JP2015063939A

JP2015063939A - 圧縮着火式エンジンの制御装置

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Publication number: JP2015063939A
Application number: JP2013198271A
Authority: JP
Inventors: 和弘長津; Kazuhiro Nagatsu; 田賀　淳一; Junichi Taga; 淳一田賀; 井上　淳; Atsushi Inoue; 淳井上; 養祖　隆; Takashi Youso; 隆養祖; 光則早田; Mitsunori Hayata
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: JP6268863B2

Abstract

【課題】エンジン負荷に応じて圧縮着火燃焼と強制点火燃焼とを切り替える圧縮着火式エンジンにおいて、強制点火燃焼を行う領域内でＥＧＲ率を連続的に変化可能にする。【解決手段】圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン本体（エンジン１）の運転状態が切替負荷（Ｔ３）以下の運転領域にあるときには、気筒１８内の混合気を圧縮着火燃焼させると共に、切替負荷よりも高負荷の運転領域にあるときには、気筒内の混合気を強制点火燃焼させることによりエンジン本体を運転するように構成された制御器（ＰＣＭ１０）を備える。制御器は、切替負荷よりも高負荷の運転領域にあるときには、負荷が低いほどＥＧＲ率が高くなるように、負荷の高低に応じてＥＧＲ率を連続的に変化させると共に、切替負荷に隣接する特定領域（Ｔ３〜Ｔ４）においては、気筒内にオゾンを導入する。【選択図】図８

Description

ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

例えば特許文献１には、エンジンの運転状態が所定の切替負荷以下の運転領域にあるときには、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させる一方で、当該切替負荷よりも負荷の高い運転領域にあるときには、気筒内の混合気に点火プラグによって強制点火を行って燃焼させるよう構成されたエンジンが記載されている。このエンジンはまた、圧縮着火燃焼を行うときには、吸気行程中に排気弁を再度、開弁することによって、排気側に排出した排気ガスの一部を気筒内に導入する、いわゆる排気二度開きを行う。この排気二度開きによる内部ＥＧＲガスの導入は、圧縮端温度を高めて、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を高める。さらに、このエンジンでは、火花点火燃焼を行うときには冷却した外部ＥＧＲガスを気筒内に導入しており、これにより、冷却損失の低減やＲａｗＮＯｘの低減等を図っている。

また、特許文献２にも、エンジンの運転状態が低回転低負荷の所定の領域にあるときには、圧縮着火燃焼を行う一方で、当該所定の領域以外の領域にあるときには、火花点火燃焼を行うエンジンが記載されている。このエンジンはまた、圧縮着火燃焼を行う領域においては、吸気にオゾンを添加することによって圧縮着火の着火性を高めている。

特開２０１２−１７２６６５号公報特開２００２−２７６４０４号公報

ところで、特許文献１に記載されたエンジンでは、火花点火燃焼を行う領域においては、できるだけ大量の排気ガスを気筒内に導入するために、スロットル弁を全開のままにする一方で、ＥＧＲ弁の開度を調整することにより、気筒内に導入する新気量と排気ガス量との割合を調整している。エンジン負荷の高低に対して混合気の空燃比を理論空燃比で一定にするためには、エンジン負荷が低くなるに従って燃料噴射量が低減して必要な新気量も低減するから、エンジン負荷が低いほどＥＧＲ率（つまり、気筒内の全ガス量に対する排気ガスの割合）を連続的に高くすることになる。このようにエンジンの負荷の高低に対してＥＧＲ率を連続的に変化させることは、エンジンの負荷の高低に対して状態量制御を連続化することになるから、エンジンの制御上、好ましい。

しかしながら、火花点火燃焼のような、混合気に強制点火を行うことにより生じた火炎を伝播させる燃焼形態は、大量の排気ガスを気筒内に導入すると燃焼安定性が低下してしまうことから、ＥＧＲ率の最高値は比較的低い値に制限されてしまう（いわゆるＥＧＲ限界）。そのため、特許文献１にも記載されているように、強制点火燃焼を行う領域内において切替負荷に隣接する負荷の低い領域においては、ＥＧＲ率が制限される結果、例えばスロットル弁の開度制御や、吸気弁の閉弁時期の制御を通じて、気筒内に導入する新気量を低減しなければならない場合がある。

また、切替負荷に対して低負荷側に隣接する領域は、圧縮着火燃焼を行う領域においては高負荷側の領域に相当するため、圧縮着火燃焼が圧力上昇（ｄｐ／ｄθ）の激しい過早着火の燃焼となり得る。圧縮着火燃焼は、高いＥＧＲ率が許容されることから、この領域ではＥＧＲ率を高めて、できるだけ多くの排気ガスを気筒内に導入することにより、燃焼の緩慢化を図ることが望ましい。しかしながら、前述したように、切替負荷に対して高負荷側に隣接する領域では火花点火燃焼を行うために、ＥＧＲ率が低く制限されてしまうことから、切替負荷を挟んだ高負荷側と低負荷側とで、ＥＧＲ率の差が大きくなってしまう。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン負荷に応じて圧縮着火燃焼と強制点火燃焼とを切り替える圧縮着火式エンジンにおいて、強制点火燃焼を行う領域内で、高いＥＧＲ率を許容可能にし、そのことによりエンジンの負荷の高低に対してＥＧＲ率を連続的に変化可能にすることにある。

ここに開示する技術は、気筒内にオゾンを導入することが混合気の燃焼性を高める点に着目し、強制点火燃焼を行う領域内において、圧縮着火燃焼への切り替えを行う切替負荷に隣接する特定領域においては、気筒内にオゾンを導入することにした。オゾンの導入によって、ＥＧＲ率を高く設定しても燃焼安定性を確保するようにし、その結果、エンジンの負荷の高低に対してＥＧＲ率を連続的に変化可能にした。

具体的に、ここに開示する圧縮着火式エンジンの制御装置は、気筒を有するエンジン本体と、排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流システムと、前記気筒内の混合気に強制点火を行うよう構成された点火装置と、前記気筒内にオゾンを導入するように構成されたオゾン導入器と、前記エンジン本体の運転状態が所定の切替負荷以下の運転領域にあるときには、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させると共に、前記エンジン本体の運転状態が前記切替負荷よりも高負荷の運転領域にあるときには、前記点火装置を作動させて、前記気筒内の混合気を強制点火燃焼させることにより、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備える。

そして、前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が前記切替負荷よりも高負荷の運転領域にあるときには、前記エンジン本体の負荷が低いほど、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガスの量の割合であるＥＧＲ率が高くなるように、負荷の高低に応じて前記ＥＧＲ率を連続的に変化させると共に、前記切替負荷に隣接する特定領域においては、前記オゾン導入器によって前記気筒内にオゾンを導入する。

この構成によると、エンジン本体の運転状態が所定の切替負荷以下の運転領域にあるときには、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させる。このことにより、排気エミッション性能の向上と熱効率の向上とが両立する。また、エンジン本体の運転状態が、切替負荷よりも高負荷の運転領域にあるときには、点火装置を作動させて、気筒内の混合気を強制点火燃焼させる。エンジン本体の負荷が比較的高いときには圧縮着火燃焼を行わないことで、燃焼騒音を回避することができる。

エンジン本体の運転状態が強制点火燃焼を行う運転領域にあるときには、エンジン本体の負荷が低いほどＥＧＲ率が高くなるように、負荷の高低に応じてＥＧＲ率を連続的に変化させる。これにより、エンジン本体の状態量制御が連続化する。例えば混合気の空燃比を理論空燃比に設定した上で、可能な限りの排気ガスを気筒内に導入してもよい。こうすることで、ポンプ損失及び冷却損失が低減されると共に、ＲａｗＮＯｘの生成も抑制される。

そうして、切替負荷よりも高負荷の運転領域であって切替負荷に隣接する特定領域においては、オゾン導入器によって気筒内にオゾンを導入する。切替負荷に隣接する特定領域は、強制点火燃焼を行う運転領域における負荷の低い領域に相当し、エンジン本体の負荷に応じて変化させるＥＧＲ率は、比較的高く設定される。このため、強制点火燃焼の燃焼安定性が低下するものの、このＥＧＲ率が高く設定される特定領域において気筒内にオゾンを導入することにより、混合気の燃焼性を高めて、高い燃焼安定性を確保することが可能になる。こうして、特定領域において、気筒内にオゾンを導入することにより、強制点火燃焼を行う運転領域の全域に亘って、ＥＧＲ率を連続的に変化させることが可能になる。尚、気筒内へのオゾンの導入は、気筒内に吸気を導入する際に吸気にオゾンを添加してもよいし、気筒内に吸気を導入した後に気筒内のガスにオゾンを添加してもよい。

ここで、前記オゾンを導入する前記特定領域において設定される前記ＥＧＲ率は、強制点火燃焼時のＥＧＲ限界よりも高く設定されている、としてもよい。

前述の通り、特定領域においては、気筒内にオゾンを導入することによって強制点火燃焼の燃焼性が高まっている。このため、強制点火燃焼時のＥＧＲ限界を超える高いＥＧＲ率を設定しても、燃焼安定性を確保することが可能になる。このことは、強制点火燃焼を行う運転領域の全域に亘って、ＥＧＲ率を連続的に変化させることを可能にし、特にオゾンを気筒内に導入する特定領域において、スロットル弁の制御や、吸気弁の閉弁時期の制御を通じて気筒内に導入する新気量を低減する制御を不要にする。

また、特定領域におけるＥＧＲ率を、強制点火燃焼時のＥＧＲ限界よりも高く設定することにより、燃焼形態を切り替える切替負荷を挟んだ高負荷側と低負荷側との間のＥＧＲ率の差を小さく、又は、実質的に無くすことが可能になる。

前記制御器は、前記切替負荷よりも高負荷の運転領域と、前記切替負荷以下の領域であって前記高負荷の運転領域に隣接する所定領域とに亘って、前記エンジン本体の負荷が低いほど、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガスの量の割合であるＥＧＲ率が高くなるように、負荷の高低に応じて前記ＥＧＲ率を連続的に変化させる、としてもよい。

こうすることで、切替負荷を挟んで隣り合う、強制点火燃焼を行う高負荷側の領域と、圧縮着火燃焼を行う低負荷側の領域（つまり、所定領域）とに亘って、ＥＧＲ率が連続的に変化するから、燃焼形態は切り替えつつ、状態量制御を連続化することが可能になる。このことより、燃焼形態の切り替え時には、実質的に、点火装置の作動・非作動の切り替えのみを行えばよく、燃焼形態の切り替えをスムースにし、トルクショック等の発生が抑制される。

また、切替負荷以下の圧縮着火燃焼を行う領域において、切替負荷に隣接する所定領域は、エンジン本体の負荷が比較的高いものの、比較的高いＥＧＲ率が設定されるため、圧縮着火燃焼の緩慢化が可能になり、燃焼騒音の回避に有利になる。

前記排気還流システムは、前記エンジン本体の排気通路と吸気通路とを連通しかつ、排気ガスを排気側から吸気側に向かって流すよう構成されたＥＧＲ通路と、前記排気ガスを冷却するよう構成された冷却器と、を有する外部ＥＧＲシステムを含み、前記外部ＥＧＲシステムは、少なくとも、前記切替負荷よりも高負荷の運転領域において、前記ＥＧＲ率を調整する、としてもよい。

こうすることで、切替負荷よりも高負荷の運転領域においては、冷却器によって冷却された排気ガスが気筒内に導入されるため、過早着火やノッキング等の異常燃焼を回避しつつ、比較的大量の排気ガスを気筒内に導入することが可能になる。こうして、冷却した排気ガスを気筒内に導入することと、特定領域におけるオゾンの導入とが組み合わさって、強制点火燃焼を行う領域の負荷方向の全域に亘って、エンジン本体の負荷の高低に対しＥＧＲ率を連続的に変化させることが実現する。

また、切替負荷よりも低負荷側であって、切替負荷に隣接する前記所定領域においても、外部ＥＧＲシステムによって冷却した排気ガスを気筒内に導入するようにすれば、圧縮端温度が高くなりすぎることが回避され、圧縮着火燃焼の緩慢化が図られる。これは、燃焼騒音の回避に有利になる。

以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御装置は、切替負荷よりも高負荷の運転領域であって切替負荷に隣接する特定領域においては、オゾン導入器によって気筒内にオゾンを導入することにより、強制点火燃焼を行う領域内における負荷の低い領域において、燃焼性を高めることができる。その結果、切替負荷よりも高負荷の運転領域の全域に亘って、エンジン本体の負荷が低いほどＥＧＲ率が高くなるように、負荷の高低に応じてＥＧＲ率を連続的に変化させることが実現する。

圧縮着火式エンジンの構成を示す概略図である。圧縮着火式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。オゾン発生器の構成を例示する概念図である。リフト量を連続的に切り替え可能に構成された吸気弁のリフトカーブの例示と、通常の開弁動作と、吸気行程時に再開弁する特殊動作とに切り替え可能に構成された排気弁のリフトカーブとの例示である。エンジンの運転制御マップを例示する図である。（ａ）は、ＣＩモードにおいて吸気行程噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示、（ｂ）は、ＣＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示である。エンジンの負荷の高低に対するＥＧＲ率の関係、及び、エンジンの負荷の高低に対するオゾン濃度の関係を例示する図である。

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

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

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

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）と称する）７１が設けられている。ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、図５に実線で例示するように、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、図５に破線で例示するように、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。以下の説明においては、ＶＶＬ７１を通常モードで作動させ、排気二度開きを行わないことを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、ＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、排気二度開きを行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

尚、内部ＥＧＲの実行は、排気二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁２１を二回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行うことも可能であるし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御を行うことも可能である。但し、後述の通り、圧縮端温度を高くする上では、排気二度開きが最も好ましい。

ＶＶＬ７１を備えた排気側の動弁系に対し、吸気側には、図２に示すように、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と称する）７２と、図５に実線、破線及び一点鎖線で例示するように、吸気弁２１のリフト量を連続的に変更することが可能なリフト量可変機構（以下、ＣＶＶＬ（Continuously VariableValve Lift）と称する）７３とが設けられている。ＶＶＴ７２は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。また、ＣＶＶＬ７３も、公知の種々の構造を適宜採用することが可能であり、その詳細な構造についての図示は省略する。ＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３によって、吸気弁２１はその開弁タイミング及び閉弁タイミング、並びに、リフト量をそれぞれ変更することが可能である。

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

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

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

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

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

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

排気通路４０の上流側の部分は、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。

また、吸気通路３０におけるスロットル弁３６とサージタンク３３との間には、気筒１８に導入する新気にオゾンを添加するオゾン発生器（Ｏ_３発生器）７６が介設している。
オゾン発生器７６は、例えば図４に示すように、吸気管３０１の横断面上で、上下又は左右方向に所定間隔を設けて並列された複数の電極を備えて構成されている。オゾン発生器７６は、吸気に含まれる酸素を原料ガスとして、無声放電によりオゾンを生成する。つまり、電極に対して、図外の電源から高周波交流高電圧を印加することにより、放電間隙において無声放電が発生し、そこを通過する空気（つまり、吸気）がオゾン化される。こうしてオゾンが添加された吸気は、サージタンク３３から吸気マニホールドを介して、各気筒１８内に導入される。オゾン発生器７６の電極に対する電圧の印加態様を変更する、及び／又は、電圧を印加する電極の数を変更することによって、オゾン発生器７６を通過した後の、吸気中のオゾン濃度を調整することが可能である。後述するように、ＰＣＭ１０は、こうしたオゾン発生器７６に対する制御を通じて、気筒１８内に導入する吸気中のオゾン濃度の調整を行う。

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

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

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁２１のＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３、排気弁２２のＶＶＬ７１、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、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータ、及びオゾン発生器７６へ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。

図６は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼）に切り替える。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行うＣＩ（Compression Ignition）モードと、火花点火燃焼を行うＳＩ（Spark Ignition）モードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

ＣＩモードはさらに、エンジン負荷の高低に応じて２つの領域に分けられている。具体的に、ＣＩモード内における低中負荷に相当する領域（１）では、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。これは、詳しくは後述するが、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行うことによる。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度を高め、領域（１）において、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を高める上で有利になる。領域（１）ではまた、図７（ａ）に示すように、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射することにより、均質な混合気を形成する。均質混合気は、図７（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。

ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線（つまり、切替負荷）を含む、ＣＩモード内において高負荷の領域（２）では、気筒１８内の温度環境が高くなる。そのため、過早着火を抑制するためにホットＥＧＲガス量を低下させる一方で、ＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却されたクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。

このエンジン１はまた、切替負荷を可能な限り高く設定することにより、ＣＩモードの領域を可能な限り高負荷側に拡大しており、負荷の高い領域（２）において、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内で気筒１８内に燃料を噴射してしまうと、過早着火等の異常燃焼が生じる虞がある。一方、温度の低いクールドＥＧＲガスを大量に導入して気筒内の圧縮端温度を低下させようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。つまり、領域（２）は、気筒１８内の温度制御だけでは、圧縮着火燃焼を安定して行い得ない。そこで、この領域（２）では、気筒１８内の温度制御に加えて、燃料噴射形態を工夫することによって過早着火等の異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を図る。具体的に、この燃料噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、図７（ｂ）に示すように、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間（以下、この期間をリタード期間と呼ぶ）内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」又は単に「リタード噴射」と呼ぶ。このような高圧リタード噴射により、領域（２）での異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。この高圧リタード噴射の詳細については、後述する。

このようなＣＩモードに対し、ＳＩモードは、図６においては明示していないが、排気側のＶＶＬ７１をオフにして、ホットＥＧＲガスの導入を中止する一方で、クールドＥＧＲガスの導入は継続する。ＳＩモードではまた、詳細は後述するが、スロットル弁３６を全開にする一方で、ＥＧＲ弁５１１の開度調整により、気筒１８内に導入する新気量及び外部ＥＧＲガス量を調整する。こうして気筒１８内に導入するガス割合を調整することは、ポンプ損失の低減と共に、大量のクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入することによる異常燃焼の回避、火花点火燃焼の燃焼温度を低く抑えることによるＲａｗＮＯｘの生成抑制及び冷却損失の低減が図られる。尚、全開負荷域では、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することにより、外部ＥＧＲをゼロにする。

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

そこでこのエンジン１では、ＳＩモードにおいては、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、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でもって、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を行う。尚、ＳＩモードにおいては、リタード期間内での高圧リタード噴射に加えて、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内に噴射するようにしてもよい（つまり、分割噴射を行うとしてもよい）。

ここで、ＳＩモードにおける高圧リタード噴射について簡単に説明すると、例えば本願出願人が先に出願をした、前記特許文献１（特開２０１２−１７２６６５号公報）に、詳細に記載しているように、高圧リタード噴射は、燃料の噴射開始から燃焼の終了までの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、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、高い圧力で、気筒１８内に燃料を噴射することにより、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮する。噴射期間及び混合気形成期間の短縮は、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から、高圧リタード噴射では、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に燃料噴射を行う。

高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射することに伴い、その気筒内の乱れが強くなり、気筒１８内の乱れエネルギが高まる。このことと、燃料噴射のタイミングを比較的遅いタイミングに設定することとにより、高い乱れエネルギを維持したまま、火花点火を行って燃焼を開始することが可能になる。これは、燃焼期間を短くする。

こうして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、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。反応可能時間が短くなる結果として、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。

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

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

以上説明したように、ＳＩモードでの高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短縮することが可能であるが、ＣＩモードの領域（２）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、そもそも気筒１８内に燃料が噴射されていない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／ｄθ）が急峻になってしまうことが回避される。これは、ＮＶＨの制約を解消するから、ＣＩモードの領域を高負荷側に拡大させる。

図８は、エンジン１の負荷の高低に対するＥＧＲ率の変化（つまり、気筒１８内のガス組成の変化）を示している。以下、ＥＧＲ率の変化について、高負荷側から低負荷側に向かって順に説明する。

（最大負荷Ｔ_ｍａｘから切替負荷Ｔ_３まで）
切替負荷Ｔ_３よりも負荷の高い領域はＳＩモードに相当する。このＳＩ領域では、前述したように、クールドＥＧＲガスのみを気筒１８内に導入する。すなわち、スロットル弁３６の開度は全開に維持されると共に、ＥＧＲ弁５１１は、全開負荷では閉弁している一方で、エンジン負荷の低下に従い次第に開く。こうして、ＳＩモードにおいては、混合気の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。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、混合気の空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用を可能にする。エンジン負荷の低下に従い燃料噴射量が低下するため、ＥＧＲ率は連続的に高くなる。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内のガス組成を連続的に変化させることになるから、制御性の向上に有利である。

火花点火燃焼においては、気筒１８内に導入する排気ガスの量が多すぎると燃焼安定性が低下してしまう。そのため、火花点火燃焼において設定可能な最高のＥＧＲ率（つまり、ＥＧＲ限界）が存在する。前述の通り、エンジン負荷の低下に従いＥＧＲ率は連続的に高くなるものの、所定負荷Ｔ_４において、ＥＧＲ率はＥＧＲ限界になる。そのため、所定負荷Ｔ_４から切替負荷Ｔ_３までの間は、通常であれば、図８に一点鎖線で示すように、ＥＧＲ率をそれ以上に高く設定することができない。また、そのようにＥＧＲ率がＥＧＲ限界によって制限されると、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する上で、図８に一点鎖線で示すように、例えばスロットル弁３６の開度制御や、吸気弁２１の閉弁時期の制御と通じて、気筒１８内に導入する新気を減らさなければならない。

これに対し、このエンジン１においては、ＥＧＲ限界によってＥＧＲ率が制限される所定負荷Ｔ_４から切替負荷Ｔ_３までの間の特定領域においては、オゾン発生器７６を作動させて、気筒１８内に導入する吸気にオゾンを添加する。気筒１８内にオゾンを導入することは、火花点火燃焼の燃焼性を高めるから、ＥＧＲ率を、ＥＧＲ限界よりも高く設定しても、火花点火燃焼の燃焼安定性を確保することが可能になる。こうして、このエンジン１においては、所定負荷Ｔ_４から切替負荷Ｔ_３までの間において、ＥＧＲ率を、ＥＧＲ限界よりも高く設定することにより、エンジン１の負荷の高低に対してＥＧＲ率を連続的に変化させるようにしている（図８のハッチングを付した部分参照）。その結果、切替負荷Ｔ_３までの、火花点火燃焼を行う領域の全域に亘って、エンジン１の負荷の高低に対してＥＧＲ率を連続的に変化させることになる。また、気筒１８内に導入する新気量を減らす必要もなくなる。

ここで、オゾン濃度は、図８の下図に示すように、エンジン１の負荷に応じて、負荷が低下するに従い連続的に高まるように設定してもよい。こうすることで、火花点火燃焼の燃焼安定性を確保する上で、必要最低限のオゾン濃度とすることが可能になり、オゾンの発生に必要な電力消費を最低限にして、燃費の向上に有利になる。尚、最大のオゾン濃度は、例えば５０〜３０ｐｐｍ程度としてもよい。また、オゾン濃度は、エンジン１の負荷に応じて、負荷が低下するに従い段階的に高まるように設定してもよい。また、オゾン濃度は、所定負荷Ｔ_４と切替負荷Ｔ_３との間において、エンジン１の負荷に拘わらず一定濃度に設定してもよい。

（切替負荷Ｔ_３から特定負荷Ｔ_１まで）
切替負荷Ｔ_３は、前述したようにＣＩモードとＳＩモードとの切り替えに係り、切替負荷Ｔ_３以下の低負荷側においてはＣＩモードとなる。ＣＩモードとＳＩモードとの切替負荷を挟んだ低負荷側と高負荷側とのそれぞれにおいて、混合気の空燃比は理論空燃比（λ≒１）に設定している。このため、ＥＧＲ率は、ＣＩモードからＳＩモードにかけて連続的に高まることになる。このことは、燃焼形態の切り替えが行われるＣＩモードとＳＩモードとの間の移行に際しては、火花点火の実行、非実行を切り替え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。

また、切替負荷Ｔ_３に対し低負荷側に隣接する領域では、切替負荷Ｔ_３に対し高負荷側に隣接する領域から継続するように、比較的大量のＥＧＲガス（クールドＥＧＲガス）を気筒１８内に導入しながら、前述した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って圧縮着火燃焼を行うことになる。このことは、圧縮着火燃焼を行う領域としては、エンジン１の負荷が比較的高い領域において、圧縮着火燃焼を緩慢にしてｄＰ／ｄθの制約を解消しつつ、圧縮着火燃焼を安定して行うことを可能にする。

ＣＩモードにおいては、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、内部ＥＧＲガス（つまりホットＥＧＲガス）を気筒１８内に導入する。従って、切替負荷Ｔ_３を境にして、排気側のＶＶＬ７１のオン・オフが切り替わる。ホットＥＧＲガス及びクールドＥＧＲガスを足し合わせたＥＧＲ率は、エンジン１の負荷が低下するに従い連続的に高くなる。また、クールドＥＧＲガスとホットＥＧＲガスとの割合は、エンジン１の負荷が低下するに従い、クールドＥＧＲガス割合は次第に小さくかつ、ホットＥＧＲガス割合は次第に大きくなる。クールドＥＧＲガスの導入量は、ＥＧＲ弁５１１の開度を制御することによって調整される。一方、ホットＥＧＲガスの導入量は、吸気行程期間内で開弁する排気弁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る。具体的には、吸気側のＶＶＴ７２及びＣＶＶＬ７３によって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期を調整することで、ホットＥＧＲガスの導入量は調整される。

そうして、切替負荷Ｔ_３と特定負荷Ｔ_１との間の所定負荷Ｔ_２において、クールドＥＧＲガスの導入は中止され、所定負荷Ｔ_２よりもエンジン１の負荷が低いときには、ホットＥＧＲガスのみが気筒１８内に導入される。エンジン１の負荷が低くなるに従い、ホットＥＧＲガスの導入量を増やすことは、圧縮開始前の気筒内のガス温度を高め、それに伴い圧縮端温度を高くする。このことは、エンジン１の負荷が低い領域において圧縮着火の着火性を高めると共に、圧縮着火燃焼の安定性を高める上で有利である。

エンジン１の負荷が低下するに従い連続的に高くなるＥＧＲ率は、特定負荷Ｔ_１において、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定される。

（特定負荷Ｔ_１から最低負荷まで）
特定負荷Ｔ_１までは、前述の通り、エンジン１の負荷が低下するに従い、ＥＧＲ率を連続的に高く設定しているが、特定負荷Ｔ_１よりもエンジン１の負荷が低いときには、エンジン１の負荷の高低に拘わらず、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘで一定にする。これにより、混合気の空燃比はリーンに設定される。

ここで、ＥＧＲ率を、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘを超えないように設定することは、ＥＧＲ率を高くして気筒１８内に大量の排気ガスを導入してしまうと、気筒１８内のガスの比熱比が低くなることで、圧縮開始前のガス温度が高くても、圧縮端温度が逆に低くなってしまうためである。

つまり、排気ガスは、三原子分子であるＣＯ_２やＨ_２Ｏを多く含んでおり、窒素（Ｎ_２）や酸素（Ｏ_２）を含む空気と比較して、比熱比が高い。そのため、ＥＧＲ率を高くして気筒１８内に導入する排気ガスが増えたときには、気筒１８内のガスの比熱比は低下する。

排気ガスの温度は、新気と比較して高いため、ＥＧＲ率が高くなるほど、圧縮開始前のガスの温度は高くなる。しかしながら、ＥＧＲ率が高くなるほど、ガスの比熱比が低下することから、圧縮をしてもガスの温度がそれほど高まらず、結果として、圧縮端温度は、所定のＥＧＲ率ｒ_ｍａｘで最高となり、ＥＧＲ率をそれより高めても、圧縮端温度は低くなる。

そこで、このエンジン１においては、圧縮端温度が最も高くなるＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定している。そして、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときには、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定し、そのことにより、圧縮端温度が低下してしまうことを回避している。この最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、５０〜９０％に設定してもよい。最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、高い圧縮端温度を確保することができる限度において、できるだけ高く設定すればよく、好ましくは、７０〜９０％である。このエンジン１は、高い圧縮端温度が得られるように、幾何学的圧縮比を１５以上の高い圧縮比に設定している。また、できるだけ温度の高い排気ガスを気筒１８内に導入するために、排気二度開きを採用している。つまり、排気二度開きは、気筒１８内に導入する排気ガスを排気ポートに一旦排出するため、ネガティブオーバーラップ期間を設ける構成とは異なり、排気行程中に排気ガスを圧縮して冷却損失を増大させることなく、しかも、相対的に温度の低い吸気ポートに排気ガスを排出する吸気二度開きとは異なり、排気ガスの温度低下を抑制することができるから、圧縮開始前のガス温度を最も高くすることが可能である。できる限り高い圧縮端温度を確保するように構成しているエンジン１においては、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、例えば８０％程度に設定してもよい。最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘを、できるだけ高く設定することは、エンジン１の未燃損失の低減に有利になる。つまり、エンジン１の負荷が低いときには未燃損失が高くなり易いため、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときにＥＧＲ率をできるだけ高く設定することは、未燃損失の低減による燃費の向上に極めて有効である。

こうしてこのエンジン１においては、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときにも、高い圧縮端温度を確保することにより、圧縮着火燃焼の着火性及び燃焼安定性を確保するようにしている。

尚、ここに開示する技術は、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の動弁系に関し、吸気弁２１のＣＶＶＬ７３に代えて、リフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、リフト量を相対的に小さくする小リフトカムとを切替可能なＶＶＬを備えるようにしてもよい。またその場合には、ホットＥＧＲガスの導入量を調整可能となるように、排気側にもＶＶＴを備えるようにすればよい。

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

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

図６に示す運転制御マップは例示であり、これ以外にも様々なマップを設けることが可能である。

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

１エンジン（エンジン本体）
１０ＰＣＭ（制御器）
１８気筒
２１吸気弁
２２排気弁
２５点火プラグ（点火装置）
５０ＥＧＲ通路（排気還流システム）
５１主通路（外部ＥＧＲシステム、排気還流システム）
５１１ＥＧＲ弁（外部ＥＧＲシステム、排気還流システム）
５２ＥＧＲクーラ（冷却器）
７６オゾン発生器（オゾン導入器）

Claims

気筒を有するエンジン本体と、
排気ガスを前記気筒内に導入するように構成された排気還流システムと、
前記気筒内の混合気に強制点火を行うよう構成された点火装置と、
前記気筒内にオゾンを導入するように構成されたオゾン導入器と、
前記エンジン本体の運転状態が所定の切替負荷以下の運転領域にあるときには、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させると共に、前記エンジン本体の運転状態が前記切替負荷よりも高負荷の運転領域にあるときには、前記点火装置を作動させて、前記気筒内の混合気を強制点火燃焼させることにより、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備え、
前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が前記切替負荷よりも高負荷の運転領域にあるときには、
前記エンジン本体の負荷が低いほど、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガスの量の割合であるＥＧＲ率が高くなるように、負荷の高低に応じて前記ＥＧＲ率を連続的に変化させると共に、
前記切替負荷に隣接する特定領域においては、前記オゾン導入器によって前記気筒内にオゾンを導入する圧縮着火式エンジンの制御装置。
請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御器は、前記切替負荷よりも高負荷の運転領域と、前記切替負荷以下の領域であって前記高負荷の運転領域に隣接する所定領域とに亘って、前記エンジン本体の負荷が低いほど、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガスの量の割合であるＥＧＲ率が高くなるように、負荷の高低に応じて前記ＥＧＲ率を連続的に変化させる圧縮着火式エンジンの制御装置。
請求項１又は２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記オゾンを導入する前記特定領域において設定される前記ＥＧＲ率は、強制点火燃焼時のＥＧＲ限界よりも高く設定されている圧縮着火式エンジンの制御装置。
請求項１〜３に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記排気還流システムは、前記エンジン本体の排気通路と吸気通路とを連通しかつ、排気ガスを排気側から吸気側に向かって流すよう構成されたＥＧＲ通路と、前記排気ガスを冷却するよう構成された冷却器と、を有する外部ＥＧＲシステムを含み、
前記外部ＥＧＲシステムは、少なくとも、前記切替負荷よりも高負荷の運転領域において、前記ＥＧＲ率を調整する圧縮着火式エンジンの制御装置。