JP2018193989A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮着火式エンジンにおいて燃焼騒音の発生を抑制しながら、圧縮着火による燃焼を行う。
【解決手段】圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン１と、インジェクタ６と、点火プラグ２５と、コントローラー（ＥＣＵ１０）と、を備える。点火プラグが混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼する。コントローラーは、高回転で運転しているときには、低回転で運転しているときよりも噴射タイミングが進角するよう、インジェクタに制御信号を出力する。
【選択図】図１２

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。

特許文献１には、低負荷低回転の所定領域において、燃焼室内の混合気を自己着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、前記低負荷低回転の領域よりも負荷の高い領域、及び、前記低負荷低回転の領域よりも回転数の高い領域においては、火花点火により混合気を燃焼させる。

特許第４０８２２９２号公報

ところで、圧縮着火による燃焼は、比較的大きな燃焼騒音を発する。エンジンの回転数が高いときに、エンジンのＮＶＨ（Noise Vibration Harshness）が許容値を超えてしまう。

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、圧縮着火式エンジンにおいてＮＶＨを許容値以下に抑えながら、圧縮着火による燃焼を行うことにある。

本願発明者らは、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼（又は自己着火（Auto Ignition）燃焼）とを組み合わせる燃焼形態を考えた。ＳＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮着火することにより開始する燃焼である。ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態は、点火プラグが、燃焼室の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱によって、燃焼室の中の温度が高くなることにより、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。

自己着火による燃焼においては、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。例えば自己着火のタイミングが早くなると、燃焼騒音が大きくなってしまうという問題がある。

ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、未燃混合気を、目標時期において自己着火させることができる。ＳＩ燃焼がＣＩ燃焼をコントロールするため、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態を、以下においては、ＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼と呼ぶ。

火炎伝播による燃焼は、圧力変動が相対的に小さいため、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。また、ＣＩ燃焼を行うことにより、火炎伝播による燃焼よりも、燃焼期間が短縮し、燃費の向上に有利になる。従って、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態は、燃焼騒音の発生を抑制しながら、燃費を向上させることができる。

エンジンの回転数が高いときにＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにすれば、ＮＶＨを許容値以下に抑えながら、ＣＩ燃焼を行うことができる。

具体的に、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係る。この圧縮着火式エンジンの制御装置は、燃焼室の中において混合気を着火させるよう構成されたエンジンと、前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中に燃料を噴射するよう構成されたインジェクタと、前記燃焼室の中に臨んで配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするよう構成された点火プラグと、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに接続されかつ、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラーと、を備える。

そして、前記点火プラグが前記混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼し、前記コントローラーは、前記エンジンが高回転で運転しているときには、低回転で運転しているときよりも燃料噴射タイミングが進角するよう、前記インジェクタに制御信号を出力する。

尚、ここでいう「燃焼室」は、ピストンが圧縮上死点に至ったときの空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる。

この構成によると、点火プラグは、コントローラーの制御信号を受けて、燃焼室の中の混合気に強制的に点火する。混合気は火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼することによって燃焼が完了する。つまり、燃焼室の中において、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、前述したように、燃焼騒音の抑制と燃費の向上との両方が実現する。

エンジンの回転数が高い時に、コントローラーは、噴射タイミングを、低回転時よりも進角する。エンジンの回転数が高くなると、燃焼室の中に燃料を噴射してから、点火までの間の気化時間が短くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼により燃焼する混合気が減り、ＣＩ燃焼が多くなる。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音が大きくなって、ＮＶＨが許容値を上回る恐れがある。

噴射タイミングを進角すると、気化時間を長くすることができる。その結果、ＳＩ燃焼時において燃焼する混合気が増える。ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音が低く抑えられるため、エンジンの回転数が高い時に、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。

前記コントローラーは、前段噴射と、前記前段噴射よりも遅いタイミングの後段噴射とを行うよう、前記インジェクタに制御信号を出力し、前記コントローラーは、前記エンジンが高回転で運転しているときには、低回転で運転しているときよりも前記後段噴射の噴射タイミングが進角するよう、前記インジェクタに制御信号を出力する、としてもよい。

この構成によると、インジェクタは、コントローラーからの制御信号を受けて、前段噴射と後段噴射とを行う。後段噴射によって噴射された燃料は、相対的に遅いタイミングで噴射されるため、燃焼室の中において拡散し難い。後段噴射によって噴射された燃料は、主に火花点火用混合気を形成する。前段噴射によって噴射された燃料は、相対的に早いタイミングで噴射されるため、燃焼室の中において拡散しやすい。前段噴射によって噴射された燃料は、主に自己着火用混合気を形成する。

後段噴射の噴射タイミングを進角すると、後段噴射によって噴射された燃料の気化時間を長くすることができる。その結果、ＳＩ燃焼時における、火花点火用混合気の未燃量が減って、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ燃焼を十分に行うことができる。ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音が低く抑えられるため、エンジンの回転数が高い時に、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。

前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が変化することに応じて、前記後段噴射の噴射タイミングが、所定の変化率で進角するよう、前記インジェクタに制御信号を出力し、前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が高いときの前記変化率を、前記エンジンの回転数が低いときの前記変化率よりも高くする、としてもよい。

こうすることで、エンジンの回転数が高くなることに従って、所定の変化率で、後段噴射の噴射タイミングが進角する。エンジンの回転数が高いときに、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼を十分に行うことができるから、燃焼騒音の抑制に有利になる。エンジンの回転数が高いときにＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。

前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が所定回転数以下のときには、前記後段噴射の噴射タイミングが、前記回転数が変化しても一定になるよう、前記インジェクタに制御信号を出力し、前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が前記所定回転数を超えるときには、前記エンジンの回転数が高くなるに従い前記後段噴射の噴射タイミングが進角するよう、前記インジェクタに制御信号を出力する、としてもよい。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、前述したように、ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。但し、ＳＰＣＣＩ燃焼において、自己着火のタイミングを精度よくコントロールするためには、点火タイミングを変更することに対応して、自己着火のタイミングが変化しなければならない。本願発明者らの検討によると、ＳＰＣＣＩ燃焼において、点火タイミングの変更に対して自己着火のタイミングが変化するためには、混合気が自己着火するまでの間に、火炎伝播によるＳＩ燃焼を急速に行う必要があることがわかった。

後段噴射の噴射時期が遅いと、燃焼室内に燃料を噴射することによって生じる燃焼室内の流動により、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が急速になって、自己着火のタイミングのコントロール性が向上する。

エンジンの回転数が低いときには、気化時間がある程度長いため、コントローラーは、後段噴射の噴射タイミングが一定になるよう、インジェクタに制御信号を出力する。これは、エンジンの回転数の変化に対する後段噴射の噴射タイミングの変化率がゼロであることに相当する。後段噴射の噴射タイミングを遅くすることによってＳＩ燃焼が急速になって、自己着火のタイミングのコントロール性が向上する。

エンジンの回転数が高くなって、気化時間が短くなると、コントローラーは、後段噴射の噴射タイミングが進角するよう、インジェクタに制御信号を出力する。これは、エンジンの回転数が変化することに対して、後段噴射の噴射タイミングの変化率が、ゼロを超えることに相当する。後段噴射の噴射タイミングを進角することにより、気化時間を確保することができ、ＳＩ燃焼を十分に行って、燃焼騒音が増大することが防止される。

前記コントローラーは、前記後段噴射の噴射タイミングが予め定めた進角限界を超えないよう、前記インジェクタに制御信号を出力する、としてもよい。

後段噴射の噴射時期を進角し過ぎると、燃焼室内に燃料を噴射することによって生じた燃焼室内の流動が、点火タイミングにおいて弱くなってしまい、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が緩慢になって、自己着火のタイミングのコントロール性が低下してしまう。

そこで、自己着火のタイミングのコントロール性を高く維持するために、コントローラーは、後段噴射の噴射タイミングが予め定めた進角限界を超えないよう、インジェクタに制御信号を出力する。こうすることで、後段噴射の噴射タイミングが早くなり過ぎて、自己着火のタイミングのコントロール性が低下してしまうことが防止される。

前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中へ導入する吸気流動を調整するよう構成された吸気流動制御デバイスを備え、前記コントローラーは、前記後段噴射の噴射タイミングが前記進角限界であるときには、前記吸気流動が強くなるよう、前記吸気流動制御デバイスに制御信号を出力する、としてもよい。

前述の通り、後段噴射の噴射タイミングを進角限界において制限すると、後段噴射の噴射タイミングを進角することに起因する燃焼騒音の抑制効果が制限されてしまう。

そこで、前記の構成では、後段噴射の噴射タイミングが進角限界において制限されるときに、吸気流動制御デバイスによって吸気流動を強くする。こうすることで、後段噴射によって噴射した燃料の気化が促進されると共に、燃焼室内の流動が強い状態でＳＩ燃焼を行うことができる。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が急速になると共に、未燃が減る。後段噴射の噴射タイミングが進角限界において制限されても、燃焼騒音を抑制することができる。

前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が高くなるほど、前記吸気流動が強くなるよう、前記吸気流動制御デバイスに制御信号を出力する、としてもよい。

こうすることで、エンジンの回転数が高いときには、強い吸気流動によってＳＩ燃焼が活発になるから、燃焼騒音を抑制することができる。

前記燃焼室の一部を形成するピストンは、前記ピストンの上面から凹陥すると共に、前記インジェクタに向かい合うキャビティを有し、前記前段噴射は、圧縮行程中において、前記キャビティの外のスキッシュエリア内に前記燃料を噴射し、前記後段噴射は、前記キャビティの内に前記燃料を噴射する、としてもよい。

この構成により、キャビティの内の混合気はＳＩ燃焼する。ここで、「キャビティの内の領域」とは、キャビティの開口を燃焼室のルーフに投影した投影面からキャビティの開口までの領域と、キャビティの中の領域とを合わせた領域を意味する、としてもよい。キャビティの内に向かって燃料が噴射されることにより、キャビティの内において均質な混合気が形成されると共に、キャビティの内の領域のガスの流動が強まる。キャビティの内の領域の乱流エネルギが高い状態で、点火プラグは、混合気に点火することができる。よって、ＳＩ燃焼の燃焼が活発になるから、燃焼騒音が抑制される。

前記コントローラーは、前記燃焼室の中の混合気が燃焼するときに発生する全熱量に対し、点火された混合気が火炎伝播により燃焼するときに発生する熱量の割合に関係する指標としてのＳＩ率を、１００％未満にすると共に、前記エンジンの回転数が高いときに、前記ＳＩ率を、回転数が低いときよりも高くする、としてもよい。

ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ率を高くすると、ＳＩ燃焼の割合が高くなるから、燃焼騒音の抑制に有利になる。ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ率を低くすると、ＣＩ燃焼の割合が高くなるから、燃費の向上に有利になる。

前記の構成では、高回転時は、低回転時よりもＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率を高くする。これにより、エンジンの回転数が高くても燃焼騒音の発生が抑制することができる。

前記エンジンは、前記燃焼室の中の圧力を検知する指圧センサを備え、前記コントローラーは、前記エンジンの運転状態に基づいて目標のＳＩ率を設定すると共に、前記指圧センサの検知信号を受けかつ，混合気の燃焼に伴う圧力波形に基づいて、前記ＳＩ率を算出しかつ、算出した前記ＳＩ率と前記目標のＳＩ率とがずれているとき、前記ＳＩ率が前記目標のＳＩ率に近づくように、前記ＳＩ率を調整する、としてもよい。

こうすることで、指圧センサの検知信号に基づく燃焼室の中の実際の燃焼状態と目標の燃焼状態とのずれに応じて、ＳＩ率を調整することができる。燃焼室の中のＳＰＣＣＩ燃焼を、正確に、エンジンの運転状態に対応する狙いの燃焼状態にすることができる。

前記コントローラーは、前記エンジンの回転数の高低に関わらず、前記燃焼室の中にスワール流を発生させるよう、前記スワール発生部に制御信号を出力する、としてもよい。

スワール発生部が、燃焼室の中にスワール流を発生させると、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が急峻になる。ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音の抑制に有利になる。また特に、前段噴射と後段噴射とを行うときには、後段噴射の噴射時期を、進角限界よりも進角させることが可能になる。後段噴射により噴射した燃料の気化時間を長くすることが可能になるから、未燃燃料やススの発生を抑制することができる。つまり、エンジンの回転数の高低に関わらず、燃焼室の中にスワール流を発生させることにより、エンジンの排気エミッション性能の向上に有利になる。

前記コントローラーは、前記点火プラグが前記混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼する運転領域の少なくとも最高回転数域において、燃料噴射タイミングが高回転時は低回転時よりも進角するように、前記インジェクタに制御信号を出力する、としてもよい。

前述したように、燃焼室の中にスワール流を発生させると、特に後段噴射の噴射時期を、進角限界よりも進角することができる。従って、エンジンの回転数が高いときに、後段噴射の噴射時期を進角する構成において、エンジンの回転数が、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域の最高回転数域にあるときも、後段噴射を進角することが可能になる。エンジンの排気エミッション性能の向上に有利になる。

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によると、燃料の噴射タイミングを、高回転時は、低回転時よりも進角することによって、高回転時にＳＩ燃焼を十分に行ってＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を抑制することができる。

図１は、エンジンの構成を例示する図である。 図２は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。 図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。 図４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。 図５は、スワール比測定のためのリグ試験装置を例示する図である。 図６は、セカンダリ通路の開口比率とスワール比との関係を例示する図である。 図７Ａは、エンジンの運転領域マップを例示する図である。 図７Ｂは、エンジンの運転領域マップを例示する図である。 図７Ｃは、エンジンの運転領域マップを例示する図である。 図８の上図は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率の変化を概念的に示す図であり、中図は、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率の定義を説明するための図であり、下図は、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率の、別の定義を説明するための図である。 図９は、エンジンの負荷の高低に対する、ＳＩ率の変化、燃焼室の中の状態量の変化、吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間の変化、並びに、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングの変化を説明する図である。 図１０の上図は、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼において、エンジンの負荷が増大することに対する燃焼波形の変化を例示する図であり、図１０の下図は、過給ＳＰＣＣＩ燃焼において、エンジンの負荷が増大することに対する燃焼波形の変化を例示する図である。 図１１の上図は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数と後段噴射率との関係の一例を示す図であり、図１１の下図は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数と後段噴射率との関係の別の例を示す図である。 図１２の上図は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数と後段噴射時期との関係の一例を示す図であり、図１２の下図は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数と後段噴射時期との関係の別の例を示す図である。 図１３の上図は、図７Ａの運転領域マップのＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数とスワールコントロール弁の開度との関係の一例を示す図であり、図１３の下図は、図７Ｃの運転領域マップのＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数とスワールコントロール弁の開度との関係の別の例を示す図である。 図１４は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数とＳＩ率との関係の一例を示す図である。 図１５は、ＥＣＵが実行するエンジンの制御の手順を示すフロー図である。 図１６は、ＳＩ率の調整に係る制御概念を説明する図である。 図１７は、図７Ｃに示す運転領域マップにおいて、各運転状態における燃料噴射時期、点火時期、及び燃焼波形を例示する図である。 図１８は、図７Ｃに示す運転領域マップにおいて、エンジンの回転数と後段噴射率との関係の一例を示す図であり、図１８の下図は、エンジンの回転数と後段噴射率との関係の別の例を示す図である。 図１９は、図７Ｃに示す運転領域マップにおいて、エンジンの回転数と後段噴射時期との関係の一例を示す図であり、図１９の下図は、エンジンの回転数と後段噴射時期との関係の別の例を示す図である。 図２０は、エンジンの運転領域マップの別の例を示す図である。 図２１は、図２０に示す各運転状態における燃焼波形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詳細に説明する。以下の説明は、圧縮着火式エンジンの制御装置の一例である。図１は、圧縮着火式エンジンの構成を例示する図である。図２は、燃焼室の構成を例示する断面図であり、図２の上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II断面図である。図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２及び図３における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図４は、圧縮着火式エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。

エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載される。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。

（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１及び図２では、１つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。

各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。

シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側から噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。

ピストン３の上面は燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、浅皿形状を有している。キャビティ３１は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するときに、後述するインジェクタ６に向かい合う。

キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して排気側にずれている。キャビティ３１の中心は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と一致している。キャビティ３１は、凸部３１１を有している。凸部３１１は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２上に設けられている。凸部３１１は、略円錐状である。凸部３１１は、キャビティ３１の底部から、シリンダ１１の天井面に向かって上向きに伸びている。

キャビティ３１はまた、凸部３１１の周囲に設けられた凹陥部３１２を有している。凹陥部３１２は、凸部３１１の全周を囲むように設けられている。キャビティ３１は、噴射軸心Ｘ２に対して対称な形状を有している。

凹陥部３１２の周側面は、キャビティ３１の底面からキャビティ３１の開口に向かって噴射軸心Ｘ２に対して傾いている。凹陥部３１２におけるキャビティ３１の内径は、キャビティ３１の底部からキャビティ３１の開口に向かって次第に拡大する。

尚、燃焼室１７の形状は、図２に例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３１の形状、ピストン３の上面の形状、及び、燃焼室１７の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。例えば、凹陥部３１２のシリンダ外側の深さを小さくしてもよい。この場合、後述する点火プラグ２５周辺のＥＧＲガスが少なくなり、後述するＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の火炎伝播が良好になる。また、キャビティ３１内の凸部３１１はなくてもよい。

エンジン１の幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上や、後述するＣＩ（Compression Ignition）燃焼の安定化を目的として高く設定されている。具体的に、エンジン１の幾何学的圧縮比は、１４以上である。幾何学的圧縮比は、例えば１８としてもよい。幾何学的圧縮比は、１４以上２０以下の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２の、二つの吸気ポートを有している。第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２は、クランクシャフト１５の軸方向、つまり、エンジン１のフロント−リヤ方向に並んでいる。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。

吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２の、二つの排気ポートを有している。第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２は、エンジン１のフロント−リヤ方向に並んでいる。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。

排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

詳細は後述するが、このエンジン１は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって、吸気弁２１の開弁時期と排気弁２２の閉弁時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気する。また、オーバーラップ期間の長さを調整することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入する、又は、燃焼室１７の中に閉じ込める。この構成例においては、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４が、状態量設定デバイスの一つとしての、内部ＥＧＲシステムを構成している。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ−ＶＴによって構成されるとは限らない。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ６は、吸気側の傾斜面１３１１と排気側の傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。インジェクタ６は、図２に示すように、その噴射軸心Ｘ２がシリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配設されている。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。前述したように、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その場合も、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致していることが望ましい。

インジェクタ６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燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。噴孔の軸は、図２の上図に示すように、後述する点火プラグ２５に対して、周方向に位置がずれている。つまり、点火プラグ２５は、隣り合う二つの噴孔の軸に挟まれている。これにより、インジェクタ６から噴射された燃料の噴霧が、点火プラグ２５に直接当たって、電極を濡らしてしまうことが回避される。

後述するように、インジェクタ６は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するタイミングで燃料を噴射する場合がある。その場合、インジェクタ６が燃料を噴射すると、燃料噴霧は、新気と混ざり合いながら、キャビティ３１の凸部３１１に沿って下向きに流れると共に、凹陥部３１２の底面及び周側面に沿って、燃焼室１７の中央から、径方向の外方に放射状に広がって流れる。その後、混合気はキャビティ３１の開口に至り、吸気側の傾斜面１３１１、及び、排気側の傾斜面１３１２に沿って、径方向の外方から、燃焼室１７の中央に向かって流れる。

尚、インジェクタ６は、多噴口型のインジェクタに限らない。インジェクタ６は、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄えるよう構成されている。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能に構成されている。燃料供給システム６１の最高燃料圧力は、例えば１２０ＭＰａ程度にしてもよい。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、図２に示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ２５の配設位置は、図２の構成例に限定されない。点火プラグ２５は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配設してもよい。また、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配設すると共に、インジェクタ６を、中心軸Ｘ１よりも吸気側又は排気側に配設してもよい。

エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。吸気通路４０は、燃焼室１７に導入するガスが流れる通路である。吸気通路４０の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナー４１が配設されている。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に接続されている。

吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調整することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。スロットル弁４３は、状態量設定デバイスの一つを構成している。

吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入するガスを過給するよう構成されている。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、例えばルーツ式としてもよい。機械式の過給機４４の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機４４は、リショルム式、ベーン式又は遠心式としてもよい。尚、過給機は、電動式の過給機としてもよいし、排気エネルギによって駆動されるターボ過給機としてもよい。

過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン１との間で、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５の遮断及び接続を切り替えることによって、過給機４４はオンとオフとが切り替わる。つまり、このエンジン１は、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給することと、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給しないこととを切り替えることができるよう構成されている。

吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。インタークーラー４６は、例えば水冷式に構成すればよい。

吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするよう、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。より具体的に、バイパス通路４７は、サージタンク４２に接続されている。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調整する。

過給機４４をオフにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を遮断したとき）には、エアバイパス弁４８を全開にする。これにより、吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に導入される。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。

過給機４４をオンにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を接続したとき）には、過給機４４を通過したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に逆流する。エアバイパス弁４８の開度を調整することによって、逆流量を調整することができるから、燃焼室１７に導入するガスの過給圧を調整することができる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。この構成例においては、過給機４４とバイパス通路４７とエアバイパス弁４８とによって、過給システム４９が構成されている。エアバイパス弁４８は、状態量設定デバイスの一つを構成している。

エンジン１は、燃焼室１７内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、吸気流動制御デバイスの一例である。スワール発生部は、この構成例では、図３に示すように、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロール弁５６である。スワールコントロール弁５６は、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２との内の、セカンダリ通路４０２に配設されている。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調整弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、エンジン１の前後方向に並んだ第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２の内、第１吸気ポート１８１から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に増えかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に減るから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図３における反時計回り方向に周回する（図２の白抜きの矢印も参照）。

尚、スワール発生部は、吸気通路４０にスワールコントロール弁５６を取り付ける代わりに、又は、スワールコントロール弁５６を取り付けることに加えて、二つの吸気弁２１の開弁期間をずらし、一方の吸気弁２１のみから燃焼室１７の中に吸気を導入することができる構成を採用してもよい。二つの吸気弁２１の内の一方の吸気弁２１のみが開弁することによって、燃焼室１７の中に吸気が不均等に導入するから、燃焼室１７の中にスワール流を発生させることができる。さらに、スワール発生部は、吸気ポート１８の形状を工夫することによって、燃焼室１７の中にスワール流を発生させように構成してもよい。

ここで、燃焼室１７内のスワール流の強さについて定義する。本構成例においては、燃焼室１７内のスワール流の強さを、「スワール比」で表す。「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値と定義することができる。吸気流横方向角速度は、図５に示すリグ試験装置を用いた測定に基づいて求めることができる。すなわち、同図に示す装置は、基台にシリンダヘッド１３を上下反転して設置して、吸気ポート１８を図外の吸気供給装置に接続する一方、そのシリンダヘッド１３上にシリンダ３６を設置すると共に、その上端にハニカム状ロータ３７を有するインパルスメータ３８を接続して構成されている。インパルスメータ３８の下面は、シリンダヘッド１３とシリンダブロックとの合わせ面から１．７５Ｄ（尚、Ｄはシリンダボア径）の位置に位置づけている。吸気供給に応じてシリンダ３６内に生じるスワール（図５の矢印参照）によって、ハニカム状ロータ３７に作用するトルクをインパルスメータ３８によって計測し、それに基づいて、吸気流横方向角速度を求めることができる。

図６は、このエンジン１におけるスワールコントロール弁５６の開度と、スワール比との関係を示している。図６は、スワールコントロール弁５６の開度を、セカンダリ通路４０２の全開断面に対する開口比率によって表している。スワールコントロール弁５６が全閉のときに、セカンダリ通路４０２の開口比率は０％となり、スワールコントロール弁５６の開度が大きくなると、セカンダリ通路４０２の開口比率が０％よりも大きくなる。スワールコントロール弁５６が全開のときに、セカンダリ通路４０２の開口比率は１００％となる。図６に例示するように、このエンジン１は、スワールコントロール弁５６を全閉にすると、スワール比は６程度になる。スワール比を４以上にするならば、スワールコントロール弁５６の開度は、開口比率が０〜１５％となる範囲で調整すればよい。また、スワール比を、１．５〜３程度にするならば、スワールコントロール弁５６の開度は、開口比率が２５〜４０％程度の範囲で調整すればよい。

エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ１１の排気ポート１９に接続されている。

排気通路５０には、１つ以上の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。排気ガス浄化システムは、本構成例では、二つの触媒コンバーターを有している。上流の触媒コンバーターは、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、既燃ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０における過給機４４の上流に接続されている。より具体的に、ＥＧＲ通路５２の下流端は、バイパス通路４７の途中に接続されている。ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスは、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０における過給機４４の上流に入る。

ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、既燃ガスを冷却するよう構成されている。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。ＥＧＲ弁５４の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調整することができる。

この構成例において、ＥＧＲシステム５５は、ＥＧＲ通路５２及びＥＧＲ弁５４を含んで構成されている外部ＥＧＲシステムと、前述した吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含んで構成されている内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。ＥＧＲ弁５４はまた、状態量設定デバイスの一つを構成している。外部ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路５２が触媒コンバーターよりも下流に接続されていると共に、ＥＧＲクーラー５３を有しているため、内部ＥＧＲシステムよりも低温の既燃ガスを、燃焼室１７に供給することができる。

圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ＥＣＵ１０は、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をする入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、コントローラーの一例である。

ＥＣＵ１０には、図１及び図４に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６が接続されている。センサＳＷ１〜ＳＷ１６は、検知信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。

すなわち、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサＳＷ１、及び、新気の温度を検知する第１吸気温度センサＳＷ２、吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力を検知する第１圧力センサＳＷ３、吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を検知する第２吸気温度センサＳＷ４、サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力を検知する第２圧力センサＳＷ５、各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力を検知する指圧センサＳＷ６、排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサＳＷ７、排気通路５０における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するリニアＯ_２センサＳＷ８、上流の触媒コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するラムダＯ_２センサＳＷ９、エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を検知する水温センサＳＷ１０、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を検知するクランク角センサＳＷ１１、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサＳＷ１２、エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検知する吸気カム角センサＳＷ１３、エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検知する排気カム角センサＳＷ１４、ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧を検知するＥＧＲ差圧センサＳＷ１５、並びに、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を検知する燃圧センサＳＷ１６である。

ＥＣＵ１０は、これらの検知信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ＥＣＵ１００は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。

例えば、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ１２の検知信号と予め設定しているマップとに基づいて、エンジン１の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標過給圧と、第１圧力センサＳＷ３及び第２圧力センサＳＷ５の検知信号から得られる過給機４４の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁４８の開度を調整することにより、過給圧が目標過給圧となるようにフィードバック制御を行う。

また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態と予め設定したマップとに基づいて目標ＥＧＲ率（つまり、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比率）を設定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標ＥＧＲ率とアクセル開度センサＳＷ１２の検知信号に基づく吸入空気量とに基づき目標ＥＧＲガス量を決定すると共に、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の検知信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調整することにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにフィードバック制御を行う。

さらに、ＥＣＵ１０は、所定の制御条件が成立しているときに空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にＥＣＵ１０は、リニアＯ_２センサＳＷ８、及び、ラムダＯ_２センサＳＷ９によって検知された排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ６の燃料噴射量を調整する。

尚、その他のＥＣＵ１０によるエンジン１の制御の詳細は、後述する。

（エンジンの運転領域マップの第１構成例）
図７Ａは、エンジン１の運転領域マップの第１構成例を示している。エンジン１の運転領域マップ７００は、負荷及び回転数によって定められている。運転領域マップ７００は、負荷の高低及び回転数の高低に対し、大きく四つの領域に分けられている。具体的に、四つの領域は、アイドル運転を含む低負荷領域（Ａ）、全開負荷を含む高負荷領域（Ｃ）、及び、低負荷領域（Ａ）と高負荷領域（Ｃ）との間の中負荷領域（Ｂ）、低負荷領域（Ａ）、中負荷領域（Ｂ）、及び高負荷領域（Ｃ）よりも回転数の高い高回転領域（Ｄ）である。高回転領域（Ｄ）において、エンジン１は、吸気行程中に、燃焼室１７の中に燃料を噴射し、火花点火によるＳＩ（Spark Ignition）燃焼を行う。

また、エンジン１は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、中負荷領域（Ｂ）において、圧縮自己着火による燃焼を行う。以下、低負荷領域（Ａ）、中負荷領域（Ｂ）、及び、高負荷領域（Ｃ）の各領域における燃焼形態について、詳細に説明をする。

（低負荷領域）
エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときの燃焼形態は、点火プラグ２５が燃焼室１７の中の混合気に点火を行うことによって混合気を火炎伝播により燃焼させるＳＩ燃焼である。これは、燃焼安定性を確実に確保することを優先するためである。以下、低負荷領域（Ａ）における燃焼形態を、低負荷ＳＩ燃焼と呼ぶ場合がある。

エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときには、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、理論空燃比である（Ａ／Ｆ≒１４．７）。尚、以下の説明において、混合気の空燃比、空気過剰率λ、及びＧ／Ｆの値は、点火タイミングにおける値を意味する。混合気の空燃比を理論空燃比にすると、三元触媒が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することができるから、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。

エンジン１の燃費性能を向上させるために、エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときに、ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。混合気のＧ／Ｆ、つまり、燃焼室１７の中の全ガスと燃料との質量比は１８以上３０以下に設定される。混合気は、ＥＧＲリーンである。混合気の希釈率は高い。混合気のＧ／Ｆを、例えば２５にすれば、低負荷領域（Ａ）において、混合気が自己着火に至ることなく、ＳＩ燃焼を安定して行うことができる。低負荷領域（Ａ）において、混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷の高低に関わらず略一定に維持する。こうすることで、低負荷領域の全域において、ＳＩ燃焼は、安定化する。また、エンジン１の燃費が向上すると共に、排出ガス性能が良好になる。

エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときには、燃料量が少ないため、混合気のλを１．０±０．２にしかつ、Ｇ／Ｆを１８以上３０以下にするには、燃焼室１７の中に導入するガスの充填量を１００％よりも少なくしなければならない。具体的に、エンジン１は、スロットル弁４３の開度を調整するスロットリング、及び／又は、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点以降に遅らせるミラーサイクルを実行する。

尚、低負荷領域（Ａ）内における、低負荷低回転領域においては、ガスの充填量をさらに少なくすることによって、混合気の燃焼温度及び排気ガスの温度を高くするようにしてもよい。こうすると、触媒コンバーターを活性状態に維持する上で有利になる。

（中負荷領域）
エンジン１の運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときには、燃料の噴射量が多くなる。燃焼室１７の温度が高くなるため、自己着火を安定して行うことが可能になる。燃費の向上及び排出ガス性能の向上を図るため、エンジン１は、中負荷領域（Ｂ）において、ＣＩ燃焼を行う。

自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、中負荷領域（Ｂ）において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなることによって、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、未燃混合気を、目標のタイミングにおいて自己着火させることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼において、自己着火のタイミングを精度よくコントロールするためには、点火タイミングを変更することに対応して、自己着火のタイミングが変化しなければならない。点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化する感度が高いことが好ましい。

本願発明者らの検討によると、混合気のＧ／Ｆが１８以上３０以下であれば、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定的に行うことができると共に、点火タイミングの変更に対して、自己着火のタイミングが変化することがわかった。そこで、エンジン１の運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときには、エンジン１は、燃焼室１７の中の状態を、混合気のλが１．０±０．２でかつ、混合気のＧ／Ｆが１８以上３０以下にする。また、点火タイミングにおける燃焼室１７の中の必要温度Ｔｉｇは、５７０〜８００Ｋ、点火タイミングにおける燃焼室１７の中の必要圧力Ｐｉｇは、４００〜９２０ｋＰａ、燃焼室１７の中の乱流エネルギは、１７〜４０ｍ^２／ｓ^２である。

ＳＰＣＣＩ燃焼における自己着火のタイミングを精度よくコントロールすることによって、エンジン１の運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときに、燃焼騒音の増大を回避することができる。また、混合気の希釈率をできるだけ高くしてＣＩ燃焼を行うことにより、エンジン１の燃費性能を高くすることが可能になる。さらに、混合気のλを１．０±０．２に設定することによって、三元触媒により、排気ガスを浄化することが可能になるため、エンジン１の排出ガス性能が良好になる。

前述したように、低負荷領域（Ａ）においては、混合気のＧ／Ｆを１８以上３０以下（例えば２５）にしかつ、混合気のλを１．０±０．２にしている。エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときと、中負荷領域（Ｂ）にあるときとの間において、燃焼室１７の中の状態量が大きく変動しない。従って、エンジン１の負荷が変更することに対する、エンジン１の制御のロバスト性が高まる。

エンジン１の運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときには、低負荷領域（Ａ）にあるときとは異なり、燃料量が多くなるため、燃焼室１７の中に導入するガスの充填量を調整する必要がない。スロットル弁４３の開度は全開である。

エンジン１の負荷が高まり、燃料量がさらに増えたときに、混合気のλを１．０±０．２にしかつ、混合気のＧ／Ｆを１８以上３０以下にするには、自然吸気の状態であれば、燃焼室１７の中に導入するガス量が不足する。そこで、中負荷領域（Ｂ）における所定負荷よりも負荷の高い領域においては、過給機４４が、燃焼室１７の中に導入するガスの過給を行う。中負荷領域（Ｂ）は、所定負荷よりも高負荷の領域であって、過給を行う第１中負荷領域（Ｂ１）と、所定負荷以下の領域であって、過給を行わない第２中負荷領域（Ｂ２）とに分けられる。所定負荷は、例えば１／２負荷である。第２中負荷領域（Ｂ２）は、第１中負荷領域（Ｂ１）よりも負荷の低い領域である。以下、第１中負荷領域（Ｂ１）における燃焼形態を、過給ＳＰＣＣＩ燃焼と呼び、第２中負荷領域（Ｂ２）における燃焼形態を、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼と呼ぶ場合がある。

過給を行わない第２中負荷領域（Ｂ２）においては、燃料量が増えるに従い、燃焼室１７の中に導入する新気が増える一方、ＥＧＲガスは減る。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなると小さくなる。スロットル弁４３の開度を全開にしているため、エンジン１は、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガスの量を調整することにより、燃焼室１７の中に導入する新気の量を調整する。第２中負荷領域（Ｂ２）において燃焼室１７の中の状態量は、例えば混合気のλは１．０で略一定になる一方、混合気のＧ／Ｆは２５〜２８の範囲で変更される。

これに対し、過給を行う第１中負荷領域（Ｂ１）において、エンジン１は、燃料量が増えるに従い、燃焼室１７の中に導入する新気及びＥＧＲガスを共に増やす。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなっても略一定である。第１中負荷領域（Ｂ１）において燃焼室１７の中の状態量は、例えば混合気のλは１．０で略一定になると共に、混合気のＧ／Ｆは２５で一定である。

（高負荷領域）
エンジン１の運転状態が高負荷領域（Ｃ）にあるときの燃焼形態は、ＳＩ燃焼である。これは、燃焼騒音を回避することを優先するためである。以下、高負荷領域（Ｃ）における燃焼形態を、高負荷ＳＩ燃焼と呼ぶ場合がある。

エンジン１の運転状態が高負荷領域（Ｃ）にあるときに、混合気のλは１．０±０．２である。また、混合気のＧ／Ｆは、基本的には、１８以上３０以下に設定される。高負荷領域（Ｃ）においては、スロットル弁４３の開度は全開であり、過給機４４は過給を行う。

高負荷領域（Ｃ）において、エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなると、小さくなる。ＥＧＲガスの量を減らした分、燃焼室１７の中に導入する新気の量が増えるから、燃料量を増やすことができる。エンジン１の最高出力を高くする上で有利になる。

エンジン１の運転状態が高負荷領域（Ｃ）にあるときと、中負荷領域（Ｂ）にあるときとの間において、燃焼室１７の中の状態量が大きく変動しない。エンジン１の負荷が変更することに対する、エンジン１の制御のロバスト性が高まる。

前述の通り、エンジン１は、高負荷領域（Ｃ）においては、ＳＩ燃焼を行うが、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、エンジン１は、高負荷領域（Ｃ）において、燃料噴射の形態を工夫することにより異常燃焼を回避するよう構成されている。具体的に、ＥＣＵ１０は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でかつ、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）内のタイミングで、燃焼室１７内に燃料を噴射するよう、燃料供給システム６１及びインジェクタ６に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０はまた、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行うよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。尚、以下においては、高い燃料圧力でかつ、リタード期間内のタイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射することを、高圧リタード噴射と呼ぶ。

高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を短くすることによって、異常燃焼を回避する。すなわち、混合気が反応する時間は、（１）インジェクタ６が燃料を噴射する期間（つまり、噴射期間）と、（２）燃料の噴射が終了した後、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（つまり、混合気形成期間）と、（３）点火によって開始されたＳＩ燃焼が終了するまでの期間（つまり、燃焼期間）と、を足し合わせた時間である。

高い燃料圧力で、燃焼室１７の中に燃料を噴射すると、噴射期間及び混合気形成期間は、それぞれ短くなる。噴射期間及び混合気形成期間が短くなると、燃料の噴射を開始するタイミングを点火タイミングに近づけることが可能になる。高圧リタード噴射は、高い圧力でかつ、燃焼室１７の中に燃料を噴射するから、圧縮行程後期から膨張行程初期までのリタード期間内のタイミングで、燃料噴射を行う。

高い燃料圧力で燃焼室１７の中に燃料を噴射すると、燃焼室１７の中の乱流エネルギが高くなる。燃料噴射のタイミングを圧縮上死点に近づけると、燃焼室１７の中の乱流エネルギが高い状態でＳＩ燃焼を開始することができる。その結果、燃焼期間が短くなる。

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くすることができる。吸気行程中に燃焼室１７の中に燃料を噴射する場合と比較して、高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を大幅に短くすることができる。高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間が短くなるから、異常燃焼を回避することが可能になる。

エンジン制御の技術分野においては、異常燃焼を回避するために、点火タイミングを遅角することが、従来から行われている。しかしながら、点火タイミングを遅らせると、燃費性能は低下する。高圧リタード噴射は、点火タイミングを遅角させなくてもよい。高圧リタード噴射を利用することによって、燃費性能は向上する。

燃料圧力を、例えば３０ＭＰａ以上にすれば、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間を効果的に短縮することができる。尚、燃料圧力は、燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。燃料圧力の上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。

ここで、エンジン１の回転数が低いときには、クランク角度が同一角度だけ変化するときの時間が長いため、高圧リタード噴射によって混合気の反応可能時間を短縮することは、異常燃焼を回避する上で、特に有効である。一方、エンジン１の回転数が高くなると、クランク角度が同一角度だけ変化するときの時間が短くなる。このため、混合気の反応可能時間を短縮することは、異常燃焼を回避する上で、それほど有効ではない。

高圧リタード噴射はまた、圧縮上死点付近になって初めて、燃焼室１７の中に燃料を噴射するため、圧縮行程において、燃焼室１７の中では、燃料を含まないガス、言い換えると比熱比の高いガスが圧縮される。エンジン１の回転数が高いときに、高圧リタード噴射を行うと、圧縮上死点における燃焼室１７の中の温度、つまり、圧縮端温度が高くなってしまう。圧縮端温度が高くなることによって、ノッキング等の異常燃焼を招く恐れがある。

そこで、このエンジン１は、高負荷領域（Ｃ）内を、低回転側の第１高負荷領域（Ｃ１）と、第１高負荷領域（Ｃ１）よりも回転数の高い第２高負荷領域（Ｃ２）とに分けている。第１高負荷領域（Ｃ１）は、高負荷領域（Ｃ）内を、低回転、中回転及び高回転の３つの領域に三等分したときの低回転及び中回転領域を含むとしてもよい。第２高負荷領域（Ｃ２）は、高負荷領域（Ｃ）内を、低回転、中回転及び高回転の３つの領域に三等分したときの高回転領域を含むとしてもよい。

第１高負荷領域（Ｃ１）において、インジェクタ６は、ＥＣＵ１０の制御信号を受けて、前述した高圧リタード噴射を行う。第２高負荷領域（Ｃ２）において、インジェクタ６は、ＥＣＵ１０の制御信号を受けて、吸気行程中の所定タイミングで燃料噴射を行う。吸気行程中に行う燃料噴射は、高い燃料圧力が不要である。ＥＣＵ１０は、燃料圧力が、高圧リタード噴射の燃料圧力よりも低くなるよう（例えば燃料圧力が４０ＭＰａ未満となるよう）、燃料供給システム６１に制御信号を出力する。燃料圧力を下げることによって、エンジン１の機械抵抗損失が低下するから、燃費の向上に有利になる。

吸気行程中に燃焼室１７の中に燃料を噴射することによって、燃焼室１７の中のガスの比熱比が下がるから、圧縮端温度が低くなる。圧縮端温度が低くなるから、エンジン１は、異常燃焼を回避することができる。異常燃焼を回避するために、点火タイミングを遅角する必要がないため、第２高負荷領域（Ｃ２）において、点火プラグ２５は、第１高負荷領域（Ｃ１）と同様に、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火する。

第１高負荷領域（Ｃ１）においては、高圧リタード噴射によって、混合気が自己着火に至らないため、エンジン１は、安定したＳＩ燃焼を行うことができる。第２高負荷領域（Ｃ２）においては、吸気行程中の燃料噴射によって、混合気が自己着火に至らないため、エンジン１は、安定したＳＩ燃焼を行うことができる。

（ＳＰＣＣＩ燃焼）
次に、前述したＳＰＣＣＩ燃焼について、さらに詳細に説明をする。図８の上図は、ＳＰＣＣＩ燃焼における、クランク角に対する熱発生率の変化を例示する波形８０１を示している。圧縮上死点付近、正確には、圧縮上死点よりも前の所定タイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火すると、火炎伝播による燃焼が開始する。ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。従って、熱発生率の波形は、傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、ＳＩ燃焼時の、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。

ＳＩ燃焼によって、燃焼室１７の中の温度及び圧力が高まると、未燃混合気が自己着火する。波形８０１の例では、圧縮上死点付近において、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。

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。但し、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、ピストン３がモータリングによって下降している。ＣＩ燃焼による、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθも比較的穏やかになる。

ｄｐ／ｄθは、燃焼騒音を表す指標として用いることができるが、前述の通りＳＰＣＣＩ燃焼は、ｄｐ／ｄθを小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えることができる。

ＣＩ燃焼が終了することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼は、膨張行程中の燃焼終了時期を、圧縮上死点に近づけることが可能である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、エンジン１の燃費性能の向上に有利である。

従って、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼騒音の防止と、燃費性能の向上とを両立することができる。

ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した熱量に対する、ＳＩ燃焼により発生した熱量の比率としてもよい。例えば波形８０１においてＳＩ率は、ＳＩ率＝（ＳＩ燃焼の面積）／（ＳＰＣＣＩ燃焼の面積）によって表すことができる。波形８０１においてＳＩ燃焼によって燃焼をする燃料の割合の意味で、前記ＳＩ率を、ＳＩ燃料割合と呼んでもよい。

ＳＩ率は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比である。ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。

ＳＩ率は、前述した定義に限定されるものではない。ＳＩ率は、様々な定義が考えられる。例えば、ＳＩ率は、ＣＩ燃焼により発生した熱量に対する、ＳＩ燃焼により発生した熱量の比率としてもよい。つまり、波形８０１においてＳＩ率＝（ＳＩ燃焼の面積）／（ＣＩ燃焼の面積）としてもよい。

また、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始したタイミングで、熱発生率の波形は変曲点を有している。そこで、図８の中図に符号８０２で示すように、熱発生率の波形における変曲点を境界にし、境界よりも進角側の範囲をＳＩ燃焼、遅角側の範囲をＣＩ燃焼としてもよい。この場合において、ＳＩ率は、波形８０２にハッチングを付して示すように、境界よりも進角側の範囲の面積Ｑ_ＳＩ、遅角側の範囲の面積Ｑ_ＣＩから、ＳＩ率＝Ｑ_ＳＩ／（Ｑ_ＳＩ＋Ｑ_ＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝Ｑ_ＳＩ／Ｑ_ＣＩとしてもよい。また、境界よりも進角側の範囲の全面積ではなく一部の面積と、境界よりも遅角側の範囲の一部の面積とに基づいて、ＳＩ率を定義してもよい。

また、熱発生に基づいてＳＩ率を定義するのではなく、境界よりも進角側の範囲のクランク角度Δθ_ＳＩ、遅角側の範囲のクランク角度Δθ_ＣＩから、ＳＩ率＝Δθ_ＳＩ／（Δθ_ＳＩ＋Δθ_ＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝Δθ_ＳＩ／Δθ_ＣＩとしてもよい。

さらに、境界よりも進角側の範囲の熱発生率のピークΔＰ_ＳＩ、遅角側の範囲の熱発生率のピークΔＰ_ＣＩから、ＳＩ率＝ΔＰ_ＳＩ／（ΔＰ_ＳＩ＋ΔＰ_ＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝ΔＰ_ＳＩ／ΔＰ_ＣＩとしてもよい。

加えて、境界よりも進角側の範囲における熱発生率の傾きφ_ＳＩ、遅角側の範囲における熱発生率の傾きφ_ＣＩから、ＳＩ率＝φ_ＳＩ／（φ_ＳＩ＋φ_ＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝φ_ＳＩ／φ_ＣＩとしてもよい。

また、ここでは、熱発生率の波形に基づいて、面積（つまり、熱発生量の大きさ）、横軸の長さ（つまり、クランク角度の大きさ）、縦軸の長さ（つまり、熱発生率の大きさ）、又は、傾き（つまり、熱発生率の変化率）から、ＳＩ率を定義している。図示は省略するが、燃焼室１７の中の圧力（Ｐ）の波形に基づいて、同様に、面積、横軸の長さ、縦軸の長さ、又は、傾きから、ＳＩ率を定義してもよい。

また、ＳＰＣＣＩ燃焼において、熱発生率又は圧力に係る燃焼波形の変曲点は、常に明確に現れるとは限らない。変曲点に基づかないＳＩ率の定義として、次のような定義を用いてもよい。つまり、図８の下図に符号８０３で示すように、燃焼波形において、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の範囲をＳＩ燃焼とし、圧縮上死点よりも遅角側の範囲をＣＩ燃焼としてもよい。その上で、前記と同様に、面積（Ｑ_ＳＩ、Ｑ_ＣＩ）、横軸の長さ（Δθ_ＳＩ、Δθ_ＣＩ）、縦軸の長さ（ΔＰ_ＳＩ、ΔＰ_ＣＩ）、又は、傾き（φ_ＳＩ、φ_ＣＩ）から、ＳＩ率を定義してもよい。

さらに、ＳＩ率は、燃焼室１７の中で実際に行われた燃焼波形によって定義するのではなく、燃料量に基づいて定義してもよい。後述するように、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域においては、前段噴射と後段噴射とを含む分割噴射を行う場合がある。後段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、噴射から点火までの時間が短いため、燃焼室１７の中で拡散せずに、点火プラグ２５の付近に位置するようになる。従って、後段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼によって燃焼する。一方、前段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼によって燃焼する。従って、前段噴射によって噴射する燃料量（ｍ_１）と、後段噴射によって噴射する燃料量（ｍ_２）とに基づいて、ＳＩ率を定義することが可能である。つまり、ＳＩ率＝ｍ_２／（ｍ_１＋ｍ_２）としてもよいし、ＳＩ率＝ｍ_２／ｍ_１としてもよい。

（負荷方向に対するエンジンの運転制御）
エンジン１は、前述したように、運転状態に応じてＳＩ燃焼とＳＰＣＣＩ燃焼とを切り替える。エンジン１はまた、エンジン１の運転状態に応じてＳＩ率を変更する。これにより、エンジン１は、燃焼騒音の発生を抑制することと、燃費の向上を図ることとが両立する。

図９は、エンジン１の負荷の高低に対する、ＳＩ率の変化、燃焼室１７の中の状態量の変化、吸気弁２１の開弁期間及び排気弁２２の開弁期間の変化、並びに、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングの変化を例示している。図９は、図７Ａの運転領域マップ７００に対応する。以下、所定の回転数で、エンジン１の負荷が次第に高くなる想定において、エンジン１の運転制御を説明する。

（低負荷領域（低負荷ＳＩ燃焼））
低負荷領域（Ａ）において、エンジン１は、低負荷ＳＩ燃焼を行う。エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときに、ＳＩ率は１００％で一定である。

低負荷領域（Ａ）においては、前述したように、混合気のＧ／Ｆを、１８〜３０の間で一定にする。エンジン１は、燃焼室１７の中に、燃料量に応じた量の新気及び既燃ガスを導入する。新気の導入量は、前述したように、スロットリング、及び／又は、ミラーサイクルによって調整する。希釈率が高いため、ＳＩ燃焼を安定化させるために、燃焼室１７の中の温度を高める。エンジン１は、低負荷領域（Ａ）においては、内部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。

内部ＥＧＲガスは、排気上死点を挟んで吸気弁２１及び排気弁２２が共に閉弁したネガティブオーバーラップ期間を設けることによって、燃焼室１７の中に導入する（つまり、既燃ガスを燃焼室１７の中に閉じ込める）。内部ＥＧＲガス量の調整は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３により吸気弁２１の開弁時期を調整することと、排気電動Ｓ−ＶＴ２４により排気弁２２の開弁時期を調整することと、によって、ネガティブオーバーラップ期間の長さを適宜設定することにより行う。尚、吸気弁２１及び排気弁２２を共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることによって、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入するようにしてもよい。

低負荷領域（Ａ）においては、燃焼室１７の中に導入する充填量が１００％未満に調整される。燃料量が増大するに従い、燃焼室１７の中に導入する新気の量、及び、内部ＥＧＲガスの量が次第に増える。低負荷領域（Ａ）におけるＥＧＲ率は、例えば４０％である。

インジェクタ６は、吸気行程中に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。燃焼室１７の中には、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜３０になった、均質な混合気が形成される。空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって、混合気は、自己着火に至らずに、火炎伝播により燃焼する。

（第２中負荷領域（非過給ＳＰＣＣＩ燃焼））
エンジン１の負荷が高くなって、運転状態が第２中負荷領域（Ｂ２）に入ると、エンジン１は、低負荷ＳＩ燃焼から非過給ＳＰＣＣＩ燃焼に切り替える。ＳＩ率は、１００％未満になる。エンジン１の負荷が高まるに従い燃料量が増える。第２中負荷領域（Ｂ２）の中において負荷が低いときには、燃料量の増大に従って、ＣＩ燃焼の割合を増やす。ＳＩ率は、エンジン１の負荷が高くなる従って、次第に小さくなる。ＳＩ率は、図９の例では、５０％以下の所定値（最小値）にまで減少する。

燃料量が増えるため、第２中負荷領域（Ｂ２）においては、燃焼温度が高くなる。燃焼室１７の中の温度が高くなりすぎると、ＣＩ燃焼が開始するときの熱発生が激しくなってしまう。そうなると、燃焼騒音が増大してしまう。

そこで、第２中負荷領域（Ｂ２）においては、燃焼室１７の中の圧縮開始前の温度を調整するために、エンジン１の負荷が変化することに対して、内部ＥＧＲガスと、外部ＥＧＲガスとの割合を変更する。つまり、エンジン１の負荷が高くなるに従い、熱い内部ＥＧＲガスを次第に減らし、冷却した外部ＥＧＲガスを次第に増やす。ネガティブオーバーラップ期間は、第２中負荷領域（Ｂ２）において、負荷が高くなるに従い、最大からゼロになるまで変更される。内部ＥＧＲガスは、第２中負荷領域（Ｂ２）において最も負荷が高くなるとゼロになる。尚、吸気弁２１及び排気弁２２のポジティブオーバーラップ期間を設ける場合も、同様である。オーバーラップ期間の調整によって、燃焼室１７の中の温度を調整する結果、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率を調整することができる。

ＥＧＲ弁５４の開度は、第２中負荷領域（Ｂ２）において、負荷が高くなるに従い、外部ＥＧＲガスが増えるよう変更される。燃焼室１７の中に導入される外部ＥＧＲガスの量は、ＥＧＲ率で表すと、例えば０〜３０％の間において調整される。第２中負荷領域（Ｂ２）においては、エンジン１の負荷が高くなるに従い、ＥＧＲガスが、内部ＥＧＲガスから外部ＥＧＲガスへと置換される。ＥＧＲ率の調整によっても、燃焼室１７の中の温度が調整されるため、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率を調整することができる。

尚、低負荷領域（Ａ）と第２中負荷領域（Ｂ２）との間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。第２中負荷領域（Ｂ２）における負荷の低い領域においては、低負荷領域（Ａ）と同じように、内部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に、大量に導入されている。燃焼室１７の中の温度が高くなるため、エンジン１の負荷が低いときに、混合気が確実に自己着火する。第２中負荷領域（Ｂ２）における負荷の高い領域においては、外部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入されている。燃焼室１７の中の温度が低くなるため、エンジン１の負荷が高いときに、ＣＩ燃焼に伴う燃焼騒音を抑制することができる。

第２中負荷領域（Ｂ２）においては、燃焼室１７の中に導入する充填量が１００％にされる。スロットル弁４３の開度は、全開である。内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスとを合わせたＥＧＲガス量を調整することによって、燃焼室１７の中に導入する新気の量を、燃料量に対応する量に調整する。

非過給ＳＰＣＣＩ燃焼においてＣＩ燃焼の割合が大きくなるに従い、自己着火のタイミングが早くなる。自己着火のタイミングが圧縮上死点よりも早くなると、ＣＩ燃焼が開始するときの熱発生が激しくなってしまう。そうなると、燃焼騒音が増大してしまう。そこで、エンジン１は、エンジン１の負荷が所定負荷Ｌ１に到達すれば、エンジン１の負荷が高まることに従い、ＳＩ率を次第に大きくする。

つまり、エンジン１は、燃料量の増大に従ってＳＩ燃焼の割合を増やす。具体的には、図１０の上図に示すように、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼においては、燃料量が増えるに従い、点火タイミングを次第に進角させる。前述したように、内部ＥＧＲガスの導入量を減らしかつ、外部ＥＧＲガスの導入量を増やすことによって、燃焼室１７の中の温度の調整を行っているから、燃料量が増えるに従って、ＳＩ率を高くしたとしても、圧縮上死点での温度上昇を抑制することが可能になる。ＳＩ燃焼の熱発生率の傾きは、負荷が高くなっても、ほとんど変わらない。点火タイミングを進角すると、ＳＩ燃焼の開始が早まる分、ＳＩ燃焼の熱発生量が増える。

ＳＩ燃焼による燃焼室１７の中の温度上昇が抑制される結果、未燃混合気は、圧縮上死点以降のタイミングで自己着火する。ＣＩ燃焼による熱発生は、ＳＩ燃焼の熱発生量が増えているから、エンジン１の負荷が高くなっても、ほぼ同じになる。従って、エンジン１の負荷が高くなることに応じて、ＳＩ率を次第に高く設定することにより、燃焼騒音が増大してしまうことを回避することができる。尚、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼重心は、負荷が高くなるほど遅角する。

第２中負荷領域（Ｂ２）において、インジェクタ６は、前段噴射と後段噴射との２回に分けて、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。前段噴射は、例えば吸気行程から圧縮行程の前半の期間内に行い、後段噴射は、例えば圧縮行程の後半から膨張行程の前半の期間内に行ってもよい。圧縮行程の前半及び後半はそれぞれ、圧縮行程をクランク角度に関して二等分したときの前半及び後半とすればよい。膨張行程の前半は、膨張行程をクランク角度に関して二等分したときの前半とすればよい。

インジェクタ６が、吸気行程から圧縮行程の前半の期間内において前段噴射を行うと、ピストン３が上死点から離れているため、噴射した燃料噴霧は、上死点に向かって上昇しているピストン３の上面の、キャビティ３１の外に到達する。キャビティ３１の外の領域は、図２に示すようにスキッシュエリア１７１を形成している。前段噴射によって噴射された燃料は、ピストン３が上昇する間にスキッシュエリア１７１に留まり、スキッシュエリア１７１において混合気を形成する。この混合気は、主にＣＩ燃焼によって燃焼する。

インジェクタ６が、圧縮行程の後半から膨張行程の前半の期間内において後段噴射を行うと、ピストン３が上死点に近いため、噴射した燃料噴霧は、キャビティ３１の中に入る。後段噴射によって噴射された燃料は、キャビティ３１の内の領域において混合気を形成する。ここで、「キャビティ３１の内の領域」とは、キャビティ３１の開口を燃焼室１７のルーフに投影した投影面からキャビティ３１の開口までの領域と、キャビティ３１の中の領域とを合わせた領域を意味する、としてもよい。キャビティ３１の内の領域は、燃焼室１７の中においてスキッシュエリア１７１以外の領域ということもできる。前段噴射と後段噴射とによって、燃料は燃焼室１７の全体に略均等に分布する。

後段噴射によってキャビティ３１の中に燃料を噴射することに伴い、キャビティ３１の内の領域において、ガスの流動が発生する。燃焼室１７の中の乱流エネルギは、点火タイミングまでの時間が長いと、圧縮行程の進行に従い減衰してしまう。ところが、後段噴射の噴射タイミングは、前段噴射よりも点火タイミングに近いため、キャビティ３１の中の乱流エネルギが高い状態のまま、点火プラグ２５は、キャビティ３１の内の領域の混合気に点火することができる。これにより、ＳＩ燃焼の燃焼速度が高まる。ＳＩ燃焼の燃焼速度が高まるとＳＩ燃焼が安定化するから、ＳＩ燃焼によるＣＩ燃焼のコントロール性は高まる。

燃焼室１７の全体において、混合気は、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜３０になる。燃料が略均質に分布するため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。尚、燃焼室１７の全体において、空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。

圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。その後、未燃混合気が、目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。前段噴射を圧縮行程中に行うため、前段噴射により噴射した燃料が過早着火等の異常燃焼を誘発することを防止することができる。また、後段噴射により噴射した燃料を、安定的に火炎伝播により燃焼させることができる。

（第１中負荷領域（過給ＳＰＣＣＩ燃焼））
エンジン１の負荷がさらに高まり、エンジン１の運転状態が第１中負荷領域（Ｂ１）に入ると、過給機４４が、新気及び外部ＥＧＲガスの過給を行う。燃焼室１７の中に導入する新気の量、及び、外部ＥＧＲガスの量は共に、エンジン１の負荷が高くなるに従い増える。燃焼室１７の中に導入される外部ＥＧＲガスの量は、ＥＧＲ率で表すと、例えば３０％である。ＥＧＲ率は、エンジン１の負荷の高低に関わらず略一定である。従って、混合気のＧ／Ｆも、エンジン１の負荷の高低に関わらず略一定である。尚、第２中負荷領域（Ｂ２）と第１中負荷領域（Ｂ１）との間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。

ＳＩ率は、１００％未満の所定値で、エンジン１の負荷の高低に対して一定又は略一定にする。第２中負荷領域（Ｂ２）のＳＩ率、特に所定負荷Ｌ１よりも負荷が高く、エンジン１の負荷が高まることに従い次第に大きくなるＳＩ率と、第１中負荷領域（Ｂ１）のＳＩ率とを比較したときに、エンジン１の負荷が高い第１中負荷領域（Ｂ１）のＳＩ率の方が、第２中負荷領域（Ｂ２）のＳＩ率よりも高い。第１中負荷領域（Ｂ１）と第２中負荷領域（Ｂ２）との境界において、ＳＩ率は連続している。

ここで、第１中負荷領域において、エンジン１の負荷が変化することに対して、ＳＩ率を多少変化させてもよい。第１中負荷領域における、エンジン１の負荷の変化に対するＳＩ率の変化率は、第２中負荷領域の高負荷側におけるＳＩ率の変化率よりも小にすればよい。

図１０の下図に示すように、過給ＳＰＣＣＩ燃焼においても、燃料量が増えることに伴い、点火タイミングを次第に進角させる。前述したように、過給によって燃焼室１７の中に導入する新気及びＥＧＲガス量を増やしているため、熱容量が大きい。燃料量が増えても、ＳＩ燃焼による燃焼室１７の中の温度上昇を抑制することが可能になる。過給ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率の波形は、負荷が高くなるに従い、相似形で大きくなる。

つまり、ＳＩ燃焼の熱発生率の傾きが、ほとんど変わらずに、ＳＩ燃焼の熱発生量が増える。圧縮上死点以降の、ほぼ同じタイミングで、未燃混合気が自己着火をする。ＣＩ燃焼による熱発生量は、エンジン１の負荷が高くなると、多くなる。その結果、第１中負荷領域（Ｂ１）においては、ＳＩ燃焼の熱発生量とＣＩ燃焼の熱発生量とが共に増えるから、エンジン１の負荷の高低に対してＳＩ率が一定になる。ＣＩ燃焼の熱発生のピークが高くなると、燃焼騒音が大きくなるが、第１中負荷領域（Ｂ１）は、エンジン１の負荷が比較的高いため、ある程度の大きさの燃焼騒音は許容することができる。尚、過給ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼重心は、負荷が高くなるほど遅角する。

第１中負荷領域（Ｂ１）においては、排気上死点を挟んで、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室１７の中に残留する既燃ガスを、過給圧によって掃気する。これにより、燃焼室１７の中の温度が低くなるため、エンジン１の負荷が比較的高いときに、異常燃焼が発生してしまうことを抑制することができる。また、燃焼室１７の中の温度を下げることによって、エンジン１の負荷が比較的高い領域において、自己着火のタイミングを適切なタイミングにすることができ、ＳＩ率を所定のＳＩ率に維持することが可能になる。つまり、オーバーラップ期間の調整によってＳＩ率を調整することができる。さらに、既燃ガスを掃気することによって、燃焼室１７の中の新気の充填量を高めることができる。

第１中負荷領域（Ｂ１）において、インジェクタ６は、第２中負荷領域（Ｂ２）と同様に、前段噴射と後段噴射との２回に分けて、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。前段噴射は、例えば吸気行程から圧縮行程の前半の期間内に行い、後段噴射は、例えば圧縮行程の後半から膨張行程の前半の期間内に行ってもよい。

インジェクタ６が、吸気行程から圧縮行程の前半の期間内において前段噴射を行うと、スキッシュエリア１７１において混合気が形成される。インジェクタ６が、圧縮行程の後半から膨張行程の前半の期間内において後段噴射を行うと、キャビティ３１の内において混合気が形成される。

インジェクタ６が前段噴射と後段噴射とを行うことによって、燃焼室１７の中には、全体として、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜３０になった、略均質な混合気が形成される。混合気が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。尚、燃焼室１７の全体において空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。

圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。その後、未燃混合気が、目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。前段噴射を圧縮行程中に行うため、前段噴射により噴射した燃料が過早着火等の異常燃焼を誘発することを防止することができる。また、後段噴射により噴射した燃料を、安定的に火炎伝播により燃焼させることができる。

（高負荷領域（高負荷ＳＩ燃焼））
エンジン１の負荷がさらに高まり、エンジン１の運転状態が高負荷領域（Ｃ）に入ると、エンジン１は、高負荷ＳＩ燃焼を行う。従って、高負荷領域（Ｃ）においてＳＩ率は、１００％になる。

スロットル弁４３は、全開である。過給機４４は、高負荷領域（Ｃ）においても、新気及び外部ＥＧＲガスの過給を行う。ＥＧＲ弁５４は、開度を調整することによって、エンジン１の負荷が高くなるに従い、外部ＥＧＲガスの導入量を次第に減少させる。そうすることによって、燃焼室１７の中に導入される新気が、エンジン１の負荷が高くなると増える。新気の量が増えると、燃料量を増やすことができるため、エンジン１の最高出力を高くする上で、有利になる。尚、第１中負荷領域（Ｂ１）と高負荷領域（Ｃ）の間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。

高負荷領域（Ｃ）においても、第１中負荷領域（Ｂ１）と同様に、排気上死点を挟んで、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室１７の中に残留する既燃ガスを、過給圧によって掃気する。これにより、異常燃焼の発生が抑制される。また、燃焼室１７の中の新気の充填量を高めることができる。

高負荷領域（Ｃ）の低回転側の領域（つまり、第１高負荷領域（Ｃ１））において、インジェクタ６は、前述したように、リタード期間内に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。高負荷領域（Ｃ）の高回転側の領域（つまり、第２高負荷領域（Ｃ２））においては、インジェクタ６は、吸気行程中に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。いずれにおいても、燃焼室１７の中には、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜３０になった、略均質な混合気が形成される。最高負荷において、空気過剰率λは、例えば０．８にしてもよい。また、混合気のＧ／Ｆは、最高負荷において、例えば１７としてもよい。圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。高負荷領域（Ｃ）においては、高圧リタード噴射、又は、吸気行程中の燃料噴射によって、混合気は、自己着火に至らずにＳＩ燃焼する。

（回転方向に対するエンジンの運転制御）
（後段噴射率）
図１１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）において、エンジン１の回転数の高低と後段噴射率との関係を示している。後段噴射率は、前段噴射の噴射量に対する、後段噴射の噴射量の割合を示している。後段噴射率が高いほど、後段噴射の噴射量が増え、前段噴射の噴射量が減る。逆に、後段噴射率が低いほど、後段噴射の噴射量が減り、前段噴射の噴射量が増える。

エンジン１の回転数が低いときに、ＥＣＵ１０は、後段噴射率を、所定の低い噴射率に設定する。後段噴射は、前述したように、点火プラグ２５の周囲の混合気を形成する。この混合気は、ＳＰＣＣＩ燃焼において、主にＳＩ燃焼によって燃焼する火花点火用混合気である。後段噴射率が低いと、火花点火用混合気の燃料の濃度が低下するから、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率は低くなり、ＣＩ燃焼が多くなる。一般的に、エンジン１の回転数が低いときには、エンジン１のＮＶＨが小さい。そのため、ＣＩ燃焼によって、燃焼騒音がある程度、大きくなっても、ＮＶＨは許容値を下回る。エンジン１の回転数が低いときに、後段噴射率を低くしかつ、十分にＣＩ燃焼を行うことによって、燃費の向上を図ることができる。

エンジン１の回転数が高くなると、エンジン１のＮＶＨが大きくなる。その上、ＣＩ燃焼による燃焼騒音が加わると、ＮＶＨが許容値を上回る恐れがある。そこで、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が高くなると、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率を高くする。具体的にＥＣＵ１０は、図１４に示すように、エンジン１の回転数が高くなるに従い、ＳＩ率を線形的に高くする。図７Ａに示すように、回転数Ｎ２は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）とＳＩ燃焼を行う高回転領域（Ｄ）との境界に相当する。ＳＩ率は、回転数Ｎ２において、１００％である。

エンジン１の回転数の変化に対してＳＩ率を変更するために、ＥＣＵ１０は、図１１の上図の波形１１１に示すように、エンジン１の回転数の変化に対して、後段噴射率を変更する。具体的に、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３を超えると、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射率を高くする。所定回転数Ｎ３は、中負荷領域（Ｂ）の最低回転数Ｎ１と最高回転数Ｎ２との間の回転数である。所定回転数Ｎ３は、中負荷領域（Ｂ）において、最低回転数Ｎ１と最高回転数Ｎ２との中央（（Ｎ１＋Ｎ２）／２）以上の回転数としてもよい。また、所定回転数Ｎ３は、図７Ａに示すエンジン１の運転領域の全体において、最低回転数と最高回転数との中央以上の回転としてもよい。つまり、エンジン１の運転領域を、低回転領域と高回転領域とに、二等分したときの高回転領域内において、所定回転数Ｎ３を適宜設定してもよい。

波形１１１の例では、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３を超えると、回転数が高くなるに従い、後段噴射率を、所定の変化率で連続的に高くしている。これとは異なり、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射率を段階的に（つまり、不連続的に）高くしてもよい。後段噴射率を高くすることによって、点火プラグ２５の周囲に形成される火花点火用混合気の燃料の濃度が高くなる。その結果、ＳＩ燃焼が急速になるから、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率が高くなる。ＳＩ率が高くなると、ＣＩ燃焼が減るから、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生する燃焼騒音を抑制することができる。エンジン１の回転数が高い時に、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。

このように、ＥＣＵ１０は、エンジン１が中負荷領域（Ｂ）において運転しているときに、エンジン１の回転数が変化することに応じて、後段噴射率が所定の変化率で変化するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。より詳細に、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３よりも高いときの変化率（つまり、図１１の上図におけるグラフの傾き）を、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下の変化率（つまり、図１１の上図の例では、グラフの傾きがゼロ）よりも高くする。

尚、図示は省略するが、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下のときに、後段噴射量の変化率をゼロにするのではなく、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射率が増えるようにしてもよい。この場合において、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下のときの変化率は、所定回転数Ｎ３を超えるときの変化率よりも小さくしてもよい。

図１０の上図に示すように、後段噴射率には上限値が定められている。ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ４を超えると、後段噴射率を上限値にする。所定回転数Ｎ４は、図７Ａに示す、中負荷領域（Ｂ）の最高回転数Ｎ２よりも低い回転数である。後段噴射は、燃料を噴射するクランク角タイミングが遅いため、噴射した燃料が可燃混合気を形成するまでの期間が短い。また、エンジン１の回転数が高くなるほど、クランク角度が同一角度だけ変化するときの時間が短い。従って、エンジン１の回転数が高くなるほど、後段噴射が燃料を噴射してから点火までの時間が短くなる。

前述の通り、エンジン１の回転数が高くなるに従い後段噴射率を高くすると、短い時間で大量の燃料が気化して混合気を形成しなければならなくなるが、実際は、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼によって燃焼しない燃料が増えてしまい、多くの燃料がＣＩ燃焼をすることによって、燃焼騒音が増大してしまう恐れがある。

そこで、エンジン１の回転数が高くなるに従い後段噴射率を高くする構成において、エンジン１の回転数が、所定回転数Ｎ４を超えるときには、後段噴射の噴射量が所定量を超えないように制限する。ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ４を超えると、後段噴射の噴射量を所定量で一定にする。これにより、ＳＩ燃焼によって燃焼しない燃料が増えることが防止され、ＣＩ燃焼によって燃焼騒音が増大してしまうことを回避することができる。

後段噴射率を上限値において制限すると、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率が高くならないため、後段噴射の噴射量を増やすことに起因する燃焼騒音の抑制効果が制限されてしまう。そこで、このエンジン１は、後段噴射率が上限値に制限されると、別の手段を利用することによってＳＩ率を高めるよう構成されている。具体的に、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６を制御することによって、吸気流動を強くする。吸気流動を強くすると、ＳＩ燃焼が急速になるためＳＩ率が高くなる。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を抑制することができる。

図１３の上図の波形１３１は、エンジン１の回転数とスワールコントロール弁５６の開度との関係を示している。エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ４に到達し、後段噴射率が上限値に制限されると、ＥＣＵ１００は、スワールコントロール弁５６の開度を、全開から閉じ側に変更する。これにより、燃焼室１７の中のスワール流れが強くなる。ＥＣＵ１００は、エンジン１の回転数が高くなるに従い、スワールコントロール弁５６の開度を線形的に変更する。エンジン１の回転数が高くなるに従い、スワール流れが強くなるから、ＳＩ燃焼がより一層急速になる。ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を抑制することができる。その結果、エンジン１の回転数が高いときに、ＮＶＨを許容値以下に抑えることが可能になる。

このエンジン１は、エンジン１の回転方向に対してＳＩ率を調整することによって、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができるから、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域が、高回転側に拡大する。よって、このエンジン１は、燃費性能に優れる。

エンジン１の負荷が高いときには、燃焼室１７の中の温度が相対的に高くなるため、負荷が低いときよりも、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼は急速になる。ＳＩ率は、エンジン１の負荷が高いときには、エンジン１の負荷が低いときよりも高くなる。従って、図１４に一点鎖線で示すように、エンジン１の回転数とＳＩ率との関係を示す直線は、エンジン１の負荷が高いときに、低いときよりも傾きが緩くなる。

エンジン１の負荷が高いことに起因してＳＩ率が高くなると、燃焼騒音が抑制されるから、後段噴射率を増やしてＳＩ率を高くしなくてもよい。そこで、ＥＣＵ１０は、図１１の上図に一点鎖線で例示するように、後段噴射率の増大を開始する回転数Ｎ３を、高回転側にずらしてもよい。こうすることで、低い後段噴射率を維持する範囲が、高回転側に広くなる。前述したように、後段噴射率が低いと、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼が増えるから、燃費の向上に有利になる。

尚、図１１の上図の例とは異なり、図１１の下図の波形１１２に一点鎖線で示すように、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数と後段噴射率との関係を示す直線の傾きを、エンジン１の負荷が高くなると、負荷が低いときよりも緩やかにしてもよい。

（燃料噴射タイミング）
図１２の上図の波形１２１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）において、エンジン１の回転数の高低と後段噴射の噴射タイミングとの関係を示している。尚、図１２には示していないが、前段噴射の噴射タイミングは、エンジン１の回転数の高低にかかわらず、所定の時期のまま変わらない。

エンジン１の回転数が低いときに、ＥＣＵ１０は、後段噴射の噴射タイミングを、所定の遅角側の時期に設定する。後段噴射の時期を遅らせると、燃焼室１７の中のガスの流動が強い状態で、混合気に点火をすることができる。ＳＩ燃焼が急速になって、自己着火の時期を精度よくコントロールすることができる。

エンジン１の回転数が高くなると、後段噴射によって燃焼室１７の中に燃料を噴射してから、点火までの間の気化時間が短くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼により燃焼しない混合気が増えてＳＩ率が低下する。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼が多くなって、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音が大きくなる。燃焼騒音が大きくなると、ＮＶＨが許容値を上回る恐れがある。

そこで、ＥＣＵ１０は、波形１２１に示すように、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３を超えると、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射の噴射タイミングを、所定の変化率で進角する。所定回転数Ｎ３は、図１１に示す所定回転数Ｎ３と同じである。

ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射の噴射タイミングを、連続的に進角する。これとは異なり、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射の噴射タイミングを、段階的に（つまり、不連続的に）進角してもよい。後段噴射の噴射タイミングを進角することによって、気化時間を長くすることができる。その結果、ＳＩ燃焼時において燃焼しない混合気が減るから、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率が高くなる。ＳＩ率は、図１４に示すように、エンジン１の回転数が高くなるに従い、線形的に高くなる。ＳＩ率を高くすることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音が低く抑えられるため、エンジン１の回転数が高い時に、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。

このように、ＥＣＵ１０は、エンジン１が中負荷領域（Ｂ）において運転しているときに、エンジン１の回転数が変化することに応じて、後段噴射の噴射タイミングが所定の変化率で変化するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。より詳細に、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３よりも高いときの変化率（つまり、図１２の上図におけるグラフの傾き）を、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下の変化率（つまり、図１２の上図の例では、グラフの傾きがゼロ）よりも高くする。

尚、図示は省略するが、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下のときに、後段噴射の噴射タイミングの変化率をゼロにするのではなく、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射の噴射タイミングが進角するようにしてもよい。この場合において、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下のときの変化率は、所定回転数Ｎ３を超えるときの変化率よりも小さくしてもよい。

図１２の上図に示すように、後段噴射の噴射タイミングにも、限界値が定められている。後段噴射の噴射タイミングが早すぎると、点火タイミングにおける燃焼室１７の中の流動が弱くなってしまい、ＳＩ燃焼が緩慢になる。ＳＩ燃焼が緩慢になると、前述したように、自己着火の時期を精度よくコントロールすることができなくなる。

そこで、ＥＣＵ１０は、予め定めた進角限界を超えないよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。エンジン１の回転数が高くなるに従い後段噴射の噴射率を線形的に進角するため、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ４を超えると、ＥＣＵ１０は、後段噴射の噴射タイミングが進角限界になるよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。これにより、ＳＩ燃焼が緩慢になることが回避され、ＳＰＣＣＩ燃焼における自己着火の時期のコントロール性が低下してしまうことが防止される。

エンジン１の負荷が高いことに起因してＳＩ率が高くなると、燃焼騒音が抑制されるから、後段噴射の噴射タイミングを進角してＳＩ率を高くしなくてもよい。そこで、ＥＣＵ１０は、波形１２１に一点鎖線で例示するように、噴射タイミングの進角を開始する回転数Ｎ３を、高回転側にずらしてもよい。こうすることで、後段噴射の噴射タイミングが遅い範囲が、高回転側に広くなる。前述したように、後段噴射が遅いと、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が急速になるから、自己着火の時期のコントロール性が向上する。

尚、波形１２１の例とは異なり、図１２の下図の波形１２２に一点鎖線で示すように、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数と後段噴射の噴射タイミングとの関係を示す直線の傾きを緩やかにしてもよい。

また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が変化することに対して、後段噴射率、及び、後段噴射の噴射タイミングの両方を変更している。ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が変化することに対して、後段噴射の噴射時期のみを変更するようにしてもよい。

（ＳＩ率の調整）
図１５は、ＥＣＵ１０が実行するエンジンの運転制御に係るフローを示している。ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の検知信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、燃焼室１７の中の燃焼が、運転状態に応じたＳＩ率の燃焼となるよう、燃焼室１７の中の状態量の調整、噴射量の調整、噴射タイミングの調整、及び、点火タイミングの調整を行う。ＥＣＵ１０はまた、各センサの検知信号に基づいて、ＳＩ率の調整が必要と判断したときに、ＳＩ率の調整を行う。

ＥＣＵは先ず、ステップＳ１において、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の検知信号を読み込む。次いで、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２において、検知信号に基づいてエンジン１の運転状態を判断すると共に、目標ＳＩ率を設定する。目標ＳＩ率は、図９又は図１４に示した通りである。

ＥＣＵ１０は、続くステップＳ３において、予め設定している燃焼モデルに基づいて、設定した目標ＳＩ率を実現するための目標筒内状態量を設定する。具体的には、燃焼室１７の中の目標温度及び目標圧力、並びに、目標状態量を設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において、目標筒内状態量を実現するために必要な、ＥＧＲ弁５４の開度、スロットル弁４３の開度、エアバイパス弁４８の開度、スワールコントロール弁５６の開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角を設定する。ＥＣＵ１０は、これらのデバイスの制御量を、予め設定しかつ、ＥＣＵ１０に記憶しているマップに基づいて設定する。ＥＣＵ１０は、設定した制御量に基づいて、ＥＧＲ弁５４、スロットル弁４３、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０の制御信号に基づいて各デバイスが動作をすることによって、燃焼室１７の中の状態量が目標状態量になる。

ＥＣＵ１０はさらに、設定した各デバイスの制御量に基づいて、燃焼室１７の中の状態量の予測値、及び、推定値をそれぞれ算出する。状態量予測値は、吸気弁２１が閉弁する前の燃焼室１７の中の状態量を予測した値であり、後述するように、吸気行程における燃料の噴射量の設定に用いる。状態量推定値は、吸気弁２１が閉弁した後の燃焼室１７の中の状態量を推定した値であり、後述するように、圧縮行程における燃料の噴射量の設定、及び、点火タイミングの設定に用いる。状態量推定値はまた、後述するように、実際の燃焼状態との比較による状態量誤差の計算にも用いる。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ５において、状態量予測値に基づいて、吸気行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、吸気行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。ステップＳ６において、ＥＣＵ１０はインジェクタ６の噴射を制御する。つまり、所定の噴射タイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ７において、状態量推定値と、吸気行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、圧縮行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、圧縮行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。圧縮行程中に分割噴射を行うときには、前段噴射の噴射量及び後段噴射の噴射量をそれぞれ設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ８において、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ９において、状態量推定値と、圧縮行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、点火タイミングを設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０において、設定した点火タイミングで、燃焼室１７の中の混合気に点火をするよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。

点火プラグ２５が混合気に点火をすることにより、燃焼室１７の中でＳＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。ステップＳ１１において、ＥＣＵ１０は、指圧センサＳＷ６が検知した燃焼室１７の中の圧力の変化を読み込み、それに基づいて、燃焼室１７の中の混合気の燃焼状態を判断する。ＥＣＵ１０はまた、ステップＳ１２において、燃焼状態の検出結果と、ステップＳ４において推定をした状態量推定値とを比較し、状態量推定値と、実際の状態量との誤差を計算する。計算した誤差は、今回以降のサイクルにおいて、ステップＳ４の推定に利用される。ＥＣＵ１０は、状態量誤差が無くなるように、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、スワールコントロール弁５６、及び／又は、エアバイパス弁４８の開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角を調整する。それによって、燃焼室１７に導入される新気及びＥＧＲガス量が調整される。この状態量誤差のフィードバックは、ＥＣＵ１０が、目標ＳＩ率と実際のＳＩ率との誤差に基づいて、ＳＩ率の調整が必要と判断したときに、ＳＩ率を調整することに相当する。

ＥＣＵ１０はまた、ステップＳ８において、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、点火タイミングを進角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも進角させる。一方、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８において、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、点火タイミングを遅角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも遅角させる。

つまり、図１６のＰ２に示すように、燃焼室１７の中の温度が低いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始した後、未燃混合気が自己着火するタイミングθ_ＣＩが遅れてしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率（Ｐ１参照）からずれてしまう。この場合、未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下を招く。

そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、ＥＣＵ１０は、噴射タイミングを進角すると共に、図１５のステップＳ１０において、点火タイミングθ_ＩＧを進角する。図１６のＰ３に示すように、ＳＩ燃焼の開始が早まることによってＳＩ燃焼により十分な熱発生が可能になるから、燃焼室１７の中の温度が低いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθ_ＣＩが遅れることを防止することができる。その結果、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下が防止される。

また、図１６のＰ４に示すように、燃焼室１７の中の温度が高いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火してしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率（Ｐ１参照）からずれてしまう。この場合、燃焼騒音が増大してしまう。

そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、ＥＣＵ１０は、噴射タイミングを遅角すると共に、図１５のステップＳ１０において、点火タイミングθ_ＩＧを遅角する。図１６のＰ５に示すように、ＳＩ燃焼の開始が遅くなるから、燃焼室１７の中の温度が高いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθ_ＣＩが早くなることを防止することができる。その結果、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。燃焼騒音が増大してしまうことが回避される。

これらの噴射タイミングの調整、及び、点火タイミングの調整は、ＥＣＵ１０が、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率の調整が必要と判断したときに、ＳＩ率を調整することに相当する。噴射タイミングを調整することによって、進角又は遅角される点火タイミングにおいて、燃焼室１７の中に適切な混合気を形成することができる。点火プラグ２５は、確実に、混合気に点火することが可能になると共に、未燃混合気は、適切なタイミングで、自己着火することができる。

尚、図１６において、実際の燃焼状態に基づいて、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、及びスワールコントロール弁５６の制御を通じて燃焼室１７の中の状態量を調整する点は、図１５のステップＳ１２及びステップＳ４において説明した通りである。

このエンジン１は、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、及びスワールコントロール弁５６を含む状態量設定デバイスによって、ＳＩ率を調整する。燃焼室１７の中の状態量を調整することによって、ＳＩ率の大まかな調整が可能である。それと共に、エンジン１は、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングを調整することによって、ＳＩ率を調整する。噴射タイミング及び点火タイミングの調整によって、例えば気筒間差の補正を行ったり、自己着火タイミングの微調整を行ったりすることができる。ＳＩ率の調整を二段階に行うことによって、エンジン１は、運転状態に対応する狙いのＳＰＣＣＩ燃焼を正確に実現することができる。

（エンジンの運転領域マップの第２の構成例）
図７Ｂは、エンジン１の運転領域マップの第２の構成例を示している。運転領域マップ７０１は、負荷の高低に対し、三つの領域に分けられている。具体的に三つの領域は、アイドル運転を含む低負荷領域（Ａ）、全開負荷を含む高負荷領域（Ｃ）、及び、低負荷領域（Ａ）と高負荷領域（Ｃ）との間の中負荷領域（Ｂ）である。運転領域マップ７０１の低負荷領域（Ａ）は、図７Ａの運転領域マップ７００の低負荷領域（Ａ）に対応し、運転領域マップ７０１の中負荷領域（Ｂ）は、図７Ａの運転領域マップ７００の中負荷領域（Ｂ）に対応し、運転領域マップ７０１の高負荷領域（Ｃ）は、図７Ａの運転領域マップ７００の高負荷領域（Ｃ）に対応する。中負荷領域（Ｂ）は、負荷の高低の方向に、第１中負荷領域（Ｂ１）と第２中負荷領域（Ｂ２）とに分かれ、高負荷領域（Ｃ）は、回転数の高低の方向に、第１高負荷領域（Ｃ１）と第２高負荷領域（Ｃ２）とに分かれる。

図７Ｂの運転領域マップ７０１においては、運転領域マップ７００の高回転領域（Ｄ）がなく、低負荷領域（Ａ）、中負荷領域（Ｂ）及び高負荷領域（Ｃ）はそれぞれ、エンジン１の最高回転数Ｎ２まで領域が拡大している。尚、図７Ｂの回転数Ｎ１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う最低回転数の意味において、図７Ａの回転数Ｎ１と対応し、図７Ｂの回転数Ｎ２は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う最高回転数の意味において、図７Ａの回転数Ｎ２と対応する。

図７Ｂの運転領域マップ７０１においても、図９〜１０を参照して説明したように、負荷方向に対する制御を行うと共に、図１１〜１４を参照して説明したように、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）において、回転数方向に対し、後段噴射率及び／又は後段噴射時期を変更することにより、ＳＰＣＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率を変更してもよい。

（エンジンの運転領域マップの第３の構成例）
図７Ｃは、温間時における、エンジン１の運転領域マップの別の構成例を示している。エンジン１の運転領域マップ７０２は、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域（１）−１、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域（１）−２、中負荷領域（１）−２よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域（２）、高負荷領域において中回転領域（２）よりも回転数の低い低回転領域（３）、及び、低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２、高負荷中回転領域（２）、及び、高負荷低回転領域（３）よりも回転数の高い高回転領域（４）である。ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域とすればよい。図７Ｃの例では、回転数Ｎ５未満を低回転、回転数Ｎ２以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。回転数Ｎ５は、例えば１２００ｒｐｍ程度、回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。尚、図７Ｃの回転数Ｎ２は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う最高回転数の意味において、図７Ａ及び図７Ｂの回転数Ｎ２と対応する。また、図７Ｃにおける二点鎖線は、エンジン１のロード−ロードライン（Road-Load Line）を示している。

ここで、第３の構成例においては、エンジン１の幾何学的圧縮比を低めにしている。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。幾何学的圧縮比は、一例として、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度）においては、１４〜１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度）においては、１５〜１８としてもよい。

幾何学的圧縮比を低めにする一方で、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７内の温度をある程度高くするために、第３の構成例においては、有効圧縮比を高くする。つまり、吸気弁２１を閉じる閉弁時期を、吸気下死点に近づくように進角する。前述したように、吸気弁２１及び排気弁２２を共に閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けることによって、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入しようとしても、有効圧縮比を高くするために、吸気弁２１の開弁期間を進角側に設定しなければならないため、内部ＥＧＲガスの導入量を増やすことができない。そこで、第３の構成例においては、吸気弁２１及び排気弁２２を共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることによって、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入する。これにより、有効圧縮比を高くすることと、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することとを両立させることができる。

運転領域マップ７０２においては、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２、及び、高負荷中回転領域（２）において、エンジン１は、圧縮自己着火による燃焼（つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼）を行う。エンジン１が低負荷で運転するとき、及び、エンジン１が高負荷で運転するときにも、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う点が、運転領域マップ７００又は７０１と相違する。エンジン１はまた、その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域（３）及び高回転領域（４）においては、火花点火による燃焼を行う。

第３の構成例においては、少なくともＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域において、スワールコントロール弁５６の開度を閉じ側にすることにより、燃焼室１７の中に、スワール流を形成している。

本願発明者らの検討によると、燃焼室１７内にスワール流を発生させると、ピストン３の頂面のキャビティ３１内に溜まっていた残留ガス（つまり、既燃ガス）を、キャビティ３１外に追い出すことができる。燃料を燃焼室１７の全体に略均等に分布させていると、点火プラグ２５の近傍の混合気のＧ／Ｆは、キャビティ３１内に残留ガスがなくなる分、相対的に小さくなり、点火プラグ２５から離れた周囲の混合気のＧ／Ｆは、残留ガスを含む分、相対的に大きくなる。燃焼室１７内の混合気のＧ／Ｆを成層化することができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼は点火プラグ２５によって点火される混合気の燃焼である。点火プラグ２５の近傍の混合気は主に、ＳＩ燃焼により燃焼する。一方、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼が開始した後の、未燃混合気の自己着火による燃焼である。点火プラグ２５から離れた周囲の混合気は主に、ＣＩ燃焼により燃焼する。

燃焼室１７内のＧ／Ｆを成層化すると、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させるための、燃焼室１７全体におけるトータルＧ／Ｆの上限値は、前述した１８以上３０以下の範囲よりも拡大する。本願発明者らの検討によれば、トータルＧ／Ｆの範囲が１８以上５０以下であれば、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。このときに、点火プラグ２５の近傍の混合気のＧ／Ｆの範囲は、１４以上２２以下である。燃焼室１７内の混合気のＧ／Ｆを成層化することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定にしつつ、混合気をさらに希釈することが可能になるから、エンジンの燃費性能の向上に有利になる。

以下、運転領域マップ７０２の各領域におけるエンジン１の運転について、図１７に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。尚、図１７における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６はそれぞれ、図７Ｃの運転領域マップ７０２における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６によって示すエンジン１の運転状態に対応する。

（低負荷領域（１）−１）
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

図１７の符号６０１は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において、符号６０１の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０１１、６０１２）及び点火時期（符号６０１３）、並びに、燃焼波形（つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号６０１４）それぞれの一例を示している。

エンジン１の燃費性能を向上させるために、ＥＧＲシステム５５は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的には、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることにより、燃焼室１７の中から吸気ポート１８及び排気ポート１９に排出した排気ガスの一部を、燃焼室１７の中に再導入する。燃焼室１７の中に熱い既燃ガスを導入するため、燃焼室１７の中の温度を高くすることができ、ＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利になる。

エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときには、燃焼室１７の中には、スワール流が形成される。スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、中央部において弱くなる。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート１８はタンブルポートであるため、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。

エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比よりもリーンである。つまり、燃焼室１７の全体において、混合気の空気過剰率λは１を超える。より詳細に、燃焼室１７の全体において混合気のＡ／Ｆは３０以上である。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。

エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、燃焼室１７内の中央部と外周部との間において、混合気は成層化している。燃焼室１７内の中央部は、点火プラグ２５が配置されている部分であり、外周部は、中央部の周囲であって、シリンダ１１のライナーに接する部分である。燃焼室１７内の中央部は、スワール流が弱い部分、外周部は、スワール流が強い部分、と定義してもよい。

中央部の混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のＡ／Ｆは、２０以上３０以下であり、外周部の混合気のＡ／Ｆは、３５以上である。

エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、インジェクタ６は、基本的には、圧縮行程中において燃料を、複数回に分けて、燃焼室１７の中に噴射する。燃料の分割噴射と、燃焼室１７の中の強いスワール流と、によって、燃焼室１７の中央部と外周部とにおいて、混合気が成層化する。

燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ２５は、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０１３参照）。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼のコントロール性が向上する。その結果、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、燃焼騒音の発生の抑制と、燃焼期間の短縮による燃費性能の向上とが両立する。

以上のように、低負荷領域（１）−１においてエンジン１は、混合気を理論空燃比よりもリーンしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、低負荷領域（１）−１は、「ＳＰＣＣＩリーン領域」と呼ぶことができる。

（中負荷領域（１）−２）
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転しているときも、低負荷領域（１）−１と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。中負荷領域（１）−２は、運転領域マップ７００又は７０１における中負荷領域（Ｂ）に対応する。

図１７の符号６０２は、エンジン１が中負荷領域（１）−２において、符号６０２の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０２１、６０２２）及び点火時期（符号６０２３）、並びに、燃焼波形（符号６０２４）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が中負荷領域（１）−２にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的には、低負荷領域（１）−１と同様に、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることにより、燃焼室１７の中から吸気ポート１８及び排気ポート１９に排出した排気ガスの一部を、燃焼室１７の中に再導入する。つまり、内部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。また、中負荷領域（１）−２においては、ＥＧＲ通路５２を通じて、ＥＧＲクーラー５３によって冷却した排気ガスを、燃焼室１７の中に導入する。つまり、内部ＥＧＲガスに比べて温度が低い外部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。中負荷領域（１）−２においては、内部ＥＧＲガス及び／又は外部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入することにより、燃焼室１７の中の温度を適切な温度になるよう調整する。

エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中には、スワール流が形成される。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。スワール流を形成することによって、キャビティ３１の中に溜まった残留ガスをキャビティ３１の中から追い出すことができる。その結果、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部の混合気のＧ／Ｆと、ＳＩ部の周囲のＣＩ部の混合気のＧ／Ｆと、を異ならせることができる。そのことによって、前述したように、燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆを、１８以上５０以下にすれば、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。

また、スワール流を形成することにより、燃焼室１７内の乱流エネルギが高くなるから、エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、ＳＩ燃焼の火炎が速やかに伝播してＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定することによってＣＩ燃焼のコントロール性が高まる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼のタイミングが適正化することによって、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃費性能の向上が図られる。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。

エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。三元触媒が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。

エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中の燃料噴射（符号６０２１）と、圧縮行程中の燃料噴射（符号６０２２）とを行う。吸気行程中に第１噴射６０２１を行うことによって、燃焼室１７の中に燃料を略均等に分布させることができる。圧縮行程中に第２噴射６０２２を行うことによって、燃料の気化潜熱によって燃焼室１７の中の温度を低下させることができる。第１噴射６０２１によって噴射した燃料を含む混合気が過早着火してしまうことを防止することができる。尚、中負荷領域（１）−２において、特に、エンジンが負荷の低い運転状態のときには、第２噴射６０２２は、省略することも可能である。

インジェクタ６が、吸気行程中の第１噴射６０２１と圧縮行程中の第２噴射６０２２とを行うことによって、燃焼室１７の中には、全体として、空気過剰率λが１．０±０．２になった混合気が形成される。混合気の燃料濃度が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及び、スモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。また、燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆは１８以上５０以下であり、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部のＧ／Ｆは１４〜２２である。

圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって（符号６０２３）、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が、目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆを１８以上５０以下とし、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部のＧ／Ｆを１４〜２２とすることにより、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。

従って、中負荷領域（１）−２においてエンジン１は、混合気を理論空燃比にしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、中負荷領域（１）−２は、「ＳＰＣＣＩλ＝１領域」と呼ぶことができる。

ここで、運転領域マップ７０２において、過給機４４がオフにされる領域（Ｓ／Ｃ ＯＦＦ参照）は、低負荷領域（１）−１の一部、及び、中負荷領域（１）−２の一部である。詳細には、低負荷領域（１）−１における低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされる。低負荷領域（１）−１における高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンにされて、過給圧を高くする。また、中負荷領域（１）−２における低負荷低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされ、中負荷領域（１）−２における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンにされ、高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンになる。

尚、高負荷中回転領域（２）、高負荷低回転領域（３）、及び、高回転領域（４）の各領域においては、その全域に亘って、過給機４４がオンになる。

（高負荷中回転領域（２））
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転しているときも、低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

図１７の符号６０３は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において、符号６０３の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０３１、６０３２）及び点火時期（符号６０３３）、並びに、燃焼波形（符号６０３４）それぞれの一例を示している。また、図１７の符号６０４は、符号６０３の運転状態よりも回転数が高いときの燃料噴射時期（符号６０４１）及び点火時期（符号６０４２）、並びに、燃焼波形（符号６０４３）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷中回転領域（２）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。

また、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中にはスワール流が形成される。スワール流は、例えば４以上のスワール比の強いスワール流としてもよい。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。

エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。

エンジン１が高負荷中回転領域（２）における低回転側で運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料を噴射する（符号６０３１）と共に、圧縮行程の終期に燃料を噴射する（符号６０３２）。圧縮行程の終期とは、圧縮行程を初期、中期、及び、終期に三等分したときの終期としてもよい。

吸気行程に開始する前段噴射６０３１は、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半としてもよい。具体的に前段噴射は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。

前段噴射６０３１の噴射開始を、吸気行程の前半にすると、図示は省略するが、燃料噴霧がキャビティ３１の開口縁部に当たることによって、一部の燃料は、燃焼室１７のスキッシュエリア１７１に入り、残りの燃料は、キャビティ３１の内の領域に入る。スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、中央部において弱くなっている。そのため、スキッシュエリア１７１に入った一部の燃料はスワール流に入り、キャビティ３１の内の領域に入った残りの燃料は、スワール流の内側に入る。スワール流に入った燃料は、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の中に留まり、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成する。スワール流の内側に入った燃料も、吸気行程から圧縮行程の間、スワール流の内側に留まり、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成する。

エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときには、点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、好ましくは空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１以下、好ましくは１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、好ましくは１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の外周部の空気過剰率λを１未満にすると、外周部は混合気中の燃料量が増えるため、燃料の気化潜熱によって温度を低下させることができる。燃焼室１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上、理論空燃比以下、好ましくは１２．５以上、１３以下としてもよい。

圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの終期とすればよい。圧縮行程の終期に行う後段噴射６０３２は、例えば上死点前１０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。上死点の直前で後段噴射を行うことにより、燃料の気化潜熱によって燃焼室内の温度を低下させることができる。前段噴射６０３１によって噴射された燃料は、圧縮行程の間に低温酸化反応が進み、上死点前において高温酸化反応に移行するようになるが、上死点の直前で後段噴射６０３２を行い、燃焼室内の温度を低下させることにより、低温酸化反応から高温酸化反応へ移行することを抑制することができ、過早着火が発生してしまうことを抑制することができる。尚、前段噴射の噴射量と後段噴射の噴射量との割合は、一例として、９５：５としてもよい。

点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０３３）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。点火プラグ２５は燃焼室１７の中央部に配置されているため、点火プラグ２５の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始する。

高負荷領域においては、燃料噴射量が多くなると共に、燃焼室１７の温度も高くなるため、ＣＩ燃焼が早期に開始しやすい状況になる。言い換えると、高負荷領域においては、混合気の過早着火が発生しやすい。しかしながら、前述の通り、燃焼室１７の外周部の温度が、燃料の気化潜熱によって低下しているから、混合気に火花点火をした後、ＣＩ燃焼がすぐに開始してしまうことを回避することができる。

前述したように、点火プラグ２５が中央部の混合気に点火をすると、ＳＩ燃焼は高い乱流エネルギによって、燃焼速度が高くなって安定化すると共に、ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室１７内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。そうして、燃焼室１７の外周部における、周方向の所定の位置において、未燃混合気が圧縮着火をし、ＣＩ燃焼が開始する。

このＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプトでは、燃焼室１７の中において混合気を成層化することと、燃焼室１７の中に強いスワール流を発生させることとによって、ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなりすぎることがなくてＮＯｘの生成も抑制される。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。

また、外周部の温度が低いため、ＣＩ燃焼が緩やかになり、燃焼騒音の発生を抑制することができる。さらに、ＣＩ燃焼によって燃焼期間が短くなるから、高負荷領域においてトルクの向上、及び、熱効率の向上が図られる。よって、このエンジン１は、負荷が高い領域においてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことにより、燃焼騒音を回避しながら、燃費性能を向上させることができる。

エンジン１が高負荷中回転領域（２）における高回転側で運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料噴射を開始する（符号６０４１）。

吸気行程に開始する前段噴射６０４１は、前記と同様に、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。具体的に前段噴射６０４１は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。前段噴射の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。前段噴射６０４１の噴射開始を、吸気行程の前半にすることによって、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成することができる。点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、前記と同様に、好ましくは空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１以下、好ましくは１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、好ましくは１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上、理論空燃比以下、好ましくは１２．５以上、１３以下としてもよい。

エンジン１の回転数が高くなると、前段噴射６０４１によって噴射された燃料が反応する時間が短くなる。そのため、混合気の酸化反応を抑制するための後段噴射を省略することができる。

点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０４２）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。

前述したように、混合気を成層化することによって、高負荷中回転領域（２）において、燃焼騒音を抑制すると共に、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化することができる。

以上のように、高負荷中回転領域（２）においてエンジン１は、混合気を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、高負荷中回転領域（２）は、「ＳＰＣＣＩλ≦１領域」と呼ぶことができる。

（高負荷低回転領域（３））
エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。高負荷低回転領域（３）は、運転領域マップ７００又は７０１における第１高負荷領域（Ｃ１）に対応する。

図１７の符号６０５は、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において、符号６０５の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０５１、６０５２）及び点火時期（符号６０５３）、並びに、燃焼波形（符号６０５４）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷低回転領域（３）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。

エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。混合気の空燃比を、理論空燃比にすることにより、高負荷低回転領域（３）において、燃費性能が向上する。尚、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、燃焼室１７の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて１以下でかつ、高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λ以上、好ましくは高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λよりも大にしてもよい。

運転領域マップ７０２においては、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中と、圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間とのそれぞれのタイミングで、燃焼室１７内に燃料を噴射する（符号６０５１、６０５２）。二回に分けて燃料を噴射することにより、リタード期間内に噴射する燃料量を少なくすることができる。吸気行程中に燃料を噴射することにより（符号６０５１）、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間に燃料を噴射することにより（符号６０５２）、点火直前に、燃焼室１７の中の流動を高めることができ、ＳＩ燃焼の安定化に有利になる。

点火プラグ２５は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０５３）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてＳＩ燃焼をする。ＳＩ燃焼が膨張行程において開始するため、ＣＩ燃焼は開始しない。

インジェクタ６は、過早着火を回避するために、エンジン１の回転数が低くなるほど、燃料噴射の時期を遅角してもよい。リタード期間内の燃料噴射は、膨張行程において終了する場合もある。

エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において運転するときには、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりもスワール流を弱くする。高負荷低回転領域（３）において運転するときに、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６の開度は、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりも大きい。スワールコントロール弁５６の開度は、例えば５０％程度（つまり、半開）としてもよい。

図２の上図に一点鎖線の矢印で示すように、インジェクタ６の噴孔の軸は、点火プラグ２５に対し周方向に位置がずれている。噴孔から噴射された燃料は、燃焼室１７の中のスワール流によって周方向に流れる。スワール流によって、燃料を点火プラグ２５の付近に速やかに輸送することができる。燃料は、点火プラグ２５の付近に輸送される間に、気化することができる。

一方、スワール流が強すぎると、燃料が周方向に流されてしまい、点火プラグ２５の付近から離れてしまって、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができなくなる。そこで、エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において運転するときには、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりもスワール流を弱くする。これによって、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができるから、混合気の着火性の向上及びＳＩ燃焼の安定化を図ることができる。

高負荷低回転領域（３）においてエンジン１は、燃料を圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間に燃料の噴射をしてＳＩ燃焼を行うため、高負荷低回転領域（３）は、「リタード−ＳＩ領域」と呼ぶことができる。

（高回転領域（４））
エンジン１の回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域において、前述したように、燃焼室１７内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン１の回転数が高くなると、前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。

そのため、エンジン１が高回転領域（４）において運転しているときには、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。尚、高回転領域（４）は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。

図１７の符号６０６は、エンジン１が高回転領域（４）において、符号６０６の運転状態にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０６１）及び点火時期（符号６０６２）、並びに、燃焼波形（符号６０６３）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高回転領域（４）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。

エンジン１は、高回転領域（４）において運転するときには、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６を全開にする。燃焼室１７内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁５６を全開にすることによって、高回転領域（４）において充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。

エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、高回転領域（４）内の、全開負荷を含む高負荷領域においては、混合気の空気過剰率λを１未満にしてもよい。

エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程に燃料噴射を開始する（符号６０６１参照）。インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室１７の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジン１の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることもできる。

点火プラグ２５は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０６２参照）。

従って、高回転領域（４）においてエンジン１は、燃料噴射を吸気行程に開始してＳＩ燃焼を行うため、高回転領域（４）は、「吸気−ＳＩ領域」と呼ぶことができる。

（運転領域マップの第３の構成例における回転数方向に対するエンジンの運転制御）
図１３の下図の波形１３２は、図７Ｃの運転領域マップ７０２においてＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域（特に、ＳＰＣＣＩλ＞１領域、及び、ＳＰＣＣＩλ＝１領域）における、エンジン１の回転数とスワールコントロール弁５６の開度との関係を示している。図１３の下図における二点鎖線は、図１３の上図の波形１３１を示している。前述したように、運転領域マップ７０２のＳＰＣＣＩ領域においては、エンジン１の回転数の高低に関わらず、スワールコントロール弁５６の開度を閉じ側にしている。この点で、回転数がＮ４を超えるまでスワールコントロール弁５６の全開にしている波形１３１とは相違する。ＳＰＣＣＩλ＞１領域、及び、ＳＰＣＣＩλ＝１領域においては、スワール比は例えば１．５から３程度にしてもよい。このときにスワールコントロール弁５６の開度は、２５〜４０％程度にしてもよい。燃焼室１７内にスワール流を形成しているため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が急速になるため、スワール流を形成していないときよりもＳＩ率が高くなる。

図１８は、図７Ｃの運転領域マップ７０２のＳＰＣＣＩ領域における、エンジン１の回転数の高低と後段噴射率との関係を示している（波形１１３）。図１８の上図において、二点鎖線は図１１の波形１１１を示している。前述したように、燃焼室１７内にスワール流を形成していることにより、ＳＩ率が相対的に高くなるため、後段噴射率を、相対的に低く設定することが可能になる。後段噴射率が低いと、前段噴射により噴射される燃料量が増えるため、燃料の気化時間を長く確保することができる。未燃混合気やススの発生を減らし、エンジン１の排気エミッション性能を向上させる上で有利になる。尚、運転領域マップ７０２においても、エンジン１の回転数とＳＩ率との関係は、図１４に示す関係に準ずる。

波形１１３においても、前記と同様に、エンジン１の回転数がＮ３を超えると、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率が高くなるよう、後段噴射率を高める。後段噴射率は、エンジン１の回転数が高くなるに従い高くする。尚、Ｎ３よりも高い回転数から、後段噴射率を高めるようにしてもよい。波形１１３の例では、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射率を、所定の変化率で連続的に高くしている。これとは異なり、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射率を段階的に（つまり、不連続的に）高くしてもよい。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率が高くなってＳＰＣＣＩ燃焼により発生する燃焼騒音を抑制することができるから、エンジン１の回転数が高い時に、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。

後段噴射率をエンジン１の回転数が高くなるに従い高くするものの、当初の後段噴射率が低いため、後段噴射率は、回転数Ｎ２においても、上限値を超えない。つまり、燃焼室１７内にスワール流を形成することにより、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域の最高回転数域（図１８における回転数Ｎ２の近傍の領域）においても、エンジンの回転数が高いときには、低いときよりも後段噴射率を高くすることができる。

尚、図示は省略するが、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下のときに、後段噴射量の変化率をゼロにするのではなく、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射率が増えるようにしてもよい。この場合において、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下のときの変化率は、所定回転数Ｎ３を超えるときの変化率よりも小さくすることが好ましい。

また、図１８の上図に一点鎖線で例示するように、エンジン１の負荷が高くなると、後段噴射率の増大を開始する回転数Ｎ３を、高回転側にずらしてもよい。こうすることで、低い後段噴射率を維持する範囲が、高回転側に広くなる。後段噴射率が低いと、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼が増えるから、燃費の向上に有利になる。

尚、図１８の上図の例とは異なり、図１８の下図の波形１１４に一点鎖線で示すように、エンジン１の回転数と後段噴射率との関係を示す直線の傾きを、エンジン１の負荷が高くなると、負荷が低いときよりも緩やかにしてもよい。

図１９は、図７Ｃの運転領域マップ７０２のＳＰＣＣＩ領域における、エンジン１の回転数の高低と後段噴射時期との関係を示している。図１９の上図の波形１２３は、図１３２の上図の波形１２１に対応する。図１９の二点鎖線は、図１２の波形１２１の一部を示している。

波形１２３においても、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３を超えると、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射の噴射タイミングを、所定の変化率で進角する。エンジン１の回転数が高い時に、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を低く抑えることができる。尚、Ｎ３よりも高い回転数よりも高い回転数から、後段噴射の噴射タイミングを進角してもよい。

図示は省略するが、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下のときに、後段噴射の噴射タイミングの変化率をゼロにするのではなく、エンジン１の回転数が高くなるに従い、後段噴射の噴射タイミングが進角するようにしてもよい。この場合において、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３以下のときの変化率は、所定回転数Ｎ３を超えるときの変化率よりも小さくしてもよい。

燃焼室１７内にスワール流を形成していないと、後段噴射の噴射タイミングが早くなったときに、噴射に起因する燃焼室１７の中の流動が、点火タイミングにおいて弱くなってしまうが、燃焼室１７内にスワール流を形成していると、後段噴射の噴射タイミングを早くしても、点火タイミングにおける燃焼室１７の中の流動は強く保たれる。つまり、燃焼室１７内にスワール流を形成していることによって、後段噴射の進角限界がなくなり、波形１２３に示すように、後段噴射の噴射タイミングを、エンジン１の回転数が高くなることに従って、進角させることができる。燃焼室１７内にスワール流を形成することにより、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域の最高回転数域（図１８における回転数Ｎ２の近傍の領域）においても、エンジンの回転数が高いときには、低いときよりも後段噴射のタイミングを進角することができる。

後段噴射時期を進角させると、その分、燃料の気化時間を長く確保することができるから、未燃混合気やススの発生を減らすことができる。特に、図１８に示すように、エンジン１の回転数が高くなることに従い、後段噴射の噴射量が増えるため、後段噴射時期を進角させることは、後段噴射による燃料の気化時間を長く確保する上で有利になる。未燃混合気やススの発生を減らし、エンジンの排気エミッション性能を向上させることができる。

図１８の上図に一点鎖線で例示するように、負荷が高くなると、噴射タイミングの進角を開始する回転数Ｎ３を、高回転側にずらしてもよい。こうすることで、後段噴射の噴射タイミングが遅い範囲が、高回転側に広くなる。

尚、図１９の上図の例とは異なり、図１９の下図の波形１２４に一点鎖線で示すように、エンジン１の回転数と後段噴射の噴射タイミングとの関係を示す直線の傾きを、エンジン１の負荷が高くなると、負荷が低いときよりも緩やかにしてもよい。

（ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼波形の例示）
図２０及び２１は、エンジン１の各運転状態Ｗ１〜Ｗ１２における燃焼波形を例示している。図２０に示す運転領域マップ７０４は、図７Ｃの運転領域マップ７０２に準じている。つまり、この運転領域マップ７０４において、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域では、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。この領域は、運転領域マップ７０２における低負荷領域（１）−１に相当する。但し、図２０の運転領域マップ７０４における当該領域は、非過給の領域である。

また、図２０の運転領域マップ７０４において、低負荷領域よりも負荷が高い中負荷領域、及び、さらに負荷の高い高負荷領域の中回転領域では、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。この領域は、運転領域マップ７０２における中負荷領域（１）−２及び高負荷領域の中回転領域（２）に相当する。図２０の運転領域マップ７０４における当該領域は、過給を行う領域である。

さらに、図２０の運転領域マップにおいて、高負荷領域において中回転領域よりも回転数の低い低回転領域はリタードＳＩ燃焼を行う領域である。この領域は、運転領域マップ７０２における高負荷領域の低回転領域（３）に相当する。

加えて、図２０の運転領域マップ７０４において、高回転領域は吸気行程に燃料噴射を行ってＳＩ燃焼を行う領域である。この領域は、運転領域マップ７０２における高回転領域（４）に相当する。

図２０の運転領域マップにおいても、図１１〜１２、又は、図１８〜１９に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域にて、エンジン１の回転数が変化することに応じて、後段噴射率、及び／又は、後段噴射の噴射タイミングを変更する。図１１〜１２、又は、図１８〜１９の回転数Ｎ１、Ｎ２は、図１４の回転数Ｎ１、Ｎ２に対応する。ＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域において、ＳＩ率は、エンジン１の回転数が高くなるに従い、線形的に高くなる（図１４参照）。ＳＩ率を高くすることによって、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音が低く抑えられるため、エンジン１の回転数が高い時に、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。

前述したように、ＳＰＣＣＩ領域において、エンジン１の回転数が高くなるに従いＳＩ率を高くする。Ｗ２、Ｗ７、Ｗ１０の波形を比較すると、ＳＩ燃焼のピークは、Ｗ２、Ｗ７、Ｗ１０の順に次第に高くなっている。その結果、ＣＩ燃焼のピークは、Ｗ２、Ｗ７、Ｗ１０の順に次第に小さくなっている。これにより、エンジン１の回転数が高くなるに従い、燃焼騒音の発生を抑制することができる。尚、ＳＰＣＣＩ領域において、Ｗ２、Ｗ７、Ｗ１０よりも負荷の低い、Ｗ３、Ｗ８、Ｗ１１、及び、Ｗ４、Ｗ９、Ｗ１２においても、同様の傾向が現れている。

（他の実施形態）
尚、ＥＣＵ１０が行うエンジン１の制御は、前述した燃焼モデルに基づく制御に限定されない。

また、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。エンジン１の構成は、様々な構成を採用することが可能である。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（コントローラー）
１７ 燃焼室
１７１ スキッシュエリア
２５ 点火プラグ
３ ピストン
３１ キャビティ
５６ スワールコントロール弁（吸気流動制御デバイス、スワール発生部）
６ インジェクタ
ＳＷ６ 指圧センサ

Claims (12)

1. 燃焼室の中において混合気を着火させるよう構成されたエンジンと、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中に燃料を噴射するよう構成されたインジェクタと、
   前記燃焼室の中に臨んで配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするよう構成された点火プラグと、
   前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに接続されかつ、前記インジェクタ、及び、前記点火プラグのそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するよう構成されたコントローラーと、を備え、
   前記点火プラグが前記混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼し、
   前記コントローラーは、前記エンジンが高回転で運転しているときには、低回転で運転しているときよりも燃料噴射タイミングが進角するよう、前記インジェクタに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記コントローラーは、前段噴射と、前記前段噴射よりも遅いタイミングの後段噴射とを行うよう、前記インジェクタに制御信号を出力し、
   前記コントローラーは、前記エンジンが高回転で運転しているときには、低回転で運転しているときよりも前記後段噴射の噴射タイミングが進角するよう、前記インジェクタに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が変化することに応じて、前記後段噴射の噴射タイミングが、所定の変化率で進角するよう、前記インジェクタに制御信号を出力し、
   前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が高いときの前記変化率を、前記エンジンの回転数が低いときの前記変化率よりも高くする圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 請求項３に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が所定回転数以下のときには、前記後段噴射の噴射タイミングが、前記回転数が変化しても一定になるよう、前記インジェクタに制御信号を出力し、
   前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が前記所定回転数を超えるときには、前記エンジンの回転数が高くなるに従い前記後段噴射の噴射タイミングが進角するよう、前記インジェクタに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項４に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記コントローラーは、前記後段噴射の噴射タイミングが予め定めた進角限界を超えないよう、前記インジェクタに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中へ導入する吸気流動を調整するよう構成された吸気流動制御デバイスを備え、
   前記コントローラーは、前記後段噴射の噴射タイミングが前記進角限界であるときには、前記吸気流動が強くなるよう、前記吸気流動制御デバイスに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
7. 請求項６に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が高くなるほど、前記吸気流動が強くなるよう、前記吸気流動制御デバイスに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
8. 請求項２〜７のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼室の一部を形成するピストンは、前記ピストンの上面から凹陥すると共に、前記インジェクタに向かい合うキャビティを有し、
   前記前段噴射は、圧縮行程中において、前記キャビティの外のスキッシュエリア内に前記燃料を噴射し、前記後段噴射は、前記キャビティの内に前記燃料を噴射する圧縮着火式エンジンの制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記コントローラーは、前記燃焼室の中の混合気が燃焼するときに発生する全熱量に対し、点火された混合気が火炎伝播により燃焼するときに発生する熱量の割合に関係する指標としてのＳＩ率を、１００％未満にすると共に、前記エンジンの回転数が高いときに、前記ＳＩ率を、回転数が低いときよりも高くする圧縮着火式エンジンの制御装置。
10. 請求項９に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
    前記燃焼室の中の圧力を検知する指圧センサを備え、
    前記コントローラーは、前記エンジンの運転状態に基づいて目標のＳＩ率を設定すると共に、前記指圧センサの検知信号を受けかつ，混合気の燃焼に伴う圧力波形に基づいて、前記ＳＩ率を算出しかつ、算出した前記ＳＩ率と前記目標のＳＩ率とがずれているとき、前記ＳＩ率が前記目標のＳＩ率に近づくように、前記ＳＩ率を調整する圧縮着火式エンジンの制御装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
    前記燃焼室の中にスワール流を発生させるスワール発生部を備え、
    前記コントローラーは、前記エンジンの回転数の高低に関わらず、前記燃焼室の中にスワール流を発生させるよう、前記スワール発生部に制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
12. 請求項１１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
    前記コントローラーは、前記点火プラグが前記混合気に点火をして燃焼が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼する運転領域の少なくとも最高回転数域において、燃料噴射タイミングが高回転時は低回転時よりも進角するように、前記インジェクタに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。

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