JP6268861B2 - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

例えば特許文献１には、エンジンの運転状態が、低回転・低負荷側の所定領域にあるときには、気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンはまた、圧縮着火燃焼を行うときには、排気弁の閉弁時期を（排気）上死点前に設定すると共に、吸気弁の開弁時期を上死点後に設定することで、上死点を挟んで排気弁及び吸気弁が共に閉弁した期間（いわゆるネガティブオーバーラップ期間）を設けている。ネガティブオーバーラップ期間を設けることによって、高温の排気ガスの一部が気筒内に残留する。つまり、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）によって、気筒内の温度が高まって圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が高まる。特許文献１にはまた、圧縮着火燃焼を行う運転領域においては、エンジンの負荷が低いほど排気弁の閉弁時期を進角させることによって、内部ＥＧＲによるＥＧＲ率を高めている。

また、特許文献２には、ガスヒートポンプ用のエンジンにおいて、特許文献１と同様に、圧縮着火燃焼を行うときに、エンジンの負荷が低いほど、ネガティブオーバーラップ期間を長くして、内部ＥＧＲによるＥＧＲ率を高めることが記載されている。

特開２００９−１９７７４０号公報 特開２００７−１２０３３０号公報

エンジンの負荷が低いほど、気筒内の温度環境が低くなるため、圧縮着火燃焼には不利になる。そのため、特許文献１、２に記載されているように、エンジン負荷が低いほど内部ＥＧＲによるＥＧＲ率を高くすることは、気筒内に導入される排気ガスの量が増えて圧縮開始前の気筒内の温度が高まるから、ピストンが圧縮上死点に至ったときの気筒内の温度（つまり、圧縮端温度）が高まり、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性に有利になり得る。

しかしながら、本願発明者らが検討したところ、ＥＧＲ率を所定以上に高く設定することは、圧縮端温度を逆に低下させてしまうことに気づいた。このことは、エンジンの運転状態が低負荷乃至極低負荷の領域にあるときに、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を低下させる。

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、圧縮着火式エンジンにおいて、その運転状態が低負荷域にあるときの、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を向上させることにある。

排気ガスは、三原子分子であるＣＯ_２やＨ_２Ｏを多く含んでおり、窒素（Ｎ_２）や酸素（Ｏ_２）を含む空気（つまり、気筒内に導入される新気）と比較して比熱比が高い。そのため、ＥＧＲ率を高くして気筒内に導入する排気ガスの割合を増やしたときには、圧縮開始前の気筒内のガス温度は高くなり得るものの、圧縮をしてもガスの温度はそれほど高まらず、結果として、圧縮端温度が低くなる。ここに開示する技術は、圧縮着火燃焼を行う低負荷側の運転領域においては、基本的には、エンジン本体の負荷が低いほどＥＧＲ率を高く設定することによって、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を確保する一方で、圧縮着火領域内における低負荷側の特定負荷以下のときには、ＥＧＲ率を、予め設定した最高ＥＧＲ率を超えないように制限することで、圧縮端温度が低下してしまうことを回避して、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を向上させるようにした。

具体的に、ここに開示する圧縮着火式エンジンの制御装置は、気筒を有するエンジン本体と、排気ガスを前記気筒内に導入することにより、排気ガスの非導入時よりも前記気筒内の圧縮開始前のガス温度を高くすることが可能なように構成された排気還流システムと、前記エンジン本体の運転状態が低負荷側に設定された所定の圧縮着火領域にあるときに、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備える。

そして、前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火領域にあるときには、前記エンジン本体の負荷が低いほど、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガスの量の割合であるＥＧＲ率を高く設定すると共に、前記圧縮着火領域内における低負荷側の特定負荷時には前記ＥＧＲ率を所定の最高ＥＧＲ率に設定しかつ、前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときには、前記ＥＧＲ率を、５０％以上かつ前記最高ＥＧＲ率以下に制限する。

ここで、「圧縮着火領域内における低負荷側の特定負荷」とは、圧縮着火領域内を、負荷方向に低負荷側及び高負荷側に二分割したときの低負荷側において設定した所定の負荷と定義することが可能である。

前記の構成によると、圧縮着火燃焼を行う低負荷側の運転領域においては、エンジン本体の負荷が低いほど、ＥＧＲ率を高く設定する。エンジン本体の負荷が低いほど、気筒内の温度状態が低くなるものの、ＥＧＲ率を高く設定して気筒内に導入する高温の排気ガスの割合を増やすことにより、圧縮開始温度及び圧縮端温度がそれぞれ高まる。そうして、圧縮着火領域において、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が確保される。尚、ＥＧＲ率は、エンジン本体の負荷の低下に対して連続的に高く設定してもよいし、段階的に高く設定してもよいが、圧縮着火燃焼の安定性及びＥＧＲ率の調整に係る状態量制御の制御性の観点からは、ＥＧＲ率を、エンジン本体の負荷の低下に対して連続的に高くなるように設定することが好ましい。

ＥＧＲ率は、エンジン本体の負荷が特定負荷にあるときに最も高く設定される。そして、エンジン本体の負荷が特定負荷よりも低いときには、ＥＧＲ率は、５０％以上かつ最高ＥＧＲ率以下に制限される。

ここで、ＥＧＲ率を５０％以上かつ最高ＥＧＲ率以下に制限することは、前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときには、前記ＥＧＲ率を、５０％以上かつ前記最高ＥＧＲ率以下の、略一定の値に設定するとしてもよい。

また、ＥＧＲ率を５０％以上かつ最高ＥＧＲ率以下に制限することは、前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときに、前記ＥＧＲ率を前記最高ＥＧＲ率にする（つまり、前記エンジン本体の負荷の高低に拘わらず、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率で一定にする）としてもよい。

またこれとは異なり、前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときには、エンジン本体の負荷が低いほど、前記ＥＧＲ率を低く設定する、としてもよい。

こうして、ＥＧＲ率を制限することは、気筒内に導入される排気ガスの量を制限することになるから、気筒内に導入されるガス（つまり、新気及び排気ガスを含むガス）全体の比熱比が低くなりすぎることが回避される。その結果、圧縮開始前の気筒内のガス温度を比較的高く維持しながら、圧縮端温度の低下が抑制される。つまり、圧縮端温度を比較的高くすることができるから、エンジン本体の負荷が低いときに、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が向上する。

ここで、最高ＥＧＲ率は、５０％より大きくかつ９０％以下の値に設定されている、としてもよい。つまり、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を確保し得る圧縮端温度が達成可能な範囲で、最高ＥＧＲ率をできるだけ高く設定してもよい。こうすることで、特にエンジン本体の負荷が低いときには、未燃損失が高くなり易いが、ＥＧＲ率をできるだけ高い値に制限し、できるだけ多量の排気ガスを気筒内に導入することで、未燃損失を低減することが可能になる。これは燃費の向上に有利である。

また、後述するように、エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときに、オゾン導入器によって前記気筒内にオゾンを導入する構成においては、オゾンの導入によって圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が高まるから、最高ＥＧＲ率を低めに設定してもよい。特にエンジン本体の構成上、例えば幾何学的圧縮比が比較的低く設定されていて、圧縮端温度が比較的低くなってしまう構成においては、エンジン本体の負荷が特定負荷よりも低いときに圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を確保する上で、気筒内にオゾンを導入する必要性が高くなる。そのため、幾何学的圧縮比が比較的低く設定されているエンジン本体については、最高ＥＧＲ率は低めに設定される場合がある。

前記排気還流システムは、前記エンジン本体の吸気弁及び排気弁の開閉制御によって前記気筒内に前記排気ガスを還流させるよう構成された内部ＥＧＲシステムを含み、前記内部ＥＧＲシステムは、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火領域にあるときに、前記ＥＧＲ率を調整する、としてもよい。

内部ＥＧＲシステムは、エンジン本体の外部に設けたＥＧＲ通路を介して排気ガスを還流させる外部ＥＧＲシステムと比較して、温度を高く維持したまま、排気ガスを気筒内に導入することが可能である。このことは、圧縮開始時のガス温度及び圧縮端温度をそれぞれ高くし、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。

前記内部ＥＧＲシステムは、吸気行程中に前記排気弁を開弁することによって、排気行程中に排気側に排出した排気ガスを前記気筒内に導入するように構成されている、としてもよい。

すなわち、内部ＥＧＲシステムは、排気上死点前に排気弁を閉弁すると共に、排気上死点（＝吸気上死点）後に吸気弁を開弁することによって、上死点を挟んで吸気弁及び排気弁を共に閉弁したネガティブオーバーラップ期間を設けるように構成することが可能である。しかしながら、この構成では、排気行程中に排気弁を閉弁することに伴い、気筒内に閉じ込めた高温の排気ガスを圧縮することになるから冷却損失が増大する。このことは、圧縮開始時のガス温度の低下を招き、ひいては圧縮端温度の低下を招くという不都合がある。

また、内部ＥＧＲシステムは、排気行程中に吸気弁を開弁して排気ガスの一部を吸気ポートに排出させると共に、吸気行程中に新気と共に、その排気ガスを、気筒内に再び導入するようにすることも可能である（いわゆる吸気の二度開き）。この構成では、ネガティブオーバーラップ期間を設けないため、高温の排気ガスを圧縮することがなく、冷却損失は低減する。しかしながら、吸気ポートは排気ポートと比較して温度が低く、排気ガスを吸気ポートに排出させている間に、排気ガスの温度が低下しやすい。その結果、圧縮開始時のガスの温度の低下、及び、それに伴う圧縮端温度の低下を招くという不都合がある。

これに対し、吸気行程中に排気弁を開弁し、排気行程中に排出した排気ガスの一部を、気筒内に導入する構成（いわゆる排気の二度開き）は、吸気の二度開きと同様に冷却損失を低減することが可能である。また、排気ポートは吸気ポートと比較して温度が高いため、吸気の二度開きとは異なり、排気ポートに排出した排気ガスの温度低下が抑制される。その結果、排気の二度開きは、圧縮開始時のガスの温度の低下を最も抑制することが可能であり、圧縮端温度を高くして圧縮着火の着火性及び燃焼の安定性の向上に最も有利である。

前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記気筒内にオゾンを導入するよう構成されたオゾン導入器をさらに備え、前記制御器は、前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときに、前記オゾン導入器によって前記気筒内にオゾンを導入する、としてもよい。

気筒内にオゾンを導入することにより、圧縮着火の着火性を高めると共に、圧縮着火燃焼の安定性が高まる。前述の通り、エンジン本体の負荷が特定負荷よりも低く、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率以下にすることで、圧縮端温度は、当該エンジン本体において得られる最高温度近くになっており、それ以上の圧縮端温度を得ることは困難である。そこで、高い圧縮端温度によって圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を確保する代わりに、気筒内にオゾンを導入することで、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が確保可能になる。

気筒内にオゾンを導入することは、例えば外気温が低い、又は極めて低いため、圧縮開始時のガス温度が低くなる結果、圧縮端温度が相対的に低くなる場合にのみ行ってもよい。また、前述の通り、圧縮比（幾何学的圧縮比及び有効圧縮比を含む）が比較的低いことにより圧縮端温度が低くなる場合等、様々な要因で圧縮端温度が低くなるときに限って、気筒内にオゾンを導入するようにしてもよい。

尚、気筒内へのオゾンの導入は、気筒内に吸気を導入する際に吸気にオゾンを添加してもよいし、気筒内に吸気を導入した後に気筒内のガスにオゾンを添加してもよい。

以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御装置は、圧縮着火燃焼を行う低負荷側の運転領域において、エンジン本体の負荷が低いほどＥＧＲ率を高く設定する一方で、エンジン本体の負荷が特定負荷よりも低いときには、ＥＧＲ率を、５０％以上かつ予め設定した最高ＥＧＲ率以下に制限することにより、ＥＧＲ率が高すぎて圧縮端温度が逆に低くなってしまうことが回避される結果、圧縮着火領域における負荷方向の全域に亘って、圧縮着火の着火性及び圧縮着火燃焼の安定性が確保される。

圧縮着火式エンジンの構成を示す概略図である。 圧縮着火式エンジンの制御に係るブロック図である。 燃焼室を拡大して示す断面図である。 オゾン発生器の構成を例示する概念図である。 大リフトと小リフトとに切り替え可能に構成された吸気弁のリフトカーブの例示と、通常の開弁動作と、吸気行程時に再開弁する特殊動作とに切り替え可能に構成された排気弁のリフトカーブとの例示である。 エンジンの運転制御マップを例示する図である。 （ａ）は、ＣＩモードにおいて吸気行程噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示、（ｂ）は、ＣＩモードにおいて高圧リタード噴射を行う場合の燃料噴射時期の一例と、それに伴うＣＩ燃焼の熱発生率の例示である。 エンジンの負荷の高低に対するＥＧＲ率の関係、及び、エンジンの負荷の高低に対するオゾン濃度の関係を例示する図である。 （ａ）ＥＧＲ率に対する気筒内に導入されるガスの比熱比の関係、（ｂ）ＥＧＲ率に対する圧縮開始時の気筒内ガスの温度の関係、（ｃ）ＥＧＲ率に対する圧縮端温度の関係、（ｄ）ＥＧＲ率に対する燃焼重心位置の関係、を例示する図である。

以下、圧縮着火式エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。図１，２は、エンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給される火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（尚、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、図３に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を区画する。尚、燃焼室１９の形状は、図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１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）と称する）７１と、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）と称する）７５と、が設けられている。ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、図５に実線で例示するように、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、図５に破線で例示するように、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的に、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。以下の説明においては、ＶＶＬ７１を通常モードで作動させ、排気二度開きを行わないことを、「ＶＶＬ７１をオフにする」といい、ＶＶＬ７１を特殊モードで作動させ、排気二度開きを行うことを、「ＶＶＬ７１をオンにする」という場合がある。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

尚、内部ＥＧＲの実行は、排気二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁２１を二回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行うことも可能であるし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御を行うことも可能である。但し、後述の通り、圧縮端温度を高くする上では、排気二度開きが最も好ましい。

ＶＶＴ７５は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。排気弁２２は、ＶＶＴ７５によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。

ＶＶＬ７１及びＶＶＴ７５を備えた排気側の動弁系と同様に、吸気側には、図２に示すように、ＶＶＬ７４とＶＶＴ７２とが設けられている。吸気側のＶＶＬ７４は、排気側のＶＶＬ７１とは異なる。吸気側のＶＶＬ７４は、吸気弁２１のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気弁２１のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフトカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁２１に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、図５に実線で示すように、吸気弁２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、ＶＶＬ７４が小リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、図５に破線で示すように、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。大リフトカムと小リフトカムとは、閉弁時期又は開弁時期を同じにして切り替わるように設定されている。

吸気側のＶＶＴ７２は、排気側のＶＶＴ７５と同様に、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。吸気弁２１もまた、ＶＶＴ７２によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、図３に拡大して示すように、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７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のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。図３に矢印で示すように、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。尚、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン１の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、図３に示すように、燃焼室１９内の混合気に強制点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。図３に示すように、点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ／ウォーマ３４と、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。吸気通路３０にはまた、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されており、このインタークーラバイパス通路３５には、当該通路３５を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合を調整することにより、気筒１８に導入する新気の温度を調整することが可能である。尚、インタークーラ／ウォーマ３４及びそれに付随する部材は、省略することも可能である。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設され、ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。

また、吸気通路３０におけるスロットル弁３６とサージタンク３３との間には、気筒１８に導入する新気にオゾンを添加するオゾン発生器（Ｏ_３発生器）７６が介設している。
オゾン発生器７６は、例えば図４に示すように、吸気管３０１の横断面上で、上下又は左右方向に所定間隔を設けて並列された複数の電極を備えて構成されている。オゾン発生器７６は、吸気に含まれる酸素を原料ガスとして、無声放電によりオゾンを生成する。つまり、電極に対して、図外の電源から高周波交流高電圧を印加することにより、放電間隙において無声放電が発生し、そこを通過する空気（つまり、吸気）がオゾン化される。こうしてオゾンが添加された吸気は、サージタンク３３から吸気マニホールドを介して、各気筒１８内に導入される。オゾン発生器７６の電極に対する電圧の印加態様を変更する、及び／又は、電圧を印加する電極の数を変更することによって、オゾン発生器７６を通過した後の、吸気中のオゾン濃度を調整することが可能である。後述するように、ＰＣＭ１０は、こうしたオゾン発生器７６に対する制御を通じて、気筒１８内に導入する吸気中のオゾン濃度の調整を行う。

エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。

ＰＣＭ１０には、図１，２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１及び新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されかつ、インタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する、第２吸気温度センサＳＷ３、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ_２センサＳＷ９、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ_２センサＳＷ１０、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５、及び、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６である。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁側のＶＶＴ７２及びＶＶＬ７４、排気弁側のＶＶＴ７５及びＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（スロットル弁３６、インタークーラバイパス弁３５１、ＥＧＲ弁５１１、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータ、及びオゾン発生器７６へ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。

図６は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼）に切り替える。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行うＣＩ（Compression Ignition）モードと、火花点火燃焼を行うＳＩ（Spark Ignition）モードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

ＣＩモードはさらに、エンジン負荷の高低に応じて２つの領域に分けられている。具体的に、ＣＩモード内における低中負荷に相当する領域（１）では、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、相対的に温度の高いホットＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。これは、詳しくは後述するが、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行うことによる。ホットＥＧＲガスの導入は、気筒１８内の圧縮端温度を高め、領域（１）において、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を高める上で有利になる。領域（１）ではまた、図７（ａ）に示すように、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射することにより、均質な混合気を形成する。均質混合気は、図７（ａ）に示すように、圧縮上死点付近において圧縮自己着火する。

ＣＩモードとＳＩモードとの切り替え境界線（つまり、切替負荷）を含む、ＣＩモード内において高負荷の領域（２）では、気筒１８内の温度環境が高くなる。そのため、過早着火を抑制するためにホットＥＧＲガス量を低下させる一方で、ＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却されたクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。

このエンジン１はまた、切替負荷を可能な限り高く設定することにより、ＣＩモードの領域を可能な限り高負荷側に拡大しており、負荷の高い領域（２）において、吸気行程から圧縮行程中期までの期間内で気筒１８内に燃料を噴射してしまうと、過早着火等の異常燃焼が生じる虞がある。一方、温度の低いクールドＥＧＲガスを大量に導入して気筒内の圧縮端温度を低下させようとすると、今度は、圧縮着火の着火性が悪化してしまう。つまり、領域（２）は、気筒１８内の温度制御だけでは、圧縮着火燃焼を安定して行い得ない。そこで、この領域（２）では、気筒１８内の温度制御に加えて、燃料噴射形態を工夫することによって過早着火等の異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を図る。具体的に、この燃料噴射形態は、従来と比較して大幅に高圧化した燃料圧力でもって、図７（ｂ）に示すように、少なくとも圧縮行程後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）内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する。この特徴的な燃料噴射形態を、以下においては「高圧リタード噴射」又は単に「リタード噴射」と呼ぶ。このような高圧リタード噴射により、領域（２）での異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化が図られる。この高圧リタード噴射の詳細については、後述する。

このようなＣＩモードに対し、ＳＩモードは、図６においては明示していないが、排気側のＶＶＬ７１をオフにして、ホットＥＧＲガスの導入を中止する一方で、クールドＥＧＲガスの導入は継続する。ＳＩモードではまた、詳細は後述するが、スロットル弁３６を全開にする一方で、ＥＧＲ弁５１１の開度調整により、気筒１８内に導入する新気量及び外部ＥＧＲガス量を調整する。こうして気筒１８内に導入するガス割合を調整することは、ポンプ損失の低減と共に、大量のクールドＥＧＲガスを気筒１８内に導入することによる異常燃焼の回避、火花点火燃焼の燃焼温度を低く抑えることによるＲａｗ ＮＯｘの生成抑制及び冷却損失の低減が図られる。尚、全開負荷域では、ＥＧＲ弁５１１を閉弁することにより、外部ＥＧＲをゼロにする。

このエンジン１の幾何学的圧縮比は、前述の通り、１５以上（例えば１８）に設定されている。高い圧縮比は、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高くするため、ＣＩモードの、特に低負荷の領域（例えば領域（１））では、圧縮着火燃焼の安定化に有利になる。一方で、この高圧縮比エンジン１は、高負荷域であるＳＩモードにおいては、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすくなるという問題がある。

そこでこのエンジン１では、ＳＩモードにおいては、前述した高圧リタード噴射を行うことにより、異常燃焼を回避するようにしている。より詳細には、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でもって、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてリタード期間内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する高圧リタード噴射を行う。尚、ＳＩモードにおいては、リタード期間内での高圧リタード噴射に加えて、噴射する燃料の一部を、吸気弁２１が開弁している吸気行程期間内で気筒１８内に噴射するようにしてもよい（つまり、分割噴射を行うとしてもよい）。

ここで、ＳＩモードにおける高圧リタード噴射について簡単に説明すると、例えば本願出願人が先に出願をした特願２０１１−３８８１０号（特開２０１２−１７２６６５号公報）に、詳細に記載しているように、高圧リタード噴射は、燃料の噴射開始から燃焼の終了までの反応可能時間の短縮を図り、そのことによって異常燃焼を回避することを目的とする。すなわち、反応可能時間は、インジェクタ６７が燃料を噴射する期間（（１）噴射期間）と、噴射終了後、点火プラグ２５の周りに可燃混合気が形成されるまでの期間（（２）混合気形成期間）と、点火によって開始された燃焼が終了するまでの期間（（３）燃焼期間）と、を足し合わせた時間、つまり、（１）＋（２）＋（３）である。高圧リタード噴射は、高い圧力で、気筒１８内に燃料を噴射することにより、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮する。噴射期間及び混合気形成期間の短縮は、燃料の噴射タイミング、より正確には噴射開始タイミングを、比較的遅いタイミングにすることを可能にするから、高圧リタード噴射では、圧縮行程後期から膨張行程初期にかけてのリタード期間内に燃料噴射を行う。

高い燃料圧力で気筒１８内に燃料を噴射することに伴い、その気筒内の乱れが強くなり、気筒１８内の乱れエネルギが高まる。このことと、燃料噴射のタイミングを比較的遅いタイミングに設定することとにより、高い乱れエネルギを維持したまま、火花点火を行って燃焼を開始することが可能になる。これは、燃焼期間を短くする。

こうして高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間、及び、燃焼期間をそれぞれ短縮し、その結果、未燃混合気の反応可能時間を、従来の吸気行程中での燃料噴射の場合と比較して大幅に短くすることを可能にする。反応可能時間が短くなる結果として、燃焼終了時における未燃混合気の反応の進行を抑制し、異常燃焼を回避することが可能になる。

ここで、燃料圧力は、例えば３０ＭＰａ以上に設定することによって、燃焼期間を効果的に短縮化することが可能である。また、３０ＭＰａ以上の燃料圧力は、噴射期間及び混合気形成期間も、それぞれ有効に短縮化することが可能である。尚、燃料圧力は、少なくともガソリンを含有する、使用燃料の性状に応じて適宜設定するのが好ましい。その上限値は、一例として、１２０ＭＰａとしてもよい。

高圧リタード噴射は、気筒１８内への燃料噴射の形態を工夫することによってＳＩモードにおける異常燃焼の発生を回避する。これとは異なり、異常燃焼の回避を目的として点火タイミングを遅角することが、従来から知られている。点火タイミングの遅角化は熱効率及びトルクの低下を招くのに対し、高圧リタード噴射を行う場合は、燃料噴射の形態の工夫によって異常燃焼を回避する分、点火タイミングを進角させることが可能であるから、熱効率及びトルクが向上する。つまり、高圧リタード噴射は、異常燃焼を回避するだけでなく、その回避可能な分だけ、点火タイミングを進角することを可能にして、燃費の向上に有利になる。

以上説明したように、ＳＩモードでの高圧リタード噴射は、噴射期間、混合気形成期間及び燃焼期間をそれぞれ短縮することが可能であるが、ＣＩモードの領域（２）で行う高圧リタード噴射は、噴射期間及び混合気形成期間をそれぞれ短縮することが可能である。つまり、気筒１８内に高い燃料圧力で燃料を噴射することにより気筒１８内の乱れが強くなることで、微粒化した燃料のミキシング性が高まり、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射しても、比較的均質な混合気を速やかに形成することが可能になるのである。

ＣＩモードでの高圧リタード噴射は、比較的負荷の高い領域において、圧縮上死点付近の遅いタイミングで燃料を噴射することにより、そもそも気筒１８内に燃料が噴射されていない圧縮行程期間中の過早着火を防止しつつ、前述の通り、概ね均質な混合気が速やかに形成されるため、圧縮上死点以降において、確実に圧縮着火させることが可能になる。そうして、モータリングにより気筒１８内の圧力が次第に低下する膨張行程期間において、圧縮着火燃焼が行われることで、燃焼が緩慢になり、圧縮着火燃焼に伴う気筒１８内の圧力上昇（ｄＰ／ｄθ）が急峻になってしまうことが回避される。これは、ＮＶＨの制約を解消するから、ＣＩモードの領域を高負荷側に拡大させる。

図８は、エンジン１の負荷の高低に対するＥＧＲ率の変化（つまり、気筒１８内のガス組成の変化）を示している。以下、ＥＧＲ率の変化について、高負荷側から低負荷側に向かって順に説明する。

（最大負荷Ｔ_ｍａｘから切替負荷Ｔ_３まで）
切替負荷Ｔ_３よりも負荷の高い領域はＳＩモードに相当する。このＳＩ領域では、前述したように、クールドＥＧＲガスのみを気筒１８内に導入する。すなわち、スロットル弁３６の開度は全開に維持されると共に、ＥＧＲ弁５１１は、全開負荷では閉弁している一方で、エンジン負荷の低下に従い次第に開く。こうして、ＳＩモードにおいては、混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定する条件下でＥＧＲ率を最大に設定している。これは、ポンプ損失の低減に有利である。また、混合気の空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用を可能にする。エンジン負荷の低下に従い燃料噴射量が低下するため、ＥＧＲ率は連続的に高くなる。このことは、エンジン負荷が連続的に変化するようなときには、気筒１８内のガス組成を連続的に変化させることになるから、制御性の向上に有利である。

（切替負荷Ｔ_３から特定負荷Ｔ_１まで）
切替負荷Ｔ_３は、前述したようにＣＩモードとＳＩモードとの切り替えに係り、切替負荷Ｔ_３以下の低負荷側においてはＣＩモードとなる。ＣＩモードとＳＩモードとの切替負荷Ｔ_３を挟んだ低負荷側と高負荷側とのそれぞれにおいて、混合気の空燃比は理論空燃比（λ≒１）に設定している。このため、ＥＧＲ率は、ＣＩモードからＳＩモードにかけて連続的に高まることになる。このことは、燃焼形態の切り替えが行われるＣＩモードとＳＩモードとの間の移行に際しては、火花点火の実行、非実行を切り替えること以外に大きな変化はなく、ＣＩモードからＳＩモードへの切り替え、又は、その逆の切り替えをそれぞれスムースにし、トルクショック等の発生を抑制することが可能になる。

また、切替負荷Ｔ_３に対し低負荷側に隣接する領域では、切替負荷Ｔ_３に対し高負荷側に隣接する領域から継続するように、比較的大量のＥＧＲガス（クールドＥＧＲガス）を気筒１８内に導入しながら、前述した３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力でかつ、圧縮上死点付近において燃料を噴射する高圧リタード噴射を行って圧縮着火燃焼を行うことになる。このことは、圧縮着火燃焼を行う領域としては、エンジン１の負荷が比較的高い領域において、圧縮着火燃焼を緩慢にしてｄＰ／ｄθの制約を解消しつつ、圧縮着火燃焼を安定して行うことを可能にする。

ＣＩモードにおいては、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、内部ＥＧＲガス（つまりホットＥＧＲガス）を気筒１８内に導入する。従って、切替負荷Ｔ_３を境にして、排気側のＶＶＬ７１のオン・オフが切り替わる。ホットＥＧＲガス及びクールドＥＧＲガスを足し合わせたＥＧＲ率は、エンジン１の負荷が低下するに従い連続的に高くなる。また、クールドＥＧＲガスとホットＥＧＲガスとの割合は、エンジン１の負荷が低下するに従い、クールドＥＧＲガス割合は次第に小さくかつ、ホットＥＧＲガス割合は次第に大きくなる。クールドＥＧＲガスの導入量は、ＥＧＲ弁５１１の開度を制御することによって調整される。一方、ホットＥＧＲガスの導入量は、吸気行程期間内で開弁する排気弁２２の開弁期間に対する、吸気弁２１の開弁期間の重なり具合を調整することによって行われる。具体的には、吸気側のＶＶＴ７２及び排気側のＶＶＴ７５によって、吸気弁２１の開弁時期及び排気弁２２の閉弁時期を調整することと、吸気側のＶＶＬ７４により、吸気弁２１のリフト量を大リフトと小リフトとで切り替えることとを組み合わせることで、ホットＥＧＲガスの導入量は調整される。

そうして、切替負荷Ｔ_３と特定負荷Ｔ_１との間の所定負荷Ｔ_２において、クールドＥＧＲガスの導入は中止され、所定負荷Ｔ_２よりもエンジン１の負荷が低いときには、ホットＥＧＲガスのみが気筒１８内に導入される。こうして、エンジン１の負荷が低くなるに従い、ホットＥＧＲガスの導入量を増やすことは、圧縮開始前の気筒内のガス温度を高め、それに伴い圧縮端温度を高くする。このことは、エンジン１の負荷が低い領域において圧縮着火の着火性を高めると共に、圧縮着火燃焼の安定性を高める上で有利である。

エンジン１の負荷が低下するに従い連続的に高くなるＥＧＲ率は、特定負荷Ｔ_１において、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定される。

（特定負荷Ｔ_１から最低負荷まで）
特定負荷Ｔ_１までは、前述の通り、エンジン１の負荷が低下するに従い、ＥＧＲ率を連続的に高く設定しているが、特定負荷Ｔ_１よりもエンジン１の負荷が低いときには、エンジン１の負荷の高低に拘わらず、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘで一定にする。これにより、混合気の空燃比はリーンに設定される。

ここで、ＥＧＲ率を、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘを超えないように設定することは、ＥＧＲ率を高くして気筒１８内に大量の排気ガスを導入してしまうと、気筒１８内のガスの比熱比が低くなることで、圧縮開始前のガス温度が高くても、圧縮端温度が逆に低くなってしまうためである。

このことについて、図９を参照しながら説明する。図９（ａ）は、ＥＧＲ率の高低に対する気筒１８内のガスの比熱比の関係を示している。排気ガスは、三原子分子であるＣＯ_２やＨ_２Ｏを多く含んでおり、窒素（Ｎ_２）や酸素（Ｏ_２）を含む空気と比較して、比熱比が高い。そのため、ＥＧＲ率を高くして気筒１８内に導入する排気ガスが増えたときには、気筒１８内のガスの比熱比は低下する。

図９（ｂ）は、ＥＧＲ率の高低に対する圧縮開始前の気筒１８内のガス温度の関係を示している。排気ガスの温度は、新気と比較して高いため、ＥＧＲ率が高くなるほど、圧縮開始前のガスの温度は高くなる。

図９（ｃ）は、ＥＧＲ率の高低に対する圧縮端温度の関係を示している。前述の通り、ＥＧＲ率が高くなるほど、圧縮開始前のガスの温度は高くなるものの、ＥＧＲ率が高くなるほど、図９（ａ）に示すように、ガスの比熱比が低下することから、圧縮をしてもガスの温度がそれほど高まらず、結果として、圧縮端温度は、所定のＥＧＲ率ｒ_ｍａｘで最高となり、ＥＧＲ率をそれより高めても、圧縮端温度は低くなる。

図９（ｄ）は、ＥＧＲ率の高低に対する燃焼重心位置（つまり、圧縮着火燃焼の燃焼重心位置）の関係を示している。図９（ｃ）に示すように、圧縮端温度が最高となる所定のＥＧＲ率ｒ_ｍａｘで、燃焼重心位置は最も進角し、ＥＧＲ率をそれより高くすると、燃焼重心位置は、次第に遅角することになる。その結果、図９（ｄ）に示すように、ＥＧＲ率を高くしすぎると燃費の良好なバンドから外れることになる。

以上の結果から、このエンジン１においては、圧縮端温度が最も高くなるＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定している。そして、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときには、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定し、そのことにより、圧縮端温度が低下してしまうことを回避している。この最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、５０％より大きくかつ９０％以下に設定してもよい。最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、高い圧縮端温度を確保することができる限度において、できるだけ高く設定してもよく、好ましくは、７０〜９０％である。このエンジン１は、高い圧縮端温度が得られるように、幾何学的圧縮比を１５以上の高い圧縮比に設定している。また、できるだけ温度の高い排気ガスを気筒１８内に導入するために、排気二度開きを採用している。つまり、排気二度開きは、気筒１８内に導入する排気ガスを排気ポートに一旦排出するため、ネガティブオーバーラップ期間を設ける構成とは異なり、排気行程中に排気ガスを圧縮して冷却損失を増大させることなく、しかも、相対的に温度の低い吸気ポートに排気ガスを排出する吸気二度開きとは異なり、排気ガスの温度低下を抑制することができるから、圧縮開始前のガス温度を最も高くすることが可能である。こうして、できる限り高い圧縮端温度を確保するように構成しているエンジン１においては、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘは、例えば８０％程度に設定してもよい。最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘを、できるだけ高く設定することは、エンジン１の未燃損失の低減に有利になる。つまり、エンジン１の負荷が低いときには、未燃損失が高くなり易いため、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときにＥＧＲ率をできるだけ高く設定することは、未燃損失の低減による燃費の向上に極めて有効である。

ここで、エンジン１の負荷が特定負荷Ｔ_１よりも低いときに、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘに設定することによって圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が確保可能なときには不要であるが、それでもなお、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が低下してしまうようなときには、オゾン発生器７６を作動させて、気筒１８内に導入する吸気にオゾンを添加してもよい。気筒１８内にオゾンを導入することは、混合気の着火性を高め、圧縮着火燃焼の安定性を高める。オゾン濃度は、図８の下図に示すように、エンジン１の負荷に応じて、負荷が低下するに従い連続的に高まるように設定してもよい。こうすることで、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を確保する上で、必要最低限のオゾン濃度とすることが可能になり、オゾンの発生に必要な電力消費を最低限にして、燃費の向上に有利になる。尚、最大のオゾン濃度は、例えば５０〜３０ｐｐｍ程度としてもよい。また、オゾン濃度は、エンジン１の負荷に応じて、負荷が低下するに従い段階的に高まるように設定してもよい。また、オゾン濃度は、特定負荷Ｔ_１よりも低い領域において、エンジン１の負荷に拘わらず一定濃度に設定してもよい。また、特定負荷Ｔ_１よりも低い領域の全域でオゾンを導入するのではなく、当該領域内の低負荷側の領域においてのみ、オゾンを導入するようにしてもよい。

また、外気温が低いときには、気筒１８内に導入される新気の温度が低下することから、図９（ｂ）に破線で示すように、圧縮開始温度が低下し、それに伴い、圧縮端温度も低下する（図９（ｃ）の破線参照）。その結果、図９（ｄ）に破線で示すように、燃焼重心が遅角側に移動してしまう。そこで、外気温が所定温度を超えるときには、オゾン発生器７６を非作動とする一方で、外気温が所定以下のときに、特定負荷Ｔ_１よりも低い領域において、オゾン発生器７６を作動させて気筒１８内にオゾンを導入するようにしてもよい。オゾンの導入は、前述の通り、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を高めることから、燃焼重心を進角させることになる。つまり、外気温が低いときであっても、図９（ｄ）において破線で示されるような特性が、オゾンの導入により、同図に実線で示される特性となるように変化させることが可能になる。こうして、低外気温時には、特に軽負荷領域において、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が低下し易いものの、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が向上する。

（オゾン導入に関する他の形態）
前述の通り、排気二度開きは、気筒１８内に導入する排気ガスの温度を最も高く維持することが可能である。一方で、吸気二度開きは、吸気弁２１を、排気行程中に開弁させることで排気ガスの一部を吸気ポートに排出しておき、その後、吸気行程中に新気と一緒に排気ガスを気筒１８内に導入する。吸気ポートは、排気ポートと比較して温度が低く、吸気ポートに排出している間に排気ガスの温度低下を招く。従って、圧縮開始前の気筒１８内のガス温度は、排気の二度開きの場合と比べて低下してしまう。

また、いわゆるネガティブオーバーラップ期間を設けることで、内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する（つまり、この場合は排気ガスを気筒１８内に閉じ込める）ことも可能である。しかしながら、この構成では、排気行程中に気筒１８内の、高温の排気ガスを圧縮することで冷却損失が増え、結果として圧縮開始前の気筒１８内のガス温度が、排気の二度開きの場合と比べて低下してしまう。

このように、吸気二度開きや、ネガティブオーバーラップ期間の設定により、内部ＥＧＲガスを導入するように構成したエンジンにおいては、圧縮開始前のガス温度が低くなる結果、特に特定負荷Ｔ_１よりも負荷が低い軽負荷領域においては、圧縮端温度が低下し、圧縮着火の着火性の低下及び圧縮着火燃焼の安定性が低下してしまうことになる。その結果、こうしたエンジンにおいては、当該軽負荷領域はＣＩモードではなく、ＳＩモードとする必要性も生じる。ところが、こうしたエンジンにおいても、当該軽負荷領域でオゾンを気筒１８内に導入することにより、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を確保することが可能になる。このことは、特定負荷Ｔ_１よりも負荷が低い軽負荷領域においてもＣＩモードとすることを可能にする。

また、幾何学的圧縮比が比較的低いエンジン（例えば１５以下、特に１２〜１４程度）においては、圧縮端温度が低くなる結果、特定負荷Ｔ_１よりも負荷が低い領域ではＣＩモードではなく、ＳＩモードとする必要性が生じ得る。ところが、前記と同様に、こうしたエンジンにおいても、当該軽負荷領域でオゾンを気筒１８内に導入することにより、圧縮着火の着火性及び燃焼安定性を確保することが可能になるため、特定負荷Ｔ_１よりも負荷が低い軽負荷領域においてもＣＩモードとすることを可能にする。

このように特定負荷Ｔ_１よりも負荷が低いときに、気筒１８内にオゾンを導入する構成においては、オゾンの導入によって圧縮着火の着火性及び燃焼安定性が確保されることから、ＥＧＲ率を最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘで一定に設定するのではなく、図８に二点鎖線で示すように、エンジン１の負荷が低下するに従い、ＥＧＲ率を、最高ＥＧＲ率ｒ_ｍａｘから低下させるようにしてもよい。

尚、ここに開示する技術は、前述したエンジン構成への適用に限定されるものではない。例えば、吸気行程期間内における燃料噴射は、気筒１８内に設けたインジェクタ６７ではなく、別途、吸気ポート１６に設けたポートインジェクタを通じて、吸気ポート１６内に燃料を噴射してもよい。

また、エンジン１の動弁系に関し、吸気弁２１のＶＶＬ７４に代えて、リフト量を連続的に変更可能なＣＶＶＬ（Continuously Variable Valve Lift）を備えるようにしてもよい。またその場合には、排気側のＶＶＴ７５を省略してもよい。

また、エンジン１は、直列４気筒エンジンに限らず、直列３気筒、直列２気筒、直列６気筒エンジン等に適用してもよい。また、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒、水平対向４気筒等の各種のエンジンに適用可能である。

さらに、前記の説明では、所定の運転領域において混合気の空燃比を理論空燃比（λ≒１）に設定しているが、混合気の空燃比をリーンに設定してもよい。但し、空燃比を理論空燃比に設定することは、三元触媒の利用が可能になるという利点がある。

図６に示す運転制御マップは例示であり、これ以外にも様々なマップを設けることが可能である。

また、高圧リタード噴射は、必要に応じて分割噴射にしてもよく、同様に、吸気行程噴射もまた、必要に応じて分割噴射にしてもよい。これらの分割噴射では、吸気行程と圧縮行程とのそれぞれにおいて燃料を噴射してもよい。

１ エンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ（制御器）
１８ 気筒
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
７１ ＶＶＬ（内部ＥＧＲシステム、排気還流システム）
７６ オゾン発生器（オゾン導入器）

Claims (7)

1. 気筒を有するエンジン本体と、
   排気ガスを前記気筒内に導入することにより、排気ガスの非導入時よりも前記気筒内の圧縮開始前のガス温度を高くすることが可能なように構成された排気還流システムと、
   前記エンジン本体の運転状態が低負荷側に設定された所定の圧縮着火領域にあるときに、前記気筒内の混合気を圧縮着火燃焼させることによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器と、を備え、
   前記制御器は、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火領域にあるときには、
   前記エンジン本体の負荷が低いほど、前記気筒内の全ガス量に対する前記排気ガスの量の割合であるＥＧＲ率を高く設定すると共に、前記圧縮着火領域内における低負荷側の特定負荷時には前記ＥＧＲ率を所定の最高ＥＧＲ率に設定しかつ、
   前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときには、前記ＥＧＲ率を、５０％以上かつ前記最高ＥＧＲ率以下に制限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、
   前記制御器は、前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときには、前記ＥＧＲ率を、５０％以上かつ前記最高ＥＧＲ率以下の、略一定の値に設定する圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記制御器は、前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときには、前記ＥＧＲ率を前記最高ＥＧＲ率に設定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、
   前記排気還流システムは、前記エンジン本体の吸気弁及び排気弁の開閉制御によって前記気筒内に前記排気ガスを還流させるよう構成された内部ＥＧＲシステムを含み、
   前記内部ＥＧＲシステムは、前記エンジン本体の運転状態が前記圧縮着火領域にあるときに、前記ＥＧＲ率を調整する圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項４に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記内部ＥＧＲシステムは、吸気行程中に前記排気弁を開弁することによって、排気行程中に排気側に排出した排気ガスを前記気筒内に導入するように構成されてい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、
   前記最高ＥＧＲ率は、５０％より大きくかつ９０％以下の値に設定されている圧縮着火式エンジンの制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記気筒内にオゾンを導入するよう構成されたオゾン導入器をさらに備え、
   前記制御器は、前記エンジン本体の負荷が前記特定負荷よりも低いときに、前記オゾン導入器によって前記気筒内にオゾンを導入する圧縮着火式エンジンの制御装置。

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