CN101858267B

CN101858267B - 增压直喷发动机

Info

Publication number: CN101858267B
Application number: CN201010158241.0A
Authority: CN
Inventors: 人见光夫; 山川正尚; 养祖隆; 西本敏朗; 荒木启二
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: EP2241740A1; US20110067679A1; US8468823B2; EP2241740B1; JP2010236429A; CN101858267A; JP4788797B2

Abstract

本发明的增压直喷发动机包括将吸入的空气加压的增压器(25、30)、及将燃料直接喷射到燃烧室(5)中的喷射器(10)。而且，至少发动机温热时的过量空气系数λ，在发动机负荷的全区域中被设定为λ≥2，在发动机的低负荷区域中进行压缩自点火燃烧，在发动机的高负荷区域中，上述增压器(25、30)的增压量随着负荷的增大而增大，以将上述过量空气系数λ维持在λ≥2。根据这样的结构，在改善燃耗的情况下能够更有效地降低NOx排出量。

Description

增压直喷发动机

技术领域

本发明涉及增压直喷发动机，该增压直喷发动机包括将吸入的空气进行加压的增压器、及将燃料直接喷射到燃烧室中的喷射器。

背景技术

以往，例如如日本专利公开公报特开2005－30255号所示，已知有如下结构的火花点火式汽油发动机，其在吸入的空气量为指定值以下的运转区域中，以预定的稀薄的固定空燃比（例如25左右）运转，在吸入的空气量超过上述指定值的运转区域中，以比上述固定空燃比更大的可燃稀薄空燃比运转。

具体而言，上述专利文献所揭示的汽油发动机至少在以上述可燃稀薄空燃比运转的运转区域中，利用增压器将吸入的空气加压，从而将空燃比进一步增大至比上述固定空燃比更大（变得稀薄）的空燃比。这样，可获得以下优点，即，在广泛的运转区域中实现稀薄的空燃比，进一步降低燃料消耗量及NOx排出量等。

但是，在上述专利文献中，并未特别提及在稀薄的空燃比下如何确保燃烧性这一点，而在火花点火式汽油发动机中，为了实现稀薄燃烧（lean burn），以将燃料直接从喷射器喷射到燃烧室中进行分层燃烧的情形居多。即，将高压燃料从喷射器直接喷射到燃烧室的内部，并使所喷射的燃料偏靠火花塞附近以形成可燃烧的空燃比的层，这样，使整个燃烧室在实现稀薄的空燃比的情况下确保燃烧性。

然而，当像上述那样，通过局部地在火花塞附近形成富油环境（fuel rich atmosphere）来使混合气燃烧时（分层燃烧），燃烧温度上升，会促进NOx的产生，因此，存在无法获得充分减少NOx的效果的问题。

发明内容

本发明鉴于上述情况而作，其目的在于提供一种在改善燃耗的情况下能够更有效地降低NOx排出量的增压直喷发动机。

本发明的一增压直喷发动机包括：增压器，将吸入的空气加压；喷射器，将汽油作为燃料直接喷射到燃烧室中；压缩比调整单元，可变地设定发动机的压缩比；及dp/dθ控制单元，通过改变所述喷射器的燃料喷射时期来控制缸内的燃烧压力的上升率；其中，空燃比在至少所述发动机温热时在发动机负荷的全区域被设定为比理论空燃比更稀薄的空燃比，在包含低负荷区域的第一运转区域中，在所述压缩比调整单元设定的指定的压缩比下进行压缩自点火燃烧，在位于所述第一运转区域的高负荷侧的第二运转区域中，随着负荷的增大，通过所述压缩比调整单元将压缩比逐渐下降到比所述指定的压缩比更低的值，并通过所述dp/dθ控制单元将所述燃料喷射时期改变为减缓混合气的燃烧的时期来缓和所述燃烧压力的上升率，且在所述增压器的增压量被增大的状态下，进行压缩自点火燃烧。

根据本发明，在改善燃耗的情况下，能够更有效地降低NOx排出量。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式所涉及的增压直喷发动机的整体结构的图。

图2是发动机主体的剖视图。

图3是表示上述发动机的控制系统的方框图。

图4是表示在上述发动机控制时所参照的控制图的一例的图。

图5是表示与发动机负荷对应的有效压缩比的变化的图。

图6是表示与发动机负荷对应的空燃比的变化的图。

图7是表示与发动机负荷对应的增压量的变化的图。

图8A、图8B是表示一次性将燃料喷射情况下所产生的燃烧压力的变化的图，图8A表示燃料喷射量，图8B表示燃烧压力。

图9A、图9B是表示分两次将燃料喷射情况下所产生的燃烧压力的变化的图，图9A表示燃料喷射量，图9B表示燃烧压力。

图10A、图10B是表示分三次将燃料喷射情况下所产生的燃烧压力的变化的图，图10A表示燃料喷射量，图10B表示燃烧压力。

图11是以负荷与燃烧期间之间的关系来表示通过对如图6～图10A、图10B所示的压缩比、空燃比、增压量及喷射时期等进行控制而实现的燃烧形态的图。

图12是表示不配备增压器的自然吸气发动机中由压缩自点火而能够进行燃烧的区域的图。

图13是表示在高负荷区域一次性将燃料喷射情况下所产生的燃烧压力的上升率的图。

图14是用以说明本发明的其他实施方式的图。

具体实施方式

图1是表示本发明一实施方式所涉及的增压直喷发动机的整体结构的图，图2是表示增压直喷发动机的发动机主体1的具体结构的剖视图。这些图所示的发动机是多汽缸汽油发动机，在上述发动机主体1中设置有多个汽缸（图示的例子中为四个汽缸1A～1D），各汽缸1A～1D中分别嵌入有活塞2（图2）。活塞2通过连杆4连结于曲轴3，上述曲轴3对应于上述活塞2的往返运动而绕轴旋转。

在上述活塞2的上方形成有燃烧室5，在燃烧室5上开设有进气口6及排气口7，使进气口6、排气口7开闭的进气门8及排气门9设置在发动机主体1的上部。另外，图例的发动机是所谓的双顶置凸轮轴（DOHC）发动机，每一汽缸分别设置各两个上述进气门8及两个排气门9。在这些进气门8及排气门9的上方设置有与曲轴3联动地旋转的凸轮轴40、41（图2），上述各进气门8、排气门9通过分别设置于各凸轮轴40、41的多个凸轮40a、41a，独立地被开闭驱动。

在上述发动机主体1中设置有使进气门8的关闭时期可变的作为可变阀门正时机构（Variable Valve Timing Mechanism）的VVT42。

上述VVT42例如由相位式可变机构所构成，其可根据发动机的运转状态改变进气用的凸轮轴40相对于上述曲轴3的旋转相位。该VVT42的各种结构自以往已公知，因此省略其详细说明，其例如采用以下结构：在通过正时皮带传递曲轴的旋转的凸轮轴带轮与凸轮轴之间，安装有使两者可相对旋转的相位变更部件，该部件通过液压或电动而被驱动。

另外，也可设置通过改变阀门升程量来改变进气门8的关闭时期的可变机构以作为可变阀门正时机构。另外，也可将这样的阀门升程量的可变机构与上述相位式可变机构予以组合使用，由此，能够同时进行有效压缩比的变更控制以及进气排气门8、9的重叠量的控制。

另外，如图2所示，在发动机主体1中设置有检测所述曲轴3的转速的发动机转速传感器61、检测发动机的冷却水温度的水温传感器62及检测燃烧室5的压力的缸内压传感器63。

如图1及图2所示，在上述发动机主体1中，每一汽缸分别设置有一个直接将燃料喷射到燃烧室5中的喷射器10、及一个将点火用火花释放到燃烧室5中的火花塞11。在图示的例子中，喷射器10设置在从进气侧的侧旁面向燃烧室5的位置，火花塞11设置在从上方面向燃烧室5的位置。

上述火花塞11与产生火花放电用电力的点火电路装置12电连接，并且与该点火电路装置12所供应的电力对应地，以指定的时机从上述火花塞11释放出火花。在该实施方式中，采用能够连续多次从上述火花塞11释放出火花的所谓多重点火的结构。

上述喷射器10采用能够以比普通汽油发动机所使用的喷射器的燃料喷射压力大很多的压力喷射燃料（汽油）的结构。具体而言，普通直喷汽油发动机中使用的喷射器的喷射压力为20MPa左右，而该实施方式的喷射器10能够以100MPa以上的高喷射压力喷射燃料。

为了像上述那样以高压喷射出燃料，例如可考虑采用最近在柴油发动机领域中使用的共轨方式（以蓄压用共轨使从燃料供应泵压送来的燃料达到高压之后，将其供应给喷射器的方式）作为其喷射方式。当然，只要能够获得100MPa以上的高压的喷射压力，则不限于上述共轨方式，而可采用各种方式。

另外，上述喷射器10构成为在其前端的喷嘴部设置有多个喷射口的多喷口型喷射器。这是为了通过从多个喷射口分散地喷射出已达到高压的燃料，以促进燃烧室5内的燃料的微粒化。

此外，为了能够在必要的时期准确地从上述喷射器10喷射出燃料，在该实施方式中，例如使用在共轨式柴油发动机等领域中已实用化的使用了压电元件（piezo element）的喷射器作为上述喷射器10。即，在该实施方式的发动机中，由于需要例如在指定的运转区域中分多次喷射燃料等精确的燃料喷射控制（细节后述），因此使用了能够以飞快的速度切换接通/断开的压电元件的电子控制式喷射器，以用作上述喷射器10。这样，能够以更高的精度控制从喷射器10喷射出燃料的喷射时间及喷射时机。

另外，作为与一般的汽油发动机不同的特征，该实施方式的发动机的压缩比被设定得相当高。具体而言，普通直喷汽油发动机的几何压缩比约为9～11左右，而该实施方式的发动机的几何压缩比被设定成约为18（18或18以上的附近值）。另外，取决于进气门8的关闭时机的实际压缩比（有效压缩比），如后述，可变地被设定在18以下的范围内。

下面，用图1及图2再说明发动机的整体结构。在上述发动机主体1的进气口6及排气口7上分别连接着进气通道13及排气通道19。

上述进气通道13是用以将燃烧用空气供应到燃烧室5中的通道，如图1所示，其包括与各汽缸对应的多个分支通道部14、及共用地设置在分支通道部14上游侧的共用通道部15。

上述排气通道19是用以排出上述燃烧室5中产生的已燃气体（废气）的通道，其与上述进气通道13同样地包括与各汽缸对应的多个分支通道部20、及共用地设置在该分支通道部20下游侧的共用通道部21。

在上述进气通道13的共用通道部15中的比后述的压缩机27更靠上游侧处，设置有检测通过上述共用通道部15的吸入空气的流量的气流传感器60。

另外，在共用通道部15中设置有调节吸入空气量的节流阀16。该节流阀16是由致动器17予以开闭驱动的电子控制式节流阀。即，在由驾驶者踩踏操作的未图示的加速踏板处设置有加速踏板开度传感器64（图3），根据该加速踏板开度传感器64的检测值（即加速踏板的被检测开度）或发动机的运转状态等，后述的ECU50（图3）运算出节流阀16的适当的开度，于是，与该开度对应的驱动信号被输入到上述致动器17中，节流阀16被开闭驱动。

如图1所示，在该实施方式的发动机中设置有由大型增压器25及小型增压器30构成的两个增压器。

上述大型增压器25包括设置在排气通道19的共用通道部21中的涡轮26、设置在进气通道13的共用通道部15中的压缩机27、以及将所述涡轮26及压缩机27彼此连结的连结轴28，当上述涡轮26接收废气的能量而旋转之后，压缩机27与该涡轮26联动地高速旋转，这样，通过上述进气通道13的空气（吸入的空气）经加压之后被压送往燃烧室5。另外，上述压缩机27具有比较大型的叶轮，通过如此大型的压缩机27来对吸入的空气进行压缩的上述大型增压器25，在废气能量大的高转速、高负荷区域中，主要发挥高增压性能。

上述小型增压器30包括设置在排气通道19的共用通道部21中的涡轮31、设置在进气通道13的共用通道部15中的压缩机32、将所述涡轮31及压缩机32彼此连结的连结轴33、以及对该连结轴33进行旋转驱动的电动机34。另外，上述小型增压器30的压缩机32具有比上述大型增压器25的压缩机27小的叶轮。因此，即使在废气的能量不太大的运转区域中，上述压缩机32也可比较容易地旋转，对吸入的空气进行加压。另外，在例如因从低转速、低负荷区域加速等而令负荷急剧升高时，上述电动机34根据需要而工作，这样，辅助上述压缩机32的旋转，从而以凌厉的响应性进行增压。

在上述排气通道19的共用通道部21中，设置有用以绕过上述小型增压器30的涡轮31的第一旁通配管35。在该第一旁通配管35中设置有第一旁通阀36，排气路径根据该阀36的开闭来切换。即，上述第一旁通阀36关闭之后，废气流入涡轮31，对涡轮31及压缩机32进行旋转驱动，而上述旁通阀36打开之后，废气主要通过第一旁通配管35（即绕过涡轮31），这样，上述涡轮31等的旋转受到抑制。

同样地，在上述进气通道13的共用通道部15中，设置有用以绕过上述小型增压器30的压缩机32的第二旁通配管37。在该第二旁通配管37中设置有第二旁通阀38，进气路径根据该阀38的开闭来切换。即，上述第二旁通阀38关闭之后，吸入的空气流入上述压缩机32并被加压，而上述旁通阀38打开之后，吸入的空气主要通过第二旁通配管37以绕过压缩机32。

另外，在上述进气通道13的共用通道部15中的比压缩机32更靠下游侧处，设置有用以冷却因增压而温度上升的空气的中冷器18。

图3是表示发动机的控制系统的方框图。本图所示的ECU50是用以总括地对发动机的各部分进行控制的控制装置，其由众所周知的CPU、ROM、RAM等所构成。

上述ECU50中被输入来自各种传感器类的检测信号。即，ECU50与上述气流传感器60、发动机转速传感器61、水温传感器62、缸内压传感器63、及加速踏板开度传感器64电连接，来自所述各种传感器类的检测信号依次输入到上述ECU50中。

另外，上述ECU50还与上述喷射器10、火花塞11用点火电路装置12、节流阀16用致动器17、小型增压器30用电动机34、第一、第二旁通阀、及VVT42电连接，其将驱动用控制信号分别输出到这些装置。

图4是表示上述ECU50对发动机进行控制时所参照的控制图的图。在本图中，被设定在高转速区域及高负荷区域以外的比较广泛的区域中的HCCI（Homogeneous-ChargeCompression-Ignition均质充量压缩点火）区域A是进行压缩自点火燃烧的运转区域，设定在该HCCI区域A以外的区域中的SI区域B是进行火花点火燃烧的运转区域。即，在HCCI区域A中，使在进气冲程时等燃料被喷射而生成的混合气在压缩上止点的前后自点燃来对燃烧进行控制，而在SI区域B中，通过火花塞11的火花点火强制地点燃混合气来引起燃烧。

进行压缩自点火燃烧的HCCI区域A被设定在发动机的高负荷区域以外的负荷区域是因为，若在负荷高（亦即所需燃料多）的区域硬性地进行压缩自点火燃烧，有可能出现基于燃烧压力的急剧上升而造成的燃烧噪音等问题（详细后述）。另外，上述HCCI区域A设定在发动机的高转速区域以外的区域是因为，在发动机的高转速区域中，燃料的受热期间短，难以切实地使混合气自点火。

上述HCCI区域A根据压缩比及空燃比等燃烧条件的差异还分为两个区域A1、A2。即，两个区域A1、A2中的低负荷侧设为第一HCCI区域A1，高负荷侧设为第二HCCI区域A2，于是，在所述第一、第二HCCI区域A1、A2中，压缩比及空燃比等燃烧条件被改变，而且均进行压缩自点火燃烧。在该实施方式中，在如此将燃烧条件进行多样改变的情况下，使压缩自点火燃烧予以进行，由此将可进行压缩自点火的运转区域扩大至较高负荷侧。另外，作为与本发明的结构对应的对应关系，上述第一HCCI区域A1相当于本发明所涉及的第一运转区域，上述第二HCCI区域A2相当于本发明所涉及的第二运转区域。

再返回图3，说明上述ECU50所具有的具体的功能。ECU50包括作为其主要功能要素的阀门正时控制单元51、喷射器控制单元52、点火控制单元53、增压控制单元54、及运转状态判断单元55。

上述阀门正时控制单元51通过控制上述VVT42的动作，根据发动机的运转状态而适当地改变进气门8的关闭时期。即，进气门8通常在进气下止点的延迟角侧的附近（在稍微越过进气下止点的时机）关闭，但在某些发动机运转状态下，通过上述阀门正时控制单元51的控制，VVT42被驱动，以将上述进气门8的关闭时期设定得大幅迟于进气下止点。这样，压缩冲程的开始时期延迟，发动机的实际压缩比（有效压缩比）下降。因此，在该实施方式中，用以可变地设定发动机的压缩比的单元（本发明所涉及的压缩比调整单元）包括改变上述进气门8的关闭时期的VVT42、及控制该VVT42的动作的阀门正时控制单元51。另外，如上所述，因为该实施方式的发动机的几何压缩比约为18，所以通过包括上述VVT42及阀门正时控制单元51的压缩比调整单元，有效压缩比被可变地设定在18以下的范围内。

上述喷射器控制单元52通过控制上述喷射器10的燃料喷射动作，控制从上述喷射器10喷射到燃烧室5中的燃料的喷射时间（喷射量）、喷射时期等。特别是在压缩比被设定得相当高的该实施方式的发动机中，上述喷射器控制单元52发挥以下作用，即根据运转状态适当地改变来自喷射器10的燃料的喷射时期，由此控制缸内的燃烧压力（因混合气的燃烧而产生的缸内压力）的上升率。

即，对于压缩比远比普通汽油发动机高而且在比较广泛的运转区域中进行压缩自点火燃烧的该实施方式的发动机而言，在其高负荷区域中，基于缸内的燃烧压力急剧上升而有可能产生大的噪音、振动等。因此，上述喷射器控制单元52在发动机负荷升高时，将从上述喷射器10喷射燃料的喷射时期改变为在燃烧室5内的燃烧变得缓慢这样的时期，由此，使上述燃烧压力的上升率下降。基于以上的情况，在该实施方式中，由控制喷射器10的燃料喷射动作的上述喷射器控制单元52构成用以控制燃烧室5内的燃烧压力的上升率的单元（本发明所涉及的dp/dθ控制单元）。

上述点火控制单元53通过控制从上述点火电路装置12向火花塞11的供电，控制上述火花塞11的火花放电的时机等。

上述增压控制单元54通过控制上述电动机34及第一、第二旁通阀36、38的动作，控制由上述大型增压器25及小型增压器30所增压的空气的量（增压量）。

上述运转状态判断单元55判断发动机的运转状态相当于图4所示的控制图中的何位置，该发动机的运转状态由基于上述各种传感器60～64的检测值的发动机负荷（要求扭矩）、转速等所确定。运转状态判断单元55的判断结果反映于上述各控制单元51～54所进行的控制的内容中。即，通过上述运转状态判断单元55依次判断发动机的运转状态之后，由上述阀门正时控制单元51、喷射器控制单元52、点火控制单元53及增压控制单元54，以对应于上述运转状态判断单元55的判断结果的条件，分别进行驱动发动机的各部分（例如VVT42、喷射器10、点火电路装置12、电动机34等）的控制。

图5～图7是表示对应于发动机负荷的压缩比（有效压缩比）、空燃比、增压量的控制例的图。这些图所例示的压缩比及空燃比等值基本上是在发动机温热时（发动机的冷却水温度在指定值以上时）所设定的值，在发动机冷车时，该值根据需要被适当改变。

具体而言，在图5～图7中表示了当发动机的运转状态以图4的控制图上的线L那样变化时，上述压缩比、空燃比等如何变化。图4的线L表示在存在HCCI区域A的转速区域中，发动机负荷从无负荷变化至最高负荷的状态。因此，发动机首先在由压缩自点火引起的燃烧下运转，随着负荷的增大，过渡至由火花点火引起的燃烧。

首先，用图5说明压缩比（有效压缩比）的变化。在图5中，将成为第一HCCI区域A1与第二HCCI区域A2之间的分界的负荷点表示为P，将成为第二HCCI区域A2与SI区域B之间的分界的负荷点表示为Q，将作为SI区域B的上限的最高负荷点表示为M。

如图5所示，关于该实施方式中的压缩比，第一HCCI区域A1中的有效压缩比维持在约18，而在第二HCCI区域A2中，随着负荷的增大，有效压缩比从18逐渐下降至15左右，而在SI区域B中，有效压缩比进一步下降至14左右。具体而言，从图5的原点（无负荷状态）直至作为第一HCCI区域A1与第二HCCI区域A2之间的分界的负荷点P，有效压缩比一律维持在18（即与几何压缩比相同的值），而在上述负荷点P的高负荷侧，有效压缩比逐渐下降，在作为上述第二HCCI区域A2与SI区域B之间的分界的负荷点Q处下降至15。而且，在上述负荷点Q，有效压缩比进一步下降至14，之后维持在14直至最高负荷点M。

如上所述，在位于负荷点P的高负荷侧的第二HCCI区域A2及SI区域B中，有效压缩比逐渐下降，这是为了防止由缸内温度或缸内压力的过度上升引起的噪音或爆震的产生等。另外，如上所述的压缩比的变化特性可通过上述阀门正时控制单元51及VVT42进行的进气门8的关闭时期控制而实现。

接下来，用图6说明空燃比的变化。根据本图，在第一HCCI区域A1中，实际空燃比与理论空燃比的比值的过量空气系数λ被可变地设定在λ＝2～3之间，而在第二HCCI区域A2及SI区域B中，上述过量空气系数λ恒定地维持在λ＝2。即，根据图6，在发动机负荷的全区域中，维持过量空气系数λ≧2这一稀薄的空燃比。

具体而言，首先将无负荷状态下的过量空气系数λ设定成λ＝3，然后随着负荷的增大，逐渐降低过量空气系数λ（即将空燃比设为富油的空燃比），在作为第一HCCI区域A1与第二HCCI区域A2之间的分界的上述负荷点P处，过量空气系数λ为λ＝2。另一方面，在位于上述负荷点P的高负荷侧的第二HCCI区域A2及SI区域B（即从负荷点P至最高负荷点M为止的范围）中，过量空气系数λ恒定地维持在λ＝2。如上所述的空燃比的变化特性可通过由上述喷射器控制单元52进行的对来自喷射器10的燃料喷射量控制而实现。

接下来，关于增压量，如图7所示，第一HCCI区域A1中的增压量被设定得较低（即进行与自然吸气接近的进气），而在第二HCCI区域A2及SI区域B中，随着负荷的增大，增压量大幅地增大。即，在该实施方式中，因为在第二HCCI区域A2及SI区域B中，过量空气系数λ在λ＝2的状态下保持不变，所以为了在维持如此稀薄的空燃比的状态下恰当地确保发动机输出（即使燃料喷射量增大），在上述两区域A2、B中需要将大量的空气送入燃烧室5，作为实现此需要的措施，增压量被大幅增大。

具体而言，因为上述第二HCCI区域A2及SI区域B中的过量空气系数λ恒定在λ＝2，所以为了获得与理论空燃比时相同或其以上的输出，需要通过增压将最大为自然吸气时的两倍以上的空气压送到燃烧室5中。因此，在该实施方式中，以能够将最大为自然吸气时的两倍以上的空气供应到燃烧室5中的方式，设定上述大型增压器25及小型增压器30的增压特性。

另外，为了获得如图7所示的增压特性，例如按照以下方式灵活运用上述大型增压器25及小型增压器30。即，当发动机的转速高至一定程度时，因为废气的流量多，所以随着负荷的增大，大型增压器25开始旋转，在该大型增压器25的作用下，在中负荷至高负荷的范围内，增压量大幅增大，这样，可获得如图7所示的增压特性。因此，当发动机转速高时，基本上无需使小型增压器30工作，上述第一、第二旁通阀36、38均打开。另一方面，在发动机转速较低的情况下，即使负荷增大，大型增压器25也几乎不工作，无法获得充分的增压效果，因此需要关闭上述第一、第二旁通阀36、38以使小型增压器30工作。小型增压器30由于响应性优异，因此即使发动机的转速低，其仍随着负荷的增大而以充分的速度旋转，这样，可获得与上述相同的增压特性。此时，可根据需要，使电动机34工作以辅助小型增压器30的旋转。

这里，就引起压缩自点火的条件作简单的考察。是否引起压缩自点火取决于温度、压力、空燃比等这多个参数。具体而言，温度、压力高时，易引起压缩自点火，另外，空燃比为富油的空燃比时，易引起压缩自点火。

图12中表示了在不配备增压器的自然吸气发动机中可进行压缩自点火的燃烧的区域，以作为用以理解如上所述的压缩自点火的特性的参考。在本图中，横轴表示过量空气系数λ，纵轴表示有效压缩比，图中的线S表示基于化学反应计算而计算出的压缩自点火燃烧的下限线。即，只要是该下限线S上侧（高压缩比侧）的区域，则理论上均可引起压缩自点火。再者，这里的下限线S是基于在内部EGR量（为了促进压缩自点火而将部分的已燃气体残留于燃烧室5中的量）为零的条件下进行的化学反应计算而得到的线。

另外，在自然吸气发动机的情况下，由于进气量达到极限之后，随着燃料的増加，空燃比变为富油的空燃比，通过这样的空燃比增减来调整输出，因此，横轴的λ的值与发动机负荷成比例地被设定。即，在λ大、空燃比为稀薄的横轴右侧，负荷小；在λ小、空燃比为富油的横轴左侧，负荷大。

根据图12的下限线S可知，越是在空燃比为稀薄（即λ变大）的低负荷侧，为了引起压缩自点火，则越需要大的压缩比。即，若空燃比稀薄的空燃比，则难以引起压缩自点火，因此为了在这样的稀薄的空燃比下引起压缩自点火，需要提高有效压缩比以实现燃烧室的高温、高压化。但是，若有效压缩比过高，则燃烧反应变得急剧，会产生噪音等问题。图12的虚线即线S’表示从噪音面考虑而假设的压缩比的上限。该上限线S’位于比较靠近压缩自点火的下限线S的位置，因此可以说较为理想的是，在尽可能靠近上述下限线S的位置引起压缩自点火。

下面，在考虑如上所述的压缩自点火的特性的基础上，更具体地验证该实施方式中所进行的压缩自点火燃烧的内容。首先，在设定于发动机的低负荷侧的上述第一HCCI区域A1中，如图5及图6所示，有效压缩比被设定成约为18，过量空气系数λ被设定成λ＝2～3。另外，在上述第一HCCI区域A1中，如图7所示，增压量不太高，吸气是以接近于自然吸气的状态进行的。

在这样的燃烧条件下，从图12可知，是根本难以自然地引起压缩自点火的。即，根据图12，在λ大于2的稀薄的空燃比下，理论上若不将有效压缩比提高至大于18的值（例如20左右），则无法引起压缩自点火。对此，在上述第一HCCI区域A1中，即使在λ＞2这一稀薄的空燃比下，由于有效压缩比仍恒定在约18，因此，燃烧室5内的温度、压力未提高至足以引起压缩自点火的水准，因而有可能会引起熄火。

因此，在该实施方式中，为了在如上所述的条件下仍切实地引起压缩自点火，至少在第一HCCI区域A1中的低负荷侧的区域中进行点火辅助。所谓点火辅助，是指在压缩自点火开始之前，辅助地从火花塞11释放出火花以促进压缩自点火。由此，稳定地进行上述第一HCCI区域A1中的压缩自点火燃烧，切实地防止熄火。

接下来说明第二HCCI区域A2，在第二HCCI区域A2中，如图5及图6所示，随着负荷的增大，有效压缩比从18逐渐向15减小，而过量空气系数λ恒定在λ＝2。另外，在上述第二HCCI区域A2中，如图7所示，随着负荷的增大，增压量增大。

一般认为在这样的燃烧条件下，与上述第一HCCI区域A1时不同，即使不依靠点火辅助，仍可切实地引起压缩自点火。即，一般认为在上述第二HCCI区域A2中，因为发动机所承受的负荷高（即燃烧能量大）且增压量多，所以燃烧室5达到比较高的温度及压力，这样，即使无点火辅助，仍可自然地引起压缩自点火。

但是，在上述第二HCCI区域A2中，特别是在其高负荷侧的区域中，压缩自点火产生的燃烧压力急剧上升，因此有可能会产生例如类似于柴油机爆震的比较大的燃烧噪音。即，一般认为在设定于第一HCCI区域A1的高负荷侧的上述第二HCCI区域A2中，由于从喷射器10喷射出对应于负荷的大量的燃料，因此，燃烧所产生的总能量相对较大，而且，由于在短时间内产生如此大的燃烧能量，因此，如图13的实线波形所示，缸内的燃烧压力急剧上升。于是，表示燃烧压力在1°的曲轴转角之间上升了多少的燃烧压力的上升率dp/dθ，与第一HCCI区域A1中的燃烧时（虚线所示）相比，变得相当大，有可能产生由这样的压力上升率的增大所引起的较大的燃烧噪音。

当然，在该实施方式中，为了抑制这样的燃烧噪音的产生，使第二HCCI区域A2中的有效压缩比从18逐渐下降至15（参照图5），但是仅如此使有效压缩比下降，并不能充分地抑制上述燃烧压力的上升率（dp/dθ），仍有可能产生燃烧噪音。

因此，在该实施方式中，在上述第二HCCI区域A2中的至少高负荷侧的区域中，通过分多次从喷射器10喷射燃料，连续地进行能量比较低的燃烧，整体上使燃烧压力的上升率（dp/dθ）下降。

接下来，详细地说明如上所述的燃料的分割喷射，但在此之前，先说明以一次燃料喷射进行压缩自点火的上述第一HCCI区域A1中的燃烧形态。

图8A、图8B是将在上述第一HCCI区域A1中喷射的燃料与由其产生的燃烧压力的变化，以与压缩上止点后的曲轴转角之间的关系予以表示的图。如本图所示，在上述第一HCCI区域A1中，指定量的燃料在进气冲程中喷射一次（图8A的I），在其后的指定的曲轴转角范围内，上述燃料被充分地与空气搅拌、混合，由此在燃烧室5内产生均匀的混合气。接着，所产生的混合气经压缩冲程达到高温、高压，由此在压缩上止点稍稍之前引起压缩自点火燃烧（图8B的J），在夹着压缩上止点的指定范围内，燃烧压力上升。此时，在必要的情况下（特别是在第一HCCI区域A1的低负荷侧），为了辅助混合气的自点火，通过火花塞11进行点火辅助。

另一方面，在第二HCCI区域A2中，特别是在其高负荷侧的区域中，因为燃料喷射量增多，所以若像图8A那样一次性地喷射燃料，则会在短时间内引起能量大的燃烧，从而产生燃烧噪音。因此，在上述第二HCCI区域A2中的至少高负荷侧的区域中，如图9A、图9B所示，通过将燃料分为多次进行喷射，从而连续地进行多次压缩自点火。在图9A、图9B中，表示了分两次喷射燃料的例子。

即，在图9A、图9B的例子中，首先，不足必需燃料喷射量（对应于发动机负荷的燃料喷射量）的少量燃料在进气冲程中被喷射一次（图9A的I1）。于是，在压缩上止点之前发生对应于该喷射的峰值压力低的压缩自点火燃烧（图9B的J1）。接下来，配合该第一次压缩自点火燃烧（J1）的发生，通过第二次燃料喷射供应出比上述第一次燃料喷射（I1）更多量的燃料（I2）。由此产生与上述第一次燃烧连续的峰值压力比上述第一次压缩自点火燃烧（J1）更高的压缩自点火燃烧（J2）。

另外，上述那样的配合第一次压缩自点火燃烧（J1）的发生而进行的第二次燃料喷射（I2）这一动作，通过基于缸内压传感器63的检测值的ECU50的控制来实现。即，第一次压缩自点火燃烧（J1）发生后，燃烧室5的压力瞬间上升，因此，通过上述缸内压传感器63测得该压力的上升。于是，接收到来自该缸内压传感器63的检测信号的ECU50（更具体而言为其的喷射器控制单元52）瞬间对喷射器10输出驱动信号，从接收到该驱动信号的喷射器10喷射出指定量的燃料作为第二次燃料喷射。当然，为了在上述第一次压缩自点火燃烧（J1）结束之前完成第二次燃料喷射（I2），要求喷射器10具有优异的输出响应性，但由于在该实施方式中，使用了运用压电元件的电子控制式喷射器以作为喷射器10，所以可无问题地进行如上所述的精确的燃料喷射控制。

如图9A、图9B所示，在上述第二HCCI区域A2中，因为分割地喷射出燃料以连续地进行多次压缩自点火燃烧，所以可获得犹如与引起燃烧期间长的一次燃烧时（参照图9B的虚线）相同的压力分布，可产生总体上较大的燃烧能量以确保对应于负荷的恰当的发动机输出，并且可有效地防止因燃烧压力急剧上升而产生的燃烧噪音。

但是，若像图9A、图9B这样仅分两次进行燃料喷射，则可预见，例如在第二HCCI区域A2中的负荷最高侧的区域（接近于SI区域B的区域）中，会无法充分地获得噪音抑制效果。为此，在这样的情况下，进一步增加燃料喷射的分割次数即可。

在图10A、图10B中，例示了将燃料喷射分割成三次（I1、I2、I3）时发生的压缩自点火燃烧（J1、J2、J3）的情形。这样，在将分割次数增加到三次的情况下，确保比分割成两次时更大的燃烧能量，并且更有效地抑制燃烧压力的急剧上升。因此，即使在上述第二HCCI区域A2的范围扩大至相当高负荷侧的情况下，通过随着负荷的增大而增加上述燃料喷射的分割次数，仍可在确保与负荷对应的更高的发动机输出的情况下，有效地防止燃烧噪音。

另外，在图9A、图9B及图10A、图10B的例子中，为了抑制由压缩自点火引起的燃烧压力的急剧上升（即减缓燃烧），执行将燃料分割成多次来进行喷射的分割喷射，但用以减缓燃烧的策略并不限于此。例如，即使在如图8所示那样进行一次燃料喷射的情况下，若使该燃料的喷射时期延迟，则相对难以引起压缩自点火，因此可使燃烧有一定程度的减缓，延长燃烧时期。当然，在通过这样的喷射时期的延迟来减缓燃烧的情况下，与分割地喷射燃料的情况相比所获得的效果小，但若是在一定程度的负荷区域以下，通过上述喷射时期的延迟是可以减缓燃烧的。

另外，在图9A、图9B及图10A、图10B所示那样将燃料分割成多次进行喷射的情况下，在引起第一次压缩自点火燃烧（J1）之前所执行的燃料喷射（I1）可不一定是一次，也可以分成多次。以下，假设进行这样的喷射的情况，将在第一次压缩自点火燃烧（J1）之前进行的燃料喷射（I1）称为前阶段喷射，将在第一次压缩自点火燃烧（J1）之后进行的燃料喷射（图9A的I2、或图10A的I2、I3）称为后阶段喷射。

这里，为了随着负荷的增大而提高发动机输出，需要根据负荷使燃料的喷射量增大，但在像上述那样将燃料分割成多次进行喷射的情况下，较为理想的是，无论负荷如何，前阶段喷射（I1）的燃料的喷射量基本维持恒定。

即，在上述第二HCCI区域A2中，随着负荷的增大，增压量增多，随之，流入燃烧室5的进气量增大，因此，若使前阶段喷射（I）的燃料的喷射量（前阶段喷射量）恒定，则负荷越高，基于上述前阶段喷射量的空燃比为越稀薄的空燃比。由此，第一次压缩自点火燃烧（J1）所产生的热量变少，执行后阶段喷射（例如图9A的I2）时的燃烧室5的温度、压力受到抑制。结果，在基于后阶段喷射的第二次以后的压缩自点火燃烧（例如图9B的J2）中，可抑制其反应速度变得急剧的情形，从而可有效地防止由燃烧压力的急剧上升产生的燃烧噪音。

虽然通过燃料的分割喷射可防止燃烧噪音，但其也有极限，可预见若将压缩自点火燃烧延续至需要喷射出更大量燃料的发动机的最高负荷区域附近，则会引起更剧烈的燃烧，产生较大的燃烧噪音。为此，在该实施方式中，如图4等所示，在设定于发动机的最高负荷区域附近的SI区域B中，进行由火花点火控制的燃烧，以防止如上所述的燃烧噪音的发生。

最后，简单地说明上述SI区域B中的燃烧形态。在SI区域B中，通过火花塞11的火花点火强制地点燃混合气来进行燃烧。但是，如图6所示，即使在接近于发动机的最高负荷区域的上述SI区域B中，过量空气系数λ也维持在λ＝2，若采用通常的火花点火，则有可能会引起熄火。

为此，在该实施方式中，在SI区域B中进行从火花塞11连续地多次放电的多重点火。具体而言，通过进行还将火花射入到从火花塞11释放出的火花中这样的连续的火花放电，使火焰中心的能量增大，由此切实地产生燃烧。

另外，如图5所示，在上述SI区域B中，有效压缩比与上述第一、第二HCCI区域A1、A2时不同，其被下降至14。这样，因为缸内温度、压力的过度上升受到抑制，所以可通过多重点火切实地点燃混合气，并且可防止爆震等异常燃烧。

另外，上述SI区域B中的燃料喷射的次数基本上为1次即可，但例如当发动机以最高负荷运转时，也可与上述第二HCCI区域A2时同样地，将燃料分割成多次来进行喷射。这样，若分割喷射燃料，则所喷射的燃料与缸内的进气被有效地混合从而促进燃料的汽化，因此可期待以下效果，即，通过燃料的汽化潜热混合气被冷却，从而防止爆震等异常燃烧。

另外，因为伴随燃料喷射而在缸内产生强乱流，所以还可期待以下效果，即，火焰传播速度提高，从而防止爆震等异常燃烧。

图11是以负荷与燃烧期间之间的关系来表示通过对对应于如上所述的发动机的各运转区域（A1、A2、B）的压缩比、空燃比、增压量及喷射时期等进行控制而实现的燃烧形态的图。根据本图可知，无论发动机负荷如何，均在贯穿压缩上止点前后的指定的曲轴转角范围内引起燃烧。特别是在发动机的中高负荷区域（第二HCCI区域A2及SI区域B）中，通过执行分割喷射、多重点火等，并降低有效压缩比，来将燃烧减缓，由此，来延长燃烧期间。这样，燃烧压力的上升率（dp/dθ）减小，燃烧噪音有效地受到抑制。

另一方面，图11中的虚线所示的区域表示将以往形态的压缩自点火燃烧延续至高负荷区域时的燃烧期间。这里所谓的以往形态的压缩自点火燃烧，是指在排气冲程中设置将进气排气门8、9一起关闭的所谓的负重叠期间，使指定量的已燃气体残留在燃烧室5中（内部EGR），通过将燃料直接喷射到由这样的内部EGR实现高温化的燃烧室5中，而使混合气自点燃的情形。在这样的利用内部EGR的压缩自点火燃烧中，随着负荷增高，燃烧反应变得过度活跃，导致在短时间内完成燃烧。于是产生如下问题，即，由于燃烧压力的上升率变得过高而引起较大的燃烧噪音，因此仅可在发动机的低负荷区域中进行压缩自点火燃烧。对此，在上述实施方式中，不利用内部EGR，而通过适当调整有效压缩比、燃料的喷射时期等来控制压缩自点火燃烧，因此可有效地防止如上所述的燃烧噪音的产生，并可将能够以压缩自点火燃烧的方式运转的区域（第一、第二HCCI区域A1、A2）扩大至更高负荷侧。

如上所述，该实施方式的增压直喷发动机中，在包含发动机的低负荷区域的第一HCCI区域A1中，将有效压缩比提高至18以实现燃烧室5内的高温、高压，由此，在过量空气系数λ＝2～3这一极其稀薄的空燃比下进行燃烧效率高的压缩自点火燃烧，因此，可有效地削减燃料消耗量，并可将混合气的燃烧温度抑制得较低，从而可进一步降低从燃烧室5排出的NOx的量。另一方面，在位于上述第一HCCI区域A1的高负荷侧的第二HCCI区域A2中，通过增大增压量以将过量空气系数λ维持在λ＝2，并且在这样的稀薄的空燃比下进行压缩自点火燃烧，由此具有以下优点，即，可降低燃料消耗量、NOx排出量，并且可恰当地确保与负荷对应的高发动机输出。

另外，在上述实施方式中，当在第二HCCI区域A2中进行压缩自点火燃烧时，使有效压缩比从18下降至15，且进行燃料的分割喷射等以减缓燃烧，因此具有以下优点，即，可与压缩比成比例地降低缸内温度、压力的最大値，并且可通过减缓燃烧来抑制燃烧压力的急剧上升，从而可有效地防止因燃烧压力的急剧上升而产生的燃烧噪音（类似于柴油机爆震的较大的噪音）。

而且，在上述实施方式中，由于在包含由火花点火来点燃混合气的SI区域B在内的发动机负荷的全区域中维持λ≧2的稀薄的空燃比，因此，可在发动机负荷的全区域中将混合气的燃烧温度抑制得较低，从而可更有效地降低从燃烧室5排出的NOx的量。

特别是如上述实施方式所示，在上述第一、第二HCCI区域A1、A2中，将压缩比设定在高于普通汽油发动机的值（在该实施方式中为15～18），由此，当在达到高温、高压的燃烧室5中进行压缩自点火燃烧时，无需进行例如为了促进压缩自点火而使指定量的已燃气体残留在燃烧室5中的内部EGR，因此具有以下优点，即，无需使混合气的比热比下降就可获得更大的燃耗改善效果。

即，当将有效压缩比设为ε，将混合气的比热比设为κ时，等容循环发动机的理论热效率η可由下式（1）表示。

η＝1－（1/ε^κ－1）（1）

因此，一般认为当使有效压缩比ε恒定时，混合气的比热比κ越大，则理论热效率η越高，从而可进一步改善燃耗。

构成气体分子的原子数越多，则上述比热比κ越小。例如，与空气（新鲜空气）中主要包含的N₂及O₂等双原子分子相比，CO₂等三原子分子的比热比κ小。因此，若通过内部EGR使大量的已燃气体残留在燃烧室5中，则燃烧所产生的CO₂等三原子分子会大量地包含在燃烧室5内的混合气中，混合气的比热比κ相应地下降。于是，可以预见，根据上述式（1）获得的理论热效率η下降，燃耗恶化。对此，在上述实施方式中，由于无需为了压缩自点火而利用内部EGR，因此，不导致如上所述的比热比κ的下降便可期待更大的燃耗改善效果。

另外，在上述实施方式中，通过使进气门8的关闭时期的相对于进气下止点的延迟角度增大，来进行在第二HCCI区域A2中使有效压缩比从18下降至15的操作，因此具有以下优点，即，以仅改变进气门8的关闭时期这样的较为简单的结构，就可恰当地调整发动机的压缩比。

例如，也可考虑通过改变活塞2的冲程量（压缩上止点的位置）来改变发动机的几何压缩比，但这样需要在曲轴3周围设置各种联杆机构等以作为用以可改变活塞2的冲程量的机构，结构变得复杂。与此相对，在上述实施方式中，通过包括VVT42及阀门正时控制单元51的压缩比调整单元，使进气门8的关闭时期的相对于进气下止点的延迟角度增大，由此来调整压缩比，因此具有以更简单的结构就能调整压缩比的优点。

另外，在上述实施方式中，为了缓和第二HCCI区域A2中的燃烧压力的上升率，基于喷射器控制单元52（dp/dθ控制单元）执行的控制，将例如燃料的喷射时期分割成多次，从而减缓燃烧，因此具有以下优点，即，通过改变燃料的喷射时期可恰当地缓和燃烧压力的上升率，有效地防止燃烧噪音的产生。

另外，在上述实施方式中，由于设置在发动机主体1上的多喷口型的喷射器10在远端的喷嘴部上具有多个喷射口，100MPa以上的高压燃料从该喷射器10经由上述多个喷射口喷射到燃烧室5中，因此具有以下优点，即，可进一步使燃料微粒化以有效地提高混合气的燃烧性。

而且，当在上述第二HCCI区域A2中将燃料分多次喷射时，特别是在后阶段喷射时，需要在极短的时间内将燃料喷射并使之分散，但如上所述，在将燃料从多喷口型的喷射器10以高压喷射并使其微粒化的情况下，因为燃料在更短的时间内分散、汽化及雾化，所以具有以下优点，即，可使被分割喷射的燃料每次都能切实地燃烧，从而可更有效地提高上述第二HCCI区域A2中的燃烧控制性。

另外，在上述实施方式中，在设定于发动机的低负荷侧的第一HCCI区域A1中，通过进行从火花塞11辅助地释放出火花的点火辅助，在λ＝2～3，有效压缩比为18这样的条件下，半强制地使混合气进行压缩自点火，但也可采用如下的结构，即，通过进一步提高上述第一HCCI区域A1中的有效压缩比，即使无点火辅助，仍可引起压缩自点火。

例如，一般认为若将几何压缩比设定在约为20，并且将上述第一HCCI区域A1中的有效压缩比随负荷的增大而从20逐渐下降至18左右，则即使无如上所述的点火辅助，仍可引起压缩自点火。

另外，在像上述实施方式那样进行点火辅助的情况下，还可预见以下情形，即，在过量空气系数λ设定为λ≈3这一极其稀薄的空燃比的接近于无负荷的运转区域中，即使进行点火辅助，仍难以引起压缩自点火。为此，在这样的运转区域中，也可将燃烧形式切换为分层燃烧，在火花塞11附近局部地形成富油的空燃比，通过火花点火强制地点燃混合气。

另外，在上述实施方式中，在设定于发动机的最高负荷区域附近的SI区域B中，为了在λ＝2这样的稀薄的空燃比下进行由火花点火的燃烧，通过连续地多次从上述火花塞11释放出火花来进行多重点火，不过，为了在发动机的高负荷区域实现稀薄燃烧，通过火花塞11的放电将尽可能大的能量供应到混合气中即可，而为此所采用的具体对策并不限于如上所述的多重点火。

例如，可考虑采用在飞机喷气发动机等中已实用化的等离子流点火。图14是表示用以进行这样的等离子流点火的火花塞111及点火电路装置112的结构例的图。

上述点火电路装置112包括：将火花放电用电力供应给火花塞111的点火线圈115、及与该点火线圈115的二次侧连接的用以产生等离子的等离子放电电路116。等离子放电电路116包括：由例如可产生600V左右的高电压的升压电路等所构成的高压电源116A、用以积蓄从该高压电源116A供应的电荷的电容器116B、以及二极管116C。

当通过自上述点火电路装置的供电进行等离子流点火时，首先，与普通的火花点火同样地在点火线圈115的一次侧截止电流，由此在其二次侧产生高达数万伏特的高电压，并随之在上述火花塞111的电极之间产生火花放电，同时从上述等离子放电电路116的电容器116B一下子释放出电荷。于是，极大的放电能量被瞬间供应到上述火花塞111的电极之间，由此产生的等离子喷出到燃烧室5中。

以所述方式喷出到燃烧室5中的等离子是高能量的游离粒子（radical species），因为其活性非常高，所以在对混合气的点火性方面优异。一般认为若利用这样的等离子流点火，可更切实地提高上述SI区域B中的混合气的点火性。

另外，在上述实施方式中，如图1及图2所示，对汽缸1A～1D的每一者设置一个火花塞11，但为了进一步提高点火性，也可对每一汽缸设置多个火花塞11。例如，在图1及图2的例子中，在燃烧室5的上部及侧部设置一个火花塞11及一个喷射器10，但也可将所述火花塞11及喷射器10两者配置在接近燃烧室5的上部的位置，并且在燃烧室5的侧部增设第二个火花塞。

另外，在上述实施方式中，设置有利用了压电元件的电子控制式喷射器以作为喷射器10，但只要能够以优异的响应性进行接通/断开的切换，则也可以是例如高速型的电磁阀式喷射器。

另外，上述实施方式中，在第二HCCI区域A2及SI区域B中，通过使进气门8的关闭时期的相对于进气下止点的延迟角度增大，以使发动机的有效压缩比低于几何压缩比（在该实施方式中约为18），但为了降低发动机的有效压缩比，只要使进气门8的关闭时期相对于进气下止点偏移指定量即可，其偏移方向可以是延迟角侧及提前角侧中的任一侧。例如，即使与上述实施方式相反地将进气门8的关闭时期相对于进气下止点予以提前，也可基于进气量的相应减少而降低有效压缩比。

另外，上述实施方式中，在包含发动机的低负荷区域的第一HCCI区域A1中，随着负荷的增大，使过量空气系数λ从λ＝3逐渐下降至λ＝2，在位于上述第一HCCI区域A1的高负荷侧的第二HCCI区域A2及SI区域B中，将过量空气系数λ维持在λ＝2，不过，过量空气系数λ只要维持在至少λ≧2的范围即可，上述各运转区域（A1、A2、B）中的具体的过量空气系数λ的值可在λ≧2的范围适当地改变。

但是，λ≧2这一稀薄的空燃比基本上在发动机温热时才可维持，在点火性不佳的发动机冷车时，可根据需要使λ下降至不足2以使空燃比向富油侧改变。此外，即使在发动机温热时，在设置在排气通道19中的未图示的废气净化触媒的温度未达到活化温度的状况下，为了使触媒活化以维持其净化性能，也可暂时使空燃比向富油侧改变以提高废气温度。

另外，在上述实施方式中，将第一HCCI区域A1中的有效压缩比设定在18，并使第二HCCI区域A2中的有效压缩比从18逐渐下降至15，但这些运转区域中的有效压缩比只要是达到可进行压缩自点火燃烧的程度的高压缩比即可，其具体数值可适当地改变。

另外，上述实施方式中，没有特别提及在比第一HCCI区域A1及第二HCCI区域A2所存在的运转区域更高速的高转速侧（发动机的高转速区域）进行怎样的运转，但是，一般认为在该发动机的高转速区域所进行的火花点火燃烧是难以在与其他的运转区域相同的λ≧2这一稀薄的空燃比下进行的。为此，在发动机的高转速区域中，也可在例如接近理论空燃比的空燃比（λ≈1）下进行火花点火燃烧。

另外，上述实施方式中，小型增压器30上设置有电动机34，以根据需要来辅助压缩机32的旋转，但是，若在增压性能上没有特别的问题，也可省略电动机34。

最后，就基于如上所述的实施方式所揭示的本发明的结构及其效果进行总结说明。

本发明的一增压直喷发动机包括：将吸入的空气加压的增压器；及将燃料直接喷射到燃烧室中的喷射器，其中，过量空气系数λ在至少所述发动机温热时在发动机负荷的全区域被设定为λ≧2，在低负荷区域中进行压缩自点火燃烧，在高负荷区域中，随着负荷的增大使所述增压器的增压量增大，以将所述过量空气系数λ维持在λ≧2。

根据该发明，由于在发动机负荷的全区域中维持λ≧2这一稀薄的空燃比，而且在发动机的低负荷区域中进行燃烧效率高的压缩自点火燃烧，因此，可有效地削减燃料消耗量，且在发动机负荷的全区域中将混合气的燃烧温度抑制得较低，由此可更有效地降低从燃烧室排出的NOx的量。

上述发明中，较为理想的是，在所述低负荷区域中，随着负荷的增大使所述过量空气系数λ在λ≧2的范围内逐渐向富油侧变更；在所述高负荷区域中，通过增大所述喷射器的燃料喷射量且增大所述增压器的增压量，以将所述过量空气系数λ维持在λ≧2。

根据该结构，既可在发动机负荷的全区域中维持λ≧2这一稀薄的空燃比，又可通过控制燃料喷射量及增压量来确保对应于发动机负荷的恰当的发动机输出。

上述发明中，较为理想的是，进行所述压缩自点火燃烧的运转区域被设定在至少去除发动机的高转速区域的区域，在所述高转速区域中进行火花点火燃烧。

根据该结构，由于在难以进行压缩自点火燃烧的高转速区域中被切换为火花点火燃烧，因此可在高转速区域中保障稳定的运转。

本发明的另一增压直喷发动机包括：增压器，将吸入的空气加压；喷射器，将燃料直接喷射到燃烧室中；压缩比调整单元，可变地设定发动机的压缩比；及dp/dθ控制单元，控制缸内的燃烧压力的上升率；其中，空燃比在至少所述发动机温热时在发动机负荷的全区域被设定为比理论空燃比更稀薄的空燃比，在包含低负荷区域的第一运转区域中，在指定的压缩比下进行压缩自点火燃烧，在位于所述第一运转区域的高负荷侧的第二运转区域中，通过所述压缩比调整单元将压缩比设定为低于所述第一运转区域时的压缩比，并通过所述dp/dθ控制单元缓和燃烧压力的上升率，且在所述增压器的增压量被增大的状态下，进行压缩自点火燃烧。

根据该发明，在包含发动机的低负荷区域的第一运转区域中，通过相对地提高压缩比以实现燃烧室内的高温、高压，从而在比理论空燃比更稀薄的空燃比下进行燃烧效率高的压缩自点火燃烧，因此，既可有效地削减燃料消耗量，又可将混合气的燃烧温度抑制得较低以进一步降低从燃烧室排出的NOx的量。另一方面，在位于上述第一运转区域的高负荷侧的第二运转区域中，通过增大增压量来实现在稀薄的空燃比下进行的压缩自点火燃烧，由此，既可降低燃料消耗量及NOx排出量等，又可恰当地确保对应于负荷的高发动机输出。

另外，在第二运转区域中，在进行压缩自点火燃烧时，由于使压缩比下降至低于上述第一运转区域时的压缩比，并且缓和燃烧压力的上升率，因此，可使缸内温度、压力的最大値与压缩比成比例地降低，并且可防止燃烧压力的急剧上升，从而可有效地防止由此产生的燃烧噪音（类似于柴油机爆震的较大的噪音）。

该发明中，较为理想的是，所述压缩比调整单元通过改变进气门的关闭时期来控制压缩比，在所述第二运转区域中，通过所述压缩比调整单元，增大所述进气门的关闭时期的相对于进气下止点的偏移量来降低压缩比。

根据该结构，以仅改变进气门的关闭时期这样的较为简单的结构，就可恰当地调整发动机的压缩比。

另外，该发明中，较为理想的是，所述dp/dθ控制单元通过改变来自所述喷射器的燃料喷射时期来控制燃烧压力的上升率，在所述第二运转区域中，通过所述dp/dθ控制单元，将所述燃料喷射时期改变为减缓混合气的燃烧的时期来缓和所述燃烧压力的上升率。

根据该结构，通过改变燃料的喷射时期来减缓燃烧，由此可恰当地缓和燃烧压力的上升率，有效地防止燃烧噪音的产生。

在采用该结构的情况下，更为理想的是，在所述第二运转区域中，通过所述dp/dθ控制单元，将所述燃料喷射时期分为多个时期来缓和所述燃烧压力的上升率。

这样，在将燃料分为多次来喷射的情况下，由于多次的压缩自点火燃烧连续地产生，因此，既可产生总体上较大的燃烧能量以确保对应于负荷的恰当的发动机输出，又可有效地防止因燃烧压力急剧上升而产生的燃烧噪音。

Claims

1.一种增压直喷发动机，其特征在于包括：

增压器，将吸入的空气加压；

喷射器，将汽油作为燃料直接喷射到燃烧室中；

压缩比调整单元，可变地设定发动机的压缩比；及

dp/dθ控制单元，通过改变所述喷射器的燃料喷射时期来控制缸内的燃烧压力的上升率；其中，

空燃比在至少所述发动机温热时在发动机负荷的全区域被设定为比理论空燃比更稀薄的空燃比，

在包含低负荷区域的第一运转区域中，在所述压缩比调整单元设定的指定的压缩比下进行压缩自点火燃烧，

在位于所述第一运转区域的高负荷侧的第二运转区域中，随着负荷的增大，通过所述压缩比调整单元将压缩比逐渐下降到比所述指定的压缩比更低的值，并通过所述dp/dθ控制单元将所述燃料喷射时期改变为减缓混合气的燃烧的时期来缓和所述燃烧压力的上升率，且在所述增压器的增压量被增大的状态下，进行压缩自点火燃烧。

2.根据权利要求1所述的增压直喷发动机，其特征在于：

所述压缩比调整单元通过改变进气门的关闭时期来控制压缩比，

在所述第二运转区域中，通过所述压缩比调整单元，增大所述进气门的关闭时期的相对于进气下止点的偏移量来降低压缩比。

3.根据权利要求1所述的增压直喷发动机，其特征在于：

在所述第二运转区域中，通过所述dp/dθ控制单元，将所述燃料喷射时期分为多个时期来缓和所述燃烧压力的上升率。