JP2019108814A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部分圧縮着火燃焼時にエンジン負荷によらず良好な燃焼安定性を確保する。【解決手段】本発明の制御装置は、混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させた後に他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能な圧縮着火式エンジンに適用される。この制御装置は、燃焼室にＥＧＲガスとして導入される既燃ガスの割合であるＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ操作部と、部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて燃焼室の圧縮開始温度が上昇するようにＥＧＲ操作部を用いてＥＧＲ率を調整しつつ、混合気がＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼する所定のタイミングで点火プラグに火花点火を行わせる燃焼制御部とを備える。【選択図】図１０

Description

本発明は、混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させた後に他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能な圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

近年、空気と混合されたガソリン燃料を十分に圧縮された燃焼室内で自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼が注目されている。ＨＣＣＩ燃焼は、混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼（火花点火燃焼）に比べて、混合気の燃焼速度が速く、熱効率の面で非常に有利だと言われている。しかしながら、ＨＣＣＩ燃焼は、気温などの外部因子により混合気の燃焼開始時期（混合気が自着火する時期）が大きく変動するなどの問題があり、また、負荷が急変するような過渡運転時の制御が難しいという問題もあった。

そこで、混合気の全てを自着火により燃焼させるのではなく、混合気の一部については点火プラグを用いた火花点火により燃焼させることが提案されている。すなわち、火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により強制的に燃焼（ＳＩ燃焼）させた後に、他の混合気を自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）させるのである。以下では、このような燃焼のことを部分圧縮着火燃焼という。

上記部分圧縮着火燃焼に類似したコンセプトを採用したエンジンの一例として、下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１のエンジンは、補助燃料噴射によって点火プラグ（点火栓）周りに形成された成層混合気を火花点火により火炎伝播燃焼させるとともに、当該燃焼（火炎）の作用により高温化された燃焼室に主燃料噴射を行い、この主燃料噴射により噴射された燃料を自着火により燃焼させるものである。

特開２００９−１０８７７８号公報

上記特許文献１に示されるエンジンでは、点火プラグを用いた火花点火によりＣＩ燃焼を促進できるものの、火花点火の直後に形成される火炎核の状態は燃焼室の環境によりバラつくものと考えられる。例えば、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて、燃料の噴射量が少なく混合気の空燃比がリーンになり易いので、火花点火を行っても火炎核が期待通りに成長しないおそれがある。火炎核の成長が十分でなかった場合には、ＣＩ燃焼の開始時期が狙いのタイミングから大きく遅れるなどして、燃焼が不安定化することになる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジン負荷によらず良好な燃焼安定性を確保することが可能な圧縮着火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、燃焼室に燃料を供給するインジェクタと、インジェクタから供給された燃料と空気とが混合された混合気に点火する点火プラグとを備え、前記混合気の一部を前記点火プラグを用いた火花点火によりＳＩ燃焼させた後に他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能な圧縮着火式エンジンの制御装置であって、前記燃焼室にＥＧＲガスとして導入される既燃ガスの割合であるＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ操作部と、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記燃焼室の圧縮開始温度が上昇するように前記ＥＧＲ操作部を用いて前記ＥＧＲ率を調整しつつ、前記混合気がＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼する所定のタイミングで前記点火プラグに火花点火を行わせる燃焼制御部とを備えた、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、部分圧縮着火燃焼の実行中、エンジン負荷が低いときは高いときに比べてＥＧＲ率が増大されるので、このＥＧＲ率の増大に伴って燃焼室の圧縮開始温度（圧縮行程が開始されるときの温度）を上昇させて、火炎核の成長を促進することができる。これにより、エンジン負荷が低く混合気の空燃比がリーンになり易い（そのために火炎核が成長し難い）条件であっても、ＳＩ燃焼を安定的に進行させてその後のＣＩ燃焼を確実に引き起こすことができ、ＣＩ燃焼の開始時期がサイクルごとに大きくバラつくような事態を回避することができる。以上により、本発明によれば、エンジン負荷が高くても低くても、安定した部分圧縮着火燃焼を実現することができる。

好ましくは、前記ＥＧＲ操作部は、吸気弁および排気弁の少なくとも一方の動作タイミングを変更することにより、前記燃焼室に残留する既燃ガスの割合である内部ＥＧＲ率を調整可能なバルブ可変機構であり、前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記内部ＥＧＲ率が高くなるように前記バルブ可変機構を制御する（請求項２）。

このように、エンジン負荷が低いときに内部ＥＧＲ率（燃焼室に残留する既燃ガスの割合）を増大させるようにした場合には、燃焼室の圧縮開始温度を低負荷側で十分に上昇させることができ、低負荷側での燃焼安定性を効果的に向上させることができる。

前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記吸気弁の閉時期が吸気下死点に対しより遅角側に移動するように前記バルブ可変機構を制御する（請求項３）。

この構成によれば、吸気弁を閉じた時点で燃焼室に存在する（閉じ込められる）ガスのトータル量が減少するので、その後の混合気の燃焼によって生成される既燃ガスの温度が上昇する。これにより、内部ＥＧＲによる燃焼室の昇温効果をより高めることができる。

前記構成において、より好ましくは、前記バルブ可変機構は、前記排気弁が排気上死点を過ぎて開弁する期間である排気開弁延長期間を調整可能であり、前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記排気開弁延長期間が拡大するように前記バルブ可変機構を制御する（請求項４）。

このように、エンジン負荷が低いときに排気開弁延長期間を拡大することで内部ＥＧＲ率を増大させるようにした場合には、当該期間の拡大に伴い排気ポートから燃焼室に多量の既燃ガスが引き戻される結果、内部ＥＧＲ率を的確に増大させることができる。

好ましくは、前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域の少なくとも低負荷側の一部において、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記内部ＥＧＲ率が高くなるように前記バルブ可変機構を制御するとともに、前記燃焼室内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも大きくなるＡ／Ｆリーン環境を形成しつつ前記部分圧縮着火燃焼を行わせる（請求項５）。

この構成によれば、混合気の比熱比が大きい熱効率に有利な環境下で部分圧縮着火燃焼を行いながら、その燃焼安定性を内部ＥＧＲ率の調整によって良好に確保することができる。

前記構成において、より好ましくは、前記エンジンは、前記燃焼室から排気通路に排出された既燃ガスである排気ガスを前記燃焼室に還流するためのＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を通じて前記燃焼室に還流される排気ガスの割合である外部ＥＧＲ率を調整するために前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁とを備え、前記燃焼制御部は、前記Ａ／Ｆリーン環境での部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域において、エンジン負荷が高いときは低いときに比べて前記外部ＥＧＲ率が高くなるように前記ＥＧＲ弁を制御するとともに、当該運転領域よりも高負荷側の領域において、前記燃焼室内の全ガスと燃料との割合であるガス空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ前記空燃比が理論空燃比と略一致するＧ／Ｆリーン環境を形成しつつ前記部分圧縮着火燃焼を行わせる（請求項６）。

この構成によれば、Ａ／Ｆリーン環境での部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域（以下、第１運転領域という）と、Ｇ／Ｆリーン環境での部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域（以下、第２運転領域という）との間の移行運転時に、外部ＥＧＲ率が急変することがなく、当該移行運転時の制御性を高めることができる。

すなわち、Ｇ／Ｆリーン環境下で部分圧縮着火燃焼を行う第２運転領域では、同領域で仮にＡ／Ｆリーン環境を形成した場合と比較して、燃焼室に導入すべき空気（新気）の量が減るので、これを補うように外部ＥＧＲガスを導入する必要があり、特に、第２運転領域内の低負荷側では外部ＥＧＲガスの導入量が増大する傾向にある。一方、第２運転領域に対しその低負荷側に隣接する第１運転領域の高負荷側では、その低負荷側よりも外部ＥＧＲ率が大きくされるので、第１運転領域と第２運転領域との境界部における外部ＥＧＲ率の差は小さくなる。これにより、第１運転領域と第２運転領域との間での移行運転に伴う外部ＥＧＲ率の変化量が小さく済むので、当該移行運転を支障なくスムーズに行うことができる。

好ましくは、前記制御装置は、前記燃焼室にスワール流を発生させるスワール発生部をさらに備え、前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域の少なくとも低負荷側の一部において、前記スワール発生部を駆動してスワール流を発生させつつ、当該スワール流に向けて前記インジェクタから燃料を噴射させる（請求項７）。

この構成によれば、スワール流に向けて噴射された燃料をスワール流の下流側に集めて相対的にリッチな混合気を形成できるので、このリッチな混合気中に火花点火によって確実に火炎核を形成することができ、ＳＩ燃焼およびその後のＣＩ燃焼を安定化させることができる。

前記構成において、より好ましくは、前記インジェクタは、前記燃焼室の天井中央部に配置されるとともに、周方向に離間した少なくとも第１噴孔および第２噴孔を有し、前記第１噴孔および第２噴孔からは同時に燃料が噴射され、前記スワール流は、前記燃焼室の中心軸と直交する面と非平行に流れる斜めスワール流であり、前記第１噴孔から噴射されて前記スワール流に到達した第１の燃料が、前記スワール流に沿って下流側に移動した後、前記第２噴孔から噴射されて前記スワール流に到達する第２の燃料と合流するように、前記第１噴孔および第２噴孔の位置および向きが設定されている（請求項８）。

この構成によれば、スワール流に到達した複数の燃料を下流側で合流させることにより、スワール流が最終的に向かう先である燃焼室の中央部に相対的に燃料濃度の濃い（リッチな）混合気を確実に形成することができる。

ここで、前記のような態様による部分圧縮着火燃焼を実現するには、前記エンジンの幾何学的圧縮比は１４以上１８以下に設定されることが好ましい（請求項９）。

好ましくは、前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率が、エンジンの運転条件ごとに予め定められた目標ＳＩ率に一致するように、少なくとも火花点火の時期を含む所定の制御量を調整する（請求項１０）。

この構成によれば、燃焼騒音が過大にならない範囲でできるだけＣＩ燃焼の割合が増える（つまりＳＩ率が低くなる）ように点火時期を調整することにより、部分圧縮着火燃焼による熱効率を可及的に高めることができる。

以上説明したように、本発明の圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、エンジン負荷によらず良好な燃焼安定性を確保することができる。

本発明の一実施形態にかかる圧縮着火式エンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。 エンジン本体の断面図とピストンの平面図とを併せて示した図である。 気筒およびその近傍の吸排気系の構造を示す概略平面図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けしたマップ図である。 エンジンの各運転領域で行われる燃焼制御を概略的に説明するためのタイムチャートである。 ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。 エンジンの第１運転領域において設定される目標外部ＥＧＲ率の具体例を示すマップ図である。 負荷が一定の条件下で回転速度を変化させた場合の目標外部ＥＧＲ率の変化を示すグラフである。 上記第１運転領域において設定される目標内部ＥＧＲ率の具体例を示すグラフである。 上記第１運転領域において設定される吸・排気弁の開閉タイミング（リフトカーブ）を示すグラフである。 排気弁の閉時期（ＥＶＣ）および吸気弁の開時期（ＩＶＯ）の負荷に応じた変化を示すグラフである。 上記第１運転領域において設定される目標スワール弁開度の具体例を示すマップ図である。 負荷が一定の条件下で回転速度を変化させた場合の目標スワール弁開度の変化を示すグラフである。 インジェクタから噴射された燃料（噴霧）の振る舞いをスワール流との関係で示す説明図である。 スワール流と共に移動する混合気を燃焼室の上方から見た図である。 ＳＰＣＣＩ燃焼中に実行される制御の詳細を示すフローチャートである。 ＳＩ率の種々の定義方法を説明するための図７相当図である。

（１）エンジンの全体構成
図１および図２は、本発明の制御装置が適用された圧縮着火式エンジン（以下、単にエンジンという）の好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する外部ＥＧＲ装置５０を備えている。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の（例えば４つの）気筒を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料は、主成分としてガソリンを含有していればよく、例えばガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分を含んでいてもよい。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。

気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下、好ましくは１４以上１８以下に設定される。より詳しくは、気筒２の幾何学的圧縮比は、オクタン価が９１程度のガソリン燃料を使用するレギュラー仕様の場合に１４以上１７以下に設定し、オクタン価が９６程度のガソリン燃料を使用するハイオク仕様の場合に１５以上１８以下に設定するのが好ましい。

シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、図２に示すように、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、吸気ポート９は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂを有しており、排気ポート１０は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂを有している。吸気弁１１は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂに対しそれぞれ１つずつ設けられ、排気弁１２は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂに対しそれぞれ１つずつ設けられている。

図３に示すように、第２吸気ポート９Ｂには開閉可能なスワール弁１８（請求項にいう「スワール発生部」に相当）が設けられている。スワール弁１８は、第２吸気ポート９Ｂにのみ設けられており、第１吸気ポート９Ａには設けられていない。このようなスワール弁１８が閉方向に駆動されると、スワール弁１８が設けられていない第１吸気ポート９Ａから燃焼室６に流入する吸気の割合が増大するため、気筒軸線Ｚ（燃焼室６の中心軸）の回りを旋回する旋回流、つまりスワール流を強化することができる。逆に、スワール弁１８を開方向に駆動すればスワール流を弱めることができる。なお、当実施形態の吸気ポート９はタンブル流（縦渦）を形成可能なタンブルポートである。このため、スワール弁１８の閉時に形成されるスワール流は、タンブル流とミックスされた斜めスワール流となる。

吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。

吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の開閉時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の開閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時にかつ同量だけ変更する。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、当実施形態では、吸気弁１１および排気弁１２の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間を調整することが可能であり、また、このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することが可能である。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（主にガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力（以下、筒内圧力ともいう）を検出する筒内圧センサＳＮ２が設けられている。

図２に示すように、ピストン５の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０の中央部には、相対的に上方に隆起したほぼ円錐状の隆起部２０ａが形成されており、この隆起部２０ａを挟んだ径方向の両側がそれぞれ断面お椀状の凹部とされている。言い換えると、キャビティ２０は、隆起部２０ａを囲むように形成された平面視ドーナツ状の凹部である。また、ピストン５の冠面のうちキャビティ２０よりも径方向外側の領域は、円環状の平坦面からなるスキッシュ部２１とされている。

インジェクタ１５は、燃焼室６の天井面の中央部に配置され、その先端部がピストン５の冠面の中央部（隆起部２０ａ）と対向している。インジェクタ１５は、先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタである。具体的に、インジェクタ１５は、周方向に等間隔に配置された合計１０個の噴孔を有しており、各噴孔から同時かつ放射状に（斜め下方に）燃料を噴射する。図２に示すラインＬ１〜Ｌ１０は、各噴孔から噴射された燃料の噴霧の中心線を表している。各噴霧の中心線Ｌ１〜Ｌ１０と気筒軸線Ｚとが交差する角度をαとすると、この交差角度αは、３０〜６０°、好ましくは約４５°に設定される。すなわち、インジェクタ１５から燃料が噴射されたとき、各噴孔からの噴霧は、それぞれ気筒軸線Ｚと３０〜６０°（好ましくは４５°）の角度で交差する方向に向けて同時に飛翔する。

当実施形態のようにインジェクタ１５に合計１０個の噴孔を等間隔に設けた場合、各噴霧の中心線Ｌ１〜Ｌ１０は、気筒軸心Ｚを中心に３６度ずつ間隔を空けて反時計回りに並ぶように配置される。エンジンの吸排気方向と直交しかつ気筒軸線Ｚを通る線を基準線Ｋとすると、この基準線Ｋを挟んだ一方側の領域に位置する中心線Ｌ１〜Ｌ５と、他方側の領域に位置する中心線Ｌ６〜Ｌ１０とは、基準線Ｋに対して線対称な関係となる。

点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。点火プラグ１６の先端部（電極部）の位置は、キャビティ２０と平面視で重複するように設定されている。

図１に示すように、吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。

吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。

吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３と、吸気の温度を検出する第１・第２吸気温センサＳＮ４，ＳＮ６と、吸気の圧力を検出する第１・第２吸気圧センサＳＮ５，ＳＮ７とが設けられている。エアフローセンサＳＮ３および第１吸気温センサＳＮ４は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量および温度を検出する。第１吸気圧センサＳＮ５は、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間（後述するＥＧＲ通路５１の接続口よりも下流側）の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の圧力を検出する。第２吸気温センサＳＮ６は、吸気通路３０における過給機３３とインタークーラ３５との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の温度を検出する。第２吸気圧センサＳＮ７は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。

過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。

過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。

吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガスは、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。

排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが内蔵されている。なお、触媒コンバータ４１の下流側に、三元触媒やＮＯｘ触媒等の適宜の触媒を内蔵した別の触媒コンバータを追加してもよい。

外部ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気ガスの流量を調整する。なお、ＥＧＲ弁５３は、請求項にいう「ＥＧＲ操作部」の一例に該当する。

ＥＧＲクーラ５２には、熱交換のための媒体（冷媒）として、エンジン本体１を冷却するための冷却水が用いられる。このようなＥＧＲクーラ５２により冷却された後に吸気通路３０に還流される外部ＥＧＲガスの温度は、燃焼室６から排出された直後の排気ガスの温度に比べれば大幅に低下するものの、外気温よりは高くなる。このため、外部ＥＧＲの実行時は、非実行時に比べて、圧縮行程が実質的に開始された時点（吸気弁１１の閉弁時）における燃焼室６の温度である圧縮開始温度は高くなる。

ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ８が設けられている。

（２）制御系統
図４は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。

ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、筒内圧センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、第１・第２吸気温センサＳＮ４，ＳＮ６、第１・第２吸気圧センサＳＮ５，ＳＮ７、および差圧センサＳＮ８と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、筒内圧力、吸気流量、吸気温、吸気圧、ＥＧＲ弁５３の前後差圧等）がＥＣＵ１００に逐次入力されるようになっている。

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ９が設けられており、このアクセルセンサＳＮ９による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。

ＥＣＵ１００は、上記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スワール弁１８、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

なお、上記のようなＥＣＵ１００は、請求項にいう「燃焼制御部」に相当する。

（３）運転状態に応じた制御
図５は、エンジンの回転速度／負荷に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって４つの運転領域Ａ１〜Ａ４に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４とすると、第４運転領域Ａ４は、回転速度が高い高速領域であり、第１運転領域Ａ１は、第４運転領域Ａ４よりも低速側の領域から高負荷側の一部を除いた低・中速／低負荷の領域であり、第３運転領域Ａ３は、回転速度が低くかつ負荷が高い低速／高負荷の領域であり、第２運転領域Ａ２は、第１、第３、第４運転領域Ａ１，Ａ３，Ａ４以外の残余の領域（言い換えると低・中速／中負荷領域と中速／高負荷域とを合わせた領域）である。以下、各運転領域で選択される燃焼形態等について順に説明する。

（３−１）第１運転領域
低速・低負荷の第１運転領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６を用いた火花点火により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「ＳＰＣＣＩ」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼時の熱発生よりもＣＩ燃焼時の熱発生の方が急峻になるという性質がある。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生率の波形は、後述する図６または図７に示すように、ＳＩ燃焼に対応する燃焼初期の立ち上がりの傾きが、その後のＣＩ燃焼に対応して生じる立ち上がりの傾きよりも小さくなる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生部とが、この順に連続するように形成される。また、このような熱発生率の傾向に対応して、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時に生じる燃焼室６内の圧力上昇率（ｄｐ／ｄθ）がＣＩ燃焼時のそれよりも小さくなる。

ＳＩ燃焼によって、燃焼室６内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。後述する図６または図７に例示するように、この自着火のタイミング（つまりＣＩ燃焼が開始するタイミング）で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点（図７のＸ）を有している。

ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも混合気の燃焼速度が速いため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン５の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθが過大になることが回避される。このように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるｄｐ／ｄθが過大になり難く、単純なＣＩ燃焼（全ての燃料をＣＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼騒音を抑制することができる。

ＣＩ燃焼の終了に伴いＳＰＣＣＩ燃焼も終了する。ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なＳＩ燃焼（全ての燃料をＳＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。

上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼の具体的形態として、第１運転領域Ａ１では、燃焼室６内の空気（新気）と燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）よりも大きくなる環境（以下、これをＡ／Ｆリーン環境という）を形成しつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。このようなＡ／Ｆリーン環境でのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１運転領域Ａ１では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

インジェクタ１５は、吸気行程から圧縮行程にかけた複数回に分けて燃料を噴射する。例えば、第１運転領域Ａ１における比較的低速かつ低負荷の運転ポイントＰ１において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ａ）に示すように、１サイクル中に噴射すべき燃料の大半を吸気行程の前期から中期にかけた２回に分けて噴射するとともに、残りの燃料を圧縮行程の後期に噴射する（合計３回の噴射）。また、運転ポイントＰ１よりも回転速度が高くかつ負荷が同一の運転ポイントＰ２において、インジェクタ１５は、同図のチャート（ｂ）に示すように、圧縮行程の中期から後期にかけた３回に分けて燃料を噴射する。さらに、運転ポイントＰ１よりも回転速度および負荷の双方が高い運転ポイントＰ３において、インジェクタ１５は、同図のチャート（ｃ）に示すように、１サイクル中に噴射すべき燃料の大半を主に吸気行程の前期に噴射するとともに、残りの燃料を圧縮行程の中期に噴射する（合計２回の噴射）。

点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記各運転ポイントＰ１〜Ｐ３において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に他の混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

過給機３３は、図５に示される過給ラインＴの内側領域でＯＦＦ状態とされ、過給ラインＴの外側領域でＯＮ状態とされる。過給機３３がＯＦＦ状態とされる過給ラインＴの内側領域、つまり第１運転領域Ａ１の低速側では、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。一方、過給機３３がＯＮ状態とされる過給ラインＴの外側領域、つまり第１運転領域Ａ１の高速側では、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。このとき、第２吸気圧センサＳＮ７により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（回転速度／負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。例えば、バイパス弁３９の開度が大きくなるほど、バイパス通路３８を通じて過給機３３の上流側に逆流する吸気の流量が多くなる結果、サージタンク３６に導入される吸気の圧力つまり過給圧が低くなる。バイパス弁３９は、このように吸気の逆流量を調整することにより、過給圧を目標圧力に制御する。

吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを、両弁が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が形成されるようなタイミングに設定する（後述する図１１参照）。これにより、燃焼室６に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが実現され、燃焼室６の温度が高められる。すなわち、排気上死点を過ぎるまで（吸気行程の初期まで）排気弁１２が開かれることにより、排気ポート１０から燃焼室６へと既燃ガスが引き戻されて、内部ＥＧＲが実現される。バルブオーバーラップ期間（より詳しくは排気弁１２が吸気行程中に開弁する期間）は、燃焼室６に導入される内部ＥＧＲガスの割合である内部ＥＧＲ率が低負荷側ほど大きくなるように調整される。その詳細は後述する（４−２）において説明する。

ＥＧＲ弁５３は、第１運転領域Ａ１の大部分において開弁される。詳しくは、ＥＧＲ弁５３は、第１運転領域Ａ１のうちその低速側の一部を除いた大部分の領域（後述する図８に示される分割領域ｂ２，ｂ３，ｂ４）において開弁され、その開弁領域におけるＥＧＲ弁５３の開度は、高速側の方が低速側よりも大きくされる。これにより、ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）の割合である外部ＥＧＲ率は、回転速度が高いほど大きくなるように調整される。その詳細は後述する（４−１）において説明する。

スロットル弁３２は全開とされる。これにより、燃焼室６に比較的多量の空気（新気）が導入されて、燃焼室６内の空気（新気）と燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも大きい値に設定される。言い換えると、第１運転領域Ａ１では、実空燃比を理論空燃比で割った値である空気過剰率λが１よりも大きくなるＡ／Ｆリーンな環境下でＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。例えば、第１運転領域Ａ１における空気過剰率λは、燃焼によるＮＯｘの生成量を十分に抑制し得る値として、２以上に設定される。なお、当実施形態では、上述したとおり、第１運転領域Ａ１において内部ＥＧＲおよび外部ＥＧＲが実行されるが、これら両ＥＧＲにより燃焼室６に導入されるＥＧＲガス（内部ＥＧＲガスおよび外部ＥＧＲガス）の量は、上記目標空燃比（λ＞２）に相当する量の空気が燃焼室６内に確保される程度に設定する必要がある。第１運転領域Ａ１での内部ＥＧＲ率および外部ＥＧＲ率の各目標値は、このような要求を満たす値として予め定められている。すなわち、当実施形態では、スロットル弁３２が全開の状態で燃焼室６に導入される全ガス量から、上記目標空燃比（λ＞２）相当の空気量を差し引いた分のガス量が、内部ＥＧＲガスおよび外部ＥＧＲガスとして燃焼室６に導入されるように、内部ＥＧＲ率および外部ＥＧＲ率の各目標値が設定されている。そして、これら各ＥＧＲ率の目標値に従って、バルブオーバーラップ期間およびＥＧＲ弁５３の開度がそれぞれ調整されるようになっている。

スワール弁１８の開度は、半開（５０％）よりも低い低開度に設定される。このようにスワール弁１８の開度が低減されることにより、燃焼室６に導入される吸気は、その大部分が第１吸気ポート９Ａ（スワール弁１８が設けられていない側の吸気ポート）からの吸気となり、燃焼室６内に強いスワール流が形成される。このスワール流は、吸気行程中に成長して圧縮行程の途中まで残存し、燃料の成層化を促進する。つまり、燃焼室６の中央部の燃料濃度がその外側の領域（外周部）に比べて濃くなるという濃度差が形成される。詳しくは後述する（５−２）において説明するが、このようなスワール流の作用により、第１運転領域Ａ１では、燃焼室６の中央部の空燃比が２０以上３０以下に、燃焼室６の外周部の空燃比が３５以上に設定される。また、スワール弁１８の開度は、低速側の方が高速側よりも小さくされる。これにより、スワール流の強さは、回転速度が低いほど強くなるように調整される。

（３−２）第２運転領域
第２運転領域Ａ２（低・中速／中負荷領域と中速／高負荷域とを合わせた領域）では、燃焼室６内の全ガスと燃料との重量比であるガス空燃比（Ｇ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）よりも大きくかつ空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比に略一致する環境（以下、これをＧ／Ｆリーン環境という）を形成しつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。具体的に、このようなＧ／Ｆリーン環境下でのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第２運転領域Ａ２では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の少なくとも一部を圧縮行程中に噴射する。例えば、第２運転領域Ａ２に含まれる運転ポイントＰ４において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｄ）に示すように、圧縮行程の前半および後半の２回に分けて燃料を噴射する。

点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントＰ４において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に他の混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

過給機３３は、過給ラインＴの内側領域と重複する低負荷かつ低速側の一部においてＯＦＦ状態とされ、それ以外の領域でＯＮ状態とされる。過給機３３がＯＮ状態とされて吸気が過給されているとき、バイパス弁３９の開度は、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が目標圧力に一致するように制御される。

吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、所定量のバルブオーバーラップ期間が形成されるように吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを設定する。ただし、第２運転領域Ａ２では、そのほとんどの領域で過給が行われる（つまり吸気圧が高められる）ので、吸気行程中に排気弁１２が開いても、排気ポート１０から燃焼室６に既燃ガスが逆流すること（つまり内部ＥＧＲ）は起き難くなる。これにより、第２運転領域Ａ２での内部ＥＧＲ率は、第１運転領域Ａ１での内部ＥＧＲ率よりも小さくされ、特に第２運転領域Ａ２の高負荷側では実質的に内部ＥＧＲが停止される。

スロットル弁３２は全開とされる。

ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（λ＝１）もしくはその近傍となるように、その開度が制御される。例えば、ＥＧＲ弁５３は、空気過剰率λが１±０．２になるように、ＥＧＲ通路５１を通じて還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整する。なお、理論空燃比相当の空気量は負荷が高いほど多くなるので、これに合わせて、第２運転領域Ａ２における外部ＥＧＲ率は、負荷が高いほど小さくなるように（言い換えれば負荷が低いほど高くなるように）設定される。ＥＧＲ弁５３の開度は、このように設定される外部ＥＧＲ率の目標値に従って制御される。

スワール弁１８の開度は、第１運転領域Ａ１での開度と同程度の値か、もしくはこれよりも大きい所定の中間開度に設定される。

（３−３）第３運転領域
低速・高負荷の第３運転領域Ａ３では、燃料の少なくとも一部を圧縮行程の後期に噴射しつつ混合気をＳＩ燃焼させる制御が実行される。具体的に、このようなリタード噴射を伴うＳＩ燃焼を実現するため、第３運転領域Ａ３では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の少なくとも一部を圧縮行程の後期に噴射する。例えば、第３運転領域Ａ３に含まれる運転ポイントＰ５において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｅ）に示すように、１サイクル中に噴射すべき燃料の全てを圧縮行程の後期（圧縮上死点の直前）に噴射する。

点火プラグ１６は、例えば圧縮上死点から５〜２０°ＣＡ程度経過した比較的遅めのタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。なお、第３運転領域Ａ３での点火時期が上記のように遅角されるのは、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼を防止するためである。ただし、第３運転領域Ａ３では、圧縮行程の後期（圧縮上死点の直前）というかなり遅めのタイミングに設定されるので、点火時期が上記のように遅角されたとしても、点火後の燃焼速度（火炎伝播速度）は比較的速いものになる。すなわち、燃料噴射から点火までの期間が十分に短いことから、点火時点における燃焼室６内の流動（乱流エネルギー）が比較的強くなり、当該流動を利用して点火後の燃焼速度を速めることができる。これにより、異常燃焼を防止しつつ熱効率を高く維持することができる。

過給機３３はＯＮ状態とされ、過給機３３による過給が行われる。このときの過給圧は、バイパス弁３９によって調整される。

スロットル弁３２は全開とされる。

ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（λ＝１）もしくはその近傍となるように、その開度が制御される。例えば、ＥＧＲ弁５３は、空気過剰率λが１±０．２となるように、ＥＧＲ通路５１を通じて還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整する。

スワール弁１８の開度は、半開（５０％）またはその近傍値に設定される。

（３−４）第４運転領域
上記第１〜第３運転領域Ａ１〜Ａ３よりも高速側の第４運転領域Ａ４では、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。このＳＩ燃焼の実現のために、第４運転領域Ａ４では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

インジェクタ１５は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。例えば、第４運転領域Ａ４に含まれる運転ポイントＰ６において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｆ）に示すように、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。なお、運転ポイントＰ６は、かなり高速かつ高負荷の条件であるため、１サイクル中に噴射すべき燃料の量がそもそも多い上に、所要量の燃料を噴射するのに要するクランク角期間が長期化する。運転ポイントＰ５における燃料の噴射期間が既述の他の運転ポイント（Ｐ１〜Ｐ５）のいずれよりも長いのはこのためである。

点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントＰ６において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。

過給機３３はＯＮ状態とされ、過給機３３による過給が行われる。このときの過給圧は、バイパス弁３９によって調整される。

スロットル弁３２は全開とされる。

ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりもややリッチな値（λ≦１）となるように、その開度が制御される。

スワール弁１８は全開とされる。これにより、第１吸気ポート９Ａだけでなく第２吸気ポート９Ｂが完全に開放されて、エンジンの充填効率が高められる。

（４）ＥＧＲ率の設定
次に、上述した図５の第１運転領域Ａ１（Ａ／Ｆリーン環境下でのＳＰＣＣＩ燃焼の実行領域）において行われる外部ＥＧＲおよび内部ＥＧＲの詳細について説明する。

（４−１）外部ＥＧＲ率
図８は、第１運転領域Ａ１において設定される外部ＥＧＲ率の目標値（以下、目標外部ＥＧＲ率ともいう）の具体例を示すマップ図であり、図９は、負荷が一定の条件下で（図８のラインＶ１に沿って）回転速度を変化させた場合の目標外部ＥＧＲ率の変化を示すグラフである。これらの図に示すように、第１運転領域Ａ１では、目標外部ＥＧＲ率が概ね０〜２０％の範囲で可変的に設定され、その値は高速側または高負荷側ほど高くされる。なお、ここでいう外部ＥＧＲ率とは、ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）が燃焼室６内の全ガス中に占める重量割合のことである。

具体的に、目標外部ＥＧＲ率は、第１運転領域Ａ１内に設定された４つの分割領域ｂ１〜ｂ４においてそれぞれ異なる値をとるように設定されている。各分割領域を第１分割領域ｂ１、第２分割領域ｂ２、第３分割領域ｂ３、第４分割領域ｂ４とすると、第１分割領域ｂ１は最も低速かつ低負荷の領域であり、第２分割領域ｂ２は第１分割領域ｂ１よりも回転速度または負荷が高い領域であり、第３分割領域ｂ３は第２分割領域ｂ２よりも主に回転速度が高い領域であり、第４分割領域ｂ４は、第２分割領域ｂ２および第３分割領域ｂ３よりも負荷が高い領域である。目標外部ＥＧＲ率は、第１分割領域ｂ１において０％に、第２分割領域ｂ２において１０％に、第３分割領域ｂ３において１５％に、第４分割領域ｂ４において１５〜２０％に設定されている。

より具体的に、第１分割領域ｂ１、第２分割領域ｂ２、第３分割領域ｂ３では、図９に示すように、領域間の境界部分を除いて一定の目標外部ＥＧＲ率（０％、１０％、１５％のいずれか）が設定されている。すなわち、第１分割領域ｂ１における目標外部ＥＧＲ率を第１目標値ｙ１、第２分割領域ｂ２における目標外部ＥＧＲ率を第２目標値ｙ２、第３分割領域ｂ３における目標外部ＥＧＲ率を第３目標値ｙ３としたとき、第１目標値ｙ１は、第１分割領域ｂ１の高速側の端部を除いて一律に０％に設定され、第２目標値ｙ２は、第２分割領域ｂ２の低速側／高速側の各端部を除いて一律に１０％に設定され、第３目標値ｙ３は、第３分割領域ｂ３の低速側の端部を除いて一律に１５％に設定されている。このため、例えば第１分割領域ｂ１→第２分割領域ｂ２→第３分割領域ｂ３の順に横切るように（図８のラインＶ１に沿って）回転速度が増大したとき、目標外部ＥＧＲ率は、０％→１０％→１５％と略ステップ状に増大する。なお、第１分割領域ｂ１は請求項にいう「第１速度域」に相当し、第２分割領域ｂ３は請求項にいう「第２速度域」に相当し、第３分割領域ｂ３は請求項にいう「第３速度域」に相当する。

なお、第４分割領域ｂ４では、第１〜第３分割領域ｂ１〜ｂ３と異なり、目標外部ＥＧＲ率が１５〜２０％の範囲で可変的に設定される。例えば、目標外部ＥＧＲ率は、第４分割領域ｂ４内の高負荷側ほど２０％に近くなり、低負荷側ほど１５％に近くなるように設定される。

ＥＣＵ１００は、第１運転領域Ａ１での運転時、上記のとおり設定された目標外部ＥＧＲ率に対応する量の外部ＥＧＲガスがＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流されるように、ＥＧＲ弁５３の開度を調整する。

（４−２）内部ＥＧＲ率
図１０は、第１運転領域Ａ１において設定される内部ＥＧＲ率の目標値（以下、目標内部ＥＧＲ率ともいう）の具体例を示すグラフである。本図に示すように、第１運転領域Ａ１における目標内部ＥＧＲ率は、負荷に応じて可変的に設定される（回転速度には特に依存しない）。具体的に、目標内部ＥＧＲ率は、概ね１０〜５０％の範囲で可変的に設定され、その値は低負荷側ほど大きくされる。なお、ここでいう内部ＥＧＲ率とは、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が燃焼室６内の全ガス中に占める重量割合のことである。また、燃焼室６に残留する既燃ガスとは、排気ポート１０に排出されることなく燃焼室６に残留した既燃ガスだけでなく、吸気行程中の排気弁１２の開弁によって排気ポート１０から燃焼室６に引き戻された既燃ガスをも含む概念である。

図１１および図１２は、第１運転領域Ａ１での運転中に吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａによって設定される吸・排気弁１１，１２の開閉タイミングを示す図である。具体的に、図１１は、第１運転領域Ａ１内の低負荷時／高負荷時における吸・排気弁１１，１２のリフトカーブを示しており、図１２は、第１運転領域Ａ１内で負荷が変化したときの排気弁１２の閉時期（ＥＶＣ）、吸気弁１１の開時期（ＩＶＯ）、および吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ）の変化をそれぞれ示している。これらの図に示すように、吸気弁１１の開時期（ＩＶＯ）は、排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の範囲において、高負荷側の方が低負荷側よりも進角する（ＴＤＣから遠ざかる）ように設定され、排気弁１２の閉時期（ＥＶＣ）は、排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側の範囲において、高負荷側の方が低負荷側よりも進角する（ＴＤＣに近づく）ように設定され、吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ）は、吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側の範囲において、高負荷側の方が低負荷側よりも進角する（ＢＤＣに近づく）ように設定されている。

以上のようなバルブタイミングの設定により、第１運転領域Ａ１内のいずれの負荷においても、排気上死点（ＴＤＣ）を跨いで吸・排気弁１１，１２の双方が開弁する期間であるバルブオーバーラップ期間が形成される。このうち、図１２おいて符号Ｗで示す期間、つまり、排気弁１２が排気上死点を過ぎて（吸気行程中に）開弁される期間を、排気開弁延長期間とすると、この排気開弁延長期間Ｗは、高負荷側の方が低負荷側よりも短くされる。これにより、排気ポート１０から燃焼室６に引き戻されて残留する既燃ガスの量は、高負荷側の方が低負荷側よりも減少することになる。

ＥＣＵ１００は、第１運転領域Ａ１での運転時、上記のとおり設定されたバルブタイミングに従って吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａを制御する。これにより、排気ポート１０に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量が高負荷側ほど減少し、内部ＥＧＲ率が図１０に示す目標値に沿って（高負荷側ほど低下するように）変化する。

（５）スワール制御
次に、第１運転領域Ａ１でのスワール制御の詳細について説明する。

（５−１）スワール弁の開度設定
図１３は、第１運転領域Ａ１において設定されるスワール弁１８の開度の目標値（以下、目標スワール弁開度ともいう）の具体例を示すマップ図であり、図１４は、負荷が一定の条件下で（図１３のラインＶ２に沿って）回転速度を変化させた場合の目標スワール弁開度の変化を示すグラフである。これらの図に示すように、第１運転領域Ａ１では、目標外部ＥＧＲ率が概ね２０〜４０％の範囲で可変的に設定され、その値は高速側または高負荷側ほど高くされる。

具体的に、目標スワール弁開度は、第１運転領域Ａ１内における最も低速かつ低負荷の基本領域ｃ１において一律に２０％に設定され、この基本領域ｃ１よりも回転速度または負荷が高い主要領域ｃ２において、回転速度または負荷が高くなるにつれて漸増するように設定されている。主要領域ｃ２では、基本領域ｃ１に近い低速・低負荷側ほど目標スワール弁開度が２０％に近くなり、基本領域ｃ１から遠い高速・高負荷側ほど目標スワール弁開度が２０％より大きくされ、最大で約４０％まで増大される。例えば、基本領域ｃ１→主要領域ｃ２の順に横切るように（図１３のラインＶ２に沿って）回転速度が増大した場合、目標スワール弁開度は、図１４に示すように、回転速度が基本領域ｃ１に含まれる間は２０％に維持され、主要領域ｃ２に移行した後は回転速度の増大とともに略一定の割合で増大する。

言い換えると、当実施形態では、エンジン回転速度に対するスワール弁１８の開度（ひいてはスワール流の強さ）の変化率が、低速側の方が高速側よりも小さくなるように設定されている。より詳しくは、スワール弁１８の開度は、基本領域ｃ１と主要領域ｃ２との間の境界速度Ｘを境に異なる変化率をとるように設定され、この境界速度Ｘよりも低い速度域でのスワール弁１８の開度の変化率は、同速度Ｘよりも高い速度域でのスワール弁１８の開度の変化率よりも小さくされる。特に、当実施形態では、境界速度Ｘよりも低い速度域でのスワール弁１８の開度の変化率がゼロに設定され、その結果、同速度域でのスワール弁１８の開度が一定の値（２０％）に維持されるようになっている。

ＥＣＵ１００は、第１運転領域Ａ１での運転時、上記のとおり設定された目標スワール弁開度に従って、エンジン回転速度および負荷に応じてスワール弁１８の開度を制御する。

（５−２）スワール流による作用
上記のようなスワール弁１８の開度制御は、スワール流を利用して燃焼室６内の混合気分布を制御する（燃料濃度差を調整する）ために行われる。すなわち、気筒軸線Ｚの回りを旋回するスワール流は、比較的多くの燃料を燃焼室６の中央部に集める役割を果たすので、このスワール流の強さと燃料の噴射時期とを適宜調整することにより、燃焼室６の径方向に所望の燃料濃度差を付与することができる。以下では、十分に強いスワール流が形成された状態で吸気行程中に燃料が噴射された場合の燃料（噴霧）の振る舞いを示しつつ、上述したスワール流の作用について詳しく説明する。

図１５は、インジェクタ１５から噴射された燃料（噴霧）の振る舞いをスワール流との関係で示す説明図である。図１５の左端の斜視図は、燃焼室６の容積が比較的大きい吸気行程中の所定タイミングにおける燃焼室６の状態を模式的に示している。本図において、スワール弁１８は実質的に閉弁されているものとする。この場合、燃焼室６には、専ら第１吸気ポート９Ａから空気が導入され、図１５に矢印で示すように、気筒軸線Ｚの周りを旋回する強いスワール流（横渦）が形成される。このスワール流は、先にも説明したとおり、タンブル流（縦渦）と合成された斜めスワール流となる。

ここで、吸排気方向と直交する方向のうちスワール弁１８が設けられる側（第２吸気ポート９Ｂの側）を前側、スワール弁１８が設けられない側（第１吸気ポート９Ａの側）を後側とする。スワール弁１８の閉弁によって形成されるスワール流（つまり斜めスワール流）は、第１吸気ポート９Ａから燃焼室６の排気側の上部に向かって流れた後、燃焼室６の前側部分を斜め下向きに大きく旋回しながら通過し、燃焼室６の吸気側の下部へと到達する。さらに、スワール流は、燃焼室６の後側部分を斜め上向きに大きく旋回しながら通過し、燃焼室６の排気側の上部へと戻っていく。

図１５の左端の斜視図における符号Ｄは、燃焼室６の内部をエンジンの前後方向（吸排気方向と直交する方向）に二等分する仮想面を示しており、当該斜視図の右側に位置する（ａ）〜（ｊ）の各模式図は、上記仮想面Ｄによって分けられた燃焼室６の前側と後側の状態をそれぞれ示している。具体的に、図１５の上段の５つの図（ａ）〜（ｅ）は、燃焼室６の前側を流れるスワール流の上流側部分が燃料の各噴霧に及ぼす影響を時系列でしている。また、図１５の下段の５つの図（ｆ）〜（ｊ）は、燃焼室６の後側を流れるスワール流の下流側部分が燃料の各噴霧に及ぼす影響を時系列で示している。

図１５（ａ）〜（ｊ）における白抜き矢印は、燃焼室６の内部に発生した斜めスワール流の主流（勢いの強い流動の中心となる部分、以下、単にスワール流ともいう）を示している。なお、スワール流の主流は、その周囲に主流と同じ方向に向かって流れる、流れの弱い副流を伴っている。その副流によって燃料の噴霧の流れが影響される場合があるが、副流の流れ方向は主流と同じであり、主流の方が勢いが強いので、副流によって燃料の噴霧が影響を受けたとしても、最終的には主流による影響が支配的となる。そのため、後述するスワール流によって混合気分布が形成される現象は、副流によってはほとんど変化しない。

まず、燃焼室６の前側に噴射された燃料の振る舞いについて説明する。図１５（ａ）は、インジェクタ１５から燃料が噴射された直後における燃焼室６の前側の状態を示している。この燃料噴射により、燃焼室６の前側には５つの噴霧ｆ１〜ｆ５が同時に形成されるが、この時点ではいずれの噴霧ｆ１〜ｆ５もスワール流には到達していない。なお、図１５において、噴霧ｆ１〜ｆ５は、それぞれの噴霧の中心線Ｌ１〜Ｌ５（図１５（ｂ）および図２参照）に沿った矢印として示している。同様に、後述する噴霧ｆ６〜ｆ１０も、それぞれの噴霧の中心線Ｌ６〜Ｌ１０（図１５（ｇ）および図２参照）に沿った矢印として示している。

図１５（ｂ）に示すように、上記前側の噴霧ｆ１〜ｆ５のうち、スワール流までの距離が最も短い噴孔から噴射された燃料の噴霧ｆ１が、最初にスワール流に到達する。次いで、図１５（ｃ）に示すように、スワール流までの距離が２番目に短い噴孔から噴射された燃料の噴霧ｆ２がスワール流に到達する。この噴霧ｆ２がスワール流に到達する位置は、先に噴霧ｆ１がスワール流に到達した位置よりも下流側となる。一方、噴霧ｆ１はスワール流と共に下流側に移動してくる。このため、噴霧ｆ２がスワール流に到達したとき、当該噴霧ｆ２は、スワール流とともに移動してきた噴霧ｆ１と合流することになる。

次いで、図１５（ｄ）に示すように、スワール流までの距離が３番目に短い噴孔から噴射された燃料の噴霧ｆ３が、上記噴霧ｆ２のスワール流への到達位置よりも下流側でスワール流に到達する。このとき、噴霧ｆ３は、スワール流と共に流れてきた合流後の噴霧ｆ１，ｆ２と合流する。

次いで、図１５（ｅ）に示すように、スワール流までの距離が４番目に短い噴孔から噴射された燃料の噴霧ｆ４がスワール流に到達する。図例では、この噴霧ｆ４は、燃焼室６の下端部でスワール流に到達している。このとき、噴霧ｆ４は、スワール流と共に流れてきた合流後の噴霧ｆ１，ｆ２，ｆ３と合流する。

また、上記噴霧ｆ４に隣接する（最も吸気側の）噴霧ｆ５は、図１５（ｄ）に示すように、まず燃焼室６の壁面６ａに到達する。壁面６ａに到達した噴霧ｆ５は、図１５（ｄ）（ｅ）に示すように、当該壁面６ａに沿って下方に移動することでスワール流に到達する。このとき、噴霧ｆ５は、スワール流と共に流れてきた合流後の噴霧ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４と合流する。

このように、当実施形態では、スワール流が形成された燃焼室６の前側にインジェクタ１５から複数の燃料（噴霧ｆ１〜ｆ５）が放射状に噴射されることにより、スワール流に先に到達した燃料（例えば噴霧ｆ１）が当該スワール流に沿って下流側に移動した後、スワール流に遅れて到達した別の燃料（例えば噴霧ｆ２）と合流するようになっている。当実施形態では、インジェクタ１５から燃焼室６の前側に噴射された燃料（噴霧ｆ１〜ｆ５）の全量が、このメカニズムによってスワール流上で合流することになる。このことは、燃料濃度の濃いリッチな混合気の形成につながる。

次に、燃焼室６の後側に噴射された燃料の振る舞いについて説明する。下段の図１５（ｆ）は、インジェクタ１５から燃料が噴射された直後における燃焼室６の後側の状態を示している。この燃料噴射により、燃焼室６の後側には５つの噴霧ｆ６〜ｆ１０が同時に（かつ上述した前側の噴霧ｆ１〜ｆ５と同時に）形成されるが、この時点ではいずれの噴霧ｆ６〜ｆ１０もスワール流には到達していない。

図１５（ｇ）に示すように、上記後側の噴霧ｆ６〜ｆ１０のうち、スワール流までの距離が最も短い噴孔から噴射された燃料の噴霧ｆ１０が、最初にスワール流に到達する。次いで、図１５（ｈ）に示すように、スワール流までの距離が２番目に短い噴孔から噴射された燃料の噴霧ｆ９がスワール流に到達する。この噴霧ｆ９がスワール流に到達する位置）は、先に噴霧ｆ１０がスワール流に到達した位置よりも上流側となる。

噴霧ｆ９がスワール流に到達したとき、先にスワール流に到達した噴霧ｆ１０は、スワール流と共に既に下流側に幾分移動している。すなわち、噴霧ｆ１０は、自身がスワール流に到達した時点からその後に噴霧ｆ９がスワール流に到達するまでの時間を利用して、噴霧ｆ９から遠ざかる方向に移動しており、噴霧ｆ９とは合流しない。噴霧ｆ９がスワール流に到達した後、この噴霧ｆ９はスワール流と共に下流側へと移動するが、その間噴霧ｆ１０はさらに下流側へと移動しているので、いずれにせよ噴霧ｆ９が噴霧ｆ１０と合流することはない。このように、噴霧ｆ９と噴霧ｆ１０とは、互いに離れた状態を保持しつつスワール流に沿って移動する。

次いで、図１５（ｉ）に示すように、スワール流までの距離が３番目に短い噴孔から噴射された燃料の噴霧ｆ８が、上記噴霧ｆ９のスワール流への到達位置よりも上流側でスワール流に到達する。このとき、先にスワール流に到達した噴霧ｆ９，ｆ１０はスワール流と共に下流側に移動しているので、これら噴霧ｆ９，ｆ１０が噴霧ｆ８と合流することはない。

このように、当実施形態では、スワール流が形成された燃焼室６の後側にインジェクタ１５から複数の燃料（噴霧ｆ８〜ｆ１０）が放射状に噴射されることにより、スワール流に先に到達する燃料（例えば噴霧ｆ１０）と後に到達する燃料（例えば噴霧ｆ８，ｆ９）とが合流せずに互いに分離するようになっている。当実施形態では、インジェクタ１５から噴射された燃料の約３０％がこのメカニズムによって拡散させられる。このことは、燃料が薄く広がった均質な混合気の形成につながる。

燃焼室６の後側に噴射された燃料（噴霧ｆ６〜ｆ１０）のうち、互いに分離する上記噴霧ｆ８〜ｆ１０以外の他の燃料、つまり噴霧ｆ６，ｆ７については、燃焼室６の前側に噴射された燃料の噴霧ｆ１〜ｆ５と合流する。

例えば、後側の噴霧ｆ６〜ｆ１０のうち、スワール流までの距離が４番目に短い噴孔から噴射された燃料の噴霧ｆ７は、図１５（ｊ）に示すように、燃焼室６の下端部にてスワール流に到達する。燃焼室６の下端部では、先に説明したメカニズムによって前側の噴霧ｆ１〜ｆ５が合流しているので（図１５（ｅ）参照）、噴霧ｆ７は、これら合流後の噴霧ｆ１〜ｆ５と合流する。

上記噴霧ｆ７に隣接する（最も吸気側の）噴霧ｆ６は、図１５（ｉ）に示すように、まず燃焼室６の壁面６ａに到達する。壁面６ａに到達した噴霧ｆ６は、図１５（ｉ）（ｊ）に示すように、壁面６ａに沿って下方に移動することでスワール流に到達する。このとき、噴霧ｆ６は、上記噴霧ｆ７および上記前側の噴霧ｆ１〜ｆ５と合流する。これにより、当実施形態では、インジェクタ１５で噴射された燃料の約７０％がスワール流上で合流するようになっている。

図１５の右端の斜視図は、インジェクタ１５から噴射された燃料（噴霧ｆ１〜ｆ１０）の全てがスワール流に到達した直後における燃焼室６の状態を模式的に示している。本図に示すように、インジェクタ１５から噴射された燃料の大部分（７０％）がスワール流上で合流する当実施形態では、スワール流に沿って十分に燃料濃度の濃い（リッチな）混合気が形成される。このリッチな混合気は、スワール流と共に燃焼室６内を周方向に移動しながら、次第に燃焼室６の中心側に向かっていく。

図１６は、スワール流と共に移動する混合気を燃焼室６の上方から見た図である。本図に示すように、燃焼室６内に形成されるスワール流は、吸気行程の進行とともに十分に成長するが、その後は空気抵抗を受けて減衰し、次第に拡散しながら燃焼室６の中心側へと移動する。

図１６（ａ）は、燃料の噴霧ｆ１〜ｆ７が合流してリッチな混合気（微細ドットによる着色領域）が形成された状態を示している。図中に矢印で示すように、このリッチな混合気は、上記のように流動変化するスワール流と共に移動することにより、次第に拡散しながら燃焼室６の中心側に向かっていく。これにより、図１６（ｂ）に示すように、燃焼が開始される直前のタイミングにおいて、燃焼室６の中央部に比較的リッチな混合気が偏在させられる。

図１６（ｃ）は、互いに合流しない噴霧ｆ８〜ｆ１０によって燃料濃度の薄い（リーンな）混合気が形成された状態を示している。図中に矢印で示すように、このリーンな混合気は、スワール流と共に移動することにより、十分に拡散しながら燃焼室６の中心側に向かっていく。これにより、図１６（ｄ）に示すように、燃焼が開始される直前のタイミングにおいて、燃焼室６の全体に拡がった比較的リーンな混合気が形成される。

図１６（ｅ）は、同図（ｂ）（ｄ）に示した混合気を重ね合わせた状態を示している。本図に示すように、互いに合流する噴霧ｆ１〜ｆ７により形成された混合気（図１６（ｂ））と、互いに拡散する噴霧ｆ８〜ｆ１０により形成された混合気（図１６（ｄ））とが合わさることにより、燃焼室６には、中央部の方が外周部よりも燃料濃度が濃くなる成層化された混合気が形成される。すなわち、燃焼室６の中央部に相対的に燃料濃度の濃いリッチな混合気が形成されるとともに、燃焼室６の外周部に相対的に燃料濃度の薄いリーンな混合気が形成される。

以上説明したようなスワール流による作用は、吸気行程という比較的早いタイミングで燃料を噴射した場合でも、火花点火の時点（ＳＰＣＣＩ燃焼の開始時点）での混合気をある程度成層化でき、燃焼室６の中央部に相対的にリッチな混合気を形成できることを意味する。そして、このような混合気の成層化は、スワール流が強いほど顕著になる。

例えば、第１運転領域Ａ１内の運転ポイントＰ１では、上述したように吸気行程中に燃料の大半が噴射されるが（図６のチャート（ａ）参照）、運転ポイントＰ１のように十分に低速かつ低負荷のポイントでは、図１３に示したように、スワール弁１８が最も低開度（２０％）に設定されて十分に強いスワール流が形成されるので、上記のように燃料の大半を吸気行程中に噴射した場合でも、燃料分布は均一化されず、燃焼室６の中央部の方が外周部よりも燃料濃度が濃くなる。しかも、運転ポイントＰ１では、圧縮行程の後期に追加の燃料が噴射されるので、この噴射燃料が燃焼室６の中央部に加わる結果、混合気の成層化がより顕著になる。その結果、運転ポイントＰ１では、空燃比（Ａ／Ｆ）が中央部で２０以上３０以下、外周部で３５以上という、十分に成層化された混合気が形成されることになる。このような混合気の成層化は、火花点火後の火炎の成長に有利に働く。すなわち、点火プラグ１６による火花点火は、燃焼室６の中央部の混合気に作用して火炎核を形成するが、上記のとおり当該中央部の空燃比が相対的にリッチであることにより、火炎核の成長が促進されて、その後の燃焼の進行が安定化する。

上記のような現象は、第１運転領域Ａ１内の運転ポイントＰ３でも同様である。すなわち、運転ポイントＰ３でも燃料の大半が吸気行程中に噴射されるが（図６のチャート（ｃ）参照）、そのうちの多くの燃料がスワール流によって燃焼室６の中央部に集められて、当該中央部の燃料濃度が濃くなる。ただし、図１３から理解されるように、運転ポイントＰ３では、スワール弁１８の開度が運転ポイントＰ１よりも低減される結果、スワール流が相対的に弱くされる。しかしながら、運転ポイントＰ１よりも負荷の高い運転ポイントＰ３では、トータルの燃料噴射量が相対的に多くなるので、上記のようにスワール流が弱められても（これにより外周部と中央部との燃料濃度差が多少縮小しても）、燃焼室６の中央部には、火炎核形成に有利な相対的にリッチな（Ａ／Ｆ＝２０〜３０の）混合気が問題なく形成される。

一方、運転ポイントＰ２では、燃料の全部が圧縮行程中に噴射されるので（図６のチャート（ｂ）参照）、仮にスワール流がなくても燃焼室６の中央部の燃料濃度は濃くなり易い。このことと、圧縮行程まで残存したスワール流による効果とが相俟って、運転ポイントＰ２では、混合気の成層化がより顕著になる。これにより、高速かつ低負荷という最も着火性が厳しい条件であるにもかかわらず、着火性は十分に確保される。

（６）ＳＩ率について
上述したように、当実施形態では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼が第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２において実行されるが、このＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要になる。

ここで、当実施形態では、上記比率として、ＳＰＣＣＩ燃焼（ＳＩ燃焼およびＣＩ燃焼）による全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率を用いる。図７は、このＳＩ率を説明するための図であり、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときの熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）のクランク角による変化を示している。図７の波形における変曲点Ｘは、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるときに現れる変曲点であり、この変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉを、ＣＩ燃焼の開始時期と定義することができる。そして、このθｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ１をＳＩ燃焼による熱発生量とし、θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ２をＣＩ燃焼による熱発生率とする。これにより、（ＳＩ燃焼による熱発生量）／（ＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生量）で定義される上述したＳＩ率は、上記各面積Ｒ１，Ｒ２を用いて、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）で表すことができる。つまり、当実施形態では、ＳＩ率＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）である。

ＣＩ燃焼の場合は混合気が自着火により同時多発的に燃焼するため、火炎伝播によるＳＩ燃焼と比べて熱発生率が高くなり易く、大きな騒音が発生し易い。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率（＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））は、総じて、負荷が高いほど大きくすることが望ましい。これは、負荷が高い場合は低い場合に比べて、燃料の噴射量が多く燃焼室６内でのトータルの熱発生量が大きいため、ＳＩ率を小さくする（つまりＣＩ燃焼の割合を増やす）と大きな騒音が発生するからである。逆に、ＣＩ燃焼は熱効率の面では優れているため、騒音が問題にならない限り、できるだけ多くの燃料をＣＩ燃焼させるのが好ましい。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率は、総じて、負荷が低いほど小さくする（つまりＣＩ燃焼の割合を増やす）ことが望ましい。このような観点から、当実施形態では、負荷が高いほどＳＩ率が大きくなるように（言い換えると負荷が低いほどＳＩ率が小さくなるように）、目標とするＳＩ率（目標ＳＩ率）がエンジンの運転条件ごとに予め定められている。また、これに対応して、当実施形態では、目標ＳＩ率に適合する燃焼が行われた場合のＣＩ燃焼の開始時期である目標θｃｉが、やはりエンジンの運転条件ごとに予め定められている。

目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するには、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、およびＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率、内部ＥＧＲ率）といった制御量を運転条件ごとに調整する必要がある。例えば、点火時期が進角されるほど、多くの燃料がＳＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が高くなる。また、燃料の噴射時期が進角されるほど、多くの燃料がＣＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が低くなる。あるいは、ＥＧＲ率の増大に伴って燃焼室６の温度が高くなるほど、多くの燃料がＣＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が低くなる。さらに、ＳＩ率の変化はθｃｉの変化を伴うので、これらの各制御量（点火時期、噴射時期、ＥＧＲ率等）の変化は、θｃｉを調整する要素となる。

上記のような傾向に基づいて、当実施形態では、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、外部ＥＧＲ率、およびバルブタイミング（ひいては内部ＥＧＲ率）等の各目標値が、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な組合せになるように運転条件ごとに予め定められている。ＳＰＣＣＩ燃焼による運転時（つまり第１・第２運転領域Ａ１，Ａ２での運転時）、ＥＣＵ１００は、これら制御量の目標値に基づいて、インジェクタ１５、点火プラグ１６、ＥＧＲ弁５３、吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａ等を制御する。例えば、点火時期の目標値に基づいて点火プラグ１６を制御するとともに、燃料の噴射量／噴射時期の目標値に基づいてインジェクタ１５を制御する。また、燃焼室６の外部ＥＧＲ率およびバルブタイミング（内部ＥＧＲ率）の各目標値に基づいてＥＧＲ弁５３および吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａを制御し、ＥＧＲ通路５１を通じた排気ガス（外部ＥＧＲガス）の還流量や内部ＥＧＲによる既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の残留量を調整する。なお、上述した図８〜図１２において示した外部ＥＧＲ率およびバルブタイミング（内部ＥＧＲ率）の各目標値は、このような観点で定められた目標値である。

（７）目標θｃｉに基づいた制御
上述したように、当実施形態では、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、およびＥＧＲ率といった制御量の各目標値が、ＳＩ率およびθｃｉがそれぞれの目標値（目標ＳＩ率および目標θｃｉ）に一致するように予め定められているが、仮に上記各制御量（点火時期等）を目標通りに制御しても、ＳＩ率およびθｃｉが目標通りになるとは限らない。そこで、当実施形態では、燃焼サイクルごとにＣＩ燃焼の開始時期つまりθｃｉを特定し、特定したθｃｉに基づいて点火時期を調整するようにしている。

図１７は、ＳＰＣＣＩ燃焼による運転時、つまり図５に示した第１運転領域Ａ１または第２運転領域Ａ２での運転時にＥＣＵ１００によって行われる制御の詳細を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１において、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ９の検出値（アクセル開度）やエアフローセンサＳＮ３の検出値（吸気流量）等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、インジェクタ１５からの燃料の噴射量および噴射時期を決定する。なお、ここで決定される燃料の噴射量／噴射時期は、上述した目標θｃｉを実現するためにエンジンの運転条件ごとに予め定められた噴射量／噴射時期である。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２に移行して、吸気弁１１が閉弁されたか（開→閉に切り替わったか）否かを判定する。当実施形態では、エンジンの運転条件ごとにバルブタイミングが予め定められているので、吸気弁１１が閉弁されるタイミング（以下、ＩＶＣという）も運転条件ごとに予め分かっている。ＥＣＵ１００は、運転条件ごとに定められたＩＶＣを過ぎたか否かをクランク角センサＳＮ１の検出値に基づき判定し、ＩＶＣを過ぎた場合に吸気弁１１が閉弁されたと判定する。

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて吸気弁１１が閉弁されたことが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３に移行して、ＥＧＲ率および筒内温度（燃焼室６の内部温度）を推定する。具体的に、ＥＣＵ１００は、吸気弁１１が閉弁された時点（つまりＩＶＣ）にて筒内圧センサＳＮ２により検出された筒内圧力と、ＩＶＣ以前にエアフローセンサＳＮ３により検出された吸気（新気）の流量と、ＩＶＣ以前に差圧センサＳＮ８により検出されたＥＧＲ弁５３の前後差圧とを含む各種パラメータに基づいて、ＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）を推定する。また、推定されたＥＧＲ率と、第２吸気温センサＳＮ６による検出値とに基づいて、筒内温度を推定する。

なお、既に説明したとおり、当実施形態では、外部ＥＧＲ率およびバルブタイミング（内部ＥＧＲ率）の各目標値が予め定められており（図８〜図１２参照）、これに合わせてＥＧＲ弁５３の開度および吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａが制御される。しかしながら、実際の外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率は様々な事情で変動すると考えられ、このようなＥＧＲ率の変動や、それに伴う筒内温度の変動は、ＣＩ燃焼の開始時期（θｃｉ）およびＳＩ率に影響を及ぼす。そこで、このような影響を考慮して点火時期を調整するべく、当実施形態では、上記ステップＳ３において、実際のＥＧＲ率および筒内温度を燃焼サイクルごとに推定するようにしている。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４に移行して、クランク角センサＳＮ１の検出値に基づいて、予め定められた特定クランク角が到来したか否かを判定する。この特定クランク角は、点火プラグ１６による点火時期を決定するタイミングとして予め定められたものであり、ＩＶＣから圧縮上死点までの間の適宜のタイミング（例えば圧縮上死点前６０°ＣＡ程度）に定められている。

上記ステップＳ４でＹＥＳと判定されて特定クランク角が到来したことが確認された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５に移行して、目標θｃｉを実現するための点火時期を決定する。

具体的に、上記ステップＳ５において、ＥＣＵ１００は、目標θｃｉに対応して定められた点火時期の当初の目標値（以下、デフォルト点火時期という）と、上記ステップＳ３で求められたＥＧＲ率および筒内温度の各推定値とに基づいて、目標θｃｉを実現するための点火時期を決定する。

上記点火時期の決定のために、当実施形態では、推定されたＥＧＲ率および筒内温度に基づいて点火時期の補正量を決定するモデル式が予め用意されている。例えば、推定されたＥＧＲ率および筒内温度がその目標値から大きくずれているほど、デフォルト点火時期から大きくずらした時期を上記点火時期として決定する必要がある。一方、上記ステップＳ１で説明したとおり、当実施形態では、燃料の噴射量／噴射時期として当初の目標値がそのまま採用されるので、これら燃料の噴射量／噴射時期の目標値に対するずれ量は考慮しなくてよい。そこで、当実施形態では、上記モデル式として、ＥＧＲ率および筒内温度の各目標値に対するずれ量を入力要素とし、点火時期の補正量を出力要素とする演算式が予め用意されている。すなわち、ＥＧＲ率および筒内温度の各目標値に対するずれ量を上記モデル式に入力すれば、θｃｉを目標θｃｉに一致させるために必要な点火時期の補正量（デフォルト点火時期に対する補正量）を求めることができる。上記ステップＳ５では、このようにモデル式により求められた補正量の分だけデフォルト点火時期から遅角または進角させた時期を、最終的な点火時期として決定する。なお、上記ステップＳ３で推定されたＥＧＲ率および筒内温度が目標値と同一である場合には、デフォルト点火時期がそのまま点火時期として採用されることになる。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ６に移行して、上記ステップＳ５で決定された点火時期にて点火プラグ１６に火花点火を行わせ、この火花点火をきっかけに混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７に移行して、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼期間（燃焼開始から終了までの期間）と重複する所定期間に亘り検出される筒内圧力に基づいてθｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）を算出するとともに、算出したθｃｉに基づいて、上記ステップＳ５で用いられるモデル式を修正する。すなわち、ＥＣＵ１００は、上記所定期間中に筒内圧センサＳＮ２により検出された筒内圧力の波形に基づいて、燃焼に伴う熱発生率をクランク角ごとに算出するとともに、このクランク角ごとの熱発生率のデータに基づいて、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わった時期（図７の変曲点Ｘに対応する時期）をθｃｉとして特定する。そして、この特定したθｃｉと上述した目標θｃｉとのずれ量を算出するとともに、算出したずれ量に基づいて、点火時期（目標θｃｉを実現するための点火時期）を決定するための上述したモデル式を修正する。このモデル式の修正は、次回以降に同様の条件下で点火時期を決定するときの精度の向上につながる。

（８）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、Ａ／Ｆリーン環境下でのＳＰＣＣＩ燃焼が行われる第１運転領域Ａ１において、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて内部ＥＧＲ率が増大するように吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａが制御されるので（図１０〜図１２参照）、エンジン負荷によらず良好な燃焼安定性を確保できるという利点がある。

すなわち、エンジン負荷が低いときは高いときに比べてインジェクタ１５からの燃料噴射量が少なく、混合気の空燃比がリーンになり易いので、火花点火後に火炎核を十分に成長させることが難しくなるおそれがある。これに対し、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１内の低負荷側において内部ＥＧＲ率が増大されるので、この内部ＥＧＲ率の増大に伴って燃焼室６の圧縮開始温度（圧縮行程が開始されるときの温度）を効率よく上昇させて、火炎核の成長を促進することができる。これにより、ＳＩ燃焼が安定して進行するとともに、その後に続くＣＩ燃焼が確実に引き起こされるので、ＣＩ燃焼の開始時期（θｃｉ）がサイクルごとに大きくバラつくような事態を回避することができる。以上により、上記実施形態によれば、エンジン負荷が高くても低くても、安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができる。

また、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１での運転時に、排気弁１２が排気上死点を過ぎて（吸気行程中に）開弁する期間である排気開弁延長期間Ｗ（図１２）が形成されるとともに、この排気開弁期間Ｗ中に排気ポート１０から高温の既燃ガスが燃焼室６に引き戻される（逆流する）ことによって内部ＥＧＲガスが実現され、この内部ＥＧＲにより導入される既燃ガスの割合である内部ＥＧＲ率が第１運転領域Ａ１内の低負荷側において増大される。このような構成によれば、例えばＥＧＲ通路５１を介して排気通路４０から燃焼室６に還流される排気ガスの割合である外部ＥＧＲ率を増大させた場合と比較して、燃焼室６の圧縮開始温度を低負荷側で十分に上昇させることができ、低負荷側での燃焼安定性を効果的に向上させることができる。

また、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１内の低負荷側で上記排気開弁延長期間Ｗが拡大されることで内部ＥＧＲ率が増大されるので、当該期間Ｗの拡大に伴い排気ポート１０から燃焼室６に多量の既燃ガスが引き戻される結果、内部ＥＧＲ率を的確に増大させることができる。

また、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１内での負荷の変動に応じて排気弁１２だけでなく吸気弁１１の動作タイミングも変更され、第１運転領域Ａ１内の低負荷側では吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ）が吸気下死点に対しより遅角側に変更される。このような構成によれば、吸気弁１１を閉じた時点で燃焼室６に存在する（閉じ込められる）ガスのトータル量が減少するので、その後の混合気の燃焼によって生成される既燃ガスの温度が上昇する。これにより、内部ＥＧＲによる燃焼室６の昇温効果をより高めることができる。

また、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１での運転時に、燃焼室６内の空気と燃料との割合である空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも大きくなるＡ／Ｆリーン環境を形成しつつＳＰＣＣＩ燃焼を行わせる制御が実行されるので、この第１運転領域Ａ１において、混合気の比熱比が大きい熱効率に有利な環境下でＳＰＣＣＩ燃焼を行わせることができ、エンジンの燃費性能を効果的に向上させることができる。

すなわち、オットーサイクルエンジンを仮定した場合、その理論上の熱効率は、エンジンの圧縮比と混合気の比熱比だけで決まり、圧縮比および比熱比のいずれが大きくても大きくなる。一方、比熱比は、混合気中の気体分子を構成する原子数が多いほど小さくなることが知られている。例えば、空気（新気）に主に含まれるＮ_２やＯ_２等の２原子分子よりも、ＥＧＲガスに多く含まれるＣＯ_２やＨ_２Ｏ等の３原子分子の方が比熱比が小さい。このことから、上記第１運転領域Ａ１においてＡ／Ｆリーン環境を形成し、理論空燃比相当の空気量よりも多くの空気を燃焼室６に導入した場合には、混合気中の２原子分子の割合を増大させて比熱比を大きくすることができ、それによって熱効率を向上させることができる。

また、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１内の高負荷側に設定された第４分割領域ｂ４における目標外部ＥＧＲ率が、第１運転領域Ａ１内のその他の領域（第１〜第３分割領域ｂ１〜ｂ３）での目標外部ＥＧＲ率よりも高く設定されているとともに、上記第４分割領域ｂ４よりもさらに負荷の高い第２運転領域Ａ２において、燃焼室６内の全ガスと燃料との割合であるガス空燃比（Ｇ／Ｆ）が理論空燃比よりも大きくかつ空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比と略一致するＧ／Ｆリーン環境を形成しつつＳＰＣＣＩ燃焼を行わせる制御が実行されるので、第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２との間の移行運転時に外部ＥＧＲ率が急変するのを回避でき、当該移行運転時の制御性を高めることができる。

すなわち、Ｇ／Ｆリーン環境下でＳＰＣＣＩ燃焼を行う第２運転領域Ａ２では、同領域で仮にＡ／Ｆリーン環境を形成した場合と比較して、燃焼室６に導入すべき空気（新気）の量が減るので、これを補うように外部ＥＧＲガスを導入する必要があり、特に、第２運転領域Ａ２内の低負荷側では外部ＥＧＲガスの導入量が増大する傾向にある。一方、上述したように、第２運転領域Ａ２に対しその低負荷側に隣接する第１運転領域Ａ１の第４分割領域ｂ４では、他の領域（第１〜第３分割領域ｂ１〜ｂ３）よりも目標外部ＥＧＲ率が高くされるので、この第４分割領域ｂ４と第２運転領域Ａ２の低負荷側部分との間での目標外部ＥＧＲ率の差は小さくなる。これにより、第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２との間での移行運転に伴う外部ＥＧＲ率の変化量が小さく済むので、当該移行運転を支障なくスムーズに行うことができる。

また、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１において、ＥＧＲ通路５１を介して燃焼室６に還流される排気ガスの割合である外部ＥＧＲ率が高回転側ほど増大するようにＥＧＲ弁５３が制御されるので（図８、図９参照）、ピストンの移動速度が速い（火花点火後の燃焼室６の膨張速度が速い）ために着火性を確保し難い高速条件下において、燃焼室６の圧縮開始温度を高めて良好な着火性を確保し、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。

特に、上記のような外部ＥＧＲ率の制御が、低負荷側で内部ＥＧＲ率を増大させる上述した制御と合わさることにより、高速かつ低負荷の条件になるほど内部ＥＧＲ率および外部ＥＧＲ率がともに大きくなる。これにより、最も着火性の厳しい高速かつ低負荷の条件下においても、良好な着火性を確保してＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。

また、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１での運転時に、スワール弁１８の開度が比較的低い開度（２０〜４０％程度）まで低減された状態、つまり燃焼室６内に比較的強いスワール流が形成された状態で、燃焼室６の天井中央部に位置する多噴孔型のインジェクタ１５から適宜のタイミング（噴霧がスワール流に到達するタイミング）で放射状に燃料が噴射され、それによって燃焼室６の中央部の方が外周部よりも燃料濃度が濃くなる成層化された混合気が形成されるようになっている（図１５、図１６参照）。このような構成によれば、燃焼室６の中央部に形成された相対的にリッチな混合気中に、点火プラグ１６を用いた火花点火によって確実に火炎核を形成することができ、ＳＩ燃焼およびその後のＣＩ燃焼を安定化させることができる。

特に、上記実施形態では、上記スワール流として、気筒軸線Ｚと直交する面と非平行に流れる斜めスワール流が形成されるとともに、このスワール流に先に到達した燃料（例えば噴霧ｆ１）が当該スワール流に沿って下流側に移動した後、スワール流に遅れて到達した別の燃料（例えば噴霧ｆ２）と合流するように、インジェクタ１５の各噴孔の位置および向きが設定されている。これにより、スワール流が最終的に向かう先である燃焼室６の中央部に燃料濃度の濃い（相対的にリッチな）混合気が確実に形成されるので、上述した混合気の成層化を一層促進することができる。

また、上記実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時（第１・第２運転領域Ａ１，Ａ２での運転時）に、ＣＩ燃焼の開始時期であるθｃｉがエンジンの運転条件ごとに予め定められた目標θｃｉに一致するように、言い換えると、θｃｉと相関するＳＩ率（全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合）が目標ＳＩ率に一致するように、点火プラグ１６による点火時期が調整されるので、燃焼騒音が過大にならない範囲でできるだけＣＩ燃焼の割合を増やす（つまりＳＩ率を低くする）ことができ、ＳＰＣＣＩ燃焼による熱効率を可及的に高めることができる。

（９）変形例
上記実施形態では、燃焼室６に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを行う際に、排気上死点を跨いで吸・排気弁１１，１２の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａを制御したが、これとは逆に、排気上死点を跨いで吸・排気弁１１，１２の双方が閉弁するいわゆるネガティブオーバーラップ期間を形成することで内部ＥＧＲを行うことも可能である。あるいは、排気弁１２を排気上死点の近傍で一旦閉じた後、吸気行程中に再び排気弁１２を開くことによって内部ＥＧＲを行ってもよい。

また、上記実施形態では、上記バルブオーバーラップ期間のうち排気弁１２が排気上死点を過ぎて（吸気行程中に）開弁する期間である排気開弁延長期間Ｗを変更することによって内部ＥＧＲ率を調整したが、内部ＥＧＲ率を調整する方法はこれに限られない。例えば、排気開弁延長期間Ｗをほぼ固定したまま、当該期間Ｗと重複する吸気弁１１の開弁期間を変更することによっても、内部ＥＧＲ率を調整することは可能である。

上記実施形態では、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）として、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構を用いたが、吸気ＶＶＴ１３ａは、吸気弁１１の閉時期を固定したまま開時期のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、排気ＶＶＴ１４ａは、排気弁１２の開時期を固定したまま閉時期のみを変更するタイプの可変機構であってもよい。さらに、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期または閉時期に加えてリフト量を変更するタイプの可変機構であってもよい。

上記実施形態では、第１運転領域Ａ１においてエンジン負荷が低いほど内部ＥＧＲ率を増大させるようにしたが、燃焼室６の圧縮開始温度が高負荷側よりも低負荷側で高くなるようにＥＧＲ率を操作すればよく、操作の対象は内部ＥＧＲ率だけに限られない。例えば、内部ＥＧＲ率をほぼ一定にしたまま外部ＥＧＲ率を負荷に応じて変化させてもよい。なお、この方法に基づいて低負荷側での外部ＥＧＲ率を高負荷側よりも大きくする場合、そのために操作されるＥＧＲ弁５３は、請求項にいう「ＥＧＲ操作部」に相当する。

上記実施形態では、エンジン本体１により機械的に駆動される過給機３３を吸気通路３０に設けたが、このような機械式の過給機３３（スーパーチャージャ）に代えて、電気モータで駆動される電動過給機や、排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機を設けてもよい。

上記実施形態では、円錐状の隆起部２０ａを囲むような平面視ドーナツ状のキャビティ２０をピストン５の冠面に設けたが、キャビティ２０のうち点火プラグ１６と対向する部分の凹部、つまり隆起部２０ａよりも吸気側に位置する部分の凹部を、これとは反対側（排気側）の凹部よりも小さくなるように形成してもよい。このようにすれば、インジェクタ１５から圧縮行程の後期に燃料を噴射したときに、燃料の噴霧をより迅速に点火プラグ１６の電極の近傍に移動させることができる。

上記実施形態では、１つの気筒２に対し設けられた２つの吸気ポート９Ａ，９Ｂの一方（第２吸気ポート９Ｂ）にスワール弁１８を設け、このスワール弁１８の開度を増減させることによってスワール流の強度を調整するようにしたが、スワール流の強度を調整する方法はこれに限られない。例えば、第１吸気ポート９Ａを開閉する吸気弁１１のリフト量と、第２吸気ポート９Ｂを開閉する吸気弁１１のリフト量とに差を持たせたり、これら２つの吸気弁１１の開閉タイミングに差をもたせたりすることにより、スワール流の強度を調整することも可能である。

上記実施形態では、燃焼騒音と熱効率とがバランスする最適なＳＩ率（目標ＳＩ率）およびこれに対応するＣＩ燃焼の開始時期（目標θｃｉ）をエンジンの運転条件（回転速度／負荷）ごとに予め定めておき、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時には、当該目標ＳＩ率および目標θｃｉを得るために必要な点火時期（その目標値からの補正量）を、点火前の所定タイミングにおける筒内状態量（ＥＧＲ率、温度等）からモデル式を用いて求めるようにしたが、点火時期に代えて、もしくは点火時期に加えて、インジェクタ１５からの燃料の噴射時期を調整してもよい。あるいは燃料の噴射時期と噴射量の双方を調整してもよい。

上記実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時に、筒内圧センサＳＮ２により検出される筒内圧力の波形に基づいてＣＩ燃焼の開始時期（θｃｉ）を算出し、算出したθｃｉに基づいて、点火時期を補正するための上記モデル式を修正するようにしたが、θｃｉに代えて、もしくはθｃｉに加えて、ＳＩ燃焼の割合であるＳＩ率を算出し、このＳＩ率に基づいて上記モデル式を修正するようにしてもよい。

なお、上記のように各回の燃焼のＳＩ率を算出する場合、このＳＩ率を算出する具体的な方法は種々考えられる。

例えば、筒内圧センサＳＮ２による検出波形から各クランク角時点での熱発生率を算出し、算出した熱発生率のデータ（波形）に基づいて、図７に示した面積Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ算出してもよい。この場合、既に説明したとおり、ＳＩ率＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）として算出することができるが、これに代えて、ＳＩ率＝Ｒ１／Ｒ２としてもよい。

もしくは、図１８に示すΔθ１、Δθ２を用いてＳＩ率を算出してもよい。すなわち、ＳＩ燃焼のクランク角期間（変曲点Ｘよりも進角側のクランク角期間）をΔθ１、ＣＩ燃焼のクランク角期間（変曲点Ｘよりも遅角側のクランク角期間）をΔθ２としたときに、ＳＩ率＝Δθ１／（Δθ１＋Δθ２）、もしくはＳＩ率＝Δθ１／Δθ２としてもよい。

あるいは、ＳＩ燃焼の熱発生率のピークをΔＨ１、ＣＩ燃焼の熱発生率のピークをΔＨ２としたときに、ＳＩ率＝ΔＨ１／（ΔＨ１＋ΔＨ２）、もしくはＳＩ率＝ΔＨ１／ΔＨ２としてもよい。

１ エンジン本体
６ 燃焼室
１３ａ 吸気ＶＶＴ（バルブ可変機構；ＥＧＲ操作部）
１４ａ 排気ＶＶＴ（バルブ可変機構；ＥＧＲ操作部）
１５ インジェクタ
１６ 点火プラグ
１８ スワール弁（スワール発生部）
４０ 排気通路
５１ ＥＧＲ通路
５３ ＥＧＲ弁
１００ ＥＣＵ（燃焼制御部）
Ｗ 排気開弁延長期間

Claims (10)

1. 燃焼室に燃料を供給するインジェクタと、インジェクタから供給された燃料と空気とが混合された混合気に点火する点火プラグとを備え、前記混合気の一部を前記点火プラグを用いた火花点火によりＳＩ燃焼させた後に他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能な圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
   前記燃焼室にＥＧＲガスとして導入される既燃ガスの割合であるＥＧＲ率を変更可能なＥＧＲ操作部と、
   前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記燃焼室の圧縮開始温度が上昇するように前記ＥＧＲ操作部を用いて前記ＥＧＲ率を調整しつつ、前記混合気がＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼する所定のタイミングで前記点火プラグに火花点火を行わせる燃焼制御部とを備えた、ことを特徴と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ＥＧＲ操作部は、吸気弁および排気弁の少なくとも一方の動作タイミングを変更することにより、前記燃焼室に残留する既燃ガスの割合である内部ＥＧＲ率を調整可能なバルブ可変機構であり、
   前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記内部ＥＧＲ率が高くなるように前記バルブ可変機構を制御する、ことを特徴とする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、
   前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記吸気弁の閉時期が吸気下死点に対しより遅角側に移動するように前記バルブ可変機構を制御する、ことを特徴とする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、
   前記バルブ可変機構は、前記排気弁が排気上死点を過ぎて開弁する期間である排気開弁延長期間を調整可能であり、
   前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記排気開弁延長期間が拡大するように前記バルブ可変機構を制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項２〜４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、
   前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域の少なくとも低負荷側の一部において、エンジン負荷が低いときは高いときに比べて前記内部ＥＧＲ率が高くなるように前記バルブ可変機構を制御するとともに、前記燃焼室内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも大きくなるＡ／Ｆリーン環境を形成しつつ前記部分圧縮着火燃焼を行わせる、ことを特徴と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、
   前記エンジンは、前記燃焼室から排気通路に排出された既燃ガスである排気ガスを前記燃焼室に還流するためのＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を通じて前記燃焼室に還流される排気ガスの割合である外部ＥＧＲ率を調整するために前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁とを備え、
   前記燃焼制御部は、前記Ａ／Ｆリーン環境での部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域において、エンジン負荷が高いときは低いときに比べて前記外部ＥＧＲ率が高くなるように前記ＥＧＲ弁を制御するとともに、当該運転領域よりも高負荷側の領域において、前記燃焼室内の全ガスと燃料との割合であるガス空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ前記空燃比が理論空燃比と略一致するＧ／Ｆリーン環境を形成しつつ前記部分圧縮着火燃焼を行わせる、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
7. 請求項１〜６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、
   前記燃焼室にスワール流を発生させるスワール発生部をさらに備え、
   前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼が実行される運転領域の少なくとも低負荷側の一部において、前記スワール発生部を駆動してスワール流を発生させつつ、当該スワール流に向けて前記インジェクタから燃料を噴射させる、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
8. 請求項７に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記インジェクタは、前記燃焼室の天井中央部に配置されるとともに、周方向に離間した少なくとも第１噴孔および第２噴孔を有し、
   前記第１噴孔および第２噴孔からは同時に燃料が噴射され、
   前記スワール流は、前記燃焼室の中心軸と直交する面と非平行に流れる斜めスワール流であり、
   前記第１噴孔から噴射されて前記スワール流に到達した第１の燃料が、前記スワール流に沿って下流側に移動した後、前記第２噴孔から噴射されて前記スワール流に到達する第２の燃料と合流するように、前記第１噴孔および第２噴孔の位置および向きが設定されている、ことを特徴と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、
   前記エンジンの幾何学的圧縮比が１４以上１８以下に設定された、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
10. 請求項１〜９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、
    前記燃焼制御部は、前記部分圧縮着火燃焼の実行中に、全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率が、エンジンの運転条件ごとに予め定められた目標ＳＩ率に一致するように、少なくとも火花点火の時期を含む所定の制御量を調整する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。

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