JP6090352B2 - 圧縮自己着火ガソリンエンジン - Google Patents

Description

本発明は、複数の気筒を有するエンジン本体と、エンジン本体に空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体から外部に排気を排出するための排気システムと、これらに含まれる各種機器を制御する制御手段とを備え、少なくとも特定の運転領域にて圧縮自己着火燃焼が実施される多気筒エンジンに関する。

従来、燃費性能を高めるべく、点火プラグの火花点火によって混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼に代えて、ピストンの圧縮によりつくり出される高温・高圧の環境下で混合気を自己着火により燃焼させるいわゆる圧縮自己着火燃焼を実施することが検討されている。以下、火花点火燃焼（Ｓｐａｒｋ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）のことを「ＳＩ燃焼」と略称し、圧縮自己着火燃焼（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｓｅｌｆ−Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）のことを「ＣＩ燃焼」と略称する。

ＣＩ燃焼では、筒内（気筒内）の温度を混合気の自己着火が可能な温度まで高める必要がある。しかしながら、筒内の温度が高温になりすぎると、過早着火（所望の燃焼開始時期よりも早期に燃焼が開始してしまう現象）等の異常燃焼が生じたり燃焼騒音が増大するという問題が生じる。

これに対して、例えば、特許文献１には、排気通路に排出された排気を吸気通路２０に還流するためのＥＧＲ通路とこの通路を開閉可能なＥＧＲ弁とを備え、比較的低温の排気（以下、外部ＥＧＲガスという）を気筒に導入可能であるとともに、一旦排気ポートに排出された高温の排気（以下、内部ＥＧＲガスという）を筒内へ逆流させるべく排気弁が排気行程だけでなく吸気行程でも開くように構成されたエンジンであって、これら外部ＥＧＲガスと内部ＥＧＲガスの導入量の調整によって筒内の温度を運転領域に応じて変更するものが開示されている。

具体的には、特許文献１のエンジンでは、ＣＩ燃焼が実施される領域のうち筒内の温度が比較的低温になりやすい低負荷領域（エンジン負荷の低い領域）において、筒内の温度を高めるために、排気弁を排気行程と吸気行程とで開いて高温の内部ＥＧＲガスを多量に気筒に導入するとともに上記ＥＧＲ弁を閉弁して外部ＥＧＲガスの導入を停止する。一方、ＣＩ燃焼領域のうち上記低負荷領域よりもエンジン負荷が高く筒内の温度が比較的高温になりやすい運転領域では、筒内の温度が過剰に高温になるのを回避するために、上記内部ＥＧＲガスの導入量を少なく抑えるとともに上記ＥＧＲ弁を開弁して比較的低温の外部ＥＧＲガスを筒内に導入する。

特開２０１３−２２７９４２号公報

上記特許文献１のエンジンでは、外部ＥＧＲガスの導入状態（導入量）がＥＧＲ弁の開閉によってのみ制御されているため、外部ＥＧＲガスの制御性が悪いという問題がある。具体的には、この特許文献１のエンジンでは、外部ＥＧＲガスの導入を開始する領域に入ると上記ＥＧＲ弁を開弁させ、これによってのみ外部ＥＧＲガスの導入を図っている。そのため、筒内に多量の内部ＥＧＲガスが残存していること等に伴って、外部ＥＧＲガスを十分量筒内に導入することができない場合がある。そして、この場合には、筒内の温度を十分に低く抑えることができず異常燃焼の発生や燃焼騒音の悪化を招くおそれがある。

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、ＣＩ燃焼の実施時において、筒内の温度をより適切な温度にすることができる多気筒エンジンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒とこれら気筒内に空気を導入するための吸気通路とを有し、少なくとも一部の運転領域にてガソリンを含む燃料と空気との混合気が圧縮自己着火燃焼される圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、複数の気筒の各排気ポートから延びる複数の独立排気通路と、上記各独立排気通路の下流側に設けられて、各独立排気通路と連通する共通の空間を形成する排気集合部と、上記排気集合部で発生する負圧を変更可能な負圧変更手段と、各気筒の排気弁を駆動する排気弁駆動機構と各気筒から排出された排気を外部ＥＧＲガスとして上記吸気通路を介して各気筒内に還流する外部ＥＧＲ手段と、上記負圧変更手段を含むエンジンの各部を制御する制御する制御手段とを備え、上記排気弁駆動機構は、各気筒の排気ポートに一旦排出された排気が内部ＥＧＲガスとして各気筒内に逆流するように各気筒の排気弁を排気行程に加えて吸気行程でも開弁する内部ＥＧＲモードで開閉可能であり、上記制御手段は、上記圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域のうち所定の基準負荷よりもエンジン負荷の低い第１運転領域では、上記排気弁駆動機構によって排気弁を上記内部ＥＧＲモードで開閉させるとともに上記外部ＥＧＲガスの各気筒内への還流が停止されるように上記外部ＥＧＲ手段を制御し、上記圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域のうち上記基準負荷よりもエンジン負荷の高い第２運転領域では、上記排気弁駆動機構によって排気弁を上記内部ＥＧＲモードで開閉させ、かつ、上記外部ＥＧＲガスが各気筒内に還流されるとともに上記排気集合部内の負圧が上記第１運転領域のときよりも大きくなるように上記外部ＥＧＲ手段および上記負圧変更手段を制御することを特徴とする（請求項１）。

本発明では、相対的に負荷が低く筒内の温度が低くなりやすい第１運転領域において、排気弁が内部ＥＧＲモード（排気行程に加えて吸気行程でも開弁するモード）で駆動されるため、排気ポートから筒内に高温の内部ＥＧＲガスを逆流させることができ、筒内の温度を混合気の自己着火が可能な適切な温度にすることができる。すなわち、負荷が低く混合気の着火性が厳しい第１運転領域において、混合気の自己着火を促進し、適正なＣＩ燃焼を引き起こすことができる。特に、この第１運転領域では、吸気通路２０を介して各気筒に還流される相対的に温度の低い外部ＥＧＲガスの還流が停止されるため、筒内の温度を確実に高めることができる。

一方、上記第１運転領域よりもエンジン負荷が高く筒内の温度が高くなりやすい第２運転領域では、外部ＥＧＲガスの筒内への還流が実施されて、相対的に温度の低い外部ＥＧＲガスが筒内に導入される。そのため、筒内の温度を適切に低く抑えることができる。すなわち、負荷が高く筒内の温度が高くなりやすい第２運転領域において、筒内の温度が過剰に高温になるのを回避して、過早着火等の異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大を抑制することができる。

特に、本発明では、外部ＥＧＲガスを筒内に還流する第２運転領域において、負圧変更手段によって、排気集合部内の負圧が大きくされる。そのため、この第２運転領域において、外部ＥＧＲガスを確実に筒内へ還流することができるとともに高温の内部ＥＧＲガスの筒内への逆流量を少なく抑えることができ、筒内の温度が過剰に高くなるのをより確実に回避することができる。

具体的には、排気集合部内の負圧が大きくなると、この負圧に基づくエゼクタ効果により気筒から下流側に吸い出される排気の量が増大する。そのため、上記のように排気集合部内の負圧を大きくすることで、気筒から排出された排気のうち外部ＥＧＲガスとして気筒に還流される排気の流量を増大させることができるとともに、排気ポートから気筒に逆流する高温の内部ＥＧＲガス量を減少させることができる。

本発明において、上記制御手段は、上記第２運転領域において、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせるのが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、第２運転領域において、気筒の掃気性を高めて気筒から排出される排気の量を多くすることができるため、より確実に外部ＥＧＲガス量の増大および内部ＥＧＲガス量の減少を実現することができる。

また、本発明において、上記制御手段は、上記第１運転領域と第２運転領域とを含む運転領域において、気筒内の全ガス量に対する上記内部ＥＧＲガス量の割合である内部ＥＧＲ率を、エンジン負荷が高い側ほど小さくするのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、第１運転領域および第２運転領域において、エンジン負荷が高く筒内温度が高温になりやすい条件ほど高温の内部ＥＧＲガスの割合が小さくされて筒内の温度が高くなるのが抑制されるため、これら運転領域全体において筒内温度を適切な温度にすることができる。

上記構成において、上記制御手段は、上記第２運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域では、エンジン負荷が高いほど上記内部ＥＧＲ率を小さくしつつ、気筒内の全ガス量に対する上記外部ＥＧＲガス量の割合である外部ＥＧＲ率と上記内部ＥＧＲ率とを合わせたトータルＥＧＲ率をエンジン負荷が高いほど大きくするのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、第２運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域において、内部ＥＧＲ率が小さくされながらトータルのＥＧＲ率が大きくされて、高温のＥＧＲガス量が減少されつつＥＧＲガス量が多く確保される。そのため、第１運転領域から第２運転領域に切り替わった際に、比熱比の高いＥＧＲガス量が減少するのを抑制しつつ高温の内部ＥＧＲガス量を減少させることができ、この切り替え時に異常燃焼が発生することおよび燃焼騒音が増大するのをより確実に回避することができる。

上記構成において、上記制御手段は、上記第２運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域では、エンジン負荷が高いほど上記排気集合部内の負圧が大きくなるように上記負圧変更手段を制御するのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、第２運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域、において、外部ＥＧＲガス量（率）の変更を円滑に行うことができる。

また、本発明において、上記排気弁駆動機構は、各気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能であり、上記制御手段は、上記第１運転領域と第２運転領域とを含む運転領域において、上記排気弁駆動機構によって排気弁の閉弁時期をエンジン負荷が高い側ほど進角側にするとともに、エンジン負荷の単位増加量に対する排気閉弁時期の進角量を進角変化率としたとき、上記第２運転領域における排気弁の進角変化率を上記第１運転領域のそれよりも小さくするのが好ましい（請求項６）。

このようにすれば、第２運転領域において、内部ＥＧＲガスの割合を小さくするための排気閉弁時期の進角量が小さく抑えられているため、排気閉弁時期の変更範囲を小さくすることができ、排気閉弁時期の応答性を高めることができる。すなわち、異常燃焼等の可能性があるため第１運転領域に比べて精度の高い制御が求められる第２運転領域において、過渡時等における排気閉弁時期の変更をより適切に行うことが可能となる。

特に、本発明では、上記のように第２運転領域において上記負圧が高められ、これにより内部ＥＧＲガスの筒内への導入量が抑制されている。そのため、このように第２運転領域においてエンジン負荷の増大量に対する排気閉弁時期の進角量を小さくしても内部ＥＧＲガスを確実に低減することができる。従って、この構成によれば、内部ＥＧＲ率の適切な制御と排気閉弁時期の適切な変更とを同時に実現することができる。

本発明において、好ましくは、上記第２運転領域が、ピストンが圧縮上死点にあるときの筒内の温度である圧縮端温度の目標値が上記第１運転領域よりも低い値となる領域に設定されているものに適用される（請求項７）。

エンジン負荷が高く燃料噴射量が多いと、噴射された燃料周りの混合気がリッチ（燃料と空気との割合において燃料が多い状態）になって過早着火等の異常燃焼が生じやすくなる。そのため、この場合には、圧縮端温度すなわち燃焼開始前の温度をより低く抑える必要がある。これに対して、本発明では、上記のように、第１運転領域よりも負荷の高い第２運転領域において筒内の温度をより確実に低く抑えることができるため、本発明を上記のものに適用すれば、圧縮端温度を所望の目標温度にして、異常燃焼等の発生をより確実に回避することができる。

以上説明したように、本発明の圧縮自己着火ガソリンエンジンによれば、ＣＩ燃焼の実施時において、筒内の温度をより適切な温度にすることができる。

本発明の一実施形態にかかるエンジンの構成を示す平面図である。 上記エンジンのエンジン本体の構成を示す断面図である。 内部ＥＧＲモードにおける排気弁および吸気弁の開閉状態を示した図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図４のＶ矢示図である。 最上流位置にあるスライド部周辺を示した図である。 最上流位置にあるスライド部周辺を示した断面図である。 最下流位置にあるスライド部周辺を示した図である。 最下流位置にあるスライド部周辺を示した断面図である。 排気システムの一部を示した側面図である。 排気システムの一部を示した正面図である。 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。 エンジンの運転中に使用される制御マップを概念的に示す図である。 エンジン負荷の変化に応じて筒内への充填ガスの成分割合や各種制御パラメータがどのように変化するかを示す図である。

（１）エンジンの全体構成
図１および図２は、本発明の一実施形態にかかる圧縮自己着火エンジンの構成を示す図である。当実施形態のエンジンは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気（吸気）を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１から外部に排気を排出するための排気システム３０とを備えている。

ここでは、エンジン本体１が、特定方向に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有する４気筒エンジンであって、主としてガソリンを燃料とするガソリンエンジンの場合について説明する。

エンジン本体１は、気筒２Ａ〜２Ｄが内部に形成されたシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に設けられたシリンダヘッド３と、気筒２Ａ〜２Ｄに往復摺動可能に挿入されたピストン４とを有している。

ピストン４の上方には燃焼室５が形成されており、この燃焼室５には、燃料が、インジェクタ１０からの噴射によって供給される。噴射された燃料と空気との混合気は燃焼室５で燃焼し、ピストン４はその燃焼による膨張力で押し下げられて上下に往復運動する。

ピストン４はコネクティングロッド１６を介してクランク軸１５と連結されており、ピストン４の往復運動に応じて、クランク軸１５は中心軸回りに回転する。

シリンダブロック２には、クランク軸１５の回転速度をエンジンの回転速度（回転数）として検出するエンジン回転速度センサＳＷ１が設けられている。

シリンダヘッド３には、燃料を燃焼室５に向けて噴射するインジェクタ１０と、インジェクタ１０から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火を行う点火プラグ１１とが、各気筒２Ａ〜２Ｄにつきそれぞれ１組ずつ設けられている。

インジェクタ１０は、燃料の噴射口となる複数の噴孔を先端部に有しており、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室５をその吸気側の側方から臨むように設けられている。インジェクタ１０から噴射される燃料の噴射圧力は、３０ＭＰａ以上という、ガソリンエンジンとしてはかなり高い値に設定されている。

点火プラグ１１は、火花を放電するための電極を先端部に有しており、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室５を上方から臨むように設けられている。

当実施形態のエンジン本体１は、その幾何学的圧縮比（ピストン４が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン４が上死点にあるときの燃焼室容積との比）が、１５以上２０以下という、ガソリンエンジンとしてはかなり高い値に設定されている。このように高い幾何学的圧縮比を設定しているのは、理論熱効率の向上や、後述するＣＩ燃焼（圧縮自己着火燃焼）での着火性確保のためである。

また、当実施形態のような４ストローク４気筒のエンジンでは、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられたピストン４がクランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）の位相差をもって上下運動するため、これに対応して、各気筒２Ａ〜２Ｄでの点火のタイミングも、１８０°ＣＡずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの気筒番号をそれぞれ１番、２番、３番、４番とすると、１番気筒２Ａ→３番気筒２Ｃ→４番気筒２Ｄ→２番気筒２Ｂの順に点火が行われる。このため、例えば１番気筒２Ａが膨張行程であれば、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。

シリンダヘッド３には、吸気通路２０から供給される空気を各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室５に導入するための吸気ポート６と、吸気ポート６を開閉する吸気弁８と、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室５で生成された排気を排気システム３０に導出するための排気ポート７と、排気ポート７を開閉する排気弁９とが設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、１つの気筒につき吸気弁８および排気弁９が２つずつ設けられている。

吸気弁８および排気弁９は、それぞれ、シリンダヘッド３に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構１３、１４により、クランク軸１５の回転に連動して開閉駆動される。

吸気弁８用の動弁機構１３には、吸気弁８の開閉時期を変更可能な可変機構１３ａが設けられている。

排気弁９用の動弁機構１４には、排気行程中にのみ排気弁９を開弁させる第１のカムと、排気行程に加えて吸気行程にも排気弁９を開弁させる第２のカムと、排気弁９に駆動力を伝達するカムをこれら第１カムと第２カムとの間で切り替える切替機構１４ａが組み込まれている。すなわち、この切替機構１４ａは、排気弁９を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁９の開弁動作（内部ＥＧＲモード）を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。

切替機構１４ａによって排気弁９に駆動力を伝達するカムとして第２のカムが選択されると、図３に示すように、排気弁９が排気行程だけでなく吸気行程中にも開弁するので、高温の排気（既燃ガス）が内部ＥＧＲガス（ＥＧＲ：Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）として排気ポート７から燃焼室５に逆流する。当実施形態では、図３に示すように、内部ＥＧＲモードでは、排気弁９のリフト量は、ピーク位置から減少した後所定期間一定量で維持される。このように、当実施形態では、排気弁９が内部ＥＧＲモードで開閉されることで、高温の排気を筒内に残留させる内部ＥＧＲが実現される。なお、図３は、吸気弁８および排気弁９のバルブリフトを示したものであり、‘ＥＸ’が排気弁９のリフトを示し、‘ＩＮ’が吸気弁８のリフトを示している。

一方、切替機構１４ａによって第１のカムが選択された場合には、排気弁９が排気行程のみで開弁するようになるので、内部ＥＧＲが停止される（排気の逆流が停止される）。

また、排気弁９用の動弁機構１４には、排気弁９の閉弁時期を変更することが可能な排気閉弁時期変更機構１４ｂが組み込まれている。本実施形態では、排気弁９の開弁期間は一定に維持しつつ閉弁時期が変更される。このような構成の機構は既に公知であり、その詳細な構造の説明は省略する。

当実施形態では、図３に示すように、排気弁９が内部ＥＧＲモードで開閉される場合には、排気弁９の閉弁時期ＥＶＣは、吸気弁８の開弁時期ＩＶＯよりも遅角側とされ、吸気弁８の開弁期間と排気弁９の開弁期間とがオーバーラップするように設定されている。

上記吸気通路２０は、単一の吸気管２３の上流端部に接続された所定容積のサージタンク２２と、サージタンク２２と各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート６とを連結する複数の（４本の）独立吸気通路２１とを有している。

吸気管２３の途中部には、吸気管２３の通路を開閉可能なスロットル弁２５と、エンジン本体１に吸入される空気（新気）の流量を検出するためのエアフローセンサＳＷ２とが設けられている。

排気システム３０は、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート７にそれぞれ上流端部が接続される複数の独立排気通路３１と、各独立排気通路３１の下流端部（エンジン本体１から遠ざかる側の端部）が独立状態を維持したまま互いに近接するように束ねられた集約部３４と、集約部３４の下流側に設けられ、独立排気通路３１の全てと連通する共通の空間が内部に形成されたスライド部（排気集合部）３５と、スライド部３５の下流側にディフューザー部３６を介して接続された単一の排気管４０とを有している。集約部３４およびスライド部３５周辺の詳細構造については後述する。

排気管４０の下流側には、三元触媒等の触媒が内蔵された触媒コンバータ４８が設けられており、さらにその下流側には、図外のサイレンサー等が設けられている。

排気システム３０は、さらに、排気管４０と吸気通路２０とを連結するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１の途中部に設けられてＥＧＲ通路５１を開閉可能なＥＧＲ弁５２とを含む外部ＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ手段）５０を有している。外部ＥＧＲ装置５０は、さらに、ＥＧＲ通路５１の途中部に設けられてエンジンの冷却水等を利用した熱交換器からなるＥＧＲクーラ５３を有している。当実施形態では、ＥＧＲ通路５１は、排気管４０とサージタンク２２とを連結している。

外部ＥＧＲ装置５０は、外部ＥＧＲを行うため、すなわち、エンジン本体１から排出されて排気管４０を流下する排気の一部を外部ＥＧＲガスとして吸気通路２０を介して各気筒２Ａ〜２Ｄに還流させるために用いられる。

具体的には、ＥＧＲ弁５２が開弁すると、排気管４０を流れる排気の一部は、ＥＧＲ通路５１を通ってサージタンク２２へと還流され、再び各気筒２Ａ〜２Ｄに導入される。外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路５１の通過中に冷却される。従って、各気筒２Ａ〜２Ｄに還流される外部ＥＧＲガスは、比較的低温である。特に、当実施形態では、ＥＧＲ通路５１にＥＧＲクーラ５３が設けられている。そのため、各気筒２Ａ〜２Ｄに導入される外部ＥＧＲガスは、排気管４０を通過する排気の温度よりも大幅に低いものとなる。一方、ＥＧＲ弁５２が全閉になると、排気管４０からＥＧＲ通路５１に排気は流れず、外部ＥＧＲは停止される。

（２）集約部およびスライド部周辺の構造
集約部３４およびスライド部３５周辺の具体的構造について次に説明する。

各独立排気通路３１は、その各下流端部３１ａの位置が一致するように、気筒列方向の中央側を指向して延びている。これら独立排気通路３１の各下流端部３１ａは、エンジン本体１の排気側の壁面中央（上面視で２番気筒２Ｂと３番気筒２Ｃの間に対応する位置）から下流側に離れた位置において１箇所に束ねられており、束ねられた各独立排気通路３１の各下流端部３１ａと、これらを束ねた状態に保持する保持部材等により、集約部３４が形成されている。

図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である図４に示すように、各独立排気通路３１の各下流端部３１ａは、それぞれ円を４等分したような扇型の断面を有しており、このような断面を有する各下流端部が４つ集まることにより、全体としてほぼ円形の集約部３４が形成されている。

図６に示すように、集約部３４の下流端部は、集約部３４の中心軸ｘを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有しており、各独立排気通路３１の下流端部３１ａには、それぞれ、その下流側先端に、下流に向かうに従って中心軸ｘ側に向かって傾斜する独立排気通路側傾斜部３１ｂが設けられている。これに伴い、各独立排気通路３１の下流端部３１ａの流路面積は、下流側の方が上流側よりも小さくなっている。

このように各独立排気通路３１の下流端部３１ａの流路面積が下流に向かうに従って小さくされていることで、各独立排気通路３１を通過する排気の速度はこの下流端部３１ａの通過中に高められる。

図４のＶ矢示図である図５に示すように、各独立排気通路側傾斜部３１ｂには、それぞれ独立排気通路３１の内側と外側とを連通する開口部３１ｃが形成されている。当実施形態では、各傾斜部３１ｂの一部が、下流端から上流に向かって略半円状に切り欠かれることで、開口部３１ｃが形成されている。

図６に示すように、スライド部３５は、単管状を有し、集約部３４（各独立排気通路３１の下流端部３１ａ）の下流側部分が内側に挿入された状態で、集約部３４の中心軸ｘと同軸で集約部３４から下流側に延びている。各独立排気通路３１（集約部３４）を通過した排気は、このスライド部３５の内側で集合する。

スライド部３５は、軸ｘを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定で上下流方向に延びる上流端部分３５ａと、この上流端部分３５ａから下流に延びるスライド部側傾斜部（ノズル部）３５ｂと、軸ｘを中心軸とする円筒状を有し流路面積一定でスライド部側傾斜部３５ｂから下流に延びるストレート部３５ｃとからなる。スライド部３５は、上下流方向にスライド変位可能に取り付けられており、集約部３４に対して上下流方向に相対変位される。

スライド部側傾斜部３５ｂは、独立排気通路側傾斜部３１ｂに沿って延びる形状を有しており、軸ｘを中心として下流に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなす外形を有している。これに伴い、スライド部側傾斜部３５ｂの流路面積は下流側ほど小さくなっている。また、これに伴い、スライド部３５は、スライド部側傾斜部３５ｂと独立排気通路側傾斜部３１ｂとが接触（当接）する位置よりも上流側へスライド変位できないようになっている。以下、これらが接触する状態にあるスライド部６２の位置を、スライド部３５の最上流位置と称する。

図６および図７に示されるように、スライド部３５が最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部３５ｂの内周面は各独立排気通路側傾斜部３１ｂの外周面（集約部３４の下流端部の外周面）全体と接触し、各開口部３１ｃはスライド部側傾斜部３５ｂの内周面により塞がれる。従って、スライド部３５が最上流位置にある状態では、各独立排気通路３１を通過した排気は、開口部３１ｃから独立排気通路３１の外周側に流出することなくスライド部３５内に流入する。

ここで、スライド部３５が最上流位置にある状態において、スライド部側傾斜部３５ｂは、独立排気通路３１の下流端よりも下流側に延びており、スライド部３５の流路面積は独立排気通路３１の下流端よりも下流側においても下流ほど小さくなっている。従って、各独立排気通路３１を通過した排気は、スライド部側傾斜部３５ｂにおいてもその速度を高められる。

上記のように各独立排気通路３１からスライド部３５に向けて排気が高速で噴出されると、スライド部３５内において、その噴出ガスの周囲には相対的に圧力の低い負圧部が生成される。従って、ある気筒の独立排気通路３１からスライド部３５に排気が噴出されると、他の独立排気通路３１に負圧が作用して、そこから排気が下流側へと吸い出されることになる。これは、エゼクタ効果として知られている。

一方、図８および図９に示されるように、スライド部３５が最上流位置から下流側にスライド変位すると、スライド部側傾斜部３５ｂは独立排気通路側傾斜部３１ｂから下流側に離間する。この状態において、これら傾斜部３５ｂ、３１ｃ間には通路が区画されるとともに、各開口部３１ｃは開放される。そのため、この状態では、各独立排気通路３１を通過した排気の一部は、開口部３１ｃを通って傾斜部３５ｂ、３１ｃ間の通路（以下、外部通路という場合がある）を通って流下する。すなわち、図９の矢印で示すように、独立排気通路３１を流下した排気は、独立排気通路３１内の通路に加えてこの外部通路を通過してスライド部３５に流入することになり、スライド部３５に流入する前に排気が通過する部分の流路面積は大きくなる。

上記のように流路面積が拡大されると、スライド部３５に流入する際の排気の速度は小さく抑えられる。従って、スライド部３５が最上流位置から下流側にスライド変位した状態では、スライド部３５内に生成される負圧は、スライド部３５が最上流位置にあるときよりも小さくなる。外部通路の流路面積はスライド部３５の下流側への変位量が大きいほど大きくなる。従って、スライド部３５の下流側への変位量が大きいほどスライド部３５内に生成される負圧は小さくなる。

このように、当実施形態では、スライド部３５が変位することで、スライド部３５内に生成される負圧が変更される。

スライド部３５の下流側には、単管状のディフューザー部３６が設けられている。ディフューザー部３６は、下流に向かうに従って流路面積が拡大するよう構成されている。具体的には、ディフューザー部３６の上流端部は略円筒状の外形を有し、この上流端部よりも下流側の部分は軸ｘを中心とする略円錐台形状の外形を有している。ディフューザー部３６の内側には上流からスライド部３５の下流端部が挿入されており、スライド部３５は、ディフューザー部６３によりスライド可能に支持されている。

上記のように独立排気通路３１の下流端部３１ａおよびスライド部側傾斜部３５ｂにおいて高速とされた排気は、流路面積一定で上下流に延びるスライド部３５のストレート部３５ｃおよびディフューザー部３６を通過するにつれて減速され、これに伴って排気の圧力は回復する。

上記集約部３４、スライド部３５およびディフューザー部３６は、アウターシェル３８の内側にそれぞれ収容されている。すなわち、排気システム３０には、これらを収容するアウターシェル３８が設けられており、このアウターシェル３８から下流側に排気管４０が延びている。

図８に示すように、アウターシェル３８のうちスライド部側傾斜部３５ｂの外側を囲む部分は、このスライド部側傾斜部３５ｂと平行に延びており、下流に向かうに従って中心軸ｘ側に傾斜するアウターシェル側傾斜部３８ａを構成している。図８に示すように、このアウターシェル側傾斜部３８ａは、スライド部側傾斜部３５ｂが下流側にスライド変位した際にスライド部側傾斜部３５ｂに下流側から当接するように設けられており、スライド部３５は、この当接位置よりも下流側には変位することができないようになっている。すなわち、スライド部３５は、この当接位置を最下流位置としてこの最下流位置と上記最上流位置との間でのみスライド変位可能となっている。

スライド部３５は、スライドアクチュエータ（負圧変更手段）３９によってスライド変位される。

当実施形態では、スライドアクチュエータ３９は、ダイアフラム式であり、図１０および図１１に示すように、ダイアフラム本体３９ａと、ダイアフラム本体３９ａから所定の方向に延びてダイアフラム本体３９ａによってこのダイアフラム本体３９ａと接離する方向にスライド変位される第１シャフト３９ｂと、第１シャフト３９ｂの先端（反ダイアフラム本体側）に接続されるレバー部３９ｃと、レバー部３９ｃに固定される第２シャフト３９ｄと、第２シャフト３９ｄの先端（反レバー部側）に接続されるとともにスライド部３５に接続されるフォーク部３９ｅ（図６）とを有している。

さらに、図６に示すように、フォーク部３９ｅは、アウターシェル３８の内側に収容されてスライド部３５の外側面に取り付けられた半円状のフォーク部本体と、フォーク部本体の中央からアウターシェル３８を貫通してアウターシェル３８外に延びる接続部とを有し、この接続部において、第２シャフト３９ｄの先端に固定されている。

このように構成されたスライドアクチュエータ３９は、ダイアフラム本体３９ａによって第１シャフト３９ｂがスライド変位されると、レバー部３９ｃが第２シャフト３９ｄの中心軸が通る部分を支点として搖動し、これに伴い第２シャフト３９ｄがその中心軸を中心として回転し、この第２シャフト３９ｄの回転に伴ってフォーク部３９ｅがその接続部を支点として回動することで、スライド部３５をスライド変位させる。例えば、図６に示す状態から第１シャフト３９ｂがスライド変位することで、フォーク部３９ｅが接続部を支点として回動して図８に示す状態となる。

（３）制御系
次に、図１２を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、自動車等の車両に搭載されており、車両に備わるＥＣＵ（エンジン制御ユニット）６０によって制御される。ＥＣＵ６０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。

ＥＣＵ６０には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ＥＣＵ６０は、エンジンに設けられたエンジン回転速度センサＳＷ１およびエアフローセンサＳＷ２と電気的に接続されており、これらのセンサからの入力信号（エンジン回転数および吸気流量の情報）を受け付ける。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサＳＷ３が設けられており、このアクセル開度センサＳＷ３による検出信号も上記ＥＣＵ６０に入力される。

ＥＣＵ６０は、各センサ（ＳＷ１〜ＳＷ３等）からの入力信号に基づいて種々の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、ＥＣＵ６０は、インジェクタ１０、点火プラグ１１、可変機構１３ａ、切替機構１４ａ、排気閉弁時期変更機構１４ｂ、スライドアクチュエータ３９、スロットル弁２５、およびＥＧＲ弁５２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駆動用の制御信号を出力する。

図１３は、エンジンの運転中にＥＣＵ６０によって参照される制御マップを概念的に示した図である。この制御マップでは、エンジンの運転領域が第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３の３つに分割されており、このうち、第１運転領域Ａ１はエンジンの最低負荷Ｔｍｉｎを含む最も低負荷側の領域に設定され、第３運転領域Ａ３はエンジンの最高負荷Ｔｍａｘを含む最も高負荷側の領域に設定されている。そして、第２運転領域Ａ２は、第１運転領域Ａ１と第３運転領域Ａ３との間の領域であってエンジン負荷が第１負荷（基準負荷）Ｔ１〜第２負荷Ｔ２の間の領域に設定されている。ＥＣＵ６０は、エンジンの運転中、負荷（アクセル開度に基づく要求トルク）およびエンジン回転数の各値から、エンジンが図１２のマップ中のどの運転領域で運転されているかを逐次判定し、各運転領域に応じてインジェクタ１０等を制御する。なお、当実施形態では、ポンピングロスを小さく抑えるべくスロットル弁２５はほぼ常時全開とされている。

（４）各運転領域での制御
各運転領域Ａ１、Ａ２、Ａ３での燃焼制御の内容について説明する。当実施形態では、高負荷側の領域に設定された第３運転領域Ａ３では、点火プラグ１１からの火花放電による強制点火をきっかけに混合気を火炎伝播により燃焼させるＳＩ燃焼が実行され、低負荷側の領域に設定された第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２では、ピストン４の圧縮作用により混合気を高温、高圧化して圧縮上死点付近で自己着火させるＣＩ燃焼が実行される。

図１４は、横軸をエンジン負荷として、エンジン負荷の変化に応じて筒内のガス成分がどのように変化するか、また、ＣＩ燃焼が実施される第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２においてエンジン負荷の変化に応じて各種制御パラメータがどのように変化するのかを示した図である。

（４−１）第１運転領域Ａ１
第１運転領域Ａ１では、上記のようにＣＩ燃焼が実施される。しかし、第１運転領域Ａ１は、エンジン負荷が低く筒内の温度が上昇しにくい領域である。そのため、この領域Ａ１では、混合気の自己着火が適正に行われるように筒内の温度を高める必要がある。

そこで、第１運転領域Ａ１では、高温の内部ＥＧＲガスを筒内に多量に導入するとともに、外部ＥＧＲを停止して比較的低温の外部ＥＧＲガスの筒内への導入を禁止する。

具体的には、第１運転領域Ａ１では、排気弁９の開閉モードが内部ＥＧＲモードとされて、排気ポート７から筒内に排気を逆流させる内部ＥＧＲが実施される。また、図１４に示すように、第１運転領域Ａ１では、ＥＧＲ弁５２が閉弁されて、外部ＥＧＲが停止される。

さらに、第１運転領域Ａ１では、多量の内部ＥＧＲガスを確保するために、スライド部３５が最下流位置とされてスライド部３５に生じる負圧が最も小さくされる。すなわち、スライド部３５に生じる負圧が大きいと、筒内および排気ポート７内のガスを下流側へ吸い出す力が大きくなり、排気が排気ポート７から筒内へ逆流しにくくなる。そこで、第１運転領域Ａ１では、上記のように、スライド部３５を最下流位置として、スライド部３５に生じる負圧および筒内への排気の逆流量すなわち内部ＥＧＲガス量を多く確保する。

このように、第１運転領域Ａ１では外部ＥＧＲを停止する一方多量の内部ＥＧＲガスを筒内に導入する。

ただし、第１運転領域Ａ１であってもエンジン負荷が高く燃焼によって筒内の温度がある程度高められる場合には、過剰に大量の内部ＥＧＲガスを導入すると過早着火等の異常燃焼が生じるおそれがある。すなわち、筒内の温度が高くなり過ぎて混合気が所望の着火時期（例えば、最大トルクが得られる時期）よりも早い時期に着火してしまうおそれがある。また、燃焼速度が高くなって、燃焼騒音が増大するおそれがある。

そこで、当実施形態では、第１運転領域Ａ１のうち負荷が低くＣＩ燃焼の実現が最も困難な領域（図１２における負荷Ｔ０以下の領域）では、内部ＥＧＲ率（筒内の全ガス量のうち内部ＥＧＲガスが占める割合）を最大として筒内の温度を確実に高める一方、第１運転領域Ａ１のうち負荷が高く燃焼安定性がある程度確保される領域（負荷Ｔ０〜Ｔ１の領域）では、エンジン負荷が増大するほど内部ＥＧＲ率を減少させていく。

具体的には、第１運転領域Ａ１のうち負荷Ｔ０以下では、エンジン負荷によらず排気閉弁時期ＥＶＣを最遅角時期として、吸気行程中に排気弁９が開弁している期間を最大とする。そして、これにより、吸気行程中に排気弁９を通って排気ポート７から筒内に逆流する内部ＥＧＲガス量を最大とする。一方、エンジン負荷Ｔ０以上では、エンジン負荷が増大するほど、排気弁９の閉弁時期ＥＶＣを進角側に変更して吸気行程中における排気弁９の開弁期間を小さくしていき、吸気行程中に筒内に逆流する内部ＥＧＲガス量を少なくする。

このように、エンジン負荷Ｔ０以上では、エンジン負荷が増大するほど内部ＥＧＲ率を減少させることで、筒内の温度が過剰に高くなることが回避されるとともに、エンジン負荷の増大に合わせて新気量が増大され、エンジン負荷に合った新気量が確保される。

なお、当実施形態では、熱効率を高めるべく、また、ＲａｗＮＯｘ（触媒で浄化されるまえのＮＯｘ）の生成を抑制するべく、第１運転領域Ａ１では、均質リーンＣＩ燃焼を実施しており、吸気行程中の所定時期に比較的少量の燃料を噴射するとともに、混合気の空気過剰率λが１以上（例えば２．４以上）とされる。当実施形態では、第１運転領域Ａ１では、ポンピングロスを抑えるべくスロットル弁は全開としており、混合気がリーンとなる範囲で内部ＥＧＲ率が上記のように制御される。

（４−２）第２運転領域Ａ２
第２運転領域Ａ２においても、ＣＩ燃焼が実施される。ただし、第２運転領域Ａ２は、エンジン負荷が比較的高く燃焼によって筒内の温度が高くなりやすい領域である。そのため、この領域Ａ２では、第１運転領域Ａ１と異なり、過早着火等の異常燃焼や燃焼騒音の増大が生じるのを回避するために、筒内の温度を低く抑える必要がある。特に、当実施形態では、第２運転領域Ａ２が、エンジン負荷が高く（筒内に噴射される燃料量が多く）燃料周囲の混合気がリッチ（空気過剰率が小さく）になって過早着火等が生じやすい領域であって、圧縮端温度（圧縮上死点での温度）すなわち燃焼開始前の温度（なお、燃焼開始が圧縮上死点よりも前である場合には、仮に燃焼が開始していないとしたときの圧縮上死点での温度）を第１運転領域Ａ１よりも低く抑える必要のある領域に設定されている。そのため、第２運転領域Ａ２では、確実に筒内の温度を低く抑える必要がある。

そこで、第２運転領域Ａ２では、内部ＥＧＲ率を小さくするとともに、外部ＥＧＲを実施する。すなわち、第２運転領域Ａ２では、比較的高温の内部ＥＧＲガスを減少させることで圧縮開始前の筒内の温度を低下させ、これにより圧縮端温度を低下させる。また、比較的低温の外部ＥＧＲガスを導入することで、ＥＧＲガスによる筒内のガス温度の上昇を抑制しつつトータルのＥＧＲガス（内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスとからなるガス）量すなわち比熱比が高い不活性ガス量を確保し、これにより圧縮端温度を低く抑えるとともに燃焼温度を低く抑える。ここで、燃焼温度が低下すれば排気の温度が低下して、ＥＧＲガスの温度、特に、内部ＥＧＲガスの温度が低下するため、これによって、圧縮開始前の筒内の温度ひいては圧縮端温度はさらに低下する。

具体的には、第２運転領域Ａ２においても、排気弁９の開閉モードは内部ＥＧＲモードとされて、排気ポート７から筒内への排気の逆流が行われる。一方、第２運転領域Ａ２では、これに加えて、ＥＧＲ弁５２が開弁されて、低温の外部ＥＧＲガスが筒内に導入される。

また、第２運転領域Ａ２では、外部ＥＧＲガスを多く確保するとともに内部ＥＧＲガス量を確実に低減するために、スライド部３５が最下流位置よりも上流側の位置とされてスライド部３５に生じる負圧が第１運転領域Ａ１よりも増大される。すなわち、上記のように、スライド部３５に生じる負圧が大きいと、筒内および排気ポート７内のガスを下流側へ吸い出す力が大きくなり、排気流量が多くなる。従って、上記負圧を大きくすれば、ＥＧＲ通路５１に流入する外部ＥＧＲガスの量も多くなる。また、排気が排気ポート７から筒内へ逆流しにくくなり、内部ＥＧＲガスの量が少なくなる。

特に、当実施形態では、上記のように、内部ＥＧＲモードの開閉時において排気弁９の開弁期間と吸気弁８の開弁期間とがオーバーラップしている。そのため、気筒の掃気性を高めて筒内および排気ポート７から下流に排出される排気の量を多くすることができ、よりすみやかに外部ＥＧＲガスの還流量の増大および内部ＥＧＲガス量の減少を実現することができる。

第２運転領域Ａ２内の詳細な制御内容について次に説明する。

図１４に示すように、第２運転領域Ａ２のうち低負荷側の領域、具体的には、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が第１負荷Ｔ１から特定負荷Ｔ３までの間の特定領域Ａ２＿ａでは、エンジン負荷の増大に伴って外部ＥＧＲ率（筒内の全ガス量のうち外部ＥＧＲガスが占める割合）が０から所定量まで徐々に増大されるとともに、エンジン負荷の増大に伴って内部ＥＧＲ率が徐々に低減される。さらに、この領域Ａ２＿ａでは、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率とを合わせたトータルのＥＧＲ率が、エンジン負荷の増大に伴って徐々に増大される。

当実施形態では、内部ＥＧＲ率を、第１運転領域Ａ１の最低内部ＥＧＲ率すなわち第１運転領域Ａ１の最大負荷Ｔ１における内部ＥＧＲ率Ｅ１から徐々に低減するとともに、その低減割合（エンジン負荷の増加量に対する内部ＥＧＲ率の低下量）を第１運転領域Ａ１の高負荷側の領域（負荷Ｔ０〜Ｔ１）とほぼ同じ割合とする。すなわち、当実施形態では、負荷Ｔ０〜Ｔ３までの間において、エンジン負荷の増大に伴って連続して一定の割合で内部ＥＧＲ率が低減するようにする。

そして、外部ＥＧＲ率を、この内部ＥＧＲ率の低下量よりも多い割合でエンジン負荷の増大に伴って増大し、これにより、トータルのＥＧＲ率をエンジン負荷の増大に伴って増大する。

具体的には、特定領域Ａ２＿ａでは、ＥＧＲ弁５２の開度をエンジン負荷の増大に合わせて全閉から全開に徐々に増大するとともに、スライド部３５の位置をエンジン負荷の増大に合わせて最下流位置から最上流位置に向けて徐々に変更し、これにより、エンジン負荷の増大に伴って外部ＥＧＲ量を徐々に増大されつつ内部ＥＧＲガスの導入を抑制する。

また、排気閉弁時期ＥＶＣをエンジン負荷の増大に伴って徐々に進角側に変更し、これにより、内部ＥＧＲガス量を徐々に低減していく。

ここで、上記のように、スライド部３５の位置が上流側に変更されてスライド部３５に生じる負圧が多くなると内部ＥＧＲガスが筒内に導入されにくくなる。そのため、特定領域Ａ２＿ａでは、上記のようにスライド部３５が上流側に変更されることで内部ＥＧＲガスの筒内への導入が抑制されており、内部ＥＧＲガスを低減するための排気閉弁時期ＥＶＣの進角量は少なくてよい。従って、図１４に示すように、特定領域Ａ２＿ａにおける、排気閉弁時期ＥＶＣのエンジン負荷に対する進角量は、第１運転領域Ａ１の高負荷側における排気閉弁時期ＥＶＣの進角量よりも小さくされる。

一方、第２運転領域Ａ２のうち特定領域Ａ２＿ａよりも高負荷側の領域すなわちエンジン負荷が特定負荷Ｔ３から第２負荷Ｔ２までの領域では、エンジン負荷によらず外部ＥＧＲ率をほぼ一定に保ちつつ、内部ＥＧＲ率をエンジン負荷の増大に伴って徐々に低減していく。これに伴い、この領域では、トータルのＥＧＲ率はエンジン負荷の増大に伴って徐々に減少していき、新気量がエンジン負荷の増大に伴って増大され、エンジン負荷に応じた新気量が確保される。

当実施形態では、内部ＥＧＲ率を、特定負荷Ｔ３における内部ＥＧＲ率Ｅ２から徐々に低減するとともに、その低減割合を特定領域Ａ２＿ａにおける割合とほぼ同じとする。すなわち、当実施形態では、負荷Ｔ０〜Ｔ２の領域でエンジン負荷の増大に伴って連続して一定の割合で内部ＥＧＲ率が低減するようにする。

具体的には、この領域では、ＥＧＲ弁５２の開度を全開に維持するとともに、スライド部３５の位置を最上流位置に維持して、外部ＥＧＲ率をほぼ一定に維持する。また、排気閉弁時期ＥＶＣをエンジン負荷の増大に伴って徐々に進角側に変更し、これにより、内部ＥＧＲガス量を徐々に低減していく。

ここで、上記特定領域Ａ２＿ａと同様に、この領域でも、排気閉弁時期ＥＶＣのエンジン負荷に対する進角量は、第１運転領域Ａ１の高負荷側における排気閉弁時期ＥＶＣの進角量よりも小さくされる。

このように、当実施形態では、ＣＩ燃焼が実施される第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２とを含む特定の運転領域において、内部ＥＧＲ率をエンジン負荷の増大に伴って徐々に低減する。一方、トータルのＥＧＲ率は、第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２の全体においてエンジン負荷に応じて連続して変化させるが、第１負荷Ｔ１まではエンジン負荷が増大するほど小さくし、第１負荷Ｔ１から第２負荷Ｔ２において一旦上昇させる。そして、第２負荷以降、再びエンジン負荷の増大に伴って減少させる。

なお、当実施形態では、第２運転領域Ａ２のうち特定領域Ａ２＿ａでは、第１運転領域Ａ１と同様に、均質リーンＣＩ燃焼を実施する一方、これよりも高負荷側の領域では、空気過剰率λを１にするとともに、この均質リーンＣＩ燃焼実施時よりも遅いタイミング、例えば圧縮行程中の所定時期に燃料を噴射させて圧縮自己着火燃焼を行わせる。このように、燃料噴射のタイミングを遅らせるのは、異常燃焼や過大な燃焼騒音が生じるのをより確実に回避するためである。

（４−３）第３運転領域Ａ３
第３運転領域Ａ３では、上記のように、ＳＩ燃焼が実施される。例えば、この領域Ａ３では、混合気の空気過剰率λが１にされるとともに、圧縮行程の後期のような比較的遅いタイミングでインジェクタ１０から燃料が噴射され、この燃料噴射の後に点火プラグ１１に火花点火が行われて、これにより、圧縮上死点を少し過ぎたタイミング（膨張行程の初期）から火炎伝播により混合気が燃焼する。

なお、吸気弁８は、新気量等に応じて可変機構１３ａによってその開閉時期が変更される。例えば、ＣＩ燃焼が実施される第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２では、吸気弁８の閉弁時期は比較的進角側とされ、ＳＩ燃焼が実施される第３運転領域Ａ３では、吸気弁８の閉弁時期は遅角側とされ開弁期間が長くされる。

（５）作用等
以上のように、当実施形態に係るエンジンでは、相対的に負荷が低く筒内の温度が低くなりやすい第１運転領域Ａ１において、排気弁が内部ＥＧＲモードで駆動されて排気ポートから筒内に高温の内部ＥＧＲガスが逆流されるとともに外部ＥＧＲガスが停止される。そのため、筒内の温度を混合気の自己着火が可能な適切な温度にして、適正なＣＩ燃焼を実現することができる。特に、第１運転領域Ａ１において、スライド部３５が最下流位置とされて、スライド部３５に発生する負圧が小さく抑えられている。そのため、排気ポート７から筒内に逆流する内部ＥＧＲガス量を多く確保することができ、燃焼安定性を高めることができる。

一方、第１運転領域Ａ１よりもエンジン負荷が高く筒内の温度が高くなりやすい第２運転領域Ａ２では、外部ＥＧＲが実施されて温度の低い外部ＥＧＲガスが筒内に導入される。そのため、筒内の温度を適切に低く抑えることができ、過早着火等の異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大を抑制することができる。

特に、当実施形態では、第２運転領域Ａ２において、スライド部３５が最下流位置よりも上流側の位置とされて、スライド部３５に生じる負圧が大きくされる。そのため、この第２運転領域Ａ２において、排気流量を高めて外部ＥＧＲガスを確実に筒内へ還流することができるとともに高温の内部ＥＧＲガスの筒内への逆流量を少なく抑えることができ、筒内の温度が過剰に高くなるのをより確実に回避することができる。

しかも、当実施形態では、第２運転領域Ａ２において、排気弁９の開弁期間と吸気弁８の開弁期間とがオーバーラップされて気筒の掃気性が高められているため、排気流量ひいては外部ＥＧＲガスの還流量をより確実に高めることができる。

また、当実施形態では、基本的に、エンジン負荷の増大に伴ってトータルＥＧＲ率が減少される一方、第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２との特定領域Ａ２＿ａにおいて一旦エンジン負荷の増大に合わせてトータルＥＧＲ率が増大される。そのため、エンジン負荷の増大に合わせて新気量を増大させつつ、特定領域Ａ２＿ａを含む第２運転領域Ａ２においてトータルのＥＧＲガス量すなわち比熱比の高い不活性ガスを比較的多くすることができ、第２運転領域Ａ２において筒内の温度が過剰に高くなるのを回避することができる。

特に、特定領域Ａ２＿ａでは、エンジン負荷の増大に伴って内部ＥＧＲ率が小さくされながらトータルＥＧＲ率が大きくされることで、内部ＥＧＲガス量を減らしつつ比熱比の高いＥＧＲガス量の減少を抑制することができる。そのため、第１運転領域Ａ１から第２運転領域Ａ２への切り替え時に異常燃焼が発生することおよび燃焼騒音が増大するのをより確実に回避することができる。

また、この特定領域Ａ２＿ａにおいて、スライド部３５がエンジン負荷の増大に合わせて徐々に上流側に変位されて、第１運転領域Ａ１から第２運転領域Ａ２への切替時に外部ＥＧＲガスの筒内への還流量が徐々に増大されるように構成されているため、これら領域間での外部ＥＧＲガス量（率）の変更を円滑に行うことができる。

また、当実施形態では、第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２の全体においてエンジン負荷が増大するほど内部ＥＧＲ率が小さくなるよう構成されており、エンジン負荷に合った新気量を確保することができる。そして、上記のように、第２運転領域Ａ２では、スライド部３５が上流側の位置とされて負圧が増大され、これに伴って内部ＥＧＲガスの筒内への逆流が抑制されることに伴い、内部ＥＧＲ率をエンジン負荷の増大に合わせて低下させるために必要な排気弁９の閉弁時期ＥＶＣの進角量を小さく抑えることができる。従って、当実施形態では、排気弁９の応答性を高めることも可能となる。

（６）変形例
上記実施形態では、各独立排気通路３１を上記のように構成するとともにこれらに対して上下流方向に変位するスライド部３５を設け、各独立排気通路３１から排出された排気が集合する排気集合部（スライド部３５）に負圧が生成されるように、また、このスライド部３５の変位によって排気集合部（スライド部３５）に生じる負圧が変更されるようにした場合について説明したが、上記負圧を生成するための具体的構成およびこの負圧を変更するための具体的構成はこれに限らない。

例えば、各独立排気通路３１の下流側に固定式の通路およびこの通路の流路面積を変更可能なバルブ等を設け、このバルブ等によって流路面積を絞ることで負圧を発生させるとともに、この流路面積の絞り量を変更することで負圧を変更させてもよい。

また、スライド部３５を変位させるためのスライドアクチュエータ３９の具体的構成は上記に限らない。

また、上記実施形態では、４つの気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの各排気ポート７からそれぞれ個別に独立排気通路３１が延びる場合について説明したが、排気順序が連続しない気筒については、これら気筒の排気ポート７からそれぞれ延びる独立排気通路を下流側において一本の通路にまとめてもよい。例えば、４気筒エンジンにおいて、上流側が二股に分岐した独立排気通路を用意し、この独立排気通路の２つの上流端を排気順序が連続しない２番気筒２Ｂの排気ポートおよび３番気筒２Ｃに接続させるようにしてもよい。

また、エンジン負荷に対する内部ＥＧＲ率、外部ＥＧＲ率、トータルＥＧＲ率の変化は上記に限らない。

１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
７ 排気ポート
９ 排気弁
１４ 動弁機構（排気弁駆動機構）
２０ 吸気通路
３０ 排気システム
３１ 独立排気通路
３４ 集約部
３５ スライド部（排気集合部）
３９ スライドアクチュエータ（負圧変更手段）
５０ 外部ＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ手段）
６０ ＥＣＵ（制御手段）
Ａ１ 第１運転領域
Ａ２ 第２運転領域

Claims (7)

1. 複数の気筒とこれら気筒内に空気を導入するための吸気通路とを有し、少なくとも一部の運転領域にてガソリンを含む燃料と空気との混合気が圧縮自己着火燃焼される圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
   複数の気筒の各排気ポートから延びる複数の独立排気通路と、
   上記各独立排気通路の下流側に設けられて、各独立排気通路と連通する共通の空間を形成する排気集合部と、
   上記排気集合部で発生する負圧を変更可能な負圧変更手段と、
   各気筒の排気弁を駆動する排気弁駆動機構と
   各気筒から排出された排気を外部ＥＧＲガスとして上記吸気通路を介して各気筒内に還流する外部ＥＧＲ手段と、
   上記負圧変更手段を含むエンジンの各部を制御する制御する制御手段とを備え、
   上記排気弁駆動機構は、各気筒の排気ポートに一旦排出された排気が内部ＥＧＲガスとして各気筒内に逆流するように各気筒の排気弁を排気行程に加えて吸気行程でも開弁する内部ＥＧＲモードで開閉可能であり、
   上記制御手段は、
   上記圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域のうち所定の基準負荷よりもエンジン負荷の低い第１運転領域では、上記排気弁駆動機構によって排気弁を上記内部ＥＧＲモードで開閉させるとともに上記外部ＥＧＲガスの各気筒内への還流が停止されるように上記外部ＥＧＲ手段を制御し、
   上記圧縮自己着火燃焼が行われる運転領域のうち上記基準負荷よりもエンジン負荷の高い第２運転領域では、上記排気弁駆動機構によって排気弁を上記内部ＥＧＲモードで開閉させ、かつ、上記外部ＥＧＲガスが各気筒内に還流されるとともに上記排気集合部内の負圧が上記第１運転領域のときよりも大きくなるように上記外部ＥＧＲ手段および上記負圧変更手段を制御することを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
2. 請求項１に記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
   上記制御手段は、上記第２運転領域において、各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
3. 請求項１または２に記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
   上記制御手段は、上記第１運転領域と第２運転領域とを含む運転領域において、気筒内の全ガス量に対する上記内部ＥＧＲガス量の割合である内部ＥＧＲ率を、エンジン負荷が高い側ほど小さくすることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
4. 請求項３に記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
   上記制御手段は、上記第２運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域では、エンジン負荷が高いほど上記内部ＥＧＲ率を小さくしつつ、気筒内の全ガス量に対する上記外部ＥＧＲガス量の割合である外部ＥＧＲ率と上記内部ＥＧＲ率とを合わせたトータルＥＧＲ率をエンジン負荷が高いほど大きくすることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
5. 請求項４に記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
   上記制御手段は、上記第２運転領域のうちエンジン負荷が上記基準負荷から特定の負荷までの領域では、エンジン負荷が高いほど上記排気集合部内の負圧が大きくなるように上記負圧変更手段を制御することを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
6. 請求項３〜５のいずれかに記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
   上記排気弁駆動機構は、各気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能であり、
   上記制御手段は、上記第１運転領域と第２運転領域とを含む運転領域において、上記排気弁駆動機構によって排気弁の閉弁時期をエンジン負荷が高い側ほど進角側にするとともに、エンジン負荷の単位増加量に対する排気閉弁時期の進角量を進角変化率としたとき、上記第２運転領域における排気弁の進角変化率を上記第１運転領域のそれよりも小さくすることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の圧縮自己着火ガソリンエンジンであって、
   上記第２運転領域は、ピストンが圧縮上死点にあるときの気筒内の温度である圧縮端温度の目標値が上記第１運転領域よりも低い値となる領域に設定されていることを特徴とする圧縮自己着火ガソリンエンジン。

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