CN108952947B - 压缩点火式发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

为了在压缩点火式发动机中于高旋转时将NVH抑制在容许值以下，本发明提供了一种压缩点火式发动机的控制装置，具备火花塞（25）、控制器（10）以及通过从排气通路（50）经由进气通路（40）向燃烧室（17）中导入已燃气体的EGR系统（55）。控制器（10）以通过点火使未燃混合气藉由自动点火而燃烧的形式在规定的点火正时向火花塞（25）输出控制信号。控制器（10）以在发动机（1）的转速比较低时高时使作为燃烧室（17）中的混合气所包含的已燃气体的量的比例的EGR率降低的形式，向EGR系统（55）输出控制信号。

Description

压缩点火式发动机的控制装置

技术领域

此处公开的技术涉及压缩点火式发动机的控制装置。

背景技术

专利文献1中记载了在低负荷低旋转的规定区域内通过自动点火使燃烧室内的混合气燃烧的发动机。该发动机在负荷高于所述低负荷低旋转区域的区域以及、转速高于所述低负荷低旋转区域的区域内通过火花点火使混合气燃烧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4082292号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，压缩点火的燃烧会发出较大的燃烧噪声。在发动机的转速较高时，发动机的NVH（Noise Vibration Harshness；噪声、振动与声振粗糙度）会超过容许值。

此处公开的技术是鉴于上述情况而做出的，其目的在于在压缩点火式发动机中在将NVH抑制在容许值以下的同时进行压缩点火的燃烧。

解决问题的手段：

本申请发明人如后所述研究出了SI（Spark Ignition；火花点火）燃烧与CI（Compression Ignition；压缩点火）燃烧相组合的燃烧形态（SPCCI燃烧）。即，对燃烧室中的混合气强制地进行点火，从而经由火焰传播进行燃烧，且藉由SI燃烧的放热使燃烧室中的未燃混合气通过自动点火燃烧。

在自动点火的燃烧中，若压缩开始前燃烧室中的温度不均，则自动点火的正时变化很大。例如若自动点火的正时变早，则会有燃烧噪声增大的问题。

在SPCCI燃烧中，通过变更SI燃烧的放热量能够吸收压缩开始前燃烧室中温度的不均。如果根据压缩开始前燃烧室中的温度，例如通过变更点火正时来变更SI燃烧的开始正时，就能控制自动点火的正时。

经由火焰传播进行的燃烧由于压力变动相对较小，因此能够抑制燃烧噪声的产生。又，通过进行CI燃烧，燃烧期间比经由火焰传播进行的燃烧缩短，有利于燃料消耗率的改善。因此，SI燃烧与CI燃烧相组合的燃烧形态能够在抑制燃烧噪声的产生的同时改善燃料消耗率。

如果在发动机的转速较高时进行SPCCI燃烧，就能在将NVH抑制在容许值以下的同时进行CI燃烧。

具体而言，此处公开的技术是压缩点火式发动机的控制装置，具备：发动机，所述发动机形成为在燃烧室中使混合气燃烧的结构；火花塞，所述火花塞形成为面朝所述燃烧室中配设且对所述燃烧室中的混合气点火的结构；EGR系统，所述EGR系统形成为安装于所述发动机且通过从排出所述燃烧室中产生的已燃气体的排气通路经由使气体流入所述燃烧室的进气通路向所述燃烧室中导入所述已燃气体的结构；以及控制器，所述控制器形成为与所述火花塞及所述EGR系统分别连接且通过向所述火花塞以及所述EGR系统分别输出控制信号从而运行所述发动机的结构。

所述控制器以通过所述火花塞的点火进行所述燃烧室中的未燃混合气藉由自动点火而燃烧的规定形态的燃烧的形式，在规定的点火正时向所述火花塞输出控制信号。并且，所述控制器以在所述发动机的转速比较低时高时使作为所述燃烧室中的混合气中所包含的所述已燃气体的量的比例的EGR率降低的形式向所述EGR系统输出控制信号。

另，此处的“燃烧室”不限于指代活塞到达压缩上死点时的空间。以广义使用“燃烧室”一词。

根据该结构，控制器从发动机的运行状态判断出有必要时，向火花塞输出控制信号。藉此，火花塞在规定的点火正时对燃烧室中形成的混合气点火。藉此，燃烧开始，在该燃烧之后紧接着未燃混合气通过自动点火进行燃烧。即，进行前述的SPCCI燃烧。

并且，在进行该SPCCI燃烧时，控制器向安装于发动机的EGR系统输出控制信号。该EGR系统形成为通过从排气通路（排出燃烧室中产生的已燃气体的通路）经由进气通路（使未燃气体向燃烧室流入的通路）向燃烧室中导入已燃气体、即EGR气体的结构（所谓的外部EGR）。因此，由于该EGR气体是经由发动机外的通路间接地向燃烧室中导入，所以其温度相对降低。又，也可进行强制冷却。即，能够使该EGR系统所导入的EGR气体的温度比燃烧室中要低。

并且，EGR系统形成为变更EGR率（燃烧室中的混合气所包含的EGR气体的量的比例）的结构，并按照从控制器输出的控制信号在发动机的转速比较低时高时使EGR率降低。

如前所述，发动机的高旋转时较低旋转时NVH增大。因此，高旋转时也与低旋转时同样地，若进行燃烧噪声较大的CI燃烧，则恐怕NVH会超过容许值。因此，在高旋转时，为了进行自动点火的燃烧，需要减少SPCCI燃烧中的CI燃烧而增加SI燃烧。

又，在高旋转时，与低旋转时相比燃烧循环变短。随之而来的是燃烧室的内壁等在燃烧时接受的热量变少而温度下降，所以混合气变得难以受热，混合气燃烧的时间也变短。因此，在高旋转时，需要在该不利的条件下促进SPCCI燃烧并使SI燃烧的比例增大，但是如果使混合气其自身的温度（即将燃烧前的温度）升高，那么即使是在该条件下也能促进SPCCI燃烧。

在SPCCI燃烧中，CI燃烧晚于SI燃烧进行点火。升高混合气的温度对SI燃烧以及CI燃烧都有促进，但由于高旋转时燃烧时间较短，因此先开始燃烧的SI燃烧变快，其燃烧比后开始燃烧的CI燃烧更受促进。即，通过升高混合气的温度，能够在高旋转时增大SI燃烧的比例。

因此，在发动机运行时，降低EGR率从而减小混合气其自身所包含的EGR气体（低温的已燃气体）的比例，由此能升高混合气的温度，能够在SPCCI燃烧中使SI燃烧增加。其结果是，在高旋转时也能够将NVH抑制在容许值以下。

也可以是还具备进气流动控制装置，所述进气流动控制装置形成为安装于所述发动机且变更向所述燃烧室中导入的气体的流动的结构；所述控制器在所述发动机的转速比较低时高时，向所述EGR系统输出控制信号以降低所述EGR率，且向所述进气流动控制装置输出控制信号以增强所述气体的流动。

EGR率受混合气的G/F等其他的状态量所制约。因此，仅靠EGR率的变更，有时SPCCI燃烧中的燃烧噪声的抑制效果会受到限制，而无法得到满意的效果。与之相对的，若增强进气流动，则能促进喷射出的燃料的气化且能在燃烧室内的流动较强的状态下进行SI燃烧。藉此，SI燃烧加快，与稍晚点火的CI燃烧相比SI燃烧受到促进。因此，通过降低EGR率且强化进气流动，能够弥补在EGR率的变更中受到限制的效果。其结果是，能够增大SPCCI燃烧中的SI燃烧的比例，从而在高旋转时也能将NVH抑制在容许值以下。

也可以是所述控制器在所述发动机的转速比较低时高时，向所述EGR系统输出控制信号以降低所述EGR率，且向所述火花塞输出控制信号以使点火正时提前。

若使点火正时提前，则SI燃烧的开始变早。因此，即使在高旋转时的短时间内也能使SI燃烧加快，因此能够增大SPCCI燃烧中的SI燃烧的比例。因此，通过点火正时的提前也能够弥补在外部EGR率的变更中受到限制的效果，从而在高旋转时也能将NVH抑制在容许值以下。

也可以是所述控制器在所述发动机的转速超过预先设定的降低开始转速时，向所述EGR系统输出控制信号以开始所述EGR率的降低。

藉此，在降低开始转速以下的低旋转时，能将EGR率设定为较高的值，因此即使是混合气的G/F值较高的SPCCI燃烧也能在宽广的运行区域中将混合气的G/F控制在适当的范围内。由于能将混合气的稀释率维持在较高，因此能谋求燃料消耗率的改善。并且，在超过降低开始转速的高旋转时，导入燃烧室的EGR气体量的比例减少，混合气的温度升高。其结果是，SI燃烧加快，CI燃烧减少，因此能够抑制SPCCI燃烧产生的燃烧噪声。在高旋转时能够将NVH抑制在容许值以下。

也可以是还具备：增压系统，所述增压系统形成为安装于所述发动机且对向所述燃烧室中导入的气体增压的结构；以及内部EGR系统，所述内部EGR系统形成为设置于所述发动机且变更作为所述燃烧室中的混合气所包含的内部EGR气体的量的比例的内部EGR率的结构；所述控制器以在处于较规定负荷高负荷的第一区域时使所述增压系统进行增压，在处于所述规定负荷以下的第二区域时使所述增压系统不进行增压的形式，向所述增压系统输出控制信号；所述控制器至少于所述第一区域，在所述发动机的转速比较低时高时向所述EGR系统输出控制信号以降低所述EGR率，且于所述第二区域，在较低旋转时高的旋转时向所述内部EGR系统输出控制信号以增高所述内部EGR率。

由于增高内部EGR率，增大混合气所包含的内部EGR气体（高温的已燃气体）的比例也能使混合气的温度升高，因此能够增加SPCCI燃烧中的SI燃烧。

然而，上述发动机的情况下，在进行增压的第一区域内，即使导入内部EGR气体也会被增压压力扫气。因此，内部EGR率的变更较难。因此，控制器以在不进行增压的第二区域内增高内部EGR率的形式输出控制信号。另一方面，由于EGR气体是通过进气通路进行导入，因此即使进行增压EGR率也能较为容易地变更。因此，控制器以在进行增压的第一区域内降低EGR率的形式输出控制信号。藉此，在高旋转时也能将NVH抑制在容许值以下，能够改善发动机的燃料消耗性能。

也可以是所述火花塞以面朝所述燃烧室上部的中央部位的形式配置；还具备内部EGR系统，所述内部EGR系统形成为设置于所述发动机且变更作为所述燃烧室中的混合气所包含的内部EGR气体的量的比例的内部EGR率的结构；在进行所述规定形态的燃烧时，所述燃烧室中形成有涡流；所述控制器在所述发动机的转速比较低时高时向所述内部EGR系统输出控制信号以增高所述内部EGR率。

在以面朝燃烧室上部的中央部位的形式配置有火花塞的燃烧室中形成有涡流时，燃烧室中混合气的流动受到促进，从而在燃烧室中能形成分层化的混合气。藉此，即使燃烧室中的混合气含有较多的内部EGR气体，也能够使火花塞周围的内部EGR气体的量在点火的正时较少，从而稳定地进行SI燃烧。因此，即使在高旋转时增高内部EGR率，也能实现稳定的SPCCI燃烧。

也可以是通过重叠（overlap）进气门的开阀期间与排气门的开阀期间、即通过设定所谓的正重叠期间向所述燃烧室中导入所述内部EGR气体。

通过设定正重叠期间来导入内部EGR气体，则能谋求泵气损失等的降低。

也可以是所述控制器在所述发动机的转速超过预先设定的降低开始转速时向所述EGR系统输出控制信号以开始所述EGR率的降低，且相对所述发动机的负荷的变化使所述EGR率的降低率保持为大致一定。

如前所述，若在高旋转时也与低旋转时同样地维持较高的EGR率，则混合气的温度会过低，恐怕难以兼顾燃烧噪声的抑制与稳定的SPCCI燃烧两者。在发动机的转速超过预先设定的降低开始转速时，通过降低EGR率能够防止上述不良状况。

然而在这样做的情况下，若发动机的负荷增大，则已燃气体会相对燃料过多，恐怕会使SPCCI燃烧中的SI燃烧的点火不稳定。为了防止该情况，需要在发动机的负荷越高时使EGR率的降低率越大。

与之相对的，在燃烧室中形成有涡流时，燃烧室中混合气的流动性增大。藉此，能够减少进行点火的火花塞周边的已燃气体（EGR气体）的量。其结果是，抑制了已燃气体相对燃料过多，SPCCI燃烧得以稳定进行，因此能够相对发动机负荷的高低的变化，使EGR率的降低率不必增大而是保持大致一定。

此外，此处公开的技术涉及压缩点火式发动机的控制装置。该压缩点火式发动机的控制装置具备：发动机，所述发动机形成为在燃烧室中使混合气点火的结构；喷射器，所述喷射器形成为安装于所述发动机且向所述燃烧室中喷射燃料的结构；火花塞，所述火花塞形成为面朝所述燃烧室中配设且对所述燃烧室中的混合气点火的结构；以及控制器，所述控制器形成为与所述喷射器及所述火花塞分别连接且通过向所述喷射器及所述火花塞分别输出控制信号从而运行所述发动机的结构。

并且，在所述火花塞对所述混合气点火使燃烧开始之后，未燃混合气通过自动点火进行燃烧；所述控制器以在所述发动机高旋转运行时较低旋转运行时使燃料喷射正时提前的形式，向所述喷射器输出控制信号。

另，此处的“燃烧室”不限于指代活塞到达压缩上死点时的空间。以广义使用“燃烧室”一词。

根据该结构，火花塞接受控制器的控制信号对燃烧室中的混合气强制点火。混合气通过火焰传播进行燃烧。经由火焰传播进行的燃烧开始后，燃烧室中的未燃混合气通过自动点火进行燃烧并由此完成燃烧。即，在燃烧室中进行SPCCI燃烧。SPCCI燃烧如前所述可实现兼得燃烧噪声的抑制与燃料消耗率的改善两者。

在发动机的转速较高时，控制器使喷射正时比低旋转时提前。若发动机的转速增高，则燃烧室中从喷射燃料到点火为止之间的气化时间变短。SPCCI燃烧中由SI燃烧所燃烧的混合气减少，CI燃烧增加。其结果是，SPCCI燃烧的燃烧噪声增大，恐怕NVH会超过容许值。

若提前喷射正时则能使气化时间变长。其结果是，在SI燃烧时燃烧的混合气增加。SPCCI燃烧的燃烧噪声抑制为较低，因此在发动机的转速较高时能够将NVH抑制在容许值以下。

也可以是所述控制器以进行前段喷射与较所述前段喷射正时稍迟的后段喷射的形式向所述喷射器输出控制信号；所述控制器以在所述发动机高旋转运行时较低旋转运行时使所述后段喷射的喷射正时提前的形式向所述喷射器输出控制信号。

根据该结构，喷射器接受来自控制器的控制信号，进行前段喷射与后段喷射。后段喷射所喷射的燃料在相对较迟的正时喷射，因而难以在燃烧室中扩散。后段喷射所喷射的燃料主要形成火花点火用混合气。前段喷射所喷射的燃料在相対较早的正时喷射，因此容易在燃烧室中扩散。前段喷射所喷射的燃料主要形成自动点火用混合气。

若提前后段喷射的喷射正时则能使后段喷射所喷射的燃料的气化时间变长。其结果是，SI燃烧时的火花点火用混合气的未燃量减少，从而能够充分地进行SPCCI燃烧的SI燃烧。SPCCI燃烧的燃烧噪声抑制为较低，因此在发动机的转速较高时能够将NVH抑制在容许值以下。

也可以是所述控制器以根据所述发动机的转速的变化使所述后段喷射的喷射正时按规定的变化率提前的形式向所述喷射器输出控制信号；所述控制器使所述发动机的转速较高时的所述变化率高于所述发动机的转速较低时的所述变化率。

藉此，随着发动机的转速增高，后段喷射的喷射正时按规定的变化率提前。在发动机的转速较高时能够充分地进行SPCCI燃烧中的SI燃烧，因此有利于燃烧噪声的抑制。在发动机的转速较高时能够将NVH抑制在容许值以下。

也可以是所述控制器以在所述发动机的转速于规定转速以下时，即使所述转速变化也使所述后段喷射的喷射正时为一定的形式向所述喷射器输出控制信号；所述控制器以在所述发动机的转速超过所述规定转速时，随着所述发动机的转速增高使所述后段喷射的喷射正时提前的形式向所述喷射器输出控制信号。

SPCCI燃烧如前所述通过调节SI燃烧的放热量，能够吸收压缩开始前燃烧室中温度的不均。但是，在SPCCI燃烧中，为了高精度地控制自动点火的正时，必须要与点火正时的变更对应地使自动点火的正时变化。根据本申请发明人的研究，可知在SPCCI燃烧中，为了使自动点火的正时相对点火正时的变更而变化，必须在直至混合气自动点火为止的期间内，快速地进行通过火焰传播的SI燃烧。

若后段喷射的喷射时期较迟，则通过由向燃烧室内喷射燃料而产生的燃烧室内的流动使SPCCI燃烧中的SI燃烧加快，从而得以改善自动点火的正时的控制性。

在发动机的转速较低时气化时间较长，因此控制器以使后段喷射的喷射正时为一定的形式向喷射器输出控制信号。这样做相当于是相对发动机的转速的变化使后段喷射的喷射正时的变化率为0。通过延迟后段喷射的喷射正时来使SI燃烧加快，从而得以改善自动点火的正时的控制性。

在发动机的转速增高、气化时间变短时，控制器以使后段喷射的喷射正时提前的形式向喷射器输出控制信号。这样做相当于是相对发动机的转速的变化使后段喷射的喷射正时的变化率超过0。通过提前后段喷射的喷射正时来确保气化时间，从而充分地进行SI燃烧，得以防止燃烧噪声的增大。

也可以是所述控制器以使所述后段喷射的喷射正时不超过预先规定的提前界限的形式向所述喷射器输出控制信号。

若使后段喷射的喷射时期过度提前，则由向燃烧室内喷射燃料而产生燃烧室内的流动会在点火正时变弱，从而使SPCCI燃烧中的SI燃烧变缓，自动点火的正时的控制性降低。

因此，为了维持较高的自动点火的正时的控制性，控制器以使后段喷射的喷射正时不超过预先规定的提前界限的形式向喷射器输出控制信号。藉此，防止了后段喷射的喷射正时过度提前而使自动点火的正时的控制性降低。

也可以是所述压缩点火式发动机的控制装置具备进气流动控制装置，所述进气流动控制装置形成为安装于所述发动机且调节向所述燃烧室中导入的进气流动的结构；所述控制器以在所述后段喷射的喷射正时为所述提前界限时使所述进气流动增强的形式向所述进气流动控制装置输出控制信号。

如前所述，将后段喷射的喷射正时限制在提前界限，则因提前后段喷射的喷射正时而引起的燃烧噪声的抑制效果会受到限制。

因此，所述结构中，在后段喷射的喷射正时被限制在提前界限时通过进气流动控制装置增强进气流动。藉此，能够促进后段喷射所喷射的燃料的气化且在燃烧室内流动较强的状态下进行SI燃烧。其结果是，SPCCI燃烧中的SI燃烧加快且未燃减少。即使后段喷射的喷射正时被限制在提前界限也能够抑制燃烧噪声。

也可以是所述控制器以所述发动机的转速越高则使所述进气流动越强的形式向所述进气流动控制装置输出控制信号。

藉此，在发动机的转速较高时通过较强的进气流动使SI燃烧变得活跃，因此能够抑制燃烧噪声。

也可以是形成所述燃烧室的一部分的活塞具有腔室，所述腔室从所述活塞的上表面凹陷且朝向所述喷射器；所述前段喷射在压缩行程中向所述腔室外的挤流区域（squisharea）内喷射所述燃料，所述后段喷射向所述腔室内喷射所述燃料。

根据该结构，腔室内的混合气进行SI燃烧。此处，“腔室内的区域”可以是指从将腔室的开口投影在燃烧室的脊部上得到的投影面至腔室的开口为止的区域与腔室中的区域相结合的区域。通过向腔室内喷射燃料，使腔室内形成均质的混合气且增强了腔室内的区域的气体的流动。火花塞能够在腔室内的区域的湍流能量较高的状态下对混合气点火。因此，SI燃烧的燃烧变得活跃，燃烧噪声得以抑制。

也可以是所述控制器使SI率低于100%且使所述SI率在所述发动机的转速较高时比转速较低时高，所述SI率是与受到点火的混合气通过火焰传播进行燃烧时产生的热量相对所述燃烧室中的混合气燃烧时产生的全热量的比例相关的指标。

在SPCCI燃烧中增高SI率则SI燃烧的比例增大，因此有利于燃烧噪声的抑制。在SPCCI燃烧中降低SI率则CI燃烧的比例增大，因此有利于燃料消耗率的改善。

所述结构中，在高旋转时比低旋转时增高SPCCI燃烧中的SI率。藉此，即使发动机的转速增高也能抑制燃烧噪声的产生。

也可以是所述发动机具备检测所述燃烧室中的压力的压力指示传感器；所述控制器基于所述发动机的运行状态设定目标SI率，且接收所述压力指示传感器的检测信号，且基于混合气的燃烧带来的压力波形计算所述SI率，且以在计算得到的所述SI率与所述目标SI率有偏差时使所述SI率接近所述目标SI率的形式调节所述SI率。

藉此，能够根据基于压力指示传感器的检测信号的燃烧室中的实际燃烧状态与目标燃烧状态的偏差来调节SI率。能够使燃烧室中的SPCCI燃烧正确地变为与发动机的运行状态对应的目标燃烧状态。

也可以是所述控制器以无论所述发动机转速高低如何均使所述燃烧室中产生涡流的形式向所述涡流产生部输出控制信号。

涡流产生部若使燃烧室中产生涡流，则SPCCI燃烧中的SI燃烧变快。有利于SPCCI燃烧的燃烧噪声的抑制。又，尤其是在进行前段喷射与后段喷射时，能够使后段喷射的喷射时期比提前界限更加提前。能使后段喷射所喷射的燃料的气化时间变长，因此能够抑制未燃燃料、煤烟等的产生。即，无论发动机转速高低如何，均使燃烧室中产生涡流，从而有利于发动机的排气排放（Exhaust emission）性能的改善。

也可以是所述控制器以在所述火花塞对所述混合气点火使燃烧开始之后，在未燃混合气通过自动点火进行燃烧的运行区域的至少最高转速域内，使燃料喷射正时在高旋转时比低旋转时提前的形式向所述喷射器输出控制信号。

如前所述，若使燃烧室中产生涡流，则尤其能够使后段喷射的喷射时期比提前界限更加提前。因此，在发动机的转速较高时提前后段喷射的喷射时期的结构中，在发动机的转速处于进行SPCCI燃烧的区域的最高转速域时也能使后段喷射提前。有利于发动机的排气排放性能的改善。

发明效果：

根据所公开的压缩点火式发动机的控制装置，在高旋转时也能够将NVH抑制在容许值以下，因此能改善发动机的燃料消耗性能。

附图说明

图1是例示发动机的结构的图；

图2是例示燃烧室的结构的图，上图相当于燃烧室的俯视图，下部是II-II剖视图；

图3是例示燃烧室及进气系的结构的俯视图；

图4是例示发动机的控制装置的结构的框图；

图5是例示用于涡流比检测的台架试验装置的图；

图6是例示副通路的开口比率与涡流比的关系的图；

图7A是例示第一运行区域映射图的图；

图7B是例示第二运行区域映射图的图；

图7C是例示第三运行区域映射图的图；

图8是概念性示出SI燃烧与CI燃烧相组合的SPCCI燃烧的放热率的变化的图；

图9是说明相对于与第一运行区域映射图对应的发动机的负荷高低，SI率的变化、燃烧室中状态量的变化、进气门和排气门的重叠期间的变化以及燃料的喷射正时和点火正时的变化的图；

图10的上图是例示在非增压SPCCI燃烧中，与发动机的负荷的增大相对的燃烧波形的变化的图，图10的下图是例示在增压SPCCI燃烧中，与发动机的负荷的增大相对的燃烧波形的变化的图；

图11是示出在进行与第一运行区域映射图对应的发动机的SPCCI燃烧的运行区域中，发动机的转速与SI率的关系的一个例子的图；

图12是示出在进行与第一运行区域映射图对应的发动机的SPCCI燃烧的运行区域中，发动机的转速与内部EGR率的关系的一个例子的图。（a）是在通过设定负重叠期间来导入内部EGR气体时的关系图，（b）是在通过设定正重叠期间来导入内部EGR气体时的关系图；

图13是示出在进行与第一运行区域映射图对应的发动机的SPCCI燃烧的运行区域中，发动机的转速与外部EGR率的关系的一个例子的图。（a）是燃烧室中几乎没有涡流形成时的关系图，（b）是燃烧室中以规定的强度形成有涡流时的关系图；

图14是示出在进行与第一运行区域映射图对应的发动机的SPCCI燃烧的运行区域中，发动机的转速与涡流控制阀的开度的关系的一个例子的图。（a）是与第一运行区域映射图对应的发动机中的关系图，（b）是与第二或第三运行区域映射图对应的发动机中的关系图；

图15是示出在进行与第一运行区域映射图对应的发动机的SPCCI燃烧的运行区域中，发动机的转速与点火正时的关系的一个例子的图；

图16的上图是示出在进行SPCCI燃烧的运行区域内，发动机的转速与后段喷射率的关系的一个例子的图，图16的下图是示出在进行SPCCI燃烧的运行区域内，发动机的转速与后段喷射率的关系的其他例子的图；

图17的上图是示出在进行SPCCI燃烧的运行区域中，发动机的转速与后段喷射时期的关系的一个例子的图，图17的下图是示出在进行SPCCI燃烧的运行区域中，发动机的转速与后段喷射时期的关系的其他例子的图；

图18的上图是与图14的（a）对应的图，图18的下图是与图14的（b）对应的图；

图19是示出ECU所执行的发动机控制的步骤的流程图；

图20是说明SI率的变更的控制概念的图；

图21是例示第三运行区域映射图中，各运行状态下的燃料喷射时期、点火时期以及燃烧波形的图；

图22是示出在图7C所示运行区域映射图中，发动机的转速与后段喷射率的关系的一个例子的图，图22的下图是示出发动机的转速与后段喷射率的关系的其他例子的图；

图23是示出在图7C所示运行区域映射图中，发动机的转速与后段喷射时期的关系的一个例子的图，图23的下图是示出发动机的转速与后段喷射时期的关系的其他例子的图；

图24是与图7C所示第三运行区域映射图对应的简化图；

图25是例示图24所示各运行状态下的燃烧波形的图；

符号说明：

1 发动机；

10 ECU（控制器）；

17 燃烧室；

171 挤流区域；

23 进气电动S-VT（内部EGR系统）；

24 排气电动S-VT（内部EGR系统）；

25 火花塞；

3 活塞；

31 腔室；

54 EGR阀（外部EGR系统）；

55 EGR系统；

56 涡流控制阀（进气流动控制装置、涡流产生部）；

6 喷射器；

102a SI率变更单元（热量比率变更单元）；

SW6 压力指示传感器。

具体实施方式

以下，基于附图来详细说明压缩点火式发动机（以下仅称为发动机1）的控制装置的实施形态。以下说明为发动机1的控制装置的一个例子。图1是例示发动机1的结构的图。图2是例示燃烧室的结构的剖视图。另，图1中的进气侧为纸面左侧，排气侧为纸面右侧。图2中的进气侧为纸面右侧，排气侧为纸面左侧。图4是例示发动机1的控制装置的结构的框图。

又，以下说明中使用的“EGR气体”包括“残留于燃烧室和/或再吸入燃烧室的已燃气体（废气）”。同样地，“内部EGR气体”包括“残留于燃烧室和/或不经由发动机外的通路而直接地再吸入燃烧室的已燃气体（废气）”，“外部EGR气体”包括“经由排气通路、进气通路等发动机外的通路而间接地再吸入燃烧室的已燃气体（废气）”。又，“EGR率”相当于“燃烧室中的混合气（全气体）中所含EGR气体的量的比例”。“内部EGR率”相当于“燃烧室中的混合气（全气体）中所含内部EGR气体的量的比例”，“外部EGR率”相当于“燃烧室中的混合气（全气体）中所含外部EGR气体的量的比例”。“热量比率（SI率）”由后文另行详述。

＜SPCCI燃烧＞

该发动机1中进行SI（Spark Ignition）燃烧与CI（Compression Ignition）燃烧相组合的形态的燃烧。

SI燃烧是伴随着由对燃烧室中的混合气进行强制点火而开始的火焰传播的燃烧。CI燃烧是由燃烧室中混合气的压缩自动点火而开始的燃烧。SI燃烧与CI燃烧相组合的燃烧形态是如下的形态：火花塞对燃烧室中的混合气强制点火，由此混合气通过火焰传播进行燃烧，且燃烧室中的温度因SI燃烧的放热和压力上升而升高，由此未燃混合气通过自动点火进行燃烧。

通过调节SI燃烧的放热量，能够吸收压缩开始前燃烧室中温度的不均。如果根据压缩开始前燃烧室中的温度，例如通过调节点火正时来调节SI燃烧的开始正时，就能使未燃混合气在目标时期自动点火。

由于SI燃烧控制CI燃烧，因此以下将SI燃烧与CI燃烧相组合的燃烧形态（SICI燃烧）称为SPCCI（火花控制压缩点火；SPark Controlled Compression Ignition）燃烧。

＜发动机1的结构＞

发动机1装载于四轮汽车。汽车通过发动机1的运行得以行驶。本构成例中，发动机1的燃料为汽油。燃料也可以是含有生物乙醇等的汽油。只要是至少含有汽油的液体燃料，任何燃料都能够作为发动机1的燃料。

发动机1具备汽缸体12以及载置于其上的汽缸盖13。汽缸体12内部形成有多个汽缸11。图1及图2中仅示出了一个汽缸11。发动机1为多缸发动机。发动机1还具备活塞3、喷射器6、火花塞25、进气门21以及排气门22等。

（活塞3）

各汽缸11内滑动自如地内插有活塞3。活塞3通过连杆14连接曲轴15。活塞3与汽缸11以及汽缸盖13一起区划出燃烧室17。另，“燃烧室”不限于意味着活塞3到达压缩上死点时的空间。有时会广义地使用“燃烧室”一词。即，“燃烧室”有些时候意味着无关活塞3的位置的由活塞3、汽缸11以及汽缸盖13形成的空间。

汽缸盖13的下表面，即燃烧室17的顶面，如图2所示由倾斜面1311和倾斜面1312构成。倾斜面1311是从进气侧向着轴X2（通过喷射器6的喷射中心的轴）的上升斜面。倾斜面1312是从排气侧向着轴X2的上升斜面。燃烧室17的顶面是所谓的屋脊形状。腔室31外的区域上形成有挤流区域（squish area）171。

活塞3的上表面向燃烧室17的顶面隆起（也可以是平坦面）。活塞3的上表面上形成有腔室31。腔室31从活塞3的上表面凹陷。腔室31具有浅盘形状。腔室31在活塞3位于压缩上死点附近时朝向喷射器6。

腔室31的中心相对轴X1（通过汽缸11的中心的轴）向排气侧偏离。腔室31的中心与轴X2一致。腔室31具有凸部311。凸部311设置在轴X2上。凸部311呈大致圆锥状。凸部311从腔室31的底部向着汽缸11的顶面向上延伸。

腔室31还具有设置于凸部311周围的凹陷部312。凹陷部312以环绕凸部311全周的形式进行设置。腔室31具有相对轴X2对称的形状。

凹陷部312的周侧面从腔室31的底面向着腔室31的开口相对轴X2倾斜。凹陷部312上腔室31的内径从腔室31的底部向着腔室31的开口逐渐扩大。

另，燃烧室17的形状不限于图2中例示的形状。例如腔室31的形状、活塞3的上表面的形状以及燃烧室17的顶面的形状等均可进行适当变更。

例如，也可以减小凹陷部312的汽缸外侧的深度。此时，火花塞25周边的EGR气体变少，SPCCI燃烧中的SI燃烧的火焰传播变好。

腔室31也可以如图2中虚拟线L1所示相对轴X2呈非对称的形状。即，排气侧的凹陷部312大于且深于进气侧的凹陷部312。此时，能够提高点火时火花塞25周边的燃料浓度，因此SPCCI燃烧中的SI燃烧的点火变好。

腔室31也可以如图2中虚拟线L2所示省略凸部311。即，使腔室31呈从其中心部向着径方向外侧逐渐变浅的球面状。此时，活塞3变得难以接触进气门21和排气门22，因此改善了这些进气门21及排气门22的开闭控制的自由度。燃烧室17中，在形成涡流的情况下能够使其流动稳定化，因此易于混合气的分层化。

发动机1的几何压缩比设定为13以上30以下。SPCCI燃烧如前所述，利用SI燃烧的放热和压力上升来控制CI燃烧。该发动机1无需为了混合气的自动点火而提高活塞3到达压缩上死点时的燃烧室17的温度（即压缩端温度）。

即，发动机1虽进行CI燃烧，但能够将其几何压缩比设定为较低。通过减小几何压缩比，有利于降低冷却损失以及降低机械损失。在一个例子中，也可以是使发动机1的几何压缩比在通常规格（燃料的辛烷值在91左右）下为14～17（14以上17以下，以下相同），在高辛烷值规格（燃料的辛烷值为96左右）下为15～18。

（进气门21、排气门22）

汽缸盖13上，在每个汽缸11上形成有进气道18。进气道18如图3所示具有两个进气道，即第一进气道181及第二进气道182。第一进气道181及第二进气道182沿曲轴15的轴方向、即沿发动机1的前-后方向排列。进气道18连通燃烧室17。进气道18是所谓的滚流气道（Tumble port），详图省略。即，进气道18具有使燃烧室17中形成滚流的形状。

进气道18上配设有进气门21。进气门21对燃烧室17与进气道18之间进行开闭。进气门21通过动阀机构在规定的正时进行开闭。动阀机构是气门正时和/或气门升程可变的可变动阀机构即可。本构成例中，如图4所示，可变动阀机构具有进气电动S-VT（Sequential-Valve Timing，连续气门正时）23。进气电动S-VT23形成为使进气凸轮轴的旋转相位在规定的角度范围内连续变更的结构。藉此，进气门21的开阀时期及闭阀时期连续地变化。另，也可以是进气动阀机构具有代替电动S-VT的油压式的S-VT。

汽缸盖13上，在每个汽缸11上还形成有排气道19。排气道19如图3所示也具有两个排气道，即第一排气道191及第二排气道192。第一排气道191及第二排气道192沿发动机1的前-后方向排列。排气道19连通燃烧室17。

排气道19上配设有排气门22。排气门22对燃烧室17与排气道19之间进行开闭。排气门22通过动阀机构在规定的正时开闭。该动阀机构是气门正时和/或气门升程可变的可变动阀机构即可。本构成例中，如图4所示，可变动阀机构具有排气电动S-VT24。排气电动S-VT24形成为使排气凸轮轴的旋转相位在规定的角度范围内连续变更的结构。藉此，排气门22的开阀时期及闭阀时期连续地变化。另，也可以是排气动阀机构具有代替电动S-VT的油压式的S-VT。

该发动机1通过进气电动S-VT23及排气电动S-VT24来调节与进气门21的开阀时期和排气门22的闭阀时期有关的重叠期间的长度，详情后述。藉此，对燃烧室17中的残留气体进行扫气。又，通过调节重叠期间的长度，将内部EGR（Exhaust Gas Recirculation，排气再循环）气体导入燃烧室17中或关在燃烧室17中。本构成例中，进气电动S-VT23及排气电动S-VT24构成了作为状态量设定装置之一的内部EGR系统。另，内部EGR系统不限于由S-VT构成。

（喷射器6）

汽缸盖13上，在每个汽缸11上安装有喷射器6。喷射器6形成为向燃烧室17中直接喷射燃料的结构。喷射器6配设于进气侧的倾斜面1311和排气侧的倾斜面1312交叉而成的屋脊的谷部。喷射器6如图2所示以其喷射轴心沿着轴X2的形式进行配设。喷射器6的喷射轴心与腔室31的凸部311的位置一致。喷射器6与腔室31对置。另，也可以是喷射器6的喷射轴心与汽缸11的中心轴X1一致。此时，理想的是喷射器6的喷射轴心与腔室31的凸部311的位置一致。

喷射器6由具有多个喷孔的多喷孔型的燃料喷射阀构成，详图省略。喷射器6如图2中双点划线所示，以使燃料喷雾从喷射轴心所处燃烧室17的上部中央部位向下方呈放射状扩散的形式喷射燃料。本构成例中，喷射器6具有10个喷孔，各喷孔在周方向上以等角度进行配置。

如图2的上图所示，各喷孔的轴在周方向上位置相对后述火花塞25错开。即，火花塞25被相邻的两个喷孔的轴夹着。藉此，避免了从喷射器6喷射出的燃料的喷雾直接碰到火花塞25并将电极弄湿。

如后所述，有时喷射器6会在活塞3位于压缩上死点附近的正时喷射燃料。此时，若喷射器6喷射燃料，则燃料喷雾一边与新气互相混合，一边沿腔室31的凸部311向下流动，且沿凹陷部312的底面以及周侧面从燃烧室17的中央向径方向的外方呈放射状扩散流动。之后，混合气到达腔室31的开口，沿着进气侧的倾斜面1311以及排气侧的倾斜面1312从径方向的外方向燃烧室17的中央流动。另，喷射器6不限于多喷孔型的喷射器。喷射器6也可以采用外开阀类型的喷射器。

喷射器6上连接有燃料供给系统61。燃料供给系统61具备形成为积存燃料的结构的燃料箱63，以及与燃料箱63和喷射器6相连接的燃料供给路62。燃料供给路62上介设有燃料泵65和共轨64。燃料泵65向共轨64压送燃料。本构成例中，燃料泵65是由曲轴15驱动的柱塞式的泵。

共轨64形成为以高燃料压力储存从燃料泵65压送出的燃料的结构。在喷射器6开阀时，储存于共轨64的燃料从喷射器6的喷孔喷射至燃烧室17中。燃料供给系统61形成为能向喷射器6供给30MPa以上高压力的燃料的结构。燃料供给系统61的最高燃料压力可以在例如120MPa左右。向喷射器6供给的燃料的压力也可以根据发动机1的运行状态而变更。另，燃料供给系统61的结构不限于前述的结构。

（火花塞25）

汽缸盖13上，在每个汽缸11上安装有火花塞25。火花塞25对燃烧室17中的混合气进行强制点火。本构成例中，火花塞25配设得比通过汽缸11中心的轴X1靠近进气侧。火花塞25位于两个进气道18之间。火花塞25从上方向下方朝接近燃烧室17中央的方向倾斜地安装于汽缸盖13。

火花塞25的电极如图2所示面朝燃烧室17中且位于燃烧室17的顶面附近。火花塞25的电极邻接喷射器6的喷孔。另，火花塞25的配设位置不限于图2的构成例。也可以是火花塞25配设得比轴X1靠近排气侧。又，也可以是将火花塞25配设于轴X1上，且将喷射器6配设得比轴X1靠近进气侧或排气侧。

（进气通路40）

发动机1的一侧面上连接有进气通路40。进气通路40连通各汽缸11的进气道18。进气通路40是流通有向燃烧室17导入的气体的通路。进气通路40的上游端部配设有过滤新气的空气滤清器41。进气通路40的下游端附近配设有缓冲罐42。进气通路40在比缓冲罐42靠近下游形成为向每个汽缸11分叉出独立通路的结构，详图省略。独立通路的下游端连接各汽缸11的进气道18。

进气通路40上的空气滤清器41与缓冲罐42之间配设有节气门43。节气门43形成为通过变更阀的开度来变更燃烧室17中新气的导入量的结构。节气门43构成为状态量设定装置之一。

进气通路40上还在节气门43的下游配设有增压机44。增压机44形成为对向燃烧室17导入的气体增压的结构。本构成例中，增压机44是由发动机1驱动的机械式的增压机。机械式的增压机44可以是例如利斯霍姆式（Lysholm-type；双螺杆式）。机械式的增压机44的结构也可以是任意结构。机械式的增压机44也可以是鲁兹式（Roots-type）、叶片式（Vane-type）或离心式。另，增压机也可以是电动式的增压机，还可以是由排气驱动的涡轮增压机。

增压机44与发动机1之间介设有电磁离合器45。电磁离合器45于增压机44与发动机1之间时而将驱动力从发动机1向增压机44传递，时而切断驱动力的传递。如后所述，ECU10切换电磁离合器45的切断以及连接，由此增压机44在打开和关闭之间切换。即，该发动机1形成为能够在增压机44对向燃烧室17导入的气体增压，和增压机44不对向燃烧室17导入的气体增压之间切换的结构。

在进气通路40上的增压机44的下游配设有中冷器46。中冷器46形成为将在增压机44中被压缩的气体冷却的结构。中冷器46也可以是例如水冷式的结构。

进气通路40上连接有旁通通路47。旁通通路47以绕过增压机44及中冷器46的形式，与进气通路40上的增压机44的上游部和中冷器46的下游部（具体而言，缓冲罐42）相连接。旁通通路47上配设有空气旁通阀48。空气旁通阀48变更流通于旁通通路47的气体的流量。

在增压机44处于关闭时（即电磁离合器45处于切断时），使空气旁通阀48全开。藉此，流通于进气通路40的气体绕过增压机44导入发动机1的燃烧室17。发动机1以非增压、即自然进气的状态运行。

在增压机44处于打开时（即电磁离合器45处于连接时），以增压状态（增压机44的下游侧为较大气压动态高压的状态）运行。通过增压机44的气体的一部分经由旁通通路47逆流至增压机44的上游。通过变更空气旁通阀48的开度能够变更逆流量，因此能够变更向燃烧室17导入的气体的增压压力。本构成例中，增压系统49由增压机44、旁通通路47和空气旁通阀48构成。空气旁通阀48构成为状态量设定装置之一。

（涡流控制阀56）

进气通路40上还配设有涡流控制阀56（进气流动控制装置），所述涡流控制阀56通过控制导入燃烧室17的进气的流动，从而在燃烧室17中形成涡流并变更其强度。

如图3所示，涡流控制阀56配设于连接第一进气道181的主通路401与连接第二进气道182的副通路402之中的副通路402内。涡流控制阀56是能够对副通路的截面进行节流的开度调节阀。

在涡流控制阀56的开度较小时，在沿发动机1的前后方向排列的第一进气道181及第二进气道182中，从第一进气道181流入燃烧室17的进气流量相对增大且从第二进气道182流入燃烧室17的进气流量相对减小，因此燃烧室17内的涡流变强。

在涡流控制阀56的开度较大时，从第一进气道181及第二进气道182分别流入燃烧室17的进气流量变得大致均等，因此燃烧室17内涡流变弱。在涡流控制阀56全开时，不产生涡流。另，涡流如反白箭头所示沿图3中的逆时针方向旋转（亦可参见图2的反白箭头）。

另，代替在进气通路40上安装涡流控制阀56，也可以是除安装涡流控制阀56外，采用能使两个进气门21的开阀期间错开而仅从一方进气门21向燃烧室17中导入进气的结构。通过仅使两个进气门21中的一方进气门21开阀，由此向燃烧室17中不均等地导入进气，因此能够使燃烧室17中产生涡流。此外，也可以是藉由特别设计的进气道18的形状而使燃烧室17中产生涡流的结构。

（涡流）

此处，对燃烧室17内涡流的强度进行定义。本构成例中，用“涡流比”来表示燃烧室17内涡流的强度。可将“涡流比”定义为：对每个气门升程检测进气流横向角速度并求积分的值除以发动机角速度得到的值。进气流横向角速度可基于使用图5所示的台架（rig）试验装置的检测求出。

即，在同一附图所示的台架试验装置中，汽缸盖13上下翻转设置于基台上，进气道18连接未图示的进气供给装置。汽缸36设置于该汽缸盖13上，其上端连接有具有蜂窝状转子37的脉冲积算器（Impulse meter）38。使脉冲积算器38的下表面处于距离汽缸盖13与汽缸体的接合面1.75D（另，D为汽缸缸径）的位置。通过脉冲积算器38测量涡流作用在蜂窝状转子37上的转矩，并基于此求出进气流横向角速度，所述涡流是根据进气供给在汽缸36内产生的涡流（参见图5箭头）。

图6示出了该发动机1中涡流控制阀56的开度与涡流比的关系。图6以相对副通路402的全开截面的开口比率来表示涡流控制阀56的开度。在涡流控制阀56处于全闭时，副通路402的开口比率为0%，在涡流控制阀56的开度增大时，则副通路402的开口比率大于0%。在涡流控制阀56处于全开时，副通路402的开口比率为100%。

如图6所例示，该发动机1在涡流控制阀56全闭时，涡流比为6左右。若要让涡流比在4以上，则调节涡流控制阀56的开度使开口比率处于0～15%的范围即可。

又，若要让涡流比小于4，则调节涡流控制阀56的开度使开口比率处于大于15%的范围即可。尤其是，在发动机1的低负荷和中负荷的运行区域中，与SPCCI燃烧相配合地，为了确保混合气的流动性且为了控制燃烧室17中混合气的分层化，理想的是将涡流比调节至1.5～3（涡流控制阀56的开度则是25％～40%）的范围内。

（排气通路50）

发动机1的另一侧面上连接有排气通路50。排气通路50连通各汽缸11的排气道19。排气通路50是流通有从燃烧室17排出的废气的通路。排气通路50的上游部分形成为向每个汽缸11分叉出独立通路的结构，详图省略。独立通路的上游端连接各汽缸11的排气道19。

排气通路50上配设有具有一个以上催化转换器的废气净化系统。本构成例中，废气净化系统具有两个催化转换器。上游的催化转换器配设于发动机室内。上游的催化转换器具有三元催化器511和GPF（Gasoline Particulate Filter；汽油颗粒过滤器）512。下游的催化转换器配设于发动机室外。下游的催化转换器具有三元催化器513。

另，废气净化系统不限定于图示例子的结构。例如，也可以省略GPF。又，催化转换器不限于必须具有三元催化器。此外，也可以适当变更三元催化器及GPF的排列顺序。

进气通路40与排气通路50之间连接有构成外部EGR系统的EGR通路52。EGR通路52是用于使已燃气体的一部分回流至进气通路40的通路。EGR通路52的上游端与排气通路50上的上游的催化转换器和下游的催化转换器之间连接。EGR通路52的下游端与进气通路40上的增压机44的上游连接。

更具体地，EGR通路52的下游端连接旁通通路47的中途。流通于EGR通路52的EGR气体不通过旁通通路47的空气旁通阀48，而进入进气通路40上的增压机44的上游。

EGR通路52上配设有水冷式的EGR冷却器53。EGR冷却器53形成为将已燃气体冷却的结构。EGR通路52上还配设有EGR阀54。EGR阀54形成为使流通于EGR通路52的已燃气体的流量变更的结构。通过变更EGR阀54的开度，能够变更经冷却的已燃气体、即外部EGR气体的回流量。

本构成例中，EGR系统55由包括EGR通路52及EGR阀54在内所构成的系统（外部EGR系统）和包括前述进气电动S-VT23及排气电动S-VT24在内所构成的系统（内部EGR系统）组成。EGR阀54也构成为状态量设定装置之一。外部EGR系统具有EGR冷却器53，且EGR通路52连接于比催化转换器靠近下游，因此能够向燃烧室17供给比内部EGR系统低温的已燃气体。

（ECU10）

发动机1的控制装置具备用于运行发动机1的ECU（Engine Control Unit，发动机控制单元）10。ECU10是以公知的微型计算机为基础的控制器。ECU10具备：执行程序的中央运算处理装置（Central Processing Unit：CPU）101；由例如RAM（Random Access Memory）、ROM（Read Only Memory）构成且存储程序及数据的存储器102；以及进行电气信号的输入输出的输入输出总线103。

存储器102内储存有为了控制SPCCI燃烧而根据发动机1的运行状态变更SI率（热量比率，详情后述）的SI率变更单元（热量比率变更单元）102a。SI率变更单元102a由例如控制程序和用于控制程序的映射图等数据构成。

ECU10上如图1及图3所示连接有各种传感器SW1～SW16。传感器SW1～SW16向ECU10输出检测信号。这些传感器包含以下传感器。

即，配置于进气通路40上的空气滤清器41下游的空气流量传感器SW1以及第一进气温度传感器SW2，所述空气流量传感器SW1检测流通于进气通路40的新气的流量，所述第一进气温度传感器SW2检测新气的温度；配置于增压机44的上游且比进气通路40上的EGR通路52的连接位置靠近下游的第一压力传感器SW3，所述第一压力传感器SW3检测流入增压机44的气体的压力；配置于进气通路40上的增压机44的下游且比旁通通路47的连接位置靠近上游的第二进气温度传感器SW4，所述第二进气温度传感器SW4检测从增压机44流出的气体的温度；安装于缓冲罐42的第二压力传感器SW5，所述第二压力传感器SW5检测增压机44下游的气体的压力；与各汽缸11对应地安装于汽缸盖13的压力指示传感器SW6，所述压力指示传感器SW6检测各燃烧室17内的压力；配置于排气通路50的排气温度传感器SW7，所述排气温度传感器SW7检测从燃烧室17排出的废气的温度；配置于排气通路50上的催化转换器51上游的线性O₂传感器（Linear O₂ Sensor）SW8，所述线性O₂传感器SW8检测废气中的氧浓度；配置于排气通路50上的催化转换器51下游的λO₂传感器（Lambda O₂ Sensor）SW9，所述λO₂传感器SW9检测废气中的氧浓度；安装于发动机1的水温传感器SW10，所述水温传感器SW10检测冷却水的温度；安装于发动机1的曲轴角传感器SW11，所述曲轴角传感器SW11检测曲轴15的旋转角；安装于加速踏板机构的加速器开度传感器SW12，所述加速器开度传感器SW12检测与加速踏板的操作量对应的加速器开度；安装于发动机1的进气凸轮角传感器SW13，所述进气凸轮角传感器SW13检测进气凸轮轴的旋转角；安装于发动机1的排气凸轮角传感器SW14，所述排气凸轮角传感器SW14检测排气凸轮轴的旋转角；配置于EGR通路52的EGR压差传感器SW15，所述EGR压差传感器SW15检测EGR阀54的上游以及下游的压差；以及安装于燃料供给系统61的共轨64上的燃压传感器SW16，所述燃压传感器SW16检测向喷射器6供给的燃料的压力。

ECU10基于这些检测信号判断发动机1的运行状态且计算各装置的控制量。ECU100向喷射器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、增压机44的电磁离合器45、空气旁通阀48以及涡流控制阀56输出计算得到的控制量的控制信号。

例如，ECU10基于从第一压力传感器SW3及第二压力传感器SW5的检测信号得到的增压机44的前后压差来变更空气旁通阀48的开度，从而变更增压压力。又，ECU10基于从EGR压差传感器SW15的检测信号得到的EGR阀54的前后压差来变更EGR阀54的开度，从而变更导入燃烧室17中的外部EGR气体的量。

ECU10基于加速器开度传感器SW12的检测信号和预先设定的映射图来设定发动机1的目标转矩且确定目标增压压力。并且，ECU10以基于目标增压压力与从第一压力传感器SW3及第二压力传感器SW5的检测信号得到的增压机44的前后压差，通过调节空气旁通阀48的开度，从而使增压压力变为目标增压压力的形式进行反馈控制。

又，ECU10基于发动机1的运行状态和预先设定的映射图来设定目标EGR率（即，EGR气体相对于燃烧室17中全气体的比率）。并且，ECU10以基于目标EGR率与基于加速器开度传感器SW12的检测信号的吸入空气量来确定目标EGR气体量，且基于从EGR压差传感器SW15的检测信号得到的EGR阀54的前后压差来调节EGR阀54的开度，由此使导入燃烧室17中的外部EGR气体量变为目标EGR气体量的形式进行反馈控制。

此外，ECU10在规定的控制条件成立时执行空燃比反馈控制。具体而言ECU10以基于通过线性O₂传感器SW8以及λO₂传感器SW9测得的排气中的氧浓度使混合气的空燃比变为期望值的形式，调节喷射器6的燃料喷射量。

另，其他的通过ECU10的发动机1的控制由后详述。

＜发动机的运行区域＞

图7A例示了发动机1的运行区域映射图的第一构成例（第一运行区域映射图700）。运行区域映射图700由负荷及转速确定，且与负荷的高低以及转速的高低对应地大致分为以下四个区域。

（A）包括怠速运行在内的低负荷区域；

（B）低负荷区域（A）与之后的高负荷区域（C）之间的中负荷区域；

（C）包括全开负荷在内的高负荷区域；

（D）转速高于低负荷区域（A）、中负荷区域（B）以及高负荷区域（C）的高旋转区域。

发动机1以燃料消耗率的改善及排气性能的改善为主要目的，因此在中负荷区域（B）内进行SPCCI燃烧。以下，详细说明低负荷区域（A）、中负荷区域（B）以及高负荷区域（C）的各区域内的燃烧形态。

（低负荷区域）

发动机1的运行状态处于低负荷区域（A）时，燃料的喷射量较少。因此，燃烧室17中混合气在燃烧时产生的热量较少，燃烧室17的温度下降。又，由于废气的温度也下降，因此即使如后所述将内部EGR气体导入燃烧室17中，也难以使燃烧室17的温度升高到能够稳定地自动点火的程度。

发动机1的运行状态处于低负荷区域（A）时的燃烧形态为藉由火花塞25对燃烧室17中的混合气点火而使混合气依靠火焰传播进行燃烧的SI燃烧。以下，有时会将低负荷区域（A）内的燃烧形态称为低负荷SI燃烧。

发动机1的运行状态处于低负荷区域（A）时，混合气的空燃比（A/F）为理论空燃比（A/F≒14.7）。另，以下说明中，混合气的空燃比、空气过剩率λ以及G/F的值均指点火正时时的值。

在令混合气的空燃比为理论空燃比时，由于三元催化器能够净化从燃烧室17排出的排气，因此发动机1的排气性能变好。混合气的A/F能落在三元催化器的净化区间（purification window）之内即可。混合气的空气过剩率λ可以是1.0±0.2。

为了改善发动机1的燃料消耗性能，在发动机1的运行状态处于低负荷区域（A）时，EGR系统55向燃烧室17中导入EGR气体。将混合气的G/F、即燃烧室17中的全气体与燃料的质量比设定为18以上30以下。也可以将混合气的G/F设定为18以上50以下。混合气为EGR稀。混合气的稀释率较高。

若使混合气的G/F为例如25，则在低负荷区域（A）内，混合气不进入自动点火，能稳定地进行SI燃烧。低负荷区域（A）内，混合气的G/F无论发动机1的负荷高低如何均维持为一定。藉此，在低负荷区域的整个区域内，SI燃烧稳定化。又，改善了发动机1的燃料消耗率且排气性能变好。

发动机1的运行状态处于低负荷区域（A）时，由于燃料量较少，因此要使混合气的λ为1.0±0.2且使G/F为18以上50以下，则必须使导入燃烧室17中的气体的填充量小于100%。具体而言，发动机1执行变更节气门43开度的节流运行（throttling）和/或使进气门21的闭阀时期向进气下死点之后推迟的米勒循环（Miller Cycle）。

采用运行区域映射图700的发动机1中，在运行状态处于低负荷区域（A）时，使涡流控制阀56的开度大致全开。因此，燃烧室17中几乎不产生涡流。

另，也可以是在低负荷区域（A）内的低负荷低旋转区域，通过进一步减小气体的填充量，从而使混合气的燃烧温度以及废气的温度升高。这样一来，有利于使催化转换器维持在活性状态。

（中负荷区域）

发动机1的运行状态处于中负荷区域（B）时，燃料的喷射量增多。燃烧室17的温度升高，因此能够稳定地进行自动点火。为了谋求燃料消耗率的改善以及排气性能的改善，发动机1在中负荷区域（B）内进行CI燃烧。

自动点火进行的燃烧，若压缩开始前燃烧室17中温度不均，则自动点火的正时变化很大。因此，发动机1在中负荷区域（B）内进行SPCCI燃烧。SPCCI燃烧是藉由火花塞25对燃烧室17中的混合气强制点火，由此混合气通过火焰传播燃烧，且藉由燃烧室17中的温度因SI燃烧的放热而升高，由此未燃混合气通过自动点火燃烧的形态。通过调节SI燃烧的放热量，能吸收压缩开始前燃烧室17中的温度的不均。即使压缩开始前燃烧室17中温度不均，只要例如通过点火正时的调节来调节SI燃烧的开始正时，就能使未燃混合气在目标正时自动点火。

在SPCCI燃烧中，为了高精度地控制自动点火的正时，必须与变更点火正时对应地改变自动点火的正时。理想的是，自动点火的正时变化对点火正时的变更的灵敏度较高。

并且，在中负荷区域（B）内，发动机1使燃烧室17中的状态变为混合气的λ为1.0±0.2且混合气的G/F为18以上50以下。又，点火正时时燃烧室17中的所需温度T_IG为570～800K，点火正时时燃烧室17中的所需压力P_IG为400～920kPa，燃料室17中的湍流能量为17~40m²/s²。

采用运行区域映射图700的发动机1中，在运行状态处于中负荷区域（B）时，使涡流控制阀56的开度大致全开。因此，燃烧室17中几乎不产生涡流。

通过高精度地控制自动点火的正时，在发动机1的运行状态处于中负荷区域（B）时能够避免燃烧噪声增大。又，通过尽可能地提高混合气的稀释率地进行CI燃烧，能够提升发动机1的燃料消耗性能。此外，通过将混合气的λ设定为1.0±0.2，从而能够由三元催化器净化废气，因此发动机1的排气性能变好。

如前所述，在低负荷区域（A）内，使混合气的G/F为18以上50以下（例如25）且使混合气的λ为1.0±0.2。在发动机1的运行状态处于低负荷区域（A）时与处于中负荷区域（B）时之间，燃烧室17中的状态量变化不大。因此，对于发动机1负荷的变更，发动机1的控制的鲁棒（Robust）性变强。

与处于低负荷区域（A）时不同，发动机1的运行状态处于中负荷区域（B）时燃料量增多，因此无需变更向燃烧室17中导入的气体的填充量。节气门43的开度为全开。

发动机1的负荷升高、燃料量进一步增大时，在自然进气的状态下，向燃烧室17中导入的气体量不足以使混合气的λ为1.0±0.2且使混合气的G/F为18以上50以下。因此，在中负荷区域（B）内负荷高于规定负荷的区域，增压机44对向燃烧室17中导入的气体进行增压。

中负荷区域（B）分为在负荷高于规定负荷的区域进行增压的第一中负荷区域（B1）和在规定负荷以下的区域不进行增压的第二中负荷区域（B2）。规定负荷为例如1/2负荷。第二中负荷区域（B2）是负荷低于第一中负荷区域（B1）的区域。以下，某些情况下会将第一中负荷区域（B1）内的燃烧形态称为增压SPCCI燃烧，将第二中负荷区域（B2）内的燃烧形态称为非增压SPCCI燃烧。

在不进行增压的第二中负荷区域（B2）内，随着燃料量增大，向燃烧室17中导入的新气增多，而另一方面EGR气体减少。混合气的G/F随发动机1的负荷的增加而变小。由于使节气门43的开度处于全开，因此发动机1变更向燃烧室17中导入的EGR气体的量，由此变更向燃烧室17中导入的新气的量。第二中负荷区域（B2）内燃烧室17中的状态量为例如混合气的λ大致维持在1.0，而另一方面混合气的G/F在25～28的范围内变更。

相对于此，在进行增压的第一中负荷区域（B1）内，发动机1随着燃料量增大，使向燃烧室17中导入的新气及EGR气体一起增加。混合气的G/F即使在发动机1的负荷增高时也维持为一定。第一中负荷区域（B1）内燃烧室17中的状态量为例如混合气的λ大致维持在1.0且混合气的G/F维持在25。

（高负荷区域）

在发动机1的运行状态处于高负荷区域时的燃烧形态为SI燃烧。其原因是，优先是要切实地避免燃烧噪声。以下，有时会将高负荷区域内的燃烧形态称为高负荷SI燃烧。

发动机1的运行状态处于高负荷区域（C）时，混合气的λ为1.0±0.2。又，混合气的G/F基本上被设定在18以上30以下。也可以将混合气的G/F设定在18以上50以下。在高负荷区域（C）内，节气门43的开度全开，增压机44进行增压。

在高负荷区域（C）内，发动机1随着负荷增高而减少EGR气体的量。混合气的G/F在发动机1的负荷增高时变小。EGR气体的量减少多少，向燃烧室17中导入的新气的量就增大多少，因此能够使燃料量增大。有利于提高发动机1的最高输出功率。

采用运行区域映射图700的发动机1中，在运行状态处于高负荷区域（C）时，使涡流控制阀56的开度大致全开。因此，燃烧室17中几乎不产生涡流。

在发动机1的运行状态处于高负荷区域（C）时与处于中负荷区域（B）时之间，燃烧室17中的状态量变化不大。对于发动机1负荷的变更，发动机1的控制的鲁棒性变强。

如前所述，发动机1在高负荷区域（C）内进行SI燃烧，但存在容易发生过早点火、爆震等异常燃烧的问题。

因此，发动机1形成为在高负荷区域（C）内通过对燃料喷射的形态进行特别处理以避免异常燃烧的结构。具体而言，ECU10以30MPa以上的高燃料压力且在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间（以下，将该期间称为延迟期间）内的正时，向燃料供给系统61及喷射器6输出控制信号以向燃烧室17内喷射燃料。ECU10还于燃料喷射后，在压缩上死点附近的正时向火花塞25输出控制信号以对混合气进行点火。另，以下将以高燃料压力且在延迟期间内的正时向燃烧室17中进行的燃料喷射称为高压延迟喷射。

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。即，混合气反应的时间为对（1）喷射器6喷射燃料的期间（即喷射期间）、（2）燃料的喷射结束后，直至在火花塞25附近形成可燃混合气为止的期间（即混合气形成期间）以及（3）因点火而开始的SI燃烧到结束为止的期间（即燃烧期间）三者求和得到的时间。

若以高燃料压力向燃烧室17中喷射燃料，则喷射期间以及混合气形成期间会各自变短。若喷射期间以及混合气形成期间变短，则能使燃料喷射开始的正时接近点火正时。高压延迟喷射为高压力且向燃烧室17中喷射燃料，因此在从压缩行程后期至膨胀行程初期的延迟期间内的正时进行燃料喷射。

若以高燃料压力向燃烧室17中喷射燃料，则燃烧室17中的湍流能量升高。若燃料喷射的正时接近压缩上死点，则能够在燃烧室17中的湍流能量较高的状态下开始SI燃烧。其结果是，燃烧期间变短。

高压延迟喷射能够使喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间分别缩短。与在进气行程中向燃烧室17中喷射燃料的情况相比，高压延迟喷射能够大幅缩短混合气反应的时间。高压延迟喷射由于混合气反应的时间变短，因此能够避免异常燃烧。

在发动机控制的技术领域中，为了避免异常燃烧以往进行的是使点火正时滞后。然而，若延迟点火正时，则燃料消耗性能变差。也可以是高压延迟喷射而不使点火正时滞后。通过利用高压延迟喷射，燃料消耗性能得以改善。

使燃料压力在例如30MPa以上，就能有效缩短喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间。另，理想的是根据燃料的性状恰当地设定燃料压力。燃料压力的上限值，作为一例，可以是120MPa。

此处，在发动机1的转速较低时，曲轴角度在仅变化相同角度时的时间变长，因此藉由高压延迟喷射来缩短混合气的可反应时间对避免异常燃烧尤其有效。另一方面，若发动机1的转速升高，曲轴角度在仅变化相同角度时的时间变短。因此，缩短混合气的可反应时间对避免异常燃烧不太有效。

高压延迟喷射还只有在压缩上死点附近才会向燃烧室17中喷射燃料，因此压缩行程中在燃烧室17中被压缩的是不含燃料的气体、换言之被压缩的是比热比较高的气体。若在发动机1的转速较高时进行高压延迟喷射，则在压缩上死点的燃烧室17中的温度、即压缩端温度会变高。压缩端温度变高恐怕会引起爆震等异常燃烧。

因此，该发动机1将高负荷区域（C）分为低旋转侧的第一高负荷区域（C1）和转速高于第一高负荷区域（C1）的第二高负荷区域（C2）。也可以是第一高负荷区域（C1）包括将高负荷区域（C）内三等分为低旋转、中旋转以及高旋转三个区域时的低旋转及中旋转区域。也可以是第二高负荷区域（C2）包括将高负荷区域（C）内三等分为低旋转、中旋转以及高旋转三个区域时的高旋转区域。

在第一高负荷区域（C1）内，喷射器6接受ECU10的控制信号，进行前述高压延迟喷射。在第二高负荷区域（C2）内，喷射器6接受ECU10的控制信号，在进气行程中的规定正时进行燃料喷射。进气行程中进行的燃料喷射无需高燃料压力。ECU10以使燃料压力低于高压延迟喷射的燃料压力（例如使燃料压力小于40MPa）的形式向燃料供给系统61输出控制信号。通过降低燃料压力使发动机1的机械阻力损失下降，因此有利于燃料消耗率的改善。

通过在进气行程中向燃烧室17中喷射燃料使燃烧室17中气体的比热比减小，因此压缩端温度降低。由于压缩端温度降低，因此发动机1能避免异常燃烧。无需为了避免异常燃烧而使点火正时滞后，因此在第二高负荷区域（C2）内与在第一高负荷区域（C1）内同样地，火花塞25在压缩上死点附近的正时对混合气点火。

在第一高负荷区域（C1）内，藉由高压延迟喷射混合气不进入自动点火，因此发动机1能够进行稳定的SI燃烧。在第二高负荷区域（C2）内，藉由进气行程中的燃料喷射，混合气不进入自动点火，因此发动机1能够进行稳定的SI燃烧。

＜SPCCI燃烧＞

接着，进一步详细说明前述SPCCI燃烧。图8的上图示出了例示SPCCI燃烧中放热率相对曲轴角的变化的波形801。压缩上死点附近，准确地说是在压缩上死点之前的规定正时，若火花塞25对混合气点火，开始经由火焰传播进行的燃烧。SI燃烧时的放热较CI燃烧时的放热平缓。因此，放热率的波形的斜率相对变小。虽未图示，但SI燃烧时燃烧室17中的压力变动（dp/dθ）也较CI燃烧时平缓。

在燃烧室17中的温度及压力因SI燃烧而升高时，未燃混合气自动点火。波形801的例子中，在压缩上死点附近，放热率的波形的斜率由小向大变化。即，放热率的波形在开始CI燃烧的正时具有拐点。

CI燃烧开始后，SI燃烧与CI燃烧同时进行。CI燃烧的放热大于SI燃烧，因此放热率相对增大。但是，由于CI燃烧是在压缩上死点后进行，因此活塞3因运转（motoring）而下移。避免了放热率的波形的斜率因CI燃烧而变得过大。CI燃烧时的dp/dθ也较为平缓。

dp/dθ是能用于表示燃烧噪声的指标，如前所述SPCCI燃烧能够使dp/dθ变小，因此能避免燃烧噪声过大。能将燃烧噪声抑制在容许水平以下。

SPCCI燃烧因CI燃烧的结束而结束。CI燃烧与SI燃烧相比，燃烧期间较短。SPCCI燃烧的燃烧结束时期早于SI燃烧。换言之，SPCCI燃烧能够使膨胀行程中的燃烧结束时期接近压缩上死点。SPCCI燃烧较SI燃烧更利于发动机1的燃料消耗性能的改善。

因此，SPCCI燃烧能够兼得燃烧噪声的防止与燃料消耗性能的改善两者。

（SI率：热量比率）

此处，定义作为示出SPCCI燃烧的特性的参数的SI率。SI率定义为与SI燃烧产生的热量相对SPCCI燃烧产生的全热量的比例相关的指标。SI率是燃烧形态不同的两个燃烧所产生的热量比率。SI率也可以是SI燃烧产生的热量相对SPCCI燃烧产生的热量的比率。例如波形801中，SI率可由SI率＝（SI燃烧的面积）/（SPCCI燃烧的面积）进行表示。从波形801中由SI燃烧所燃烧的燃料的比例这一意思出发，也可将所述SI率称为SI燃料比例。

SI率是在SI燃烧与CI燃烧相组合的SPCCI燃烧中，SI燃烧与CI燃烧之比。SI率高则SI燃烧的比例高，SI率低则CI燃烧的比例高。

SI率不限于前述定义。SI率可以是多样的定义。例如，SI率也可以是SI燃烧产生的热量相对CI燃烧产生的热量的比率。即，也可以是在图8中，SI率＝（SI燃烧的面积）/（CI燃烧的面积）。

又，SPCCI燃烧中在开始CI燃烧的正时，放热率的波形具有拐点。因此，也可以是如图8的中图的符号802所示，以放热率的波形上的拐点为分界，令较分界靠提前侧的范围为SI燃烧、靠滞后侧的范围为CI燃烧。此时，SI率如波形802中以阴影线所标示，从较分界靠提前侧的范围的面积Q_SI、靠滞后侧的范围的面积Q_CI的角度出发，可令SI率＝Q_SI/（Q_SI＋Q_CI），也可令SI率＝Q_SI/Q_CI。又，也可以是基于较分界靠提前侧的范围的一部分的面积而非全面积和较分界靠滞后侧的范围的一部分的面积来定义SI率。

又，也可以是并非基于放热来定义SI率，而是从较分界靠提前侧的范围的曲轴角度Δθ_SI、靠滞后侧的范围的曲轴角度Δθ_CI的角度出发，令SI率＝Δθ_SI/（Δθ_SI＋Δθ_CI），也可令SI率＝Δθ_SI/Δθ_CI。

此外，也可以是从较分界靠提前侧的范围的放热率的峰值ΔP_SI、靠滞后侧的范围的放热率的峰值ΔP_CI的角度出发，令SI率＝ΔP_SI/（ΔP_SI＋ΔP_CI），也可令SI率＝ΔP_SI/ΔP_CI。

并且，也可以是从在较分界靠提前侧的范围内的放热率的斜率φ_SI、靠滞后侧的范围内的放热率的斜率φ_CI的角度出发，令SI率＝φ_SI/（φ_SI＋φ_CI），也可令SI率＝φ_SI/φ_CI。

又，此处是基于放热率的波形，从面积（即放热量的大小）、横轴长度（即曲轴角度的大小）、纵轴长度（即放热率的大小）或斜率（即放热率的变化率）等角度出发来定义SI率。图示省略，但也可以是基于燃烧室17中压力（P）的波形，同样从面积、横轴长度、纵轴长度或斜率等角度出发来定义SI率。

又，在SPCCI燃烧中，放热率或压力相关的燃烧波形的拐点并不总是那么明确。也可以用如下定义作为不基于拐点的SI率的定义。即，也可以是如图8的下图中符号803所示，在燃烧波形中，令较压缩上死点（TDC）靠提前侧的范围为SI燃烧，令较压缩上死点靠滞后侧的范围为CI燃烧。之后，与前述同样地从面积（Q_SI、Q_CI）、横轴长度（Δθ_SI、Δθ_CI）、纵轴长度（ΔP_SI、ΔP_CI）或斜率（φ_SI、φ_CI）的角度出发来定义SI率。

此外，也可以是不由在燃烧室17中实际进行的燃烧波形来定义，而是基于燃料量来定义SI率。如后所述，在进行SPCCI燃烧的中负荷区域内，有时会进行包括前段喷射与后段喷射的分段喷射。由后段喷射喷射入燃烧室17中的燃料从喷射至点火的时间较短，因而不会在燃烧室17中扩散而是会在火花塞25附近。因此，由后段喷射喷射入燃烧室17中的燃料主要以SI燃烧进行燃烧。

另一方面，由前段喷射喷射入燃烧室17中的燃料主要以CI燃烧进行燃烧。因此，能够基于前段喷射所喷射的燃料量（m₁）与后段喷射所喷射的燃料量（m₂）来定义SI率。即，可以令SI率＝m₂/（m₁＋m₂），也可以令SI率＝m₂/m₁。

（SPCCI燃烧的稳定化）

为了恰当地进行SPCCI燃烧，必须要使SI燃烧稳定化。若SI燃烧不稳定，则包括CI燃烧的所有燃烧都无法稳定化。

与SI燃烧的稳定性相关的因素之一是湍流燃烧速度。若湍流燃烧速度较高，则SI燃烧稳定化。湍流燃烧速度受混合气的空燃比（或空气过剩率λ）、混合气的G/F、燃烧室中的温度和压力、以及燃烧室中的湍流能量等影响。

根据本申请发明人的研究，确认了当混合气的λ为1.0±0.2、混合气的G/F的范围在18以上30以下、点火正时时的燃烧室中所需温度T_Ig的范围在570～800K、点火正时时的燃烧室中所需压力P_Ig的范围在400～920kPa以及燃烧室中湍流能量的范围在17～40m²/s²时，SI燃烧能够稳定化。

此外，也确认了通过使燃烧室内的混合气分层化，该混合气的G/F的范围能扩大至超过30且在50以下的范围。

即，SPCCI燃烧中的SI燃烧是由火花塞25点火的混合气的燃烧。火花塞25附近的混合气主要以SI燃烧进行燃烧。因此，例如有效地利用涡流以控制在燃烧室17中移动的燃料的喷雾的状态。藉此，在点火的正时，即使燃烧室内G/F的范围超过30，也能够使火花塞25附近的混合气的G/F为例如14以上22以下等，从而相对小于远离火花塞25处的周围的混合气（分层化）。

藉此，即使是有利于燃料消耗性能的改善的稀释的混合气也能使SI燃烧稳定化，从而能够恰当地进行SPCCI燃烧。

＜对负荷方向的发动机的运行控制＞

发动机1藉由采用运行区域映射图700可根据运行状态切换SI燃烧与SPCCI燃烧。发动机1还可根据发动机1的运行状态来变更SI率。藉此，发动机1能兼得抑制燃烧噪声的产生和谋求燃料消耗率的改善两者。

图9例示了与发动机1的负荷高低相对的SI率的变化、燃烧室17中状态量的变化、进气门21的开阀期间和排气门22的开阀期间的变化以及燃料的喷射正时和点火正时的变化。以下，在以规定的转速且发动机1的负荷逐渐增加这一假设下说明发动机1的运行控制。

（低负荷区域（低负荷SI燃烧））

在低负荷区域（A）内，发动机1进行低负荷SI燃烧。发动机1的运行状态处于低负荷区域（A）时SI率维持为100%。

在低负荷区域（A）内，如前所述，使混合气的G/F在18～50之间维持为一定。发动机1向燃烧室17中导入与燃料量对应的量的新气及已燃气体。新气的导入量如前所述通过节流运行和/或米勒循环来变更。由于稀释率较高，因此为了使SI燃烧稳定化而提高燃烧室17中的温度。发动机1在低负荷区域（A）内向燃烧室17中导入内部EGR气体。

内部EGR气体通过设定夹有排气上死点且使进气门21及排气门22一起闭阀的负重叠期间而向燃烧室17中导入（即，将已燃气体关在燃烧室17中）。内部EGR气体量的变更通过由进气电动S-VT23变更进气门21的开阀时期和由排气电动S-VT24变更排气门22的闭阀时期来适当设定负重叠期间的长度而得以进行。

另，也可以是内部EGR气体通过设定使进气门21及排气门22一起开阀的正重叠期间而向燃烧室17中导入。

即，设定进气门21的开阀期间与排气门22的开阀期间重叠（互相重叠）的期间。藉此，燃烧室17中高温的已燃气体的一部分藉由进气门21的开阀流入连通燃烧室17的进气道18。流入进气道18的已燃气体在进气行程中被再次导入燃烧室17。内部EGR气体的量能够通过变更正重叠期间的长度与正重叠期间的正时来变更。

另，通过设定正重叠期间来导入内部EGR气体与通过设定负重叠期间来导入内部EGR气体相比，能使进气门21的开阀期间提前。若提前进气门21的开阀期间则能够提高有效压缩比，从而使燃烧室17中的温度上升。因此，在按照获得的该温度上升的程度来确保SPCCI燃烧的稳定性之后，还存在能将发动机1的几何压缩比设定为较低，并能够谋求降低冷却损失和机械损失、泵气损失等的优点。

又，通过设定正重叠期间来导入内部EGR气体与将高温的已燃气体就那样关在燃烧室中的通过设定负重叠期间来导入内部EGR气体相比，能降低燃烧室的温度。藉此，能减缓SPCCI燃烧下的自动点火，能够抑制过度的CI燃烧。

在低负荷区域（A）内，使向燃烧室17中导入的填充量变为小于100%。导入燃烧室17中的新气的量以及内部EGR气体的量随着燃料量增大而逐渐增大。低负荷区域（A）内的EGR率为例如40%。

喷射器6在进气行程中向燃烧室17中喷射燃料。燃烧室17中形成有空气过剩率λ为1.0±0.2且G/F为18～50的均质的混合气。空气过剩率λ理想是在1.0～1.2。在压缩上死点前的规定的正时，火花塞25对混合气点火，由此混合气不进入自动点火而是通过火焰传播进行燃烧。

（第二中负荷区域（非增压SPCCI燃烧））

在发动机1的负荷增高、运行状态进入第二中负荷区域（B2）时，发动机1从低负荷SI燃烧切换至非增压SPCCI燃烧。SI率变为低于100%。燃料量随着发动机1的负荷增高而增大。在第二中负荷区域（B2）内负荷较低时，使CI燃烧的比例随着燃料量的增大而增加。SI率随着发动机1的负荷增高而逐渐减小。SI率在图9的示例中一直减小到50%以下的规定值（最小值）为止。

由于燃料量增大，因此在第二中负荷区域（B2）内燃烧温度升高。如果燃烧室17中的温度变得过高，则CI燃烧开始时的放热会变得剧烈。那样一来，燃烧噪声就会增大。

因此，在第二中负荷区域（B2）内，为了变更燃烧室17中压缩开始前的温度，相对于发动机1的负荷的变化，变更内部EGR气体与外部EGR气体的比例。即，随着发动机1的负荷增高，逐渐减少较热的内部EGR气体且逐渐增加经冷却的外部EGR气体。负重叠期间在第二中负荷区域（B2）内随着负荷增高而从最大变更至0。内部EGR气体在第二中负荷区域（B2）内负荷最高时为0。

另，设定进气门21及排气门22的正重叠期间并将内部EGR气体导入燃烧室17的情况也是一样。通过调节重叠期间来调节燃烧室17中的温度的结果是能够调节SPCCI燃烧的SI率。

EGR阀54的开度以在第二中负荷区域（B2）内随着负荷增高使外部EGR气体增多的形式变更。导入燃烧室17中的外部EGR气体的量以EGR率表示时，在例如0～30%之间变更。在第二中负荷区域（B2）内，随着发动机1的负荷增高，EGR气体从内部EGR气体向外部EGR气体置换。通过调节EGR率也使燃烧室17中的温度发生变化，因此能调节SPCCI燃烧的SI率。

另，在低负荷区域（A）与第二中负荷区域（B2）之间，向燃烧室17中导入的EGR气体量保持连续。在第二中负荷区域（B2）的负荷较低的区域内，与在低负荷区域（A）内同样地向燃烧室17中大量导入内部EGR气体。由于燃烧室17中的温度升高，因此在发动机1的负荷较低时混合气切实地自动点火。在第二中负荷区域（B2）的负荷较高的区域内，向燃烧室17中导入外部EGR气体。由于，燃烧室17中的温度下降，因此在发动机1的负荷较高时能抑制伴随CI燃烧的燃烧噪声。

在第二中负荷区域（B2）内，使向燃烧室17中导入的填充量为100%。节气门43的开度为全开。通过变更内部EGR气体与外部EGR气体相组合的EGR气体量，从而将导入燃烧室17中的新气的量变更为与燃料量对应的量。

自动点火的正时随着非增压SPCCI燃烧中CI燃烧的比例增大而提前。若自动点火的正时早于压缩上死点，则CI燃烧开始时的放热变得剧烈。那样一来，燃烧噪声就会增大。因此，发动机1在发动机1的负荷达到规定负荷L1时随着发动机1负荷的增高而使SI率逐渐增大。

即，发动机1随着燃料量的增大使SI燃烧的比例增加。具体而言，如图10的上图所示，在非增压SPCCI燃烧下，随着燃料量的增大使点火正时逐渐提前。如前所述，由于通过减少内部EGR气体的导入量且增加外部EGR气体的导入量来进行燃烧室17中温度的变更，因此即使随着燃料量增大而增高SI率，也能抑制在压缩上死点的温度上升。SI燃烧的放热率的斜率即使在负荷增高时也基本不变。在使点火正时提前时，SI燃烧的放热量会按照SI燃烧的开始提前程度来增大。

抑制SI燃烧导致的燃烧室17中的温度上升的结果是，未燃混合气在压缩上死点之后的正时自动点火。因为SI燃烧的放热量增大，所以即使发动机1的负荷增高，CI燃烧的放热也大致相同。因此，通过按照发动机1的负荷的增高将SI率设定为逐渐增高，能够避免燃烧噪声增大。另，非增压SPCCI燃烧的燃烧重心在负荷变得越高时越滞后。

在第二中负荷区域（B2）内，喷射器6在压缩行程中通过前段喷射与后段喷射分两次向燃烧室17中喷射燃料。前段喷射在离点火正时较远的正时喷射燃料，后段喷射在离点火正时较近的正时喷射燃料。也可以是前段喷射在例如从进气行程至压缩行程前半期的期间内进行，后段喷射在例如从压缩行程后半期至膨胀行程前半期的期间内进行。压缩行程的前半期以及后半期分别为将压缩行程按曲轴角度进行二等分时的前半期以及后半期即可。膨胀行程前半期为将膨胀行程按曲轴角度进行二等分时的前半期即可。

若喷射器6在从进气行程至压缩行程前半期的期间内进行前段喷射，由于活塞3远离上死点，因此喷射的燃料喷雾到达向着上死点上升的活塞3的位于腔室31外的上表面。腔室31外的区域如图2所示形成挤流区域171。前段喷射所喷射的燃料在活塞3上升期间留在挤流区域171，并在挤流区域171内形成混合气。该混合气主要由CI燃烧进行燃烧。

若喷射器6在从压缩行程后半期至膨胀行程前半期的期间内进行后段喷射，由于活塞3靠近上死点，喷射的燃料喷雾进入腔室31中。后段喷射所喷射的燃料在腔室31内的区域形成混合气。此处，“腔室31内的区域”可以是指从将腔室31的开口投影在燃烧室17的脊部（roof）上得到的投影面至腔室31的开口为止的区域与腔室31中的区域相结合的区域。腔室31内的区域也可以定义为在燃烧室17中的挤流区域171以外的区域。通过前段喷射与后段喷射，燃料大致均等地分布在整个燃烧室17中。

随着通过后段喷射向腔室31中喷射燃料，在腔室31内的区域内产生气体的流动。燃烧室17中的湍流能量在到点火正时为止的时间较长时，会随着压缩行程的进程而衰减。然而，由于后段喷射的喷射正时比前段喷射更接近点火正时，因此火花塞25能够在腔室31中的湍流能量较高的状态下对腔室31内的区域的混合气进行点火。藉此，SI燃烧的燃烧速度变快。在SI燃烧的燃烧速度变快时SI燃烧稳定化，因此取决于SI燃烧的CI燃烧的控制性升高。

在整个燃烧室17中，混合气的空气过剩率λ变为1.0±0.2且G/F变为18～30。由于燃料大致均质地分布，因此能够谋求通过未燃损失的降低带来的燃料消耗率的改善以及通过避免产生烟带来的排气性能的改善。另，在整个燃烧室17中，理想的是空气过剩率λ为1.0～1.2。

在压缩上死点前的规定的正时，火花塞25对混合气点火，由此混合气通过火焰传播进行燃烧。之后，未燃混合气在目标正时自动点火，进行CI燃烧。后段喷射所喷射的燃料主要进行SI燃烧。前段喷射所喷射的燃料主要进行CI燃烧。由于前段喷射在压缩行程中进行，因此能够防止引起前段喷射所喷射的燃料过早点火等异常燃烧。又，能使后段喷射所喷射的燃料稳定地通过火焰传播进行燃烧。

（第一中负荷区域（增压SPCCI燃烧））

在发动机1的负荷进一步增高、发动机1的运行状态进入第一中负荷区域（B1）时，增压机44进行新气及外部EGR气体的增压。导入燃烧室17中的新气的量以及外部EGR气体的量一起随发动机1的负荷增高而增大。导入燃烧室17中的外部EGR气体的量以EGR率表示时为例如30%。EGR率无论发动机1的负荷高低如何均为一定。因此，混合气的G/F无论发动机1的负荷高低如何也均为一定。另，在第二中负荷区域（B2）与第一中负荷区域（B1）之间，导入燃烧室17中的EGR气体量保持连续。

SI率相对发动机1负荷的高低，维持在小于100%的规定值不变。在将第二中负荷区域（B2）的SI率、尤其是负荷高于规定负荷L1时的随着发动机1的负荷增高而逐渐增大的SI率与第一中负荷区域（B1）的SI率相比时，发动机1负荷较高的第一中负荷区域（B1）的SI率要高于第二中负荷区域（B2）的SI率。在第一中负荷区域（B1）与第二中负荷区域（B2）的分界处，SI率保持连续。

此处，也可以是在第一中负荷区域（B1）内，使SI率相对发动机1的负荷变化而略微变化。只要第一中负荷区域（B1）内相对发动机1的负荷变化的SI率的变化率小于第二中负荷区域（B2）高负荷侧的SI率的变化率即可。

如图10的下图所示，在增压SPCCI燃烧下，也随着燃料量的增大使点火正时逐渐提前。如前所述，由增压导入燃烧室17中的新气及EGR气体量增加，因此热容量较大。即使燃料量增大也能抑制SI燃烧导致的燃烧室17中的温度上升。增压SPCCI燃烧的放热率的波形随负荷增高以相似形状增大。

即，SI燃烧的放热量增大而SI燃烧的放热率的斜率基本不变。在压缩上死点之后大致相同的正时，未燃混合气自动点火。CI燃烧的放热量在发动机1的负荷增高时增加。其结果是，在第一中负荷区域（B1）内SI燃烧的放热量与CI燃烧的放热量一起增加，因此SI率相对发动机1负荷的高低维持为一定。CI燃烧放热的峰值变高则燃烧噪声增大，但第一中负荷区域（B1）内由于发动机1的负荷较高，因此能够容许某一程度大小的燃烧噪声。另，增压SPCCI燃烧的燃烧重心在负荷变得越高时越滞后。

在第一中负荷区域（B1）内，设定夹有排气上死点且使进气门21与排气门22一起开阀的重叠期间（正重叠期间）。通过增压压力对残留于燃烧室17中的已燃气体进行扫气。藉此，由于燃烧室17中的温度下降，因此在发动机1的负荷较高时能够抑制异常燃烧的产生。又，通过降低燃烧室17中的温度，能够在发动机1的负荷较高的区域使自动点火的正时变为恰当的正时，从而能使SI率维持在规定的SI率。此外，通过对已燃气体扫气，能够提高燃烧室17中新气的填充量。

喷射器6在第一中负荷区域（B1）内与在第二中负荷区域（B2）内同样地在压缩行程中通过前段喷射与后段喷射分两次向燃烧室17中喷射燃料。前段喷射在离点火正时较远的正时喷射燃料，后段喷射在离点火正时较近的正时喷射燃料。也可以是前段喷射在例如从进气行程至压缩行程的前半期的期间内进行，后段喷射在例如从压缩行程的后半期至膨胀行程的前半期的期间内进行。

若喷射器6在从进气行程至压缩行程前半期的期间内进行前段喷射，则在挤流区域171内形成有混合气。若喷射器6在从压缩行程后半期至膨胀行程前半期的期间内进行后段喷射，则在腔室31内形成有混合气。

藉由喷射器6在这些期间内进行前段喷射与后段喷射，燃烧室17中形成有作为整体空气过剩率λ为1.0±0.2且G/F在18～50的大致均质的混合气。由于混合气为大致均质，因此能够谋求通过降低未燃损失来改善燃料消耗率以及通过避免产生烟（smoke）来改善排气性能。空气过剩率λ理想的是为1.0～1.2。

在压缩上死点前的规定的正时，火花塞25对混合气点火，由此混合气通过火焰传播进行燃烧。在经由火焰传播进行燃烧开始后，未燃混合气自动点火，进行CI燃烧。后段喷射所喷射的燃料主要进行SI燃烧。前段喷射所喷射的燃料主要进行CI燃烧。由于前段喷射是在压缩行程中进行，因此能防止引起前段喷射所喷射的燃料过早点火等异常燃烧。又，能使后段喷射所喷射的燃料稳定地通过火焰传播进行燃烧。

（高负荷区域（高负荷SI燃烧））

在发动机1的负荷进一步增高、发动机1的运行状态进入高负荷区域（C）时，发动机1进行高负荷SI燃烧。因此，在高负荷区域（C）内SI率变为100%。

节气门43全开。增压机44在高负荷区域（C）内也进行新气及外部EGR气体的增压。EGR阀54通过变更开度使外部EGR气体的导入量随着发动机1的负荷增高而逐渐减少。藉此，导入燃烧室17中的新气在发动机1的负荷增高时增多。新气的量增多则能使燃料量增加，因此有利于提高发动机1的最高输出功率。另，在第一中负荷区域（B1）与高负荷区域（C）之间，导入燃烧室17中的EGR气体量保持连续。

在高负荷区域（C）内，与在第一中负荷区域（B1）内同样地也设定夹有排气上死点且使进气门21与排气门22一起开阀的重叠期间。通过增压压力对残留于燃烧室17中的已燃气体进行扫气。藉此，能抑制异常燃烧的产生。又，能够提高燃烧室17中新气的填充量。

在高负荷区域（C）的低旋转侧的区域（即第一高负荷区域（C1））内，喷射器6如前所述在延迟期间内向燃烧室17中喷射燃料。在高负荷区域（C）的高旋转侧的区域（即第二高负荷区域（C2））内，喷射器6在进气行程中向燃烧室17中喷射燃料。在任何情况下，燃烧室17中都形成有空气过剩率λ为1.0±0.2且G/F为18～50的大致均质的混合气。

在最高负荷下，空气过剩率λ为例如0.8。又，也可以是混合气的G/F在最高负荷下为例如17。在压缩上死点前的规定的正时，火花塞25对混合气点火，由此混合气通过火焰传播进行燃烧。在高负荷区域（C）内，藉由高压延迟喷射或进气行程中的燃料喷射，混合气不进入自动点火而是进行SI燃烧。

＜对旋转方向的发动机的运行控制＞

（SI率的调节）

图11示出了在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）所规定的负荷下，发动机1转速的高低与SI率的关系。如图7A示出的运行区域映射图700所示，转速N1是中负荷区域（B）的最低转速。转速N2是中负荷区域（B）的最高转速，且位于与进行SI燃烧的高旋转区域（D）的分界处（以下相同）。

CI燃烧与SI燃烧相比有燃烧噪声较大的缺点。但是，一般而言，在发动机1的转速较低时发动机1的NVH较小。因此，在低旋转时即使在NVH上增加CI燃烧的燃烧噪声，NVH仍能维持在低于其容许值的状态。因此，在发动机1的转速较低时，ECU10使SI率减小，从而能充分地进行CI燃烧。藉此，在发动机1的低旋转时，能够谋求燃料消耗率的改善而不会使NVH成为问题。

与之相对地，在发动机1的转速升高时，发动机1的NVH也随之增大。若在该增大的NVH上增加CI燃烧的燃烧噪声，则NVH恐怕会超过其容许值。因此，ECU10在发动机1的转速升高时，与该升高相配合地调节SI率使之增高。

本构成例的ECU10如图11所示，随着发动机1的转速升高使SI率线性增高。最高转速N2是与仅进行SI燃烧的高旋转区域（D）的分界，因此将该转速下的SI率调节为100%。因此，在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）与进行SI燃烧的高旋转区域（D）之间，燃烧状态能够平滑地互相过渡而不会大幅变化。

即，通过相对发动机1转速的高低进行的SI率的调节，能够使CI燃烧连续地减少，对高旋转方向，能够进行自动点火的燃烧直至其极限为止。其结果是，该发动机1中，不仅高负荷方向，而且对于高旋转方向，也能以将可能会成为问题的NVH维持在容许值以下的状态，扩大进行自动点火的燃烧的运行区域。因此，该发动机1燃料消耗性能优秀。另，上述SI率的调节能够通过ECU10执行先进的发动机1的运行控制来实现（详情后述）。

在发动机1的负荷较高时，燃料增大则燃烧室17的受热量也增加，因此燃烧室17的温度相对较高。因此，SPCCI燃烧中的SI燃烧在负荷较高时比较低时更快。因此，在同一转速下进行比较时，调节SI率以使其在发动机1的负荷较高时高于发动机1的负荷较低时。因此，如图11中点划线所示，示出相对发动机1转速的SI率变化的直线的斜率（SI率/发动机转速）在发动机1的负荷变得越高时变得越缓。

（高旋转时增高SI率的手段）

在高旋转时，与低旋转时相比燃烧循环变短。随之而来的是燃烧室的内壁等在燃烧时接受的热量变少，所以燃烧室17与低旋转时相比温度降低。混合气也难以从燃烧室17受热。此外，混合气燃烧的时间也变短。在高旋转时，需要在上述不利条件下将SI率往更高调节。

与之相对地，如果能使燃烧室17中的混合气其自身的温度升高，那么即使在难以从燃烧室17受热的条件下也能促进燃烧。

又，CI燃烧晚于SI燃烧进行点火。升高混合气的温度对SI燃烧以及CI燃烧都有促进，但由于高旋转时燃烧时间较短。因此，先开始燃烧的SI燃烧变快，其燃烧比后开始燃烧的CI燃烧更受促进。因此，若使混合气的温度升高，则能够在高旋转时增高SI率。

（第一手段）

因此，该发动机1为了相对发动机1转速的变化来变更SI率，在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）内调节内部EGR率。

具体而言，ECU10向进气电动S-VT23和/或排气电动S-VT24输出控制信号，并变更进气门21和/或排气门22的开阀时期。藉此，设定负重叠期间且变更其长度，从而使导入燃烧室17中的高温的已燃气体（内部EGR气体）变为规定量。藉此，内部EGR率、详细而言“内部EGR气体相对燃烧室17中的全气体的质量比（%）”得以变更。

如图7A所示，在采用运行区域映射图700的发动机1中，中负荷区域（B）分为位于高负荷侧的第一中负荷区域（B1）和位于低负荷侧的第二中负荷区域（B2）。在第一中负荷区域（B1）内为了根据高负荷使进行SPCCI燃烧的运行区域向高负荷方向扩大而进行增压，相反在第二中负荷区域（B2）内不进行增压。

该发动机1中，在进行增压的第一中负荷区域（B1）内设定了正重叠期间，所以即使导入内部EGR气体也会被增压压力扫气。因此，在第一中负荷区域（B1）内，较难变更内部EGR率，因此不采用该第一手段。ECU10以在第二中负荷区域（B2）内在发动机1的转速高的高旋转时比转速低的低旋转时使内部EGR率增高的形式向进气电动S-VT23等输出控制信号。

图12的（a）示出了在其第二中负荷区域（B2）内规定的负荷下，发动机1的转速的高低与内部EGR率的关系（内部EGR率/发动机转速）。ECU10从作为最低转速的转速N1开始，随着发动机1的转速升高使内部EGR率线性增高。其结果是，燃烧室17中混合气的温度升高，因此即使从燃烧室17受到的受热量变少且燃烧时间变短，由于SI燃烧加快，所以SI率增高。SI率增高时CI燃烧减小，因此能抑制SPCCI燃烧产生的燃烧噪声。在发动机1的转速较高时能将NVH抑制在容许值以下。另，图12所示发动机转速与内部EGR率的关系是一个例子，该变化率可根据规格进行适当变更。

如图12的（a）所示，在发动机1的转速超过规定的转速（限制开始转速Na）时，内部EGR率的上升受到限制。具体而言，为了相对发动机1转速的变化来变更内部EGR率，ECU10的存储器102内存储有规定的映射图，且该映射图中预先设定有限制开始转速Na。ECU10以在发动机1的转速超过该限制开始转速Na时限制内部EGR率的上升的形式向进气电动S-VT23等输出控制信号。

另，限制开始转速Na设定为至少比将中负荷区域（B）内的发动机转速的范围（转速N1～转速N2）二等分的转速更大的值。尤其理想的是设定在将中负荷区域（B）内的发动机转速的范围三等分时的高旋转侧的范围。

本构成例中，在超过限制开始转速Na时，内部EGR率达到最高并保持在大致一定的值（根据规格不同，该值也可稍作增减）。在内部EGR率增高、混合气的温度过高时，CI燃烧也加快从而燃烧噪声增大，恐怕会超过NVH的容许值。因此，ECU10在可能致使该状况的转速之前，通过设定限制开始转速Na将NVH抑制在其容许值以下。

在发动机1的负荷较高时，燃料增多燃烧室17的受热量也增加，因此燃烧室17的温度相对较高。因此，负荷较高时与较低时相比，混合气的温度升高，SPCCI燃烧中的SI燃烧加快。因此，ECU10在发动机1的负荷变得越高时，在转速的整个区域内越使内部EGR率变低。

又，此时将限制开始转速Na设定为在发动机的负荷变得越高时越向低旋转侧移动。发动机的负荷变得越高则混合气的温度越容易过高。因此，发动机的负荷变得越高则越将限制开始转速Na向低旋转侧设定，由此能够更加切实地防止NVH超过其容许值。

图12的（a）示出了在通过设定负重叠期间（也称作NVO设定）导入内部EGR气体时发动机转速与内部EGR率的关系。图12的（b）示出了在通过设定正重叠期间（也称作PVO设定）导入内部EGR气体时发动机转速与内部EGR率关系。

藉由PVO设定的内部EGR气体的导入与将高温的已燃气体就那样关在燃烧室17中的藉由NVO设定的内部EGR气体的导入不同，高温的已燃气体暂时先流出至进气道18后，再次向燃烧室17内导入。导入燃烧室17的高温的已燃气体、即内部EGR气体藉由流出至温度较低的进气道18而得以冷却。

因此，与藉由NVO设定来导入内部EGR气体相比，在藉由PVO设定来导入内部EGR气体时燃烧室17的温度相对较低。故而，即使内部EGR率增高，混合气的温度也不容易过高。因此，或是不需要设定限制开始转速Na，或是即使需要设定限制开始转速Na也要将其设定为比NVO设定足够大的值。

因此，在藉由PVO设定来导入内部EGR气体时，内部EGR率不受限制地连续增高直至到达作为最高转速的转速N2附近为止。图12的（b）所示高负荷时，在最高转速N2附近设定有限制开始转速Na，但也可以是有时在高负荷时不需要设定限制开始转速Na。又，也可以是有时在低负荷时和中负荷时也需要设定限制开始转速Na。不过，即便是在该种情况下，也要将限制开始转速Na设定为与通过NVO设定的内部EGR气体的导入相比更接近最高转速N2的值。

另，采用后述运行区域映射图701或运行区域映射图702的发动机1中，在燃烧室17中形成有具有规定以上的强度的涡流。在燃烧室17中形成有那样的涡流比时，能够通过其流动使燃烧室17中的混合气分层化。藉此，能够使火花塞25周边的混合气变成适合SI燃烧的状态，因此能实现稳定的SPCCI燃烧。

因此，此时即使是为了确保较高的SI率而在高旋转时增高内部EGR率，也能藉由混合气的分层化使火花塞25周边的EGR气体变少。藉此，能确保SI燃烧的点火的稳定性，能够实现稳定的SPCCI燃烧。

（第二手段）

仅依靠该第一手段，在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）内，只能在第二中负荷区域（B2）进行自动点火的燃烧，而无法将进行自动点火的燃烧的运行区域向高旋转方向扩大。因此，该发动机1也采用第二手段，从而在第一中负荷区域（B1）内也与在第二中负荷区域（B2）内同样地，能够使燃烧室17中混合气其自身的温度沿高旋转方向变高。

即，该发动机1为了相对发动机1转速的变化来变更SI率，在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）内变更外部EGR率。

具体而言，通过变更EGR阀54的开度来变更经冷却且比内部EGR气体低温的已燃气体（外部EGR气体）中向着燃烧室17的导入量，并藉此变更外部EGR率、详细而言“外部EGR气体相对燃烧室17中的全气体的质量比（%）”。

ECU10以在比低旋转时靠近高旋转时使外部EGR率降低的形式向EGR阀54输出控制信号。外部EGR气体较燃烧室17中的混合气温度更低。因此，在外部EGR气体的导入量较多时，仅这样就可使混合气的温度下降。因此，通过降低外部EGR率能够使燃烧室17中的混合气其自身的温度上升。

如图7A所示，在第一中负荷区域（B1）以及第二中负荷区域（B2）两者内导入外部EGR气体，尤其是在第一中负荷区域（B1）内大量地导入外部EGR气体。因此，第二手段在第一中负荷区域（B1）内行之有效，且通过与第一手段相组合，能够在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）的整个区域内将相对发动机1的转速变化的SI率有效地往更高调节。

图13的（a）示出了在该中负荷区域（B）的规定的负荷下，发动机1转速的高低与外部EGR率的关系（外部EGR率/发动机转速）。实线示出了第一中负荷区域（B1）内的关系，点划线示出了第二中负荷区域（B2）内的关系。

如前所述，在采用运行区域映射图700的发动机1中，涡流控制阀56在包括进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）在内的各运行区域内受到控制而大致全开。图13的（a）示出了在燃烧室17中几乎不产生涡流、或是虽产生涡流但其流动较弱的情况下的前述那种关系。

ECU10从作为最低转速的转速N1至规定的转速（降低开始转速Nb）为止，使外部EGR率保持在大致一定。藉此，在低旋转时，由于能将EGR率（外部EGR率）设定为较高的值，因此即使必须要确保的混合气的G/F的值较高也能将其控制在适当的范围内。能将混合气的稀释率维持在较高，从而能谋求燃料消耗率的改善。

并且，在超过降低开始转速Nb时，ECU10根据发动机1的负荷降低外部EGR率。具体而言，为了相对发动机1转速的变化来变更外部EGR率，ECU10的存储器102内储存有规定的映射图，且该映射图中预先设定有降低开始转速Nb。

降低开始转速Nb也与限制开始转速Na同样地，设定为至少比将中负荷区域（B）内的发动机转速的范围二等分的转速更大的值。尤其理想的是设定在将中负荷区域（B）内的发动机转速的范围三等分时的高旋转侧的范围，且理想的是将降低开始转速Nb以及限制开始转速Na设定为同一转速。

ECU10基于该映射图，以在超过降低开始转速Nb时根据发动机1的负荷使外部EGR率开始降低的形式向EGR阀54输出控制信号。另，在负荷较低时，有时即使超过降低开始转速Nb也仍使外部EGR率的值维持不变。

藉此，在降低开始转速Nb以上的高旋转区域，导入燃烧室17的外部EGR气体的比例减少，混合气其自身的温度升高。因此，即使从燃烧室17受到的受热量较少、燃烧时间变短，由于SI燃烧加快所以SI率增高。SI率增高则CI燃烧变少，因此能抑制SPCCI燃烧产生的燃烧噪声。在发动机1的转速较高时能将NVH抑制在容许值以下。另，图13所示发动机转速与外部EGR率的关系是一个例子，该变化率可根据规格进行适当变更。

此时，ECU10以发动机1的负荷变得越高则越使外部EGR率快速降低的形式（降低率增大的形式）向EGR阀54输出控制信号。

在发动机1的负荷增高时，燃料的量也随之增加。若已燃气体相对于增加的燃料过多，则藉由火花点火的点火、即SPCCI燃烧中的SI燃烧会变得不稳定，SI率恐怕会降低。因此，发动机1的负荷变得越高则越增大外部EGR率的降低率，从而使点火稳定化并由此维持较高的SI率。

ECU10在第二中负荷区域（B2）内也与在第一中负荷区域（B1）内同样地变更外部EGR率。本构成例中，在第一中负荷区域（B1）内导入的EGR气体仅为外部EGR气体，与之相反在第二中负荷区域（B2）内还导入内部EGR气体。因此，在第二中负荷区域（B2）内，以与内部EGR气体的导入量的关系，考虑混合气的G/F等燃烧室17中的状态量地变更外部EGR率。其结果是，第二中负荷区域（B2）内的外部EGR率与第一中负荷区域（B1）相比，相对较低且为不同的值。

采用后述运行区域映射图701或运行区域映射图702的发动机1与采用运行区域映射图700的发动机1不同，在燃烧室17中形成有具有规定以上的强度的涡流。图13的（b）示出了该发动机1中的前述关系。

在燃烧室17中若形成有具有规定以上的强度的涡流，则燃烧室17中混合气的流动性增强。因此，即使EGR气体的量增多，也能在进行点火时使火花塞25周边的EGR气体的量减少。因此，即使负荷增高而使燃料增加，也能确保藉由火花点火的点火的稳定性，因此SPCCI燃烧中的SI燃烧得以稳定进行。

藉此，ECU10如图13的（b）所示以使与发动机1负荷高低的变化相对的外部EGR率的降低率保持为大致一定的形式，向EGR阀54输出控制信号。ECU10即使在负荷增高时，也以与低负荷时相同的状态来降低外部EGR率。

（第三手段）

在如第一、第二手段那样使混合气的温度升高的方法中，若其温度过高则CI燃烧加快而使燃烧噪声增大，恐怕会超过NVH的容许值。又，内部EGR率和外部EGR率受混合气的G/F等其他的状态量所制约，因此仅靠该变更有时会因SPCCI燃烧中的燃烧噪声的抑制效果受限而无法获得充分的效果。

尤其是，第一手段中，在超过限制开始转速Na的范围内部EGR率的上升受到限制。又，第二手段也是在超过降低开始转速Nb的范围内，若外部EGR率过度降低则混合气的温度过高而使燃烧噪声增大，恐怕会超过NVH的容许值，因此其降低率受到限制。因此，在超过限制开始转速Na和降低开始转速Nb的这些范围内，有时会无法增高至期望的SI率。此时，燃烧噪声的抑制效果受限而无法获得充分的效果。

因此，该发动机1中利用与使混合气的温度升高的方法所不同的其他手段，并藉此使SI率增高。

即，ECU10并用第一、第二手段，且通过控制涡流控制阀56使用使进气流动增强的第三手段。增强进气流动则SI燃烧加快从而使SI率增高。其结果是，能够抑制SPCCI燃烧的燃烧噪声。

在图14的（a）中示出了采用运行区域映射图700的发动机1的转速的高低与涡流控制阀56的开度的关系。如前所述，在采用运行区域映射图700的发动机1中，涡流控制阀56在包括进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）在内的各运行区域内受到控制而大致全开。图14的（a）示出了该情况下的前述关系。相对地，图14的（b）示出了后述采用运行区域映射图701的发动机1以及采用运行区域映射图702的发动机1中的前述关系。

如图14的（a）所示，在采用运行区域映射图700的发动机1中，当发动机1的转速到达仅通过开始限制内部EGR率的限制开始转速Na、开始降低外部EGR率的降低开始转速Nb等第一、第二手段难以调节至期望的SI率的规定的转速（工作开始转速Nc）时，ECU10向涡流控制阀56输出控制信号，使其开度从大致全开向关闭侧变更。藉此，燃烧室17中的涡流变强。ECU10随着发动机1的转速升高使涡流控制阀56的开度呈线性地向关闭侧变更。涡流随着发动机1的转速升高而增强，因此SI燃烧进一步加快。

其结果是，第一、第二手段中，在受到限制的高旋转侧的范围内也能够抑制SPCCI燃烧的燃烧噪声。其结果是，在发动机1的转速较高时能够将NVH抑制在容许值以下。通过第一或第二手段与第三手段的组合，能够使SI率进一步恰当地往更高变更。

另一方面，如图14的（b）所示在后述采用运行区域映射图701的发动机1以及采用运行区域映射图702的发动机1中，在进行SPCCI燃烧的区域内，燃烧室17中形成有具有规定的强度的涡流。

例如，在从进气至点火的正时期间，以使涡流比在1.5～3的范围的形式将涡流控制阀56控制为关闭侧的规定的开度而非全闭。涡流控制阀56的开度或涡流比根据发动机1的规格而进行适当设定。图14的（b）例示了涡流控制阀56相对发动机1转速的高低的变化以大约30%的开度保持大致一定的情况。

进行SPCCI燃烧时，通过在燃烧室17中形成上述涡流，能够增大燃烧室17中的流动性且能在燃烧室17中形成分层化的混合气。藉此，能够在发动机1的宽广的运行区域内实现稳定的SPCCI燃烧。其中详细后述。

（第四手段）

在采用运行区域映射图700的发动机1中形成有通过变更点火正时从而使SI率沿高旋转方向增高的结构。

在图15中示出了在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）的规定的负荷下发动机1的转速的高低与点火正时的关系。与第三手段同样地，发动机1的转速到达仅通过开始限制内部EGR率的限制开始转速Na、开始降低外部EGR率的降低开始转速Nb等第一、第二手段难以调节至期望的SI率的规定的转速（提前开始转速Nd）时，ECU10向火花塞25输出控制信号使点火正时提前。藉此，SI燃烧的开始提早且SI燃烧加快。ECU10在发动机1的转速变得越高时越使点火正时线性地提前。随着发动机1转速升高SI燃烧进一步加快。

第四手段能够用以代替第三手段。也可以是将第四手段与第三手段一起使用。通过适当组合第一至第四手段，在高旋转时也能够进行稳定的SI率的调节。

＜相对于旋转方向的发动机的运行控制2＞

（后段喷射率）

图16示出了在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）内，发动机1的转速的高低与后段喷射率的关系。后段喷射率表示后段喷射的喷射量相对前段喷射的喷射量的比例。后段喷射率越高，则后段喷射的喷射量越增大而前段喷射的喷射量越减少。相反地，后段喷射率越低，则后段喷射的喷射量越减小而前段喷射的喷射量越增大。

在发动机1的转速较低时，ECU10将后段喷射率设定为规定的低喷射率。后段喷射如前所述形成火花塞25周围的混合气。该混合气是在SPCCI燃烧中主要通过SI燃烧进行燃烧的火花点火用混合气。在后段喷射率较低时，火花点火用混合气的燃料的浓度下降，因此SPCCI燃烧的SI率降低，CI燃烧增加。一般而言，在发动机1的转速较低时，发动机1的NVH较小。因此，即使燃烧噪声因CI燃烧而增大至某一程度，NVH仍低于容许值。在发动机1的转速较低时，通过降低后段喷射率且充分地进行CI燃烧，能够谋求燃料消耗率的改善。

在发动机1的转速增高时，发动机1的NVH增大。而且，若再加上CI燃烧的燃烧噪声，恐怕NVH会超过容许值。因此，ECU10在发动机1的转速增高时增高SPCCI燃烧的SI率。具体而言，ECU10如图11所示随着发动机1的转速增高而使SI率线性增高。如图7A所示，转速N2相当于进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）与进行SI燃烧的高旋转区域（D）的分界。SI率在转速N2下为100%。

为了相对发动机1的转速的变化变更SI率，ECU10如图16上图的波形111所示，相对发动机1的转速的变化变更后段喷射率。具体而言，ECU10在发动机1的转速超过规定转速N3时，随着发动机1的转速增高而增高后段喷射率。规定转速N3是中负荷区域（B）的最低转速N1与最高转速N2之间的转速。也可以是规定转速N3为在中负荷区域（B）内，最低转速N1与最高转速N2的正中间（（N1＋N2）/2）以上的转速。又，也可以是规定转速N3为在图7A所示发动机1的整个运行区域内，最低转速与最高转速的正中间以上的转速。即，也可以是在将发动机1的运行区域二等分为低旋转区域与高旋转区域时的高旋转区域内，适当地设定规定转速N3。

波形111的例子中，ECU10在发动机1的转速超过规定转速N3时，随着转速增高使后段喷射率以规定的变化率连续地增高。与之不同地，也可以是，ECU10随着发动机1的转速增高使后段喷射率呈阶梯状地（即不连续地）增高。藉由增高后段喷射率，火花塞25周围形成的火花点火用混合气的燃料的浓度升高。其结果是，SI燃烧加快，因此SPCCI燃烧中的SI率增高。在SI率增高时，CI燃烧减少，因此能抑制由SPCCI燃烧产生的燃烧噪声。在发动机1的转速较高时，能够将NVH抑制在容许值以下。

像这样，ECU10在发动机1于中负荷区域（B）内运行时，以根据发动机1的转速变化使后段喷射率按规定的变化率变化的形式，向喷射器6输出控制信号。更详尽地，ECU10使发动机1的转速高于规定转速N3时的变化率（即，图16上图中的曲线的斜率）高于发动机1的转速为规定转速N3以下的变化率（即，图16上图的例子中，曲线的斜率为0）。

另，图示省略地，也可以是在发动机1的转速为规定转速N3以下时，不使后段喷射量的变化率为0，而是随着发动机1的转速增高使后段喷射率增大。在这种情况下，也可以是使发动机1的转速为规定转速N3以下时的变化率小于超过规定转速N3时的变化率。

如图16的上图所示，后段喷射率规定有上限值。ECU10在发动机1的转速超过规定转速N4时，令后段喷射率为上限值。规定转速N4是低于图7A所示中负荷区域（B）的最高转速N2的转速。后段喷射由于喷射燃料的曲轴角正时较迟，因此到喷射的燃料形成可燃混合气为止的期间较短。又，发动机1的转速越高则曲轴角度在仅变化相同角度时的时间越短。因此，发动机1的转速越高则后段喷射从喷射燃料到点火为止的时间变短。

如前所述，若要随着发动机1的转速增高来增高后段喷射率，则必须要在短时间内使大量的燃料气化并形成混合气，然而实际上，不由SPCCI燃烧中的SI燃烧进行燃烧的燃料增多从而使大量的燃料进行CI燃烧，恐怕燃烧噪声会增大。

因此，在随着发动机1的转速增高来增高后段喷射率的结构中，在发动机1的转速超过规定转速N4时，以使后段喷射的喷射量不超过规定量的形式进行限制。ECU10在发动机1的转速超过规定转速N4时，使后段喷射的喷射量以规定量维持为一定。藉此，防止了不由SI燃烧进行燃烧的燃料的增多，从而能够避免燃烧噪声因CI燃烧而增大。

在将后段喷射率限制于上限值时，SPCCI燃烧的SI率无法增高，因此由增大后段喷射的喷射量而引起的燃烧噪声的抑制效果受到限制。因此，该发动机1形成为在后段喷射率被限制在上限值时，通过利用其他手段来增高SI率的结构。具体而言，ECU10通过控制涡流控制阀56来增强进气流动。若使进气流动增强，则SI燃烧加快因此SI率增高。其结果是，能够抑制SPCCI燃烧的燃烧噪声。

图18上图的波形131示出了发动机1的转速与涡流控制阀56的开度的关系。当发动机1的转速达到规定转速N4且后段喷射率被限制在上限值时，ECU100将涡流控制阀56的开度从全开向关闭侧变更。藉此，燃烧室17中的涡流增强。ECU100随着发动机1的转速增高线性地改变涡流控制阀56的开度。由于涡流随着发动机1的转速增高而增强，因此SI燃烧进一步加快。能够抑制SPCCI燃烧的燃烧噪声。其结果是，在发动机1的转速较高时，能将NVH抑制在容许值以下。

该发动机1通过相对发动机1的旋转方向来调节SI率，能够将NVH抑制在容许值以下，因此进行SPCCI燃烧的区域向高旋转侧扩大。因此，该发动机1燃料消耗性能优异。

在发动机1的负荷较高时，由于燃烧室17中的温度相对升高，因此较负荷较低时，SPCCI燃烧中的SI燃烧变快。SI率在发动机1的负荷较高时会高于发动机1的负荷较低时。因此，如图11中点划线所示，示出发动机1的转速与SI率的关系的直线在发动机1的负荷较高时比较低时斜率变缓。

在因发动机1的负荷较高而引起SI率增高时，因为燃烧噪声受到抑制，所以增大后段喷射率但不增高SI率亦可。因此，也可以是ECU10如图16的上图中点划线所例示，使开始后段喷射率的增大的转速N3向高旋转侧偏移。藉此，维持较低的后段喷射率的范围向高旋转侧扩大。如前所述，在后段喷射率较低时，SPCCI燃烧中的CI燃烧增加，所以有利于燃料消耗率的改善。

另，也可以是与图16上图的例子有所不同地，如图16下图的波形112中点划线所示，ECU10令示出发动机1的转速与后段喷射率的关系的直线的斜率在发动机1的负荷增高时比负荷较低时趋缓。

（燃料喷射正时）

图17上图的波形121示出了在进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）内，发动机1的转速的高低与后段喷射的喷射正时的关系。另，图17虽未示出，但前段喷射的喷射正时无论发动机1转速高低如何，均维持为规定的时期不变。

在发动机1的转速较低时，ECU10将后段喷射的喷射正时设定为规定的滞后侧的时期。若使后段喷射的时期延迟，则能在燃烧室17中气体的流动较强的状态下对混合气进行点火。SI燃烧加快，从而能高精度地控制自动点火的时期。

在发动机1的转速增高时，从由后段喷射向燃烧室17中喷射燃料到点火为止之间的气化时间变短。SPCCI燃烧中不由SI燃烧进行燃烧的混合气增多从而使SI率降低。其结果是，SPCCI燃烧中的CI燃烧增加，SPCCI燃烧的燃烧噪声增大。若燃烧噪声增大，恐怕NVH会超过容许值。

因此，ECU10如波形121所示，在发动机1的转速超过规定转速N3时，随着发动机1的转速增高使后段喷射的喷射正时按规定的变化率提前。规定转速N3与图16所示规定转速N3相同。

ECU10随着发动机1的转速增高使后段喷射的喷射正时连续地提前。与之不同地，也可以是ECU10随着发动机1的转速增高使后段喷射的喷射正时呈阶梯状地（即不连续地）提前。通过提前后段喷射的喷射正时，能够延长气化时间。其结果是，不在SI燃烧时燃烧的混合气减少，从而使SPCCI燃烧的SI率增高。SI率如图11所示随着发动机1的转速增高而线性增高。通过增高SI率，能将SPCCI燃烧的燃烧噪声抑制为较低，因此在发动机1的转速较高时能将NVH抑制在容许值以下。

像这样，ECU10在发动机1于中负荷区域（B）内运行时，以根据发动机1的转速变化使后段喷射的喷射正时按规定的变化率变化的形式，向喷射器6输出控制信号。更详尽地，ECU10使发动机1的转速高于规定转速N3时的变化率（即，图17上图中的曲线的斜率）高于发动机1的转速在规定转速N3以下的变化率（即、图17上图的例子中，曲线的斜率为0）。

另，图示省略地，也可以是在发动机1的转速为规定转速N3以下时，不使后段喷射的喷射正时的变化率为0，而是随着发动机1的转速增高使后段喷射的喷射正时提前。在这种情况下，也可以是使发动机1的转速为规定转速N3以下时的变化率小于超过规定转速N3时的变化率。

如图17的上图所示，后段喷射的喷射正时规定有界限值。若后段喷射的喷射正时过早，则在点火正时时燃烧室17中的流动变弱，从而使SI燃烧变缓。在SI燃烧变缓时，如前所述无法高精度地控制自动点火的时期。

因此，ECU10以不超过预先规定的提前界限的形式向喷射器6输出控制信号。由于随着发动机1的转速增高使后段喷射的喷射率线性提前，因此在发动机1的转速超过规定转速N4时，ECU10以使后段喷射的喷射正时变为提前界限的形式向喷射器6输出控制信号。藉此，能避免SI燃烧变缓，从而防止了SPCCI燃烧中自动点火的时期的控制性降低。

在因发动机1的负荷较高而引起SI率增高时，因为燃烧噪声受到抑制，所以提前后段喷射的喷射正时但不增高SI率亦可。因此，也可以是ECU10如波形121中点划线所例示，使开始喷射正时的提前的转速N3向高旋转侧偏移。藉此，后段喷射的喷射正时较迟的范围向高旋转侧扩大。如前所述，后段喷射较迟则SPCCI燃烧中的SI燃烧变快，因此改善了自动点火的时期的控制性。

另，也可以是与波形121的例子有所不同地，如图17下图的波形122中点划线所示，ECU10使示出发动机1的转速与后段喷射的喷射正时的关系的直线的斜率趋缓。

又，ECU10相对于发动机1的转速的变化，变更后段喷射率以及后段喷射的喷射正时两者。也可以是ECU10相对于发动机1的转速的变化，仅变更后段喷射的喷射时期。

（SI率的变更）

图19示出了ECU10所执行的发动机1的运行控制的流程。ECU10基于各传感器SW1～SW16的检测信号判断发动机1的运行状态，且以使燃烧室17中的燃烧变为与运行状态对应的SI率的燃烧的形式进行燃烧室17中状态量的变更、喷射量的变更、喷射正时的变更以及点火正时的变更。

ECU10还基于各传感器的检测信号在判断出需要变更SI率时，通过SI率变更单元102a进行SI率的变更。

ECU10首先在步骤S1中读取各传感器SW1～SW16的检测信号。随后，ECU10在步骤S2中基于检测信号判断发动机1的运行状态并设定目标SI率。目标SI率如图9或图11所示。

ECU10接着在步骤S3中基于预先设定的燃烧模型设定用于实现设定好的目标SI率的目标缸内状态量。具体而言，设定燃烧室17中的目标温度和目标压力以及目标状态量。ECU10在步骤S4中设定为了实现目标缸内状态量所需的EGR阀54的开度、节气门43的开度、空气旁通阀48的开度、进气电动S-VT23和排气电动S-VT24的相位角以及涡流控制阀56的开度。

ECU10基于预先设定并储存在ECU10内的映射图来设定这些装置的控制量。ECU10基于设定好的控制量向EGR阀54、节气门43、空气旁通阀48、进气电动S-VT23和排气电动S-VT24以及涡流控制阀56输出控制信号。各装置基于ECU10的控制信号进行动作，由此使燃烧室17中的状态量变为目标状态量。

ECU10还基于设定好的各装置的控制量分别算出燃烧室17中状态量的预测值以及推定值。状态量预测值是对进气门21闭阀之前在燃烧室17中的状态量进行预测而得的值，如后所述用于进气行程中燃料的喷射量的设定。状态量推定值是对进气门21闭阀之后在燃烧室17中的状态量进行推定而得的值，如后所述用于压缩行程中的燃料的喷射量的设定以及点火正时的设定。状态量推定值还如后所述用于通过与实际燃烧状态比较来计算状态量误差。

ECU10在步骤S5中基于状态量预测值设定进气行程中的燃料的喷射量。另，进气行程中在不进行燃料的喷射时燃料的喷射量为0。在步骤S6中，ECU10控制喷射器6的喷射。即，在规定的喷射正时向喷射器6输出控制信号使其向燃烧室17中喷射燃料。

ECU10在步骤S7中基于状态量推定值和进气行程中燃料的喷射结果设定压缩行程中的燃料的喷射量。另，压缩行程中在不进行燃料的喷射时燃料的喷射量为0。压缩行程中在进行分段喷射时，分别设定前段喷射的喷射量以及后段喷射的喷射量。ECU10在步骤S8中在基于预先设定的映射图的喷射正时，向喷射器6输出控制信号以使其向燃烧室17中喷射燃料。

ECU10在步骤S9中基于状态量推定值与压缩行程中燃料的喷射结果设定点火正时。ECU10在步骤S10中在设定好的点火正时，向火花塞25输出控制信号使其对燃烧室17中的混合气点火。

火花塞25对混合气点火，由此在燃烧室17中进行SI燃烧或SPCCI燃烧。在步骤S11中，ECU10读取压力指示传感器SW6测得的燃烧室17中压力的变化，并基于此判断燃烧室17中混合气的燃烧状态。ECU10还在步骤S12中将燃烧状态的检测结果与步骤S4中推定得到的状态量推定值相比较，计算状态量推定值与实际状态量的误差。将计算得到的误差用于本次之后的循环中的步骤S4的推定。

ECU10变更节气门43、EGR阀54、涡流控制阀56和/或空气旁通阀48的开度、以及进气电动S-VT23和排气电动S-VT24的相位角以消除状态量误差。藉此，导入燃烧室17的新气及EGR气体量得以变更。该状态量误差的反馈相当于ECU10在基于目标SI率与实际SI率的误差判断需要变更SI率时变更SI率。

ECU10还于步骤S8中以在基于状态量推定值推测出燃烧室17中的温度会低于目标温度时能使点火正时提前的形式，使压缩行程中的喷射正时比基于映射图的喷射正时提前。另一方面，ECU10于步骤S8中以在基于状态量推定值推测出燃烧室17中的温度会高于目标温度时能使点火正时滞后的形式，使压缩行程中的喷射正时比基于映射图的喷射正时滞后。

即，如图20的P2所示，若燃烧室17中温度较低，则在通过火花点火开始SI燃烧后，未燃混合气自动点火的正时θ_CI延迟且SI率偏离目标SI率（参见P1）。此时，会引起未燃燃料的增多、排气性能的降低等。

因此，在推测出燃烧室17中的温度会低于目标温度时，ECU10使喷射正时提前且在图19的步骤S10中使点火正时θ_IG提前。如图20的P3所示，藉由提前开始SI燃烧能通过SI燃烧充分放热，因此在燃烧室17中温度较低时能够防止未燃混合气自动点火的正时θ_CI的延迟。其结果是，SI率接近目标SI率。防止了未燃燃料的增多和排气性能的降低等。

又，如图20的P4所示，若燃烧室17中温度较高，则在通过火花点火刚开始SI燃烧时，未燃混合气就自动点火且SI率偏离目标SI率（参见P1）。此时，燃烧噪声增大。

因此，在推测出燃烧室17中的温度会高于目标温度时，ECU10使喷射正时滞后且在图19的步骤S10中使点火正时θ_IG滞后。如图20的P5所示，SI燃烧的开始变迟，因此在燃烧室17中温度较高时能够防止未燃混合气自动点火的正时θ_CI提前。其结果是，SI率接近目标SI率。能够避免燃烧噪声的增大。

这些喷射正时的变更以及点火正时的变更相当于ECU10在判断出需要变更SPCCI燃烧中的SI率时变更SI率。通过变更喷射正时，能够在经提前或滞后的点火正时在燃烧室17中形成合适的混合气。火花塞25能切实地对混合气点火且未燃混合气能在恰当的正时自动点火。

另，在图20中，基于实际燃烧状态通过节气门43、EGR阀54、空气旁通阀48、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24以及涡流控制阀56的控制变更燃烧室17中的状态量的部分与如图19的步骤S12以及步骤S4中的说明相同。

该发动机1通过包括节气门43、EGR阀54、空气旁通阀48、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24以及涡流控制阀56在内的状态量设定装置来变更SI率。通过变更燃烧室17中的状态量能使SI率粗略地变更。同时，发动机1通过变更燃料的喷射正时和点火正时来变更SI率。通过变更喷射正时和点火正时，能够例如进行汽缸间差的修正或进行自动点火正时的轻微变更等。通过分两个阶段来进行SI率的变更，发动机1能正确地实现与运行状态对应的目标SPCCI燃烧。

＜第二运行区域映射图＞

图7B示出了发动机1的运行区域映射图的第二构成例（第二运行区域映射图701）。运行区域映射图701分为以下三个区域。

（A）包括怠速运行在内的低负荷区域；

（B）低负荷区域（A）与之后的高负荷区域（C）之间的中负荷区域；

（C）包括全开负荷在内的高负荷区域。

即，运行区域映射图701与前述运行区域映射图700相比，低负荷区域（A）、中负荷区域（B）以及高负荷区域（C）各自沿发动机1的转速的方向扩大。

在采用运行区域映射图701的发动机1中，尤其是为了扩大进行SPCCI燃烧的中负荷区域（B）而使燃烧室17中产生具有规定的强度的涡流。

例如，ECU10根据需要调节涡流控制阀56的开度。在发动机1的运行状态处于中负荷区域（B）时，使涡流控制阀56变为全闭或是变为关闭侧规定的开度。其结果是，燃烧室17中形成具有规定的强度的涡流。也可以是在从进气至点火的正时期间使涡流比在4以上。又，也可以是涡流比小于4，在例如1.5～3的范围内。

理想的是在采用运行区域映射图701的发动机1中也与采用运行区域映射图700的发动机1同样地进行SI率的调节。即，如图11所示，在不进行增压的第二中负荷区域（B2）内，随着发动机1的转速升高使SI率线性增高。藉此，在高旋转区域内，也能以将可能会成为问题的NVH维持在容许值以下的状态，使SPCCI燃烧稳定进行。

又，在采用运行区域映射图701的发动机1中也与采用运行区域映射图700的发动机1同样地，通过第一至第四手段以及后段喷射率的变更，能够在高旋转时增高SI率。

＜第三运行区域映射图＞

图7C示出了发动机1的运行区域映射图的第三构成例（第三运行区域映射图702）。运行区域映射图702分为以下五个区域。

（1）－1：包括怠速运行在内且向低旋转及中旋转的区域展开的低负荷区域；

（1）－2：负荷高于低负荷区域且向低旋转及中旋转的区域展开的中负荷区域；

（2）：负荷高于中负荷区域且包括全开负荷在内的高负荷区域内的中旋转区域；

（3）：在高负荷区域内转速低于中旋转区域的低旋转区域；

（4）：转速高于低负荷区域、中负荷区域、高负荷中旋转区域以及高负荷低旋转区域的高旋转区域。

此处，令低旋转区域、中旋转区域以及高旋转区域分别为在将发动机1的全运行区域沿转速方向大致三等分为低旋转区域、中旋转区域以及高旋转区域时的低旋转区域、中旋转区域以及高旋转区域即可。运行区域映射图702中，令低于转速N1为低旋转、转速N2以上为高旋转、转速N1以上且低于N2为中旋转。

也可以是令转速N1为例如1200rpm左右，转速N2为例如4000rpm左右。另，转速N1以及转速N2在运行区域映射图700以及运行区域映射图702各自之中可以相同，也可以不同。

运行区域映射图702中，发动机1以燃料消耗率的改善以及排气性能的改善为主要目的，在低负荷区域（1）－1、中负荷区域（1）－2以及高负荷中旋转区域（2）内进行SPCCI燃烧。在发动机1以低负荷运行时以及在发动机1以高负荷运行时进行SPCCI燃烧的具体情况与运行区域映射图701有所不同。发动机1还在其他的区域、具体而言在高负荷低旋转区域（3）以及高旋转区域（4）内进行火花点火的燃烧。以下，参见图21所示的燃料喷射时期以及点火时期详细说明各区域内发动机1的运行。

（低负荷区域（1）－1）

在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，发动机1进行SPCCI燃烧。

图21的符号601示出了发动机1在低负荷区域（1）－1内以符号601的运行状态运行时的燃料喷射时期（符号6011、6012）和点火时期（符号6013）以及燃烧波形（即，示出与曲轴角相对的放热率的变化的波形，符号6014）各自的一个例子。

为了改善发动机1的燃料消耗性能，EGR系统55、在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时向燃烧室17中导入EGR气体。具体而言，在排气上死点附近，通过设定使进气门21以及排气门22两者开阀的正重叠期间，将从燃烧室17中排出至进气道18以及排气道19的废气的一部分向燃烧室17中再次导入。由于向燃烧室17中导入较热的已燃气体，因此能使燃烧室17中的温度升高，有利于SPCCI燃烧的稳定化。

在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，在燃烧室17中形成有具有规定的强度的涡流（参见图14的（b））。发动机1在低负荷区域（1）－1内运行时的涡流比大约为2，在小于4的范围、例如1.5～3的范围内进行调节。另，也可以是形成涡流比在4以上的较强的涡流。

涡流在燃烧室17的外周部较强，在中央部变弱。将涡流控制阀（SCV）56控制为关闭侧的规定的开度而非全闭。如前所述，进气道18是滚流气道，因此在燃烧室17中形成有具有滚流成分与涡流成分的斜涡流。

在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，混合气的空燃比（A/F）在整个燃烧室17中稀于理论空燃比。即，整个燃烧室17中混合气的空气过剩率λ超过1。更详尽地，整个燃烧室17中混合气的A/F为30以上。藉此，能够抑制RawNOx的产生，从而能改善排气性能。

EGR系统55在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时根据需要向燃烧室17中导入EGR气体。例如，通过设定正重叠期间来导入内部EGR气体。

在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，混合气在燃烧室17内的中央部与外周部之间分层化。燃烧室17内的中央部是配置有火花塞25的部分，外周部是与汽缸11的缸套相接的中央部周围的部分。也可以是将燃烧室17内的中央部定义为涡流较弱的部分，将外周部定义为涡流较强的部分。

中央部的混合气的燃料浓度浓于外周部的燃料浓度。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。

在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，喷射器6基本上在压缩行程中将燃料分多次向燃烧室17中喷射。藉由燃料的分段喷射与燃烧室17中的涡流，混合气在燃烧室17的中央部与外周部分层化。

燃料喷射结束后，在压缩上死点前的规定的正时，火花塞25对燃烧室17中央部的混合气进行点火（参见符号6013）。中央部的混合气燃料浓度相对较高，因此改善了点火性且使藉由火焰传播的SI燃烧稳定化。通过使SI燃烧稳定化，从而使CI燃烧在恰当的正时开始。在SPCCI燃烧中，改善了CI燃烧的控制性。其结果是，发动机1在低负荷区域（1）－1内运行时，能兼得抑制燃烧噪声的产生与通过缩短燃烧期间改善燃料消耗性能两者。

如上，在低负荷区域（1）－1内，发动机1以稀于理论空燃比的混合气进行SPCCI燃烧，因此可将低负荷区域（1）－1称为“SPCCI稀区域”。

（中负荷区域（1）－2）

在发动机1于中负荷区域（1）－2内运行时也与在低负荷区域（1）－1内同样地，发动机1进行SPCCI燃烧。中负荷区域（1）－2与运行区域映射图701中的中负荷区域（B）对应。

图21的符号602示出了发动机1在中负荷区域（1）－2内以符号602的运行状态运行时的燃料喷射时期（符号6021、6022）和点火时期（符号6023）以及燃烧波形（符号6024）各自的一个例子。

EGR系统55在发动机1的运行状态处于中负荷区域（1）－2时向燃烧室17中导入EGR气体。具体而言，与低负荷区域（1）－1同样地，在排气上死点附近通过设定使进气门21及排气门22两者开阀的正重叠期间，将从燃烧室17中排出至进气道18以及排气道19的废气的一部分向燃烧室17中再次导入。即，将内部EGR气体向燃烧室17中导入。又，在中负荷区域（1）－2内，将通过EGR冷却器53冷却的废气经由EGR通路52向燃烧室17中导入。即，将与内部EGR气体相比温度较低的外部EGR气体向燃烧室17中导入。在中负荷区域（1）－2内，通过将内部EGR气体和/或外部EGR气体导入燃烧室17中，能够将燃烧室17中的温度调节至适当的温度。

在发动机1于中负荷区域（1）－2内运行时也与在低负荷区域（1）－1内同样地，燃烧室17中形成有涡流比在2左右的具有规定的强度的涡流。涡流控制阀（SCV）56处于关闭侧的规定的开度而非全闭。藉由形成涡流，能将残留在腔室31内部的残留气体从腔室31中驱除。其结果是，能使火花塞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。藉此，如前所述只要让整个燃烧室17的总体（total）G/F在18以上50以下，就能使SPCCI燃烧稳定化。

又，藉由形成涡流，燃烧室17内的湍流能量升高，因此在发动机1于中负荷区域（1）－2内运行时，SI燃烧的火焰快速地传播并使SI燃烧稳定化。通过稳定SI燃烧使CI燃烧的控制性升高。通过使SPCCI燃烧中CI燃烧的正时适当化，能够抑制燃烧噪声的产生且谋求燃料消耗性能的改善。又，能够抑制循环期间内转矩的不均。

在发动机1于中负荷区域（1）－2内运行时，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）。三元催化器净化从燃烧室17排出的排气，从而发动机1的排气性能变好。混合气的A/F能落在三元催化器的净化区间之内即可。因此，混合气的空气过剩率λ为1.0±0.2即可。

在发动机1于中负荷区域（1）－2内运行时，喷射器6进行进气行程中的燃料喷射（符号6021）与压缩行程中的燃料喷射（符号6022）。通过在进气行程中进行第一喷射6021，能够使燃料大致均等地分布在燃烧室17中。通过在压缩行程中进行第二喷射6022，能够藉由燃料的气化潜热来降低燃烧室17中的温度。能够防止包含第一喷射6021所喷射的燃料在内的混合气过早点火。另，在中负荷区域（1）－2内，尤其是在发动机为负荷较低的运行状态时，也可省略第二喷射6022。

通过喷射器6进行进气行程中的第一喷射6021与压缩行程中的第二喷射6022，从而在燃烧室17中作为整体形成有空气过剩率λ为1.0±0.2的混合气。由于混合气的燃料浓度为大致均质，因此能够谋求通过降低未燃损失来改善燃料消耗率以及通过避免烟的产生来改善排气性能。空气过剩率λ理想的是在1.0～1.2。又，整个燃烧室17的总体G/F为18以上50以下，火花塞25附近的SI部的G/F为14～22。

在压缩上死点前的规定的正时，藉由火花塞25对混合气点火（符号6023），混合气通过火焰传播进行燃烧。通过火焰传播的燃烧开始后，未燃混合气在目标正时自动点火，进行CI燃烧。后段喷射所喷射的燃料主要进行SI燃烧。前段喷射所喷射的燃料主要进行CI燃烧。通过令整个燃烧室17的总体G/F在18以上50以下、令火花塞25附近的SI部的G/F为14～22，能够使SPCCI燃烧稳定化。

因此，在中负荷区域（1）－2内，发动机1以理论空燃比的混合气进行SPCCI燃烧，所以可将中负荷区域（1）－2称为“SPCCIλ＝1区域”。

此处，如图7C所示，关闭增压机44的区域（参见S/C OFF）为低负荷区域（1）－1的一部分以及中负荷区域（1）－2的一部分。具体而言，在低负荷区域（1）－1中的低旋转侧的区域内，关闭增压机44。在低负荷区域（1）－1中高旋转侧的区域内，为了应对发动机1转速的升高并确保所需的进气填充量，打开增压机44并增大增压压力。又，在中负荷区域（1）－2中的低负荷低旋转侧的区域内，关闭增压机44，在中负荷区域（1）－2中的高负荷侧的区域内，为了燃料喷射量的增大并确保所需的进气填充量，打开增压机44，在高旋转侧的区域内，为了应对发动机1转速的升高并确保所需的进气填充量，打开增压机44。

另，在高负荷中旋转区域（2）、高负荷低旋转区域（3）以及高旋转区域（4）的各区域中，在其整个区域内均打开增压机44。

（高负荷中旋转区域（2））

在发动机1于高负荷中旋转区域（2）内运行时也与在低负荷区域（1）－1以及中负荷区域（1）－2内同样地，发动机1进行SPCCI燃烧。

图21的符号603示出了发动机1在高负荷中旋转区域（2）内以符号603的运行状态运行时的燃料喷射时期（符号6031、6032）和点火时期（符号6033）以及燃烧波形（符号6034）各自的一个例子。又，图21的符号604示出了转速高于符号603的运行状态时燃料喷射时期（符号6041）和点火时期（符号6042）以及燃烧波形（符号6043）各自的一个例子。

EGR系统55在发动机1的运行状态处于高负荷中旋转区域（2）时向燃烧室17中导入EGR气体（例如外部EGR气体）。发动机1随着负荷增高而减少EGR气体的量。也可以是在全开负荷时令EGR气体为0。

又，在发动机1于高负荷中旋转区域（2）内运行时也与在低负荷区域（1）－1内同样地，燃烧室17中形成有涡流比小于4的具有规定的强度的涡流。也可以是形成涡流比在4以上的较强的涡流。将涡流控制阀（SCV）56控制为关闭侧的规定的开度而非全闭。

在发动机1于高负荷中旋转区域（2）内运行时，在整个燃烧室17中混合气的空燃比（A/F）为理论空燃比或是浓于理论空燃比（即，混合气的空气过剩率λ为λ≦1）。

在发动机1于高负荷中旋转区域（2）中的低旋转侧运行时，喷射器6在进气行程中喷射燃料（符号6031）且在压缩行程的末期喷射燃料（符号6032）。压缩行程的末期也可以是将压缩行程三等分为初期、中期以及末期时的末期。

于进气行程开始的前段喷射6031也可以是在进气行程的前半期开始燃料喷射。进气行程的前半期可以是将进气行程二等分为前半期与后半期时的前半期。具体而言，前段喷射可以在上死点前280°CA处开始燃料喷射。

在将前段喷射6031的喷射开始设为进气行程的前半期时，燃料喷雾碰到腔室31的开口缘部，从而一部分燃料进入燃烧室17的挤流区域171，剩余的燃料进入腔室31内的区域，图示省略。涡流在燃烧室17的外周部较强，在中央部变弱。因此，进入挤流区域171的一部分燃料进入涡流，进入腔室31内的区域的剩余的燃料进入涡流的内侧。进入涡流的燃料在从进气行程至压缩行程的期间内留在涡流中，并在燃烧室17的外周部形成CI燃烧用的混合气。进入涡流的内侧的燃料也在从进气行程至压缩行程的期间内留在涡流的内侧，并在燃烧室17中央部形成SI燃烧用的混合气。

在发动机1于高负荷中旋转区域（2）内运行时，配置有火花塞25的中央部的混合气理想的是空气过剩率在1以下，而外周部的混合气空气过剩率λ在1以下，理想的是小于1。也可以是中央部的混合气的空燃比（A/F）为例如13以上，理论空燃比为（14.7）以下。也可以是中央部的混合气的空燃比稀于理论空燃比。又，也可以是外周部的混合气的空燃比为例如11以上理论空燃比以下，理想的是11以上12以下。在使燃烧室17外周部的空气过剩率λ小于1时，由于外周部混合气中的燃料量增多，因此能够藉由燃料的气化潜热使温度降低。也可以是整个燃烧室17的混合气的空燃比为12.5以上理论空燃比以下，理想的是12.5以上13以下。

令压缩行程的末期为将压缩行程三等分为初期、中期及末期时的末期即可。在压缩行程的末期进行的后段喷射6032可以在例如上死点前10°CA处开始燃料喷射。通过在上死点稍前处进行后段喷射，能藉由燃料的气化潜热降低燃烧室内的温度。前段喷射6031所喷射的燃料在压缩行程期间进行低温氧化反应，并在上死点前转变至高温氧化反应，而通过在上死点稍前处进行后段喷射6032使燃烧室内的温度降低，能够抑制从低温氧化反应向高温氧化反应的转变，从而能抑制过早点火的产生。另，作为一个示例，前段喷射的喷射量与后段喷射的喷射量的比例可以是95：5。

火花塞25在压缩上死点附近对燃烧室17中央部的混合气点火（符号6033）。火花塞25在例如压缩上死点之后进行点火。由于火花塞25配置于燃烧室17中央部，因此通过火花塞25的点火，中央部的混合气藉由火焰传播开始SI燃烧。

在高负荷区域内，燃料喷射量增多且燃烧室17的温度也升高，因此处于容易提前开始CI燃烧的状况。换言之，在高负荷区域内容易产生混合气的过早点火。然而，如前所述，燃烧室17外周部的温度因燃料的气化潜热而下降，所以能够避免在对混合气火花点火之后立即开始CI燃烧。

如前所述，在火花塞25对中央部的混合气点火时，SI燃烧因高湍流能量而燃烧速度加快且稳定化，SI燃烧的火焰顺着燃烧室17内的涡流向周方向传播。然后，在燃烧室17外周部的周方向上的规定的位置，未燃混合气自动点火，开始CI燃烧。

该SPCCI燃烧的概念中，通过在燃烧室17中使混合气分层化和在燃烧室17中使涡流产生，能够到CI燃烧的开始为止充分地进行SI燃烧。其结果是，能抑制燃烧噪声的产生，且燃烧温度不会过高从而抑制NOx的生成。又，能够抑制循环期间内的转矩的不均。

又，由于外周部的温度较低，因此CI燃烧较缓，能够抑制燃烧噪声的产生。此外，CI燃烧的燃烧期间变短，所以能谋求高负荷区域内转矩的改善以及热效率的改善。因此，该发动机1通过在负荷较高的区域内进行SPCCI燃烧，能够在避免燃烧噪声的同时改善燃料消耗性能。

在发动机1于高负荷中旋转区域（2）中的高旋转侧运行时，喷射器6在进气行程开始燃料喷射（符号6041）。

于进气行程开始的前段喷射6041也可以是与前述同样地，在进气行程的前半期开始燃料喷射。具体而言，前段喷射6041可以在上死点前280°CA处开始燃料喷射。有时前段喷射的结束会超过进气行程而变为在压缩行程中。通过将前段喷射6041的喷射开始设为进气行程的前半期，能够在燃烧室17外周部形成CI燃烧用的混合气且在燃烧室17中央部形成SI燃烧用的混合气。配置有火花塞25的中央部的混合气与前述同样地，理想的是空气过剩率λ在1以下，而外周部的混合气空气过剩率λ在1以下，理想的是小于1。也可以是中央部的混合气的空燃比（A/F）为例如13以上理论空燃比（14.7）以下。也可以是中央部的混合气的空燃比稀于理论空燃比。又，也可以是外周部的混合气的空燃比为例如11以上理论空燃比以下，理想的是11以上12以下。也可以是整个燃烧室17的混合气的空燃比为12.5以上理论空燃比以下，理想的是12.5以上13以下。

在发动机1的转速升高时，前段喷射6041所喷射的燃料的反应的时间变短。因此，能够省略用于抑制混合气的氧化反应的后段喷射。

火花塞25在压缩上死点附近对燃烧室17中央部的混合气点火（符号6042）。火花塞25在例如压缩上死点之后进行点火。

如前所述，通过使混合气分层化，能够在高负荷中旋转区域（2）内抑制燃烧噪声且使SPCCI燃烧稳定化。

如上，在高负荷中旋转区域（2）内，发动机1以理论空燃比或浓于理论空燃比的混合气进行SPCCI燃烧，因此可将高负荷中旋转区域（2）称为“SPCCIλ≦1区域”。

（高负荷低旋转区域（3））

在发动机1于高负荷低旋转区域（3）内运行时，发动机1进行SI燃烧而非SPCCI燃烧。高负荷低旋转区域（3）与运行区域映射图701中的第一高负荷区域（C1）对应。

图21的符号605示出了发动机1在高负荷低旋转区域（3）内以符号605的运行状态运行时的燃料喷射时期（符号6051、6052）和点火时期（符号6053）以及燃烧波形（符号6054）各自的一个例子。

EGR系统55在发动机1的运行状态处于高负荷低旋转区域（3）时向燃烧室17中导入EGR气体。发动机1随着负荷增高而减少EGR气体的量。在全开负荷时令EGR气体为0即可。

在发动机1于高负荷低旋转区域（3）内运行时，混合气的空燃比（A/F）在整个燃烧室17中为理论空燃比（A/F≒14.7）。混合气的A/F能落在三元催化器的净化区间之内即可。因此，混合气的空气过剩率λ为1.0±0.2即可。通过将混合气的空燃比变为理论空燃比，在高负荷低旋转区域（3）内燃料消耗性能得以改善。另，也可以是在发动机1于高负荷低旋转区域（3）内运行时，使整个燃烧室17的混合气的燃料浓度在空气过剩率λ中1以下且在高负荷中旋转区域（2）中的空气过剩率λ以上，理想的是大于高负荷中旋转区域（2）中的空气过剩率λ。

运行区域映射图702中，在发动机1于高负荷低旋转区域（3）内运行时，喷射器6在进气行程中与从压缩行程末期至膨胀行程初期的延迟期间各自的正时，向燃烧室17内喷射燃料（符号6051、6052）。通过分两次喷射燃料，能使延迟期间内喷射的燃料量减少。通过在进气行程中喷射燃料（符号6051），能够充分确保混合气的形成时间。又，通过在延迟期间喷射燃料（符号6052），能够在即将点火前增强燃烧室17中的流动，有利于SI燃烧的稳定化。

火花塞25在燃料的喷射后于压缩上死点附近的正时，对混合气进行点火（符号6053）。也可以是火花塞25在例如压缩上死点后进行点火。混合气在膨胀行程中进行SI燃烧。由于SI燃烧开始于膨胀行程中，因此CI燃烧不开始。

也可以是喷射器6为了避免过早点火，在发动机1的转速越低时越使燃料喷射的时期滞后。有时，延迟期间内的燃料喷射会在膨胀行程中结束。

发动机1在高负荷低旋转区域（3）内运行时使涡流较在高负荷中旋转区域（2）内运行时变弱。在高负荷低旋转区域（3）内运行时，涡流控制阀（SCV）56的开度比在高负荷中旋转区域（2）内运行时更大。涡流控制阀56的开度为例如50%左右（即半开）即可。

喷射器6的喷孔的轴的位置相对火花塞25向周方向偏离。从喷孔喷射出的燃料通过燃烧室17中的涡流向周方向。通过涡流能够将燃料快速地向火花塞25的附近输送。燃料能够在向火花塞25的附近输送的期间内进行气化。

另一方面，如果涡流过强则燃料会被冲向周方向并远离火花塞25的附近，从而无法向火花塞25的附近快速地输送燃料。因此，发动机1在高负荷低旋转区域（3）内运行时使涡流较在高负荷中旋转区域（2）内运行时变弱。藉此，能够向火花塞25的附近快速地输送燃料，因此能谋求混合气的点火性的改善以及SI燃烧的稳定化。

在高负荷低旋转区域（3）内，发动机1在从压缩行程末期至膨胀行程初期为止的延迟期间内喷射燃料并进行SI燃烧，因此可将高负荷低旋转区域（3）称为“延迟－SI区域”。

（高旋转区域（4））

若发动机1的转速较高，则曲轴角变化1°所需要的时间变短。因此，在例如高负荷区域中的高旋转区域内，如前所述难以在燃烧室17内进行混合气的分层化。若发动机1的转速升高，则难以进行前述的SPCCI燃烧。

因此，在发动机1于高旋转区域（4）内运行时，发动机1进行SI燃烧而非SPCCI燃烧。另，高旋转区域（4）从低负荷至高负荷在负荷方向的整个区域上展开。

图21的符号606示出了发动机1在高旋转区域（4）内以符号606的运行状态运行时的燃料喷射时期（符号6061）和点火时期（符号6062）以及燃烧波形（符号6063）各自的一个例子。

EGR系统55在发动机1的运行状态处于高旋转区域（4）时向燃烧室17中导入EGR气体。发动机1随着负荷增高而减少EGR气体的量。在全开负荷时令EGR气体为0即可。

发动机1在高旋转区域（4）内运行时使涡流控制阀（SCV）56全开。燃烧室17内无涡流产生而仅有滚流产生。通过使涡流控制阀56全开，能在高旋转区域（4）内提高填充效率且能降低泵气损失。

在发动机1于高旋转区域（4）内运行时，混合气的空燃比（A/F）基本上在整个燃烧室17中为理论空燃比（A/F＝14.7）。混合气的空气过剩率λ为1.0±0.2即可。另，也可以是在高旋转区域（4）内的包括全开负荷在内的高负荷区域内，使混合气的空气过剩率λ小于1。

在发动机1于高旋转区域（4）内运行时，喷射器6在进气行程开始燃料喷射（参见符号6061）。喷射器6将燃料一次性地喷射。通过在进气行程中开始燃料喷射，能够在燃烧室17中形成均质或大致均质的混合气。又，在发动机1的转速较高时，能够尽可能长地确保燃料的气化时间，因此能谋求未燃损失的降低以及煤烟产生的抑制。

火花塞25在燃料的喷射结束后于压缩上死点前的恰当的正时，对混合气进行点火（参见符号6062）。

因此，在高旋转区域（4）内，发动机1于进气行程开始燃料喷射并进行SI燃烧，所以可将高旋转区域（4）称为“进气－SI区域”。

在采用运行区域映射图702的发动机1中，理想的是也与采用运行区域映射图700的发动机1同样地，进行SI率的调节。即，如图11所示，在进行SPCCI燃烧的低负荷区域（1）－1、中负荷区域（1）－2以及高负荷中旋转区域（2）的不进行增压的区域内，随着发动机1的转速升高使SI率线性增高。藉此，在高旋转区域内也能以将可能会成为问题的NVH维持在容许值以下的状态稳定地进行SPCCI燃烧。

又，在采用运行区域映射图702的发动机1中也与采用运行区域映射图700的发动机1同样地，通过第一至第四手段以及后段喷射率的变更，能够在高旋转时增高SI率。

（相对于在运行区域映射图的第三构成例中的转速方向的发动机的运行控制）

图18下图的波形132示出了在图7C的运行区域映射图702中进行SPCCI燃烧的区域（尤其是，SPCCIλ＞1区域以及SPCCIλ＝1区域）内，发动机1的转速与涡流控制阀56的开度的关系。图18的下图中的双点划线示出了图18的上图的波形131。如前所述，在运行区域映射图702的SPCCI区域内，无论发动机1转速高低如何，均使涡流控制阀56的开度处于关闭侧。这一点与到转速超过N4为止一直使涡流控制阀56处于全开的波形131有所不同。在SPCCIλ＞1区域以及SPCCIλ＝1区域内，涡流比可以是例如1.5到3左右。此时涡流控制阀56的开度可以是25～40%左右。由于在燃烧室17内形成涡流，从而使SPCCI燃烧中的SI燃烧变快，因此SI率比未形成涡流时增高。

图22示出了在图7C的运行区域映射图702的SPCCI区域中，发动机1的转速的高低与后段喷射率的关系（波形113）。在图22的上图中，双点划线示出了图11的波形111。如前所述，通过在燃烧室17内形成涡流，使SI率相对增高，因此能将后段喷射率设定为相对较低。在后段喷射率较低时，喷射的燃料量比前段喷射增多，因此能确保燃料的气化时间较长。减少未燃混合气、煤烟等的产生有利于改善发动机1的排气排放性能。另，运行区域映射图702中，发动机1的转速与SI率的关系也遵循图11所示关系。

在波形113中也与前述同样地，在发动机1的转速超过N3时，增高后段喷射率以使SPCCI燃烧的SI率增高。后段喷射率随着发动机1的转速增高而增高。另，也可以是从高于N3的转速开始使后段喷射率增高。波形113的例子中，随着发动机1的转速增高使后段喷射率按规定的变化率连续地增高。与之不同地，也可以是随着发动机1的转速增高使后段喷射率呈阶梯状地（即不连续地）增高。SPCCI燃烧中的SI率增高从而能抑制SPCCI燃烧产生的燃烧噪声，所以在发动机1的转速较高时能够将NVH抑制在容许值以下。

虽然后段喷射率随着发动机1的转速增高而增高，但是由于最开始的后段喷射率较低，因此后段喷射率即使在转速N2下也不会超过上限值。即，通过在燃烧室17内形成涡流，在进行SPCCI燃烧的运行区域的最高转速域（图22中的转速N2附近的区域）内，也能够使后段喷射率在发动机的转速较高时比较低时增高。

另，图示省略地，也可以是在发动机1的转速为规定转速N3以下时，不使后段喷射量的变化率为0，而是随着发动机1的转速增高使后段喷射率增大。在这种情况下，理想的是使发动机1的转速为规定转速N3以下时的变化率小于超过规定转速N3时的变化率。

又，也可以是如图22的上图中点划线所例示，在发动机1的负荷增高时，使开始后段喷射率的增大的转速N3向高旋转侧偏移。藉此，维持较低的后段喷射率的范围向高旋转侧扩大。在后段喷射率较低时，SPCCI燃烧中的CI燃烧增大，因此有利于燃料消耗率的改善。

另，与图22上图的例子不同，也可以是如图22下图的波形114中点划线所示，使示出发动机1的转速与后段喷射率的关系的直线的斜率在发动机1的负荷增高时比负荷较低时趋缓。

图23示出了在图7C的运行区域映射图702的SPCCI区域中，发动机1的转速的高低与后段喷射时期的关系。图23上图的波形123与图17上图的波形121对应。图23的双点划线示出了图17的波形121的一部分。

在波形123中也有在发动机1的转速超过规定转速N3时，随着发动机1的转速增高使后段喷射的喷射正时按规定的变化率提前。能够在发动机1的转速较高时抑制SPCCI燃烧的燃烧噪声。另，也可以是从高于N3的转速开始使后段喷射的喷射正时提前。

图示省略地，也可以是在发动机1的转速为规定转速N3以下时，不使后段喷射的喷射正时的变化率为0，而是随着发动机1的转速增高使后段喷射的喷射正时提前。在这种情况下，也可以是使发动机1的转速为规定转速N3以下时的变化率小于超过规定转速N3时的变化率。

若在燃烧室17内不形成涡流，则在后段喷射的喷射正时提前时，由喷射引起的燃烧室17中的流动会在点火正时变弱，而若在燃烧室17内形成涡流，则即使提前后段喷射的喷射正时，也能确保在点火正时的燃烧室17中的流动较强。即，通过在燃烧室17内形成涡流，消除了后段喷射的提前界限，能够如波形123所示地使后段喷射的喷射正时随着发动机1的转速增高而提前。通过在燃烧室17内形成涡流，在进行SPCCI燃烧的运行区域的最高转速域（图22中的转速N2附近的区域）内，也能够在发动机的转速较高时比较低时使后段喷射的正时提前。

在提前后段喷射时期时，能确保燃料的气化时间与之相应地增长，从而能够减少未燃混合气、煤烟等的产生。尤其是，如图22所示，随着发动机1的转速增高使后段喷射的喷射量增大，因此提前后段喷射时期有利于确保后段喷射的燃料的气化时间较长。减少未燃混合气、煤烟等的产生，能够改善发动机的排气排放性能。

也可以是，如图22的上图中点划线所例示，在负荷增高时使开始喷射正时的提前的转速N3向高旋转侧偏移。藉此，后段喷射的喷射正时较迟的范围向高旋转侧扩大。

另，与图23上图的例子不同，也可以是如图23下图的波形124中点划线所示，使示出发动机1的转速与后段喷射的喷射正时的关系的直线的斜率在发动机1的负荷较高时比负荷较低时趋缓。

（燃烧波形）

图24及图25中例示了采用运行区域映射图702的发动机1的各运行状态中的燃烧波形。图24是与图7C所示运行区域映射图702对应的简化图。燃烧波形示出了与曲轴角的变化相对的放热率的变化。W1～W12与图24所示的各运行状态对应。即，该运行区域映射图704中，在包含怠速运行在内且向低旋转以及中旋转的区域扩大的低负荷区域内进行SPCCI燃烧。该区域与运行区域映射图702中的低负荷区域（1）－1相当。但是，图24的运行区域映射图704中的该区域是非增压的区域。

又，图24的运行区域映射图704中，在较低负荷区域负荷高的中负荷区域以及负荷更高的高负荷区域的中旋转区域内进行SPCCI燃烧。该区域与运行区域映射图702中的中负荷区域（1）－2以及高负荷区域的中旋转区域（2）相当。图24的运行区域映射图704中的该区域是进行增压的区域。

此外，图24的运行区域映射图中，在高负荷区域内较中旋转区域转速低的低旋转区域是进行延迟SI燃烧的区域。该区域与运行区域映射图702中的高负荷区域的低旋转区域（3）相当。

而且，在图24的运行区域映射图704中，高旋转区域是在进气行程中进行燃料喷射并进行SI燃烧的区域。该区域与运行区域映射图702中的高旋转区域（4）相当。

图24的运行区域映射图中也如图11～12或图21、24所示，在进行SPCCI燃烧的区域内，根据发动机1的转速变化变更后段喷射率和/或后段喷射的喷射正时。图11～12或图21、24的转速N1、N2与图14的转速N1、N2对应。在进行SPCCI燃烧的区域内，SI率随着发动机1的转速增高而线性增高（参照图14）。通过增高SI率，将SPCCI燃烧的燃烧噪声抑制在较低，因此在发动机1的转速较高时能将NVH抑制在容许值以下。

如前所述，在进行SPCCI燃烧的区域内随着发动机1的转速升高而增高SI率。若比较W2、W7、W10的波形，则SI燃烧的峰值按W2、W7、W10的顺序依次升高。其结果是，CI燃烧的峰值按W2、W7、W10的顺序依次减小。藉此，能够随着发动机1的转速升高而抑制燃烧噪声的产生。另，在进行SPCCI燃烧的区域内，在负荷低于W2、W7、W10的W3、W8、W11以及W4、W9、W12中也呈现相同的倾向。

（其他实施形态）

另，ECU10所进行的发动机1的控制不限于基于前述燃烧模型的控制。例如，在前述发动机1的内部EGR系统中，内部EGR气体率的变更是通过负重叠期间的变更来进行的，但也可以是通过在进气行程中打开排气门的控制来进行。

第三、第四手段不只限于补足第一、第二手段。根据规格不同，也可以有别于第一、第二手段独立地使用。即，第一至第四手段可任意组合。又，第一至第四手段与后段喷射率的变更也可任意组合。

又，也可以是发动机1不在高旋转的区域进行SI燃烧，而是在转速区域的整个区域进行SPCCI燃烧。此外，也可以使发动机1在全运行区域进行SPCCI燃烧。

又，此处公开的技术不限于应用于前述结构的发动机1。发动机1的结构可以采用各种不同的结构。

Claims (19)

1.一种压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，具备：

发动机，所述发动机形成为在燃烧室中使混合气燃烧的结构；

火花塞，所述火花塞形成为面朝所述燃烧室中配设且对所述燃烧室中的混合气点火的结构；

外部EGR系统，所述外部EGR系统形成为安装于所述发动机且通过从排出所述燃烧室中产生的已燃气体的排气通路经由使气体流入所述燃烧室的进气通路向所述燃烧室中导入所述已燃气体的结构；以及

控制器，所述控制器形成为与所述火花塞及所述外部EGR系统分别连接且通过向所述火花塞以及所述外部EGR系统分别输出控制信号从而运行所述发动机的结构；

所述控制器以通过所述火花塞的点火混合气进行经由火焰传播进行的SI燃烧，而后，进行所述燃烧室中的未燃混合气藉由自动点火而燃烧的规定形态的燃烧的形式，在规定的点火正时向所述火花塞输出控制信号；

所述控制器以在所述发动机的转速比较低时高时使作为所述燃烧室中的混合气中所包含的所述已燃气体的量的比例的外部EGR率降低的形式，向所述外部EGR系统输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

还具备进气流动控制装置，所述进气流动控制装置形成为安装于所述发动机且变更向所述燃烧室中导入的气体的流动的结构；

所述控制器在所述发动机的转速比较低时高时，向所述外部EGR系统输出控制信号以降低所述外部EGR率，且向所述进气流动控制装置输出控制信号以增强所述气体的流动。

3.根据权利要求1或2所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器在所述发动机的转速比较低时高时，向所述外部EGR系统输出控制信号以降低所述外部EGR率，且向所述火花塞输出控制信号以使点火正时提前。

4.根据权利要求1或2所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器在所述发动机的转速超过预先设定的降低开始转速时，向所述外部EGR系统输出控制信号以开始所述外部EGR率的降低。

5.根据权利要求1或2所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

还具备：

增压系统，所述增压系统形成为安装于所述发动机且对向所述燃烧室中导入的气体增压的结构；以及

内部EGR系统，所述内部EGR系统形成为设置于所述发动机且变更作为所述燃烧室中的混合气所包含的内部EGR气体的量的比例的内部EGR率的结构；

所述控制器以在处于较规定负荷高负荷的第一区域时使所述增压系统进行增压，在处于所述规定负荷以下的第二区域时使所述增压系统不进行增压的形式，向所述增压系统输出控制信号；

所述控制器至少于所述第一区域，在所述发动机的转速比较低时高时向所述外部EGR系统输出控制信号以降低所述外部EGR率，且于所述第二区域，在所述发动机的转速比较低时高时向所述内部EGR系统输出控制信号以增高所述内部EGR率。

6.根据权利要求1或2所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述火花塞以面朝所述燃烧室的上部的中央部位的形式配置；

还具备内部EGR系统，所述内部EGR系统形成为设置于所述发动机且变更作为所述燃烧室中的混合气所包含的内部EGR气体的量的比例的内部EGR率的结构；

在进行所述规定形态的燃烧时，所述燃烧室中形成有涡流；

所述控制器在所述发动机的转速比较低时高时向所述内部EGR系统输出控制信号以增高所述内部EGR率。

7.根据权利要求5所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

通过重叠进气门的开阀期间与排气门的开阀期间向所述燃烧室中导入所述内部EGR气体。

8.根据权利要求7所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器在所述发动机的转速超过预先设定的降低开始转速时向所述外部EGR系统输出控制信号以开始所述外部EGR率的降低，且相对所述发动机的负荷的变化使所述外部EGR率的降低率保持为大致一定。

9.一种压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，具备：

发动机，所述发动机形成为在燃烧室中使混合气点火的结构；

喷射器，所述喷射器形成为安装于所述发动机且向所述燃烧室中喷射燃料的结构；

火花塞，所述火花塞形成为面朝所述燃烧室中配设且对所述燃烧室中的混合气点火的结构；以及

控制器，所述控制器形成为与所述喷射器及所述火花塞分别连接且通过向所述喷射器及所述火花塞分别输出控制信号从而运行所述发动机的结构；

在所述火花塞对所述混合气点火使混合气经由火焰传播进行的SI燃烧开始之后，未燃混合气通过自动点火进行燃烧；

所述控制器以在所述发动机高旋转运行时较低旋转运行时使燃料喷射正时提前的形式，向所述喷射器输出控制信号，使SI率低于100%且使所述SI率在所述发动机的转速较高时比转速较低时高，所述SI率是与受到点火的混合气通过火焰传播进行燃烧时产生的热量相对所述燃烧室中的混合气燃烧时产生的全热量的比例相关的指标。

10.根据权利要求9所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器以进行前段喷射与较所述前段喷射正时稍迟的后段喷射的形式，向所述喷射器输出控制信号；

所述控制器以在所述发动机高旋转运行时较低旋转运行时使所述后段喷射的喷射正时提前的形式，向所述喷射器输出控制信号。

11.根据权利要求10所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器以根据所述发动机的转速的变化使所述后段喷射的喷射正时按规定的变化率提前的形式，向所述喷射器输出控制信号；

所述控制器使所述发动机的转速较高时的所述变化率高于所述发动机的转速较低时的所述变化率。

12.根据权利要求11所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器以在所述发动机的转速于规定转速以下时，即使所述转速变化也使所述后段喷射的喷射正时为一定的形式，向所述喷射器输出控制信号；

所述控制器以在所述发动机的转速超过所述规定转速时，随着所述发动机的转速增高使所述后段喷射的喷射正时提前的形式，向所述喷射器输出控制信号。

13.根据权利要求12所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器以使所述后段喷射的喷射正时不超过预先规定的提前界限的形式向所述喷射器输出控制信号。

14.根据权利要求13所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备进气流动控制装置，所述进气流动控制装置形成为安装于所述发动机且调节向所述燃烧室中导入的进气流动的结构；

所述控制器以在所述后段喷射的喷射正时为所述提前界限时使所述进气流动增强的形式向所述进气流动控制装置输出控制信号。

15.根据权利要求14所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器以所述发动机的转速越高则使所述进气流动越强的形式向所述进气流动控制装置输出控制信号。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

形成所述燃烧室的一部分的活塞具有腔室，所述腔室从所述活塞的上表面凹陷且朝向所述喷射器；

所述前段喷射在压缩行程中向所述腔室外的挤流区域内喷射所述燃料，所述后段喷射向所述腔室内喷射所述燃料。

17.根据权利要求9所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备检测所述燃烧室中的压力的压力指示传感器；

所述控制器基于所述发动机的运行状态设定目标SI率，且接收所述压力指示传感器的检测信号，且基于混合气的燃烧带来的压力波形计算所述SI率，且以在计算得到的所述SI率与所述目标SI率有偏差时使所述SI率接近所述目标SI率的形式调节所述SI率。

18.根据权利要求9至15、17中任一项所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备使所述燃烧室中产生涡流的涡流产生部；

所述控制器以无论所述发动机的转速高低如何均使所述燃烧室中产生涡流的形式向所述涡流产生部输出控制信号。

19.根据权利要求18所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器以在所述火花塞对所述混合气点火使燃烧开始之后，在未燃混合气通过自动点火进行燃烧的运行区域的至少最高转速域内，使燃料喷射正时在高旋转时比低旋转时提前的形式向所述喷射器输出控制信号。

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