JP6555310B2 - 過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、過給システム付き予混合圧縮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開示されている。このエンジンでは、前記所定領域よりも負荷の高い領域と、前記所定領域よりも回転数の高い領域とにおいては、火花点火により混合気を燃焼させる。また、このエンジンでは、前記所定領域においても、点火プラグが圧縮上死点付近で火花点火を行うことにより、混合気の圧縮着火を促進する。

特許文献２には、高負荷領域において、燃料室内の混合気を圧縮着火により燃焼させるエンジンが開示されている。このエンジンでは、高負荷且つ高回転の領域において、圧縮着火燃焼用の混合気を形成する前段噴射と後段噴射との間に、着火アシストのための少量の燃料噴射を行い、点火プラグの付近にリッチな混合気を形成する。そして、点火プラグが付近のリッチな混合気に点火を行って火炎を形成することにより、前段噴射によって形成された混合気が圧縮着火すると共に、その圧縮着火と同時に行われる後段噴射によって形成された混合気も、その後に圧縮着火する。

特許４０８２２９２号公報 特許５４４７４３５号公報

ところで、前述した従来の圧縮着火による燃焼を行うエンジンでは、比較的大きな燃焼騒音を発する。例えば、エンジンが、全開負荷を含むような高負荷領域において運転しているときに、圧縮着火による燃焼を行おうとすると、燃焼騒音が許容値を超えてしまう場合がある。

ここに開示する技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、予混合圧縮着火式エンジンにおいて燃焼騒音を許容値以下に抑えながら、圧縮着火を伴う燃焼を行うことにある。

本願発明者らは、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）とを組み合わせる燃焼形態を考えた。ＳＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態とは、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、ＳＩ燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇を以て、燃焼室の中の未燃混合気が圧縮着火により燃焼する形態である。この形態を、以下においてはＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼と呼ぶ。

圧縮着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらつくと、圧縮着火のタイミングが大きく変化する。ＳＰＣＣＩ燃焼においては、ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、点火タイミングの調整などによりＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、圧縮着火のタイミングをコントロールすることができる。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼によってＣＩ燃焼をコントロールすることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼においては、火炎伝播によるＳＩ燃焼の圧力上昇がＣＩ燃焼よりも緩やかであるため、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。また、ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼よりも燃焼期間を短縮するため、ＳＰＣＣＩ燃焼は燃費の向上に有利になる。

こうしたＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンでは、高いトルクを確保すべく幾何学的圧縮比が１２を超えるような高圧縮比とした場合、エンジン本体が負荷の高い運転状態にあるときには燃料噴射量が増えると共に燃焼室内の温度も高くなるから、比較的早いタイミングで燃焼室内に燃料を噴射すると、燃料を噴射してから点火を行うまでの間に混合気の化学反応が進んでしまい、圧縮行程中に過早着火（プレイグニッション）やノッキングなどの異常燃焼が発生するおそれがある。

前記の異常燃焼を抑制するには、エンジン本体が負荷の高い運転状態にあるときに有効圧縮比を大幅に下げることが考えられる。しかし、エンジンの高効率化のためには圧縮着火を膨張行程の適切なタイミングで行うのが望ましいところ、有効圧縮比を大幅に下げると、燃焼室の圧力が低下する膨張行程において圧縮着火を行えないおそれがある。また、エンジン本体に高いトルクを確保できなくなる。つまり、エンジン本体の負荷が高いときには、その負荷に応じて高いトルクが要求されるのに、幾何学的圧縮比が高いことによる高トルク化のポテンシャルを有していても、十分な高トルク化を実現できない。

そこで、ここに開示する技術では、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域のうち高負荷領域においては、エンジン本体の幾何学的圧縮比に対する有効圧縮比の許容される下げ幅を小さくし、且つ燃料の噴射を圧縮行程の後半に行うようにした。

具体的には、ここに開示する技術は、過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンを対象とする。このエンジンは、燃焼室を有するエンジン本体と、前記燃焼室に配置された点火装置と、前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射装置と、前記燃焼室内に導入されるガスが流れる吸気通路に配置された過給システムと、前記点火装置、前記燃料噴射装置及び前記過給システムに接続され、且つ前記点火装置、前記燃料噴射装置及び前記過給システムのそれぞれに制御信号を出力する制御部とを備える。前記エンジン本体の幾何学的圧縮比は１３以上に設定されている。

そして、前記制御部は、前記エンジン本体が予め設定された高負荷領域において運転するときに、前記エンジン本体が、前記点火装置の点火を以て混合気が火炎伝播により燃焼した後に、未燃混合気が圧縮着火により燃焼するよう、前記エンジン本体の有効圧縮比を１２以上で且つ幾何学的圧縮比に対して２以内の差にある範囲とし、前記燃焼室内に導入されるガスを過給するように前記過給システムに制御信号を出力し、圧縮行程の後半に燃料を噴射するように前記燃料噴射装置に制御信号を出力し、燃料噴射の終了後で且つ圧縮上死点よりも前に前記燃焼室内で混合されたガスと燃料の混合気に点火をするように前記点火装置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。「高負荷領域」は、エンジン本体の回転数及び負荷によって定まる運転領域において、例えば全開負荷を含む高負荷領域としてもよい。「圧縮行程の後半」は、圧縮行程の期間を前半と後半とに二分したときの後半とすればよい。また、「圧縮行程の後半に燃料を噴射する」とは、圧縮行程の後半で燃料を噴射することに加え、それ以外のタイミングでも燃料を噴射してもよいことを意味する。圧縮行程の後半以外のタイミングで噴射する燃料の分量は、点火を行うまでの間に過早着火などの異常燃焼が生じない程度の量であればよい。

この構成によると、エンジン本体が高負荷領域の運転状態にあるときには、燃焼室内に導入されるガスを過給しながら、圧縮行程の後半に燃料を噴射し、燃料噴射の終了後で且つ圧縮上死点よりも前に混合気に点火をする。これにより、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼を開始し、その後、ＳＩ燃焼の発熱及び圧力上昇により未燃混合気が圧縮着火によるＣＩ燃焼をする。

このＳＰＣＣＩ燃焼時においては、エンジン本体の有効圧縮比を１２以上で且つ幾何学的圧縮比に対して２以内の差にある範囲とする。このようにエンジン本体の幾何学的圧縮比に対する有効圧縮比の下げ幅を小さくし、且つ燃焼室内に導入されるガスの過給を行うようにしたから、燃焼室内の圧力が低下する膨張行程において圧縮着火を確実に行うことができる。また、幾何学的圧縮比が比較的高いことによる高トルク化のポテンシャルを活かして、エンジン本体の負荷が高いときに必要とされる高いトルクを確保することができる。

そして、高負荷領域でのＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、燃料の噴射を少なくとも圧縮行程の後半に行う。このように燃料の噴射時期を圧縮行程の後半とすれば、燃料を噴射してから点火を行うまでの間に混合気の化学反応が進んでしまうことを抑制することができ、圧縮行程中に過早着火やノッキングなどの異常燃焼が発生するのを防止できる。したがって、高いトルクが要求される高負荷領域でもＣＩ燃焼を適切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、燃費性能の向上と高トルク化とを両立させることができる。

前記エンジンは、前記燃焼室内から排出された既燃ガスが流れる排気通路と前記吸気通路とを繋ぐＥＧＲ通路を有し、前記制御部に接続された外部ＥＧＲシステムをさらに備えてもよい。この場合、前記制御部は、前記エンジン本体が前記高負荷領域において運転するときに、前記排気通路に流れる既燃ガスの一部を温度低下させた後にＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流させて前記燃焼室に導入するように前記外部ＥＧＲシステムに制御信号を出力することが好ましい。

この構成によると、エンジン本体が高負荷領域の運転状態にあるときには、温度低下させたＥＧＲガス（既燃ガス）を吸気通路に還流させて燃焼室に導入する。このように、不活性ガスであるＥＧＲガスを、燃焼室内に及ぼす熱影響を温度低下により小さくした状態で燃焼室内に導入するようにしたから、高負荷領域では温度が高くなりがちな燃焼室の中の温度を下げることができ、圧縮行程中における過早着火やノッキングなどの異常燃焼の発生防止に有利になる。

ＥＧＲガスを燃焼室内に導入すると、自然吸気の状態では、燃焼室内の酸素濃度が燃焼室内の全ガスに対するＥＧＲガスの割合に応じて低下するが、そうした燃焼室内へのＥＧＲガスの導入を行う高負荷領域においては、前述したように燃焼室内に導入されるガスを過給するので、燃焼室内の酸素濃度をエンジン本体の負荷に応じて要求される濃度に調整することができる。

また、ＥＧＲガスは温度低下しているから、燃焼室に導入されるガス密度を高めて充填効率を高めることができる。さらに、温度低下したＥＧＲガスの導入によれば、吸気通路に設けられたスロットル弁によらなくても燃焼室内の酸素濃度を調整可能であるから、ポンプ損失を低減できる。それに加え、燃焼室内の燃焼温度が抑えられることで冷却損失も低減することが可能になる。これにより、エンジンの燃費を向上させることができる。

さらに、前記制御部は、前記エンジン本体が前記高負荷領域において運転するときに、前記燃焼室内に導入されるＥＧＲガスの全ガスに対する割合を質量比で２５％以上且つ３５％以下にするように前記外部ＥＧＲシステムに制御信号を出力することが好ましい。

エンジン本体が高負荷領域の運転状態にあるときには、燃焼室内に導入される全ガスに対するＥＧＲガスの割合について、質量比で２５％までは割合を大きくするほどエンジンの燃費改善が見込める一方、質量比で３５％を超えるとＳＩ燃焼が急激に不安定となってエンジンの燃費改善は殆ど期待できなくなる。前記の構成よれば、当該ＥＧＲガスの割合を質量比で２５％以上且つ３５％以下にするようにしたので、エンジンの燃費を好適に改善することができる。

また、前記エンジンは、前記エンジン本体に設けられ、前記制御部に接続された可変動弁機構をさらに備えてもよい。この場合、前記制御部は、前記エンジン本体が前記高負荷領域において運転するときに、前記エンジン本体の吸気ポートを開閉する吸気弁と排気ポートを開閉する排気弁との両方が開弁するオーバーラップ期間を設けるように前記可変動弁機構に制御信号を出力することが好ましい。

この構成によると、エンジン本体が高負荷領域の運転状態にあるときには、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とがオーバーラップする。このとき、燃焼室内に導入されるガスは過給されているから、吸気弁及び排気弁の両方を開弁したオーバーラップ期間中には、吸気通路内のガスがエンジン本体の燃焼室を通過して排気通路に吹き抜けることにより、燃焼室に残る既燃ガスが排気通路に押し出されて掃気される。

燃焼室の中の残留ガス（既燃ガス）が掃気されると、燃焼室内に充填可能な新気の量が増え、新気の充填効率が高められる。その結果、エンジンの高トルク化を図ることができる。また、掃気によって燃焼室を吹き抜けるガスは燃焼室の中の残留ガスに比べて低温であるから、燃焼室の中の温度が下がり、圧縮行程中における過早着火やノッキングなどの異常燃焼の発生防止に有利になる。

また、前記制御部は、前記エンジン本体が前記高負荷領域において運転するときに、吸気行程から圧縮行程の前半の期間に第１噴射を行う共に、圧縮行程の後半に第２噴射を行うように前記燃料噴射装置に制御信号を出力するようになっていてもよい。

エンジン本体が高負荷領域の運転状態にあるときには、燃焼室内に噴射する燃料量が増えるから、高負荷領域において要求される比較的多量の燃料を圧縮行程の後半にまとめて噴射するようにした場合、燃料の噴射から点火をするまでの気化時間が短いのに燃料量が多いため、燃料（混合気）の混合性が十分に確保されずに、未燃損失が増大して燃費が低下すると共にスモーク（煤）の発生を招くおそれがある。

これに対し、前記の構成によると、エンジン本体が高負荷領域の運転状態にあるときには、燃料の噴射を、吸気行程から圧縮行程の前半の期間に行う第１噴射と、圧縮行程の後半に行う第２噴射とに分割して行う。このように燃料を分割噴射にすると、第１噴射により噴射する燃料については、燃料の噴射から点火するまでの気化時間が十分にあり、燃料の混合性を確保することができる。さらに、第２噴射により噴射する燃料については、燃料量が第１噴射により噴射する燃料の分量だけ減るから、燃料の噴射から点火をするまでの短い気化時間でも燃料の混合性を確保することができる。その結果、未燃損失を低減して燃費を向上させると共に煤の発生を抑制することができる。

前記エンジン本体の幾何学的圧縮比は１５以上に設定されていてもよい。

エンジン本体の幾何学的圧縮比を高くすると、圧縮着火による燃焼の安定性には有利であるが、過早着火やノッキングなどの異常燃焼を招きやすくなる。そのような幾何学的圧縮比が１５以上のエンジンにおいても、前述したように高負荷領域における燃料の噴射時期を圧縮行程の後半とすることにより、前記の異常燃焼を回避しながら圧縮着火による燃焼を安定化することができる。

前記エンジンは、前記燃料噴射装置によりガソリンを含む燃料を噴射するエンジンであってもよい。

ガソリンを含む燃焼は、高温の燃焼室内において過早着火やノッキングなどの異常燃焼を招くおそれがある。そのようなガソリンを含む燃料を使用するエンジンにおいても、前述したように高負荷領域における燃料の噴射時期を圧縮行程の後半とすることにより、前記の異常燃焼を回避しながら圧縮着火による燃焼を安定化することができる。

前記の過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンによれば、圧縮着火に伴う燃焼の燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、エンジン本体が高負荷領域の運転状態にあるときの燃費性能の向上と高トルク化とを両立させることができる。

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、過給機を駆動していないときの吸気通路におけるガスの流れを示す図である。 図６は、過給機を駆動しているときの吸気通路におけるガスの流れを示す図である。 図７は、エンジンの運転領域マップを例示する図である。 図８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９は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域における吸気弁の開弁時期を例示する図である。 図１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域における排気弁の閉弁時期を例示する図である。 図１１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域における吸気弁及び排気弁の開閉時期及びポジティブオーバーラップ期間を例示する図である。 図１２は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域における外部ＥＧＲによるＥＧＲ率を例示する図である。 図１３は、高負荷領域における外部ＥＧＲによるＥＧＲ率と燃費との関係を示す図である。 図１４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１５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１６は、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１７は、エンジンの構成を例示する図である。

以下、過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンの例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、エンジン１の構成を例示する図である。図２は、燃焼室１７の構成を例示する図である。この図２において、上図は燃焼室１７の平面視相当図であり、下図は上図のII−II線における断面図である。図３は、燃焼室１７及び吸気系の構成を例示する図である。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、過給機４４を駆動していないときの吸気通路４０におけるガスの流れを示す図である。図６は、過給機４４を駆動しているときの吸気通路４０におけるガスの流れを示す図である。なお、図１において、吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。また、図２及び図３において、吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面左側である。

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。自動車は、エンジン１が運転することによって走行する。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、多気筒エンジンである。このエンジン１は、図１に示すように、燃焼室１７を有するエンジン本体２を備える。エンジン本体２は、シリンダブロック１２と、シリンダブロック１２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の内部には、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。

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。ここで、「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の下図に示すように、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。他方、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と向かい合う。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して排気側にずれており、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。この凸部３１１は、略円錐形状とされており、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延びている。キャビティ３１は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に対して対称な形状を有している。

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。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している。

なお、燃焼室１７の形状は、図２に例示する形状に限定されるものではない。すなわち、キャビティ３１の形状、ピストン３の上面の形状、及び燃焼室１７の天井面の形状などは、適宜変更することが可能である。例えば、キャビティ３１は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して対称な形状にしてもよい。傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とは、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して対称な形状にしてもよい。また、キャビティ３１において、後述する点火プラグ２５に向かい合う箇所に、凹陥部３１２よりも底の浅い浅底部を設けてもよい。

エンジン本体２の幾何学的圧縮比は、１３以上且つ２０以下に設定されている。後述するように、エンジン本体２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燃焼を行う。このエンジン１では、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ときの燃焼室１７の温度、つまり圧縮端温度を高くする必要がない。

すなわち、エンジン１はＣＩ燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比は比較的低く設定されている。幾何学的圧縮比を低くすることによって、冷却損失の低減及び機械損失の低減に有利になる。エンジン本体２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以上且つ１７以下とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度）においては１５以上且つ１８以下としてもよい。本構成例においては、エンジン本体２の幾何学的圧縮比は、１５以上に設定されている。

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、つまりエンジン本体２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が設けられている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間で吸気ポート１８を開閉する。エンジン本体２には、吸気弁２１の動弁機構が設けられている。吸気弁２１は、その動弁機構によって所定のタイミングで開閉する。吸気弁２１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。

本構成例においては、可変動弁機構は、吸気弁２１の開弁角を一定としつつ吸気弁２１の開閉時期を可変とする位相式の可変動弁機構であって、図４に示すように、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に構成されている。それによって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期は連続的に変化する。なお、吸気弁２１の動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、液圧式の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、エンジン本体２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が設けられている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間で排気ポート１９を開閉する。エンジン本体２には、排気弁２２の動弁機構が設けられている。排気弁２２は、その動弁機構によって所定のタイミングで開閉する。排気弁２２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。

本構成例においては、可変動弁機構は、排気弁２２の開弁角を一定としつつ排気弁２２の開閉時期を可変とする位相式の可変動弁機構であって、図４に示すように、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に構成されている。それによって、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期は連続的に変化する。なお、排気弁２２の動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて液圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

エンジン１は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって、吸気弁２１の開弁時期と排気弁２２の閉弁時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室１７の中に熱い既燃ガスを閉じ込める。つまり、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入する。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、燃焼室１７の中の残留ガス（既燃ガス）を掃気する。

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に構成されている。インジェクタ６は、燃料噴射装置の一例である。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おいて燃焼室１７内に臨んで配置されており、キャビティ３１に対向している。

インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、図２に示すように、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に平行とされており、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。このインジェクタ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。なお、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焼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りつつ、且つ燃焼室１７の天井部から斜め下向きに広がるように燃料を噴射する。

本構成例においては、インジェクタ６は、十個の噴口を有している。噴口は、インジェクタ６の周方向に等角度に配置されている。噴口の軸の位置は、図２の上図に示すように、後述する点火プラグ２５に対してインジェクタ６の周方向にずれている。つまり、点火プラグ２５は、隣り合う２つの噴口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に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、燃料ポンプとコモンレール６４とが設けられている。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。

本構成例においては、燃料ポンプ６５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に構成されている。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の噴口から燃料室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、エンジン本体２の運転状態に応じて変更してもよい。なお、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、点火装置の一例である。

本構成例においては、点火プラグ２５は、図２にも示すように、燃焼室１７でシリンダ１１の中心軸Ｘ１を挟んだ吸気側に配置されている。この点火プラグ２５は、インジェクタ６に隣接しており、二つの吸気ポートの間に位置している。また、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、燃焼室１７の中に臨んでおり、且つ燃焼室１７の天井面の付近に位置している。

エンジン本体２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、吸気ポート１８を介して燃焼室１７に通じている。吸気通路４０は、燃焼室１７に導入され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が設けられている。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が設けられている。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。独立通路の下流端は、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が設けられている。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への新気の導入量を調整するように構成されている。

また、吸気通路４０におけるスロットル弁４３の下流には過給機４４が設けられている。過給機４４は、燃焼室１７に導入される、吸気通路４０内のガスを過給するように構成されている。

本構成例においては、過給機４４は、エンジン本体２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とエンジン本体２との間には、電磁クラッチ４５が設けられている。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン本体２との間で、エンジン本体２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。過給機４４は、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、オンとオフとが切り替わる。これにより、エンジン１は、過給機４４が燃焼室１７に導入されるガスを過給することと、過給機４４が燃焼室１７に導入されるガスを過給しないこととを切り替えられるようになっている。

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が設けられている。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に構成されている。インタークーラー４６は、例えば水冷式に構成すればよい。また、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にはまた、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に、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。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が設けられている。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。

図５に示すように、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、つまり過給機４４及びインタークーラー４６を通らずに、バイパス通路４７を通ってサージタンク４２に流入し（図５に示す実線矢印参照）、その後にエンジン本体２の燃焼室１７に導入される。このとき、エンジン本体２は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。

図６に示すように、過給機４４をオンしたとき、つまり電磁クラッチ４５を接続したときには、吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４及びインタークーラー４６を通過した後に、サージタンク４２に流入する（図６に示す実線矢印参照）。このとき、エアバイパス弁４８が開いていると、過給機４４を通過したガスの一部がサージタンク４２からバイパス通路４７を通って、過給機４４の上流に逆流する（図６に示す破線矢印参照）。そうしたガスの逆流量は、エアバイパス弁４８の開度に応じて変化する。吸気通路４０内のガスの過給圧は、エアバイパス弁４８の開度調整によって制御することができる。

本構成例においては、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、吸気通路４０に過給システム４９が構成されている。

エンジン本体２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とのうちセカンダリ通路４０２に設けられている。

スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路４０２の断面を絞ることができる開度調整弁である。燃焼室１７内には、このスワールコントロール弁５６の開度に応じた強さのスワール流が生じる。スワール流は、矢印で示すように、図３における反時計方向に周回する（図２の白抜きの矢印も参照）。

スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、エンジン本体２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のうち第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、且つ第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、スワール流は発生しない。

なお、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のうちの一方の吸気弁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されるから、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るように構成してもよい。

エンジン本体２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、排気ポート１９を介して燃焼室１７に通じている。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（図１に示す例では２つ）の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが設けられている。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置されている。この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。他方、下流の触媒コンバーターは、エンジンルーム外に配置されている。この下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。

なお、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、ＧＰＦ５１２は省略してもよい。また、触媒コンバーターは三元触媒５１１，５１３に限定されない。さらに、三元触媒５１１，５１３及びＧＰＦ５１２の並び順は適宜変更してもよい。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が設けられている。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って、吸気通路４０と排気通路５０とを繋いでいる。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の上流側に接続されている。

ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラ―５３が設けられている。ＥＧＲクーラ―５３は、既燃ガスを冷却するように構成されている。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が設けられている。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に構成されている。冷却された既燃ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量は、ＥＧＲ弁５４の開度を変更することによって調整することができる。

本構成例においては、ＥＧＲシステム５５は、ＥＧＲ通路５２及びＥＧＲ弁５４を含んで構成された外部ＥＧＲシステムと、前述した吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含んで構成された内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。

圧縮自己着火式エンジン１は、エンジン本体２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。

このＥＣＵ１０は、前記のインジェクタ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に接続されている。ＥＣＵ１０にはまた、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。

当該センサには、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されたエアフローセンサＳＷ１及び第１吸気温度センサＳＷ２と、吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流側で且つ過給機４４の上流に配置された第１圧力センサＳＷ３と、吸気通路４０における過給機４４の下流で且つバイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置された第２吸気温度センサＳＷ４と、サージタンク４２に取り付けられた第２圧力センサＳＷ５と、各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられた指圧センサＳＷ６と、排気通路５０に配置された排気温度センサＳＷ７とが含まれる。

エアフローセンサＳＷ１は、吸気通路４０を流れる新気の流量を検知する。第１吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０を流れる新気の温度を検知する。第１圧力センサＳＷ３は、過給機４４に流入するガスの圧力を検知する。第２吸気温度センサＳＷ４は、過給機４４から流出したガスの温度を検知する。第２圧力センサＳＷ５は、過給機４４の下流のガスの圧力を検知する。指圧センサＳＷ６は、各燃焼室１７内の圧力を検知する。排気温度センサＳＷ７は、燃焼室１７から排出された排気ガスの温度を検知する。

前記センサにはさらに、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たリニアＯ２センサＳＷ８と、上流コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されたラムダＯ２センサＳＷ９と、エンジン本体２に取り付けられた水温センサＳＷ１０、クランク角センサＳＷ１１、吸気カム角センサＳＷ１２及び排気カム角センサＳＷ１３と、アクセルペダル機構に取り付けられたアクセル開度センサＳＷ１４と、ＥＧＲ通路５２に配置されたＥＧＲ差圧センサＳＷ１５と、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられた燃圧センサＳＷ１６とが含まれる。

リニアＯ２センサＳＷ８及びラムダＯ２センサＳＷ９は、それぞれ排気ガス中の酸素濃度を検知する。水温センサＳＷ１０は、冷却水の温度を検知する。クランク角センサＳＷ１１は、クランクシャフト１５の回転角を検知する。吸気カム角センサＳＷ１２は、吸気カムシャフトの回転角を検知する。排気カム角センサＳＷ１３は、排気カムシャフトの回転角を検知する。アクセル開度センサＳＷ１４は、アクセル開度を検知する。ＥＧＲ差圧センサ１５は、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧を検知する。燃圧センサＳＷ１６は、インジェクタ６に供給される燃料の圧力を検知する。

ＥＣＵ１０は、これらの検知信号に基づいて、エンジン本体２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。ＥＣＵ１０は、計算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、エンジン本体２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、エンジン本体２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いて目標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の中に導入される外部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。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７は、エンジン１の運転領域マップ５０１，５０２を例示している。エンジン１の運転領域マップ５０１，５０２は、エンジン本体２の負荷及び回転数によって定められており、エンジン本体２の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。

具体的には、五つの領域は、アイドル運転を含み且つ低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域（１）−１と、低負荷領域よりも負荷が高く且つ低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域（１）−２と、中負荷領域（１）−２よりも負荷が高い領域で且つ全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域（２）と、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）と、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７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以上且つ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。

また、高負荷中回転領域（２）は、燃料圧力が９００ｋＰａ以上となる領域としてもよい。図７においては、理解を容易にするために、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。なお、図７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。

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。以下に、各領域におけるエンジン１の運転について、図８に示す燃料噴射時期及び点火時期、図９に示す吸気弁１２の開弁時期、図１０に示す排気弁２２の閉弁時期、及び図１２に示す外部ＥＧＲによるＥＧＲ率を参照しながら詳細に説明する。

〈低負荷領域（１）−１〉
エンジン１は、エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転しているときには、前述したように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燃焼を組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。そして、エンジン１は、この低負荷領域（１）−１において、エンジン本体２の有効圧縮比を１２以上とし、且つ幾何学的圧縮比に対して有効圧縮比を２以内の差にある範囲とするように諸元（吸気弁２１の閉弁時期や過給圧）を制御する。

図８の符号６０１は、エンジン本体２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）それぞれの一例を示している。

ＳＰＣＣＩ燃焼では、点火プラグ２５が燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火することを以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、且つ火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することを以て未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする。

圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきは、ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって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、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、圧縮上死点（図８で右側のＴＤＣ：Top Dead Center）付近の所定のタイミングで、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される。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。したがって、熱発生率の波形は、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、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８の例では、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが小から大へ変化している（符号６０１４）。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おり、ＣＩ燃焼による、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。また、ＣＩ燃焼時の圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も比較的穏やかになる。

圧力変動（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、ＳＰＣＣＩ燃焼は、前述の通り圧力変動（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過ぎることを回避することが可能になる。それにより、燃焼騒音を許容レベル以下に抑えることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＣＩ燃焼が終了することによって終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて燃焼期間が短い。よって、ＳＰＣＣＩ燃焼によれば、ＳＩ燃焼のみで又はＳＩ燃焼を主として燃焼を行う場合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。したがって、ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼のみで又はＳＩ燃焼を主として燃焼を行う場合よりもエンジン１の燃費性能の向上に有利である。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転しているときには、エンジン１の燃費性能を向上させるために、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の両方が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の中に引き戻して再導入する、内部ＥＧＲを行う。内部ＥＧＲを行うと、燃焼室１７の中に熱い既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が導入されるため、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。

吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯは、低負荷領域（１）−１における負荷方向の全域及び回転方向の全域に亘って、クランク角に関して±５°の範囲内にある一定或いは略一定のタイミングに設定される。図９に示すように、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯは、好ましくは一定のタイミングに固定される。例えば、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯは、圧縮上死点前３０°ＣＡのタイミングとされる。これにより、吸気弁２１の閉弁時期も、低負荷領域（１）−１における負荷方向の全域及び回転方向の全域に亘って、クランク角に関して一定のタイミング（図１１に示すＴ_ＩＶＣ）に固定される。

排気弁２２の閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣは、低負荷領域（１）−１における負荷方向の全域及び回転方向の全域に亘って、クランク角に関して±５°の範囲内にある一定或いは略一定のタイミングに設定される。図１０に示すように、排気弁２２の閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣは、好ましくは一定のタイミングに固定される。例えば、排気弁２２の閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣは、圧縮上死点後１６．５°ＣＡのタイミングとされる。これにより、排気弁２２の開弁時期も、低負荷領域（１）−１における負荷方向の全域及び回転方向の全域に亘って、クランク角に関して一定のタイミング（図１１に示すＴ１_ＥＶＯ）に固定される。

こうして、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び閉弁時期Ｔ_ＩＶＣと排気弁２２の開弁時期Ｔ１_ＥＶＯ及び閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣは、図１１に実線で示す吸気弁２１のバルブリフト曲線１２１と破線で示す排気弁２２のバルブリフト曲線２２１とで表されるように、ポジティブオーバーラップ期間が所定のクランク角範囲以上となるように設定される。ポジティブオーバーラップ期間は、例えば、クランク角に関して４０°以上となるように設定されていればよい。吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び排気弁２２の閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣについての前記の例では、ポジティブオーバーラップ期間は、圧縮上死点を含んで４６．５°ＣＡに亘る期間とされる。

そして、このようなオーバーラップ期間に係る吸気弁２１の閉弁時期Ｔ_ＩＶＣの設定によれば、低負荷領域（１）−１において、エンジン本体２の有効圧縮比を１２以上とし、且つエンジン本体２の幾何学的圧縮比に対して有効圧縮比を２以内の差にある範囲に設定できる。

ここで、吸気弁２１と排気弁２２の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ，Ｔ１_ＥＶＯ及び閉弁時期Ｔ_ＩＶＣ，Ｔ１_ＥＶＣとはそれぞれ、正確な図示は省略するが、各弁のバルブリフト曲線１２１，２２１においてリフトが急峻に立ち上がる或いは立ち下がる時期であり、例えば０．３ｍｍリフトの時点と規定される。このことは、以下の説明でも同じである。

なお、低負荷領域（１）−１においては、ＥＧＲ弁５４を全閉とし、図１２に示すように、燃焼室１７の中に外部ＥＧＲガスを導入しない。

過給機４４は、エンジン本体２が低負荷領域（１）−１の一部において運転しているときには、オフにされる。詳細には、低負荷領域（１）−１における低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされる（Ｓ／Ｃ ＯＦＦ参照）。低負荷領域（１）−１における高回転側の領域においては、エンジン本体２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（Ｓ／Ｃ ＯＮ参照）。

過給機４４がオフにされて吸気通路４０内のガスが過給されていないときには、吸気通路４０内の圧力が相対的に低いから、ポジティブオーバーラップ期間中には、前述したように内部ＥＧＲガス（熱い既燃ガス）が燃焼室１７の中に導入されて、燃焼室１７の中の温度が上がり、低負荷領域（１）−１における低回転側の領域でのＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利になる。

また、過給機４４がオンにされて吸気通路４０内のガスが過給されているときには、吸気通路４０内の圧力が相対的に高いから、ポジティブオーバーラップ期間中には、吸気通路４０内のガスがエンジン本体２の燃焼室１７を通過して排気通路５０に吹き抜ける。それにより、燃焼室１７内に残留する既燃ガスが排気通路５０に押し出されて掃気される。燃焼室１７の中の残留ガスが掃気されると、燃焼室１７の中の温度が下がり、有効圧縮比が高められると共に膨張仕事を増大させることができるので、低負荷領域（１）−１における高回転側の領域での高トルク化に有利になる。

このように、低負荷領域（１）−１においては、過給機４４のオンとオフ、つまり吸気通路４０内のガスの過給と非過給との切り替えにより、低回転側では内部ＥＧＲを行う一方、高回転側では掃気を行う。そうすることで、エンジン本体２の回転数が急変したときにも、内部ＥＧＲと掃気との切り替えを応答性よく行うことができ、有効圧縮比を確保してトルクを向上させることができる。これにより、低回転領域（１）−１において、エンジン本体２の回転数が急変したときの燃費性能の改善とトルクの向上とを図ることができる。

また、スワールコントロール弁５６は、エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転しているときには、全閉又は閉じ側の所定の角度とされる。それにより、燃焼室１７の中に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。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。

エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転するときには、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１４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。

図１４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の位置に位置づけられている。ここで、「Ｄ」はシリンダボア径を意味する。そして、当該装置は、吸気の供給に応じてシリンダ３６内に生じるスワール流（図１４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で計測し、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１５は、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１５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の開口比率が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１５に例示するように、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以上且つ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％以上且つ１５％以下となる範囲で調整すればよい。

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転するときには、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。より詳細には、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、排気ガス性能を向上させることができる。

エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転するときには、混合気は、燃焼室１７の中央部と外周部との間において成層化している。燃焼室１７の中央部は、点火プラグ２５が配置されている部分である。燃焼室１７の外周部は、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の中央部はスワール流が弱い部分であり、燃焼室１７の外周部はスワール流が強い部分である、と定義してもよい。

燃焼室１７の中央部の混合気の燃料濃度は、燃焼室１７の外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的には、燃焼室１７の中央部の混合気のＡ／Ｆは２０以上且つ３０以下であり、燃焼室１７の外周部の混合気のＡ／Ｆは３５以上である。なお、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、このことは、以下の説明においても同じである。

インジェクタ６は、エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転するときには、圧縮行程中において燃料を複数回に分けて燃焼室１７の中に噴射する（符号６０１１，６０１２）。具体的には、圧縮行程の中期と圧縮行程の終期とにそれぞれ燃料噴射を行う。ここで、圧縮行程の中期及び終期はそれぞれ、圧縮行程をクランク角度に関して初期、中期、終期に三等分したときの中期及び終期とすればよい。

圧縮行程の中期に噴射された燃料は、点火時期までの間に燃焼室１７の中で拡散し、燃焼室１７内の中央部及び外周部の混合気を形成する。圧縮行程の終期に噴射された燃料は、点火をするまでの時間が短いため、あまり拡散せずに、スワール流によって燃焼室１７内の中央部の点火プラグ２５の付近に輸送され、圧縮行程の中期に噴射された燃料の一部と共に、燃焼室１７内の中央部の混合気を形成する。そうして、前述したように、燃焼室１７内の中央部と外周部とにおいて混合気が成層化する。

燃料噴射の終了後において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）。このとき、燃焼室１７の中央部の混合気の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。そして、ＳＩ燃焼が安定化することによって、ＣＩ燃焼が適切なタイミングで開始する。つまりは、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、エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転するときには、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。

エンジン本体２が低負荷領域（１）−１において運転するときの燃料の噴射時期及び噴射回数は、エンジン１の負荷の高低に応じて変更される。

具体的には、エンジン本体２の負荷が低いと、圧縮行程中の燃料噴射の回数が増えると共に、燃料噴射の完了時期が遅角する。つまり、エンジン本体２の負荷が低いときには、圧縮行程中に行う燃料噴射の分割数を増やすと共に、最後の燃料噴射の時期を遅角させる。こうすることで、エンジン本体２の負荷が低いときには、燃焼室１７内に供給する燃料量が減るが、圧縮行程中に噴射した燃料の拡散が抑制される。その結果、燃焼室１７の中央部に形成される、燃料濃度の相対的に高い混合気層の大きさが小さくなる。

また、エンジン本体２の負荷が高いと、圧縮行程中の燃料噴射の回数を減らすと共に、噴射時期を進角する。燃料噴射の時期を進角した結果として、圧縮行程中の燃料噴射を行わないで、吸気行程中に燃料を分割噴射してもよい。エンジン本体２の負荷が高いときには吸気行程中に一括噴射を行ってもよい。こうすることで、エンジン本体２の負荷が高いときには、燃焼室１７内に供給する燃料量が増えると共に、燃料が拡散しやすくなる。その結果、燃焼室１７の中央部に形成される、燃料濃度の相対的に高い混合気層の大きさが大きくなる。

以上のように、エンジン１は、低負荷領域（１）−１において、混合気を理論空燃比よりもリーンにして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は、エンジン本体２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ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。そして、エンジン１は、中負荷領域（１）−２においても、エンジン本体２の有効圧縮比を１２以上とし、且つ幾何学的圧縮比に対して有効圧縮比を２以内の差にある範囲とするように諸元（吸気弁２１の閉弁時期や過給圧）を制御する。

図８の符号６０２は、エンジン本体２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）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン本体２の運転状態が中負荷領域（１）−２にあるときにも、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。

具体的には、中負荷領域（１）−２においては、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の中に引き戻して再導入する、内部ＥＧＲを行う。つまり、内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入する。

吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯは、低負荷領域（１）−１と同様に、中負荷領域（１）−２における負荷方向の全域及び回転方向の全域に亘って、クランク角に関して±５°の範囲内にある一定或いは略一定のタイミングに設定され、好ましくは一定のタイミングに固定される。本例では、図９に示すように、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯは、低負荷領域（１）−１と同じ一定のタイミング、例えば圧縮上死点前３０°ＣＡのタイミングに固定される。

また、排気弁２２の閉弁時期Ｔ_ＥＶＣも、中負荷領域（１）−２における負荷方向の全域及び回転方向の全域に亘って、低負荷領域（１）−１と同様に、クランク角に関して±５°の範囲内にある一定或いは略一定のタイミングに設定され、好ましくは一定のタイミングに固定される。本例では、図１０に示すように、排気弁２２の閉弁時期Ｔ_ＥＶＣは、低負荷領域（１）−１と同じ一定のタイミング、例えば圧縮上死点後１６．５°ＣＡのタイミングに固定される。

こうして、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び閉弁時期Ｔ_ＥＶＣと排気弁２２の開弁時期Ｔ_ＥＶＯ及び閉弁時期Ｔ_ＥＶＣとは、図１１に実線で示す吸気弁２１のバルブリフト曲線１２１と破線で示す排気弁２２のバルブリフト曲線２２１とで表されるように、ポジティブオーバーラップ期間が、低負荷領域（１）−１と同じ所定のクランク角範囲（４０°ＣＡ）以上となるように、例えば圧縮上死点を含んで４６．５°ＣＡに亘る期間に設定される。

そして、このようなオーバーラップ期間に係る吸気弁２１の閉弁時期Ｔ_ＩＶＣの設定によれば、中負荷領域（１）−２においても、エンジン本体２の有効圧縮比を１２以上とし、且つエンジン本体２の幾何学的圧縮比に対して有効圧縮比を２以内の差にある範囲に設定できる。

過給機４４は、エンジン本体２が中負荷領域（１）−２の一部において運転しているときには、オフにされる。詳細には、中負荷領域（１）−２における低負荷低回転側の領域では、過給機４４がオフにされる（Ｓ／Ｃ ＯＦＦ参照）。中負荷領域（１）−２における高負荷側の領域では、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がオンにされて、過給圧を高くする。中負荷領域（１）−２における高回転側の領域では、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。

過給機４４がオフにされて吸気通路４０内のガスが過給されていないときには、吸気通路４０内の圧力が相対的に低いから、ポジティブオーバーラップ期間中には、前述したように内部ＥＧＲガス（熱い既燃ガス）が燃焼室１７の中に導入されて、燃焼室１７の中の温度が上がり、中負荷領域（１）−２における低負荷低回転側の領域でのＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利になる。

また、過給機４４がオンにされて吸気通路４０内のガスが過給されているときには、吸気通路４０内の圧力が相対的に高いから、ポジティブオーバーラップ期間中には、前述したように、燃焼室１７の中の残留ガス（熱い既燃ガス）が掃気されて、燃焼室１７の中の温度が下がり、中負荷領域（１）−２における高負荷側の領域及び高回転側の領域での高トルク化に有利になる。

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、外部ＥＧＲを行う。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。外部ＥＧＲによるＥＧＲ率、つまり燃焼室１７に導入される全ガスに対する外部ＥＧＲガスの割合は、図１２に示すように、質量比で２０％以上且つ２５％以下の範囲で適宜調整される。中負荷領域（１）−２においては、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスのうち少なくとも一方を、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、スワールコントロール弁５６は、エンジン本体２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と同様に全閉又は閉じ側の所定の角度とする。そのことで、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。スワール流を強くすると、燃焼室１７内の乱流エネルギーが高くなるから、ＳＩ燃焼の火炎が速やかに伝播してＳＩ燃焼が安定化する。そして、ＳＩ燃焼が安定化することによって、ＣＩ燃焼のコントロール性が高まる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼のタイミングを適正化することができる。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、燃費性能の向上を図れる。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。

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

インジェクタ６は、エンジン本体２が中負荷領域（１）−２において運転するときには、吸気行程と圧縮行程とに分けて燃焼を燃焼室１７の中に噴射する（符号６０２１，６０２２）。具体的には、吸気行程の中期から終期にかけての期間に燃料を噴射する第１噴射６０２１と、圧縮行程の後半に燃料を噴射する第２噴射６０２２とを行う。ここで、吸気行程の中期及び終期はそれぞれ、吸気行程をクランク角度に関して初期、中期、終期に三等分したときの中期及び終期とすればよい。また、圧縮行程の前半及び後半はそれぞれ、圧縮行程をクランク角度に関して前半と後半とに二等分したときの前半及び後半とすればよい。

第１噴射６０２１により噴射された燃料は、点火時期から離れたタイミングで噴射されており、その噴射時にはピストン３が上死点から離れているため、キャビティ３１の外の領域に形成されたスキッシュエリア１７１にも到達し、燃焼室１７の中に略均等に分布して混合気を形成する。第２噴射６０２２により噴射された燃料は、ピストン３が圧縮上死点に近いタイミングで噴射されるため、キャビティ３１の中に入り、キャビティ３１の内の領域において混合気を形成する。

第２噴射６０２２によってキャビティ３１の中に燃料を噴射することに伴い、キャビティ３１の内の領域においてガスの流動が発生する。燃焼室１７の中の乱流エネルギーは、点火タイミングまでの時間が長いと、圧縮行程の進行に伴って減衰してしまう。ところが、第２噴射６０２２のタイミングは第１噴射６０２１よりも点火タイミングに近いため、点火プラグ２５は、キャビティ３１の中の乱流エネルギーが高い状態のまま、キャビティ３１の内の領域の混合気に点火することができる。これにより、ＳＩ燃焼の燃焼速度が高まる。ＳＩ燃焼の燃焼速度が高まると、ＳＩ燃焼が安定化するから、ＳＩ燃焼によるＣＩ燃焼のコントロール性が高まる。

また、圧縮行程の後半において第２噴射６０２２を行うことにより、中負荷領域（１）−２において負荷が高いときに、燃焼室１７内の温度を燃料の気化潜熱により低下させて過早着火やノッキングなどの異常燃焼の誘発を防止することができる。さらに、第２噴射６０２２により噴射された燃料を火炎伝播により安定的に燃焼させることができる。第１噴射６０２１の噴射量と第２噴射６０２２の噴射量との割合は一例として、９５：５としてもよい。なお、中負荷領域（１）−２において、エンジン本体２が負荷の低い運転状態にあるときには、第２噴射６０２２は省略してもよい。

燃焼室１７の中には、インジェクタ６が第１噴射６０２１と第２噴射６０２２を行うことにより、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と、スモーク（煤）の発生回避による排気ガス性能の向上とを図ることができる。このときの空気過剰率λは、好ましくは、１．０以上且つ１．２以下である。

混合気は、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）ことを以て、火炎伝播により燃焼する。そして、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。第２噴射６０２２によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。第１噴射６０２１によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。

以上のように、エンジン１は、中負荷領域（１）−２において、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。

〈高負荷中回転領域（２）〉
エンジン１は、エンジン本体２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ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。そして、エンジン１は、高負荷中回転領域（２）においてＳＰＣＣＩ燃焼を行うときにも、エンジン本体２の有効圧縮比を１２以上とし、且つ幾何学的圧縮比に対して有効圧縮比を２以内の差にある範囲となるように諸元（吸気弁２１の閉弁時期や過給圧）を制御する。

図８の符号６０３は、エンジン本体２が高負荷中回転領域（２）において、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）それぞれの一例を示している。また、図８の符号６０４は、エンジン本体２が高負荷中回転領域（２）において、高回転側の運転領域６０４にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０４１，６０４２）及び点火時期（符号６０４３）並びに燃焼波形（符号６０４４）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン本体２が高負荷中回転領域（２）において運転するときにも、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。

具体的には、高負荷中回転領域（２）においても、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、外部ＥＧＲを行う。外部ＥＧＲによるＥＧＲ率は、図１２に示すように、質量比で２５％以上且つ３５％以下の範囲で適宜調整される。高負荷中回転領域（２）においては、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。

図１３は、高負荷領域における外部ＥＧＲによるＥＧＲ率と燃費との関係を示している。図１３に示すように、エンジン本体２が高負荷領域の運転状態にあるときには、燃焼室１７内に導入される全ガスに対する外部ＥＧＲガスの割合について、質量比で２５％まではその割合を大きくするほどエンジン１の燃費改善が見込める。一方、質量比で３５％を超えると、ＳＩ燃焼が急激に不安定となるからエンジン１の燃費改善は殆ど期待できなくなる。これらのことから、外部ＥＧＲによるＥＧＲ率は、図１３に示すように、質量比で２５％以上且つ３５％以下の範囲で調整することが低燃費化を図る上で好ましい。

また、高負荷中回転領域（２）においても、低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２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。

吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯは、高負荷中回転領域（２）における負荷方向の全域及び回転方向の全域に亘って、低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２と同様に、クランク角に関して±５°の範囲内にある一定或いは略一定のタイミングに設定される。本例では、図９に示すように、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯは、低負荷領域（１）−１と同じ一定のタイミング、例えば圧縮上死点前３０°ＣＡのタイミングに固定される。

排気弁２２の閉弁時期Ｔ_ＥＶＣも、高負荷中回転領域（２）における負荷方向の全域及び回転方向の全域に亘って、低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２と同様に、クランク角に関して±５°の範囲内にある一定或いは略一定のタイミングに設定される。本例では、図１０に示すように、排気弁２２の閉弁時期Ｔ_ＥＶＣは、低負荷領域（１）−１よりも遅角した一定のタイミング、例えば圧縮上死点後３０°ＣＡのタイミングに固定される。

こうして、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び閉弁時期Ｔ_ＥＶＣと排気弁２２の開弁時期Ｔ_ＥＶＯ及び閉弁時期Ｔ_ＥＶＣは、図１１に実線で示す吸気弁１２のバルブリフト曲線１２１と実線で示す排気弁１２のバルブリフト曲線２２２とで表されるように、ポジティブオーバーラップ期間が低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２よりも大きな所定のクランク角範囲（４０°ＣＡ）以上となるように設定される。吸気弁２１の開弁時期及び排気弁２２の閉弁時期についての前記の例では、ポジティブオーバーラップ期間は、圧縮上死点を含んで６０°ＣＡに亘る期間とされる。

そして、このようなオーバーラップ期間に係る吸気弁２１の閉弁時期Ｔ_ＩＶＣの設定によれば、高負荷中回転領域（２）においても、エンジン本体２の有効圧縮比を１２以上とし、且つエンジン本体２の幾何学的圧縮比に対して有効圧縮比を２以内の差にある範囲に設定できる。

過給機４４は、エンジン本体２が高負荷中回転領域（２）において運転しているときにも、その全域に亘りオンにされて、過給圧を高くする（Ｓ／Ｃ ＯＮ参照）。そのことで、ポジティブオーバーラップ期間中においては、前述したように、燃焼室１７の中の残留ガス（既燃ガス）が掃気されて、燃焼室１７の中の温度が下がり、高負荷中回転領域（２）における高トルク化を図るのに有利になる。

スワールコントロール弁５６は、エンジン本体２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と同様に全閉又は閉じ側の所定の開度とする。そのことで、燃焼室１７の中には、スワール比４以上の強いスワール流が形成される。

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、エンジン本体２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）。

インジェクタ６は、エンジン本体２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は、吸気行程と圧縮行程とに分けて燃料を燃焼室１７の中に噴射する（符号６０３１，６０３２）。具体的には、吸気行程の中期から後期にかけての期間に燃料を噴射する第１噴射６０３１と、圧縮行程の終期に燃料を噴射する第２噴射６０３２とを行う。なお、第１噴射６０３１は、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。例えば、第１噴射６０３１は、圧縮上死点前２８０°ＣＡに燃料噴射を開始してもよい。また、第２噴射６０３２は、圧縮行程の後半であれば圧縮行程の中期に行ってもよい。

第１噴射６０３１を吸気行程の前半に開始すると、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。このとき、スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、燃焼室１７の中央部において弱くなっている。

そのため、キャビティ３１の内の領域に入った燃料は、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。

エンジン本体２が高負荷中回転領域（２）において運転するときには、第１の噴射６０３１及び第２噴射６０３２によって、燃焼室１７における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、且つ燃焼室１７における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。そのために、第１噴射６０３１の噴射量は、第２噴射６０３２の噴射量よりも多くすればよい。

具体的には、燃焼室１７における中央部の混合気の空気過剰率λは、好ましくは１以下であり、燃焼室１７における外周部の混合気の空気過剰率λは、１以下、好ましくは１未満である。燃焼室１７における中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上且つ理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。燃焼室１７における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、燃焼室１７における外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上且つ理論空燃比以下であってもよく、好ましくは１１以上且つ１２以下としてもよい。燃焼室１７の外周部の空気過剰率λを１未満にすると、外周部は混合気中の燃料量が増えるため、燃料の気化潜熱によって温度が低下する。燃焼率１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上且つ理論空燃比以下であってもよく、好ましくは１２．５以上且つ１３以下としてもよい。

第２噴射６０３２は、例えば圧縮上死点前１０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。圧縮上死点の直前で第２噴射６０３２を行うことにより、燃料の気化潜熱によって燃焼室１７内の温度を低下させることができる。第１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、圧縮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、圧縮上死点の直前で第２噴射６０３２を行い、燃焼室１７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、過早着火やノッキングなどの異常燃焼が発生してしまうことを抑制することができる。なお、第１噴射６０３１の噴射量と第２噴射６０３２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２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７内の混合気に点火をする（符号６０３３）。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。

インジェクタ６は、エンジン本体２が高負荷中回転領域（２）における運転領域６０４にて運転するときには、吸気行程において燃料噴射を開始する（符号６０４１）。エンジン本体２の回転数が高くなると、燃料噴射６０４１によって噴射された燃料が化学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第２噴射を省略することができる。

具体的には、燃料噴射６０４１は、圧縮上死点前２８０°ＣＡに燃料の噴射を開始してもよい。燃料噴射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。燃料噴射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燃焼用の混合気が形成されると共に、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気が形成される。

前記と同様に、燃焼室１７における中央部の混合気の空気過剰率λは、好ましくは１以下であり、燃焼室１７における外周部の混合気の空気過剰率λは、１以下、好ましくは１未満である。燃焼室１７における中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上且つ理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。燃焼室１７における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、燃焼室１７における外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上且つ理論空燃比以下であってもよく、好ましくは１１以上且つ１２以下としてもよい。燃焼率１７の全体の混合気の空燃比は、１２．５以上且つ理論空燃比以下であってもよく、好ましくは１２．５以上且つ１３以下としてもよい。

点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において当該上死点以降に、燃焼室１７内の混合気に点火をする（符号６０４３）。点火プラグ２５は燃焼室１７の中央部に配置されているため、点火プラグ２５の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始する。

高負荷中回転領域（２）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、高負荷中回転領域（２）においては、混合気の過早着火やノッキングなどの異常燃焼が発生しやすい。しかしながら、前述したように、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するから、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。

高負荷中回転領域（２）におけるＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼室１７の中において混合気を成層化することと、燃焼室１７の中に強いスワール流を発生させることとによって、ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。その結果、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃焼温度が高くなり過ぎることがなくて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、燃焼室１７の外周部の温度が低いことも、ＣＩ燃焼を緩やかにするので、燃焼騒音の発生を抑制するのに有利になる。さらに、ＣＩ燃焼によって燃焼期間が短くなるから、高負荷中回転領域（２）においてトルクの向上及び熱効率の向上が図れる。よって、エンジン１では、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、エンジン１は、高負荷中回転領域（２）において、混合気を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにして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）〉
エンジン本体２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。高負荷低回転領域（３）においては、高負荷中回転領域（２）と同様に、例えば吸気行程や圧縮行程の前半に、燃料室１７内に燃料を噴射すると、燃料の反応が進み過ぎてしまって過早着火などの異常燃焼を招くおそれがある。そのため、エンジン１は、エンジン本体２が高負荷低回転領域（３）において運転しているときには、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。

エンジン１は、この高負荷低回転領域（３）においても、エンジン本体２の有効圧縮比を１２以上とし、且つ幾何学的圧縮比に対して有効圧縮比を２以内の差にある範囲とするように諸元（吸気弁２１の閉弁時期や過給圧）を制御する
図６の符号６０５は、エンジン本体２が高負荷低回転領域（３）における運転状態６０４にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０５１，６０５２）及び点火時期（符号６０５３）並びに燃焼波形（符号６０５４）それぞれの一例を示している。

エンジン本体２の運転状態が高負荷低回転領域（３）にあるときには、ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、エンジン本体２の負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。

過給機４４は、エンジン本体２が高負荷低回転領域（３）において運転しているときにも、その全域に亘りオンにされて、過給圧を高くする（Ｓ／Ｃ ＯＮ参照）。そのことで、ポジティブオーバーラップ期間を設けているときには、燃焼室１７内の残留ガスが掃気されて、燃焼室１７の中の温度が下がり、エンジン１の高トルク化を図ることができる。

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、エンジン本体２が高負荷低回転領域（３）において運転しているときには、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされる。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。したがって、混合気の空気過剰率λは１．０±０．２とすればよい。このように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。

なお、エンジン本体２が高負荷低回転領域（３）において運転しているときには、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以下であり、且つ高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λ以上、好ましくは高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λよりも大にしてもよい。

インジェクタ６は、エンジン本体２が高負荷低回転領域（３）において運転するときには、吸気行程と圧縮上死点付近前後の期間とに分けて燃料を燃焼室１７の中に噴射する（符号６０５１，６０５２）。具体的には、吸気行程の中期から終期にかけての期間に燃料を噴射する第１噴射６０５１と、圧縮行程の終期から膨張行程の初期までの期間（以下、この期間をリタード期間と呼ぶ）に燃料を噴射する第２噴射６０５２とを行う。ここで、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。

第１噴射６０５１によって吸気行程中に燃料を噴射することにより、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、第２噴射６０５２によってリタード期間内に燃料を噴射することにより、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、例えば３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力に設定される。燃料圧力を高くすれば、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、燃料室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、燃料の噴射後において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６０４２）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。そうすることで、混合気は、膨張行程においてＳＩ燃焼する。このように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。燃料噴射は、そうした噴射時期の遅角化により、膨張行程において終了する場合もある。よって、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、燃料の噴射開始から点火までの時間が短い。このため、混合気の着火性の向上及びＳＩ燃焼の安定化のためには、点火プラグ２５の付近に速やかに燃料を輸送する必要がある。そうした燃料の速やかな輸送の実現には燃焼室１７の形状が寄与する。

リタード期間において、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混合気を形成し、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の中央から径方向における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に沿って径方向における外方から燃焼室１７の中央に向かって流れる。このように、リタード期間内において噴射された燃料は、混合気として点火プラグ２５の付近に速やかに輸送される。

また、エンジン１は、エンジン本体２が高負荷低回転領域（３）において運転するときには、スワールコントロール弁５６の開度を高負荷中回転領域（２）において運転するときよりも大きくする。このときの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。それにより、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。

図２の上図に示すように、インジェクタ６の噴口の軸は、点火プラグ２５に対し周方向に位置がずれている。噴口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同室１７の周方向に流れる。このとき、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点火プラグ２５の付近から離れてしまい、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができなくなる。そこで、エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において運転するときには、高負荷中回転領域（２）において運転するときよりもスワール流を弱くする。これによって、点火プラグ２５の付近に燃料を速やかに輸送することができるから、混合気の着火性の向上及びＳＩ燃焼の安定化を図ることができる。

以上のように、エンジン１は、高負荷低回転領域（３）において、圧縮行程の終期から膨張行程の初期までのリタード期間に燃料を噴射して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、例えば高負荷領域の高回転領域においては、前述したように分割噴射を行うことにより、燃焼室１７内に混合気の成層化をすることが困難になる。そのため、エンジン１は、エンジン本体２が高回転領域（４）において運転しているときには、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。

エンジン１は、この高回転領域（４）においても、エンジン本体２の有効圧縮比を１２以上とし、且つ幾何学的圧縮比に対して有効圧縮比を２以内の差にある範囲とするように諸元（吸気弁２１の閉弁時期や過給圧）を制御する。なお、高回転領域（４）は、低負荷から高負荷までの負荷方向における全域に広がっている。

図６の符号６０６は、エンジン本体２が高回転領域（４）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）及び点火時期（符号６０５２）並びに燃焼波形（符号６０５３）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン本体２の運転状態が高回転領域（４）にあるときには、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、エンジン本体２の負荷が高まるに従ってＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。

過給機４４は、エンジン本体２が高負荷低回転領域（３）において運転しているときにも、その全域に亘りオンにされて、過給圧を高くする（Ｓ／Ｃ ＯＮ参照）。そのことで、ポジティブオーバーラップ期間を設けているときには、燃焼室１７内の残留ガスが掃気されて、燃焼室１７の中の温度が下がり、エンジン１の高トルク化を図ることができる。

エンジン１は、エンジン本体２が高回転領域（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。それにより、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。このように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。

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

インジェクタ６は、エンジン本体２が高回転領域（４）において運転しているときには、吸気行程に燃料噴射を開始する。このとき、インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する（符号６０６１）。なお、運転状態６０５では、エンジン本体２の負荷が高いため、燃料噴射量が多い。燃料の噴射期間は、燃料の噴射量に応じて変化する。このように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、エンジン本体２の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることもできる。

点火プラグ２５は、燃料の噴射終了後において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）。

以上のように、エンジン１は、高回転領域（４）において、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。

〈エンジンの制御プロセス〉
次に、図１６のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１０が実行するエンジン１の運転制御について説明をする。

まず、スタートアップ後のステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各種センサ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の運転領域を判定する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ３において、エンジン１が「ＳＰＣＣＩリーン領域」（つまり、低負荷領域（１）−１）で運転するか否かを判定する。このステップＳ３での判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ８に進む。また、このステップＳ３での判定がＮＯのときには、プロセスはステップＳ４に進む。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において、エンジン１が「ＳＰＣＣＩλ＝１領域」（つまり、中負荷領域（１）−２で運転するか否かを判定する。このステップＳ４での判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ９に進む。また、このステップＳ４での判定が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Ｓ５において、エンジン１が「ＳＰＣＣＩλ≦１領域」（つまり、高負荷中回転領域（２））で運転するか否かを判定する。このステップＳ５での判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１０に進む。また、このステップＳ５での判定がＮＯのときには、プロセスはステップＳ６に進む。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ６において、エンジン１が「リタードＳＩ領域」（つまり、高負荷低回転領域（３））で運転するか否かを判定する。このステップＳ６での判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１１に進む。また、このステップＳ６での判定がＮＯのときには、プロセスはステップＳ７に進む。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ７において、エンジン１の運転領域が「吸気ＳＩ領域」（つまり、高回転領域（４））であるか否かを判定する。このステップＳ７での判定がＹＥＳのときには、プロセスはステップＳ１２に進む。また、このステップＳ７での判定がＮＯのときには、プロセスはステップＳ１に戻る。

ステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び排気弁２２の閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣが、ポジティブオーバーラップ期間が所定のクランク範囲以上となるタイミングとなるように、且つ、吸気弁２１の閉弁時期Ｔ_ＩＶＣが、エンジン本体２の有効圧縮比を幾何学的圧縮比に対して２以内の差にある範囲とするタイミングになるように、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、低回転側の領域において吸気通路４０内のガスを過給しないように、且つ高回転側の領域において吸気通路４０内のガスを過給するように、過給システム４９に制御信号を出力する。そうすることで、前述したように、過給システム４９による過給と非過給との切り替えを以て、低回転側の領域では内部ＥＧＲを行い、高回転側の領域では掃気を行うことができる。

ステップＳ８においてまた、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁を閉じるように制御信号を出力する。そして、ＥＣＵ１０は、図８の符号６０１に示すように、圧縮行程において、第１噴射６０１１と第２噴射６０１２とを行うようにインジェクタ６に制御信号を出力する。そうすることで、強いスワール流が発生した燃焼室１７の中に、成層化した混合気を形成することができる。その後のステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うように点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１はＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ステップＳ９において、ＥＣＵ１０は、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び排気弁２２の閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣが、ポジティブオーバーラップ期間が所定のクランク範囲以上となるタイミングとなるように、且つ、吸気弁２１の閉弁時期Ｔ_ＩＶＣが、エンジン本体２の有効圧縮比を幾何学的圧縮比に対して２以内の差にある範囲とするタイミングになるように、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、低負荷低回転側の領域において吸気通路４０内のガスを過給しないように、且つ高回転側の領域及び高回転側の領域において吸気通路４０内のガスを過給するように、過給システム４９に制御信号を出力する。そうすることで、前述したように、過給システム４９による過給と非過給との切り替えを以て、低負荷低回転側の領域では内部ＥＧＲを行い、高負荷側の領域及び高回転側の領域では掃気を行うことができる。

ステップＳ９においてまた、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁を閉じるように制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、図８の符号６０２に示すように、吸気行程において第１噴射６０２１を行い、圧縮行程において第２噴射６０２２を行うようにインジェクタ６に制御信号を出力する。そうすることで、強いスワール流が発生した燃焼室１７の中にλ＝１の混合気を形成することができる。その後のステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うように点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１はＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ステップＳ１０において、ＥＣＵ１０は、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び排気弁２２の閉弁時期Ｔ２_ＥＶＣが、ポジティブオーバーラップ期間が所定のクランク範囲以上となるタイミングとなるように、且つ、吸気弁２１の閉弁時期Ｔ_ＩＶＣが、エンジン本体２の有効圧縮比を幾何学的圧縮比に対して２以内の差にある範囲とするタイミングになるように、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、吸気通路４０内のガスを過給するように、過給システム４９に制御信号を出力する。そうすることで、前述したように掃気を行うことができる。

ステップＳ１０においてまた、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁を閉じるように制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、例えば図８の符号６０３に示すように、吸気行程において第１噴射６０３１を行い、圧縮行程において第２噴射６０３２を行うようにインジェクタ６に制御信号を出力する。そうすることで、強いスワール流が発生した燃焼室１７の中に、成層化した混合気を形成することができる。その後のステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うように点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１はＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ１０は、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び排気弁２２の閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣが、ポジティブオーバーラップ期間を運転状態に応じて要求されるクランク範囲とするタイミングとなるように、且つ、吸気弁２１の閉弁時期Ｔ_ＩＶＣが、エンジン本体２の有効圧縮比を幾何学的圧縮比に対して２以内の差にある範囲とするタイミングになるように、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、吸気通路４０内のガスを過給するように、過給システム４９に制御信号を出力する。そうすることで、ポジティブオーバーラップ期間を設けているときには、前述したように掃気を行うことができる。

ステップＳ１１においてまた、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁が半開になるように制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、図８の符号６０５に示すように、吸気行程において第１噴射６０５１を行い、圧縮行程の終期から膨張行程の初期までのリタード期間において第２噴射６０５２を行うようにインジェクタ６に制御信号を出力する。その後のステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、燃料の噴射終了後において圧縮上死点後の所定のタイミングで点火を行うように点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１はＳＩ燃焼を行う。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ１０は、吸気弁２１の開弁時期Ｔ_ＩＶＯ及び排気弁２２の閉弁時期Ｔ１_ＥＶＣが、ポジティブオーバーラップ期間を運転状態に応じて要求されるクランク範囲とするタイミングとなるように、且つ、吸気弁２１の閉弁時期Ｔ_ＩＶＣが、エンジン本体２の有効圧縮比を幾何学的圧縮比に対して２以内の差にある範囲とするタイミングになるように、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、吸気通路４０内のガスを過給するように、過給システム４９に制御信号を出力する。そうすることで、ポジティブオーバーラップ期間を設けているときには、前述したように掃気を行うことができる。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に、弁を開けるように制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、図８の符号６０６に示すように、吸気行程において燃料噴射を行うようにインジェクタ６に制御信号を出力する。そうすることで、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できる。その後のステップＳ１３において、ＥＣＵ１０は、圧縮上死点前の所定のタイミングで点火を行うように点火プラグ２５に制御信号を出力する。これにより、エンジン１はＳＩ燃焼を行う。

前記のエンジン１によると、エンジン本体２が低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２及び高負荷中回転領域（２）において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼においては、火炎伝播によるＳＩ燃焼の圧力上昇がＣＩ燃焼よりも緩やかであるため、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。また、ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼よりも燃焼期間を短縮するため、ＳＰＣＣＩ燃焼は燃費の向上に有利になる。

ＳＰＣＣＩ燃焼時には、エンジン本体２の幾何学的圧縮比に対する有効圧縮比の下げ幅を２以内と小さくし、且つ燃焼室１７内に導入されるガスの過給を行うようにしたから、燃焼室１７内の圧力が低下する膨張行程において圧縮着火を確実に行うことができる。また、幾何学的圧縮比が比較的高いことによる高トルク化のポテンシャルを活かして、エンジン本体２の負荷が高いときに必要とされる高いトルクを確保することができる。

そして、高負荷中回転領域（２）でのＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、燃料の噴射を圧縮行程の後半に行うようにしたので、燃料を噴射してから点火を行うまでの間に混合気の化学反応が進んでしまうことを抑制することができ、圧縮行程中に過早着火やノッキングなどの異常燃焼が発生するのを防止できる。したがって、高いトルクが要求される高負荷中回転領域（２）でもＣＩ燃焼を適切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、燃費性能の向上と高トルク化とを両立させることができる。

なお、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。

図１７は、エンジン１の構成の変形例を示している。例えば、エンジン１は、機械式過給機４４に代えて、図１７に示すようにターボ過給機７０を備えるようにしてもよい。

ターボ過給機７０は、吸気通路４０に配置されたコンプレッサ７１と、排気通路５０に配置されたタービン７２とを備えている。タービン７２は、排気通路５０に流れる排気ガスによって回転させられる。コンプレッサ７１は、タービン７２の回転駆動によって回転し、燃焼室１７に導入される吸気通路４０内のガスを過給する。

排気通路５０には、排気バイパス通路７３が設けられている。排気バイパス通路７３は、タービン７２をバイパスするように、排気通路５０におけるタービン７２の上流部と下流部とを互いに接続する。排気バイパス通路７３には、ウェイストゲート弁７４が設けられている。ウェイストゲート弁７４は、排気バイパス通路７３を流れる排気ガスの流量を調整する。

本構成例においては、ターボ過給機４４とバイパス通路４７とエアバイパス弁４８と排気バイパス通路７３とウェイストゲート弁７４とによって、吸気通路４０及び排気通路５０に過給システム４９が構成されている。

エンジン１は、エアバイパス弁４８及びウェイストゲート弁７４の開閉状態を切り替えることによって、ターボ過給機７０が燃焼室１７内に導入されるガスを過給することと、ターボ過給機７０が燃焼室１７内に導入されるガスを過給しないこととを切り替えるようになっている。

燃焼室１７内に導入されるガスを過給しないときには、ウェイストゲート弁７４を開く。これにより、排気通路５０を流れる排気ガスは、タービン７２をバイパスして、つまりタービン７２を通らずに、排気バイパス通路７３を通って触媒コンバーターに流れる。そうすると、タービン７２は排気ガスの流れを受けないため、ターボ過給機７０は駆動しない。このとき、エアバイパス弁４８は全開とする。これにより、吸気通路４０を流れるガスは、コンプレッサ７１及びインタークーラー４６を通らずに、バイパス通路４７を通ってサージタンク４２に流入する。

燃焼室１７内に導入されるガスを過給するときには、ウェイストゲート弁７４を全閉とする。これにより、排気通路５０を流れる排気ガスは、タービン７２を通過して触媒コンバーターに流れる。そうすると、タービン７２が排気ガスを受けて回転し、ターボ過給機７０が駆動する。ターボ過給機７０が駆動すると、吸気通路４０内のガスがコンプレッサ７１の回転により過給される。このとき、エアバイパス弁４８が開いていると、コンプレッサ７１を通過したガスの一部がサージタンク４２からバイパス通路４７を通って、コンプレッサ７１の上流に逆流する。吸気通路４０内のガスの過給圧は、前記の機械式過給機を用いる場合と同様に、エアバイパス弁４８の開度調整によって制御することができる。

こうしたターボ過給機７０による吸気通路４０内のガスの過給と非過給とは、例えば、図７に示すマップ５０１に従って切り替えられるようになっていればよい。すなわち、低負荷領域（１）−１の低回転側の領域と中負荷領域（１）−２の低負荷低回転側の領域とにおいてはターボ過給機７０による過給は行わず、低負荷領域（１）−１の高回転側の領域と、中負荷領域（１）−２の高負荷側の領域及び高回転側の領域と、高負荷中回転領域（２）と、高負荷低回転領域（３）と、高回転領域（４）とにおいては、ターボ過給機７０による過給を行うようにすればよい。

また、ここに開示する技術は、吸気弁２１のバルブタイミングの位相を変更する吸気電動Ｓ−ＶＴ２３を用いる以外にも、吸気弁２１のリフト量を変更する可変動弁機構を用いたり、吸気弁２１の開弁角を変更する可変動弁機構を用いたりすることによっても、実現することができる。

１ エンジン
２ エンジン本体
６ インジェクタ（燃料噴射装置）
１０ ＥＣＵ（制御部）
１７ 燃焼室
１８ 吸気ポート
１９ 排気ポート
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
２３ 吸気電動Ｓ−ＶＴ（可変動弁機構）
２５ 点火プラグ（点火装置）
４４ 過給機
４９ 過給システム

Claims (8)

1. 燃焼室を有し、幾何学的圧縮比が１３以上に設定されているエンジン本体と、
   前記燃焼室に配置された点火装置と、
   前記燃焼室内に臨んで配置された燃料噴射装置と、
   前記燃焼室内に導入されるガスが流れる吸気通路に配置された過給システムと、
   前記点火装置、前記燃料噴射装置、及び前記過給システムに接続され、且つ前記点火装置、前記燃料噴射装置、及び前記過給システムのそれぞれに制御信号を出力する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記エンジン本体が予め設定された高負荷領域において運転するときに、前記点火装置の点火を以て前記燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼を開始した後に、未燃混合気が自己着火燃焼するよう、前記エンジン本体の有効圧縮比を、１２以上で且つ幾何学的圧縮比に対して２以内の差にある範囲に設定し、前記燃焼室内に導入されるガスを過給するように前記過給システムに制御信号を出力し、圧縮行程の後半に燃料を噴射するように前記燃料噴射装置に制御信号を出力し、１つの燃焼サイクルでの燃料噴射を完了した後、かつ圧縮上死点よりも前のタイミングで、前記混合気に点火するように前記点火装置に制御信号を出力する過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン。
2. 請求項１に記載された過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記燃焼室内から排出された既燃ガスが流れる排気通路と前記吸気通路とを繋ぐＥＧＲ通路を有し、前記制御部に接続された外部ＥＧＲシステムをさらに備え、
   前記制御部は、前記エンジン本体が前記高負荷領域において運転するときに、前記排気通路に流れる既燃ガスの一部を温度低下させた後に前記吸気通路に還流させて前記燃焼室に導入するように前記外部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する
   過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン。
3. 請求項２に記載された過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記制御部は、前記エンジン本体が前記高負荷領域において運転するときに、前記燃焼室内に導入される既燃ガスの全ガスに対する割合を質量比で２５％以上且つ３５％以下にするように前記外部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する
   過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載された過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記エンジン本体に設けられ、前記制御部に接続された可変動弁機構をさらに備え、
   前記制御部は、前記エンジン本体が前記高負荷領域において運転するときに、前記可変動弁機構に制御信号を出力して、前記エンジン本体の吸気ポートを開閉する吸気弁及び排気ポートを開閉する排気弁の両方が、共に開弁するポジティブオーバーラップ期間を設けることにより、前記燃焼室内の既燃ガスを掃気する
   過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載された過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記制御部は、前記エンジン本体が前記高負荷領域において運転するときに、吸気行程から圧縮行程の前半の期間に第１噴射を行う共に、圧縮行程の後半に第２噴射を行うように前記燃料噴射装置に制御信号を出力する
   過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載された過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン
   において、
   前記エンジン本体の幾何学的圧縮比は１５以上に設定されている
   過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載された過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記燃料噴射装置によりガソリンを含む燃料を噴射する
   過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン。
8. 請求項５に記載された過給システム付き予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
   前記第１噴射で噴射される燃料量は、前記第２噴射で噴射される燃料量よりも多い
   過給システム付き予混合圧縮着火式エンジン。

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