JP7135835B2 - エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Description

開示する技術は、自動車に搭載されているエンジンの燃焼制御装置に関する。

エンジンの燃焼において、点火する前に燃焼が始まる異常燃焼現象（いわゆるプリイグニッション、「プリイグ」ともいう）が存在する。プリイグが発生すると、エンジンはダメージを受ける。そのため、プリイグの抑制は、エンジンの燃焼制御において重要な課題となっている。

特に、幾何学的圧縮比の高いエンジンでは、プリイグが発生し易い。負荷の高い運転領域では尚更である。

そのようなプリイグの抑制を目的とした技術が、特許文献１に開示されている。そこには、プリイグを抑制する１つの手段として、空燃比をリッチ化し、筒内温度（燃焼室の中の温度）を低下させることが記載されている。ただし、ＥＧＲ（排気還流）を行わないエンジンを前提としている。

特開２０１１－２２６４７２号公報

特許文献１のエンジンのように、空燃比をリッチ化して筒内温度を低下させると、燃焼が緩和される。それにより、プリイグを抑制できる。

ところが、本発明者らは、空燃比をリッチ化しても、ＥＧＲを行うと、プリイグを抑制できない場合があることが見出した。

具体的には、高負荷な運転領域のうち、全負荷よりも負荷の低い領域において、排気ガスの還流が行われている場合には、空燃比をリッチ化しても、プリイグが抑制できない状態が発生し得ることを見出した。

開示する技術の主たる目的は、より安定してプリイグが抑制できる、エンジンの燃焼制御装置を実現する。

開示する技術は、自動車に搭載されるエンジンの燃焼制御装置に関する。

前記燃焼制御装置は、前記エンジンの燃焼室の中に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記燃焼室に吸気ガスを導入する吸気通路と、前記燃焼室で発生する排気ガスを導出する排気通路と、排気ガスを浄化するために前記排気通路に設置される触媒と、前記吸気通路と前記排気通路とに連通し、排気ガスの一部を前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの量を調整するＥＧＲ弁と、前記エンジンの運転状態に応じて、前記燃料噴射弁および前記ＥＧＲ弁を制御する制御装置本体と、を備える。

前記制御装置本体が、前記エンジンが所定の第１高負荷領域で運転しているときに、前記燃焼室の中の空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態となるように前記燃料噴射弁を制御するとともに、排気ガスが実質的に還流しないように前記ＥＧＲ弁を制御し、かつ、前記エンジンが前記第１高負荷領域よりも負荷の低い第２高負荷領域で運転しているときに、前記空燃比が理論空燃比またはリーンな状態となるように前記燃料噴射弁を制御するとともに、排気ガスが還流するように前記ＥＧＲ弁を制御するエンジン制御部と、前記第２高負荷領域でプリイグニッションの発生が実測または予測されたときに、前記排気通路に流入する未燃燃料の量を増加させるプリイグ抑制部と、を有している。

すなわち、この燃焼制御装置は、運転時にＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うエンジンを前提としている。

そして、そのエンジンが第１高負荷領域で運転しているときには、燃焼室の中の混合気の空燃比（単に空燃比ともいう）がリッチな状態となるように制御して、ＥＧＲは行わない。対して、そのエンジンが第１高負荷領域よりも負荷の低い第２高負荷領域で運転しているときには、空燃比が理論空燃比またはリーンな状態となるように制御して、ＥＧＲを行う。

そして、第２高負荷領域でプリイグニッションの発生が実測または予測されると、排気通路に流入する未燃燃料の量を増加させる。

上述したように、本発明者らは、高負荷側の所定の運転領域では、空燃比をリッチ化しても、ＥＧＲを行うと、プリイグを抑制できない場合があることが見出した。しかも、そのプリイグは、全てのシリンダで、しかも同時に発生する傾向がある。

詳細は後述するが、このようなプリイグは、還流する排気ガスがＮＯｘを含むことで、ＮＯｘ由来のＯＨラジカルによって燃焼（特にＣＩ燃焼）が活性化されることが原因であると突き止めた。

そこで、空燃比がリッチな状態であると、ＮＯｘが高度に浄化されるという触媒の特性に着目し、工夫した。すなわち、この燃焼制御装置では、そのようなプリイグが発生する所定の領域、つまり第２高負荷領域でプリイグの発生が実測または予測されると、排気通路に流入する未燃燃料の量を増加させるようにした。

そうすることにより、高度にリッチな状態の空燃比を、確実性をもって実現できるので、触媒のＮＯｘの高い浄化率を安定して確保できる。その結果、ＥＧＲによって排気ガスの還流を行っても、排気ガスにＮＯｘが混入しなくなるので、プリイグの発生を抑制できる。

具体的には、前記プリイグ抑制部が、前記燃料噴射弁を制御して、少なくとも前記排気通路に導出される排気ガス中に未燃燃料が残存する状態になるまで、前記空燃比をリッチな状態にすればよい。

そうすれば、各シリンダの燃焼室での空燃比を、より確実に、高度にリッチな状態することができる。各シリンダ間で空燃比がばらついても影響ない。すなわち、触媒でＮＯｘを高度に浄化できる。よりいっそうプリイグが抑制できる。

前記燃焼制御装置はまた、前記プリイグ抑制部が更に、燃料の噴射時期が遅角するように前記燃料噴射弁を制御する、としてもよい。

燃料の噴射時期が遅くなればそれだけ、圧縮端温度が低下する。従って、プリイグをより抑制できる。

前記燃焼制御装置はまた、前記プリイグ抑制部が更に、圧縮行程で燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する、としてもよい。

圧縮行程で燃料を噴射すれば、燃料の気化潜熱により、圧縮端温度を効率よく低下させることができる。従って、プリイグをよりいっそう抑制できる。

前記燃焼制御装置はまた、前記プリイグ抑制部が更に、前期第２高負荷領域で燃料が複数回に分けて噴射される場合に、噴射時期の早い噴射よりも遅い噴射の方が、燃料の噴射割合が高くなるように前記燃料噴射弁を制御する、としてもよい。

この場合、燃料の総量を同じにできる。トルク変動を生じることなく、圧縮端温度を効率よく低下させることができる。従って、プリイグを効率よく抑制できる。

前記燃焼制御装置はまた、前記第１高負荷領域でプリイグニッションの発生が実測または予測されたときには、前記燃焼室の中に供給される空気量を減少させる、としてもよい。

第１高負荷領域では、実質的にＥＧＲは行われない。燃焼室にＮＯｘが混入しないので、プリイグは、燃焼状態に応じて発生する。従って、プリイグの発生が実測または予測されたときには、個々のシリンダの燃焼室の中に供給する空気量を減少させて、空燃比をリッチ化する。空燃比をリッチ化すると、混合気中の燃料量が相対的に増える。燃料の気化潜熱が増加して圧縮端温度が低下するので、燃焼が緩和される。その結果、プリイグを抑制できる。

前記燃焼制御装置はまた、前記ＥＧＲ通路が、前記触媒の下流側の部位で前記排気通路と連通している、としてもよい。

そうすれば、触媒で浄化された排気ガスが還流される。触媒の直下で連通していれば、安定して触媒で浄化された排気ガスを還流させることができる。

開示する技術によれば、より安定してプリイグが抑制できるようになる。

開示する技術を適用したエンジンの構成を例示する概略図である。 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、下図はII－II線断面図である。 ＥＣＵとその主な関連装置との関係を例示するブロック図である。 ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図である。 エンジンの燃焼制御に関するマップの一例である。 エンジンの燃焼制御のパターンの例示である。パターン１およびパターン２は、異なるパターンを示している。 プリイグの抑制に関連する、ＥＣＵとその主な関連装置の機能的な関係を示すブロック図である。 プリイグの抑制制御の処理の流れを示すフローチャートの一例である。 プリイグの抑制制御で用いる燃焼制御のパターンの例示である。パターン１’、１’’、２’は、それぞれ異なるパターンを示している。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。すなわち、説明する各構成の内容は例示であり、逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

＜エンジン＞
図１に、開示する燃焼制御装置を適用したエンジン１を例示する。エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程、および排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークのレシプロエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。

詳細は後述するが、エンジン１には、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０が備えられている。エンジン１の運転は、ＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０はまた、開示する燃焼制御装置の制御装置本体を構成する。

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、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えば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は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１（気筒）が形成されている。図１では、一つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。

各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１およびシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。ピストン３の上面（表面）は、燃焼室１７に臨んでいる。

尚、「燃焼室」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およびシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。

シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２の下図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側から噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。

燃焼室１７に臨むピストン３の上面は、燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。

詳細は後述するが、このエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）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着火することにより開始する燃焼である。

ＳＰＣＣＩ燃焼では、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。それにより、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ＣＩ燃焼する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式エンジンである。

エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定することができる。例えば、エンジン１の幾何学的圧縮比は、一般的な火花点火式エンジンよりも高い、１６以上としてもよい。しかし、このエンジン１では、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うので、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。エンジン１は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、および、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また、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度の低オクタン価燃料）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程度の高オクタン価燃料）においては、１５～１８としてもよい。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。図示は省略するが、吸気ポート１８は、２つの吸気ポートを有している。これら吸気ポート１８，１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、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、バルブタイミングおよび／また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。

このエンジン１は、その可変動弁機構として、吸気電動Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している（図３参照）。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。吸気弁２１の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、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、第１および第２の排気ポートを有している。これら排気ポート１９，１９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、バルブタイミングおよび／また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。

このエンジン１では、その可変動弁機構として、排気電動Ｓ－ＶＴ２４を有している（図３参照）。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。排気弁２２の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、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。

吸気電動Ｓ－ＶＴ２３および排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入することができる。内部ＥＧＲシステムは、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３および排気電動Ｓ－ＶＴ２４によって構成されている。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。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６（燃料噴射弁）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。図２に示すように、インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面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の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。

尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致していてもよい。

インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴孔（このエンジン１では１０個）を有している。噴孔は、周方向に等角度に配置されている。従って、インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。

インジェクタ６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。燃料タンク６３は、燃料を貯留する。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５およびコモンレール６４が設置されている。

燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、例えば、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。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられた燃料が、インジェクタ６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である。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。

（点火プラグ２５）
図１、図２に示すように、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の中で混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。

点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５をシリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置してもよい。

（吸気通路４０）
図１に示すように、エンジン１の側面には吸気通路４０が連結されている。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を流れるガス（吸気ガス）が燃焼室１７に導入される。

吸気通路４０の上流側の端部には、エアクリーナー４１が配設されている。エアクリーナー４１は、新気を濾過する。吸気通路４０の下流側の端部には、サージタンク４２が配設されている。吸気通路４０におけるサージタンク４２よりも下流側の部位は、シリンダ１１毎に分岐し、各々が独立した通路を構成している。これら通路が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連結されている。

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との間の部位には、開度の調節が可能なスロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、燃焼室１７に導入する新気（空気）の量を調節する。

吸気通路４０におけるスロットル弁４３の下流側の部位には、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入する吸気ガスを過給する。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、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、または遠心式であってもよい。

過給機４４は、電磁クラッチ４５を介してエンジン１と連結されている。電磁クラッチ４５は、エンジン１から過給機４４への駆動力の伝達の有無を切り替える。電磁クラッチ４５の切り替えは、ＥＣＵ１０が行う。電磁クラッチ４５の切り替えにより、過給機４４のオンとオフとが切り替わる。

吸気通路４０における過給機４４の下流の部位には、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が圧縮した吸気ガスを冷却する。インタークーラー４６には、例えば水冷式または油冷式のクーラーが利用できる。

吸気通路４０には、バイパス通路４７が連結されている。バイパス通路４７は、吸気通路４０における過給機４４の上流側の部位と、インタークーラー４６の下流側の部位とに連結されている。バイパス通路４７は、過給機４４およびインタークーラー４６をバイパスする。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を流れる吸気ガスの流量を調節する。

ＥＣＵ１０は、過給機４４をオフにしたときに、エアバイパス弁４８を全開にする。吸気通路４０を流れる吸気ガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に流入する。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をオンにすると、エンジン１は過給状態で運転する。エンジン１が過給状態で運転しているときには、ＥＣＵ１０は、エアバイパス弁４８の開度を調節する。それにより、過給機４４を通過した吸気ガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流側に逆流する。

ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に導入される吸気ガスの圧力が変わる。つまり、過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。

エンジン１は、図２に白抜きの矢印で示すように、燃焼室１７の中でスワール流を発生させる。図１に示すように、吸気通路４０にスワールコントロール弁５６が取り付けられている。スワールコントロール弁５６は、詳細な図示は省略するが、二つの吸気ポート１８，１８のうちの一方の吸気ポート１８に配設されている。

スワールコントロール弁５６は、流路を絞ることができる開度調節弁である。開度が小さくなるとスワール流は強くなる。開度が大きくなるとスワール流は弱くなる。全開になるとスワール流は発生しない。

（排気通路５０）
エンジン１の側面（吸気通路４０とは反対側の側面）には、排気通路５０が連結されている。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で発生する排気ガスを導出する。排気通路５０の上流側の部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐している。これら独立した通路の各々が、各シリンダ１１の排気ポート１９に連結されている。

排気通路５０には、複数の触媒コンバーター５１Ｕ，５１Ｄを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流側に位置する触媒コンバーター５１Ｕは、自動車のエンジンルーム（図示せず）の中に配設されている。図１に示すように、その触媒コンバーター５１Ｕは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。

下流側に位置する触媒コンバーター５１Ｄは、エンジンルームの外に配設されている。その触媒コンバーター５１Ｄは、三元触媒５１３を有している。三元触媒５１１，５１３は、排気ガスを浄化する。すなわち、触媒が劣化しない限り、所定の条件（所定以上の高温かつ、空燃比が略理論空燃比）を満たすことにより、排気ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化する。

尚、ＧＰＦ５１２は省略してもよい。また、触媒コンバーター５１Ｕ，５１Ｄは、三元触媒５１１，５１３を有するものに限定されない。さらに、三元触媒５１１およびＧＰＦ５１２の並び順は、適宜変更してもよい。

（ＥＧＲ通路５２、ＥＧＲ弁５４）
吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が連結されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させる。従って、吸気ガスは、新気だけでなく排気ガスを含む場合もある。

ＥＧＲ通路５２の上流側の端部は、排気通路５０における上流の触媒コンバーター５１Ｕと下流の触媒コンバーター５１Ｄとの間の部位に連通している。すなわち、ＥＧＲ通路５２は、三元触媒５１１の下流側の部位で排気通路５０と連通している。ＥＧＲ通路５２の下流側の端部は、吸気通路４０における過給機４４の上流側の部位に連通している。ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスは、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の過給機４４より上流側に入る。

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、排気ガスを冷却する。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を流れる排気ガスの量を調節する。すなわち、ＥＧＲ弁５４により、吸気通路４０に還流する冷却された排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量が調節される。外部ＥＧＲガスの量の多少により、吸気ガスの温度の調節が可能になる。

（ＥＣＵ１０）
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。図３に示すように、ＥＣＵ１０は、プログラムを実行するＣＰＵ１０ａと、プログラムおよびデータを格納するメモリ１０ｂと、電気信号を入出力するインターフェース１０ｃとを備えている。メモリ１０ｂには、制御に用いる制御ロジック（詳細は後述）やマップなどが記憶されている。

ＥＣＵ１０には、図１、図３に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ１７が接続されている。これらセンサＳＷ１～ＳＷ１７の各々は、検出した情報を電気信号として出力し、インターフェース１０ｃを介してＥＣＵ１０に入力する。これらセンサＳＷ１～ＳＷ１７の内容を以下に示す。

エアフローセンサＳＷ１：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出する
第１吸気温度センサＳＷ２：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を流れる新気の温度を検出する
第１圧力センサＳＷ３：吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の連結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出する
第２吸気温度センサＳＷ４：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の連結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出する
吸気圧センサＳＷ５：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出する
筒内圧センサＳＷ６：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の中の圧力（筒内圧力）を検出する
排気温度センサＳＷ７：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出する
リニアＯ_２センサＳＷ８：排気通路５０における上流の触媒コンバーター５１Ｕよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検出する
ラムダＯ_２センサＳＷ９：上流の触媒コンバーター５１Ｕにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検出する
水温センサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を検出する
クランク角センサＳＷ１１：エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を検出する
アクセル開度センサＳＷ１２：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出する
吸気カム角センサＳＷ１３：エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検出する
排気カム角センサＳＷ１４：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出する
ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５：ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流および下流の差圧を検出する
燃圧センサＳＷ１６：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出する
第３吸気温度センサＳＷ１７：サージタンク４２に取り付けられかつ、サージタンク４２内のガスの温度、換言すると燃焼室１７に導入される吸気ガスの温度を検出する。

ＥＣＵ１０は、これらセンサＳＷ１～ＳＷ１７から入力される、様々な検出値の電気信号（検出信号）に基づいて、エンジン１の運転状態を判断する。そして、ＥＣＵ１０は、マップを適宜用いながら制御ロジックに従って、各デバイスの目標量および／または制御量を演算する。

ＥＣＵ１０は、演算で得た制御量に対応した電気信号を、インターフェース１０ｃを介して、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、および、スワールコントロール弁５６に出力する。それにより、ＥＣＵ１０は、これら機器を総合的に制御する。

（ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト）
エンジン１は、燃費の向上および排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態のときに、圧縮自己着火による燃焼を行う。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、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が強制的に点火をすることにより、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが生じる形態である（部分的圧縮着火燃焼）。

ＳＩ燃焼の発熱量を調節することによって、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。ＥＣＵ１０が点火時期を調節することによって、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（ｄＱ／ｄθ）の波形は、図４に例示するように、立ち上がりの傾きが、ＣＩ燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室１７の中における圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。

ＳＩ燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングθｃｉで、変曲点Ｘを有する場合がある。

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。しかし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、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燃焼時の圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）も、比較的穏やかになる。

圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）を小さくできるため、過剰な燃焼騒音を回避することが可能になる。従って、エンジン１の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。

ＣＩ燃焼が終了することで、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。

ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率波形は、ＳＩ燃焼によって形成された第１熱発生率部Ｑ_ＳＩと、ＣＩ燃焼によって形成された第２熱発生部Ｑ_ＣＩと、が、この順番に連続するように形成されている。

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。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合が高いと、燃焼騒音の抑制に有利になる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合が高いと、エンジン１の燃費効率の向上に有利になる。

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定義してもよい。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始するクランク角をＣＩ燃焼開始時期θｃｉとして、図４に示す波形８０１において、θｃｉよりも進角側であるＳＩ燃焼の面積Ｑ_ＳＩと、θｃｉを含む遅角側であるＣＩ燃焼の面積Ｑ_ＣＩとから、ＳＩ率＝Ｑ_ＳＩ／Ｑ_ＣＩとしてもよい。

（エンジン１の制御ロジック）
上述したように、ＥＣＵ１０は、メモリ１０ｂに記憶している制御ロジックに従って、エンジン１を運転する。

すなわち、ＥＣＵ１０は、各種センサＳＷ１～ＳＷ１７から入力される電気信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断し、目標トルクを設定する。そして、ＥＣＵ１０は、エンジン１がその目標トルクを出力するように、燃焼室１７の中の状態量、燃料の噴射量、燃料の噴射時期、および、点火時期などを調節するため、演算を行う。

ＥＣＵ１０はまた、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、ＳＩ率とθｃｉとの二つのパラメータを用いてＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールする。具体的には、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に対応する目標ＳＩ率および目標θｃｉを定める。そして、ＥＣＵ１０は、実際のＳＩ率が目標ＳＩ率に一致し、かつ、実際のθｃｉが目標θｃｉとなるように、燃焼室１７の中の温度および点火時期の調節を行う。

ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が低いときには、目標ＳＩ率を低く設定し、エンジン１の負荷が高いときには、目標ＳＩ率を高く設定する。エンジン１の負荷が低いときには、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。エンジン１の負荷が高いときには、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制に有利になる。

（エンジン１の運転領域）
図５は、エンジン１の燃焼制御に関するマップ（温間時）を例示している。マップは、上述したように、ＥＣＵ１０のメモリ１０ｂに記憶されている。マップは、回転数の高低に対し、大別して２つの領域に分かれる。

具体的には、マップは、相対的に低回転な第１領域と、相対的に高回転な第２領域とに分かれている。第１領域では、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。第２領域ではＳＩ燃焼が行われる。このマップでは、第１領域と第２領域の境界となる回転数は、４０００ｒｐｍ程度に設定されている。

第１領域および第２領域は、エンジン１の全運転領域を回転数方向に略三等分にしたときの、低回転側、高回転側、およびこれらの中間の各領域のうち、低回転側および中間の領域、および高回転側の領域としてもよい。第１領域と第２領域の境界となる回転数は、エンジン１の仕様に応じて適宜設定できる。

第１領域の高負荷側には、第１高負荷領域（Ａ）および第２高負荷領域（Ｂ）が設定されている。第１領域のその他の領域には、低中負荷領域（Ｃ）が設定されている。

第１高負荷領域（Ａ）は、全開負荷の運転状態を含む高負荷側の領域である。第１高負荷領域（Ａ）は、第１領域における低回転側の端部から高回転側の端部に至る範囲を、第１領域の高負荷側の運転の限界を示す線（高負荷側境界線ＬＨ）に沿って延びるように設定されている。

第２高負荷領域（Ｂ）は、第１高負荷領域（Ａ）の下側に設定されている。第２高負荷領域（Ｂ）は、第１領域における低回転側の端部から高回転側の端部に至る範囲を、第１高負荷領域（Ａ）の下側に沿って延びるように設定されている。第２高負荷領域（Ｂ）は、第１高負荷領域（Ａ）よりも負荷方向に大きく（幅広く）設定されている。

低中負荷領域（Ｃ）は、第１高負荷領域（Ａ）における第２高負荷領域（Ｂ）よりも低負荷側に拡がる領域である。

第１高負荷領域（Ａ）および第２高負荷領域（Ｂ）では、高い要求トルクが出力できるように、過給が行われる。過給により、燃焼室１７の中に多量の空気が供給される。通常、負荷が高いほど、多くの空気が要求される。エンジン１の運転状態に応じて、エアバイパス弁４８の開度が調節される。

低中負荷領域（Ｃ）では、エンジン１の運転状態に応じて過給が行われる。低中負荷領域（Ｃ）の低負荷側では、過給は行われない（いわゆる自然吸気）。

（インジェクタ６の制御）
同様に、第１高負荷領域（Ａ）および第２高負荷領域（Ｂ）では、高い要求トルクが出力できるように、燃焼室１７の中に多量の燃料が供給される。そして、ＳＰＣＣＩ燃焼が適切に行われるように、インジェクタ６が制御される。負荷が高いほど、多くの燃料が要求される。従って、通常、回転数が同じであれば、第１高負荷領域（Ａ）の方が第２高負荷領域（Ｂ）よりも、インジェクタ６が噴射する燃料量は多く設定される。

第１高負荷領域（Ａ）では、空燃比（Ａ／Ｆ）は、理論空燃比よりもリッチな状態となるように設定される（λ＜１）。第１高負荷領域（Ａ）では、燃焼室１７の中に多量の空気および燃料が供給される。更に、空燃比がリッチになれば、より燃料量を多くできるので、高いトルクを出力できる。

第２高負荷領域（Ｂ）では、空燃比は、理論空燃比またはリーンな状態となるように設定される（λ≧１）。空燃比が理論空燃比になれば、三元触媒により、排気ガスを効果的に浄化できる。空燃比がリーンになれば、燃料量を少なくできるので、燃費が向上する。

低中負荷領域（Ｃ）も同様に、空燃比は、理論空燃比またはリーンな状態となるように設定される（λ≧１）。尚、λは空気過剰率に相当する（λ＝１：理論空燃比）。

（ＥＧＲ弁５４の制御）
ＥＧＲ弁５４は、ＳＰＣＣＩ燃焼が適切に行われるようにその開度が制御される。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４の開度を制御する、それにより、吸気ガスに還流する外部ＥＧＲガスの量が調節される。その結果、燃焼室１７の中は、目標ＳＩ率および目標θｃｉが得られる温度になる。ＳＰＣＣＩ燃焼が適切に行える。

エンジン１の運転領域のうち、アイドル運転など、燃焼が弱く、燃焼室１７の中の温度が低い低負荷側の領域では、外部ＥＧＲガスを多く導入すると、目標ＳＩ率および目標θｃｉが得られないおそれがある。従って、その場合は、外部ＥＧＲガスの導入量を少なくする（場合によっては、導入しない）。

また、エンジン１の運転領域のうち、全開負荷など、要求トルクが大きい領域では、多量の空気が必要になる。従って、その分、外部ＥＧＲガスの導入量が少なくされる（場合によっては、導入しない）。

例えば、全開負荷かそれに近い、第１高負荷領域（Ａ）では、排気ガスが実質的に還流して外部ＥＧＲガスが導入されないように、ＥＧＲ弁５４の開度が制御される（略閉じた状態）。

エンジン１では、このような限られた領域を除く、運転領域の広い範囲で外部ＥＧＲガスが導入される。第２高負荷領域（Ｂ）および低中負荷領域（Ｃ）では、排気ガスを還流するように、ＥＧＲ弁５４の開度が制御される。それにより、比較的多くの外部ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。

（燃焼制御のパターン）
図６に、エンジン１におけるＳＰＣＣＩ燃焼での燃焼制御のパターン（燃料噴射時期ＦＴ、点火時期ＩＴ、および燃焼時期ＢＴ）を例示する。図６におけるパターン１は、図５における点Ｐ１での燃焼制御を例示している。図６におけるパターン２は、図５における点Ｐ２での燃焼制御を例示している。

パターン１では、吸気行程において目標とされる所定量の燃料が一括して噴射される。圧縮上死点の近傍で点火が行われる。それにより、膨張行程において、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。吸気行程で燃料を一括噴射すれば、燃料量が多くても、比較的均質な混合気を形成できる。

パターン２では、燃料は、複数回（この例では２回）に分けて噴射される。吸気行程において目標とされる所定量の燃料の一部が噴射され、圧縮行程において残余の燃料が噴射される。圧縮上死点の近傍で点火が行われる。それにより、膨張行程において、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。

パターン２はパターン１よりも高負荷であるから、相対的に燃料量は多い。また高回転であるから、相対的に燃焼サイクルの時間は短い。従って、燃焼条件はパターン１よりも厳しいが、分割して噴射すれば、混合気を成層化できる。それにより、着火の安定性が向上する。圧縮行程で燃料を噴射すれば、その燃焼の気化潜熱により、燃焼室１７の中の混合気の温度を効率よく低下させることができる。従って、プリイグの抑制に有利となる。

＜プリイグの抑制＞
上述したように、エンジン１は、ＣＩ燃焼を伴うＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、その幾何学的圧縮比は、一般的な火花点火式エンジンよりも高く設定されている。従って、エンジン１が負荷の高い領域で運転する場合、プリイグが発生し易い。そのため、エンジン１では、プリイグを、より安定して抑制する必要がある。

プリイグの抑制手段として、空燃比をリッチ化して筒内温度を低下させることが知られている。空燃比をリッチ化すると、混合気中の燃料量が相対的に増える。燃料の気化潜熱が増加して圧縮端温度が低下するので、燃焼が緩和される。その結果、プリイグを抑制できる。

従って、このエンジン１においても、プリイグを抑制するために、空燃比をリッチな状態にする制御が用いられている。ところが、本発明者らは、ＥＧＲを行うと、空燃比をリッチな状態にしてもプリイグを抑制できない場合があることを見出した。

具体的には、高負荷な運転領域のうち、全負荷よりも負荷の低い領域で排気ガスの還流が行われている場合には、空燃比をリッチ化しても、プリイグが十分に抑制できない状態が発生し得ることを見出した。

本来、プリイグは、燃焼状態（燃焼室１７の中の温度）に応じて発生する。そのため、複数のシリンダ１１の間で、プリイグの発生には差がある。例えば、あるシリンダ１１でプリイグが発生しても、その次の燃焼が行われる別のシリンダ１１でプリイグが発生するとは限らない。

それに対し、見出したプリイグの発生現象は、全てのシリンダ１１で、しかも同時に発生する傾向がある。すなわち、この場合、プリイグの発生は、主として、燃焼室１７の中の温度に起因するのではなく、外部ＥＧＲガスに起因することを見出した。

外部ＥＧＲガスは、ＮＯｘを含む場合がある。混合気にＮＯｘが混入すると、ＮＯｘに由来してＯＨラジカルが生成する。ＯＨラジカルは、酸化作用が強く反応性が高い。従って、ＯＨラジカルが混合気の中で生成すると、燃焼（特にＣＩ燃焼）が活性化される。その結果、点火プラグ２５が点火する前に燃焼が始まり、プリイグが発生する。

ＥＧＲ弁５４が閉じられていて排気ガスがほとんど還流していない、第１高負荷領域（Ａ）では、プリイグが発生したときに、空燃比をリッチ化すれば、プリイグを抑制できる。

ところが、第２高負荷領域（Ｂ）では、外部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入されているため、空燃比をリッチ化しても、プリイグを抑制できない場合がある。例えば、触媒コンバーター５１Ｕの三元触媒５１１の酸素吸蔵量が上限に達するなどして、三元触媒５１１の機能が低下した場合、触媒コンバーター５１Ｕでは、ＮＯｘを完全に還元できない。従って、そのような場合、触媒コンバーター５１Ｕを通過した排気ガスは、ＮＯｘを含む。

そのＮＯｘを含む排気ガスが、ＥＧＲ通路５２を通じて還流され、外部ＥＧＲガスとして燃焼室１７の中に導入される。そうなると、空燃比をリッチ化して混合気の温度を下げても、プリイグは抑制できない。全てのシリンダ１１で同時にプリイグが発生してしまう。

そこで、このエンジン１の燃焼制御装置では、このような外部ＥＧＲガスに起因して発生するプリイグも抑制できるように工夫されている。

図７に、プリイグの抑制に関連した燃焼制御装置の機能的なブロック図を例示する。ＥＣＵ１０（制御装置本体）は、エンジン制御部１００およびプリイグ抑制部１０１を有している。エンジン制御部１００は、各種センサＳＷ１～ＳＷ１７から入力される検出信号に基づいて、エンジン１が適切な運転を行うように、ＳＰＣＣＩ燃焼およびＳＩ燃焼を制御する。

例えば、エンジン制御部１００は、エンジン１が第１高負荷領域（Ａ）で運転しているときには、空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態となるようにインジェクタ６を制御する。それとともに、排気ガスが実質的に還流しないようにＥＧＲ弁５４を制御する。エンジン制御部１００はまた、エンジン１が第２高負荷領域（Ｂ）で運転しているときには、空燃比が理論空燃比またはリーンな状態となるようにインジェクタ６を制御する。それとともに、排気ガスが還流するようにＥＧＲ弁５４を制御する。

プリイグ抑制部１０１は、第１高負荷領域（Ａ）でプリイグニッションの発生が実測または予測されたときには、エンジン制御部１００と協働して、エアバイパス弁４８やスロットル弁４３の制御などにより、燃焼室１７の中に供給される空気量を減少させる処理、すなわち空燃比をリッチ化する処理を行う。

外部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入されていないので、混合気の温度低下によってプリイグを抑制できる。

プリイグ抑制部１０１はまた、第２高負荷領域（Ｂ）でプリイグニッションの発生が実測または予測されたときには、エンジン制御部１００と協働してインジェクタ６を制御することにより、排気通路５０に流入する未燃燃料の量を増加させる処理を行う。具体的には、インジェクタ６を制御して、排気通路５０に導出される排気ガス中に未燃燃料が残存する状態（未燃ガス排出状態）になるまで、空燃比を高度にリッチな状態にする。

外部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入されているので、外部ＥＧＲガスにＮＯｘが含まれていると、混合気の温度を下してもプリイグは抑制できない。そこで、プリイグ抑制部１０１は、外部ＥＧＲガスがＮＯｘを含むことを抑制する。

三元触媒は、空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態であると、ＮＯｘの浄化率が高いという特性がある。従って、空燃比が確実にリッチな状態となるように、未燃ガス排出状態にする。

そうすれば、空燃比を確実にリッチな状態することができる。その結果、三元触媒でＮＯｘを安定して高度に浄化できる。外部ＥＧＲガスがＮＯｘを含むことを抑制できるので、プリイグを抑制できる。混合気の温度低下による効果も得られるので、よりいっそうプリイグを抑制できる。

尚、未燃ガス排出状態は、少なくとも外部ＥＧＲガスにＮＯｘが混入する可能性がなくなるまで維持するのが好ましい。

（プリイグの抑制制御の具体例）
図８に、プリイグの抑制制御の一例を示す。ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転が開始されると、各種センサＳＷ１～ＳＷ１７が出力する検出信号を読み込む（ステップＳ１）。

ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転中、エンジン１が第１高負荷領域（Ａ）および第２高負荷領域（Ｂ）のいずれかで運転しているか否かを判別する（ステップＳ２）。そして、エンジン１が第１高負荷領域（Ａ）および第２高負荷領域（Ｂ）のいずれかで運転していると判別した場合、ＥＣＵ１０は、プリイグの発生が実測または予測されたか否かを判別する（ステップＳ３）。

プリイグの発生を実測または予測する方法は、仕様に応じて適宜選択できる。このエンジン１では、筒内圧センサＳＷ６が設けられていて、燃焼状態が精度高く検知できるようになっているので、筒内圧センサＳＷ６に基づいてプリイグの実測または予測を行う。

例えば、燃焼モデルを利用すれば、その自着火の指標値の大小の比較により、プリイグの発生を実測または予測できる。また、燃焼モデルと燃焼の実測値とで燃焼期間の長短を比較することによっても、プリイグの発生を実測または予測できる。また、燃焼期間および所定の燃焼騒音の指標値の大小の比較によっても、プリイグの発生を実測または予測できる。

また、三元触媒５１１の状態に基づいて、ＮＯｘ由来のプリイグの発生を予測してもよい。例えば、リニアＯ_２センサＳＷ８およびラムダＯ_２センサＳＷ９の検出信号に基づいて、三元触媒５１１のＮＯｘの浄化状態を判別する。それにより、外部ＥＧＲガスにＮＯｘが混入する可能性を予測する。

ＥＣＵ１０は、エンジン１が第１高負荷領域（Ａ）および第２高負荷領域（Ｂ）のいずれかで運転しているときに、プリイグの発生を実測または予測しない場合には（ステップＳ３でＮｏ）、外部ＥＧＲガスの導入量、空燃比、燃料噴射時期、点火時期など、ＳＰＣＣＩ燃焼を定める条件を、エンジン１の運転状態に応じて調節する（ステップＳ４）。

対して、ＥＣＵ１０は、エンジン１が第１高負荷領域（Ａ）および第２高負荷領域（Ｂ）のいずれかで運転しているときに、プリイグの発生を実測または予測した場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、エンジン１が第１高負荷領域（Ａ）で運転しているか否か（第１高負荷領域（Ａ）、第２高負荷領域（Ｂ）のどちらで運転しているか）を判別する（ステップＳ５）。

エンジン１が第１高負荷領域（Ａ）で運転している場合、ＥＣＵ１０は、エアバイパス弁４８、スロットル弁４３などを制御して、燃焼室１７の中に供給される空気量を減少させる処理を行う（ステップＳ６）。

エンジン１が第１高負荷領域（Ａ）で運転していない場合、すなわちエンジン１が第２高負荷領域（Ｂ）で運転している場合（ステップＳ５でＮｏ）、ＥＣＵ１０は、空燃比がリッチな状態か否かを判別する（ステップＳ７）。空燃比が十分にリッチな状態でなければ（通常はリッチな状態でない）、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７から排気通路に導出される排気ガス中に未燃燃料が残存する状態になるまで、空燃比を変更する（ステップＳ８）。

例えば、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態が急変しない範囲で、ＥＧＲ弁５４を制御して外部ＥＧＲガスの導入量を増やす、エアバイパス弁４８またはスロットル弁４３を制御して空気の導入量を減らす、インジェクタ６を制御して燃料量を増やすなどの処理を行う。それにより、各シリンダ１１の燃焼室１７から排気通路に導出される排気ガス中に未燃燃料が残存する状態にする。

ＥＣＵ１０は、更に、燃焼の噴射時期を遅角させる処理も行う（ステップＳ９）。具体的には、図９のパターン１’に示すように、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６を制御することにより、吸気行程での燃料の噴射時期を遅角させる。

燃料の噴射時期が遅くなればそれだけ、圧縮端温度を低下させることができる。従って、プリイグをより抑制できる。尚、図８において二点鎖線で示すように、燃料の噴射時期を遅角させる処理は、必須ではない。また、燃料の噴射時期を遅角させる処理は、空燃比の変更と同時に行ってもよいし、空燃比が変更された後に行ってもよい。

また、図９のパターン１’’に示すように、ＥＣＵ１０は、圧縮行程で燃料を噴射するように、インジェクタ６を制御してもよい。圧縮行程で燃料を噴射すれば、燃料の気化潜熱により、効率よく圧縮端温度を低下させることができる。従って、プリイグをよりいっそう抑制できる。

更に、図６に示したパターン２のように、燃料が分割して噴射される場合には、図９のパターン２’に示すように、ＥＣＵ１０は、噴射時期の早い噴射よりも遅い噴射の方が、燃料の噴射割合が高くなるように、インジェクタ６を制御するとよい。

そうすれば、燃料の総量は同じであるため、トルク変動を生じることなく、効率よく圧縮端温度を低下させることができる。従って、プリイグを抑制できる。

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。上述した実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンを例示したが、エンジンは、これに限るものではない。触媒で排気ガスを浄化しながらＥＧＲを行うエンジンであれば適用可能である。

プリイグが全てのシリンダで同時に発生しているか否かを判別してもよい。そうすれば、ＮＯｘに起因したプリイグを判別できる。

１ エンジン
６ インジェクタ（燃料噴射弁）
１０ ＥＣＵ（制御装置本体）
１７ 燃焼室
２５ 点火プラグ
４０ 吸気通路
４４ 過給機
５０ 排気通路
５１Ｕ 触媒コンバーター
５１１ 三元触媒
５２ ＥＧＲ通路
１００ エンジン制御部
１０１ プリイグ抑制部
ＳＷ６ 筒内圧センサ

Claims (6)

1. 自動車に搭載される多気筒エンジンの燃焼制御装置であって、
   前記エンジンの各気筒に形成される燃焼室の中に燃料を供給する燃料噴射弁と、
   前記燃焼室の各々に吸気ガスを導入する吸気通路と、
   前記燃焼室の各々で発生する排気ガスを導出する排気通路と、
   排気ガスを浄化するために前記排気通路に設置される触媒と、
   前記吸気通路と前記排気通路とに連通し、排気ガスの一部を前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの量を調整するＥＧＲ弁と、
   前記エンジンの運転状態に応じて、前記燃料噴射弁および前記ＥＧＲ弁を制御する制御装置本体と、
   を備え、
   前記制御装置本体が、
   前記エンジンが高負荷側での運転の限界を示す境界線に沿って延びるように設定された所定の第１高負荷領域で運転しているときに、前記燃焼室の中の空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態となるように前記燃料噴射弁を制御するとともに、排気ガスが実質的に還流しないように前記ＥＧＲ弁を制御し、かつ、前記エンジンが前記第１高負荷領域よりも負荷の低い当該第１高負荷領域の下側に設定された第２高負荷領域で運転しているときに、前記空燃比が理論空燃比またはリーンな状態となるように前記燃料噴射弁を制御するとともに、排気ガスが還流するように前記ＥＧＲ弁を制御するエンジン制御部と、
   前記第１高負荷領域において、プリイグニッションの発生が実測または予測されたときには、前記燃焼室の中に供給される空気量を減少させ、かつ、前記第２高負荷領域において、前記気筒の全てでプリイグニッションの発生が実測または予測されたときには、前記排気通路に流入する未燃燃料の量を増加させるプリイグ抑制部と、
   を有する、エンジンの燃焼制御装置。
2. 請求項１に記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記プリイグ抑制部が、前記燃料噴射弁を制御して、少なくとも前記排気通路に導出される排気ガス中に未燃燃料が残存する状態になるまで、前記空燃比をリッチな状態にする、エンジンの燃焼制御装置。
3. 請求項２に記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記プリイグ抑制部が更に、燃料の噴射時期が遅角するように前記燃料噴射弁を制御する、エンジンの燃焼制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記プリイグ抑制部が更に、圧縮行程で燃料を噴射するように前記燃料噴射弁を制御する、エンジンの燃焼制御装置。
5. 請求項２に記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記プリイグ抑制部が更に、前期第２高負荷領域で燃料が複数回に分けて噴射される場合に、噴射時期の早い噴射よりも遅い噴射の方が、燃料の噴射割合が高くなるように前記燃料噴射弁を制御する、エンジンの燃焼制御装置。
6. 請求項１～請求項５のいずれか１つに記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記ＥＧＲ通路が、前記触媒の下流側の部位で前記排気通路と連通している、エンジンの燃焼制御装置。

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