CN108884777B - 发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

发动机的控制装置包括发动机(1)、状态量设定部件(23、24、43、48、54)、火花塞(25)以及控制器(ECU10)。火花塞在规定的点火时刻对混合气点火，以便在混合气靠点火而开始燃烧以后，未燃混合气靠自燃而燃烧。控制器根据发动机的运转状态改变点火时刻，从而调节热量比率，该热量比率是与混合气靠火焰传播燃烧时所产生的热量在燃烧室(17)中的混合气燃烧时所产生的总热量中所占的比例相关的指标。

Description

发动机的控制装置

技术领域

这里所公开的技术涉及一种发动机的控制装置。

背景技术

专利文献1中公开了一种利用活塞的压缩动作让燃烧室中的混合气自燃而燃烧的压缩自燃式发动机。该发动机通过由火花塞进行辅助点火来控制混合气的燃烧速度。而且，该发动机的负荷越低，或者发动机的转速越高，或者冷却剂温度越低，该发动机就越处于一种混合气难以自燃的状态。因此采用了以下做法：让火花塞的点火时刻提前，来促进混合气自燃并让自燃的燃烧时刻提前。

专利文献2中记载了一种在部分负荷区域燃烧室内的混合气靠自燃而燃烧的发动机。在部分负荷区域内的低负荷侧运转区域，该发动机通过让较热的已燃气体残留在燃烧室内来促进混合气的自燃。在部分负荷区域内的高负荷侧运转区域，该发动机通过将已冷却的已燃气体引入燃烧室内而使得难以自燃，并且在即将到达压缩上止点以前由火花塞点火。

专利文献1：日本专利第3951515号公报

专利文献2：日本专利第4082292号公报

发明内容

－发明所要解决的技术问题－

根据上述专利文献1和2中所记载的技术，即使火花塞进行了点火，也无法进行控制而让压缩自燃在所希望的时刻开始，因此从热效率这一点来看还有改善的余地。

这里所公开的技术，对混合气点火后让未燃混合气适当地靠自燃而燃烧。

－用以解决技术问题的技术方案－

本申请发明人想出了将SI(火花点火：Spark Ignition)燃烧和CI(压缩点火：Compression Ignition)燃烧(或自燃(Auto Ignition)燃烧)结合起来的燃烧方式。SI燃烧是伴随着通过强制性地对燃烧室中的混合气点火而开始的火焰传播的一种燃烧方式。CI燃烧是燃烧室中的混合气靠压缩自燃而开始的一种燃烧方式。将SI燃烧和CI燃烧结合起来的燃烧方式是这样的一种燃烧方式：由火花塞强制性地对燃烧室中的混合气点火，混合气由此靠火焰传播而燃烧，并且，燃烧室中的温度由于SI燃烧释放热量而升高，未燃混合气由此靠自燃而燃烧。火焰传播引起的燃烧因为压力变化相对较小而能够抑制燃烧噪声。与火焰传播引起的燃烧相比，进行CI燃烧更有利于缩短燃烧时间，降低燃料消耗量。将SI燃烧和CI燃烧结合起来的燃烧方式既能够抑制燃烧噪声，又能够降低燃料消耗量。因为该燃烧方式是由SI燃烧控制CI燃烧的，所以下面称其为SPCCI(火花控制压缩点火：Spark ControlledCompression Ignition)燃烧。

但是，在靠自燃而进行的燃烧中，如果压缩开始前的燃烧室中的温度(以下，称为“初始温度”)有偏差，自燃时刻就会有很大的变化。如果自燃时刻提前，CI燃烧就会提前开始，SI燃烧就会相应地随之减少。若如此，在燃烧室中就不能充分地进行火焰传播引起的燃烧，CI燃烧开始得就激烈，因此而有可能对抑制燃烧噪声的产生带来不良影响。而且，如果自燃时刻有了推迟，就有可能破坏CI燃烧的稳定性，导致未燃燃料增加，排气性能下降。

本申请发明人在通过调节SI燃烧所释放的热量来控制自燃时刻这一方面做了研究探讨工作。并发现：如果改变点火时刻来调节SI燃烧所释放的热量，就能够以良好的精度控制自燃时刻，最终完成了这里所公开的技术。

具体而言，这里所公开的技术涉及一种发动机的控制装置。该发动机的控制装置包括发动机、燃料喷射器、火花塞以及控制器，该发动机具有燃烧室，该燃料喷射器安装在所述发动机上且构成为喷射燃料，该火花塞面向所述燃烧室中而设，该控制器与所述燃料喷射器和所述火花塞分别相连接，且构成为将控制信号分别输出给所述燃料喷射器和所述火花塞。

所述火花塞在规定的点火时刻对混合气点火，以便在所述混合气靠点火而开始燃烧以后，未燃混合气靠自燃而燃烧。所述控制器根据所述发动机的运转状态改变所述点火时刻，从而调节热量比率，该热量比率是与混合气靠火焰传播燃烧时所释放的热量在所述燃烧室中的混合气燃烧时所释放的总热量中所占的比例相关的指标。

需要说明的是，这里所说的“燃烧室”并不限于活塞到达压缩上止点时所形成的空间的意思。“燃烧室”这个词是广义的。

根据该构成方式，火花塞接收控制器的控制信号强制性地对燃烧室中的混合气点火。混合气靠火焰传播燃烧，之后燃烧室中的未燃混合气靠自燃而燃烧，燃烧由此结束。上述燃烧方式，即SPCCI燃烧，所述热量比率小于100％。

在SPCCI燃烧中，如果提高热量比率，火焰传播引起的燃烧的比例就会升高，因而会有利于抑制燃烧噪声。而且，在SPCCI燃烧中，如果降低热量比率，CI燃烧的比例就会升高，因而会有利于减少燃料消耗量。因此，通过根据发动机的运转状态调节热量比率，就既能够抑制燃烧噪声的产生，又能够减少燃料消耗量。

热量比率的调节是通过改变火花塞的点火时刻进行的。如果改变点火时刻，就能够根据它来改变SI燃烧的开始时刻，从而能够改变热量比率。如果让点火时刻提前，SI燃烧的开始时刻就会提前。SI燃烧所释放的热量因此而会增加，热量比率会提高。如果让点火时刻推迟，SI燃烧的开始时刻就会推迟，SI燃烧所释放的热量因此而会减少，热量比率会降低。

如果改变热量比率，SI燃烧所释放的热量就会有变化，故能够改变燃烧室中靠火焰传播所释放的热量达到诱发自燃的高温环境的时刻。这样一来，在SPCCI燃烧中，能够以良好的精度控制自燃时刻。

这样一来，上述构成方式从能够让CI燃烧在所希望的时刻开始这一角度实现了让未燃混合气靠自燃而适当地燃烧。

还可以是这样的，所述控制器将控制信号输出给所述火花塞，以便让所述点火时刻随着所述燃烧室中的压缩开始前的温度降低而提前，从而提高所述热量比率。

在SPCCI燃烧中，如上所述，如果燃烧室中的初始温度有偏差，自燃时刻就会有很大的变化。如果燃烧室中的初始温度高，自燃时刻就会提前，SI燃烧因此而会减少。SI燃烧减少的结果是，CI燃烧开始得很激烈，故燃烧噪声容易增大。如果燃烧室中的初始温度较低，自燃时刻就会推迟，CI燃烧的稳定性就会遭受破坏。其结果是，有可能导致未燃燃料增加，排气性能下降。

相对于此，如上所述，如果根据燃烧室中的初始温度调节热量比率，就能够利用火焰传播所释放的热量来补偿燃烧室中的初始温度的偏差，从而在所希望的时刻进行未燃混合气的自燃。

这里所公开的另一技术涉及一种发动机的控制装置。该发动机的控制装置包括发动机、状态量设定部件、燃料喷射器以及火花塞，该发动机具有燃烧室，该状态量设定部件安装在所述发动机上且构成为对被引入所述燃烧室中的新气和已燃气体的引入量进行调节，该燃料喷射器安装在所述发动机上且构成为喷射燃料，该火花塞面向所述燃烧室中而设，该控制器与所述状态量设定部件、所述燃料喷射器以及所述火花塞分别相连，且构成为将控制信号分别输出给所述状态量设定部件、所述燃料喷射器以及所述火花塞。

所述火花塞在规定的点火时刻对混合气点火，以便在所述混合气靠点火而开始燃烧以后，未燃混合气靠自燃而燃烧。所述状态量设定部件接收所述控制器的控制信号，对与压缩开始前的所述燃烧室中的温度相关的操作量进行调节。所述控制器根据所述发动机的运转状态改变所述状态量设定部件的所述操作量和所述点火时刻，从而调节热量比率，该热量比率是与混合气靠火焰传播燃烧时所释放的热量在所述燃烧室中的混合气燃烧时所释放的总热量中所占的比例相关的指标。

根据该构成方式，在发动机的运转状态处于规定的运转区域的情况下，火花塞强制性地对燃烧室中的混合气点火。混合气靠火焰传播燃烧，之后燃烧室中的未燃混合气靠自燃而燃烧，燃烧由此结束。上述燃烧方式即SPCCI燃烧的热量比率小于100％。

在SPCCI燃烧中，如果提高热量比率，靠火焰传播燃烧的比例就会升高，因而会有利于抑制燃烧噪声。而且，在SPCCI燃烧中，如果降低热量比率，CI燃烧的比例就会升高，因而会有利于减少燃料消耗量。因此，通过根据发动机的运转状态调节热量比率，就既能够抑制燃烧噪声的产生，又能够减少燃料消耗量。

热量比率的调节是通过由状态量设定部件改变与燃烧室中的初始温度相关的操作量和改变火花塞的点火时刻来进行的。

如果由状态量设定部件改变与燃烧室中的初始温度相关的操作量，那么，伴随着燃烧室中的初始温度发生变化，到燃烧室中靠SI燃烧所释放的热量达到诱发自燃的高温环境为止的温度差就会发生变化，CI燃烧的开始时刻就会随之发生变化。也就是说，从仅进行SI燃烧的燃烧转向进行包括CI燃烧的燃烧的转移时刻会发生变化。因此而能够改变热量比率。

如果燃烧室中的初始温度升高，到燃烧室中靠SI燃烧所释放的热量达到诱发自燃的高温环境为止的温度差就会变小。因此，从火花塞点火而开始SI燃烧时算起到达到自燃为止的那段时间会缩短。若如此，从仅进行SI燃烧的燃烧转向进行包括CI燃烧的燃烧的转移时刻就会提前，故热量比率会降低。

如果燃烧室中的初始温度降低，燃烧室中靠SI燃烧所释放的热量达到诱发自燃的高温环境为止的温度差就会变大。因此，从火花塞点火而开始SI燃烧时算起到达到自燃为止的那段时间会加长。若如此，从仅进行SI燃烧的燃烧转向进行包括CI燃烧的燃烧的转移时刻就会推迟，故热量比率会升高。

如果改变点火时刻，就能够根据它来改变SI燃烧的开始时刻，从而能够改变热量比率。如果让点火时刻提前，SI燃烧就会提前开始。SI燃烧所释放的热量因此而会增加，热量比率会提高。如果让点火时刻推迟，SI燃烧的开始时刻就会推迟，SI燃烧所释放的热量因此而会减少，热量比率会降低。

通过这样由状态量设定部件改变与燃烧室中的初始温度相关的操作量和改变火花塞的点火时刻，那么，如果改变热量比率，SI燃烧所释放的热量就会发生变化。故能够改变燃烧室中靠火焰传播所释放的热量达到诱发未燃混合气自燃的高温环境的时刻。这样一来，在SPCCI燃烧中，能够以良好的精度控制自燃时刻。

这里，燃烧室中的初始温度的变化对未燃混合气的自燃时刻造成的影响比火花塞的点火时刻的改变对未燃混合气的自燃时刻造成的影响大。由此而能够想到以下做法：例如，通过由状态量设定部件调节与燃烧室中的初始温度相关的操作量，来对热量比率进行大致的调节，与此同时，通过改变上述火花塞的点火时刻来对热量比率进行微调节，由此来调节热量比率。如果这样分两个阶段对热量比率进行调节，就能够以良好的精度控制自燃时刻。其结果是，发动机能够准确地实现目标在于与运转状态相对应的SPCCI燃烧。

这样一来，上述构成方式从能够让CI燃烧在所希望的时刻开始这一角度实现了让未燃混合气靠自燃而适当地燃烧。

还可以是这样的，所述控制器将调节所述操作量的控制信号输出给所述状态量设定部件，以便在所述发动机的负荷高时，压缩开始前的所述燃烧室中的温度比负荷低时低，从而提高所述热量比率。

SPCCI燃烧具有以下倾向：燃烧室中的初始温度伴随着发动机的负荷升高而升高。如果燃烧室中的初始温度升高，那么，如上所述，从仅进行SI燃烧的燃烧转向进行包括CI燃烧的燃烧的转移时刻就会提前，故热量比率会降低。如果热量比率降低，伴随着CI燃烧的比例升高，CI燃烧开始得就会很激烈，故燃烧噪声会增大。

相对于此，当发动机的负荷高时，由状态量设定部件调节与燃烧室中的初始温度相关的操作量，而使燃烧室中的初始温度比负荷低时低，故能够让从仅进行SI燃烧的燃烧转向进行包括CI燃烧的燃烧的转移时刻推迟，而能够使热量比率升高。因此，就能够确保进行火焰传播引起的燃烧，从而能够使CI燃烧不过于激烈。其结果是，能够边利用CI燃烧减少燃料消耗量，边适当地抑制燃烧噪声的产生。

还可以是这样的，所述控制器将控制信号输出给所述火花塞，以便在所述发动机的负荷高时，所述点火时刻比负荷低时提前，从而提高所述热量比率。

若如上所述，降低燃烧室中的初始温度，并同时让火花塞的点火时刻提前，就能够边让CI燃烧开始得晚，边让SI燃烧开始得早。因此，当发动机的负荷高时，就能够使SI燃烧进行的时间比负荷低时长，从而能够更进一步地提高SPCCI燃烧的热量比率。这样一来，当发动机的负荷高时，就能够充分地抑制燃烧噪声的产生。

还可以是这样的，所述状态量设定部件包括增压系统，该增压系统设置在所述发动机上，且构成为将被引入所述燃烧室中的气体增压。所述增压系统接收所述控制器的控制信号，在所述发动机的负荷高时进行增压，且在负荷低时不进行增压。

增压系统例如可以采用由发动机驱动的机械式增压器。机械式增压器能够在增压和非增压之间进行切换。

当发动机的负荷较低时，燃料就少。因此，即使不进行增压，也能够将为了让混合气的过剩空气系数λ达到所希望的状态而需要的新气引入燃烧室中。在增压系统采用机械式增压器的情况下，靠不增压来减少燃料消耗量。

发动机的负荷升高，燃料量增多，故为了让过剩空气系数λ达到所希望的状态而需要的新气增多，并且，为了让混合气的G/F达到所需要的状态，必须大量地将已燃气体引入燃烧室中。当发动机的负荷较高时，通过进行增压，就能够将燃烧室设定成过剩空气系数λ和G/F都达到所希望的那一状态。

还可以是这样的，在所述增压系统不进行增压时，所述控制器将调节所述操作量的控制信号输出给所述状态量设定部件，以便压缩开始前的所述燃烧室中的温度随着所述发动机的负荷升高而降低，从而提高所述热量比率。

如上所述，SPCCI燃烧具有以下倾向：燃烧室中的初始温度伴随着发动机的负荷升高而升高。如果燃烧室中的初始温度升高，热量比率就会降低。其结果是，燃烧噪声增大。

相对于此，如果伴随着发动机的负荷升高，由状态量设定部件调节操作量而使燃烧室中的初始温度变低，从仅进行SI燃烧的燃烧转向进行包括CI燃烧的燃烧就变晚，故能够使SI燃烧所释放的热量增加。因此，发动机的负荷越高，就越能提高SPCCI燃烧的热量比率。其结果是，不进行增压时，能够适当地抑制燃烧噪声的产生。

还可以是这样的，在所述增压系统不进行增压时，所述控制器将控制信号输出给所述火花塞，以便让所述点火时刻随着所述发动机的负荷升高而提前，从而提高所述热量比率。

若如上所述降低燃烧室中的初始温度，并同时让火花塞的点火时刻提前，就能够边让CI燃烧开始得晚，边让SI燃烧开始得早。因此，发动机的负荷越高，就能够使进行SI燃烧的时间越长，从而能够更进一步地提高SPCCI燃烧的热量比率。这样一来，在不进行增压时，能够尽可能地抑制燃烧噪声的产生。

还可以是这样的，在所述增压系统进行增压时，所述控制器将控制信号输出给所述火花塞，以便让所述点火时刻随着所述发动机的负荷升高而提前，从而使所述热量比率相对于所述发动机的负荷变化而保持一定不变。

进行增压时，如果通过让点火时刻提前而使热量比率针对发动机的负荷变化而一定不变，那么，发动机的负荷越高，SI燃烧所释放的热量和CI燃烧所释放的热量都会越多。因此燃烧噪声具有随着CI燃烧的峰值升高而增大的倾向。但是，与不进行增压时相比，进行增压时，随着负荷的相对增加，相应地就能够允许某种程度大的燃烧噪声。因此，通过确保CI燃烧所释放的热量，就能够缩短燃烧期，从而能够适当地收到减少燃料消耗量的效果。

还可以是这样的，所述控制器将控制信号输出给所述状态量设定部件和所述燃料喷射器，而将与所述燃烧室中的包括已燃气体的所有气体与燃料的重量比相关的指标设定在18以上50以下，所述指标为气体重量/燃料重量。

根据本申请发明人所做的研究结果可知：就将SI燃烧和CI燃烧结合起来的SPCCI燃烧而言，通过将混合气的G/F设定在18以上50以下，就能够适当地进行SPCCI燃烧。

而且，通过使燃烧室中变成18≤G/F的状态，混合气的稀释率就高。因此，发动机的燃料消耗量减少。而且，能够可靠地避免伴随着爆燃的产生而产生燃烧噪声。

还可以是这样的，所述控制器将控制信号输出给所述状态量设定部件和所述燃料喷射器，而将所述混合气的过剩空气系数λ设定为1.0±0.2。

通过将混合气的G/F设定在18以上50以下且将λ设定为1.0±0.2，那么，在SPCCI燃烧中，就能够以良好的精度控制自燃时刻。

就SPCCI燃烧而言，即使压缩开始前的燃烧室中的温度产生了偏差，通过调节SI燃烧所释放的热量，也能够吸收压缩开始前的温度的偏差。如果根据压缩开始前燃烧室中的温度例如调节SI燃烧的开始时刻，就能够让未燃混合气在目标时刻自燃。其中，SI燃烧的开始时刻是通过调节点火时刻来调节的。

但是，就SPCCI燃烧而言，为了以良好的精度控制自燃时刻，自燃时刻则必须根据对点火时刻的改变而发生变化。优选，自燃时刻相对于点火时刻的改变而变化的灵敏度高。

根据本申请发明人的研究结果可知，如果使燃烧室处于混合气的λ为1.0±0.2且G/F在18以上50以下的状态，SI燃烧就稳定。SI燃烧稳定化的结果是，自燃时刻相对于点火时刻的改变而发生变化。也就是说，在SPCCI燃烧中，能够以良好的精度控制自燃时刻。

通过将λ设定为1.0±0.2，利用安装在发动机的排气通路上的三效催化剂就能够对尾气进行净化。

因此，根据上述构成方式，能够降低燃料消耗量，并且既能够使排气性能良好，在将SI燃烧和CI燃烧结合起来的SPCCI燃烧中又能够以良好的精度控制自燃时刻。

通过利用SI燃烧控制自燃时刻，即使压缩开始前的燃烧室中的温度产生偏差，也是既能够抑制燃烧噪声，又能够在对于燃料消耗量来说最适合的时刻让未燃混合气自燃。

还可以是这样的，所述点火时刻下的所述燃烧室中的状态满足温度在570K以上800K以下以及压力在400kPa以上920kPa以下二者中之至少一者。

这样做能够使SPCCI燃烧稳定化。

还可以是这样的，所述点火时刻下的所述燃烧室中的状态满足涡流比在4以上。

通过增强燃烧室内的涡流，就能够稳定地进行SPCCI燃烧。

还可以是这样的，所述发动机的几何压缩比在13以上。就SPCCI燃烧而言，因为在SPCCI燃烧中进行火花点火，所以无需为了混合气自燃而大幅度地提高活塞到达压缩上止点时燃烧室内的温度。将几何压缩比设定得较低，就有利于减少发动机的冷却损失和机械损失。

－发明的效果－

如上所述，根据上述发动机的控制装置，对混合气点火后，让未燃混合气适当地靠自燃而燃烧。

附图说明

图1是示出发动机的结构的图。

图2是示例出燃烧室的结构的图，上图相当于燃烧室的俯视图，下图是沿II-II线剖开的剖视图。

图3是示例出燃烧室和进气系的结构的俯视图。

图4是示例出发动机的控制装置的结构的方框图。

图5示例出用于测量涡流比的台架试验装置。

图6示例出第二通路的开口比率和涡流比之间的关系。

图7的上图示例出发动机的运转区域图，图7的下图示出与上图不同的运转区域图。

图8的上图概念性地示出将SI燃烧和CI燃烧结合起来的SPCCI燃烧的热释放率的变化情况，图8的中图是说明SPCCI燃烧中的SI率的定义的图，图8的下图是说明SPCCI燃烧中的SI率的另一定义的图。

图9用来说明SI率、燃烧室中的状态量、进气门和排气门的重叠期(overlapperiod)、燃料的喷射时刻以及点火时刻随发动机负荷变化的变化情况。

图10的上图示例出在非增压SPCCI燃烧中，燃烧波形随发动机的负荷增大而变化的变化情况，图10的下图示例出在增压SPCCI燃烧中，燃烧波形随发动机的负荷增大而变化的变化情况。

图11是流程图，示出ECU对发动机进行控制的步骤。

图12是用来说明与SI率的调节相关的控制这一概念的图。

图13的上图示出混合气的G/F与为实现所希望的紊流燃烧速度所需要的紊流能量之间的关系，图13的中图示出实现上图所示的必要紊流能量的燃烧室中的温度与混合气G/F之间的关系，图13的下图示出实现上图所示的必要紊流能量的燃烧室中的压力与混合气G/F之间的关系。

图14是纵轴表示混合气的EGR率，横轴表示混合气的A/F的平面等高线图，示例出SPCCI燃烧中自燃时刻相对于点火时刻的变化而变化的变化比率。

图15是说明用来求SI部的外部EGR率和整个燃烧室的总EGR率之间的关系的研究方法的图，为了在已使混合气的G/F在燃烧室中分层化的状态下让SPCCI燃烧成立，需要该关系。

图16示例出SI部的G/F和整个燃烧室的G/F之间的关系，为了在已使混合气的G/F在燃烧室中分层化的状态下让SPCCI燃烧成立，需要该关系。

图17示例出在图7的下图所示的运转区域图中，各运转状态下的燃料喷射时刻、点火时刻以及燃烧波形。

图18示例出根据燃烧室中的初始温度改变点火时刻时的燃烧波形的不同。

图19示例出在非增压SPCCI区域的规定负荷以上的区域，点火时刻相对于燃烧室中的初始温度的变化情况。

图20示例出在非增压SPCCI区域的规定负荷以上的区域，SI率相对于点火时刻的变化情况。

图21示例出点火时刻相对于发动机的负荷的变化情况。

图22示例出在非增压SPCCI区域的规定负荷以上的区域，燃烧室中的初始温度相对于发动机负荷的变化情况。

具体实施方式

下面，结合附图详细地说明发动机的控制装置的实施方式。以下说明的是发动机控的制装置之一例。图1是示出发动机的结构的图。图2是示出燃烧室的结构的剖视图，图2的上图相当于燃烧室的俯视图，图2的下图是沿II-II线剖开的剖视图。图3是示出燃烧室和进气系的结构的图。需要说明的是，图1中的进气侧是纸面的左侧，图1中的排气侧是纸面的右侧。图2和图3中的进气侧是纸面的右侧，图2和图3中的排气侧是纸面的左侧。图4是示例出发动机的控制装置的结构的方框图。

发动机1是通过燃烧室17重复进行进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程而运转的四冲程发动机。发动机1安装在四轮汽车上。发动机1运转，汽车行驶。在该结构例中，发动机1的燃料是汽油。燃料还可以是含有生物乙醇等的汽油。发动机1的燃料只要是至少含有汽油的液体燃料，什么燃料都可以。

(发动机的结构)

发动机1包括气缸体12和安装在气缸体12上的气缸盖13。在气缸体12的内部形成有多个气缸11。图1和图2中，仅示出一个气缸11。发动机1是多气缸发动机。

活塞3插在各气缸11内，能够自由滑动。该活塞3经由连杆14与曲轴15连结起来。活塞3与气缸11、气缸盖13共同划分出燃烧室17。需要说明的是，“燃烧室”并不限于活塞3到达压缩上止点时所形成的空间的意思。“燃烧室”这个词有时候是广义的。也就是说，“燃烧室”有时候与活塞3的位置无关，是由活塞3、气缸11和气缸盖13形成的空间的意思。

如图2所示，气缸盖13的下表面，亦即燃烧室17的顶面由倾斜面1311、倾斜面1312构成。倾斜面1311从进气侧朝向后述的燃料喷射器6的喷射轴心X2向上倾斜。倾斜面1312从排气侧朝向喷射轴心X2向上倾斜。燃烧室17的顶面呈所谓的屋脊形状。

活塞3的上表面朝着燃烧室17的顶面隆起。在活塞3的上方形成有空腔31。空腔31从活塞3的上表面开始凹陷。空腔31呈浅盘状。当活塞3位于压缩上止点附近时，空腔31与后述的燃料喷射器6相对。

空腔31的中心相对于气缸11的中心轴X1偏向排气侧。空腔31的中心与燃料喷射器6的喷射轴心X2一致。空腔31具有凸部311。凸部311形成在燃料喷射器6的喷射轴心X2上。凸部311呈近似圆锥状。凸部311从空腔31的底部朝着气缸11的顶面向上延伸。

空腔31具有形成在凸部311周围的凹陷部312。凹陷部312绕一周将凸部311包围起来。空腔31相对于喷射轴心X2呈对称形状。

在凹陷部312的周侧面从空腔31的底面朝着空腔31的开口与喷射轴心X2倾斜。位于凹陷部312的空腔31的内径从空腔31的底部朝着空腔31的开口逐渐增大。

需要说明的是，燃烧室17的形状并不限于图2所示的形状。例如，空腔31的形状、活塞3的上表面的形状以及燃烧室17的顶面的形状等都能够做适当的改变。

发动机1的几何压缩比设定在13以上30以下。如后所述，发动机1在一部分运转区域进行将SI燃烧和CI燃烧结合起来的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧利用SI燃烧所释放的热量和SI燃烧所引起压力的上升对CI燃烧进行控制。该发动机1无需为了让混合气自燃而提高活塞3到达压缩上止点时的燃烧室17的温度(亦即，压缩上止点温度)。也就是说，尽管发动机1能够进行CI燃烧，却能够将几何压缩比设定得较低。降低几何压缩比，则有利于减少冷却损失和机械损失。作为一例可以如此：标准规格(燃料的辛烷值在91左右)下，发动机1的几何压缩比为14～17；高辛烷值规格(燃料的辛烷值在96左右)下发动机1的几何压缩比为15～18。

每个气缸11都在其气缸盖13上都形成有进气道18。如图3所示，进气道18具有第一进气道181和第二进气道182两个进气道。第一进气道181和第二进气道182沿着曲轴15的轴向，亦即发动机1的前后方向排列。进气道18与燃烧室17连通。进气道18是所谓的螺旋状气道，省略详细图示。也就是说，进气道18具有在燃烧室17中形成纵滚流的形状。

进气道18上设置有进气门21。进气门21使燃烧室17和进气道18连通或将燃烧室17和进气道18切断。进气门21利用气门传动机构在规定的时刻开启、关闭。气门传动机构只要是能够使配气相位和/或气门升程可变的可变气门传动机构即可。在该结构例中，如图4所示，可变气门传动机构具有进气电动S-VT(连续气门正时：Sequential-Valve Timing)23。进气电动S-VT23让进气凸轮轴的旋转相位在规定的角度范围内连续地变化。因此，进气门21的开启时刻和关闭时刻连续变化。需要说明的是，进气气门传动机构可以具有液压式S-VT来取代电动S-VT。

每个气缸11的气缸盖13上还形成有排气道19。如图3所示，排气道19具有第一排气道191和第二排气道192两个排气道。第一排气道191和第二排气道192沿着发动机1的前后方向排列。排气道19与燃烧室17连通。

排气道19上设置有排气门22。排气门22使燃烧室17和排气道19连通或者将燃烧室17和排气道19切断。排气门21利用气门传动机构在规定的时刻开启、关闭。气门传动机构只要是能够使配气相位和/或气门升程可变的可变气门传动机构即可。在该结构例中，如图4所示，可变气门传动机构具有排气电动S-VT24。排气电动S-VT24让排气凸轮轴的旋转相位在规定的角度范围内连续地变化。因此，排气门22的开启时刻和关闭时刻连续变化。需要说明的是，排气气门传动机构还可以具有液压式S-VT以取代电动S－VT。

该发动机1利用进气电动S-VT23和排气电动S-VT24来调节与进气门21的开启时间和排气门22的关闭时间相关的重叠期的长度，详情后述。由此而清除燃烧室17中的残留气体。通过调节重叠期的长度，将内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)气体引入燃烧室17中，或者将内部EGR气体封闭在燃烧室17中。在该结构例中，由进气电动S-VT23和排气电动S-VT24构成作为状态量设定部件之一的内部EGR系统。需要说明的是，内部EGR系统并不限于由S-VT构成。

每个气缸11都在其气缸盖13上安装有燃料喷射器6。燃料喷射器6构成为：直接将燃料喷向燃烧室17中。燃料喷射器6设在进气侧倾斜面1311和排气侧倾斜面1312相交叉而构成的屋脊(pent roof)部处。如图2所示，燃料喷射器6的喷射轴心X2设置在以气缸11的中心轴X1为基准的排气侧。燃料喷射器6的喷射轴心X2与中心轴X1平行。如上所述，燃料喷射器6的喷射轴心X2与空腔31的凸部311的位置一致。燃料喷射器6与空腔31相对。需要说明的是，燃料喷射器6的喷射轴心X2可以与气缸11的中心轴X1一致。此时，理想情况也是燃料喷射器6的喷射轴心X2与空腔31的凸部311的位置一致。

燃料喷射器6由具有多个喷口的多喷口式燃料喷射器构成，省略详细图示。如图2中的双点划线所示，燃料喷射器6喷射燃料，保证雾状燃料从燃烧室17的中央开始放射状扩散开来。在本结构例中，燃料喷射器6具有十个喷孔，喷孔等角度地布置在圆周方向上。如图2的上图所示，喷孔的中心相对于后述火花塞25沿圆周方向错位。也就是说，火花塞25被夹在相邻的两个喷孔的中心之间。这样一来，能够避免从燃料喷射器6喷射出的雾状燃料直接打在火花塞25上而将电极打湿。

如后所述，有时候，燃料喷射器6在活塞3位于压缩上止点附近的时刻喷射燃料。在该情况下，如果燃料喷射器6喷射燃料，雾状燃料就会一边与新气混合，一边顺着空腔31的凸部311朝下流动，并且还沿着凹陷部312的底面和周侧面从燃烧室17的中央开始朝着径向外侧放射状地扩散着流动。之后，混合气到达空腔31的开口，顺着进气侧的倾斜面1311和排气侧的倾斜面1312从径向外朝着燃烧室17的中央流动。

需要说明的是，燃料喷射器6并不限于多喷口式燃料喷射器。还可以采用外开阀式燃料喷射器作燃料喷射器6。

燃料供给系统61连接在燃料喷射器6上。燃料供给系统61具有燃料箱63和燃料供给路径62。其中，该燃料箱63构成为贮存燃料；该燃料供给路径62将燃料箱63和燃料喷射器6彼此连结起来。在燃料供给路径62上设置有燃料泵65和共轨腔(Common Rail)64。燃料泵65利用压力将燃料输送给共轨腔64。在该结构例中，燃料泵65是由曲轴15驱动的柱塞泵。共轨腔64以较高的燃料压力储存由燃料泵65靠压力送来的燃料。燃料喷射器6开启，储存在共轨腔64内的燃料就从燃料喷射器6的喷口喷向燃烧室17中。燃料供给系统61构成为：能够将压力在30MPa以上的高压燃料供向燃料喷射器6。燃料供给系统61的最高燃料压力例如可以在120MPa左右。可以根据发动机1的运转状态改变供向燃料喷射器6的燃料的压力。需要说明的是，燃料供给系统61的结构并不限于上述结构。

每个气缸11都在其气缸盖13上安装有火花塞25。火花塞25强制性地对燃烧室17中的混合气点火。在该结构例中，火花塞25设置在以气缸11的中心轴X1为基准的进气侧。火花塞25位于两个进气道18之间。火花塞25以其上端远离燃烧室17的中央且下端靠近靠近燃烧室17的中央的状态倾斜着安装在气缸盖13上。如图2所示，火花塞25的电极面向燃烧室17且位于燃烧室17的顶面附近。需要说明的是，火花塞25的设置位置并不限于图2的结构例。火花塞25还可以设置在以气缸11的中心轴X1为基准的排气侧。而且，还可以将火花塞25布置在气缸11的中心轴X1上，并且将燃料喷射器6设置在以中心轴X1为基准的进气侧或排气侧。

进气通路40连接在发动机1的一侧面上。进气通路40与各气缸11的进气道18连通。进气通路40是被引入燃烧室17的气体流动的通路。在进气通路40的上游端部设置有对新气进行过滤的空气滤清器41。在进气通路40的下游端附近设置有稳压罐42。位于稳压罐42的下游的进气通路40构成为每个气缸11分支出来的独立通路，详情省略图示。独立通路的下游端连接在各气缸11的进气道18上。

进气通路40上且空气滤清器41和稳压罐42之间设置有节气门43。节气门43构成为：通过调节其开度来调节引入燃烧室17中的新气的量。节气门43构成状态量设定部件之一。

在进气通路40上且节气门43的下游部分设置有增压器44。增压器44构成为：使被引入燃烧室17的气体的压力增大。在该结构例中，增压器44是由发动机1驱动的机械式增压器。机械式增压器44例如还可以是李肖姆式增压器。机械式增压器44采用什么结构都可以。机械式增压器44可以是罗茨式增压器、叶片式增压器或离心式增压器。需要说明的是，增压器还可以是电动式增压器，又可以是靠排气能量驱动的涡轮增压器。

在增压器44和发动机1之间设置有电磁离合器45。电磁离合器45让驱动力从发动机1传递给增压器44或者切断增压器44和发动机1之间的驱动力的传递。如后所述，ECU10让电磁离合器45在断开和接合态之间进行切换，来让增压器44在工作状态与非工作状态之间进行切换。也就是说，该发动机1构成为能够让增压器44在以下两种工作状态之间进行切换，即：增压器44将被引入燃烧室17的气体增压的工作状态，或者增压器44不将被引入燃烧室17的气体增压的工作状态。

中间冷却器46设置在进气通路40上且增压器44的下游。中间冷却器46对在增压器44中压缩了的气体进行冷却。中间冷却器46只要是例如液冷式冷却器即可。

旁路通路47连接在进气通路40上。旁路通路47为了将增压器44和中间冷却器46旁路，而将进气通路40的增压器44的上游部和中间冷却器46的下游部彼此连接起来。更具体而言，旁路通路47连接在稳压罐42上。旁路通路47上设置有空气旁路阀48。空气旁路阀48对流经旁路通路47的气体的流量进行调节。

当不让增压器44工作时(亦即，将电磁离合器45切断时)，将空气旁路阀48完全开启。这样一来，流经进气通路40的气体就旁路增压器44，而被引入发动机1的燃烧室17中。发动机1在非增压亦即自然进气的状态下运转。

当让增压器44工作时(亦即，让电磁离合器45接合时)，通过了增压器44的气体的一部分就通过旁路通路47朝着增压器的上游逆向流动。通过调节空气旁路阀48的开度就能够调节逆向流量，故能够调节被引入燃烧室17的气体的增压压力。需要说明的是，还可以这样来定义增压时，即：增压时指的是稳压罐42内的压力超过大气压之时；非增压时指的是稳压罐42内的压力在大气压以下之时。

在该结构例中，由增压器44、旁路通路47、空气旁路阀48构成增压系统49。空气旁路阀48构成状态量设定部件之一。

发动机1具有让燃烧室17内产生涡流的涡流产生部。如图3所示，涡流产生部是安装在进气通路40上的涡流控制阀56。涡流控制阀56设置在与第一进气道181相通的第一通路401和与第二进气道182相通的第二通路402中的第二通路402上。涡流控制阀56是能够缩小第二通路的断面的开度调节阀。如果涡流控制阀56的开度较小，从排列在发动机1的前后方向上的第一进气道181和第二进气道182中的第一进气道181流入燃烧室17的进气流量就相对增加，且从第二进气道182流入燃烧室17的进气流量就相对减少，因此燃烧室17内的涡流会增强。如果涡流控制阀56的开度大，从第一进气道181和第二进气道182各个进气道流入燃烧室17的进气流量就大致相等，因此燃烧室17内的涡流会减弱。如果将涡流控制阀56完全开启，则不产生涡流。需要说明的是，如空心箭头所示，涡流按照图3中的逆时针方向旋转(也参照图2中的空心箭头)。

需要说明的是，涡流产生部还可以采用让两个进气门21的开启时间错开，而能够仅从一进气门21将气体引入燃烧室17中的结构来取代将涡流控制阀56安装在进气通路40上的结构。或者，涡流产生部又可以采取以下结构：除了将涡流控制阀56安装在进气通路40上以外，还让两个进气门21的开启期错开，而能够仅从一进气门21将气体引入燃烧室17中这样的结构。仅开启两个进气门21中的一个进气门21，被引入燃烧室17中的气体就不等，因此而能够在燃烧室17中产生涡流。还可以通过改进进气道18的形状而使涡流产生部构成为在燃烧室17中产生涡流。

这里，对燃烧室17内的涡流的强度进行定义。在本结构例中，用“涡流比”表示燃烧室17内的涡流的强度。能够将用发动机角速度除在每个气门升程下测得并积分后的进气流横向角速度的值所得到的值定义为“涡流比”。进气流横向角速度，能够根据用图5所示的台架试验装置测得的测量结果求出。也就是说，将气缸盖13上下倒过来设置在基座上，将进气道18连接在未图示的进气供给装置上，将气缸36设置在该气缸盖13上，并且将具有蜂窝状转子37的脉冲计数器38连接在气缸36的上端，这样来构成图5所示的装置。脉冲计数器38的下表面被定位在离气缸盖13和气缸体的接合面1.75D(需要说明的是，D是气缸孔径)远的位置上。用脉冲计数器38测量根据进气供给而在气缸36内产生的涡流(参照图5中的箭头)作用在蜂窝状转子37上的扭矩，根据测得的该扭矩就能够求出进气流横向角速度。

图6示出该发动机1中涡流控制阀56的开度与涡流比之间的关系。图6用相对于第二通路402的整个断面的开口比率表示涡流控制阀56的开度。当涡流控制阀56完全关闭时，第二通路402的开口比率为0％，如果涡流控制阀56的开度增大，第二通路402的开口比率则会大于0％。当涡流控制阀56完全开启时，第二通路402的开口比率则为100％。如图6所示，当将涡流控制阀56完全关闭时，该发动机1的涡流比在6左右。如果想让涡流比在4以上，只要在开口比率为0～15％的范围内调节涡流控制阀56的开度即可。

发动机1的另一侧面上连接有排气通路50。排气通路50与各气缸11的排气道19连通。排气通路50是从燃烧室17排出的尾气流过的通路。排气通路50的上游部分构成对每个气缸11分支出来的独立通路，详情省略图示。独立通路的上游端连接在各气缸11的排气道19上。

在排气通路50上设置有具有一个以上的催化转化器的尾气净化系统。在本结构例中，尾气净化系统具有两个催化转化器。上游的催化转化器设置在发动机室内。上游的催化转化器具有三效催化剂511和GPF(汽油微粒过滤器：Gasoline Particulate Filter)512。下游的催化转化器设置在发动机室外。下游的催化转化器具有三效催化剂513。需要说明的是，尾气净化系统并不限于图例的结构。例如，GPF还可以省去不用。催化转化器并不限于具有三效催化剂。而且，可以适当地改变三效催化剂和GPF的排列顺序。

构成外部EGR系统的EGR通路52连接在进气通路40和排气通路50之间。EGR通路52是用来让已燃气体的一部分回流到进气通路40中的通路。EGR通路52的上游端连接在排气通路50上且上游的催化转化器和下游的催化转化器之间。EGR通路52的下游端连接在进气通路40上且增压器44的上游部分。更具体而言，EGR通路52的下游端连接在旁路通路47的中途。流经EGR通路52的EGR气体流入进气通路40中且增压器44的上游部分，不通过旁路通路47上的空气旁路阀48。

EGR通路52上设置有液冷式EGR冷却器53。EGR冷却器53构成为对已燃气体进行冷却。EGR通路52上还设置有EGR阀54。EGR阀54构成为对流经EGR通路52的已燃气体的流量进行调节。通过调节EGR阀54的开度，就能够调节已冷却的已燃气体即外部EGR气体的回流量。

在该结构例中，EGR系统55由包括EGR通路52和EGR阀54的外部EGR系统和包括所述进气电动S-VT23和排气电动S-VT24的内部EGR系统构成。EGR阀54还构成状态量设定部件之一。因为外部EGR系统连接在催化转化器的下游部分且具有EGR冷却器53，所以外部EGR系统能够将温度低于内部EGR系统的已燃气体供向燃烧室17。

发动机的控制装置包括用来让发动机1运转的ECU(发动机控制单元：EngineControl Unit)10。ECU10是以公知的微型计算机为主的控制器。ECU10具有CPU(中央处理器：Central Processing Unit)101、存储器102以及输入/输出总线103。其中，该CPU用于执行程序；该存储器例如由RAM(随机存取存储器：Random Access Memory)和ROM(只读存储器：Read Only Memory)构成且用于存储程序和数据；输入/输出总线103用于输入或输出电信号。ECU10是控制器之一例。

如图1和图4所示，ECU10上连接有各种传感器SW1～SW16。传感器SW1～SW16将检测信号输出给ECU10。传感器包括以下传感器。

也就是说，空气流量传感器SW1、第一进气温度传感器SW2、第一压力传感器SW3、第二进气温度传感器SW4、第二压力传感器SW5、缸压传感器SW6、排气温度传感器SW7、线性氧传感器SW8、γ氧传感器SW9、液温传感器SW10、曲轴转角传感器SW11、油门开度传感器SW12、进气凸轮转角传感器SW13、排气凸轮转角传感器SW14、EGR压力差传感器SW15以及燃料压力传感器SW16。其中，空气流量传感器SW1布置在进气通路40上且空气滤清器41的下游，检测流经进气通路40的新气的流量；该第一进气温度传感器SW2布置在进气通路40上且空气滤清器41的下游，检测新气的温度；该第一压力传感器SW3布置在进气通路40上EGR通路52的连接位置的下游且增压器44的上游，检测流入增压器44的气体的压力；该第二进气温度传感器SW4布置在进气通路40上增压器44的下游且旁路通路47的连接位置的上游，检测从增压器44流出的气体的温度；该第二压力传感器SW5安装在稳压罐42上，检测增压器44下游的气体的压力；该缸压传感器SW6对应于各气缸11安装在气缸盖13上，检测燃烧室17内的压力；该排气温度传感器SW7布置在排气通路50上，检测从燃烧室17排出的气体的温度；该线性氧传感器SW8布置在排气通路50上且上游催化转化器的上游，检测排气中氧的浓度；该γ氧传感器SW9布置在上游催化转化器中的三效催化剂511的下游，检测排气中氧的浓度；该液温传感器SW10安装在发动机1上，检测冷却液的温度；该曲轴转角传感器SW11安装在发动机1上，检测曲轴15的旋转角；该油门开度传感器SW12安装在油门踏板机构上，检测对应于油门踏板的操作量的油门开度；该进气凸轮转角传感器SW13安装在发动机1上，检测进气凸轮轴的旋转角；该排气凸轮转角传感器SW14安装在发动机1上，检测排气凸轮轴的旋转角；该EGR压力差传感器SW15布置在EGR通路52上，检测EGR阀54的上游和下游的压力差；该燃料压力传感器SW16安装在燃料供给系统62的共轨腔64上，检测供向燃料喷射器6的燃料的压力。

ECU10根据各种传感器的检测信号判断发动机1的运转状态，并计算各种部件的控制量。ECU100将与计算出的控制量相关的控制信号输出给燃料喷射器6、火花塞25、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24、燃料供给系统61、节气门43、EGR阀54、增压器44的电磁离合器45、空气旁路阀48以及涡流控制阀56等。

例如，ECU10根据油门开度传感器SW12的检测信号和事先设定好的运转区域图，设定发动机1的目标扭矩并决定目标增压。为了让增压压力达到目标增压压力，ECU10根据目标增压压力和从第一压力传感器SW3和第二压力传感器SW5的检测信号得到的增压器44前后的压力差调节空气旁路阀48的开度，这样来进行反馈控制。

ECU10根据发动机1的运转状态和事先设定好的运转区域图设定目标EGR率(即，EGR气体在燃烧室17中的所有气体中所占的比率)。为了让被引入燃烧室17中的外部EGR气体量达到目标EGR气体量，ECU10根据基于目标EGR率和油门开度传感器SW12的检测信号得到的吸入空气量决定目标EGR气体量，并且根据从EGR压力差传感器SW15的检测信号得到的EGR阀54前后的压力差调节EGR阀54的开度，这样来进行反馈控制。

当规定的控制条件成立时，ECU10就进行空燃比反馈控制。具体而言，为了使混合气的空燃比达到所希望的值，ECU10根据由线性氧传感器SW8和γ氧传感器SW9检测到的排气中氧的浓度调节燃料喷射器6的燃料喷射量。

需要说明的是，ECU10对发动机1进行的其它控制后述。

(发动机的运转区域)

图7的上图示出发动机1的运转区域图701。运转区域图701根据负荷和转速决定。运转区域图701根据负荷高低分为三个区域。具体而言，三个区域是包括空运转的低负荷区域(A)、包括最大负荷的高负荷区域(C)以及介于低负荷区域(A)和高负荷区域(C)之间的中负荷区域(B)。发动机1以降低燃料消耗量和提高排气性能为主要目的，在运转区域图701中的中负荷区域靠压缩自燃进行燃烧。下面，依次说明低负荷区域、中负荷区域以及高负荷区域各区域的燃烧方式。

需要说明的是，在以下记载中，说明火花塞25对燃烧室17中的混合气点火时的点火时刻时适当地参照图18～图22。这里，图18示例出根据燃烧室17中的初始温度改变点火时刻时的燃烧波形的不同。图19示例出在非增压SPCCI区域的规定负荷以上的区域，点火时刻相对于燃烧室17中的初始温度的变化情况。图20示例出在非增压SPCCI区域的规定负荷以上的区域，SI率相对于点火时刻的变化情况。图21示例出点火时刻相对于发动机1负荷的变化情况。图22示例出在非增压SPCCI区域的规定负荷以上的区域，燃烧室17中的初始温度相对于发动机1负荷的变化情况。

(低负荷区域)

发动机1的运转状态处于低负荷区域时(亦即，发动机1在低于第一负荷的低负荷下运转时)的燃烧方式是火花塞25对燃烧室17中的混合气点火而让混合气靠火焰传播燃烧的SI燃烧。这是为了优先可靠地确保燃烧稳定性之故。下面，有时候，将低负荷区域的燃烧方式称为低负荷SI燃烧。

当发动机1的运转状态处于低负荷区域时，混合气的空燃比(A/F)是理论空燃比(A/F≈14.7)。需要说明的是，在以下说明中，混合气的空燃比、过剩空气系数λ以及G/F的值都是在点火时刻的值。如果使混合气的空燃比为理论空燃比，三效催化剂就能够对从燃烧室17排出的废气进行净化，故发动机1的排气性能良好。混合气的A/F只要落在三效催化剂的净化窗中即可。混合气的过剩空气系数λ可以为1.0±0.2。

为降低发动机1的燃料消耗量，当发动机1的运转状态处于低负荷区域时，EGR系统55就将EGR气体引入燃烧室17中。将混合气的G/F，即燃烧室17中的所有气体与燃料的重量比设定在18以上30以下。还可以将混合气的G/F设定在18以上50以下。混合气是EGR稀薄气体。混合气的稀释率高。例如，如果让混合气的G/F为25，那么混合气就在负荷运转区域稳定地进行SI燃烧，达不到自燃。在低负荷区域，混合气的G/F与发动机1负荷的高低无关，基本维持为一定。这样一来，在整个低负荷区域，SI燃烧就很稳定。发动机1的燃料消耗量减少，并且排气性能良好。

当发动机1的运转状态处于低负荷区域时，因为燃料量少，所以为了让混合气的λ在1.0±0.2且保证G/F在18以上50以下，必须使被引入燃烧室17中的气体的填充量比100％少。具体而言，发动机1进行米勒循环(miller cycle)，通过该米勒循环让调节节气门43的开度的节流环和/或进气门21的开启时刻推迟到进气下止点以后。

当发动机1的运转状态处于低负荷区域时，根据需要调节涡流控制阀56的开度。

需要说明的是，在低负荷区域内的低负荷低转速区域，可以通过进一步减少气体的填充量来提高混合气的燃烧温度和尾气的温度。这样便有利于将催化转化器维持为活性状态。

(中负荷区域)

当发动机1的运转状态处于中负荷区域时，燃料的喷射量增多。因为燃烧室17的温度升高，所以能够稳定地进行自燃。为降低燃料消耗量，提高排气性能，发动机1在中负荷区域进行CI燃烧。

如果在开始压缩前燃烧室17中的温度有偏差，靠自燃进行的燃烧的自燃时刻就会有很大的变化。于是，发动机1在中负荷区域进行将SI燃烧和CI燃烧结合起来的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧是这样的一种燃烧方式，即：通过由火花塞25强制性地对燃烧室17中的混合气点火，混合气便靠火焰传播而燃烧，并且，燃烧室17中的温度由于SI燃烧所释放的热量而升高，未燃混合气便靠自燃而燃烧的方式。通过调节SI燃烧所释放的热量，就能够吸收压缩开始前的燃烧室17中的温度的偏差。

详细而言，即使压缩开始前的燃烧室17中的温度有偏差，只要通过调节例如点火时刻来调节SI燃烧的开始时刻，就能够让未燃混合气在目标时刻下自燃。也就是说，如上所述，当靠自燃而燃烧时，自燃时刻根据压缩开始前的燃烧室17中的温度而发生变化。如果自燃时刻提前，CI燃烧就会提前开始，SI燃烧就会相应地随之减少。若如此，在燃烧室中就不能充分地进行火焰传播引起的燃烧，CI燃烧开始得激烈，因此而有可能对抑制燃烧噪声的产生带来不良影响。而且，如果自燃时刻有了推迟，就有可能破坏CI燃烧的稳定性，导致未燃燃料增加，排气性能下降。下面，有时候，将压缩开始前的燃烧室17中的温度称为“初始温度”。

于是，如果通过改变点火时刻来调节SI燃烧的开始时刻，即使燃烧室17中的初始温度有偏差，也能够控制自燃时刻。

具体而言，在图18所示之例中，比较的是，在假定发动机1的负荷相等的情况下，燃烧室17中的初始温度为第一温度时的点火时刻tIg1、燃烧室17中的初始温度为第二温度时的点火时刻tIg2、燃烧室17中的初始温度为第三温度时的点火时刻tIg3以及燃烧室17中的初始温度为第四温度时的点火时刻tIg4。需要说明的是，第一到第四温度的关系是第四温度<第三温度<第二温度<第一温度。

如图18和图19所示，在非增压SPCCI燃烧中，即使负荷相等，也让点火时刻随着燃烧室17中的初始温度降低而提前。如果让点火时刻提前，SI燃烧的开始时刻就会提前。SI燃烧所释放的热量因此而会增加，如图20所示，SI率升高。如果这样根据燃烧室17中的初始温度调节SI率，就能够利用火焰传播所释放的热量来补偿燃烧室17中的初始温度的偏差，从而在非增压SPCCI燃烧中能够使自燃时刻与所希望的时刻tCI一致。

这样一来，在SPCCI燃烧中，为了以良好的精度控制自燃时刻，自燃时刻必须根据点火时刻的改变而变化。优选，自燃时刻相对于点火时刻的改变而变化的灵敏度高。

根据本申请发明人的研究结果可知，如果混合气的G/F在18以上50以下，就能够稳定地进行SPCCI燃烧，并且自燃时刻会相对于点火时刻的改变而变化。当发动机1的运转状态处于中负荷区域时，发动机1使燃烧室17中的状态满足混合气的λ为1.0±0.2且混合气的G/F在18以上50以下。

发动机1根据需要调节涡流控制阀56的开度。当发动机1的运转状态处于中负荷区域时，让涡流控制阀56完全关闭或者让涡流控制阀56处于关闭一侧的规定开度。在燃烧室17中形成较强的涡流。可以让点火时刻的涡流比在4以上。

通过以良好的精度控制SPCCI燃烧下的自燃时刻，当发动机1的运转状态处于中负荷区域时，就能够避免燃烧噪声增大。通过尽量地提高混合气的稀释率并进行CI燃烧，就能够降低发动机1的燃料消耗量。通过将混合气的λ设定为1.0±0.2，利用三效催化剂就能够对尾气进行净化。因此发动机1的排气性能良好。

如上所述，在低负荷区域，让混合气的G/F在18以上50以下(例如25)且让混合气的λ为1.0±0.2。发动机1的运转状态处于低负荷区域时和处于中负荷区域时相比，燃烧室17中的状态量没有大的变化。因此，相对于发动机1负荷的改变，对发动机1的控制牢固性(robustness)提高。

与处于低负荷区域时不同，当发动机1的运转状态处于中负荷区域时，燃料量增多，故无需对被引入燃烧室17中的气体的填充量进行调节。节气门43的开度是完全开启。

如果处于自然进气状态，那么，在发动机1的负荷升高燃料量进一步增加的情况下，为了使混合气的λ为1.0±0.2且使混合气的G/F在18以上50以下，被引入燃烧室17中的气体量就不够。于是，在中负荷区域的负荷比规定负荷(即第三负荷)高的区域，增压器44对被引入燃烧室17中的气体增压。中负荷区域(B)被分为第一中负荷区域(B1)和第二中负荷区域(B2)。其中，第一中负荷区域(B1)是负荷比规定负荷高的区域且进行增压；第二中负荷区域(B2)是负荷在规定负荷以下的区域且不进行增压。规定负荷例如为1/2负荷。第二中负荷区域是负荷比第一中负荷区域低的区域。下面，有时候，称第一中负荷区域的燃烧方式为增压SPCCI燃烧，称第二中负荷区域的燃烧方式为非增压SPCCI燃烧。

在不进行增压的第二中负荷区域，被引入燃烧室17中的新气随着燃料量增加而增加，另一方面，EGR气体随着燃料量增加而减少。混合气的G/F随着发动机1的负荷升高而减小。因为使节气门43的开度为完全开启，所以发动机1通过调节被引入燃烧室17中的EGR气体的量，来调节被引入燃烧室17中的新气的量。在第二中负荷区域，燃烧室17中的状态量的情况如下：例如混合气的λ为1.0，近似一定不变，另一方面，混合气的G/F在25～28的范围内变化。

相对于此，在进行增压的第一中负荷区域，发动机1让被引入燃烧室17中的新气和EGR气体都随着燃料量增加而增加。即使发动机1的负荷升高，混合气的G/F也基本固定不变。在第一中负荷区域，燃烧室17中的状态量如下：例如混合气的λ为1.0，基本固定不变，并且混合气的G/F为25，基本固定不变。

如后所述，在进行SPCCI燃烧的情况下，ECU10对与燃烧室17中的初始温度相关的操作量进行调节，以保证在负荷高时(在该结构例中，发动机1的运转状态处于第一中负荷区域(B1)时)，初始温度比负荷低时(在该结构例中，发动机1的运转状态处于第二中负荷区域(B2)时)低。在该结构例中，操作量是对内部EGR气体和外部EGR气体的操作量。

在进行SPCCI燃烧的情况下，ECU10通过在负荷高时(第一中负荷区域(B1))，让点火时刻比负荷低时(第二中负荷区域(B2))提前来提高SI率。

当发动机1的运转状态处于第二中负荷区域(B2)时，ECU10调节操作量来保证压缩开始前的燃烧室17中的温度随着发动机1的负荷升高而降低，由此提高SI率。

当发动机1的运转状态处于第二中负荷区域(B2)时，ECU10让点火时刻随着发动机1的负荷升高而提前，由此提高SI率。

当发动机1的运转状态处于第一中负荷区域(B1)时，ECU10让点火时刻随着发动机1的负荷升高而提前，由此使SI率相对于发动机1的负荷变化而保持一定不变。

(高负荷区域)

发动机1的运转状态处于高负荷区域时的燃烧方式是SI燃烧。这是为了优先可靠地避免燃烧噪声之故。下面，有时候，称高负荷区域的燃烧方式为高负荷SI燃烧。

当发动机1的运转状态处于高负荷区域时，混合气的λ为1.0±0.2。而且，混合气的G/F被设定在18以上30以下。还可以将混合气的G/F设定在18以上50以下。在高负荷区域，节气门43的开度是完全开启，由增压器44增压。

在高负荷区域，发动机1随着负荷升高而减少EGR气体的量。如果发动机1的负荷升高，混合气的G/F就减小。因为被引入燃烧室17中的新气量增加，所以能够增加燃料的量。新气量所增加的部分相当于EGR气体所减少的那一部分。这有利于提高发动机1的最高输出。

发动机1根据需要调节涡流控制阀56的开度。

在发动机1的运转状态处于高负荷区域时和处于中负荷区域时相比，燃烧室17中的状态量没有大的变化。相对于发动机1负荷的改变，对发动机1的控制牢固性提高。

如上所述，发动机1在高负荷区域进行SI燃烧，但是存在易于产生如过早点火、爆燃等异常燃烧的问题。

于是，发动机1构成为：在高负荷区域，通过改变燃料喷射方式来避免异常燃烧。具体而言，为了在燃料压力高到30MPa以上且从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的那段时间(下面，称这段时间为延迟期)内的时刻向燃烧室17内喷射燃料，ECU10将控制信号输出给燃料供给系统61和燃料喷射器6。为了在燃料喷射后、压缩上止点附近的时刻对混合气点火，ECU10还将控制信号输出给火花塞25。需要说明的是，以下说明中，将在高燃料压力且延迟期内的时刻下向燃烧室17中喷射燃料这一现象称为高压延迟喷射。

高压延迟喷射通过缩短混合气反应的时间来避免异常燃烧。也就是说，混合气反应的时间是将(1)燃料喷射器6喷射燃料的那段时间(即喷射期)、(2)从燃料喷射结束后开始算起到在火花塞25周围形成可燃混合气的那段时间(即混合气形成期)、(3)到通过点火而开始的SI燃烧结束的那段时间(即燃烧期)加起来的时间。

如果以高燃料压力向燃烧室17中喷射燃料，喷射期和混合气形成期分别都会缩短。如果喷射期和混合气形成期缩短，就能够让开始喷射燃料的时刻靠近点火时刻。因为高压延迟喷射以高压力向燃烧室17中喷射燃料，所以是在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期为止的延迟期内的时刻进行燃料喷射。

如果以高燃料压力向燃烧室17中喷射燃料，燃烧室17中的紊流能量就会升高。如果让燃料喷射时刻靠近压缩上止点，就能够在燃烧室17中的紊流能量较高的状态下开始SI燃烧。其结果是，燃烧期缩短。

高压延迟喷射能够使喷射期、混合气形成期以及燃烧期都缩短。与在进气冲程中向燃烧室17中喷射燃料的情况相比，高压延迟喷射能够大幅度地缩短混合气反应的时间。因为高压延迟喷射缩短了混合气反应的时间，能够避免异常燃烧。

在发动机控制这一技术领域，为避免异常燃烧，现有技术中进行的都是推迟点火时刻。然而，如果推迟点火时刻，燃料消耗量就会增加。如果进行高压延迟喷射，就能够抑制点火时刻的推迟程度。通过利用高压延迟喷射，燃料消耗量就会减少。

如果使燃料压力例如在30MPa以上，就能够有效地缩短喷射期、混合气形成期以及燃烧期。需要说明的是，优选，根据燃料的性质状态适当地设定燃料压力。作为一例，燃料压力的上限值可以为120MPa。

这里，当发动机1的转速低时，曲轴转角变化同一个角度时所需要的时间长。因此，从避免异常燃烧这一点来看，利用高压延迟喷射缩短混合气的可反应时间特别有效。另一方面，如果发动机1的转速升高，曲轴转角变化同一角度时所需要的时间就会缩短。因此，从避免异常燃烧这一点来看，缩短混合气的可反应时间就不会那么有效。

因为高压延迟喷射在靠近压缩上止点附近时才开始向燃烧室17中喷射燃料，所以在压缩冲程中，是不含燃料的气体，换句话说是高比热比的气体在燃烧室17中被压缩。如果在发动机1的转速较高时进行高压延迟喷射，处于压缩上止点时的燃烧室17中的温度，亦即压缩上止点温度就会升高。压缩上止点温度升高，就可能发生爆燃等异常燃烧。

于是，该发动机1将高负荷区域(C)分为低转速侧的第一高负荷区域(C1)和转速比第一高负荷区域(C1)高的第二高负荷区域(C2)。第一高负荷区域可以包括将高负荷区域三等分为低转速、中转速和高转速三个区域时的低转速区域和中转速区域。第二高负荷区域可以包括将高负荷区域内三等分为低转速、中转速和高转速三个区域时的高转速区域。

在第一高负荷区域，燃料喷射器6接收ECU10的控制信号进行上述高压延迟喷射。在第二高负荷区域，燃料喷射器6接收ECU10的控制信号在进气冲程中的规定时刻进行燃料喷射。在进气冲程中进行的燃料喷射不需要高燃料压力。为了使燃料压力比高压延迟喷射的燃料压力低(例如燃料压力小于40MPa)，ECU10将控制信号输出给燃料供给系统61。发动机1的机械阻力损失由于使燃料压力降低而减少，故有利于降低燃料消耗量。

燃烧室17中的气体的比热比由于在进气冲程中向燃烧室17中喷射燃料而下降，故压缩上止点温度降低。因为压缩上止点温度降低，所以发动机1能够避免异常燃烧。因为无需为了避免异常燃烧而让点火时刻推迟，所以与第一高负荷区域一样，在第二高负荷区域，火花塞25在压缩上止点附近的时刻对混合气点火。

在第一高负荷区域，混合气由于进行高压延迟喷射而达不到自燃，故发动机1能够进行稳定的SI燃烧。在第二高负荷区域，混合气由于进气冲程中的燃料喷射而达不到自燃，故发动机1能够进行稳定的SI燃烧。

(SPCCI燃烧)

这里，对SPCCI燃烧做说明。图8的上图示出波形801，该波形801示出在SPCCI燃烧中热释放率相对于曲轴转角的变化情况。如果火花塞25在压缩上止点附近对混合气点火，准确地讲，火花塞25在压缩上止点以前的规定时刻对混合气点火，就开始进行火焰传播引起的燃烧。SI燃烧时的热释放比CI燃烧时的热释放平缓。因此，SI燃烧时的热释放率的波形的斜率相对较小。进行SI燃烧时，燃烧室17中的压力变化率(dp/dθ)也比进行CI燃烧时平缓，但未图示。

如果燃烧室17中的温度和压力由于进行SI燃烧而升高，未燃混合气就会自燃。波形801之例中，在压缩上止点附近，热释放率波形的斜率从小朝大变化。也就是说，热释放率的波形在开始进行CI燃烧的时刻有折点。

CI燃烧开始后，同时进行SI燃烧和CI燃烧。因为CI燃烧所释放的热量比SI燃烧大，所以CI燃烧的热释放率相对较大。不过，因为CI燃烧在压缩上止点后进行，所以活塞3会由于用电动机带动发动机空转而降下来。能够避免CI燃烧导致热释放率波形的斜率过大。CI燃烧时的dp/dθ也比较平缓。

dp/dθ能够用作表示燃烧噪声的指标，但如上所述，因为SPCCI燃烧能够减小dp/dθ，所以能够避免燃烧噪声过大。燃烧噪声能够抑制在允许等级以下。

CI燃烧结束，SPCCI燃烧就结束。CI燃烧的燃烧期比SI燃烧的燃烧期短。SPCCI燃烧的燃烧结束时刻比SI燃烧的燃烧结束时刻早。换句话说，SPCCI燃烧能够让膨胀冲程中的燃烧结束时刻靠近压缩上止点。SPCCI燃烧比SI燃烧更有利于降低发动机1的燃料消耗量。

因此，SPCCI燃烧能够防止燃烧噪声，同时能够减少燃料消耗量。

这里，对作为表示SPCCI燃烧的特性的参数的SI率进行定义。将SI率定义为与SI燃烧所产生的热量在SPCCI燃烧所产生的总热量中所占的比例相关的指标。SI率是燃烧方式不同的两种燃烧所产生的热量比率。SI率还可以是SI燃烧所产生的热量与SPCCI燃烧所产生的热量之比率。例如，波形801中，能够这样表示SI率，SI率＝(SI燃烧的面积)/(SPCCI燃烧的面积)。从在波形801中SI燃烧所燃烧的燃料的比例这一意思来看，可以将所述SI率称为SI燃料比例。

SI率是在将SI燃烧和CI燃烧结合起来的SPCCI燃烧中，SI燃烧和CI燃烧之比。SI率高，SI燃烧的比例就高；SI率低，CI燃烧的比例就高。

SI率并不限于上述定义。想象得出，SI率可以有多种定义。例如，SI率可以是SI燃烧所产生的热量与CI燃烧所产生的热量的比率。也就是说，在波形801中SI率可以是这样的：SI率＝(SI燃烧的面积)/(CI燃烧的面积)。

在SPCCI燃烧中，热释放率的波形在CI燃烧开始的时刻有折点。于是，如图8的中图里的符号802所示，以热释放率波形的折点为分界点，将以该分界点为基准的提前角一侧的范围定为SI燃烧，将以该分界点为基准的推迟角一侧的范围定为CI燃烧。在该情况下，如波形802中带斜线的部分所示，可以由以该分界点为基准的提前角一侧的范围的面积Q_SI和以该分界点为基准的推迟角一侧的范围的面积Q_CI求SI率，SI率＝Q_SI/(Q_SI+Q_CI)，或者SI率＝Q_SI/Q_CI。还可以根据以该分界点为基准的提前角一侧的范围的一部分面积与以该分界点为基准的推迟角一侧的范围的一部分面积定义SI率，而不是根据以该分界点为基准的提前角一侧的范围的总面积定义SI率。

还可以由以该分界点为基准的提前角一侧的范围的曲轴转角Δθ_SI和以该分界点为基准的推迟角一侧的范围的曲轴转角Δθ_CI求SI率，SI率＝Δθ_SI/(Δθ_SI+Δθ_CI)，或者SI率＝Δθ_SI/Δθ_CI，而不是根据热释放情况定义SI率。

还可以由以分界点为基准的提前角一侧的范围的热释放率的峰值ΔP_SI和以分界点为基准的推迟角一侧的范围的热释放率的峰值ΔP_CI求SI率，SI率＝ΔP_SI/(ΔP_SI+ΔP_CI)，或者SI率＝ΔP_SI/ΔP_CI。

又可以由以分界点为基准的提前角一侧的范围的热释放率的斜率φ_SI和以分界点为基准的推迟角一侧的范围的热释放率的斜率φ_CI求SI率，SI率＝φ_SI/(φ_SI+φ_CI)，或者SI率＝φ_SI/φ_CI。

这里，根据热释放率的波形，由面积(即热释放量的大小)、横轴的长度(即曲轴转角的大小)、纵轴的长度(即热释放率的大小)或者斜率(即热释放率的变化率)定义SI率。还可以根据燃烧室17中压力(P)的波形，同样由面积、横轴的长度、纵轴的长度或者斜率定义SI率，省略图示。

在SPCCI燃烧中，与热释放率或压力相关的燃烧波形的折点并非总是明确地显现出来。在不根据折点定义SI率时，可以按照以下方法定义所述SI率。也就是说，可以如图8的下图里的符号803所示，将燃烧波形中以压缩上止点(TDC)为基准的提前角一侧的范围定为SI燃烧，将以压缩上止点为基准的推迟角一侧的范围定为CI燃烧。而且，与以上所述一样，还可以用面积(Q_SI、Q_CI)、横轴的长度(Δθ_SI、Δθ_CI)、纵轴的长度(ΔP_SI、ΔP_CI)或者斜率(φ_SI、φ_CI)定义SI率。

SI率可以根据燃料量定义，而不是根据在燃烧室17中实际进行的燃烧所形成波形定义。如后所述，在进行SPCCI燃烧的中负荷区域，有时候进行包括前期喷射和后期喷射的分次喷射。利用后期喷射喷射到燃烧室17中的燃料从喷射到点火为止的时间较短，故燃料会位于火花塞25附近，而不在燃烧室17中扩散。因此，利用后期喷射而喷射到燃烧室17中的燃料主要靠SI燃烧进行燃烧。另一方面，利用前期喷射喷射到燃烧室17中的燃料主要靠CI燃烧进行燃烧。因此，能够根据前期喷射所喷射的燃料量(m₁)与后期喷射所喷射的燃料量(m₂)定义SI率。也就是说，既可以将SI率定义为SI率＝m₂/(m₁+m₂)，又可以将SI率定义为SI率＝m₂/m₁。

(SPCCI燃烧的稳定化)

这里，说明稳定地进行SPCCI燃烧的条件。根据本申请发明人的研究结果，重新知道了：为了适当地进行SPCCI燃烧，在到混合气自燃为止的时间内必须使靠火焰传播的SI燃烧稳定化。如果SI燃烧不稳定，包括CI燃烧的燃烧整体就不稳定。

与SI燃烧的稳定性相关的要素之一是紊流燃烧速度。紊流燃烧速度高，SI燃烧就稳定。紊流燃烧速度受混合气的空燃比(或过剩空气系数λ)、混合气的EGR率(即，稀释率)、燃烧室中的温度、压力、燃烧室中的紊流能量等的影响。

本申请发明人通过模拟对混合气的过剩空气系数λ、混合气的稀释率(这里，燃烧室中的所有气体与燃料的重量比即G/F)、燃烧室中的温度、压力以及燃烧室中的紊流能量做了研究，它们都是用于实现确保SI燃烧的稳定性所需要的紊流燃烧速度。该模拟的条件如下：发动机低负荷运转，且仅有内部EGR气体被引入燃烧室中，由此使燃烧室中的温度尽量高。

从可靠地避免爆燃引起的较大的燃烧噪声这一观点出发，混合气的G/F的下限为18。也就是说，如果降低混合气的G/F，即使未燃混合气自燃，也能够将该现象看成是爆燃。如果在上述稀薄混合气的燃烧中为防止NOx的排出而使用三效催化剂，混合气的过剩空气系数λ就是1.0±0.2。

从降低发动机的燃料消耗量的观点出发，优选混合气的G/F较大。于是，如图13的上图所示，本申请发明人对混合气的G/F与实现所希望的紊流燃烧速度需要的紊流能量之间的关系进行了研究(符号1301的曲线)。需要说明的是，发动机的转速为2000rpm且低负荷运转。内部EGR气体被引入燃烧室中。进气门的关闭时刻为91°ABDC。发动机的几何压缩比为18。

根据曲线1301，混合气的λ为1.2时的G/F的特性线是在30附近饱和的饱和曲线。另一方面，当发动机的转速为2000rpm时，紊流能量能够实现40m²/s²。而且，本申请发明人重新知道了：即使已经实现了40m²/s²的紊流能量，混合气的G/F也几乎不比30大。根据曲线1301，为了确保SI燃烧的稳定性，混合气的G/F的上限为30。

从以上研究结果可知，需要将混合气的G/F设定在18以上30以下。由曲线1301可知，当混合气的λ为1.0或1.2且G/F的范围在18以上30以下时，实现SI燃烧的稳定化所需要的紊流能量的范围为17～40m²/s²。

图13的中图示出，在与曲线1301相同的条件下，实现所希望的紊流燃烧速度所需要的燃烧室中且在点火时刻下的温度和混合气的G/F之间的关系(符号1302表示的曲线)。根据曲线1302，当混合气的λ为1.0或1.2且G/F的范围在18以上30以下时，点火时刻下燃烧室中的必要温度TIg(K)为570～800K。

图13的下图示出，在与曲线1301相同的条件下，实现所希望的紊流燃烧速度所需要的燃烧室中且在点火时刻下的压力和混合气的G/F之间的关系(符号1303表示的曲线)。根据曲线1303，在混合气的λ为1.0或1.2且G/F的范围在18以上30以下时，点火时刻下燃烧室中的必要压力PIg(kPa)为400～920kPa。

需要说明的是，即使在13～20的范围内改变发动机的几何压缩比，也几乎不会影响混合气的G/F与实现所希望的紊流燃烧速度所需要的紊流能量之间的关系，省略图示。

图13示出发动机的转速为2000rpm时的模拟结果。如果发动机的转速升高，燃烧室内的气体的流动就会增强，因此发动机的转速升高时，则易于获得所希望的紊流燃烧速度。上述混合气的G/F、燃烧室中的必要温度TIg、必要压力PIg的数值范围都不限于发动机的特定的运转状态。

如上所述，SPCCI燃烧利用SI燃烧控制自燃时刻。但是为了以良好的精度控制自燃时刻从而保证未燃混合气在目标时刻自燃，自燃时刻就必须对应于点火时刻的改变而变化。优选，自燃时刻相对于点火时刻的改变而变化的灵敏度高。

图14是等高线图1401，示出通过实验得到的自燃时刻相对于点火时刻的变化而变化的变化比率(＝(自燃时刻下的曲轴转角的变化量)/(点火时刻下的曲轴转角的变化量))。变化比率表示相对于曲轴转角改变1°时的点火时刻，自燃时刻下的曲轴转角变化的大小。变化比率的值越大，自燃时刻相对于点火时刻的改变而变化的灵敏度越高；变化比率的值越小，自燃时刻相对于点火时刻的改变而变化的灵敏度越低。

等高线图1401的纵轴表示混合气的EGR率；横轴表示混合气的A/F。越靠近图的右上方，自燃时刻相对于点火时刻的改变而变化的灵敏度越低；越靠近图的左下方，自燃时刻相对于点火时刻的改变而变化的灵敏度越高。从等高线图1401可知，就用虚线围起来的混合气的λ为1.0±0.2且G/F的范围在18以上30以下的范围而言，自燃时刻以良好的灵敏度相对于点火时刻的改变而变化。需要说明的是，从燃烧稳定性的观点出发，优选EGR率的上限为40％。

也就是说，如果使燃烧室处于混合气的λ为1.0±0.2且G/F在18以上30以下的状态，SI燃烧就稳定。其结果是，在SPCCI燃烧中能够让未燃混合气准确地在目标时刻自燃。

根据上述研究结果，混合气的G/F最大为30。针对此现象，申请发明人为进一步降低燃料消耗量，还对如何提高混合气的稀释度这一问题进行了研究。

因为SPCCI燃烧是SI燃烧和CI燃烧的结合，所以本申请发明人着眼于让混合气的G/F在燃烧室内分层化。也就是说，SPCCI燃烧中的SI燃烧是靠火花塞25点火的混合气的燃烧。火花塞25附近的混合气主要靠SI燃烧进行燃烧。另一方面，SPCCI燃烧中的CI燃烧是在SI燃烧开始后，由未燃混合气自燃而进行的燃烧。火花塞25周围且离火花塞25较远的混合气主要利用CI燃烧进行燃烧。

例如，如果在燃烧室17内产生了较强的涡流，就能够将残留在活塞3顶面的空腔31内的残留气体(即，已燃气体)赶到空腔31外。如果让燃烧在整个燃烧室17内分布大致均匀，火花塞25附近的混合气的G/F就会因为空腔31内无残留气体而相对较小，火花塞25周围且离火花塞25较远的混合气的G/F就会因为含有残留气体而相对增大。能够使燃烧室17内的混合气的G/F分层化。

本申请发明人按照图15所示的顺序，通过模拟对在已让混合气的G/F分层化的状态下SPCCI燃烧稳定化的条件进行了研究。在该模拟中，图15中的符号1506示意性地示出，假想性地将燃烧室17中划分为火花塞25附近的SI部和SI部周围的CI部，并分别对SI部和CI部定好了混合气的G/F。不过，SI部的混合气的过剩空气系数λ和CI部的混合气的过剩空气系数λ都是1。而且，假定SI部的G/F比CI部的G/F小。

进行模拟时，本申请发明人首先假设了以下三个制约条件(1)～(3)，该制约条件(1)～(3)是为了稳定地进行SPCCI燃烧的条件。

制约条件(1)：作为稳定地进行SI燃烧的条件，利用图13的上图的结果将SI部的混合气的G/F设定在22以下。如上所述，因为SI部的混合气含有外部EGR气体，不含残留气体，所以能够将SI部的混合气的G/F设定在22以下这一制约条件(1)说成是外部EGR率在34％以下。

制约条件(2)：假定CI部的混合气的G/F小于100且燃烧室到达压缩上止点时的CI部的温度超过1050K。与SI燃烧相比，混合气即使被稀释，CI燃烧也能够稳定地进行。然而，混合气的稀释度是有限度的，根据本申请发明人进行的实验，如果混合气的G/F小于100，那么，在CI燃烧中，在燃烧重心存在于从压缩上止点到上止点后10°CA为止的范围内的状态下，能够确保所希望的燃烧稳定性。

含有汽油的燃料的自燃温度一般为1050K，这一点在本申请发明人进行的实验中也得到了确认。因此，如果CI部的混合气的G/F小于100且处于压缩上止点时的CI部的温度超过1050K，就能够实现稳定的CI燃烧。

制约条件(3)：因为SPCCI燃烧是将SI燃烧和CI燃烧结合起来的燃烧，所以如果SI燃烧的比例升高，CI燃烧的比例就会降低；如果SI燃烧的比例降低，CI燃烧的比例就会升高。如果SI燃烧的比例过低，CI燃烧的比例就会过高。其结果是，燃烧噪声增大。用作为SI燃烧所燃烧的燃料的比例的“SI燃料比例”表示SI燃烧在SPCCI燃烧中所占的比例(即所述SI率)。如果在SPCCI燃烧中仅进行SI燃烧，SI燃料比例就是1。随着SI燃烧在SPCCI燃烧中所占的比例减小，SI燃料的比例也会逐渐地小于1。

图15中的符号1504表示的曲线，针对发动机1的压缩比和SI燃料比例之间的关系，示出了在SPCCI燃烧中燃烧噪声在允许值以下的区域和在SPCCI燃烧中燃烧噪声超过允许值的区域。如曲线1504所示，与发动机的压缩比无关，在SPCCI燃烧中，如果不使SI燃料比例大到某一值以上，就不能将燃烧噪声抑制在允许值以下。能够将燃烧噪声的具体允许值设定为适当的值。需要说明的是，根据曲线1504，发动机的压缩比越高，处于压缩上止点时的燃烧室内的温度越高，CI燃烧就可能很激烈，因此如果不增大SI燃料比例，就不能将燃烧噪声抑制在允许值以下。如果发动机的压缩比较低，处于压缩上止点时的燃烧室内的温度就较低，CI燃烧不会很激烈，因此即使减小SI燃料比例，也能够将燃烧噪声抑制在允许值以下。

在本研究中，如图15中的符号1501表示的矩阵所示，改变SI部的EGR率和整个燃烧室的总EGR率这两个参数，探索满足上述制约条件(1)～(3)的范围。图例中，以5％的改变量改变外部EGR率，以10％的改变量改变总EGR率。需要说明的是，能够将上述EGR率的改变量分别设定为适当的值。例如，在将外部EGR率固定为某个值以后，一边改变总EGR率，一边探索满足制约条件(1)～(3)的总EGR率的范围。然后，边改变外部EGR率的值，边重复进行该探索。

这里，不改变SI部的EGR率和总EGR率之间的关系，而改变SPCCI燃烧中的SI燃料比例，就能够满足上述制约条件(1)～(3)。于是，如符号1502表示的矩阵所示，针对矩阵1501的纵向一列(即，每个外部EGR率的值)改变SI燃料比例，探索满足制约条件(1)～(3)的总EGR率的范围。

图15中的符号1503所表示的曲线示出矩阵1502的探索结果。曲线1503是发动机的压缩比为16且外部EGR率为20％时的探索结果之例。在横轴表示SI燃料比例且纵轴表示总EGR率的曲线1503中，区域(II)是点划线左侧的区域，也是SI燃料比例在0.5以下的区域。如曲线1504所示，当发动机的压缩比为16时，该区域相当于在SPCCI燃烧中允许有燃烧噪声的SI燃料比例的下限。也就是说，区域(II)是不满足制约条件(3)的区域。因为在SPCCI燃烧中SI燃烧的比例较小，所以区域(II)相当于燃烧噪声超过允许值的区域。

区域(III)是曲线1503中虚线上侧的区域。该区域是总EGR率较大的区域。因为CI部的混合气的G/F过大，所以区域(III)是SPCCI燃烧中不能确保CI燃烧的燃烧稳定性的区域。也就是说，区域(III)是不满足制约条件(2)的区域。

区域(IV)是曲线1503中实线下侧的区域。该区域是总EGR率较小的区域。区域(IV)是处于压缩上止点时的CI部的温度变低，SPCCI燃烧中CI部的混合气不再稳定自燃的区域。也就是说，区域(IV)也是不满足制约条件(2)的区域。

曲线1503的区域(I)是满足制约条件(2)和制约条件(3)两条件的区域。

如上所述，根据矩阵1501、矩阵1502和曲线1503，针对每个外部EGR率，一边改变SI燃料比例一边探索满足制约条件的总EGR率的范围。其结果是，作为矩阵1501的探索结果之一例，得到了图15的符号1505所表示的曲线。曲线1505示出在设横轴为SI部的外部EGR率且设纵轴为总EGR率的平面中满足制约条件(1)～(3)的区域。如图15中的双箭头所示，曲线1503和曲线1505示出在某特定的外部EGR率(图例中，EGR率为20％)下满足制约条件的总EGR率的范围。

图16示出SI部的G/F(横轴)和整个燃烧室的总G/F(纵轴)之间的关系，在该关系下，在已使混合气的G/F分层化后的状态下会实现稳定的SPCCI燃烧。将图15的曲线1505中的纵轴和横轴分别从EGR率换成G/F，即得到图16的曲线1601。曲线1601中带斜线的区域以内是满足制约条件的区域。如果SI部的G/F和燃烧室内的总G/F之间的关系包括在该区域内，SPCCI燃烧就稳定。

曲线1601所示的区域的上侧的线1602相当于这样的一条线：在该线1602以上，CI部过于稀释化而导致CI燃烧不再稳定，在该线1602以下，可确保能够避免燃烧噪声的SI燃料比例。该区域右侧的线1603相当于确保SI部的SI燃烧的稳定性的边界线(即满足制约条件(1)的线)。该区域下侧的线1604是用于确保CI部的温度而使自燃稳定的线。该线1604在曲线1601中是朝着右侧上升的直线。如果发动机的压缩比ε升高，则如点划线所示，该线会移动到上侧；如果发动机的压缩比ε降低，如双点划线所示，该线会移动到下侧。

曲线1601中新增加了线1605。该线1605是用于避免伴随着爆燃的发生而产生很大的燃烧噪声的线，相当于在图13中也示出的G/F＝18的线。该线1605与上述线1604交叉。如上所述，如果在线1604之上，那么，在SPCCI燃烧中，平均燃烧噪声会满足允许值，但是如果总EGR率比线1605小，就可能发生爆燃(异常燃烧)，故必须优先考虑该线1605。

从以上的研究可知，通过将燃烧室内的G/F分层化，使SPCCI燃烧稳定化的总G/F的范围就在18以上50以下。此时，SI部的G/F的范围在14以上22以下。如果SI部的G/F增大，为保证SPCCI燃烧稳定化，必须增大总G/F。而且，如果发动机1的压缩比ε较高，为保证SPCCI燃烧稳定化，必须使总G/F大于压缩比ε较低时的总G/F。

如果将G/F分层化，就能够使混合气比图13所示的G/F的范围更稀薄，故有利于降低发动机的燃料消耗量。例如，在燃烧室17内产生较强的涡流，改进燃烧室17的形状，或者将二者结合起来，都能够实现G/F的分层化。

需要说明的是，在将燃烧室内的G/F分层化的情况下，将SI部的混合气的过剩空气系数λ设定为1.0±0.2且将EGR率设定在34％以下。像图14中双点划线所包围的那样，如果混合气的过剩空气系数λ≈1且EGR率在34％以下，自燃时刻相对于点火时刻的改变而变化的灵敏度就高。也就是说，在将燃烧室内的G/F分层化的情况下，如果将总G/F设定在18以上50以下，将SI部的G/F设定在14以上22以下并且使整个燃烧室内的过剩空气系数λ≈1，那么，在SPCCI燃烧中，就能够让自燃时刻以良好的精度相对于点火时刻的改变而变化。

(发动机的运转控制)

在运转区域图701下，发动机1根据运转状态在SI燃烧和SPCCI燃烧之间进行切换。发动机1还根据发动机1的运转状态改变SI率。这样一来，就能够抑制燃烧噪声的产生，同时能够减少燃料消耗量。

图9示出SI率、燃烧室17中的状态量、进气门的开启期、排气门的开启期、燃料的喷射时刻以及点火时刻随发动机1负荷变化的变化情况。图9与图7的运转区域图701相对应。下面说明的是，在规定的转速下且发动机1的负荷逐渐升高这一假定的情况下是如何控制发动机1运转的。

(低负荷区域(低负荷SI燃烧))

在低负荷区域(A)，发动机1进行低负荷SI燃烧。当发动机1的运转状态处于低负荷区域时，SI率为100％，一定不变。

如上所述，在低负荷区域，将混合气的G/F保持在18～50之间，一定不变。发动机1将新气和已燃气体引入燃烧室17中，且新气和已燃气体的量是根据燃料量决定的。如上所述，新气的引入量根据节流环和/或米勒循环调节。因为稀释率高，所以为了使SI燃烧稳定化而提高燃烧室17中的温度。在低负荷区域，发动机1将内部EGR气体引入燃烧室17中。适当调节涡流控制阀56的开度。

通过设定进气门21和排气门22夹着排气上止点都关闭的负重叠期，将内部EGR气体引入燃烧室17中(即，将已燃气体封闭在燃烧室17中)。利用进气电动S-VT23调节进气门21的开启时刻，利用排气电动S-VT24调节排气门22的开启时刻来适当地设定负重叠期的长短，由此来调节内部EGR气体的量。需要说明的是，还可以通过设定将进气门21和排气门22都开启的正重叠期来将内部EGR气体引入燃烧室17中。

在低负荷区域，引入燃烧室17中的填充量被调节为小于100％。随着燃料量增大，被引入燃烧室17中的新气的量和内部EGR气体的量逐渐增加。低负荷区域的EGR率例如为40％。

燃料喷射器6在进气冲程中向燃烧室17中喷射燃料。在燃烧室17中形成过剩空气系数λ为1.0±0.2且G/F为18～50的均质混合气。优选，过剩空气系数λ为1.0～1.2。

火花塞25在压缩上止点以前的规定时刻对混合气点火。这样一来，混合气就靠火焰传播进行燃烧，而达不到自燃。也就是说，在低负荷区域，混合气仅进行SI燃烧来完成燃烧。如图21所示，火花塞25的点火时刻随着发动机1的负荷升高而逐渐推迟。

就低负荷SI燃烧而言，当发动机1的负荷低时，燃烧室17中的初始温度较低，故燃烧容易不稳定。由此可知，在低负荷区域的低负荷侧，点火时刻稍有提前。这样一来，就在燃烧室中的温度由于活塞的压缩动作而上升的时刻对混合气点火，从而能够确保低负荷SI燃烧的稳定性。

另一方面，就低负荷SI燃烧而言，尽管随着发动机1的负荷升高，燃烧室17中的初始温度变得较高，因此而能够确保低负荷SI燃烧的稳定性，但是，从火花塞25点火到产生燃烧的那段时间较短，故低负荷SI燃烧的开始时刻会提前。因此，在低负荷区域，越靠近高负荷一侧，点火时刻推迟得越多。于是，能够让低负荷SI燃烧的开始时刻较晚，并能够将它调节到压缩上止点以后所希望的时刻。

(第二中负荷区域(非增压SPCCI燃烧))

如果发动机1的负荷升高，运转状态进入第二中负荷区域(B2)，发动机1就从低负荷SI燃烧切换到非增压SPCCI燃烧。SI率小于100％。燃料量随着发动机1的负荷升高而增加。当在第二中负荷区域中负荷较低时，随着燃料量的增加而增大CI燃烧的比例。SI率随着发动机1的负荷升高而逐渐减小。在图9所示之例中，SI率减少到50％以下的规定值(最小值)。

因为燃料量增加，所以在第二中负荷区域燃烧温度升高。如果燃烧室17中的温度过高，CI燃烧开始时的热释放就会很激烈。这样一来，燃烧噪声就会增大。

于是，在第二中负荷区域，为调节燃烧室17中的压缩开始前的温度(初始温度)，而针对发动机1负荷的变化改变内部EGR气体和外部EGR气体的比例。也就是说，随着发动机1的负荷升高，逐渐减少较热的内部EGR气体，逐渐增加已冷却的外部EGR气体。需要说明的是，如上所述，内部EGR气体和外部EGR气体都是与燃烧室17中的初始温度相关的操作量。

在第二中负荷区域，随着负荷升高，负重叠期从最大变到0。第二中负荷区域，负荷最高时，内部EGR气体为0。需要说明的是，设定进气门21和排气门22的正重叠期的情况也一样。通过调节重叠期来调节燃烧室17中的温度。其结果是，能够调节SPCCI燃烧的SI率。

在第二中负荷区域，为了使外部EGR气体增加，随着负荷升高而改变EGR阀54的开度。如果用EGR率表示被引入燃烧室17中的外部EGR气体的量，例如就能够在在0～30％之间调节该EGR率。在第二中负荷区域，随着发动机1的负荷升高，EGR气体就由外部EGR气体取代内部EGR气体。因为还能够通过调节EGR率来调节燃烧室17中的温度，故能够调节SPCCI燃烧的SI率。

需要说明的是，在低负荷区域和第二中负荷区域之间，引入燃烧室17中的EGR气体量是连续的。与低负荷区域一样，在第二中负荷区域的负荷较低的区域，内部EGR气体被大量地引入燃烧室17中。因为燃烧室17中的温度升高，所以当发动机1的负荷较低时，混合气会可靠地自燃。在第二中负荷区域中的负荷较高的区域，外部EGR气体被大量地引入燃烧室17中。因为燃烧室17中的初始温度降低，所以在发动机1的负荷较高时，能够抑制伴随着CI燃烧而产生的燃烧噪声。

假设在第二中负荷区域，被引入燃烧室17中的填充量为100％。节气门43的开度是完全开启。通过调节将内部EGR气体和外部EGR气体合起来的EGR气体的量，来根据燃料量调节被引入燃烧室17中的新气的量。

在非增压SPCCI燃烧中，自燃时刻随着CI燃烧的比例增大而提前。如果自燃时刻比压缩上止点早，CI燃烧开始时就会激烈地释放热。这样一来，燃烧噪声就会增大。于是，如果发动机1的负荷达到规定负荷L1，就伴随着发动机1的负荷升高而让SI率逐渐增大。

也就是说，发动机1伴随着燃料量的增加而增大SI燃烧的比例。具体而言，如图10的上图所示，在非增压SPCCI燃烧中，随着发动机1的负荷提高(亦即，燃料量增加)，让点火时刻逐渐地提前。

如上所述，因为是通过减少内部EGR气体的引入量且增加外部EGR气体的引入量来调节燃烧室17中的初始温度的，所以即使随着燃料量增加而提高SI率，也能够抑制在压缩上止点时的温度上升。在规定负荷L1以上的区域，如图22所示，随着负荷升高，燃烧室17中的初始温度降低。由此可知，即使发动机1的负荷升高，SI燃烧的热释放率的斜率也几乎不变。因此，如果让点火时刻提前，SI燃烧就会提前开始，SI燃烧的热释放量就会相应地随之增加，SI率升高。燃烧室17中的初始温度越低，SI率越高。

抑制SI燃烧引起燃烧室17中的温度上升的结果是，未燃混合气在压缩上止点以后的时刻自燃。因为SI燃烧的热释放量增加，所以即使发动机1的负荷升高，CI燃烧所释放的热释然量也几乎相同。因此，根据发动机1的负荷升高，逐渐地将SI率设定得较高，就能够避免燃烧噪声增大。需要说明的是，负荷升高，非增压SPCCI燃烧的燃烧重心推迟。

在第二中负荷区域，涡流控制阀56被设在完全关闭或者关闭一侧的规定开度上。在燃烧室17中形成涡流比在4以上的强涡流。这样一来，残留在空腔31内的残留气体就被赶到空腔31外。

在第二中负荷区域，燃料喷射器6在压缩冲程中分前期喷射和后期喷射两次喷射，向燃烧室17中喷射燃料。前期喷射在从离点火时刻较远的时刻喷射燃料；后期喷射在离点火时刻较近的时刻喷射燃料。因为在燃料喷射器6进行前期喷射时，活塞3离上止点较远，所以喷射出的雾状燃料到达朝着上止点上升的活塞3的上表面的空腔31外。空腔31外的区域形成挤气区171(参照图2)。利用前期喷射而喷射出的燃料在活塞3上升的那段时间内停留在挤气区171内，在挤气区171形成混合气。

因为在燃料喷射器6进行后期喷射时，活塞3离上止点较近，所以喷射出的雾状燃料进入空腔31中。利用后期喷射而喷射出的燃料在空腔31内的区域中形成混合气。这里，“空腔31内的区域”可以意味着从将空腔31的开口投影到燃烧室17的顶盖后而得到的投影面到空腔31的开口的区域和空腔31中的区域之和。空腔31内的区域还可以指燃烧室17中挤气区171以外的区域。燃料在整个燃烧室17内分布大致均匀。

伴随着利用后期喷射向空腔31中喷射燃料，在空腔31内的区域产生气体的流动。如果到点火时刻为止的时间较长，燃烧室17中的紊流能量就会随着压缩冲程的进行而衰减。但是，因为后期喷射的喷射时刻比前期喷射的喷射时刻离点火时刻近，所以火花塞25能够在维持着空腔31中的紊流能量较高的状态下，对空腔31内的区域的混合气点火。这样一来，SI燃烧的燃烧速度就会提高。如果SI燃烧的燃烧速度提高，SI燃烧就稳定，SI燃烧对CI燃烧的控制性提高。

在整个燃烧室17中，混合气的过剩空气系数λ为1.0±0.2且G/F为18～50。因为残留气体被从空腔31中赶出去，所以火花塞25附近的混合气的G/F为14～22。燃烧室17中的G/F已分层化。另一方面，因为燃料分布大致均匀，所以燃料消耗量能够因为未燃损失减小而减少，同时，排气性能能够因为避免了烟雾的产生而提高。需要说明的是，优选，在整个燃烧室17中过剩空气系数λ为1.0～1.2。

借助火花塞25在压缩上止点以前的规定时刻对混合气点火，混合气就靠火焰传播而燃烧。之后，未燃混合气在目标时刻自燃而进行CI燃烧。利用后期喷射而喷射出的燃料主要进行SI燃烧。利用前期喷射而喷射出的燃料主要进行CI燃烧。因为在压缩冲程中进行前期喷射，所以能够防止前期喷射所喷射出的燃料引发如过早点火等异常燃烧。靠火焰传播就能够让后期喷射所喷射出的燃料稳定地燃烧。将燃烧室17内的混合气的G/F分层化，并且使整个燃烧室17的G/F为18～50，就能够稳定地进行SPCCI燃烧。

(第一中负荷区域(增压SPCCI燃烧))

如果发动机1的负荷进一步升高，发动机1的运转状态就进入第一中负荷区域(B1)，增压器44就对新气和外部EGR气体进行增压。被引入燃烧室17中的新气的量和外部EGR气体的量都随着发动机1的负荷升高而增加。用EGR率表示被引入燃烧室17中的外部EGR气体的量，其例如为30％。EGR率与发动机1负荷的高低无关，近似一定。因此，混合气的G/F也与发动机1的负荷的高低无关，近似一定。需要说明的是，在第二中负荷区域和第一中负荷区域之间，被引入燃烧室17中的EGR气体量是连续的。在第一中负荷区域，燃烧室17中的初始温度比处于第二中负荷区域时低。

使SI率为小于100％的规定值，不管发动机1负荷高还是低，SI率是一定的或者是近似一定的。当对第二中负荷区域的SI率，特别是随着发动机1的比规定负荷L1高的负荷升高而逐渐增大的SI率，第一中负荷区域的SI率做一比较时，发动机1的负荷高的第一中负荷区域的SI率比第二中负荷区域的SI率高。第一中负荷区域和第二中负荷区域的交界处，SI率是连续的。

这里，在第一中负荷区域，可以让SI率随着发动机1负荷的变化而多少发生一些变化。只要使第一中负荷区域的相对于发动机1的负荷变化而变化的SI率的变化率小于第二中负荷区域的高负荷侧的SI率的变化率即可。

如图10的下图和图21所示，在增压SPCCI燃烧中，也是让点火时刻伴随着燃料量增加而提前。如上所述，因为增加了通过增压而被引入燃烧室17中的新气的量和EGR气体的量，所以热容量大。即使燃料量增加，也能够抑制SI燃烧所引起的燃烧室中的温度上升。增压SPCCI燃烧的热释放率的波形随着负荷升高而以相似的形状增大。

也就是说，SI燃烧的热释放率的斜率几乎不变，SI燃烧的热释放量增加。未燃混合气在压缩上止点以后的大致相同的时刻自燃。CI燃烧所释放的热量随着发动机1的负荷升高而增多。其结果是，在第一中负荷区域，因为SI燃烧的热释放量和CI燃烧的热释放量都增加，所以不管发动机1的负荷高还是低，SI率是一定不变的。如果CI燃烧所释放的热量的峰值升高，燃烧噪声就会增大。但是，在第一中负荷区域，因为发动机1的负荷较高，所以能够允许有某种程度的较大的燃烧噪声。需要说明的是，负荷升高，增压SPCCI燃烧的燃烧重心推迟。

在第一中负荷区域，设置进气门21和排气门22夹着排气上止点都开启的正重叠期。利用增压压力清除残留在燃烧室17中的已燃气体。这样一来，因为燃烧室17中的温度降低，所以在发动机1的负荷较高时，能够抑制异常燃烧的发生。通过降低燃烧室17中的温度，在发动机1的负荷较高的区域就能够使自燃时刻为适当的时刻，从而能够将SI率维持为规定的SI率。也就是说，通过调节重叠期，就能够调节SI率。而且，通过清除已燃气体，就能够增加燃烧室17中新气的填充量。

在第二中负荷区域，涡流控制阀56被设在完全关闭或者关闭一侧的规定开度上。在燃烧室17中形成涡流比在4以上的强涡流。这样一来，残留在空腔31内的残留气体就被赶到空腔31外。

与第二中负荷区域一样，在第一中负荷区域，燃料喷射器6在压缩冲程中分前期喷射和后期喷射两次喷射向燃烧室17中喷射燃料。前期喷射在从离点火时刻较远的时刻喷射燃料；后期喷射在离点火时刻较近的时刻喷射燃料。燃料在整个燃烧室17内分布大致均匀。在整个燃烧室17中，混合气的过剩空气系数λ为1.0±0.2且G/F为18～50。因为残留气体被从空腔31中赶出去，所以火花塞25附近的混合气的G/F为14～22。燃烧室17中的G/F已分层化。另一方面，因为燃料在整个燃烧室17内分布大致均匀，所以燃料消耗量能够因为未燃损失减小而减少，同时，排气性能能够因为避免了烟雾的产生而提高。需要说明的是，优选，在整个燃烧室17中过剩空气系数λ为1.0～1.2。

借助火花塞25在压缩上止点以前的规定时刻对混合气点火，混合气就靠火焰传播而燃烧。之后，未燃混合气在目标时刻自燃而进行CI燃烧。利用后期喷射而喷射出的燃料主要进行SI燃烧。利用前期喷射而喷射出的燃料主要进行CI燃烧。因为在压缩冲程中进行前期喷射，所以能够防止前期喷射所喷射出的燃料引发如过早点火等异常燃烧。靠火焰传播就能够让后期喷射所喷射出的燃料稳定地燃烧。将燃烧室17内的混合气的G/F分层化，并且使整个燃烧室17的G/F为18～50，就能够稳定地进行SPCCI燃烧。

如果发动机1的负荷进一步升高，发动机1的运转状态进入高负荷区域(C)，发动机1就进行高负荷SI燃烧。因此，在高负荷区域，SI率为100％。

节气门43完全开启。在高负荷区域，增压器44也对新气和外部EGR气体进行增压。通过调节EGR阀54的开度而让外部EGR气体的引入量随着发动机1的负荷升高逐渐减少。这样一来，被引入燃烧室17中的新气就随着发动机1的负荷升高而增加。如果新气的量增加，就能够增加燃料量。故有利于提高发动机1的最高输出。需要说明的是，在第一中负荷区域和高负荷区域之间，被引入燃烧室17中的EGR气体量是连续的。

与第一中负荷区域一样，在高负荷区域，也设定进气门21和排气门22夹着排气上止点都开启的正重叠期。利用增压压力清除残留在燃烧室17中的已燃气体。这样一来，能够抑制异常燃烧的产生。而且，能够增加燃烧室17中的新气的填充量。

在高负荷区域的低转速侧区域(即，第一高负荷区域C1)，如上所述，燃料喷射器6在延迟期内向燃烧室17中喷射燃料。在高负荷区域的高转速侧区域(即，第二高负荷区域(C2))，燃料喷射器6在进气冲程中向燃烧室17中喷射燃料。不管哪种情况，都是在燃烧室17中形成过剩空气系数λ为1.0±0.2且G/F为18～50的近似均质的混合气。在最大负荷下，例如可以使过剩空气系数λ为0.8。在最大负荷下，例如可以使混合气的G/F为17。借助火花塞25在压缩上止点以前的规定时刻对混合气点火，混合气就靠火焰传播而燃烧。在高负荷区域，混合气借助高压延迟喷射或者进气冲程中的燃料喷射而进行SI燃烧，达不到自燃。

火花塞25在压缩上止点附近的规定时刻对混合气点火。混合气由此而靠火焰传播燃烧。在高负荷区域，混合气借助高压延迟喷射或者进气冲程中的燃料喷射而进行SI燃烧，达不到自燃。也就是说，混合气的燃烧仅是SI燃烧。

点火时刻比第一中负荷区域的点火时刻晚，点火时刻被设定在从压缩冲程的后期到膨胀冲程的初期的那段时间内燃烧的喷射时刻以后。如图21所示，在高负荷SI区域，点火时刻随着发动机1的负荷升高而逐渐推迟。因此，混合气的燃烧速度随着发动机1的负荷升高而加快，让SI燃烧的开始时刻随着燃烧速度的加快而变晚，从而能够避免发生过早点火、爆燃等异常燃烧。

(SI率的调节)

图11示出ECU10所进行的涉及控制发动机运转的流程。ECU10根据各传感器SW1～SW16的检测信号判断发动机1的运转状态，并且，为了使燃烧室17中的燃烧成为与运转状态相对应的SI率的燃烧而调节燃烧室17中的状态量、喷射量、喷射时刻以及点火时刻。当ECU10根据各传感器的检测信号判断出需要调节SI率时，ECU10还对SI率进行调节。

首先，在步骤S1中，ECU读入各传感器SW1～SW16的检测信号。接下来，在步骤S2中，ECU10根据检测信号判断发动机1的运转状态，并且设定目标SI率。目标SI率如图9所示。

在接下来的步骤S3中，ECU10根据事先设定好的燃烧模型设定为实现设定好的目标SI率的缸内目标状态量。具体而言，设定燃烧室17中的目标温度、目标压力以及目标状态量。在步骤S4中，ECU10设定实现缸内目标状态量所需要的EGR阀54的开度、节气门43的开度、空气旁路阀48的开度、涡流控制阀56的开度、进气电动S-VT23的相位角以及排气电动S-VT24的相位角。ECU10根据事先设定好且存储在ECU10中的运转区域图设定上述部件的控制量。ECU10根据设定好的控制量将控制信号输出给EGR阀54、节气门43、空气旁路阀48、涡流控制阀56、进气电动S-VT23以及排气电动S-VT24。各部件根据ECU10的控制信号而工作，燃烧室17中的状态量由此而达到目标状态量。

ECU10还根据设定好的各部件的控制量，计算燃烧室17中的状态量的预测值和估测值。状态量预测值是对进气门21关闭以前燃烧室17中的状态量进行了预测后而得到的值。如后所述，该状态量预测值用于设定进气冲程中燃料的喷射量。状态量估测值是对进气门21关闭以后燃烧室17中的状态量进行了估测后而得到的值。如后所述，用于设定压缩冲程中燃料的喷射量和点火时刻。如后所述，状态量估测值的另一用途为：将状态量估测值与实际的燃烧状态相比来计算状态量的误差。

在步骤S5中，ECU10根据状态量预测值设定进气冲程中燃料的喷射量。需要说明的是，如果在进气冲程中不喷射燃料，燃料的喷射量为0。在步骤S6中，ECU10控制燃料喷射器6喷射。也就是说，为了在规定的喷射时刻向燃烧室17中喷射燃料，将控制信号输出给燃料喷射器6。

在步骤S7中，ECU10根据状态量估测值和进气冲程中燃料的喷射结果设定压缩冲程中燃料的喷射量。需要说明的是，如果在压缩冲程中不喷射燃料，燃料的喷射量为0。当在压缩冲程中进行分次喷射时，对前期喷射的喷射量和后期喷射的喷射量分别进行设定。在步骤S8中，为了在根据事先设定好的运转区域图确定下来的喷射时刻向燃烧室17中喷射燃料，ECU10将控制信号输出给燃料喷射器6。

在步骤S9中，ECU10根据状态量估测值和压缩冲程中燃料的喷射结果设定点火时刻。在步骤S10中，为了在设定好的点火时刻对燃烧室17中的混合气点火，ECU10将控制信号输出给火花塞25。

借助火花塞25对混合气点火，在燃烧室17中进行SI燃烧或SPCCI燃烧。在步骤S11中，ECU10读取由缸压传感器SW6检测到的燃烧室17中的压力的变化量，并根据该压力的变化量判断燃烧室17中的混合气的燃烧状态。在步骤S12中，ECU10对燃烧状态的检测结果和在步骤S4中估测出的状态量估测值进行比较，并计算状态量估测值和实际状态量之间的误差。计算出的误差用于在这次以后的循环中进行步骤S4的估测。为了使状态量误差为0，ECU10对节气门43、EGR阀54、涡流控制阀56、空气旁路阀48的开度、进气电动S-VT23的相位角以及排气电动S-VT24的相位角进行调节。由此来调节被引入燃烧室17的新气的量和EGR气体的量。该状态量误差的反馈，相当于当ECU10根据目标SI率和实际SI率之间的误差判断出需要调节SI率时，对SI率进行调节。

在步骤S8中，当ECU10根据状态量估测值预料到燃烧室17中的温度会比目标温度低时，为了能够使点火时刻提前，ECU10就让压缩冲程中的喷射时刻比根据运转区域图得到的喷射时刻提前。另一方面，在步骤S8中，当ECU10根据状态量估测值预料到燃烧室17中的温度会比目标温度高时，为了能够使点火时刻推迟，ECU10让压缩冲程中的喷射时刻比根据运转区域图得到的喷射时刻晚。

也就是说，如图12中的P2所示，如果燃烧室17中的温度低，那么，在靠火花点火而开始SI燃烧以后，未燃混合气自燃的时刻θ_CI就推迟，SI率就偏离目标SI率(参照P1)。此时，会导致未燃燃料增加、排气性能下降。

于是，当预料到燃烧室17中的温度低于目标温度时，ECU10就让喷射时刻提前，并且在图11的步骤S10中让点火时刻θ_IG提前。如图12中的P3所示，由于SI燃烧提前开始，因此SI燃烧就可能释放出充分多的热量。故当燃烧室17中的温度低时，就能够防止未燃混合气的自燃时刻θ_CI推迟。其结果是，SI率靠近目标SI率。能够防止未燃燃料增加、排气性能下降。

如图12中的P4所示，如果燃烧室17中的温度高，靠火花点火开始SI燃烧后，未燃混合气马上就会自燃，SI率就会偏离目标SI率(P1参照)。此时，燃烧噪声增大。

于是，当预料到燃烧室17中的温度会比目标温度高时，ECU10就推迟喷射时刻，并且在图11的步骤S10中推迟点火时刻θ_IG。如图12中的P5所示，因为SI燃烧开始得晚，所以当燃烧室17中的温度高时，就能够防止未燃混合气的自燃时刻θ_CI变早。其结果是，SI率靠近目标SI率。能够避免燃烧噪声增大。

上述对喷射时刻的调节和对点火时刻的调节，相当于当ECU10判断出需要调节SPCCI燃烧的SI率时，对SI率进行调节。通过调节喷射时刻，就能够在提前或者推迟的点火时刻在燃烧室17中形成适当的混合气。火花塞25能够可靠地对混合气点火，并且未燃混合气能够在适当的时刻自燃。

需要说明的是，在图12中，根据实际的燃烧状态控制节气门43、EGR阀54、空气旁路阀48、涡流控制阀56、进气电动S-VT23和排气电动S-VT24以调节燃烧室17中的状态量这一点，与在图11的步骤S12和步骤S4中所说明的一样。

该发动机1用包括节气门43、EGR阀54、空气旁路阀48、涡流控制阀56、进气电动S-VT23以及排气电动S-VT24的状态量设定部件对SI率进行调节。通过调节燃烧室17中的状态量，就能够对SI率做个大概的调节。与此同时，发动机1还通过调节燃料的喷射时刻和点火时刻来调节SI率。通过调节喷射时刻和点火时刻，例如还能够对气缸间之差进行补正或者对自燃时刻进行微调等。通过分两个阶段调节SI率，发动机1就能够准确地实现SPCCI燃烧，该SPCCI燃烧的目标是与运转状态相对应。

需要说明的是，ECU10所进行的对发动机1的控制并不限于根据上述燃烧模型进行的控制。

(发动机的运转区域图的另一结构例)

图7的下图示出发动机1的运转区域图的另一结构例。发动机1的运转区域图702根据负荷的高低和转速的高低分为五个区域。具体而言，五个区域分别是低负荷区域(1)-1、中负荷区域(1)-2、高负荷区域的中转速区域(2)、低转速区域(3)以及高转速区域(4)。其中，该低负荷区域(1)-1是包括空转且扩大到低转速和中转速区域的区域；该中负荷区域(1)-2是负荷比低负荷区域高且扩大到低转速和中转速区域的区域；该高负荷区域的中转速区域(2)是负荷高于中负荷区域(1)-2且包括最大负荷的区域；该低转速区域(3)是高负荷区域中转速低于中转速区域(2)的区域；该高转速区域(4)是转速比低负荷区域(1)-1、中负荷区域(1)-2、高负荷中转速区域(2)以及高负荷低转速区域(3)都高的区域。这里，低转速区域、中转速区域以及高转速区域，只要是按照转速近似地将发动机1的整个运转区域三等分为低转速区域、中转速区域以及高转速区域时的低转速区域、中转速区域和高转速区域即可。图7之例中，将低于转速N1的转速定为低转速；将在转速N2以上的转速定为高转速；将在转速N1以上且低于转速N2的转速定为中转速。转速N1例如可以为1200rpm左右，转速N2例如可以为4000rpm左右。

运转区域图702中，以降低燃料消耗量和提高排气性能为主要目的，发动机1在低负荷区域(1)-1、中负荷区域(1)-2以及高负荷中转速区域(2)靠压缩自燃进行燃烧。无论是发动机1在低负荷下运转的情况，还是发动机1在高负荷下运转的情况，两种情况下进行SPCCI燃烧这一点都与运转区域图701不同。发动机1在其它区域，具体而言，在高负荷低转速区域(3)和高转速区域(4)靠火花点火进行燃烧。下面，参照图17所示的燃料喷射时刻和点火时刻，对发动机1在各区域下的运转情况做详细的说明。

(低负荷区域(1)-1)

当发动机1在低负荷区域(1)-1运转时，发动机1进行SPCCI燃烧。

图17中的符号601示出，当发动机1在低负荷区域(1)-1按照符号601所表示的运转状态运转时的燃料喷射时刻(符号6011、6012)、点火时刻(符号6013)、燃烧波形(即，表示热释放率相对于曲轴转角的变化情况的波形，符号6014)各自之一例。

当发动机1在低负荷区域(1)-1运转时，会在燃烧室17中形成强涡流。当发动机1在低负荷区域(1)-1运转时，涡流比在4以上。在燃烧室17的外周部涡流强，在燃烧室17的中央部涡流弱。涡流控制阀(SCV)56完全关闭或者处于关闭一侧的规定开度。如上所述，因为进气道18是螺旋状气道，所以会在燃烧室17中形成具有纵滚流成分和涡流成分的斜涡流。

当发动机1在低负荷区域(1)-1运转时，在整个燃烧室17中，混合气的空燃比(A/F)比理论空燃比稀薄。也就是说，在整个燃烧室17中，混合气的过剩空气系数λ超过1。更详细而言，在整个燃烧室17中，混合气的A/F在30以上。这样一来，能够抑制在燃烧室内产生的NOx(RawNOx)，从而能够提高排气性能。

当发动机1在低负荷区域(1)-1运转时，EGR系统55会根据需要将EGR气体引入引入燃烧室17中。

当发动机1在低负荷区域(1)-1运转时，混合气就会在燃烧室17内的中央部和外周部之间分层化。燃烧室17内中央部是布置火花塞25的部分，外周部是中央部的周围且是与气缸11的衬垫(liner)接触的部分。还可以将燃烧室17内的中央部定义为涡流弱的部分；将燃烧室17内的外周部定义为涡流强的部分。

中央部的混合气的燃料浓度比外周部的混合气的燃料浓度浓。具体而言，中央部的混合气的A/F在20以上30以下，外周部的混合气的A/F在35以上。

当发动机1在低负荷区域(1)-1运转时，燃料喷射器6基本上是在压缩冲程中分几次将燃料喷向燃烧室17中。混合气由于燃料的分次喷射和燃烧室17中的强涡流而在燃烧室17中央部和外周部分层化。

燃料喷射结束后，在压缩上止点前的规定时刻，火花塞25对燃烧室17中央部的混合气点火(参照符号6013)。因为中央部的混合气的燃料浓度相对较高，所以点火性提高，并且靠火焰传播的SI燃烧稳定。由于SI燃烧稳定而会在适当的时刻开始CI燃烧。在SPCCI燃烧中，CI燃烧的控制性提高。其结果是，当发动机1在低负荷区域(1)-1运转时，能够抑制燃烧噪声的产生，同时由于燃烧期短缩而能够使燃料消耗量减少。

(中负荷区域(1)-2)

与低负荷区域(1)-1一样，当发动机1在中负荷区域(1)-2运转时，发动机1进行SPCCI燃烧。中负荷区域(1)-2对应于运转区域图701中的中负荷区域(B)。

图17中的符号602示出，当发动机1在中负荷区域(1)-2按照符号602所表示的运转状态运转时的燃料喷射时刻(符号6021、6022)、点火时刻(符号6023)以及燃烧波形(符号6024)各自之一例。

当发动机1的运转状态处于中负荷区域(1)-2时，EGR系统55将EGR气体引入燃烧室17中。

与低负荷区域(1)-1一样，当发动机1在中负荷区域(1)-2运转时，会在燃烧室17中形成涡流比在4以上的强涡流。涡流控制阀(SCV)56完全关闭或者处于关闭一侧的规定开度。通过增强涡流，能够从空腔31中将残留在空腔31内的残留气体赶出去。其结果是，能够使火花塞25附近的SI部的混合气的G/F与SI部周围的CI部的混合气的G/F不同。这样一来，如上所述，如果将整个燃烧室17的总G/F设定在18以上50以下，就能够使SPCCI燃烧很稳定。

因为燃烧室17内的紊流能量通过增强涡流而提高，所以当发动机1在中负荷区域(1)-2运转时，SI燃烧的火焰会迅速地传播，SI燃烧稳定。SI燃烧对CI燃烧的控制性由于SI燃烧稳定而提高。通过对SPCCI燃烧中的CI燃烧的时刻进行优化，就能够抑制燃烧噪声的产生，并且能够降低燃料消耗量。还能够抑制各循环之间的扭矩的偏差。

但发动机1在中负荷区域(1)-2运转时，在整个燃烧室17中，混合气的空燃比(A/F)为理论空燃比(A/F≈14.7)。由于三效催化剂对从燃烧室17排出的气体进行净化，因此发动机1的排气性能良好。混合气的A/F只要落在三效催化剂的净化窗中即可。因此，只要使混合气的过剩空气系数λ为1.0±0.2即可。

当发动机1在中负荷区域(1)-2运转时，燃料喷射器6进行进气冲程中的燃料喷射(符号6021)和压缩冲程中的燃料喷射(符号6022)。通过在进气冲程中进行第一喷射6021，就能够让燃料在燃烧室17中分布大致均匀。通过在压缩冲程中进行第二喷射6022，就能够借助燃料的气化潜热降低燃烧室17中的温度。能够防止含有第一喷射6021所喷射出的燃料的混合气过早自燃。

燃料喷射器6进行进气冲程中的第一喷射6021和压缩冲程中的第二喷射6022，由此而会在整个燃烧室17中形成过剩空气系数λ为1.0±0.2的混合气。因为混合气的燃料浓度大致均匀，所以燃料消耗量能够因为未燃损失减小而减少，同时，排气性能能够因为避免了烟雾的产生而提高。优选，过剩空气系数λ为1.0～1.2。而且，整个燃烧室17的总G/F在18以上50以下，火花塞25附近的SI部的G/F为14～22。

借助火花塞25在压缩上止点以前的规定时刻对混合气点火(符号6023)，混合气就靠火焰传播而燃烧。火焰传播引起的燃烧开始以后，未燃混合气就在目标时刻自燃而进行CI燃烧。利用后期喷射而喷射出的燃料主要进行SI燃烧。利用前期喷射而喷射出的燃料主要进行CI燃烧。通过使整个燃烧室17的总G/F在18以上50以下，使火花塞25附近的SI部的G/F为14～22，就能够使SPCCI燃烧稳定化。

这里，如图7的下图所示，增压器44不工作的区域(参照S/C不工作)是低负荷区域(1)-1的一部分和中负荷区域(1)-2的一部分。具体而言，在低负荷区域(1)-1的低转速侧的区域增压器44不工作。在低负荷区域(1)-1的高转速侧区域中，为确保随着发动机1的转速升高所需要的进气填充量，让增压器44工作，提高增压压力。在中负荷区域(1)-2的低负荷低转速侧的区域增压器44不工作，在中负荷区域(1)-2的高负荷侧的区域，为确保随着燃料喷射量增加所需要的进气填充量，让增压器44工作。在高转速侧的区域，为确保发动机1的转速升高所需要的进气填充量，让增压器44工作。

需要说明的是，在高负荷中转速区域(2)、高负荷低转速区域(3)以及高转速区域(4)各区域，增压器44在整个区域都工作。

(高负荷中转速区域(2))

与低负荷区域(1)-1和中负荷区域(1)-2一样，当发动机1在高负荷中转速区域(2)运转时，发动机1进行SPCCI燃烧。

图17中的符号603示出，当发动机1在高负荷中转速区域(2)按照符号603表示的运转状态运转时的燃料喷射时刻(符号6031、6032)、点火时刻(符号6033)以及燃烧波形(符号6034)各自之一例。图17中的符号604示出，当转速比符号603表示的运转状态高时的燃料喷射时刻(符号6041)、点火时刻(符号6042)以及燃烧波形(符号6043)各自之一例。

当发动机1的运转状态处于高负荷中转速区域(2)时，EGR系统55将EGR气体引入燃烧室17中。发动机1随着负荷升高而减少EGR气体的量。在最大负荷下，可以让EGR气体为0。

与低负荷区域(1)-1一样，当发动机1在高负荷中转速区域(2)运转时，会在燃烧室17中形成涡流比在4以上的强涡流。涡流控制阀(SCV)56完全关闭或者处于关闭一侧的规定开度。

当发动机1在高负荷中转速区域(2)运转时，在整个燃烧室17中，混合气的空燃比(A/F)为理论空燃比，或者混合气的空燃比(A/F)比理论空燃比浓(即，混合气的过剩空气系数λ为λ≤1)。

当发动机1在高负荷中转速区域(2)的低转速侧运转时，燃料喷射器6就在进气冲程中喷射燃料(符号6031)并且在压缩冲程的终期喷射燃料(符号6032)。压缩冲程的终期可以是将压缩冲程三等分为初期、中期和终期时的终期。

在进气冲程开始的前期喷射6031可以在进气冲程的前半部分开始喷射燃料。进气冲程的前半部分可以是将进气冲程二等分为前半部分和后半部分时的前半部分。具体而言，前期喷射可以在上止点前280°CA开始喷射燃料。

如果让前期喷射6031在进气冲程的前半部分开始喷射，那么，一部分燃料就会因为雾状燃料打在空腔31的开口缘部上而进入燃烧室17的挤气区171内，剩余的燃料则会进入空腔31内的区域，省略图示。在燃烧室17的外周部涡流强；在燃烧室17中央部涡流强弱。因此，进入挤气区171的一部分燃料混入涡流中，进入空腔31内的区域的剩余燃料混入涡流的内侧。混入涡流中的燃料在从进气冲程到压缩冲程的那段时间内停留在涡流中，在燃烧室17的外周部形成用于CI燃烧的混合气。混入涡流流的内侧的燃料在从进气冲程到压缩冲程的那段时间内也停留在涡流的内侧，在燃烧室17中央部形成用于SI燃烧的混合气。

当发动机1在高负荷中转速区域(2)运转时，布置有火花塞25的中央部的混合气优选过剩空气系数λ在1以下；外周部的混合气的过剩空气系数λ在1以下，优选小于1。中央部的混合气的空燃比(A/F)例如可以在13以上且理论空燃比(14.7)以下。中央部的混合气的空燃比还可以比理论空燃比稀薄。外周部的混合气的空燃比，例如可以在11以上且理论空燃比以下；优选在11以上且12以下。如果使燃烧室17的外周部的过剩空气系数λ小于1，外周部的混合气中的燃料量就会增加。因此而能够利用燃料的气化潜热降低温度。整个燃烧室17的混合气的空燃比可以在12.5以上且理论空燃比以下；优选在12.5以上且13以下。

在压缩冲程的终期进行的后期喷射6032，可以例如在上止点前10°CA开始喷射燃料。通过在即将到达上止点以前进行后期喷射，就能够利用燃料的气化潜热降低燃烧室内的温度。在压缩冲程期间，利用前期喷射6031喷射出的燃料的低温氧化反应继续进行，在上止点以前转向高温氧化反应，但是通过在即将到达上止点以前进行后期喷射6032，降低燃烧室内的温度，就能够抑制从低温氧化反应转向高温氧化反应，从而能够抑制过早自燃。需要说明的是，作为一例，可以使前期喷射的喷射量和后期喷射的喷射量的比例为95:5。

火花塞25在压缩上止点附近对燃烧室17中央部的混合气点火(符号6033)。火花塞25例如在压缩上止点以后点火。因为火花塞25布置在燃烧室17中央部，所以中央部的混合气通过由火花塞25点火开始进行靠火焰传播的SI燃烧。

在高负荷区域，因为燃料喷射量增多，并且燃烧室17的温度也升高，所以进入CI燃烧容易提前开始的状况。换句话说，在高负荷区域，混合气容易过早着火。然而，如上所述，因为燃烧室17的外周部的温度由于燃料的气化潜热而下降，所以能够避免CI燃烧在对混合气火花点火以后马上开始。

如上所述，如果由火花塞25对中央部的混合气点火，SI燃烧的燃烧速度就会因为紊流能量高而升高，SI燃烧就稳定，并且SI燃烧的火焰跟随着燃烧室17内的强涡流朝着圆周方向传播。于是，未燃混合气在燃烧室17的外周部的圆周方向上的规定位置压燃而开始CI燃烧。

按照该SPCCI燃烧的概念，让混合气在燃烧室17中分层化和在燃烧室17中形成很强的涡流，在CI燃烧开始以前就能够充分地进行SI燃烧。其结果是，既能够抑制燃烧噪声的产生，也能够抑制NOx的生成，燃烧温度还不会过高。还能够抑制各循环之间的扭矩的偏差。

因为外周部的温度低，所以CI燃烧平缓，从而能够抑制燃烧噪声的产生。因为燃烧时间由于CI燃烧而缩短，所以在高负荷区域，扭矩和热效率都能够提高。因此，该发动机1通过在负荷较高的区域进行SPCCI燃烧，既能够避免燃烧噪声，又能够减少燃料消耗量。

当发动机1在高负荷中转速区域(2)的高转速侧运转时，燃料喷射器6就会在进气冲程中开始喷射燃料(符号6041)。

与以上所述一样，在进气冲程开始的前期喷射6041可以在进气冲程的前半部分开始喷射燃料。具体而言，前期喷射6041可以在上止点前280°CA开始喷射燃料。前期喷射存在在进气冲程过后且进入压缩冲程中结束的情况。通过在进气冲程的前半部分开始前期喷射6041，能够在燃烧室17的外周部形成用于CI燃烧的混合气，并且在燃烧室17中央部形成用于SI燃烧的混合气。与以上所述一样，布置有火花塞25的中央部的混合气的过剩空气系数λ优选在1以下；外周部的混合气的过剩空气系数λ在1以下，优选小于1。中央部的混合气的空燃比还可以比理论空燃比稀薄。外周部的混合气的空燃比，例如可以在11以上且理论空燃比以下；优选在11以上且12以下。

如果发动机1的转速升高，前期喷射6041喷射出的燃料发生反应的时间就会缩短。因此，能够省略用于抑制混合气进行氧化反应的后期喷射。

火花塞25在压缩上止点附近对燃烧室17的中央部的混合气点火(符号6042)。火花塞25例如在压缩上止点以后点火。

如上所述，通过将混合气分层化，那么在高负荷中转速区域(2)中，既能够抑制燃烧噪声，又能够使SPCCI燃烧稳定化。

(高负荷低转速区域(3))

当发动机1在高负荷低转速区域(3)运转时，发动机1进行SI燃烧，不进行SPCCI燃烧。高负荷低转速区域(3)对应于运转区域图701中的第一高负荷区域(C1)。

图17中的符号605示出，当发动机1在高负荷低转速区域(3)按照符号605的运转状态运转时的燃料喷射时刻(符号6051、6052)、点火时刻(符号6053)以及燃烧波形(符号6054)各自之一例。

当发动机1的运转状态处于高负荷低转速区域(3)时，EGR系统55将EGR气体引入燃烧室17中。发动机1随着负荷升高而减少EGR气体的量。在最大负荷下，可以让EGR气体为0。

当发动机1在高负荷低转速区域(3)运转时，在整个燃烧室17中，混合气的空燃比(A/F)为理论空燃比(A/F≈14.7)。混合气的A/F只要落在三效催化剂的净化窗中即可。因此，只要使混合气的过剩空气系数λ为1.0±0.2即可。通过使混合气的空燃比为理论空燃比，在高负荷低转速区域(3)燃料消耗量就会减少。需要说明的是，当发动机1在高负荷低转速区域(3)运转时，可以使整个燃烧室17内的混合气的燃料浓度的情况如下：过剩空气系数λ在1以下且在高负荷中转速区域(2)的过剩空气系数λ以上，优选使整个燃烧室17内的混合气的燃料浓度的情况如下：过剩空气系数λ在1以下且比高负荷中转速区域(2)的过剩空气系数λ大。

在运转区域图702下，当发动机1在高负荷低转速区域(3)运转时，燃料喷射器6在进气冲程中的时刻和从压缩冲程终期到膨胀冲程初期为止的延迟期内的时刻将燃料喷向燃烧室17内(符号6051、6052)。通过分两次喷射燃料，能够减少在延迟期内喷射的燃料量。通过在进气冲程中喷射燃料(符号6051)，就能够在充分地确保混合气的形成时间。通过在延迟期喷射燃料(符号6052)，在即将点火之前就能够增强燃料在燃烧室17中的流动，有利于实现SI燃烧的稳定化。

火花塞25在燃料喷射结束后且压缩上止点附近的时刻对混合气点火(参照符号6053)。火花塞25例如还可以在压缩上止点后点火。混合气在膨胀冲程中进行SI燃烧。因为在膨胀冲程中开始SI燃烧，所以在膨胀冲程中CI燃烧不会开始。

让发动机1在高负荷低转速区域(3)运转时的涡流比发动机1在高负荷中转速区域(2)运转时的涡流弱。发动机1在高负荷低转速区域(3)运转时的涡流控制阀(SCV)56的开度比发动机1在高负荷中转速区域(2)运转时的涡流控制阀(SCV)56的开度大。只要使涡流控制阀56的开度在例如50％左右(即半开)即可。

如图2的上图中的点划线箭头所示，燃料喷射器6的喷孔的中心沿圆周方向偏离火花塞25。从喷孔喷射出的燃料被燃烧室17中的涡流带动着沿圆周方向流动。利用涡流迅速地将燃料输送到火花塞25附近。燃料在被输送到火花塞25附近的那段时间内能够气化。

另一方面，如果涡流过强，燃料就会朝着圆周方向流动，远离火花塞25附近，也就不能迅速地将燃料输送到火花塞25附近了。因此，让发动机1在高负荷低转速区域(3)运转时的涡流比发动机1在高负荷中转速区域(2)运转时的涡流弱。这样一来，就能够迅速地将燃料输送到火花塞25附近。因此而能够提高混合气的自燃性，实现SI燃烧的稳定化。

(高转速区域(4))

如果发动机1的转速高，曲轴转角变化1°所需要的时间就短。因此，如上所述，例如在高负荷区域的高转速区域难以让混合气在燃烧室17内分层化。如果发动机1的转速升高，就难以进行上述SPCCI燃烧。

因此，当发动机1在高转速区域(4)运转时，发动机1进行SI燃烧，不进行SPCCI燃烧。需要说明的是，高转速区域(4)从低负荷到高负荷扩大到整个负荷方向。

图17中的符号606示出，当发动机1在高转速区域(4)按照符号606的运转状态运转时的燃料喷射时刻(符号6061)、点火时刻(符号6062)以及燃烧波形(符号6063)各自之一例。

当发动机1的运转状态处于高转速区域(4)时，EGR系统55将EGR气体引入燃烧室17中。发动机1随着负荷升高而减少EGR气体的量。在最大负荷下，可以让EGR气体为0。

当发动机1在高转速区域(4)运转时，让涡流控制阀(SCV)56完全开启。燃烧室17内仅产生纵滚流，不产生涡流。通过将涡流控制阀56完全开启，在高转速区域(4)就能够提高充填效率，并且还能够减小泵送损失。

当发动机1在高转速区域(4)运转时，在整个燃烧室17中，混合气的空燃比(A/F)基本上为理论空燃比(A/F＝14.7)。只要使混合气的过剩空气系数λ为1.0±0.2即可。需要说明的是，在高转速区域(4)内的包括最大负荷的高负荷区域内，混合气的过剩空气系数λ可以小于1。

当发动机1在高转速区域(4)运转时，燃料喷射器6就在进气冲程中开始喷射燃料(参照符号6061)。燃料喷射器6将燃料一次喷出。通过在进气冲程中开始喷射燃料，就能够在燃烧室17中形成均质或者近似均质的混合气。当发动机1的转速高时，能够确保燃料的气化时间尽可能地长。故既能够减小未燃损失，又能够抑制油微粒的产生。

火花塞25在燃料喷射结束后且压缩上止点前的适当时刻对混合气点火(参照符号6062)。

(其它实施方式)

需要说明的是，这里所公开的技术并不限于对构造如上所述的发动机1适用。发动机1可以采用各种各样的构造。

例如，空腔31还可以在与火花塞25相对的位置形成底比凹陷部312更浅的浅底部。燃料喷射器6所喷射的燃料的一部分由浅底部引导着到达火花塞25附近。由浅底部引导的雾状燃料能够通过相对较短的输送路径到达火花塞25。在上述运转区域图701中的第一高负荷区域(C1)、运转区域图702中的高负荷低转速区域(3)，能够迅速地将在压缩冲程的终期喷射出的燃料输送到火花塞25附近。

－符号说明－

1 发动机

10 ECU(控制器)

17 燃烧室

23 进气电动S-VT(状态量设定部件、可变气门传动机构)

24 排气电动S-VT(状态量设定部件、可变气门传动机构)

25 火花塞

49 增压系统(状态量设定部件)

44 增压器

43 节气门(状态量设定部件)

48 空气旁路阀(状态量设定部件)

54 EGR阀(状态量设定部件)

55 EGR系统(状态量设定部件)

56 涡流控制阀(状态量设定部件)

6 燃料喷射器

Claims (8)

1.一种发动机的控制装置，其包括发动机、状态量设定部件、燃料喷射器、火花塞以及控制器，

该发动机具有燃烧室，

该状态量设定部件安装在所述发动机上且构成为对被引入所述燃烧室中的新气和已燃气体的引入量进行调节，

该燃料喷射器安装在所述发动机上且构成为喷射燃料，

该火花塞面向所述燃烧室中而设，

该控制器与所述状态量设定部件、所述燃料喷射器以及所述火花塞分别相连，且构成为将控制信号分别输出给所述状态量设定部件、所述燃料喷射器以及所述火花塞，

该发动机的控制装置的特征在于：

所述火花塞在规定的点火时刻对混合气点火，以便在所述混合气靠点火而开始燃烧以后，未燃混合气靠自燃而燃烧，

所述状态量设定部件接收所述控制器的控制信号，对与压缩开始前的所述燃烧室中的温度相关的操作量进行调节，

所述控制器根据所述发动机的运转状态改变所述状态量设定部件的所述操作量和所述火花塞的所述点火时刻，从而调节热量比率，该热量比率是与混合气靠火焰传播燃烧时所释放的热量在所述燃烧室中的混合气燃烧时所释放的总热量中所占的比例相关的指标，

设置有向所述燃烧室导入的气体流动的进气通路，

在所述进气通路上连接有旁路通路，该旁路通路为了将对向所述燃烧室导入的气体进行增压的增压器、以及对所述增压器中被压缩的气体进行冷却的中间冷却器旁路，而将所述进气通路上的所述增压器的上游部和所述中间冷却器的下游部彼此连接起来，

所述状态量设定部件具有配置在所述旁路通路上且对流经该旁路通路的气体的流量进行调节的空气旁路阀，

构成外部EGR系统的EGR通路被连接在所述进气通路与排气通路之间，并且使已燃气体的一部分回流到所述进气通路，

所述EGR通路的下游端连接在所述进气通路上的所述增压器的上游，

在所述EGR通路上配置有液冷式EGR冷却器，该EGR冷却器对已燃气体进行冷却，

所述状态量设定部件具有EGR阀，该EGR阀配置在所述EGR通路上，且对流经该EGR通路的已燃气体的流量进行调节，

所述状态量设定部件具有节气门、涡流控制阀、以及构成内部EGR系统的可变气门传动机构即气门传动机构，

所述可变气门传动机构在规定的时刻开启、关闭进气门，并且改变所述进气门的配气相位及/或气门升程，

所述可变气门传动机构在规定的时刻开启、关闭排气门，并且改变所述排气门的配气相位及/或气门升程，

所述外部EGR系统能够将温度低于所述内部EGR系统的已燃气体供向所述燃烧室，

所述控制器将调节所述操作量的控制信号输出给所述状态量设定部件，以便在所述发动机的负荷高时，压缩开始前的所述燃烧室中的温度比负荷低时低，从而提高所述热量比率，

所述控制器在所述发动机执行将火花点火燃烧和压缩点火燃烧组合而成的SPCCI燃烧时，通过将控制信号输出给所述状态量设定部件和所述燃料喷射器，

将与所述燃烧室中的包括已燃气体的所有气体与燃料的重量比相关的指标设定在18以上50以下，所述指标为气体重量/燃料重量，

并且以使所述燃烧室中的涡流比在4以上的方式，将所述涡流控制阀的开度设定在0以上且15％以下，

所述控制器将控制信号输出给所述火花塞，以便在所述发动机的负荷高时，所述点火时刻比负荷低时提前，从而提高所述热量比率。

2.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于：

所述增压器、所述旁路通路及所述旁路阀构成增压系统，

所述增压系统接收所述控制器的控制信号，在所述发动机的负荷高时进行增压，且在负荷低时不进行增压。

3.根据权利要求2所述的发动机的控制装置，其特征在于：

在所述增压系统不进行增压时，所述控制器将调节所述操作量的控制信号输出给所述状态量设定部件，以便压缩开始前的所述燃烧室中的温度随着所述发动机的负荷升高而降低，从而提高所述热量比率。

4.根据权利要求3所述的发动机的控制装置，其特征在于：

在所述增压系统不进行增压时，所述控制器将控制信号输出给所述火花塞，以便让所述点火时刻随着所述发动机的负荷升高而提前，从而提高所述热量比率。

5.根据权利要求2到4中任一项权利要求所述的发动机的控制装置，其特征在于：

在所述增压系统进行增压时，所述控制器将控制信号输出给所述火花塞，以便让所述点火时刻随着所述发动机的负荷升高而提前，从而使所述热量比率相对于所述发动机的负荷变化而保持一定不变。

6.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于：

所述控制器将控制信号输出给所述状态量设定部件和所述燃料喷射器，而将所述混合气的过剩空气系数λ设定在1.0±0.2上。

7.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于：

所述点火时刻下的所述燃烧室中的状态满足温度在570K以上800K以下以及压力在400kPa以上920kPa以下二者中之至少一者。

8.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于：

所述发动机的几何压缩比在13以上。

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