(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】エンジンシステム
(51)【国際特許分類】
F02D 43/00 20060101AFI20231219BHJP
F02D 45/00 20060101ALI20231219BHJP
F02B 11/00 20060101ALI20231219BHJP
F02B 23/10 20060101ALI20231219BHJP
【ＦＩ】
F02D43/00 301A
F02D43/00 301G
F02D43/00 301Z
F02D45/00 360A
F02D45/00 362
F02D45/00 364Z
F02B11/00 B
F02B23/10 320
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020189300
(22)【出願日】2020-11-13
(65)【公開番号】P2022078555
(43)【公開日】2022-05-25
【審査請求日】2023-02-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】神長 隆史
(72)【発明者】
【氏名】藤川 竜也
(72)【発明者】
【氏名】山川 正尚
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 直也
(72)【発明者】
【氏名】松尾 涼平
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 優太
(72)【発明者】
【氏名】堀 隼基
(72)【発明者】
【氏名】武藤 充宏
(72)【発明者】
【氏名】藤井 拓磨
【審査官】津田 真吾
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－６４２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２６５８７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｄ ４１／００
Ｆ０２Ｄ ４３／００
Ｆ０２Ｄ ４５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリンダーと、前記シリンダーに往復動可能に収容されたピストンとを有するエンジンを含むエンジンシステムであって、前記エンジンに取り付けられかつ、前記シリンダー内へ燃料を噴射するインジェクタと、
前記エンジンに取り付けられかつ、燃料と空気及び既燃ガスを含む吸気との混合気に点火する点火プラグと、
吸気バルブ及び排気バルブの各々に接続されかつ、吸気充填量を調節するように前記吸気バルブ及び前記排気バルブの開閉を制御する可変動弁装置と、
前記インジェクタ、前記点火プラグ、及び、前記可変動弁装置と電気的に接続されかつ、前記エンジンの要求エンジン負荷に応じて、前記インジェクタ、前記点火プラグ、及び、前記可変動弁装置の各々を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、所定エンジン回転数において、要求エンジン負荷が第１エンジン負荷又は該第１エンジン負荷よりも高い第２エンジン負荷である場合には、前記インジェクタ及び前記点火プラグを制御して、前記シリンダー内の混合気を圧縮着火燃焼させる燃焼形態を実行可能に構成されており、
さらに制御器は、
前記吸気バルブが閉じたときの前記シリンダー内の温度である吸気閉弁時温度を推定し、
所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が第１エンジン負荷である場合には、前記吸気閉弁時温度が第１温度以上であるときには、前記シリンダー内の混合気の全てを圧縮着火燃焼させる一方、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度よりも低いときには、前記シリンダー内の混合気の少なくとも一部を火炎伝播燃焼させるように、前記インジェクタ及び前記点火プラグを制御し、
前記所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第２エンジン負荷である場合には、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度よりも低い第２温度以上であるときには、前記シリンダー内の混合気の全てを圧縮着火燃焼させる一方、前記吸気閉弁時温度が前記第２温度よりも低いときには、前記シリンダー内の混合気の少なくとも一部を火炎伝播燃焼させるように、前記インジェクタ及び前記点火プラグを制御する、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項2】
請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、前記制御器は、前記所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第１エンジン負荷である場合に、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度よりも低いときには、前記前記シリンダー内の混合気の少なくとも一部が火炎伝播燃焼し、残りが圧縮着火燃焼するように、前記点火プラグを駆動する、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のエンジンシステムにおいて、前記所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第１エンジン負荷である場合に、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度以上であるときの燃焼形態は、
１サイクル中における燃料の噴射タイミングと噴射量とに基づく噴射重心が第１タイミングとなるように前記インジェクタを制御し、前記シリンダー内の混合気の全てが圧縮着火燃焼するように、前記点火プラグを駆動しない第１圧縮着火燃焼形態と、
前記噴射重心が第１タイミングよりも遅い第２タイミングとなるように前記インジェクタを制御し、前記前記シリンダー内の混合気が全て圧縮着火するように、前記点火プラグを駆動しない第２圧縮着火燃焼形態と、
を含み、
前記制御器は、前記所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第１エンジン負荷である場合に、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度よりも高い第３温度以上であるときには、前記第１圧縮着火燃焼形態を実行する一方、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度以上でかつ第３温度よりも低いときには、前記第２圧縮着火燃焼形態を実行する、ことを特徴とするエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示された技術は、エンジンシステムに関する技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
従来より、圧縮自己着火燃焼（以下、ＣＩ（Compression Ignition）燃焼）により、エンジンの熱効率が向上することが知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、エンジン負荷が低い場合に、ＣＩ燃焼、より正確にはＨＣＣＩ（Homogeneous Charged Compression Ignition：予混合圧縮自己着火）燃焼し、エンジン負荷が高い場合に、点火プラグを用いたＳＩ（Spark Ignition）燃焼するエンジンが記載されている。この特許文献１のエンジンは、エンジン負荷が変化すると、燃焼形態を切り替えるように構成されている。尚、ＳＩ燃焼において、混合気は、点火後、火炎伝播により燃焼するため、以下において、ＳＩ燃焼と、火炎伝播燃焼とは、同義とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１２－２１５０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、本願発明者らがＣＩ燃焼について鋭意研究したところよると、ＣＩ燃焼の制御因子は主に、シリンダー内の混合気温度と、既燃ガスを含むシリンダー内の吸気の、燃料に対する質量比率（Ｇ／Ｆ）であり、吸気バルブが閉じたタイミングにおける筒内温度（ＴＩＶＣ）及びＧ／Ｆを狙いのＴＩＶＣ及びＧ／Ｆにすることによって、ＣＩ燃焼の着火時期及び燃焼期間をコントロールできることがわかった。本願発明者らの研究によれば、特に、ＴＩＶＣの寄与は大きく、混合気を全てに対してＣＩ燃焼が可能なＴＩＶＣと、ＳＩ燃焼が可能なＴＩＶＣとの間には、大きなギャップがあることが分かった。
【0006】
ＳＩ燃焼が可能であるとは、ＳＩ燃焼の燃焼安定性が基準を満たしかつ、異常燃焼を抑制できることである。ＣＩ燃焼が可能であるとは、ＣＩ燃焼の燃焼安定性が基準を満たしかつ、異常燃焼を抑制できることである。この異常燃焼は、ＳＩ燃焼においては、ＴＩＶＣが高いときのノッキングやプリイグニッションであり、ＣＩ燃焼においては、急峻すぎる燃焼やＴＩＶＣが低いときの失火等である。
【0007】
特許文献１に記載されたエンジンのように、エンジン負荷が変化することに応じて、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り替える、又は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼へ切り替えるとしても、シリンダー内のＴＩＶＣを、切り替え先の燃焼形態に対応するＴＩＶＣへ瞬時に変化させることは困難である。
【0008】
また、本願発明者らの研究によれば、エンジン負荷によって、ＣＩ燃焼を可能にするＴＩＶＣが異なることが分かった。このため、エンジン負荷はＣＩ燃焼が可能なエンジン負荷であっても、ＴＩＶＣの条件が満たされていなければ、ＣＩ燃焼を適切に実行することができない。ＣＩ燃焼を適切に実行することができなければ、燃費の向上と燃焼安定性の向上とを両立させることができない。
【0009】
ここに開示された技術は斯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、エンジン負荷に応じてＣＩ燃焼を実行するエンジンシステムにおいて、燃費の向上と燃焼安定性の向上とを両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、エンジン負荷はＣＩ燃焼が可能なエンジン負荷であっても、予測される筒内温度（ＴＩＶＣ）に応じて、燃焼安定性が基準を満たしかつ異常燃焼を抑制できる燃焼形態とするようにした。
【0011】
具体的に、ここに開示する技術は、シリンダーと、前記シリンダーに往復動可能に収容されたピストンとを有するエンジンを含むエンジンシステムを対象として、前記エンジンに取り付けられかつ、前記シリンダー内へ燃料を噴射するインジェクタと、前記エンジンに取り付けられかつ、燃料と空気及び既燃ガスを含む吸気との混合気に点火する点火プラグと、吸気バルブ及び排気バルブの各々に接続されかつ、吸気充填量を調節するように前記吸気バルブ及び前記排気バルブの開閉を制御する可変動弁装置と、前記インジェクタ、前記点火プラグ、及び、前記可変動弁装置と電気的に接続されかつ、前記エンジンの要求エンジン負荷に応じて、前記インジェクタ、前記点火プラグ、及び、前記可変動弁装置の各々を制御する制御器とを備え、前記制御器は、所定エンジン回転数において、要求エンジン負荷が第１エンジン負荷又は該第１エンジン負荷よりも高い第２エンジン負荷である場合には、前記インジェクタ及び前記点火プラグを制御して、前記シリンダー内の混合気を圧縮着火燃焼させる燃焼形態を実行可能に構成されており、さらに制御器は、前記吸気バルブが閉じたときの前記シリンダー内の温度である吸気閉弁時温度を推定し、所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が第１エンジン負荷である場合には、前記吸気閉弁時温度が第１温度以上であるときには、前記シリンダー内の混合気の全てを圧縮着火燃焼させる一方、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度よりも低いときには、前記シリンダー内の混合気の少なくとも一部を火炎伝播燃焼させるように、前記インジェクタ及び前記点火プラグを制御し、前記所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第２エンジン負荷である場合には、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度よりも低い第２温度以上であるときには、前記シリンダー内の混合気の全てを圧縮着火燃焼させる一方、前記吸気閉弁時温度が前記第２温度よりも低いときには、前記シリンダー内の混合気の少なくとも一部を火炎伝播燃焼させるように、前記インジェクタ及び前記点火プラグを制御する、という構成とした。
【0012】
この構成によると、所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が第１又は第２エンジン負荷である場合には、シリンダー内の混合気を圧縮着火燃焼させることが可能である。これにより、エンジンの燃効率が向上して、燃費が向上する。
【0013】
また、エンジンの運転状態が、圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転数及びエンジン負荷であって、吸気閉弁時温度（ＴＩＶＣ）が第１温度以上であるときには、制御器は、シリンダー内の混合気の全てを圧縮着火燃焼（ＣＩ燃焼）させる。一方で、圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転数及びエンジン負荷であって、ＴＩＶＣが第１温度よりも低いときには、シリンダー内の混合気の少なくとも一部を火炎伝播燃焼（ＳＩ燃焼）させる。
【0014】
すなわち、ＴＩＶＣが第１温度よりも低いときには、シリンダー内の混合気の全てをＣＩ燃焼させようとしても、燃焼安定性が悪化してしまう。このため、シリンダー内の混合気の少なくとも一部をＳＩ燃焼させる。ＳＩ燃焼であれば、ＴＩＶＣが多少低くても安定して混合気を燃焼させることができる。また、ＳＩ燃焼によりシリンダー内の温度を上昇させることができるため、ＴＩＶＣを早期に第１温度以上にして、シリンダー内の混合気の全てをＣＩ燃焼させることができるようになる。
【0015】
また、エンジン負荷が、第１エンジン負荷よりも高い第２エンジン負荷である場合には、第１温度よりも低い第２温度で、燃焼形態を切り換える。つまり、シリンダー内の混合気の全てをＣＩ燃焼させる燃焼形態と少なくとも一部にＳＩ燃焼を用いる燃焼形態とを切り換えるＴＩＶＣを低くする。エンジン負荷が高ければ、一般に燃料噴射量が多く、比較的濃い混合気となるため、ＴＩＶＣが低い場合であっても、ＣＩ燃焼の燃焼安定性を高くすることができる。これにより、早期にＣＩ燃焼に切り換えることができ、燃費を向上させることができる。
【0016】
したがって、ＣＩ燃焼を実行するエンジンシステムにおいて、燃費の向上と燃焼安定性の向上とを両立させることができる。
【0017】
前記エンジンシステムの一実施形態では、前記制御器は、前記所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第１エンジン負荷である場合に、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度よりも低いときには、前記前記シリンダー内の混合気の少なくとも一部が火炎伝播燃焼し、残りが圧縮着火燃焼するように、前記点火プラグを駆動する、という構成でもよい。
【0018】
この構成によると、ＴＩＶＣが低い場合には、点火によるアシストを行って、圧縮着火させる燃焼形態、所謂ＳＰＣＣＩ（Spark Controlled Compression Ignition：火花点火制御圧縮着火）燃焼を実行する。つまり、ＴＩＶＣが低い場合に、一部をＳＩ燃焼させつつも、残りはＣＩ燃焼するため、燃焼安定性を向上させつつ燃費をより向上させることができる。
【0019】
前記エンジンシステムにおいて、前記所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第１エンジン負荷である場合に、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度以上であるときの燃焼形態は、１サイクル中における燃料の噴射タイミングと噴射量とに基づく噴射重心が第１タイミングとなるように前記インジェクタを制御し、前記シリンダー内の混合気の全てが圧縮着火燃焼するように、前記点火プラグを駆動しない第１圧縮着火燃焼形態と、前記噴射重心が第１タイミングよりも遅い第２タイミングとなるように前記インジェクタを制御し、前記前記シリンダー内の混合気が全て圧縮着火するように、前記点火プラグを駆動しない第２圧縮着火燃焼形態と、を含み、前記制御器は、前記所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第１エンジン負荷である場合に、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度よりも高い第３温度以上であるときには、前記第１圧縮着火燃焼形態を実行する一方、前記吸気閉弁時温度が前記第１温度以上でかつ第３温度よりも低いときには、前記第２圧縮着火燃焼形態を実行する、という構成でもよい。
【0020】
この構成によると、エンジンの運転状態が、圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転数及びエンジン負荷である場合に、ＴＩＶＣかなり高いときには、制御器は、噴射重心が第１タイミングとなるように、インジェクタを制御する。第１タイミングは相対的に早いタイミングである。早いタイミングでシリンダー内に燃料を噴射することにより、比較的強い吸気流動によって燃料が拡散するため、シリンダー内には、燃料が均質な、又は、ほぼ均質な混合気が形成される。そして、シリンダー内の混合気は全て圧縮着火燃焼、つまり、ＨＣＣＩ燃焼する。ＴＩＶＣが十分に高いため、ＨＣＣＩ燃焼の燃焼安定性が高まる。尚、噴射重心は、例えば１サイクル中に、１回、又は、複数回に分けて噴射した燃料の、クランク角に対する質量重心によって規定できる。
【0021】
一方で、ＴＩＶＣが第１温度以上ではあるが第３温度よりも低いときには、制御器は、ＨＣＣＩ燃焼とは異なる燃焼形態となるように、インジェクタ等を制御する。具体的には、制御器は、噴射重心が相対的に遅い第２タイミングとなるように、インジェクタを制御する。尚、インジェクタは、燃料を一括で噴射してもよいし、分割で噴射してもよい。噴射重心が相対的に遅いと、シリンダー内への燃料の供給タイミングが遅いため、燃料の噴射から着火するまでの時間が短い。このため、噴射重心が第１タイミングである場合とは異なり、シリンダー内の混合気は均質にならない。混合気が均質でないことにより、比較的濃い混合気を部分的に形成することができる。これにより、ＴＩＶＣが若干低い場合であっても、シリンダー内の混合気の全てを圧縮着火燃焼させることができる。
【0022】
したがって、ＣＩ燃焼を実行するエンジンシステムにおいて、燃費の向上と燃焼安定性の向上とをより効果的に両立させることができる。
【発明の効果】
【0023】
以上説明したように、ここに開示された技術によると、エンジン負荷に応じてＣＩ燃焼を実行するエンジンシステムにおいて、ＴＩＣＶに応じて燃焼形態を切り換えるとともに、エンジン負荷に応じて燃焼形態を切り換えるＴＩＶＣを変化させることで、燃費の向上と燃焼安定性の向上とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、エンジンシステムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジン、エンジンシステム、及び、その制御方法は例示である。
【0026】
図１は、エンジンシステムを例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室の構造を例示する図である。図１における吸気側と排気側との位置と、図２における吸気側と排気側との位置とは、入れ替わっている。図３は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。
【0027】
エンジンシステムは、エンジン１を有している。エンジン１は、シリンダー１１を有している。シリンダー１１の中で、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程が繰り返される。エンジン１は、４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって自動車は走行する。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。
【0028】
（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダーブロック１２と、シリンダーヘッド１３とを備えている。シリンダーヘッド１３は、シリンダーブロック１２の上に載置される。シリンダーブロック１２に、複数のシリンダー１１が形成されている。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１では、一つのシリンダー１１のみを示す。
エンジン１は、シリンダーブロック１２と、シリンダーヘッド１３とを備えている。シリンダーヘッド１３は、シリンダーブロック１２の上に載置される。シリンダーブロック１２に、複数のシリンダー１１が形成されている。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１では、一つのシリンダー１１のみを示す。
【0029】
各シリンダー１１には、ピストン３が内挿されている。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、シリンダー１１の内部を往復動する。ピストン３、シリンダー１１及びシリンダーヘッド１３は、燃焼室１７を形成する。
【0030】
シリンダーヘッド１３の下面、つまり、シリンダー１１の天井部は、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、後述する吸気バルブ２１側の傾斜面１３１１であり、シリンダー１１の中央部に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気バルブ２２側の傾斜面１３１２であり、シリンダー１１の中央部に向かって上り勾配となっている。シリンダー１１の天井部は、いわゆるペントルーフ型である。
【0031】
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の中央部は、上方に隆起している。隆起部は、略円錐形状を有している。
【0032】
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１５以上で、例えば３０以下に設定されている。後述するように、このエンジン１では、一部の運転領域において、混合気が、圧縮着火燃焼する。比較的高い幾何学的圧縮比は、圧縮着火燃焼を安定化させる。
【0033】
シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、シリンダー１１内に連通している。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、シリンダー１１の中にタンブル流が発生するような形状を有している。ペントルーフ型のシリンダー１１の天井部と、タンブルポートとは、シリンダー１１の中にタンブル流を発生させる。
【0034】
吸気ポート１８には、吸気バルブ２１が配設されている。吸気バルブ２１は、吸気ポート１８を開閉する。動弁装置は、吸気バルブ２１に接続されている。動弁装置は、吸気バルブ２１を所定のタイミングで開閉する。動弁装置は、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装置である。図３に示すように、動弁装置は、吸気Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３１を有している。吸気Ｓ－ＶＴ２３１は、油圧式又は電気式である。吸気Ｓ－ＶＴ２３１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。
【0035】
動弁装置はまた、吸気ＣＶＶＬ（Continuously Variable Valve Lift）２３２を有している。吸気ＣＶＶＬ２３２は、図５に例示するように、吸気バルブ２１のリフト量を、所定の範囲内で連続的に変更できる。吸気ＣＶＶＬ２３２は、公知の様々な構成を採用できる。一例として、特開２００７－８５２４１号公報に記載されているように、吸気ＣＶＶＬ２３２は、リンク機構と、コントロールアームと、ステッピングモータとを備えて構成できる。リンク機構は、吸気バルブ２１を駆動するためのカムを、カムシャフトの回転と連動して往復揺動運動させる。コントロールアームは、リンク機構のレバー比を可変的に設定する。リンク機構のレバー比が変わると、吸気バルブ２１を押し下げるカムの揺動量が変わる。ステッピングモータは、コントロールアームを電気的に駆動することによってカムの揺動量を変更し、それによって、吸気バルブ２１のリフト量を変更する。
【0036】
シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は、シリンダー１１内に連通している。
【0037】
排気ポート１９には、排気バルブ２２が配設されている。排気バルブ２２は、排気ポート１９を開閉する。動弁装置は、排気バルブ２２に接続されている。動弁装置は、排気バルブ２２を所定のタイミングで開閉する。動弁装置は、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装置である。図３に示すように、動弁装置は、排気Ｓ－ＶＴ２４１を有している。排気Ｓ－ＶＴ２４１は、油圧式又は電気式である。排気Ｓ－ＶＴ２４１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。
【0038】
動弁装置はまた、排気ＶＶＬ（Variable Valve Lift）２４２を有している。排気ＶＶＬ２４２は、図示は省略するが、排気バルブ２２を開閉するカムを切り替え可能に構成されている。排気ＣＶＶＬ２４２は、公知の様々な構成を採用できる。一例として、特開２０１８－１６８７９６公報に記載されているように、排気ＶＶＬ２４２は、第１のカムと、第２のカムと、第１のカムと第２のカムとを切り替える切り替え機構と、を有している。第１のカムは、排気行程において、排気バルブ２２を開閉するよう構成されている。第２のカムは、図５に例示するように、排気行程において、排気バルブ２２を開閉すると共に、吸気行程において、排気バルブ２２を再び開閉するよう構成されている。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を、第１のカムと第２のカムとのいずれか一方によって開閉することにより、排気バルブ２２のリフトを変更できる。
【0039】
吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、及び、排気ＶＶＬ２４２は、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉を制御することによって、シリンダー１１内への空気の導入量、及び、既燃ガスの導入量を調節する。吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、及び、排気ＶＶＬ２４２は、、吸気充填量を調節する。
【0040】
シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。図２に示すように、インジェクタ６は、シリンダー１１の中央部に配設されている。より詳細に、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。
【0041】
インジェクタ６は、シリンダー１１の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型である。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、シリンダー１１の中央部から周辺部に向かって、放射状に広がるように燃料を噴射する。図２の下図に示すように、インジェクタ６の噴口の軸は、シリンダー１１の中心軸Ｘに対して、所定の角度θを有している。尚、インジェクタ６は、図例では、周方向に等角度に配置された十個の噴口を有しているが、噴口の数、及び、配置は特に制限されない。
【0042】
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。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の噴口からシリンダー１１の中に噴射される。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。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。
【0043】
シリンダーヘッド１３には、シリンダー１１毎に、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２が取り付けられている。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２はそれぞれ、シリンダー１１の中の混合気に強制的に点火をする。図２に示すように、第１点火プラグ２５１は、二つの吸気バルブ２１の間に配置され、第２点火プラグ２５２は、二つの排気バルブ２２の間に配置されている。第１点火プラグ２５１の先端、及び、第２点火プラグ２５２の先端は、インジェクタ６を挟んだ吸気側と排気側とのそれぞれにおいて、シリンダー１１の天井部の付近に位置している。尚、点火プラグは、一つでもよい。
【0044】
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、各シリンダー１１の吸気ポート１８に連通している。シリンダー１１に導入される空気は、吸気通路４０を流れる。吸気通路４０の上流端部には、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、空気を濾過する。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、シリンダー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、各シリンダー１１の吸気ポート１８に接続されている。
【0045】
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、スロットルバルブ４３が配設されている。スロットルバルブ４３は、バルブの開度を調節することによって、シリンダー１１の中への空気の導入量を調節できる。スロットルバルブ４３は、エンジン１の運転中は、基本的には全開である。空気の導入量は、前述した可変動弁装置によって調節される。
【0046】
エンジン１は、シリンダー１１内にスワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール発生部は、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロールバルブ５６を有している。スワールコントロールバルブ５６は、詳細な図示は省略するが、サージタンク４２よりも下流において、各シリンダー１１に接続されたプライマリ通路及びセカンダリ通路のうちのセカンダリ通路に配設されている。スワールコントロールバルブ５６は、当該セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調節バルブである。スワールコントロールバルブ５６の開度が小さいと、プライマリ通路からシリンダー１１に流入する吸気流量が相対的に多くかつ、セカンダリ通路からシリンダー１１に流入する吸気流量が相対的に少ないから、シリンダー１１内のスワール流が強くなる。スワールコントロールバルブ５６の開度が大きいと、プライマリ通路及びセカンダリ通路のそれぞれからシリンダー１１に流入する吸気流量が、略均等になるから、シリンダー１１内のスワール流が弱くなる。スワールコントロールバルブ５６を全開にすると、スワール流が発生しない。
【0047】
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、各シリンダー１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、シリンダー１１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、シリンダー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、各シリンダー１１の排気ポート１９に接続されている。
【0048】
排気通路５０には、複数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。上流の触媒コンバーターは、例えば三元触媒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、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。
【0049】
吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が接続されている。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におけるスロットルバルブ４３とサージタンク４２との間に接続されている。
【0050】
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バルブ５４が配設されている。ＥＧＲバルブ５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲバルブ５４の開度を調節することによって、冷却した排気ガスの還流量を調節することができる。
【0051】
エンジン１の制御装置は、図３に示すように、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って、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Ｉ／Ｆ回路１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御器の一例である。
【0052】
ＥＣＵ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ１０が接続されている。センサＳＷ１～ＳＷ１０は、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。
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を流れる空気の流量を計測する。
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を流れる空気の温度を計測する。
吸気圧センサＳＷ３：サージタンク４２に取り付けられかつ、シリンダー１１に導入される空気の圧力を計測する。
筒内圧センサＳＷ４：各シリンダー１１に対応してシリンダーヘッド１３に取り付けられかつ、各シリンダー１１内の圧力を計測する。
水温センサＳＷ５：エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する。
クランク角センサＳＷ６：エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する。
アクセル開度センサＳＷ７：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計測する。
吸気カム角センサＳＷ８：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計測する。
排気カム角センサＳＷ９：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計測する。
吸気カムリフトセンサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、吸気バルブ２１のリフト量を計測する。
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を流れる空気の流量を計測する。
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を流れる空気の温度を計測する。
吸気圧センサＳＷ３：サージタンク４２に取り付けられかつ、シリンダー１１に導入される空気の圧力を計測する。
筒内圧センサＳＷ４：各シリンダー１１に対応してシリンダーヘッド１３に取り付けられかつ、各シリンダー１１内の圧力を計測する。
水温センサＳＷ５：エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する。
クランク角センサＳＷ６：エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する。
アクセル開度センサＳＷ７：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計測する。
吸気カム角センサＳＷ８：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計測する。
排気カム角センサＳＷ９：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計測する。
吸気カムリフトセンサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、吸気バルブ２１のリフト量を計測する。
【0053】
ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１～ＳＷ１０の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶しているマップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。
【0054】
ＥＣＵ１００は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２、燃料供給システム６１、スロットルバルブ４３、ＥＧＲバルブ５４、及び、スワールコントロールバルブ５６に出力する。
【0055】
（エンジンの運転制御マップ）
図４は、エンジン１の制御に係るベースマップを例示している。ベースマップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。ベースマップは、第１ベースマップ４０１、及び、第２ベースマップ４０２を含んでいる。ＥＣＵ１０は、エンジン１の冷却水温の高低に応じて、二種類のベースマップの中から選択したベースマップを、エンジン１の制御に用いる。第１ベースマップ４０１は、エンジン１の温間時のベースマップである。第２ベースマップ４０２は、エンジン１の、いわば冷間時のベースマップである。
図４は、エンジン１の制御に係るベースマップを例示している。ベースマップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。ベースマップは、第１ベースマップ４０１、及び、第２ベースマップ４０２を含んでいる。ＥＣＵ１０は、エンジン１の冷却水温の高低に応じて、二種類のベースマップの中から選択したベースマップを、エンジン１の制御に用いる。第１ベースマップ４０１は、エンジン１の温間時のベースマップである。第２ベースマップ４０２は、エンジン１の、いわば冷間時のベースマップである。
【0056】
第１ベースマップ４０１及び第２ベースマップ４０２は、エンジン１の負荷及び回転数によって規定されている。第１ベースマップ４０１は、負荷の高低及び回転数の高低に対して大別して、第１領域、第２領域、第３領域、及び、第４領域の四つの領域に分かれる。より詳細に、第１領域は、高回転領域４１１と、高負荷中回転領域４１２とを含む。高回転領域４１１は、低負荷から高負荷までの全体に広がる。第２領域は、高負荷低回転領域４１３、４１４に相当する。第３領域は、アイドル運転を含む低負荷領域４１５に相当しかつ、低回転及び中回転の領域に広がる。第４領域は、低負荷領域４１５よりも負荷が高くかつ、高負荷中回転領域４１２及び高負荷低回転領域４１３、４１４よりも負荷が低い、中負荷領域４１６、４１７である。
【0057】
高負荷低回転領域４１３、４１４は、最大負荷を含む第１高負荷低回転領域４１３と、第１高負荷低回転領域４１３よりも負荷が高い第２高負荷低回転領域４１４とに分かれる。中負荷領域４１６、４１７は、第１中負荷領域４１６と、第１中負荷領域４１６よりも負荷が低い第２中負荷領域４１７とに分かれる。
【0058】
第２ベースマップ４０２は、第１領域、第２領域、及び、第３領域の三つの領域に分かれる。より詳細に、第１領域は、高回転領域４２１と、高負荷中回転領域４２２とを含む。第２領域は、高負荷低回転領域４２３、４２４に相当する。第３領域は、負荷方向については、アイドル運転を含む低負荷領域から中負荷領域まで広がるとともに、回転数方向については、低回転及び中回転の領域に広がる低中負荷領域４２５である。
【0059】
高負荷低回転領域４２３、４２４は、相対的に負荷低い第１高負荷低回転領域４２３と、第１高負荷低回転領域４２３よりも負荷が高い領域であって、最大負荷を含む第２高負荷低回転領域４２４とに分かれる。
【0060】
第２ベースマップ４０２の第１領域は、第１ベースマップ４０１の第１領域に対応し、第２ベースマップ４０２の第２領域は、第１ベースマップ４０１の第２領域に対応し、第２ベースマップ４０２の第３領域は、第１ベースマップ４０１の第３領域及び第４領域に対応する。
【0061】
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、高回転領域としてもよい。
【0062】
また、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を負荷方向に、低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域の略三等分にしたときの、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。
【0063】
（エンジンの燃焼形態）
次に、各領域におけるエンジン１の運転について詳細に説明をする。ＥＣＵ１０は、エンジン１に対する要求負荷、及び、エンジン１の回転数に応じて、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉動作、燃料の噴射タイミング、及び、点火の有無を変える。吸気充填量、燃料の噴射タイミング、及び、点火の有無を変えることによって、シリンダー１１内の混合気の燃焼形態が変わる。このエンジン１は、燃焼形態を、均質ＳＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、ＨＣＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ燃焼、及び、ＭＰＣＩ燃焼に変える。図５は、各燃焼形態に対応する、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉動作、燃料の噴射タイミング、及び、点火タイミングと、混合気が燃焼することによってシリンダー１１内で生じる熱発生率の波形と、を例示している。図５の左から右にクランク角は進行する。以下、エンジン１の温間時を例に、各燃焼形態について説明する。
次に、各領域におけるエンジン１の運転について詳細に説明をする。ＥＣＵ１０は、エンジン１に対する要求負荷、及び、エンジン１の回転数に応じて、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉動作、燃料の噴射タイミング、及び、点火の有無を変える。吸気充填量、燃料の噴射タイミング、及び、点火の有無を変えることによって、シリンダー１１内の混合気の燃焼形態が変わる。このエンジン１は、燃焼形態を、均質ＳＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、ＨＣＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ燃焼、及び、ＭＰＣＩ燃焼に変える。図５は、各燃焼形態に対応する、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉動作、燃料の噴射タイミング、及び、点火タイミングと、混合気が燃焼することによってシリンダー１１内で生じる熱発生率の波形と、を例示している。図５の左から右にクランク角は進行する。以下、エンジン１の温間時を例に、各燃焼形態について説明する。
【0064】
（均質ＳＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第１領域、つまり、高回転領域４１１、又は、高負荷中回転領域４１２にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気を火炎伝播燃焼させる。より具体的に、吸気Ｓ－ＶＴ２３１は吸気バルブ２１の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を所定のリフト量に設定する。吸気バルブ２１のリフト量は、後述する排気バルブ２２のリフト量と実質的に同じである。排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気バルブ２１と排気バルブ２２とは、吸気上死点の付近において共に開弁する（符号７０１参照）。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を１回だけ開閉させる。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内には、比較的多量の空気と、比較的少量の既燃ガスとが導入される。既燃ガスは、基本的には、シリンダー１１内に残留する内部ＥＧＲガスである。
エンジン１の運転状態が第１領域、つまり、高回転領域４１１、又は、高負荷中回転領域４１２にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気を火炎伝播燃焼させる。より具体的に、吸気Ｓ－ＶＴ２３１は吸気バルブ２１の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を所定のリフト量に設定する。吸気バルブ２１のリフト量は、後述する排気バルブ２２のリフト量と実質的に同じである。排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気バルブ２１と排気バルブ２２とは、吸気上死点の付近において共に開弁する（符号７０１参照）。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を１回だけ開閉させる。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内には、比較的多量の空気と、比較的少量の既燃ガスとが導入される。既燃ガスは、基本的には、シリンダー１１内に残留する内部ＥＧＲガスである。
【0065】
インジェクタ６は、吸気行程の期間内に、シリンダー１１内に燃料を噴射する（符号７０２参照）。インジェクタ６は、図例に示すように、一括噴射を行ってもよい。シリンダー１１内に噴射された燃料は、強い吸気流動によって拡散する。シリンダー１１内には、燃料濃度が均質な混合気が形成される。混合気の質量比率、つまり、既燃ガスを含むシリンダー１１内の吸気の、燃料に対する質量比率Ｇ／Ｆは、２０程度になる。尚、シリンダー１１内の空気の、燃料に対する質量比率Ａ／Ｆは、理論空燃比である。
【0066】
第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は共に、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する（符号７０３参照）。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、同時に点火をしてもよいし、タイミングをずらして点火をしてもよい。
【0067】
第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火後、混合気は火炎伝播燃焼する（符号７０４参照）。回転数が高すぎて圧縮着火燃焼が困難な高回転領域４１１、及び、負荷が高すぎて圧縮着火燃焼が困難な高負荷中回転領域４１２において、エンジン１は、燃焼安定性を確保しかつ異常燃焼を抑制しながら、運転できる。
【0068】
この燃焼形態は均質な混合気を火花点火燃焼させるため、この燃焼形態のことを、均質ＳＩ燃焼と呼ぶ場合がある。
【0069】
（リタードＳＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第２領域、つまり、第１高負荷低回転領域４１３、又は、第２高負荷低回転領域４１４にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気を火炎伝播燃焼させる。より具体的に、エンジン１の運転状態が第２高負荷低回転領域４１４にある場合に、吸気Ｓ－ＶＴ２３１は、吸気バルブ２１の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を所定のリフト量に設定する。吸気バルブ２１のリフト量は、後述する排気バルブ２２のリフト量と実質的に同じである。排気Ｓ－ＶＴ２４１は、排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気バルブ２１と排気バルブ２２とは、吸気上死点の付近において共に開弁する（符号７０５参照）。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を１回だけ開閉させる。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内には、比較的多量の空気と、比較的少量の既燃ガスとが導入される。既燃ガスは、基本的には、シリンダー１１内に残留する内部ＥＧＲガスである。Ｇ／Ｆは、２０程度である。
エンジン１の運転状態が第２領域、つまり、第１高負荷低回転領域４１３、又は、第２高負荷低回転領域４１４にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気を火炎伝播燃焼させる。より具体的に、エンジン１の運転状態が第２高負荷低回転領域４１４にある場合に、吸気Ｓ－ＶＴ２３１は、吸気バルブ２１の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を所定のリフト量に設定する。吸気バルブ２１のリフト量は、後述する排気バルブ２２のリフト量と実質的に同じである。排気Ｓ－ＶＴ２４１は、排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気バルブ２１と排気バルブ２２とは、吸気上死点の付近において共に開弁する（符号７０５参照）。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を１回だけ開閉させる。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内には、比較的多量の空気と、比較的少量の既燃ガスとが導入される。既燃ガスは、基本的には、シリンダー１１内に残留する内部ＥＧＲガスである。Ｇ／Ｆは、２０程度である。
【0070】
エンジン１の運転状態が第１高負荷低回転領域４１３にある場合に、吸気Ｓ－ＶＴ２３１は、吸気バルブ２１の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を、第２高負荷低回転領域４１４の場合よりも、小さくする。吸気バルブ２１の閉時期は、第１高負荷低回転領域４１３の場合の方が、第２高負荷低回転領域４１４の場合よりも進角する（符号７０９参照）。排気Ｓ－ＶＴ２４１は、排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気バルブ２１と排気バルブ２２とは、吸気上死点に付近において共に開弁する。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を１回だけ開閉する。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、第２高負荷低回転領域４１４にある場合よりも、シリンダー１１内に導入される空気量が減って、既燃ガス量が増える。第１高負荷低回転領域４１３のＧ／Ｆは、第２高負荷低回転領域４１４のＧ／Ｆよりもリーンであって、そのＧ／Ｆは、２５程度である。
【0071】
第１高負荷低回転領域４１３、又は、第２高負荷低回転領域４１４は、負荷が高くかつ回転数が低い領域であるため、プリイグニッション又はノッキングといった異常燃焼が生じやすい。インジェクタ６は、圧縮行程の期間内に、シリンダー１１内に燃料を噴射する（符号７０６、７１０参照）。シリンダー１１内に燃料を噴射するタイミングを遅くすることによって、異常燃焼の発生が抑制される。インジェクタ６は、図例に示すように、一括噴射を行ってもよい。
【0072】
相対的に負荷が高い第２高負荷低回転領域４１４において、インジェクタ６は、相対的に遅いタイミングで燃料をシリンダー１１内に噴射する（符号７０６参照）。インジェクタ６は、例えば圧縮行程の後半、又は、圧縮行程の終期に、燃料を噴射してもよい。尚、圧縮行程の後半は、圧縮行程を前半と後半とに二等分した場合の後半に相当する。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期、終期の三等分した場合の終期に相当する。負荷が高い第２高負荷低回転領域４１４において、燃料の噴射タイミングが遅いことは、異常燃焼の抑制に有利である。
【0073】
相対的に負荷が低い第１高負荷低回転領域４１３において、インジェクタ６は、相対的に早いタイミングで燃料をシリンダー１１内に噴射する（符号７１０参照）。インジェクタ６は、例えば圧縮行程の中期に、燃料を噴射してもよい。ここで、圧縮行程の中期は、圧縮行程を、初期、中期、終期の三等分した場合の中期に相当する。
【0074】
圧縮行程期間にシリンダー１１内に噴射された燃料は、その噴射の流動によって拡散する。混合気を急速に燃焼させて、異常燃焼の発生の抑制と、燃焼安定性の向上を図る上で、燃料の噴射圧は高い方が好ましい。高い噴射圧は、圧縮上死点付近において、圧力が高くなっているシリンダー１１内に、強い流動を生成する。強い流動は、火炎伝播を促進する。
【0075】
第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は共に、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する（符号７０７、７１１参照）。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、同時に点火をしてもよいし、タイミングをずらして点火をしてもよい。負荷が高い第２高負荷低回転領域４１４において、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、遅角した燃料の噴射タイミングに対応して、圧縮上死点よりも後のタイミングで、点火を行う。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火後、混合気は火炎伝播燃焼する（符号７０８、７１２参照）。
【0076】
回転数が低くて異常燃焼が発生しやすい運転状態において、エンジン１は、燃焼安定性を確保しかつ、異常燃焼を抑制しながら、運転できる。この燃焼形態は噴射タイミングを遅角させているため、この噴射形態のことをリタードＳＩ燃焼と呼ぶ場合がある。
【0077】
（ＨＣＣＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第３領域、つまり、低負荷領域４１５にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気を圧縮着火燃焼させる。より具体的に、エンジン１の運転状態が低負荷領域４１５にある場合に、排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を２回、開閉させる。つまり、第１領域及び第２領域と、第３領域との間において、排気ＶＶＬ２４２は、第１カムと第２カムとの切り替えを行う。排気バルブ２２は、排気行程において開閉し、吸気行程において開閉する。排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気Ｓ－ＶＴ２３１は吸気バルブ２１の開閉時期を、遅角させる。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を小に設定する。吸気バルブ２１の閉時期は、最も遅角している（符号７１３参照）。
エンジン１の運転状態が第３領域、つまり、低負荷領域４１５にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気を圧縮着火燃焼させる。より具体的に、エンジン１の運転状態が低負荷領域４１５にある場合に、排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を２回、開閉させる。つまり、第１領域及び第２領域と、第３領域との間において、排気ＶＶＬ２４２は、第１カムと第２カムとの切り替えを行う。排気バルブ２２は、排気行程において開閉し、吸気行程において開閉する。排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気Ｓ－ＶＴ２３１は吸気バルブ２１の開閉時期を、遅角させる。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を小に設定する。吸気バルブ２１の閉時期は、最も遅角している（符号７１３参照）。
【0078】
この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内には、比較的少量の空気と、多量の既燃ガスとが導入される。既燃ガスは、基本的には、シリンダー１１内に残留する内部ＥＧＲガスである。混合気のＧ／Ｆは、４０程度である。多量にシリンダー１１内に導入した内部ＥＧＲガスは、筒内温度を高める。
【0079】
インジェクタ６は、吸気行程の期間内に、シリンダー１１内に燃料を噴射する（符号７１４参照）。前述したように、強い吸気流動によって燃料は拡散し、シリンダー１１内に均質な混合気が形成される。インジェクタ６は、図例に示すように、一括噴射を行ってもよい。インジェクタ６は、分割噴射を行ってもよい。
【0080】
エンジン１の運転状態が低負荷領域４１５にある場合に、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は共に、点火を行わない。シリンダー１１内の混合気は、圧縮上死点の付近において、圧縮着火する。エンジン１の負荷が低くて燃料量が少ないため、Ｇ／Ｆを燃料リーンにすることで、異常燃焼を抑制しながら、圧縮着火燃焼、より正確には、ＨＣＣＩ燃焼が実現する。また、内部ＥＧＲガスを多量に導入して、筒内温度を高めることによって、ＨＣＣＩ燃焼の安定性が高まるとともに、エンジン１の熱効率も向上する。このＨＣＣＩ燃焼は、第１圧縮着火燃焼形態に相当する。
【0081】
（ＳＰＣＣＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第２領域、より詳細には第１中負荷領域４１６にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気の一部を火炎伝播燃焼させ、残りを圧縮着火燃焼させる。より具体的に、排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を２回開閉させる（符号７１６参照）。内部ＥＧＲガスがシリンダー１１内に導入される。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を、低負荷領域４１５のリフト量よりも大に設定する。吸気バルブ２１の閉時期は、低負荷領域４１５の閉時期とほぼ同じである。吸気バルブ２１の開時期は、低負荷領域４１５の開時期よりも進角する。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内に導入される空気量が増え、既燃ガスの導入量は減る。混合気のＧ／Ｆは、たとえば３５である。
エンジン１の運転状態が第２領域、より詳細には第１中負荷領域４１６にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気の一部を火炎伝播燃焼させ、残りを圧縮着火燃焼させる。より具体的に、排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を２回開閉させる（符号７１６参照）。内部ＥＧＲガスがシリンダー１１内に導入される。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を、低負荷領域４１５のリフト量よりも大に設定する。吸気バルブ２１の閉時期は、低負荷領域４１５の閉時期とほぼ同じである。吸気バルブ２１の開時期は、低負荷領域４１５の開時期よりも進角する。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内に導入される空気量が増え、既燃ガスの導入量は減る。混合気のＧ／Ｆは、たとえば３５である。
【0082】
インジェクタ６は、圧縮行程の期間内に、シリンダー１１内に燃料を噴射する（符号７１７参照）。インジェクタ６は、図例に示すように、一括噴射を行ってもよい。遅い燃料噴射は、リタードＳＩ燃焼と同様に、異常燃焼の抑制に有利である。尚、インジェクタ６は、エンジン１の運転状態が、例えば第１中負荷領域４１６における低負荷の場合、吸気行程の期間と、圧縮行程の期間とのそれぞれにおいて、燃料を噴射してもよい。
【0083】
第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は共に、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する（符号７１８参照）。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２が点火した後の圧縮上死点付近において、混合気は火炎伝播燃焼を開始する。火炎伝播燃焼の発熱によりシリンダー１１の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播によりシリンダー１１の中の圧力が上昇する。このことによって、未燃混合気が、例えば圧縮上死点後に自己着火し、圧縮着火燃焼を開始する。圧縮着火燃焼の開始後、火炎伝播燃焼と圧縮着火燃焼とは並行して進行する。熱発生率の波形は、図５に例示するように、二山になる場合がある（符号７１９参照）。
【0084】
火炎伝播燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前のシリンダー１１の中の温度のばらつきを吸収することができる。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節することにより火炎伝播燃焼の発熱量を調節できる。混合気は、目標のタイミングで自己着火するようになる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＥＣＵ１０が、点火タイミングの調節を通じて、圧縮着火のタイミングを調節する。この燃焼形態は、点火が圧縮着火をコントロールするため、この燃焼形態のことをＳＰＣＣＩ（Spark Controlled Compression Ignition：火花点火制御圧縮着火）燃焼と呼ぶ場合がある。
【0085】
（ＭＰＣＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第２中負荷領域４１７にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気を圧縮着火燃焼させる。より具体的に、排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を２回開閉させる。内部ＥＧＲガスがシリンダー１１内に導入される。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を、第１中負荷領域４１６のリフト量よりも小に設定する。吸気バルブ２１の閉時期は、第１中負荷領域４１６の閉時期とほぼ同じである。吸気バルブ２１の開時期は、第１中負荷領域４１６の開時期よりも遅角する（符号７２０、７２４参照）。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内に導入される空気量が減り、既燃ガスの導入量は増える。Ｇ／Ｆは、例えば３５～３８ である。
エンジン１の運転状態が第２中負荷領域４１７にある場合に、ＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気を圧縮着火燃焼させる。より具体的に、排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気バルブ２２の開閉時期を所定の時期に設定する。排気ＶＶＬ２４２は、排気バルブ２２を２回開閉させる。内部ＥＧＲガスがシリンダー１１内に導入される。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気バルブ２１のリフト量を、第１中負荷領域４１６のリフト量よりも小に設定する。吸気バルブ２１の閉時期は、第１中負荷領域４１６の閉時期とほぼ同じである。吸気バルブ２１の開時期は、第１中負荷領域４１６の開時期よりも遅角する（符号７２０、７２４参照）。この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉形態によって、シリンダー１１内に導入される空気量が減り、既燃ガスの導入量は増える。Ｇ／Ｆは、例えば３５～３８ である。
【0086】
インジェクタ６は、吸気行程の期間内と、圧縮行程の期間内とのそれぞれにおいて、シリンダー１１内に燃料を噴射する。インジェクタ６は、分割噴射を行う。第２中負荷領域４１７において、ＥＣＵ１０は、スキッシュ噴射と、トリガー噴射との二つの噴射形態を使い分ける。スキッシュ噴射は、インジェクタ６が、吸気行程期間内と、圧縮行程の中期において燃料を噴射する噴射形態である（符号７２１、７２２参照）。トリガー噴射は、インジェクタ６が、吸気行程期間内と、圧縮行程の終期において燃料を噴射する噴射形態である（符号７２５、７２６参照）。
【0087】
スキッシュ噴射は、圧縮着火燃焼を緩慢にする噴射形態である。吸気行程期間内に噴射された燃料は、前述したように、強い吸気流動によってシリンダー１１内に拡散する。シリンダー１１内に均質な混合気が形成される。圧縮行程の中期に噴射された燃料は、図２の下図に例示するように、キャビティ３１の外の、スキッシュ領域１７１に到達する。スキッシュ領域１７１は、シリンダーライナーに近いため、元々温度が低い領域である上に、燃料の噴霧が気化する際の潜熱によって、さらに温度が低下する。シリンダー１１内の温度が局所的に低下すると共に、シリンダー１１内の全体において燃料が不均質になる。その結果、例えば筒内温度が高い場合に、異常燃焼の発生を抑制しつつ、混合気が所望のタイミングで圧縮着火する。スキッシュ噴射は、比較的緩慢な圧縮着火燃焼を可能にする。
【0088】
図５の四角は、インジェクタ６の噴射期間であり、四角の面積は、燃料の噴射量に相当する。スキッシュ噴射において、圧縮行程中の燃料の噴射量は、吸気行程中の燃料の噴射量よりも多い。キャビティ３１の外の、広い領域に燃料が噴射されるため、燃料の量が多くてもスモークの発生が抑制できる。燃料の量が多いほど、温度は低下する。圧縮行程中の燃料の噴射量は、要求される温度低下が実現できる量に設定すればよい。
【0089】
トリガー噴射は、圧縮着火燃焼を促進させる噴射形態である。吸気行程期間内に噴射された燃料は、前述したように、強い吸気流動によってシリンダー１１内に拡散する。シリンダー１１内に均質な混合気が形成される。圧縮行程の終期に噴射された燃料は、図６に例示するように、シリンダー１１内の高い圧力によって拡散しにくく、キャビティ３１の中の領域に留まる。尚、キャビティ３１の中の領域とは、シリンダー１１の径方向に対して、キャビティ３１の外周縁よりも径方向の内方の領域を意味する。ピストン３の頂面から凹陥するキャビティ３１の内部も、キャビティ３１の中の領域に含まれる。シリンダー１１内の燃料は不均質である。また、シリンダー１１の中央部は、シリンダーライナーから離れているため、温度が高い領域である。温度の高い領域に、燃料が濃い混合気塊が形成されるため、混合気の圧縮着火が促進される。その結果、圧縮行程噴射後に混合気が速やか圧縮着火して、圧縮着火燃焼を促進できる。トリガー噴射は、燃焼安定性を高める。
【0090】
スキッシュ噴射及びトリガー噴射は共に、シリンダー１１内の混合気を不均質にする。この点で、均質な混合気が形成されるＨＣＣＩ燃焼とは異なる。スキッシュ噴射及びトリガー噴射は共に、不均質な混合気を形成することによって、圧縮着火のタイミングをコントロールできる。
【0091】
この燃焼形態は、インジェクタが複数回の燃料噴射を行うため、この燃焼形態のことをＭＰＣＩ（Multiple Premixed fuel injection Compression Ignition：多段予混合燃料噴射圧縮着火）燃焼と呼ぶ場合がある。このＭＰＣＩ燃焼は、第２圧縮着火燃焼形態に相当する。
【0092】
尚、エンジン１の冷間時には、図４の第２ベースマップ４０２に示すように、温間時の第１ベースマップ４０１において、燃焼形態が、ＨＣＣＩ、ＭＰＣＩ、及びＳＰＣＣＩであった第３領域において、均質ＳＩ燃焼、又は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。これは、エンジン１の温度が低いため、圧縮着火燃焼が不安定になるためである。エンジン１の始動後、水温が上昇するに従い、ＥＣＵ１０は、ベースマップを、冷間時の第２ベースマップ４０２から温間時の第１ベースマップ４０１に切り替える。ＥＣＵ１０は、ベースマップが切り替えられると、エンジン１の回転数及び負荷が変化しなくても、燃焼形態を、例えば均質ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替える場合がある。
【0093】
（エンジンの負荷の高低に対するエンジン制御の詳細）
ここで、図５に示す各燃焼形態のタイミングチャートにおいて、図の下側の燃焼形態はエンジン１の負荷が低い場合の燃焼形態であり、図の上側の燃焼形態はエンジンの負荷が高い場合の燃焼形態である。エンジン１の負荷が高くなると、混合気のＧ／Ｆは小さくなる。エンジン１の負荷が低くなると、シリンダー１１内に導入される空気量が少なくかつ、既燃ガス量が多くなる。
ここで、図５に示す各燃焼形態のタイミングチャートにおいて、図の下側の燃焼形態はエンジン１の負荷が低い場合の燃焼形態であり、図の上側の燃焼形態はエンジンの負荷が高い場合の燃焼形態である。エンジン１の負荷が高くなると、混合気のＧ／Ｆは小さくなる。エンジン１の負荷が低くなると、シリンダー１１内に導入される空気量が少なくかつ、既燃ガス量が多くなる。
【0094】
次に、エンジンの負荷が変化することに対する燃料の噴射タイミングを比較する。ここで、燃料の噴射タイミングに関し、噴射重心を定義する。図８は、噴射重心を説明するための図である。図８の横軸はクランク角であり、クランク角は、図の左から右へ進行する。噴射重心は、１サイクル中に噴射された燃料の、クランク角に対する質量中心である。噴射重心は、１サイクル中における燃料の噴射開始タイミングと噴射量とから定まるから噴射終了タイミングまでのクランク角の中央値とする。例えば図７の符号チャート７１は、４に示す一括噴射の場合の噴射タイミングsoi_1（start of injection）及び噴射期間pw_1を示している。図７の四角の左端は噴射開始のタイミング、右端は噴射終了のタイミングであり、四角における左右の長さは噴射期間に相当する。１燃焼サイクルにおける燃料の噴射圧力は一定である。そのため、噴射量は噴射期間に比例する。噴射重心を算出するに際して、噴射量は噴射期間で代用できる。
【0095】
一括噴射の場合の噴射重心ic_gは、一回の噴射期間の中央のクランク角ic_1に一致する。クランク角ic_1、つまり、噴射重心ic_gは、噴射開始のタイミングsoi_1と、噴射期間pw_1と、エンジン１の回転数Neと、から次式（１）で表すことができる。
ic_1＝soi_1＋（pw_1*Ne*360/60）/2＝soi_1＋3* pw_1*Ne ・・・（１）
図７のチャート７２は、チャート７１の場合よりも噴射開始のタイミングが遅角した例を示している。チャート７２も一括噴射であるため、噴射重心は、式（１）で算出できる。一括噴射の場合、噴射開始のタイミングが遅角すると、噴射重心も遅角する。
ic_1＝soi_1＋（pw_1*Ne*360/60）/2＝soi_1＋3* pw_1*Ne ・・・（１）
図７のチャート７２は、チャート７１の場合よりも噴射開始のタイミングが遅角した例を示している。チャート７２も一括噴射であるため、噴射重心は、式（１）で算出できる。一括噴射の場合、噴射開始のタイミングが遅角すると、噴射重心も遅角する。
【0096】
尚、図示は省略するが、噴射開始のタイミングが同じでかつ、噴射期間が変わると、噴射重心は変わる。
【0097】
図７のチャート７３は、分割噴射の場合を例示している。チャート７３の第１噴射の、噴射タイミング及び噴射期間は、チャート７１の第１噴射の噴射タイミング及び噴射期間と同じである。第２噴射の開始タイミングは、第１噴射の開始タイミングよりも遅い。
【0098】
第１噴射及び第２噴射の２回の噴射を含む場合、噴射重心ic_gは、１サイクル中に噴射された燃料の、クランク角に対する質量中心であるから、次式で定義される。
ic_g＝（pw_1*ic_1＋pw_2*ic_2）/（pw_1＋pw_2）・・・（２）
ic_1は、式（１）により算出できる。同様に、ic_2は、次式により算出できる。
ic_2＝soi_2＋（pw_2*Ne*360/60）/2＝soi_2＋3*pw_2*Ne ・・・（３）
式（１）、（２）、（３）から、噴射重心ic_gは、次式から算出できる。
ic_g＝（pw_1*（soi_1＋3*pw_1*Ne）＋pw_2*（soi_2＋3*pw_2*Ne））/（pw_1＋pw_2）・・・（４）
図７のチャート７３の噴射重心ic_gは、第１噴射に対して第２噴射が追加されることによって、チャート７１の噴射重心ic_gよりも遅角している。
尚、式（４）を一般化して、１サイクル中に、インジェクタ６がｎ回の燃料噴射を行う場合、噴射重心ic_gは、次式から算出できる。
ic_g＝
（pw_1*（soi_1＋3*pw_1*Ne）＋…＋pw_n*（soi_n＋3* pw_n*Ne））/（pw_1＋…＋pw_n）・・・（５）
図５に示すように、エンジン１の負荷が低い場合、混合気のＧ／Ｆは大きい（例えばＧ／Ｆ＝４０）。インジェクタ６は、吸気行程の期間に燃料を噴射する。噴射重心は進角側である。エンジン１の負荷が高くなると、混合気のＧ／Ｆが下がる（例えばＧ／Ｆ＝３５又は３８）。インジェクタ６は、吸気行程の期間と圧縮行程の期間とに燃料を噴射する（符号７２１、７２２、７２５、７２６）。噴射重心は遅角する。
ic_g＝（pw_1*ic_1＋pw_2*ic_2）/（pw_1＋pw_2）・・・（２）
ic_1は、式（１）により算出できる。同様に、ic_2は、次式により算出できる。
ic_2＝soi_2＋（pw_2*Ne*360/60）/2＝soi_2＋3*pw_2*Ne ・・・（３）
式（１）、（２）、（３）から、噴射重心ic_gは、次式から算出できる。
ic_g＝（pw_1*（soi_1＋3*pw_1*Ne）＋pw_2*（soi_2＋3*pw_2*Ne））/（pw_1＋pw_2）・・・（４）
図７のチャート７３の噴射重心ic_gは、第１噴射に対して第２噴射が追加されることによって、チャート７１の噴射重心ic_gよりも遅角している。
尚、式（４）を一般化して、１サイクル中に、インジェクタ６がｎ回の燃料噴射を行う場合、噴射重心ic_gは、次式から算出できる。
ic_g＝
（pw_1*（soi_1＋3*pw_1*Ne）＋…＋pw_n*（soi_n＋3* pw_n*Ne））/（pw_1＋…＋pw_n）・・・（５）
図５に示すように、エンジン１の負荷が低い場合、混合気のＧ／Ｆは大きい（例えばＧ／Ｆ＝４０）。インジェクタ６は、吸気行程の期間に燃料を噴射する。噴射重心は進角側である。エンジン１の負荷が高くなると、混合気のＧ／Ｆが下がる（例えばＧ／Ｆ＝３５又は３８）。インジェクタ６は、吸気行程の期間と圧縮行程の期間とに燃料を噴射する（符号７２１、７２２、７２５、７２６）。噴射重心は遅角する。
【0099】
エンジン１の負荷がさらに高くなると、混合気のＧ／Ｆがさらに下がる（例えばＧ／Ｆ＝３５）。インジェクタ６は圧縮行程の期間に燃料を噴射する（符号７１７）。噴射重心はさらに遅角する。
【0100】
エンジン１の負荷がさらに高くなると、混合気のＧ／Ｆがさらに下がる（例えばＧ／Ｆ＝２０又は２５）。インジェクタ６は吸気行程の期間に燃料を噴射する（符号７０２）、又は、圧縮行程の期間に燃料を噴射する（符号７０６、７１０）。噴射重心は、進角する、又は、遅角する。
【0101】
ＨＣＣＩ燃焼と均質ＳＩ燃焼とを比較する、又は、ＨＣＣＩ燃焼とリタードＳＩ燃焼とを比較すると、ＨＣＣＩ燃焼は、混合気のＧ／Ｆが大きいのに対し、均質ＳＩ燃焼又はリタードＳＩ燃焼は、混合気のＧ／Ｆが小さい。仮に、このエンジン１が、ＨＣＣＩ燃焼と、均質ＳＩ燃焼又はリタードＳＩ燃焼とを切り替えるだけであると、エンジン１の負荷が変化して、燃焼形態を切り替える際に、混合気のＧ／Ｆを大きく変更しなければならない。ところが、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、及び、排気ＶＶＬ２４２を含む可変動弁装置の応答性はそれほど高くない。混合気のＧ／Ｆを瞬時に変えることは困難である。
【0102】
ＭＰＣＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼は、混合気のＧ／Ｆが、ＨＣＣＩ燃焼のＧ／ＦとＳＩ燃焼のＧ／Ｆとの中間行われる。ＨＣＣＩ燃焼のＧ／Ｆと、ＭＰＣＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼のＧ／Ｆとの間のＧ／Ｆの変更、又は、ＳＩ燃焼のＧ／Ｆと、ＭＰＣＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼のＧ／Ｆとの間のＧ／Ｆの変更は、速やかに実行できる。
【0103】
また、Ｇ／ＦがＨＣＣＩ燃焼を実行可能な状態であったとしても、吸気バルブ２１の閉弁時の筒内温度ＴＩＶＣが低い場合、混合気の着火性が低下するため、ＨＣＣＩ燃焼を正常に実行することができない。この筒内温度ＴＩＶＣを調整するには、内部ＥＧＲガスの量等の吸気充填量の調整が必要である。したがって、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、及び、排気ＶＶＬ２４２を含む可変動弁装置の応答性がそれほど高くない以上は、筒内温度ＴＩＶＣについても瞬時に変えることは困難である。
【0104】
詳細は後述するが、ＭＰＣＩ燃焼またはＳＰＣＣＩ燃焼は、混合気が中間のＧ／Ｆ及び中間の筒内温度ＴＩＶＣである場合に、燃焼安定性を確保することと、異常燃焼を抑制することとを可能にする燃焼形態である。このエンジン１は、エンジンの負荷の変化に対して、混合気のＧ／Ｆ及び筒内温度ＴＩＶＣを速やかに変化させて、ＳＩ燃焼、ＨＣＣＩ燃焼、ＭＰＣＩ燃焼、及び、ＳＰＣＣＩ燃焼へ、燃焼形態をシームレスに切り替えることができる。その結果、エンジン１の負荷領域の全域に亘って、燃焼安定性の確保と、異常燃焼の抑制とが実現する。
【0105】
尚、ＭＰＣＩ燃焼において、インジェクタ６は、吸気行程期間の噴射と、圧縮行程期間の噴射とを行う。また、インジェクタ６は、分割噴射に代わって、噴射重心が、ＨＣＣＩ燃焼時の噴射重心よりも遅角するように、燃料を一括で噴射してもよい。噴射重心が遅角すると、燃料の噴射から点火までの時間が短くなるから、シリンダー１１内の混合気が均質にならなくなる。不均質な混合気は、燃焼安定性の確保と、異常燃焼の抑制とを実現する。
【0106】
（吸気バルブ及び排気バルブの開閉形態の変形例）
図８は、排気ＶＶＬ２４２が、排気バルブ２２を、排気行程と吸気行程とのそれぞれにおいて開弁するよう構成された例を示している。可変動弁装置の構成例は、これに限らない。この図８を参照しながら、可変動弁装置の変形例を説明する。
図８は、排気ＶＶＬ２４２が、排気バルブ２２を、排気行程と吸気行程とのそれぞれにおいて開弁するよう構成された例を示している。可変動弁装置の構成例は、これに限らない。この図８を参照しながら、可変動弁装置の変形例を説明する。
【0107】
図８の符号８１には、前記とは異なる排気バルブ２２のリフトカーブを示している。均質ＳＩのリフトカーブ８１１、第２リタードＳＩのリフトカーブ８１２、及び、第１リタードＳＩのリフトカーブ８１３は、図５のリフトカーブ７０１、７０５、７０９とそれぞれ同じである。ＳＰＣＣＩのリフトカーブ８１４、ＭＰＣＩのリフトカーブ８１５及びＨＣＣＩのリフトカーブ８１６は、図５のリフトカーブ７１６、７２０、７２４、７１３とは異なる。図８の符号８１において、排気バルブ２２は、排気行程で開弁し、最大リフトを超えてリフト量が次第に減少した後、閉弁をせずに、所定のリフトを維持する。排気バルブ２２は閉弁しないまま、吸気上死点を超えて、吸気行程における所定のタイミングで閉じる。排気バルブ２２を閉じずに、開弁した状態を維持することによって、エンジン１の損失低減に有利になる。尚、ＳＰＣＣＩのリフトカーブ８１４、ＭＰＣＩのリフトカーブ８１５及びＨＣＣＩのリフトカーブ８１６のそれぞれにおいて、吸気バルブ２１のリフトカーブは、図５のリフトカーブ７１６、７２０、７２４、７１３と同じである。
【0108】
図８の符号８２には、さらに別の排気バルブ２２のリフトカーブを示している。この変形例において、可変動弁装置は、吸気ＣＶＶＬ２３２及び排気ＶＶＬ２４２を備えていない。可変動弁装置は、吸気Ｓ－ＶＴ２３１及び排気Ｓ－ＶＴ２４１を備えている。可変動弁装置は、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉時期を変えることができる。
【0109】
符号８２は、吸気上死点を挟んで、吸気バルブ２１と排気バルブ２２との両方が閉弁しているネガティブオーバーラップ期間を設けることにより、内部ＥＧＲガスを、シリンダー１１内に留める。つまり、排気バルブ２２を吸気上死点に到達する前に閉じる。
【0110】
エンジン１の負荷が下がって、シリンダー１１内に導入する既燃ガスの量を増やす場合、排気バルブ２２の閉弁時期は進角する。また、シリンダー１１内に導入する空気の量を減らす場合、吸気バルブ２１の閉弁時期が、吸気下死点以降から離れるように遅角する。ネガティブオーバー期間は、エンジン１の負荷が低くなるに従い長くなる。
【0111】
尚、図示は省略するが、可変同弁装置は、吸気上死点を挟んで、吸気バルブ２１と排気バルブ２２との両方が開弁しているポジティブオーバーラップ期間を設けることにより、内部ＥＧＲガスを、シリンダー１１内に再導入してもよい。
【0112】
（燃焼形態の決定）
ＥＣＵ１０は、前述した各種のセンサＳＷ１～ＳＷ１０の計測信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断する。ＥＣＵ１０は、判断した運転状態に応じて、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２を制御する。吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２は、ＥＣＵ１０からの制御信号を受けて、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉を制御する。それによって、シリンダー１１内に対する吸気充填量が調節される。より詳細には、シリンダー１１内に導入される空気量と既燃ガス量とが調節される。
ＥＣＵ１０は、前述した各種のセンサＳＷ１～ＳＷ１０の計測信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断する。ＥＣＵ１０は、判断した運転状態に応じて、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２を制御する。吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２は、ＥＣＵ１０からの制御信号を受けて、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉を制御する。それによって、シリンダー１１内に対する吸気充填量が調節される。より詳細には、シリンダー１１内に導入される空気量と既燃ガス量とが調節される。
【0113】
ＥＣＵ１０はまた、エンジン１の運転状態に応じて、燃料の噴射量、及び、噴射タイミングを調節する。インジェクタ６は、ＥＣＵ１０からの制御信号を受けて、指定された量の燃料を、指定されたタイミングでシリンダー１１内に噴射する。
【0114】
ＥＣＵ１０はさらに、エンジン１の運転状態に応じて、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２を制御する。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、ＥＣＵ１０からの制御信号を受けて、指定されたタイミングで混合気に点火する。ＥＣＵ１０は、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２に制御信号を出力しない場合もある。この場合、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、混合気に点火しない。
【0115】
前述したように、このエンジン１は、その運転状態に応じて複数種類の燃焼形態を切り替えて運転を行う。これによって、広い運転領域の全域に亘って、燃焼安定性の確保と異常燃焼の抑制とを実現する。
【0116】
図９は、それぞれの燃焼形態において、燃焼安定性の確保と異常燃焼の抑制とが可能となる、混合気のＧ／Ｆと筒内温度ＴＩＶＣとの関係を例示している。筒内温度ＴＩＶＣは、より正確には、吸気バルブ２１が閉じたときの筒内温度である。また、図９は、エンジン１の回転数が２０００ｒｐｍでかつ、ＩＭＥＰ（Indicated Mean Effective Pressure（図示平均有効圧力）が、約４００ｋＰａである場合の例である。
【0117】
（均質ＳＩ燃焼）
均質ＳＩ燃焼は、Ｇ／Ｆが相対的に小さい場合において、燃焼安定性の確保と異常燃焼の抑制とが可能である。Ｇ／Ｆが大きくなると、つまり、Ｇ／Ｆがリーンになると、混合気の燃焼期間が長くなる。点火タイミングを進角することによって燃焼期間を短くしようとしても、Ｇ／Ｆが大きくなりすぎると、燃焼安定性の確保できなくなる。つまり、均質ＳＩ燃焼が可能な最大のＧ／Ｆが存在する（図９の実線参照）。
均質ＳＩ燃焼は、Ｇ／Ｆが相対的に小さい場合において、燃焼安定性の確保と異常燃焼の抑制とが可能である。Ｇ／Ｆが大きくなると、つまり、Ｇ／Ｆがリーンになると、混合気の燃焼期間が長くなる。点火タイミングを進角することによって燃焼期間を短くしようとしても、Ｇ／Ｆが大きくなりすぎると、燃焼安定性の確保できなくなる。つまり、均質ＳＩ燃焼が可能な最大のＧ／Ｆが存在する（図９の実線参照）。
【0118】
また、内部ＥＧＲガスの増量によって筒内温度ＴＩＶＣが高温になると、燃焼の緩慢化により燃焼期間が長くなる。筒内温度ＴＩＶＣがある程度の温度になるまでは、点火タイミングを進角することによって燃焼期間を短くできる。筒内温度ＴＩＶＣがさらに高温になると、異常燃焼を招きやすくなる。点火タイミングを遅角することによって異常燃焼を抑制しようとしても、筒内温度ＴＩＶＣが高温になりすぎると、点火タイミングが遅くなりすぎて、燃焼安定性が確保できなくなる。つまり、均質ＳＩ燃焼が可能な最高の筒内温度ＴＩＶＣも存在する。
【0119】
（ＨＣＣＩ燃焼）
ＨＣＣＩ燃焼は、Ｇ／Ｆが相対的に大きくかつ、筒内温度ＴＩＶＣが相対的に高い場合において、燃焼安定性の確保と異常燃焼の抑制とが可能である。Ｇ／Ｆが小さくなると、つまり、Ｇ／Ｆがリッチになると、圧縮着火燃焼が激しくなりすぎて、例えば燃焼騒音が許容範囲を超えてしまう。筒内温度ＴＩＶＣを下げることによって、着火時期を遅らせて燃焼を緩慢化しようとしても、筒内温度ＴＩＶＣが低くなり過ぎると、燃焼安定性が悪化してしまう。つまり、ＨＣＣＩ燃焼が可能な最小のＧ／Ｆが存在し、ＨＣＣＩが可能な最低の筒内温度ＴＩＶＣが存在する（図９の実線参照）。
ＨＣＣＩ燃焼は、Ｇ／Ｆが相対的に大きくかつ、筒内温度ＴＩＶＣが相対的に高い場合において、燃焼安定性の確保と異常燃焼の抑制とが可能である。Ｇ／Ｆが小さくなると、つまり、Ｇ／Ｆがリッチになると、圧縮着火燃焼が激しくなりすぎて、例えば燃焼騒音が許容範囲を超えてしまう。筒内温度ＴＩＶＣを下げることによって、着火時期を遅らせて燃焼を緩慢化しようとしても、筒内温度ＴＩＶＣが低くなり過ぎると、燃焼安定性が悪化してしまう。つまり、ＨＣＣＩ燃焼が可能な最小のＧ／Ｆが存在し、ＨＣＣＩが可能な最低の筒内温度ＴＩＶＣが存在する（図９の実線参照）。
【0120】
図９から明らかなように、均質ＳＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」と、ＨＣＣＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」とは、離れている。前述したように、仮にエンジン１の負荷が変化することに応じて、均質ＳＩとＨＣＣＩとの切り替えのみを行うようにすると、その切り替えに合わせて混合気のＧ／Ｆ、及び、筒内温度ＴＩＶＣを大きく変更しなければならない。混合気のＧ／Ｆ、及び、筒内温度ＴＩＶＣは主に、吸気充填量の調節によって調節されるが、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、及び排気ＶＶＬ２４２の応答遅れにより、混合気のＧ／Ｆ、及び、筒内温度ＴＩＶＣを、燃焼形態の切り替えに対応して瞬時に変化させることは困難である。
【0121】
（リタードＳＩ燃焼）
前述したように、均質ＳＩ燃焼において混合気のＧ／Ｆをリーンにする、又は、筒内温度ＴＩＶＣを高くすると、燃焼安定性が確保できなくなる。リタードＳＩ燃焼では、前述したように、圧縮上死点付近、つまり、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火前に、インジェクタ６がシリンダー１１内に燃料を噴射する。点火の直前までシリンダー１１内に燃料を噴射しないため、プリイグニッションを回避できる。
前述したように、均質ＳＩ燃焼において混合気のＧ／Ｆをリーンにする、又は、筒内温度ＴＩＶＣを高くすると、燃焼安定性が確保できなくなる。リタードＳＩ燃焼では、前述したように、圧縮上死点付近、つまり、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火前に、インジェクタ６がシリンダー１１内に燃料を噴射する。点火の直前までシリンダー１１内に燃料を噴射しないため、プリイグニッションを回避できる。
【0122】
圧縮上死点付近における燃料の噴射によって、シリンダー１１内に流動が生じ、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火後、火炎は、その流動を利用して速やかに伝播する。こうして、急速燃焼が実現し、ノッキングを抑制しながら、燃焼安定性が確保できる。リタードＳＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」は、均質ＳＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」よりも、混合気のＧ／Ｆが大きい（図９の破線参照）。リタードＳＩ燃焼は、均質ＳＩ燃焼の運転可能範囲に対して、Ｇ／Ｆのリーン側に、運転可能範囲を拡大する。
【0123】
（ＳＰＣＣＩ燃焼）
リタードＳＩ燃焼の運転可能範囲において、混合気のＧ／Ｆをさらにリーンにする、又は、筒内温度ＴＩＶＣをさらに高くすると、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火によって火炎伝播燃焼が開始した後、ノッキングとは異なる燃焼であって、穏やかな圧縮着火燃焼が開始する。制御された圧縮着火燃焼を含むＳＰＣＣＩ燃焼は、リタードＳＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」よりも、Ｇ／Ｆが大きい（図９の一点鎖線参照）。ＳＰＣＣＩ燃焼は、均質ＳＩ燃焼及びリタードＳＩ燃焼の運転可能範囲に対して、Ｇ／Ｆのリーン側に、運転可能範囲を拡大する。
リタードＳＩ燃焼の運転可能範囲において、混合気のＧ／Ｆをさらにリーンにする、又は、筒内温度ＴＩＶＣをさらに高くすると、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火によって火炎伝播燃焼が開始した後、ノッキングとは異なる燃焼であって、穏やかな圧縮着火燃焼が開始する。制御された圧縮着火燃焼を含むＳＰＣＣＩ燃焼は、リタードＳＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」よりも、Ｇ／Ｆが大きい（図９の一点鎖線参照）。ＳＰＣＣＩ燃焼は、均質ＳＩ燃焼及びリタードＳＩ燃焼の運転可能範囲に対して、Ｇ／Ｆのリーン側に、運転可能範囲を拡大する。
【0124】
しかしながら、ＳＰＣＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」と、ＨＣＣＩ燃料の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」との間には、未だ、大きなギャップが存在している。
【0125】
（ＭＰＣＩ燃焼）
ＭＰＣＩ燃焼は、ＨＣＣＩ燃焼の運転可能範囲に対して、Ｇ／Ｆのリッチ側及び筒内温度ＴＩＶＣの低温側のそれぞれに、運転可能範囲を拡大する。
ＭＰＣＩ燃焼は、ＨＣＣＩ燃焼の運転可能範囲に対して、Ｇ／Ｆのリッチ側及び筒内温度ＴＩＶＣの低温側のそれぞれに、運転可能範囲を拡大する。
【0126】
先ず、ＨＣＣＩ燃焼の運転可能範囲から混合気のＧ／Ｆをリッチにすると、圧縮着火燃焼が激しくなって異常燃焼を招く。圧縮着火燃焼を緩慢化させるために、ＭＰＣＩ燃焼のスキッシュ噴射は、圧縮行程の中期にシリンダー１１内に燃料を噴射する。前述したように、噴射された燃料は、キャビティ３１の外のスキッシュ領域１７１に到達して、スキッシュ領域１７１の燃料濃度を、局所的に高めると共に、温度を低下させる。その結果、圧縮着火のタイミングが遅角化すると共に、燃焼が緩慢化する。スキッシュ噴射は主に、ＨＣＣＩ燃焼の運転可能範囲に対して、Ｇ／Ｆのリッチ側に、運転可能範囲を拡大する。
【0127】
次に、ＨＣＣＩ燃焼の運転可能範囲から筒内温度ＴＩＶＣを低温にすると、圧縮着火のタイミングが遅角し、燃焼が緩慢になりすぎて燃焼安定性が低下する。圧縮着火のタイミングが進角するように、ＭＰＣＩ燃焼のトリガー噴射は、圧縮行程の終期にシリンダー１１内に燃料を噴射する。前述したように、噴射された燃料は、キャビティ３１の中において、拡散せずに、燃料濃度が高い混合気塊を形成する。その結果、燃料の噴射後、速やかに圧縮着火が開始して、周囲の均質な混合気も、速やかに自着火燃焼をする。トリガー噴射は主に、ＨＣＣＩ燃焼の運転可能範囲に対して、筒内温度ＴＩＶＣの低温側に、運転可能な範囲を拡大する。
【0128】
ＭＰＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」の一部は、ＳＰＣＣＩ領域の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」と重なっている。均質ＳＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」と、ＨＣＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」とのギャップが埋まる。
【0129】
ここで、ＭＰＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」は、スキッシュ噴射を行う領域と、トリガー噴射を行う領域とに分割される（図９に破線で示す分割線参照）。スキッシュ噴射を行う領域は、ＭＰＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」において、Ｇ／Ｆが相対的に小さくかつ、筒内温度ＴＩＶＣが相対的に高い領域である。トリガー噴射を行う領域は、ＭＰＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」において、Ｇ／Ｆが相対的に大きくかつ、筒内温度ＴＩＶＣが相対的に低い領域である。
【0130】
（エンジンの運転制御）
ＥＣＵ１０は、図４に示すベースマップに従い、エンジン１の要求負荷及び回転数に対応する燃焼形態が実現するように、混合気のＧ／Ｆと、筒内温度ＴＩＶＣと、を調節する。
ＥＣＵ１０は、図４に示すベースマップに従い、エンジン１の要求負荷及び回転数に対応する燃焼形態が実現するように、混合気のＧ／Ｆと、筒内温度ＴＩＶＣと、を調節する。
【0131】
ところが、可変動弁装置の応答遅れ等に起因して、混合気のＧ／Ｆ、及び／又は、筒内温度ＴＩＶＣがエンジン１の運転状態に対応せずに、ずれる場合がある。混合気のＧ／Ｆ、及び／又は、筒内温度ＴＩＶＣが目標のＧ／Ｆ、及び／又は、目標の筒内温度ＴＩＶＣからずれていると、混合気を、狙いの燃焼形態で燃焼させることができず、燃焼安定性が低下したり、異常燃焼が生じたり恐れがある。そこで、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に応じて燃焼形態を仮設定し、目標のＧ／Ｆ、及び／又は、目標の筒内温度ＴＩＶＣを定めて可変動弁装置を制御する。ＥＣＵ１０はまた、実際のＧ／Ｆ、及び／又は、実際の筒内温度ＴＩＶＣ、正確には予測したＧ／Ｆ、及び／又は、予測した筒内温度ＴＩＶＣに応じて燃焼形態を切り替えて、燃料の噴射タイミング、及び、点火の要否を調節する。
【0132】
図１０は、エンジン１の運転制御に係る選択マップを例示している。図１０は、図４の第１ベースマップ４０１においてＨＣＣＩ燃焼を行う第３領域、つまり、低負荷領域４１５を拡大して示している。低負荷領域４１５は、エンジン１の回転数と負荷とによって規定されている。低負荷領域４１５内は、図１０に例示するように、さらに細分化されている。図１０の選択マップは、一例として、低負荷領域４１５が負荷に応じて３分割されているが、その分割数は、特に限定されない。尚、図示は省略するが、図４のベースマップにおける各領域について、選択マップが設定されている。
【0133】
低負荷領域４１５内の分割領域毎に、図９に対応する「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」が設定されている。「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」は、前述したように、混合気のＧ／Ｆと、筒内温度ＴＩＶＣと、に応じて、燃焼形態を定めている。ＥＣＵ１０は、エンジン１の要求負荷と回転数とに応じて、図４のベースマップ従い、燃焼形態を設定（つまり、仮設定）し、吸気充填量の調節を行うとともに、図１０の選択マップに従い、その要求負荷と回転数と、予測したＧ／Ｆと予測した筒内温度ＴＩＶＣと、に応じて、燃焼形態を、最終的に決定する。
【0134】
ここで、図１０に例示するように、エンジン１の負荷に応じて、「Ｇ／Ｆ－ＴＩＶＣ範囲」は変化している。特に、図１１に例示するように、ＴＩＶＣは、エンジン１の回転数が一定のときには、エンジン１の要求負荷に応じて大きく変化する。
【0135】
図１１は、同一の回転数において、混合気の全てを圧縮着火させる燃焼形態（ＭＰＣＩ燃焼又はＨＣＣＩ燃焼）と少なくとも一部に火炎伝播燃焼を用いる燃焼形態（ＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又はＳＩ燃焼）への切換温度と要求負荷との関係を示す。回転数は、ＨＣＣＩ燃焼が可能な回転数であって、例えば、１０００ｒｐｍに設定されている。図１１の要求負荷の範囲は、図４及び図１０に示すＨＣＣＩ燃焼が可能な要求負荷以下の値である。図１１の縦軸は、ＭＰＣＩ燃焼とＳＰＣＣＩ燃焼との切換温度であり、ＥＣＵ１０は、この切換温度以上であればＭＰＣＩ燃焼又はＨＣＣＩ燃焼を実行する一方、この切換温度よりも低ければＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又はＳＩ燃焼を実行する。
【0136】
図１１の黒丸（●）はＧ／Ｆが相対的に高いときであり、黒三角（▲）はＧ／Ｆが相対的に低いときである。
【0137】
図１１に示すように、Ｇ／Ｆがいずれの値であっても、要求負荷が高い方が、要求負荷が低いときと比較して、切換温度が低いことがわかる。特に、要求負荷が高いほど、切換温度が低くなることがわかる。要求負荷が高ければ、一般に燃料噴射量が多いため、シリンダー１１内に均質な混合気が形成されたとしても、シリンダー１１内おける燃料濃度は高くなる。このため、ＴＩＶＣが低い場合であっても、ＣＩ燃焼の燃焼安定性を高くすることができる。よって、要求負荷が高いほど、切換温度を低く設定することができる。
【0138】
尚、図１１に示すように、切換温度は、Ｇ／Ｆにも依存しているが、要求負荷と比較すると僅かであるため、基本的には、要求負荷に応じて切換温度を設定することができる。
【0139】
これらのことから、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、所定の回転数において要求負荷が相対的に低い第１エンジン負荷である場合には、筒内温度ＴＩＶＣが相対的に高い第１温度以上であるときには、ＳＩ燃焼を利用しない、ＨＣＣＩ燃焼又はＭＰＣＩ燃焼を実行させる一方、筒内温度ＴＩＶＣが前記第１温度よりも低いときには、ＳＩ燃焼を利用する、ＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又はＳＩ燃焼を実行させ、所定の回転数において要求負荷が相対的に高い第２エンジン負荷である場合には、筒内温度ＴＩＶＣが相対的に低い第２温度以上であるときには、ＨＣＣＩ燃焼又はＭＰＣＩ燃焼を実行させる一方、筒内温度ＴＩＶＣが前記第２温度よりも低いときには、ＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又はＳＩ燃焼を実行させる。尚、所定の回転数は、ＨＣＣＩ燃焼が可能な範囲で任意に設定されたエンジン回転数である。これにより、筒内温度ＴＩＶＣが低いときには、少なくとも一部にＳＩ燃焼を用いる燃焼形態とすることで、燃焼安定性を高くするとともに、筒内を昇温させて、ＨＣＣＩ燃焼やＭＰＣＩ燃焼が可能な筒内温度ＴＩＶＣにすることができる。したがって、燃費の向上と燃焼安定性の向上とを両立することができる。
【0140】
尚、所定の回転数において要求負荷が相対的に低い第１エンジン負荷である場合、出来る限りエンジン１の熱効率を向上させる観点から、筒内温度ＴＩＶＣが前記第１温度よりも低いときには、ＳＰＣＣＩ燃焼を実行させるようにしている。また、図９や図１０に示すように、ＭＰＣＩ燃焼の運転可能範囲とＳＰＣＣＩ燃焼の運転可能範囲とが重複する部分があるが、本実施形態では、ＭＰＣＩ燃焼をＳＰＣＣＩ燃焼よりも優先して行う。
【0141】
また、本実施形態では、圧縮着火燃焼の燃焼安定性をより向上させる観点から、ＨＣＣＩ燃焼やＭＰＣＩ燃焼、すなわち、シリンダー１１内の混合気の全てを圧縮着火燃焼させることができる燃焼形態が可能な第１温度以上の運転可能範囲において、相対的に筒内温度ＴＩＶＣが低いときにＭＰＣＩ燃焼を実行し、相対的に筒内温度ＴＩＶＣが高いときにＨＣＣＩ燃焼を実行するようにしている。
【0142】
さらに、本実施形態では、このＨＣＣＩ燃焼とＭＰＣＩ燃焼との切換温度についても、負荷が高いほど低くなるようにしている。これにより、燃焼形態を、できる限り早期にＨＣＣＩ燃焼に切り換えることができ、エンジン１の燃費をより向上させることができる。
【0143】
（フローチャート）
次に、図１２及び図１３を参照しながら、ＥＣＵ１０が実行するエンジン１の運転制御の手順を説明する。尚、エンジン負荷は、図４のマップにおいて、ＨＣＣＩ燃焼を実行するエンジン負荷に属している。
次に、図１２及び図１３を参照しながら、ＥＣＵ１０が実行するエンジン１の運転制御の手順を説明する。尚、エンジン負荷は、図４のマップにおいて、ＨＣＣＩ燃焼を実行するエンジン負荷に属している。
【0144】
先ずステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各種のセンサの計測信号を取得し、続くステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、エンジン回転数Ｎｅと、アクセル開度ＡＰＯとから、目標トルクＴｑ（又は要求負荷）を演算する。この目標トルクＴｑは、前述したように、図４のマップにおいて、ＨＣＣＩ燃焼を実行するエンジン負荷に属している。
【0145】
ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、エンジン１の冷却水温に基づいて、図４の第１ベースマップ４０１、又は、第２ベースマップ４０２を選択するとともに、演算した目標トルクＴｑとエンジン１の回転数と、選択したベースマップとから、燃焼形態を仮決定する。
【0146】
ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態から、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２それぞれの、目標のバルブタイミングＶＴ及び目標のバルブリフトＶＬを演算する。目標のバルブリフトＶＬは、吸気ＣＶＶＬ２３２が連続的に変更する吸気バルブ２１のバルブリフトと、排気ＶＶＬ２４２が切り替える排気バルブ２２のカムとを含む。また、ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、目標の燃料噴射量Ｑｆを演算する。
【0147】
ステップＳ５において、ＥＣＵ１０は、目標のバルブタイミングＶＴ及びバルブリフトＶＬになるように、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、及び排気ＶＶＬ２４２へ制御信号を出力する。
【0148】
ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、吸気カム角センサＳＷ８、排気カム角センサＳＷ９、及び、吸気カムリフトセンサＳＷ１０の計測信号に基づいて、吸気バルブ２１の実際のバルブタイミングＶＴ及びバルブリフトＶＬ、並びに、排気バルブ２２の実際のバルブタイミングＶＴ及びバルブリフトＶＬを検出する。
【0149】
ステップＳ７において、ＥＣＵ１０は、実際のバルブタイミングＶＴ及びバルブリフトＶＬと、空気の温度Ｔａｉｒ、及び、エンジン１の水温Ｔｈｗとに基づいて、シリンダー１１内に導入される既燃ガス量（ＥＧＲ量）と、空気量とを推定する。
【0150】
そして、ステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、燃料噴射量Ｑｆと、ステップＳ７で推定した既燃ガス量及び空気量とから、混合気のＧ／Ｆと、筒内温度ＴＩＶＣとを予測する。
【0151】
次に、ステップＳ９において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２で算出した目標トルクＴｑとステップＳ８で予測したＧ／Ｆとから、燃焼形態を切り換えるための筒内温度ＴＩＶＣ、すなわち切換温度を設定する。この切換温度は、ＨＣＣＩ燃焼、ＭＰＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ燃焼、及びＳＩ燃焼の切換温度であり、ＨＣＣＩ燃焼とＭＰＣＩ燃焼との切換温度、ＭＰＣＩ燃焼とＳＰＣＣＩ燃焼との切換温度、ＳＰＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼との切換温度を含んでいる。ＳＩ燃焼は、リタードＳＩ燃焼と均質ＳＩ燃焼とを含む。
【0152】
ステップＳ１０では、図１３に示すように、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８で予測された筒内温度ＴＩＶＣに応じた燃焼形態を決定する。
【0153】
具体的には、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０は、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＨＣＣＩ燃焼への切換温度以上であるかを判定する。ＥＣＵ１０は、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＨＣＣＩ燃焼への切換温度以上であるＹＥＳのときには、ステップＳ１０２に進む一方で、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＨＣＣＩ燃焼への切換温度より低いＮＯのときには、ステップＳ１０３に進む。
【0154】
前記ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼に設定する。
【0155】
一方で、前記ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＭＰＣＩ燃焼への切換温度以上であるかを判定する。ＥＣＵ１０は、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＭＰＣＩ燃焼への切換温度以上であるＹＥＳのときには、ステップＳ１０４に進む一方で、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＭＰＣＩ燃焼への切換温度より低いＮＯのときには、ステップＳ１０５に進む。
【0156】
前記ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、燃焼形態をＭＰＣＩ燃焼に設定する。
【0157】
一方で、前記ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＳＰＣＣＩ燃焼を可能な温度であるかを判定する。ＥＣＵ１０は、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＳＰＣＣＩ燃焼を可能な温度であるＹＥＳのときには、ステップＳ１０６に進む一方で、予想された筒内温度ＴＩＶＣがＳＰＣＣＩ燃焼を出来ない温度であるＮＯのときには、ステップＳ１０７に進む。
【0158】
前記ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、燃焼形態をＳＰＣＣＩ燃焼に設定する。
【0159】
一方、前記ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は、燃焼形態をＳＩ燃焼に設定する。
【0160】
図１２に戻って、ステップＳ１０において燃焼形態の選択が完了した後は、ステップＳ１１に進んで、ＥＣＵ１０は、決定した燃焼形態に対応する、点火時期ＩＧＴと、噴射パターン、つまり、噴射タイミングとを決定する。
【0161】
そして、ステップＳ１２において、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６に制御信号を出力する。インジェクタ６は、決定された噴射パターンに従って、燃料を噴射する。ＥＣＵ１０はまた、点火を行う場合、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２へ制御信号を出力する。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、混合気に点火する。ステップＳ１２の後は、リターンする。
【0162】
要求エンジン負荷に応じて燃焼形態を変える場合に、可変動弁装置の応答遅れを考慮して、インジェクタ６が燃料を噴射するタイミングを設定できる。シリンダー１１内の状態に適した燃焼形態で、混合気が燃焼するため、燃焼安定性が基準を満たしかつ、異常燃焼を抑制できる。
【0163】
（まとめ）
したがって、本実施形態では、エンジンシステムは、エンジン１に取り付けられかつ、シリンダー１１内へ燃料を噴射するインジェクタ６と、エンジン１に取り付けられかつ、燃料と空気及び既燃ガスを含む吸気との混合気に点火する第１及び第２点火プラグ２５１，２５２と、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の各々に接続されかつ、吸気充填量を調節するように吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉を制御する可変動弁装置（吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２）と、インジェクタ６、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２、及び、前記可変動弁装置２３１，２３２，２４１，２４２と電気的に接続されかつ、エンジン１の要求エンジン負荷に応じて、インジェクタ６、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２、及び、前記可変動弁装置２３１，２３２，２４１，２４２の各々を制御するＥＣＵ１０とを備える。ＥＣＵ１０は、所定エンジン回転数において、要求エンジン負荷が第１エンジン負荷又は該第１エンジン負荷よりも高い第２エンジン負荷である場合には、インジェクタ６、並びに、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２を制御して、シリンダー１１内の混合気をＣＩ燃焼させる燃焼形態を実行可能に構成されている。さらにＥＣＵ１０は、吸気バルブ２１が閉じたときのシリンダー１１内の温度である筒内温度ＴＩＶＣを推定し、所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が第１エンジン負荷である場合には、筒内温度ＴＩＶＣが第１温度以上であるときには、シリンダー１１内の混合気の全てをＣＩ燃焼させる一方、筒内温度ＴＩＶＣが前記第１温度よりも低いときには、シリンダー１１内の混合気の少なくとも一部をＳＩ燃焼させるように、インジェクタ６、並びに、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２を制御し、所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第２エンジン負荷である場合には、筒内温度ＴＩＶＣが前記第１温度よりも低い第２温度以上であるときには、シリンダー１１内の混合気の全てをＣＩ燃焼させる一方、筒内温度ＴＩＶＣが前記第２温度よりも低いときには、シリンダー１１内の混合気の少なくとも一部をＳＩ燃焼させるように、インジェクタ６、並びに、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２を制御する。これにより、可変動弁装置の応答遅れを考慮して、インジェクタ６が燃料を噴射するタイミングを設定できる。シリンダー１１内の状態に適した燃焼形態で、混合気が燃焼するため、燃焼安定性が基準を満たしかつ、異常燃焼を抑制できる。特に、エンジン負荷が高く、シリンダー１１内の燃料の濃度が高いときには、燃焼形態を切り換える筒内温度ＴＩＶＣを低くすることで、混合気を全てＣＩ燃焼させる燃焼形態に早期に切り換えることができる。この結果、早期にエンジン１の熱効率を向上させることができ、燃費を向上させることができる。したがって、燃費の向上と燃焼安定性の向上とを両立させることができる。
したがって、本実施形態では、エンジンシステムは、エンジン１に取り付けられかつ、シリンダー１１内へ燃料を噴射するインジェクタ６と、エンジン１に取り付けられかつ、燃料と空気及び既燃ガスを含む吸気との混合気に点火する第１及び第２点火プラグ２５１，２５２と、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の各々に接続されかつ、吸気充填量を調節するように吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の開閉を制御する可変動弁装置（吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２）と、インジェクタ６、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２、及び、前記可変動弁装置２３１，２３２，２４１，２４２と電気的に接続されかつ、エンジン１の要求エンジン負荷に応じて、インジェクタ６、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２、及び、前記可変動弁装置２３１，２３２，２４１，２４２の各々を制御するＥＣＵ１０とを備える。ＥＣＵ１０は、所定エンジン回転数において、要求エンジン負荷が第１エンジン負荷又は該第１エンジン負荷よりも高い第２エンジン負荷である場合には、インジェクタ６、並びに、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２を制御して、シリンダー１１内の混合気をＣＩ燃焼させる燃焼形態を実行可能に構成されている。さらにＥＣＵ１０は、吸気バルブ２１が閉じたときのシリンダー１１内の温度である筒内温度ＴＩＶＣを推定し、所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が第１エンジン負荷である場合には、筒内温度ＴＩＶＣが第１温度以上であるときには、シリンダー１１内の混合気の全てをＣＩ燃焼させる一方、筒内温度ＴＩＶＣが前記第１温度よりも低いときには、シリンダー１１内の混合気の少なくとも一部をＳＩ燃焼させるように、インジェクタ６、並びに、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２を制御し、所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が前記第２エンジン負荷である場合には、筒内温度ＴＩＶＣが前記第１温度よりも低い第２温度以上であるときには、シリンダー１１内の混合気の全てをＣＩ燃焼させる一方、筒内温度ＴＩＶＣが前記第２温度よりも低いときには、シリンダー１１内の混合気の少なくとも一部をＳＩ燃焼させるように、インジェクタ６、並びに、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２を制御する。これにより、可変動弁装置の応答遅れを考慮して、インジェクタ６が燃料を噴射するタイミングを設定できる。シリンダー１１内の状態に適した燃焼形態で、混合気が燃焼するため、燃焼安定性が基準を満たしかつ、異常燃焼を抑制できる。特に、エンジン負荷が高く、シリンダー１１内の燃料の濃度が高いときには、燃焼形態を切り換える筒内温度ＴＩＶＣを低くすることで、混合気を全てＣＩ燃焼させる燃焼形態に早期に切り換えることができる。この結果、早期にエンジン１の熱効率を向上させることができ、燃費を向上させることができる。したがって、燃費の向上と燃焼安定性の向上とを両立させることができる。
【0164】
また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、所定エンジン回転数において要求エンジン負荷が第１エンジン負荷である場合に、筒内温度ＴＩＶＣが前記第１温度よりも低いときには、シリンダー１１内の混合気がＳＰＣＣＩ燃焼するように、第１及び第２点火プラグ２５１，２５２を駆動する。これにより、筒内温度ＴＩＶＣがかなり低い場合には、ＳＰＣＣＩ燃焼を実行することで、筒内温度ＴＩＶＣがかなり低い場合であっても、圧縮着火を行うことができる。また、ＳＰＣＣＩ燃焼により筒内温度ＴＩＶＣが上昇すれば、ＭＰＣＩ燃焼やＨＣＣＩ燃焼に移行して、シリンダー１１内の混合気の全てを圧縮着火させることができる。これにより、燃焼安定性を向上させつつ燃費をより向上させることができる。
【0165】
また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、所定の回転数において要求負荷が相対的に低い前記第１エンジン負荷である場合に、相対的に低い筒内温度ＴＩＶＣではＭＰＣＩ燃焼を実行し、相対的に高い筒内温度ＴＩＶＣではＨＣＣＩ燃焼を実行する。ＭＰＣＩ燃焼は、筒内温度ＴＩＶＣが多少低くても安定するため、このような構成とすることで、ＣＩ燃焼の燃焼安定性をより向上させることができる。
【0166】
（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【0167】
前述の実施形態では、Ｇ／Ｆと要求負荷とに基づいて燃焼形態を切り換える切換温度を設定してから、燃焼形態の選択をしていた。これに限らず、Ｇ／Ｆ、要求負荷、及び筒内温度ＴＩＶＣを図１０に示すようなマップに当てはめて、燃焼形態を決定するようにしてもよい。
【0168】
前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0169】
ここに開示された技術は、シリンダーと、シリンダーに往復動可能に収容されたピストンとを有するエンジンを含むエンジンシステムにおいて、燃費の向上と燃焼形態の安定性とを両立させる際に有用である。
【符号の説明】
【0170】
１ エンジン
３ ピストン
６ インジェクタ
１０ ＥＣＵ（制御器）
１１ シリンダー
２１ 吸気バルブ
２２ 排気バルブ
３１ キャビティ
２３１ 吸気Ｓ－ＶＴ（可変動弁機構）
２３２ 吸気ＣＶＶＬ（可変動弁機構）
２４１ 排気Ｓ－ＶＴ（可変動弁機構）
２４２ 排気ＶＶＬ（可変動弁機構）
２５１ 第１点火プラグ
２５２ 第２点火プラグ
３ ピストン
６ インジェクタ
１０ ＥＣＵ（制御器）
１１ シリンダー
２１ 吸気バルブ
２２ 排気バルブ
３１ キャビティ
２３１ 吸気Ｓ－ＶＴ（可変動弁機構）
２３２ 吸気ＣＶＶＬ（可変動弁機構）
２４１ 排気Ｓ－ＶＴ（可変動弁機構）
２４２ 排気ＶＶＬ（可変動弁機構）
２５１ 第１点火プラグ
２５２ 第２点火プラグ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】