JP2020186717A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼速度が速く熱効率に優れた部分圧縮着火燃焼を実現する。【解決手段】本発明の圧縮着火式エンジンの制御装置は、エンジン負荷が低い特定領域において、Ａ／Ｆリーンの混合気が部分圧縮着火燃焼するようにエンジンの各部を制御する。特定領域のうち少なくとも高負荷側の一部を除いた第１領域では、圧縮行程後期または膨張行程前期に火花を発生させてＳＩ燃焼を開始させる通常点火Ｓａと、吸気行程または圧縮行程に含まれかつ通常点火よりも所定量以上早いタイミングで火花を発生させる先行点火Ｓｂとが点火プラグにより実行されるとともに、先行点火Ｓｂよりも前の時点で燃焼室に燃料が存在するようなタイミングでインジェクタから燃料が噴射される。前記特定領域のうち第１領域よりも高負荷側の第２領域では、少なくとも通常点火Ｓａを実行するとともに先行点火Ｓｂの実行を制限する。【選択図】図８

Description

本発明は、混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させるとともにその他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置に関する。

近年、空気と混合されたガソリン燃料を燃焼室内で自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼が注目されている。ＨＣＣＩ燃焼は、混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼（火花点火燃焼）に比べて、混合気の燃焼速度が速く、燃費性能（熱効率）の面で非常に有利だと言われている。しかしながら、ＨＣＣＩ燃焼は、気温などの外部因子により混合気の燃焼開始時期（混合気が自着火する時期）が大きく変動するなどの問題があり、また、負荷が急変するような過渡運転時の制御が難しいという問題もあった。

そこで、混合気の全てを自着火により燃焼させるのではなく、混合気の一部については点火プラグを用いた火花点火により燃焼させることが提案されている。すなわち、火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により強制的に燃焼（ＳＩ燃焼）させ、その他の混合気を自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）させるのである。以下では、このような燃焼のことを部分圧縮着火燃焼という。

上記部分圧縮着火燃焼を採用したエンジンの一例として、下記特許文献１のものが知られている。具体的に、この特許文献１のエンジンでは、部分圧縮着火燃焼（同文献中ではＳＩ−ＣＩ燃焼と称されている）の実行時に、１サイクル中の全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率が、エンジン負荷（目標トルク）に応じて定まる目標値（目標ＳＩ率）に一致するように、燃焼室内のＥＧＲ率や点火プラグによる火花点火の時期等が制御される。

一方で、圧縮着火燃焼を用いない別の方法によってエンジンの熱効率を向上させることも提案されている。例えば、下記特許文献２には、点火プラグによる火花点火を１サイクル中に２回実行するようにした火花点火式エンジンが開示されている。具体的に、同文献の火花点火式エンジンでは、燃焼室内の混合気全体が着火、燃焼しない程度の（局所的に火種が形成される程度の）小さい放電エネルギーを供給する先行点火（予備的先行点火）が圧縮行程中に実行されるとともに、この先行点火よりも遅れた適宜のタイミングで、先行点火よりも大きい放電エネルギーを供給する通常点火（主点火）が実行される。このように、通常点火よりも早い段階で先行点火による火種を形成することにより、混合気の失火を防止できるだけでなく、燃焼速度を速めることができるとされている。

特開２０１８−０８４１８３号公報 特許第４６９１３７３号公報

ここで、部分圧縮着火燃焼では、ＣＩ燃焼の燃焼速度が熱効率を左右する。ＣＩ燃焼は燃料成分が自発的に化学反応する現象であるので、火炎伝播により燃焼領域が徐々に拡大するＳＩ燃焼よりも本来的に燃焼速度は速いといえる。しかしながら、例えばＣＩ燃焼の前に燃料を反応性の高いものに改質することができれば、ＣＩ燃焼の燃焼速度がより速まって熱効率がさらに向上し、燃費性能とトルク性能とを両立できると考えられる。

反応性を高めるための燃料の改質は、例えば混合気の温度を所定の温度域まで高めることによって実現できる可能性がある。すなわち、混合気の高温化によって燃料成分（炭化水素）を開裂させることにより、反応性の高いＯＨラジカルを含む中間生成物を生成するのである。本願発明者は、このような燃料改質（中間生成物の生成）のための高温化の手段として、例えば上記特許文献２と同様に、火花点火を複数回実行すること、つまり通常点火よりも前に補助的な先行点火を行うことによって混合気を高温化することを考えた。しかしながら、本願発明者の研究によれば、上記特許文献２のように混合気の一部が燃焼するようなエネルギーを先行点火によって付与した場合には、その燃焼によって中間生成物の多くが消費されてしまい、ＣＩ燃焼の燃焼速度を速める効果が十分に得られないことが分かった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃焼速度が速く熱効率に優れた部分圧縮着火燃焼を実現することが可能な圧縮着火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本願発明者は、例えば吸気行程のような混合気の温度が十分に低い条件で先行点火を実行することにより、先行点火に伴う混合気の燃焼を確実に防止し、先行点火から通常点火までの間に消費される中間生成物の量を低減することを検討した。しかしながら、先行点火の時期が早まると、燃料を改質するのに必要な混合気の温度上昇幅が増大するので、先行点火の所要エネルギーが増大する。一方で、先行点火のエネルギーが増大すると、点火プラグに加わる熱的負担が増大するので、点火プラグの耐久性が低下することが懸念される。このような観点に基づき検討を進めたところ、本願発明者は、エンジン負荷が比較的高い条件では先行点火の意義が弱まる、つまり先行点火を実行しても特に有意な効果が得られないことを見出した。そこで、高負荷条件では先行点火を停止することを案出し、そのことを前提に点火プラグの耐久性を検討したところ、高負荷条件で先行点火を停止すれば、それ以外の条件で燃料改質用の十分なエネルギーを先行点火により付与したとしても、点火プラグの耐久性の問題は特に顕在化しないこと、逆に言えば、先行点火を同様の態様で負荷に拠らず継続した場合には点火プラグの耐久性が実体的に低下することを見出した。

本発明は、前記のような知見に基づきなされたものである。すなわち、本発明は、燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、インジェクタから噴射された燃料と空気とが混合された混合気に点火する点火プラグと、前記混合気の一部を前記点火プラグを用いた火花点火によりＳＩ燃焼させるとともにその他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、前記燃焼室への空気の導入量を調整する空気量調整部と、エンジン負荷が低い特定領域において、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が部分圧縮着火燃焼するように、前記インジェクタ、点火プラグ、および空気量調整部を制御する燃焼制御部とを備え、前記燃焼制御部は、前記特定領域のうち少なくとも高負荷側の一部を除いた第１領域において、圧縮行程後期または膨張行程前期に火花を発生させてＳＩ燃焼を開始させる通常点火と、吸気行程または圧縮行程に含まれかつ通常点火よりも所定量以上早いタイミングで火花を発生させる先行点火とを前記点火プラグに実行させるとともに、前記先行点火よりも前に前記燃焼室に燃料が存在するようなタイミングで前記インジェクタに燃料を噴射させ、前記特定領域のうち前記第１領域よりも高負荷側の第２領域において、少なくとも前記通常点火を実行するとともに前記先行点火の実行を制限する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

なお、本発明において「先行点火の実行を制限する」とは、先行点火を完全に停止する態様はもちろんのこと、先行点火自体は継続しつつそのエネルギーを減らすような態様も含む概念である。

本発明によれば、第１領域での運転時、つまり負荷が相対的に低い条件下でＡ／Ｆリーンの部分圧縮着火燃焼が実行される場合に、燃焼室に燃料が存在しかつ通常点火よりも所定量以上早いタイミングで先行点火が実行されるので、当該先行点火により燃料成分を改質してＯＨラジカル等を含む中間生成物を生成し、通常点火後に生じる部分圧縮着火燃焼の熱効率を向上させることができる。通常点火よりも十分に早いタイミングで実行される先行点火は、温度不足のために混合気の火炎伝播を実質的に生じさせないが、当該先行点火による火花（アーク）の周囲には８５０Ｋ以上１１４０Ｋ未満という所期の温度帯にまで昇温された混合気の層（高温層）が形成される。すると、当該高温層に含まれる燃料成分（炭化水素）が開裂して過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）やホルムアルデヒド（ＣＨ_２Ｏ）が生成され、これらの成分から例えばＯＨラジカルが生成される。ＯＨラジカルは、酸化作用が強く反応性が高い。したがって、このようなＯＨラジカルを含む中間生成物が先行点火後の燃焼室に生成されることにより、第１領域という混合気の着火性が必ずしも良くない領域での運転時であっても、ＣＩ燃焼の燃焼速度、つまり燃料成分の自発的な化学反応による燃焼の速度を速めることができ、当該ＣＩ燃焼を含む部分圧縮着火燃焼の熱効率を向上させることができる。

一方、前記第１領域よりも高負荷側の第２領域では、先行点火の実行が制限されるので、点火プラグの耐久性が過大な熱的負担等により低下するのを抑制することができる。すなわち、第２領域では、負荷が高く燃料の総噴射量（ひいては熱発生量）が多くなるので、筒内温度（燃焼室内の温度）が高くなり易く、混合気の着火性は比較的良好に確保される。このため、第２領域におけるＣＩ燃焼の燃焼速度は本来的に速く、このような第２領域で先行点火を実行する意義は薄いといえる。これに対し、本発明では、第２領域での先行点火の実行が制限されるので、部分圧縮着火燃焼が実行される特定領域での熱効率をトータルとして高めながら点火プラグの熱的負担を軽減することができ、点火プラグの耐久性を十分に確保することができる。

好ましくは、前記燃焼制御部は、前記第２領域において前記先行点火を停止して前記通常点火のみを実行する（請求項２）。

このように、負荷の高い第２領域において先行点火を停止する（先行点火のエネルギーをゼロにする）ようにした場合には、点火プラグの熱的負担等を確実に軽減してその耐久性を十分に確保することができる。

ここで、本願発明者の研究に基づく知見によれば、先行点火を伴わずとも良好な着火性（ＣＩ燃焼の高速化）が得られると考えられる第２領域であっても、ＣＩ燃焼の開始時期が時折大きくバラつくことがある。このようなＣＩ燃焼のバラつきは、出力トルクの不安定化を招くため、そのための対策としてＳＩ率（１サイクル中の全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合）を故意に増やすなどの措置が必要になり、燃費性能の悪化を招くことになる。このような問題に対処すべく、前記燃焼制御部は、前記第２領域での通常点火として、前記点火プラグからの放電をごく一時的に中断することで火花を断続的に発生させる断続点火を実行することが好ましい（請求項３）。

このように、第２領域での通常点火により火花を断続的に発生させるようにした場合には、放電の開始から終了までの時間が長くなる結果、火花（アーク）の発生時間が実質的に延長されたかのような効果が得られ、部分圧縮着火燃焼の前半部であるＳＩ燃焼が安定化する。これにより、第２領域においてＣＩ燃焼の開始時期が狙った時期の近傍に収まる確率が高くなり、部分圧縮着火燃焼が十分に安定化するので、燃費性能をより向上させることができる。

好ましくは、前記燃焼制御部は、混合気の火炎伝播が生じない態様で前記先行点火を実行する（請求項４）。

この構成によれば、先行点火により生成された中間生成物が通常点火の前に（先行点火による意図しない火炎伝播により）消費されてしまうのを回避することができる。

好ましくは、前記燃焼制御部は、前記第１領域での前記先行点火のエネルギーをエンジン負荷に拠らず一定に設定する（請求項５）。さらに、前記燃焼制御部は、前記第１領域での前記先行点火の時期をエンジン負荷に拠らず一定に設定する（請求項６）。

このように、第１領域での先行点火のエネルギーおよび時期をエンジン負荷に拠らず一定にした場合には、点火プラグの制御を簡素化しつつ先行点火による効果（ＣＩ燃焼の高速化による熱効率の向上）を有意なレベルで発揮させことができる。

すなわち、本願発明者は、第１領域における先行点火のエネルギーおよび時期を、当該先行点火による効果が最大限になるように回転速度／負荷に応じて可変的に設定することを検討した。しかしながら、検討の結果、先行点火のエネルギーおよび時期を所定の組み合わせで固定化すれば第１領域内のいずれの運転ポイントでも有意な効果が得られることが確認された。このような事情より、第１領域における先行点火のエネルギーおよび時期を負荷に拠らず一定にする前記構成を採用することが好ましい。これにより、先行点火にかかる点火プラグへの通電制御を負荷に応じて都度変更することが不要になるので、点火プラグの制御を簡素化しつつ、先行点火による熱効率向上等の効果を十分なレベルで得ることができる。

前記構成において、より好ましくは、前記燃焼制御部は、吸気行程の中期または後期に前記先行点火を実行する（請求項７）。

本願発明者による検討の結果、先行点火の時期は吸気行程の中でもできるだけ早い時期、つまり吸気行程の前期に設定した方が、先行点火による燃料の改質効率が高いことが分かっている。しかしながら、吸気行程の前期は燃焼室内のガス流動が非常に強い時期であるため、このような時期に先行点火を実行したとすると、先行点火によるエネルギー消費は抑制できても、強いガス流動に起因した点火プラグの電極部の偏摩耗が起き易くなり、点火プラグの耐久性が大きく低下することが懸念される。すなわち、吸気行程の前期のようなガス流動の強い環境下で先行点火を行うと、点火プラグの電極部から放出された火花（アーク）が燃焼室内のガス流動の影響を受けて変形し、アークの接地点が電極部の狭い範囲に集中する等により、点火プラグの電極部の摩耗が進行し易くなる。このような事情より、先行点火は吸気行程の前期を避けたできるだけ早い時期、つまり吸気行程の中期または後期に実行することが好ましい。

ただし、先行点火の時期を圧縮行程の中期または後期にまで遅らせると、先行点火による燃料の改質効率自体は低下する。これを補うべく、先行点火のエネルギーは比較的高い値に設定する必要がある。しかしながら、このようにすると、先行点火の頻度によっては点火プラグの熱的負担が過大になってその耐久性に悪影響が及ぶことが懸念される。これに対し、本発明では、負荷が相対的に高い第２領域に移行すると先行点火の実行が制限される（少なくとも点火のエネルギーが低減される）ので、点火プラグの熱的負担を軽減することができ、点火プラグの耐久性の低下を最小限に抑えることができる。

前記のように吸気行程の中期または後期に先行点火が実行される場合、先行点火から通常点火までの間には十分な間隔が確保され易い。このため、前記先行点火および通常点火は、前記気筒ごとに、１つの点火回路を有する１つの点火プラグによって実行することが好ましい（請求項８）。

この構成によれば、既存の点火プラグを用いた簡単な方法により先行点火および通常点火を実行することができる。

好ましくは、前記燃焼制御部は、エンジン負荷が同一の条件での比較において、エンジン温度が高くなるほど前記先行点火のエネルギーを低下させる（請求項９）。

この構成によれば、部分圧縮着火燃焼の熱効率を高く維持しつつ先行点火によるエネルギー消費を抑えることができる。

好ましくは、前記燃焼制御部は、１サイクル中の全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率が予め定められた目標値に一致するように前記通常点火の時期を調整する（請求項１０）。

このように、ＳＩ率の目標値（目標ＳＩ率）に適合する部分圧縮着火燃焼が実現されるように通常点火の時期を調整するようにした場合には、例えば燃焼騒音が過大にならない範囲でできるだけＣＩ燃焼の割合を増やす（つまりＳＩ率を低くする）ことができる。このことは、先行点火による燃料の改質による効果（ＣＩ燃焼の高速化）と相俟って、部分圧縮着火燃焼による熱効率を可及的に高めることにつながる。

以上説明したように、本発明の圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、燃焼速度が速く熱効率に優れた部分圧縮着火燃焼を実現することができる。

本発明の一実施形態にかかる圧縮着火式エンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。 エンジン本体の断面図とピストンの平面図とを併せて示した図である。 吸気弁および排気弁のリフトカーブを示す図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けした運転マップである。 ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。 図５のマップ中の第１運転領域（Ａ１）を点火制御の相違により区分けした拡大運転マップである。 上記第１運転領域において実行される燃料噴射および火花点火のパターンを示すタイムチャートであり、（ａ）〜（ｃ）はエンジン回転速度／負荷が異なる各条件でのパターンを示している。 エンジンの運転中に実行される制御動作を説明するためのフローチャートである。 図９のステップＳ２の具体的手順を示すサブルーチンである。 上記第１運転領域において設定される目標空燃比の具体例を示すマップ図である。 上記第１運転領域での先行点火の時期およびエネルギーの設定例を示すグラフであり、（ａ）はエンジン負荷（回転速度）と先行点火の時期との関係を、（ｂ）はエンジン負荷（回転速度）と先行点火のエネルギーとの関係を、それぞれ示している。 先行点火および通常点火が行われるときの点火プラグの電気的な状態を燃焼波形と併せて示したタイムチャートである。 断続的な通常点火が行われるときの点火プラグの電気的な状態を燃焼波形と併せて示したタイムチャートである。

（１）エンジンの全体構成
図１および図２は、本発明の制御装置が適用された圧縮着火式エンジン（以下、単にエンジンともいう）の好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する外部ＥＧＲ装置５０を備えている。

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

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン５が上下方向に往復運動する。

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

気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１４以上２０以下、好ましくは１６以上１８以下に設定される。

シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１と、シリンダブロック３およびシリンダヘッド４の内部を流通する冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサＳＮ２とが設けられている。

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室６に導入するための吸気ポート９と、燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１０と、吸気ポート９の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、図２に示すように、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、当実施形態では、１つの気筒２の燃焼室６に対し吸気ポート９および排気ポート１０が２つずつ開口している。また、これに対応して、吸気弁１１および排気弁１２が１つの気筒２につき２つずつ設けられている。

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

吸気弁１１用の動弁機構には、吸気弁１１の開閉時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３が内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構には、排気弁１２の開閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４が内蔵されている。吸気ＶＶＴ１３（排気ＶＶＴ１４）は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期および閉弁時期を同時にかつ同量だけ変更する。

図３は、吸気弁１１および排気弁１２のリフトカーブを示す図である（ＩＮは吸気弁１１のリフトカーブを、ＥＸは排気弁１２のリフトカーブをそれぞれ示している）。本図に示すように、吸気弁１１および排気弁１２は、排気上死点（図３中のＴＤＣ）を跨いで開弁期間が重複するように駆動されることがある。この重複期間、つまり吸気弁１１および排気弁１２の双方が開弁する期間は、バルブオーバーラップ期間と呼ばれる。バルブオーバーラップ期間は、上述した吸気ＶＶＴ１３および排気ＶＶＴ１４の制御により調整することが可能である。図３における実線の波形は、バルブオーバーラップ期間が比較的長くされた場合を例示しており、この場合には、排気上死点（ＴＤＣ）以降の吸気行程の前期まで排気弁１２の開弁が継続されることにより、排気ポート１０から燃焼室６へと既燃ガス（排気ガス）が引き戻されて、内部ＥＧＲが実現される。逆に、破線の波形として示すように、バルブオーバーラップ期間が短縮された場合には、上記のように排気ポート１０から引き戻される（残留する）既燃ガスの量が減少する結果、内部ＥＧＲが抑制または停止される。

図１および図２に示すように、シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と吸入空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。

図２に示すように、ピストン５の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティ２０が形成されている。また、ピストン５の冠面におけるキャビティ２０よりも径方向外側には、円環状の平坦面からなるスキッシュ部２１が形成されている。

インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である（図２中のＦは各噴孔から噴射された燃料の噴霧を表している）。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部（キャビティ２０の底部中央）と対向するように、燃焼室６の天井面の中心部に配置されている。

点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。点火プラグ１６の先端部（電極部）の位置は、キャビティ２０と平面視で重複するように設定されている。

図１に示すように、吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。

吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。なお、スロットル弁３２は、本発明における「空気量調整部」の一例に該当する。ただし、本実施形態において、燃焼室６への空気の導入量は、上述した吸・排気ＶＶＴ１３，１４によるバルブタイミングの変更や、後述するＥＧＲ弁５３の開閉によっても増減する。このため、当実施形態では、これらスロットル弁３２、吸・排気ＶＶＴ１３，１４、およびＥＧＲ弁５３の組合せが、上記「空気量調整部」に相当する。

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

過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。

過給機３３とエンジン本体１との間には、締結／解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。

吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面（吸気通路３０とは反対側の面）に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガスは、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。

排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが内蔵されている。

排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＡ／ＦセンサＳＮ６が設けられている。

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

（２）制御系統
図４は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＰＣＭ１００は、エンジン等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。

ＰＣＭ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＰＣＭ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、吸気圧センサＳＮ５、Ａ／ＦセンサＳＮ６と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気温、吸気圧、排気酸素濃度）がＰＣＭ１００に逐次入力されるようになっている。

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度（以下、アクセル開度という）を検出するアクセルセンサＳＮ７と、車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ８とが設けられており、これらのセンサＳＮ７，ＳＮ８による検出信号もＰＣＭ１００に逐次入力される。

ＰＣＭ１００は、上記各センサからの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＰＣＭ１００は、吸・排気ＶＶＴ１３，１４、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、上記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

具体的に、ＰＣＭ１００は、判定部１０１、燃焼制御部１０２、および記憶部１０３を機能的に有している。

燃焼制御部１０２は、燃焼室６での混合気の燃焼を制御する制御モジュールであり、エンジンの出力トルク等がドライバーの要求に応じた適切な値となるようにエンジンの各部を制御する。判定部１０１は、燃焼制御部１０２による制御の内容を決定するのに必要な種々の判定を行うための制御モジュールである。記憶部１０３は、判定部１０１および燃焼制御部１０２での処理に必要な各種データを記憶するものである。

（３）運転状態に応じた制御
図５は、エンジンの回転速度／負荷に応じた燃焼制御の相違を説明するための運転マップである。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって４つの運転領域Ａ１〜Ａ４に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４とすると、第３運転領域Ａ３は、エンジン回転速度が第１速度Ｎ１未満となる極低速域であり、第４運転領域Ａ４は、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３以上となる高速域であり、第１運転領域Ａ１は、第３・第４運転領域Ａ３，Ａ４以外の速度域（低・中速領域）のうち負荷が比較的低い低速・低負荷の領域であり、第２運転領域Ａ２は、第１、第３、第４運転領域Ａ１，Ａ３，Ａ４以外の残余の領域である。

第１運転領域Ａ１は、本発明における「特定領域」に相当している。図５の例によれば、第１運転領域Ａ１は、第２運転領域Ａ２の内側に位置する略矩形状の領域とされ、第２運転領域Ａ２の下限速度である第１速度Ｎ１と、第２運転領域Ａ２の上限速度（第３速度Ｎ３）よりも低い第２速度Ｎ２と、エンジンの最低負荷よりも高い第１負荷Ｌ１と、第１負荷Ｌ１よりも高い第２負荷Ｌ２とに囲まれている。この第１運転領域Ａ１の上限負荷である第２負荷Ｌ２は、過給機３３が駆動される下限の負荷である第３負荷Ｌ３よりもやや低い値に設定されている。すなわち、第１運転領域Ａ１は、過給機３３による過給が行われる過給領域とは重複しないように設定されている。

以下、上記第１〜第４運転領域Ａ１〜Ａ４における燃焼制御の概要について説明する。

（３−１）第１運転領域
低速かつ低負荷の第１運転領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６から発生する火花により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる燃焼形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮等により十分に高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「ＳＰＣＣＩ」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。

図６は、上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼が行われた場合の燃焼波形、つまりクランク角による熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。本図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼による熱発生とＣＩ燃焼による熱発生とがこの順に連続して発生する。このとき、ＣＩ燃焼の方が燃焼速度が速いという性質上、ＳＩ燃焼時よりもＣＩ燃焼時の方が熱発生の立ち上がりが急峻になる。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるタイミング（後述するθｃｉ）で現れる変曲点Ｘを有している。

上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼の具体的形態として、第１運転領域Ａ１では、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気を燃焼室６内に形成しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御、言い換えるとλ＞１（λは空気過剰率）の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。このようなＡ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１運転領域Ａ１では、ＰＣＭ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

スロットル弁３２の開度は、理論空燃比相当の空気量よりも多くの空気が吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入されるような比較的大きな値に設定される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入される空気（新気）と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射される燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）の目標値が、理論空燃比（１４．７）よりも十分に大きい値に設定される（後述する図１１参照）。そして、この空燃比の目標値（目標空燃比）が実現されるようなスロットル弁３２の開度が都度決定され、その決定に従ってスロットル弁３２が制御される。

過給機３３は停止される。すなわち、第１運転領域Ａ１は、過給を要する負荷域の下限である第３負荷Ｌ３よりも低負荷側に位置するので、過給機３３による過給は不要である。そこで、第１運転領域Ａ１では、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。

ここで、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要である。そこで、当実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼（ＳＩ燃焼およびＣＩ燃焼）による全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率に着目し、このＳＩ率が適正な値になるようにエンジンの各部を制御する。

上記ＳＩ率を図６を用いて説明する。図６において、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わる変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉをＣＩ燃焼の開始時期とする。この場合、ＳＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側の熱発生率の波形の面積Ｒ１に相当し、ＣＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ２に相当するとみなすことができる。そして、上記ＳＩ率は、これら各面積Ｒ１，Ｒ２を用いて、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）と定義することができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる第１運転領域Ａ１では、上述したＳＩ率およびθｃｉが予め定められた目標値に一致するように、エンジンの各部が制御される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、エンジン負荷／回転速度が異なる種々の条件ごとに、ＳＩ率の目標値である目標ＳＩ率とθｃｉの目標値である目標θｃｉとがそれぞれ定められている。そして、インジェクタ１５からの燃料の噴射量／噴射時期、点火プラグ１６による火花点火の時期（点火時期）、およびＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）といった複数の制御量が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な組合せとなるように制御される。なお、外部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち外部ＥＧＲガス（ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス）が占める重量割合のことであり、内部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち内部ＥＧＲガス（内部ＥＧＲにより燃焼室６に残留する既燃ガス）が占める重量割合のことである。

例えば、燃料の噴射量／噴射時期は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して予め定められたマップにより決定される。また、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率については、両ＥＧＲ率の主な影響因子である吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（オーバーラップ期間）と、ＥＧＲ弁５３の開度とが、やはり上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められたマップにより決定される。

ここで、当実施形態では、第１運転領域Ａ１における燃料の噴射パターンが、吸気行程中に複数回に分けて燃料を噴射するパターンとされる。例えば、図７に拡大して示す運転マップ中の運転ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３での噴射パターンは、それぞれ吸気行程中に３回の燃料噴射が実行するパターンに設定されている（図８に示す燃料噴射Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３参照）。第１運転領域Ａ１での燃料の噴射量／噴射時期は、このような分割噴射パターンの採用を前提に、その各回の燃料噴射の噴射量／噴射時期が、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮した値に予め定められている。

一方、点火プラグ１６による火花点火の時期（点火時期）は、所定のモデル式を用いた演算により、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉが得られるような時期に決定される。

図８に示すように、当実施形態では、運転条件によっては、混合気を強制着火させるための通常の火花点火（以下、通常点火Ｓａという）に加えて、当該通常点火よりも所定量以上早いタイミングで火花を発生させる火花点火（以下、先行点火Ｓｂという）が実行されることがある。具体的に、このような特殊な態様による火花点火（先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａ）は、図７の運転ポイントＰ１を含む第１分割領域Ａ１１において実行される。第１分割領域Ａ１１は、第１運転領域Ａ１のうち回転速度が境界速度Ｎｘ以下でかつ負荷が境界負荷Ｌｘ以下の領域である。一方、第１分割領域Ａ１１以外の他の分割領域、つまり境界速度Ｎｘよりも高速側の第３分割領域Ａ１３と、境界負荷Ｌｘよりも高負荷側の第２分割領域Ａ１２とでは、通常点火Ｓａのみが実行され、先行点火Ｓｂは実行されない。なお、第１分割領域Ａ１１は本発明における「第１領域」に相当し、第２分割領域Ａ１２は本発明における「第２領域」に相当する。

詳細は後述するが、先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａが実行される第１分割領域Ａ１１において、上記モデル式を用いて決定されるのは通常点火Ｓａの時期である。一方、通常点火Ｓａのエネルギー、および先行点火Ｓｂの時期／エネルギーについては、負荷／回転速度に拠らず一定とされる。また、通常点火Ｓａのみが実行される第２・第３分割領域Ａ１２，Ａ１３において、上記モデル式を用いて決定されるのは通常点火Ｓａの時期であり、通常点火Ｓａのエネルギーについては負荷／回転速度に拠らず一定とされる。なお、図８のチャート（ｂ）に示すように、第２分割領域Ａ１２での通常点火Ｓａが近接した２本の矢印線で表されているのは、点火プラグ１６からの放電を一時的に中段する断続点火が通常点火Ｓａとして行われていることを示しており、先行点火Ｓｂが実行されていることを意味しない（詳細は後述する）。

以上のように、第１運転領域Ａ１では、予め定められたマップとモデル式を用いた演算とを組み合わせた方法により、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング、およびＥＧＲ弁５３の開度が、運転条件ごとに予め定められた適正なＳＩ率およびθｃｉ（目標ＳＩ率および目標θｃｉ）が得られる組合せとなるように制御される。

（３−２）第２運転領域
第１速度Ｎ１以上かつ第３速度Ｎ３未満の速度域（低・中速領域）のうち上記第１運転領域Ａ１を除いた領域である第２運転領域Ａ２においても、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼により燃焼させる制御が実行される。ただし、第２運転領域Ａ２では、上記第１運転領域Ａ１のときと異なり、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比の近傍に設定されるとともに、点火プラグ１６による火花点火の回数が１燃焼サイクル当たり１回に制限される。

すなわち、第２運転領域Ａ２では、スロットル弁３２の開度が、理論空燃比相当の空気量が吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入されるような開度、つまり、燃焼室６内の空気（新気）と燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（１４．７）に略一致するような開度に設定される。言い換えると、第２運転領域Ａ２では、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比の近傍（λ≒１）となるストイキ環境下で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。

また、点火プラグ１６による火花点火は、圧縮上死点の近傍において、１燃焼サイクル当たり１回の頻度で実行される。すなわち、第２運転領域Ａ２では、圧縮上死点の近傍で混合気を強制着火させる通常の火花点火のみが実行され、上述した先行点火に相当するものは実行されない。

ここで、第２運転領域Ａ２においても、上述した第１運転領域Ａ１のときと同様に、目標ＳＩ率および目標θｃｉが負荷／回転速度の条件ごとに定められている。燃料の噴射量／噴射時期、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング、およびＥＧＲ弁５３の開度は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値を予め定めたマップを用いて決定される。また、点火プラグ１６による点火時期については、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な点火時期が所定のモデル式を用いた演算により決定される。

過給機３３は、エンジン負荷が第３負荷Ｌ３よりも高いか低いかに応じて駆動または停止される。すなわち、過給機３３は、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が第３負荷Ｌ３以上となる高負荷側の領域において駆動され、第２運転領域Ａ２のうちエンジン負荷が第３負荷Ｌ３未満となる低負荷側の領域において停止される。過給機３３が駆動される高負荷側の領域では、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が実行される。このとき、吸気圧センサＳＮ５により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、エンジン負荷／回転速度の条件ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。

（３−３）第３運転領域および第４運転領域
エンジン回転速度が第１速度Ｎ１よりも低い第３運転領域Ａ３（極低速域）、およびエンジン回転速度が第３速度Ｎ３以上の第４運転領域Ａ４（高速域）では、混合気をＳＩ燃焼により燃焼させる制御が実行される。例えば、１燃焼サイクル中に噴射すべき燃料の全量がインジェクタ１５から吸気行程中に噴射されるとともに、圧縮上死点の近傍で点火プラグ１６による火花点火が実行される。そして、この火花点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。

（４）第１運転領域での噴射および点火制御
次に、図９および図１０を用いて、第１運転領域Ａ１でのより具体的な制御例、特に燃料噴射および火花点火に関する制御例について説明する。なお、これら図９および図１０のフローチャートが適用される前提として、エンジンは準温間状態または温間状態にあるものとする。エンジンが準温間／温間状態にあることは、水温センサＳＮ２により検出されるエンジン水温に基づき判定される。例えば、検出されたエンジン水温が７０℃以上である場合に、エンジンが準温間／温間状態にあると判定されて、図９および図１０のフローチャートが適用される。

図９に示す制御がスタートすると、ＰＣＭ１００の判定部１０１は、ステップＳ１において、エンジンの現運転ポイントが図５に示した第１運転領域Ａ１に含まれるか否かを判定する。すなわち、判定部１０１は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ７の検出値（アクセル開度）や車速センサＳＮ８の検出値（車速）等から特定されるエンジン負荷（要求トルク）とに基づいて、現時点のエンジンの運転ポイントを図５の運転マップ上で特定し、当該マップ中の第１運転領域Ａ１に現運転ポイントが含まれるか否かを判定する。

上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されてエンジンの現運転ポイントが第１運転領域Ａ１に含まれることが確認された場合、ＥＣＵ１００の燃焼制御部１０２は、ステップＳ２に移行して、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比よりも大きい値（λ＞１）に調整しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御を実行する（リーンＳＰＣＣＩ燃焼）。

一方、上記ステップＳ１でＮＯと判定されてエンジンの現運転ポイントが第１運転領域Ａ１に含まれないことが確認された場合、判定部１０１は、ステップＳ３に移行して、現運転ポイントが第２運転領域Ａ２に含まれるか否かを判定する。

上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてエンジンの現運転ポイントが第２運転領域Ａ２に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ４に移行して、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比の近傍（λ≒１）に調整しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御を実行する（ストイキＳＰＣＣＩ燃焼）。

一方、上記ステップＳ３でＮＯと判定された場合、つまりエンジンの現運転ポイントが図５に示した第３運転領域Ａ３または第４運転領域Ａ４に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ５に移行して、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなくＳＩ燃焼によって混合気を燃焼させる制御を実行する。

図１０は、上記ステップＳ２に示した制御（つまり第１運転領域Ａ１で行われるリーンＳＰＣＣＩ燃焼）の具体的手順を示すサブルーチンである。本サブルーチンの制御がスタートすると、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１１において、インジェクタ１５から噴射すべき燃料の噴射量および噴射時期を、上述した各センサ（クランク角センサＳＮ１やアクセルセンサＳＮ７等）から特定されるエンジン負荷および回転速度に基づき決定する。この噴射量／噴射時期の決定にはマップＭ１が参照される。マップＭ１は、インジェクタ１５による燃料の噴射量／噴射時期をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。

既に説明したとおり、第１運転領域Ａ１では、吸気行程中に複数回に分けて燃料が噴射される。具体的に、第１運転領域Ａ１では、図８に示すように、吸気行程中に３回の燃料噴射Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が実行される。マップＭ１は、このような分割噴射パターンにおける各回の噴射Ｆ１〜Ｆ３の噴射量／噴射時期をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、それぞれの噴射量／噴射時期は、上記（３−１）で説明した目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して定められている。言い換えると、上記ステップＳ１１では、第１運転領域Ａ１において採用される分割噴射パターンの各噴射Ｆ１〜Ｆ３の噴射量／噴射時期が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値となるように決定される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１２に移行して、エンジン負荷および回転速度に基づき吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（バルブタイミング）およびＥＧＲ弁５３の開度（ＥＧＲ開度）を決定し、決定したバルブタイミングおよびＥＧＲ開度を目標に吸・排気ＶＶＴ１３，１４およびＥＧＲ弁５３を制御する。これらバルブタイミングおよびＥＧＲ開度の決定にはマップＭ２が参照される。マップＭ２は、バルブタイミングおよびＥＧＲ開度をエンジン負荷／回転速度の条件ごとに定めたものであり、記憶部１０３に予め格納されている。このようなマップＭ２が参照されることにより、バルブタイミングおよびＥＧＲ開度は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した値に設定される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１３に移行して、エンジン負荷および回転速度等の情報に基づきスロットル弁３２の開度（スロットル開度）を決定し、その決定に従ってスロットル弁３２を制御する。このスロットル開度の決定には図１１に示す目標空燃比のマップＭ２が参照される。マップＭ２は、第１運転領域Ａ１内の各運転ポイントでの目標空燃比を定めたものであり、その値は２０超３５未満の範囲で可変的に設定される。

具体的に、上記マップＭ２（図１１）により規定される第１運転領域Ａ１での目標空燃比は、概ね、第１運転領域Ａ１内で負荷（要求トルク）が高くなるほど大きくなるように設定される。より詳しくは、目標空燃比は、第１運転領域Ａ１の上限負荷である第２負荷Ｌ２の近傍に設定された領域ａ１において最も高い値（３１以上）をとり、当該領域ａ１から離れるほど小さい値をとるように設定される。ただし、第１運転領域Ａ１内のいずれの位置においても、空燃比が２０以下になることはない。なお、当実施形態において、目標空燃比が最大になる領域ａ１は、第１運転領域Ａ１の上限負荷（第２負荷Ｌ２）からやや低負荷側に離れかつ第１運転領域Ａ１の下限速度（第１速度Ｎ１）から高速側に離れた帯状の領域、つまり第１運転領域Ａ１内の中・高速／高負荷の領域に設定されている。領域ａ１が上限負荷（第２負荷Ｌ２）に近いことから、第１運転領域Ａ１内で領域ａ１から最も遠いのは、回転速度および負荷が共に最低となるアイドル近傍領域であり、このアイドル近傍領域での目標空燃比が最も小さくなる。

上記ステップＳ１３において、燃焼制御部１０２は、現運転ポイント（負荷／回転速度）に適合する目標空燃比を上記マップＭ２（図１１）から特定する。そして、特定した目標空燃比と、Ａ／ＦセンサＳＮ６により検出される排気ガス中の酸素濃度とに基づいて、燃焼室６内の空燃比を上記目標空燃比に一致させ得るスロットル弁３２の開度を決定し、この決定に従ってスロットル弁３２を制御する。

次いで、判定部１０１は、ステップＳ１４において、各センサ（クランク角センサＳＮ１およびアクセルセンサＳＮ７等）による検出値に基づいて、エンジンの現運転ポイントが図７に示した第１分割領域Ａ１１、つまり第１運転領域Ａ１のうち回転速度が境界速度Ｎｘ以下でかつ負荷が境界負荷Ｌｘ以下の領域に含まれるか否かを判定する。

上記ステップＳ１４でＹＥＳと判定されて現運転ポイントが第１分割領域Ａ１１に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１５に移行して、インジェクタ１５に前段噴射を実行させる。前段噴射とは、図８のチャート（ａ）に示す１回目の燃料噴射Ｆ１、つまり先行点火Ｓｂよりも前に実行される燃料噴射のことである。前段噴射Ｆ１は、上記ステップＳ１１で決定された燃料の噴射量／噴射時期に沿って実行される。すなわち、燃焼制御部１０２は、上記ステップＳ１１で決定された前段噴射Ｆ１の噴射時期が到来したタイミングで、決定された前段噴射Ｆ１の噴射量に相当する量の燃料が噴射されるように、インジェクタ１５を制御する。図８のチャート（ａ）に示すように、第１分割領域Ａ１１での前段噴射Ｆ１は、吸気行程の前期に噴射が開始されるような態様で実行される。

なお、本明細書において、ある行程の前期、中期、後期とは次のことを意味するものとする。すなわち、本明細書では、吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を３等分した場合の各期間を前から順に「前期」「中期」「後期」と定義する。このため、例えば吸気行程の（ｉ）前期、（ii）中期、（iii）後期とは、それぞれ、（ｉ）圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３６０〜３００°ＣＡ、（ii）ＢＴＤＣ３００〜２４０°ＣＡ、（iii）ＢＴＤＣ２４０〜１８０°ＣＡの各範囲のことを指す。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１６に移行して、点火プラグ１６に先行点火Ｓｂを実行させる。先行点火Ｓｂの時期およびエネルギーは予め定められており、当実施形態では、図１２のグラフ（ａ）（ｂ）に示すように、第１分割領域Ａ１１内のいずれの運転ポイントにおいても先行点火Ｓｂの時期およびエネルギーが一定になるように設定されている。すなわち、第１分割領域Ａ１１では、エンジン負荷および回転速度に拠らず、先行点火Ｓｂの時期が同一の時期Ｔ１に設定されるとともに、先行点火のエネルギーが同一の値Ｑ１に設定される。先行点火Ｓｂの点火時期Ｔ１は、吸気行程の中期に含まれる一定のタイミングであり、例えば圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）２８０〜２５０°ＣＡに設定される。また、先行点火ＳｂのエネルギーＱ１は、点火プラグ１６からの１回の連続した放電により供給し得る最大エネルギー、言い換えると、点火プラグ１６の点火回路に含まれるコンデンサの電圧を最大電圧まで高めた状態で当該コンデンサに蓄えられたエネルギーを１回の連続放電により供給した場合に得られる放電エネルギーであり、例えば１００ｍＪに設定される。

上記ステップＳ１６における先行点火Ｓｂの制御として、燃焼制御部１０２は、上記のように予め定められた点火時期Ｔ１が到来したタイミングで、予め定められた放電エネルギーＱ１をもった火花（アーク）が点火プラグ１６から放電されるように、点火プラグ１６を制御する。

ここで、先行点火Ｓｂの目的は、混合気を強制着火させる（火炎伝播を生じさせる）ことではなく、燃料を改質して熱効率を高めることである。上記のように十分に高いエネルギーの先行点火Ｓｂが吸気行程中（当実施形態では吸気行程の中期）に実行されるのは、このような目的を最大限に達成するためである。すなわち、吸気行程中は燃焼室６内の温度が十分に低いので、先行点火Ｓｂとして最大の放電エネルギーＱ１をもった火花（アーク）を燃焼室６内で発生させたとしても、混合気の火炎伝播は実質的に生じない。ただし、火花自体は非常に高温であるから、その周囲の混合気の温度は大幅に上昇する。これにより、８５０Ｋ以上１１４０Ｋ未満の温度をもった混合気の層（以下、高温層ともいう）が形成される結果、当該高温層に含まれる燃料成分（炭化水素）が開裂してＯＨラジカル等の中間生成物が生成される。しかも、当実施形態では先行点火Ｓｂによる放電エネルギーＱ１が最大値（例えば１００ｍＪ）に設定されるので、上記のような高温層の厚み（８５０Ｋ以上１１４０Ｋ未満の温度の混合気の量）が最大限に確保され、その結果ＯＨラジカル等の中間生成物が十分に生成される。ＯＨラジカルは、酸化作用が強く反応性が高いので、燃焼の進行を速める作用をもたらし、ＣＩ燃焼の熱効率を向上させる。

上記のような先行点火Ｓｂの実行後、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１７に移行して、インジェクタ１５に後段噴射を実行させる。後段噴射とは、図８のチャート（ａ）に示す２回目および３回目の燃料噴射Ｆ２，Ｆ３、つまり先行点火Ｓｂよりも遅れて実行される燃料噴射のことである。燃料噴射Ｆ２を第１後段噴射、燃料噴射Ｆ３を第２後段噴射とすると、これら第１・第２後段噴射Ｆ２，Ｆ３は、それぞれ上記ステップＳ１１で決定された燃料の噴射量／噴射時期に沿って実行される。すなわち、燃焼制御部１０２は、上記ステップＳ１１で決定された第１後段噴射Ｆ２（第２後段噴射Ｆ３）の噴射時期が到来したタイミングで、決定された第１後段噴射Ｆ２（第２後段噴射Ｆ３）の噴射量に相当する量の燃料が噴射されるように、インジェクタ１５を制御する。図８のチャート（ａ）に示すように、第１後段噴射Ｆ２は、吸気行程の中期に噴射が開始されるような態様で実行され、第２後段噴射Ｆ３は、吸気行程の後期に噴射が開始されるような態様で実行される。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１８に移行して、燃焼室６内の実際のＥＧＲ率と、圧縮上死点の近傍（圧縮上死点もしくはその近傍）での燃焼室６内の温度（筒内温度）とを推定する。上述したように、当実施形態では、吸・排気弁１１，１２の開閉タイミング（バルブタイミング）およびＥＧＲ弁５３の開度（ＥＧＲ開度）がマップにより定められるが、マップの設定値通りにバルブタイミングおよびＥＧＲ開度を制御しても、応答遅れなどの種々の要因によってＥＧＲ率は目標値に対し変動し得る。また、ＥＧＲ率の変動は、外気温等の他の要因と併せて、圧縮上死点近傍での筒内温度の変動につながる。そこで、燃焼制御部１０２は、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、および吸気圧センサＳＮ５等の各種センサによる検出値（吸気流量、吸気温、吸気圧等）と、バルブタイミングおよびＥＧＲ開度の各設定値と、予め定められた所定のモデル式とに基づいて、吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ時点）における燃焼室６内の実際のＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）と、当該ＩＶＣの直後に到来する圧縮上死点の近傍における筒内温度とを推定する。上記モデル式は、例えば、吸気流量、吸気温、吸気圧、バルブタイミング、ＥＧＲ開度等の各パラメータの直近の履歴を入力要素とするモデル式であり、応答遅れを反映したＩＶＣ時点での実際の外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率と、圧縮上死点近傍における筒内温度とをそれぞれ推定できるように設定されている。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ１９に移行して、上記ステップＳ１８で推定されたＥＧＲ率および筒内温度に基づき通常点火Ｓａの時期を決定する。具体的に、燃焼制御部１０２は、予め定められたモデル式を用いて、通常点火Ｓａの時期を、上述した目標ＳＩ率および目標θｃｉが実現されるような時期に決定する。モデル式は、推定されたＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）と筒内温度とを含む複数のパラメータを入力要素とするモデル式であり、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させた場合のＳＩ率およびθｃｉが上記目標ＳＩ率および目標θｃｉにできるだけ一致する通常点火Ｓａの時期を求め得るように設定されている。

より具体的に、上記ステップＳ１９において、燃焼制御部１０２はまず、エンジン負荷／回転速度の条件ごとに予め定められた基準点火時期を記憶部１０３から読み出す。この基準点火時期は、燃焼室６が理想的な状態にあるときに上記目標ＳＩ率および目標θｃｉが達成されるような通常点火Ｓａの時期であり、圧縮上死点の近傍の所定クランク角範囲内において負荷／回転速度に応じて可変的に設定されている。次いで、燃焼制御部１０２は、上記ステップＳ１８で推定されたＥＧＲ率および筒内温度から、上記モデル式を用いて点火時期の補正量を算出する。そして、算出した補正量の分だけ上記基準点火時期に対し進角または遅角した時期を、通常点火Ｓａの時期として決定する。このようにして決定される通常点火Ｓａの時期は、推定されたＥＧＲ率および筒内温度の組合せにより定まる条件が混合気が着火し易い条件であるほど基準点火時期に対し遅角された時期になり、逆に、混合気が着火し難い条件であるほど基準点火時期に対し進角された時期になる。ただし、通常点火Ｓａの時期は、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程前期までの期間、つまり圧縮上死点後（ＢＴＤＣ）６０°ＣＡから圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°ＣＡまでの期間を外れることはない。より具体的に、通常点火Ｓａの時期は、第１分割領域Ａ１１でのいずれにおいても、ＢＴＤＣ３０°ＣＡからＡＴＤＣ１０°ＣＡまでの範囲には含まれるように設定される。このことは、第１運転領域Ａ１内の他の分割領域（第２・第３分割領域Ａ１２，Ａ１３）でも同様である。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２０に移行して、点火プラグ１６に通常点火Ｓａを実行させる。すなわち、燃焼制御部１０２は、上記ステップＳ１９で決定された点火時期が到来したタイミングで点火プラグ１６から火花が放出されるように、点火プラグ１６を制御する。この通常点火Ｓａにより供給される放電エネルギーは、先行点火Ｓｂによる放電エネルギーと同一に設定される。言い換えると、通常点火Ｓａでは、先行点火Ｓｂのときと同様、１回の連続放電により供給し得る最大エネルギー（図１２（ｂ）の放電エネルギーＱ１に相当）をもった火花が点火プラグ１６から放出される。

次に、上記ステップＳ１４でＮＯと判定された場合、つまりエンジンの現運転ポイントが第１分割領域Ａ１１に含まれていない場合の制御について説明する。この場合、判定部１０１は、ステップＳ２１に移行して、エンジンの現運転ポイントが図７に示した第２分割領域Ａ１２、つまり第１運転領域Ａ１のうち回転速度が境界速度Ｎｘ以下でかつ負荷が境界負荷Ｌｘよりも高い領域に含まれるか否かを判定する。

上記ステップＳ２１でＹＥＳと判定されて現運転ポイントが第２分割領域Ａ１２に含まれることが確認された場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２２に移行して、インジェクタ１５に燃料を噴射させる。ここで、第２分割領域Ａ１２では、図８のチャート（ｂ）に示すように、吸気行程中に３回に分けて燃料噴射Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が実行される。また、第２分割領域Ａ１２での各回の噴射量／噴射時期は、上述したステップＳ１１により既に決められている。ステップＳ２２において、燃焼制御部１０２は、上述したステップＳ１１で決定された各燃料噴射Ｆ１〜Ｆ３の噴射時期が到来したタイミングで、決定された各燃料噴射Ｆ１〜Ｆ３の噴射量に相当する量の燃料が順に噴射されるように、インジェクタ１５を制御する。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２３に移行して、燃焼室６内のＥＧＲ率と、圧縮上死点近傍における燃焼室６内の温度（筒内温度）とを推定する。すなわち、燃焼制御部１０２は、上述したステップＳ１８と同様に、各種センサ値の履歴等を入力要素とする所定のモデル式を用いてＩＶＣ時点でのＥＧＲ率および筒内温度を推定する。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２４に移行して、上記ステップＳ２４で推定されたＥＧＲ率および筒内温度に基づき通常点火Ｓａの時期を決定する。すなわち、燃焼制御部１０２は、上述したステップＳ１９と同様に、ＥＧＲ率および筒内温度の各推定値等を入力要素とする所定のモデル式を用いて、ＳＩ率およびθｃｉが目標値にできるだけ一致するような通常点火Ｓａの時期を決定する。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２５に移行して、点火プラグ１６に通常点火Ｓａを断続的に実行させる。すなわち、燃焼制御部１０２は、上記ステップＳ２４で決定された点火時期が到来したタイミングで点火プラグ１６に火花の放出（放電）を開始させるとともに、その放電をごく短時間だけ中断し、中断後に再び放電を開始させる。このように、ステップＳ２５では、通常点火Ｓａとして、点火プラグ１６からの火花の放出が短時間の中断を挟んで断続的に続く断続点火が行われるように、点火プラグ１６が制御される。なお、ここでの通常点火Ｓａ（断続点火）により供給されるエネルギーは、１回の連続放電により供給し得る最大エネルギー（図１２（ｂ）の放電エネルギーＱ１に相当）に近い値となるが、放電の途中で中断を挟む事情から、Ｑ１よりもやや大きい値となる。

次に、上記ステップＳ２１でＮＯと判定された場合、つまりエンジンの現運転ポイントが第１・第２分割領域Ａ１１，Ａ１２のいずれでもなく第３分割領域Ａ１３（第１運転領域Ａ１のうち回転速度が境界速度Ｎｘを超える領域）に含まれる場合の制御について説明する。この場合、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２６に移行して、インジェクタ１５に燃料を噴射させる。ここで、第３分割領域Ａ１３では、図８のチャート（ｃ）に示すように、吸気行程中に３回に分けて燃料噴射Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３が実行される。また、第３分割領域Ａ１３での各回の噴射量／噴射時期は、上述したステップＳ１１により既に決められている。ステップＳ２６において、燃焼制御部１０２は、上述したステップＳ１１で決定された各燃料噴射Ｆ１〜Ｆ３の噴射時期が到来したタイミングで、決定された各燃料噴射Ｆ１〜Ｆ３の噴射量に相当する量の燃料が順に噴射されるように、インジェクタ１５を制御する。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２７に移行して、燃焼室６内のＥＧＲ率と、圧縮上死点近傍における燃焼室６内の温度（筒内温度）とを推定する。すなわち、燃焼制御部１０２は、上述したステップＳ１８，Ｓ２３と同様に、各種センサ値の履歴等を入力要素とする所定のモデル式を用いてＩＶＣ時点でのＥＧＲ率および筒内温度を推定する。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２８に移行して、上記ステップＳ２７で推定されたＥＧＲ率および筒内温度に基づき通常点火Ｓａの時期を決定する。すなわち、燃焼制御部１０２は、上述したステップＳ１９，Ｓ２４と同様に、ＥＧＲ率および筒内温度の各推定値等を入力要素とする所定のモデル式を用いて、ＳＩ率およびθｃｉが目標値にできるだけ一致するような通常点火Ｓａの時期を決定する。

次いで、燃焼制御部１０２は、ステップＳ２９に移行して、点火プラグ１６に通常点火Ｓａを実行させる。ここでの通常点火Ｓａは、１回の連続放電により最大エネルギー（図１２（ｂ）の放電エネルギーＱ１に相当）の火花を発生させる典型的な火花点火である。

（５）先行点火／通常点火の具体的動作
上述したとおり、当実施形態では、第１運転領域Ａ１のうち回転速度または負荷が高い一部の領域（Ａ１２，Ａ１３）を除いた主要領域である第１分割領域Ａ１１での運転時に、先行点火Ｓｂと通常点火Ｓａという２回の火花点火が１燃焼サイクル中に実行される。このような２回の火花点火を実行するため、点火プラグ１６は例えば次のように制御される。

当実施形態では、１つの気筒２に対し１つの点火プラグ１６が設けられ、１つの点火プラグ１６には、コイルやコンデンサ等を含むＬＣ回路からなる１つの点火回路が備わっている。このため、点火プラグ１６に２回の火花点火を行わせるには、コンデンサの充放電を繰り返す必要がある。

図１３は、第１分割領域Ａ１１で先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａが行われるときの点火プラグ１６の電気的な状態を燃焼波形と併せて示したタイムチャートであり、チャート（ａ）はＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生率の波形を、チャート（ｂ）は点火プラグ１６への通電指令の波形を、チャート（ｃ）は点火プラグ１６からの放電電流の波形を、それぞれ示している。本図のチャート（ｂ）において波形Ｗ１，Ｗ２で示すように、先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａの前には、それぞれ点火プラグ１６への通電が行われる。図例では、先行点火Ｓｂの時期が吸気行程の中期に設定され、かつ通常点火Ｓａの時期が圧縮上死点の進角側の近傍（圧縮上死点の後期の中でも遅めの時期）に設定されるので、通電Ｗ１，Ｗ２は、各点火時期の少し手前にあたる吸気行程中の所定時期および圧縮行程中の所定時期からそれぞれ開始される。各通電Ｗ１，Ｗ２によりコンデンサに蓄えられたエネルギーは、通電Ｗ１，Ｗ２が停止された時点で点火プラグ１６の電極部から放出される。これにより、チャート（ｃ）において波形Ｙ１，Ｙ２で示す放電電流が発生し、燃焼室６に火花（アーク）が生成される。

ここで、既述のように、当実施形態では、先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａのエネルギーが互いに同一とされ、その値は、１回の連続放電により供給し得る最大エネルギー、つまりコンデンサの電圧を最大電圧まで高めた場合に得られるエネルギーに相当する。このため、先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａの開始前には、コンデンサの電圧が最大電圧に達するまで通電Ｗ１，Ｗ２を継続する必要がある。言い換えると、通電Ｗ１の波形の幅に相当する先行点火Ｓｂ用の通電時間と、通電Ｗ２の波形の幅に相当する通常点火Ｓａ用の通電時間とは、それぞれコンデンサの電圧をゼロから最大電圧まで高めるのに必要な時間に設定される。

通電Ｗ１，Ｗ２の停止により、コンデンサに蓄えられていた電気エネルギーが点火プラグ１６の電極部から放出され、燃焼室６に火花（アーク）が生成される。この火花の放出（放電）は、コンデンサの電圧が実質ゼロになるまで継続され、その間、点火プラグ１６からの放電電流は一次関数的に減少していく。すなわち、先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａの実行時、点火プラグ１６からの放電電流Ｙ１，Ｙ２は、コンデンサへの通電Ｗ１，Ｗ２が停止される放電開始時からコンデンサ電圧がゼロになる放電完了時までの期間に亘って、略直角三角形の波形を呈するように推移する。先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａのエネルギーは、この略直角三角形の波形の面積に相当しており、それぞれ事前の通電Ｗ１，Ｗ２によりコンデンサに蓄えられたエネルギーに一致する。既述のように、先行点火Ｓｂおよび通常点火Ｓａの各エネルギーは、いずれも１００ｍＪとすることができる。

（６）断続点火の具体的動作
次に、第２分割領域Ａ１２で通常点火Ｓａとして実行される断続点火について説明する。すなわち、当実施形態では既述のとおり、第１運転領域Ａ１における高負荷側の一部である第２分割領域Ａ１２において、点火プラグ１６からの放電を一時的に中断する断続点火が通常点火Ｓａとして実行される。図１４は、この断続点火が行われるときの点火プラグ１６の電気的な状態を燃焼波形と併せて示したタイムチャートである。本図のチャート（ｂ）に示すように、第２分割領域Ａ１２での通常点火Ｓａ（断続点火）の前には、第１通電Ｗ３ａが行われる。この第１通電Ｗ３ａは、点火プラグ１６のコンデンサの電圧を最大電圧まで高めることが可能な時間だけ継続され、その後停止される。そして、第１通電Ｗ３ａからわずかに間を置いて、短時間の第２通電Ｗ３ｂが行われる。

第１通電Ｗ３ａの停止に伴い、点火プラグ１６の電極部から火花が放出され、第１放電電流Ｙ３ａが発生する（チャート（ｃ）参照）。ただし、この火花の放出（放電）は、第２通電Ｗ３ｂの開始により中断される。言い換えると、第１放電電流Ｙ３ａは、第１通電Ｗ３ａの停止時点から第２通電Ｗ３ｂの開始時点までの間に限って発生する。そして、第２通電Ｗ３ｂが停止されると、再び点火プラグ１６から火花が放出され、第２放電電流Ｙ３ｂが発生する。この第２放電電流Ｙ３ｂは、コンデンサの電圧が実質的にゼロになるまで継続される。したがって、第２放電電流Ｙ３ｂによる放電エネルギーは、第１通電Ｗ３ａによるコンデンサの蓄エネルギーの残部（つまり当該蓄エネルギーから第１放電電流Ｙ３ａによる放電エネルギーを差し引いたもの）と、第２通電Ｗ３ｂによるコンデンサの蓄エネルギーとの合計となる。言い換えると、第１放電電流Ｙ３ａと第２放電電流Ｙ３ｂとによる合計の放電エネルギーは、第１通電Ｗ３ａにより供給されるエネルギー（つまりコンデンサの電圧を最大電圧まで高めた場合に得られるエネルギー）よりも、第２通電Ｗ３ｂにより供給されるエネルギーの分だけ多くなる。また、第２通電Ｗ３ｂの間だけ放電が中断されるので、放電の開始から終了までの時間がその分長くなる。これにより、あたかも火花（アーク）の発生時間が実質的に延長されたかのような効果が得られることになる。しかも、放電の中断時間はごく短時間であるので、中断による影響は最小限に抑えられる。

（７）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、エンジン負荷が低い第１運転領域Ａ１でエンジンが運転されているときに、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気が燃焼室６内でＳＰＣＣＩ燃焼するように、インジェクタ１５および点火プラグ１６等の各部が制御されるとともに、この第１運転領域Ａ１での点火プラグ１６による点火動作がエンジン回転速度に応じて可変的に設定される。具体的に、第１運転領域Ａ１のうち回転速度が境界速度Ｎｘ以下でかつ負荷が境界負荷Ｌｘ以下の第１分割領域Ａ１１では、圧縮上死点の近傍（少なくとも圧縮行程後期から膨張行程前期までの期間を外れない時期）に火花を発生させて混合気を強制燃焼（ＳＩ燃焼）させる通常点火Ｓａと、吸気行程中（詳しくは吸気行程の中期）に火花を発生される先行点火Ｓｂとが点火プラグ１６により実行される。一方、第１運転領域Ａ１のうち第１分割領域Ａ１１よりも高負荷側の第２分割領域Ａ１２では、先行点火Ｓｂが停止されて通常点火Ｓａのみが実行される。このような構成によれば、点火プラグ１６の耐久性を担保しつつ、燃焼速度が速く熱効率に優れたＳＰＣＣＩ燃焼を実現できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、第１分割領域Ａ１１での運転時、つまり回転速度および負荷が相対的に低い条件下でＡ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼が実行される場合に、通常点火Ｓａよりも十分に進角側となる吸気行程の中期に先行点火Ｓｂが実行されるので、当該先行点火Ｓｂにより燃料成分を改質してＯＨラジカル等を含む中間生成物を生成し、通常点火Ｓａ後に生じるＳＰＣＣＩ燃焼の熱効率を向上させることができる。吸気行程の中期という圧縮上死点から大幅に進角したタイミングでの先行点火Ｓｂは、温度不足のために混合気の火炎伝播を実質的に生じさせないが、当該先行点火Ｓｂによる火花（アーク）の周囲には８５０Ｋ以上１１４０Ｋ未満という所期の温度帯にまで昇温された混合気の層（高温層）が形成される。すると、当該高温層に含まれる燃料成分（炭化水素）が開裂して過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）やホルムアルデヒド（ＣＨ_２Ｏ）が生成され、これらの成分から例えばＯＨラジカルが生成される。ＯＨラジカルは、酸化作用が強く反応性が高い。したがって、このようなＯＨラジカルを含む中間生成物が先行点火Ｓｂ後の燃焼室６に生成されることにより、第１分割領域Ａ１１という混合気の着火性が必ずしも良くない領域での運転時であっても、ＣＩ燃焼の燃焼速度、つまり燃料成分の自発的な化学反応による燃焼の速度を速めることができ、当該ＣＩ燃焼を含むＳＰＣＣＩ燃焼の熱効率を向上させることができる。

図１３のチャート（ａ）には、上記のように吸気行程の中期に先行点火Ｓｂを実行した場合の熱発生率の波形（実線）が、先行点火Ｓｂを実行しなかった場合の熱発生率の波形（破線）と比較する形で示されている。これら２つの燃焼波形の比較からも明らかなように、先行点火Ｓｂを実行したときの方が、先行点火Ｓｂを実行しなかった場合よりも、ＣＩ燃焼が開始されて以降の（点Ｘ’より遅角側での）熱発生率の立ち上がりが急になっており、ＣＩ燃焼の燃焼速度が速くなっていることが分かる。なお、先行点火により生成された中間生成物は、ＣＩ燃焼よりも前のＳＩ燃焼によってその一部が消費されるが、ＳＩ燃焼の開始時点では既に燃焼室６の広い範囲に中間生成物が分散しており、ＳＩ燃焼の領域の外側にも中間生成物は残存しているので、この残存した中間生成物の作用によりＣＩ燃焼の高速化は支障なく達成される。

一方、上記第１分割領域Ａ１１よりも高負荷側の第２分割領域Ａ１２では、先行点火Ｓｂが停止されて通常点火Ｓａのみが実行されるので、点火プラグ１６の耐久性が過大な熱的負担等により低下するのを抑制することができる。すなわち、第２分割領域Ａ１２では、負荷が高く燃料の総噴射量（ひいては熱発生量）が多くなるので、筒内温度（燃焼室６の温度）が高くなり易く、混合気の着火性は比較的良好に確保される。このため、第２分割領域Ａ１２におけるＣＩ燃焼の燃焼速度は本来的に速く、このような第２分割領域Ａ１２で先行点火Ｓｂを実行する意義は薄いといえる。これに対し、上記実施形態では、第２分割領域Ａ１２で先行点火Ｓｂが停止される、言い換えると先行点火Ｓｂによる効果が有意なレベルで得られる負荷域に限って先行点火Ｓｂが実行されるので、ＳＰＣＣＩ燃焼が実行される第１運転領域Ａ１での熱効率をトータルとして高めながら点火プラグ１６の熱的負担を軽減することができ、点火プラグ１６の耐久性を十分に確保することができる。

ここで、本願発明者の研究に基づく知見によれば、先行点火Ｓｂを伴わずとも良好な着火性（ＣＩ燃焼の高速化）が得られると考えられる第２分割領域Ａ１２であっても、ＣＩ燃焼の開始時期であるθｃｉが時折大きくバラつくことがある。このようなθｃｉのバラつきは、出力トルクの不安定化を招くため、そのための対策としてＳＩ率を故意に増やすなどの措置が必要になり、燃費性能の悪化を招くことになる。これに対し、上記実施形態では、第２分割領域Ａ１２での運転時に、点火プラグ１６からの放電をごく一時的に中断することで火花を断続的に発生させる断続点火が通常点火Ｓａとして実行されるので、放電の開始から終了までの時間が長くなる結果、火花（アーク）の発生時間が実質的に延長されたかのような効果が得られ、ＳＰＣＣＩ燃焼の前半部であるＳＩ燃焼が安定化する。これにより、第２分割領域Ａ１２においてＣＩ燃焼の開始時期（θｃｉ）が狙った時期（目標θｃｉ）の近傍に収まる確率が高くなり、ＳＰＣＣＩ燃焼が十分に安定化するので、燃費性能をより向上させることができる。

また、上記実施形態では、第１分割領域Ａ１１での先行点火Ｓｂのエネルギーおよび時期が、エンジンの回転速度／負荷に拠らず一定に設定されるので、点火プラグ１６の制御を簡素化しつつ先行点火Ｓｂによる効果（ＣＩ燃焼の高速化による熱効率の向上）を有意なレベルで発揮させことができる。

すなわち、本願発明者は、第１分割領域Ａ１１における先行点火Ｓｂのエネルギーおよび時期を、当該先行点火Ｓｂによる効果が最大限になるように回転速度／負荷に応じて可変的に設定することを検討した。しかしながら、検討の結果、先行点火Ｓｂのエネルギーおよび時期を図１２（ａ）（ｂ）に示すＱ１，Ｔ１の組み合わせで固定化すれば第１分割領域Ａ１１内のいずれの運転ポイントでも有意な効果が得られること、言い換えると、先行点火Ｓｂのエネルギーを常に最大値Ｑ１（１回の連続放電により供給し得る最大のエネルギー）に設定しかつ先行点火Ｓｂの時期を常に吸気行程中期の所定時期Ｔ１に設定しておけば、第１分割領域Ａ１１内で回転速度／負荷が種々変化しても先行点火Ｓｂによる効果が大差ないレベルで得られることが確認された。このような事情より、上記実施形態では、第１分割領域Ａ１１における先行点火Ｓｂのエネルギーおよび時期を一定の値Ｑ１，Ｔ１に設定している。これにより、先行点火Ｓｂにかかる点火プラグ１６への通電制御を回転速度／負荷に応じて都度変更することが不要になるので、点火プラグ１６の制御を簡素化しつつ、先行点火Ｓｂによる熱効率向上等の効果を十分なレベルで得ることができる。

ここで、上述した検討から導き出される別の知見として、先行点火Ｓｂの時期を吸気行程の中でもできるだけ早めた方が燃料の改質効率が高まる、というものがある。すなわち、先行点火Ｓｂによるエネルギー消費をできるだけ抑えつつ燃料改質による所要レベルの効果を得るという観点からは、先行点火Ｓｂを吸気行程の中でもできるだけ早い時期、つまり吸気行程の前期に実行することが望ましい。より詳しくは、吸気行程の前期の中でも特にバルブオーバーラップ期間（吸気弁１１および排気弁１２の双方が開弁している期間）中に燃料を噴射しかつ先行点火Ｓｂを実行すれば、比較的少ないエネルギーでも十分な量の燃料成分を改質できることが分かっている。しかしながら、吸気行程の前期（特にバルブオーバーラップ期間中）は燃焼室６内のガス流動が非常に強い時期であるため、このような時期に先行点火Ｓｂを実行したとすると、先行点火Ｓｂによるエネルギー消費は抑制できても、強いガス流動に起因した点火プラグ１６の電極部の偏摩耗が起き易くなり、点火プラグ１６の耐久性が大きく低下することが懸念される。すなわち、吸気行程の前期のようなガス流動の強い環境下で先行点火Ｓｂを行うと、点火プラグ１６の電極部から放出された火花（アーク）が燃焼室６内のガス流動の影響を受けて変形し、アークの接地点が電極部の狭い範囲に集中する等により、点火プラグ１６の電極部の摩耗が進行し易くなる。上記実施形態において先行点火Ｓｂの時期を圧縮行程の前期ではなく中期に設定したのはこのためである。

ただし、先行点火Ｓｂの時期を圧縮行程の中期にまで遅らせると、先行点火Ｓｂによる燃料の改質効率自体は低下する。そこで、これを補うべく上記実施形態では、先行点火Ｓｂのエネルギーが最大値Ｑ１にまで高められている。しかしながら、先行点火Ｓｂのエネルギーを最大値Ｑ１まで高めた副作用として、先行点火Ｓｂの頻度によっては点火プラグ１６の熱的負担が過大になってその耐久性に悪影響が及ぶことが懸念される。これに対し、上記実施形態では、第１運転領域Ａ１の中でも負荷が相対的に高い第２分割領域Ａ１２では先行点火Ｓｂが停止されるので、点火プラグ１６の熱的負担を軽減することができ、点火プラグ１６の耐久性の低下を最小限に抑えることができる。

また、上記実施形態では、第１分割領域Ａ１１よりも高速側の第３分割領域Ａ１３において、先行点火Ｓｂが停止されて通常点火Ｓａのみが実行されるので、やはり先行点火Ｓｂの頻度を減らして点火プラグ１６の熱的負担を軽減することができる。すなわち、第３分割領域Ａ１３では、回転速度が高く単位時間あたりの燃焼回数が多くなるので、仮にこのような条件下で先行点火Ｓｂを実行した場合には、点火プラグ１６の点火回路の温度が過度に上昇するなどして点火プラグ１６の熱的負担が過大になるおそれがある。また、回転速度が高い第３分割領域Ａ１３では、先行点火Ｓｂに対応するタイミング（ここでは吸気行程の中期）での燃焼室６内のガス流動が比較的強いものとなるので、先に述べた事情（アークの接地点の局在化）により点火プラグ１６の電極部が偏摩耗し易くなる。これに対し、上記実施形態のように第３分割領域Ａ１３での先行点火Ｓｂを停止するようにした場合には、上述した点火プラグ１６の熱的負担の増大や電極部の偏摩耗が抑制されるので、点火プラグ１６の耐久性を十分に確保することができる。

また、上記実施形態では、Ａ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼が実行される第１運転領域Ａ１での運転時に、１サイクル中の全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率が、エンジンの運転条件に応じて予め定められた目標ＳＩ率に一致するように、点火プラグ１６による通常点火Ｓａの時期が調整されるので、例えば燃焼騒音が過大にならない範囲でできるだけＣＩ燃焼の割合を増やす（つまりＳＩ率を低くする）ことができる。このことは、先行点火Ｓｂによる燃料改質による効果（ＣＩ燃焼の高速化）と相俟って、ＳＰＣＣＩ燃焼による熱効率を可及的に高めることにつながる。

（８）変形例
上記実施形態では、第１分割領域Ａ１１内のいずれの回転速度／負荷においても先行点火Ｓｂのエネルギーが最大値Ｑ１（図１２（ｂ））に設定される例について説明したが、例えば水温センサＳＮ２により検出されるエンジン水温が高い条件では先行点火Ｓｂのエネルギーを最大値Ｑ１に対し低下させてもよい。すなわち、エンジン水温が高い条件では、燃料の着火性が本来的に高くなるので、先行点火Ｓｂにより改質される燃料成分の量が少なくてもＣＩ燃焼の速度は十分に速くなると考えられる。このため、エンジン水温が所定の閾値よりも高くなったことを条件に、先行点火Ｓｂのエネルギーを最大値Ｑ１に対し低下させてもよい。より詳しくは、ＳＰＣＣＩ燃焼が可能な下限温度（例えば７０℃）からこれより高い所定の閾値（例えば８０℃）までのエンジン水温では、先行点火Ｓｂのエネルギーを一律に最大値Ｑ１に設定する一方で、エンジン水温が上記閾値よりも高くなった場合には、当該閾値に対するエンジン水温の上昇代が大きいほど先行点火Ｓｂのエネルギーを減らすようにする。このようにすれば、ＳＰＣＣＩ燃焼の熱効率を高く維持しつつ先行点火Ｓｂによるエネルギー消費を抑えることができる。

なお、上記のように先行点火Ｓｂのエネルギーを可変とする態様において、当該エネルギーを決定するためのパラメータは、エンジンの暖機が進行するほど高くなる何らかの温度パラメータであればよく、上述したエンジン水温に限られない。例えば、エンジンの潤滑油の温度（油温）や燃焼室６の壁面温度を上記パラメータとして用いてもよい。本発明における「エンジン温度」とは、これらエンジン水温、油温、壁面温度を包含する概念である。

上記実施形態では、第１分割領域Ａ１１での運転時に、各燃焼サイクルの１回目の燃料噴射Ｆ１が完了した後（１回目の燃料噴射Ｆ１と２回目の燃料噴射Ｆ２との間）でかつ吸気行程の中期に先行点火Ｓｂを実行するものとしたが、先行点火Ｓｂの時期は、通常点火Ｓａから十分に（例えば６０°ＣＡ以上）進角側に離れておりかつ燃焼室６に燃料が存在するタイミングであればよく、例えば吸気行程の後期に先行点火Ｓｂを実行してもよいし、圧縮行程の前期または中期に先行点火Ｓｂを実行してもよい。さらに、先行点火の回数は１サイクル中に１回とは限らず、２回以上に増やしてもよい。例えば、上記実施形態のように１回の先行点火Ｓｂにより最大のエネルギー（Ｑ１）を供給する態様に代えて、比較的小さいエネルギーの先行点火を吸気行程中期から圧縮行程中期にかけた複数のタイミングで実行するようにしてもよい。

上記実施形態では、第１分割領域Ａ１１において通常点火Ｓａに加えて先行点火Ｓｂを実行する一方で、同領域Ａ１１より高負荷側の第２分割領域Ａ１２では先行点火Ｓｂを完全に停止する（通常点火Ｓａのみを実行する）ものとしたが、第２分割領域Ａ１２では少なくとも先行点火Ｓｂのエネルギーを第１分割領域Ａ１１に比べて小さくすればよく、必ずしも先行点火Ｓｂを完全に停止する（先行点火Ｓｂのエネルギーをゼロにする）必要はない。このことは、第１分割領域Ａ１１より高速側の第３分割領域Ａ１３でも同様である。

上記実施形態では、Ａ／ＦリーンのＳＰＣＣＩ燃焼が行われる第１運転領域Ａ１（第１〜第３分割領域Ａ１１〜Ａ１３）において、いずれも吸気行程中に３回の燃料噴射Ｆ１〜Ｆ３を実行するものとしたが、第１運転領域Ａ１での燃料噴射の回数は３回に限られず、１回または２回に設定してもよいし、あるいは４回以上に設定してもよい。また、第１分割領域Ａ１１での燃料の噴射時期については、１燃焼サイクル中に噴射すべき燃料の少なくとも一部が先行点火Ｓｂよりも前に燃焼室６に存在し得るタイミングであればよく、その限りにおいて燃料の一部または全部を圧縮行程中に噴射することも可能である。

６ 燃焼室
１３ 吸気ＶＶＴ（空気量調整部）
１４ 排気ＶＶＴ（空気量調整部）
１５ インジェクタ
１６ 点火プラグ
３２ スロットル弁（空気量調整部）
５３ ＥＧＲ弁（空気量調整部）
１０２ 燃焼制御部
Ａ１ 第１運転領域（特定領域）
Ａ１１ 第１分割領域（第１領域）
Ａ１２ 第２分割領域（第２領域）
Ｓａ 通常点火
Ｓｂ 先行点火

Claims (10)

1. 燃焼室と、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、インジェクタから噴射された燃料と空気とが混合された混合気に点火する点火プラグと、前記混合気の一部を前記点火プラグを用いた火花点火によりＳＩ燃焼させるとともにその他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が可能なエンジンを制御する装置であって、
   前記燃焼室への空気の導入量を調整する空気量調整部と、
   エンジン負荷が低い特定領域において、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気が前記燃焼室内に形成されかつ当該混合気が部分圧縮着火燃焼するように、前記インジェクタ、点火プラグ、および空気量調整部を制御する燃焼制御部とを備え、
   前記燃焼制御部は、
   前記特定領域のうち少なくとも高負荷側の一部を除いた第１領域において、圧縮行程後期または膨張行程前期に火花を発生させてＳＩ燃焼を開始させる通常点火と、吸気行程または圧縮行程に含まれかつ通常点火よりも所定量以上早いタイミングで火花を発生させる先行点火とを前記点火プラグに実行させるとともに、前記先行点火よりも前に前記燃焼室に燃料が存在するようなタイミングで前記インジェクタに燃料を噴射させ、
   前記特定領域のうち前記第１領域よりも高負荷側の第２領域において、少なくとも前記通常点火を実行するとともに前記先行点火の実行を制限する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、前記第２領域において前記先行点火を停止して前記通常点火のみを実行する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、前記第２領域での通常点火として、前記点火プラグからの放電をごく一時的に中断することで火花を断続的に発生させる断続点火を実行する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、混合気の火炎伝播が生じない態様で前記先行点火を実行する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、前記第１領域での前記先行点火のエネルギーをエンジン負荷に拠らず一定に設定する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、前記第１領域での前記先行点火の時期をエンジン負荷に拠らず一定に設定する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
7. 請求項６に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、吸気行程の中期または後期に前記先行点火を実行する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
8. 請求項７に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記先行点火および通常点火は、前記気筒ごとに、１つの点火回路を有する１つの点火プラグによって実行される、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、エンジン負荷が同一の条件での比較において、エンジン温度が高くなるほど前記先行点火のエネルギーを低下させる、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
    前記燃焼制御部は、１サイクル中の全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率が予め定められた目標値に一致するように前記通常点火の時期を調整する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。