JP6558426B2 - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、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、低負荷低回転の所定領域において、燃焼室内の混合気を自己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、前記低負荷低回転の領域よりも負荷の高い領域、及び、前記低負荷低回転の領域よりも回転数の高い領域においては、火花点火により混合気を燃焼させる。

特許第４０８２２９２号公報

ところで、圧縮着火による燃焼は、比較的大きな燃焼騒音を発する。エンジンの回転数が高いときに、エンジンのＮＶＨ（Noise Vibration Harshness）が許容値を超えてしまう。

ここに開示する技術はか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、圧縮着火式エンジンにおいてＮＶＨを許容値以下に抑えながら、圧縮着火による燃焼を行うことにある。

本願発明者らは、後述するように、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせる燃焼形態（ＳＰＣＣＩ燃焼）を考えた。つまり、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行うと共に、ＳＩ燃焼の発熱によって、燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼する。

自己着火による燃焼においては、圧縮開始前の燃焼室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。例えば自己着火のタイミングが早くなると、燃焼騒音が大きくなってしまうという問題がある。

ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼の発熱量を変更することによって、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、例えば点火タイミングの変更によってＳＩ燃焼の開始タイミングを変更すれば、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。

火炎伝播による燃焼は、圧力変動が相対的に小さいため、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。また、ＣＩ燃焼を行うことにより、火炎伝播による燃焼よりも、燃焼期間が短縮し、燃費の向上に有利になる。従って、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態は、燃焼騒音の発生を抑制しながら、燃費を向上させることができる。

エンジンの回転数が高いときにＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにすれば、ＮＶＨを許容値以下に抑えながら、ＣＩ燃焼を行うことができる。

具体的に、ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置であって、燃焼室の中において混合気を燃焼させるように構成されたエンジンと、前記燃焼室の中に臨んで配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、前記エンジンに設けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に含まれる内部ＥＧＲガスの量の割合である内部ＥＧＲ率を変更するように構成された内部ＥＧＲシステムと、前記点火プラグ及び前記内部ＥＧＲシステムのそれぞれに接続されかつ、前記点火プラグ及び前記内部ＥＧＲシステムのそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラーと、を備える。

前記コントローラーは、前記点火プラグの点火によって混合気が火炎伝播により燃焼し、その後、前記燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼する所定形態の燃焼が行われるように、所定の点火タイミングで前記点火プラグに制御信号を出力する。そして、前記コントローラーが、前記エンジンの回転数が低い時よりも高い時に、前記内部ＥＧＲ率が高くなるよう、前記内部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する。

尚、ここでいう「燃焼室」は、ピストン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。

この構成によると、コントローラーが、エンジンの運転状態から必要であると判断すると、点火プラグに制御信号を出力する。それにより、点火プラグは、燃焼室の中に形成された混合気に、所定の点火タイミングで点火する。それにより、燃焼が開始され、その燃焼に引き続いて未燃混合気が自己着火により燃焼する所定の燃焼が行われる。すなわち、前述したＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。

そして、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われるときには、コントローラーは、エンジンに設けられている内部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する。内部ＥＧＲシステムは、内部ＥＧＲ率（燃焼室の中の混合気に含まれる内部ＥＧＲガスの量の割合）を変更するように構成されており、コントローラーから出力された制御信号に従って、エンジンの回転数が低い時よりも高い時に、内部ＥＧＲ率が高くなるようにする。

前述したように、エンジンの高回転時は、低回転時よりもＮＶＨが大きくなる。そのため、高回転時も低回転時と同様に、燃焼騒音が大きなＣＩ燃焼を行うと、ＮＶＨが許容値を超えてしまうおそれがある。従って、高回転時に、自己着火による燃焼を行うためには、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼を減らしてＳＩ燃焼を増やす必要がある。

また、高回転時には、低回転時に比べて燃焼サイクルが短くなる。それに伴い、燃焼室の内壁等が燃焼時に受けとる熱量が少なくなって温度が低くなるので、混合気は受熱し難くなるし、混合気が燃焼する時間も短くなる。従って、高回転時には、そのような不利な条件の下で、ＳＰＣＣＩ燃焼を促進してＳＩ燃焼の割合を高める必要があるが、混合気それ自体の温度（燃焼直前の温度）を高くすれば、そのような条件の下でもＳＰＣＣＩ燃焼を促進させることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に遅れて着火する。混合気の温度を高くすると、ＳＩ燃焼及びＣＩ燃焼のいずれも促進されるが、高回転時は燃焼時間が短いため、燃焼が先に始まるＳＩ燃焼の方が急速になり、燃焼が後に始まるＣＩ燃焼よりも燃焼が促進される。すなわち、混合気の温度を高くすることで、高回転時においてＳＩ燃焼の割合を高めることができる。

そのため、エンジンが運転しているときに、内部ＥＧＲ率を高くして、混合気に含まれる内部ＥＧＲガス（高温の既燃ガス）の割合を増やすことで、混合気の温度を高くでき、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼を増やすことができる。その結果、高回転時においてもＮＶＨを許容値以下に抑制できるようになる。

前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が予め設定された制限開始回転数を超えた場合に、前記内部ＥＧＲ率の上昇が制限されるよう、前記内部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する、としてもよい。

前述したように、内部ＥＧＲ率を高めることで、混合気の温度が高まってＮＶＨを許容値以下に抑制できるようになる。ところが、混合気の温度が過度に高くなると、ＣＩ燃焼も急速になって燃焼騒音が増大し、ＮＶＨの許容値を超えてしまうおそれがある。そのため、コントローラーは、そのような状況になり得る前に、内部ＥＧＲ率の上昇を制限し、ＮＶＨが許容値を超えることを防止する。

その場合、前記エンジンの負荷が高くなるほど、前記制限開始回転数が低回転側に変位するよう設定されている、とするとよい。

エンジンの負荷が高くなるほど、混合気の温度は過度に高くなり易い。従って、エンジンの負荷が高くなるほど、内部ＥＧＲ率の上昇を制限し始める制限開始回転数を低回転側に設定すれば、ＮＶＨがその許容値を超えることを、より確実に抑制できる。

前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中へ導入する吸気流動を変更するよう構成された吸気流動制御デバイス、を更に備え、前記コントローラーが、前記エンジンの回転数が前記制限開始回転数を超えた領域で、前記吸気流動が強くなるよう、前記吸気流動制御デバイスに制御信号を出力する、としてもよい。

制限開始回転数を超えた範囲では、ＳＩ燃焼の割合が高くならないため、燃焼騒音の抑制効果が制限され、十分な効果が得られない場合がある。そのため、機構の異なる手段を組み合わせることで、内部ＥＧＲ率の変更で制限される効果を補う。すなわち、吸気流動を強くすることで、噴射された燃料の気化が促進されかつ、燃焼室内での流動が強い状態でＳＩ燃焼を行うことができる。それにより、ＳＩ燃焼が急速になって、遅れて着火するＣＩ燃焼に比べてＳＩ燃焼が促進されるため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を高めることができ、ＮＶＨがその許容値を超えることを、よりいっそう確実に抑制できる。

また、前記コントローラーが、前記エンジンの回転数が前記制限開始回転数を超えた領域で、点火タイミングが進角するよう、前記点火プラグに制御信号を出力する、としてもよい。

点火タイミングを進角すれば、ＳＩ燃焼の開始が早まる。そのため、高回転時の短い時間であってもＳＩ燃焼が急速になるので、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を高めることができる。従って、点火タイミングの進角によっても、内部ＥＧＲ率の変更で制限される効果を補うことができ、高回転時においてもＮＶＨを許容値以下に抑制できる。

燃焼室内に内部ＥＧＲガスを導入することにより、内部ＥＧＲガスは、燃焼室に直接的に導入されるので、燃焼室に間接的に導入される外部ＥＧＲガスに比べて、高温を確保し易い。従って、混合気の温度を高くし易いので、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を容易に増やすことができる。

この場合、前記内部ＥＧＲガスが、ネガティブオーバーラップ期間を設けることによって前記燃焼室の中に導入される、としてもよいし、前記内部ＥＧＲガスが、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、いわゆるポジティブオーバーラップ期間を設けることによって前記燃焼室の中に導入される、としてもよい。

ネガティブオーバーラップ期間の設定（ＮＶＯ設定ともいう）による内部ＥＧＲガスの導入では、燃焼室に残留する既燃ガスをそのまま内部ＥＧＲガスとするので、燃焼室の中の混合気の温度を高くし易く、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を容易に増やすことができる。

一方、ポジティブオーバーラップ期間の設定（ＰＶＯ設定ともいう）による内部ＥＧＲガスの導入では、燃焼室で発生した高温の既燃ガスは、いったん燃焼室から吸気通路に流出する。吸気通路に流出した既燃ガスが、その後、再度、燃焼室に導入される。温度の低い吸気通路に流出することで、燃焼室に導入される高温の既燃ガス、つまり内部ＥＧＲガスは冷却される。

従って、ＰＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入は、ＮＶＯ設定よりも燃焼室の温度を低くできる。それにより、ＳＰＣＣＩ燃焼における自己着火によるＣＩ燃焼を緩慢にでき、過度なＣＩ燃焼による燃焼騒音の増大を抑制できる。

そして、その場合、前記所定形態の燃焼が行われる運転領域における前記エンジンの最大回転数の近傍に至るまで、前記内部ＥＧＲ率が、制限を受けることなく連続して高くなる、とすることができる。

前述したように、混合気の温度が過度に高くなると、ＮＶＨの許容値を超えてしまうおそれがあるため、高回転時に、内部ＥＧＲ率の上昇を制限する必要が生じ得る。それに対し、ＮＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入では、燃焼室の温度が過度に高くなり易いため、内部ＥＧＲ率の上昇を制限する必要性が高い。一方、ＰＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入では、燃焼室の温度が過度に高くなるのが抑制できる。そのため、ＰＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入は、内部ＥＧＲ率の上昇を制限する必要性が低く、エンジンの最大回転数の近傍に至るまで、内部ＥＧＲ率を連続して高くすることができる。

前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中に導入するガスを過給するよう構成された過給システム、を更に備え、前記コントローラーは、所定負荷よりも高負荷の第１領域にあるときに前記過給システムが過給を行い、前記所定負荷以下の第２領域にあるときに前記過給システムが過給を行わないよう、前記過給システムに制御信号を出力し、前記コントローラーが、前記第２領域で、前記エンジンの回転数が低い時よりも高い時に前記内部ＥＧＲ率が高くなるよう、前記内部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する、としてもよい。

このようなエンジンの場合、過給が行われる第１領域では、内部ＥＧＲガスを導入しても、過給圧によって掃気されてしまう。そのため、第１領域での内部ＥＧＲ率の変更は難しく、燃焼室の中の状態量が不安定になって燃費等の悪化を招くおそれがある。従って、コントローラーは、過給が行われない第２領域で、内部ＥＧＲ率が高くなるよう、制御信号を出力する。それにより、高回転時においてもＮＶＨを許容値以下に抑制できる。

前記所定形態の燃焼が行われる時には、前記燃焼室の中にスワール流が形成されるようにするのが好ましい。

燃焼室の中にスワール流が形成されていると、燃焼室の中の混合気の流動が促進され、燃焼室の中に成層化した混合気を形成できる。それにより、ＮＯｘや煤等の有害物質の発生が抑制でき、かつＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が安定して行える混合気を、点火のタイミングに点火プラグの周りに偏在させることができる。従って、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現でき、高回転時においてもＮＶＨを許容値以下に抑制できる。

ここに開示する圧縮着火式エンジンの制御装置は、燃焼室の中において混合気を燃焼させるように構成されたエンジンと、前記燃焼室の中に臨んで配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、前記エンジンに設けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に含まれるＥＧＲガスの量の割合であるＥＧＲ率を変更するように構成されたＥＧＲシステムと、前記点火プラグ及び前記ＥＧＲシステムのそれぞれに接続されかつ、前記点火プラグ及び前記ＥＧＲシステムのそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラーと、を備え、前記コントローラーは、前記点火プラグの点火によって混合気が火炎伝播により燃焼し、その後、前記燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼する所定形態の燃焼が行われるように、所定の点火タイミングで前記点火プラグに制御信号を出力し、前記コントローラーが、前記エンジンの回転数が低い時よりも高い時に、前記ＥＧＲ率が高くなるよう、前記ＥＧＲシステムに制御信号を出力し、前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が予め設定された制限開始回転数を超えた場合に、前記ＥＧＲ率の上昇が制限されるよう、前記ＥＧＲシステムに制御信号を出力する。

開示した圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、高回転時においてもＮＶＨを許容値以下に抑制できるようになるので、エンジンの燃費性能を向上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り、上図は燃焼室の平面視相当図、下部はII−II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、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６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７Ａは、第１の運転領域マップを例示する図である。 図７Ｂは、第２の運転領域マップを例示する図である。 図７Ｃは、第３の運転領域マップを例示する図である。 図８は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率の変化を概念的に示す図である。 図９は、第１の運転領域マップに対応したエンジンの負荷の高低に対する、ＳＩ率の変化、燃焼室の中の状態量の変化、吸気弁及び排気弁のオーバーラップ期間の変化、並びに、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングの変化を説明する図である。 図１０の上図は、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼において、エンジンの負荷が増大することに対する燃焼波形の変化を例示する図であり、図１０の下図は、過給ＳＰＣＣＩ燃焼において、エンジンの負荷が増大することに対する燃焼波形の変化を例示する図である。 図１１は、第１の運転領域マップに対応したエンジンのＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数とＳＩ率との関係の一例を示す図である。 図１２は、第１の運転領域マップに対応したエンジンのＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数と内部ＥＧＲ率との関係の一例を示す図である。（ａ）は、ネガティブオーバーラップ期間の設定によって内部ＥＧＲガスを導入する場合での関係図であり、（ｂ）は、ポジティブオーバーラップ期間の設定によって内部ＥＧＲガスを導入する場合での関係図である。 図１３は、第１の運転領域マップに対応したエンジンのＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数と外部ＥＧＲ率との関係の一例を示す図である。（ａ）は、燃焼室の中にスワール流がほとんど形成されない場合での関係図であり、（ｂ）は、燃焼室の中に所定の強さでスワール流が形成される場合での関係図である。 図１４は、第１の運転領域マップに対応したエンジンのＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数とスワールコントロール弁の開度との関係の一例を示す図である。（ａ）は、第１の運転領域マップに対応したエンジンでの関係図であり、（ｂ）は、第２又は第３の運転領域マップに対応したエンジンでの関係図である。 図１５は、第１の運転領域マップに対応したエンジンのＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、エンジンの回転数と点火タイミングとの関係の一例を示す図である。 図１６は、ＥＣＵが実行するエンジンの制御の手順を示すフロー図である。 図１７は、ＳＩ率の変更に係る制御概念を説明する図である。 図１８は、第３の運転領域マップにおいて、各運転状態における燃料噴射時期、点火時期、及び燃焼波形を例示する図である。 図１９は、図７Ｃに示す第３の運転領域マップに対応した簡略図である。 図２０は、図１９に示す各運転状態における燃焼波形を例示する図である。

以下、圧縮着火式エンジン（以下、単にエンジン１ともいう）の制御装置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１の制御装置の一例である。図１は、エンジン１の構成を例示する図である。図２は、燃焼室の構成を例示する断面図である。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３は、エンジン１の制御装置の構成を例示するブロック図である。

また、以下の説明で用いる「ＥＧＲガス」は、「燃焼室に残留及び／又は燃焼室に再吸入される既燃ガス（排気ガス）」を含む。同様に、「内部ＥＧＲガス」は、「燃焼室に残留、及び／又は、エンジン外の通路を経由することなく、燃焼室に直接的に再吸入される、既燃ガス（排気ガス）」を含み、「外部ＥＧＲガス」は、「排気通路や吸気通路等、エンジン外の通路を経由して燃焼室に間接的に再吸入される既燃ガス（排気ガス）」を含む。また、「ＥＧＲ率」は、「燃焼室の中の混合気（全ガス）に含まれるＥＧＲガスの量の割合」に相当する。「内部ＥＧＲ率」は、「燃焼室の中の混合気（全ガス）に含まれる内部ＥＧＲガスの量の割合」に相当し、「外部ＥＧＲ率」は、「燃焼室の中の混合気（全ガス）に含まれる外部ＥＧＲガスの量の割合」に相当する。「熱量比率（ＳＩ率）」の詳細は、別途後述する。

＜ＳＰＣＣＩ燃焼＞
このエンジン１では、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせた形態の燃焼を行う。

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。ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態は、点火プラグが、燃焼室の中の混合気に強制的に点火することで、混合気が火炎伝播によって燃焼する、それと共に、ＳＩ燃焼の発熱と圧力上昇により、燃焼室の中の温度が高くなることで、未燃混合気が自己着火によって燃焼する形態である。

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、未燃混合気を、目標時期において自己着火させることができる。

ＳＩ燃焼がＣＩ燃焼をコントロールするため、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態（ＳＩＣＩ燃焼）を、以下においては、ＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼と呼ぶ。

＜エンジン１の構成＞
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、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。エンジン１は、更に、ピストン３、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気弁２１、排気弁２２なども備えている。

（ピストン３）
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、吸気側から軸Ｘ２（インジェクタ６の噴射中心を通る軸）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。キャビティ３１の外の領域には、スキッシュエリア１７１が形成されている。

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（平坦面であってもよい）。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、浅皿形状を有している。キャビティ３１は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するときに、インジェクタ６に向かい合う。

キャビティ３１の中心は、軸Ｘ１（シリンダ１１の中心を通る軸）に対して排気側にずれている。キャビティ３１の中心は、軸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、軸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、シリンダ１１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、軸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の開口に向かって軸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。

尚、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。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。

例えば、凹陥部３１２のシリンダ外側の深さを小さくしてもよい。この場合、点火プラグ２５周辺のＥＧＲガスが少なくなり、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の火炎伝播が良好になる。

キャビティ３１はまた、図２に仮想線Ｌ１で示すように、軸Ｘ２に対して非対称な形状にしてもよい。すなわち、排気側の凹陥部３１２は、吸気側の凹陥部３１２よりも大きくかつ、深くする。この場合、点火時における点火プラグ２５の周辺の燃料濃度を高くできるので、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の着火が良好になる。

キャビティ３１はまた、図２に仮想線Ｌ２で示すように、凸部３１１を省略してもよい。すなわち、キャビティ３１を、その中心部から径方向外側に向かって次第に浅くなる球面状とする。この場合、ピストン３が吸気弁２１や排気弁２２と接触し難くなるので、これら吸気弁２１及び排気弁２２の開閉制御の自由度が向上する。燃焼室１７の中で、スワール流を形成した場合、その流動を安定化できるので、混合気の成層化が容易になる。

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。ＳＰＣＣＩ燃焼は、前述したように、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１の幾何学的圧縮比は、一例として、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（１４以上１７以下、以下同様）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。

（吸気弁２１、排気弁２２）
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の開弁時期及び閉弁時期は、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の開弁時期及び閉弁時期は、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。

詳細は後述するが、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、状態量設定デバイスの一つとしての、内部ＥＧＲシステムを構成している。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ−ＶＴによって構成されるとは限らない。

（インジェクタ６）
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、その噴射軸心が、軸Ｘ２に沿うように配設されている。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に対向している。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。その場合も、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、複数の噴孔を有する多噴孔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、噴射軸心が位置する燃焼室１７の上部中央部位から下方に向かって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、１０個の噴孔を有しており、各噴孔は、周方向に等角度に配置されている。

各噴孔の軸は、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。

後述するように、インジェクタ６は、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するタイミングで燃料を噴射する場合がある。その場合、インジェクタ６が燃料を噴射すると、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、凹陥部３１２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。尚、インジェクタ６は、多噴孔型のインジェクタに限らない。インジェクタ６は、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

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の噴孔から燃焼室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。

（点火プラグ２５）
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の中心を通る軸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。点火プラグ２５の電極は、インジェクタ６の噴孔に隣接している。尚、点火プラグ２５の配設位置は、図２の構成例に限定されない。点火プラグ２５は、軸Ｘ１よりも排気側に配設してもよい。また、点火プラグ２５を、軸Ｘ１上に配設すると共に、インジェクタ６を、軸Ｘ１よりも吸気側又は排気側に配設してもよい。

（吸気通路４０）
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、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、弁の開度を変更することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を変更するよう構成されている。スロットル弁４３は、状態量設定デバイスの一つを構成している。

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。尚、過給機は、電動式の過給機としてもよいし、排気によって駆動されるターボ過給機としてもよい。

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。つまり、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。

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（具体的にはサージタンク４２）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変更する。

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、過給状態（過給機４４の下流側が大気圧より動的に高圧になる状態）で運転する。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の開度を変更することによって、逆流量を変更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変更することができる。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。エアバイパス弁４８は、状態量設定デバイスの一つを構成している。

（スワールコントロール弁５６）
吸気通路４０にはまた、燃焼室１７に導入する吸気の流動を制御することにより、燃焼室１７の中にスワール流を形成し、その強さを変更するスワールコントロール弁５６（吸気流動制御デバイス）が配設されている。

図３に示すように、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、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、スワール流は、吸気ポート１８の形状を工夫することによって、燃焼室１７の中に発生するように構成してもよい。

（スワール流）
ここで、燃焼室１７内のスワール流の強さについて定義する。本構成例においては、燃焼室１７内のスワール流の強さを、「スワール比」で表す。「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と定義することができる。吸気流横方向角速度は、図５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、同図に示すリグ試験装置では、シリンダヘッド１３が、基台に上下反転して設置され、吸気ポート１８が、図外の吸気供給装置に接続される。そのシリンダヘッド１３上にシリンダ３６が設置され、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が接続されている。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５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６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６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６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。スワール比を４以上にするならば、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。

また、スワール比を４未満にするならば、スワールコントロール弁５６の開度は、開口比率が１５％未満となる範囲で調整すればよい。特に、エンジン１の低負荷や中負荷での運転領域において、ＳＰＣＣＩ燃焼との組み合わせで、混合気の流動性を確保し、かつ、燃焼室１７の中での混合気の成層化をコントロールするためには、スワール比は１．５〜３（スワールコントロール弁５６の開度であれば、２５％〜４０％）となる範囲で調整するのが好ましい。

（排気通路５０）
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、１つ以上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。排気ガス浄化システムは、本構成例では、二つの触媒コンバーターを有している。上流の触媒コンバーターは、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変更するよう構成されている。ＥＧＲ弁５４の開度を変更することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を変更することができる。

この構成例において、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システム（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システム（内部ＥＧＲシステム）とによって構成されている。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システムは、ＥＧＲ通路５２が触媒コンバーター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システムよりも低温の既燃ガスを、燃焼室１７に供給することができる。

（ＥＣＵ１０）
エンジン１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る。ＥＣＵ１０は、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。

メモリ１０２には、ＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールするために、エンジン１の運転状態に応じてＳＩ率（熱量比率、詳細は後述）を変更するＳＩ率変更手段（熱量比率変更手段）１０２ａが格納されている。ＳＩ率変更手段１０２ａは、例えば、制御プログラムやそれに用いられるマップ等のデータで構成されている。

ＥＣＵ１０には、図１及び図３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における触媒コンバーター５１の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Ｏ２センサＳＷ８、排気通路５０における触媒コンバーター５１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Ｏ２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ＶＶＴ２３、排気電動ＶＶＴ２４、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、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の前後差圧に基づいてエアバイパス弁４８の開度を変更することにより、過給圧を変更する。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の開度を変更することにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガスの量を変更する。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７Ａは、エンジン１の運転領域マップの第１の構成例（第１の運転領域マップ７００）を例示している。運転領域マップ７００は、負荷及び回転数によって定められていて、負荷の高低及び回転数の高低に対し、大きく次の四つの領域に分けられている。

（Ａ）アイドル運転を含む低負荷領域
（Ｂ）低負荷領域（Ａ）と次の高負荷領域（Ｃ）との間の中負荷領域
（Ｃ）全開負荷を含む高負荷領域
（Ｄ）低負荷領域（Ａ）、中負荷領域（Ｂ）、及び高負荷領域（Ｃ）よりも回転数の高い高回転領域

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、中負荷領域（Ｂ）において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。以下、低負荷領域（Ａ）、中負荷領域（Ｂ）、及び、高負荷領域（Ｃ）の各領域における燃焼形態について、詳細に説明をする。

（低負荷領域）
エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときには、燃料の噴射量が少ない。そのため、燃焼室１７において混合気が燃焼したときに発生する熱量が少なく、燃焼室１７の温度が低くなる。また、排気ガスの温度も低くなるため、後述するように内部ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入しても、燃焼室１７の温度は、自己着火が安定して可能になる程度まで高めるのは難しい。

エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときの燃焼形態は、点火プラグ２５が燃焼室１７の中の混合気に点火を行うことによって混合気を火炎伝播により燃焼させるＳＩ燃焼である。以下、低負荷領域（Ａ）における燃焼形態を、低負荷ＳＩ燃焼と呼ぶ場合がある。

エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときには、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、理論空燃比である（Ａ／Ｆ≒１４．７）。尚、以下の説明において、混合気の空燃比、空気過剰率λ、及びＧ／Ｆの値は、点火タイミングにおける値を意味する。

混合気の空燃比を理論空燃比にすると、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ができるから、エンジン１の排出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収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２としてもよい。

エンジン１の燃費性能を向上させるために、エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときに、ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。混合気のＧ／Ｆ、つまり、燃焼室１７の中の全ガスと燃料との質量比は１８以上３０以下に設定される。混合気のＧ／Ｆを、１８以上５０以下に設定してもよい。混合気は、ＥＧＲリーンである。混合気の希釈率は高い。

混合気のＧ／Ｆを、例えば２５にすれば、低負荷領域（Ａ）において、混合気が自己着火に至ることなく、ＳＩ燃焼を安定して行うことができる。低負荷領域（Ａ）において、混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷の高低に関わらず一定に維持する。こうすることで、低負荷領域の全域において、ＳＩ燃焼は、安定化する。また、エンジン１の燃費が向上すると共に、排出ガス性能が良好になる。

エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときには、燃料量が少ないため、混合気のλを１．０±０．２にしかつ、Ｇ／Ｆを１８以上５０以下にするには、燃焼室１７の中に導入するガスの充填量を１００％よりも少なくしなければならない。具体的に、エンジン１は、スロットル弁４３の開度を変更するスロットリング、及び／又は、吸気弁２１の閉弁時期を吸気下死点以降に遅らせるミラーサイクルを実行する。

運転領域マップ７００を採用したエンジン１では、運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときには、スワールコントロール弁５６の開度を略全開にする。従って、燃焼室１７の中にスワール流は、ほとんど発生しない。

尚、低負荷領域（Ａ）内における、低負荷低回転領域においては、ガスの充填量をさらに少なくすることによって、混合気の燃焼温度及び排気ガスの温度を高くするようにしてもよい。こうすると、触媒コンバーター５１を活性状態に維持する上で有利になる。

（中負荷領域）
エンジン１の運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときには、燃料の噴射量が多くなる。燃焼室１７の温度が高くなるため、自己着火を安定して行うことが可能になる。燃費の向上及び排出ガス性能の向上を図るため、エンジン１は、中負荷領域（Ｂ）において、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、中負荷領域（Ｂ）において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

そして、中負荷領域（Ｂ）では、エンジン１は、燃焼室１７の中の状態を、混合気のλが１．０±０．２でかつ、混合気のＧ／Ｆが１８以上５０以下にする。また、点火タイミングにおける燃焼室１７の中の必要温度Ｔ_ＩＧは、５７０〜８００Ｋ、点火タイミングにおける燃焼室１７の中の必要圧力Ｐ_ＩＧは、４００〜９２０ｋＰａ、燃料室１７の中の乱流エネルギは、１７〜４０ｍ^２／ｓ^２である。

運転領域マップ７００を採用したエンジン１では、運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときには、スワールコントロール弁５６の開度を略全開にする。従って、燃焼室１７の中にスワール流は、ほとんど発生しない。

自己着火のタイミングを精度よくコントロールすることによって、エンジン１の運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときに、燃焼騒音の増大を回避することができる。また、混合気の希釈率をできるだけ高くしてＣＩ燃焼を行うことにより、エンジン１の燃費性能を高くすることが可能になる。さらに、混合気のλを１．０±０．２に設定することによって、三元触媒により、排気ガスを浄化することが可能になるため、エンジン１の排出ガス性能が良好になる。

前述したように、低負荷領域（Ａ）においては、混合気のＧ／Ｆを１８以上５０以下（例えば２５）にしかつ、混合気のλを１．０±０．２にしている。エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときと、中負荷領域（Ｂ）にあるときとの間において、燃焼室１７の中の状態量が大きく変動しない。従って、エンジン１の負荷が変更することに対する、エンジン１の制御のロバスト性が高まる。

エンジン１の運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときには、低負荷領域（Ａ）にあるときとは異なり、燃料量が多くなるため、燃焼室１７の中に導入するガスの充填量を変更する必要がない。スロットル弁４３の開度は全開である。

エンジン１の負荷が高まり、燃料量がさらに増えたときに、混合気のλを１．０±０．２にしかつ、混合気のＧ／Ｆを１８以上５０以下にするには、自然吸気の状態であれば、燃焼室１７の中に導入するガス量が不足する。そこで、中負荷領域（Ｂ）における所定負荷よりも負荷の高い領域においては、過給機４４が、燃焼室１７の中に導入するガスの過給を行う。

中負荷領域（Ｂ）は、所定負荷よりも高負荷の領域であって、過給を行う第１中負荷領域（Ｂ１）と、所定負荷以下の領域であって、過給を行わない第２中負荷領域（Ｂ２）とに分けられる。所定負荷は、例えば１／２負荷である。第２中負荷領域（Ｂ２）は、第１中負荷領域（Ｂ１）よりも負荷の低い領域である。以下、第１中負荷領域（Ｂ１）における燃焼形態を、過給ＳＰＣＣＩ燃焼と呼び、第２中負荷領域（Ｂ２）における燃焼形態を、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼と呼ぶ場合がある。

過給を行わない第２中負荷領域（Ｂ２）においては、燃料量が増えるに従い、燃焼室１７の中に導入する新気が増える一方、ＥＧＲガスは減る。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなると小さくなる。スロットル弁４３の開度を全開にしているため、エンジン１は、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガスの量を変更することにより、燃焼室１７の中に導入する新気の量を変更する。第２中負荷領域（Ｂ２）において燃焼室１７の中の状態量は、例えば混合気のλは１．０で略一定になる一方、混合気のＧ／Ｆは２５〜２８の範囲で変更される。

これに対し、過給を行う第１中負荷領域（Ｂ１）において、エンジン１は、燃料量が増えるに従い、燃焼室１７の中に導入する新気及びＥＧＲガスを共に増やす。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなっても一定である。第１中負荷領域（Ｂ１）において燃焼室１７の中の状態量は、例えば混合気のλは１．０で略一定になると共に、混合気のＧ／Ｆは２５で一定である。

（高負荷領域）
エンジン１の運転状態が高負荷領域にあるときの燃焼形態は、ＳＩ燃焼である。これは、燃焼騒音を確実に回避することを優先するためである。以下、高負荷領域における燃焼形態を、高負荷ＳＩ燃焼と呼ぶ場合がある。

エンジン１の運転状態が高負荷領域（Ｃ）にあるときに、混合気のλは１．０±０．２である。また、混合気のＧ／Ｆは、基本的には、１８以上３０以下に設定される。混合気のＧ／Ｆを、１８以上５０以下に設定してもよい。高負荷領域（Ｃ）においては、スロットル弁４３の開度は全開であり、過給機４４は過給を行う。

高負荷領域（Ｃ）において、エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。混合気のＧ／Ｆは、エンジン１の負荷が高くなると、小さくなる。ＥＧＲガスの量を減らした分、燃焼室１７の中に導入する新気の量が増えるから、燃料量を増やすことができる。エンジン１の最高出力を高くする上で有利になる。

運転領域マップ７００を採用したエンジン１では、運転状態が高負荷領域（Ｃ）にあるときには、スワールコントロール弁５６の開度を略全開にする。従って、燃焼室１７の中にスワール流は、ほとんど発生しない。

エンジン１の運転状態が高負荷領域（Ｃ）にあるときと、中負荷領域（Ｂ）にあるときとの間において、燃焼室１７の中の状態量が大きく変動しない。エンジン１の負荷が変更することに対する、エンジン１の制御のロバスト性が高まる。

前述の通り、エンジン１は、高負荷領域（Ｃ）においては、ＳＩ燃焼を行うが、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなるという問題がある。

そこで、エンジン１は、高負荷領域（Ｃ）において、燃料噴射の形態を工夫することにより異常燃焼を回避するよう構成されている。具体的に、ＥＣＵ１０は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でかつ、圧縮行程後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よう、燃料供給システム６１及びインジェクタ６に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０はまた、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よう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。尚、以下においては、高い燃料圧力でかつ、リタード期間内のタイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射することを、高圧リタード噴射と呼ぶ。

高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を短くすることによって、異常燃焼を回避する。すなわち、混合気が反応する時間は、（１）インジェクタ６が燃料を噴射する期間（つまり、噴射期間）と、（２）燃料の噴射が終了した後、点火プラグ２５の周りに可燃混合気が形成されるまでの期間（つまり、混合気形成期間）と、（３）点火によって開始されたＳＩ燃焼が終了するまでの期間（（３）燃焼期間）と、を足し合わせた時間である。

高い燃料圧力で、燃焼室１７の中に燃料を噴射すると、噴射期間及び混合気形成期間は、それぞれ短くなる。噴射期間及び混合気形成期間が短くなると、燃料の噴射を開始するタイミングを点火タイミングに近づけることが可能になる。高圧リタード噴射は、高い圧力でかつ、燃焼室１７の中に燃料を噴射するから、圧縮行程後期から膨張行程初期までのリタード期間内のタイミングで、燃料噴射を行う。

高い燃料圧力で燃焼室１７の中に燃料を噴射すると、燃焼室１７の中の乱流エネルギが高くなる。燃料噴射のタイミングを圧縮上死点に近づけると、燃焼室１７の中の乱流エネルギが高い状態でＳＩ燃焼を開始することができる。その結果、燃焼期間が短くなる。

高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短くすることができる。吸気行程中に燃焼室１７の中に燃料を噴射する場合と比較して、高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間を大幅に短くすることができる。高圧リタード噴射は、混合気が反応する時間が短くなるから、異常燃焼を回避することが可能になる。

エンジン制御の技術分野においては、異常燃焼を回避するために、点火タイミングを遅角することが、従来から行われている。しかしながら、点火タイミングを遅らせると、燃費性能は低下する。高圧リタード噴射は、点火タイミングを遅角させなくてもよい。高圧リタード噴射を利用することによって、燃費性能は向上する。

燃料圧力を、例えば３０ＭＰａ以上にすれば、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間を効果的に短縮することができる。尚、燃料圧力は、燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。燃料圧力の上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。

ここで、エンジン１の回転数が低いときには、クランク角度が同一角度だけ変化するときの時間が長いため、高圧リタード噴射によって混合気の反応可能時間を短縮することは、異常燃焼を回避する上で、特に有効である。一方、エンジン１の回転数が高くなると、クランク角度が同一角度だけ変化するときの時間が短くなる。このため、混合気の反応可能時間を短縮することは、異常燃焼を回避する上で、それほど有効ではない。

高圧リタード噴射はまた、圧縮上死点付近になって初めて、燃焼室１７の中に燃料を噴射するため、圧縮行程において、燃焼室１７の中では、燃料を含まないガス、言い換えると比熱比の高いガスが圧縮される。エンジン１の回転数が高いときに、高圧リタード噴射を行うと、圧縮上死点における燃焼室１７の中の温度、つまり、圧縮端温度が高くなってしまう。圧縮端温度が高くなることによって、ノッキング等の異常燃焼を招く恐れがある。

そこで、このエンジン１は、高負荷領域（Ｃ）を、低回転側の第１高負荷領域（Ｃ１）と、第１高負荷領域（Ｃ１）よりも回転数の高い第２高負荷領域（Ｃ２）とに分けている。第１高負荷領域（Ｃ１）は、高負荷領域（Ｃ）内を、低回転、中回転及び高回転の３つの領域に三等分したときの低回転及び中回転領域を含むとしてもよい。第２高負荷領域（Ｃ２）は、高負荷領域（Ｃ）内を、低回転、中回転及び高回転の３つの領域に三等分したときの高回転領域を含むとしてもよい。

第１高負荷領域（Ｃ１）において、インジェクタ６は、ＥＣＵ１０の制御信号を受けて、前述した高圧リタード噴射を行う。第２高負荷領域（Ｃ２）において、インジェクタ６は、ＥＣＵ１０の制御信号を受けて、吸気行程中の所定タイミングで燃料噴射を行う。吸気行程中に行う燃料噴射は、高い燃料圧力が不要である。ＥＣＵ１０は、燃料圧力が、高圧リタード噴射の燃料圧力よりも低くなるよう（例えば燃料圧力が４０ＭＰａ未満となるよう）、燃料供給システム６１に制御信号を出力する。燃料圧力を下げることによって、エンジン１の機械抵抗損失が低下するから、燃費の向上に有利になる。

吸気行程中に燃焼室１７の中に燃料を噴射することによって、燃焼室１７の中のガスの比熱比が下がるから、圧縮端温度が低くなる。圧縮端温度が低くなるから、エンジン１は、異常燃焼を回避することができる。異常燃焼を回避するために、点火タイミングを遅角する必要がないため、第２高負荷領域（Ｃ２）において、点火プラグ２５は、第１高負荷領域（Ｃ１）と同様に、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火する。

第１高負荷領域（Ｃ１）においては、高圧リタード噴射によって、混合気が自己着火に至らないため、エンジン１は、安定したＳＩ燃焼を行うことができる。第２高負荷領域（Ｃ２）においては、吸気行程中の燃料噴射によって、混合気が自己着火に至らないため、エンジン１は、安定したＳＩ燃焼を行うことができる。

＜ＳＰＣＣＩ燃焼＞
次に、前述したＳＰＣＣＩ燃焼について、さらに詳細に説明をする。図８の上図は、ＳＰＣＣＩ燃焼における、クランク角に対する熱発生率の変化を例示する波形８０１を示している。圧縮上死点付近、正確には、圧縮上死点よりも前の所定タイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火すると、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、熱発生率の波形は、傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、ＳＩ燃焼時の、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、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。波形８０１の例では、圧縮上死点付近において、熱発生率の波形の傾きが、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。

従って、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼騒音の防止と、燃費性能の向上とを両立することができる。

（ＳＩ率：熱量比率）
ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した熱量に対する、ＳＩ燃焼により発生した熱量の比率としてもよい。例えば波形８０１においてＳＩ率は、ＳＩ率＝（ＳＩ燃焼の面積）／（ＳＰＣＣＩ燃焼の面積）によって表すことができる。波形８０１においてＳＩ燃焼によって燃焼をする燃料の割合の意味で、前記ＳＩ率を、ＳＩ燃料割合と呼んでもよい。

ＳＩ率は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比である。ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。

ＳＩ率は、前述した定義に限定されるものではない。ＳＩ率は、様々な定義が考えられる。例えば、ＳＩ率は、ＣＩ燃焼により発生した熱量に対する、ＳＩ燃焼により発生した熱量の比率としてもよい。つまり、図５においてＳＩ率＝（ＳＩ燃焼の面積）／（ＣＩ燃焼の面積）としてもよい。

また、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始したタイミングで、熱発生率の波形は変曲点を有している。そこで、図８の中図に符号８０２で示すように、熱発生率の波形における変曲点を境界にし、境界よりも進角側の範囲をＳＩ燃焼、遅角側の範囲をＣＩ燃焼としてもよい。この場合において、ＳＩ率は、波形８０２にハッチングを付して示すように、境界よりも進角側の範囲の面積Ｑ_ＳＩ、遅角側の範囲の面積Ｑ_ＣＩから、ＳＩ率＝Ｑ_ＳＩ／（Ｑ_ＳＩ＋Ｑ_ＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝Ｑ_ＳＩ／Ｑ_ＣＩとしてもよい。また、境界よりも進角側の範囲の全面積ではなく一部の面積と、境界よりも遅角側の範囲の一部の面積とに基づいて、ＳＩ率を定義してもよい。

また、熱発生に基づいてＳＩ率を定義するのではなく、境界よりも進角側の範囲のクランク角度Δθ_ＳＩ、遅角側の範囲のクランク角度Δθ_ＣＩから、ＳＩ率＝Δθ_ＳＩ／（Δθ_ＳＩ＋Δθ_ＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝Δθ_ＳＩ／Δθ_ＣＩとしてもよい。

さらに、境界よりも進角側の範囲の熱発生率のピークΔＰ_ＳＩ、遅角側の範囲の熱発生率のピークΔＰ_ＣＩから、ＳＩ率＝ΔＰ_ＳＩ／（ΔＰ_ＳＩ＋ΔＰ_ＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝ΔＰ_ＳＩ／ΔＰ_ＣＩとしてもよい。

加えて、境界よりも進角側の範囲における熱発生率の傾きφ_ＳＩ、遅角側の範囲における熱発生率の傾きφ_ＣＩから、ＳＩ率＝φ_ＳＩ／（φ_ＳＩ＋φ_ＣＩ）としてもよいし、ＳＩ率＝φ_ＳＩ／φ_ＣＩとしてもよい。

また、ここでは、熱発生率の波形に基づいて、面積（つまり、熱発生量の大きさ）、横軸の長さ（つまり、クランク角度の大きさ）、縦軸の長さ（つまり、熱発生率の大きさ）、又は、傾き（つまり、熱発生率の変化率）から、ＳＩ率を定義している。図示は省略するが、燃焼室１７の中の圧力（Ｐ）の波形に基づいて、同様に、面積、横軸の長さ、縦軸の長さ、又は、傾きから、ＳＩ率を定義してもよい。

また、ＳＰＣＣＩ燃焼において、熱発生率又は圧力に係る燃焼波形の変曲点は、常に明確に現れるとは限らない。変曲点に基づかないＳＩ率の定義として、次のような定義を用いてもよい。つまり、図８の下図に符号８０３で示すように、燃焼波形において、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側の範囲をＳＩ燃焼とし、圧縮上死点よりも遅角側の範囲をＣＩ燃焼としてもよい。その上で、前記と同様に、面積（Ｑ_ＳＩ、Ｑ_ＣＩ）、横軸の長さ（Δθ_ＳＩ、Δθ_ＣＩ）、縦軸の長さ（ΔＰ_ＳＩ、ΔＰ_ＣＩ）、又は、傾き（φ_ＳＩ、φ_ＣＩ）から、ＳＩ率を定義してもよい。

さらに、ＳＩ率は、燃焼室１７の中で実際に行われた燃焼波形によって定義するのではなく、燃料量に基づいて定義してもよい。後述するように、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域においては、前段噴射と後段噴射とを含む分割噴射を行う場合がある。後段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、噴射から点火までの時間が短いため、燃焼室１７の中で拡散せずに、点火プラグ２５の付近に位置するようになる。従って、後段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼によって燃焼する。

一方、前段噴射によって燃焼室１７の中に噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼によって燃焼する。従って、前段噴射によって噴射する燃料量（ｍ_１）と、後段噴射によって噴射する燃料量（ｍ_２）とに基づいて、ＳＩ率を定義することが可能である。つまり、ＳＩ率＝ｍ_２／（ｍ_１＋ｍ_２）としてもよいし、ＳＩ率＝ｍ_２／ｍ_１としてもよい。

（ＳＰＣＣＩ燃焼の安定化）
ＳＰＣＣＩ燃焼を適切に行うためには、ＳＩ燃焼を安定化させなければならない。ＳＩ燃焼が不安定であると、ＣＩ燃焼を含めた燃焼全体が安定化しない。

ＳＩ燃焼の安定性に関係する因子の一つに乱流燃焼速度がある。乱流燃焼速度が高いと、ＳＩ燃焼は安定化する。乱流燃焼速度は、混合気の空燃比（又は空気過剰率λ）、混合気のＧ／Ｆ、燃焼室の中の温度及び圧力、並びに、燃焼室の中の乱流エネルギ等の影響を受ける。

本願発明者らの検討によれば、混合気のλが１．０±０．２、混合気のＧ／Ｆの範囲が１８以上３０以下、点火タイミングにおける燃焼室の中の必要温度ＴIgの範囲が５７０〜８００Ｋ、点火タイミングにおける燃焼室の中の必要圧力ＰIgの範囲が４００〜９２０ｋＰａ、燃焼室の中の乱流エネルギの範囲が１７〜４０ｍ^２／ｓ^２であれば、ＳＩ燃焼が安定化できることを確認した。

更に、その混合気のＧ／Ｆの範囲は、燃焼室内の混合気を成層化することにより、３０を超える５０以下の範囲まで拡大できることも確認した。

すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼は点火プラグ２５によって点火される混合気の燃焼である。点火プラグ２５の近傍の混合気は主に、ＳＩ燃焼により燃焼する。そのため、例えばスワール流を活用し、燃焼室１７の中を移動する燃料の噴霧の状態をコントロールする。そうすることにより、点火のタイミングにおいて、燃焼室内のＧ／Ｆの範囲が３０を超えても、点火プラグ２５の近傍の混合気のＧ／Ｆを、例えば１４以上２２以下等、点火プラグ２５から離れた周囲の混合気よりも相対的に小さくできる（成層化）。

それにより、燃費性能の向上に有利な希釈された混合気であっても、ＳＩ燃焼を安定化でき、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切に行うことができる。

＜負荷方向に対するエンジンの運転制御＞
エンジン１は、運転領域マップ７００の採用により、運転状態に応じてＳＩ燃焼とＳＰＣＣＩ燃焼とを切り替える。エンジン１はまた、エンジン１の運転状態に応じてＳＩ率を変更する。これにより、エンジン１は、燃焼騒音の発生を抑制することと、燃費の向上を図ることとが両立する。

図９は、エンジン１の負荷の高低に対する、ＳＩ率の変化、燃焼室１７の中の状態量の変化、吸気弁２１の開弁期間及び排気弁２２の開弁期間の変化、並びに、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングの変化を例示している。以下、所定の回転数で、エンジン１の負荷が次第に高くなる想定において、エンジン１の運転制御を説明する。

（低負荷領域（低負荷ＳＩ燃焼））
低負荷領域（Ａ）において、エンジン１は、低負荷ＳＩ燃焼を行う。エンジン１の運転状態が低負荷領域（Ａ）にあるときに、ＳＩ率は１００％で一定である。

低負荷領域（Ａ）においては、前述したように、混合気のＧ／Ｆを、１８〜５０の間で一定にする。エンジン１は、燃焼室１７の中に、燃料量に応じた量の新気及び既燃ガスを導入する。新気の導入量は、前述したように、スロットリング、及び／又は、ミラーサイクルによって変更する。希釈率が高いため、ＳＩ燃焼を安定化させるために、燃焼室１７の中の温度を高める。エンジン１は、低負荷領域（Ａ）においては、内部ＥＧＲガスを、燃焼室１７の中に導入する。

内部ＥＧＲガスは、排気上死点を挟んで吸気弁２１及び排気弁２２が共に閉弁したネガティブオーバーラップ期間を設けることによって、燃焼室１７の中に導入する（つまり、既燃ガスを燃焼室１７の中に閉じ込める）。内部ＥＧＲガス量の変更は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３により吸気弁２１の開弁時期を変更することと、排気電動Ｓ−ＶＴ２４により排気弁２２の閉弁時期を変更することと、によって、ネガティブオーバーラップ期間の長さを適宜設定することにより行う。

尚、内部ＥＧＲガスは、吸気弁２１及び排気弁２２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ことによって、燃焼室１７の中に導入するようにしてもよい。

すなわち、吸気弁２１の開弁期間と排気弁２２の開弁期間とがオーバーラップ（重なり合う）する期間を設ける。そうすることで、燃焼室１７の中の高温の既燃ガスの一部は、吸気弁２１の開弁によって燃焼室１７に連通した吸気ポート１８に流入する。吸気ポート１８に流入した既燃ガスは、吸気行程において、再度、燃焼室１７に導入される。内部ＥＧＲガスの量は、ポジティブオーバーラップ期間の長さと、ポジティブオーバーラップ期間のタイミングとを変更することによって変更できる。

尚、ポジティブオーバーラップ期間の設定による内部ＥＧＲガスの導入は、ネガティブオーバーラップ期間の設定による内部ＥＧＲガスの導入に対して、吸気弁２１の開弁期間を進角させることができる。吸気弁２１の開弁期間を進角すれば、有効圧縮比を高めることができ、燃焼室１７の中の温度を上昇させることができる。従って、その温度上昇が得られる分、ＳＰＣＣＩ燃焼の安定性を確保したうえで、エンジン１の幾何学的圧縮比を低く設定することが可能になり、冷却損失や機械損失、ポンプ損失等の低減が図れる利点がある。

また、ポジティブオーバーラップ期間の設定による内部ＥＧＲガスの導入では、燃焼室の中に高温の既燃ガスをそのまま閉じ込めるネガティブオーバーラップ期間の設定による内部ＥＧＲガスの導入よりも、燃焼室の温度を低くできる。それにより、ＳＰＣＣＩ燃焼における自己着火を緩慢にでき、過度なＣＩ燃焼を抑制できる。

低負荷領域（Ａ）においては、燃焼室１７の中に導入する充填量が１００％未満に変更される。燃料量が増大するに従い、燃焼室１７の中に導入する新気の量、及び、内部ＥＧＲガスの量が次第に増える。低負荷領域（Ａ）におけるＥＧＲ率は、例えば４０％である。

インジェクタ６は、吸気行程中に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。燃焼室１７の中には、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜５０になった、均質な混合気が形成される。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、混合気は、自己着火に至らずに、火炎伝播により燃焼する。

（第２中負荷領域（非過給ＳＰＣＣＩ燃焼））
エンジン１の負荷が高くなって、運転状態が第２中負荷領域（Ｂ２）に入ると、エンジン１は、低負荷ＳＩ燃焼から非過給ＳＰＣＣＩ燃焼に切り替える。ＳＩ率は、１００％未満になる。エンジン１の負荷が高まるに従い燃料量が増える。第２中負荷領域（Ｂ２）の中において負荷が低いときには、燃料量の増大に従って、ＣＩ燃焼の割合を増やす。ＳＩ率は、エンジン１の負荷が高くなる従って、次第に小さくなる。ＳＩ率は、図９の例では、５０％以下の所定値（最小値）にまで減少する。

燃料量が増えるため、第２中負荷領域（Ｂ２）においては、燃焼温度が高くなる。燃焼室１７の中の温度が高くなりすぎると、ＣＩ燃焼が開始するときの熱発生が激しくなってしまう。そうなると、燃焼騒音が増大してしまう。

そこで、第２中負荷領域（Ｂ２）においては、燃焼室１７の中の圧縮開始前の温度を変更するために、エンジン１の負荷が変化することに対して、内部ＥＧＲガスと、外部ＥＧＲガスとの割合を変更する。つまり、エンジン１の負荷が高くなるに従い、熱い内部ＥＧＲガスを次第に減らし、冷却した外部ＥＧＲガスを次第に増やす。ネガティブオーバーラップ期間は、第２中負荷領域（Ｂ２）において、負荷が高くなるに従い、最大からゼロになるまで変更される。内部ＥＧＲガスは、第２中負荷領域（Ｂ２）において最も負荷が高くなるとゼロになる。

尚、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を設けて内部ＥＧＲガスを燃焼室１７に導入する場合も、同様である。オーバーラップ期間の調整によって、燃焼室１７の中の温度を調整する結果、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率を調整することができる。

ＥＧＲ弁５４の開度は、第２中負荷領域（Ｂ２）において、負荷が高くなるに従い、外部ＥＧＲガスが増えるよう変更される。燃焼室１７の中に導入される外部ＥＧＲガスの量は、ＥＧＲ率で表すと、例えば０〜３０％の間において変更される。第２中負荷領域（Ｂ２）においては、エンジン１の負荷が高くなるに従い、ＥＧＲガスが、内部ＥＧＲガスから外部ＥＧＲガスへと置換される。ＥＧＲ率の調整によっても、燃焼室１７の中の温度が変化するため、ＳＰＣＣＩ燃焼のＳＩ率を調整することができる。

尚、低負荷領域（Ａ）と第２中負荷領域（Ｂ２）との間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。第２中負荷領域（Ｂ２）における負荷の低い領域においては、低負荷領域（Ａ）と同じように、内部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に、大量に導入されている。燃焼室１７の中の温度が高くなるため、エンジン１の負荷が低いときに、混合気が確実に自己着火する。第２中負荷領域（Ｂ２）における負荷の高い領域においては、外部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入されている。燃焼室１７の中の温度が低くなるため、エンジン１の負荷が高いときに、ＣＩ燃焼に伴う燃焼騒音を抑制することができる。

第２中負荷領域（Ｂ２）においては、燃焼室１７の中に導入する充填量が１００％にされる。スロットル弁４３の開度は、全開である。内部ＥＧＲガスと外部ＥＧＲガスとを合わせたＥＧＲガス量を変更することによって、燃焼室１７の中に導入する新気の量を、燃料量に対応する量に変更する。

非過給ＳＰＣＣＩ燃焼においてＣＩ燃焼の割合が大きくなるに従い、自己着火のタイミングが早くなる。自己着火のタイミングが圧縮上死点よりも早くなると、ＣＩ燃焼が開始するときの熱発生が激しくなってしまう。そうなると、燃焼騒音が増大してしまう。そこで、エンジン１は、エンジン１の負荷が所定負荷Ｌ１に到達すれば、エンジン１の負荷が高まることに従い、ＳＩ率を次第に大きくする。

つまり、エンジン１は、燃料量の増大に従ってＳＩ燃焼の割合を増やす。具体的には、図１０の上図に示すように、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼においては、燃料量が増えるに従い、点火タイミングを次第に進角させる。前述したように、内部ＥＧＲガスの導入量を減らしかつ、外部ＥＧＲガスの導入量を増やすことによって、燃焼室１７の中の温度の変更を行っているから、燃料量が増えるに従って、ＳＩ率を高くしたとしても、圧縮上死点での温度上昇を抑制することが可能になる。ＳＩ燃焼の熱発生率の傾きは、負荷が高くなっても、ほとんど変わらない。点火タイミングを進角すると、ＳＩ燃焼の開始が早まる分、ＳＩ燃焼の熱発生量が増える。

ＳＩ燃焼による燃焼室１７の中の温度上昇が抑制される結果、未燃混合気は、圧縮上死点以降のタイミングで自己着火する。ＣＩ燃焼による熱発生は、ＳＩ燃焼の熱発生量が増えているから、エンジン１の負荷が高くなっても、ほぼ同じになる。従って、エンジン１の負荷が高くなることに応じて、ＳＩ率を次第に高く設定することにより、燃焼騒音が増大してしまうことを回避することができる。尚、非過給ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼重心は、負荷が高くなるほど遅角する。

第２中負荷領域（Ｂ２）において、インジェクタ６は、圧縮行程中に、前段噴射と後段噴射との２回に分けて、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。

（第１中負荷領域（過給ＳＰＣＣＩ燃焼））
エンジン１の負荷がさらに高まり、エンジン１の運転状態が第１中負荷領域（Ｂ１）に入ると、過給機４４が、新気及び外部ＥＧＲガスの過給を行う。燃焼室１７の中に導入する新気の量、及び、外部ＥＧＲガスの量は共に、エンジン１の負荷が高くなるに従い増える。燃焼室１７の中に導入される外部ＥＧＲガスの量は、ＥＧＲ率で表すと、例えば３０％である。ＥＧＲ率は、エンジン１の負荷の高低に関わらず一定である。従って、混合気のＧ／Ｆも、エンジン１の負荷の高低に関わらず一定である。尚、第２中負荷領域（Ｂ２）と第１中負荷領域（Ｂ１）との間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。

ＳＩ率は、１００％未満の所定値で、エンジン１の負荷の高低に対して一定にする。第２中負荷領域（Ｂ２）のＳＩ率、特に所定負荷Ｌ１よりも負荷が高く、エンジン１の負荷が高まることに従い次第に大きくなるＳＩ率と、第１中負荷領域（Ｂ１）のＳＩ率とを比較したときに、エンジン１の負荷が高い第１中負荷領域（Ｂ１）のＳＩ率の方が、第２中負荷領域（Ｂ２）のＳＩ率よりも高い。第１中負荷領域（Ｂ１）と第２中負荷領域（Ｂ２）との境界において、ＳＩ率は連続している。

ここで、第１中負荷領域（Ｂ１）において、エンジン１の負荷が変化することに対して、ＳＩ率を多少変化させてもよい。第１中負荷領域（Ｂ１）における、エンジン１の負荷の変化に対するＳＩ率の変化率は、第２中負荷領域（Ｂ２）の高負荷側におけるＳＩ率の変化率よりも小にすればよい。

図１０の下図に示すように、過給ＳＰＣＣＩ燃焼においても、燃料量が増えることに伴い、点火タイミングを次第に進角させる。前述したように、過給によって燃焼室１７の中に導入する新気及びＥＧＲガス量を増やしているため、熱容量が大きい。燃料量が増えても、ＳＩ燃焼による燃焼室１７の中の温度上昇を抑制することが可能になる。過給ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率の波形は、負荷が高くなるに従い、相似形で大きくなる。

つまり、ＳＩ燃焼の熱発生率の傾きが、ほとんど変わらずに、ＳＩ燃焼の熱発生量が増える。圧縮上死点以降の、ほぼ同じタイミングで、未燃混合気が自己着火をする。ＣＩ燃焼による熱発生量は、エンジン１の負荷が高くなると、多くなる。その結果、第１中負荷領域（Ｂ１）においては、ＳＩ燃焼の熱発生量とＣＩ燃焼の熱発生量とが共に増えるから、エンジン１の負荷の高低に対してＳＩ率が一定になる。ＣＩ燃焼の熱発生のピークが高くなると、燃焼騒音が大きくなるが、第１中負荷領域（Ｂ１）は、エンジン１の負荷が比較的高いため、ある程度の大きさの燃焼騒音は許容することができる。尚、過給ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼重心は、負荷が高くなるほど遅角する。

第１中負荷領域（Ｂ１）においては、排気上死点を挟んで、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁するオーバーラップ期間（ポジティブオーバーラップ期間）を設ける。燃焼室１７の中に残留する既燃ガスを、過給圧によって掃気する。これにより、燃焼室１７の中の温度が低くなるため、エンジン１の負荷が比較的高いときに、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。また、燃焼室１７の中の温度を下げることによって、エンジン１の負荷が比較的高い領域において、自己着火のタイミングを適切なタイミングにすることができ、ＳＩ率を所定のＳＩ率に維持することが可能になる。さらに、既燃ガスを掃気することによって、燃焼室１７の中の新気の充填量を高めることができる。

第１中負荷領域（Ｂ１）において、インジェクタ６は、第２中負荷領域（Ｂ２）と同様に、圧縮行程中に、前段噴射と後段噴射との２回に分けて、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。前段噴射は、点火タイミングから離れたタイミングで燃料を噴射し、後段噴射は、点火タイミングに近いタイミングで燃料を噴射する。前段噴射は、例えば吸気行程から圧縮行程の前半の期間内に行い、後段噴射は、例えば圧縮行程の後半から膨張行程の前半の期間内に行ってもよい。

インジェクタ６がこれら期間内に前段噴射と後段噴射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でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜５０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。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。前段噴射を圧縮行程中に行うため、前段噴射により噴射した燃料が過早着火等の異常燃焼を誘発することを防止することができる。また、後段噴射により噴射した燃料を、安定的に火炎伝播により燃焼させることができる。

（高負荷領域（高負荷ＳＩ燃焼））
エンジン１の負荷がさらに高まり、エンジン１の運転状態が高負荷領域（Ｃ）に入ると、エンジン１は、高負荷ＳＩ燃焼を行う。従って、高負荷領域（Ｃ）においてＳＩ率は、１００％になる。

スロットル弁４３は、全開である。過給機４４は、高負荷領域（Ｃ）においても、新気及び外部ＥＧＲガスの過給を行う。ＥＧＲ弁５４は、開度を変更することによって、エンジン１の負荷が高くなるに従い、外部ＥＧＲガスの導入量を次第に減少させる。そうすることによって、燃焼室１７の中に導入される新気が、エンジン１の負荷が高くなると増える。新気の量が増えると、燃料量を増やすことができるため、エンジン１の最高出力を高くする上で、有利になる。尚、第１中負荷領域（Ｂ１）と高負荷領域（Ｃ）の間で、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量は連続している。

高負荷領域（Ｃ）においても、第１中負荷領域（Ｂ１）と同様に、排気上死点を挟んで、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開弁するオーバーラップ期間を設ける。燃焼室１７の中に残留する既燃ガスを、過給圧によって掃気する。これにより、異常燃焼の発生が抑制される。また、燃焼室１７の中の新気の充填量を高めることができる。

高負荷領域（Ｃ）の低回転側の領域（つまり、第１高負荷領域（Ｃ１））において、インジェクタ６は、前述したように、リタード期間内に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。高負荷領域（Ｃ）の高回転側の領域（つまり、第２高負荷領域（Ｃ２））においては、インジェクタ６は、吸気行程中に、燃焼室１７の中に燃料を噴射する。いずれにおいても、燃焼室１７の中には、空気過剰率λが１．０±０．２でかつ、Ｇ／Ｆが１８〜５０になった、略均質な混合気が形成される。

最高負荷において、空気過剰率λは、例えば０．８になる。また、混合気のＧ／Ｆは、最高負荷において、例えば１７としてもよい。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、混合気は、火炎伝播により燃焼する。高負荷領域（Ｃ）においては、高圧リタード噴射、又は、吸気行程中の燃料噴射によって、混合気は、自己着火に至らずにＳＩ燃焼する。

＜回転方向に対するエンジンの運転制御＞
（ＳＩ率の調節）
図１１に、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）での所定の負荷において、エンジン１の回転数の高低とＳＩ率との関係を示す。図７Ａに示す運転領域マップ７００のように、回転数Ｎ１は、中負荷領域（Ｂ）の最低回転数である。回転数Ｎ２は、中負荷領域（Ｂ）の最高回転数であり、ＳＩ燃焼を行う高回転領域（Ｄ）との境界に位置している（以下においても同様）。

ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼と比べると、燃焼騒音が大きいという不利がある。しかし、一般的に、エンジン１の回転数が低いときは、エンジン１のＮＶＨが小さい。そのため、低回転時には、ＮＶＨにＣＩ燃焼の燃焼騒音が加わったとしても、ＮＶＨは、その許容値を下回った状態に維持できる。従って、エンジン１の回転数が低いときには、ＥＣＵ１０は、ＳＩ率を低くして、十分にＣＩ燃焼を行うことができる。それにより、エンジン１の低回転時には、ＮＶＨが問題になること無く、燃費の向上を図ることができる。

それに対し、エンジン１の回転数が高くなると、それに伴ってエンジン１のＮＶＨも大きくなる。その大きくなったＮＶＨにＣＩ燃焼の燃焼騒音が加わると、ＮＶＨがその許容値を上回る恐れがある。そのため、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が高くなると、その上昇に合わせて、ＳＩ率が高くなるように調節する。

この構成例のＥＣＵ１０は、図１１に示すように、エンジン１の回転数が高くなるに従い、ＳＩ率を線形的に高くする。最高回転数Ｎ２は、ＳＩ燃焼のみを行う高回転領域（Ｄ）との境界であるため、その回転数でのＳＩ率は１００％に調節されている。従って、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）と、ＳＩ燃焼を行う高回転領域（Ｄ）との間で、燃焼状態が大きく変動することなく、互いに円滑に移行できる。

すなわち、エンジン１の回転数の高低に対して行うＳＩ率の調節により、ＣＩ燃焼を連続的に減少させることができるようになり、高回転方向にも、その限界まで、自己着火による燃焼を行うことが可能になる。その結果、このエンジン１では、高負荷方向だけでなく、高回転方向に対しても、問題となり得るＮＶＨを許容値以下に維持した状態で、自己着火による燃焼を行う運転領域を拡大できる。よって、このエンジン１は、燃費性能に優れる。尚、このようなＳＩ率の調節は、ＥＣＵ１０が実行する高度なエンジン１の運転制御によって実現可能となっている（詳細は後述）。

エンジン１の負荷が高いと、燃料が増えて燃焼室１７の受熱量も増加するため、燃焼室１７の温度は相対的に高くなる。そのため、負荷が高いときは低いときよりも、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼は急速になる。従って、同一回転数で比較した場合、ＳＩ率は、エンジン１の負荷が高いときには、エンジン１の負荷が低いときよりも高くなるように調節される。従って、図１１に一点鎖線で示すように、エンジン１の回転数に対するＳＩ率の変化を示す直線の傾き（ＳＩ率／エンジン回転数）は、エンジン１の負荷が高くなるほど緩くなる。

（高回転時においてＳＩ率を高める手段）
高回転時には、低回転時に比べて燃焼サイクルが短くなる。それに伴い、燃焼室の内壁等が燃焼時に受けとる熱量が少なくなるので、燃焼室１７は、低回転時に比べると温度が低くなる。混合気も燃焼室１７から受熱し難くなる。更に、混合気が燃焼する時間も短くなる。高回転時には、このような不利な条件の下でＳＩ率が高まるように調節する必要がある。

それに対し、燃焼室１７の中の混合気それ自体の温度を高くすれば、燃焼室１７から受熱し難い条件の下でも燃焼を促進させることができる。

また、ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に遅れて着火する。混合気の温度を高くすると、ＳＩ燃焼及びＣＩ燃焼のいずれも促進されるが、高回転時は燃焼時間が短い。そのため、燃焼が先に始まるＳＩ燃焼の方が急速になり、燃焼が後に始まるＣＩ燃焼よりも燃焼が促進される。従って、混合気の温度を高くすれば、高回転時においてＳＩ率を高めることが可能になる。

（第１の手段）
そこで、このエンジン１では、エンジン１の回転数の変化に対してＳＩ率を変更するために、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）において、内部ＥＧＲ率を調節する。

具体的に、ＥＣＵ１０は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、及び／又は排気電動Ｓ−ＶＴ２４に、制御信号を出力し、吸気弁２１、及び／又は排気弁２２の開弁時期を変更する。そうすることにより、ネガティブオーバーラップ期間を設けると共に、その長さを変更し、燃焼室１７の中に導入される高温の既燃ガス（内部ＥＧＲガス）を所定量にする。それにより、内部ＥＧＲ率、詳細には「燃焼室１７の中の全ガスに対する内部ＥＧＲガスの質量比（％）」が、変更される。

図７Ａに示したように、運転領域マップ７００を採用したエンジン１では、中負荷領域（Ｂ）が、高負荷側に位置する第１中負荷領域（Ｂ１）と、低負荷側に位置する第２中負荷領域（Ｂ２）とに分けられている。第１中負荷領域（Ｂ１）では、高負荷に対応しながら、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域を高負荷方向に拡大するため、過給が行われるのに対し、第２中負荷領域（Ｂ２）では、過給は行われない。

このエンジン１では、過給が行われる第１中負荷領域（Ｂ１）では、ポジティブオーバーラップ期間が設けられているので、内部ＥＧＲガスを導入しても過給圧によって掃気されてしまう。従って、第１中負荷領域（Ｂ１）では、内部ＥＧＲ率の変更は困難なため、この第１の手段は採用していない。ＥＣＵ１０は、第２中負荷領域（Ｂ２）で、エンジン１の回転数が低い低回転時よりも高い高回転時に内部ＥＧＲ率が高くなるよう、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３等に制御信号を出力する。

図１２の（ａ）に、その第２中負荷領域（Ｂ２）での所定の負荷において、エンジン１の回転数の高低と内部ＥＧＲ率との関係（内部ＥＧＲ率／エンジン回転数）を示す。ＥＣＵ１０は、最低回転数である回転数Ｎ１から、エンジン１の回転数が高くなるに従い、内部ＥＧＲ率を線形的に高くする。その結果、燃焼室１７の中の混合気の温度が高くなるので、燃焼室１７からの受熱量が少なく、燃焼時間が短くなっても、ＳＩ燃焼が急速になって、ＳＩ率が高くなる。ＳＩ率が高くなると、ＣＩ燃焼が減るから、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生する燃焼騒音を抑制することができる。エンジン１の回転数が高い時に、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。尚、図１２で示すエンジン回転数と内部ＥＧＲ率との関係は一例であり、その変化率は仕様に応じて適宜変更可能である。

図１２の（ａ）に示すように、エンジン１の回転数が所定の回転数（制限開始回転数Ｎａ）を超えた場合には、内部ＥＧＲ率の上昇は制限されるようになっている。具体的には、エンジン１の回転数の変化に対して内部ＥＧＲ率を変更するために、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に、所定のマップが格納されており、そのマップの中に、制限開始回転数Ｎａが予め設定されている。ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数がその制限開始回転数Ｎａを超えた場合に、内部ＥＧＲ率の上昇を制限するよう、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３等に制御信号を出力する。

尚、制限開始回転数Ｎａは、少なくとも、中負荷領域（Ｂ）におけるエンジン回転数の範囲（回転数Ｎ１〜回転数Ｎ２）を二等分した回転数よりも大きい値に設定されている。特には、中負荷領域（Ｂ）におけるエンジン回転数の範囲を三等分したときの高回転側の範囲に設定するのが好ましい。

この構成例では、制限開始回転数Ｎａを超えることで、内部ＥＧＲ率は、頭打ちとなり、略一定の値に保持されるようになっている（仕様によっては、その値が多少増減することもあり得る）。内部ＥＧＲ率が高まって、混合気の温度が過度に高くなると、ＣＩ燃焼も急速になって燃焼騒音が増大し、ＮＶＨの許容値を超えてしまうおそれがある。そのため、ＥＣＵ１０は、そのような状況になり得る回転数より前に、制限開始回転数Ｎａを設定することで、ＮＶＨをその許容値以下に抑えている。

エンジン１の負荷が高いと、燃料が増えて燃焼室１７の受熱量も増加するため、燃焼室１７の温度は相対的に高くなる。そのため、負荷が高いときは低いときよりも、混合気の温度が高くなり、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼は急速になる。従って、ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が高くなるほど、回転数の全域にわたって、内部ＥＧＲ率が低くなるように変更する。

またこのとき、制限開始回転数Ｎａは、エンジンの負荷が高くなるほど、低回転側に変位するよう設定されている。エンジンの負荷が高くなるほど、混合気の温度は過度に高くなり易い。そのため、エンジンの負荷が高くなるほど、制限開始回転数Ｎａを低回転側に設定することで、ＮＶＨがその許容値を超えることを、より確実に抑えるようにしている。

図１２の（ａ）は、ネガティブオーバーラップ期間の設定（ＮＶＯ設定ともいう）によって内部ＥＧＲガスを導入する場合におけるエンジン回転数と内部ＥＧＲ率との関係を示している。ポジティブオーバーラップ期間の設定（ＰＶＯ設定ともいう）によって内部ＥＧＲガスを導入する場合におけるエンジン回転数と内部ＥＧＲ率との関係を、図１２の（ｂ）に示す。

ＰＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入では、燃焼室１７の中に高温の既燃ガスをそのまま閉じ込めるＮＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入とは異なり、高温の既燃ガスは、いったん吸気ポート１８に流出した後、再度、燃焼室１７に導入される。温度の低い吸気ポート１８に流出することで、燃焼室１７に導入される高温の既燃ガス、つまり内部ＥＧＲガスは冷却される。

従って、ＮＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入に比べて、ＰＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入では、燃焼室１７の温度が相対的に低くなる。よって、内部ＥＧＲ率が高まっても、混合気の温度は過度に高くなり難い。そのため、制限開始回転数Ｎａの設定は不要か、制限開始回転数Ｎａの設定が必要であっても、ＮＶＯ設定よりも十分に大きい値に設定される。

そのため、ＰＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入では、最高回転数である回転数Ｎ２の近傍に至るまで、内部ＥＧＲ率は、制限を受けることなく連続して高くなる。図１２の（ｂ）に示す高負荷時では、最高回転数Ｎ２の近傍で制限開始回転数Ｎａが設定されているが、高負荷時においても制限開始回転数Ｎａの設定は不要な場合はあり得る。また、低負荷時や中負荷時においても制限開始回転数Ｎａの設定が必要な場合もあり得る。ただし、その場合であっても、ＮＶＯ設定による内部ＥＧＲガスの導入と比べれば、制限開始回転数Ｎａは、最高回転数Ｎ２により近い値に設定される。

尚、後述する運転領域マップ７０１又は運転領域マップ７０２を採用したエンジン１では、燃焼室１７の中に、所定以上の強さを有するスワール流が形成される。燃焼室１７の中にそのようなスワール比が形成されていると、その流動によって燃焼室１７の中の混合気を成層化できる。それにより、点火プラグ２５の周辺の混合気を、ＳＩ燃焼に適した状態にできるので、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。

従って、この場合、高いＳＩ率を確保するために、高回転時に内部ＥＧＲ率を高くしても、混合気の成層化により、点火プラグ２５の周辺でのＥＧＲガスを少なくできる。それにより、ＳＩ燃焼の着火の安定性が確保でき、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。

（第２の手段）
この第１の手段だけでは、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）のうち、第２中負荷領域（Ｂ２）しか、高回転方向に、自己着火による燃焼を行う運転領域を拡大できない。そこで、このエンジン１では、第１中負荷領域（Ｂ１）でも、第２中負荷領域（Ｂ２）と同様に、高回転方向に向かって、燃焼室１７の中の混合気それ自体の温度を高く変更できるよう、第２の手段も採用されている。

すなわち、このエンジン１は、エンジン１の回転数の変化に対してＳＩ率を変更するために、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）において、外部ＥＧＲ率を変更する。

具体的には、ＥＧＲ弁５４の開度の変更により、冷却された、内部ＥＧＲガスよりも低温の既燃ガス（外部ＥＧＲガス）の燃焼室１７の中への導入量が変更され、それによって外部ＥＧＲ率、詳細には「燃焼室１７の中の全ガスに対する外部ＥＧＲガスの質量比（％）」が、変更される。

ＥＣＵ１０は、低回転時よりも高回転時に外部ＥＧＲ率が低くなるよう、ＥＧＲ弁５４に制御信号を出力する。外部ＥＧＲガスは、燃焼室１７の中の混合気よりも温度が低い。そのため、外部ＥＧＲガスの導入量が多いと、それだけ混合気の温度は低くなる。従って、外部ＥＧＲ率を低くすることで、燃焼室１７の中の混合気それ自体の温度を高く変更できる。

図７Ａに示したように、外部ＥＧＲガスは、第１中負荷領域（Ｂ１）及び第２中負荷領域（Ｂ２）の双方で導入されており、特に、第１中負荷領域（Ｂ１）において多量に導入されている。従って、第２の手段は、第１中負荷領域（Ｂ１）において有効であり、第１の手段と組み合わせることで、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）の全域において、効果的に、エンジン１の回転数の変化に対してＳＩ率を高く調節できる。

図１３の（ａ）に、その中負荷領域（Ｂ）の所定の負荷において、エンジン１の回転数の高低と外部ＥＧＲ率との関係（外部ＥＧＲ率／エンジン回転数）を示す。実線は、第１中負荷領域（Ｂ１）における関係を示しており、一点破線は、第２中負荷領域（Ｂ２）における関係を示している。

前述したように、運転領域マップ７００を採用したエンジン１では、スワールコントロール弁５６は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）を含め、各運転領域において略全開に制御されている。図１３の（ａ）は、そのような、燃焼室１７の中に、スワール流がほとんど発生していないか、スワール流が発生していてもその流動が弱い場合における前述した関係を示している。

ＥＣＵ１０は、最低回転数である回転数Ｎ１から所定の回転数（低下開始回転数Ｎｂ）に至るまで、外部ＥＧＲ率を略一定に保持する。そうすることにより、低回転時には、ＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率）を高い値に設定できるので、確保しなければならない混合気のＧ／Ｆの値が高くても、適切な範囲内に収めることができる。混合気の希釈率を高く維持できるので、燃費の向上が図れる。

そして、低下開始回転数Ｎｂを超えると、ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷に応じて、外部ＥＧＲ率を低下させる。具体的には、エンジン１の回転数の変化に対して外部ＥＧＲ率を変更するために、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に、所定のマップが格納されており、そのマップの中に、低下開始回転数Ｎｂが予め設定されている。

低下開始回転数Ｎｂも、制限開始回転数Ｎａと同様に、少なくとも、中負荷領域（Ｂ）におけるエンジン回転数の範囲を二等分した回転数よりも大きい値に設定されている。特に、中負荷領域（Ｂ）におけるエンジン回転数の範囲を三等分したときの高回転側の範囲に設定するのが好ましく、低下開始回転数Ｎｂ及び制限開始回転数Ｎａは同じ回転数に設定するのが好ましい。

ＥＣＵ１０は、そのマップに基づき、低下開始回転数Ｎｂを超えた場合に、エンジン１の負荷に応じて、外部ＥＧＲ率の低下が開始するよう、ＥＧＲ弁５４に制御信号を出力する。尚、負荷が低いときには、低下開始回転数Ｎｂを超えても外部ＥＧＲ率の値がそのまま維持される場合もある。

それにより、低下開始回転数Ｎｂ以上の高回転領域では、燃焼室１７に導入される外部ＥＧＲガスの割合が減って、混合気それ自体の温度が高くなる。従って、燃焼室１７からの受熱量が少なく、燃焼時間が短くなっても、ＳＩ燃焼が急速になって、ＳＩ率が高くなる。ＳＩ率が高くなると、ＣＩ燃焼が減るから、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生する燃焼騒音を抑制することができる。エンジン１の回転数が高い時に、ＮＶＨを許容値以下に抑えることができる。尚、図１３で示すエンジン回転数と外部ＥＧＲ率との関係は一例であり、その変化率は仕様に応じて適宜変更可能である。

このとき、ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が高くなるほど、外部ＥＧＲ率が急に低下するよう（低下率が大きくなるよう）、ＥＧＲ弁５４に制御信号を出力する。

エンジン１の負荷が高くなると、それに伴って燃料の量が増加する。増加する燃料に対して既燃ガスが過度に多いと、火花点火による着火、すなわちＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が不安定になり、ＳＩ率が低下する恐れがある。そこで、エンジン１の負荷が高くなるほど、外部ＥＧＲ率の低下率を大きくし、着火を安定化させることで、高いＳＩ率を維持する。

ＥＣＵ１０は、第２中負荷領域（Ｂ２）においても、第１中負荷領域（Ｂ１）と同様に、外部ＥＧＲ率を変更する。この構成例では、第１中負荷領域（Ｂ１）で導入されるＥＧＲガスは外部ＥＧＲガスのみであるのに対し、第２中負荷領域（Ｂ２）では内部ＥＧＲガスも導入される。そのため、第２中負荷領域（Ｂ２）では、内部ＥＧＲガスの導入量との関係で、混合気のＧ／Ｆ等、燃焼室１７の中の状態量を考慮して、外部ＥＧＲ率が変更される。その結果、第２中負荷領域（Ｂ２）での外部ＥＧＲ率は、第１中負荷領域（Ｂ１）と比べて、相対的に低く、また、異なった値となる。

後述する運転領域マップ７０１又は運転領域マップ７０２を採用したエンジン１では、運転領域マップ７００を採用したエンジン１と異なり、燃焼室１７の中に、所定以上の強さを有するスワール流が形成される。図１３の（ｂ）は、そのようなエンジン１での前述した関係を示している。

燃焼室１７の中に、所定以上の強さを有するスワール流が形成されると、燃焼室１７の中で混合気の流動性が高まる。そのため、ＥＧＲガスの量が多くても、点火が行われる時に、点火プラグ２５の周辺のＥＧＲガスの量を少なくできる。従って、負荷が高まって燃料が増加しても、点火による着火の安定性を確保できるので、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼が安定して行える。

それにより、ＥＣＵ１０は、図１３の（ｂ）に示すように、エンジン１の負荷の高低の変化に対して外部ＥＧＲ率の低下率が略一定に保持されるように、ＥＧＲ弁５４に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０は、負荷が高くなっても、低負荷の時と同じ状態で外部ＥＧＲ率を低下させる。

（第３の手段）
第１や第２の手段のように、混合気の温度を高くする方法では、その温度が過度に高くなると、ＣＩ燃焼も急速になって燃焼騒音が増大し、ＮＶＨの許容値を超えてしまうおそれがある。また、内部ＥＧＲ率や外部ＥＧＲ率は、混合気のＧ／Ｆ等、その他の状態量による制約があるため、その変更だけでは、ＳＰＣＣＩ燃焼での燃焼騒音の抑制効果が制限され、十分な効果が得られない場合がある。

特に、第１の手段では、制限開始回転数Ｎａを超えた範囲で内部ＥＧＲ率の上昇が制限される。また、第２の手段でも、低下開始回転数Ｎｂを超えた範囲で、外部ＥＧＲ率が低下し過ぎると、混合気の温度が過度に高くなって燃焼騒音が増大し、ＮＶＨの許容値を超えてしまうおそれがあるため、その低下率は制限を受ける。従って、これら制限開始回転数Ｎａや低下開始回転数Ｎｂを超えた範囲では、所望するＳＩ率まで高くならない場合がある。その場合、燃焼騒音の抑制効果が制限され、十分な効果が得られない。

そこで、このエンジン１では、混合気の温度を高くする方法とは異なる、別の手段を利用し、それによってもＳＩ率が高められるようしている。

すなわち、ＥＣＵ１０は、第１や第２の手段と併用して、スワールコントロール弁５６を制御することによって、吸気流動を強くする第３の手段を用いる。吸気流動を強くすると、ＳＩ燃焼が急速になるためＳＩ率が高くなる。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を抑制することができる。

図１４の（ａ）に、運転領域マップ７００を採用したエンジン１の回転数の高低とスワールコントロール弁５６の開度との関係を示す。前述したように、運転領域マップ７００を採用したエンジン１では、スワールコントロール弁５６は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）を含め、各運転領域において略全開に制御されている。図１４の（ａ）は、その場合での前述した関係を示している。対して、図１４の（ｂ）は、後述する、運転領域マップ７０１を採用したエンジン１及び運転領域マップ７０２を採用したエンジン１での前述した関係を示している。

図１４の（ａ）に示すように、運転領域マップ７００を採用したエンジン１では、エンジン１の回転数が、内部ＥＧＲ率の制限が開始される制限開始回転数Ｎａや、外部ＥＧＲ率の低下が開始される低下開始回転数Ｎｂなど、第１や第２の手段だけでは所望するＳＩ率に調節するのが困難な所定の回転数（作動開始回転数Ｎｃ）に到達すると、ＥＣＵ１０は、スワールコントロール弁５６に制御信号を出力し、その開度を、略全開から閉じ側に変更する。これにより、燃焼室１７の中のスワール流が強くなる。ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が高くなるに従い、スワールコントロール弁５６の開度を線形的に閉じ側に変更する。エンジン１の回転数が高くなるに従い、スワール流が強くなるから、ＳＩ燃焼がより一層急速になる。

その結果、第１や第２の手段では、制限を受ける高回転側の範囲においても、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を抑制することができる。その結果、エンジン１の回転数が高いときに、ＮＶＨを許容値以下に抑えることが可能になる。第１や第２の手段と、第３の手段との組み合わせにより、ＳＩ率を、高く、よりいっそう適切に変更できるようになる。

一方、図１４の（ｂ）に示すように、後述する、運転領域マップ７０１を採用したエンジン１及び運転領域マップ７０２を採用したエンジン１では、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる領域において、所定の強さを有するスワール流が燃焼室１７の中に形成される。

例えば、吸気から点火に至るタイミングにおいて、スワール比が１．５〜３の範囲となるように、スワールコントロール弁５６が、全閉することなく閉じ側の所定の開度で制御される。スワールコントロール弁５６の開度又はスワール比は、エンジン１の仕様に応じて適宜設定される。図１４の（ｂ）は、スワールコントロール弁５６が、エンジン１の回転数の高低の変化に対し、略３０％の開度で略一定に保持される場合を例示している。

ＳＰＣＣＩ燃焼を行う時に、このようなスワール流を燃焼室１７の中に形成することで、燃焼室１７の中の流動性を高めることができ、また、燃焼室１７の中に、成層化した混合気を形成することが可能になる。それにより、エンジン１の広い運転領域で、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。その詳細については後述する。

（第４の手段）
運転領域マップ７００を採用したエンジン１では、点火タイミングの変更によっても、高回転方向に向かってＳＩ率が高められるように構成されている。

図１５に、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）の所定の負荷における、エンジン１の回転数の高低と点火タイミングとの関係を示す。第３の手段と同様に、エンジン１の回転数が、内部ＥＧＲ率の制限が開始される制限開始回転数Ｎａや、外部ＥＧＲ率の低下が開始される低下開始回転数Ｎｂなど、第１や第２の手段だけでは所望するＳＩ率に調節するのが困難な所定の回転数（進角開始回転数Ｎｄ）に到達すると、ＥＣＵ１０は、点火プラグ２５に制御信号を出力し、点火タイミングを進角させる。これにより、ＳＩ燃焼の開始が早まってＳＩ燃焼が急速になる。ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が高くなるほど、点火タイミングを線形的に進角させる。エンジン１の回転数が高くなるに従い、ＳＩ燃焼がより一層急速になる。

第４の手段は、第３の手段に代えて用いることができる。第３の手段と共に第４の手段を用いてもよい。第１から第４の手段を適宜組み合わせることで、高回転時においても、安定したＳＩ率の調節が可能になる。

（ＳＩ率の変更）
図１６は、ＥＣＵ１０が実行するエンジン１の運転制御に係るフローを示している。ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６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、燃焼室１７の中の燃焼が、運転状態に応じたＳＩ率の燃焼となるよう、燃焼室１７の中の状態量の変更、噴射量の変更、噴射タイミングの変更、及び、点火タイミングの変更を行う。

ＥＣＵ１０はまた、各センサの検知信号に基づいて、ＳＩ率の変更が必要と判断したときには、ＳＩ率変更手段１０２ａにより、ＳＩ率の変更を行う。

ＥＣＵ１０は先ず、ステップＳ１において、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６の検知信号を読み込む。次いで、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２において、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、目標ＳＩ率を設定する。目標ＳＩ率は、図９又は図１１に示した通りである。

ＥＣＵ１０は、続くステップＳ３において、予め設定している燃焼モデルに基づいて、設定した目標ＳＩ率を実現するための目標筒内状態量を設定する。具体的には、燃焼室１７の中の目標温度及び目標圧力、並びに、目標状態量を設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ４において、目標筒内状態量を実現するために必要な、ＥＧＲ弁５４の開度、スロットル弁４３の開度、エアバイパス弁４８の開度、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角、並びに、スワールコントロール弁５６の開度を設定する。

ＥＣＵ１０は、これらのデバイスの制御量を、予め設定しかつ、ＥＣＵ１０に記憶しているマップに基づいて設定する。ＥＣＵ１０は、設定した制御量に基づいて、ＥＧＲ弁５４、スロットル弁４３、エアバイパス弁４８、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４、並びに、スワールコントロール弁５６に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０の制御信号に基づいて各デバイスが動作をすることによって、燃焼室１７の中の状態量が目標状態量になる。

ＥＣＵ１０はさらに、設定した各デバイスの制御量に基づいて、燃焼室１７の中の状態量の予測値、及び、推定値をそれぞれ算出する。状態量予測値は、吸気弁２１が閉弁する前の燃焼室１７の中の状態量を予測した値であり、後述するように、吸気行程における燃料の噴射量の設定に用いる。状態量推定値は、吸気弁２１が閉弁した後の燃焼室１７の中の状態量を推定した値であり、後述するように、圧縮行程における燃料の噴射量の設定、及び、点火タイミングの設定に用いる。状態量推定値はまた、後述するように、実際の燃焼状態との比較による状態量誤差の計算にも用いる。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ５において、状態量予測値に基づいて、吸気行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、吸気行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。ステップＳ６において、ＥＣＵ１０はインジェクタ６の噴射を制御する。つまり、所定の噴射タイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ７において、状態量推定値と、吸気行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、圧縮行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、圧縮行程中に燃料の噴射を行わないときは、燃料の噴射量はゼロである。圧縮行程中に分割噴射を行うときには、前段噴射の噴射量及び後段噴射の噴射量をそれぞれ設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ８において、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで、燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ９において、状態量推定値と、圧縮行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、点火タイミングを設定する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０において、設定した点火タイミングで、燃焼室１７の中の混合気に点火をするよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。

点火プラグ２５が混合気に点火をすることにより、燃焼室１７の中でＳＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。ステップＳ１１において、ＥＣＵ１０は、指圧センサＳＷ６が検知した燃焼室１７の中の圧力の変化を読み込み、それに基づいて、燃焼室１７の中の混合気の燃焼状態を判断する。ＥＣＵ１０はまた、ステップＳ１２において、燃焼状態の検出結果と、ステップＳ４において推定をした状態量推定値とを比較し、状態量推定値と、実際の状態量との誤差を計算する。計算した誤差は、今回以降のサイクルにおいて、ステップＳ４の推定に利用される。

ＥＣＵ１０は、状態量誤差が無くなるように、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、スワールコントロール弁５６、及び／又は、エアバイパス弁４８の開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角を変更する。それによって、燃焼室１７に導入される新気及びＥＧＲガス量が変更される。この状態量誤差のフィードバックは、ＥＣＵ１０が、目標ＳＩ率と実際のＳＩ率との誤差に基づいて、ＳＩ率の変更が必要と判断したときに、ＳＩ率を変更することに相当する。

ＥＣＵ１０はまた、ステップＳ８において、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、点火タイミングを進角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも進角させる。一方、ＥＣＵ１０は、ステップＳ７において、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、点火タイミングを遅角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも遅角させる。

つまり、図１７のＰ２に示すように、燃焼室１７の中の温度が低いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始した後、未燃混合気が自己着火するタイミングθ_ＣＩが遅れてしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率（Ｐ１参照）からずれてしまう。この場合、未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下を招く。

そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、ＥＣＵ１０は、噴射タイミングを進角すると共に、図１７のステップＳ１０において、点火タイミングθ_ＩＧを進角する。図１７のＰ３に示すように、ＳＩ燃焼の開始が早まることによってＳＩ燃焼により十分な熱発生が可能になるから、燃焼室１７の中の温度が低いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθ_ＣＩが遅れることを防止することができる。その結果、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下が防止される。

また、図１７のＰ４に示すように、燃焼室１７の中の温度が高いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火してしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率（Ｐ１参照）からずれてしまう。この場合、燃焼騒音が増大してしまう。

そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、ＥＣＵ１０は、噴射タイミングを遅角すると共に、図１６のステップＳ１０において、点火タイミングθ_ＩＧを遅角する。図１７のＰ５に示すように、ＳＩ燃焼の開始が遅くなるから、燃焼室１７の中の温度が高いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθ_ＣＩが早くなることを防止することができる。その結果、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。燃焼騒音が増大してしまうことが回避される。

これらの噴射タイミングの変更、及び、点火タイミングの変更は、ＥＣＵ１０が、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率の変更が必要と判断したときに、ＳＩ率を変更することに相当する。噴射タイミングを変更することによって、進角又は遅角される点火タイミングにおいて、燃焼室１７の中に適切な混合気を形成することができる。点火プラグ２５は、確実に、混合気に点火することが可能になると共に、未燃混合気は、適切なタイミングで、自己着火することができる。

尚、図１７において、実際の燃焼状態に基づいて、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、及びスワールコントロール弁５６の制御を通じて燃焼室１７の中の状態量を変更する点は、図１６のステップＳ１２及びステップＳ４において説明した通りである。

このエンジン１は、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、及びスワールコントロール弁５６を含む状態量設定デバイスによって、ＳＩ率を変更する。燃焼室１７の中の状態量を変更することによって、ＳＩ率の大まかな変更が可能である。それと共に、エンジン１は、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングを変更することによって、ＳＩ率を変更する。噴射タイミング及び点火タイミングの変更によって、例えば気筒間差の補正を行ったり、自己着火タイミングの微変更を行ったりすることができる。ＳＩ率の変更を二段階に行うことによって、エンジン１は、運転状態に対応する狙いのＳＰＣＣＩ燃焼を正確に実現することができる。

＜第２の運転領域マップ＞
図７Ｂは、エンジン１の運転領域マップの第２の構成例（第２の運転領域マップ７０１）を示している。運転領域マップ７０１は、次の３つの領域に分けられている。

（Ａ）アイドル運転を含む低負荷領域
（Ｂ）低負荷領域（Ａ）と次の高負荷領域（Ｃ）との間の中負荷領域
（Ｃ）全開負荷を含む高負荷領域

すなわち、運転領域マップ７０１は、前述した運転領域マップ７００と比べて、エンジン１の回転数の方向に向かって、低負荷領域（Ａ）、中負荷領域（Ｂ）、及び高負荷領域（Ｃ）の各々が拡大されている。

運転領域マップ７０１を採用したエンジン１では、特に、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う中負荷領域（Ｂ）を拡大するために、燃焼室１７の中に所定の強さを有するスワール流を発生させることが行われている。

例えば、ＥＣＵ１０は、必要に応じて、スワールコントロール弁５６の開度を調整する。エンジン１の運転状態が中負荷領域（Ｂ）にあるときに、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にされる。その結果、燃焼室１７の中には、所定の強さを有するスワール流が形成される。吸気から点火に至るタイミングにおいて、スワール比は４以上としてもよい。また、スワール比は、４未満、例えば１．５〜３の範囲としてもよい。

運転領域マップ７０１を採用したエンジン１においても、運転領域マップ７００を採用したエンジン１と同様に、ＳＩ率の調節を行うのが好ましい。すなわち、図１１に示すように、過給が行われない第２中負荷領域（Ｂ２）において、エンジン１の回転数が高くなるに従い、ＳＩ率を線形的に高くする。そうすることで、高回転領域においても、問題となり得るＮＶＨを許容値以下に維持した状態で、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定して行うことができる。

また、運転領域マップ７０１を採用したエンジン１においても、運転領域マップ７００を採用したエンジン１と同様に、第１〜第４の手段により、高回転時においてＳＩ率を高めることができる。

＜第３の運転領域マップ＞
図７Ｃは、エンジン１の運転領域マップの第３の構成例（第３の運転領域マップ７０２）を示している。運転領域マップ７０２は、次の５つの領域に分けられている。

（１）−１：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）−２：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
（２）：中負荷領域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
（３）：高負荷領域において中回転領域よりも回転数の低い低回転領域
（４）：低負荷領域、中負荷領域、高負荷中回転領域、及び、高負荷低回転領域よりも回転数の高い高回転領域

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。運転領域マップ７０２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、回転数Ｎ１及び回転数Ｎ２は、運転領域マップ７００及び運転領域マップ７０２の各々において同じでもよいし、異なっていてもよい。

運転領域マップ７０２においては、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、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。エンジン１が低負荷で運転するとき、及び、エンジン１が高負荷で運転するときにも、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う点が、運転領域マップ７０１と相違する。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１８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。

（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、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

図１８の符号６０１は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において、符号６０１の運転状態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。

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、所定の強さを有するスワール流が形成される（図１４の（ｂ）参照）。エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときのスワール比は、略２であり、４未満の範囲、例えば１．５〜３の範囲で調整される。尚、スワール比を４以上にして強いスワール流を形成してもよい。

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（ＳＣＶ）５６は、全閉することなく閉じ側の所定の開度で制御される。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、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。

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、必要に応じて燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。例えば、ポジティブオーバーラップ期間の設定により、内部ＥＧＲガスを導入する。

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。

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、基本的には、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。燃料の分割噴射と、燃焼室１７の中のスワール流と、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。

（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。中負荷領域（１）−２は、運転領域マップ７０１における中負荷領域（Ｂ）に対応する。

図１８の符号６０２は、エンジン１が中負荷領域（１）−２において、符号６０２の運転状態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。例えば、ポジティブオーバーラップ期間の設定により、内部ＥＧＲガスを導入する。

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２程度の、所定の強さを有するスワール流が形成される。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉ではない、閉じ側の所定の開度である。スワール流を形成することによって、キャビティ３１の中に溜まった残留ガスをキャビティ３１の中から追い出すことができる。その結果、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部の混合気のＧ／Ｆと、ＳＩ部の周囲のＣＩ部の混合気のＧ／Ｆと、を異ならせることができる。そのことによって、前述したように、燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆを、１８以上５０以下にすれば、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。

また、スワール流を形成することにより、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。

インジェクタ６が、吸気行程中の第１噴射６０２１と圧縮行程中の第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。また、燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆは１８以上５０以下であり、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部のＧ／Ｆは１４〜２２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）、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、目標タイミングで自己着火して、ＣＩ燃焼する。後段噴射によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。前段噴射によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。燃焼室１７全体のトータルＧ／Ｆを１８以上５０以下とし、点火プラグ２５の近傍のＳＩ部のＧ／Ｆを１４〜２２とすることにより、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化させることができる。

ここで、図７Ｃに示すように、過給機４４がオフにされる領域（Ｓ／Ｃ ＯＦＦ参照）は、低負荷領域（１）−１の一部、及び、中負荷領域（１）−２の一部である。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。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。

（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１８の符号６０３は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において、符号６０３の運転状態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１８の符号６０４は、符号６０３の運転状態よりも回転数が高い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）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の運転状態が高負荷中回転領域（２）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガス（例えば外部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未満の、所定の強さを有するスワール流が形成される。スワール比を４以上にして強いスワール流を形成してもよい。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉することなく閉じ側の所定の開度で制御される。

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）における低回転側で運転するときに、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６０３１）と共に、圧縮行程の終期に燃料を噴射する（符号６０３２）。圧縮行程の終期とは、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してもよい。

吸気行程に開始する前段噴射６０３１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、上死点前２８０°ＣＡで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、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、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を低下させることができる。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、好ましくは１２．５以上、１３以下としてもよい。

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。

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。

前述したように、点火プラグ２５が中央部の混合気に点火をすると、ＳＩ燃焼は高い乱流エネルギによって、燃焼速度が高くなって安定化すると共に、ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室１７内のスワール流れに乗って、周方向に伝播する。そうして、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、未燃混合気が自己着火をし、ＣＩ燃焼が開始する。

このＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプトでは、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。

エンジン１が高負荷中回転領域（２）における高回転側で運転するときに、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前段噴射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。具体的に前段噴射６０４１は、上死点前２８０°ＣＡで燃料噴射を開始してもよい。前段噴射の終了は、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６０４１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。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、好ましくは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、好ましくは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、前段噴射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、混合気の酸化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。

前述したように、混合気を成層化することによって、高負荷中回転領域（２）において、燃焼騒音を抑制すると共に、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定化することができる。

（高負荷低回転領域（３））
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燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。高負荷低回転領域（３）は、運転領域マップ７０１にける第１高負荷領域（Ｃ１）に対応する。

図１８の符号６０５は、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において、符号６０５の運転状態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。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷低回転領域（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ガスをゼロにすればよい。

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。

運転領域マップ７０２においては、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内に燃料を噴射する（符号６０５１、６０５２）。二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の中の流動を高めることができ、ＳＩ燃焼の安定化に有利になる。

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、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。

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（ＳＣＶ）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。

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。

（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、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１８の符号６０６は、エンジン１が高回転領域（４）において、符号６０６の運転状態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）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ガスをゼロにすればよい。

エンジン１は、高回転領域（４）において運転するときには、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（符号６０６１参照）。インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する。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、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６０６２参照）。

運転領域マップ７０２を採用したエンジン１においても、運転領域マップ７００を採用したエンジン１と同様に、ＳＩ率の調節を行うのが好ましい。すなわち、図１１に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる、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）の過給が行われない領域において、エンジン１の回転数が高くなるに従い、ＳＩ率を線形的に高くする。そうすることで、高回転領域においても、問題となり得るＮＶＨを許容値以下に維持した状態で、ＳＰＣＣＩ燃焼を安定して行うことができる。

また、運転領域マップ７０２を採用したエンジン１においても、運転領域マップ７００を採用したエンジン１と同様に、第１〜第４の手段により、高回転時においてＳＩ率を高めることができる。

（燃焼波形）
図１９及び図２０に、運転領域マップ７０２を採用したエンジン１の各運転状態における燃焼波形を例示する。図１９は、図７Ｃに示す運転領域マップ７０２に対応した簡略図である。燃焼波形は、クランク角の変化に対する熱発生率の変化を示している。Ｗ１〜Ｗ１２は、図１９に示す各運転状態に対応する。

前述したように、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域において、エンジン１の回転数が高くなるに従いＳＩ率を高くする。Ｗ２、Ｗ７、Ｗ１０の波形を比較すると、ＳＩ燃焼のピークは、Ｗ２、Ｗ７、Ｗ１０の順に次第に高くなっている。その結果、ＣＩ燃焼のピークは、Ｗ２、Ｗ７、Ｗ１０の順に次第に小さくなっている。これにより、エンジン１の回転数が高くなるに従い、燃焼騒音の発生を抑制することができる。尚、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域において、Ｗ２、Ｗ７、Ｗ１０よりも負荷の低い、Ｗ３、Ｗ８、Ｗ１１、及び、Ｗ４、Ｗ９、Ｗ１２においても、同様の傾向が現れている。

（他の実施形態）
尚、ＥＣＵ１０が行うエンジン１の制御は、前述した燃焼モデルに基づく制御に限定されない。例えば、前述したエンジン１の内部ＥＧＲシステムでは、内部ＥＧＲガス率の変更を、ネガティブオーバーラップ期間の変更によって行ったが、排気弁を吸気行程でも開く制御によって行ってもよい。

第３や第４の手段は、第１や第２の手段を補うだけに限らない。仕様によっては、第１や第２の手段とは別に、独立して用いてもよい。すなわち、第１〜第４の手段の組み合わせは任意である。

また、エンジン１は、高回転の領域においてＳＩ燃焼を行うのではなく、回転数領域の全域に亘って、ＳＰＣＣＩ燃焼を行ってもよい。さらに、エンジン１は、全運転領域においてＳＰＣＣＩ燃焼を行ってもよい。

また、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。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（コントローラー）
１７ 燃焼室
２３ 吸気電動Ｓ−ＶＴ（内部ＥＧＲシステム）
２４ 排気電動Ｓ−ＶＴ（内部ＥＧＲシステム）
２５ 点火プラグ
３ ピストン
３１ キャビティ
５４ ＥＧＲ弁（外部ＥＧＲシステム）
５５ ＥＧＲシステム
５６ スワールコントロール弁（吸気流動制御デバイス）
６ インジェクタ
１０２ａ ＳＩ率変更手段（熱量比率変更手段）
ＳＷ６ 指圧センサ

Claims (11)

1. 燃焼室の中において混合気を燃焼させるように構成されたエンジンと、
   前記燃焼室の中に臨んで配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、
   前記エンジンに設けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に含まれる内部ＥＧＲガスの量の割合である内部ＥＧＲ率を変更するように構成された内部ＥＧＲシステムと、
   前記点火プラグ及び前記内部ＥＧＲシステムのそれぞれに接続されかつ、前記点火プラグ及び前記内部ＥＧＲシステムのそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラーと、
   を備え、
   前記コントローラーは、前記点火プラグの点火によって混合気が火炎伝播により燃焼し、その後、前記燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼する所定形態の燃焼が行われるように、所定の点火タイミングで前記点火プラグに制御信号を出力し、
   前記コントローラーが、前記エンジンの回転数が低い時よりも高い時に、前記内部ＥＧＲ率が高くなるよう、前記内部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が予め設定された制限開始回転数を超えた場合に、前記内部ＥＧＲ率の上昇が制限されるよう、前記内部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジンの負荷が高くなるほど、前記制限開始回転数が低回転側に変位するよう設定されている圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中へ導入する吸気流動を変更するよう構成された吸気流動制御デバイス、を更に備え、
   前記コントローラーが、前記エンジンの回転数が前記制限開始回転数を超えた領域で、前記吸気流動が強くなるよう、前記吸気流動制御デバイスに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記コントローラーが、前記エンジンの回転数が前記制限開始回転数を超えた領域で、点火タイミングが進角するよう、前記点火プラグに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記内部ＥＧＲガスが、ネガティブオーバーラップ期間を設けることによって前記燃焼室の中に導入される圧縮着火式エンジンの制御装置。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記内部ＥＧＲガスが、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とによって前記燃焼室の中に導入される圧縮着火式エンジンの制御装置。
8. 請求項７に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記所定形態の燃焼が行われる運転領域における前記エンジンの最大回転数の近傍に至るまで、前記内部ＥＧＲ率が、制限を受けることなく連続して高くなる圧縮着火式エンジンの制御装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中に導入するガスを過給するよう構成された過給システム、を更に備え、
   前記コントローラーは、所定負荷よりも高負荷の第１領域にあるときに前記過給システムが過給を行い、前記所定負荷以下の第２領域にあるときに前記過給システムが過給を行わないよう、前記過給システムに制御信号を出力し、
   前記コントローラーが、前記第２領域で、前記エンジンの回転数が低い時よりも高い時に前記内部ＥＧＲ率が高くなるよう、前記内部ＥＧＲシステムに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
    前記所定形態の燃焼が行われる時に、前記燃焼室の中にスワール流が形成される圧縮着火式エンジンの制御装置。
11. 燃焼室の中において混合気を燃焼させるように構成されたエンジンと、
    前記燃焼室の中に臨んで配設されかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、
    前記エンジンに設けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に含まれるＥＧＲガスの量の割合であるＥＧＲ率を変更するように構成されたＥＧＲシステムと、
    前記点火プラグ及び前記ＥＧＲシステムのそれぞれに接続されかつ、前記点火プラグ及び前記ＥＧＲシステムのそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成されたコントローラーと、
    を備え、
    前記コントローラーは、前記点火プラグの点火によって混合気が火炎伝播により燃焼し、その後、前記燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼する所定形態の燃焼が行われるように、所定の点火タイミングで前記点火プラグに制御信号を出力し、
    前記コントローラーが、前記エンジンの回転数が低い時よりも高い時に、前記ＥＧＲ率が高くなるよう、前記ＥＧＲシステムに制御信号を出力し、
    前記コントローラーは、前記エンジンの回転数が予め設定された制限開始回転数を超えた場合に、前記ＥＧＲ率の上昇が制限されるよう、前記ＥＧＲシステムに制御信号を出力する圧縮着火式エンジンの制御装置。

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