JP6528818B2 - 過給機付き圧縮自己着火式エンジン - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、過給機付き圧縮自己着火式エンジンに関する。

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圧縮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、前記所定領域においては、排気弁の閉時期を上死点前にしかつ吸気弁の開時期を上死点後にすることにより、吸気弁及び排気弁を共に閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けている。これにより、高温のＥＧＲガスが燃焼室内に導入されるため、燃焼室内の温度が高くなって、混合気が圧縮着火する。

特許文献２には、吸気通路に機械式過給機とインタークーラーとを設け、過給した吸気を冷却してエンジンに供給するエンジンが記載されている。このエンジンは、所定の運転状態において、電磁クラッチをオフにすることによって機械式過給機を非駆動にすると共に、機械式過給機及びインターをバイパスするエアバイパス通路の制御弁を閉じることにより、機械式過給機を圧力差によって予回転させる。これにより、電磁クラッチをオンにしたときのトルクショックの発生を防止する。

特開２００９−１９７７４０号公報 特許第３５６４９８９号公報

自己着火による燃焼は、燃焼室内の温度を適正な範囲に調整しなければならない。燃焼室内の温度の調整は、例えば燃焼室に導入するＥＧＲガスの量を調整することによって行ってもよい。ＥＧＲガスは、燃焼室内の既燃ガスを燃焼室内に吹き戻すことによって燃焼室内に導入される内部ＥＧＲガスと、吸気通路と前記エンジンの排気通路とを接続するＥＧＲ通路を通じて還流されかつ、燃焼室に導入される外部ＥＧＲガスとを含む。

過給機付きエンジンにおいては、過給圧の高低により吸気通路の圧力状態がエンジンの運転状態に応じて変化する。そのため、燃焼室に導入される内部ＥＧＲガスの量、及び、外部ＥＧＲガスの量は、エンジンの運転状態の影響を受ける。

ここに開示する技術は、過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、燃焼室内にＥＧＲガスが適切に導入される。

具体的に、ここに開示する過給機付き圧縮自己着火式エンジンは、燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼するエンジンと、前記燃焼室に接続された吸気通路と、前記吸気通路に配設された過給機と、前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部と、前記吸気通路における前記過給機の上流と下流とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、前記燃焼室内の既燃ガスを前記燃焼室内に吹き戻すよう吸気弁及び排気弁の開閉動作を可変にすることによって、前記燃焼室内に内部ＥＧＲガスを導入する可変動弁機構と、前記吸気通路と前記エンジンの排気通路とを接続するＥＧＲ通路を通じて排気ガスの一部を前記吸気通路に還流することによって、前記燃焼室内に外部ＥＧＲガスを導入する外部ＥＧＲシステムと、前記切替部、前記流量制御弁、前記可変動弁機構及び前記外部ＥＧＲシステムに接続されかつ、前記切替部、前記流量制御弁、前記可変動弁機構及び前記外部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する制御部と、を備える。

前記外部ＥＧＲシステムは、前記ＥＧＲ通路に配設されかつ、外部ＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲ弁を有し、前記切替部に前記過給機を非駆動にする制御信号を出力することによって前記過給機による吸気の過給を停止した状態で前記エンジンを運転するときには、前記流量制御弁の開度を大きくすると共に、前記燃焼室内に少なくとも内部ＥＧＲガスを導入するよう、前記可変動弁機構に制御信号を出力すると共に、前記切替部に前記過給機を駆動させる制御信号を出力することによって前記過給機により吸気の過給を行っている状態で、前記エンジンを運転するときには、前記流量制御弁の開度を小さくすると共に、前記燃焼室内に少なくとも外部ＥＧＲガスを導入するように、前記ＥＧＲ弁に制御信号を出力する。

前記制御部は、前記過給機により吸気の過給を行っている状態において、前記エンジンの負荷が高くなるに従い前記ＥＧＲ弁の開度が小さくなりかつ、負荷が低くなるに従い前記ＥＧＲ弁の開度が大きくなるよう、前記ＥＧＲ弁に制御信号を出力する。

ここで、「エンジン」は、燃焼室が吸気行程、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とすればよい。エンジンは、燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼する。自己着火による燃焼を安定化させるためには、燃焼室内の温度を適切に調整することが好ましく、温度調整のために、燃焼室内にＥＧＲガスを適切に導入することが求められる。

過給機は、例えばエンジンによって駆動される機械式の過給機とすればよい。過給機は、電気エネルギにより駆動する電動式の過給機としてもよい。

制御部が切替部に過給機を非駆動にする制御信号を出力すると、過給機は非駆動になって、吸気の過給を停止する。このときに、流量制御弁の開度を大きくすることによって、吸気は、過給機をバイパスして燃焼室内に導入される。過給機による吸気の過給が停止した状態でエンジンを運転するときには、吸気通路の圧力が低い。そのため、例えば排気上死点付近において吸気弁及び排気弁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と、排気行程中に開いた吸気弁を通じて吸気ポートに既燃ガスを排出することができ、その後の吸気行程中に、吸気ポートに排出した既燃ガスを内部ＥＧＲガスとして、燃焼室内に吹き戻すことが可能になる。過給機による吸気の過給が停止しているときには、可変動弁機構によって、内部ＥＧＲガスを適切に導入することができる。尚、吸気弁及び排気弁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ガスを燃焼室の中に導入して（又は燃焼室の中に閉じ込めて）もよい。また、過給機による吸気の過給が停止しているときに、内部ＥＧＲガスだけでなく、外部ＥＧＲガスを導入してもよい。

制御部が切替部に過給機を駆動する制御信号を出力すると、過給機は駆動する。このときに、流量制御弁の開度を小さくすることによって、吸気は過給機を通過し、過給機は吸気の過給を行う。過給機により吸気の過給を行っている状態でエンジンを運転するときには、吸気通路の圧力が高くなる。そのため、例えば吸気弁を排気行程中に開いても、既燃ガスが吸気ポートに排出されにくい。つまり、内部ＥＧＲガスは、適切に導入することができない、又は、適切に導入することが困難である。

そこで、過給機により吸気の過給を行っている状態で、エンジンを運転するときには、外部ＥＧＲシステムによって、少なくとも外部ＥＧＲガスを燃焼室に導入する。つまり、吸気通路とエンジンの排気通路とを接続するＥＧＲ通路を通じて排気ガスの一部を吸気通路に還流することによって、燃焼室内に外部ＥＧＲガスを導入する。これにより、過給機により吸気の過給を行っているときに、外部ＥＧＲガスを燃焼室内に適切に導入することができる。

前記制御部は、前記エンジンの負荷が所定の切替負荷よりも低いときに、前記過給機による吸気の過給を停止すると共に、前記エンジンの負荷が前記切替負荷以上のときに、前記過給機による吸気の過給を行う、としてもよい。

エンジンの負荷が切替負荷よりも低いときには、過給機による吸気の過給を停止する。このときには、可変動弁機構によって、燃焼室内に内部ＥＧＲガスが導入される。内部ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路を通過しないため、外部ＥＧＲガスよりも温度が高くなる。

エンジンの負荷が切替負荷よりも低いときには、混合気の自己着火を安定化させるため、燃焼室内の温度は高い温度が要求される。前記の構成では、高温の内部ＥＧＲガスを、適切に燃焼室内に導入することができるから、燃焼室内の温度を、適切に高めることができる。混合気の自己着火の安定化に有利になる。

エンジンの負荷が切替負荷以上のときには、過給機により吸気の過給を行う。このときには、外部ＥＧＲシステムによって、燃焼室内に外部ＥＧＲガスが導入される。外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路を通過するため、内部ＥＧＲガスよりも温度が低くなる。

エンジンの負荷が切替負荷以上のときには、燃焼室内の温度として、それほど高い温度は要求されない。外部ＥＧＲシステムによって、外部ＥＧＲガスを適切に導入することによって、燃焼室内の温度を適切に調整することができる。例えば過早着火等の異常燃焼を回避する上で有利になる。

前記制御部は、前記切替負荷を含む運転領域において、前記燃焼室内に前記内部ＥＧＲガスと前記外部ＥＧＲガスとの両方を導入する、としてもよい。

外部ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路を通って排気ガスを還流させるため、外部ＥＧＲガスの非導入から導入へと切り替える際の応答性が低い。過給機の過給停止と過給とを切り替える切替負荷を含む運転領域において、可変動弁機構と外部ＥＧＲシステムとの両方によって燃焼室内に内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスの両方を導入すれば、エンジンの負荷が高くなって、過給機が過給停止から吸気の過給へと切り替わったときに、外部ＥＧＲガスの導入が遅れることを防止することができる。

前記可変動弁機構は、前記吸気弁と前記排気弁と両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内に内部ＥＧＲガスを導入し、前記可変動弁機構は、前記過給機により吸気の過給を行っている状態で、前記エンジンを運転するときにも、前記吸気弁と前記排気弁と両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内の残留ガスの掃気を行う、としてもよい。

前述したように、吸気弁と排気弁との両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることにより、過給機が吸気の過給を行っていない状態では、内部ＥＧＲガスを燃焼室内に適切に導入することができる。

これに対し、過給機が吸気の過給を行っている状態で、オーバーラップ期間を設けると、エンジンの吸気側と排気側との圧力差によって、燃焼室内の既燃ガスを排気側に押し出すことができる。残留ガスの掃気によって、燃焼室内の温度を調整することができる。また、過給機が吸気の過給を行う過給時に、燃焼室内に導入される新気量を増やすことができる。エンジンのトルクの向上、及び、燃費性能の向上に有利になる。

前記オーバーラップ期間は、前記過給機による吸気の過給を停止した状態と、吸気の過給を行っている状態とにおいて一定である、としてもよい。

オーバーラップ期間を一定にすれば、エンジンの負荷の変化に対する制御ロバスト性が高まる。

前記エンジンは、幾何学的圧縮比が１３以上３０以下である、としてもよい。

エンジンの幾何学的圧縮比を高くすると、自己着火による燃焼の安定化に有利であるが、過早着火を招く恐れもある。前述したように、この構成は、ＥＧＲガスを燃焼室内に適切に導入することにより、燃焼室内の温度を適切に調整することができるから、幾何学的圧縮比が１３以上３０以下のエンジンにおいて過早着火を回避しながら、自己着火による燃焼を安定化することができる。

また、幾何学的圧縮比を上げすぎないことによって冷却損失の低減に有利になると共に、機械損失の低減にも有利になる。エンジンの燃費性能が向上する。

前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む、としてもよい。

ガソリンを含有する燃料は、高温の燃焼室内において過早着火を招く恐れがあるが、前述したように、圧縮端温度の調整を行うことにより、ガソリンを含有する燃料を使用するエンジンにおいて、過早着火を回避しながら、圧縮自己着火による燃焼を安定化することができる。

以上説明したように、前記の過給機付き圧縮自己着火式エンジンによると、燃焼室内にＥＧＲガスを適切に導入することができる。

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Ａ−Ａ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、エンジンの運転領域マップを例示する図である。 図６は、各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期と、燃焼波形とを例示する図である。 図７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８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９は、吸気の過給とＥＧＲの導入とに係るエンジンの制御プロセスを例示するフローチャートである。 図１０は、エンジンの負荷の高低に対するＥＧＲ率、過給機の駆動状態、吸気弁及び排気弁のオーバーラップ量、及び、ＥＧＲ弁開度の変化を例示する図である。

以下、過給機付き圧縮自己着火式エンジン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、エンジンの一例である。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、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、一つのシリンダ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の上図に示すように、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、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よりも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、燃焼室１７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。

エンジン１の幾何学的圧縮比は、１３以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、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、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。このエンジン１は、混合気の自着火のためにピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。つまり、エンジン１は、ＣＩ燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。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。エンジン１の幾何学的圧縮比は、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。

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の開時期及び閉時期は、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。この動弁機構は、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の開時期及び閉時期は、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。

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の開時期と排気弁２２の閉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、内部ＥＧＲシステム５５２を構成している。尚、内部ＥＧＲシステム５５２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。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、前述したようにキャビティ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。

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を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５をシリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置する一方、インジェクタ６を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側、又は、排気側に配設してよい。

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、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。

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、例えばリショルム式としてもよい。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、ルーツ式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。

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。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。インタークーラー４６は、油冷式であってもよい。

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、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。

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、複数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。上流の触媒コンバーターは、図示は省略するが、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５５１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システムは、ＥＧＲ通路５２、ＥＧＲ弁５４及びＥＧＲクーラー５３を含んで構成される外部ＥＧＲシステム５５１と、前述した吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含んで構成される内部ＥＧＲシステム５５２とを備えている。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５５１は、ＥＧＲ通路５２がＧＰＦ５１２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５５２よりも低温の既燃ガス（つまり、外部ＥＧＲガス）を、燃焼室１７に供給することができる。

圧縮自己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って、図４に示すように、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、制御部の一例である。

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１０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１０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）
図５は、温間時における、エンジン１の運転領域マップを例示している。エンジン１の運転領域マップ５０１、５０２は、負荷及び回転数によって定められており、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５の例では、回転数Ｎ１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Ｎ１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５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。図５においては、理解容易のために、エンジン１の運転領域マップ５０１、５０２を二つに分けて描いている。マップ５０１は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、過給機４４の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。マップ５０２は、各領域におけるスワールコントロール弁５６の開度を示している。

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、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、圧縮自己着火による燃焼を行う。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。以下、各領域におけるエンジン１の運転について、図６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６における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６はそれぞれ、図５の運転領域マップ５０１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、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、低負荷領域（１）−１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。

図６の符号６０１は、エンジン１が低負荷領域（１）−１における運転状態６０１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）を示している。

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ＳＩ燃焼をすると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする。

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、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、圧縮上死点付近で点火プラグ２５が混合気に点火する、これによって、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６０１４は、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、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。図６の例では、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形６０１４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６０１４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。

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。尚、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けようにしてもよい。

また、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、強い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、スワール比は４以上になる。ここで、スワール比を定義すると、「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である。吸気流横方向角速度は、図７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７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８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８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８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。エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、スワール比は４以上６以下とすればよい。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。

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。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。

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、圧縮行程中に燃料を複数回、燃焼室１７の中に噴射する（符号６０１１、６０１２）。複数回の燃料噴射と、燃焼室１７の中のスワール流とによって、前述したように、燃焼室１７の中央部と外周部とにおいて、混合気を成層化する。

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）。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。

図６の符号６０２は、エンジン１が中負荷領域（１）−２における運転状態６０２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）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の中の温度を適切になるよう調整する。

また、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、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。スワール流を強くすることにより、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、第１噴射６０２１と第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、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。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（符号６０２３）ことによって、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、未燃混合気が自己着火して、ＣＩ燃焼する。

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、図５に示すように、低負荷領域（１）−１の一部、及び、中負荷領域（１）−２の一部においては、過給機４４がオフにされる（Ｓ／Ｃ ＯＦＦ参照）。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（Ｓ／Ｃ ＯＮ参照）。

（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６の符号６０３は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）における低回転側の運転状態６０３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）を示している。また、符号６０４は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）における高回転側の運転状態６０４にて運転している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）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、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁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）における運転状態６０３にて運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において前段噴射６０３１を行うと共に、圧縮行程において後段噴射６０３２を行う。前段噴射は、例えば吸気行程の前半に開始し、後段噴射は、例えば圧縮行程の終期に行ってもよい。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、例えば圧縮上死点前２８０°ＣＡに、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（つまり、キャビティ３１の外の領域（図２参照））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、燃焼室１７の外周部の混合気の燃料濃度が、中央部の混合気の燃料濃度よりも濃くかつ、外周部の混合気の燃料量が、中央部の混合気の燃料量よりも多くなるようにする。具体的には、点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、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。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、又は１１以上、１２以下としてもよい。燃焼室１７の外周部は、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が低下する。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、又は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。

エンジン１が高負荷中回転領域（２）における運転状態６０４にて運転するときに、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。具体的に噴射６０４１は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。噴射６０４１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。噴射６０４１の開始を、吸気行程の前半にすることによって、前述したように、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、又は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、又は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、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。

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。

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。

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の回転数が低いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が長くなる。燃焼室１７に噴射した燃料の反応が進みすぎてしまって、ＳＰＣＣＩ燃焼をしようとしても過早着火を招く恐れがある。そこで、エンジン１が高負荷中回転領域（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。

図６の符号６０５は、エンジン１が高負荷中回転領域（３）における運転状態６０５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）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（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ガスをゼロにしてもよい。

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よりも大にしてもよい。

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、吸気行程において燃料を噴射する（符号６０５１）と共に、圧縮行程終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（符号６０５２）。膨張行程の初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの初期とすればよい。
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、リタード期間内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内のガス流動を強くすることができる。燃料圧力は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力に設定される。燃料圧力を高くすることによって、燃料の噴射期間及び混合気の形成期間を、それぞれ短くすることができると共に、燃焼室１７内のガス流動を、より強くすることができる。燃料圧力の上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。

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、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が高負荷低回転領域（３）において運転するときには、リタード期間内の燃料の噴射開始から点火までの時間が短い。混合気の着火性の向上及びＳＩ燃焼の安定化のためには、燃料を速やかに点火プラグ２５の付近に輸送する必要がある。

圧縮行程終期から膨張行程初期の期間において、インジェクタ６が燃料を噴射すると、ピストン３が圧縮上死点の近くに位置しているため、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、キャビティ３１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。

また、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）とすればよい。

図２の上図に二点鎖線で噴霧を例示するように、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う。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は、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６の符号６０６は、エンジン１が高回転領域（４）における負荷の高い運転状態６０６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）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）内の全開負荷の付近においては、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。インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する（符号６０６１）。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）。

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。

（過給機の制御とＥＧＲシステムの制御）
図５に示すように、過給機４４は、低負荷低回転の所定の運転領域（つまり、Ｓ／Ｃ ＯＦＦ領域）においては駆動せず、Ｓ／Ｃ ＯＦＦ領域以外の運転領域（つまり、Ｓ／Ｃ ＯＮ領域）において駆動する。ＥＣＵ１０は、エンジン１がＳ／Ｃ ＯＮ領域において運転しているときには、電磁クラッチ４５をオンするよう、制御信号を出力する。これにより、エンジン１の吸気側の圧力が、排気側の圧力よりも高くなる。過給機４４が過給を行っているときに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４が、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と、吸気が、吸気側から排気側へと吹き抜けるから、燃焼室１７内の残留ガスの掃気が行われる。この場合、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することはできない。ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入しようとすれば、外部ＥＧＲシステム５５１を利用することになる。

エンジン１がＳ／Ｃ ＯFF領域において運転しているときに、ＥＣＵ１０は、電磁クラッチ４５をオフするよう、制御信号を出力する。これにより、エンジン１の吸気側の圧力は、過給時よりも低下する。過給機４４が過給を行っていないときに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４が、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と、排気行程中に吸気ポート１８又は排気ポート１９に排出した既燃ガスを吸気行程において燃焼室１７の中に吹き戻すことができる。つまり、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することができる。

エンジン１は、過給機４４のオン／オフと、外部ＥＧＲシステム５５１及び内部ＥＧＲシステム５５２の切り替えとを組み合わせることによって、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを適切に導入する。

図９は、過給機４４のオン／オフと、外部ＥＧＲシステム５５１及び内部ＥＧＲシステム５５２の切り替えとに係る制御を示すフローチャートである。図９のフローチャートに従って、ＥＣＵ１０は、過給機４４のオン／オフと、外部ＥＧＲシステム５５１及び内部ＥＧＲシステム５５２の切り替えとを行う。図１０は、図９のフローに従って、過給機４４のオン／オフと、外部ＥＧＲシステム５５１及び内部ＥＧＲシステム５５２の切り替えとを実行した場合において、エンジン１の負荷の変化に対する、ＥＧＲ率の変化（符号１００１）、過給機４４のオン／オフの変化（符号１００２）、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（つまり、オーバラップ量）の変化（符号１００３）、及び、ＥＧＲ弁５４の開度の変化（符号１００４）を例示している。尚、図１０は、図５において、運転状態６０１、６０２、及び、６０３の間でエンジン１の負荷が変化していく場合に相当する。

先ず、スタート後のステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の信号を読み込む。ＥＣＵ１０は、続くステップＳ２において、エンジン１の運転領域を判断する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ３において、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３と排気電動Ｓ−ＶＴ２４とを通じて吸気弁２１と排気弁２２とのオーバーラップ量を調整する。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。図１０のグラフ１００３に示すように、オーバーラップ量は、エンジン１の負荷の高低に関わらず、一定又は略一定である。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において、エンジン１の運転状態が、過給機４４をオンにする領域にあるか否かを判断する。ステップＳ３の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ７に進み、ＮＯのときには、プロセスはステップＳ５に進む。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ８において過給機４４の電磁クラッチ４５をオンにする。図１０においては、負荷Ｌ１よりも右側が、過給を行う領域である。ＥＣＵ１０はまた、エアバイパス弁（ＡＢＶ）４８の開度を、所望の過給圧となるように調整する。過給機４４は、吸気の過給を行う。プロセスは、その後、ステップＳ９に進む。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ９において、ＥＧＲ弁５４の開度を調整する。これにより、外部ＥＧＲシステム５５１によって、外部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。すなわち、過給機４４が吸気の過給を行っているときには、外部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入する。

過給機４４が吸気の過給を行っているため、吸気通路４０の中の圧力が高くなる。内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することは困難になる。外部ＥＧＲシステム５５１によって、外部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することによって、燃焼室１７の中に、ＥＧＲガスを適切に導入することができる。図１０のグラフ１００４における右側に示すように、ＥＧＲ弁５４の開度は、エンジン１の負荷に応じて調整される。具体的に図１０の制御例では、エンジン１の負荷が高くなると、ＥＧＲ弁５４の開度が小さくなり、エンジン１の負荷が低くなると、ＥＧＲ弁５４の開度が大きくなる。これにより、外部ＥＧＲガスによるＥＧＲ率は、グラフ１００１に示すように、エンジン１の負荷が高くなると、ＥＧＲ率が低くなり、エンジン１の負荷が低くなると、ＥＧＲ率が高くなる。尚、エンジン１の負荷とＥＧＲ弁５４の開度との関係は、図１０に示すように連続的になるとは限らない。

外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路５２を通る上に、ＥＧＲ通路５２にはＥＧＲクーラー５３が配設されているため、内部ＥＧＲガスに比べて低温になる。図５に示すように、過給機４４をオンにする領域は、過給機４４をオフにする領域よりも高負荷、又は、高回転の領域であって、燃焼室１７の中の温度が高くなるため、低温の外部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することによって、燃焼室１７の中の温度を適切に調整することができる。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化することが可能になる。

また、前述の通り、過給機４４がオンのときには内部ＥＧＲガスを導入することは困難になるが、吸気弁２１及び排気弁２２のオーバーラップ期間が設けられている。これにより、燃焼室１７の残留ガスの掃気が行われる。このことも、燃焼室１７の中の温度を適切に調整することに寄与する。

また、エンジン１の負荷が高い又は回転数が高いときに、残留ガスの掃気を行うことにより、燃焼室１７の中に導入する新気量を増やすことができるから、エンジン１のトルクの向上及び燃費性能の向上に有利になる。

また、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、エンジン１の負荷が変わっても動かないため、エンジン１の負荷の変化に対する制御ロバスト性が高まる（図１０のグラフ１００３参照）。

図９のフローチャートに戻り、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５において過給機４４の電磁クラッチ４５をオフにする（図１０のグラフ１００２参照）。また、ＥＣＵ１０は、エアバイパス弁４８を開弁する。これにより、吸気は、過給機４４及びインタークーラー４６を通過せずにバイパス通路４７を通って、燃焼室１７の中に導入される。過給機４４が吸気の過給を行っていないときには、吸気通路４０の圧力が、過給時よりも低くなるため、排気行程中に吸気弁２１を開けたときに、燃焼室１７の中の既燃ガスの一部が吸気ポート１８に排出される。そして、吸気行程において、吸気ポート１８に排出された既燃ガスが、内部ＥＧＲガスとして燃焼室１７の中に吹き返される。過給機４４が吸気の過給を行っていないときには、内部ＥＧＲシステム５５２によって、燃焼室１７の中に、内部ＥＧＲガスを適切に導入することができる。吸気弁２１及び排気弁２２のオーバーラップ量が一定であるため（グラフ１００３参照）、内部ＥＧＲガスによるＥＧＲ率は、エンジン１の負荷の高低に関わらず、一定又は略一定である（グラフ１００１参照）。

内部ＥＧＲガスは、外部ＥＧＲガスよりも温度が高い。過給機４４が吸気の過給を行わない領域は、図５に示すように、エンジン１の負荷が低くかつ、回転数が低い領域であり、燃焼室１７の中の温度が低くなる。高温の内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することによって、燃焼室１７の中の温度を、ＳＰＣＣＩ燃焼に適した温度に調整することが可能になる。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ５の後のステップＳ６において、エンジン１の運転状態が過給領域の手前であるか否かを判定する。つまり、エンジン１の運転状態が、Ｓ／Ｃ ＯＦＦ領域内において、Ｓ／Ｃ ＯＦＦ領域とＳ／Ｃ ＯＮ領域との境界付近であるときには、ステップＳ５の判定がＹＥＳになり、それ以外のときには、ステップＳ５の判定がＮＯになる。ステップＳ６の判定がＮＯのときには、プロセスはステップＳ７に進む。ステップＳ６の判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ９に進む。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ７において、ＥＧＲ弁５８を閉じる。この場合、内部ＥＧＲガスのみが燃焼室１７の中に導入される（図１０のグラフ１００１、１００４参照）。

これに対し、ＥＣＵ１０は、ステップＳ９において、ＥＧＲ弁５８の開度を調整する。つまり、内部ＥＧＲシステム５５２によって内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入するＳ／Ｃ ＯＦＦ領域において、ＥＧＲ弁５８を開けることにより、外部ＥＧＲガスも燃焼室１７の中に導入する。これは、外部ＥＧＲシステム５５１の応答遅れに対応するためである．エンジン１の運転状態が、Ｓ／Ｃ ＯＮ領域に入り、外部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入するときに、ＥＧＲ弁５８を予め開けておくことによって、燃焼室１７の中に、外部ＥＧＲガスを速やかに導入させることができる。

図１０において、負荷Ｌ１は、過給機４４のオンとオフとを切り替える負荷に相当する。グラフ１００４に実線で示すように、ＥＧＲ弁５４は、負荷Ｌ１よりも低い負荷Ｌ２において閉弁状態から開弁状態へと変化する。ＥＧＲ弁５４は、エンジン１の負荷が負荷Ｌ２よりも高いときは、開弁したままである。Ｓ／Ｃ ＯＦＦ領域内における、負荷Ｌ２以上の領域では、内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスとの両方が燃焼室１７の中に導入される。

尚、グラフ１００４に一点鎖線で示すように、ＥＧＲ弁５４は、エンジン１の負荷が負荷Ｌ２から負荷Ｌ１へと高くなるに従い、その開度を次第に大きくしてもよい。

このように、エンジン１においては、吸気弁２１及び排気弁２２のポジティブオーバーラップ量を変更せずに、過給機４４の駆動及び非駆動を切り替えることによって、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することと、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することを切り替えることができる。

尚、図１０は、エンジン１の負荷の変化に対する、ＥＧＲ率の変化（符号１００１）、過給機４４のオン／オフの変化（符号１００２）、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（つまり、オーバラップ量）の変化（符号１００３）、及び、ＥＧＲ弁５４の開度の変化（符号１００４）を例示しているが、エンジン１の回転数の変化に対する、ＥＧＲ率の変化、過給機４４のオン／オフの変化、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の変化、及び、ＥＧＲ弁５４の開度の変化も、図１０と同様である。
（他の実施形態）
尚、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。

エンジン１は、機械式過給機４４に代えて、ターボ過給機を備えるようにしてもよい。

また、内部ＥＧＲシステム５５２は、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代わりに、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を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の中に導入する（又は、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に閉じ込める）ようにしてもよい。

さらに、ここに開示する技術は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンに限らず、自己着火燃焼を行うエンジンに広く適用することができる。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御部）
１７ 燃焼室
２３ 吸気電動Ｓ−ＶＴ（可変動弁機構）
２４ 排気電動Ｓ−ＶＴ（可変動弁機構）
４０ 吸気通路
４４ 過給機
４５ 電磁クラッチ（切替部）
４６ インタークーラー
４７ バイパス通路
４８ エアバイパス弁（流量調整弁）
５５１ 外部ＥＧＲシステム
５５２ 内部ＥＧＲシステム

Claims (7)

1. 燃焼室内の混合気が自己着火により燃焼するエンジンと、
   前記燃焼室に接続された吸気通路と、
   前記吸気通路に配設された過給機と、
   前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部と、
   前記吸気通路における前記過給機の上流と下流とを接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、
   前記燃焼室内の既燃ガスを前記燃焼室内に吹き戻すよう吸気弁及び排気弁の開閉動作を可変にすることによって、前記燃焼室内に内部ＥＧＲガスを導入する可変動弁機構と、
   前記吸気通路と前記エンジンの排気通路とを接続するＥＧＲ通路を通じて排気ガスの一部を前記吸気通路に還流することによって、前記燃焼室内に外部ＥＧＲガスを導入する外部ＥＧＲシステムと、
   前記切替部、前記流量制御弁、前記可変動弁機構及び前記外部ＥＧＲシステムに接続されかつ、前記切替部、前記流量制御弁、前記可変動弁機構及び前記外部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する制御部と、を備え、
   前記外部ＥＧＲシステムは、前記ＥＧＲ通路に配設されかつ、外部ＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲ弁を有し、
   前記制御部は、前記切替部に前記過給機を非駆動にする制御信号を出力することによって前記過給機による吸気の過給を停止した状態で前記エンジンを運転するときには、前記流量制御弁の開度を大きくすると共に、前記燃焼室内に少なくとも内部ＥＧＲガスを導入するよう、前記可変動弁機構に制御信号を出力すると共に、前記切替部に前記過給機を駆動させる制御信号を出力することによって前記過給機により吸気の過給を行っている状態で、前記エンジンを運転するときには、前記流量制御弁の開度を小さくすると共に、前記燃焼室内に少なくとも外部ＥＧＲガスを導入するように、前記ＥＧＲ弁に制御信号を出力し、
   前記制御部は、前記過給機により吸気の過給を行っている状態において、前記エンジンの負荷が高くなるに従い前記ＥＧＲ弁の開度が小さくなりかつ、負荷が低くなるに従い前記ＥＧＲ弁の開度が大きくなるよう、前記ＥＧＲ弁に制御信号を出力する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
2. 請求項１に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記制御部は、前記エンジンの負荷が所定の切替負荷よりも低いときに、前記過給機による吸気の過給を停止すると共に、前記エンジンの負荷が前記切替負荷以上のときに、前記過給機による吸気の過給を行う過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
3. 請求項２に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記制御部は、前記切替負荷を含む運転領域において、前記燃焼室内に前記内部ＥＧＲガスと前記外部ＥＧＲガスとの両方を導入する過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記可変動弁機構は、前記吸気弁と前記排気弁と両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内に内部ＥＧＲガスを導入し、
   前記可変動弁機構は、前記過給機により吸気の過給を行っている状態で、前記エンジンを運転するときにも、前記吸気弁と前記排気弁と両方が開弁しているオーバーラップ期間を設けることによって、前記燃焼室内の残留ガスの掃気を行う過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
5. 請求項４に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記オーバーラップ期間は、前記過給機による吸気の過給を停止した状態と、吸気の過給を行っている状態とにおいて一定である過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記エンジンは、幾何学的圧縮比が１３以上３０以下である過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む過給機付き圧縮自己着火式エンジン。

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