JP7205258B2 - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、当該エンジン本体から排出された排気が通過する排気通路とを備え、前記気筒内の混合気の少なくとも一部を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼が実行される圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

車両等に設けられるエンジンにおいて、燃費性能を高めるために混合気の少なくとも一部を自着火させる圧縮着火燃焼を実行することが検討されている。圧縮着火燃焼では、混合気を自着火可能な温度にまで高める必要がある。これより、気筒内の温度が低くなりやすい運転領域において適切な圧縮着火燃焼を実現するためには、気筒に導入される吸気の温度を高くすることが望まれる。しかしながら、単に気筒に導入される吸気の温度を高くしてしまうと、気筒内の温度が高くなりやすい運転領域において気筒内の温度が過度に高くなってしまい混合気が自着火するタイミングが所望のタイミングよりも早くなるおそれがある。

これに対して、特許文献１には、エンジン回転速度およびエンジン負荷が低い低速低負荷領域において混合気を自着火させるようにしたエンジンであって、この低速低負荷領域のうちエンジン負荷が低く気筒内の温度が低くなりやすい領域では、内部ＥＧＲガス（気筒内に残留する既燃ガス）の量を多くして燃焼室内の温度を高めるようにし、低速低負荷領域のうちエンジン負荷が高く気筒内の温度が高くなりやすい領域では、吸気弁を早期に開弁させて内部ＥＧＲガスの一部を吸気通路に導出し、これを新気によって冷却させた後に気筒に再流入させるようにしたものが開示されている。

特開２００９－１９７７４０号公報

前記の特許文献１のエンジンでは、気筒内の温度が高くなりやすい領域において、内部ＥＧＲガスの温度を低減するように構成しており、気筒内の温度上昇をある程度は抑制できると考えられる。しかしながら、内部ＥＧＲガスは気筒内に残留する既燃ガスつまり燃焼後のガスであり、その温度は高い。そのため、前記特許文献１の構成によって気筒内の温度を低下させる効果は限定的であり、この構成によってはエンジン負荷が特に高いとき等において気筒内の温度が過度に高くなるのを十分には防止できず、適切な圧縮着火燃焼を確実に実現できないおそれがある。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、適切な圧縮着火燃焼をより確実に実現できる圧縮着火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、当該エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路とを備え、前記気筒内の混合気の一部を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼が実行される圧縮着火式エンジンの制御装置であって、前記吸気通路と前記排気通路とを連通するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に開閉可能に設けられ、前記ＥＧＲ通路を介して前記気筒内に導入される排気ガスである外部ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁と、前記気筒内の混合気の温度上昇を抑制する温度上昇抑制装置と、前記気筒内の混合気に点火を行う点火装置と、前記ＥＧＲ弁、前記点火装置および前記温度上昇抑制装置を制御する制御手段とを備え、前記エンジン本体は、前記吸気通路と連通する吸気ポート、前記排気通路と連通する排気ポート、前記吸気ポートを開閉する吸気弁、前記排気ポートを開閉する排気弁、および前記吸気弁と前記排気弁の少なくとも一方を駆動して前記温度上昇抑制装置として機能する弁駆動機構を備え、前記制御手段は、前記圧縮着火燃焼が実行される運転領域のうち少なくともエンジン負荷が所定値以上の特定領域において、前記気筒に導入される前記外部ＥＧＲガスの質量の前記気筒内の空気の質量に対する割合である外部ＥＧＲ率がゼロより大きい所定の目標値となるように前記ＥＧＲ弁を開弁させ、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複し、且つ、この重複期間であるバルブオーバーラップ期間が所定の基本オーバーラップ期間になるように前記弁駆動機構を制御するとともに、前記点火装置により混合気に点火を行わせ、前記特定領域に含まれる運転ポイントに向けてエンジン負荷が増大した後で且つ前記外部ＥＧＲ率が前記目標値よりも小さいときは、前記バルブオーバーラップ期間が前記基本オーバーラップ期間よりも小さくなるように前記弁駆動機構を制御して前記温度上昇抑制装置によって前記気筒内の混合気の温度上昇を抑制させる、ことを特徴とする（請求項１）。

ＥＧＲ通路を通って排気通路から吸気通路および気筒内に還流される排気ガスである外部ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路の通過時にＥＧＲ通路を構成する配管等により冷却される。そのため、気筒内に導入される時点での外部ＥＧＲガスの温度は比較的低い。これに対して、本発明では、エンジン負荷が高く燃焼室内の温度が高くなりやすい運転領域においてＥＧＲ弁が開弁されて、低温の外部ＥＧＲガスが気筒に導入されるようになっている。従って、燃焼室内の混合気の温度が過度に高くなるのを防止して混合気を適切なタイミングで自着火させることができる。

ここで、ＥＧＲ弁の駆動遅れによって、また、ＥＧＲ弁の開度を変更してから気筒に導入される外部ＥＧＲガスの量が変化するまでの時間遅れによって、ＥＧＲ弁の開度を変更しても、気筒に導入される外部ＥＧＲガスの量は即座に変更されない。従って、エンジン負荷の増大時には外部ＥＧＲ率が目標値よりも小さくなって低温の外部ＥＧＲガスを十分に気筒に導入することができず混合気の温度が過度に高くなるおそれがある。これに対して、本発明では、前記のように、ＥＧＲ弁が開弁される運転ポイントに向けてエンジン負荷が増大した後で且つ外部ＥＧＲ率が目標値よりも小さいときに混合気の温度が高められるようになっているので、低温の外部ＥＧＲガスが十分に気筒に導入されない状態でも混合気の温度が過度に高くなるのを防止でき、混合気を確実に適切なタイミングで自着火させることができる。

また、この構成によれば、点火によって混合気を確実に燃焼させることができる。ここで、このように点火装置を備えたエンジンにおいては、点火時期を遅角させることで混合気の自着火が所望のタイミングよりも早まるのを防止することができるが、この場合には遅角側で燃焼が行われることで燃費性能が悪化する。これに対して、本発明では前記のように混合気の温度上昇を抑制することで混合気を適切なタイミングで自着火させることができるため、点火時期の遅角量を少なく抑えることができる。従って、適切な圧縮着火燃焼を実現しつつ燃費性能の悪化を防止できる。

また、この構成によれば、エンジン負荷が増大した後で且つ外部ＥＧＲ率が目標値よりも小さいときに、吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間を基本オーバーラップ期間よりも小さくするという簡単な構成で、混合気の温度上昇を抑制することができる。具体的には、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とを重複させてこれら吸・排気弁をオーバーラップさせれば吸気通路と排気通路の少なくとも一方に導出された排気ガスを再び気筒内に戻して気筒内に高温の既燃ガスである内部ＥＧＲガスが残留することになる。そして、この重複期間つまりオーバーラップ期間を小さくすれば気筒内に残留する高温の内部ＥＧＲガスの量が少なくなる。従って、この構成によれば、エンジン負荷が増大した後で且つ外部ＥＧＲ率が目標値よりも小さいときに、気筒内に残留する高温の内部ＥＧＲガスの量を少なくして内部ＥＧＲガスを含む混合気の温度を低く抑えることができ、混合気の温度上昇を抑制することができる。

以上説明したように、本発明の圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、適切な圧縮着火燃焼を実現することができる。

本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。 吸気弁および排気弁のバルブリフトを示した図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けしたマップ図である。 ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。 定常運転時におけるエンジン負荷と外部ＥＧＲ率との関係を示したグラフである。 定常運転時におけるエンジン負荷と吸・排気弁のバルブオーバーラップ期間との関係を示したグラフである。 加速時の制御の流れを示したフローチャートである。 本実施形態の作用効果を説明するためのタイムチャートである。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の制御装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気が流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気の一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置５０を備えている。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２にそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の気筒（例えば、図１の紙面と直交する方向に並ぶ４つの気筒）を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料には、主成分としてガソリンを含有したものが用いられる。この燃料には、ガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分が含まれてもよい。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。

気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下に設定される。より詳しくは、気筒２の幾何学的圧縮比は、オクタン価が９１程度のガソリン燃料を使用するレギュラー仕様の場合に１４以上１７以下に設定し、オクタン価が９６程度のガソリン燃料を使用するハイオク仕様の場合に１５以上１８以下に設定するのが好ましい。

シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式であり、吸気ポート９、排気ポート１０、吸気弁１１および排気弁１２は、１つの気筒２についてそれぞれ２つずつ設けられている。本実施形態では、１つの気筒２に接続された２つの吸気ポート９のうちの一方に、開閉可能なスワール弁１８が設けられており、気筒２内のスワール流（気筒軸線の回りを旋回する旋回流）の強さが変更されるようになっている。

吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３、１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。

吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の少なくとも開弁時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の少なくとも閉弁時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、図２に示すように、吸気弁１１の開弁時期ＩＶＯを排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣよりも進角側にされると、吸気弁１１の開弁期間と排気弁１２の開弁期間とが重複して所定の期間これら吸・排気弁１１、１２の双方がともに開弁するバルブオーバーラップが実現される。そして、吸気弁１１の開弁時期と排気弁１２の閉弁時期ＥＶＣの少なくとも一方が変更されることで、バルブオーバーラップの期間であるバルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬ（吸気弁１１の開弁期間と排気弁１２の開弁期間とが重複する期間）が変更される。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期（閉弁時期）を固定したまま閉弁時期（開弁時期）のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期および閉弁時期を同時に変更する位相式の可変機構であってもよい。この吸気弁１１用の動弁機構１３および排気弁１２用の動弁機構１４は、請求項の「弁駆動機構」および「温度上昇抑制装置」に相当する。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（主にガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気との混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサＳＮ２が設けられている。この点火プラグ１６は、請求項の「点火装置」に相当する。

インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部と対向するように設けられている。なお、図示は省略するが、本実施形態では、ピストン５の冠面に、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティが形成されている。

点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。

吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。

吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。

吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３と、吸気の温度を検出する吸気温センサＳＮ４と、吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ５とが設けられている。エアフローセンサＳＮ３および吸気温センサＳＮ４は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量および温度を検出する。吸気圧センサＳＮ５は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。

過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、前記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。

吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。バイパス弁３９は、サージタンク３６に導入される吸気の圧力つまり過給圧を調整するための弁である。例えば、バイパス弁３９の開度が大きくなるほど、バイパス通路３８を通じて過給機３３の上流側に逆流する吸気の流量が多くなる結果、過給圧は低くなる。

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガス（排気）は、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。

排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、三元触媒４１ａと、ＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが、この順で上流側から内蔵されている。

ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを連通するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガスである外部ＥＧＲガスを熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気の流量を調整する。

ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ６が設けられている。

（２）制御系統
図３は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。

ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ１００は、前述したクランク角センサＳＮ１、筒内圧センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、吸気圧センサＳＮ５、差圧センサＳＮ６、と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、筒内圧、吸気流量、吸気温、吸気圧、ＥＧＲ弁５３の前後差圧等）がＥＣＵ１００に逐次入力されるようになっている。また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ７が設けられている。このアクセルセンサＳＮ７による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。

ＥＣＵ１００は、前記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スワール弁１８、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、前記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。このＥＣＵ１００は、請求項の「制御手段」に相当する。

（３）基本制御
図４は、エンジン回転速度／負荷に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、３つの運転領域Ａ１、Ａ２、Ｂに大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ｂとすると、第１運転領域Ａ１は、エンジン回転速度が所定の基準速度Ｎ１未満且つエンジン負荷が所定の基準負荷Ｔ１未満の低速低負荷領域であり、第２運転領域Ａ２は、エンジン回転速度が基準速度Ｎ１未満且つエンジン負荷が基準負荷Ｔ１以上の高速低負荷領域であり、第３運転領域Ｂは、エンジン回転速度が基準速度Ｎ１以上の高速領域である。ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度およびエンジン負荷に基づいて、現在の運転ポイントが第１～第３運転領域Ａ１～Ｂのいずれに含まれるかを判定し、以下に説明する制御を実施する。なお、ＥＣＵ１００は、アクセルセンサＳＮ７により検出されたアクセルペダルの開度、エンジン回転速度等に基づいてエンジン負荷を算出する。

（３－１）第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２
第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。なお、ＳＰＣＣＩ燃焼における「ＳＰＣＣＩ」とは、「Ｓｐａｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ」の略である。

ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。

図５は、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときのクランク角に対する熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時の熱発生がＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、図５に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室６における圧力変動（つまりｄＰ／ｄθ：Ｐは筒内圧 θはクランク角度）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燃焼時の熱発生率の波形は、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（Ｑ１で示した部分）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熱発生部（Ｑ２で示した部分）とが、この順に連続するように形成される。

ＳＩ燃焼によって、燃焼室６内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。図４に例示するように、この自着火のタイミング（つまりＣＩ燃焼が開始するタイミング）で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングθｃｉで現れる変曲点（図５のＸ）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。ただし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン５の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、ＣＩ燃焼時のｄＰ／ｄθが過大になることが回避される。このように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるｄＰ／ｄθが過大になり難く、単純なＣＩ燃焼（全ての燃料をＣＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼騒音を抑制することができる。

ＣＩ燃焼の終了に伴いＳＰＣＣＩ燃焼も終了する。ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なＳＩ燃焼（全ての燃料をＳＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。

（ａ）第１運転領域
ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる領域のうち負荷の低い第１運転領域Ａ１では、燃費性能を高めるために、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも高く（リーンに）される。本実施形態では、第１運転領域Ａ１において、燃焼室６内で生成されるＮＯｘであるｒａｗＮＯｘの量が十分に小さくなる程度にまで燃焼室６内の空燃比が高くされる。例えば、第１運転領域Ａ１において燃焼室６内の空燃比は３０程度とされる。

第１運転領域Ａ１では、インジェクタ１５は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が前記のように高い値となるような量の燃料を燃焼室６に噴射する。本実施形態では、１サイクル中に燃焼室６に供給すべき燃料の全量が吸気行程中に燃焼室６に噴射されるように、インジェクタ１５は駆動される。例えば、吸気行程の前半に燃料の全量が噴射される。

第１運転領域Ａ１では、スロットル弁３２は全開とされる。

第１運転領域Ａ１では、点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

第１運転領域Ａ１では、エンジン負荷が高いときの方が低いときよりも外部ＥＧＲ率の目標値である目標外部ＥＧＲ率が大きくなるようにＥＧＲ弁５３の開度が制御される。外部ＥＧＲ率は、燃焼室６内の空気の質量に対する外部ＥＧＲガスの質量の割合であり、外部ＥＧＲ率をＲｅｇｒとし、燃焼室６内の空気の質量をＭａとし、外部ＥＧＲガスの質量をＭｅｇｒとしたとき、Ｒｅｇｒ＝Ｍｅｇｒ／Ｍａで算出される値である。

図６は、エンジン回転速度が基準速度Ｎ１よりも低い所定の速度Ｎ１０（図４参照）となるときの、エンジン負荷と、目標外部ＥＧＲ率との関係を示したグラフである。このグラフに示すように、本実施形態では、第１運転領域Ａ１のうちエンジン負荷が所定の第１負荷Ｔ１１未満の領域では目標外部ＥＧＲ率はゼロとされる。これにより、この領域では、ＥＧＲ弁５３は閉弁されて、燃焼室６内への外部ＥＧＲガスの導入は停止される。一方、第１運転領域Ａ１のうちエンジン負荷が第１負荷Ｔ１１以上の領域では目標外部ＥＧＲ率はゼロよりも大きい値とされる。これにより、この領域では、ＥＧＲ弁５３は開弁されて燃焼室６内に外部ＥＧＲガスが導入される。また、この領域では、エンジン負荷が高いほど目標外部ＥＧＲ率は大きい値とされて、エンジン負荷が高いほど燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量は多くされる。例えば、第１運転領域Ａ１の高負荷側では、目標外部ＥＧＲ率は３０％程度とされる。

第１運転領域Ａ１では、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期を、吸気弁１１の開弁期間と排気弁１２の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップが生じるタイミングに設定する。本実施形態では、図２に示すように、吸気弁１１と排気弁１２との双方が排気上死点（ＴＤＣ）を跨いで開弁されるようにこれらの開閉時期が設定される。第１運転領域Ａ１では、エンジン負荷が低く燃焼室６に導入される吸気の勢いが小さいことから、このように吸・排気弁１１、１２がバルブオーバーラップするように開閉されると、高温の既燃ガスが燃焼室６に残留する内部ＥＧＲが実現される。

図７は、エンジン回転速度が前記所定の速度Ｎ１０となるときの、エンジン負荷と、バルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬとの関係を示したグラフである。このグラフに示すように、本実施形態では、第１運転領域Ａ１のうちエンジン負荷が極めて低い領域ではエンジン負荷が高くなるに従ってバルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬが長くされるが、その他の領域ではバルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬは、比較的大きい値にされるとともにエンジン負荷によらずほぼ一定とされる。図７の例では、第１運転領域Ａ１のうちエンジン負荷が最小のときはバルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬはほぼゼロとされる。例えば、第１運転領域Ａ１のエンジン負荷が高い領域では、吸気弁１１の開弁時期が圧縮上死点（ＴＤＣ）前３０°ＣＡ（クランク角）程度とされ、排気弁１２の閉弁時期が圧縮上死点後３０°ＣＡ程度とされて、バルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬが最大６０°ＣＡ程度とされる。

スワール弁１８は全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。これにより、燃焼室６内に強いスワール流が形成される。

過給機３３は、第１運転領域Ａ１のうちエンジン回転速度が低い側では停止される。すなわち、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。一方、運転領域Ａ１のうち回転速度が高い側では、過給機３３は稼働される。すなわち、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。このとき、吸気圧センサＳＮ５により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（エンジン回転速度／エンジン負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。

（ｂ）第２運転領域Ａ２
第２運転領域Ａ２は、第１運転領域Ａ１に比べてエンジン負荷が高く燃焼室６内に供給される燃料の量が多い領域である。そのため、第２運転領域Ａ２では、燃焼室６内の空燃比を高くするのが困難となる。これより、第２運転領域Ａ２では、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比近傍とされる。なお、このように空燃比が比較的高くされると燃焼室６内で生成されるＮＯｘの量が多くなりやすいが、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比近傍とされることで、生成されたＮＯｘを三元触媒４１ａにおいて適切に浄化することができ、車両から排出されるＮＯｘの量は少なく抑えられる。

第２運転領域Ａ２では、インジェクタ１５は、前記のように空燃比が理論空燃比近傍となるような量の燃料を燃焼室６に噴射する。本実施形態では、１サイクル中に噴射すべき燃料の大半を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。

第２運転領域Ａ２でも、スロットル弁３２は全開とされる。

第２運転領域Ａ２でも、点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。第２運転領域Ａ２においても、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

第２運転領域Ａ２では、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量が高負荷側ほど少なくなるようにＥＧＲ弁５３の開度が制御される。具体的には、図６に示すように、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が所定の第２負荷Ｔ１２未満の領域では、目標外部ＥＧＲ率は第１運転領域Ａ１における最大値と同程度とされる。これにより、この領域では、ＥＧＲ弁５３の開度は比較的大きくされて、燃焼室６内に多量の外部ＥＧＲガスが導入される。一方、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が第２負荷Ｔ１２以上の領域では、エンジン負荷が高くなるに従って目標外部ＥＧＲ率は小さくされる。ただし、本実施形態では、第２運転領域Ａ２の全域において目標外部ＥＧＲ率はゼロよりも大きい値とされ、第２運転領域Ａ２の全域においてＥＧＲ弁５３は開弁される。例えば、第２運転領域Ａ２の低負荷側では目標外部ＥＧＲ率は３０％程度とされ、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が最大となる運転ポイントでは目標外部ＥＧＲ率は１０％程度とされる。

このように、本実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼が実施される領域Ａ全体において、エンジン負荷が第１負荷Ｔ１１未満の領域Ａ１１ではＥＧＲ弁５３は閉弁される。一方、ＳＰＣＣＩ燃焼が実施される領域Ａ全体において、エンジン負荷が第１負荷Ｔ１１以上の領域Ａ１２ではＥＧＲ弁５３が開弁される。以下では、適宜、第１運転領域Ａ１と第２運転領域Ａ２とを含みＳＰＣＣＩ燃焼が実施される領域をＳＰＣＣＩ領域Ａという。また、ＳＰＣＣＩ領域Ａのうちエンジン負荷が第１負荷Ｔ１１以上であってＥＧＲ弁５３が開弁される領域を、ＥＧＲ開領域Ａ１２という。前記第１負荷Ｔ１１は、請求項の「所定値」に相当し、ＥＧＲ開領域Ａ１２は請求項の「特定領域」に相当する。

第２運転領域Ａ２においても、吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期を、吸気弁１１の開弁期間と排気弁１２の開弁期間とが重複するバルブオーバーラップが生じるタイミングに設定する。本実施形態では、吸気弁１１と排気弁１２との双方が排気上死点を跨いで開弁されるようにこれらの開閉時期が設定される。

第２運転領域Ａ２では、吸気弁１１の開弁時期と排気弁１２の閉弁時期とはいずれもエンジン負荷によらずほぼ一定とされ、これにより、図７に示すように、バルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬもエンジン負荷によらずほぼ一定とされる。本実施形態では、第２運転領域Ａ２では、第１運転領域Ａ１のバルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬの最大値と同程度（例えば、６０°ＣＡ程度）とされる。

第２運転領域Ａ２でも、第１運転領域Ａ１と同様に、吸・排気弁１１、１２がバルブオーバーラップするように開閉されることで、燃焼室６に高温の既燃ガスが残留する内部ＥＧＲが実現される。

第２運転領域Ａ２では、スワール弁１８は、全閉／全開を除いた適宜の中間開度まで開かれ、その開度は、エンジン負荷が高いほど大きくされる。

過給機３３は、第２運転領域Ａ２のうちエンジン回転速度およびエンジン負荷がともに低い側では、停止される。一方、第２運転領域Ａ２のその他の領域では、過給機３３は稼働される。

（３－２）第３運転領域
第３運転領域Ｂでは、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。このＳＩ燃焼の実現のために、第３運転領域Ｂでは、インジェクタ１５は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。第３運転領域Ｂでは、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。

第３運転領域Ｂでは、過給機３３は稼働される。スロットル弁３２は全開とされる。ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりややリッチとなるように、その開度が制御される。一方、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ、燃料質量に対する燃焼室６内の全ガス質量）は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンに（理論空燃比よりも高く）される。スワール弁１８は全開とされる。

（４）過渡制御
前記の（３－１）で説明した内容は、第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２で定常運転がなされているとき、つまり、各パラメータが安定した状態にあるときの制御内容である。これに対して、以下では、ＳＰＣＣＩ領域Ａにおいてエンジン負荷が増大したときの制御について説明する。

前記のように、ＳＰＣＣＩ領域Ａでは、エンジン負荷に応じて目標外部ＥＧＲ率が変更されるとともに、これが実現されるようにＥＧＲ弁５３の開度が調整される。しかしながら、ＥＧＲ弁５３には応答遅れがある。つまり、ＥＣＵ１００からＥＧＲ弁５３に対して開度変更の指令が出されてから実際にＥＧＲ弁５３の開度が指令された開度分変化するまでには時間がかかる。さらに、外部ＥＧＲガスは、排気通路４０、ＥＧＲ通路５１、吸気通路３０を通って燃焼室６に導入される。そのため、エンジン負荷およびＥＧＲ弁５３の開度が変化しても、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量は、定常時の量にすぐには到達しない。

ここで、ＳＰＣＣＩ領域Ａのエンジン負荷が高い側において混合気の温度が過度に高くなると、ノッキングが生じるたり、混合気が自着火する時期が所望の時期よりも早くなって適切なＳＰＣＣＩ燃焼が実現されないおそれ、つまり、異常燃焼が生じるおそれがある。そのため、ＳＰＣＣＩ領域ＡのうちＥＧＲ弁５３が開弁されるＥＧＲ開領域Ａ１２に含まれる運転ポイントに向けてエンジン負荷が増大した時に、前記の外部ＥＧＲガスの導入遅れによって低温の外部ＥＧＲガスが十分に燃焼室６に導入されないと、混合気の温度が適切な温度を超えることで異常燃焼が生じるおそれがある。以下では、適宜、ＥＧＲ開領域Ａ１２に含まれる運転ポイントを、ＥＧＲ開ポイントという。

そこで、本実施形態では、図３に示すＹ１やＹ２のように、ＳＰＣＣＩ領域ＡにおいてＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大された時で且つ外部ＥＧＲ率が目標外部ＥＧＲ率よりも小さいときは、異常燃焼の発生を回避するべく、燃焼室６内の混合気の温度上昇を抑制する制御を実施する。なお、図３のＹ１、Ｙ２で示したように、ＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大するときとは、ＥＧＲ弁５３が閉弁される領域Ａ１１からＥＧＲ開領域Ａ１２への移行時と、ＥＧＲ開領域Ａ１２内でのエンジン負荷の増大時の両方を含む。

具体的には、ＳＰＣＣＩ領域Ａにおいてエンジン負荷が増大された時且つ外部ＥＧＲ率が目標外部ＥＧＲ率よりも小さいときは、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬを定常時の値よりも小さくする。吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬが小さくなれば、燃焼室６に残留する高温の既燃ガスである内部ＥＧＲガスの量は小さくなる。従って、バルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬを小さくすれば、燃焼室６内の混合気の温度上昇を抑制して混合気の温度が過度に高くなるのを防止できる。本実施形態では、前記のようにＳＰＣＣＩ領域Ａにおいて、吸気弁１１と排気弁１２とが排気上死点を跨いでともに開弁することでバルブオーバーラップが実現されるようになっている。従って、このバルブオーバーラップ期間ｔ＿ＶＯＬが小さくなると、吸気通路３０および排気通路４０に導出された後に燃焼室６に戻る既燃ガスの量が少なくなり、内部ＥＧＲガスの量が効果的に低減される。

また、本実施形態では、ＳＰＣＣＩ領域Ａにおいて、ＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大された時且つ外部ＥＧＲ率が目標外部ＥＧＲ率よりも小さいとき、混合気の温度に応じて点火時期（点火プラグ１６により点火が行われる時期）を遅角する。つまり、点火時期を遅角して、混合気の燃焼が開始する時期自体を遅角させれば、混合気の自着火が開始する時期が過度に早くなるのを防止できる。また、燃焼エネルギーによる燃焼室６内の昇温量を少なく抑えて混合気の温度が過度に高くなるのを防止できる。

図８のフローチャートを用いて、この過渡時の制御について詳しく説明する。なお、このフローチャートの各ステップはＳＰＣＣＩ領域Ａでエンジン本体１が運転されているときにのみ実施される。

まず、ステップＳ１にて、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大されたか否かを判定する。この判定がＮＯであってＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大されたときではない場合は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ１の判定がＹＥＳであってＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大されたときは、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、ＥＣＵ１００は、現在の運転ポイント（エンジン負荷増大後）における各パラメータの目標値および基本値を設定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、目標外部ＥＧＲ率、基本ＥＧＲ弁開度、基本点火時期、吸気基本開閉時期、排気基本開閉時期を設定する。

目標外部ＥＧＲ率は、定常時つまりエンジン本体１が定常運転されているときの外部ＥＧＲ率の目標値であり、所定のエンジン回転速度Ｎ１０では図６のグラフのように設定されている。本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷とについて目標外部ＥＧＲ率が予め設定されてＥＣＵ１００にこれらのマップで記憶されており、ＥＣＵ１００は現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する目標外部ＥＧＲ率をこのマップから抽出する。

基本ＥＧＲ弁開度は、ＥＧＲ弁５３の開度の基本値である。基本ＥＧＲ弁開度は、基本的に定常時において前記の目標外部ＥＧＲ率が実現されるＥＧＲ弁５３の開度となっている。本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷とについて基本ＥＧＲ弁開度が予め設定されてＥＣＵ１００にこれらのマップで記憶されており、ＥＣＵ１００は現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する基本ＥＧＲ弁開度をこのマップから抽出する。

基本点火時期は、定常時の点火時期である。本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷とについて基本点火時期が予め設定されてＥＣＵ１００にこれらのマップで記憶されており、ＥＣＵ１００は現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する基本点火時期をこのマップから抽出する。

吸気基本開閉時期は、吸気弁１１の開閉時期（開弁時期および閉弁時期）の基本値である。排気基本開閉時期は、排気弁１２の開閉時期（開弁時期および閉弁時期）の基本値である。これら吸気基本開閉時期および排気基本開閉時期は、定常時における吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期であり、これら吸気基本開閉時期および排気基本開閉時期が実現されたときのバルブオーバーラップ期間である基本オーバーラップ期間が、所定のエンジン回転速度Ｎ１０において図７のグラフになるように設定されている。本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷とについて吸気基本開閉時期および排気基本開閉時期が予め設定されてＥＣＵ１００にそれぞれマップで記憶されており、ＥＣＵ１００は現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する吸気基本開閉時期と排気基本開閉時期とを各マップから抽出する。

ステップＳ２の後はステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ弁５３の開度を基本ＥＧＲ弁開度にし、点火時期を基本点火時期にし、吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期をそれぞれ基本開閉時期にする。

ステップＳ３の後はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ＥＣＵ１００は、現在の外部ＥＧＲ率である実外部ＥＧＲ率を算出する。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、現在の、ＥＧＲ弁５３の開度、差圧センサＳＮ６の検出値、エアフローセンサＳＮ３の検出値、吸気弁１１および排気弁１２の開閉時期等に基づいて現在の外部ＥＧＲ率を推定する。

ステップＳ４の後はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で設定した目標外部ＥＧＲ率からステップＳ４で算出した実外部ＥＧＲ率を差し引いて、目標外部ＥＧＲ率に対する実外部ＥＧＲ率の不足量を算出する。以下、適宜、この不足量を外部ＥＧＲ率不足量という。

ステップＳ５の後はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５で算出した外部ＥＧＲ率不足量が予め設定された第１判定値より大きいか否かを判定する。本実施形態では、この第１判定値はゼロよりも大きい値に設定されている。なお、第１判定値はゼロに設定されてもよい。

ステップＳ６の判定がＮＯであって、エンジン負荷が増加した後ではない、あるいは、外部ＥＧＲ率不足量が第１判定値以下の場合は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ６の判定がＹＥＳであって、外部ＥＧＲ率不足量が第１判定値よりも大きい場合は、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ＥＣＵ１００は、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間が基本オーバーラップ期間よりも短くなるように吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａを駆動する。具体的には、ＥＣＵ１００は、排気弁１２の閉弁時期がステップＳ２で設定した排気基本開閉時期よりも進角の時期になるように排気ＶＶＴ１４ａを駆動するとともに、吸気弁１１の開弁時期がステップＳ２で設定した吸気基本開閉時期よりも遅角側の時期になるように吸気ＶＶＴ１３ａを駆動する。なお、排気弁１２の閉弁時期の進角と吸気弁１１の開弁時期の遅角の一方のみを実施し、これによってバルブオーバーラップ期間を短くしてもよい。本実施形態では、排気弁１２の閉弁時期の排気基本開閉時期からの進角量と吸気弁１１の開弁時期の吸気基本開閉時期からの遅角量とは同じ値とされる。また、外部ＥＧＲ率不足量が大きい方が、この進角量および遅角量は大きくされてバルブオーバーラップ期間の減少量が大きくされる。

ステップＳ７の後はステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ＥＣＵ１００は、点火時期の遅角量を設定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期と、ＥＧＲ弁５３の開度、吸気温度、吸気量等から燃焼室６内の混合気の温度を推定する。そして、推定した混合気の温度から予め設定された基本温度を減算して、基本温度に対する推定温度の過剰量を算出し、この過剰量に応じて点火時期の遅角量を設定する。前記の過剰量が大きいほど遅角量は大きい値に設定される。本実施形態では、過剰量が所定値以下の場合は、遅角量はゼロとされる。前記の基本温度は、定常時における燃焼室６内の混合気の温度の目標値であり、エンジン本体１が定常運転されているときにはほぼこの基本温度が実現される。本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷とについて基本温度が予め設定されてＥＣＵ１００にこれらのマップで記憶されており、ＥＣＵ１００は現在のエンジン回転速度とエンジン負荷とに対応する基本温度をこのマップから抽出して、抽出した値を用いて前記過大量を算出する。

ステップＳ８の後はステップＳ９に進む。ステップＳ９では、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で設定した基本点火時期に対して、ステップＳ８で設定した遅角量だけ遅角させた時期を点火時期に設定する。そして、点火プラグ１６にこの点火時期で点火を行わせる。なお、ステップＳ８において遅角量がゼロに設定された場合は、点火時期は基本点火時期とされる。

ステップＳ９の後はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、エンジン本体１の運転ポイントが同じポイントに維持されているか否か、つまり、エンジン回転速度とエンジン負荷とが変化していないか否かを判定する。

ステップＳ１０の判定がＹＥＳであってエンジン本体１の運転ポイントが変化した場合は、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ１０の判定がＮＯであって、エンジン本体１の運転ポイントが変化していない場合は、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ＥＣＵ１００は、外部ＥＧＲ率不足量を更新する。つまり、ＥＣＵ１００は、現在の実外部ＥＧＲ率を算出し直すとともに、新たに算出した実外部ＥＧＲ率をステップＳ２で設定した目標外部ＥＧＲ率から差し引いて、最新の外部ＥＧＲ率不足量を算出する。

ステップＳ１１の後はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ＥＣＵ１００は、外部ＥＧＲ率不足量が予め設定された第２判定値以下であるか否かを判定する。本実施形態では、第２判定値は第１判定値と同じ値に設定されている。ただし、第２判定値は第１判定値よりも大きいあるいは小さい値であってもよい。

ステップＳ１２の判定がＹＥＳであって、外部ＥＧＲ率不足量が第２判定値以下になると、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ＥＣＵ１００は、点火時期を基本展開時期にし、吸気弁１１と排気弁１２の開閉時期をそれぞれ基本開閉時期に戻して、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ１２の判定がＮＯであって、外部ＥＧＲ率不足量が未だ第２判定値よりも大きいときは、ステップＳ７に戻る。つまり、ＥＣＵ１００は、外部ＥＧＲ率不足量が第２判定値以下になるまで、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間を基本オーバーラップ期間よりも小さい値に維持するとともに点火時期の調整を行う。

このように、本実施形態では、エンジン負荷が増大した後で且つ外部ＥＧＲ率不足量が第１判定値よりも大きいときは、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間が定常時の値（基本開閉時期）よりも小さくされる。また、適宜、点火時期が遅角される。

（５）作用等
以上のように、本実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼が実施されるＳＰＣＣＩ領域Ａのうちエンジン負荷が所定の第１負荷Ｔ１１よりも高い領域において、ＥＧＲ弁５３が開弁されて燃焼室６に低温の外部ＥＧＲガスが導入されるようになっている。そのため、エンジン負荷が高いことで燃焼室６内の温度が高くなりやすいときに、混合気の温度が過度に高くなるのを防止でき、混合気を適切なタイミングで自着火させることができる。つまり、適切なＳＰＣＣＩ燃焼を実現することができる。

しかも、本発明では、ＳＰＣＣＩ領域ＡのうちＥＧＲ弁５３が開弁されるＥＧＲ開領域Ａ１２内の運転ポイントであるＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大した後で且つ目標外部ＥＧＲ率に対する外部ＥＧＲ率の不足量が第１判定値よりも大きいときに、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間が定常時の値つまり基本オーバーラップ期間よりも小さくされて燃焼室６に残留する高温の内部ＥＧＲガスの量が低減されるようになっている。すなわち、エンジン負荷が高くなったにも関わらず低温の外部ＥＧＲガスが燃焼室６に十分に導入されない場合において、燃焼室６に残留する高温の内部ＥＧＲガスの量が低減されるようになっている。従って、ＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大した後で且つ目標外部ＥＧＲ率に対する外部ＥＧＲ率の不足量が第１判定値よりも大きいときに、混合気の温度が過度に高くなるのを防止でき、異常燃焼の発生をより確実に回避することができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲ開ポイントに向けてエンジン負荷が増大した後で且つ目標外部ＥＧＲ率に対する外部ＥＧＲ率の不足量が第１判定値よりも大きいときに、点火時期の遅角も行われるようになっており、混合気の異常燃焼をより確実に回避できる。ここで、点火時期を遅角させると、燃焼エネルギーが効果的にピストン５に加えられず燃費性能が悪化する。そのため、点火時期の遅角だけで異常燃焼の発生を回避しようとすると点火時期の遅角量が多くなって燃費性能が大幅に低下する。これに対して、本実施形態によれば、前記のようにバルブオーバーラップ期間の減少により異常燃焼の発生が抑制されるため、点火時期を遅角させた場合でもその遅角量を少なく抑えることができる。従って、異常燃焼の発生を確実に抑制しながら燃費性能を高めることができる。

図９は、本実施形態に係る制御を行ったときと、前記のバルブオーバーラップ期間を小さくする制御を行わずに点火時期の遅角のみによって異常燃焼の発生を回避するようにしたとき（以下、比較例という）との各パラメータの時間変化を比較した図である。この図において、実線が本実施形態に係る時間変化であり、破線が比較例に係る時間変化である。また、この図は、車両として、複数のギヤ段を有する変速機を備えた車両が用いられたときの図である。この図には、上から順に、車速、ギヤ段、充填量、外部ＥＧＲ率、バルブオーバーラップ期間、燃焼重心のグラフが示されている。なお、比較例では、バルブオーバーラップ期間は常に基本オーバーラップ期間に制御されるようになっており、バルブオーバーラップ期間のグラフにおいて、破線は比較例におけるバルブオーバーラップ期間を示すとともに基本オーバーラップ期間を示している。また、充填量は、燃焼室６に導入される空気の量であり、エンジン負荷に対応するパラメータである。また、燃焼重心は、燃焼室６で生成された燃焼エネルギーが、１燃焼サイクル中に燃焼室６で生成される全燃焼エネルギーの５０％の量となったときの時期である。また、外部ＥＧＲ率のグラフにおいて、鎖線は目標外部ＥＧＲ率であり、実線は実外部ＥＧＲ率である。

時刻ｔ１においてシフトアップが行われてギア段がニュートラルとされた後に時刻ｔ２にて所定のギア段に変更されると、充填量つまりエンジン負荷がゼロ付近から増大される。これに伴い、目標外部ＥＧＲ率もゼロ付近の小さい値から増大される。しかしながら、前記のように、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量はすぐには増大せず、時刻ｔ２から時刻ｔ３付近までの間、実外部ＥＧＲ率は目標外部ＥＧＲ率よりも小さくなる。また、前記のように、本実施形態では、エンジン負荷がゼロ付近のときは基本オーバーラップ期間は非常に小さい値にされる一方、エンジン負荷が高いときはバルブオーバーラップ期間が大きい値に設定されており、時刻ｔ２にてエンジン負荷がゼロ付近から増大されると基本オーバーラップ期間は増大される。

このとき、比較例では、外部ＥＧＲガスの導入遅れに伴って燃焼室６内の混合気の温度が基本温度よりも低下する上に、バルブオーバーラップ期間が大きい値に設定された基本オーバーラップ期間とされて燃焼室６に高温の内部ＥＧＲガスが多量に残留することで、混合気の温度の基本温度に対する過剰量が大きくなる。これより、比較例では、大幅に点火時期が遅角されて、燃焼重心が大幅に遅角することになる。さらに、この点火時期の遅角が、外部ＥＧＲ率不足量が十分に小さくなる時刻ｔ３まで実施されることになり、燃焼重心が遅角側になる期間が長くなる。従って、比較例では燃費性能が大幅に悪化する。

これに対して、本実施形態では、エンジン負荷が増大し且つ目標外部ＥＧＲ率に対する実外部ＥＧＲ率の不足量が第１判定値以上となった時刻ｔ２にて、バルブオーバーラップ期間が小さくされる。詳細には、前記のように、バルブオーバーラップ期間が基本オーバーラップ期間よりも低減される。これより、前記のように、燃焼室６内の高温の内部ＥＧＲガスが少なくされて燃焼室６内の混合気の温度上昇が抑制されることになる。そして、このように燃焼室６内の混合気の温度上昇が抑制されてこの温度の基本温度に対する過剰量が少なくされることで、点火時期の遅角量ひいては燃焼重心の遅角量が少なく抑えられることになる。従って、本実施形態では、燃費性能の悪化が抑制される。

図９において、時刻ｔ１１でもさらなるシフトアップが行われるが、この場合も、前記と同様に、比較例では燃焼重心が大幅に且つ長期間にわたって遅角される一方、本実施形態では燃焼重心の遅角量および燃焼重心が遅角される期間が短く抑えられることになる。

（６）その他の実施形態
ここで、前記実施形態では、エンジン負荷が増大した後で且つ目標外部ＥＧＲ率に対する外部ＥＧＲ率の不足量が第１判定値以上のときに、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間を定常時の基本オーバーラップ期間よりも小さくするとともに、適宜、点火時期の遅角が行われる場合について説明したが、この点火時期の遅角制御は省略してもよい。

また、前記実施形態では、エンジン負荷が増大した後で且つ目標外部ＥＧＲ率に対する外部ＥＧＲ率の不足量が第１判定値以上の場合に、主として吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間を小さくすることで混合気の温度上昇を抑制する場合について説明したが、前記場合に混合気の温度上昇が抑制されるように構成されればよく、その具体的な構成はバルブオーバーラップ期間の低減に限らない。

例えば、前記実施形態とは異なり、次の第２実施形態のように構成してもよい。第２実施形態に係るエンジンでは、図１の鎖線に示すように、燃焼室６に水を供給する水供給装置２０１が設けられている。図例では、水供給装置２０１は、吸気ポート９内に水を噴射する。第２実施形態では、この水供給装置２０１が、混合気の温度上昇を抑制する温度上昇抑制手段として機能する。つまり、燃焼室６に水が供給されると、水の気化潜熱によって混合気の温度上昇は抑制される。

第２実施形態では、エンジン負荷が増大した後で且つ目標外部ＥＧＲ率に対する外部ＥＧＲ率の不足量が第１判定値以上の場合、ＥＣＵ１００は、吸気弁１１と排気弁１２のバルブオーバーラップ期間を小さくするのではなく、水供給装置２０１によって吸気ポート９内に水を噴射させ、前記場合を除く運転条件では水供給装置２０１による水の噴射を停止する。また、ＥＣＵ１００は、外部ＥＧＲ率不足量が大きいほど水の噴射量を多くする。

このように、第２実施形態においても、エンジン負荷が増大した後で且つ目標外部ＥＧＲ率に対する外部ＥＧＲ率の不足量が第１判定値以上のときに吸気ポート９を介して燃焼室６に水が供給されることで、前記のように、水の気化潜熱によって混合気の温度上昇が抑制されてこれが過度に高くなるのが防止される。従って、第２実施形態によっても、混合気を適切にＳＰＣＣＩ燃焼させることができる。

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 燃焼室
１３ 吸気弁用の動弁機構（弁駆動機構、温度上昇抑制装置）
１４ 排気弁用の動弁機構（弁駆動機構、温度抑上昇制装置）
１５ インジェクタ
１６ 点火プラグ（点火装置）
５１ ＥＧＲ通路
５３ ＥＧＲ弁
１００ ＥＣＵ（制御手段）
２０１ 水供給装置（温度上昇抑制装置）

Claims (1)

1. 気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、当該エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路とを備え、前記気筒内の混合気の一部を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼が実行される圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
   前記吸気通路と前記排気通路とを連通するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に開閉可能に設けられ、前記ＥＧＲ通路を介して前記気筒内に導入される排気ガスである外部ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁と、
   前記気筒内の混合気の温度上昇を抑制する温度上昇抑制装置と、
   前記気筒内の混合気に点火を行う点火装置と、
   前記ＥＧＲ弁、前記点火装置および前記温度上昇抑制装置を制御する制御手段とを備え、
   前記エンジン本体は、前記吸気通路と連通する吸気ポート、前記排気通路と連通する排気ポート、前記吸気ポートを開閉する吸気弁、前記排気ポートを開閉する排気弁、および前記吸気弁と前記排気弁の少なくとも一方を駆動して前記温度上昇抑制装置として機能する弁駆動機構を備え、
   前記制御手段は、
   前記圧縮着火燃焼が実行される運転領域のうち少なくともエンジン負荷が所定値以上の特定領域において、前記気筒に導入される前記外部ＥＧＲガスの質量の前記気筒内の空気の質量に対する割合である外部ＥＧＲ率がゼロより大きい所定の目標値となるように前記ＥＧＲ弁を開弁させ、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複し、且つ、この重複期間であるバルブオーバーラップ期間が所定の基本オーバーラップ期間になるように前記弁駆動機構を制御するとともに、前記点火装置により混合気に点火を行わせ、
   前記特定領域に含まれる運転ポイントに向けてエンジン負荷が増大した後で且つ前記外部ＥＧＲ率が前記目標値よりも小さいときは、前記バルブオーバーラップ期間が前記基本オーバーラップ期間よりも小さくなるように前記弁駆動機構を制御して前記気筒内の混合気の温度上昇を抑制させる、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。

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