JP6558405B2 - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

特許文献１には、少なくともエンジンの部分負荷運転領域で圧縮自己着火運転を実行するＨＣＣＩ（Homogeneous-Charge Compression Ignition）実行手段と、部分負荷運転領域で圧縮自己着火運転を実行する際に着火アシストを実行する着火アシスト手段とを備え、部分負荷運転領域における低負荷側の運転領域では、減筒運転を行う火花点火式ガソリンエンジンの制御装置が記載されている。さらに、特許文献１には、減筒運転時に空気過剰率λ＝１で燃焼をさせることが記載されている。

特開２００７−１５４８５９号公報

しかしながら、着火アシスト手段とＨＣＣＩ実行手段とを備えた前記従来の火花点火式ガソリンエンジンの制御装置は、減筒運転時に空気過剰率λ＝１で燃焼させる形態を採ることから、燃費が悪いという問題がある。

低負荷運転領域においては、空燃比Ａ／Ｆをリーン化することも考えられるが、リーン化すると、ＳＩ（Spark Ignition：火花点火）燃焼時の火炎の伝播が難しくなり、ＣＩ（Compression Ignition：圧縮着火）燃焼時の燃焼時期がばらつくという問題も生じてしまう。

本開示は、前記従来の問題を解決し、低負荷運転領域における減筒運転時にも、燃費を向上させると共に、ＳＩ燃焼動作を安定して行うことができ、それに続くＣＩ燃焼動作を所望のタイミングで行わせることができるようにすることを目的とする。

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。一方、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。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によって、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。この燃焼形態を、以下においては、火花点火制御圧縮着火（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、ＳＩ燃焼の発熱量を調整することにより、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、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。

火炎伝播によるＳＩ燃焼は、圧力上昇がＣＩ燃焼よりも緩やかであるため、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼騒音の発生を抑制することが可能となる。また、ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも燃焼期間が短縮するため、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃費の向上に有利となる。

エンジンが低負荷領域において運転している際には、燃料噴射量が減ると共に、燃焼室内の温度も低くなることから、ＳＰＣＣＩ燃焼をしようとしても、点火によって着火し難くなり、ＳＩ燃焼が不安定になると共に、温度が不十分でＣＩ燃焼を行えないというおそれがある。

そこで、本願発明者らは、このようなＳＰＣＣＩ燃焼にとって不利な低負荷領域においても、空燃比Ａ／Ｆをリーン化しながら、安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現できるようにする。

ここに開示する技術は、低負荷領域において、特定の条件下で、複数の気筒のうちの一部の気筒にのみ燃料を供給し、残りの気筒に燃料を供給しない、いわゆる減筒運転を所定値以上の圧縮比で行う構成とする。

具体的に、本開示は、圧縮着火式エンジンの制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の態様は、複数の気筒を有し、それぞれに燃焼室を有するエンジンと、各燃焼室に配置された点火部と、各燃焼室に臨んで配置された燃料噴射部と、点火部及び燃料噴射部と接続され、点火部及び燃料噴射部のそれぞれに制御信号を出力する制御部とを備えている。該制御部は、エンジンが所定の負荷よりも高負荷で運転する際には、複数の気筒の全てに燃料を供給して全筒運転を行わせ、一方、所定の負荷以下で運転する際には、複数の気筒のうちの一部に燃料を供給して減筒運転を行わせる。また、該制御部は、減筒運転では、燃料噴射部に複数の気筒のうちの一部に対して燃料を噴射させ、生じた混合気に対して点火するように点火部を制御すると共に、理論空燃比の値よりも大きい空燃比及び所定値以上の高圧縮比により、エンジンは、点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始し、その後、未燃混合気が圧縮着火によるＣＩ燃焼をする。さらに、エンジンが、所定の負荷以下で運転する際には、制御部は、理論空燃比の値と同等の空燃比によって、ＳＩ燃焼及び該ＳＩ燃焼に続くＣＩ燃焼を行わせる第１燃焼モードと、理論空燃比よりも大きい空燃比によってＳＩ燃焼及び該ＳＩ燃焼に続くＣＩ燃焼を行わせる第２燃焼モードとを切り替え、エンジンが、第１燃焼モードで運転する場合は、減筒運転を行わない。

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ることができる。

第１の態様によると、低負荷領域では、複数の気筒のうちの一部に燃料を供給する減筒運転を行うと共に、理論空燃比の値よりも大きい空燃比、すなわちＡ／Ｆリーンで且つ所定値以上の高圧縮比（一例として、幾何学的圧縮比の値が約１３．０以上）で、ＳＩ燃焼及びそれぞれに続くＣＩ燃焼を行う。従って、減筒運転をＡ／Ｆリーンの状態で行うことにより、未処理のＮＯｘ（ｒａｗ ＮＯｘ）の排出が抑制されると共に、燃費が向上する。また、減筒運転時に、所定値以上の高圧縮比でＣＩ燃焼させるため、ＣＩ燃焼の燃焼時期にばらつきが生じにくくなるので、ＣＩ燃焼を安定して、すなわち、所望のタイミングで行わせることができるようになる。また、理論空燃比の値と同等の空燃比によって、ＳＩ燃焼及び該ＳＩ燃焼に続くＣＩ燃焼を行わせる第１燃焼モードでは、減筒運転を行わず全筒運転を行うため、減筒運転への制御の移行時におけるＮＯｘの発生を抑制することができる。

第１の態様において、制御部は、減筒運転では、複数の気筒のうちの残部の吸気弁及び排気弁をも作動させた状態としてもよい。

このようにすると、高コストの弁停止機構を設ける必要がなくなる。具体的には、混合気がＡ／Ｆリーンの状態であるため、理論空燃比とするための休止した気筒における弁停止は不要となり、これにより、ポンピング損失を低減することができる。

第１の態様において、燃焼室への吸気温度が所定値未満の場合に、制御部は、減筒運転に代えて全筒運転を行わせてもよい。

このようにすると、吸気温度が低温の場合におけるＳＩ燃焼の不安定さがなくなるので、それに続くＣＩ燃焼の燃焼時期の遅れを抑制することができる。

第１の態様において、エンジンの冷却水の水温が所定値未満の場合に、制御部は、減筒運転に代えて全筒運転を行わせてもよい。

このようにすると、全筒運転では、燃焼室内の壁面の近傍にある未燃混合気（エンドガス）の冷却が減筒運転の場合よりも速やかに解消されるので、ＣＩ燃焼の燃焼開始時期の遅れを抑制することができる。

第１の態様において、燃焼室内にそれぞれスワール流を発生させるスワール発生部をさらに備え、制御部は、減筒運転では、スワール発生部に対して燃焼室にスワール流を発生させてもよい。

このように、スワール流を発生させることにより、ＳＩ燃焼が安定化すると共に、ＣＩ燃焼が適正化する。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可能となる。

この場合に、スワール流におけるスワール比の値は４以上であってもよい。

このようにすると、後述するように、燃焼室内に生じるスワール流を強めることができるので、ＳＩ燃焼をより安定して行えるようになる。

本開示に係る圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、低負荷運転領域における減筒運転時にも、燃費を向上させると共にＳＩ燃焼動作を安定して行うことができ、それに続くＣＩ燃焼動作を所望のタイミングで行わせることができる。

図１は本開示の一実施形態に係るエンジン及びその補機類を含むシステム図である。 図２は本開示の一実施形態に係るエンジンの燃焼室の構成の一例を示す平面図（上図）及びII−II線における断面図（下図）である。 図３は本開示の一実施形態に係るエンジンの燃焼室及び吸気系の構成の一例を示す平面図である。 図４は本開示の一実施形態に係るエンジンの制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図５は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域及び各運転領域の空気過剰率を例示するグラフ（上図）と、エンジンの運転領域及び各運転領域のスワール弁開度を例示するグラフ（下図）である。 図６は本開示の一実施形態に係るエンジンの各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期並びに燃焼波形を例示するタイミングチャートである。 図７は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２（運転領域（１）−２）及び減筒運転を含むレイヤ３（運転領域（１）−１）における第１噴射時期と負荷（軸平均有効圧力）との関係を示すグラフである。 図８は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における第２噴射時期と負荷との関係を示すグラフである。 図９は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における第３噴射時期と負荷との関係を示すグラフである。 図１０は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における１サイクル当たりの第１噴射時期燃料量と負荷との関係を示すグラフである。 図１１は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における１サイクル当たりの第２噴射時期燃料量と負荷との関係を示すグラフである。 図１２は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における１サイクル当たりの第３噴射時期燃料量と負荷との関係を示すグラフである。 図１３は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における１サイクル当たりの総燃料量と負荷との関係を示すグラフである。 図１４は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における排気弁閉タイミングと負荷との関係を示すグラフである。 図１５は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における吸気弁開タイミングと負荷との関係を示すグラフである。 図１６は本開示の一実施形態に係るエンジンの運転領域のレイヤ２及び減筒運転を含むレイヤ３における外部ＥＧＲの添加量と負荷との関係を示すグラフである。 図１７は本開示の一実施形態に係るエンジンの気筒休止の制御プロセスを例示するフローチャートである。

（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

以下、予混合圧縮着火式エンジンの制御装置の一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、エンジンの制御装置の一例である。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り、図２の上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II線における断面図である。図３は燃焼室及び吸気系の構成を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２及び図３における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図４は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、その上に載置され固持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３では、１つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。

各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５と連結されている。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。すなわち、「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。

ピストン３の上面は平坦面である。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と対向する。

キャビティ３１は、凸部３１１を有している。凸部３１１は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１から排気側にややずれた位置に設けられている。凸部３１１は、略円錐状である。凸部３１１は、キャビティ３１の底部から、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に平行な軸Ｘ２に沿って上向きに伸びている。凸部３１１の上端は、キャビティ３１の周縁部の上面とほぼ同一の高さである。

キャビティ３１の周側面は、該キャビティ３１の底面からキャビティ３１の開口に向かって軸Ｘ２に対して傾いている。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。

キャビティ３１は、底部３１３を有している。底部３１３における吸気側の領域は、後述する点火プラグ２５と対向している。該底部３１３は、図２の上図に示すように、平面視で所定の大きさとなるように、水平方向に広がっている。

また、シリンダヘッド１３の下面、すなわち、燃焼室１７の天井面は、図２の下図に示すように、吸気側の傾斜面１３１１と、排気側の傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から軸Ｘ２に向かって上り勾配となっている。一方、傾斜面１３１２は、排気側から軸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。

尚、燃焼室１７の形状は、図２に例示する形状に限定されない。例えば、キャビティ３１の形状、ピストン３の上面の形状、及び燃焼室１７の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。

また、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。

エンジン１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燃焼動作を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼動作を行う。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（すなわち、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燃焼動作を行うものの、その幾何学的圧縮比の値は、比較的に低く設定されている。幾何学的圧縮比の値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となる。エンジン１の幾何学的圧縮比の値は、レギュラ仕様（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ごとに、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、２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、すなわち、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と連通している。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。すなわち、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。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ることができる。この構成例では、図１及び図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に構成されている。これにより、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期は連続的に変化する。尚、吸気弁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。

また、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１ごとに、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、２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と連通している。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ることができる。この構成例では、図１及び図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に構成されている。これにより、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期は連続的に変化する。尚、排気弁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。

このエンジン１は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって、吸気弁２１の開弁時期と排気弁２２の閉弁時期とに係るオーバラップ期間の長さを調整する。これにより、燃焼室１７の中に熱い既燃ガスを閉じ込めることができる。すなわち、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入することが可能となる。また、オーバラップ期間の長さを調整することによって、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することが可能となる。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１ごとに、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の中に燃料を直接に噴射するように構成されている。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おいて、燃焼室１７内に臨んで配設されている。インジェクタ６は、図２に示すように、その噴射軸心が、シリンダの中心軸Ｘ１に平行に配設されている。インジェクタ６の噴射軸心は、軸Ｘ２と一致しており、インジェクタ６の噴射軸心と、キャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１と対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。この場合も、インジェクタ６の噴射軸心と、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に二点鎖線からなる複数の領域で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がり、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。インジェクタ６は、本構成例においては、１０個の噴口を有しており、各噴口は、それぞれ周方向に等角度に配置されている。尚、噴口の数は８個であってもよい。噴口の軸は、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。すなわち、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に直接に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、該燃料タンク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、本構成例においては、例えば、電動式のポンプであり、燃料タンク６３の内部に配設されている。また、燃料ポンプ６５は、燃料ポンプコントローラ６５１と接続されている。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。コモンレール６４には、高圧燃圧センサＳＷ１６と、燃料温度センサＳＷ１６１とが配設されている。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の各噴口から燃焼室１７の中にそれぞれ噴射される。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に供給可能となるように構成されている。燃料供給システム６１の最高燃料圧力は、例えば１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。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。

また、燃料供給路６２におけるコモンレール６４と燃料ポンプ６５との間には、高圧燃料ポンプ６４１と、その上流に低圧燃圧センサＳＷ２０とが配設されている。高圧燃料ポンプ６４１には、燃料温度センサＳＷ２１が配設されている。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１ごとに、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、本構成例では、図２にも示すように、シリンダ１１の中心軸Ｘ１を挟んだ吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、インジェクタ６と隣接している。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くように、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に臨み、且つ燃焼室１７の天井面の付近に位置している。

シリンダヘッド１３には、各シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して点火プラグ２５と反対側（すなわち排気側）に、燃焼室１７内の圧力を検知する指圧センサＳＷ６がそれぞれ配設されている。

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と連通している。吸気通路４０は、各燃焼室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（不図示）が配設されている。サージタンクよりも下流の吸気通路４０は、シリンダ１１ごと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と接続されている。

吸気通路４０におけるエアクリーナ４１とサージタンクとの間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調節することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調整するように構成されている。

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１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、例えばルーツ式としてもよい。機械式の過給機４４の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機４４は、例えば、リショルム式、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が介設されている。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。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に構成されている。

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４６が配設されている。インタークーラ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４６は、例えば水冷式に構成すればよい。

吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラ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節する。

過給機４４をオフにしたとき、すなわち、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。この場合のエンジン１は、非過給、すなわち自然吸気の状態で運転する。

過給機４４をオンにしたとき、すなわち、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、この逆流量を調整することができるので、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。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、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。スワール発生部の一例は、図３に示すような、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とつながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２とつながるセカンダリ通路４０２のうち、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４０２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の開度が小さい場合には、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、一方、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ので、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の開度が大きい場合には、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となるので、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。尚、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。）。

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、２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。２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ため、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とそれぞれ連通している。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ごと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と接続されている。

排気通路５０には、複数の触媒コンバータを有する排気浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバータは、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は、三元触媒５１３を有している。尚、排気浄化システムは、図例の構成には限定されない。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、既燃ガスの一部を吸気通路４０に還流す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と下流の触媒コンバータ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の上流側と接続されている。

ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラ５３が配設されている。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に構成されている。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、すなわち外部ＥＧＲガスの還流量を調節することができる。

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

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）及び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、例えば、ＳＷ１〜ＳＷ１７、ＳＷ２０〜ＳＷ２４、ＳＷ３１、ＳＷ５１、ＳＷ１０１、ＳＷ１０２及びＳＷ１６１が接続されている。以上の各センサは、検知信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、例えば、下記の複数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４１の下流に配置され、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、過給機４４の上流側に配置され、且つ、過給機４４に流入するガスの圧力を検知する吸気圧センサＳＷ３及び当該ガスの温度を検知する第２吸気温度センサＳＷ３１、吸気通路４０における過給機４４の下流で、インタークーラ４６の上流側に配置され、且つ、過給機４４から流出したガスの温度を検知する第３吸気温度センサＳＷ４、インタークーラ４６の下流のサージタンクに取り付けられ、過給機４４の下流のガスの圧力を検知するブースト圧センサＳＷ５及びそのガスの温度を検知する第４吸気温度センサＳＷ５１、各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３にそれぞれ取り付けられ、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、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よりも上流に配置され、排気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における三元触媒５１１の下流側に配置され、三元触媒５１１通過後の排気中の酸素濃度を検知するラムダＯ_２センサＳＷ９、シリンダヘッド１３に取り付けられ、冷却水の温度を検知する第１水温センサＳＷ１０（右上図を参照）、シリンダヘッド１３のメインラジエタに向かう排出口付近に取り付けられ、冷却水の温度を検知する第２水温センサＳＷ１０１、メインラジエタのウォータポンプＷ／Ｐに向かう排出口付近に取り付けられ、冷却水の温度を検知する第３水温センサＳＷ１０２、エンジン１に取り付けられ、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、該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、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、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、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、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられ、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及び該燃料の温度を検知する燃料温度センサＳＷ１６１、並びにスロットル弁４３の駆動モータに取り付けられ、該スロットル弁４３の開度を検知するスロットル開度センサＳＷ１７である。

また、燃料供給路６２における高圧燃料ポンプ６４１と燃料ポンプ６５との間に取り付けられた低圧燃圧センサＳＷ２０、該高圧燃料ポンプ６４１に取り付けられた燃料温度センサＳＷ２１、ＧＰＦ５１２に取り付けられたＧＰＦ圧力センサＳＷ２３、及びシリンダブロック２２に取り付けられた油圧センサＳＷ２３、及びオイルパンの底部に取り付けられたオイルレベルセンサＳＷ２４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にそれぞれ出力する。例えば、ＥＣＵ１０は、吸気圧センサＳＷ３及びブースト圧センサＳＷ５の検知信号から得られる過給機４４の前後差圧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、過給圧を調節する。また、ＥＣＵ１０は、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ガス量を調節する。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、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、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、５つの領域に分けられている。具体的には、この５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、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、該中負荷領域（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）、高負荷領域において中回転領域（２）よりも回転数が低い低回転領域（３）、並びに低負荷領域（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）よりも回転数が高い高回転領域（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３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、燃焼圧力が９００ｋＰａ以上となる領域としてもよい。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２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。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。

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動作（ＳＰＣＣＩ燃焼）を行う。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播により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によって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする形態である。

ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらついていても、例えば、点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、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燃焼において、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。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、図６の符号６０１４、６０２４、６０３４、及び６０６３に例示するように、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。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生率部とが、この順番に連続するよう形成されている。

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に示す熱発生率の波形６０１４、６０２４、６０３４、及び６０６３の例では、自己着火のタイミングで、波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。

ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。但し、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、ピストン３がモータリングによって下降している。ＣＩ燃焼による、熱発生率の波形６０１４、６０２４、６０３４、及び６０６３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も比較的に穏やかになる。

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燃焼と比べて、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。

また、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼（第１熱発生率部）の熱発生量をエンジンの運転状態に応じて変化させることにより、ＣＩ燃焼（第２熱発生率部）の開始時期がエンジンの運転状態に応じて設定される目標CI燃焼開始時期となるように、燃焼制御手段（ＥＧＲ、ＶＶＴ、吸気量制御手段）を制御する。

エンジン１は、また、他の領域、すなわち、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ＳＩ燃焼動作を行う。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。

図６は図５の運転領域マップ５０１、５０２の各領域における燃焼噴射時期及び点火時期を表している。図６の符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、及び６０６は、図５の運転状態６０１、６０２、６０２、６０３、６０４、６０５、及び６０６にそれぞれ対応する。運転状態６０６は、高負荷中回転領域（２）において、回転数が高い運転状態に相当する。

（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際に、エンジン１は、前述したように、ＣＩ燃焼動作を行う。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燃焼動作を行う。

エンジン１が、低負荷領域（１）−１の運転状態６０１で運転する際に、インジェクタ６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６０１５、６０１６を参照）。燃料の分割噴射と、燃焼室１７の中の強いスワール流とによって、燃焼室１７の中央部と外周部とにおいて混合気が成層化する。

燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ２５は、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０１３を参照）。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することにより、ＣＩ燃焼が適切なタイミングで開始する（燃焼波形６０１４を参照）。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において運転する際には、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できる。

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の状態でＳＰＣＣＩ燃焼動作を行うため、低負荷領域（１）−１は、「ＳＰＣＣＩλ＞１領域」と呼ぶことができる。すなわち、「第２燃焼モード」である。

（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際にも、低負荷領域（１）−１と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼動作を行う。

エンジン１が、中負荷領域（１）−２において運転状態６０２で運転する際に、インジェクタ６は、吸気行程中の燃料噴射（符号６０２５を参照）と、圧縮行程中の燃料噴射（符号６０２６を参照）とを行う。吸気行程中に第１噴射６０２５を行うことにより、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６０２６を行うことにより、中負荷領域（１）−２内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ノッキング等の異常燃焼を防止することができる。第１噴射６０２５の噴射量と第２噴射６０２６の噴射量との割合は一例として、９５：５としてもよい。

インジェクタ６が、吸気行程中の第１噴射６０２５と圧縮行程中の第２噴射６０２６とを行うことによって、燃焼室１７の中には、全体として空気過剰率λが１．０±０．２になった混合気が形成される。混合気の燃料濃度が略均質であるため、未燃損失の低減による燃費の向上、及びスモークの発生回避による排出ガス性能の向上を図ることができる。空気過剰率λは、好ましくは、１．０〜１．２である。

圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をすることによって（符号６０２３を参照）、混合気は火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼が開始した後、未燃混合気が目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する（燃焼波形６０２４を参照）。

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燃焼動作を行うため、中負荷領域（１）−２は、「ＳＰＣＣＩλ＝１領域」と呼ぶことができる。すなわち、「第１燃焼モード」である。

ここで、図５のマップ５０１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（図中の「Ｓ／Ｃ ＯＦＦ」の記載を参照。）。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がオンにされる。また、高回転側の領域においても、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がオンとなる。

（高負荷中回転領域（２））
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転している際にも、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燃焼動作を行う。

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で運転する際に、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６０３５を参照）と共に、圧縮行程の終期に燃料を噴射する（符号６０３６を参照）。

吸気行程に開始する前段噴射６０３５は、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに２等分したときの前半としてもよい。具体的に、前段噴射は上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。

前段噴射６０３５の噴射開始を吸気行程の前半にすると、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に入り、残りの燃料はキャビティ３１の内部に入る。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の内部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。

点火プラグ２５が配置されている中央部の混合気は、好ましくは空気過剰率λが１以下であり、外周部の混合気は、空気過剰率λが１以下、好ましくは１未満である。中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例えば１３以上、理論空燃比（１４．７）以下としてもよい。中央部の混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンであってもよい。また、外周部の混合気の空燃比は、例えば１１以上、理論空燃比以下、好ましくは１１以上且つ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以上且つ理論空燃比以下、好ましくは１２．５以上且つ１３以下としてもよい。

圧縮行程の終期に行う後段噴射６０３６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６０３５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。このとき、上死点の直前で後段噴射６０３６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、過早着火の発生を抑制することができる。尚、前段噴射６０３５の噴射量と後段噴射６０３６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６０３７を参照）。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。ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室１７内の強いスワール流れに乗って周方向に伝播する。燃焼室１７の外周部における周方向の所定の位置において、未燃混合気が圧縮着火をし、ＣＩ燃焼が開始する（燃焼波形６０３４を参照）。

これに対し、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６０６で運転する際には、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６０６１を参照）。

吸気行程に開始する前段噴射６０６１は、運転状態６０３の前段噴射６０３５と同様に、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。具体的には、前段噴射６０６１は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。前段噴射６０６１の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。前段噴射６０６１の噴射開始を吸気行程の前半にすることによって、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成することができる。回転数が高いことから、異常燃焼が発生し難いため、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６０６２を参照）。点火プラグ２５は、例えば、圧縮上死点以降に点火を行う。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる（燃焼波形６０６３を参照）。

高負荷中回転領域（２）においては、エンジン１は、混合気を理論空燃比よりもリッチな状態でＳＰＣＣＩ燃焼動作を行うため、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の回転数が低い場合には、クランク角が１°だけ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、高負荷中回転領域（２）と同様に、例えば、吸気行程及び圧縮行程の前半に、燃焼室１７内に燃料を噴射すると、燃料の反応が進み過ぎてしまい、過早着火を招くおそれがある。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際には、前述したＳＰＣＣＩ燃焼動作を行うことが困難となる。

そこで、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼動作ではなく、ＳＩ燃焼動作を行うようにする。

エンジン１が高負荷低回転領域（３）における運転状態６０４で運転する際に、インジェクタ６は、吸気行程中と、圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間とのそれぞれのタイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射する（符号６０４４、６０４５を参照）。このように、２回に分けて燃料を噴射することにより、リタード期間内に噴射する燃料量を少なくすることができる。吸気行程中に燃料を噴射することにより（符号６０４４を参照）、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間に燃料を噴射することにより（符号６０４５を参照）、点火直前に燃焼室１７の中の流動を高めることができるので、ＳＩ燃焼の安定化に有利となる。この燃料噴射の形態は、エンジン１の幾何学的圧縮比の値が低いときに特に有効である。

点火プラグ２５は、燃料を噴射した後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火する（符号６０４２を参照）。点火プラグ２５は、例えば、圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてＳＩ燃焼をする。ＳＩ燃焼が膨張行程において開始するため、ＣＩ燃焼は開始しない（燃焼波形６０４３を参照）。

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噴射をしてＳＩ燃焼動作を行うため、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°だけ変化するのに要する時間が短くなる。このため、例えば、高負荷領域における高回転領域において、圧縮行程中に分割噴射を行うことによって、燃焼室１７内において混合気の成層化をすることは困難となる。すなわち、エンジン１の回転数が高くなると、前述したＳＰＣＣＩ燃焼動作を行うことが困難となる。このため、エンジン１が高回転領域（４）において運転している際には、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼動作ではなく、ＳＩ燃焼動作を行う。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６０５は、エンジン１が高回転領域（４）の、負荷が高い領域において運転しているときの燃料噴射時期（符号６０５１を参照）及び点火時期（符号６０５２を参照）、並びに燃焼波形（符号６０５３を参照）のそれぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高回転領域（４）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスを０とすればよい。

エンジン１は、高回転領域（４）において運転する際には、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６を全開にする。燃焼室１７内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁５６を全開にすることにより、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となる。

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）の値は、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。すなわち、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、高回転領域（４）内の、全開負荷を含む高負荷領域においては、混合気の空気過剰率λを１未満にしてもよい。

エンジン１が高回転領域（４）において運転する際には、インジェクタ６は、吸気行程中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。尚、図６の符号６０５１は、エンジン１の負荷が高く、燃料噴射量が多いときにおける燃料の噴射状態を例示しており、燃料の噴射量に応じて、燃料の噴射期間は変化する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室１７の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能となる。また、エンジン１の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制をも図ることができる。

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６０５２を参照）。

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中に開始してＳＩ燃焼動作を行うため、高回転領域（４）は、「吸気−ＳＩ領域」と呼ぶことができる。

（低負荷領域（１）−１における「減筒運転」）
本実施形態においては、図５に示すように、低負荷領域（１）−１（ここでは、便宜上「レイヤ３」と呼ぶ。）の最も低い低負荷領域において減筒運転を行う。レイヤ３の最も低い低負荷領域とは、軸平均有効圧力（ＢＭＥＰ）で示すと、例えば２００ｋＰａ以下の領域であってもよい。尚、軸平均有効圧力（ＢＭＥＰ：Break Mean Effective Pressure）は、負荷自体を表すのではなく、該ＢＭＥＰに排気量を乗じた値が軸トルクと比例する。

このように、ＢＭＥＰが、例えば２００ｋＰａ以下の運転領域では、エンジン１の燃焼時のスロットル損失（ポンプ損失）が大きくなるため、多気筒のうちの一部、一例として４気筒のうちの２気筒を休止する減筒運転（気筒休止運転）を行う。このとき、休止中の気筒のスロットル弁４３は開けた状態とする。また、稼動中の気筒に対しては、混合気の圧縮比（幾何学的圧縮比）の値を上述したように１３．０以上と、比較的に高く設定してもよい。

このような減筒運転により、運転中の他の２気筒はそれぞれの負荷が高くなるため、スロットル損失を抑制することができる。

なお、休止中の気筒に対して、吸気弁及び排気弁を作動させた状態としてもよい。このようにすると、弁停止機構を設ける必要がなくなるので、減筒運転可能なエンジンの製造コストの低減が可能となる。

減筒運転中は、過給機４４による過給は行わないが、過給機４４の電磁クラッチ４５は接続したままとしておいてもよい。エンジン１の回転数に拘わらず、電磁クラッチ４５を接続しておくほうが、電磁クラッチ４５の接続及び切断による機械的な負荷が小さくなるからである。

また、図５のマップ５０２に示すように、減筒運転中は、稼動中の気筒に対してスワール流を生じさせてもよい。この場合に、スワール流におけるスワール比の値を４以上に設定してもよい。これにより、空気過剰率λ＞１の、すなわちＡ／ＦリーンでのＳＩ燃焼を安定して行うことができ、また、燃焼室内に生じるスワール流を強めることができるので、ＳＩ燃焼をさらに安定化することができる。

燃焼室への吸気温度が所定値未満の場合には、減筒運転に代えて全筒運転を行わせてもよい。これにより、吸気温度が低温の場合におけるＳＩ燃焼の不安定さがなくなるので、それに続くＣＩ燃焼の燃焼時期の遅れを抑制することができる。

さらに、エンジン１の冷却水の水温が所定値未満の場合には、減筒運転に代えて全筒運転を行ってもよい。これにより、全筒運転では、減筒運転の場合と比べて、燃焼室内の壁面及びその近傍にあるエンドガス（未燃混合気）の冷却が速やかに解消されるので、ＣＩ燃焼の燃焼開始時期の遅れを抑制することができる。

また、図５に示すように、中負荷領域（１）−２（ここでは、便宜上「レイヤ２」と呼ぶ。）においては、理論空燃比の値と同等の空燃比（すなわち、λ＝１）によって、ＳＩ燃焼及び該ＳＩ燃焼に続くＣＩ燃焼を行わせている。

ここで、空気過剰率λ＝１と同等の空燃比で行うレイヤ２にから、エンジン１の運転状態によってレイヤ３に遷移した場合でも、減筒運転を行わない設定としてもよい。すなわち、エンジン１がレイヤ３でλ＝１相当で運転している最中に、レイヤ３に遷移したとしても減筒運転に移行せず、そのまま全筒運転を続ける。これにより、減筒運転への制御の移行時におけるＮＯｘの発生を抑制することができる。

次に、レイヤ２及びレイヤ３における負荷と燃料量との関係について図面を参照しながら説明する。

図７〜図９は、減筒運転（気筒休止）を含むレイヤ３と、レイヤ２とにおける第１噴射時期、第２噴射時期及び第３噴射時期と各負荷との関係の一例を表している。また、図１０〜図１２は複数回の燃料噴射時期ごとの１サイクル当たりの燃料量と負荷との関係の一例を表している。ここで、図７〜図１２の各グラフにおけるエンジン１の回転数は、例えば３５００ｒｐｍ程度としている。これは、後述する図１３〜図１６においても同様である。

図７に示すように、例えば３回の噴射時期のうち第１噴射時期は、レイヤ３の全筒運転を行う低負荷領域においては、圧縮上死点前（ｂＴＤＣ）約８８°ＣＡであってもよい。より低負荷の気筒休止を行うレイヤ３に移行する負荷時点においては、第１噴射時期は、圧縮上死点前約３２０°ＣＡであってもよく、吸気行程の初期段階にまで進角させる。負荷が低下するに連れて、この第１噴射時期は、圧縮上死点前約９０°ＣＡに遅角させてもよい。

一方、第１噴射燃料量は、図１０に示すように、全筒運転を行うレイヤ３においては、負荷が低減するに連れて漸減しており、気筒休止に移行する負荷時点においては、約６倍に増大させている。負荷がさらに低下するに連れて、この第１噴射燃料量は減少させている。

図８に示すように、３回の噴射時期のうち第２噴射時期は、レイヤ３の全筒運転を行う低負荷領域においては、圧縮上死点前約６０°ＣＡ〜約５０°ＣＡであってもよい。より低負荷の気筒休止を行うレイヤ３に移行する負荷時点においては、第２噴射時期は、圧縮上死点前約２５０°ＣＡであってもよい。負荷が低下するに連れて、この第２噴射時期は、圧縮上死点前約６０°ＣＡに遅角させてもよい。

一方、第２噴射燃料量は、図１１に示すように、レイヤ３の全筒運転を行う低負荷領域においては漸減しており、気筒休止に移行する負荷時点においては、さらに一段減少させている。負荷がさらに低下するに連れて、この第２噴射燃料量は、逆に増大させている。

図９に示すように、３回の噴射時期のうち第３噴射時期は、レイヤ３の全筒運転を行う低負荷領域においては、圧縮上死点前約４５°ＣＡであってもよい。より低負荷の気筒休止を行うレイヤ３に移行する負荷時点においては、第３噴射時期は、圧縮上死点前約２００°ＣＡであってもよい。負荷が低下するに連れて、この第３噴射時期は、圧縮上死点前約５５°ＣＡに遅角させてもよい。

一方、第３噴射燃料量は、図１２に示すように、レイヤ３の全筒運転を行う低負荷領域においては漸減しており、気筒休止に移行する負荷時点においては、さらに一段減少させている。負荷がさらに低下するに連れて、この第３噴射燃料量は、逆に増大させている。

図１３には、第１から第３の１サイクル当たりの各噴射燃料量を合計した総燃料量と負荷との関係を表している。図１３に示すように、第１から第３の噴射燃料量の１サイクル当たりの総燃料量は、気筒休止に移行する負荷時点において増大させている。これにより、減筒運転、すなわち２気筒運転におけるスロットル損失が抑制されると共に、ＳＰＣＣＩ燃焼にとって不利な低負荷領域においても、空燃比Ａ／Ｆをリーン化しながら、安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができる。

図１４にレイヤ２及びレイヤ３における軸平均有効圧力（負荷相当）と排気弁閉タイミング（ＥＶＣ）との関係の一例を示し、図１５にレイヤ２及びレイヤ３における軸平均有効圧力（負荷相当）と吸気弁開タイミング（ＩＶＯ）との関係の一例を示す。また、図１６にレイヤ２及びレイヤ３における軸平均有効圧力（負荷相当）と外部ＥＧＲの添加率との関係の一例を示す。

排気弁閉タイミングは、図１４に示すように、レイヤ３における上死点後の閉タイミングは、レイヤ２における上死点後の閉タイミングと比べて、半分程度の早閉じとしている。

これに対し、吸気弁開タイミングは、図１５に示すように、レイヤ２及び気筒休止を含むレイヤ３において、共に一定値としている。

また、図１６に示すように、外部ＥＧＲの添加率は、レイヤ２では、レイヤ３との境界領域まで漸減する。一方、気筒休止を含むレイヤ３は、その全体で０％であり、従って外部ＥＧＲは添加していない。

（エンジンの気筒休止の制御プロセス）
次に、図１７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。先ず、スタート後のステップＳ２１において、図４に示すＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７、ＳＷ２０〜ＳＷ２４、ＳＷ３１、ＳＷ５１、ＳＷ１０１、ＳＷ１０２及びＳＷ１６１の各信号を読み込む。ＥＣＵ１０は、続くステップＳ２２において、エンジン１の運転領域を判断する。ここで、運転領域は、図５に示すレイヤ３、詳細には低負荷領域（１）−１（ＳＰＣＣＩλ＞１領域）であるか否か、さらに、レイヤ３である場合には、吸気の温度及び冷却水の温度が共に所定値以上か否かを判定する。レイヤ３でない場合、及びレイヤ３であっても吸気温度及び冷却水温のいずれか一方が所定値未満であれば、ステップＳ２１に戻る。

運転領域がレイヤ３であり、且つ、吸気温度及び冷却水温のいずれもが所定値以上であれば、次のステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３においては、減筒運転（気筒休止運転）領域か否かを判定する。減筒運転領域か否かは、一例として、ＢＭＥＰで２００ｋＰａ以下か否かで判定する。具体的には、例えば、アクセル開度センサＳＷ１２及び／又はスロットル開度センサＳＷ１７等を用いることができる。

ここで、減筒運転領域と判定された場合は、次のステップＳ２４に進む。ステップＳ２４においては、ＥＣＵ１０は、上述したように、スワールコントロール弁５６に対して、その開度を開口比率が０％〜１５％となるように制御信号を出力する。これにより、スワール比の値は４以上且つ６以下となる。

次に、ステップＳ２６において減筒運転を実施する。すなわち、ＥＣＵ１０は、燃料供給システム６１に対して、例えば４気筒のうちの所定の２気筒に対して燃料の供給を停止するように制御信号を出力する。さらに、ＥＣＵ１０は、運転を継続する他の２気筒に対しては、図７〜図９に示した計３回の噴射時期と、図１０〜図１２に示したそれと対応する噴射時期の燃料量とに応じて燃料を噴射させる。その後、ステップ２１に戻る。

（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。

また、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。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御部）
１１ シリンダ（気筒）
１７ 燃焼室
１７１ スキッシュエリア
２５ 点火プラグ（点火部）
３ ピストン
３１ キャビティ
３１２ 浅底部
４０１ プライマリ通路（第１吸気通路）
４０２ セカンダリ通路（第２吸気通路）
５６ スワールコントロール弁（スワール発生部）
６ インジェクタ（燃料噴射部）

Claims (6)

1. 複数の気筒を有し、それぞれに燃焼室を有するエンジンと、
   前記各燃焼室に配置された点火部と、
   前記各燃焼室に臨んで配置された燃料噴射部と、
   前記点火部及び燃料噴射部と接続され、前記点火部及び燃料噴射部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、前記エンジンが所定の負荷よりも高負荷で運転する際には、前記複数の気筒の全てに燃料を供給して全筒運転を行わせ、一方、前記所定の負荷以下で運転する際には、前記複数の気筒のうちの一部に燃料を供給して減筒運転を行わせ、
   前記制御部は、前記減筒運転では、前記燃料噴射部に前記複数の気筒のうちの一部に対して燃料を噴射させ、生じた混合気に対して点火するように前記点火部を制御すると共に、理論空燃比の値よりも大きい空燃比及び所定値以上の高圧縮比により、
   前記エンジンは、前記点火部の点火によって混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始し、その後、未燃混合気が圧縮着火によるＣＩ燃焼をし、
   前記エンジンが、前記所定の負荷以下で運転する際には、
   前記制御部は、理論空燃比の値と同等の空燃比によって、ＳＩ燃焼及び該ＳＩ燃焼に続くＣＩ燃焼を行わせる第１燃焼モードと、
   理論空燃比よりも大きい空燃比によってＳＩ燃焼及び該ＳＩ燃焼に続くＣＩ燃焼を行わせる第２燃焼モードとを切り替え、
   前記エンジンが、前記第１燃焼モードで運転する場合は、減筒運転を行わない圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記制御部は、減筒運転では、前記複数の気筒のうちの残部の吸気弁及び排気弁をも作動させた状態とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼室への吸気温度が所定値未満の場合に、前記制御部は、減筒運転に代えて、全筒運転を行わせる圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジンの冷却水の水温が所定値未満の場合に、前記制御部は、減筒運転に代えて、全筒運転を行わせる圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼室内にそれぞれスワール流を発生させるスワール発生部をさらに備え、
   前記制御部は、減筒運転では、前記スワール発生部に対して前記燃焼室にスワール流を発生させる圧縮着火式エンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記スワール流におけるスワール比の値は、４以上である圧縮着火式エンジンの制御装置。

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