

ところで、燃料噴射量はエンジン負荷の増大に伴って増大し、吸気量は燃料噴射量の増大に伴って増大するところ、例えば、排気弁のリフト量や開閉時期を変更可能な可変機構を備えていないエンジンでは、吸気行程で排気弁を再リフトさせる排気二度開きを継続すると、所定以上の負荷に対応する量の新気を気筒内に吸入することが困難になることから、所定以上の負荷となる前に排気二度開きを停止する必要がある。

ここで、ＣＩ燃焼領域とＳＩ燃焼領域（スロットル弁全開領域を除く）とからなる全領域を、負荷の低い低負荷領域と、これよりも負荷の高い中負荷領域と、さらに負荷の高い高負荷領域とに分けた場合、ＣＩ燃焼領域が低負荷領域に設定されているのであれば、かかる低負荷領域においては気筒内温度がそれ程高温に達していないことから、排気二度開き（吸気二度開きを含む）を行って高温の内部ＥＧＲガスを気筒内に導入することにより、着火性が向上させてエンジンの燃焼を安定化させることが可能となる。

他方、ＣＩ燃焼は燃費を良くすることが可能な燃焼形態であることから、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大することは好ましいが、ＣＩ燃焼領域を、上記低負荷領域を超えて、上記中負荷領域ないし上記高負荷領域へ拡大すると、これらの領域においては気筒内温度が高いことから、ＣＩ燃焼が急峻な圧力上昇（ｄＰ／ｄｔ）を伴う燃焼となってしまい、燃焼騒音を増大させるおそれがある。そうして、排気二度開きを行った場合には、高温の内部ＥＧＲガスが気筒内に導入されるので、ＣＩ燃焼がより急峻な圧力上昇を伴う燃焼となり、燃焼騒音をより一層増大させるおそれがある。

そこで、燃費改善を図りつつ急峻な圧力上昇を抑えるために、ＣＩ燃焼領域を上記中負荷領域まで拡大するものの、排気二度開きを行う領域をＣＩ燃焼領域における中間負荷まで（全領域における低負荷領域内）に制限し、かかる中間負荷を超える領域においては、温度が内部ＥＧＲ以下の外部ＥＧＲガスを気筒内に導入することが考えられる。

しかしながら、同一燃焼形態の領域において、換言すると、同じＣＩ燃焼領域でありながら、その途中で、ＥＧＲガスの気筒内への導入手法を変更すると、変更の前後（排気二度開きを停止した前後）で、全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合に段差が生じたり、トルク段差が生じたりするおそれがあるとともに、これらの段差を解消するような制御を行うには、格別の困難性を伴うことになるという問題がある。

その一方で、ＣＩ燃焼領域を上記低負荷領域までとし、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って排気二度開きを行い、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り換える際に、外部ＥＧＲガスを気筒内に導入するようにすれば、これらの問題は生じないものの、熱効率の向上による燃費改善効果が小さくなるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低負荷域ではＣＩ燃焼を行う一方、高負荷域ではＳＩ燃焼を行う火花点火式エンジンにおいて、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、ＣＩ燃焼領域におけるトルク段差等を解消し、又は、かかるトルク段差等を解消するための複雑な制御を省略する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る火花点火式直噴エンジンでは、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、急峻な圧力上昇を伴う燃焼を抑えることで、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って排気二度開き（又は吸気二度開き）を実行できるようにしている。

具体的には、第１の発明は、頂部に燃焼室を形成する気筒を有し、ガソリンを主成分とする燃料が供給されるように構成されたエンジン本体と、上記燃焼室側に開口する吸気ポート開口及び排気ポート開口をそれぞれ開閉するための吸気弁及び排気弁と、上記燃焼室内に上記燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁が噴射する燃料の圧力を変更するように構成された燃圧可変機構と、上記燃焼室内に臨んで配設され、当該燃焼室内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、排気ガスを上記気筒内に導入するために、排気工程における吸気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁との少なくとも一方を実行させる内部ＥＧＲ導入手段と、少なくとも上記燃料噴射弁、上記燃圧可変機構、上記点火プラグ及び上記内部ＥＧＲ導入手段を制御することによって、上記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備え、上記制御器の制御によって、所定負荷よりも低負荷側の圧縮自己着火燃焼領域では、燃焼室内の混合気を圧縮自己着火により燃焼させる一方、上記所定負荷以上の高負荷側の火花点火燃焼領域では、上記点火プラグを用いて燃焼室内の混合気を火花点火により燃焼させるとともに、当該圧縮自己着火燃焼領域で上記内部ＥＧＲ導入手段を動作させる火花点火式直噴エンジンを対象としている。

そして、上記制御器は、上記圧縮自己着火燃焼領域では、着火時期に最も近い燃料噴射の終了時期が、低負荷側領域では吸気行程初期から圧縮行程中期までの期間内になる一方、高負荷側領域では圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内になるように、上記燃料噴射弁を駆動させるとともに、少なくとも高負荷側領域では上記燃圧可変機構を用いて上記燃料噴射弁の燃料噴射圧力を３０ＭＰａ以上の所定圧力に設定し、上記圧縮自己着火燃焼領域ではさらに、上記気筒内に導入される全ガス量に対する内部ＥＧＲガス量の割合が、低負荷側領域よりも高負荷側領域の方が小さくなるように、負荷の増大にともなって吸気流量を増大させるように、上記内部ＥＧＲ導入手段を駆動し、上記圧縮自己着火燃焼領域から上記火花点火燃焼領域への燃焼態様の切り替えに伴って、上記内部ＥＧＲ導入手段の動作を停止させることを特徴とするものである。

ここで、「所定負荷」は、ＣＩ燃焼領域とＳＩ燃焼領域（スロットル弁全開領域を除く）とからなる全領域を、負荷の低い低負荷領域と、これよりも負荷の高い中負荷領域と、さらに負荷の高い高負荷領域とに３等分した場合、中負荷領域に設定してもよい。

また、「着火時期に最も近い燃料噴射」とは、一括噴射の場合は当該一括噴射を、また、分割噴射の場合は後段噴射を意味する。

さらに、「圧縮自己着火燃焼領域の低負荷側領域」は、ＣＩ燃焼領域を、負荷の低い低負荷領域と、これよりも負荷の高い中負荷領域と、さらに負荷の高い高負荷領域とに分けた場合の、低負荷領域及び中負荷領域とし、また、「圧縮自己着火燃焼領域の高負荷側領域」は、同じくＣＩ燃焼領域を３つに分けた場合の高負荷領域としてもよい。

また、「内部ＥＧＲガス」とは、燃焼室から一旦排気ポート又は吸気ポートに出された排気ガスを、排気通路等を経由せずに、再び気筒内に導入した排気ガスをいう。

第１の発明では、ＣＩ燃焼領域において、排気工程における吸気弁の開弁、及び／又は、吸気行程における排気弁の開弁を実行させる内部ＥＧＲ導入手段を動作させることから、排気工程で燃焼室から一旦吸気ポート及び／又は排気ポートに押し出された高温の排気ガスが、高温のまま再び気筒内に導入される。そうして、ＣＩ燃焼領域の低負荷側領域においては気筒内温度が高温に達していないことから、高温の内部ＥＧＲガスを気筒内に導入することにより、着火性が向上する。また、ＣＩ燃焼領域における低負荷側領域では、着火時期に最も近い燃料噴射の終了時期を、吸気行程初期から圧縮行程中期までの期間内とすることから、換言すると、混合気形成期間を長くとることから、ガソリンを主成分とする燃料の気化霧化を促進し、全体として均質な混合気を生成して、燃焼の安定化を図ることが可能になる。

その一方で、ＣＩ燃焼領域の高負荷側領域においては気筒内温度が高いことから、ＣＩ燃焼が急峻な圧力上昇（ｄＰ／ｄｔ）を伴う燃焼となり易いところ、内部ＥＧＲ導入手段の動作を継続し続けることによって、高温の内部ＥＧＲガスを気筒内に大量に導入すると、ＣＩ燃焼がより一層急峻な圧力上昇を伴う燃焼となって燃焼騒音を増大させるおそれがある。のみならず、ＣＩ燃焼領域における高負荷側領域では、上述の如く気筒内が極めて高温になっているところ、かかる気筒内で吸気行程初期から圧縮行程中期までの期間内に噴射を行うと、燃料が高温の空気に曝されて、過早着火等の異常燃焼が生じるおそれがある。

ここで、第１の発明では、ＣＩ燃焼領域においては、気筒内に導入される全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合が、低負荷側領域よりも高負荷側領域の方が小さくなるように、負荷の増大にともなって吸気流量を増大させることから、換言すると、負荷の増大にともなって、気筒内に導入する内部ＥＧＲガスの量を減少させることから、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、ＣＩ燃焼が急峻な圧力上昇を伴う燃焼となるのを抑制することができる。

加えて、ＣＩ燃焼領域における高負荷側領域では、過早着火等の異常燃焼を回避するべく、３０ＭＰａ以上の所定圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に噴射を行うようにしている。すなわち、着火時期に最も近い燃料噴射の終了時期を、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間まで遅らせる（リタードさせる）ことによって、過早着火等の異常燃焼を抑制する。また、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内は、ピストンが圧縮上死点付近に位置していることから燃焼室が極めて狭くなっているところ、かかる狭い領域において３０ＭＰａ以上という非常に高圧で燃料を噴くことによって、燃焼室内における乱れの強度を高めて、ガソリンを主成分とする燃料の気化霧化を促進し、燃焼の安定化を図ることができる。

以上のように、第１の発明によれば、負荷の増大にともなって気筒内に導入する内部ＥＧＲガスの量を減少させることと、３０ＭＰａ以上の所定圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に噴射を行うこととが相俟って、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、急峻な圧力上昇を伴う燃焼を生じさせることなく、排気工程における吸気弁の開弁、及び／又は、吸気行程における排気弁の開弁という内部ＥＧＲ導入手段の動作を、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って継続して行わせることが可能となる。

このように、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って内部ＥＧＲ導入手段の動作を継続して行わせることが可能となることから、換言すると、内部ＥＧＲ導入手段の動作を停止させる時期を、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ燃焼形態を変更する時期に一致させることが可能となることから、常用性の高いＣＩ燃焼領域において、ＥＧＲガスを気筒内へ導入する手法を一貫させることができ、これにより、トルク段差を解消するような制御を省略できるのみならず、トルク段差等が生じること自体を抑制することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記所定負荷は、上記圧縮自己着火燃焼領域と、スロットル弁全開領域を除く火花点火燃焼領域と、からなる全領域を、負荷の低い低負荷領域と、これよりも負荷の高い中負荷領域と、さらに負荷の高い高負荷領域とに３等分した場合、中負荷領域に設定されていることを特徴とするものである。

ここで、「スロットル弁全開領域」とは、気筒内に導入される全ガス量に対する新気量の割合が１００％となる領域を意味し、ＥＧＲガスを気筒内に導入した結果、スロットル弁を絞った状態ではなく、スロットル弁を開いた状態で吸気を行うことが可能となった領域を意味するものではない。

第２の発明によれば、熱効率に優れるＣＩ燃焼領域を、低負荷領域を超えて中負荷領域まで拡大することから、エンジン全体として熱効率の向上を図ることができ、これにより、燃費を良くすることができる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、排気ガスが熱交換により冷却された低温のクールドＥＧＲガスを上記気筒内に導入可能に構成された外部ＥＧＲガス還流手段をさらに備え、上記制御器は、上記圧縮自己着火燃焼領域における高負荷側領域では、上記クールドＥＧＲガスが上記気筒内に導入されるように、上記外部ＥＧＲ還流手段を駆動させることを特徴とするものである。

ＣＩ燃焼領域における高負荷側領域では、負荷の増大等に伴って気筒内が極めて高温になっており、ＣＩ燃焼が急峻な圧力上昇（ｄＰ／ｄｔ）を伴う燃焼になるおそれが高いところ、第３の発明によれば、例えばＥＧＲクーラ等を用いて積極的に冷却されたクールドＥＧＲガスを気筒内に導入することから、気筒内の温度を下げてＣＩ燃焼時のｄＰ／ｄｔをより小さくすることが可能となる。これにより、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、急峻な圧力上昇を伴う燃焼が生じるのをより一層抑えることができる。

第４の発明は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、上記吸気弁の開弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構をさらに備え、上記内部ＥＧＲ導入手段は、吸気行程中に排気弁を開弁させる際に、可変バルブタイミング機構を用いて、上記気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するように構成されていることを特徴とするものである。

第４の発明では、内部ＥＧＲ導入手段は、吸気行程中に排気弁を開弁させることから、排気工程で燃焼室から一旦排気ポートに押し出された高温の排気ガスは、高温のまま再び気筒内に導入される。このとき、可変バルブタイミング機構により吸気弁の開弁時期を調整することで、気筒内に導入される吸気量が決まることから、換言すると、気筒内に吸入される全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合が必然的に決まることから、動弁系の排気側に可変バルブタイミング機構を設けなくても、気筒内に導入されるＥＧＲガス量を調整することができ、これにより、ＣＩ燃焼領域の高負荷側領域における吸気流量を確保することが可能になる。

本発明に係る火花点火式直噴エンジンによれば、ＣＩ燃焼領域において、負荷の増大にともなって内部ＥＧＲガス量を減少させることから、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、ＣＩ燃焼が急峻な圧力上昇を伴う燃焼となるのを抑制することができる。

また、ＣＩ燃焼領域における高負荷側領域では、３０ＭＰａ以上の所定圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に噴射を行うことで、過早着火等の異常燃焼を抑制するとともに、燃焼室内における乱れの強度を高め、ガソリンを主成分とする燃料の気化霧化を促進して、燃焼の安定化を図ることができる。

このように、負荷の増大にともなって内部ＥＧＲガス量を減少させることと、３０ＭＰａ以上の所定圧力でもって、圧縮行程後半噴射を行うこととが相俟って、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って内部ＥＧＲ導入手段の動作を継続させることが、すなわち、内部ＥＧＲ導入手段の動作を停止させる時期を、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り換える時期に一致させることができ、これにより、トルク段差を解消するような制御を省略できるのみならず、トルク段差が生じること自体を抑制することができる。

本実施形態に係る火花点火式直噴ガソリンエンジンの構成を示す概略図である。 火花点火式直噴ガソリンエンジンの制御に係るブロック図である。 燃焼室を拡大して示す断面図である。 火花点火式直噴ガソリンエンジンの運転領域を例示する図である。 図５（ａ）は、ＣＩ燃焼領域において吸気行程噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示、同図（ｂ）は、ＣＩ燃焼領域において高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示、同図（ｃ）は、ＳＩ燃焼領域において高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期及び点火時期の一例と、それに伴うＳＩ燃焼の熱発生率の例示、同図（ｄ）は、ＳＩ燃焼領域において吸気行程噴射と高圧リタード噴射との分割噴射を行う場合の燃料噴射時期及び点火時期の一例と、それに伴うＳＩ燃焼の熱発生率の例示である。 高圧リタード噴射によるＳＩ燃焼の状態と、従来のＳＩ燃焼の状態とを比較する図である。 エンジン負荷の相違に対する（ａ）気筒内のガス組成、（ｂ）圧縮開始温度、（ｃ）酸素濃度、（ｄ）吸気中の外部ＥＧＲ割合の変化である。 エンジン負荷の相違に対する（ａ）気筒内のガス組成、（ｄ）吸気中の外部ＥＧＲ割合、（ｅ）排気バルブタイミング、（ｆ）吸気バルブタイミング、（ｇ）吸気バルブリフト量の変化である。 エンジン負荷の相違に対する（ａ）気筒内のガス組成、（ｄ）吸気中の外部ＥＧＲ割合、（ｈ）スロットル開度、（ｉ）ＥＧＲ弁開度、（ｊ）ＥＧＲクーラバイパス弁開度の変化である。 エンジン負荷の相違に対する（ａ）気筒内のガス組成、（ｋ）燃料の噴射開始時期、（ｌ）燃料圧力、（ｍ）点火時期の変化である。 吸排気弁の開閉時期と、内部ＥＧＲ率との関係を示す図である。 所定回転数における、ＥＧＲ率とエンジン負荷との関係を示す図である。

以下、本発明に係る火花点火式直噴ガソリンエンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（全体構成）
図１は、本実施形態に係る火花点火式直噴ガソリンエンジンの構成を示す概略図であり、図２は、火花点火式直噴ガソリンエンジンの制御に係るブロック図である。このエンジン（エンジン本体）１は、車両に搭載される、ガソリンを主成分とする燃料が供給される火花点火式直噴ガソリンエンジンである。エンジン１は、各々頂部に燃焼室１９を形成する、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されるオイルパン１３と、を有している。なお、図１では、１つの気筒１８のみを図示するが、シリンダブロック１１には例えば４つの気筒が直列に設けられている。

各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面（冠面）には、図３に拡大して示すように、ディーゼルエンジンにおけるリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されており、このキャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述する直噴インジェクタ６７に相対するようになっている。そうして、シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とによって、燃焼室１９が区画されている。なお、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではなく、例えば、キャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

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

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されており、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の吸気ポート開口及び排気ポート開口の周縁部に固定されたバルブシート（図示せず）に当接することによって各ポート開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

これら吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系のうち、排気側の動弁系には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構（Variable Valve Lift、以下、ＶＶＬともいう）７１が設けられている（図２参照）。ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カムプロファイルの異なる２種類のカム（カム山を一つ有する第１カム及びカム山を２つ有する第２カム）、並びに、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。

排気弁２２は、第１カムの作動状態が伝達されているときには、排気行程において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態が伝達されているときには、排気行程において開弁するのみならず吸気行程においても開弁する、所謂「排気二度開き」を行う特殊モードで作動し、これらの通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的には、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。ここで、「内部ＥＧＲ」とは、燃焼室１９から排気ポート１７に追い出された既燃ガスを高温のまま気筒１８内に導入することを意味する。本実施形態における内部ＥＧＲの実行は、排気二度開きによって、すなわち、排気工程で排気ポート１７に追い出された高温の既燃ガスを、吸気行程で排気弁２２を開くことにより気筒１８内へ導入することで実現されるが、これに限らず、例えば、吸気弁２１を二回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。これにより、吸気弁２１、排気弁２２、ＶＶＬ７１、ＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３等が、本発明でいうところの、排気ガスを気筒１８内に導入するために、排気工程における吸気弁２１の開弁と吸気行程における排気弁２２の開弁との少なくとも一方を実行させる内部ＥＧＲ導入手段を構成している。

なお、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御は、既燃ガスの燃焼熱がシリンダ等に奪われることや既燃ガスが再膨張すること等により、既燃ガスの温度が下がってしまうととともに、既燃ガスを再圧縮する際にポンピングロスが生じることから、本実施形態では採用しない。

以下の説明においては、ＶＶＬ７１を通常モードで作動させ、排気二度開きを行わないことを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、ＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、排気二度開きを行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。なお、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

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

また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１９内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタ（燃料噴射弁）６７が、気筒１８毎に取り付けられている。直噴インジェクタ６７は、図３に拡大して示すように、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、当該燃焼室１９内に臨むように配設されている。直噴インジェクタ６７は、後述するＰＣＭ１０の指令に従って、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングで、且つ、エンジン１の運転状態に応じて設定された量だけ、燃料を燃焼室１９内に直接噴射する。この例では、直噴インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型の直噴インジェクタであり、これによって、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に拡散されるように、燃料を噴射する。図３に矢印で示すように、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン１４の頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。換言すると、キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている。この多噴口型の直噴インジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くするとともに、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、直噴インジェクタ６７は、多噴口型の直噴インジェクタに限定されず、外開弁タイプの直噴インジェクタを採用してもよい。

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

さらに、シリンダヘッド１２には、図３に示すように、燃焼室１９内の混合気に点火するための点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通するとともに、その先端が、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨むように配置されている。

図１に示すように、エンジン１の一側面には、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されており、このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

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

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

吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設され、ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。これにより、主通路５１とＥＧＲクーラバイパス通路５３とを含むＥＧＲ通路５０、ＥＧＲクーラ５２、ＥＧＲ弁５１１、並びに、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１等が、本発明でいうところの、排気ガスが熱交換により冷却された低温のクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入可能に構成された外部ＥＧＲガス還流手段を構成している。

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

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

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じて直噴インジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁２１側のＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３、排気弁２２側のＶＶＬ７１、高圧燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（スロットル弁３６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。

（エンジン制御の概要）
図４は、エンジンの運転領域の一例を示している。このエンジン１は、燃費を良くすることやエミッションの低減を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域、具体的には、所定負荷（図７（ａ）の所定負荷Ｔ５）よりも低負荷側の領域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火（Homogenious Charge Compression Ignition）によって燃焼を行う圧縮着火燃焼（以下、ＣＩ燃焼ともいう）を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、ＣＩ燃焼では、燃焼が急峻になり過ぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすおそれがある。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域、具体的には、所定負荷以上の高負荷側の領域では、ＣＩ燃焼を止めて、点火プラグ２５を用いた火花点火（Spark Ignition）による火花点火燃焼（以下、ＳＩ燃焼ともいう）に切り替えるようにしている。換言すると、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行うＣＩモードと、火花点火燃焼を行うＳＩモードとを切り替えるように構成されている。ただし、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

ＣＩモードはさらに、エンジン負荷の高低に応じて３つの領域に分けられている。具体的には、ＣＩモードにおいて負荷が最も低い領域（１）では、ＣＩ燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。かかるホットＥＧＲガスの導入は、詳しくは後述するが、ＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気二度開きを行うことにより実行される。このようなホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度を高め、軽負荷である領域（１）において、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高める上で有利となる。また、領域（１）では、図５（ａ）に示すように、少なくとも吸気行程初期から圧縮行程中期までの期間内において、直噴インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射することにより、均質なリーン混合気が形成される。混合気の空気過剰率λは、例えば２．４以上（例えば２．５）に設定してもよく、こうすることで、燃焼温度が低下し、Ｒａｗ ＮＯｘの生成を抑制して、排気エミッション性能を高めることが可能になる。そうして、そのリーン混合気は、図５（ａ）に示すように、圧縮上死点付近において圧縮自己着火する。

詳細は後述するが、領域（１）における負荷の高い領域（図７（ａ）の所定負荷Ｔ１以上所定負荷Ｔ２未満の領域）では、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、気筒１８内に燃料を噴射するものの、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する。このように、理論空燃比にすることにより、三元触媒が利用可能になるとともに、後述するように、ＳＩモードとＣＩモードとの間の切り替え時の制御が簡素化し、さらに、ＣＩモードを高負荷側へ拡大可能にすることにも寄与する。

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

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

さらに、領域（２）では、主にＥＧＲクーラ５２を通じて冷却した相対的に温度の低い外部ＥＧＲガス（クールドＥＧＲガス）を、気筒１８内に導入される全ガス量に対する当該クールドＥＧＲガス量の割合が負荷の増大にともなって徐々に増大するように、気筒１８内に導入する。こうして高温のホットＥＧＲガスと低温のクールドＥＧＲガスとを適宜の割合で気筒１８内に導入することにより、気筒１８内の圧縮端温度を適切にし、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、圧縮着火燃焼の安定化を図る。なお、ホットＥＧＲガス及びクールドＥＧＲガスを合わせた、気筒１８内に導入される全ガス量に対するＥＧＲガスの割合としてのＥＧＲ率は、混合気の空燃比をλ≒１に設定する条件下で可能な限り高いＥＧＲ率に設定される。したがって、領域（２）においては、エンジン負荷の増大に伴い燃料噴射量が増大し、それに合わせて吸気量が増大することから、ＥＧＲ率は次第に低下するようになる。

なお、領域（１）と領域（２）とが、本発明で言うところの、「圧縮自己着火燃焼領域の低負荷側領域」に当たり、また、後述する領域（３）が、本発明で言うところの、「圧縮自己着火燃焼領域の高負荷側領域」に当たる。

ここで、ＣＩ燃焼領域が低負荷領域（領域（１）及び領域（２））内に設定されているのであれば、ＣＩ燃焼領域の全域に亘って排気二度開きを実行しても、高温の内部ＥＧＲガスが着火性が向上させてエンジンの燃焼を安定化させることから、問題はないが、ＣＩ燃焼領域を低負荷領域を超えて高負荷側（領域（３））へ拡大すると、以下のような問題がある。すなわち、ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線を含む、ＣＩモードにおいて最も負荷の高い領域（３）では、気筒１８内の圧縮端温度がさらに高くなるため、ＣＩ燃焼が急峻な圧力上昇（ｄＰ／ｄｔ）を伴う燃焼となってしまい、燃焼騒音を増大させるおそれがある。そうして、排気二度開きを行った場合には、高温の内部ＥＧＲガスが気筒１８内に導入されるので、ＣＩ燃焼がより急峻な圧力上昇を伴う燃焼となり、燃焼騒音をより一層増大させるおそれがある。また、領域（１）や領域（２）のように、吸気行程初期から圧縮行程中期までの期間内で気筒１８内に燃料を噴射してしまうと、過早着火等の異常燃焼が生じるようになる一方、温度の低いクールドＥＧＲガスを大量に導入して気筒１８内の圧縮端温度を低下させようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。

ここで、燃費改善を図りつつ急峻な圧力上昇を抑えるために、ＣＩ燃焼領域を領域（３）まで拡大するものの、排気二度開きを行う領域を領域（２）に制限し、領域（３）においては、温度が内部ＥＧＲ以下の外部ＥＧＲガスを気筒内に導入することが考えられるが、同じＣＩ燃焼領域でありながら、その途中で、ホットＥＧＲガスの気筒１８内への導入手法を変更すると、変更の前後（排気二度開きを停止した前後）で、全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合に段差が生じたり、トルク段差が生じたりするおそれがあるとともに、これらの段差を解消するような制御を行うには、格別の困難性を伴うことになるという問題がある。その一方で、ＣＩ燃焼領域を領域（２）までとし、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って排気二度開きを行い、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り換える際に、外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入するようにすれば、これらの問題は生じないものの、熱効率の向上による燃費改善効果が小さくなるという問題がある。

そこで、ＣＩ燃焼領域を領域（３）へ拡大した場合にも、急峻な圧力上昇を伴う燃焼及び異常燃焼を抑えて、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って排気二度開きを実行できるように、
この領域（３）では、気筒１８内に導入される全ガス量に対する高温の内部ＥＧＲガス量の割合が、領域（１）及び領域（２）よりも当該領域（３）の方が小さくなるように、負荷の増大にともなって吸気流量を増大させるのに加えて、高圧燃料供給システム６２を用いて直噴インジェクタ６７の燃料噴射圧力を３０ＭＰａ以上の所定圧力に設定するとともに、図５（ｂ）に示すように、着火時期に最も近い燃料噴射の終了時期が、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内になるように、直噴インジェクタ６７を駆動させるようにしている。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」又は単に「リタード噴射」と呼ぶ。この高圧リタード噴射に詳細については、後述する。

このようにエンジン１では、ＣＩモードにおいては、気筒１８内に導入される全ガス量に対するホットＥＧＲガス量の割合を、負荷の増大にともなって減少させることから、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、ＣＩ燃焼が急峻な圧力上昇を伴う燃焼となるのを抑制することができる。また、着火時期に最も近い燃料噴射の終了時期を、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間まで遅らせる（リタードさせる）ことによって、過早着火等の異常燃焼を抑制する。そうして、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置していることから燃焼室が極めて狭くなっているところ、かかる狭い領域において３０ＭＰａ以上という非常に高圧で燃料を噴くことによって、燃焼室内における乱れの強度を高めて、ガソリンを主成分とする燃料の気化霧化を促進し、燃焼の安定化を図ることができる。

以上のように、負荷の増大にともなって気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガスの量を減少させることと、３０ＭＰａ以上の所定圧力でもって、圧縮行程後半噴射を行うこととが相俟って、ＣＩ燃焼領域を高負荷側へ拡大した場合にも、急峻な圧力上昇を伴う燃焼を生じさせることなく、排気二度開きを、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って継続して行わせることが可能となる。

このように、ＣＩ燃焼領域の全領域に亘って排気二度開きを継続して行うことが可能となることから、換言すると、排気二度開きを止める時期を、ＣＩモードからＳＩモードへの切り換え時期に一致させることが可能となることから、常用性の高いＣＩ燃焼領域において、ＥＧＲガスを気筒内へ導入する手法を一貫させることができ、これにより、トルク段差を解消するような制御を省略できるのみならず、トルク段差等が生じること自体を抑制することができる。

また、領域（３）では、領域（２）と同様に、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する。このことにより、三元触媒の利用を可能にするから、エミッション性能の向上に有利になる。そうして、領域（３）では、上述の如く過早着火を回避するべく負荷の増大に伴ってホットＥＧＲガス量（内部ＥＧＲガス量）を低下させる一方、クールドＥＧＲガス量（外部ＥＧＲガス量）を増大させて、高温のホットＥＧＲガスと低温のクールドＥＧＲガスとを適宜の割合で気筒１８内に導入する。このことにより、気筒１８内の圧縮端温度を適切にして圧縮着火燃焼の安定化を図る。なお、ホットＥＧＲガス及びクールドＥＧＲガスを合わせた、気筒１８内に導入される全ガス量に対するＥＧＲガスの割合としてのＥＧＲ率は、混合気の空燃比をλ≒１に設定する条件下で可能な限り高いＥＧＲ率に設定される。したがって、領域（３）においても、エンジン負荷の増大に伴い燃料噴射量が増大し、それに合わせて吸気量が増大することから、ＥＧＲ率は次第に低下するようになる。

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

領域（４）及び領域（５）のそれぞれにおいて、混合気は、領域（２）及び領域（３）と同等に、理論空燃比（λ≒１）に設定される。したがって、混合気の空燃比は、ＣＩモードとＳＩモードとの境界を跨って理論空燃比（λ≒１）で一定にされる。このことは、三元触媒の利用を可能にする。また、領域（４）及び領域（５）では、詳細は後述するが、基本的にはスロットル弁３６を全開にする一方で、ＥＧＲ弁５１１の開度調整により、気筒１８内に導入する新気量及び外部ＥＧＲガス量を調整する。このように、混合気の空燃比が一定に維持されるように気筒１８内に導入するガス割合を調整することにより、ポンプ損失の低減が図られるとともに、大量のＥＧＲガスが気筒１８内に導入されることから、火花点火燃焼の燃焼温度が低く抑えられて冷却損失の低減も図られる。領域（４）及び領域（５）では、主にＥＧＲクーラ５２を通じて冷却した外部ＥＧＲガスを、気筒１８に導入する。このことによって、異常燃焼の回避に有利になると共に、Ｒａｗ ＮＯｘの生成を抑制するという利点もある。尚、全開負荷域では、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することにより、外部ＥＧＲをゼロにする。

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

そこでこのエンジン１では、ＳＩモードの領域（４）や領域（５）においては、前述した高圧リタード噴射を行うことにより、異常燃焼を回避するようにしている。より詳細には、領域（４）においては、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でもって、図５（ｃ）に示すように、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する高圧リタード噴射のみを行う。これに対し、領域（５）においては、図５（ｄ）に示すように、噴射する燃料の一部を、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間内で気筒１８内に噴射するとともに、残りの燃料をリタード期間内で気筒１８内で噴射する。つまり、領域（５）では、燃料の分割噴射を行う。ここで、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間とは、ピストン位置に基づいて定義した期間ではなく、吸気弁２１の開閉に基づいて定義した期間であり、ここで言う吸気行程は、ＣＶＶＬ７２やＶＶＴ７３によって変更される吸気弁２１の閉弁時期によって、ピストン１４が吸気下死点に到達した時点に対しずれる場合がある。

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

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

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

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

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

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

すなわち、燃料噴射をリタード期間内に行った場合、燃料圧力と燃焼期間内での乱流エネルギとの関係は概ね、燃料圧力が低いほど乱流エネルギが低くなり、燃料圧力が高いほど乱流エネルギは高くなる。ここで、仮に高い燃料圧力で燃焼室１９内に燃料を噴射するとしても、その噴射タイミングが吸気行程中にある場合は、点火タイミングまでの時間が長いことや、吸気行程後の圧縮行程において気筒１８内が圧縮されることに起因して、気筒１８内の乱れは減衰してしまう。その結果、吸気行程中に燃料噴射を行った場合、燃焼期間内での乱流エネルギは、燃料圧力の高低に拘わらず比較的低くなってしまう。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

（具体的な制御手順）
図７〜１０は、低速域内におけるエンジン負荷の高低に対するエンジン１の各パラメータの制御例を示しており、低負荷から高負荷に向かう方向の負荷の変化は、図４に示すエンジンの運転マップにおいては、一点鎖線の矢印で例示される。

図７（ａ）〜（ｄ）は、気筒１８内の状態に係り、同図（ａ）は気筒１８内のガス組成（ガス割合）、同図（ｂ）は、圧縮開始時の気筒１８内の温度、同図（ｃ）は酸素濃度をそれぞれ示している。また、図７（ｄ）は、吸気中の外部ＥＧＲ割合を示し、これは、気筒１８内に導入されるＥＧＲガスから、内部ＥＧＲガスを除いた分ということができる。

図８（ａ）及び（ｄ）は、図７（ａ）及び（ｄ）と同じであり、それぞれ気筒１８内のガス組成、及び、吸気中の外部ＥＧＲ割合を示している。また、図８（ｅ）〜（ｇ）は、動弁系の制御に係り、同図（ｅ）は排気弁２２の開閉時期、同図（ｆ）は吸気弁２１の開閉時期、同図（ｇ）は吸気弁２１のリフト量である。

図９（ａ）及び（ｄ）は、図７（ａ）及び（ｄ）と同じである。また、図９（ｈ）〜（ｊ）は、吸排気系の制御に係り、同図（ｈ）はスロットル弁３６の開度、同図（ｉ）はＥＧＲ弁５１１の開度、同図（ｊ）はＥＧＲクーラバイパス弁５３１の開度を示している。

さらに、図１０（ａ）もまた、図７（ａ）と同じであり、気筒１８内のガス組成を示している。また、図１０（ｋ）〜（ｍ）は、燃料噴射及び点火系の制御に係り、同図（ｋ）は噴射開始時期、同図（ｌ）は燃料圧力、同図（ｍ）は点火時期をそれぞれ示している。

図７（ａ）は、前述の通り、気筒１８内の状態を示しており、所定負荷Ｔ５以下の、図の左側の領域はＣＩモードとなり、所定負荷Ｔ５よりも負荷が高い、図の右側の領域はＳＩモードとなる。図示していないが、気筒１８内に噴射される燃料量（総括燃料量）は、ＣＩモード及びＳＩモードに拘わらず、負荷の増大に従って増量される。

（所定負荷Ｔ１まで）
ＣＩモードにおいて、所定負荷Ｔ１よりも負荷の低い領域（これは、図４における運転マップにおいては領域（１）に相当する）では、リーン混合気となるように新気及び内部ＥＧＲガスが導入される。具体的には、スロットル弁３６の開度は、図９（ｈ）に示すように全開に設定される一方で、図８（ｅ）に示すように、排気ＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気二度開きを行う。また、図８（ｇ）に示すように、吸気弁２１のリフト量は最小に設定されることで、内部ＥＧＲ率（気筒１８内に導入される内部ＥＧＲガス量の比率）は、最も高くなる（図１１のＳ１も参照）。前述したように、領域（１）では、例えば空気過剰率λ≧２．４程度のリーン混合気とすればよく、このことと、大量の内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することとが相俟って、燃焼温度が下がりＲａｗ ＮＯｘの生成が抑制される。また、大量のＥＧＲガスを気筒１８内に導入することは、ポンプ損失の低減にも有利である。なお、図１０（ｋ）、図１０（ｌ）に示すように、領域（１）では、相対的に低い燃圧で、吸気行程期間内で、燃料噴射が実行される。ただし、燃圧は、エンジン負荷の増大に従って、次第に高くなる。

所定負荷Ｔ１まで（より正確には、所定負荷Ｔ２まで）は、大量の内部ＥＧＲガスが気筒１８内に導入されることで、図７（ｂ）に示すように、気筒１８内の温度、特に圧縮端温度が高くなり、圧縮着火の着火性の向上及び圧縮着火燃焼の安定性の向上に有利になる。ここで、高温の内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することによって気筒１８内の温度を高くすることと、上述の如く、大量の内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することによって燃焼温度を下げてＲａｗ ＮＯｘの生成を抑制することとは、矛盾するようにも見える。しかしながら、Ｒａｗ ＮＯｘは空気の温度が略１８００Ｋを超えたあたりからその生成量が急激に増えるところ、内部ＥＧＲガスは所詮一度燃焼したガスゆえ新たな燃焼にはほとんど寄与せず、新気が燃焼した際の燃焼熱は大量の（全ガス量の約８０％を占める）内部ＥＧＲガスの昇温に用いられるため、気筒１８内に新気のみが存在する場合に比して、燃焼温度が下がることになり（例えば１５００Ｋ程度）、Ｒａｗ ＮＯｘの生成が抑制されるので、両者は矛盾しない。

また、酸素濃度は、図７（ｂ）に示すように、負荷の増大に従い次第に低下する。なお、図示は省略するが、ホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する所定負荷Ｔ５までの低負荷乃至中負荷の領域では、インタークーラバイパス弁３５１を閉じることによって、インタークーラ／ウォーマ３４によって温められた新気を、気筒１８内に導入してもよい。

（所定負荷Ｔ１からＴ２まで）
所定負荷Ｔ１以上のエンジン負荷においては、混合気の空燃比は、理論空燃比（λ≒１）に設定される。したがって、噴射される燃料量が増大するに従い、気筒１８内に導入される新気量も増大し、それに応じてＥＧＲ率は減少する（図７（ａ）参照）。所定負荷Ｔ１からＴ２においても、相対的に低い燃圧で、吸気行程期間内に燃料噴射が実行される（図１０（ｋ）、図１０（ｌ）参照）。

また、所定負荷Ｔ１からＴ２においても、図９（ｈ）に示すように、スロットル開度は、基本的には全開である。一方で、図８（ｅ）に示すように、排気ＶＶＬ７１をオンにした状態で、図８（ｆ）及び図８（ｇ）に示すように、吸気弁２１の開弁時期やリフト量を調整することにより、気筒１８内に導入する新気量及び内部ＥＧＲガス量が調整される。

具体的には、図１１に示すように、排気ＶＶＬ７１をオンにして排気二度開きを行っている状態で、吸気弁２１のリフト量を最小にすれば（同図のＳ１参照）、内部ＥＧＲ率が最大になりかつ、気筒１８内に導入される新気が最も少なくなる。これは、図８（ｅ）、図８（ｆ）、図８（ｇ）に示すように、所定負荷Ｔ１までの、吸気弁２１及び排気弁２２の制御に相当する。

図１１のＳ２に示すように、排気二度開きを行っている状態で、吸気弁２１のリフト量を大きくすれば、吸気弁２１の開弁期間と排気弁２２の二度開き時の開弁期間との重なりが変わるため、内部ＥＧＲ率が低下する。なお、吸気弁２１の閉弁時期は、吸気弁２１のリフト量が変化しても、ほぼ一定となるようにしている。ＣＶＶＬ７３及びＶＶＴ７２の制御により吸気弁２１のリフト量を連続的に変更すれば、内部ＥＧＲ率を連続的に低下させることが可能である。所定負荷Ｔ１からＴ２の間では、理論空燃比λ≒１を維持しながらＥＧＲ率が最大となるように、言い換えると可能な限りの内部ＥＧＲガスが気筒１８内に導入されるように、吸気弁２１のリフト量が制御される。具体的には、図８（ｅ）、図８（ｆ）、図８（ｇ）に示すように、吸気弁２１のリフト量を次第に増大させ、それに伴い、吸気弁２１の開弁時期（ＩＶＯ）も次第に進角させる。

（所定負荷Ｔ２からＴ３）
所定負荷Ｔ２以上のエンジン負荷は、図４における運転マップにおいては領域（２）に相当し、気筒１８内の温度が高くなりすぎて過早着火が生じる虞がある。そこで、所定負荷Ｔ２以上のエンジン負荷では、内部ＥＧＲガス量を減らし、代わりに冷却された外部ＥＧＲガス（つまり、クールドＥＧＲガス）を気筒１８内に導入する。つまり、図９（ｉ）に示すように、ＥＧＲ弁５１１の開度が閉弁状態から次第に大きくされ、それによってＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却された外部ＥＧＲガス量が、エンジン１の負荷の増大に伴い次第に増量される。なお、図９（ｊ）に示すように、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１は、閉じたままである。こうして、クールドＥＧＲガスは、エンジン負荷の増大に従って次第に増量される（図７（ｄ）も参照）。

一方、図７（ａ）に示すように、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスを含むＥＧＲ率は、所定負荷Ｔ２以上の高負荷側においても、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定すべく、負荷の増大に対して所定割合で低下している。このため、所定負荷Ｔ２以上の高負荷側においては、内部ＥＧＲガスは、より高い低下率で、負荷の増大に従って減量される（つまり、図７（ａ）における傾きが大きくなる）。具体的には、図８（ｅ）、図８（ｆ）、図８（ｇ）に示すように、吸気弁２１のリフト量が、所定負荷Ｔ２までの低負荷側よりも高い増大率で、負荷の増大に従って次第に増大させられ、それに応じて吸気弁２１の開弁時期（ＩＶＯ）が次第に進角する。

こうして、図７（ｂ）に示すように、気筒１８内の温度は、所定負荷Ｔ２以上の高負荷側においては、負荷の増大に従って次第に低下するようになる。

（所定負荷Ｔ３からＴ４）
ＣＩモード全域に亘って、ホットＥＧＲを気筒１８内に導入する方法を統一すべく、ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界（所定負荷Ｔ４）まで、排気二度開きを継続して行う。そのため、気筒１８内の温度を下げるべく、図９（ｉ）に示すように、ＥＧＲ弁５１１の開度が、所定負荷Ｔ２からＴ３までと同じ増大率で次第に大きくされ、それによってクールドＥＧＲガス量が、図７（ｄ）に示すように、エンジン１の負荷の増大に伴い次第に増量される。なお、図９（ｊ）に示すように、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１は、閉じたままである。

一方、図７（ａ）に示すように、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスを含むＥＧＲ率は、所定負荷Ｔ３以上の高負荷側においても、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定すべく、負荷の増大に対して、所定負荷Ｔ２からＴ３までと同じ所定割合で低下している。また、図７（ｂ）に示すように、気筒１８内の温度は、所定負荷Ｔ３以上の高負荷側においては、負荷の増大に従って次第に低下する一方、酸素濃度は、図７（ｃ）に示すように、負荷の増大に従い次第に増大するようになる。

このように、所定負荷Ｔ３以上の高負荷側でも、過早着火を抑制すべくクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入するのであるが、ＣＩモードの所定負荷Ｔ３以上のエンジン負荷においては、クールドＥＧＲガスとホットＥＧＲガスとの導入割合を調整することだけでは、圧縮着火の着火性確保と、過早着火等の異常燃焼の回避とを両立させることが困難になることから、前述したように、高圧リタード噴射を行う。これは、図４の運転マップにおいては領域（３）に相当する。

図１０（ｋ）に示すように、燃料の噴射開始時期は、領域（１）及び領域（２）における吸気行程中の時期から、圧縮上死点付近の時期へと大きく変更される。また、燃料圧力も、図１０（ｌ）に示すように、領域（１）及び領域（２）における低燃圧から、３０ＭＰａ以上の高燃圧へと大きく変更される。このように、領域（２）と領域（３）との間では燃料の噴射形態が大きく変更されるものの、気筒１８内のガス組成は連続的に変化しているため、吸気弁２１及び排気弁２２の開弁期間や閉弁期間、スロットル弁３６の開度、ＥＧＲ弁５１１の開度及びＥＧＲクーラバイパス弁５３１の開度はそれぞれ急変することはない（図８（ｅ）、図８（ｆ）、図８（ｇ）、図９（ｈ）、図９（ｉ）、図９（ｊ）を参照）。このことは、領域（２）と領域（３）との間の移行に際しトルクショック等が発生することを抑制する上で有利であり、制御の簡素化が図られる。

所定負荷Ｔ３以上の高負荷側において、高圧リタード噴射としての燃料噴射の開始時期は、図１０（ｋ）に示すように、エンジン負荷の増大に従って、次第に遅角される。また、燃料圧力も、同図（ｌ）に示すように、エンジン負荷の増大に従って高く設定される。エンジン負荷の増大に伴い、過早着火等が、より発生し易くなるとともに、圧力上昇もより激しくなり得る。そこで、燃焼の噴射開始時期をより遅らせるとともに、燃料圧力をより高く設定することで、これらを有効に回避する。

（所定負荷Ｔ４からＴ５）
所定負荷Ｔ４はＣＩモードとＳＩモードとの切り替えに係り、所定負荷Ｔ４を超える高負荷側においては、ＳＩモードとなる。

ここで、上述の如く、内部ＥＧＲガスの導入量の調整は、吸気行程期間内で開弁される排気弁２２の開弁期間に対する、吸気弁２１の開弁期間の重なり具合を調整することによって行われ、基本的には吸気のＣＶＶＬ７３及びＶＶＴ７３の制御による。これにより、図１１に実線の矢印で示すように、内部ＥＧＲガスの導入量は、所定量までは連続的に減少させることができる（同図のＳ１、Ｓ２参照）。もっとも、高温の内部ＥＧＲを気筒１８内に導入し続けると、過早着火等の異常燃焼が懸念されることや、リフト量を調整できない排気ＶＶＬ７１を開いた状態では、ＣＶＶＬ７３のリフト量を最大としても所定量以上の新気を気筒１８内に吸い込めなくなること等から、どこかで排気ＶＶＬ７１をオフにして、排気二度開きを停止させなければならない。このため、同図のＳ３、Ｓ４に示すように、排気ＶＶＬ７１のオン・オフの切り替えに伴い、内部ＥＧＲガスの導入量は不連続的に減少してしまう（図１１の一点鎖線の矢印参照）。

一方、同一燃焼形態の領域（同じＣＩ燃焼領域）において、その途中で、ホットＥＧＲガスの気筒１８内への導入手法を変更すると、変更の前後（排気二度開きを停止した前後）で、全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合に段差が生じたり、トルク段差が生じたりするおそれがあるとともに、これらの段差を解消するような制御を行うには、格別の困難性を伴うことになる。

そこで、ＣＩモードとＳＩモードとの切り替えに係る所定負荷Ｔ４において、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入することを止めるように、つまり、図８（ｅ）に示すように、排気ＶＶＬ７１をオフにして排気二度開きを停止するようにしている。

すなわち、エンジン１では、負荷の増大にともなって気筒１８内に導入する内部ＥＧＲガスの量を減少させることと、高圧リタード噴射を行うこととが相俟って、急峻な圧力上昇を伴う燃焼を生じさせることなく、領域（３）においても排気二度開きを継続して行うことを可能とすることにより、排気二度開きを停止させる時期を、ＣＩモードからＳＩモードへの切り換え時期に一致させることが可能となっている。

このように、排気二度開きを停止させる時期を、ＣＩモードからＳＩモードへの切り換え時期に一致させることにより、例えば図８（ｆ）、図８（ｇ）に示すように、排気ＶＶＬ７１の作動を所定負荷Ｔ３で停止させた場合（図中の二点鎖線参照）のように、吸気弁２１の開弁時期やリフト量を急変させる必要がなく、さらに、図９（ｉ）に示すように、排気ＶＶＬ７１の作動を所定負荷Ｔ３で停止させた場合（図中の二点鎖線参照）のように、ＥＧＲ弁５１１の開度を急変させる必要もない。これは、エンジン負荷の増大に対する制御性を高める。なお、所定負荷Ｔ４以上のエンジン負荷で高圧リタード噴射を行う点は、前記と同様である（図１０（ｋ）、図１０（ｌ）、図１０（ｍ）参照）。

また、ＣＩモードとＳＩモードとの切り替えに係る境界を挟んだ低負荷側と高負荷側とのそれぞれにおいて、混合気の空燃比を、理論空燃比（λ≒１）に設定しているため、ＥＧＲ率は、ＣＩモードからＳＩモードにかけて連続的に減少するように設定される。このことは、燃焼形態の切り替えが行われるＣＩモードからＳＩモードへの移行に際しては、火花点火を開始すること以外に大きな変化はなく、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替え、又は、その逆の切り替えをそれぞれスムースにし、トルクショック等の発生を抑制することが可能になる。特にＥＧＲ通路５０を通じた排気ガスの還流に係る制御応答性は比較的低いため、ＥＧＲ率を急変させないような制御は、制御性の向上に有利である。

さらに、前述したようにＣＩモードにおいては、ＥＧＲ率をできるだけ高く設定していることに伴い、ＳＩモード内における、ＣＩモードとの境界付近の低負荷領域では、ＥＧＲ率が高くなってしまう。高いＥＧＲ率は、ポンプ損失の低減には有利であるものの、ＳＩモードにおいては、燃焼安定性に不利になる場合がある。

そこで、ＳＩモードにおける低負荷の領域、具体的には所定負荷Ｔ５よりも低負荷側においては、高温の外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。つまり、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を通過した、冷却しない外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。このことで、図７（ｂ）に示すように、気筒１８内の温度を高めに設定し、着火遅れ時間を短くして、高ＥＧＲ率の環境下における火花点火燃焼の安定性を高めるようにしている。

具体的には、図９（ｉ）に示すように、ＥＧＲ弁５１１の開度を、ＣＩモード時から連続するように、負荷の増大に従い次第に減少させる一方、図９（ｊ）に示すように、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１を所定負荷Ｔ４で開くとともに、負荷の増大に従い次第に減少させる（なお、ＥＧＲ弁５１１の開度とＥＧＲクーラバイパス弁５３１の開度と比較したとき、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１の開度の方が、その低下率は高い）。これにより、エンジン負荷の増大に対してクールドＥＧＲガスは増量し、ホットＥＧＲガスは減量し、クールドＥＧＲガス及びホットＥＧＲガスを含むＥＧＲ率は、エンジン負荷の増大に対して次第に低下する。したがって、新気量は増大する。なお、このときにＥＧＲ弁５１１は開いている。また、所定負荷Ｔ４からＴ５の間において、スロットル弁の開度は全開に維持される。

一方、燃料噴射の開始時期は、図１０（ｋ）に示すように、エンジン負荷の増大に従って、次第に遅角すると共に、燃圧も、同図（ｌ）に示すように、エンジン負荷の増大に従って、次第に高くする。また、点火時期は、同図（ｍ）に示すように、燃料噴射の開始時期と共に、エンジン負荷の増大に従って、次第に遅角する。なお、ＳＩモードにおいて、所定負荷Ｔ４からＴ５の低負荷側の領域では、所定の点火時期に点火プラグ２５を作動させることで火花点火を行うものの、その燃焼形態は、火花点火により火炎核が生成されて、火炎が伝播する形態とは限らず、火花点火により低温酸化反応が促進されて自着火するような形態もあり得る。

（所定負荷Ｔ５以上）
ＳＩモードにおいて、所定負荷Ｔ５以上の高負荷側においては、気筒１８内の温度が高まることにより燃焼安定性が高まるため、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１を閉じることから、図７（ａ）（ｄ）に示すように、ホットＥＧＲガス量はゼロになり、クールドＥＧＲガスのみが気筒１８内に導入される。なお、図示は省略するが、所定負荷Ｔ５以上の高負荷側では、インタークーラバイパス弁３５１を開ける（例えばエンジン負荷の増大に応じてその開度を次第に大きくする）ことによって、インタークーラ／ウォーマー３４をバイパスする新気量を増やすようにし、気筒１８内に導入する新気の温度を低くしてもよい。これは、高負荷側の領域において、気筒１８内の温度を低下させて過早着火やノッキング等の異常燃焼を回避する上で有利になる。

また、図９（ｈ）に示すようにスロットル弁３６の開度は全開に維持されるとともに、同図（ｉ）に示すように、ＥＧＲ弁５１１は、エンジン負荷の増大に従い次第に閉じて、全開負荷で閉弁する。一方で、図８（ｆ）、図８（ｇ）に示すように、エンジン負荷の増大に従い、吸気弁２１のリフト量を次第に大きくし、全開負荷で最大リフト量にする。こうして気筒１８内に導入する新気量を、エンジン負荷の増大に従って増量させることで、エンジン１の運転領域における高負荷側でのトルクの向上を図る。

さらに、図１０（ｋ）、図１０（ｌ）、図１０（ｍ）に示すように、燃料噴射開始時期は、エンジン負荷の増大に従って次第に遅角されると共に、燃料圧力も、エンジン負荷の増大に従って次第に高く設定される。そうして、点火時期も、エンジン負荷の増大に従って次第に遅角される。エンジン負荷の増大に伴い異常燃焼等が生じやすくなるものの、噴火開始時期の遅角化及び燃料圧力の高圧化によって、それが、効果的に回避される。

以上、図７〜１０を参照しながら、エンジン負荷の高低に対する各パラメータの変化を説明したが、図１２は、ＥＧＲ率とエンジン負荷との関係を示している。前述の通り、エンジン負荷の低い軽負荷の領域では、空燃比をリーンに設定している一方で、その軽負荷の領域よりも負荷の高い領域では、エンジン負荷の高低や、燃焼形態の相違に拘わらず、空燃比を理論空燃比（λ≒１）で一定に設定している。エンジン１は、図１２に太実線の矢印で示す制御ラインに沿って制御され、空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する条件下で、ＥＧＲ率を最大に設定している。したがって、エンジン負荷の高低に対し、また、燃焼形態の切り替えに拘わらず、ＥＧＲ率は連続的に変化する。このことは、エンジン負荷が連続的に変化するようなときには、気筒１８内のガス組成が連続的に変化することになるから、制御性の向上に有利である。

また、大量のＥＧＲガスを気筒１８内に導入しつつ、吸気行程中に燃料噴射を行うことで圧縮着火燃焼を行う燃焼形態（つまり、領域（１）及び領域（２）に相当）では、図１２に一点鎖線で示すように、ｄＰ／ｄｔの制約から、所定以上のエンジン負荷を実現することができないものの、ここにおいては、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でかつ、圧縮上死点付近において燃料を噴射する高圧リタード噴射を行うことによって、燃焼を緩慢にしてｄＰ／ｄｔの制約を解消しつつ、圧縮着火燃焼を安定して行うことが可能になる。これは、図４においては領域（３）の燃焼形態に相当し、ＣＩモードを高負荷側に拡大することが可能になる。また、この領域（３）を設けることによって、エンジン負荷の高低に対するＥＧＲ率の連続的な変化が実現する、ということもできる。

エンジン１の幾何学的圧縮比が高いことに起因して、過早着火（プリイグニッション）等の異常燃焼が生じ得るＳＩ燃焼の領域（図１２における一点鎖線を参照）においては、高圧リタード噴射を行うことにより、そうした異常燃焼を回避して、安定した火花点火燃焼を実行することが可能になる。高圧リタード噴射はまた、燃焼安定性を高めることから、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替え直後の負荷において、高いＥＧＲ率が設定されても、所定の燃焼安定性を確保する上で有利である。このこともまた、エンジン負荷の高低に対して、ＥＧＲ率を連続的に変化させることを可能にしている一因である。

こうして、エンジン負荷の高低に対して、気筒１８内の状態量の連続性を確保することは、ＳＩモード及びＣＩモードの切り替えを伴うエンジン１において、モードの切り替え時のトルクショック等を抑制する上で有利になる。

また、幾何学的圧縮比が高く設定されたエンジン１においては、高圧リタード噴射で燃料を噴射するようなタイミングでは、燃焼室１９の容積が比較的小さくなる。これは、燃焼室１９内の空気利用率の点では不利になり得るものの、高圧リタード噴射は、高い燃圧で、キャビティ１４１内に燃料を噴射することで、キャビティ１４１内の流動を強めて空気の利用率を高める。特に直噴インジェクタ６７は、多噴口型であるため、キャビティ１４１内のガスの乱れエネルギを効果的に高め、空気利用率の向上に有利になる。

その結果、ＣＩモードにおける領域（３）では、比較的均質な混合気が速やかに形成されるようになり、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性が向上する。同様に、ＳＩモードにおける領域（４）でも、異常燃焼が回避される。

ここで、ＣＩモードにおける高圧リタード噴射と、ＳＩモードにおける高圧リタード噴射とを比較すると、図１０（ｋ）に示すように、ＣＩモードにおける高圧リタード噴射の方が、燃料の噴射開始時期が進角側に設定される。これは、ＣＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う領域（３）は、圧縮着火燃焼を行うこととエンジン１の負荷が相対的に低いことにより大量のＥＧＲガスを気筒１８内に導入することが可能であって、大量のＥＧＲガスにより燃焼を緩慢化させることが可能である。そこで、燃料噴射の開始時期を、異常燃焼を回避し得る限度で、より早めることで、均質混合気の形成期間を、ある程度長く確保して着火性や燃焼安定性を向上させつつ、圧縮着火の時期を圧縮上死点以降に遅らせて、大量のＥＧＲガスによる燃焼の緩慢化と共に、急激な圧力上昇を回避することが可能になる。

これに対し、ＳＩモードにおける高圧リタード噴射を行う領域（４）（又は領域（５））は、燃焼安定性の観点から大量のＥＧＲガスを気筒１８内に導入することができないため、燃料噴射の開始時期をできるだけ遅らせることによって、リタード噴射の作用効果により、異常燃焼を回避することが望ましい。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。すなわち、前述したエンジン構成への適用に限定されるものではない。例えば、吸気行程期間内における燃料噴射は、気筒１８内に設けた直噴インジェクタ６７ではなく、別途、吸気ポート１６に設けたポートインジェクタを通じて、吸気ポート１６内に燃料を噴射してもよい。

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

さらに、前記の説明では、所定の運転領域において混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定して、三元触媒の利用を可能としているが、これに限らず、例えばＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap）を用いるのであれば、混合気の空燃比をリーンに設定してもよい。

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

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

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明は、排気ガスを気筒内に導入するために、排気工程における吸気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁との少なくとも一方を実行させる内部ＥＧＲ導入手段を備え、ＣＩ燃焼領域で内部ＥＧＲ導入手段を動作させる火花点火式直噴エンジン等について有用である。

１ エンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ（制御器）
１８ 気筒
１９ 燃焼室
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
２５ 点火プラグ
６２ 高圧燃料供給システム（燃圧可変機構）
６７ 直噴インジェクタ（燃料噴射弁）
７１ ＶＶＬ（内部ＥＧＲ導入手段）
７２ ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）（内部ＥＧＲ導入手段）
７３ ＣＶＶＬ（内部ＥＧＲ導入手段）
５１１ ＥＧＲ弁（外部ＥＧＲガス還流手段）
５３１ ＥＧＲクーラバイパス弁（外部ＥＧＲガス還流手段）

Claims (4)

1. 頂部に燃焼室を形成する気筒を有し、ガソリンを主成分とする燃料が供給されるように構成されたエンジン本体と、
   上記燃焼室側に開口する吸気ポート開口及び排気ポート開口をそれぞれ開閉するための吸気弁及び排気弁と、
   上記燃焼室内に上記燃料を噴射するように構成された燃料噴射弁と、
   上記燃料噴射弁が噴射する燃料の圧力を変更するように構成された燃圧可変機構と、
   上記燃焼室内に臨んで配設され、当該燃焼室内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、
   排気ガスを上記気筒内に導入するために、排気工程における吸気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁との少なくとも一方を実行させる内部ＥＧＲ導入手段と、
   少なくとも上記燃料噴射弁、上記燃圧可変機構、上記点火プラグ及び上記内部ＥＧＲ導入手段を制御することによって、上記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備え、
   上記制御器の制御によって、所定負荷よりも低負荷側の圧縮自己着火燃焼領域では、燃焼室内の混合気を圧縮自己着火により燃焼させる一方、上記所定負荷以上の高負荷側の火花点火燃焼領域では、上記点火プラグを用いて燃焼室内の混合気を火花点火により燃焼させるとともに、当該圧縮自己着火燃焼領域で上記内部ＥＧＲ導入手段を動作させる火花点火式直噴エンジンであって、
   上記制御器は、
   上記圧縮自己着火燃焼領域では、着火時期に最も近い燃料噴射の終了時期が、低負荷側領域では吸気行程初期から圧縮行程中期までの期間内になる一方、高負荷側領域では圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内になるように、上記燃料噴射弁を駆動させるとともに、少なくとも高負荷側領域では上記燃圧可変機構を用いて上記燃料噴射弁の燃料噴射圧力を３０ＭＰａ以上の所定圧力に設定し、
   上記圧縮自己着火燃焼領域ではさらに、上記気筒内に導入される全ガス量に対する内部ＥＧＲガス量の割合が、低負荷側領域よりも高負荷側領域の方が小さくなるように、負荷の増大にともなって吸気流量を増大させるように、上記内部ＥＧＲ導入手段を駆動し、
   上記圧縮自己着火燃焼領域から上記火花点火燃焼領域への燃焼態様の切り替えに伴って、上記内部ＥＧＲ導入手段の動作を停止させることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
2. 請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   上記所定負荷は、上記圧縮自己着火燃焼領域と、スロットル弁全開領域を除く火花点火燃焼領域と、からなる全領域を、負荷の低い低負荷領域と、これよりも負荷の高い中負荷領域と、さらに負荷の高い高負荷領域とに３等分した場合、中負荷領域に設定されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
3. 請求項１又は２記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   排気ガスが熱交換により冷却された低温のクールドＥＧＲガスを上記気筒内に導入可能に構成された外部ＥＧＲガス還流手段をさらに備え、
   上記制御器は、上記圧縮自己着火燃焼領域における高負荷側領域では、上記クールドＥＧＲガスが上記気筒内に導入されるように、上記外部ＥＧＲ還流手段を駆動させることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、
   上記吸気弁の開弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構をさらに備え、
   上記内部ＥＧＲ導入手段は、吸気行程中に排気弁を開弁させる際に、可変バルブタイミング機構を用いて、上記気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するように構成されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。

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