JP7415337B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関する。

特許文献１に開示されているように、車両等に設けられるエンジンでは、エンジントルクを高めるために吸気通路に過給機を設けることや、ＮＯｘの排出を抑制するために排気ガスの一部を吸気通路に還流させることが行われている。

具体的には、特許文献１のエンジンには、その吸気通路に、エンジン本体１によって駆動される過給機であっていわゆるスーパーチャージャーが設けられるとともに、過給機をバイパスするバイパス通路が設けられており、過給機の駆動時には過給機を通って空気が気筒に導入される一方、過給機の停止時には過給機を迂回して空気が気筒に導入されるようになっている。この過給機では、排気通路に設けられたタービンによって過給機が回転駆動されるターボ過給機と異なり、エンジンの背圧を高めることなく過給を行うことができ、エンジントルクを効果的に高めることができる。

また、特許文献１のエンジンには、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を開閉する弁とを備えたＥＧＲ装置が設けられている。前記のＥＧＲ通路は、吸気通路のうち前記過給機よりも上流側の部分に接続されており、排気ガスの一部が過給機よりも上流側の部分に還流するようになっている。過給機の駆動時は過給機よりも下流側の部分の圧力は高くなる。これに対して、前記特許文献１のエンジンでは、前記のようにＥＧＲ通路が過給機よりも上流側の部分であって下流側の部分よりも圧力の低い部分に接続されている。そのため、排気通路内の圧力を吸気通路内の圧力よりも確実に高くして多くのＥＧＲガスを吸気通路に還流させることができる。

特開２０１９－３９３８３号公報

吸気系の構成を特許文献１のようにした場合、過給機が停止するとＥＧＲガスは主としてバイパス通路を通って気筒に導入されることになり、過給機が配設された通路内のＥＧＲガスの割合は低くなる。そのため、過給機の駆動が開始して過給機が配設された通路内のガスが気筒に導入されるようになると、一時的に気筒内に十分にＥＧＲガスが導入されず、混合気の燃焼の進行度が過度に速くなるおそれがある。混合気の燃焼の進行度が過度に速くなると、所望のタイミングよりも混合気が燃焼を開始したり、混合気が急激に燃焼して燃焼騒音が増大する。

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、燃焼騒音の増大を確実に防止できる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、気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路と、前記吸気通路に設けられて吸気を過給する過給機と、前記吸気通路に設けられて前記過給機をバイパスするバイパス通路と、前記排気通路内の排気ガスの一部であるＥＧＲガスを前記吸気通路のうち前記過給機よりも上流側の部分に還流させるＥＧＲ装置とを備えるエンジンの制御装置であって、気筒内の混合気の燃焼の進行を抑制可能な燃焼抑制手段と、気筒内の全ガス量に対する気筒内のＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率が所定の基準ＥＧＲ率未満であるか否かを判定する判定手段と、前記過給機および前記燃焼抑制手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、停止状態にある前記過給機を駆動する過給開始時において、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率未満であることが前記判定手段により判定された場合、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときに比べて気筒内の混合気の燃焼の進行が抑制されるように前記燃焼抑制手段を制御する燃焼緩慢化制御を実施し、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上であることが前記判定手段により判定された場合、前記燃焼緩慢化制御の実施を禁止するとともに、前記過給開始時でない場合、前記燃焼緩慢化制御の実施を禁止し、気筒内に燃料を噴射するとともに前記燃焼抑制手段として機能する燃料噴射手段を備え、前記燃焼緩慢化制御の実行時、前記制御手段は、気筒への燃料噴射の実施時期が前記燃焼緩慢化制御の非実行時に比べて遅くなるように前記燃料噴射手段を制御する、ことを特徴とする（請求項１）。

この構成によれば、ＥＧＲガスが吸気通路のうち過給機よりも上流側の部分に還流されることで、吸気通路および気筒に導入されるＥＧＲガスの量を確保できる。しかも、この構成では、停止状態にある過給機の駆動を開始した場合においてＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率未満であってＥＧＲ率が低いときは、気筒内の混合気の燃焼を緩慢にする燃焼緩慢化制御が実施される。そのため、過給機の駆動の開始時に混合気の空燃比が過度にリーンになることに伴って燃焼騒音が増大になるのを防止できる。そして、ＥＧＲ率が比較的高く混合気の空燃比が過度にリーンになっていない場合には、燃焼を緩慢にする燃焼緩慢化制御が禁止されることで、燃焼が過度に緩慢になるのを回避して燃費性能を良好にできる。

ここで、燃料が噴射される時期が遅くなると、圧縮上死点付近までの燃料と空気の混合時間および反応時間が短くなるため、圧縮上死点付近において反応の進んだ混合気が気筒内に多量に生成されるのを防止できる。従って、この構成によれば、燃料が噴射される時期を遅くするという簡単な構成で、圧縮上死点付近における混合気の反応を抑制して燃焼を緩慢にできる。

前記構成において、好ましくは、前記燃料噴射手段は、第１の燃料噴射と、当該第１の燃料噴射よりも噴射時期の遅い第２の燃料噴射とを実施し、前記燃焼緩慢化制御の実行時、前記制御手段は、前記第２の燃料噴射が圧縮行程の後半に実施されるように前記燃料噴射手段を制御する（請求項２）。

この構成によれば、圧縮上死点付近までの燃料と空気の混合時間および反応時間を確実に短くして、圧縮上死点付近に至るまでの混合気の反応を抑制して燃焼を緩慢化できる。

前記構成において、好ましくは、前記燃焼緩慢化制御の実行時、前記制御手段は、気筒に導入される空気量が多く且つ気筒に導入されるＥＧＲガスの量が少ないときほど、１燃焼サイクルに気筒に供給される燃料の総量に対する前記第２の燃料噴射によって気筒に供給される燃料の量の割合が大きくなるように、前記燃料噴射手段を制御する（請求項３）。

この構成では、気筒に導入される空気量が多く且つＥＧＲガス量が少ないほど、第２の燃料噴射に係る燃料の量の割合が大きくされる。つまり、混合気の空燃比がより大きくなって燃焼騒音が増大しやすいときほど、圧縮上死点付近までの混合時間および反応時間を短く抑えることのできる燃料の量が多くされる。そのため、より確実に、圧縮上死点付近に至るまでの混合気の反応を抑制して燃焼を緩慢化できる。

前記構成において、好ましくは、前記燃焼緩慢化制御の実行時、前記制御手段は、前記第１の燃料噴射と前記第２の燃料噴射の双方を圧縮行程に実施する（請求項４）。

この構成によれば、第１の燃料噴射に係る燃料と第２の燃料噴射に係る燃料の双方の圧縮上死点付近までの混合時間および反応時間を短くして、混合気の燃焼の進行度を確実に遅くできる。

前記構成において、好ましくは、気筒に導入される空気の量である空気充填量を変更可能な空気充填量変更手段を有し、前記制御手段は、予め設定された目標ＥＧＲ率に対する前記ＥＧＲ率の不足量が所定の判定値以上というＥＧＲ率不足条件の成立時、前記空気充填量が低下するように前記空気充填量変更手段を制御する（請求項５）。

この構成によれば、ＥＧＲ率の目標ＥＧＲ率に対する不足量が大きく気筒内の混合気の空燃比が過度に大きいことに伴って燃焼騒音が増大しやすいときに、気筒に導入される空気の量を低減して燃焼騒音の増大を抑制することができる。

前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記ＥＧＲ率不足条件の成立時で、且つ、気筒に導入される吸気の温度が所定の判定吸気温以上のときに、前記空気充填量が低下するように前記空気充填量変更手段を制御する（請求項６）。

この構成によれば、ＥＧＲ率の目標ＥＧＲ率に対する不足量が大きく且つ吸気の温度が高いことに伴って燃焼騒音が増大しやすいときに、気筒に導入される空気の量を低減して燃焼騒音の増大を抑制することができる。

前記構成において、好ましくは、前記排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを浄化可能な浄化装置を備え、前記ＥＧＲ装置は、前記浄化装置よりも下流側の前記排気通路内の排気ガスを前記吸気通路に還流させる（請求項７）。

混合気に含まれるＯＨラジカルが多い方が混合気の燃焼の進行度は速くなる。また、ＮＯｘが浄化装置をすり抜けるとＯＨラジカルが生成されるということが分かっている。そのため、浄化装置の下流側の排気通路内の排気ガスが吸気通路に還流されて気筒に導入されるエンジンでは、気筒内のＯＨラジカルが多くなって混合気の燃焼の進行度が速くなりやすく燃焼騒音が増大しやすい。そのため、前記の構成が、前記排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを浄化可能な浄化装置を備え、前記ＥＧＲ装置が、前記浄化装置よりも下流側の前記排気通路内の排気ガスを前記吸気通路に還流させるように構成されたエンジンに適用されれば、効果的に燃焼騒音の増大を抑制できる。

前記の構成が適用されるエンジンとしては、気筒内の混合気に点火を行う点火手段を備え、前記制御手段は、前記点火手段からの点火によって気筒内の混合気の一部が火花点火燃焼するとともに残りの混合気が自着火により燃焼するように前記点火手段を制御するように構成されるものが挙げられる（請求項８）。

以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、燃焼騒音の増大を確実に防止できる。

本発明の一実施形態に係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。 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運転モードの相違により区分けしたマップ図である。 ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形を示すグラフである。 第２運転領域での通常制御時の燃料の噴射パターンと熱発生率の波形を示した図である。 過給機回りのガスの流れを示した図であり、（ａ）は過給機の停止時、（ｂ）は過給機の駆動時の図である。 燃焼騒音防止制御の流れを示したフローチャートである。 燃焼騒音防止制御実施時の燃料の噴射パターンと熱発生率の波形を示した図である。 燃焼騒音防止制御実施時の空気充填量およびＥＧＲガス量と燃料の噴射時期との関係を示した図である。 燃焼騒音防止制御実施時の空気充填量およびＥＧＲガス量と後段噴射の噴射量の割合との関係を示した図である。 ＥＧＲ率不足量、吸気温およびエンジン水温とスロットル弁の開度の低減量との関係を示した図である。 燃焼騒音防止制御実施時の各パラメータの時間変化を示した図である。 混合気の温度および混合気の当量比と混合気の自着火のしやすさとの関係を示した図である。 プリイグ発生時の燃料噴霧の様子を示した図であり、（ａ）は前段噴射の実施直後の図、（ｂ）は圧縮上死点付近の図である。 燃焼室６内に存在する各温度と各空燃比の混合気の分布を示した図であり、（ａ）は後段噴射の割合が５％のときの図、（ｂ）は後段噴射の割合が３０％のときの図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明のエンジンの制御方法および制御装置が適用されたエンジンの全体構成を概略的に示したシステム図である。本図に示されるエンジンシステムは、車両に搭載されており、走行用の動力源となるエンジン本体１を備える。本実施形態では、エンジン本体１として、４サイクルのガソリン直噴エンジンが用いられている。エンジンシステムは、エンジン本体１に加えて、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、複数の気筒２（例えば、図１の紙面と直交する方向に並ぶ４つの気筒２）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。インジェクタ１５は、１燃焼サイクル中に複数回にわけて燃料を噴射できるように構成されている。

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６の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下に設定される。

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の回転数（エンジン回転数）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、シリンダブロック３には、シリンダブロック３に形成されたウォータジャケットを流通してエンジン本体１を冷却するためのエンジン冷却水の温度つまりエンジン水温を検出するエンジン水温センサＳＮ２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の少なくとも閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。

本実施形態では、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、排気弁１２の閉弁時期が吸気弁１１の開弁時期よりも遅角側の時期となって吸気弁１１および排気弁１２がともに所定の期間開弁するバルブオーバーラップが実現されるようになっている。また、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、吸気弁１１と排気弁１２の双方が開弁する期間であるバルブオーバーラップ期間が変更されるようになっている。吸気弁１１と排気弁１２とがバルブオーバーラップするように駆動されると、燃焼室６から吸気通路３０と排気通路４０の少なくとも一方に既燃ガスが排出された後、この既燃ガスが再び燃焼室６に導入される。これにより、燃焼室６に既燃ガスが残留することになる。燃焼室６に残留する既燃ガスの量は、バルブオーバーラップ期間によって変化し、前記のバルブオーバーラップ期間の調整によって燃焼室６に残留する既燃ガスの量が調整される。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期（閉時期）を固定したまま閉時期（開時期）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）の開時期および閉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。

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（点火手段）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ＳＮ３が設けられている。

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、本実施形態では、ピストン５の冠面に、その中央部を含む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（吸気、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、燃焼室６（気筒２）に導入される吸気（空気）に含まれる異物を除去するエアクリーナ３１と、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。スロットル弁３２は、スロットル弁３２は、吸気通路３０を開閉する開閉弁であり、スロットル弁３２の開度によって燃焼室６（気筒２）に導入される空気の量である空気充填量が変更される。本実施形態では、このスロットル弁３２が、請求項の「空気充填量変更手段」に相当する。

吸気通路３０の各部には、吸気の流量である吸気量を検出するエアフローセンサＳＮ４と、吸気の温度である吸気温を検出する吸気温センサＳＮ５とが設けられている。エアフローセンサ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を検出する。吸気温センサＳＮ５は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の温度を検出する。

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を通過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、排気に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するための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。なお、触媒コンバータ４１の下流側に、三元触媒やＮＯｘ触媒等の適宜の触媒を内蔵した別の触媒コンバータを追加してもよい。

ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続する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。これにより、ＥＧＲガスは、吸気通路３０のうち過給機３３よりも上流側の部分に還流する。詳細には、本実施形態では、ＥＧＲ通路５１はバイパス通路３８の途中部に接続されており、吸気通路３０のうち過給機３３が配設された通路についてＥＧＲガスは過給機３３よりも上流側の部分に導入される。このように、ＥＧＲガスが吸気通路３０の過給機３３よりも上流側の部分に還流するように構成されていることで、ＥＧＲ通路５１の吸気側の圧力は排気側の圧力よりも確実に低くなる。これより、多量のＥＧＲガスを還流させることができる。具体的には、過給機３３が駆動されると過給機３３の下流側の圧力は高くなる。そのため、仮に、過給機３３の下流側の部分にＥＧＲ通路５１を接続すると、ＥＧＲ通路５１の吸気側の圧力を十分に低くできずＥＧＲガスの還流が抑制される。これに対して、本実施形態では、前記のようにＥＧＲ通路５１の吸気側の圧力を十分に低くできるためＥＧＲガスを確実に還流させることができる。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を流通する排気ガスの流量を調整する。

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２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ＣＰＵ１５０、メモリ１６０（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、エンジン水温センサＳＮ２、筒内圧センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、吸気温センサ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、エンジン回転数、エンジン水温、筒内圧、吸気量、吸気温、ＥＧＲ弁５３の前後差圧）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ＳＮ８が設けられており、このアクセルセンサＳＮ８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。また、ＥＣＵ１００には、機能的に、後述するようにＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率よりも小さいか否かを判定するＥＧＲ率判定部１１０が設けられており、このＥＧＲ率判定部１１０が請求項の「判定手段」に相当する。

（３）基本制御
図３は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた運転モード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、第１運転領域Ａと第２運転領域Ｂと第３運転領域Ｃとに大別される。

第３運転領域Ｃは、エンジン回転数が所定のＳＩ実施回転数Ｎ１以上の領域である。第１運転領域Ａは、エンジン回転数がＳＩ実施回転数Ｎ１未満の領域のうちエンジン負荷が所定の切替負荷Ｔ１未満の領域である。第２運転領域Ｂは、第１運転領域Ａと第３運転領域Ｃ以外の残余の領域であり、エンジン回転数がＳＩ実施回転数Ｎ１未満の領域のうちエンジン負荷が切替負荷Ｔ１以上の領域である。

第１運転領域Ａおよび第２運転領域Ｂ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、火花点火燃焼であって、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る。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４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）の変化と熱発生量の変化と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４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（Ｍ１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（Ｍ２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で現れる変曲点（図４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Ａ
第１運転領域Ａ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）されつつＳＰＣＣＩ燃焼が実施される。第１運転領域Ａでは、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Ａ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Ａでは、前記の燃焼が実現されるようにエンジンの各部が次のように駆動される。

第１運転領域Ａでは、インジェクタ１５は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が前記のように理論空燃比よりも高く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燃焼サイクル中に燃焼室６に供給すべき燃料のほぼ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が駆動される。例えば、第１運転領域Ａでは、吸気行程中に大半の燃料が噴射され、圧縮行程中に２回に分けて残りの燃料が噴射される。

第１運転領域Ａでは、点火プラグ１６は、圧縮上死点付近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。なお、混合気を活性化させるために、圧縮上死点付近で実施する点火よりも前に追加で点火を行ってもよい。

第１運転領域Ａでは、スロットル弁３２の開度は全開または全開に近い開度とされる。

第１運転領域Ａでは、ＥＧＲ弁５３は全閉とされて、ＥＧＲ通路５１を介して燃焼室６に導入されるＥＧＲガスの量がゼロとされる。

燃焼室６に高温の既燃ガスが残留すれば、混合気の温度が高められることで混合気を適切にＣＩ燃焼させることができる。これより、第１運転領域Ａでは、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１と排気弁１２をこれらがバルブオーバーラップするように駆動する。本実施形態では、吸気弁１１と排気弁１２とが、排気上死点を跨いで所定期間開弁するように駆動される。

第１運転領域Ａでは、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。

第１運転領域Ａでは、過給機３３の駆動は停止される。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。

（ｂ）第２運転領域
エンジン負荷が高い領域では、燃焼室６内に供給される燃料の量が多いことで混合気の空燃比をリーンにするのが困難になる。これより、第１運転領域Ａよりもエンジン負荷が高い第２運転領域Ｂでは、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比以下としつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。本実施形態では、第２運転領域Ｂにおいて、混合気の空燃比はほぼ理論空燃比とされる。

第２運転領域Ｂでは、スロットル弁３２の開度は、エンジン負荷に対応した空気量が燃焼室６に導入されるように設定される。

第２運転領域Ｂ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、噴射パターンを後述するプリイグ回避パターンにする場合を除き、基本的に、第１運転領域Ａと同様に、インジェクタ１５は、１燃焼サイクル中に燃焼室６内に噴射すべき燃料の大半を吸気行程中に噴射する。また、噴射パターンを後述するプリイグ回避パターンにする場合を除き、基本的に、インジェクタ１５は、残りの燃料を吸気行程の後半から圧縮行程の前半にかけて噴射する。例えば、第２運転領域Ｂでは、図５に示すように、圧縮行程の中央付近（圧縮上死点前３００°ＣＡ等）で１回目の燃料噴射（Ｑ１）が開始され、吸気下死点（ＢＤＣ、圧縮上死点前１８０°ＣＡ）で２回目の燃料噴射（Ｑ２）が開始される。２回目の燃料噴射の噴射量（１回目にインジェクタ１５から噴射される燃料の質量）は、１回目の燃料噴射の噴射量（２回目にインジェクタ１５から噴射される燃料の質量）よりも少ない。例えば、１燃焼サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料の総量に対する２回目の燃料噴射の噴射量の割合は、１０％程度とされる。以下では、前記のようにインジェクタ１５が２回に分けて燃料を噴射する場合において、１回目の燃料噴射を前段噴射といい、２回目の燃料噴射を後段噴射という。

第２運転領域Ｂでも、点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。第２運転領域Ｂ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Ｂでは、燃焼室６で生成されるＮＯｘを低減するべく、ＥＧＲ弁５３が開かれてＥＧＲ通路５１を介してＥＧＲガスが燃焼室６に導入される。ただし、エンジン負荷が高いときは多量の空気を燃焼室６に導入せねばならないため、ＥＧＲガスの燃焼室６への導入量を低減する必要がある。これより、第２運転領域Ｂでは、燃焼室６に導入される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、エンジン負荷が最大となる領域ではＥＧＲ弁５３は全閉にされる。

第２運転領域Ｂでも、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１と排気弁１２を、これら吸気弁１１と排気弁１２とがバルブオーバーラップするように駆動する。

第２運転領域Ｂ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Ｂのうちエンジン回転数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Ｂのその他の領域では、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。このとき、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が運転条件（エンジン回転数／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。

（ｃ）第３運転領域
第３運転領域Ｃ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Ｃ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燃料を噴射する。点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。第３運転領域Ｃ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Ｃ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内の空燃比が理論空燃比以下となるようにその開度が制御される。例えば、第３運転領域Ｃでは、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比もしくはこれよりやや小さくなるようにＥＧＲ弁５３の開度が制御される。第３運転領域Ｃでは、スワール弁１８は全開とされる。

（４）燃焼騒音増大防止制御
前記のように、第１運転領域Ａでは過給機３３が停止され、第２運転領域Ｂでは大半の領域で過給機３３が駆動される。そのため、第１運転領域Ａから第２運転領域Ｂへの移行に伴って停止状態にある過給機３３の駆動が開始された過給開始時には、燃焼室６に導入される空気の量が過大になって混合気の空燃比が過度にリーン（大きく）なりやすい。空燃比が過度にリーンになると燃焼騒音が増大するおそれがある。

図６（ａ）、（ｂ）を用いて具体的に説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、吸気通路３０の過給機３３周辺のＥＧＲガスの流れを模式的に示した図であり、図６（ａ）は過給機３３の停止時、図６（ｂ）は過給機３３の駆動開始時の図である。図６（ａ）に示すように、過給機３３の停止中、ＥＧＲガスはＥＧＲ通路５１を通過した後主としてバイパス通路３８を通って燃焼室６に流入する。これより、過給機３３が配設された吸気通路３０に導入されるＥＧＲガスの量は少なくなり、過給機３３が配設された吸気通路３０内のガスＦＡは、ＥＧＲガスの量の割合が低く新気の量の割合が高いガスとなる。この状態で過給機３３の駆動が開始すると、ガスの主たる流れが過給機３３が配設された通路側に切り替えられる。特に、過給機３３の駆動開始に伴ってバイパス弁３９が全閉にされると、バイパス通路３８を介した燃焼室６へのガスの流れは停止する。そのため、図６（ｂ）に示すように、過給機３３が配設された吸気通路３０内に存在してＥＧＲガスの割合の低いガスＦＡが燃焼室６にまず導入されることになる。従って、停止状態にある過給機３３の駆動が開始されたとき、燃焼室６内に導入されるＥＧＲガスの量は少なくなり混合気の空燃比が過度にリーンになるおそれがある。

また、過給機３３の駆動状態に関わらず燃焼室６に導入されるＥＧＲガスが不足したときも、燃焼室６内の混合気の空燃比が過度にリーンとなるおそれがある。

燃焼室６内の混合気の空燃比がリーンになると混合気の反応が促進されて燃焼の進行度が速くなる。燃焼の進行度が速くなると、混合気が所望のタイミングよりも早いタイミングで燃焼を開始したり、混合気の燃焼速度が過剰に速くなって、筒内圧が急上昇する。そのため、混合気の空燃比が過度にリーンになると、燃焼騒音が増大するおそれがある。

そこで、本実施形態では、過給機３３の駆動の開始やＥＧＲガスの不足に伴って燃焼騒音が増大するおそれがあるときに、燃焼騒音の増大を防止するべく混合気の燃焼を緩慢にする制御を実施する。

ＥＣＵ１００によって実施される燃焼騒音の増大を防止するための制御について、図７のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１にて、ＥＣＵ１００は、停止状態にある過給機３３の駆動が開始したか否か（過給機３３がＯＦＦからＯＮになったか否か）を判定する。つまり、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とが連結されたか否かを判定する。

ステップＳ１の判定がＮＯであって過給機の駆動開始時でない場合は、ステップＳ４に進む。一方、ステップＳ１の判定がＹＥＳであって停止状態にある過給機の駆動が開始した場合は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２にて、ＥＣＵ１００は、燃焼室６内の混合気のＥＧＲ率が予め設定された下限ＥＧＲ率未満である否かを判定する。本実施形態では、このステップＳ２の判定は、ＥＧＲ率判定部１１０により実施される。混合気のＥＧＲ率は、燃焼室６内の全ガス量つまり燃焼室６内のガスの総量（質量）に対する燃焼室６内のＥＧＲガスの量（質量）の割合である。ＥＣＵ１００は、エアフローセンサＳＮ４により検出された吸気量および差圧センサＳＮ６により検出されたＥＧＲ弁５３の前後差圧に基づいて、混合気のＥＧＲ率を推定する。ステップＳ２では、この推定されたＥＧＲ率（以下、適宜、推定ＥＧＲ率という）が下限ＥＧＲ率未満であるか否かを判定する。本実施形態では、下限ＥＧＲ率は、エンジン回転数、エンジン負荷、吸気温、エンジン水温について予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。ＥＣＵ１００は、現在のエンジン回転数、エンジン負荷、吸気温、エンジン水温に対応する値を抽出して、ステップＳ２の判定に用いる。なお、前記の下限ＥＧＲ率は、請求項の「基準ＥＧＲ率」に相当する。

ステップＳ２の判定がＮＯであってＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率以上の場合は、ステップＳ４に進む。一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであってＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率未満の場合は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３にて、ＥＣＵ１００は、燃料噴射を遅角させて燃料噴射のパターンをプリイグ回避パターンに変更し、このプリイグ回避パターンでインジェクタ１５に燃料を噴射させる。

具体的には、図８の破線で示すように、また、前記のように、第２運転領域Ｂにおける通常制御時（ステップＳ３の非実施時）の燃料噴射のパターンは、前段噴射（Ｑ１）が吸気行程中に開始されて、後段噴射（Ｑ２）が吸気行程の後半から圧縮行程の前半にかけて開始されるパターンである。これに対して、プリイグ回避パターンは、図８の実線で示すように、圧縮行程の前半に前段噴射（Ｑ１１）が開始され、圧縮行程の後半に後段噴射（Ｑ１２）が開始されるパターンであり、プリイグ回避パターンの実施時は、通常制御時（プリイグ回避パターンの非実行時）に対して、前段噴射と後段噴射の双方の実施時期（噴射時期）が遅角される。また、プリイグ回避パターンでは、前段噴射（Ｑ１１）は吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣよりも遅角側とされる。例えば、プリイグ回避パターンでは、前段噴射（Ｑ１１）が圧縮上死点前１００°ＣＡ程度で開始され、後段噴射（Ｑ１２）が圧縮上死点前５～２０°ＣＡ程度に開始される。このプリイグ回避パターンにおける前段噴射（Ｑ１１）は、請求項の「第１の燃料噴射」に相当し、前記のプリイグ回避パターンにおける後段噴射（Ｑ１２）は、請求項の「第２の燃料噴射」に相当する。

本実施形態では、プリイグ回避パターンにおける前段噴射（Ｑ１１）と後段噴射（Ｑ１２）の各開始時期は、燃焼室６に導入される空気の量である空気充填量、燃焼室６内のＥＧＲガス量、吸気温およびエンジン水温に基づいて設定される。具体的には、図９に示すように、空気充填量が多く且つＥＧＲガス量が少ないほど、各噴射（Ｑ１１、Ｑ１２）の開始時期は遅くされる。また、吸気温が高いほど各噴射（Ｑ１１、Ｑ１２）の開始時期は遅くされ、エンジン水温が高いほど各噴射（Ｑ１１、Ｑ１２）の開始時期は遅くされる。なお、ＥＣＵ１００は、エアフローセンサＳＮ４の検出値等から空気充填量を推定し、これと推定ＥＧＲ率等とから燃焼室６内のＥＧＲガス量を推定する。

また、プリイグ回避パターンでは、１燃焼サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料の総量に対する後段噴射の噴射量の割合が、通常制御時よりも多くされる。例えば、通常制御時の後段噴射の噴射量の割合が１０％程度とされるのに対して、プリイグ判定時は２０～４０％程度とされる。

本実施形態では、プリイグ回避パターンにおける後段噴射の噴射量の割合は、空気充填量、燃焼室６内のＥＧＲガス量、吸気温およびエンジン水温に基づいて設定される。具体的には、図１０に示すように、空気充填量が多く且つＥＧＲガス量が少ないほど、後段噴射の噴射量の割合は大きくされる。また、吸気温が高いほど後段噴射の噴射量の割合は大きくされ、エンジン水温が高いほど後段噴射の噴射量の割合は大きくされる。

ステップＳ３の処理は、ステップＳ１の判定がＹＥＳ且つステップＳ２の判定がＹＥＳとなってステップＳ３の処理が開始されてから、ステップＳ２の判定がＮＯとなるまで実施される。つまり、各燃料噴射の実施時期（噴射時期）を遅角させるステップＳ３の制御は、ＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率未満の状態で過給機３３の駆動が開始されるのに伴って開始されてＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率以上になるまで継続して続けられる。

なお、本実施形態では、ステップＳ３の制御、つまり、燃料噴射の実施時期を遅角させて燃料噴射のパターンをプリイグ回避パターンに変更する制御が、請求項の「燃焼緩慢化制御」に相当する。そして、このプリイグ回避パターンを実現して後述するように混合気の燃焼を緩慢化させるインジェクタ１５が、請求項の「燃料噴射手段」および「燃焼抑制手段」に相当する。

ステップＳ３の後はステップＳ４に進む。ステップＳ４にて、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率に対するＥＧＲ率の不足量が所定の判定不足量以上であるか否かを判定する。つまり、ＥＧＲ率の不足量が所定の判定不足量以上であるというＥＧＲ率不足条件が成立するか否かを判定する。この判定には、前記の推定ＥＧＲ率が用いられる。目標ＥＧＲ率は予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。例えば、目標ＥＧＲ率は、エンジン回転数とエンジン負荷等に応じて予め設定されてＥＣＵ１００にマップで記憶されており、ＥＣＵ１００は現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する値をこのマップから抽出する。また、前記の判定不足量も予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。以下では、ＥＧＲ率の目標ＥＧＲ率に対する不足量を単にＥＧＲ率の不足量という。前記の判定不足量は、請求項の「判定値」に相当する。

ステップＳ４の判定がＮＯであってＥＧＲ率の不足量が判定不足量未満の場合は、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Ｓ４の判定がＹＥＳであってＥＧＲ率の不足量が判定不足量以上の場合は、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５にて、ＥＣＵ１００は、吸気温が所定の判定吸気温以上あるいはエンジン水温が所定の判定水温以上であるという条件が成立してか否かを判定する。判定吸気温および判定水温は予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。

ステップＳ５の判定がＮＯであって吸気温が判定吸気温未満であり且つエンジン水温が判定水温未満であるときは、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Ｓ５の判定がＹＥＳであって吸気温が判定吸気温以上である、あるいは、エンジン水温が判定水温以上であるときは、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６にて、ＥＣＵ１００は、空気充填量を低減させる。具体的には、ＥＣＵ１００は、スロットル弁３２の開度を小さく（閉じ側に）する。このとき、ＥＣＵ１００は、図１１に示すように、ＥＧＲ率の不足量が大きい方がスロットル弁３２の開度低減量を大きくする。また、ＥＣＵ１００は、吸気温およびエンジン水温が高い方がスロットル弁３２の開度低減量を大きくする。ステップＳ６の後は、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

このようにして、本実施形態では、過給機３３の駆動開始時において、ＥＧＲ率が低いときは燃料噴射の実施時期が遅角され、ＥＧＲ率が高いときはこの燃料噴射の遅角制御が停止される。そして、過給機３３の駆動開始時を含む各運転条件において、ＥＧＲ率の不足量が大きいときは空気充填量が低減される。ただし、本実施形態では、ＥＧＲ率の不足量が大きいときであっても吸気温およびエンジン水温が低いときは、空気充填量を低減する制御は実施されず、スロットル弁３２の開度は通常制御時（ステップＳ６の非実施時）の開度とされる。

以上の制御を実施したときの過給機３３の駆動開始前後の各パラメータの時間変化を図１２に示す。図１２には、上から順に、アクセル開度、過給機３３の回転数、空気充填量、燃焼室６内のＥＧＲガスの量、燃料噴射の実施時期（燃料噴射時期）、スロットル弁３２の開度の各グラフを示している。

時刻ｔ１にてアクセルペダルが踏み込まれて運転ポイントが第２運転領域Ｂ内の運転ポイントに移行すると、時刻ｔ２にて過給機３３の駆動が開始されて過給機３３の回転数が増大していく。このように過給機３３の駆動が開始されることで、時刻ｔ２では、空気充填量が増大し始めるとともにＥＧＲガス量が低減し始める。そして、ＥＧＲガス量の低下が進みＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率未満になった時刻ｔ３にて、燃料噴射の実施時期が遅角される。時刻ｔ５までの間、ＥＧＲガス量の低減とともに燃料の噴射時期の遅角量は増大される。時刻ｔ５の後は、ＥＧＲガス量が増大を開始し、これに伴って燃料の噴射時期の遅角量は低減される。そして、時刻ｔ６にてＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率を超えることで燃料の噴射時期の遅角は終了する。また、ＥＧＲガス量の低下が進み、時刻ｔ４にてＥＧＲ率の不足量が判定不足量以上になると、スロットル弁３２の開度が低減される。そして、時刻ｔ５以降は、ＥＧＲガス量の増大に伴ってスロットル弁３２の開度の低減量は小さくされていく。図１２の例では、時刻ｔ６のしばらく後に、ＥＧＲ率の不足量が判定不足量未満になることに伴い、スロットル弁３２の開度は通常制御時の開度に戻る。

（５）作用等
以上のように、本実施形態では、過給機３３の駆動が開始されたときで、且つ、ＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率未満の場合、燃料噴射のパターンがプリイグ回避パターンに変更されて、燃料噴射の噴射時期が遅角される。そのため、過給機３３の駆動の開始時にＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率未満となって混合気の空燃比が過度にリーンになった場合であっても、燃焼騒音の増大を抑制できる。具体的には、燃料が噴射される時期が遅くなると、圧縮上死点付近までの燃料と空気の混合時間および反応時間が短くなる。そのため、圧縮上死点付近において反応の進んだ混合気が燃焼室６内に多量に存在するという事態の発生を防止できる。従って、圧縮上死点付近における混合気の燃焼の進行度を遅くすることができる。つまり、圧縮上死点付近において混合気の反応が過度に促進されることで、混合気が過度に早いタイミングで燃焼を開始したり混合気の燃焼速度が過度に速くなるのを防止できる。従って、燃焼室６内の圧力の急上昇を回避して燃焼騒音の増大を抑制できる。

一方で、本実施形態では、過給機３３の駆動が開始したときであってもＥＧＲ率が下限ＥＧＲ率以上であり混合気の空燃比が過度にリーンになっていない場合には、燃料噴射の実施時期を遅角する制御が停止される。そのため、空燃比が過度にリーンになっておらずこれにより燃焼騒音の増大が回避できるときに燃焼の進行度が遅くなるのを回避して、混合気を適切に燃焼させることができる。

また、本実施形態では、プリイグ回避パターンにおいて、後段噴射（Ｑ１２）の実施時期が圧縮行程の後半に設定される。そのため、圧縮上死点付近までの燃料と空気の混合時間および反応時間を確実に短くして、混合気の燃焼の進行度を確実に遅くできる。

また、プリイグ回避パターンでは、空気充填量が多く且つ気筒に導入されるＥＧＲガスの量が少ないときほど、後段噴射の噴射量の割合が大きくされる。そのため、空気充填量が多く且つ気筒に導入されるＥＧＲガスの量が少ないことに伴って燃焼の進行度が速くなりやすいときに、より多くの燃料の圧縮上死点付近までの混合時間および反応時間を短くできる。従って、圧縮上死点付近における混合気の燃焼の進行度をより確実に遅くできる。

さらに、プリイグ回避パターンでは、前段噴射（Ｑ１１）と後段噴射（Ｑ１２）の双方が圧縮行程に実施される。そのため、全燃料について、空気との混合および反応時間を短くでき、より一層確実に混合気の燃焼の進行度を遅くできる。特に、本実施形態では、前段噴射（Ｑ１１）が吸気弁１１の閉弁後に実施される。そのため、さらに確実に混合気の燃焼の進行度を遅くできる。前段噴射（Ｑ１１）と後段噴射（Ｑ１２）の実施時期が前記のように設定されることの効果について、図１３等を用いて具体的に説明する。

図１３は、燃焼室６内の温度である筒内温度つまり燃焼室６内の混合気の温度および混合気の当量比（理論空燃比を空燃比で割った値）と混合気の自着火のしやすさとの関係を調べた結果である。図１３のグラフの横軸は筒内温度、縦軸は自着火のしやすさを表している。具体的には、縦軸は、混合気を自着火させるのに必要なＯＨラジカルの量であり、この量が多く混合気を自着火させるのに多量のＯＨラジカルが必要なときは、混合気は自着火しにくいといえる。図１３のグラフの３つのラインは混合気の当量比（空燃比）が互いに異なるラインであり、下側のラインほど当量比が大きく空燃比は小さく（リッチに）なっている。

図１３に示されるように、混合気は、筒内温度つまり混合気の温度が高いほど自着火しやすい。ここで、燃焼室６の中央部分は外周部分に比べて高温になる。これより、混合気の自着火は燃焼室６の中央部分でまず開始する。これに対して、本実施形態では、前段噴射（Ｑ１１）と後段噴射（Ｑ１２）とが前記のような時期に実施されることで燃焼室６の中央部分での混合気の燃焼が過度に促進されるのが防止される。

具体的には、圧縮行程の前半且つ吸気弁１１の閉弁後は、ピストン５の上昇中および吸気弁１１の閉弁後であることに伴い燃焼室６内の吸気流動が弱い。そのため、前段噴射（Ｑ１１）が圧縮行程の前半且つ吸気弁１１の閉弁後に実施されることで、図１４（ａ）に示すように、前段噴射（Ｑ１１）によって噴射された燃料Ｆ１の拡散は抑制され、この燃料Ｆ１の大部分は燃焼室６の外周付近に留まることになる。そして、図１４（ｂ）に示すように、この燃料分布は圧縮上死点付近まで概ね維持される。そのため、前段噴射（Ｑ１１）に係る燃料と空気の混合および反応は主として燃焼室６の外周付近で生じ、この反応に伴う燃焼室６の中央付近の昇温量は小さく抑えられる。また、圧縮上死点付近において燃焼室６の中央に分布する自着火直前の状態の混合気の量が少なく抑えられることになる。従って、燃焼室６の中央付近で開始する混合気の自着火のタイミングが遅くされて、燃焼の進行度が遅くされる。なお、通常制御時（燃焼騒音防止制御の実施時以外の時）は、前段噴射（Ｑ１）が吸気行程中に実施されることで前段噴射の燃料は燃焼室６の全体に拡散する。

ここで、プリイグ回避パターンでは圧縮行程の後半に後段噴射が実施される。圧縮行程の後半であってピストン５が圧縮上死点に近いタイミングで燃料が噴射されると、燃料は燃焼室６の中央付近に供給されることになる。また、プリイグ回避パターンでは、後段噴射の噴射量の割合が増大される。これより、プリイグ回避パターンでは、圧縮上死点付近において燃焼室６の中央付近の混合気の空燃比は小さく（リッチに）なり、空燃比の点からは燃焼室６の中央付近において混合気は自着火しやすくなるといえる。しかしながら、前記のように、プリイグ回避パターンでは、前段噴射による燃焼室６の中央付近の昇温量は小さく抑えられる。また、前記のように、後段噴射から圧縮上死点までの時間が短いことで圧縮上死点付近において後段噴射に係る燃料と空気の反応は十分に進んでおらず、これによっても燃焼室６の中央付近の温度上昇は抑制される。従って、燃焼室６の中央付近にて混合気の自着火が過度に促進されることはなく、混合気の燃焼の進行度は遅くなる。

このことは、図１５（ａ）と（ｂ）との比較からも明らかである。図１５（ａ）、（ｂ）は、圧縮上死点において、燃焼室６内に存在する各温度と各空燃比の混合気の分布を示した図である。図１５（ａ）、（ｂ）では、色の濃い方が混合気の分布割合が多いことを表している。また、図１５（ａ）は、後段噴射の割合を５％としたとき（前段噴射の割合を９５％としたとき）の図であり、図１５（ｂ）は後段噴射の割合を３０％としたとき（前段噴射の割合を７０％としたとき）の図である。これら図１５（ａ）、（ｂ）に示した破線は、自着火のしやすさが同じになる温度と空燃比とをつないだラインである。図１５（ａ）に示すように、前段噴射の割合が大きく後段噴射の割合が小さい場合は、空燃比は比較的大きい（リーンである）が高温である混合気、の割合が大きくなる。これに対して、図１５（ｂ）に示すように、前段噴射の割合が小さく後段噴射の割合が大きい場合は、空燃比は比較的小さい（リッチである）が低温である混合気、の割合が大きくなる。そして、図１５（ａ）の場合に比べて図１５（ｂ）の場合の方が、自着火しにくい領域に多くの混合気が分布することになる。従って、プリイグ回避パターンでは、後段噴射の割合が大きくされて燃焼室６の中央付近に空燃比の高い混合気が形成されるものの、混合気は自着火しにくい状態とされて混合気の燃焼の進行度が遅くされる。

また、本実施形態では、ＥＧＲ率不足量が判定不足量以上というＥＧＲ率不足条件の成立時に、スロットル弁３２の開度が低減されて空気充填量が低減される。そのため、ＥＧＲ率の目標ＥＧＲ率に対する不足量が大きく燃焼室６内の混合気の空燃比が適正な値よりも大きいことに伴って燃焼騒音が増大しやすいときに、効果的に空気充填量を低減でき、燃焼騒音の増大を確実に防止できる。

特に、本実施形態では、前記ＥＧＲ率不足条件の成立時で、且つ、吸気温が判定吸気温以上のときに、空気充填量が低減される。そのため、ＥＧＲ率の目標ＥＧＲ率に対する不足量が大きく且つ吸気の温度が高いことに伴って燃焼騒音が増大しやすいときに、燃焼室６に導入される空気の量が低減されて燃焼騒音の増大が効果的に抑制される。そして、空気充填量が低減される機会が過度に多くなるのを防止してエンジントルクを確保できる。

ここで、混合気に含まれるＯＨラジカルが多い方が混合気の燃焼は促進される。また、ＮＯｘが浄化装置をすり抜けるとＯＨラジカルが生成されるということが分かっている。これより、三元触媒４１ａの下流側の排気通路４０内の排気ガスが吸気通路３０に還流されて気筒に導入されるように構成された本実施形態のエンジンでは、気筒２内のＯＨラジカルが多くなって混合気の燃焼の進行度が速くなり、燃焼騒音が増大しやすい。これに対して、本実施形態では、前記のように、燃焼騒音の増大が抑制されるようにスロットル弁３２およびインジェクタ１５が制御される。そのため、効果的に燃焼騒音の増大を抑制できる。

（６）変形例
前記の実施形態では、エンジンがＳＰＣＣＩ燃焼が実施されるものである場合を説明したが、エンジンで実施される燃焼形態はこれに限らない。

また、過給機３３が駆動される運転領域は前記に限らない。

また、前記の実施形態では、ＥＧＲ通路５１がバイパス通路３８の途中部に接続されている場合について説明したが、ＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲガスが吸気通路３０の過給機３３よりも上流側の部分に還流されるように構成されればよく、ＥＧＲ通路５１の接続箇所は上記に限らない。例えば、吸気通路３０のうちバイパス通路３８の上流端よりも上流側の位置や、吸気通路３０のうちバイパス通路３８の上流端と過給機３３との間の位置に、ＥＧＲ通路５１が接続されてもよい。この場合においても、過給機３３の停止時に主としてＥＧＲガスがバイパス通路３８を通って燃焼室６に導入されることで、過給機３３よりも上流側の部分のＥＧＲガスの割合は小さくなり、過給機３３の駆動開始時に燃焼室６内の混合気が過度にリーンになるおそれがある。これより、前記の場合においても、前記の実施形態に係る制御を実施すれば、燃焼騒音の増大を確実に抑制できる。

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 燃焼室
１５ インジェクタ（燃料噴射手段、燃焼抑制手段）
３０ 吸気通路
３２ スロットル弁（空気充填量変更手段）
３３ 過給機
３８ バイパス通路
４０ 排気通路
５０ ＥＧＲ装置
１００ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (8)

1. 気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路と、前記吸気通路に設けられて吸気を過給する過給機と、前記吸気通路に設けられて前記過給機をバイパスするバイパス通路と、前記排気通路内の排気ガスの一部であるＥＧＲガスを前記吸気通路のうち前記過給機よりも上流側の部分に還流させるＥＧＲ装置とを備えるエンジンの制御装置であって、
   気筒内の混合気の燃焼の進行を抑制可能な燃焼抑制手段と、
   気筒内の全ガス量に対する気筒内のＥＧＲガスの量の割合であるＥＧＲ率が所定の基準ＥＧＲ率未満であるか否かを判定する判定手段と、
   前記過給機および前記燃焼抑制手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   停止状態にある前記過給機を駆動する過給開始時において、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率未満であることが前記判定手段により判定された場合、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときに比べて気筒内の混合気の燃焼の進行が抑制されるように前記燃焼抑制手段を制御する燃焼緩慢化制御を実施し、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上であることが前記判定手段により判定された場合、前記燃焼緩慢化制御の実施を禁止するとともに、
   前記過給開始時でない場合、前記燃焼緩慢化制御の実施を禁止し、
   気筒内に燃料を噴射するとともに前記燃焼抑制手段として機能する燃料噴射手段を備え、
   前記燃焼緩慢化制御の実行時、前記制御手段は、気筒への燃料噴射の実施時期が前記燃焼緩慢化制御の非実行時に比べて遅くなるように前記燃料噴射手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記燃料噴射手段は、第１の燃料噴射と、当該第１の燃料噴射よりも噴射時期の遅い第２の燃料噴射とを実施し、
   前記燃焼緩慢化制御の実行時、前記制御手段は、前記第２の燃料噴射が圧縮行程の後半に実施されるように前記燃料噴射手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記燃焼緩慢化制御の実行時、前記制御手段は、気筒に導入される空気量が多く且つ気筒に導入されるＥＧＲガスの量が少ないときほど、１燃焼サイクルに気筒に供給される燃料の総量に対する前記第２の燃料噴射によって気筒に供給される燃料の量の割合が大きく
   なるように、前記燃料噴射手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項２または３に記載のエンジンの制御装置において、
   前記燃焼緩慢化制御の実行時、前記制御手段は、前記第１の燃料噴射と前記第２の燃料噴射の双方を圧縮行程に実施する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   気筒に導入される空気の量である空気充填量を変更可能な空気充填量変更手段を有し、
   前記制御手段は、予め設定された目標ＥＧＲ率に対する前記ＥＧＲ率の不足量が所定の判定値以上というＥＧＲ率不足条件の成立時、前記空気充填量が低下するように前記空気充填量変更手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御手段は、前記ＥＧＲ率不足条件の成立時で、且つ、気筒に導入される吸気の温度が所定の判定吸気温以上のときに、前記空気充填量が低下するように前記空気充填量変更手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記排気通路に設けられて排気ガス中のＮＯｘを浄化可能な浄化装置を備え、
   前記ＥＧＲ装置は、前記浄化装置よりも下流側の前記排気通路内の排気ガスを前記吸気通路に還流させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   気筒内の混合気に点火を行う点火手段を備え、
   前記制御手段は、前記点火手段からの点火によって気筒内の混合気の一部が火花点火燃焼するとともに残りの混合気が自着火により燃焼するように前記点火手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。