CN103511146A - 直喷发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直喷发动机，在本发明的直喷发动机中，燃料喷射阀（喷射器（80））具有：使能够开闭喷口（84）地产生行程的阀体（针阀（83））以第一行程量产生行程的第一螺线管线圈（81）；和以第二行程量产生行程的第二螺线管线圈（82）。控制器（PCM（10））形成为当运行状态位于在执行压缩点火燃烧的低负荷区域内的、至少低于规定负荷的区域时，仅驱动第一螺线管线圈（81）以在进气行程期间内执行燃料喷射；当位于高负荷区域内的、比规定速度低速的区域时，至少驱动第二螺线管线圈（82）以在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内，以40MPa以上的燃料压力执行燃料喷射。

Description

直喷发动机

技术领域

本发明公开的技术涉及直喷发动机。

背景技术

在例如专利文献1中，公开了作为螺线管驱动式的燃料喷射阀并具备第一螺线管线圈及第二螺线管线圈的燃料喷射阀。即，专利文献1中公开的燃料喷射阀具备使阀体产生相对较大的行程的第一螺线管线圈、和使阀体产生相对较小的行程的第二螺线管线圈，在发动机负荷较低时，仅向第二螺线管线圈通电以减小阀体的行程，以此进行分层稀薄燃烧，另一方面在发动机负荷高时，仅向第一螺线管线圈通电以增大阀体的行程，以此进行均质燃烧（空气过剩率λ=1）。

专利文献1：日本特开2010-19194号公报。

发明内容

然而，作为实现排气排放性的改善和热效率的改善两者的技术，已知使稀薄的混合气压缩点火的燃烧形态。在进行这样的压缩点火燃烧的发动机中，提高几何压缩比由于分别提高压缩端压力（在压缩行程的上死点的燃烧室的压力）及压缩端温度（在压缩工序的上死点的燃烧室的温度），因此有利于压缩点火燃烧的稳定化。

然而，压缩点火燃烧随着发动机的负荷增高，而成为压缩上升剧烈的过早点火的燃烧，因此导致燃烧噪声的增大和爆震等的异常燃烧的发生，并且导致因较高的燃烧温度引起的RawNOx的增大。因此，即使是执行压缩点火燃烧的发动机，在高负荷侧的运行区域，一般也不执行压缩点火燃烧，而执行通过火花塞的驱动的火花点火燃烧。然而，在以压缩点火燃烧的稳定化为目标而将几何压缩比设定得较高的发动机中，在执行火花点火燃烧的高负荷侧的运行区域，产生引起过早点火和爆震等的异常燃烧的问题。

对于这一点，本发明的申请人得到了以下见解，即在发动机的高负荷区域，在压缩上死点附近的正时，以比较高的燃料压力向汽缸内喷射燃料，这样可以分别缩短喷射期间、混合气形成期间及燃烧期间，并对异常燃烧的避免是有效的。异常燃烧的避免可以实现点火时期的提前化，在执行火花点火燃烧的高负荷区域有助于燃料消耗量的改善。在试图实现这样的燃料喷射形态时，需要提高燃料喷射阀的作为单位时间的喷射量的喷射率，作为实现它的一种方法想到了提高燃料喷射阀的阀体的行程量。

然而，当阀体的行程量设定得较大时，这次是在发动机的低负荷区域等的燃料喷射量设定得较小的区域产生喷射量的控制精度下降的新的问题。

本发明公开的技术是鉴于上述问题而形成的，其目的是通过在从低喷射量至高喷射量的宽的范围内提高了燃料喷射精度的燃料喷射阀，在发动机的宽的运行区域内实现燃料消耗量的改善。

本发明公开的技术涉及直喷发动机，其具备向汽缸内直接喷射含有汽油的燃料的燃料喷射阀、和控制通过所述燃料喷射阀的所述燃料的喷射的控制器。

所述燃料喷射阀具有面对所述汽缸内开口的喷口、能够开闭所述喷口地产生行程的阀体、使所述阀体以第一行程量产生行程的第一螺线管线圈、和使所述阀体以大于所述第一行程量的第二行程量产生行程的第二螺线管线圈。

而且，所述控制器形成为以下结构，即，当所述直喷发动机的运行状态位于执行压缩点火燃烧的低负荷区域内的、至少低于规定负荷的区域时，仅驱动所述第一螺线管线圈以至少在进气行程期间内执行燃料喷射，当所述直喷发动机的运行状态位于比所述低负荷区域负荷高的高负荷区域内的、至少比规定速度低速的区域时，至少驱动所述第二螺线管线圈以在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内，以40MPa以上的燃料压力执行燃料喷射。

在这里，“比规定速度低速的区域”可以相当于将直喷发动机的运行区域以转速的高低划分为两个区域时低速侧的区域，或者也可以相当于将直喷发动机的运行区域划分为低速、中速及高速三个区域时低速的区域。

又，“压缩行程后期”也可以是将压缩行程划分为初期、中期及后期三个期间时的后期，同样地“膨胀行程初期”也可以是将膨胀行程划分为初期、中期及后期三个期间时的初期。

根据上述结构，在直喷发动机的运行状态位于低负荷区域内的、至少低于规定负荷的区域时，至少在进气行程期间内执行燃料喷射。借助于此，喷射至汽缸内的燃料与空气充分混合，形成均质的混合气。又，此时，由于仅驱动燃料喷射阀中的第一螺线管线圈，因此阀体以相对小的第一行程量产生行程。由于直喷发动机的运行状态位于低负荷区域内，因此燃料的喷射量设定得比较少，例如只要设定为空气过剩率λ为1以上的稀的状态的喷射量即可。这样，当直喷发动机的运行状态位于低负荷区域内的、至少低于规定负荷的区域时，均质的稀薄混合气通过压缩点火进行燃烧。借助于此，实现排气排放性能的改善及燃料消耗量的改善两者。

另一方面，在直喷发动机的运行状态位于高负荷区域内的、至少比规定速度低速的区域时，在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内，以40MPa以上的较高的燃料压力执行燃料喷射。此时，驱动燃料喷射阀中的至少第二螺线管线圈，借助于此，使阀体以相对大的第二行程量产生行程。通过该高燃料压力且大行程实现较高的喷射率，并且与高负荷区域相对应地，比较大量的燃料以高燃料压力且在短期间内喷射至压缩上死点附近的汽缸内。即，由于以40MPa以上的较高燃料压力喷射燃料，因此湍流能量高，发生急速燃烧并燃烧期间缩短。通过该特征性的燃料喷射能够避免异常燃烧，因此有利于热效率的改善及转矩的改善。

所述燃料喷射阀具有第一螺线管线圈及第二螺线管线圈两种，并且使通过第一螺线管线圈及第二螺线管线圈的驱动的阀体的行程量彼此不相同，因此如上所述，仅驱动第一螺线管线圈，可以将较少的喷射量以高精度进行喷射。尤其是，在仅驱动第一螺线管线圈的运行状态中，在相对较提前的正时喷射燃料，以此使均质的稀薄混合气进行压缩点火燃烧，因此即使燃料喷射量上多少存在差异，也能够确保燃烧稳定性。

另一方面，在直喷发动机的运行状态位于高负荷区域内的、比规定速度低速的区域、换而言之位于容易发生异常燃烧的区域时，至少驱动第二螺线管线圈以增大行程量，以此可以实现较高的喷射率，因此如上所述，可以将必要量的燃料以高燃料压力且在短期间内喷射至压缩上死点附近的汽缸内，并且有利于异常燃烧的避免。

这样，通过在从低喷射量至高喷射量的广的范围内提高了燃料喷射精度的燃料喷射阀，实现直喷发动机的广的运行区域内的燃料消耗量的改善。

也可以在所述直喷发动机的运行状态位于所述高负荷区域内时，执行火花点火燃烧。

随着直喷发动机的负荷增高，压缩点火燃烧会变成压力上升激烈的过早点火的燃烧，因此优选的是在直喷发动机的运行状态位于高负荷区域内时，执行火花点火燃烧。又，在该高负荷区域内容易发生异常燃烧的低速的区域中，通过至少驱动燃料喷射阀中的第二螺线管线圈，如上所述能够避免异常燃烧，因此不延迟点火时期而能够实现在适当的时期的点火。这一点有利于转矩的改善及燃料消耗量的改善。

也可以是所述阀体是配设在设置于所述燃料喷射阀的内部的燃料通路内、且能够开闭所述喷口地产生行程的阀针；所述燃料喷射阀还具有配设在所述燃料通路内、且在驱动所述第一螺线管线圈时被其吸引以使所述阀针产生行程的第一可动芯、和在驱动所述第二螺线管线圈时被其吸引以使所述阀针产生行程的第二可动芯；所述控制器在所述直喷发动机的运行状态位于所述高负荷区域内的、至少所述低速的区域时，驱动所述第一螺线管线圈及第二螺线管线圈两者。

这样可以用较少的消耗电力实现相对大的第二行程量。即，为了使处于闭阀状态的阀针开始开阀，必须产生能够与由燃料通路内的燃料压力引起并作用于阀针的背压、和对阀针向闭阀侧施力的弹簧等的施力相对抗的较大的吸引力，但是试图仅通过设定为相对大的行程量的第二螺线管线圈产生该较大的吸引力时，必须提高向第二螺线管线圈通电的电流值以增大磁场的强度。

相对于此，首先向第一螺线管线圈通电时，由于第一螺线管线圈的行程量设定得相对小，因此可以通过比向第二螺线管线圈供给的电流值小的电流值与作用于阀针的背压和施力等对抗从而吸引第一可动芯。

通过吸引第一可动芯，阀针从座面离座时，燃料压力引起的背压消失，因此阀针的吸引所需的吸引力减小。因此，通过向第二螺线管线圈以比较低的电流值进行通电，可以吸引第二可动芯并实现第二行程量。像这样，驱动第一螺线管线圈及第二螺线管线圈两者在消耗电力的减小方面有利。另外，第一螺线管线圈及第二螺线管线圈的驱动既可以是先驱动第一螺线管线圈，之后驱动第二螺线管线圈，也可以是同时开始驱动第一螺线管线圈及第二螺线管线圈。

也可以是所述汽缸的几何压缩比设定为15以上。

较高的几何压缩比有利于低负荷区域内的压缩点火燃烧的稳定化，另一方面，在高负荷区域内的、尤其是低速的区域中容易导致异常燃烧，但是在该区域中，如上所述，驱动燃料喷射阀中的至少所述第二螺线管线圈以从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内以40MPa以上的燃料压力执行燃料喷射，以此实现将必要的量的燃料以高燃料压力且在短期间内喷射至汽缸内，能够有效地避免异常燃烧。另外，直喷发动机的几何压缩比只要15以上且例如20以下适当设定即可。

如以上所述，根据所述直喷发动机，由于燃料喷射阀通过第一螺线管线圈及第二螺线管线圈两者可改变阀体的行程量，因此在直喷发动机的运行状态位于执行压缩点火燃烧的低负荷区域内的、至少比规定负荷低的区域中时，仅驱动燃料喷射阀中的第一螺线管线圈以至少在进气行程内喷射燃料，并且使阀体以相对小的第一行程量产生行程，以此可以将较少的喷射量以高精度进行喷射，并且可以形成均质的稀薄混合气。相对于此，直喷发动机的运行状态位于高负荷区域内的、至少比规定速度低速的区域中时，通过至少驱动第二螺线管线圈，使阀体以相对大的第二行程量产生行程，以此可以与较高的燃料压力相协同地实现较高的喷射率，因此可以将必要量的燃料以高燃料压力且在短期间内喷射至压缩上死点附近的汽缸内，并且有利于异常燃烧的避免。其结果是，在直喷发动机的广的运行区域内实现燃料消耗量的改善。

附图说明

图1是示出火花点火式直喷汽油发动机的结构的概略图；

图2是与火花点火式直喷汽油发动机的控制有关的框图；

图3是例示发动机的运行区域的图；

图4（a）是延迟喷射中的燃料喷射正时及点火正时的例示、和由此引起的热释放率的例示；

图4（b）是进气行程喷射中的燃料喷射正时及点火正时的例示、和由此引起的热释放率的例示；

图5是示出喷射器的结构的剖视图；

图6是比较喷射器的大行程和小行程的特性的图；

图7是放大示出喷射器的第一螺线管线圈附近的结构的剖视图；

图8（a）是示出在图5所示的结构的喷射器中，仅向第一螺线管线圈通电时的可动芯的升程状态的图；

图8（b）是示出在图5所示的结构的喷射器中，仅向第二螺线管线圈通电时的可动芯的升程状态的图；

图9是示出与图5不同的结构的喷射器的剖视图；

图10（a）是示出在图9所示的结构的喷射器中，仅向第一螺线管线圈通电时的可动芯的升程状态的图；

图10（b）是示出在图9所示的结构的喷射器中，仅向第二螺线管线圈通电时的可动芯的升程状态的图；

图11（a）是放大示出喷射器的梢端部分的结构的剖视图；

图11（b）是例示设置于喷射器上的喷口的配置的仰视图；

图12是示出喷口的另一配置例的仰视图；

图13是示出发动机和高压燃料泵的配置关系及连接关系的概略图；

图14（a）是示出高压燃料泵的结构的剖视图，并且是柱塞位于上死点的状态；

图14（b）是示出高压燃料泵的结构的剖视图，并且是柱塞位于下死点的状态；

图14（c）是图14（b）的C-C剖视图；

图15是放大示出高压燃料泵的吸入阀附近的结构的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图说明实施形态。以下实施形态的说明只是例示。图1、图2示出发动机1的概略结构。该发动机1是直喷发动机，并且是搭载在车辆中，且被供给至少含有汽油的燃料（具体的是，汽油、或者汽油及乙醇的混合燃料（E25等））的火花点火式四冲程发动机。发动机1具有设置有多个汽缸18（仅图示一个）的汽缸体11、配设在该汽缸体11上的汽缸盖12、和配设在汽缸体11的下侧并贮留润滑油的油底壳13。在该示例的发动机1中，尽管省略图示，但是四个汽缸18配置为一列。在各汽缸18内嵌插有可往复运动的活塞14，该活塞14通过连杆142与曲轴15连接。在活塞14的顶面上形成有像柴油发动机中的凹腔型那样的腔室141。腔室141在活塞14位于压缩上死点附近时，与下述的喷射器80相对。

汽缸盖12、汽缸18、和具有腔室141的活塞14区划燃烧室。另外，燃烧室的形状并不限于图示的形状。例如腔室141的形状、活塞14的顶面形状、以及燃烧室的顶部的形状等是可以适当改变的。

该发动机1以理论热效率的改善、和下述的压缩点火燃烧的稳定化等为目的，并设定为15以上的比较高的几何压缩比。另外，几何压缩比只要在约15以上、20以下的范围内适当设定即可。

在汽缸盖12上，对于每个汽缸18形成有进气道16及排气道17，并且在这些进气道16及排气道17上分别配设有开闭燃烧室侧的开口的进气门21及排气门22。

在分别驱动进气门21及排气门22的配气机构内，在排气侧上设置有将排气门22的工作模式切换为通常模式和特殊模式的、例如油压工作式的可变机构（参照图2。以下称为VVL（Variable Valve Lift；可变气门升程机构））71。VVL71其结构的详细图示省略，但是其包含具有一个凸轮尖的第一凸轮和具有两个凸轮尖的第二凸轮的凸轮轮廓（cam profile）不同的两种凸轮、以及将第一凸轮及第二凸轮中的任意一方的凸轮的工作状态选择性地向排气门传递的空转（lost motion）机构而构成。在将第一凸轮的工作状态传递至排气门22时，排气门22以在排气行程中仅一次开阀的通常模式进行工作，相对于此，在将第二凸轮的工作状态传递至排气门22时，排气门22以在排气行程中开阀的同时在进气行程中也开阀的所谓的排气的二度打开的特殊模式进行工作。VVL71的通常模式和特殊模式根据发动机的运行状态能够切换。具体的是，特殊模式在进行与内部EGR（Exhaust Gas Recirculation；排气再循环）相关的控制时利用。另外，也可以采用在使这样的通常模式和特殊模式的切换成为可能的基础上，使排气门22通过电磁执行器驱动的电磁驱动式的配气机构。

在排气侧的配气机构中，又设置有能够改变相对于曲轴15的排气凸轮轴的旋转相位的相位可变机构（以下称为VVT（Variable Valve Timing；可变气门正时机构））74。VVT74只要适当采用液压式、电磁式或机械式的公知的结构即可，关于其详细的结构的图示省略。

相对于具备VVL71及VVT74的排气侧的配气机构，在进气侧上，如图2所示设置有VVT72、和可连续地改变进气门21的升程量的升程量可变机构（以下称为CVVL（Continuously Variable Valve Lift；连续可变气门升程机构））73。CVVL73可以适当采用公知的各种结构，并且关于其详细的结构的图示省略。根据VVT72及CVVL73，进气门21可以分别改变其开阀正时及闭阀正时、以及升程量。

在汽缸盖12上，又，对于每个汽缸18安装有向汽缸18内直接喷射燃料的喷射器（燃料喷射阀）80。喷射器80配设为其喷口从燃烧室的顶面中央部分面向其燃烧室内。喷射器80在与发动机1的运行状态相对应的喷射正时，向燃烧室内直接喷射与发动机1的运行状态相对应的量的燃料。在该示例中，喷射器80是具有多个喷口的多喷口型的喷射器。借助于此，喷射器80将燃料喷射为使燃料喷雾以辐射状展开。喷射器80的结构的详细内容在下面说明。

未图示的燃料箱和喷射器80之间通过燃料供给路径相连接。在该燃料供给路径上介设有包含高压燃料泵90和燃料轨（fuel rail）64，且能够以比较高的燃料压力向喷射器80供给燃料的燃料供给系统62。高压燃料泵90从燃料箱向燃料轨64泵送燃料，并且燃料轨64能够将被泵送燃料以比较高的燃料压力储存。通过使喷射器80开阀，储存在燃料轨64中的燃料从喷射器80的喷口喷射。高压燃料泵90尽管详细内容在下面说明，但是是柱塞式的泵，并且由发动机1驱动。燃料供给系统62形成为能够将40MPa以上的较高的燃料压力的燃料向喷射器80供给的结构。向喷射器80供给的燃料的压力如下所述，根据发动机1的运行状态进行改变。另外，燃料供给系统62并不限于该结构。

在汽缸盖12上还安装有对燃烧室内的混合气点火的火花塞25、26（参照图2。另外，在图1中省略火花塞的图示）。该发动机1具有作为火花塞的第一火花塞25及第二火花塞26的两个火花塞。两个火花塞25、26，在各汽缸18上分别设置两个的进气门21和排气门22之间的各位置上彼此相对地配置，并且贯通汽缸盖12内地安装以各自向汽缸18的中心轴朝斜下方延伸。这样，各火花塞25、26的梢端在配置于燃烧室的中央部分的喷射器80的梢端附近，面对燃烧室内地配置。

发动机1的一侧面如图1所示与进气通路30连接以与各汽缸18的进气道16连通。另一方面，发动机1的另一侧面与排出来自各汽缸18的燃烧室的已燃气体（排放气体）的排气通路40连接。

在进气通路30的上游端部配设有过滤吸入空气的空气滤清器31。又，在进气通路3中的下游端附近配设有缓冲罐33。比缓冲罐33靠近下游侧的进气通路30形成为向每个汽缸18分叉的独立通路，并且这些各独立通路的下游端分别与各汽缸18的进气道16连接。

在进气通路30中的空气滤清器31和缓冲罐33之间配设有冷却或加热空气的水冷式的中冷器/加温器34、和调节向各汽缸18的吸入空气量的节气门36。进气通路30又与绕过中冷器/加温器34的中冷器旁通通路35连接，在该中冷器旁通通路35上配设有用于调节通过该通路35的空气流量的中冷器旁通阀351。通过中冷器旁通阀351的开度调节，调节中冷器旁通通路35的通过流量和中冷器/加温器34的通过流量的比例，以此调节导入汽缸18的新气的温度。

排气通路40的上游侧的部分由具有向各汽缸18分叉而与排气道17的外侧端连接的独立通路、和集合该各独立通路的集合部的排气歧管构成。该排气通路40中排气歧管的下游侧分别与作为净化排气中的有害成分的排气净化装置的直接催化器（catalyst）41和底板催化器（underfoot catalyst）42相连接。直接催化器41及底板催化器42各自具备筒状壳体、和配置在其壳体内的流路上的例如三元催化器而构成。

进气通路30中缓冲罐33和节气门36之间的部分与排气通路40中直接催化器41的上游侧的部分，通过用于将排气的一部分回流至进气通路30的EGR通路50相连接。该EGR通路50包含配设有用于将排气通过发动机冷却水进行冷却的EGR冷却器52的主通路51、和用于绕过EGR冷却器52的EGR冷却器旁通通路53而构成。在主通路51中配设有用于调节排气向进气通路30的回流量的EGR阀511，在EGR冷却器旁通通路53中配设有用于调节在EGR冷却器旁通通路53中流通的排气的流量的EGR冷却器旁通阀531。

这样构成的发动机1通过动力控制模块（以下称为PCM（Powertrain Control Module））10控制。PCM10由具有CPU（Central Processing Unit；中央处理单元）、存储器、计数定时器（counter timer）群、接口及连接这些单元的总线的微处理器构成。该PCM10构成控制器。

对PCM10如图1、图2所示输入各种传感器SW1～SW16的检测信号。在该各种传感器中包含以下传感器。即是在空气滤清器31的下游侧，检测新气的流量的空气流量传感器SW1及检测新气的温度的进气温度传感器SW2；配置于中冷器/加温器34的下游侧，且检测通过中冷器/加温器34后的新气的温度的第二进气温度传感器SW3；配置于EGR通路50的与进气通路30的连接部附近，且检测外部EGR气体的温度的EGR气体温度传感器SW4；安装于进气道16上，且检测即将流入汽缸18内之前的进气的温度的进气道温度传感器SW5；安装于汽缸盖12上，且检测汽缸18内的压力的缸内压力传感器SW6；配置于排气通路40的与EGR通路50的连接部附近，且分别检测排气温度及排气压力的排气温度传感器SW7及排气压力传感器SW8；配置于直接催化器41的上游侧，且检测排气中的氧浓度的线性O₂传感器SW9；配置于直接催化器41和底板催化器42之间，且检测排气中的氧浓度的λ型O₂传感器SW10；检测发动机冷却水的温度的水温传感器SW11；检测曲轴15的旋转角的曲轴角传感器SW12；检测与车辆的加速器手柄（图示省略）的操作量相对应的加速器开度的加速器开度传感器SW13；进气侧及排气侧的凸轮角传感器SW14、SW15；以及安装于燃料供给系统62的燃料轨（fuel rail）64上，且检测向喷射器80供给的燃料压力的燃料压力传感器SW16。

PCM10基于这些检测信号执行各种运算，以判定发动机1和车辆等的状态，并且根据此状态向喷射器80、第一火花塞25及第二火花塞26、进气门侧的VVT72及CVVL73、排气门侧的VVL71及VVT74、燃料供给系统62以及各种阀（节气门36、中冷器旁通阀351、EGR阀511以及EGR冷却器旁通阀531）的执行器输出控制信号。这样PCM10运行发动机1。

图3示出发动机1的运行区域的一个示例。该发动机1以燃料消耗量的改善和排气排放性的改善等为目的，在发动机负荷相对低的低负荷域中，不执行通过火花塞25、26的点火，而执行通过压缩自动点火进行燃烧的压缩点火燃烧。然而，随着发动机1的负荷增高，在压缩点火燃烧中，燃烧过度急剧地进行，从而引起例如燃烧噪声等的问题。因此，在该发动机1中，在发动机负荷相对高的高负荷域中，停止压缩点火燃烧，而切换为利用火花塞25、26的火花点火燃烧。像这样，该发动机1形成为根据发动机1的运行状态，尤其是根据发动机1的负荷，切换执行压缩点火燃烧的CI（Compression Ignition；压缩点火）模式、和执行火花点火燃烧的SI（Spark Ignition）模式的结构。然而，模式切换的边界线并不限于图中的示例。

在CI模式下，基本上在例如进气行程至压缩行程中的比较提前的正时，喷射器80向汽缸18内喷射燃料，以此形成比较均匀的稀薄混合气（空气过剩率λ≥1，例如λ≥2.5），并且使该混合气在压缩上死点附近压缩自动点火。另外，燃料喷射量是根据发动机1的负荷而设定的。

又，在CI模式下，通过VVL71的控制，执行将排气门22在进气行程中开阀的排气的二度打开，借助于此将内部EGR气体导入至汽缸18内。内部EGR气体的导入提高压缩端温度，并且使压缩点火燃烧稳定化。

由于随着发动机负荷的上升而汽缸18内的温度自然升高，因此从避免过早点火的观点考虑，使内部EGR量下降。例如也可以通过CVVL73的控制，调节进气门21的升程量，以此调节内部EGR量。又，也可以通过节气门36的开度调节而调节内部EGR量。

发动机负荷进一步提高，例如在图3所示的运行区域，在CI模式和SI模式的切换边界线附近，缸内温度过度升高，而存在难以控制压缩点火的情况。因此，在CI模式的运行区域中负荷较高的区域，减少导入至汽缸18内的内部EGR的比例，也可以取而代之增大EGR阀511的开度，以将通过EGR冷却器52冷却的外部EGR气体大量导入至汽缸18内。借助于此，可以较低地抑制缸内温度，从而可以控制压缩点火。

相对于此，在SI模式中，详细的内容在下文叙述，但基本上在从进气行程至膨胀行程初期的期间，喷射器80向汽缸18内喷射燃料，以此形成均质或者分层化的混合气，并且在压缩上死点附近执行点火，以此对该混合气点火。在SI模式中，又，以理论空燃比（λ=1）运行发动机1。这将使三元催化器的利用变得可能，因此有利于排放性能的改善。

在SI模式中，使节气门36全开，另一方面，通过EGR阀511的开度调节将导入至汽缸18内的新气量和外部EGR气体量进行调节，以此调节填充量。这对泵损失的减少有效，并且对冷却损失的减少也有效。又，也具有通过导入冷却的外部EGR气体，对异常燃烧的避免发挥作用的同时抑制RawNOx的产生的优点。另外，在全开负荷域中，通过将EGR阀511闭阀，中止外部EGR。

该发动机1的几何压缩比如上所述被设定为15以上（例如18）。较高的压缩比提高压缩端温度及压缩端压力，因此在CI模式中，有利于压缩点火燃烧的稳定化。另一方面，该高压缩比发动机1在高负荷域中切换为SI模式，因此存在容易发生过早点火和爆震等的异常燃烧的问题。

因此，在该发动机1中，首先，发动机的运行状态位于包含最大负荷的高负荷的低速域（参照图3的（1）（2）。另外，在这里所称的“低速域”相当于将发动机1的运行区域划分为低速、中速、高速的三个区域时的低速域）时，执行燃料的喷射形态与以往较大不同的SI燃烧，以此避免异常燃烧。具体的是，该燃料的喷射形态是，以与现有的相比大幅度高压化的燃料压力，在从压缩行程后期至膨胀行程初期的大幅度延迟的期间（以下，将该期间称为延迟（retard）期间）内，通过喷射器80执行向汽缸18内的燃料喷射（参照图4（a））。以下，将该特征性的燃料喷射形态称为“高压延迟喷射”或简单称为“延迟喷射”。高压延迟喷射分别缩短燃料的喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间，从而缩短从燃料的喷射开始至燃烧的结束的未燃混合气的反应时间。其结果是，在发动机的负荷高、且低速的容易发生异常燃烧的区域可以避免异常燃烧。燃料压力只要设定为40MPa以上即可。燃料压力只要根据含有汽油的使用燃料的性状适当设定即可，其上限也可以是120MPa左右。

高压延迟喷射通过燃料的喷射形态的方案避免异常燃烧，因此可以使点火正时提前。点火正时如图4（a）所示，设定在压缩上死点附近，并且点火通过驱动第一火花塞25及第二火花塞26中的任意一方进行。点火正时的提前化有利于热效率的改善及转矩的改善。另外，图4（a）所示的喷射正时和点火正时等是例示，并不限于此。

在进行该高压延迟喷射的运行区域中，在比最大负荷域（参照图3的（1））靠近低负荷侧的区域（参照图3的（2）），异常燃烧的发生与上述（1）的区域相比被抑制，因此也可以降低燃料压力的上限（例如80MPa左右），并将燃料喷射正时在压缩行程后期的范围内提前。

另外，在压缩点火的控制易变得困难的、CI模式的运行区域中负荷较高的区域，如上所述，也可以在减少内部EGR的导入比例的基础上，如高负荷侧的SI模式的运行区域（参照图3的（2））那样执行高压延迟喷射。通过这样做，抑制CI模式中燃烧压力的急剧的上升，因此可以抑制发动机的噪声增大。

另一方面，发动机的运行状态位于高负荷的高速域（参照图3的（3）。另外，在这里所称的“高速域”相当于将发动机1的运行区域划分为低速、中速、高速的三个区域时的中速域及高速域）时，如图4（b）所示，将燃料的喷射不在延迟期间进行，而是在进气门21处于开阀状态的进气行程期间内进行。以下，将该燃料喷射形态称为“进气行程喷射”。在进气行程喷射中，由于不需要较高的燃料压力，因此与高压延迟喷射时相比降低燃料压力（例如小于40MPa）。借助于此，谋求由高压燃料泵90的驱动引起的发动机1的机械阻力损失的下降，有利于燃料消耗量的改善。

高压延迟喷射通过在延迟期间内执行燃料喷射以缩短未燃混合气的可反应时间，而该可反应时间的缩短在发动机1的转速比较低的低速域中，由于相对于曲轴角变化时间较长，因此是有效的，相对于此，在发动机1的转速比较高的高速域中，相对于曲轴角变化时间较短，因此不那么有效。相反地，在延迟喷射中，由于将燃料喷射时期设定在压缩上死点附近，因此在压缩行程中，不含燃料的、换而言之热容比高的空气被压缩。其结果是，在高速域中，压缩上死点上的汽缸18内的温度（即压缩端温度）增高，从而该高的压缩端温度导致爆震。因此，在高速时执行延迟喷射时，必须将点火正时延迟化，以避免爆震。

因此，在该发动机1中，在作为高负荷的高速域的（3）的区域，不执行延迟喷射，而执行进气行程喷射。

在进气行程喷射中，降低压缩行程中的缸内气体（即，包含燃料的混合气）的热容比，借助于此可以较低地抑制压缩端温度。像这样压缩端温度降低，可以抑制爆震，因此可以使点火正时提前。因此，在（3）的区域，与高压延迟喷射相同地在压缩上死点附近执行点火。然而，在（3）的区域，从缩短燃烧期间的观点考虑，使该点火成为将第一火花塞25及第二火花塞26一起驱动的双点点火。只要第一火花塞25及第二火花塞26同时执行点火即可。也可以将第一火花塞25及第二火花塞26隔着时间差进行驱动。

如以上所述，在该发动机1中，在图3所示的（1）（2）区域，即高负荷的低旋转域，通过执行高压延迟喷射而避免异常燃烧且改善热效率。

此外，在该发动机1中，在高负荷的高旋转域（图3所示的（3）的区域），通过执行进气行程喷射，避免异常燃烧且改善热效率。又，在高负荷的高旋转域，通过执行双点点火，从燃烧室内的多个火苗分别地火焰会扩散，因此火焰的扩散快而缩短燃烧期间。对于双点点火，即使点火正时成为压缩上死点以后，燃烧重心位置也尽可能位于提前侧，有利于热效率及转矩的改善、乃至燃料消耗量的改善。另外，火花塞的数量并不限于两个。火花塞既可以是三个以上，也可以是一个。也可以在高压延迟喷射时执行多点点火。高压延迟喷射也可以根据需要进行分次喷射，同样地进气行程喷射也可以根据需要进行分次喷射。其结果是，也可能存在进气行程中执行至少一次喷射，并且在压缩行程中也执行燃料喷射的情况。

（喷射器的基本结构）

图5示出喷射器80的结构，该喷射器80形成为螺线管驱动式的结构，即利用通过对螺线管线圈通电所形成的磁路，直接吸引配设在燃料通路内的阀针（阀体）83并使其产生行程，以此将形成于梢端面804的多个喷口84（也参照图11）开阀。该喷射器80尤其是具有第一螺线管线圈81、和第二螺线管线圈82两个螺线管线圈，并且形成为将阀针83的行程量可切换为相对小的行程量的第一行程量S1、和相对大的行程量的第二行程量S2的结构。借如助于此，如图6中例示，形成为从小喷射量至大喷射量能够确保较高的燃料喷射精度的结构。这样的喷射器80如上所述，适用于从发动机1的运行状态位于低负荷区域且执行压缩点火燃烧时的小喷射量至发动机1的运行状态为高负荷区域时的大喷射量的广的范围内，要求高的燃料喷射精度的发动机1中。尤其是，发动机1使用含有汽油的燃料，并且燃料的喷射量的差异对排气排放性的恶化的敏感度高，如喷射量稍微偏离最合适值，则排气排放性会激烈恶化，又，燃料喷射量的差异对燃烧稳定性的恶化的敏感度也高，因此尤其要求较高的燃料的喷射精度。

该喷射器80的主体是将大径筒状的第一阀身841、和从该第一阀身841的一端延伸，并且梢端关闭的小径筒状的第二阀身842通过结合构件843连接而构成。

在所述第一阀身841内容纳有圆筒状的壳体85，并且通过该壳体85的内周面区划形成燃料通路800。壳体85的上端部在喷射器80的基端（图5中的上端）开口，并且其下端部开口以与第二阀身842的基端开口连通，借助于此，用于将燃料从位于喷射器80的基端并与燃料轨64连通的燃料流入口844供给至位于喷射器80的梢端并开口的各喷口84的燃料通路800形成于喷射器80的内部。

圆筒状的壳体85如下所述，基本上由磁性体构成以在第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82通电时构成磁路的一部分。具体地壳体85例如由铁素体钢等的铁素体类金属形成。

开闭各喷口84的阀针83在壳体85内与该壳体85成为同轴地配设。阀针83从壳体85的轴方向中央部附近向喷射器80的梢端延伸，其梢端部位于第二阀身842的梢端部。在阀针83中，在其基端面开口并且向梢端部延伸的孔831沿着其中心轴延伸而形成，孔831在阀针83中的轴方向的中央部附近，在其周面开口。该孔831发挥作为连接下述的第二可动芯872的上侧和第一可动芯871的下侧的燃料通路的一部分的功能。

第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82分别在第一阀身841和壳体85之间在喷射器80的轴方向上隔着规定间隔配置为第一螺线管线圈81位于下侧、第二螺线管线圈82位于上侧。

在壳体85内，在夹着该壳体85与第一螺线管线圈81相对的位置上，固定有筒状的第一固定芯861，并且在与第二螺线管线圈82相对的位置上相同地固定有筒状的第二固定芯862。这些第一固定芯861及第二固定芯862由磁性体构成，并且在第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82通电时各自独立地构成磁路的一部分。

在第一固定芯861的下侧，相对于该第一固定芯861的下端面设置规定大小的间隙S1，并且环状的第一可动芯871以外插在阀针83上的状态配设，另一方面在第二固定芯862的下侧相对于该第二固定芯862的下端面设置规定的大小的间隙S2，并且环状的第二可动芯872以外插在阀针83上的状态配设。间隙S1和间隙S2设定为S1＜S2。

外插在阀针83上的第一可动芯871与形成于该阀针83的中央部的阶梯部接合，另一方面，同样地外插在阀针83上的第二可动芯872与形成于阀针83的上端部的阶梯部接合。第一可动芯871及第二可动芯872分别在壳体85内在轴方向上可往复移动地配置，并且第一可动芯871向上方移动时，通过第一可动芯871和阶梯部的接合，阀针83向上方移动。又，第二可动芯872向上方移动时，也通过第二可动芯872和阶梯部的接合，阀针83向上方移动。因此，通过选择性地移动第一可动芯871及第二可动芯872，可以使阀针83产生行程。

阀针83形成为由配设在其基端侧的弹簧881向下方施力，借助于此通常时关闭各喷口84的结构。另一方面，第一可动芯871及第二可动芯872形成为各自由弹簧882、883向上方施力，借助于此，通常时第一可动芯871及第二可动芯872维持与阀针83的各阶梯部接合的状态的结构。

第一可动芯871及第二可动芯872分别由磁性体构成，并且如图7放大示出那样，第一螺线管线圈81通电时，形成通过第一阀身841、壳体85、第一可动芯871及第一固定芯861（及下述的第一种的增强构件891）的磁路（参照上述图中的粗实线的箭头），借助于此，向上方吸引在壳体85内在轴方向上可往复移动的第一可动芯871。随着第一可动芯871的吸引，在其阶梯部上与第一可动芯871接合的阀针83也与弹簧881的施力（及如下述，由燃料压力引起的作用于阀针83的背压）反抗而向上方移动。第一可动芯871及阀针83各自向上方移动直至第一可动芯871与第一固定芯861抵接。即，阀针83仅产生与间隙S1相对应的第一行程量S1的行程。

同样地，第二螺线管线圈通电时，尽管详细的图示省略，但是形成通过第一阀身841、壳体85、第二可动芯872以及第二固定芯862（及下述的第一种的增强构件891）的磁路，借助于此，向上吸引第二可动芯872。随着第二可动芯872的吸引，在其阶梯部上与第二可动芯872接合的阀针83与弹簧881的施力（及作用于阀针83的背压）反抗而向上方移动。第二可动芯872及阀针83分别仅产生与第二可动芯872抵接至第二固定芯862的间隙S2相对应的第二行程量S2的行程。

在此，在壳体85中，在相当于第一固定芯861和第一可动芯871之间的间隙的位置、及相当于第二固定芯862和第二可动芯872之间的间隙的位置的共两个位置上分别介设有用于防止磁路的短路的非磁性体部分851。这样的非磁性体部分851只要通过摩擦接合与分割为多个的壳体接合，以此设置于在轴方向上延伸的圆筒状的壳体85的中途部分即可。摩擦结合不会使壳体85及非磁性体部分851的壁厚变薄，而能够牢固地结合两者，并且如下所述，有利于提高受到由较高的燃料压力引起的内压的壳体85的强度。

（可实现喷射器的高燃料压力化的增强结构）

如上所述，燃料压力可以被设定为40MPa以上、例如最大为120MPa左右的高燃料压力，由此壳体85的内压增高。为了对抗该较高的内压，而必须使壳体85的壁厚增厚。然而，壳体85构成磁路的一部分，因此如上所述，例如由铁素体类金属构成，强度比较低。因此，壳体85试图单独地应对较高的内压时，其壁厚大幅度增厚。在这样的厚壁的壳体85中，已不能构成能够跨越壳体85的内外的磁路。

因此，在喷射器80中，通过使增强构件从外侧嵌合在壳体85上，将区划燃料通路800的壳体实质上构成为双重管结构。具体地在喷射器80上设置有作为增强构件的与第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82在轴方向上相邻地配置的第一种增强构件891、和介设在第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82分别与壳体85之间的位置的第二种增强构件892。

第一种增强构件891在图中的示例的喷射器80中，分别在第一螺线管线圈81和第二螺线管线圈82之间的位置、以及比第一螺线管线圈81靠近下侧的位置上，配设在第一阀身841和壳体85之间。与第一螺线管线圈81或第二螺线管线圈82在轴方向上相邻的第一种增强构件891如图7中放大示出那样，由磁性体构成以在螺线管线圈通电时构成磁路的一部分。构成第一种增强构件891的磁性体从提高磁路的效率的观点考虑，只要与上述的壳体85等相同地由例如铁素体等的铁素体类金属构成即可。第一种增强构件891安装为与壳体85外嵌合，借助于此，从径向的外侧朝向内侧的方向的载荷作用于壳体85上。该载荷与从径向的内侧朝向外侧的方向作用于壳体85的内周面的燃料压力引起的内压对抗。第一种增强构件891只要例如采用压入和热套等的适当的手法与壳体85外嵌合地安装即可。

相对于此，第二种增强构件892如上所述，分别介设在第一螺线管线圈81和壳体85之间的间隙、及第二螺线管线圈82和壳体85之间的间隙。第二种增强构件892的轴方向的长度与第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82的轴方向长度对应。第二种增强构件892在第一螺线管线圈81或第二螺线管线圈82通电时，与第一种增强构件891不同，而由非磁性体构成，以防止磁路短路。构成第二种增强构件892的非磁性体也可以例如由奥氏体钢构成。该第二种增强构件892也与第一种增强构件891相同地安装为与壳体85外嵌合，由此，从径向的外侧朝向内侧的方向的、与内压对抗的载荷作用于壳体85。第二种增强构件892也只要采用例如压入和热套等的适当手法，以与壳体85外嵌合地安装即可。

像这样，将第一种增强构件891及第二种增强构件892分别与壳体85外嵌合地安装，以此在作用着由燃料通路800内的较高的燃料压力引起的较高的内压的壳体85上，作用着从径向的外方向内方的对抗力。又，壳体和增强构件的双重管结构如图7所示可以向内侧和外侧的两个管分散应力。其结果是，即使不增厚壳体85的壁厚，也可以确保必要强度。这一点有利于形成跨越壳体85的内外的磁路。

又，第一种增强构件891与第一螺线管线圈81或第二螺线管线圈82在筒轴方向上相邻地配置，并且包含构成磁路的一部分的磁性体而构成，从而有助于实现通过壳体85的增强的高燃料压力化、和磁路的形成的两者。将该第一种增强构件891由透磁性高且剩磁少的铁素体钢构成，以此有利于喷射器80的高性能化。

另一方面，第二种增强构件892介设在第一螺线管线圈81或第二螺线管线圈82与壳体85之间，并且包含非磁性体而构成，以此防止磁路的短路，并且有助于实现通过壳体85的增强的高燃料压力化、和磁路的形成的两者。将第二种增强构件892由奥氏体钢构成，这将通过其较高的强度可以实现第二种增强构件892的薄壁化，并且使第一螺线管线圈81和第二螺线管线圈82与壳体85之间的间隔变窄，从而有利于高效率的磁路的形成，并且也有利于喷射器80的小径化。

（第一可动芯及第二可动芯的支持结构）

在此，在图5所示的喷射器80中，将弹簧882、883配置在第一可动芯871及第二可动芯872的下侧，由此使第一可动芯871及第二可动芯872分别向上施力。在这样的支持结构中，如图8（a）所示，在对第二螺线管线圈82通电时，如该图（a）中用实线所示，第二可动芯872仅移动规定的行程量S2，伴随于此阀针83向上产生行程，而第一可动芯871和阀针83的阶梯部的接合被解除，因此如虚线所示，第一可动芯871通过弹簧882的施力向上方移动。

之后，第二螺线管线圈82的通电结束，并且根据弹簧881的向下施力和弹簧883的向上施力之差，在第二可动芯872及阀针83一同下降中，阀针83的阶梯部和第一可动芯871再次接合（参照上述图（a）中的“接触”），之后弹簧882施加向上施力，而根据弹簧881的向下施力和弹簧882及弹簧883的的向上施力之差，第一可动芯871及第二可动芯872及阀针83成一体并下降。即，阀针83的下降速度在此过程中下降，从而使阀针83的梢端部就座于下述的座部801上时的冲击缓和。这一点有利于冲击声的抑制。

另一方面，对第一螺线管线圈81通电时，如图8（b）中用虚线所示，随着第一可动芯871移动，而如在上述图中用实线所示，阀针83及第二可动芯872分别仅产生规定的行程量S1的向上的行程。

又，在第一螺线管线圈81的通电结束时，根据弹簧881的向下施力和弹簧882及弹簧883的向上施力之差，第一可动芯871及第二可动芯872及阀针83成一体并下降，并且此情况下，下降速度也比较小。因此，与上述相同地，阀针83的梢端部就座于座部801上时的冲击降低，有利于冲击声的抑制。

图9是示出形成为将弹簧882配置在第一可动芯871的上侧，以此对该第一可动芯871赋予向下的施力的结构的变形例。另外，在图9中，对于与图5所示的喷射器80相同的结构标以相同符号。在图9所示的喷射器80中，在第一可动芯871的下侧配设有垫片884，借助于此，规定第一可动芯871和第一固定芯861的间隙S1。

在图9所示的喷射器80中，与上述相同地，对第二螺线管线圈82通电时，如在图10（a）中用实线所示，尽管第二可动芯872及阀针83仅向上移动规定的行程量S2，然而第一可动芯871受到向下施力，因此如该图中虚线所示，不移动而保持停止的状态。

第二螺线管线圈82的通电结束时，根据弹簧881的向下施力和弹簧883的向上施力之差，第二可动芯872及阀针83一同下降。如上所述，由于第一可动芯871不向上移动，因此与图8（a）不同，在下降中，第一可动芯871不会与阀针83的阶梯部接合。其结果是，阀针83的下降速度在中途不会变化，且阀针83就座于座部801上。

另一方面，对第一螺线管线圈81通电时，随着如图10（b）中用虚线所示第一可动芯871移动，如该图中用实线所示阀针83及第二可动芯872也向上仅产生规定的行程量S1的行程。此时，由弹簧882引起的向下的施力作用于第一可动芯871，因此阀针83等的上升速度与图8（b）相比减小。又，在第一螺线管线圈81的通电结束时，根据弹簧881及弹簧882的向下施力和弹簧883的向上施力之差，第一可动芯871及第二可动芯872及阀针83一体地下降，因此与图8（b）的示例相比，下降速度增大。

另外，尽管图示省略，但是对图5及图9的各示例，也可以形成为在第二可动芯872的上侧配置弹簧883，以此向第二可动芯872赋予向下的施力的结构。

又，在图5及图9所示的喷射器80中，将行程量相对大的螺线管线圈、即第二螺线管线圈82配置在上侧，并且将行程量相对小的螺线管线圈、即第一螺线管线圈81配置在下侧，但是也可以与上述相反地配置为使行程量相对大的螺线管线圈在下侧，并且使行程量相对小的螺线管线圈在上侧。

（用于减少随着喷射器的高燃料压力化而增高的吸引力的结构）

在燃料通路800内配设有阀针的结构的喷射器80中，燃料压力引起的背压作用于闭阀状态的阀针83上。即，向闭阀方向作用着的载荷作用于阀针83。背压与燃料压力的大小成比例，如在这里公开的喷射器80那样，燃料压力设定得较高时，作用于阀针83的背压也增高。背压与将阀针83开阀时的螺线管线圈81、82的吸引力有关系，背压越高则必要的吸引力越大。在这里，在该喷射器80中，减小阀针83的梢端部就座的座部801的直径以使阀针83的开阀所需的吸引力减小。

图11放大示出喷射器80的梢端部的结构。阀针83的梢端部形成为梢端变细的形状，并且座部801如图11（a）中用双点划线所示，形成为阀针83中的梢端变细的梢端部的中途部分能够就座及离座的结构。借助于此，座部801的直径Φ1小于阀针83的梢端部的基本圆筒部的直径Φ2。在阀针83就座于座部801上的状态下，由燃料压力引起而作用于该阀针83的背压与座部801的直径成比例，但是如上所述，通过将座部801的直径设定得小，并减小面积，可以相应地降低作用于阀针83的背压。另外，在阀针83就座于座部801上的状态下，在阀针83的梢端部中，燃料压力作用于与其轴方向倾斜的面上，该燃料压力在阀针83的轴方向（开阀方向）上作用着的单位面积的力成为cos（余弦）成分。然而，该面由于倾斜，因此受压面积大，其结果是单位面积的力的减少的量被抵消。即，在阀针83的轴方向上作用着的力与燃料压力作用着的面是否倾斜无关。

作用于阀针83的背压的下降使开阀所需的吸引力下降。这一点有利于第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82的小型化。第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82的小型化可以实现喷射器80的小直径化，因此有利于确保如图1所示沿着汽缸18的轴线被安装在发动机1的汽缸盖12上的喷射器80的安装空间。吸引力的降低也有利于消耗电力的节约。另外，阀针83的梢端形成为梢端变细的形状，以此在阀针83离座时，在座部801上流动的燃料由阀针83的梢端的倾斜的面引导，而流通阻力降低，因此缩颈部802侧的燃料压力容易上升。这将使向开阀方向作用于阀针83的力增大，因此有利于开阀所需的吸引力的下降。

像这样，与小直径化的座部801连续地设置有缩颈部802。缩颈部802形成为比座部801的直径进一步减小的结构。又，与该缩颈部802连续地设置有直径扩大的扩大部803。从缩颈部802至扩大部803的部分形成为其内壁成为平滑的曲面状的结构，借助于此，可以使从座部801经由缩颈部803到达至扩大部803的燃料的流动变得顺畅。这样，多个的、在图中示例中为十个的喷口84与该扩大部803连通，并且十个喷口84如图11（b）所示，彼此隔着等间隔以圆周状配置在球面状凹陷以对抗较高的燃料压力的喷射器80的梢端面804上。

像这样，通过将十个喷口84与直径扩大的扩大部803连通，可以在喷射器80的梢端面804上充分确保喷口84之间的间隔。借助于此，良好地实现以较高的燃料压力通过各喷口84喷射的燃料的微粒化。良好地实现喷射燃料的微粒化尤其在执行压缩点火燃烧的低负荷区域，有利于均质的稀薄混合气的形成，并且可以使压缩点火燃烧稳定化。

另外，喷口的配置并不限于如图11（b）所示的圆周状的配置，例如图12所示，也可以在径向的内外成为双重圆地配置多个（在图中的示例中为十个）喷口84。又，喷口的数量只要设定为适宜的数量即可。

（两级螺线管喷射器的驱动和发动机的运行区域的对应）

在该结构的喷射器80中，如上所述，第一螺线管线圈81通电时，可以使阀针83仅产生第一行程量S1的行程，并且第二螺线管线圈82通电时，可以使阀针83仅产生第二行程量S2的行程。在这里，第一行程量S1和第二行程量S2被设定为S1＜S2，借助于此，喷射器80形成为可以使阀针83以不一样的行程量产生行程，并且喷射燃料的结构。

PCM10如图2所示，向喷射器80的第一螺线管线圈81和／或第二螺线管线圈82输出控制电流以达到根据发动机1的运行状态所要求的喷射量，借助于此将必要量的燃料喷射至汽缸18内。即，所要求的喷射量较少时，具体地在图3所示的运行区域，在执行压缩点火燃烧的CI模式中，对第一螺线管线圈81通电。借助于此，通过第一可动芯871使阀针83开阀，并且以行程量S1（即，小行程）维持阀针83后，结束通电。这样，使阀针83闭阀。借助于此，如图6所示，使相对于时间的瞬间喷射率的波形成为规定的梯形状，以此提高在比较少的喷射量中的喷射精度。在CI模式中，在进气行程期间内执行燃料喷射，以此形成均质的稀薄混合气，因此即使燃料喷射量上多少产生差异，也能充分确保压缩点火燃烧的稳定性。

另一方面，所要求的喷射量较大时，具体地在图3所示的运行区域，在执行火花点火燃烧的SI模式中，至少对第二螺线管线圈82通电，并通过第二可动芯872使阀针83开阀。之后，使阀针83以行程量S2（大行程）维持后，结束通电，使阀针83闭阀。借助于此，如图6所示，相对于时间的规定的瞬间喷射率的波形成为与小行程时的波形相似的梯形状，由此还可以提高在比较大的喷射量中的喷射精度。尤其是，在图3所示的运行区域，在（1）（2）的区域，因为执行高压延迟喷射而要求较高的喷射率，而通过使阀针83以高燃料压力且比较大的第二行程量S2产生行程，可以实现该目的，并且将必要量的燃料以高燃料压力且短时间内喷射至压缩上死点附近的汽缸18内。

在这里，使阀针83以第二行程量S2产生行程时，也可以仅向第二螺线管线圈82通电。又，也可以向第一螺线管线圈81和第二螺线管线圈82两者通电。向第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82两者通电时，优选的是将第一螺线管线圈81至少在阀针83开始开阀动作时进行通电。即，阀针83开始开阀动作时，在需要产生与由燃料压力引起并作用于阀针83的背压及由弹簧881引起的施力对抗的吸引力时，由于与第一螺线管线圈81对应的第一可动芯871和第一固定芯861之间的间隙S1小于与第二螺线管线圈82对应的第二可动芯872和第二固定芯862之间的间隙S2，因此吸引力的产生所需的电流值降低。又，在阀针83从座部801离座后，燃料压力引起的背压消失，因此阀针83的行程所需的吸引力以与此相应的量减小。因此，向第二螺线管线圈82的通电量也可以较少。即，在使阀针83以第二行程量S2产生行程时，阀针83开始开阀动作时向第一螺线管线圈81通电，这一点可以抑制总的消耗电力。另外，第二螺线管线圈82既可以在第一螺线管线圈81的通电开始后隔着规定时间进行通电，也可以与第一螺线管线圈81的通电开始一起开始第二螺线管线圈82的通电。

像这样，使用具有第一螺线管线圈81及第二螺线管线圈82的两种，且由此可以将阀针83的行程量变更为第一行程量S1和第二行程量S2的喷射器80，以此在喷射量相对少的低负荷区域中，仅驱动第一螺线管线圈81，以此可以将较少的喷射量以高精度喷射，并且确保压缩点火燃烧的稳定性。另一方面，在喷射量相对大的高负荷区域，尤其是执行高压延迟喷射的区域，至少驱动第二螺线管线圈82，以此结合高燃料压力实现高喷射率，并且可以将必要量的燃料以高燃料压力且短期间内喷射至压缩上死点附近的汽缸内，有利于异常燃烧的避免。这样，在发动机1的广的运行区域内实现燃料消耗量的改善。

（高压燃料泵的结构）

图13～图15示出高压燃料泵90的结构。如上所述，在该发动机1中，以40MPa以上、最大为120MPa左右的高燃料压力喷射含有汽油的燃料，因此，该高压燃料泵90具有与以往的柱塞式燃料泵不一样的结构。

即，高压燃料泵90如图14（a）～图14（c）所示，具备在上下方向延伸地配设的气缸91、内插在气缸91中的柱塞94、和使柱塞94在气缸91内在上下方向上产生行程的驱动机构93。

如图15中也示出那样，气缸91形成在第一壳体901内，在气缸91的上端部设置有用于使燃料流入至气缸91内的流入口911。在第一壳体901内，尽管详细的图示省略，但是还形成有从燃料箱输送的燃料积聚的供给室912（参照图14的粗实线的箭头）。形成于气缸91的上端部的流入口911与该供给室912连通。供给室912形成为具有与气缸91的直径相同或者比其大的直径，并且随着向流入口911行进而逐渐缩小的结构。

在流入口911上安装有吸入阀92，并且通过使该吸入阀92打开流入口911，以此使燃料从供给室912流入至气缸91内。吸入阀92具有受到向上施力的阀体921以使其就座于流入口911上，并且阀体921通常时关闭流入口911，另一方面，如下所述，在阀体921向下被按压时打开流入口911，从而允许使燃料从流入口911流入气缸91内（参照图15）。

吸入阀92还具有在阀体921的上侧在上下方向上延伸地配置的杆922，该杆922的下端与阀体921的上端面抵接，另一方面其上端通过供给室912内，并到达至其上侧。杆922形成为通过安装于第一壳体901的上侧的螺线管线圈923，在上下方向上往复移动的结构。即，在通过设置于高压燃料泵90的上端的耦合器924向螺线管线圈923通电时，通过使杆922向下方移动，向下按压受到向上施力的阀体921，借助于此，使阀体921从流入口911离座，而打开流入口911。这样，燃料流入气缸91内。另一方面，在停止向螺线管线圈923的通电时，通过向上的施力，阀体921提升，由此阀体921就座于流入口911上，而关闭流入口911。像这样，吸入阀92形成为由PCM10进行开闭控制的电磁阀的结构。

从气缸91排出高压燃料的排出口913如图14中的（a）、（b）所示，设置在气缸91上端部附近的侧方。另外，符号914是配设在高压燃料泵90的流入侧，且用于抑制随着喷射器80的燃料喷射出现的脉动的脉动阻尼器（pulsation damper）914。

柱塞94如上所述内插在气缸91中，且通过下述的驱动机构93在上下方向上产生行程。柱塞94在从图14中的（a）所示的上死点的状态下降时，通过与该正时相匹配地打开的流入口911，供给室912内的燃料流入至气缸91内，并且在流入口911关闭的状态下，柱塞94由图14中（b）所示的下死点的状态上升，以此气缸91内的燃料的压力升高，升压的燃料通过排出口913从高压燃料泵90向燃料轨64排出。

驱动机构93具备被固定柱塞94的下端且在上下方向上可往复移动地构成的活塞931、对活塞931向下施力的弹簧932、安装于活塞931上的滚子933、和通过滚子933及活塞931使柱塞94在上下方向上产生行程的凸轮934而构成。

活塞931形成为内插在圆形截面的活塞容纳部903内而该活塞容纳部903形成于安装在第一壳体901的下侧的第二壳体902内，并且在该活塞容纳部903内在上下方向上往复移动的结构。

滚子933尽管详细的图示省略，但是在活塞931上安装为通过滚动轴承或滑动轴承，相对于与柱塞94的行程方向（即，图14中纸面上下方向）正交的轴自由转动（参照图14中（c））。滚子933降低与凸轮934之间的摩擦阻力，从而有利于高压燃料泵90的驱动转矩的降低，乃至发动机1的机械阻力损失的降低。

在第二壳体902内，又，与活塞容纳部903的下端连续地形成有凸轮容纳部904，凸轮934在该凸轮容纳部904内配设为由凸轮轴935支持，以此相对于与柱塞94的行程方向正交的轴可旋转。该凸轮934如在图14中的（a）、（b）中明了地示出那样，由具有两个凸轮尖的凸轮构成，其凸轮尖（cam nose）分别设置在夹着旋转中心轴的两侧上。凸轮轴935通过固定于其梢端部的链轮936及卷绕在链轮936上的链条937如图13中示意性地示出那样与发动机1的曲轴15驱动连接。驱动机构93的凸轮轴935形成为相对于发动机1的曲轴15以1：1的减速比旋转驱动的结构。

在这里，高压燃料泵90的驱动机构93与曲轴15驱动连接，因此如图13所示，配置在比发动机1的凸轮轴210、220靠近曲轴15的高度位置上。又，该高压燃料泵90如上所述在上下方向上延伸的气缸91的上端设置流入口911，而将该流入口与设置在气缸91的上方的供给室912连通，并且在比供给室912更靠近上方的位置上配设用于驱动吸入阀92的螺线管线圈923。由此，尽管高压燃料泵90的全高设定得比较高，但如上所述，将体积大的高压燃料泵90配置在发动机1的侧方的比较低的高度位置上，这样可以不超过发动机1的全高地配置高压燃料泵90，有利于发动机室内的布局性。

上述结构的高压燃料泵90为了实现40MPa以上的高的燃料压力，而将柱塞94位于上死点时的气缸91的容积设定得显著小。即，燃料压力提高时无法忽视燃料的压缩性，因此通过减小上死点时的气缸容积，可以实现高燃料压力和确保排出流量两者。

然而，通过减小上死点时的气缸容积，在试图使柱塞94下降而使燃料流入至气缸91内时，气缸91内的压力下降增大。这在含有汽油的燃料中，导致流入口911附近的空化的发生，并存在燃料不容易流入至气缸91内的担忧。

因此，在上述结构的高压燃料泵90中，通过流入口911在气缸91的上方设置容积比较大的供给室912，以此在打开吸入阀92时，如图15中用箭头所示，燃料从供给室912向气缸91的轴方向，换而言之向柱塞94的行程方向流动，并通过流入口911燃料流入气缸91内。这样的结构使燃料顺利地流入气缸91内，并且抑制由柱塞94下降时的压力下降引起的空化的产生。在这里，供给室912形成为在燃料的流动方向上逐渐地缩小，因此能够使燃料的流入更加顺利。其结果是，可以使燃料确实地流入气缸91内，并且在高压燃料泵90中，实现40MPa以上的高燃料压力化和确保必要的燃料排出量两者。

又，在这样的高燃料压力化的高压燃料泵90中，通过柱塞94到达至上死点时的反作用力，作用于驱动机构93的载荷增大。因此，当试图与该较大的载荷对抗时，存在驱动机构93大型化的担忧。尤其是，试图使驱动机构93的滚子933通过滚动轴承支持于活塞931时，滚子及滚动轴承大幅度地大型化。因此，在上述结构的高压燃料泵90中，通过减小气缸直径及柱塞直径，减小作用于驱动机构93的载荷。另一方面，为了实现高燃料压力而将柱塞94的行程量设定得比较大（参照图14中（a）、（b））。其结果是，该高压燃料泵90以柱塞94的行程量大于气缸直径的长行程构成。这将实现高压燃料泵90的小型化和高燃料压力化两者。

又，将驱动机构93的凸轮934由具有两个凸轮尖的凸轮构成，这将使各凸轮尖（cam nose）的升程量比较大，以此可以与上述的柱塞94的长行程对应，并且可以避免凸轮的大型化。这是因为在具有两个凸轮尖的凸轮中，凸轮尖分别配置在夹住凸轮934的中心轴的两侧上，因此即使增高各凸轮尖也不会对另一方的凸轮尖产生影响。因此，将驱动机构93的凸轮934由具有两个凸轮尖的凸轮构成这一点也有助于实现高压燃料泵90的小型化和高燃料压力化两者。

由具有该两个凸轮尖的凸轮构成的驱动机构93的凸轮934形成为相对于曲轴15等速旋转的结构，因此曲轴15两次旋转的期间，高压燃料泵90执行四次的燃料排出。这一点在四汽缸四冲程发动机1中，可以使四个汽缸18各自与执行一次的燃料喷射相对应地执行燃料的排出。像这样，具有两个凸轮尖的凸轮的采用如上所述，在将驱动机构93与曲轴15驱动连接的方面也成为有利的结构。

可排出高燃料压力的燃料地构成的高压燃料泵90的驱动转矩也与现有的高压燃料泵相比大幅度增大。如果将这样的高驱动转矩的高压燃料泵90与现有的相同地安装于进气凸轮轴210或排气凸轮轴220的端部上，则试图使VVT72或VVT74工作，也无法使其工作（即，凸轮轴210或凸轮轴220不旋转）。然而，如上所述，该高压燃料泵90如图13所示与曲轴15驱动连接，因此不会影响安装于进气凸轮轴210及排气凸轮轴220上的VVT72、VVT74的工作。像这样，将实现高燃料压力化的高压燃料泵90与曲轴15驱动连接这一结构在保证安装于凸轮轴上的VVT72、VVT74的工作的方面也是有利的结构。

另外，图3所示的运行区域（映射图（MAP图））是例示，在这里公开的技术并不限于适用于图3所示的映射图（MAP图）被设定的发动机中。图可以适当变更。

又，在这里公开的技术并不限于如上所述的自然进气发动机，也可以适用于带有增压器的发动机中。在带有增压器的发动机中可以将CI模式的区域扩大至高负荷侧。

Claims (5)

1.一种直喷发动机，

是具备向汽缸内直接喷射含有汽油的燃料的燃料喷射阀、和控制通过所述燃料喷射阀的所述燃料的喷射的控制器的直喷发动机，

所述燃料喷射阀具有：

面对所述汽缸内开口的喷口；

能够开闭所述喷口地产生行程的阀体；

使所述阀体以第一行程量产生行程的第一螺线管线圈；和

使所述阀体以大于所述第一行程量的第二行程量产生行程的第二螺线管线圈；

所述控制器形成为当所述直喷发动机的运行状态位于执行压缩点火燃烧的低负荷区域内的、至少低于规定负荷的区域时，仅驱动所述第一螺线管线圈以至少在进气行程期间内执行燃料喷射；

当所述直喷发动机的运行状态位于比所述低负荷区域负荷高的高负荷区域内的、至少比规定速度低速的区域时，至少驱动所述第二螺线管线圈以在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内，以40MPa以上的燃料压力执行燃料喷射。

2.根据权利要求1所述的直喷发动机，其特征在于，在所述直喷发动机的运行状态位于所述高负荷区域内时，执行火花点火燃烧。

3.根据权利要求1或2所述的直喷发动机，其特征在于，

所述阀体是配设在设置于所述燃料喷射阀的内部的燃料通路内、且能够开闭所述喷口地产生行程的阀针；

所述燃料喷射阀还具有配设在所述燃料通路内、且在驱动所述第一螺线管线圈时被其吸引以使所述阀针产生行程的第一可动芯、和在驱动所述第二螺线管线圈时被其吸引以使所述阀针产生行程的第二可动芯；

所述控制器在所述直喷发动机的运行状态位于所述高负荷区域内的、至少所述低速的区域时，驱动所述第一螺线管线圈及第二螺线管线圈两者。

4.根据权利要求1或2所述的直喷发动机，其特征在于，所述汽缸的几何压缩比设定为15以上。

5.根据权利要求3所述的直喷发动机，其特征在于，所述汽缸的几何压缩比设定为15以上。

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