JP7487646B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、エンジンシステムに関する。

圧縮着火燃焼（以下、ＣＩ（Compression Ignition）燃焼という場合がある）は、エンジンの熱効率を向上させる。特許文献１には、エンジン負荷が低い場合に、混合気をＣＩ燃焼、より正確にはＨＣＣＩ（Homogeneous Charged Compression Ignition：予混合圧縮着火）燃焼させ、エンジン負荷が高い場合に、点火プラグを用いて、混合気をＳＩ（Spark Ignition）燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、エンジン負荷が変化すると、燃焼形態を切り替える。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。

特開２０１２－２１５０９８号公報

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（Ｔ_ＩＶＣ）及びＧ／Ｆを狙いのＴ_ＩＶＣ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。また、本願発明者らの研究によれば、所定のＴ_ＩＶＣのもとでは、ＳＩ燃焼が可能なＧ／Ｆと、ＣＩ燃焼が可能なＧ／Ｆとの間にはギャップがあり、各燃焼に要求されるＧ／Ｆが、エンジン負荷に応じて変化することがわかった。

尚、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、ノッキング、プリイグニッション等の異常燃焼を抑制できることである。例えばＧ／Ｆが高すぎると（つまり、Ｇ／Ｆがリーンになりすぎると）、ＳＩ燃焼の燃焼安定性が基準を満たさない。

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、急峻すぎる燃焼、失火等の異常燃焼を抑制できることである。例えばＧ／Ｆが低すぎると（つまり、Ｇ／Ｆがリッチになりすぎると）、ＣＩ燃焼は異常燃焼を招きやすい。

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、前述のように、ＳＩ燃焼が可能なＧ／Ｆと、ＣＩ燃焼が可能なＧ／Ｆと、はエンジン負荷に応じて変化してしまう。そうである以上、燃焼形態を切り替えようとしたときに、切替先の燃焼形態に対応するＧ／Ｆの条件が満足されず、適切な切替が困難となる。燃焼形態を適切に切り替えることができなければ、燃費の向上を実現することはできない。

本願発明者らは、上記課題を解決するためにさらに鋭意研究を重ねた結果、ＨＣＣＩ燃焼等、全ての混合気が自己着火燃焼する第１の燃焼形態から、ＳＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ燃焼等、少なくとも一部の混合気が火炎伝播燃焼する第２の燃焼形態へ切り替える、又は、第２の燃焼形態から第１の燃焼形態へ切り替えようとしたときに、満足されるべきＧ／Ｆの条件をエンジン負荷に応じて異ならせることを新たに見出した。

具体的に、ここに開示する技術は、エンジンシステムに係る。このエンジンシステムは、
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と、
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、
既燃ガスを含む前記シリンダー内の吸気の、燃料に対する質量比率をＧ／Ｆとすると、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た目標のＧ／Ｆとなるように、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、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記制御器に計測信号を出力するセンサとを備え、
前記吸気バルブが閉じたタイミングにおける前記シリンダー内の温度をＴ _ＩＶＣ とし、前記エンジンの燃焼形態を定める前記Ｇ／Ｆの境界値のうち、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前記Ｇ／Ｆの下限値を第１切替Ｇ／Ｆとし、該混合気の全てが圧縮着火燃焼する燃焼形態をさらに使い分けるべく、前記第１切替Ｇ／Ｆよりも大きくなるよう設定された前記Ｇ／Ｆの境界値を第２切替Ｇ／Ｆとすると、
前記制御器は、前記エンジンの燃焼形態の切り替えに際し、
前記センサの計測信号に基づいて、実際に前記シリンダー内に導入される既燃ガス量及び空気量を推定し、
前記インジェクタから噴射される燃料噴射量と、実際に前記シリンダー内に導入される既燃ガス量及び空気量とに基づいて、実際の前記Ｇ／Ｆ及び前記Ｔ _ＩＶＣ を予測し、
前記要求エンジン負荷と前記Ｔ _ＩＶＣ の予測値とに基づいて、エンジン回転数が同一の条件下では、前記要求エンジン負荷が大きくなるほど小さくなるようにかつ前記Ｔ _ＩＶＣ の予測値が高くなるほど小さくなるように、前記第１及び第２切替Ｇ／Ｆをそれぞれ設定し、
前記Ｇ／Ｆの予測値と、前記第１切替Ｇ／Ｆと、前記第２切替Ｇ／Ｆとに対応した燃焼形態で、前記混合気を燃焼させ、
前記制御器は、前記混合気の燃焼に際し、
前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第１切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、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す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Ｇ／Ｆの予測値が前記第２切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、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前記インジェクタを制御しかつ、前記シリンダー内の混合気が全て圧縮着火燃焼するように前記点火プラグを駆動せず、
前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第１切替Ｇ／Ｆよりも高くかつ前記第２切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、前記噴射重心が前記第１タイミングよりも遅い第２タイミングとなるよう前記インジェクタを制御しかつ、前記シリンダー内の混合気が全て圧縮着火燃焼するように前記点火プラグを駆動しない。

この構成によると、エンジン回転数が同一（第１エンジン回転数）の条件下において、要求エンジン負荷が、相対的に低負荷（第１エンジン負荷）である場合に、制御器は、質量比率（Ｇ／Ｆ）が、その低負荷に対応して相対的に大きく設定された第１切替Ｇ／Ｆ（第１Ｇ／Ｆ）よりも低いと予測するときには、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するようにインジェクタ及び点火プラグを制御する。

制御器がインジェクタ及び点火プラグを制御することで、シリンダー内の混合気は、その少なくとも一部が火炎伝播燃焼する。ここで、シリンダー内の混合気の全てが火炎伝播燃焼、つまりＳＩ燃焼してもよい。あるいは、シリンダー内の混合気は、ＳＰＣＣＩ（Spark Controlled Compression Ignition：火花点火制御圧縮着火）燃焼してもよいし、要求エンジン負荷等に応じて、ＳＩ燃焼とＳＰＣＣＩ燃焼とを切り替えてもよい。混合気がＳＰＣＣＩ燃焼する場合、シリンダー内の混合気は、そ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ことになる。ここで、Ｇ／Ｆが相対的に低い場合（Ｇ／Ｆ＜第１Ｇ／Ｆ）には、火炎伝播燃焼の燃焼安定性が高まる。また、既燃ガスを減らしてＧ／Ｆを小さくすることで、筒内温度が下がって異常燃焼が抑制される。

さらに、エンジン回転数が同一（第１エンジン回転数）の条件下において、要求エンジン負荷が相対的に低負荷（第１エンジン負荷）である場合、制御器は、Ｇ／Ｆが、その低負荷に対応した第１切替Ｇ／Ｆ（第１Ｇ／Ｆ）よりも高いと予測するときには、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インジェクタを制御する。

制御器がインジェクタを制御することで、シリンダー内の混合気は、その全部が圧縮着火燃焼する。ここで、Ｇ／Ｆが相対的に高い場合（Ｇ／Ｆ＞第１切替Ｇ／Ｆ）には、エンジンの燃費性能の向上に有利になる。また、既燃ガスを増やしてＧ／Ｆを大きくすれば筒内温度が高まるから、圧縮着火燃焼の燃焼安定性が高まる。

このように、前記制御器は、要求エンジン負荷が相対的に低負荷である場合には、その低負荷に対応した第１切替Ｇ／Ｆ（第１Ｇ／Ｆ）を境として火炎伝播燃焼（少なくとも一部の混合気が火炎伝播燃焼する燃焼形態）と圧縮着火燃焼（全ての混合気が圧縮着火燃焼する燃焼形態）とを使い分けるように構成されている。

詳細には、エンジンの負荷が変化することに応じて、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との切り替えのみを行うようにすると、前述のギャップを乗り越えるべく、Ｇ／Ｆ等を瞬時に大きく変化させることが必要になる。しかしながら、各アクチュエータの応答遅れなどを考慮すると、Ｇ／Ｆの目標値（目標のＧ／Ｆ）こそ瞬時に変化させることができても、実際に実現されているＧ／Ｆ（Ｇ／Ｆの予測値）については、これを瞬時に大きく変化させることは容易ではない。

しかも、前述のように、本願発明者らの検討によれば、各燃焼を可能とするＧ／Ｆが、エンジン負荷に応じて変化することがさらにわかった。

これに対し、前記構成によると、Ｇ／Ｆが第１切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、狭義でのＳＩ燃焼及びＣＩ燃焼のいずれかに限定せず、ＳＰＣＣＩ燃焼等、少なくとも一部の混合気が火炎伝播燃焼する燃焼形態を許容する。

前述のように、ＣＩ燃焼は、Ｇ／Ｆが低すぎるときに異常燃焼を招くところ、ＳＩ燃焼は、ＣＩ燃焼よりもＧ／Ｆリッチな燃焼を許容する。ゆえに、少なくとも一部の混合気が火炎伝播燃焼することで、ＣＩ燃焼を可能とする下限値以下のＧ／Ｆ（つまり、第１切替Ｇ／ＦよりもリッチなＧ／Ｆ）においても、異常燃焼を抑制することができる。

これにより、ＣＩ燃焼を可能とするＧ／Ｆの下限値（第１切替Ｇ／Ｆ）と、ＳＩ燃焼を可能とするＧ／Ｆの上限値とが離れていたとしても、そのギャップを埋めることができる。その結果、Ｇ／Ｆを瞬時に“大きく”変化させなくても、燃焼形態の切替をシームレスに行うことが可能になる。

一方、エンジン回転数が同一（第１エンジン回転数）の条件下において、要求エンジン負荷が、第１エンジン負荷よりも大きい相対的に高負荷（第２エンジン負荷）である場合に、制御器は、Ｇ／Ｆが、その高負荷に対応して相対的に小さく設定された第１切替Ｇ／Ｆ（第１Ｇ／Ｆよりも小さい第２Ｇ／Ｆ）よりも低いと予測するときには、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するようにインジェクタ及び点火プラグを制御する一方、Ｇ／Ｆが第２Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、シリンダー内の混合気の全部が圧縮着火燃焼するようにインジェクタを制御する。

すなわち、前記制御器は、エンジン回転数が同一（第１エンジン回転数）の条件下において、要求エンジン負荷が相対的に高負荷（第２エンジン負荷）である場合には、低負荷（第１エンジン負荷）時と比べてより小さく設定された第１切替Ｇ／Ｆ（第２Ｇ／Ｆ）を境として火炎伝播燃焼（少なくとも一部の混合気が火炎伝播燃焼する燃焼形態）と圧縮着火燃焼（全ての混合気が圧縮着火燃焼する燃焼形態）とを使い分けるように構成されている。

本願発明者らによれば、高負荷（第２エンジン負荷）時には、低負荷（第１エンジン負荷）時よりも燃料噴射量が多い分、シリンダー内における燃料の密度が相対的に高くなる。そのため、第２エンジン負荷では、圧縮着火燃焼の燃焼安定性が相対的に向上し、低負荷時よりも第１切替Ｇ／Ｆを小さく設定したとしても、圧縮着火燃焼を適切に実現することができるようになる。すなわち、エンジン負荷の高負荷側では、低負荷側と比べて、ＣＩ燃焼可能な範囲が、Ｇ／Ｆリッチな方向に拡大することになる。

さらに、Ｔ _ＩＶＣ の高温側では、低温側と比べて、圧縮着火燃焼の燃焼安定性が確保される。着火時期を遅らせて圧縮着火燃焼を緩慢化させる余地があるため、燃料噴射量の増量、つまりＧ／Ｆリッチな燃焼が許容されるようになる。そのため、第１切替Ｇ／Ｆをより小さく設定したとしても、異常燃焼を抑制しつつ、圧縮着火燃焼を安定させることができます。すなわち、Ｔ _ＩＶＣ の高温側では、低温側と比べて、ＣＩ燃焼可能な範囲が、Ｇ／Ｆリッチな方向に拡大することになる。

また、前述のように、ＣＩ燃焼を可能とするＧ／Ｆの下限値と、ＳＩ燃焼を可能とするＧ／Ｆの上限値とが離れていた場合に、前者の下限値をＧ／Ｆリッチ側に変化させることは、これら下限値と上限値との間のギャップを狭める方向に作用する。ギャップを狭めることで、例えば、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼への切り替えに際し、Ｇ／Ｆを従来ほど大きく変化させなくても、ＳＩ燃焼可能なＧ／ＦからＣＩ燃焼可能なＧ／Ｆへと、早期に到達させることが可能となる。これにより、火炎伝播燃焼から圧縮着火燃焼への切替をより早期に行うことが可能となり、ひいては、燃費性能を向上させることができるようになる。

このように、前記構成によれば、ＳＩ燃焼可能なＧ／ＦとＣＩ燃焼可能なＧ／Ｆとが仮に離れていたとしても、燃焼形態の選択に工夫を凝らすとともに、エンジン負荷等の高低に応じて、ＣＩ燃焼可能なＧ／Ｆ範囲を拡大するようにかつＧ／Ｆ範囲間のギャップを狭める方向に第１切替Ｇ／Ｆを変化させることで、燃焼形態の切替を適切かつ早期に実行可能にするとともに、燃費性能を向上させることができる。

さらに、前述の構成を一部抜粋すると、前記制御器は、前記混合気の燃焼に際し、
前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第２切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、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前記インジェクタを制御しかつ、前記シリンダー内の混合気が全て圧縮着火燃焼するように前記点火プラグを駆動せず、
前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第１切替Ｇ／Ｆよりも高くかつ前記第２切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、前記噴射重心が前記第１タイミングよりも遅い第２タイミングとなるよう前記インジェクタを制御しかつ、前記シリンダー内の混合気が全て圧縮着火燃焼するように前記点火プラグを駆動しない。

つまり、エンジン回転数が同一の条件下において、制御器は、Ｇ／Ｆが相対的に大きい第２切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測するとき（つまり、Ｇ／Ｆ＞第２切替Ｇ／Ｆ＞第１切替Ｇ／Ｆのとき）には、インジェクタ及び可変動弁装置を制御する。インジェクタは、噴射重心が第１タイミングとなるように、燃料を噴射する。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、均質な、又は、ほぼ均質な混合気が形成される。Ｇ／Ｆが第２切替Ｇ／Ｆよりも高い場合に、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。例えばシリンダー内へ導入する既燃ガスの量を増やしてＧ／Ｆを大きくすれば筒内温度が高まるから、ＨＣＣＩ燃焼の燃焼安定性が高まる。また、Ｇ／Ｆが大きいと、エンジンの燃費性能の向上に有利になる。

また、制御器は、Ｇ／Ｆが第１切替Ｇ／Ｆよりも高くかつ第２切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するとき（第２切替Ｇ／Ｆ＞Ｇ／Ｆ＞第１切替Ｇ／Ｆのとき）には、火炎伝播燃焼ともＨＣＣＩ燃焼とも異なる第３の燃焼形態が実現されるように、インジェクタ及び可変動弁装置を制御する。第３の燃焼形態は、ＨＣＣＩ燃焼と同様に、シリンダー内の混合気の全てが圧縮着火燃焼する燃焼形態である。シリンダー内の混合気のＧ／Ｆは、第１切替Ｇ／Ｆと第２切替Ｇ／Ｆとの間で速やかに変化できる。

インジェクタは、噴射重心が相対的に遅い第２タイミングとなるよう燃料を噴射する。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。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が遅いため、燃料の噴射から混合気が着火するまでの時間が短い。前述したＧ／Ｆの場合（Ｇ／Ｆ＞第２切替Ｇ／Ｆの場合）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、第１切替Ｇ／Ｆと第２切替Ｇ／Ｆとの間の中間的なＧ／Ｆにおいて、異常燃焼を抑制しつつ、燃焼安定性が基準を満足する燃焼、より詳細には、混合気の全てが圧縮着火により燃焼する。

従ってこのエンジンは、少なくとも一部の混合気が火炎伝播燃焼する燃焼形態、ＨＣＣＩ燃焼、又は第３の燃焼形態へ、燃焼形態をシームレスに切り替えることができる。これにより、燃焼安定性の確保と、異常燃焼の抑制とが実現する。

また、ＨＣＣＩ燃焼、及び、第３の燃焼形態はそれぞれ、混合気の全部が圧縮着火によって燃焼すると共に、混合気のＧ／Ｆが比較的高い。このエンジンは、燃費性能が高い。

前記制御器は、
前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第２切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、吸気行程期間内に燃料を噴射するように前記インジェクタを制御し、
前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第１切替Ｇ／Ｆよりも高くかつ前記第２切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、吸気行程期間内と、圧縮行程期間内とのそれぞれに燃料を噴射するよう前記インジェクタを制御する、としてもよい。

エンジン回転数が同一の条件下において、Ｇ／Ｆが第２切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測された場合に、インジェクタは、吸気行程期間内に燃料をシリンダー内に噴射する。吸気流動を利用して燃料を拡散できるから、シリンダー内の混合気は、均質、又は、ほぼ均質である。均質混合気は、圧縮着火燃焼、つまり、ＨＣＣＩ燃焼する。

また、Ｇ／Ｆが第１切替Ｇ／Ｆよりも高くかつ第２切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測された場合に、インジェクタは、吸気行程期間内と、圧縮行程期間内とのそれぞれにおいて、燃料をシリンダー内に噴射する。吸気行程期間内に噴射された燃料は、吸気流動によって拡散する。吸気行程期間内に噴射された燃料は、均質混合気を形成する。その後の圧縮行程期間内に噴射された燃料は、混合気を不均質にする。不均質な混合気は、異常燃焼を抑制しつつ、燃焼安定性が基準を満足する燃焼を実現させる。

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する燃焼形態をさらに使い分けるべく、前記第１切替Ｇ／Ｆよりも小さくなるよう設定された前記Ｇ／Ｆの境界値を第３切替Ｇ／Ｆとすると、
前記制御器は、前記第１及び第２切替Ｇ／Ｆの設定と併せて、エンジン回転数が同一の条件下では、前記Ｔ _ＩＶＣ の予測値が高くなるほど小さくなるように前記第３切替Ｇ／Ｆを設定し、
前記制御器は、
前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第３切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、前記シリンダー内の混合気の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し、
前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第３切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、前記シリンダー内の混合気の全てが火炎伝播燃焼するように、前記点火プラグを駆動する、としてもよい。

Ｇ／Ｆが相対的に高い場合（Ｇ／Ｆが第３切替Ｇ／Ｆよりも高い場合）、筒内温度は高くなる。この場合、制御器は、混合気の混合気の一部が火炎伝播燃焼し、残りが圧縮着火燃焼するように、点火プラグを駆動する。この場合に実現される燃焼形態は、前述のＳＰＣＣＩ燃焼に他ならない。Ｇ／Ｆが相対的に高い場合において、ＳＰＣＣＩ燃焼は、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。

Ｇ／Ｆが相対的に低い場合（Ｇ／Ｆが第３切替Ｇ／Ｆよりも低い場合）、前述のように、火炎伝播燃焼の燃焼安定性が高まるとともに、既燃ガスを減らしてＧ／Ｆを小さくすることで、筒内温度が下がって異常燃焼が抑制される。この場合、制御器は、混合気の全てが火炎伝播燃焼するように、点火プラグを制御する。火炎伝播燃焼は、Ｇ／Ｆが低い場合に適した燃焼形態となる。

前記可変動弁装置は、既燃ガスが前記シリンダー内に留まる、又は、前記吸気バルブ若しくは前記排気バルブを通じて既燃ガスが前記シリンダー内へ導入されるように、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの開閉を制御する、としてもよい。

いわゆる内部ＥＧＲガスをシリンダー内に留める、又は、導入することによって、筒内温度を上昇させることができる。圧縮着火燃焼の燃焼安定性の向上に有利である。

前記エンジンの幾何学的圧縮比は１５以上である、としてもよい。

高い幾何学的圧縮比は、圧縮着火燃焼の燃焼安定性の向上に有利である。また、高い幾何学的圧縮比は、エンジンの熱効率を向上させる。

以上説明したように、前記のエンジンシステムは、エンジン負荷の変化に対応して火炎伝播燃焼と圧縮着火燃焼との境となる質量比率の大きさを変化させることで、火炎伝播燃焼から圧縮着火燃焼への切替をより早期に行うことが可能となり、ひいては、燃費性能を向上させることができるようになる。

図１は、エンジンシステムを例示する図である。 図２の上図は、エンジンの燃焼室の構造を例示する平面図である。下図は、上図のII－II断面図であり、圧縮行程の中期に、シリンダー内に燃料を噴射した状態を説明する図である。 図３は、エンジンシステムのブロック図である。 図４は、エンジンの運転に係るベースマップを例示する図である。 図５は、各燃焼形態における、吸気バルブ及び排気バルブの開閉動作、燃料噴射タイミング、及び、点火タイミングを例示する図である。 図６は、圧縮行程の終期に、シリンダー内に燃料を噴射した状態を説明する図である。 図７は、噴射重心を説明するための図である。 図８は、各燃焼形態における、吸気バルブ及び排気バルブの開閉動作の変形例である。 図９は、各燃焼形態が成立する、Ｇ／ＦとＴ_ＩＶＣとから規定される範囲を例示する図である。 図１０は、ＨＣＣＩ燃焼を行う低負荷領域内における、燃焼形態の選択マップを例示する図である。 図１１は、混合気の全てを圧縮着火燃焼させる燃焼形態と、混合気の少なくとも一部を火炎伝播燃焼させる燃焼形態とを切り替えるための切替Ｇ／Ｆと、要求負荷との関係を例示するグラフである。 図１２は、ＥＣＵが実行する、エンジンの運転に係る制御手順を例示するフローチャートである。 図１３は、ＥＣＵが実行する、燃焼形態の選択に係る制御手順を例示するフローチャートである。

以下、エンジンの制御方法、及び、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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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号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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、メモリ１０２と、Ｉ／Ｆ回路１０３と、を備えている。ＣＰＵ１０１は、プログラムを実行する。メモリ１０２は、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。Ｉ／Ｆ回路１０３は、電気信号の入出力をする。ＥＣＵ１０は、制御器の一例である。

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。

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。

ＥＣＵ１０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。

（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の冷間時のベースマップである。

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。

高負荷低回転領域４１３、４１４は、相対的に負荷が低い第１高負荷低回転領域４１３と、第１高負荷低回転領域４１３よりも負荷が高い領域であって、最大負荷を含む第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。

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共に、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。

高負荷低回転領域４２３、４２４は、相対的に負荷が低い第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。

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。

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。

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。

（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（要求エンジン負荷）、及び、エンジン１の回転数（エンジン回転数）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の燃焼形態は、均質ＳＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、ＨＣＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ燃焼、及び、ＭＰＣＩ燃焼に変わる。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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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、吸気上死点の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、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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

（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）。

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。シリンダー１１内に導入した多量の内部ＥＧＲガスは、筒内温度を高める。

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。

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（符号７１５参照）。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共に、エンジン１の熱効率も向上する。

（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。

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。

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）。

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。

（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。

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）。

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内において混合気が不均質になる。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。

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。

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内の混合気は不均質である。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、例えば混合気のＧ／Ｆが大きい場合に、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。

トリガー噴射において、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少ない。圧縮行程中の燃料の噴射は、前述したように、圧縮行程の終期に行われるため、噴射された燃料は、キャビティ３１の中に留まって拡散しにくい。燃料量を少なくすることによって、スモークの発生を抑制することができる。圧縮行程中の燃料の噴射量は、要求される圧縮着火の促進効果と、スモークの発生の抑制とを両立できる量に設定すればよい。

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。

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。

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。

（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の負荷が高いと、混合気のＧ／Ｆは小さい。エンジン１の負荷が低いと、混合気のＧ／Ｆは大きい。つまり、シリンダー１１内に導入される空気量が少なくかつ、既燃ガス量が多い。

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７は、噴射重心を説明するための図である。図７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タイミングと噴射量とから定まる。図７のチャート７１は、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。

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。

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。

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。

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の負荷が高いと、混合気のＧ／Ｆは小さい（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、相対的に遅角する。

エンジン１の負荷がさらに高いと、混合気のＧ／Ｆはさらに小さい（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、相対的にさらに遅角する。

エンジン１の負荷がさらに高いと、混合気のＧ／Ｆはさらに小さい（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、相対的に進角する、又は、相対的に遅角する。

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のエンジンであるとする。この場合、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。

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との中間で行われる。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。

詳細は後述するが、ＭＰＣＩ燃焼またはＳＰＣＣＩ燃焼は、噴射重心が、ＨＣＣＩ燃焼よりも遅角していることにより、混合気が中間のＧ／Ｆ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を速やかに変化させて、ＳＩ燃焼、ＨＣＣＩ燃焼、ＭＰＣＩ燃焼、及び、ＳＰＣＣＩ燃焼の間で、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。

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。混合気のＧ／Ｆが、ＨＣＣＩ燃焼のＧ／ＦとＳＩ燃焼のＧ／Ｆとの中間のＧ／Ｆである場合に、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、中間のＧ／Ｆの場合に、燃焼安定性の確保と、異常燃焼の抑制とを実現する。

（吸気バルブ及び排気バルブの開閉形態の変形例）
図５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た。可変動弁装置の構成例は、これに限らない。次に、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燃焼のリフトカーブ８１１、第２リタードＳＩ燃焼のリフトカーブ８１２、及び、第１リタードＳＩ燃焼のリフトカーブ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燃焼のリフトカーブ８１４、ＭＰＣＩ燃焼のリフトカーブ８１５及びＨＣＣＩ燃焼のリフトカーブ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燃焼のリフトカーブ８１４、ＭＰＣＩ燃焼のリフトカーブ８１５及びＨＣＣＩ燃焼のリフトカーブ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。

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。

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。

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ラップ期間は、エンジン１の負荷が低くなるに従い長くなる。

尚、図示は省略するが、可変動弁装置は、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。

（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。

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。

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。

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Ｔ_ＩＶＣとの関係を例示している。筒内温度Ｔ_ＩＶＣ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。

（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）。

また、内部ＥＧＲガスの増量によってＴ_ＩＶＣ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。Ｔ_ＩＶＣ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。Ｔ_ＩＶＣ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、Ｔ_ＩＶＣ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Ｔ_ＩＶＣも存在する。

（ＨＣＣＩ燃焼）
ＨＣＣＩ燃焼は、Ｇ／Ｆが相対的に大きくかつ、筒内温度Ｔ_ＩＶＣ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、異常燃焼を招いてしまう。筒内温度Ｔ_ＩＶＣ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Ｔ_ＩＶＣ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燃焼が可能な最低の筒内温度Ｔ_ＩＶＣが存在する（図９の実線参照）。

図９から明らかなように、均質ＳＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」と、ＨＣＣＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ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燃焼とＨＣＣＩ燃焼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Ｔ_ＩＶＣ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Ｔ_ＩＶＣ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Ｔ_ＩＶＣ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。

（リタードＳＩ燃焼）
前述したように、均質ＳＩ燃焼の運転可能範囲に対して、混合気のＧ／Ｆをリーンにする、又は、筒内温度Ｔ_ＩＶＣ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。

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－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は、均質ＳＩ燃焼が可能な「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ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燃焼に対して、Ｇ／Ｆのリーン側に、運転可能範囲を拡大する。

（ＳＰＣＣＩ燃焼）
リタードＳＩ燃焼の運転可能範囲に対して、混合気のＧ／Ｆをさらにリーンにする、又は、筒内温度Ｔ_ＩＶＣ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－Ｔ_ＩＶＣ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燃焼に対して、Ｇ／Ｆのリーン側に、運転可能範囲を拡大する。しかしながら、ＳＰＣＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」と、ＨＣＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」との間には、未だ、大きなギャップが存在している。

（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Ｔ_ＩＶＣの低温側のそれぞれに、運転可能範囲を拡大する。

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。

次に、ＨＣＣＩ燃焼の運転可能範囲からＴ_ＩＶＣ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、Ｔ_ＩＶＣの低温側に、運転可能な範囲を拡大する。

ＭＰＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」の一部は、ＳＰＣＣＩ領域の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」と重なっている。均質ＳＩ燃焼及びリタードＳＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」と、ＨＣＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」とのギャップが埋まる。

ここで、ＭＰＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ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－Ｔ_ＩＶＣ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－Ｔ_ＩＶＣ範囲」において、Ｇ／Ｆが相対的に大きくかつ、筒内温度Ｔ_ＩＶＣが相対的に低い領域である。

（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Ｔ_ＩＶＣと、を調節する。

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Ｔ_ＩＶＣ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Ｔ_ＩＶＣが目標のＧ／Ｆ、及び／又は、目標の筒内温度Ｔ_ＩＶＣ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Ｔ_ＩＶＣ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Ｔ_ＩＶＣ、正確には予測したＧ／Ｆ、及び／又は、予測した筒内温度Ｔ_ＩＶＣ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。

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、エンジン１の負荷と回転数とについて、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９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も、選択マップが設定されている。

低負荷領域４１５内の分割領域毎に、図９に対応する「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」が設定されている。「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は、前述したように、混合気のＧ／Ｆと、筒内温度Ｔ_ＩＶＣ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共に、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Ｔ_ＩＶＣと、に応じて、燃焼形態を、最終的に決定する。

ここで、図１０に例示するように、エンジン１の負荷と回転数とに応じて、「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は変化している。回転数が高い場合、筒内温度が高温でも、ＨＣＣＩ燃焼、ＭＰＣＩ燃焼、及びＳＰＣＣＩ燃焼は可能になる。エンジン１の回転数が低い場合、温度が下がらないと、ＨＣＣＩ燃焼及びＭＰＣＩ燃焼は可能でない。

また、同一負荷で比較をした場合に、エンジン１の回転数が高くなるほど、ＳＰＣＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は拡大し、リタードＳＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は縮小する。逆に、エンジン１の回転数が低くなるほど、ＳＰＣＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は縮小し、リタードＳＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は拡大する。

また、同一回転数で比較をした場合に、ＨＣＣＩ燃焼及びＭＰＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は共に、エンジン１の負荷が低いほど、筒内温度Ｔ_ＩＶＣの最低温度は、高温側へ移動する。

このように、エンジン１の負荷と回転数とに応じて、「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」は変化することになる。特に、図１１に例示するように、各制御因子のうち、選択されるべき燃焼形態の境となるＧ／Ｆ（以下、切替Ｇ／Ｆとも呼ぶ）の大きさは、エンジン１の回転数が一定でかつ、筒内温度Ｔ_ＩＶＣを固定した状態では、エンジン１の要求負荷に応じて大きく変化することになる。

図１１は、同一の回転数において、混合気の全てを圧縮着火燃焼させる燃焼形態（ＭＰＣＩ燃焼又はＨＣＣＩ燃焼）と、混合気の少なくとも一部を火炎伝播燃焼させる燃焼形態（ＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又は均質ＳＩ燃焼）との境となる切替Ｇ／Ｆと、要求負荷との関係を例示するグラフである。

ここで、図１１における回転数は、少なくともＨＣＣＩ燃焼を実現可能な回転数であって、例えば１０００ｒｐｍに設定されている。また、図１１における要求負荷の範囲は、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。

また、図１１の縦軸は、ＭＰＣＩ燃焼とＳＰＣＣＩ燃焼との境となる切替Ｇ／Ｆであり、ＭＰＣＩ燃焼の「Ｇ／Ｆ－Ｔ_ＩＶＣ範囲」によって規定される。ＥＣＵ１０は、この切替Ｇ／Ｆ以上であればＭＰＣＩ燃焼又はＨＣＣＩ燃焼を実行する一方、この切替Ｇ／Ｆよりも低ければＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又は均質ＳＩ燃焼を実行する。

また、図１１中、黒四角で示したプロットは、Ｔ_ＩＶＣが相対的に高い場合の切替Ｇ／Ｆを示し、黒丸で示したプロットは、黒四角で示したプロットよりもＴ_ＩＶＣが相対的に低い場合の切替Ｇ／Ｆを示し、黒三角で示したプロットは、黒丸で示したプロットよりもＴ_ＩＶＣが相対的に低い場合の切替Ｇ／Ｆを示す。

例えば、図１１中のプロットＡ１～Ａ３は、それぞれ、図１０に示したプロットＡ１～Ａ３に対応している。もちろん、図１０に示す選択マップ及び図１１に示すグラフは、説明のための例示に過ぎない。選択マップの態様は、要求負荷及び回転数に応じてシームレスに変化する。その変化に応じて、図１１に示すグラフもまた、連続的に変化することになる。つまり、図１１に示す各プロットは、図１０における左から１列目のマップに対応するものの、それらのプロットは例示に過ぎず、回転数を一定にした場合、同様の傾向が示されるようになっている。

図１１に示すように、Ｔ_ＩＶＣを固定した状態では、要求負荷（エンジン負荷）が高い場合の切替Ｇ／Ｆの大きさは、要求負荷が低い場合の切替Ｇ／Ｆよりも小さいことがわかる。特に、要求負荷が高くなるにしたがって、切替Ｇ／Ｆが単調に減少することがグラフに示されている。要求負荷が相対的に高い場合には、相対的に低い場合に比して燃料噴射量が多い分、シリンダー１１内における燃料の密度が相対的に高くなる。燃料の密度が相対的に高くなった分、ＭＰＣＩ燃焼およびＨＣＣＩ燃焼における燃焼安定性が相対的に向上する。そのため、要求負荷が高い場合は、要求負荷が低い場合における切替Ｇ／Ｆよりも小さな切替Ｇ／Ｆを用いたとしても、ＭＰＣＩ燃焼およびＨＣＣＩ燃焼を適切に実現することができるようになる。

尚、図１１に示すように、切替Ｇ／Ｆは筒内温度Ｔ_ＩＶＣにも依存しているものの、少なくとも筒内温度Ｔ_ＩＶＣを固定した状態においては、切替Ｇ／Ｆと要求負荷との関係は、各Ｔ_ＩＶＣにおいて共通となる。

これらのことから、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、既燃ガスを含む前記シリンダー内の吸気の、燃料に対する質量比率（Ｇ／Ｆ）を予測し、エンジン回転数が第１エンジン回転数でありかつ要求負荷が第１エンジン負荷である場合に、Ｇ／Ｆが第１Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、インジェクタ６、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２を制御することでＨＣＣＩ燃焼又はＭＰＣＩ燃焼を実行させる一方、Ｇ／Ｆが第１Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、インジェクタ６を制御することでＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又は均質ＳＩ燃焼を実行させる。

そして、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、第１エンジン回転数において要求負荷が第１エンジン負荷よりも大きい第２エンジン負荷である場合に、Ｇ／Ｆが、第１Ｇ／Ｆよりも小さい第２Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、インジェクタ６、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２を制御することでＨＣＣＩ燃焼又はＭＰＣＩ燃焼を実行させる一方、Ｇ／Ｆが第２Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、インジェクタ６を制御することでＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又は均質ＳＩ燃焼を実行させる。

ここで、第１エンジン回転数は、少なくともＨＣＣＩ燃焼又はＭＰＣＩ燃焼を実行可能な範囲で任意に設定されたエンジン回転数である。

したがって、本実施形態に係るＥＣＵ１０は、第２エンジン負荷では、少なくとも一部の混合気が火炎伝播燃焼する燃焼形態と、全ての混合気が圧縮着火燃焼する燃焼形態との境となる切替Ｇ／Ｆ（第２Ｇ／Ｆ）の大きさを、第１エンジン負荷における切替Ｇ／Ｆ（第１Ｇ／Ｆ）よりも小さく設定することになる。その結果、ＭＰＣＩ燃焼又はＨＣＣＩ燃焼を実施可能なＧ／Ｆの範囲を低Ｇ／Ｆ側に拡大することが可能となる。このＧ／Ｆの範囲を拡大することで、火炎伝播燃焼から圧縮着火燃焼への切替をより早期に行うことが可能となり、ひいては、燃費性能を向上させることができるようになる。

また、図１０に示すように、ＭＰＣＩ燃焼又はＨＣＣＩ燃焼と、ＳＰＣＣＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、又は均質ＳＩ燃焼と、を使い分けるための切替Ｇ／Ｆ（第１Ｇ／Ｆ、第２Ｇ／Ｆ）に加えてさらに、ＭＰＣＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを使い分けるための切替Ｇ／Ｆ（第３Ｇ／Ｆ）も設定される。具体的に、本実施形態に係るＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の全ての混合気が圧縮着火燃焼するようにインジェクタ６を制御する場合に、Ｇ／Ｆが第１Ｇ／Ｆよりも大きい第３Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときにはＨＣＣＩ燃焼を実行し、Ｇ／Ｆが第１Ｇ／Ｆよりも高くかつ第３Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときにはＭＰＣＩ燃焼を実行する。

前述のように、ＥＣＵ１０は、ＨＣＣＩ燃焼を実行する場合には、吸気行程期間内に燃料を噴射するようにインジェクタ６を制御し、ＭＰＣＩ燃焼を実行する場合には、吸気行程期間内と、圧縮行程期間内とのそれぞれに燃料を噴射するようインジェクタ６を制御するように構成されている。

さらに、図１０に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼と、リタードＳＩ燃焼又は均質ＳＩ燃焼と、を使い分けるための切替Ｇ／Ｆ（第４Ｇ／Ｆ）も設定される。具体的に、本実施形態に係るＥＣＵ１０は、シリンダー１１内の混合気の少なくとも一部が火炎伝播燃焼するようにインジェクタ６、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２を制御する場合に、Ｇ／Ｆが第４Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときにはＳＰＣＣＩ燃焼を実行し、Ｇ／Ｆが第４Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときにはリタードＳＩ燃焼または均質ＳＩ燃焼を実行する。

このように、各燃焼形態に対応した切替Ｇ／Ｆを設定することで、少なくとも一部の混合気が火炎伝播燃焼する燃焼形態（均質ＳＩ燃焼、リタードＳＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ燃焼）、又は、全ての混合気が圧縮着火燃焼する燃焼形態（ＭＰＣＩ燃焼、ＨＣＣＩ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。これにより、燃焼安定性の確保と、異常燃焼の抑制とが実現する。

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。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。

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を選択すると共に、演算した目標トルクＴｑとエンジン１の回転数Ｎｅと、選択したベースマップとから、燃焼形態を仮決定する。

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ＴＶ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。

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。

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。

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Ｔ_ａｉｒ、及び、エンジン１の水温Ｔ_ｈｗ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。

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Ｔ_ＩＶＣとを予測する。

次に、ステップＳ９において、ステップＳ２で算出した目標トルクＴｑとステップＳ８で予測した筒内温度Ｔ_ＩＶＣとに基づいて、燃焼形態を切り換えるためのＧ／Ｆ、すなわち切替Ｇ／Ｆを設定する。この切替Ｇ／Ｆは、前述の第１及び第２Ｇ／Ｆ、第３Ｇ／Ｆ並びに第４Ｇ／Ｆのように、ＨＣＣＩ燃焼、ＭＰＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ燃焼、及びＳＩ燃焼のそれぞれについて設定される。なお、ここでいう「ＳＩ燃焼」の語には、リタードＳＩ燃焼と均質ＳＩ燃焼とが含まれる。

ステップＳ１０では、ＥＣＵ１０は、ステップＳ８で予測されたＧ／Ｆに応じた燃焼形態を決定する。具体的に、このステップＳ１０では、ＥＣＵ１０は、図１３に示すフローを実行する。

具体的に、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０は、予測されたＧ／ＦがＨＣＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆ以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、予測されたＧ／ＦがＨＣＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆ以上である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）にはステップＳ１０２に進む一方で、予測されたＧ／ＦがＨＣＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆよりも低い場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０２に進んだ場合、ＥＣＵ１０は、燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼に設定する。

一方で、ステップＳ１０３に進んだ場合、ＥＣＵ１０は、予測されたＧ／ＦがＭＰＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆ以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、予測されたＧ／ＦがＭＰＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆ以上である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０４に進む一方で、予測されたＧ／ＦがＭＰＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆよりも低い場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）には、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０４に進んだ場合、ＥＣＵ１０は、燃焼形態をＭＰＣＩ燃焼に設定する。

一方で、ステップＳ１０５に進んだ場合、ＥＣＵ１０は、予測されたＧ／ＦがＳＰＣＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆ以上であるか否かを判定する。ＥＣＵ１０は、予測されたＧ／ＦＳＰＣＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆ以上である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０６に進む一方で、予測されたＧ／ＦがＳＰＣＣＩ燃焼への切替Ｇ／Ｆよりも低い場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）には、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０６に進んだ場合、ＥＣＵ１０は、燃焼形態をＳＰＣＣＩ燃焼に設定する。

一方、ステップＳ１０７に進んだ場合、ＥＣＵ１０は、燃焼形態をＳＩ燃焼に設定する。

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。

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。

図１１のフローに従うことによって、ＥＣＵ１０は、要求エンジン負荷に応じて混合気のＧ／Ｆ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内の状態に適合した燃焼形態で、混合気が燃焼するため、エンジン１は、燃焼安定性が基準を満たしかつ、異常燃焼を抑制できる。

尚、ここに開示する技術が適用可能なエンジンは、前述した構成のエンジンに限らない。ここに開示する技術は、様々な構成のエンジンに適用可能である。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御器）
１１ シリンダー
２１ 吸気バルブ
２２ 排気バルブ
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
３１ キャビティ
６ インジェクタ

Claims (5)

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と、
   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、
   既燃ガスを含む前記シリンダー内の吸気の、燃料に対する質量比率をＧ／Ｆとすると、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た目標のＧ／Ｆとなるように、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、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記制御器に計測信号を出力するセンサとを備え、
   前記吸気バルブが閉じたタイミングにおける前記シリンダー内の温度をＴ _ＩＶＣ とし、前記エンジンの燃焼形態を定める前記Ｇ／Ｆの境界値のうち、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前記Ｇ／Ｆの下限値を第１切替Ｇ／Ｆとし、該混合気の全てが圧縮着火燃焼する燃焼形態をさらに使い分けるべく、前記第１切替Ｇ／Ｆよりも大きくなるよう設定された前記Ｇ／Ｆの境界値を第２切替Ｇ／Ｆとすると、
   前記制御器は、前記エンジンの燃焼形態の切り替えに際し、
   前記センサの計測信号に基づいて、実際に前記シリンダー内に導入される既燃ガス量及び空気量を推定し、
   前記インジェクタから噴射される燃料噴射量と、実際に前記シリンダー内に導入される既燃ガス量及び空気量とに基づいて、実際の前記Ｇ／Ｆ及び前記Ｔ _ＩＶＣ を予測し、
   前記要求エンジン負荷と前記Ｔ _ＩＶＣ の予測値とに基づいて、エンジン回転数が同一の条件下では、前記要求エンジン負荷が大きくなるほど小さくなるようにかつ前記Ｔ _ＩＶＣ の予測値が高くなるほど小さくなるように、前記第１及び第２切替Ｇ／Ｆをそれぞれ設定し、
   前記Ｇ／Ｆの予測値と、前記第１切替Ｇ／Ｆと、前記第２切替Ｇ／Ｆとに対応した燃焼形態で、前記混合気を燃焼させ、
   前記制御器は、前記混合気の燃焼に際し、
   前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第１切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、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す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Ｇ／Ｆの予測値が前記第２切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、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前記インジェクタを制御しかつ、前記シリンダー内の混合気が全て圧縮着火燃焼するように前記点火プラグを駆動せず、
   前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第１切替Ｇ／Ｆよりも高くかつ前記第２切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、前記噴射重心が前記第１タイミングよりも遅い第２タイミングとなるよう前記インジェクタを制御しかつ、前記シリンダー内の混合気が全て圧縮着火燃焼するように前記点火プラグを駆動しない
   ことを特徴とするエンジンシステム。
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Ｇ／Ｆの予測値が前記第２切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、吸気行程期間内に燃料を噴射するように前記インジェクタを制御し、
   前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第１切替Ｇ／Ｆよりも高くかつ前記第２切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、吸気行程期間内と、圧縮行程期間内とのそれぞれに燃料を噴射するよう前記インジェクタを制御する、
   ことを特徴とするエンジンシステム。
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する燃焼形態をさらに使い分けるべく、前記第１切替Ｇ／Ｆよりも小さくなるよう設定された前記Ｇ／Ｆの境界値を第３切替Ｇ／Ｆとすると、
   前記制御器は、前記第１及び第２切替Ｇ／Ｆの設定と併せて、エンジン回転数が同一の条件下では、前記Ｔ _ＩＶＣ の予測値が高くなるほど小さくなるように前記第３切替Ｇ／Ｆを設定し、
   前記制御器は、
   前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第３切替Ｇ／Ｆよりも高いと予測するときには、前記シリンダー内の混合気の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し、
   前記Ｇ／Ｆの予測値が前記第３切替Ｇ／Ｆよりも低いと予測するときには、前記シリンダー内の混合気の全てが火炎伝播燃焼するように、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。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記可変動弁装置は、既燃ガスが前記シリンダー内に留まる、又は、前記吸気バルブ若しくは前記排気バルブを通じて既燃ガスが前記シリンダー内へ導入されるように、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの開閉を制御する、
   ことを特徴とするエンジンシステム。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記エンジンの幾何学的圧縮比は１５以上である、
   ことを特徴とするエンジンシステム。

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