JP2019039363A - 過給機付き圧縮自己着火式エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼時における燃焼室内の温度を適切に調整する。【解決手段】吸気通路４０に配設された過給機４４の駆動と非駆動とを切り替える切替部４５、過給機４４の下流に配設されたインタークーラー４６、過給機４４の上流とインタークーラー４６の下流とを接続するバイパス通路４７に配設された流量制御弁４８等を備える。過給機４４が非駆動の状態で混合気が圧縮自己着火により燃焼する所定領域において、外気温が所定の第１温度ＴＳ１以上であるときに、ガスがバイパス通路４７を通じて循環するよう、制御部１０が、流量制御弁４８を開いた非過給の状態で、過給機４４を駆動する強制回転制御を行う。【選択図】図１３

Description

ここに開示する技術は、過給機付き圧縮自己着火式エンジンに関する。

特許文献１には、低負荷低回転の所定領域において、燃焼室内の混合気を圧縮着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、前記所定領域においては、排気弁の閉時期を上死点前にしかつ吸気弁の開時期を上死点後にすることにより、吸気弁及び排気弁を共に閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けている。これにより、高温のＥＧＲガスが燃焼室内に導入されるため、燃焼室内の温度が高くなって、混合気が圧縮着火する。

特許文献２には、吸気通路に機械式過給機とインタークーラーとを設け、過給した吸気を冷却してエンジンに供給するエンジンが記載されている。このエンジンは、所定の運転状態において、電磁クラッチをオフにすることによって機械式過給機を非駆動にすると共に、機械式過給機及びインターをバイパスするエアバイパス通路の制御弁を閉じることにより、機械式過給機を圧力差によって予回転させる。これにより、電磁クラッチをオンにしたときのトルクショックの発生を防止する。

特開２００９−１９７７４０号公報 特許第３５６４９８９号公報

圧縮自己着火による燃焼を安定して実現するには、燃焼室内の温度を適正な範囲に調整しなければならない。例えば外気温が高いときには、圧縮上死点に至ったときの燃焼室内の温度である圧縮端温度が高くなりすぎて、圧縮自己着火による燃焼が急峻になり、燃焼騒音が許容値を超えてしまう。

ここに開示する技術はか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、過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、燃焼時における燃焼室内の温度を適切に調整することにある。

ここで開示する過給機付き圧縮自己着火式エンジンは、エンジンの燃焼室に接続された吸気通路と、前記吸気通路に配設された過給機と、前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部と、前記吸気通路における前記過給機の下流に配設されたインタークーラーと、前記吸気通路における前記過給機の上流と前記インタークーラーの下流とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、前記切替部、及び前記流量制御弁に接続されかつ、前記切替部、及び前記流量制御弁に制御信号を出力する制御部と、外気温を検知して前記制御部に検知信号を出力する温度センサと、を備える。

そして、非過給の状態で前記燃焼室内の混合気が圧縮自己着火により燃焼する所定領域において、外気温が所定の第１温度以上であるときに、前記吸気通路を流れるガスが前記バイパス通路を通じて循環するよう、前記制御部が、前記流量制御弁を開いた状態で、前記過給機を駆動する強制回転制御を行う。

尚、ここで、「エンジン」は、燃焼室が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する、４ストロークエンジンとすればよい。「過給機」は、例えば、エンジンによって駆動される機械式の過給機である。電気エネルギにより駆動する電動式の過給機であってもよい。

エンジン負荷が高くなると燃料量が増えるため、その必要量に合わせて吸気量も増やす必要がある。また、エンジン回転数が高くなる場合も、同様に、その必要量に合わせて吸気量を増やす必要がある。そのような場合に、必要な吸気量を確保するために、このエンジンでは過給機が付設されている。

エンジンが過給を要する領域で運転する時には、制御部は、切替部を切り替えて過給機を駆動させ、バイパス通路に配設された流量制御弁を、閉じ側において開度調整を行う。それにより、自然吸気における圧力よりも加圧された状態で、吸気（主に新気であるが、ＥＧＲガスを含む場合もある）が燃焼室に導入されるようになる。

吸気は、加圧されると温度が上昇する。吸気通路における過給機の下流には、インタークーラーが配設されているので、インタークーラーで冷却することで、加圧された吸気の温度は適温に調整される。

一方、低負荷低回転領域など、エンジンが過給を不要とする領域で運転する時には、制御部は、切替部を非駆動に切り替えて過給機の作動を停止させ、バイパス通路に配設された流量制御弁を、開き側において開度調整を行う（通常は全開）。それにより、吸気通路を流れる吸気は、過給機を迂回し、バイパス通路を通じてほとんど抵抗を受けることなく円滑に燃焼室に導入される。エンジンは、非過給の状態（自然吸気の状態）で運転する。

このエンジンでは、そのような非過給の状態で運転が行われる所定の領域において、圧縮自己着火による燃焼が行われる。圧縮自己着火による燃焼は、前述したように、適切な燃焼を実現するためには、燃焼室内の温度を適正な範囲に調整する必要がある。

ところが、エンジンがこの領域で運転している場合、吸気は直接燃焼室に導入されるため、吸気の温度は、外気温（外気の温度）に依存する。従って、外気温が過度に高くなった場合、燃焼室の温度が適正な範囲を逸脱し、適切な燃焼が実現できなくなる恐れがある。

それに対し、このエンジンでは、外気温が、そのような燃焼室の適正な温度範囲を逸脱し得る所定の第１温度以上であるときには、吸気通路を流れるガスがバイパス通路を通じて循環するよう、制御部が、流量制御弁を開いた非過給の状態で、過給機を駆動する（強制回転制御）。すなわち、非過給の状態は維持しながら、過給機を駆動させ、バイパス通路を通じて吸気を繰り返し循環させながら、インタークーラーを活用して、燃焼室に導入する吸気を冷却する。

インタークーラーを介した吸気の循環によって吸気を繰り返し冷却することが可能になるので、外気温が過度に高くなった場合でも、吸気温度を適正に保持することができる。自然吸気を行う場合に比べて、流量制御弁の開度調整により、燃焼室に導入する吸気量も精度高く調整できるようになる。その結果、外気温が過度に高くなる場合であっても、燃焼室の温度を適正な範囲に保持することができ、安定した圧縮自己着火による燃焼が実現できる。

前記所定領域において、外気温が前記第１温度以上であるときに、前記制御部は、非過給の状態で前記過給機がその上流と下流の圧力差によって作動するよう、前記過給機の非駆動を維持した状態で前記流量制御弁を閉じるように制御する予回転制御を行い、外気温が前記第１温度より高い所定の第２温度を超える場合に、前記強制回転制御を行う、としてもよい。

強制回転制御では、過給機が駆動される。そのため、非駆動の場合に比べると、駆動抵抗が大きいため、エンジンの燃費性能は低下する。そこで、この構成では、強制回転制御に先立って、過給機を駆動しないで吸気を冷却することができる予回転制御が行われる。

予回転制御では、過給機の非駆動を維持した状態で、流量制御弁を閉じるように制御される。それにより、過給機の上流側と下流側とでは、圧力差が生じるので、その差圧の作用で過給機が作動、つまり予回転する。過給機が予回転することで、吸気の一部が過給機を通じてその下流側に流入し、インタークーラーで冷却された後、燃焼室に導入される。このように予回転制御によっても、インタークーラーを活用して吸気を冷却することが可能になる。

予回転制御は、強制回転制御よりも駆動抵抗は小さいので、エンジンの燃費性能の低下を抑制できる。一方、冷却能力の面では、インタークーラーで吸気を複数回冷却できる強制回転制御の方が予回転制御よりも優れる。そのため、この構成では、外気温が第１温度より高い所定の第２温度を超える場合に強制回転制御を行うようにしている。それにより、燃費性能の低下を抑制しながら吸気を効率的に冷却することができる。

前記所定領域において、外気温が前記第１温度以上であるときに、前記制御部は、非過給の状態で前記過給機がその上流と下流の圧力差によって作動するよう、前記過給機の非駆動を維持した状態で前記流量制御弁を閉じるように制御する予回転制御を行い、運転者の加速要求操作が行われた場合に、前記強制回転制御を行う、としてもよい。

強制回転制御が行われる時には、過給機は非駆動から駆動に切り替えられる。その切り替え時に衝撃が発生し、その衝撃が運転者に伝わると、運転者が操作を行っていない場合などに、運転者が違和感を覚える恐れがある。それに対し、この構成では、所定領域において外気温が第１温度以上であるときには、過給機が非駆動の状態で吸気を冷却できる予回転制御が行われ、運転者の加速要求操作が行われた場合に強制回転制御が行われる。

予回転制御であれば、過給機を非駆動の状態に維持できるので、運転者に違和感を感じさせることなく、吸気を冷却することができる。そして、運転者が、アクセルの踏み込み等、加速要求操作を行った場合には、過給機４４の切り替えによる衝撃が加わっても、運転者はその操作による衝撃と認識するため、運転者が違和感を覚えるのを回避できる。

前記所定領域は、混合気の燃焼が開始する直前での空気過剰率が２以上となる低負荷側領域と、混合気の燃焼が開始する直前での空気過剰率が１以下となる高負荷側領域と、を含み、少なくとも前記高負荷側領域において、外気温が前記第１温度以上であるときに、前記制御部が前記強制回転制御を行う、としてもよい。

すなわち、低負荷側領域では、燃焼室に導入される燃料量が吸気量に対して少なく調整され、燃焼室で燃焼が開始する直前の混合気は、燃料濃度の薄いリーンな状態とされる。対して、高負荷側領域では、燃焼室で燃焼が開始する直前の混合気は、理論空燃比と同等以下とされ、低負荷側領域よりも燃料濃度の濃い、相対的にリッチな状態とされる。

従って、高負荷側領域は、低負荷側領域よりも燃焼温度が高くなるため、混合気の燃焼が開始する直前の温度が低負荷側領域よりも高くなり易い。そのため、外気温が高いときには、高負荷側領域は低負荷側領域よりも、燃焼室の温度が適正な範囲を逸脱し易いことから、吸気をより安定して強力に冷却できるのが望ましい。

それに対し、この構成によれば、少なくとも高負荷側領域において外気温が第１温度以上であるときには、冷却能力に優れた強制回転制御が行われるので、吸気を安定的かつ強力に冷却できる。

低負荷領域及び高負荷側領域は、いずれもエンジンが過給を不要とする領域であり、燃焼室に導入される吸気量は比較的少ない。それに対し、高負荷側領域は、低負荷領域よりも負荷が大きいため、出力される動力は低負荷側領域よりも大きい。従って、出力される動力が大きい分、高負荷側領域では、過給機を駆動することによって増加する駆動負荷の影響が低負荷領域に比べて小さくなる。駆動負荷の影響が小さくなる分、高負荷側領域では、過給機の駆動力を高めて、より吸気の循環量を増やすことができるので、強制回転制御の実行により、インタークーラーによる吸気の冷却を促進できる。吸気温度を、より安定して適正に保持することができる。

この場合、前記高負荷側領域及び前記低負荷側領域の双方において、前記強制回転制御が行われ、前記第１温度が、前記低負荷側領域よりも前記高負荷側領域の方が低い値となっている、としてもよい。

前述したように、高負荷側領域では、外気温が高いときには、低負荷側領域よりも、燃焼室の温度が適正な範囲を逸脱し易い。従って、強制回転制御を行う基準となる第１温度を、低負荷側領域よりも低い値とすることで、燃焼室の温度が適正な範囲を逸脱するのを、より確実に回避できる。

前記エンジンを冷却する主冷却部と、前記インタークーラーを冷却する副冷却部と、を更に備え、前記主冷却部と前記副冷却部とが互いに独立して設けられている、としてもよい。

この構成によれば、インタークーラーを冷却する副冷却部が、エンジンを冷却する主冷却部とは別に構成されていて、インタークーラーをエンジンとは別に冷却できるようになっている。従って、エンジンの温度が高温になって主冷却部の冷却性能が低下した場合でも、インタークーラーは、その影響を受けずに冷却できるので、強制回転制御や予回転制御による吸気の冷却が安定して行える。

前記エンジンは、幾何学的圧縮比が１３以上３０以下である、としてもよい。

エンジンの幾何学的圧縮比を比較的高くすると、圧縮自己着火による燃焼の安定化に有利であるが、過早着火を招く恐れもある。幾何学的圧縮比が１３以上３０以下のエンジンであれば、過早着火を回避しながら、圧縮自己着火による燃焼を安定化することができる。また、幾何学的圧縮比を過度に高くすると、冷却損失や機械損失が増加するが、幾何学的圧縮比を高くしても、過度でなければ、そのような不具合を抑制することができ、エンジンの燃費性能が向上する。

前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む、としてもよい。

ガソリンを含有する燃料は、高温の燃焼室内において過早着火を招く恐れがあるが、吸気温度を適正に保持することにより、ガソリンを含有する燃料を使用しても、過早着火を回避しながら、圧縮自己着火による燃焼を安定化することができる。

開示する技術によれば、吸気温度の上昇を回避できるので、燃焼室内を適切な温度に調整することができる。

図１は、エンジンの構成を例示する図である。吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。 図２は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下部はＩＩ−ＩＩ断面図である。 図３は、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。 図４は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。 図５は、エンジンの冷却装置の構成を例示する図である。 図６は、エンジンの運転領域及び過給機の駆動・非駆動領域を例示する図である。 図７は、各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期と、燃焼波形とを例示する図である。 図８は、エンジンの運転を過給状態と非過給状態とに切り替える流れを例示するフロー図である。 図９は、過給運転時における過給システムを示す概略図である。 図１０は、非過給運転時における過給システムを示す概略図である。 図１１は、予回転制御時における過給システムを示す概略図である。 図１２は、予回転制御時におけるインタークーラーを流れるガスの流量割合とサージタンク内温度との関係を示す図である。 図１３は、強制回転制御時における過給システムを示す概略図である。 図１４は、非過給運転時における吸気の冷却制御の流れの一例を示すフロー図である。 図１５は、エンジンの応用例に基づく吸気の冷却制御の流れの一例を示すフロー図である。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

＜ＳＰＣＣＩ燃焼＞
本願発明者らは、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせる燃焼形態を考えた。ＳＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮自己着火することにより開始する燃焼である。ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態とは、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、ＳＩ燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、燃焼室の中の未燃混合気が圧縮着火により燃焼する形態である。この燃焼形態を、以下においてはＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼と呼ぶ。

圧縮着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらつくと、圧縮着火のタイミングが大きく変化する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、圧縮着火のタイミングをコントロールすることができる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼によってＣＩ燃焼をコントロールすることができる。

火炎伝播によるＳＩ燃焼は、圧力上昇がＣＩ燃焼よりも緩やかであるため、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼騒音の発生を抑制することが可能になる。また、ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも燃焼期間が短縮するため、ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃費の向上に有利になる。

＜エンジンの具体例＞
図１に、このＳＰＣＣＩ燃焼による燃焼技術を適用した過給機付きエンジン（エンジン１）の全体構成を示す。

エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載される。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。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。

エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。これらシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３により、エンジン本体１００が構成されている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１及び図２では、一つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。

各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときの空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。

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

ピストン３の上面は燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、後述するインジェクタ６に向かい合う。

キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して排気側にずれている。キャビティ３１の中心は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と一致している。キャビティ３１は、凸部３１１を有している。凸部３１１は、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２上に設けられている。凸部３１１は、略円錐状である。凸部３１１は、キャビティ３１の底部から、燃焼室１７の天井面に向かって上向きに伸びている。

キャビティ３１はまた、凸部３１１の周囲に設けられた凹陥部３１２を有している。凹陥部３１２は、凸部３１１の全周を囲むように設けられている。キャビティ３１は、噴射軸心Ｘ２に対して対称な形状を有している。

凹陥部３１２の周側面は、キャビティ３１の底面からキャビティ３１の開口に向かって噴射軸心Ｘ２に対して傾いている。キャビティ３１の内径は、キャビティ３１の底部からキャビティ３１の開口に向かって次第に拡大する。

尚、燃焼室１７の形状は、図２に例示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ３１の形状、ピストン３の上面の形状、及び、燃焼室１７の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。例えば、キャビティ３１は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して対称な形状にしてもよい。傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とは、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に対して対称な形状にしてもよい。また、キャビティ３１において、後述する点火プラグ２５に向かい合う箇所に、凹陥部３１２よりも底の浅い浅底部を設けてもよい。

エンジン１の幾何学的圧縮比は、１３以上３０以下（好ましくは２０以下）に設定されている。エンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼を行う。このエンジン１は、混合気の自着火のためにピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。つまり、エンジン１は、ＣＩ燃焼を行うものの、その幾何学的圧縮比は、比較的低く設定されている。幾何学的圧縮比を低くすることによって、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度）においては、１４〜１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度）においては、１５〜１８としてもよい。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２の、二つの吸気ポートを有している。第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２は、クランクシャフト１５の軸方向、つまり、エンジン１のフロント−リヤ方向に並んでいる。吸気ポート１８は、燃焼室１７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、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。

吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、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機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気弁２１の動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、液圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２の、二つの排気ポートを有している。第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２は、エンジン１のフロント−リヤ方向に並んでいる。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。この構成例では、図４に示すように、可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気弁２２の動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、液圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

このエンジン１は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって、吸気弁２１の開弁時期と排気弁２２の閉弁時期とに係るオーバーラップ期間の長さを調整する。このことによって、燃焼室１７の中に熱い既燃ガスを閉じ込める。つまり、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入する。また、オーバーラップ期間の長さを調整することによって、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気する。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ６は、吸気側の傾斜面１３１１と排気側の傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部において、燃焼室１７内に臨んで配設されている。インジェクタ６は、図２に示すように、その噴射軸心が、シリンダ１１の中心軸Ｘ１に平行に配設されている。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１とずれている。インジェクタ６の噴射軸心と、キャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その場合も、インジェクタ６の噴射軸心と、キャビティ３１の凸部３１１の位置とは一致していることが望ましい。

インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴孔を有する多噴孔型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がりかつ、燃焼室１７の天井部から斜め下向きに広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、本構成例においては、１０個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。噴孔の軸は、図２の上図に示すように、後述する点火プラグ２５に対して、周方向に位置がずれている。つまり、点火プラグ２５は、隣り合う二つの噴孔の軸に挟まれている。これにより、インジェクタ６から噴射された燃料の噴霧が、点火プラグ２５に直接当たって、電極を濡らしてしまうことが回避される。

インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料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よう構成されている。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の噴孔から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能に構成されている。燃料供給システム６１の最高燃料圧力は、例えば１２０ＭＰａ程度にしてもよい。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。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、この構成例では、図２にも示すように、シリンダ１１の中心軸Ｘ１を挟んだ吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、インジェクタ６に隣接している。点火プラグ２５は、二つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。

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１１の吸気ポート１８に連通している。吸気通路４０は、燃焼室１７に導入する吸気（主には新気であるが、ＥＧＲガスを含む場合もある、単に「ガス」ともいう）が流れる通路である。吸気通路４０の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナー４１が配設されている。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、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調整することによって、燃焼室１７の中への新気の導入量を調整するよう構成されている。

吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入するガスを過給するよう構成されている。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、例えばルーツ式としてもよい。機械式の過給機４４の構成はどのような構成であってもよい。機械式の過給機４４は、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。

過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５（切替部）が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン１との間で、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５の遮断及び接続を切り替えることによって、過給機４４はオン（駆動）とオフ（非駆動）とが切り替わる。

このエンジン１は、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給、つまり自然吸気よりも高い圧力で吸気を燃焼室１７に導入すること（過給状態）と、過給機４４が、燃焼室１７に導入するガスを過給しない、つまり自然吸気によって吸気を燃焼室１７に導入すること（非過給状態）とを切り替えることができるよう構成されている。

過給機４４は、例えば、吸気の圧力を圧縮比で１．５〜２．５まで高めることができる。過給機４４は、エンジン１の吸気性能よりも高い吐出力を有している。過給圧を高めることにより、燃焼室１７に導入できる吸気量よりも十分に多量の吸気を、吸気通路４０の過給機４４の下流側に送り出すことができる。

吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４において圧縮されたガスを冷却するよう構成されている。インタークーラー４６は、例えば水冷式(油冷式でもよい）に構成すればよい。

吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするよう、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８（ＡＢＶ、流量制御弁）が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調整する。この構成例においては、過給機４４、バイパス通路４７、インタークーラー４６、及びエアバイパス弁４８によって、過給システム４９が構成されている。

図１において二点鎖線Ｋで囲む過給システム４９を含む吸気通路４０は、ユニット化されており、エンジン本体１００の周囲に組み付けられている。具体的には、ユニット化されたエアクリーナー４１、吸気通路４０、過給機４４、インタークーラー４６、バイパス通路４７等が、エンジン本体１００の外面に近接した状態で、エンジン本体１００に一体的に組み付けられている。

エンジン１は、燃焼室１７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弁５６である。スワールコントロール弁５６は、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２の内、セカンダリ通路４０２に配設されている。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調整弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、エンジン１の前後方向に並んだ第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２の内、第１吸気ポート１８１から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に増えかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に減るから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気流量が、略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流が発生しない。尚、スワール流は、矢印で示すように、図３における反時計方向に周回する（図２の白抜きの矢印も参照）。

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１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７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、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、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、エンジンルーム外に配設されている。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。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、外部ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、既燃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における過給機４４の上流に接続されている。

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、既燃ガスを冷却するよう構成されている。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる既燃ガスの流量を調整するよう構成されている。ＥＧＲ弁５４の開度を調整することによって、冷却した既燃ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調整することができる。

この構成例において、ＥＧＲシステム５５は、ＥＧＲ通路５２及びＥＧＲ弁５４を含んで構成されている外部ＥＧＲシステムと、前述した吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含んで構成されている内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。

エンジン１の冷却装置７１は、図５に示すように、メイン回路７１Ａ（主冷却部）とサブ回路７１Ｂ（副冷却部）とを備えている。メイン回路７１Ａ及びサブ回路７１Ｂは、互いに独立している。つまり、メイン回路７１Ａとサブ回路７１Ｂとの間で、冷媒（冷却水）は相互に行き来しない。

メイン回路７１Ａは、走行風を利用して冷媒を冷却するメインラジエータ７２と、メインラジエータ７２によって冷却された冷媒をエンジン本体１００に供給する可変容量型のウォータポンプ７４と、を有している。ウォータポンプ７４は、エンジン１によって駆動される。エンジン本体１００に供給された冷媒は、エンジン本体１０の各部を冷却した後、エンジン本体１００から排出され、メインラジエータ７２に戻る。

サブ回路７１Ｂは、メインラジエータ７２と同様に、走行風を利用して冷媒を冷却するサブラジエータ７５と、サブラジエータ７５によって冷却された冷媒をインタークーラー４６へ供給する電動ウォータポンプ７６と、を有している。インタークーラー４６に供給された冷媒は、インタークーラー４６を通過するガスを冷却した後に、インタークーラー４６から排出され、サブラジエータ７５に戻る。

メイン回路７１Ａを流れる冷媒は、エンジン本体１００の内部を通過する。サブ回路７１Ｂを流れる冷媒は、エンジン本体１００の内部を通過しない。そのため、サブ回路７１Ｂを流れる冷媒は、メイン回路７１Ａを流れる冷媒よりもエンジン本体１００の温度の影響を受け難い。そのため、サブ回路７１は、エンジン本体１００から独立した状態で、インタークーラー４６を効果的に冷却できるようになっている。

エンジン１は、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、図４に示すように、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入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。

ＥＣＵ１０には、図１及び図４に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１７が接続されている。センサＳＷ１〜ＳＷ１７は、検知信号をＥＣＵ１０に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。

すなわち、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を検知するエアフローセンサＳＷ１、及び、新気の温度を検知する第１吸気温度センサＳＷ２、吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力を検知する第１圧力センサＳＷ３、吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を検知する第２吸気温度センサＳＷ４、サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力を検知する第２圧力センサＳＷ５、各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力を検知する指圧センサＳＷ６、排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を検知する排気温度センサＳＷ７、排気通路５０における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するリニアＯ２センサＳＷ８、上流の触媒コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検知するラムダＯ２センサＳＷ９、エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を検知する水温センサＳＷ１０、エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を検知するクランク角センサＳＷ１１、アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサＳＷ１２、エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検知する吸気カム角センサＳＷ１３、エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検知する排気カム角センサＳＷ１４、ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧を検知するＥＧＲ差圧センサＳＷ１５、並びに、燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を検知する燃圧センサＳＷ１６である。更には、サージタンク４２の下流側の近傍に配置され、サージタンク４２から流出して燃焼室１７に導入されるガスの温度を検知する第３吸気温度センサＳＷ１７である。

ＥＣＵ１０は、これらの検知信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、各デバイスの制御量を計算する。ＥＣＵ１００は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。

例えば、ＥＣＵ１０は、第１圧力センサＳＷ３及び第２圧力センサＳＷ５の検知信号から得られる過給機４４の前後差圧に基づいてエアバイパス弁４８の開度を調整することにより、過給圧を調整する。また、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の検知信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調整することにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量を調整する。

（エンジンの運転領域）
図６は、エンジン１の運転領域マップ５０１、５０２を例示している。エンジン１の運転領域マップ５０１、５０２は、負荷及び回転数によって定められており、負荷の高低及び回転数の高低に対し、五つの領域に分けられている。具体的に、五つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域（１）−１（「低負荷側領域」に相当）、低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる中負荷領域（１）−２（「高負荷側領域」に相当）、中負荷領域（１）−２よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転領域（２）、高負荷領域において中回転領域（２）よりも回転数の低い低回転領域（３）、及び、低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２、高負荷中回転領域（２）、及び、高負荷低回転領域（３）よりも回転数の高い高回転領域（４）である。

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、高回転領域とすればよい。図６の例では、回転数Ｎ１未満を低回転、回転数Ｎ２以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。回転数Ｎ１は、例えば１２００ｒｐｍ程度、回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。

図６においては、理解容易のために、エンジン１の運転領域マップ５０１、５０２を二つに分けて描いている。マップ５０１は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。マップ５０２は、過給機４４が駆動される過給領域と、過給機４４が駆動されない非過給領域とを示している。尚、図６における二点鎖線は、エンジン１のロード−ロードライン（Road-Load Line）を示している。

エンジン１は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域（１）−１、中負荷領域（１）−２、及び、高負荷中回転領域（２）において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。エンジン１はまた、その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域（３）及び高回転領域（４）においては、ＳＩ燃焼を行う。以下、各領域におけるエンジン１の運転について、図７に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら説明をする。

（低負荷領域（１）−１）
エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときには、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

図７の符号６０１は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において、図６に示す運転状態６０１にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０１１、６０１２）及び点火時期（符号６０１３）、並びに、燃焼波形（つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号６０１４）それぞれの一例を示している。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼をすると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする。

ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、圧縮上死点付近の所定タイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火する、これによって、火炎伝播による燃焼が開始する。ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。従って、熱発生率の波形は、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。図示はしないが、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。

ＳＩ燃焼によって、燃焼室１７の中の温度及び圧力が高まると、未燃混合気が自己着火する。図７の例では、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化している。つまり、熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで、変曲点を有している。

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。但し、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、ピストン３がモータリングによって下降している。ＣＩ燃焼による、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθも比較的穏やかになる。

ｄｐ／ｄθは、燃焼騒音を表す指標として用いることができるが、前述の通りＳＰＣＣＩ燃焼は、ｄｐ／ｄθを小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えることができる。

ＣＩ燃焼が終了することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼は、膨張行程中の燃焼終了時期を、圧縮上死点に近づけることが可能である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、エンジン１の燃費性能の向上に有利である。

エンジン１の燃費性能を向上させるために、ＥＧＲシステム５５は、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。

また、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転しているときには、燃焼室１７の中には、強いスワール流が形成される。スワール流は、燃焼室１７の外周部において強く、中央部において弱くなる。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート１８はタンブルポートであるため、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。

エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、スワール比は、２以上、好ましくは４以上になる。ここで、スワール比を定義すると、「スワール比」は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値である。

スワールコントロール弁５６の開度によってスワール比は調整できる。例えば、このエンジン１では、スワールコントロール弁５６が全開のときには、スワール比は６程度になる。例えば、スワール比を４以上６以下とするには、スワールコントロール弁５６の開度を、開口比率が０〜１５％となる範囲で調整すればよい。

エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比よりもリーンである。つまり、燃焼室１７の全体において、混合気の空気過剰率λは１を超える。より詳細に、燃焼室１７の全体において混合気のＡ／Ｆは３０以上である。混合気が燃焼を開始する直前での空気過剰率は２以上である。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。

エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、燃焼室１７内の中央部と外周部との間において、混合気は成層化している。中央部の混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のＡ／Ｆは、２０以上３５以下であり、外周部の混合気のＡ／Ｆは、３５以上５０以下である。尚、空燃比の値は、混合気が燃焼を開始する直前に相当する点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。

エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、インジェクタ６は、基本的には、吸気行程中と、圧縮行程中とのそれぞれにおいて燃料を燃焼室１７の中に噴射する（符号６０１１、６０１２）。吸気行程中に噴射した燃料は、点火時期までの間に燃焼室１７の中の全体に拡散をする。吸気行程中に噴射した燃料は、中央部及び外周部の混合気を形成する。圧縮行程中に噴射した燃料は、点火時期までの時間が短いため、あまり拡散せずに、スワール流によって、燃焼室１７の中央部の点火プラグ２５の付近に輸送される。圧縮行程中に噴射した燃料は、吸気行程中に噴射した燃料の一部と共に、中央部の混合気を形成する。燃焼室１７の中央部と外周部とにおいて、混合気が成層化する。

燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ２５は、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０１３）。中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼のコントロール性が向上する。その結果、エンジン１が低負荷領域（１）−１において運転するときに、燃焼騒音の発生の抑制と、燃焼期間の短縮による燃費性能の向上とが両立する。

低負荷領域（１）−１においてエンジン１は、混合気を理論空燃比よりもリーンしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、低負荷領域（１）−１は、「ＳＰＣＣＩリーン領域」と呼ぶことができる。

（中負荷領域（１）−２）
エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転しているときも、低負荷領域（１）−１と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

図７の符号６０２は、エンジン１が中負荷領域（１）−２において、図６に示す運転状態６０２にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０２１、６０２２）及び点火時期（符号６０２３）、並びに、燃焼波形（符号６０２４）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が中負荷領域（１）−２にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。

また、エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中には、スワール比が２以上、好ましくは４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。スワール流を強くすることにより、燃焼室１７内の乱流エネルギが高くなるから、エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、ＳＩ燃焼の火炎が速やかに伝播してＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定することによってＣＩ燃焼のコントロール性が高まる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼のタイミングが適正化することによって、燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、燃費性能の向上が図られる。また、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。

エンジン１が中負荷領域（１）−２において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）である。混合気が燃焼を開始する直前での空気過剰率は１かそれ以下である。三元触媒が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。

エンジン１が運転状態６０２にて運転しているときは、吸気行程中の燃料噴射（符号６０２１）と、圧縮行程中の燃料噴射（符号６０２２）とを行う。吸気行程中に噴射６０２１を行うことによって、燃焼室１７の中に燃料を略均等に分布させることができる。圧縮行程中に噴射６０２２を行うことによって、中負荷領域（１）−２内において負荷が高いときに、燃焼室１７内の温度を燃料の気化潜熱により低下させてノッキング等の異常燃焼を防止する。噴射６０２１の噴射量と噴射６０２２の噴射量との割合は一例として、９５：５としてもよい。中負荷領域（１）−２における負荷の低い運転状態では、噴射６０２２を省略してもよい。

圧縮上死点の前の所定のタイミングで、点火プラグ２５が混合気に点火をする（符号６０２３）ことによって、混合気は、火炎伝播により燃焼する。火炎伝播による燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火して、ＣＩ燃焼する。噴射６０２２によって噴射された燃料は、主にＳＩ燃焼する。噴射６０２１によって噴射された燃料は、主にＣＩ燃焼する。

中負荷領域（１）−２においてエンジン１は、混合気を理論空燃比にしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、中負荷領域（１）−２は、「ＳＰＣＣＩλ＝１領域」と呼ぶことができる。

（高負荷中回転領域（２））
エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転しているときも、低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２と同様に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

図７の符号６０３は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において、図６に示す低回転側の運転状態６０３にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０３１、６０３２）及び点火時期（符号６０３３）、並びに、燃焼波形（符号６０３４）それぞれの一例を示している。
図７の符号６０４は、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において、図６に示す高回転側の運転状態６０４にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０４１）及び点火時期（符号６０４２）、並びに、燃焼波形（符号６０４３）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷中回転領域（２）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。

また、エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときにも、低負荷領域（１）−１と同様に、燃焼室１７の中には、スワール比が２以上、好ましくは４以上の、強いスワール流が形成される。スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。

エンジン１が高負荷中回転領域（２）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチである（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。

エンジン１が低回転側の運転状態６０３において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料を噴射する（符号６０３１）と共に、圧縮行程の終期に燃料を噴射する（符号６０３２）。噴射６０３１の噴射量と噴射６０３２の噴射量との割合は、一例として、９５：５としてもよい。

点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０３３）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。点火プラグ２５は燃焼室１７の中央部に配置されているため、点火プラグ２５の点火によって、中央部の混合気が火炎伝播によるＳＩ燃焼を開始する。ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室１７内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。燃焼室１７の外周部における、周方向の所定の位置において、未燃混合気が圧縮着火をし、ＣＩ燃焼が開始する（燃焼波形６０３４参照）。

エンジン１が高回転側の運転状態６０４にて運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程において燃料噴射を開始する（符号６０４１）。

吸気行程に開始する噴射６０４１は、吸気行程の前半に燃料噴射を開始してもよい。噴射６０４１の終了は、吸気行程を超えて圧縮行程中になる場合がある。噴射６０４１の噴射開始を、吸気行程の前半にすることによって、燃焼室１７の外周部においてＣＩ燃焼用の混合気を形成すると共に、燃焼室１７の中央部においてＳＩ燃焼用の混合気を形成することができる。回転数が高く異常燃焼が発生し難いため、後段噴射を省略することができる。

点火プラグ２５は、圧縮上死点付近において、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする（符号６０４２）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点以降に点火を行う。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる（燃焼波形６０４３参照）。

高負荷中回転領域（２）においてエンジン１は、混合気を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、高負荷中回転領域（２）は、「ＳＰＣＣＩλ≦１領域」と呼ぶことができる。

（高負荷低回転領域（３））
エンジン１の回転数が低いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が長くなる。高負荷低回転領域（３）において、高負荷中回転領域（２）と同様に、例えば吸気行程や圧縮行程の前半に、燃焼室１７内に燃料を噴射すると、燃料の反応が進みすぎてしまって過早着火を招く恐れがある。エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときには、前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。

そこで、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。

図７の符号６０５は、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において、図６に示す運転状態６０５にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０５１、６０５２）及び点火時期（符号６０５３）、並びに、燃焼波形（符号６０５４）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高負荷低回転領域（３）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。

エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転しているときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）である。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。従って、混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。混合気の空燃比を、理論空燃比にすることにより、高負荷低回転領域（３）において、燃費性能が向上する。尚、エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、燃焼室１７の全体の混合気の燃料濃度を、空気過剰率λにおいて１以下でかつ、高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λ以上、好ましくは高負荷中回転領域（２）における空気過剰率λよりも大にしてもよい。

エンジン１が高負荷低回転領域（３）において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中と、圧縮行程終期から膨張行程初期までの期間（以下、この期間をリタード期間と呼ぶ）との、各々のタイミングで、燃焼室１７内に燃料を噴射する（符号６０５１、６０５２）。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの終期とすればよい。また、膨張行程の初期は、膨張行程を、初期、中期及び終期に三等分したときの初期とすればよい。

二回に分けて燃料を噴射することにより、リタード期間内に噴射する燃料量を少なくすることができる。吸気行程中に燃料を噴射することにより（符号６０５１）、混合気の形成時間を十分に確保することができる。また、リタード期間に燃料を噴射することにより（符号６０５２）、点火直前に、燃焼室１７の中の流動を高めることができ、ＳＩ燃焼の安定化に有利になる。この燃料噴射の形態は、エンジン１の幾何学的圧縮比が低いときに特に有効である。

点火プラグ２５は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０５３）。点火プラグ２５は、例えば圧縮上死点後に点火を行ってもよい。混合気は、膨張行程においてＳＩ燃焼をする。ＳＩ燃焼が膨張行程において開始するため、ＣＩ燃焼は開始しない（燃焼波形６０５４参照）。

高負荷低回転領域（３）においてエンジン１は、燃料を圧縮行程終期から膨張行程初期までのリタード期間に噴射をしてＳＩ燃焼を行うため、高負荷低回転領域（３）は、「リタード−ＳＩ領域」と呼ぶことができる。

（高回転領域（４））
エンジン１の回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。そのため、例えば高負荷領域における高回転領域において、前述したように、圧縮行程中に分割噴射を行うことにより、燃焼室１７内において混合気の成層化をすることが困難になる。エンジン１の回転数が高くなると、前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。

そのため、エンジン１が高回転領域（４）において運転しているときには、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。尚、高回転領域（４）は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。

図７の符号６０６は、エンジン１が高回転領域（４）において、図６に示す運転状態６０６にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０６１）及び点火時期（符号６０６２）、並びに、燃焼波形（符号６０６３）それぞれの一例を示している。

ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態が高回転領域（４）にあるときに、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。エンジン１は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにすればよい。

エンジン１は、高回転領域（４）において運転するときには、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６を全開にする。燃焼室１７内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁５６を全開にすることによって、高回転領域（４）において充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。

エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、高回転領域（４）内の、全開負荷を含む高負荷領域においては、混合気の空気過剰率λを１未満にしてもよい。

エンジン１が高回転領域（４）において運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程に燃料噴射を開始する。インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する。尚、運転状態６０５は、エンジン１の負荷が高いため、燃料噴射量が多い。燃料の噴射量に応じて、燃料の噴射期間は変化する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室１７の中に、均質又は略均質な混合気を形成することが可能になる。また、エンジン１の回転数が高いときに、燃料の気化時間をできるだけ長く確保することができるため、未燃損失の低減及び煤の発生の抑制を図ることもできる。

点火プラグ２５は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０６２）。

高回転領域（４）においてエンジン１は、燃料噴射を吸気行程に開始してＳＩ燃焼を行うため、高回転領域（４）は、「吸気−ＳＩ領域」と呼ぶことができる。

（過給機の運転）
図６の下図５０２に示すように、エンジン１の全運転領域における低負荷・低回転側である、低負荷領域（１）−１の一部、及び、中負荷領域（１）−２の一部においては、過給機４４がオフ、つまり非駆動の状態とされ、エンジン１の運転は非過給の状態となる（この非過給の領域が「所定領域」に相当）。

詳細には、低負荷領域（１）−１における低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされる。低負荷領域（１）−１における高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンにされて、過給圧を高くする。また、中負荷領域（１）−２における低負荷低回転側の領域においては、過給機４４がオフにされ、中負荷領域（１）−２における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンにされ、高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４がオンになる。

高負荷中回転領域（２）、高負荷低回転領域（３）、及び、高回転領域（４）の各領域においては、その全域に亘って過給機４４がオンになり（Ｓ／Ｃ ＯＮ参照）、エンジン１の運転は過給の状態となる。

図８に、ＥＣＵ１０が、エンジン１の運転を過給の状態と非過給の状態とに切り替える流れを示す。ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込む（ステップＳ１）。ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転領域を判断し、過給要求があるか否かを判断する（ステップＳ２）。その結果、ＥＣＵ１０が、過給要求があると判断した場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、電磁クラッチ４５が接続され、エアバイパス弁４８（ＡＢＶ）が閉じ側で開度が調整されることにより、過給運転が実行される（ステップＳ３）。

図９に、過給運転時における過給システム４９を示す。エアバイパス弁４８（ＡＢＶ）は、ほとんど閉じられた状態で保持される。電磁クラッチ４５が接続されて、過給機４４が駆動されることにより、過給機４４の上流側のガスは、過給機４４に引き込まれ、加圧された状態で過給機４４の下流側に吐出される。加圧によってガスの温度は上昇するが、インタークーラー４６によって冷却され、適切な温度に調節された後、サージタンク４２に流入する。

燃焼室１７に導入するガスの過給圧を調整するため、エアバイパス弁４８の開度が調整される。それにより、サージタンク４２に流入したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に逆流する。過給状態では、吸気通路４０のうち、過給機４４の下流側は、過給機４４の上流側よりも高い圧力で保持される（静的にも動的にも、第１圧力センサＳＷ３が検出する圧力よりも第２圧力センサＳＷ５が検出する圧力の方が高い）。

ＥＣＵ１０が、過給要求がないと判断した場合には（ステップＳ２でＮＯ）、電磁クラッチ４５の接続が遮断され、エアバイパス弁４８（ＡＢＶ）が全開か全開と同等レベルに開度調整されることにより、非過給運転（自然吸気）が実行される（ステップＳ４）。

図１０に、非過給運転時における過給システム４９を示す。エアバイパス弁４８は全開又は全開と同等のレベルの開度に調整される。過給機４４は、電磁クラッチ４５の接続が遮断されているので、作動（回転）はしない。吸気通路４０における過給機４４の上流側を流れるガスは、過給機４４及びインタークーラー４６を迂回し、バイパス通路４７を通ってサージタンク４２に流入する。バイパス通路４７は、吸気通路４０における過給機４４の上流側及び下流側の双方に連通した状態となっているので、ガスは抵抗を受けることなくバイパス通路４７を通過する。非過給状態では、吸気通路４０における過給機４４の上流側及び下流側のいずれも、静的には同じ圧力に保持される（第１圧力センサＳＷ３が検出する圧力と、第２圧力センサＳＷ５が検出する圧力とがほぼ同じ）。

（非過給運転時における外気温の影響）
過給運転時には、インタークーラー４６によって燃焼室１７に導入されるガスの温度が調整されるが、非過給運転時には、ガスは直接燃焼室に導入されるため、ガスの温度は、外気温（外気の温度）に依存する。従って、外気温が過度に高くなった場合、燃焼室の温度が適正な範囲を逸脱し、適切な燃焼が実現できなくなる恐れがある。

特に、このエンジン１では、非過給運転が行われる低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２の所定領域では、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われるので、燃焼室の温度を適正な範囲に維持する必要がある。詳しくは、圧縮端温度が高くな過ぎると、ＣＩ燃焼が開始するタイミングが早まるなど、ＳＩ燃焼によるＣＩ燃焼の制御が不安定になり、過早着火などの不具合を招く恐れがある。

そこで、このエンジン１では、そのような所定領域においても、外気温の影響を抑制し、燃焼室の温度を適正な範囲に維持できるよう、予回転制御及び強制回転制御が実行できるように構成されている。

具体的には、自然吸気によって燃焼室の温度を適正な範囲に維持できる場合には、そのままの状態で非過給運転が行われる。対して、外気温が高くなり、自然吸気によっては、燃焼室１７に導入される吸気の温度（吸気温度）が高くなり、燃焼室の温度を適正な範囲に維持できなくなる場合（外気温が所定の第１温度ＴＳ１以上であるとき）には、予回転制御又は強制回転制御が実行され、燃焼室の温度を適正な範囲に維持できるよう、吸気の冷却が実行される。

（予回転制御）
図１１に、予回転制御時における過給システム４９を示す。予回転制御の実行時には、ＥＣＵ１０は、非過給の状態で過給機４４がその上流と下流の圧力差によって作動するよう、過給機４４の非駆動を維持した状態でエアバイパス弁４８を閉じるように制御する。

エアバイパス弁４８を略全開の状態から閉じ側に制御することで、バイパス通路４７の流路断面積が小さくなって、バイパス通路４７の流路抵抗が増加する。その結果、過給機４４の上流と下流とで圧力差が発生し、その差圧に基づいて過給機４４が回転、詳しくは過給機４４のロータが回転する（予回転）。いったん過給機４４が予回転し始めれば、慣性力が作用するため、その後は、比較的弱い差圧であっても安定して過給機４４を予回転させることができる。

過給機４４が予回転することで、吸気通路４０における過給機４４の上流側を流れるガスの一部は、図１１に破線で示すように、過給機４４に引き込まれる。過給機４４に引き込まれたガスは、インタークーラー４６を通過してサージタンク４２へ流入する。インタークーラー４６を通過することでガスは冷却される。一方、バイパス通路４７を通過するガスは冷却されない。インタークーラー４６を通過するガスの流量に応じて燃焼室１７に導入されるガスが冷却される。

図１２に、バイパス通路４７を通過するガスの流量に対するインタークーラー４６を通過するガスの流量の割合（以下、単に「流量割合」という）と、サージタンク４２内のガス温度との関係を示す。同図に示す領域Ｓ１は、燃焼室の温度を適正な範囲に維持できる、サージタンク４２におけるガス温（以下、「サージタンク内温度」という）の領域である。

同図において、複数の三角印を含む実線で示すように、サージタンク内温度は、流量割合が大きくなるにしたがって減少するようになる。サージタンク内温度は、燃焼室１７に導入されるガス温と実質的に等しい。すなわち、流量割合を介してサージタンク内温度を調整すれば、燃焼室１７に導入されるガス温を所定の適切な範囲内に収めることが可能となる。

流量割合を調整してサージタンク内温度を適切な範囲内に収めるために、エアバイパス弁４８は、外気温が高いときには、低いときよりも閉じ側に調整される。この構成例では、ＥＣＵ１０は、制御マップに基づいて、外気温が高くなるに従い、全開状態から全閉状態に向かって、徐々に閉じるようにエアバイパス弁４８を制御する。

具体的に、ＥＣＵ１０は、第１吸気温度センサＳＷ２に基づいて外気温を取得し、第３吸気温度センサＳＷ１７に基づいてサージタンク内温度を取得する。サージタンク内温度は、負荷、エンジン回転数など、エンジン１の運転状態を示す種々のパラメータと、外気温とに基づいて、間接的にサージタンク内温度を決定してもよい。

ＥＣＵ１０には、サージタンク内温度と絞り量を関連付ける制御マップが予め記憶されている。ＥＣＵ１０は、その制御マップに基づいて、サージタンク内温度が適正範囲Ｓ１に収まるように、サージタンク内温度に対応するエアバイパス弁４８の開度を決定して調整する。

エアバイパス弁４８が閉じ側に調整されるほど、バイパス通路４７の流路抵抗は増加する。それにより、過給機４４の上流側と下流側との間の差圧が大きくなり、過給機４４の予回転が促進され、インタークーラー４６を通過するガス量が増大し、流量割合もまた増大する。そうすることにより、サージタンク内温度が適正範囲Ｓ１に収まるように調整される。予回転制御の実行時には、第１圧力センサＳＷ３が検出する圧力及び第２圧力センサＳＷ５が検出する圧力（動的圧力）は、エアバイパス弁４８の開度に応じて変化する。但し、通常の非過給運転（自然吸気）の状態よりもその圧力差は大きく、過給運転の状態よりもその圧力差は小さい傾向にある。

尚、予回転制御の実行時には、スロットル弁４３の開度は、全開又は全開と同等の開度に調整される。すなわち、スロットル弁４３の開度を絞ると、過給機４４を予回転させようとしたときにポンプ損失が増大する虞がある。スロットル弁４３の開度を最大にすることで、ポンプ損失の増大を回避できる。強制回転制御の実行時も同様であり、強制回転制御の実行時には、スロットル弁４３の開度は、全開又は全開と同等の開度に調整される。

（強制回転制御）
外気温が更に高くなると、図１２に仮想線で示すように、サージタンク内温度が上昇し、予回転制御による冷却では、サージタンク内温度を適正範囲Ｓ１に収めることが困難になる場合がある。そのような場合に、このエンジン１では、強制回転制御が行われるように構成されている。

具体的には、外気温が、自然吸気では燃焼室の温度を適正な範囲に維持できなくなる第１温度ＴＳ１以上であるときには予回転制御が行われ、予回転制御によっても燃焼室の温度を適正な範囲に維持できなくなる所定の第２温度ＴＳ２を超える場合に強制回転制御が行われる（第２温度ＴＳ２＞第１温度ＴＳ１）。

図１３に、強制回転制御時における過給システム４９を示す。強制回転制御時には、吸気通路４０を流れるガスがバイパス通路４７を通じて循環するよう、エアバイパス弁４８を開いた非過給の状態で、過給機４４が強制的に駆動される。

具体的には、エアバイパス弁４８は全開又は全開と同等のレベルの開度に調整される。その状態で、過給機４４は、電磁クラッチ４５が接続されて駆動される。それにより、吸気通路４０における過給機４４の上流側を流れるガスは、過給機４４に引き込まれる。過給機４４に引き込またガスは、インタークーラー４６を通って冷却された後、サージタンク４２に流入する。

バイパス通路４７は、吸気通路４０における過給機４４の上流側及び下流側の双方に連通した状態となっているので（静的には同圧状態）、燃焼室１７に導入される分以外のガスは、抵抗を受けることなくバイパス通路４７を逆流し、吸気通路４０における過給機４４の上流側へと戻る。吸気通路４０における過給機４４の上流側へと戻ったガスは、再度、過給機４４に引き込まれる。

すなわち、過給システム４９において、過給機４４、インタークーラー４６、サージタンク４２、及びバイパス通路４７を経由して、吸気通路４０を流れるガスが繰り返し循環するようになる。循環する過程でインタークーラー４６を繰り返し通過することから、燃焼室１７に導入するガスを効果的に冷却することができる。予回転制御の場合、インタークーラー４６を通過するのは１回であるため、強制回転制御は、予回転制御よりも冷却性能の面では優れている。

従って、外気温が過度に高くなり、予回転制御では吸気温度を適正に保持することが困難になった場合でも、強制回転制御を行うことで、吸気温度を適正に保持することができる。強制回転制御によれば、自然吸気を行う場合に比べて、エアバイパス弁４８の開度調整により、燃焼室１７に導入する吸気量も精度高く調整できるようになる。その結果、外気温が過度に高くなる場合であっても、燃焼室１７の温度を適正な範囲に保持することができ、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が実現できる。

強制回転制御の実行時には、第１圧力センサＳＷ３が検出する圧力及び第２圧力センサＳＷ５が検出する圧力は、静的には同圧であるが、動的には過給機４４の駆動状態等に応じて変化する。但し、通常の非過給運転（自然吸気）の状態よりもその圧力差は大きく、過給運転の状態よりもその圧力差は小さい傾向にある。

これら予回転制御及び強制回転制御は、低負荷領域（１）−１及び中負荷領域（１）−２に亘る所定領域で行われるが、これら制御を実行する基準となる第１温度ＴＳ１及び第２温度ＴＳ２は、低負荷領域（１）−１に位置する領域（低負荷側領域）よりも、中負荷領域（１）−２に位置する領域（高負荷側領域）の方が低い値となっている。

すなわち、低負荷側領域では、燃焼開始前の混合気は、燃料濃度の薄いリーンな状態とされる。対して、高負荷側領域では、燃焼開始前の混合気は、燃料濃度の濃いリッチな状態とされる。従って、高負荷側領域は、低負荷側領域よりも燃焼温度が高くなるため、圧縮端温度は低負荷側領域よりも高くなり易い。そのため、外気温が高いときには、高負荷側領域は低負荷側領域よりも、燃焼室１７の温度が適正な範囲を逸脱し易い。

従って、これら予回転制御及び強制回転制御を行う基準となる第１温度ＴＳ１及び第２温度ＴＳ２を、低負荷側領域よりも高負荷側領域を低い値とすることで、燃焼室１７の温度が適正な範囲を逸脱するのを、より確実に回避できる。

特に高負荷側領域では、予回転制御よりも強制回転制御を積極的に行うのが好ましい。低負荷領域及び高負荷側領域は、いずれも非過給運転の領域であり、燃焼室１７に導入される吸気量は比較的少ない。それに対し、高負荷側領域は、低負荷領域よりも負荷が大きいため、出力される動力は低負荷側領域よりも大きい。従って、出力される動力が大きい分、高負荷側領域では、過給機４４を駆動することによって増加する駆動負荷の影響が低負荷領域に比べて小さくなる。駆動負荷の影響が小さくなる分、高負荷側領域では、過給機４４の駆動力を高めて、より吸気の循環量を増やすことができるので、強制回転制御の実行により、インタークーラー４６による吸気の冷却を促進できる。吸気温度を、より安定して適正に保持することができる。

（エンジンの温度の影響）
前述したように、過給システム４９を含む吸気通路４０は、ユニット化された状態で、燃焼によって高温になるエンジン本体１００の外面に密着するようにして、エンジン本体１００に組み込まれている。

そのため、吸気通路４０及びバイパス通路４７を通過するガスは、これらを通過する間に、エンジン本体１００が発する熱を受熱する。エンジン本体１００の温度が高くなると、吸気通路４０及びバイパス通路４７を経由してガスが繰り返し循環する強制回転制御の場合、ガスがエンジンから受熱する熱量が大幅に増加する。その結果、強制回転制御は、冷却能力が優れていても、エンジン本体１００からの受熱量の増加によって、実質的な冷却能力が低下する場合がある。エンジンからの受熱量が、強制回転制御による冷却能力を超えてしまい、逆効果を招く恐れもある。

対して、予回転制御では、インタークーラー４６で冷却されたガスは、直接燃焼室１７に導入される。そのため、エンジン本体１００の温度が高くなっても、強制回転制御に比べるとその影響は少なく、高い冷却性能を発揮することができる。

そこで、このエンジン１では、予回転制御と強制回転制御とが、エンジン本体１００の温度に応じて切り替えられるように構成されている。

具体的には、エンジン本体１００の温度が所定の基準温度Ｔｅ以上の場合に予回転制御が行われ、エンジン本体１００の温度が基準温度Ｔｅ未満の場合に強制回転制御が行われる。基準温度Ｔｅは、例えば、９０℃以上の温度であり、ＥＣＵ１０に予め設定されている。基準温度Ｔｅは、それ以上になると、強制回転制御を行っても適切な冷却が行えず、冷却能力が予回転制御と同等かそれ以下となるような温度である。ＥＣＵ１０は、例えば水温センサＳＷ１０が検出する、メイン回路７１Ａを流れる冷却水の温度からエンジン本体１００の温度を取得する。

このように、このエンジン１では、エンジン本体１００の温度に応じて、冷却能力が適切に発揮できる制御に切り替えられるので、吸気の冷却が効率的に行える。その結果、エンジン本体１００の温度による影響を抑制した状態で、燃焼時における燃焼室１７を適切な温度に調整することができる。

（非過給運転時における吸気の冷却制御）
図１４に、非過給運転時における吸気の冷却制御の流れの一例を示す。非過給運転が実行されている間、ＥＣＵ１０は、第１吸気温度センサＳＷ２から入力される検知信号に基づいて外気温を取得しており、外気温が第１温度ＴＳ１以上か否かを、連続的に判断している（ステップＳ１１）。

それにより、ＥＣＵ１０は、外気温が第１温度ＴＳ１以上でないと判断した場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、通常通りの非過給運転を継続して実施する（ステップＳ１２）。

対して、ＥＣＵ１０は、外気温が第１温度ＴＳ１以上であると判断した場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、予回転制御を実行する（ステップＳ１３）。具体的には、電磁クラッチ４５は遮断され、過給機４４に機械的動力が作用しない非駆動を維持した状態で、エアバイパス弁４８を閉じるように制御する。

ＥＣＵ１０は、更に、外気温が第２温度ＴＳ２以上か否かについても、連続的に判断している（ステップＳ１４）。ＥＣＵ１０は、外気温が第２温度ＴＳ２以上でないと判断した場合には（ステップＳ１４でＮＯ）、予回転制御を継続して実施する。予回転制御の継続中に、ＥＣＵ１０は、外気温が第１温度ＴＳ１以上でないと判断した場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、通常通りの非過給運転に復帰する（ステップＳ１２）。

対して、外気温が更に高くなり、ＥＣＵ１０が、外気温が第２温度ＴＳ２以上であると判断した場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、強制回転制御による吸気の冷却が実行される。

このとき、ＥＣＵ１０は、水温センサＳＷ１０から入力される検知信号に基づいて間接的にエンジン本体１００の温度を取得しており、エンジン本体１００の温度が基準温度Ｔｅ以上か否かを、連続的に判断している（ステップＳ１５）。

そして、ＥＣＵ１０が、エンジン本体１００の温度が基準温度Ｔｅ以上であると判断した場合には（ステップＳ１５でＹＥＳ）、強制回転制御では適正な冷却が行えず、予回転制御の方が冷却性能が優れるので、予回転制御を継続する。予回転制御であれば、強制回転制御よりも駆動抵抗が小さいため、燃費性能の面でも有利である。

一方、ＥＣＵ１０が、エンジン本体１００の温度が基準温度Ｔｅ以上でないと判断した場合には（ステップＳ１５でＮＯ）、強制回転制御を実行する（ステップＳ１６）。強制回転制御であれば、吸気を効果的に冷却できるので、短時間で吸気温度を適正な状態に復帰させることができ、燃焼時における燃焼室内の温度を適切に調整できるようになる。

そうして、ＥＣＵ１０は、外気温が第１温度ＴＳ１以上でないと判断した場合には（ステップＳ１１でＮＯ）、通常通りの非過給運転に戻る（ステップＳ１２）。

＜エンジン１の応用例＞
予回転制御と強制回転制御との切り替えは、運転者の加速要求操作に応じて行ってもよい。

具体的には、前述した所定領域において、外気温が第１温度ＴＳ１以上であるときには、まず予回転制御が行われ、運転者の加速要求操作が行われた場合に、強制回転制御が行われるように構成する。

強制回転制御が行われる時には、過給機４４は非駆動から駆動に切り替えられる。その切り替え時に衝撃が発生し、その衝撃が運転者に伝わると、運転者が操作を行っていない場合などに、運転者が違和感を覚える恐れがある。それに対し、この構成では、所定領域において外気温が第１温度ＴＳ１以上であるときには、過給機４４が非駆動の状態で吸気を冷却できる予回転制御が行われ、運転者の加速要求操作が行われた場合に強制回転制御が行われる。

予回転制御であれば、過給機４４を非駆動の状態に維持できるので、運転者に違和感を感じさせることなく、吸気を冷却することができる。そして、運転者が、アクセルの踏み込み等、加速要求操作を行った場合には、強制回転制御を実行する。加速要求操作を行っていれば、過給機４４の切り替えによる衝撃が加わっても、運転者はその操作による衝撃と認識するため、運転者が違和感を覚えるのを回避できる。

図１５に、この応用例に基づく吸気の冷却制御の流れの一例を示す。基本的な流れは、図１４の流れと同じであるため、同じ構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。

ＥＣＵ１０は、予回転制御が実施されている間、例えば、アクセル開度センサＳＷ１２から入力される検知信号などから、運転者から加速要求があったか否かを連続的に判断している（ステップＳ２０）。

そして、ＥＣＵ１０は、運転者から加速要求がない場合には（ステップＳ２０でＮＯ）、予回転制御を継続して実施する。

対して、運転者から加速要求があった場合には（ステップＳ２０でＹＥＳ）、強制回転制御による吸気の冷却が実行され、エンジン本体１００の温度が基準温度Ｔｅ以上でない限り、強制回転制御が実施される（ステップＳ１６）。

強制回転制御の実施により、過給機４４が非駆動から駆動に切り替えられて衝撃が発生しても、運転者は、自身が行った加速要求操作による衝撃と認識するため、運転者が違和感を覚えるのを回避できる。そして、強制回転制御であれば、吸気を効果的に冷却できるので、短時間で吸気温度を適正な状態に復帰させることができ、燃焼時における燃焼室内の温度を適切に調整できるようになる。

１ エンジン
３ ピストン
６ インジェクタ（燃料噴射部）
１０ ＥＣＵ（制御部）
１７ 燃焼室
２５ 点火プラグ（点火部）
４０ 吸気通路
４４ 過給機
４５ 電磁クラッチ（切替部）
４６ インタークーラー
４７ バイパス通路
４８ エアバイパス弁（流量制御弁）

Claims (8)

1. エンジンの燃焼室に接続された吸気通路と、
   前記吸気通路に配設された過給機と、
   前記過給機の駆動と非駆動とを切り替える切替部と、
   前記吸気通路における前記過給機の下流に配設されたインタークーラーと、
   前記吸気通路における前記過給機の上流と前記インタークーラーの下流とを接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に配設された流量制御弁と、
   前記切替部、及び前記流量制御弁に接続されかつ、前記切替部、及び前記流量制御弁に制御信号を出力する制御部と、
   外気温を検知して前記制御部に検知信号を出力する温度センサと、
   を備え、
   非過給の状態で前記燃焼室内の混合気が圧縮自己着火により燃焼する所定領域において、外気温が所定の第１温度以上であるときに、前記吸気通路を流れるガスが前記バイパス通路を通じて循環するよう、前記制御部が、前記流量制御弁を開いた状態で、前記過給機を駆動する強制回転制御を行う、過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
2. 請求項１に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記所定領域において、外気温が前記第１温度以上であるときに、前記制御部は、非過給の状態で前記過給機がその上流と下流の圧力差によって作動するよう、前記過給機の非駆動を維持した状態で前記流量制御弁を閉じるように制御する予回転制御を行い、外気温が前記第１温度より高い所定の第２温度を超える場合に、前記強制回転制御を行う、過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
3. 請求項１又は請求項２に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記所定領域において、外気温が前記第１温度以上であるときに、前記制御部は、非過給の状態で前記過給機がその上流と下流の圧力差によって作動するよう、前記過給機の非駆動を維持した状態で前記流量制御弁を閉じるように制御する予回転制御を行い、運転者の加速要求操作が行われた場合に、前記強制回転制御を行う、過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
4. 請求項１又は請求項２に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記所定領域は、混合気の燃焼が開始する直前での空気過剰率が２以上となる低負荷側領域と、混合気の燃焼が開始する直前での空気過剰率が１以下となる高負荷側領域と、を含み、
   少なくとも前記高負荷側領域において、外気温が前記第１温度以上であるときに、前記制御部が前記強制回転制御を行う、過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
5. 請求項４に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記高負荷側領域及び前記低負荷側領域の双方において、前記強制回転制御が行われ、
   前記第１温度が、前記低負荷側領域よりも前記高負荷側領域の方が低い値となっている、過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記エンジンを冷却する主冷却部と、
   前記インタークーラーを冷却する副冷却部と、を更に備え、
   前記主冷却部と前記副冷却部とが互いに独立して設けられている、過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記エンジンは、幾何学的圧縮比が１３以上３０以下である過給機付き圧縮自己着火式エンジン。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の過給機付き圧縮自己着火式エンジンにおいて、
   前記燃焼室に供給される燃料は、少なくともガソリンを含む過給機付き圧縮自己着火式エンジン。

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