CN104364506A - 火花点火直喷式发动机 - Google Patents

Abstract

在发动机本体的工作状态至少处于低负荷区域内的高负荷第一特定区域时，以及在发动机本体的工作状态至少处于高负荷区域内的高负荷第二特定区域时，控制器都以30MPa以上的高燃料压力至少在从所述压缩行程后期到所述膨胀行程初期这段时间内向气缸内喷射燃料。控制器还将第一特定区域内的EGR率设定得比第二特定区域内的EGR率高，并且让第一特定区域内的燃料开始喷射时刻比第二特定区域内的燃料开始喷射时刻提前。

Description

火花点火直喷式发动机

技术领域

这里公开的技术涉及一种火花点火直喷式发动机。

背景技术

从提高火花点火式汽油发动机的理论热效率这一方面来看，提高其几何压缩比是一有效的办法。例如专利文献1中记载了将几何压缩比设定在14以上的高压缩比火花点火直喷式发动机。高压缩比的发动机，当其工作区域处于低速域且包括最大负荷的高负荷域时容易爆燃。专利文献1还记载了在低速高负荷域调节进气阀的闭阀时间以降低有效压缩比这样的技术。因为能够避免爆燃，所以能够使点火时刻尽量提前，发动机扭矩提高。

例如,像在专利文献2中所记载的那样，作为能够同时提高尾气排放量和热效率的技术,对稀薄混合气进行压缩点火的燃烧方式已为众人所知。提高进行压缩点火燃烧的发动机的几何压缩比，就要分别提高压缩上止点压力和压缩上止点温度，有利于实现压缩点火燃烧的稳定化。另一方面，在低负荷一侧工作区域，即使能够进行压缩点火燃烧，但随着发动机的负荷提高，压缩点火燃烧将变成压力上升(dP/dt)的激烈过早点火。因此，从NVH(Noise Vibration Harshness)带来的限制来看，是难以将进行压缩点火燃烧的区域朝着高负荷一侧扩大的。因此，像在专利文献2中所记载的那样，即使是进行压缩点火燃烧的发动机，一般在高负荷一侧的工作区域，也不进行压缩点火燃烧，而进行由火花塞驱动的火花点火燃烧。

专利文献3记载了如下技术内容。根据发动机的工作状态，在切换压缩点火燃烧和火花点火燃烧的发动机中，在从压缩点火燃烧朝着火花点火燃烧切换的切换过度期，通过将EGR气体引入气缸内，并且使空燃比大于比理论空燃比，来避免爆燃。

专利文献1：日本公开特许公报2007-292050号公报

专利文献2：日本公开特许公报2007-154859号公报

专利文献3：日本公开特许公报2009-91994号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

高压缩比的火花点火式汽油发动机，在提高热效率这一点上是有利的，但是存在以下问题：当发动机的工作状态处于低速且中高负荷域时，容易导致过早点火、爆燃(例如尾气爆燃)等异常燃烧。

进行压缩点火燃烧的发动机受NVH的制约，要切换燃烧方式，以便在高负荷一侧的工作区域进行火花点火燃烧，但是也有以下要求：尽量在高负荷一侧进行尾气排放量性能、热效率皆优的压缩点火燃烧。

这里所公开的技术正是为解决所述问题而完成的。其目的在于：在几何压缩比设定在例如15以上较高的火花点火直喷式发动机中，既将在进行压缩点火燃烧的区域朝着高负荷一侧扩大，又避免进行火花点火燃烧的区域的异常燃烧。

－用于解决技术问题的技术方案－

过早点火是压缩行程中伴随着未燃混合气被压缩而产生的自我点火反应，爆燃是在混合气的燃烧过程中，由于既燃部分膨胀而导致混合气的未燃部分被压缩，该压缩引起的自我点火反应。现有的在进气行程中喷射燃料的发动机，从开始喷射燃料到燃烧结束为止的这段时间即未燃混合气的可反应时间较长。该较长的未燃混合气的可反应时间是导致过早点火及/或爆燃这样的异常燃烧的主要原因之一。本申请发明人发现了:如果在进行火花点火燃烧的区域内的高负荷域，在压缩上止点附近的时刻以较高的燃料压力向气缸内喷射燃料，则能够缩短未燃混合气的可反应时间，这在避免异常燃烧这一点上是很有效。

本申请发明人还发现：在压缩上止点附近的时刻以较高的燃料压力向气缸内喷射燃料这样的所述喷射方式，在进行压缩点火燃烧的区域内的高负荷区，在膨胀行程期间，能够稳定地进行压缩点火燃烧。而且，本申请发明人又发现：膨胀行程期间内的压缩点火燃烧对于避免气缸内急剧的压力上升是有效的。由此而完成了这里公开的技术。

具体而言，这里公开的火花点火直喷式发动机包括：发动机本体,其构成为具有几何压缩比设定在15以上的气缸、燃料喷射阀,其构成为向所述气缸内喷射燃料、燃料压力设定机构,其构成为设定由所述燃料喷射阀喷射的所述燃料的压力、火花塞,其面对所述气缸内部而设且对所述气缸内的混合气点火、排气回流系统,其构成为将排出气体引入所述气缸内、以及控制器,其构成为通过控制至少所述燃料喷射阀、所述燃料压力设定机构、所述火花塞以及所述排气回流系统来让所述发动机本体工作。

当所述发动机本体的工作状态处于规定的低负荷区域时,所述控制器利用对所述气缸内的混合气进行压缩点火的压缩点火燃烧来让所述发动机本体工作,并且当所述发动机本体的工作状态处于负荷高于所述低负荷区域的高负荷区域时,所述控制器让所述火花塞在规定的时刻工作以便利用火花点火燃烧让所述发动机本体工作。当所述发动机本体的工作状态至少处于所述低负荷区域内的、包括所述低负荷区域和所述高负荷区域的交界的规定的第一特定区域时,所述控制器对所述燃料喷射阀进行驱动,以便由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为30MPa以上的高燃料压力,且至少在从所述压缩行程后期到所述膨胀行程初期这段时间内向所述气缸内喷射燃料,并且,当所述发动机本体的工作状态至少处于所述高负荷区域内的、包括最大负荷的规定的第二特定区域时,所述控制器对所述燃料喷射阀进行驱动,以便由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为30MPa以上的高燃料压力,且至少在从所述压缩行程后期到所述膨胀行程初期这段时间内向所述气缸内喷射燃料,并且在该燃料喷射结束后所述控制器对所述火花塞进行驱动,来对所述气缸内的混合气进行火花点火。

所述控制器,通过对所述排气回流系统进行控制而将所述低负荷区域的所述第一特定区域内的EGR率设定成比所述高负荷区域的所述第二特定区域内的EGR率高,并且让所述第一特定区域内的燃料开始喷射时刻比所述第二特定区域内的燃料开始喷射时刻提前,所述EGR率是所述排气量在所述气缸内的所有气体量中所占的比例。

这里，可以将发动机本体的几何压缩比设定在15以上且例如20以下。

可以将“压缩冲程后期”定义为将压缩冲程分为初期、中期和后期这三个时期时的后期。同样，可以将“膨胀冲程初期”定义为将膨胀冲程分为初期、中期和后期这三个时期时的初期。

排气回流系统包括外部EGR系统和内部EGR系统。该外部EGR系统构成为让排出气体通过EGR通路回流到进气一侧。该内部EGR系统构成为将排出气体封闭在气缸内或者排到进气口或喷到排气口的排出气体再次吸到气缸内。

当发动机本体的工作区域处于相对的低负荷区域时，利用让气缸内的混合气进行压缩点火的压缩点火燃烧让发动机本体工作。因为发动机本体的几何压缩比设定在15以上的高压缩比上，所以压缩上止点压力和压缩上止点温度提高。高压缩上止点压力和高压缩上止点温度使压缩点火燃烧稳定化。

另一方面，压缩点火燃烧随着发动机本体的负荷升高而变成压力急剧上升的燃烧。在上述结构下，在进行压缩点火燃烧的低负荷区域内的第一特定区域，以至少30MPa以上的高燃料压力至少在从所述压缩行程后期到所述膨胀行程初期这段时间内向气缸内喷射燃料。第一特定区域是包括低负荷区域和进行火花点火燃烧的高负荷区域的边界的、所述低负荷区域内的高负荷一侧的区域。

提高燃料压力会增多每单位时间喷射的燃料量。在用同一燃料喷射量进行比较的情况下，与低燃料压力相比，高燃料压力会缩短向气缸内喷射燃料的时间，亦即喷射期间。这对于缩短从开始喷射燃料到压缩点火的时间有利。

高燃料压力有利于将喷向气缸内的雾状燃料微粒化，并且伴随着以高燃料压力向气缸内喷射燃料，会增强气体的紊流，在处于压缩上止点附近的气缸内气体的紊流能量升高。主要原因是，当活塞位于压缩上止点附近时会提高气缸内的雾状燃料的混合性。由此而能够迅速地形成比较均匀的可燃混合气。

通过这样至少在从所述压缩行程后期到所述膨胀行程初期这段时间内向气缸内喷射燃料，就能够避免压缩行程期间内的过早点火。而且，如上所述，因为在开始喷射燃料以后会迅速地形成比较均匀的可燃混合气，所以该均匀混合气会在压缩上止点以后可靠地压缩点火，在膨胀行程期间稳定地进行燃烧。在膨胀行程中，气缸内压力由于用电动机带动发动机空转(motoring)而逐渐降低，因此能够抑制压缩点火燃烧的压力上升，就会成为缓慢的燃烧。

此外，第一特定区域的燃料喷射可以分割进行。在该情况下，只要分割进行的多次燃料喷射中至少一次，在从所述压缩行程后期到所述膨胀行程初期这段时间内较晚的时刻进行即可。

在低负荷区域的第一特定区域，利用对排气回流系统进行控制将排出气体(亦即EGR气体)引入气缸内。膨胀行程中的压缩点火燃烧更加缓慢，对于避免急剧的压力上升更加有利。这样，就能够解除第一特定区域内的NVH的制约，将进行压缩点火燃烧的区域扩大到高负荷一侧。

另一方面，发动机本体的工作区域处于相对的高负荷区域时，发动机本体利用对气缸内的混合气进行火花点火而燃烧的火花点火燃烧工作。在高负荷区域的包含最大负荷的高负荷第二特定区域，和所述第一特定区域一样，以至少30MPa以上的高燃料压力至少在从所述压缩行程后期到所述膨胀行程初期这段时间内向气缸内喷射燃料。燃料的喷射期间由于高燃料压力而缩短，并且微粒化雾状燃料的混合性提高，可燃混合气在短时间内形成。此外也可以在第二特定区域以外的区域进行该特征性的燃料喷射。

在燃料喷射结束后的规定时刻驱动火花塞而对气缸内的混合气进行火花点火。可以将点火时刻定在例如压缩上止点以后的规定时刻。

如上所述，以高燃料压力向气缸内喷射燃料会提高气缸内的紊流能量，但是通过让燃料的喷射时刻在压缩上止点附近，从开始喷射到火花点火这段时间就会缩短，而能够在维持着高紊流能量的状态下开始火花点火燃烧。这会加快火炎传播从而缩短火花点火燃烧的燃烧期间。

就这样，在进行火花点火燃烧的高负荷区域的第二特定区域以高燃料压力且在压缩上止点附近较晚的时刻向气缸内喷射燃料，能够缩短喷射期间、缩短混合气形成期间以及燃烧期间。因为发动机本体的几何压缩比较高，所以该发动机容易在高负荷一侧的第二特定区域发生过早点火、爆燃等异常燃烧。但是，上述结构，通过缩短将喷射期间、混合气形成期间、以及燃烧期间合起来的混合气的可反应时间，而能够有效地避免过早点火、爆燃等异常燃烧。

当对低负荷区域的第一特定区域内的燃料喷射方式和高负荷区域的第二特定区域内的燃料喷射方式做了比较以后，低负荷区域的第一特定区域的燃料开始喷射时刻比高负荷区域的第二特定区域的燃料开始喷射时刻提前。这主要是因为低负荷区域的第一特定区域的EGR率和高负荷区域的第二特定区域的EGR率不同。也就是说，因为第一特定区域进行压缩点火燃烧并且是负荷相对较低的低负荷区域，所以能够将大量的EGR气体引入气缸内。因为能够借助大量的EGR气体将燃烧缓慢化，所以能够在可避免过早点火等异常燃烧的限度内使燃料喷射的开始时刻更早。其结果是，在第一特定区域，既能够确保均匀混合气的形成期间某种程度较长，提高点火性、燃烧稳定性，又能够让压缩点火的时刻延迟到压缩上止点以后，利用大量的EGR气体使燃烧缓慢化，且能够避免急剧的压力上升。

相反，第二特定区域是进行火花点火燃烧并且负荷相对较高的高负荷区域。从火花点火燃烧的稳定性的观点出发，因为不能够将大量的EGR气体引入气缸内，所以优选在第二特定区域，通过尽量地延迟燃料喷射的开始时刻来避免异常燃烧。

这里所公开的技术，包括：发动机本体,其构成为:具有几何压缩比设定在15以上的气缸、和能够往返移动地插在该气缸内且在其冠面形成有凹状腔室的活塞,燃料喷射阀,其构成为:当所述活塞位于压缩上止点附近时,能够向所述腔室内喷射燃料,燃料压力设定机构,其构成为设定由所述燃料喷射阀喷射的所述燃料的压力,火花塞,其面对所述气缸内而设且对所述气缸内的混合气进行点火,排气回流系统,其构成为将排出气体引入所述气缸内,以及控制器,其构成为通过控制至少所述燃料喷射阀、所述燃料压力设定机构、所述火花塞以及所述排气回流系统来让所述发动机本体工作。

在所述发动机本体的工作状态处于规定的低负荷区域时,所述控制器利用对所述气缸内的混合气进行压缩点火的压缩点火燃烧来让所述发动机本体工作,并且当所述发动机本体的工作状态处于负荷高于进行所述压缩点火燃烧的所述低负荷区域的高负荷区域时,所述控制器让所述火花塞在规定的时刻工作以便利用火花点火燃烧让所述发动机本体工作。当所述发动机本体的工作状态至少处于所述低负荷区域内的、包括所述低负荷区域和所述高负荷区域的交界的规定的第一特定区域时,所述控制器对所述燃料压力设定机构进行控制由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为30MPa以上的高燃料压力，且在向所述活塞的所述腔室内喷射所述燃料的时刻所述控制器对所述燃料喷射阀进行驱动。并且,当所述发动机本体的工作状态至少处于所述高负荷区域内的、包括最大负荷的规定的第二特定区域时,所述控制器对所述燃料压力设定机构进行控制由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为30MPa以上的高燃料压力，且在向所述活塞的所述腔室内喷射所述燃料的时刻所述控制器对所述燃料喷射阀进行驱动,并且在该燃料喷射结束后所述控制器对所述火花塞进行驱动,来对所述气缸内的混合气进行火花点火。

所述控制器,通过对所述排气回流系统进行控制而将所述低负荷区域的所述第一特定区域内的EGR率设定成比所述高负荷区域的所述第二特定区域内的EGR率高,并且让所述第一特定区域内的燃料开始喷射时刻比所述第二特定区域内的燃料开始喷射时刻提前,所述EGR率是所述排气量在所述气缸内的所有气体量中所占的比例。

在利用压缩点火燃烧让发动机本体工作的低负荷区域的第一特定区域，在以至少30MPa以上的高燃料压力将燃料喷射到形成于活塞的冠面的腔室内的那一时刻对燃料喷射阀进行驱动。如上所述，高燃料压力会缩短燃料的喷射期间，并且会促进雾状燃料的微粒化。通过以较高的燃料压力向腔室内喷射燃料，能够增强腔室内的气体流动，迅速地形成较均匀的混合气。因为向腔室内喷射燃料的时刻相当于活塞位于压缩上止点附近的那一时刻，所以在压缩上止点以后较均匀的混合气会可靠地压缩点火，在膨胀行程中稳定地燃烧。

因为在低负荷区域的第一特定区域将排出气体引入气缸内，所以膨胀行程中的压缩点火燃烧变得更加缓慢，更有利于避免急剧的压力上升。

就这样解除了第一特定区域内的NVH的制约，因此所述结构有利于将进行压缩点火燃烧的低负荷区域扩大到高负荷一侧。

特别是，在该结构下，因为发动机本体的几何压缩比被设定为15以上的高压缩比，所以当活塞在压缩上止点附近时燃烧室的容积可以较小。在该时刻向腔室内喷射高燃料压力燃料，会提高腔室内空气的利用率，对于迅速形成均匀混合气是有利的。也就是说，几何压缩比较高的发动机本体中，压缩点火燃烧的点火性和稳定性提高。

在利用火花点火燃烧让发动机本体工作的高负荷区域的第二特定区域，在以至少30MPa以上的高燃料压力将燃料喷射到形成于活塞的冠面的腔室内的那一时刻对燃料喷射阀进行驱动。因此而会缩短燃料的喷射期间，并且会促进雾状燃料的微粒化；腔室内的气体流动会增强，会在短时间内形成可燃混合气；因为在维持着腔室内的強紊流能量的情况下利用火花点火开始燃烧,所以燃烧期间缩短。其结果是,既能够确保燃烧稳定性,又能够有效地避免过早点火、爆燃等异常燃烧。

在进行火花点火燃烧的高负荷区域的第二特定区域，也是以高燃料压力向腔室内喷射燃料，会提高腔室内空气的利用率，在高几何压缩比的发动机本体中有助于火花点火燃烧的稳定性。

在该结构下，也是在低负荷区域的第一特定区域将相对较多的EGR气体引入气缸内。这样一来，就能够使燃料喷射的开始时刻进一步提前，形成更加均匀的混合气，既能够提高点火性、燃烧稳定性，又能够避免急剧的压力上升。在高负荷区域的第二特定区域，将相对较少的EGR气体引入气缸内，另一方面，通过尽量地延迟燃料喷射的开始时刻即能够避免异常燃烧。

可以是这样的，所述排气回流系统包括外部EGR系统和内部EGR系统,该外部EGR系统构成为经由使所述发动机本体的排气通路和进气通路连通的EGR通路让所述排出气体回流到所述气缸内,该内部EGR系统利用对所述发动机本体的进气阀和排气阀进行的开关控制让所述排出气体回流到所述气缸内。所述控制器,在所述低负荷区域的所述第一特定区域内经由所述外部EGR系统的EGR通路将已冷却的所述排出气体引入所述气缸内。

因为第一特定区域是负荷较高的区域，所以气缸内温度变得比较高，压缩点火燃烧的压力上升变得急剧。于是，在该第一特定区域内，经由外部EGR系统的EGR通路将已冷却的所述排出气体引入所述气缸内。因此而能够抑制气缸内温度上升，避免过早点火等异常燃烧、压缩点火燃烧的压力急剧上升。

可以是这样的，所述排气回流系统构成为:能够将所述排出气体已被冷却的冷EGR气体、和温度比所述冷EGR气体高的热EGR气体引入所述气缸内。所述控制器,在所述低负荷区域的所述第一特定区域内通过所述排气回流系统至少将所述冷EGR气体引入所述气缸内。所述控制器,在所述低负荷区域且负荷低于所述第一特定区域的规定的最低负荷区域内通过所述排气回流系统仅将所述热EGR气体引入所述气缸内。

因此，与以上所述一样，在负荷较高的第一特定区域，通过将冷EGR气体引入气缸内能够避免过早点火等异常燃烧、压缩点火燃烧的压力急剧上升。相对于此，在负荷比第一特定区域低的规定最低负荷区域，仅将热EGR气体引入气缸内。这对于提高气缸内温度，从而提高压缩点火的点火性都是有利的。

可以是这样的，所述控制器,在所述低负荷区域内的除所述第一特定区域以外的区域、以及所述高负荷区域内的规定转速以上的高速域对所述燃料喷射阀进行驱动,以便至少在从进气行程到所述压缩行程中期这段时间内进行燃料喷射。

低负荷区域内的所述第一特定区域以外的区域是低负荷区域内的负荷较低的区域。在该区域，因为气缸内温度相对较低，所以原本就能够避免压缩点火燃烧造成的压力急剧上升。于是，在该区域，至少在从进气行程到压缩行程中期这段时间内进行燃料喷射。在该情况下，在进气流动较强的期间内喷射燃料，并且确保混合气形成期间足够长，因此会形成均匀的混合气。因为在活塞位置远离上止点时喷射燃料，所以气缸内的空气利用率也会提高。其结果是，能够谋求压缩点火的点火性提高、压缩点火燃烧的稳定性提高。

在进行火花点火燃烧的高负荷区域内的规定转速以上的高速域，也是至少在从进气行程到压缩行程中期这段时间内喷射燃料。其理由如下。也就是说，让燃料喷射时刻延迟，对于避免在曲轴角旋转同样的角度所需要的时间长的发动机的低速域发生异常燃烧是有效的。但是，在发动机的高速域，因为曲轴角旋转同样的角度所需要的时间短，所以让燃料的喷射时刻延迟而使未燃混合气的可反应时间短缩的优点减少。如果让燃料的喷射时刻延迟到压缩上止点附近，那么在压缩行程中就会对比热比较高的空气进行压缩，压缩上止点温度大幅度升高，对于爆燃不利。

于是，在高负荷区域的规定转速以上的高速域，至少在从进气行程到压缩行程中期这段时间内喷射燃料。这样一来，在压缩行程中就会对包括燃料的气体进行压缩。因为该气体的比热比较低，所以能够抑制温度伴随着气缸内的气体压缩而上升，从而能够将压缩上止点温度抑制得较低。其结果是，在高负荷区域的高速域会有效地避免异常燃烧。

可以是这样的，所述控制器,在所述低负荷区域内的除所述第一特定区域以外的区域、以及所述高负荷区域内的在规定转速以上的高速域,在向所述活塞的所述腔室外喷射喷向所述气缸内的燃料的至少一部分的那一时刻对所述燃料喷射阀进行驱动。

喷向气缸内的燃料的至少一部分被喷向活塞的腔室外的时刻是活塞位置离开压缩上止点的时刻。这与在从进气行程到压缩行程中期这段时间内喷射燃料是等效的。

因此，通过在燃料的至少一部分在喷向活塞的腔室外的时刻喷射燃料，在低负荷区域内的除第一特定区域以外的、负荷较低的区域，既提高空气利用率，又形成更均匀的混合气，压缩点火的点火性和压缩点火燃烧的稳定性提高。在高负荷区域内的高速域，通过将压缩上止点温度抑制得较低，就能够有效地避免异常燃烧。

可以是这样的，至少在所述低负荷区域内的除所述第一特定区域以外的区域,所述控制器对所述燃料压力设定机构进行控制而由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定成低于30MPa。

当在从进气行程到压缩行程中期这段时间内进行燃烧喷射时，不需要30MPa以上的高燃料压力。因此，至少在低负荷区域内的除第一特定区域以外的区域将燃料压力设定得较低。这样做将有利于抑制为提高燃料压力的能量，有利于降低耗油量。

可以是这样的，所述燃料压力设定机构包括由所述发动机本体驱动且能够调节所述燃料的压力的燃料泵。

这样做以后，如上所述，在将燃料压力设定得较低的区域燃料泵的驱动力降低了多少，就能够使发动机本体的驱动力随之降低多少，从而能够谋求耗油量降低。

可以是这样的，所述燃料喷射阀布置在所述气缸的中心轴上，并且所述燃料喷射阀构成为能够放射状地喷射燃料。

因为在向气缸内喷射燃料之际，多喷口型燃料喷射阀加强了气缸内(或腔室内)气体流动的紊流能，所以在将几何压缩比设定得较高，伴随于此，活塞位于压缩上止点时燃烧室容积较小的发动机本体，对于提高空气利用率，充分发挥所述各作用效果是有利的。

－发明的效果－

如上所述，该火花点火直喷式发动机，在进行压缩点火燃烧的低负荷区域的第一特定区域、和进行火花点火燃烧的高负荷区域的第二特定区域，分别以30MPa以上的高燃料压力、至少在压缩行程后期到膨胀行程初期这段时间内向气缸内喷射燃料。这样一来，就能够避免在第一特定区域由于压缩点火燃烧而导致压力急剧上升，能够将在进行压缩点火燃烧的区域扩大到高负荷一侧。另一方面，在第二特定区域能够避免异常燃烧等。

附图说明

【图1】图1是示出火花点火直喷式发动机结构的示意图。

【图2】图2是与火花点火直喷式发动机的控制相关的方框图。

【图3】图3是放大示出燃烧室的剖视图。

【图4】图4是示出发动机工作区域之例的图。

【图5A】图5A是在CI模式下进行进气行程喷射时燃料喷射时刻之一例、伴随于此的CI燃烧的产热率的示例。

【图5B】图5B是在CI模式下进行高压点火滞后喷射时燃料喷射时刻之一例、伴随于此的CI燃烧的产热率的示例。

【图5C】图5C是在SI模式下进行高压点火滞后喷射时燃料喷射时刻和点火时刻之一例、伴随于此的SI燃烧的产热率的示例。

【图5D】图5D是在SI模式下进行进气行程喷射和高压点火滞后喷射这样的分割喷射时，燃料喷射时刻和点火时刻之一例、伴随于此的SI燃烧的产热率的示例。

【图6】图6是对高压点火滞后喷射带来的SI燃烧状态和现有SI燃烧状态进行比较的图。

【图7】图7(a)示出气缸内的气体组成与发动机负荷之间的关系，图7(b)示出开始压缩温度与发动机负荷之间的关系，图7(c)示出氧浓度与发动机负荷之间的关系，图7(d)示出外部EGR在进气中所占的比例与发动机负荷之间的关系。

【图8】图8(a)示出气缸内的气体组成与发动机负荷之间的关系，图8(d)示出外部EGR在进气中所占的比例与发动机负荷之间的关系，图8(e)示出排气阀开关时刻与发动机负荷之间的关系，图8(f)示出进气阀开关时刻与发动机负荷之间的关系，图8(g)示出进气阀升程量与发动机负荷之间的关系。

【图9】图9(a)示出气缸内的气体组成与发动机负荷之间的关系，图9(d)示出外部EGR在进气中所占的比例与发动机负荷之间的关系，图9(h)节气阀开度与发动机负荷之间的关系，图9(i)示出EGR阀开度与发动机负荷之间的关系，图9(j)示出EGR冷却器旁路阀开度与发动机负荷之间的关系。

【图10】图10(a)示出气缸内的气体组成与发动机负荷之间的关系，图10(k)示出燃料的开始喷射时刻与发动机负荷之间的关系，图10(l)示出燃料压力与发动机负荷之间的关系，图10(m)示出点火时刻与发动机负荷之间的关系。

【图11】图11是示出吸排气阀的开关时刻与内部EGR率之间的关系的图。

【图12】图12是示出规定转速下EGR率和发动机负荷之间的关系的图。

【图13】图13是示出构造与图1不同的火花点火直喷式发动机的构造的示意图。

【图14】图14是示出图13所示火花点火直喷式发动机的排气歧管的构造的侧视图。

【图15】图15是示出图13所示火花点火直喷式发动机的排气歧管所具有的独立排气通路的构造的侧视图。

【图16】图16示出图13所示火花点火直喷式发动机的排气歧管所具有的旁路通路的构造的侧视图。

【图17】图17是沿图15中的A-A线剖开的剖视图。

【图18】图18是与图13所示火花点火直喷式发动机的控制相关的方框图。

【图19】图19(a)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中缸内的气体组成与发动机负荷之间的关系，图19(b)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中该发动机中开始压缩温度与发动机负荷之间的关系，图19(c)在图13所示的火花点火直喷式发动机中氧浓度示出与发动机负荷之间的关系，图19(d)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中外部EGR在进气中所占的比例与发动机负荷之间的关系。

【图20】图20(a)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中缸内的气体组成与发动机负荷之间的关系，图20(d)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中外部EGR在进气中所占的比例与发动机负荷之间的关系，图20(e)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中排气阀开关时刻与发动机负荷之间的关系，图20(f)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中进气阀开关时刻与发动机负荷之间的关系，图20(g)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中进气阀升程量与发动机负荷之间的关系。

【图21】图21(a)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中缸内的气体组成与发动机负荷之间的关系，图21(d)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中外部EGR在进气中所占的比例与发动机负荷之间的关系，图21(h)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中节气阀开度与发动机负荷之间的关系，图21(i)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中EGR阀开度与发动机负荷之间的关系，图21(j)示出在图13所示的火花点火直喷式发动机中流通切换阀开度与发动机负荷之间的关系。

【图22】图22是示出与构造与图2、图18不同的火花点火直喷式发动机的控制相关的方框图。

【图23】图23(a)示出在图22所示的火花点火直喷式发动机中缸内的气体组成与发动机负荷之间的关系，图23(d)示出在图22所示的火花点火直喷式发动机中外部EGR在进气中所占的比例与发动机负荷之间的关系，图23(e)示出在图22所示的火花点火直喷式发动机中排气阀开关时刻与发动机负荷之间的关系，图23(f)示出在图22所示的火花点火直喷式发动机中进气阀开关时刻与发动机负荷之间的关系，图23(g)示出在图22所示的火花点火直喷式发动机中进气阀升程量与发动机负荷之间的关系。

【图24A】图24A是示出进气阀和排气阀在从最低负荷到负荷T1这一负荷区域内的开阀特性的图。

【图24B】图24B是示出进气阀和排气阀在从负荷T1到T3这一负荷区域内的开阀特性的图。

【图24C】图24C是示出进气阀和排气阀在从负荷T3到T5这一负荷区域内的开阀特性的图。

【图24D】图24D是示出进气阀和排气阀在从负荷T5到T6这一负荷区域内的开阀特性的图。

【图24E】图24E是示出进气阀和排气阀在超过负荷T6的高负荷区域内的开阀特性的图。

具体实施方式

下面，参照附图对火花点火直喷式发动机的实施方式进行说明。以下优选实施方式是示例。图1、图2示出发动机(发动机本体)1的简略构造。该发动机1是火花点火式汽油发动机，安装在车辆上，并且将至少含汽油的燃料供向该发动机1。发动机1具有：设置有多个气缸18的气缸体11(此外，图1中仅示出一个气缸，例如四个气缸直列设置)、设置在该气缸体11上的气缸盖12、以及设置在该气缸体11下侧且贮存有润滑油的油底壳13。活塞14嵌插在各气缸18内能够做往复运动，活塞14经由连杆142与曲轴15相连结。如图3放大所示，在活塞14的顶面上形成有形状与柴油发动机的凹形燃烧室一样的腔室141。当活塞14位于压缩上止点附近时，腔室141与后述的燃料喷射器67相对。气缸盖12、气缸18、具有腔室141的活塞14对燃烧室11进行划分。此外，燃烧室19的形状并不限于图示之例。例如，腔室141的形状、活塞14的顶面形状以及燃烧室19顶部的形状等都可以适当地做改变。

出于提高理论热效率以及实现后述的压缩点火燃烧的稳定化等目的，将该发动机1的几何压缩比设定在15以上，较高。此外，几何压缩比可以在15以上20以下左右的范围内适当地做改变。

每一个气缸18都在气缸盖12上形成有进气口16和排气口17，并且在这些进气口16上设置有将燃烧室19侧的开口打开、关闭的进气阀21，在这些排气口17上设置有将燃烧室19侧的开口打开、关闭的排气阀22。

在排气侧设置有可变机构(以下称为VVL(Variable ValveLift))71(参照图2)，该可变机构71是将排气阀22的工作模式切换为正常模式和特殊模式的、例如油压工作式机构。VVL71的详细结构省略图示，该VVL71包括具有一个凸轮尖(cam nose cam lobe)的第一凸轮和具有两个凸轮尖的第二凸轮的凸轮轮廓不同的两种凸轮、以及有选择地将第一凸轮与第二凸轮中任一凸轮的工作状态传递给排气阀的空转机构。在将第一凸轮的工作状态传递给排气阀22时，排气阀22在在排气冲程中仅打开一次的正常模式下工作，相对于此，在将第二凸轮的工作状态传递给排气阀22时，排气阀22在在排气冲程中打开且在进气冲程中也打开的、所谓的排气阀打开两次这样的特殊模式下工作。VVL71的正常模式和特殊模式根据发动机的工作状态进行切换。具体而言，特殊模式在进行与内部EGR相关的控制之际使用。在以下说明中，有时候，将让VVL71在正常模式下工作，排气阀不打开两次这一情况称为“将VVL71接通(ON)”；将让VVL71在特殊模式下工作、排气阀打开两次这一情况称为“将VVL71切断(off)”。此外，还可以采用能够在这样的正常模式和特殊模式之间进行切换，由电磁执行元件驱动排气阀22那样的电磁驱动式气门传动系。内部EGR的执行并非仅能靠排气阀打开两次才可以实现。例如，既可以将进气阀21打开两次，通过让进气阀打开两次来对内部EGR进行控制，也可以通过设定在排气冲程和进气冲程中将进气阀21和排气阀22都关闭的负重合时间来进行让既燃气体残留在气缸18内那样的内部EGR控制。

与具有VVL71的排气侧气门传动系相比，在进气侧设置有：被称为能够改变进气凸轮轴相对于曲轴15的旋转相位的变相位机构(以下称为VVT(Variable Valve Timing))72、能够连续地改变进气阀21的升程量的连续变升程机构(以下称为CVVL(Continuously Variable Valve Lift))73，如图2所示。VVT72只要适当地采用液压式、电磁式或机械式公知构造即可，其详细结构的图示省略。CVVL73也可以适当地采用公知的各种构造，其详细结构的图示省略。能够利用VVT72和CVVL73改变进气阀21的开阀时刻、关阀时刻以及升程量。

在每一个气缸18的气缸盖12上都设置有将燃料直接喷射到气缸18内的燃料喷射器(injector)67。如图3放大所示，燃料喷射器67被设置成其喷口从燃烧室19顶面中央部分指向该燃烧室19的内部。燃料喷射器67在根据发动机1的工作状态设定的喷射时刻将喷射量与发动机1的工作状态相对应的燃料直接喷到燃烧室19内。在该例中，虽然燃料喷射器67的详情省略图示，但该燃料喷射器67是具有多个喷口的多喷口式燃料喷射器。因此，燃料喷射器67是以雾状燃料从燃烧室19的中央部分放射状地扩展的方式进行燃料喷射。如图3中箭头所示，从燃烧室19的中央部分放射状扩展着喷射出的雾状燃料在活塞14位于压缩上止点附近的时刻沿着形成在活塞顶面的腔室141的壁面流动。换句话说，所形成的腔室141保证将在活塞14位于压缩上止点附近的时刻喷射出的雾状燃料收进其内部。该多喷口式燃料喷射器67和腔室141相结合的构造，对于缩短燃料喷射后形成混合气的时间和缩短燃烧期间这两方面来说都是有利的。此外，燃料喷射器67并不限于该多喷口式，采用外开阀式燃料喷射器也是可以的。

未图示的燃料箱和燃料喷射器67经由燃料供给路径相互连接起来。该燃料供给路径上设置有燃料供给系统62，该燃料供给系统62包括燃料泵63和高压共轨(common rail)64，能够以较高的燃料压力将燃料供向燃料喷射器67。燃料泵63将燃料从燃料箱压送到高压共轨64，该高压共轨64以较高的燃料压力将压送来的燃料储存起来。燃料喷射器67通过打开阀而将储存在高压共轨64内的燃料从燃料喷射器67的喷口喷射出来。这里，省略图示燃料泵63，但它是柱塞式的，由发动机1驱动。结构上包括发动机驱动泵的燃料供给系统62能够将燃料压力在30MPa以上的高压燃料供向燃料喷射器67。可以将燃料压力设定在120MPa以上。如后所述，根据发动机1的工作状态改变供向燃料喷射器67的燃料的压力。此外，燃料供给系统62并不限于该结构。

如图3所示，气缸盖12上还安装有对燃烧室19内的混合气进行点火的火花塞25。在该例中，该火花塞25从发动机的排气一侧朝着斜下方延伸，穿过气缸盖12。如图3所示，火花塞25的顶端对着位于压缩上止点的活塞14的腔室141而设。

如图1所示，进气通路30以与各气缸18的进气口16连通的方式连接在发动机1的一侧面上。另一方面，将来自各气缸18的燃烧室19内的既燃气体(尾气)排出去的排气通路40连接在发动机1的另一侧面上。

在进气通路30的上游端部设置有对吸入空气进行过滤的空气滤清器31。在进气通路30的下游端附近设置有稳压罐(surge tank)33。将位于该稳压罐33的下游侧的进气通路30确定为分支给每一个气缸18的独立通路，各独立通路的下游端分别与各气缸18的进气口16相连接。

在进气通路30上的空气滤清器31和稳压罐33之间设置有将空气冷却或者加热的水冷式中间冷却器/加热器34、以及调节对各气缸18的吸入空气量的节气阀36。将中间冷却器/加热器34旁路的中间冷却器旁路通路35与进气通路30相连接。在该中间冷却器旁路通路35上设置有用于调节通过该通路35的空气流量的中间冷却器旁路阀351。通过调节中间冷却器旁路阀351的开度来调节通过中间冷却器旁路通路35的空气流量和通过中间冷却器/加热器34的空气流量之比，就能够调节引入气缸18内的新空气的温度。

排气通路40的上游侧部分由排气歧管构成，该排气歧管具有为每一个气缸18分支且与排气口17外侧端相连接的独立通路、和该各独立通路集合在一起的集合部。在排气通路40的比排气歧管更靠近下游的下游一侧连接有位于发动机附近的催化装置41和位于驾驶员脚下的脚下催化装置(underfoot catalyst)42，它们都是对尾气中的有害成分进行净化的尾气净化装置。发动机附近的催化装置41和驾驶员脚下的脚下催化装置42分别包括筒状壳和布置在该壳内的流路上的例如三效催化剂。

稳压罐33和节气阀36之间的那部分进气通路30和比发动机附近的催化装置41更靠近上游侧的那部分排气通路40，通过用于让一部分尾气回流到进气通路30的EGR通路50相连接。该EGR通路50由主通路51和EGR冷却器旁路通路53构成，在该主通路51上布置有用发动机冷却水对尾气进行冷却的EGR冷却器52，该EGR冷却器旁路通路53用于将EGR冷却器52旁路。主通路51上设置有用于调节回流到进气通路30内的尾气回流量的EGR阀511，在EGR冷却器旁路通路53上设置有EGR冷却器旁路阀531，该EGR冷却器旁路阀531用于调节流过EGR冷却器旁路通路53的尾气的流量。

按以上所述构成的发动机1由动力控制模块(以下称为PCM)10控制。PCM10由具有CPU、存储器、计时器组、接口以及连接这些单元的总线的微处理器构成。该PCM10构成控制器。

如图1、图2所示，各种传感器SW1～SW16的检测信号输入PCM10。该各种传感器包括以下传感器。这些传感器是：在空气滤清器31的下游侧检测新气流量的空气流量传感器SW1和检测新气温度的进气温度传感器SW2、设置在中间冷却器/加热器34下游侧且检测通过中间冷却器/加热器34后的新气温度的第二进气温度传感器SW3、设置在EGR通路50的与进气通路30相连接的连接部附近且检测外部EGR气体温度的EGR气体温度传感器SW4、安装在进气口16处且检测即将流入气缸18内的进气温度的进气口温度传感器SW5、安装在气缸盖12上且检测气缸18内的压力的缸内压力传感器SW6、设置在排气通路40的与EGR通路50相连接的连接部附近且分别检测排气温度和排气压力的排气温度传感器SW7和排气压力传感器SW8、设置在发动机附近的催化装置41的上游侧且检测排气中的氧浓度的线性O2传感器SW9、设置在发动机附近的催化装置41和脚下催化装置42之间且检测排气中的氧浓度的λ式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、检测与车辆踏板(图示省略)的操作量相对应的油门开度的油门开度传感器SW13、进气侧和排气侧的凸轮角传感器SW14、SW15、以及安装在燃料供给系统62的高压共轨64上且检测供向燃料喷射器67的燃料的压力的燃料压力传感器SW16。

PCM10通过根据这些检测信号进行各种运算来判断发动机1、车辆的状态，再根据该判断结果将控制信号输出给燃料喷射器67、第二火花塞25、进气阀一侧的VVT72和CVVL73、排气阀一侧的VVL71、燃料供给系统62以及各种阀(例如节气阀36、中间冷却器旁路阀351、EGR阀511以及EGR冷却器旁路阀531)的执行元件。PCM10就这样让发动机1工作。

图4示出发动机1工作区域之一例。该发动机1出于降低耗油量、提高尾气排放性能的目的，在发动机负荷相对较低的低负荷区，不用火花塞25点火，而进行靠压缩自我点火进行燃烧的压缩点火燃烧。但是，随着发动机1负荷的提高，压缩点火燃烧的燃烧会变得过于剧烈，而会引起例如燃烧噪音等问题。因此，该发动机1在发动机负荷相对较高的高负荷域，让压缩点火燃烧停止，切换为用火花塞25进行的火花点火燃烧。发动机1构成为:在根据发动机1的工作状态特别是发动机1的负荷进行压缩点火燃烧的压缩点火CI(Compression Ignition)模式、和进行火花点火燃烧的火花点火SI(Spark Ignition)模式之间进行切换。但是，模式切换的交界线并不限于图中所示之例。

进一步根据发动机负荷的高低将CI模式分为三个区域。具体而言，在CI模式下负荷最低的区域(1)，为提高压缩点火燃烧的点火性和稳定性，将温度相对较高的热EGR气体引入进气缸18内。将VVL71接通(ON)，让排气阀22进行在进气行程中打开的排气阀打开两次，由此来进行上述工作，详情后述。热EGR气体的引入对于提高气缸18内的压缩上止点温度，在轻负荷即区域(1)提高压缩点火燃烧的点火性和稳定性是有利的。如图5A所示，在区域(1)，至少在从进气行程到压缩行程中期这段时间内，由燃料喷射器67向气缸18内喷射燃料，由此形成均匀的稀薄混合气。可以将混合气的空气过剩率λ设定在例如2.4以上。这样设定以后，就能够抑制RawNOx的生成，从而能够提高尾气排放性能。如图5A所示，该浓混合气在压缩上止点附近进行压缩自我点火。

详情后述，在区域(1)中的负荷较高的区域，具体而言，在包括区域(1)和区域(2)的交界的区域，至少在从进气行程到压缩行程中期这段时间内向气缸18内喷射燃料，但是将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)。将混合气的空燃比设定为理论空燃比以后，既能够使用三效催化剂，同时如后所述，能够将对SI模式和CI模式的切换进行的控制简单化，而且，还能够对将CI模式扩大到高负荷一侧做出贡献。

在CI模式下，在负荷比区域(1)高的区域(2)，与区域(1)的高负荷一侧一样至少在从进气行程到压缩行程中期这段时间内向气缸18内喷射燃料(参照图5A)，形成均匀的为理论空燃比(λ≈1)的混合气。

在区域(2)，因为气缸18内的温度伴随着发动机负荷的上升自然地升高，所以为避免过早点火而让热EGR气体量减少。这是通过调节引入气缸18内的内部EGR气体量来进行的，详情后述。通过调节对EGR冷却器52进行旁路的外部EGR气体量，热EGR气体量也会得到调节。

在区域(2)，将温度相对较低的冷EGR气体引入气缸18内。通过这样以适当的比例将高温热EGR气体和低温冷EGR气体引入气缸18内，来适当地确定气缸18内的压缩上止点温度，则既能够确保压缩点火的点火性，又能够避免剧烈的燃烧，以谋求压缩点火燃烧的稳定化。此外，在将混合气的空燃比设定为λ≈1的条件下尽可能地将EGR率设定得较高，该EGR率是被引入气缸18内的热EGR气体和冷EGR气体合在一起的EGR气体的比例。因此，在区域(2)，因为燃料喷射量伴随着发动机负荷増大而增大，所以EGR率逐渐降低。

在包括CI模式和SI模式的切换交界线的、CI模式下负荷最高的区域(3)，因为气缸18内的压缩上止点温度进一步升高，所以如果像在区域(1)、区域(2)那样，在从进气行程到压缩行程中期这段时间内向气缸18内喷射燃料，就会引起过早点火等异常燃烧。另一方面，如果大量地引入温度较低的冷EGR气体而让气缸内的压缩上止点温度降低，压缩点火的点火性就会恶化。也就是说，仅对气缸18内的温度进行控制难以稳定地进行压缩点火燃烧，所以在该区域(3)，不仅对气缸18内的温度进行控制，还对燃料喷射方式做了改进，由此来避免过早点火等异常燃烧，谋求压缩点火燃烧的稳定化。具体而言，与现有技术相比，该燃料喷射方式，以大幅度地高压力化了的燃料压力，在如图5B所示，至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的这段时间内(以下，称这段时间为点火滞后期间)内，向气缸18内喷射燃料。在以下说明中，将该特征性的燃料喷射方式称为“高压点火滞后喷射”或简单地称为“点火滞后喷射”。这样的高压点火滞后喷射，既能够避免在区域(3)发生的异常燃烧，又能够谋求压缩点火燃烧的稳定化。有关该高压点火滞后喷射的详细情况后述。

和区域(2)一样，在区域(3)以适当的比例将高温热EGR气体和低温冷EGR气体引入气缸18内。这样来适当地设定气缸18内的压缩上止点温度，以谋求压缩点火燃烧的稳定化。

针对根据发动机负荷的高低分为三个区域的CI模式，SI模式根据发动机转速的高低分为区域(4)和区域(5)这两个区域。图例中，区域(4)相当于将发动机1的工作区域分为低速、高速两个区域时的低速域，区域(5)相当于高速域。区域(4)和区域(5)的交界线在图4所示的工作区域中，相对于负荷轴朝着转速方向倾斜，但是区域(4)和区域(5)的交界之例不限于图中所示。

与区域(2)和区域(3)一样，在区域(4)和区域(5)各区域，混合气被设定为理论空燃比(λ≈1)。因此，混合气的空燃比跨越CI模式和SI模式的交界被固定在理论空燃比(λ≈1)上。这样就有可能使用三效催化剂。在区域(4)和区域(5)，详情后述，基本上将节气阀36完全打开，另一方面，通过调节EGR阀511的开度来调节引入气缸18内的新气量和外部EGR气体量。这样调节引入气缸18内的气体比例能够降低泵损失，而且通过将大量的EGR气体引入气缸18内，还能够将火花点火燃烧的燃烧温度抑制得较低，也能够谋求冷却损失的减少。在区域(4)和区域(5)，将主要通过EGR冷却器52而被冷却的外部EGR气体引入气缸18内。这既有利于避免异常燃烧，又有利于抑制Raw NOx的生成。此外，在最大负荷域，将EGR阀511关闭来让外部EGR变成0。

如上所述，该发动机1的几何压缩比被设定在15以上(例如18)。因为较高的压缩比使压缩上止点温度和压缩上止点压力升高，所以在CI模式下的特别是低负荷区域(例如区域(1))，对压缩点火燃烧的稳定化有利。另一方面，该高压缩比发动机1在高负荷域即SI模式下，存在产生过早点火、爆燃等异常燃烧这样的问题。

因此，该发动机1，在SI模式下的区域(4)、区域(5)是通过进行所述高压点火滞后喷射来避免异常燃烧的。更详细而言，在区域(4)，如图5C所示，以30MPa以上的高燃料压力在从压缩行程后期到膨胀行程初期这一点火滞后期间内，仅进行向气缸18内喷射燃料的高压点火滞后喷射。相对于此，在区域(5)，如图5D所示，在进气阀21打开的进气行程期间内向气缸18内喷射要喷射燃料的一部分，并且在点火滞后期间内向气缸18内喷射剩余的燃料。也就是说，在区域(5)进行燃料的分割喷射。这里，进气阀21打开的进气行程期间，不是根据活塞位置定义的期间，而是根据进气阀的开关定义的期间。这里所说的进气行程是由CVVL73、VVT72改变的进气阀21的关闭时刻与活塞到达进气下止点的时刻错开的情况。

接下来，参照图6对SI模式下的高压点火滞后喷射做说明。图6是对利用所述高压点火滞后喷射进行的SI燃烧(实线)、现有的在进气行程中进行燃料喷射的SI燃烧(虚线)的、产热率(上图)和未燃混合气反应进行度(下图)的不同点进行比较的图。图6的横轴表示曲轴角。作为该比较的前提，发动机1的工作状态都在高负荷低速域(亦即区域(4))，喷射的燃料量在利用高压点火滞后喷射进行的SI燃烧和现有的SI燃烧的情况下彼此相同。

首先，在现有的SI燃烧下，在进气行程中向气缸18内喷射规定量的燃料(上图中的虚线)。在燃料喷射后，活塞14到达压缩上止点的那段时间内，在气缸18内形成了比较均匀的混合气。并且，在该例中，在压缩上止点以后的圆圈表示的规定的时刻点火，燃烧由此而开始。燃烧开始后，如在图6中的上图中虚线所示的那样，燃烧通过产热率的峰值后结束。从开始喷射燃料到燃烧结束这段时间相当于未燃混合气的可反应时间(以下，有时候简称为可反应时间)。如在图6的下图中长虚线所示，在该时间段内未燃混合气的反应不断地进行下去。该图中的短虚线示出了未燃混合气实现点火时的反应度即点火阈值，现有的SI燃烧与低速域相结合，可反应时间非常长，在这段时间内，未燃混合气的反应继续进行，所以在点火前后未燃混合气的反应度超过了点火阈值，引起了过早点火或者爆燃等异常燃烧。

相对于此，高压点火滞后喷射的目的在于缩短可反应时间，由此来避免异常燃烧。也就是说,图6中也示出,可反应时间是燃料喷射器67喷射燃料的期间((1)喷射期间)、喷射结束后到在火花塞25周围形成可燃混合气的期间((2)混合气形成期间)、以及到通过点火而开始的燃烧结束的期间((3)燃烧期间)合在一起的时间,亦即(1)+(2)+(3)。高压点火滞后喷射会将喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间分别缩短,由此来缩短可反应时间。依次对此做说明。

首先，高燃料压力会使每单位时间从燃料喷射器67喷射的燃料量相对较多。因此，在使燃料喷射量一定的情况下，燃料压力和燃料的喷射期间之间的关系大致是燃料压力越低，喷射期间越长；燃料压力越高，喷射期间越短。因此，所设定的燃料压力大幅度地高出现有技术的高压点火滞后喷射会缩短喷射期间。

高燃料压力有利于将喷射到气缸18内的雾状燃料微粒化，而且还会使雾状燃料的飞翔距离更长。因此，燃料压力和燃料蒸发时间之间的关系大致是燃料压力越低，燃料蒸发时间越长；燃料压力越高，燃料蒸发时间越短。燃料压力和到雾状燃料到达火花塞25周围的时间之间的关系是，燃料压力越低，到达时间越长；燃料压力越高，到达时间越短。因为混合气形成期间是燃料蒸发时间和雾状燃料到达火花塞25周围的时间合起来的时间，所以燃料压力越高，混合气形成期间越短。因此，所设定的燃料压力大幅度地高出现有技术的高压点火滞后喷射会缩短燃料蒸发时间和雾状燃料到达火花塞25周围的时间。其结果是，会缩短混合气形成期间。相对于此，如该图中圆圈所示，现有的在低燃料压力下的进气行程喷射的混合气形成期间大幅度加长。此外，多喷口型燃料喷射器67和腔室141的组合使用，在SI模式下缩短了燃料喷射后、雾状燃料到达火花塞25周围的时间。其结果是，对于混合气形成期间的缩短是有效的。

这样一来，缩短喷射期间和混合气形成期间，就能够使燃料的喷射时刻较晚，更准确地讲，能够使喷射开始时刻较晚。因此，如图6中的上图所示，在高压点火滞后喷射下，在从该压缩行程后期到膨胀行程初期的点火滞后期间内进行燃料喷射。伴随着以较高的燃料压力向气缸18内喷射燃料，气缸内的紊乱就会增强，气缸18内的紊乱能量提高，该高紊流能量与燃料喷射的时刻设定得较晚二者相结合，有利于燃烧期间的短缩。

也就是说，在点火滞后期间内进行燃料喷射的情况下，燃料压力和燃烧期间内的紊流能量之间的关系大致是燃料压力越低，紊流能量越低；燃料压力越高，紊流能量越高。这里，即使以高燃料压力向气缸18内喷射燃料，当该喷射时刻位于进气行程中时，也会因为到点火时刻的时间较长、在进气行程后的压缩行程中气缸18内遭受压缩等，而导致气缸18内的紊流衰减。其结果是，在进气行程中喷射燃料的情况下，不管燃料压力高低如何，燃烧期间内的紊流能量都会比较低。

燃烧期间内的紊流能量和燃烧期间二者间的关系大致是，紊流能量越低，燃烧期间越长；紊流能量越高，燃烧期间越短。因此，燃料压力与燃烧期间之间的关系为：如图6的中段(3)所示，燃料压力越低，燃烧期间越长；燃料压力越高，燃烧期间越短。也就是说，高压点火滞后喷射会缩短燃烧期间。相对于此，现有技术中的较低燃料压力下的进气冲程喷射会使燃烧期间增长。此外，多喷口式燃料喷射器67对于提高气缸18内的紊流能量有利，对于缩短燃烧期间是有效的，而且该多喷口式燃料喷射器67和腔室141相结合能够将雾状燃料收进腔室141内，并且对于燃烧期间的缩短是有效的。

如上所述，高压点火滞后喷射将喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间分别缩短。其结果是，如图6所示，与现有技术下进气冲程中的燃料喷射相比，能够使在从燃料的喷射开始时刻SOI到燃烧结束时刻θend这一时间段内的未燃混合气的可反应时间大幅度缩短。缩短可反应时间的结果，如图6的上段圆圈所示，当现有技术的低燃料压力下的进气冲程喷射在燃烧结束时未燃混合气的反应进度超过点火阈值，要发生异常燃烧时，高压点火滞后喷射却如黑点所示，能够抑制燃烧结束时未燃混合气反应的进行，避免异常燃烧。此外，图6上图中的圆圈和黑点表示的喷射时刻不同，但是点火时刻却相同。

将燃料压力设定在例如30MPa以上，则能够实现燃烧期间的缩短化。30MPa以上的燃料压力，能够有效地实现喷射期间、混合气形成期间的缩短化。此外，优选燃料压力根据至少含有汽油的使用燃料的性质状态进行设定。作为一例可以将其上限值设定为120MPa。

高压点火滞后喷射这一做法，通过改进向气缸18内喷射燃料的喷射方式来避免SI模式下的异常燃烧。与此不同，出于避免异常燃烧的目的，将点火时刻延迟的做法现今也已为众人所知。点火时刻的延迟是通过抑制未燃混合气的温度及压力上升来抑制该反应的进行而实现的。但是，点火时刻的延迟会导致热效率和转矩下降，而相对于此，在进行高压点火滞后喷射的情况下通过改进喷射燃料的方式来避免异常燃烧。因为这一异常燃烧的避免能够让点火时刻相应地提前，所以热效率和转矩提高。也就是说，高压点火滞后喷射这一做法不仅能够避免异常燃烧，这一异常燃烧的避免还能够让点火时刻相应地提前，而有利于降低耗油量。

如上所述，SI模式下的高压点火滞后喷射能够将喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间分别缩短，在CI模式下的区域(3)进行的高压点火滞后喷射，能够将喷射期间和混合气形成期间分别缩短。也就是说，通过以高燃料压力向气缸18内喷射燃料，气缸18内的紊乱就会增强，已微粒化的燃料的混合性(mixing)就会提高，即使在压缩上止点附近较晚的时刻喷射燃料，也能够迅速地形成较均匀的混合气。

CI模式下的高压点火滞后喷射，是在负荷较高的区域在压缩上止点附近较晚的时刻喷射燃料，因此利用该CI模式下的高压点火滞后喷射既能够防止例如压缩行程期间中的过早点火，又能够如上所述迅速地形成均匀的混合气。结果是，在压缩上止点以后能够可靠地进行压缩点火。在气缸18内的压力由于用电动机带动发动机空转(motoring)而逐渐降低的膨胀行程期间内进行压缩点火燃烧，燃烧就会变得缓慢，而能够避免气缸18内的压力伴随着压缩点火燃烧而急剧上升(dP/dt)。这样就解除了NVH的制约，其结果是，CI模式下的区域扩大到高负荷一侧。

返回来对SI模式做说明，如上所述，虽然SI模式下的高压点火滞后喷射通过在点火滞后期间内喷射燃料而让未燃混合气的可反应时间缩短，但是在发动机1转速较低的低速域，因为曲轴旋转同一角度所花费的时间较长，所以该可反应时间的缩短是有效的。相对于此，在发动机1转速较高的高速域，因为曲轴旋转同一角度所花费的时间较短，所以该可反应时间的缩短并不那么有效。相反，在点火滞后喷射下，因为将燃料喷射时刻设定在压缩上止点附近，所以在压缩行程中是不含燃料的缸内气体，换句话说，比热比较高的空气被压缩。其结果是，在高速域，气缸18内的压缩上止点温度升高，该较高的压缩上止点温度导致爆燃。因此，当在区域(5)仅进行点火滞后喷射时，有可能出现必须将点火时刻延迟来避免爆燃这样的情况。

于是，在图4所示的SI模式下转速较高的区域(5)，在进气行程期间内向气缸18内喷射一部分要喷射的燃料，并且点火滞后期间内向气缸18内喷射剩余的燃料，如图5D所示。在进气行程喷射下，能够降低压缩行程中的缸内气体(亦即含燃料的混合气)的比热比，由此而能够将压缩上止点温度抑制得较低。这样一来，因为压缩上止点温度降低以后就能够抑制爆燃，所以能够使点火时刻提前。

通过进行高压点火滞后喷射，那么就如上所述，在压缩上止点附近的气缸18内(燃烧室19内)紊流增强，燃烧期间缩短。这也会有利于抑制爆燃，而能够进一步使点火时刻提前。因此，在区域(5)，通过分割进行喷射，即分割进行进气行程喷射和高压点火滞后喷射，就既能够避免异常燃烧，又能够提高热效率。

此外，为了在区域(5)缩短燃烧期间，还可以采用多火花塞点火结构来取代高压点火滞后喷射。也就是说，将多个火花塞面向燃烧室内而设，在区域(5)进行进气行程喷射，并且在通过驱动多个火花塞中的每一个火花塞进行多火花塞点火。这样做以后，火焰就会从燃烧室19内的多个火种中的每一个火种开始扩展开来，火焰的扩展快，燃烧期间缩短。其结果是，和采用高压点火滞后喷射的情况一样，有利于缩短燃烧期间，提高热效率。采用多火花塞点火结构以后，那么当在区域(5)不进行高压点火滞后喷射时，就能够使燃料压力下降。这是因为发动机1驱动的燃料泵63的驱动力降低之故，有利于降低耗油量。

图7～图10示出相对于低速域内的发动机负荷的高低所控制的发动机1的各个参数的控制例，从低负荷到高负荷的负荷变化，在图4所示的的发动机工作图中用点划线箭头示出。

图7(a)～图7(d)与气缸18内的状态相关，图7(a)示出气缸18内的气体组成(气体比例)，图7(b)示出开始压缩时气缸18内的温度，图7(c)示出氧浓度，图7(d)示出外部EGR在进气中所占的比例。可以说这是从被引入气缸18内的EGR气体中除去内部EGR气体以后而得到的。

图8(a)、图8(d)和图7(a)、图7(d)一样，分别示出气缸18内的气体组成、外部EGR在进气中所占的比例。图8(e)～图8(g)与气门传动系的控制相关，图8(e)示出排气阀22的开关时刻、图8(f)示出进气阀21的开关时刻，图8(g)示出进气阀的升程量。

图9(a)、图9(d)和图7(a)、图7(d)一样。图9(h)～图9(j)与吸排气系的控制相关，图9(h)示出节气阀36的开度，图9(i)示出EGR阀511的开度，图9(j)示出EGR冷却器旁路阀531的开度。

图10(a)也和图7(a)一样，示出气缸18内的气体组成。图10(k)～图10(m)与燃料喷射、点火系的控制相关，图10(k)示出喷射开始时刻，图10(l)示出燃料压力，图10(m)示出点火时刻。

如上所述，图7(a)示出气缸18内的状态，相对负荷较低、图左侧的区域成为CI模式，负荷高于规定负荷、图右侧的区域成为SI模式。虽未图示，不管是CI模式还是SI模式，喷射到气缸18内的燃料量(总燃料量)都是随着负荷的増大而增加。

(到规定负荷T1为止)

在CI模式下，在负荷低于规定负荷T1的低负荷区域(相当于图4中的工作图中的区域(1))，引入新气和内部EGR气体而变成浓混合气。具体而言，节气阀36的开度被设定成图9(h)所示的完全打开，另一方面，如图8(e)所示，让排气VVL71接通，让排气阀22在进气行程中打开两次。如图8(g)所示，通过将进气阀21的升程量设定为最小，内部EGR率(引入气缸18内的内部EGR气体量的比例)就会最高(参照图11的S1)。如上所述，在区域(1)，只要使其成为例如空气过剩率λ≥2.4左右的浓混合气即可。这样做以后，不仅将大量的EGR气体引入气缸18内，并且也抑制了RawNOx的生成。将大量的EGR气体引入气缸18内对于降低泵损失也是有利的。此外，如图10(k)、图10(l)所示，在区域(1)，以较低的燃料压力在进气行程期间内进行燃料喷射。低燃料压力有利于降低耗油量。不过，燃料压力随着发动机负荷增大而逐渐升高。

到达到规定负荷T1(更准确而言，达到规定负荷T2)为止，将大量的内部EGR气体引入气缸18内，如图7(b)所示，气缸18内的温度特别是压缩上止点温度就会升高，而有利于提高压缩点火的点火性和压缩点火燃烧的稳定性。如图7(c)所示，氧浓度随着负荷的増大而逐渐降低。此外，还可以采取以下做法，在将热EGR气体引入气缸18内的、到达到规定负荷T6为止的低负荷到中负荷区域，将中间冷却器旁路阀351关闭，将由中间冷却器/加热器34加热的新气引入气缸18内，图示省略。

(从规定负荷T1到T2)

在规定负荷T1以上的发动机负荷下，混合气的空燃比被设定为理论空燃比(λ≈1)。因此，随着要喷射的燃料量增加，被引入气缸18内的新气量也会增加，EGR率随之减少(参照图7(a))。在规定负荷T1到T2下，也是在进气行程期间内以较低的燃料压力进行燃料喷射(参照图10(k)、图10(l))。

在规定负荷T1到T2下，也是如图9(h)所示，节气阀的开度基本上为完全打开。另一方面，如图8(e)所示，在使排气VVL71接通的状态下，如图8(g)所示，通过调节进气阀21的升程量，来调节引入气缸18内的新气量和内部EGR气体量。

具体而言，如图11所示，在将排气VVL71接通、排气阀打开两次的状态下，只要使进气阀21的升程量最小(参照该图中的S1)，内部EGR率就会最大，并且被引入气缸18内的新气会最少。如图8(e)、图8(f)、图8(g)所示，这相当于到规定负荷T1为止的对吸排气阀21、22进行的控制。

如图11中的S2所示，在排气阀打开两次的状态下，如果增大进气阀21的升程量，进气阀21的开阀时间和排气阀22的打开两次时的开阀时间相重的程度会变化，内部EGR率会降低。此外，即使进气阀21的升程量发生了变化，进气阀21的开关时刻也基本保持一定不变。如果通过CVVL73和VVT72的控制来连续改变进气阀21的升程量，就有可能使内部EGR率连续下降。在从规定负荷T1到T2这段时间内，对进气阀21的升程量进行控制，以便边维持理论空燃比λ≈1边使EGR率成为最大，换句话说，将尽可能多的内部EGR气体引入气缸18内。具体而言，如图8(e)、图8(f)、图8(g)所示，逐渐增大进气阀21的升程量，也让进气阀21的开阀时刻(IVO)伴随于此而逐渐提前。

(从规定负荷T2到T3)

规定负荷T2以上的发动机负荷，相当于图4的工作图中的区域(2)，具有以下可能性：气缸18内的温度升高，产生过早点火。因此，发动机负荷在规定负荷T2以上时，减少内部EGR气体量，取而代之，将被冷却的外部EGR气体引入气缸18内。也就是说，如图9(i)所示，EGR阀511的开度从关闭状态逐渐增大，由此通过EGR冷却器52而被冷却的外部EGR气体量随着发动机1负荷的増大而逐渐增加。此外，如图9(j)所示，EGR冷却器旁路阀531处于关闭状态不变。就这样，被冷却的外部EGR气体(也就是说，冷EGR气体)随着发动机负荷的増大而逐渐增加(也可以参照图7(d))。

另一方面，如图7(a)所示，为了在规定负荷T2以上的高负荷一侧，也将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，含内部EGR气体和外部EGR气体的EGR率相对于负荷的增大而以规定比例下降。因此,在规定负荷T2以上的高负荷一侧,内部EGR气体以更高的下降率随着负荷的增大而增加(也就是说，图7(a)中的斜率增大)。具体而言，如图8(e)、图8(f)、图8(g)所示，进气阀21的升程量被迫以高于到规定负荷T2为止的低负荷一侧的増大率随着负荷的増大而逐渐增大，进气阀21的开阀时刻(IVO)伴随于此而逐渐提前。

因此，如图7(b)所示，气缸18内的温度在规定负荷T2以上的高负荷一侧，随着负荷的増大逐渐降低。

(从规定负荷T3到T4)

如上所述，对内部EGR气体的引入量的调节，是通过调节进气阀21的开阀时间与在进气行程期间内打开的排气阀22的开阀时间相重的程度来进行的,基本上是利用进气的CVVL73所进行的控制来进行的。如图11中实线箭头所示，虽然能够让内部EGR气体的引入量连续地减少到规定量为止(参照该图中的S1、S2),但是因为无法调节排气阀22的开阀时间,所以如果要让引入量比该规定量少,则必须将排气VVL71切断，让排气阀的两次打开停止。因此，如该图中的S3、S4所示,伴随着排气VVL71的接断切换,内部EGR气体的引入量非连续性地减少(参照图11中的点划线箭头)。

这样一来,因为无法让引入气缸18内的内部EGR气体连续地减少,所以区域(2)的规定负荷T3下,停止将内部EGR气体引入气缸18内,将EGR冷却器52旁路的不冷却外部EGR气体作为取而代之的热EGR气体引入气缸18内。

也就是说，如图8(e)所示，将排气VVL71切断，让排气阀停止两次打开。另一方面,不连续地且大幅度地改变进气阀21的升程量,也让进气阀21的开阀时刻伴随于此而大大地提前到进气上止点附近。此外,至少在CI模式内的规定负荷T3以上的高负荷一侧,尽管负荷増大,进气阀21和排气阀22的开阀时刻和闭阀时刻也分别被维持为固定不变。

如图9(i)所示，使EGR阀511的开度变成完全打开,并且如图9(j)所示,使EGR冷却器旁路阀531的开度也变成完全打开。如图9(h)所示,节气阀36的开度暂时被关小,由此使EGR率高于50％。于是,如图9(d)所示,在规定负荷T3,将必要量的热EGR气体(亦即不冷却的外部EGR气体)引入气缸18内。因为让热EGR气体伴随着发动机负荷的増大而减少,所以如图9(j)所示,在规定负荷T3以上的高负荷一侧,EGR冷却器旁路阀531的开度从完全打开逐渐关闭。另一方面,因为让冷EGR气体量伴随着发动机负荷的増大而增加，所以一边维持EGR阀511完全打开，一边使节气阀36的开度逐渐地变成完全打开。

(从规定负荷T4到T5)

在CI模式下的规定负荷T4以上的发动机负荷下，仅通过调节冷EGR气体和热EGR气体的引入比例，无法确保压缩点火的点火性并且避免过早点火等异常燃烧，也就是说，无法使上述二者两立。因此，如上所述，进行高压点火滞后喷射。这在图4的工作图中相当于区域(3)。

如图10(k)所示，燃料的开始喷射时刻从区域(1)、区域(2)中的进气行程中的时刻变化到压缩上止点附近的时刻，变化很大。燃料压力也如图10(l)所示，从区域(1)、区域(2)中的低燃料压力变到30MPa以上的高燃料压力，变化很大。因此，尽管在区域(2)和区域(3)之间燃料的喷射方式有了很大的变化，但是因为气缸18内的气体组成连续地变化，所以不会发生进气阀21和排气阀22的开阀时间、关阀时间、节气阀36的开度、EGR阀511的开度以及GR冷却器旁路阀531的开度分别急剧地变化(参照图8(e)、图8(f)、图8(g)、图9(h)、图9(i)、图9(j))这样的事情。这有利于抑制在从区域(2)转移到区域(3)之际产生扭矩冲击(torque shock)，能够谋求控制的简单化。

在规定负荷T4以上的高负荷一侧，作为高压点火滞后喷射的燃料喷射的开始时刻，如图10(k)所示，随着发动机负荷的増大而逐渐地延迟。燃料压力也如该图10(l)所示，随着发动机负荷的増大而设定得较高。伴随着发动机负荷的增大，更容易发生过早点火等，并且压力上升也会更加激烈。因此，通过让燃烧的开始喷射时刻更晚，并且将燃料压力设定得更高，来有效地避免上述现象。

在从规定负荷T4到规定负荷T5，节气阀36的开度固定为完全打开(参照图9(h))。另一方面，EGR阀511的开度和EGR冷却器旁路阀531的开度分别随着发动机负荷的增大而减少(参照图9(i)、图9(j))。此外，当对EGR阀511的开度和EGR冷却器旁路阀531的开度进行一下比较时,EGR冷却器旁路阀531的开度的下降率高。

(从规定负荷T5到T6)

规定负荷T5与CI模式和SI模式的切换相关，在超过规定负荷T5的高负荷一侧变成SI模式。因为在夹着与CI模式和SI模式的切换相关的交界的低负荷一侧和高负荷一侧分别将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，所以EGR率被设定成从CI模式朝着SI模式连续地减少。这在从进行燃烧方式的切换的从CI模式朝着SI模式转移之际，除了开始进行火花点火以外，上述EGR率无大变化。因此能够顺利地从CI模式向SI模式切换或者进行逆向切换，以抑制扭矩冲击等的发生。特别是因为与通过了EGR通路50的排出气体的回流相关的控制响应性较低，所以不让EGR率急剧地发生变化那样的控制对于控制性的提高是有利的。

如上所述，在CI模式下，伴随着尽量地将EGR率设定得较高，SI模式内的与CI模式的交界附近的低负荷区域EGR率升高。高EGR率有利于减少泵损失，但是在SI模式下会出现对燃烧稳定性不利的情况。

因此，在SI模式下的低负荷区域，具体而言，低于规定负荷T6的低负荷一侧，将热EGR气体引入气缸18内。也就是说，将通过了EGR冷却器旁路通路53的、不冷却的外部EGR气体引入气缸18内。如图7(b)所示，由此而将气缸18内的温度设定得较高，缩短点火延迟时间，提高高EGR率环境下的火花点火燃烧的稳定性。

具体而言，如图9(i)、图9(j)所示，让EGR阀511的开度和EGR冷却器旁路阀531的开度分别连续地随着负荷的增大而逐渐减少，以便从CI模式时起开度连续。这样一来，冷EGR气体相对于发动机负荷的增大而增加，热EGR气体相对于发动机负荷的增大而减少，包含冷EGR气体和热EGR气体的EGR率相对于发动机负荷的增大而逐渐降低。因此，新气量增加。在规定负荷T6以上的发动机负荷下，因为燃烧稳定性由于气缸18内的温度升高而提高，所以关闭EGR冷却器旁路阀531使热EGR气体量为0。此外，此时EGR阀511打开。在从规定负荷T5到T6这一负荷段内，节气阀的开度维持着完全打开(参照图9(h))，进气阀21和排气阀22的开阀时刻和闭阀时刻也固定不变(参照图8(e)、图8(f)、图8(g))。

另一方面，如图10(k)所示，燃料喷射的开始时刻随着发动机负荷的增大而逐渐地延迟，燃料压力也如图10(l)所示，随着发动机负荷的增大而逐渐升高。如图10(m)所示，点火时刻为燃料喷射的开始时刻，并且点火时刻随着发动机负荷的增大逐渐延迟。此外，在SI模式下，在从规定负荷T5到T6的低负荷一侧的区域，让火花塞25在规定点火时刻工作而进行火花点火，但是该燃烧方式并不限于由于火花点火而生成火炎核、火炎传播这样的方式，还有可能是由于火花点火而促进低温氧化反应，自我点火这样的方式。

(规定负荷T6以上)

在SI模式下，在规定负荷T6以上的高负荷一侧，如图7(a)、图7(d)所示，热EGR气体量为0，仅有冷EGR气体被引入气缸18内。此外，还省略图示，在规定负荷T6以上的高负荷一侧，打开中间冷却器旁路阀351(例如使其开度随着发动机负荷的增大而逐渐增大)，增加旁路中间冷却器/加热器34的新气量，降低引入气缸18内的新气的温度。这对于在高负荷一侧的区域降低气缸18内的温度避免过早点火、爆燃等异常燃烧是有利的。

如图9(h)所示，节气阀36的开度维持在完全打开上，并且如该图9(i)所示，EGR阀511随着发动机负荷的增大而逐渐关闭，达到最大负荷时关闭。因此，最大负荷下EGR率为0(参照图7(a)、图7(d))。另一方面，如图8(f)、图8(g)所示，伴随着发动机负荷的增大而让进气阀21的升程量逐渐增大，在最大负荷下使进气阀21的升程量最大。这样引入气缸18内的新气量随着发动机负荷的增大而增加，由此而能够谋求在发动机1的工作区域的高负荷一侧的扭矩提高。

如图10(k)、图10(l)、图10(m)所示，燃料开始喷射时刻随着发动机负荷的增大而逐渐延迟，并且燃料压力也被设定为随着发动机负荷的增大而逐渐升高。点火时刻也随着发动机负荷的增大而逐渐延迟。尽管随着发动机负荷的增大而容易产生异常燃烧等，但是通过将喷火开始时刻延迟化和将燃料压力高压化则能够有效地避免该异常燃烧等。

以上，参照图7～图10说明了与发动机负荷高低的各个参数的变化情况，但图12示出了EGR率和发动机负荷之间的关系。如上所述，在发动机负荷较低的低负荷区域将空燃比设定为稀空燃比。另一方面，在负荷比该轻负荷区域高的区域，不管发动机负荷的高低如何、燃烧方式相同与否，都将空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，固定不变。沿着图12中用粗实线箭头示出的控制线对发动机1进行控制，将空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)的条件下，将EGR率设定为最大值。因此，EGR率相对于发动机负荷连续地变化，不管燃烧方式切换与否。因为在发动机负荷连续变化时，气缸18内的气体组成连续变化，所以这有利于提高控制性。

在通过一边将大量的EGR气体引入气缸18内，一边在进气行程中进行燃料喷射而进行压缩点火燃烧的燃烧方式(亦即相当于区域(1)、区域(2))下，如图12中虚线所示，由于dP/dt的制约而无法实现规定以上的发动机负荷，但是这里通过以30MPa以上的高燃料压力且在压缩上止点附近进行高压点火滞后喷射，和将较大量的EGR气体引入气缸18内这两个手段，就能够让燃烧比较缓慢，边消除dP/dt的制约边稳定地进行压缩点火燃烧。这在图4中相当于区域(3)的燃烧方式，能够将CI模式扩大到高负荷一侧。通过设置该区域(3)，也能够实现EGR率相对于发动机负荷的高低而连续地变化。

在由于发动机1的几何压缩比较高，而可能产生过早点火(提前点火：pre-ignition)等异常燃烧的SI燃烧区域(参照图12中的虚线)，通过进行高压点火滞后喷射，能够避免这样的异常燃烧，从而进行稳定的火花点火燃烧。由于高压点火滞后喷射能够提高燃烧稳定性，所以即使在刚从CI模式切换到SI模式不久的负荷下EGR率较高，也有利于确保规定的燃烧稳定性。这是能够让EGR率相对于发动机负荷而连续变化的主要原因。

针对发动机负荷确保气缸18内的状态量的连续性，在伴随着SI模式和CI模式之切换的发动机1中，有利于抑制模式切换时所产生的扭矩冲击等。

在几何压缩比被设定得较高的发动机1中，在以高压点火滞后喷射进行燃料喷射那样的时刻，燃烧室19的容积容易较小。从燃烧室19内的空气利用率这一方面来看，有可能是不利的，但是高压点火滞后喷射是以较高的燃料压力向腔室141内喷射燃料，所以能够强化腔室141内的流动，提高空气的利用率。特别是，因为燃料喷射器67是多喷口型的，所以能够有效地提高腔室141内气体的紊流能量，有利于提高空气利用率。

其结果，在CI模式下的区域(3)，会迅速地形成较均匀的混合气，压缩点火燃烧的点火性和稳定性提高。同样，在SI模式下的区域(4)也能够避免异常燃烧。

这里，对CI模式下的高压点火滞后喷射和SI模式下的高压点火滞后喷射做一比较的话，如图10(k)所示，CI模式下的高压点火滞后喷射，其燃料的开始喷射时刻被设定在提前角一侧。在CI模式下进行高压点火滞后喷射的区域(3)，由于进行压缩点火燃烧和发动机1的负荷相对较低而能够将大量的EGR气体引入气缸内，因此能够利用大量的EGR气体让燃烧缓慢化。于是，以能够避免异常燃烧为限度让燃料喷射的开始时刻更加提前，将均匀混合气的形成期间确保得较长，让点火性、燃烧稳定性提高，让压缩点火的时刻延迟到压缩上止点以后，则能够利用大量EGR气体使燃烧缓慢化，并且能够避免急剧的压力上升。

相对于此，SI模式下的进行高压点火滞后喷射的区域(4)(或区域(5))，从燃烧稳定性的观点出发无法将大量的EGR气体引入气缸18内，所以理想的做法是，通过尽量地延迟燃料喷射的开始时刻，利用点火滞后喷射的作用效果来避免异常燃烧。

(与热EGR气体的控制相关的另一结构)

如上所述，在通过将排气VVL71和进气CVVL73的控制相结合来调节内部EGR气体量的情况下，EGR率的不连续(参照图11)会在规定量下出现。图13～图18所示的发动机100，能够利用动压排气将内部EGR气体量连续地从最大量变到0。

具体而言，该发动机100的特征在于其排气侧的结构上，图14～图17详细地示出排气歧管400的构造。如图14～图17所示，排气歧管400具有：上游端部连接在第一到第四各气缸18A～18D的排气口17上的三条独立排气通路401、402、403、各独立排气通路401、402、403的下游端部(远离发动机本体100之一侧的端部)保持着独立状态并被相互靠近地捆绑在一起的集中部404、以及设置在集中部404的下游侧且在内部形成有与所有的独立排气通路401、402、403连通的共用空间的负压产生装置405。单一的排气管40连接在负压产生装置405的下游侧。出于图示原因，图16中，用想像线示出各独立排气通路401、402、403等，图15中，省略图示后述的旁路通路411、412、413和旁路下游部414。

这样一来，该发动机100中，对四个气缸18A、18B、18C、18D准备了三条独立排气通路401、402、403。这是因为将中央一侧的独立排气通路402呈能够由第二个气缸18B和第三个气缸18C共同使用的Y字状之故。也就是说，独立排气通路402具有从第二个气缸18B和第三个气缸18C上的各排气口17延伸且在下游侧合流的两条分岐通路部4021、4022、和从各分岐通路部4021、4022合流的部分进一步朝着下游侧延伸的单一共用通路部4023。另一方面，连接在第一个气缸18A和第四个气缸18D上的各排气口17上的独立排气通路401、403形成为无分支的单管形状。此外，下面，有时，将单管状的独立排气通路401、403分别称为“第一独立排气通路401”和“第三独立排气通路403”，将分为两支的独立排气通路402称为“第二独立排气通路402”。

四循环四气缸发动机即发动机100中，第一个气缸18A→第三个气缸18C→第四个气缸18D→第二个气缸18B这样的顺序点火，分成两支的第二独立排气通路402的上游端部所连接的第二个气缸18B和第三个气缸18C存在排气顺序(排气行程进行的顺序)不连续的关系。因此，在将共用的独立排气通路402连接在第二个气缸18B和第三个气缸18C上的情况下，也不会出现来自这两个气缸18B、18C的排出气体同时流入独立排气通路402中的情况。

为保证形成为单管状的第一、第三独立排气通路401、403各自的下游端部的位置与第二独立排气通路402的下游端部一致，该第一、第三独立排气通路401、403指向气缸列方向的中央侧而延伸。也就是说，特别是，如图15所示，第一独立排气通路401的下游端部、第二独立排气通路402的共用通路部4023的下游端部、第三独立排气通路403的下游端部，分别在从发动机本体1的排气侧的壁面中央(仰视时与第二个气缸18B和第三个气缸18C之间的间隙相对应的位置)离开下游侧的位置处捆绑在一个地方。由被捆在一起的三条独立排气通路401、402、403各自的下游端部、和将它们保持为被捆起来之状态的保持部件等形成集中部404。

如图17所示，各独立排气通路401、402、403各自的下游端部，亦即第一独立排气通路401的下游端部、第二独立排气通路402的共用通路部4023的下游端部、以及第三独立排气通路403的下游端部，分别具有将一个圆三等分后那样的扇形断面，三个具有这样的断面的各下游端部集合起来以后，就形成了整体几乎为一个圆形的集中部404。

在集中部404彼此靠近而设的各独立排气通路401、402、403的下游端部，形成为越靠近下游侧通路断面面积就越小的喷嘴状(参照例如图14、图15)。因此，通过了各独立排气通路401、402、403的下游端部的排出气体在那里加速后(提高了流速后)，被朝着负压产生装置405喷出。

各独立排气通路401、402、403的下游端部在集中部404以接近平行的角度捆在一起。具体而言，各独立排气通路401、402、403的下游端部以各自的轴心相互间所成的角度在例如10度左右的小角度的方式布置好。

如图14、图15所示，从上游一侧看起，负压产生装置405依次具有越靠近下游侧通路断面面积越小的喷嘴部406、具有基本一致的通路断面面积的直管(straight)部407、越靠近下游侧通路断面面积越大的分配(diffuser)部408。因此，从各独立排气通路401、402、403中任一条通路的下游端部喷出的排出气体，首先流入喷嘴部406，在那里被加速(此时排出气体的压力降低)。在喷嘴部406被加速的排出气体通过直管部407和分配部408逐渐被减速，伴随于此，排出气体的压力得到恢复。

一从各独立排气通路401、402、403中任一排气通路的下游端部朝着负压产生装置405的喷嘴部406高速地喷出排出气体，就会在该喷出气体周围生成相对压力较低的负压部。因此，当排出气体被从某一气缸的独立排气通路(401、402、403中的任一条)喷到负压产生装置405时，负压会作用在其它气缸的独立排气通路等上，排出气体被从那里吸向下游侧。这被作为喷射效果而为众人所知晓。

此外，已知：在将喷嘴部406下游端部的面积(与直管部407的面积相等)的等效圆直径设为D，将独立排气通路401、402、403各下游端部的等效圆直径设为a时，只要a/D≥0.5，就能够获得足够的喷射效果。因此，在该实施方式中，也将a/D设定在0.5以上(例如0.65)。这里，等效圆直径指的是，将具有某一形状的断面置换为面积相等的正圆时的直径。

如图14、图16所示，该排气歧管400除了具有独立排气通路401、402、403、负压产生装置405等以外，还具有从各独立排气通路401、402、403的中途部分支并延伸且在下游侧合流的三条旁路通路411、412、413、以及从各旁路通路411、412、413合流的部分朝着下游侧延伸的旁路下游部414。旁路下游部414的下游端部连接在位于负压产生装置405的下游侧的排气通路即排气管40上。也就是说，旁路通路411、412、413经由旁路下游部414将各独立排气通路401、402、403的中途部(以负压产生装置405为起点的上游侧部分)和排气管40连接起来。此外，旁路通路411、412、413合流的角度被设定得较广，例如，将旁路通路411和412各自的轴心彼此间的交叉角度、以及旁路通路412和413各自的轴心彼此间的交叉角度分别设定在0度以上。

各旁路通路411、412、413和旁路下游部414形成为从其上游端到下游端具有基本一定的断面面积，其断面面积被设定为比各独立排气通路401、402、403的下游侧部分的断面面积大。在该实施方式中，旁路通路411、412、413和旁路下游部414各自的断面面积被设定为与独立排气通路401、402、403的下游端部集合起来的集中部404的圆形的断面面积(各通路401、402、403下游端部的合计面积)大致相等。

在各旁路通路411、412、413的内部分别设置有能够开关的流通切换阀415。各流通切换阀415被设置成以共用杆416为中心转动，杆416的一端与执行部件417相连结。当杆416由于执行部件417工作而旋转时,伴随于此,各流通切换阀415同时被驱动,旁路通路411、412、413会开、关。

按以上所述工作的流通切换阀415，用于决定是否让从各气缸18A～18D排出的排出气体通过负压产生装置405。例如，如果流通切换阀415全关，从各气缸18A～18D排出的排出气体就会全部通过独立排气通路401、402、403流入负压产生装置405中。这样一来，就会在负压产生装置405的内部产生较强的负压(压力充分地降低了的负压)，能够得到充分的排出气体的吸出作用(喷射效果)。另一方面，在流通切换阀415完全打开的情况下，从各气缸18A～18D排出的排出气体的大部分通过旁路通路411、412、413流向下游侧，不通过负压产生装置405就流入下游侧的排气管40中。这样一来，就不会在负压产生装置405产生负压了。结果是，喷射效果大幅度地下降。此外，当让流通切换阀415完全打开时排出气体的大部分(不是独立排气通路401、402、403)通过旁路通路411、412、413，是因为与独立排气通路401、402、403各自的下游端部的断面面积相比，旁路通路411、412、413的断面面积大、流通阻力小之故。

通过这样在发动机100的排气系设置负压产生装置405等，就能够让内部EGR率连续地变到0，详情后述。因此，在该发动机100中，就不需要用EGR冷却器52旁路的外部EGR气体作热EGR气体用了。于是，如图13所示，EGR冷却器旁路通路53和EGR冷却器旁路阀531分别省略图示，作为EGR通路仅有主通路51。如图18所示，PCM10向调节所述流通切换阀315的开度的执行部件417输出控制信号，取代向EGR冷却器旁路阀531输出控制信号。

接下来，参照图19～图21对结构如此的发动机100的控制进行说明。图19～图21与上述图7～图9相对应，图19(a)示出气缸18内的气体组成，图19(b)示出压缩开始时气缸内的温度，图19(c)示出氧浓度，图19(d)示出外部EGR在进气中所占的比例。其中，图19(b)、图19(c)和图7(b)、图7(c)一样。

图20(a)、图20(d)和图19(a)、图19(d)相同，分别示出气缸18内的气体组成、外部EGR在进气中所占的比例。图20(e)示出排气阀22的开关时刻，图20(f)示出进气阀21的开关时刻，图20(g)示出进气阀的升程量。

图21(a)、图21(d)和图19(a)、图19(d)一样。图21(h)示出节气阀36的开度，图21(i)示出EGR阀511的开度，图21(j)示出流通切换阀415的开度。

此外，发动机100中，有关燃料喷射和点火时刻的控制和发动机1中的控制一样，分别参照图10(k)、图10(l)、图10(m)。

首先，在图19(a)中，从轻负荷到规定负荷T1、从规定负荷T1到T2这一负荷段内，与图7(a)一样。不过，如图21(j)所示，流通切换阀415的开度被设定为完全打开，排出气体由此通过旁路通路411、412、413排出。在该情况下，如后所述，因为不会产生从排气口17喷出的排出气体的吸引作用，所以利用排气阀的两次打开就能够将足够量的内部EGR气体引入气缸18内。

在图7(a)、图7(e)中，在规定负荷T3下将排气VVL71切断(参照图8(e))，在图20(a)、图20(e)中，在规定负荷T3下也不将排气VVL71切断(参照图20(e))。到SI模式下的规定负荷T6为止一直将排气VVL71保持接通状态。

如图20(f)、图20(g)所示，在规定负荷T2以上的高负荷一侧，进气阀21的升程量随着发动机负荷的增大而逐渐增大，伴随于此，进气阀21的开阀时刻提前。这样利用对排气VVL71的控制和对进气CVVL73的控制，内部EGR气体的引入量便随着发动机负荷的增大而逐渐减少，如图20(a)所示。通过这样不让排气VVL71停止工作，则没有必要让进气阀21的升程量急剧地发生变化(参照图8(g))。如图21(i)所示，不需要让EGR阀511的开度急剧地变化(也可以参照图9(i))。控制性会相对于发动机负荷的增大而提高。此外，在规定负荷T4以上的发动机负荷下进行高压点火滞后喷射这一点与以上所述相同(参照图9(k)、图9(l)以及图9(m))。

发动机负荷一超过规定负荷T5，就进行从CI模式向SI模式的切换。在超过规定负荷T5的高负荷一侧，如图21(j)所示，流通切换阀415从完全打开逐渐关闭。这样一来，在旁路通路411、412、413中流动的排出气体量减少，通过独立排气通路401、402、403流入负压产生装置405的排出气体量增加。这会与通过增强在负压产生装置405内生成的负压，喷出到排气口17的排出气体被吸引，让排气阀打开两次时返回气缸18内的内部EGR气体量减少这件事相关。也就是说，负压产生装置405内的负压增强(压力下降)，该负压通过独立排气通路401、402、403波及到排气口17，排出气体被吸到下游一侧。其结果是，难以产生排出气体从排气口17向气缸18内逆流这样的现象。因为发动机负荷越高，流通切换阀415的开度就会越小，所以在负压产生装置35产生的负压对排出气体的吸引作用(喷射效果)逐渐加强，其结果是，如图21(a)所示，内部EGR气体的量逐渐减少。

在内部EGR气体的引入量被设定为0的规定负荷T6下，如图21(j)所示，将流通切换阀415的开度设定为完全关闭，并且如图20(e)所示，将排气VVL71切断。

规定负荷T6以上的高负荷一侧，基本上与图7等所示的控制相同，如图21(j)所示，流通切换阀415的开度到最大负荷为止维持着完全关闭的状态不变。因此，如上所述，从气缸18排出的排出气体全部流入负压产生装置405中，在那里产生的负压增强。在规定负荷T6以后的高负荷一侧，排气阀的两次打开停止了，但是较强的负压在排气阀22打开的排气行程中用于吸引(扫除)气缸18内的残留气体，会对新气填充量的增大和气缸18内的温度下降做出贡献。这将有利于在高负荷一侧区域的扭矩增大。

(气门传动机构的又一结构)

在图2所示的结构下，让进气阀21的气门传动机构包括CVVL73。与此不同，如图22所示，进气阀21的气门传动机构还可以与排气侧的气门传动系一样包括VVL74，来取代CVVL73。但是，进气侧的VVL74与排气侧的VVL71不同。进气侧的VVL74包括让进气阀21的升程量相对增大的大升程凸轮、让进气阀21的升程量相对较小的小升程凸轮这样的凸轮轮廓不同的两种凸轮、以及有选择地将大升程凸轮和小升程凸轮中的任一凸轮的工作状态传递给进气阀21的空转机构。如图24A～24C所示，当VVL74将小升程凸轮的工作状态传递给进气阀21时，进气阀21以相对较小的升程量打开，并且其开阀时间也变短。相对于此，如图24D、24E所示，在VVL74将大升程凸轮的工作状态传递给进气阀21时，进气阀21以相对较大的升程量打开，并且其开阀时间也变长。

排气阀22的气门传动机构除了VVL71以外，还包括VVT75。VVT75与进气阀21的VVT75一样，只要适当地采用液压式、电磁式或者机械式的公知构造即可。

图23示出在进气阀21的气门传动机构包括VVL74的结构下，对发动机1的相对于发动机负荷的各个参数的控制例，该图与图8相对应。

在CI模式下，在负荷比规定负荷T1低的区域，如图23(e)所示，进行将排气VVL71接通、让排气阀22在进气行程中打开的排气阀两次打开。如图23(g)所示，进气VVL74用小升程凸轮打开和关闭进气阀21。进气阀21的开阀时刻变晚(参照图23(f))。该状态下的进气阀21和排气阀22的升程特性之示例于图24A。将内部EGR率设定在例如80％左右的最高值上。

在从规定负荷T1到T3这一区域，如图23(e)所示，使排气VVL71维持着接通状态不变，继续进行排气阀的两次打开。如图23(g)所示，进气VVL74利用小升程凸轮打开和关闭进气阀21。如图23(e)所示，让排气阀22的开阀时刻随着发动机负荷増大而延迟。另一方面，如图23(f)所示，让进气阀21的开阀时刻随着发动机负荷增大而提前。该状态下的进气阀21和排气阀22的升程特性之示例于图24B。通过这样改变进气阀21的开阀时间和排气阀22的开阀时间随着发动机负荷的增大而重合，让内部EGR率下降(参照图23(a))。

在从规定负荷T3到T5这一区域，首先，在规定负荷T3下，将排气VVL72切断，停止排气阀的两次打开(参照图23(e))。该状态下的进气阀21和排气阀22的升程特性之示例于图24C。在图22所示的发动机构造下，进气阀21和排气阀22二者的气门传动机构分别具有VVT72和VVT75，调节各阀21、22的开阀时刻，所以在规定负荷T3下将排气VVL72切断时，不需要让进气阀21的开阀动作急剧地变化。进气阀21仍然用小升程凸轮让其开阀时刻随着发动机负荷的增大而提前。排气阀222的开阀时刻不提前，固定不变。因此，如上所述，边将外部EGR气体引入气缸18内，边让新气量随着发动机负荷增大而增加。此外，当规定负荷T4以上时，与以上所述相同，进行高压点火滞后喷射。

在从规定负荷T5到T6这一区域，在规定负荷T5下，维持着排气VVL72切断的状态，进气阀21的VVL74从小升程凸轮切换到大升程凸轮(参照图23(g))。该状态下的进气阀21和排气阀22的升程特性之例示于图24D。因此，如图23(f)所示，维持着进气阀21的开阀时刻，闭阀时刻延迟。这样就让进气阀21的开阀时刻随着发动机负荷的增大而提前。另一方面，排气阀22的开阀时刻不提前，固定不变。这样一来，一边将外部EGR气体引入气缸18内，一边让新气量随着发动机负荷的增大而进一步增加。

在规定负荷T6以上的高负荷区域，维持着排气VVL72的切断状态，进气阀21的VVL74仍然用大升程凸轮让进气阀21和排气阀22的开阀时刻都随着发动机负荷的增大而提前。该状态下的进气阀21和排气阀22的升程特性之例如图24E所示。因此，一边让外部EGR带来的EGR率减少到0，一边进一步增加新气量。

此外。这里公开的技术并不限于所述发动机结构。例如，在进气行程期间内，不用设置在气缸18内的燃料喷射器67进行燃料喷射，而是通过另外设置在进气口16上的口燃料喷射器，向进气口16内喷射燃料。

发动机1并不限于直列四缸发动机，对于直列三缸、直列二缸、直列六缸发动机等都适用。对于V型六气缸、V型八缸、水平对置四缸等各种发动机也适用。

在所述说明中，在规定工作区域将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，但是将混合气的空燃比设定为稀空燃比也是可以的。不过，将空燃比设定为理论空燃比具有的优点是可以使用三效催化剂。

图4所示的工作区域为示例，除此以外，还可以设定各种各样的工作区域。

高压点火滞后喷射可以根据需要分割喷射。同样，进气行程喷射可以根据需要分割进行。这些分割喷射可以在进气行程和压缩行程中分别喷射燃料。

－符号说明－

1   发动机(发动机本体)

10  PCM(控制器)

18  气缸

25  火花塞

50  EGR通路(排气回流系统)

51  主通路(排气回流系统)

511 EGR阀(排气回流系统)

52  EGR冷却器(排气回流系统)

53  EGR冷却器旁路通路(排气回流系统)

531 EGR冷却器旁路阀(排气回流系统)

62  燃料供给系统(燃料压力设定机构)

67  燃料喷射器(燃料喷射阀)

71  VVL(排气回流系统)

Claims (9)

1.一种火花点火直喷式发动机，其特征在于：包括：

发动机本体,其构成为具有几何压缩比设定在15以上的气缸、

燃料喷射阀,其构成为向所述气缸内喷射燃料、

燃料压力设定机构,其构成为设定由所述燃料喷射阀喷射的所述燃料的压力、

火花塞,其面对所述气缸内部而设且对所述气缸内的混合气点火、

排气回流系统,其构成为将排出气体引入所述气缸内、以及

控制器,其构成为通过控制至少所述燃料喷射阀、所述燃料压力设定机构、所述火花塞以及所述排气回流系统来让所述发动机本体工作,

当所述发动机本体的工作状态处于规定的低负荷区域时,所述控制器利用对所述气缸内的混合气进行压缩点火的压缩点火燃烧来让所述发动机本体工作,并且

当所述发动机本体的工作状态处于负荷高于所述低负荷区域的高负荷区域时,所述控制器让所述火花塞在规定的时刻工作以便利用火花点火燃烧让所述发动机本体工作,

当所述发动机本体的工作状态至少处于所述低负荷区域内的、包括所述低负荷区域和所述高负荷区域的交界的规定的第一特定区域时,所述控制器对所述燃料喷射阀进行驱动,以便由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为30MPa以上的高燃料压力,且至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期这段时间内向所述气缸内喷射燃料,并且,

当所述发动机本体的工作状态至少处于所述高负荷区域内的、包括最大负荷的规定的第二特定区域时,所述控制器对所述燃料喷射阀进行驱动,以便由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为30MPa以上的高燃料压力,且至少在从所述压缩行程后期到所述膨胀行程初期这段时间内向所述气缸内喷射燃料,并且在该燃料喷射结束后所述控制器对所述火花塞进行驱动,来对所述气缸内的混合气进行火花点火,

所述控制器,通过对所述排气回流系统进行控制而将所述低负荷区域的所述第一特定区域内的EGR率设定成比所述高负荷区域的所述第二特定区域内的EGR率高,并且让所述第一特定区域内的燃料开始喷射时刻比所述第二特定区域内的燃料开始喷射时刻提前,所述EGR率是所述排气量在所述气缸内的所有气体量中所占的比例。

2.一种火花点火直喷式发动机，其特征在于,包括：

发动机本体,其构成为:具有几何压缩比设定在15以上的气缸、和能够往返移动地插在该气缸内且在其冠面形成有凹状腔室的活塞,

燃料喷射阀,其构成为:当所述活塞位于压缩上止点附近时,能够向所述腔室内喷射燃料,

燃料压力设定机构,其构成为设定由所述燃料喷射阀喷射的所述燃料的压力,

火花塞,其面对所述气缸内而设且对所述气缸内的混合气进行点火,

排气回流系统,其构成为将排出气体引入所述气缸内,以及

控制器,其构成为通过控制至少所述燃料喷射阀、所述燃料压力设定机构、所述火花塞以及所述排气回流系统来让所述发动机本体工作,

在所述发动机本体的工作状态处于规定的低负荷区域时,所述控制器利用对所述气缸内的混合气进行压缩点火的压缩点火燃烧来让所述发动机本体工作,并且

当所述发动机本体的工作状态处于负荷高于进行所述压缩点火燃烧的所述低负荷区域的高负荷区域时,所述控制器让所述火花塞在规定的时刻工作以便利用火花点火燃烧让所述发动机本体工作,

当所述发动机本体的工作状态至少处于所述低负荷区域内的、包括所述低负荷区域和所述高负荷区域的交界的规定的第一特定区域时,所述控制器对所述燃料压力设定机构进行控制由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为30MPa以上的高燃料压力，且在向所述活塞的所述腔室内喷射所述燃料的时刻所述控制器对所述燃料喷射阀进行驱动,并且,

当所述发动机本体的工作状态至少处于所述高负荷区域内的、包括最大负荷的规定的第二特定区域时,所述控制器对所述燃料压力设定机构进行控制由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为30MPa以上的高燃料压力，且在向所述活塞的所述腔室内喷射所述燃料的时刻所述控制器对所述燃料喷射阀进行驱动,并且在该燃料喷射结束后所述控制器对所述火花塞进行驱动,来对所述气缸内的混合气进行火花点火,

所述控制器,通过对所述排气回流系统进行控制而将所述低负荷区域的所述第一特定区域内的EGR率设定成比所述高负荷区域的所述第二特定区域内的EGR率高,并且让所述第一特定区域内的燃料开始喷射时刻比所述第二特定区域内的燃料开始喷射时刻提前,所述EGR率是所述排气量在所述气缸内的所有气体量中所占的比例。

3.根据权利要求1或2所述的火花点火直喷式发动机，其特征在于：

所述排气回流系统包括外部EGR系统和内部EGR系统,该外部EGR系统构成为经由使所述发动机本体的排气通路和进气通路连通的EGR通路让所述排出气体回流到所述气缸内,该内部EGR系统利用对所述发动机本体的进气阀和排气阀进行的开关控制让所述排出气体回流到所述气缸内,

所述控制器,在所述低负荷区域的所述第一特定区域内经由所述外部EGR系统的EGR通路将已冷却的所述排出气体引入所述气缸内。

4.根据权利要求1或2所述的火花点火直喷式发动机，其特征在于：

所述排气回流系统构成为:能够将所述排出气体已被冷却的冷EGR气体、和温度比所述冷EGR气体高的热EGR气体引入所述气缸内,

所述控制器,在所述低负荷区域的所述第一特定区域内通过所述排气回流系统至少将所述冷EGR气体引入所述气缸内,

所述控制器,在所述低负荷区域且负荷低于所述第一特定区域的规定的最低负荷区域内通过所述排气回流系统仅将所述热EGR气体引入所述气缸内。

5.根据权利要求1、3以及4中任一项权利要求所述的火花点火直喷式发动机，其特征在于：

所述控制器,在所述低负荷区域内的除所述第一特定区域以外的区域、以及所述高负荷区域内的规定转速以上的高速域对所述燃料喷射阀进行驱动,以便至少在从进气行程到所述压缩行程中期这段时间内进行燃料喷射。

6.根据权利要求2、3以及4中任一项权利要求所述的火花点火直喷式发动机，其特征在于：

所述控制器,在所述低负荷区域内的除所述第一特定区域以外的区域、以及所述高负荷区域内的在规定转速以上的高速域,在向所述活塞的所述腔室外喷射喷向所述气缸内的燃料的至少一部分的那一时刻对所述燃料喷射阀进行驱动。

7.根据权利要求5或6所述的火花点火直喷式发动机，其特征在于：

至少在所述低负荷区域内的除所述第一特定区域以外的区域,所述控制器对所述燃料压力设定机构进行控制而由所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定成低于30MPa。

8.根据权利要求7所述的火花点火直喷式发动机，其特征在于：

所述燃料压力设定机构包括由所述发动机本体驱动且对所述燃料的压力进行调节的燃料泵。

9.根据权利要求1～8中任一项权利要求所述的火花点火直喷式发动机，其特征在于：

所述燃料喷射阀布置在所述气缸的中心轴上,并且所述燃料喷射阀构成为能够放射状地喷射燃料。