CN109424458A - 预混合压缩着火式发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种预混合压缩着火式发动机的控制装置，在预混合压缩着火式发动机中将燃烧噪声抑制在容许值以下，并进行伴随着压缩着火的燃烧。预混合压缩着火式发动机的控制装置在处于SPCCI燃烧的第一燃烧模式时，相比于燃烧室中央部，使外周部的混合气的燃料量增多，在外周部产生涡流，对中央部的混合气点火。又，在处于仅SI燃烧的第二燃烧模式时，在进气行程中开始燃料喷射，使涡流比第一燃烧模式时弱，在压缩上死点以前对混合气点火。发动机处于高负荷区域且发动机转速在规定转速以下时选择第一燃烧模式。发动机处于高负荷区域且发动机转速高于规定转速时选择第二燃烧模式。

Description

预混合压缩着火式发动机的控制装置

技术领域

此处公开的技术涉及预混合压缩着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使燃烧室内的混合气通过压缩着火进行燃烧的发动机。该发动机在比所述规定区域的负荷高的区域以及比所述规定区域的转速高的区域内，通过火花点火使混合气燃烧。该发动机还在所述规定区域内，也通过使火花塞在压缩上死点附近进行火花点火来促进混合气的压缩着火。

专利文献2中记载了在高负荷区域内使燃烧室内的混合气通过压缩着火进行燃烧的发动机。该发动机在高负荷区域内的高旋转区域内，在形成CI燃烧用混合气的前段喷射与后段喷射之间，进行用于辅助着火的少量燃料喷射。用于辅助着火而喷射的燃料在火花塞的附近形成较浓的混合气。通过使火花塞对浓混合气进行点火并形成火焰，从而使通过前段喷射形成的混合气压缩着火，而且，与该压缩着火同时进行的后段喷射所形成的混合气也在之后压缩着火。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1 ：日本特许第4082292号公报；

专利文献2 ：日本特许第5447435号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，压缩着火的燃烧会发出相对较大的燃烧噪声。例如，发动机在如包括全开负荷那样的高负荷区域内运行时，若进行压缩着火的燃烧，则有时燃烧噪声会超过容许值。

此处公开的技术鉴于相关点而形成，其目的在于，在预混合压缩着火式发动机中将燃烧噪声抑制在容许值以下，并进行伴随着压缩着火的燃烧。

解决问题的手段：

本申请发明人们想到将SI（Spark Ignition；火花点火）燃烧和CI（CompressionIgnition；压缩着火）燃烧进行组合的燃烧形态。SI燃烧是通过对燃烧室中的混合气进行强制点火从而开始的伴随着火焰传播的燃烧。CI燃烧是通过燃烧室中的混合气进行压缩自动着火从而开始的燃烧。将SI燃烧和CI燃烧进行组合的燃烧形态是如下形态：对燃烧室中的混合气进行强制点火，火焰传播的燃烧开始时，因SI燃烧的发热及火焰传播所带来的压力上升，燃烧室中的未燃混合气通过压缩着火而燃烧。该燃烧形态以下称为SPCCI（SparkControlled Compression Ignition；火花点火控制压缩着火）燃烧。

压缩着火的燃烧若在压缩开始前的燃烧室中的温度不均，则压缩着火的正时发生较大变化。SPCCI燃烧中，通过调节SI燃烧的发热量，能吸收压缩开始前的燃烧室中的温度不均。根据压缩开始前的燃烧室中的温度，若例如通过点火正时的调节来调节SI燃烧的开始正时，则能控制压缩着火的正时。SPCCI燃烧能通过SI燃烧控制CI燃烧。

由于火焰传播的SI燃烧的压力上升较CI燃烧缓和，所以SPCCI燃烧能抑制燃烧噪声的产生。又，由于CI燃烧较SI燃烧而言燃烧期间缩短，所以SPCCI燃烧有利于燃料消耗率的改善。

发动机在高负荷区域内运行时，燃料喷射量增加，且燃烧室内的温度也升高，所以即便进行SPCCI燃烧，也恐会与SI燃烧的开始一同发生CI燃烧。SPCCI燃烧中，若未充分进行SI燃烧，则燃烧噪声增大、或燃烧温度过高而生成NOx。

因此，本申请发明人们在发动机于高负荷区域内运行时，将燃烧室内的混合气分层化，由此在SPCCI燃烧中进行充分的SI燃烧。

又，若发动机转速较高，则曲轴转角变化1°所需的时间变短。由于喷射燃料后到形成混合气为止的时间也变短，因此难以进行前述的混合气的分层化。发动机在高负荷区域内的高旋转区域内运行时，难以进行前述的SPCCI燃烧。

因此，此处公开的技术在高负荷区域内的低旋转区域内将燃烧室内的混合气分层化并进行SPCCI燃烧，另在高旋转区域内，使燃烧室内的混合气为均质或为大致均质并进行SI燃烧。

具体而言，此处公开的技术有关于预混合压缩着火式发动机的控制装置，该装置具备：设置有燃烧室的发动机；配置于所述燃烧室中央部的火花塞；面对所述燃烧室内配置的燃料喷射阀；通过来自向所述燃烧室内开口的进气道的进气流入，在所述燃烧室内的所述中央部的周围即外周部产生圆周方向的涡流的涡流产生部；以及与所述火花塞、所述燃料喷射阀及所述涡流产生部连接，分别向所述火花塞、所述燃料喷射阀及所述涡流产生部输出控制信号的控制器。

而且，所述控制器具备：判定所述发动机的运行区域的运行区域判定部；以及在所述燃烧室内形成的混合气开始火焰传播的SI燃烧后，选择第一燃烧模式和第二燃烧模式的任一方的燃烧模式选择部，所述第一燃烧模式为未燃混合气进行压缩着火的CI燃烧，所述第二燃烧模式为仅进行火焰传播的SI燃烧；所述燃烧模式选择部选择所述第一燃烧模式时，以所述燃烧室的所述外周部的混合气的燃料浓度浓于所述燃烧室的所述中央部的混合气的燃料浓度的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号以使所述外周部的混合气的燃料量多于所述中央部的混合气的燃料量，且向所述涡流产生部输出控制信号以使所述外周部产生涡流，并且，向所述火花塞输出控制信号以对所述中央部的混合气点火；所述燃烧模式选择部选择所述第二燃烧模式时，以在整个所述燃烧室形成混合气的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号以在进气行程中开始燃料喷射，且向所述涡流产生部输出控制信号以使所述涡流比选择所述第一燃烧模式时弱，并且，向所述火花塞输出控制信号以在压缩上死点以前对混合气点火。

又，所述运行区域判定部判定处于发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域，且处于发动机转速在规定转速以下的第一旋转区域时，所述燃烧模式选择部选择所述第一燃烧模式；所述运行区域判定部判定处于发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域，且处于发动机转速高于所述规定转速的第二旋转区域时，所述燃烧模式选择部选择所述第二燃烧模式。

在此，“发动机”是燃烧室重复进气行程、压缩行程、膨胀行程及排气行程从而运行的四冲程发动机即可。又，“高负荷区域”在根据发动机的转速及负荷来定的运行区域内，例如可以是包括全开负荷的高负荷区域。此外，“第二旋转区域”可以是将发动机的全运行区域分为低旋转区域及高旋转区域时的高旋转区域，也可以是将发动机的全运行区域分为低旋转区域、中旋转区域及高旋转区域时的高旋转区域。“第一旋转区域”可以是将发动机的全运行区域分为低旋转区域及高旋转区域时的低旋转区域，也可以是将发动机的全运行区域分为低旋转区域、中旋转区域及高旋转区域时的中旋转区域、或低旋转区域、或低旋转及中旋转区域。

根据该结构，发动机在预先设定的高负荷区域内的第一旋转区域内运行时，燃烧室的外周部的混合气的燃料浓度浓于中央部的混合气的燃料浓度，且外周部的混合气的燃料量多于中央部的混合气的燃料量。例如也可以在压缩行程期间进行多次燃料喷射。燃烧室的外周部通过燃料的气化潜热而温度降低。另，这里所说的混合气的燃料浓度及燃料量是点火时的燃料浓度及燃料量。

由于火花塞配置于燃烧室中央部，所以火花塞对燃烧室中央部的混合气点火。借由火花塞的点火，混合气开始火焰传播的SI燃烧。

借由SI燃烧的发热及压力上升，燃烧室的外周部的未燃混合气通过压缩着火进行燃烧。因外周部的温度降低，所以能避免点火后立刻开始CI燃烧。到开始CI燃烧为止，SI燃烧得以进行充分。其结果为，能抑制燃烧噪声的产生，并不使燃烧温度过高进而也抑制NOx的生成。

由于外周部的温度较低，所以CI燃烧变缓和，能抑制燃烧噪声的产生。又，因CI燃烧而燃烧期间较短，所以可谋求高负荷区域内转矩的改善及热效率的改善。该发动机能在高负荷区域内避免燃烧噪声并改善燃料消耗性能。

发动机在转速高于第一旋转区域的第二旋转区域内运行时，使燃料的喷射在进气行程中开始。由于燃料的喷射开始较早，所以可形成均质或大致均质的混合气。通过在转速较高的第二旋转区域内尽可能长地确保燃料的气化时间，能谋求未燃损失的降低，并能抑制煤烟的产生。

又，在第二旋转区域内运行时，发动机借由在压缩上死点以前进行的火花塞的点火，使混合气进行火焰传播的SI燃烧。通过使均质混合气进行SI燃烧，高负荷区域内的第二旋转区域内转矩升高。

燃烧室内产生规定强度的涡流，即比较而言较强的涡流时，燃烧室的外周部形成强涡流。另一方面，虽然中央部的涡流相对变弱，但借由中央部与外周部的边界处的速度斜面引起的涡流，中央部的湍流能量变高。

另，燃烧室中央部及外周部也可以定义为，外周部是涡流较强的部分，燃烧室中央部是涡流较弱的部分。

火花塞对中央部的混合气点火时，SI燃烧因较高的湍流能量而稳定化，且燃烧速度提高。

SI燃烧的火焰乘着燃烧室内的强涡流而在周向传播。而且，在燃烧室的外周部的规定的周向位置，混合气的温度及压力升高，未燃混合气进行压缩着火，开始CI燃烧。进行SPCCI燃烧时，通过产生强涡流，SI燃烧稳定化，且CI燃烧适当化。又，能抑制行程间的转矩的不均。

在发动机进行SI燃烧的高负荷区域的第二旋转区域内，由于转速相对较高，所以必须在短时间内将大量的空气导入燃烧室内。若在发动机转速较高时增强涡流，则泵气损失会增大。在第二旋转区域内运行时，通过使涡流比第一旋转区域内的涡流弱，能确保进气填充量，且通过泵气损失的降低还改善燃料消耗性能。另，第二旋转区域内也可以不产生涡流。

所述预混合压缩着火式发动机中，也可以是，所述进气道由对一个所述燃烧室分别开口的第一进气道和第二进气道构成，所述第一进气道连接第一进气通路，所述第二进气道连接第二进气通路；所述涡流产生部配设于所述第二进气通路，且具有对所述第二进气通路进行节流的涡流控制阀；所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第一旋转区域时，以使所述涡流控制阀的开度小于判定所述发动机的运行区域处于所述第二旋转区域时的开度的形式，向所述涡流控制阀输出控制信号。

由此，在高负荷区域内的第一旋转区域内，通过使涡流控制阀对第二进气通路进行节流，能在燃烧室内产生强涡流。另一方面，在高负荷区域内的第二旋转区域内，由于不对第二进气通路进行节流，从而能使涡流变弱，或不产生涡流。

也可以是，所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第一旋转区域时，以如下形式向所述燃料喷射阀输出控制信号：使在所述外周部形成CI燃烧用混合气的第一喷射在从进气行程到压缩行程的前半期的期间进行的同时，使在所述中央部形成SI燃烧用混合气的第二喷射在压缩行程的期间进行。

在此，压缩行程的“前半期”及“后半期”是将压缩行程期间二等分为前半期和后半期时的前半期及后半期即可。

由此，能在燃烧室内中央部和外周部使混合气分层化。

也可以是，所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第一旋转区域时以及判定处于所述第二旋转区域时，以整个所述燃烧室的混合气的燃料浓度在空气过剩率λ为1以下的形式向所述燃料喷射阀输出控制信号。

在第一旋转区域及第二旋转区域内，通过使燃烧室整体的混合气的空气过剩率λ在1以下，能确保高负荷区域内充足的转矩，并能获得有渐强的转矩感。

也可以是，所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第二旋转区域时，以进行燃料喷射的曲轴转角期间相对于判定为处于所述第一旋转区域时进行燃料喷射的曲轴转角期间变长的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号。

此处公开的预混合压缩着火式发动机的控制装置具备：设置有燃烧室的发动机；配置于所述燃烧室中央部的火花塞；面对所述燃烧室内配置的燃料喷射阀；在所述燃烧室内使第一进气道和第二进气道开口，所述第一进气道连接第一进气通路，所述第二进气道连接第二进气通路，所述第二进气通路上配置有对该第二进气通路节流从而在所述燃烧室内的所述中央部的周围即外周部产生圆周方向的涡流的涡流控制阀；以及与所述火花塞、所述燃料喷射阀及所述涡流控制阀连接，分别向所述火花塞、所述燃料喷射阀及所述涡流控制阀输出控制信号的控制器。

而且，所述控制器具备：判定所述发动机的运行区域的运行区域判定部；以及在所述燃烧室内形成的混合气在开始火焰传播的SI燃烧后，选择第一燃烧模式和第二燃烧模式的任一方的燃烧模式选择部，所述第一燃烧模式为未燃混合气进行压缩着火的CI燃烧，所述第二燃烧模式为仅进行火焰传播的SI燃烧；所述运行区域判定部判定处于发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域，且处于发动机转速在规定转速以下的第一旋转区域时，所述燃烧模式选择部选择所述第一燃烧模式，所述运行区域判定部判定处于发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域，且处于发动机转速高于所述规定转速的第二旋转区域时，所述燃烧模式选择部选择所述第二燃烧模式。

又，处于选择所述第一燃烧模式的所述第一旋转区域时，以使在所述外周部形成CI燃烧用混合气的第一喷射在从进气行程到压缩行程的前半期的期间范围内进行，并使在所述中央部形成SI燃烧用混合气的第二喷射在压缩行程的期间范围内进行的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号，以对所述第二进气通路进行节流的形式向所述涡流控制阀输出控制信号，且以对所述中央部的混合气点火的形式向所述火花塞输出控制信号；处于选择所述第二燃烧模式的所述第二旋转区域时，以使在整个所述燃烧室形成SI燃烧用混合气的燃料喷射在从进气行程到压缩行程的期间范围内进行的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号，以所述第二进气通路的节流量相对于处于所述第一旋转区域时变少的形式向所述涡流控制阀输出控制信号，且以在压缩上死点以前对混合气点火的形式向所述火花塞输出控制信号。

也可以是，所述发动机的几何压缩比为13以上20以下。

由于SPCCI燃烧通过SI燃烧控制CI燃烧，所以无需为了使混合气压缩着火而实现较高的压缩端温度。因此，能降低发动机的几何压缩比。通过降低几何压缩比、降低压缩端温度，从而有利于冷却损失的降低，并也有利于机械损失的降低。发动机的燃料消耗性能得以改善。

也可以是，所述规定负荷是燃烧压力为900kPa的发动机负荷，且所述高负荷区域是所述燃烧压力为900kPa以上的区域。

发明效果：

如以上说明，根据前述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，能在高负荷区域内抑制SPCCI燃烧的燃烧噪声。

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统的结构的俯视图；

图4是例示发动机的控制装置的结构的框图；

图5是例示发动机的运行区域映射图的图；

图6是例示各运行区域内的燃料喷射时期及点火时期、燃烧波形的图；

图7是例示用于涡流比检测的台架试验装置的图；

图8是例示次级通路的开口比率与涡流比的关系的图；

图9是例示在高负荷中旋转区域内进行第一喷射时的燃烧室的状态和进行第二喷射时的燃烧室的状态的图；

图10是例示高负荷中旋转区域内的、燃烧室内的混合气分布的图；

图11是例示高负荷中旋转区域内的燃烧概念的图；

图12是在高负荷中旋转区域内对变更涡流控制阀的开度时的燃烧波形进行比较的图；

图13是例示在高负荷低旋转区域内进行燃料喷射时的燃烧室的状态的图；

图14是例示发动机的控制程序的流程图；

图15是例示不同于图6的各运行区域内的燃料喷射时期及点火时期、燃烧波形的图；

图16是例示在图15的高负荷中旋转区域内进行燃料喷射时的燃烧室的状态的图；

图17是例示发动机的控制装置的结构的框图；

图18是示出发动机运行区域与燃烧模式的关系的表；

图19是例示发动机的控制程序的流程图；

附图说明：

1　 发动机；

8　 运行区域判定部；

9　 燃烧模式选择部；

10　 ECU（控制器）；

17　 燃烧室；

171　 挤流区域；

25　 火花塞；

3　 活塞；

31　 腔；

401　 初级通路（第一进气通路）；

402　 次级通路（第二进气通路）；

56　 涡流控制阀（涡流产生部）；

6　 喷射器（燃料喷射阀）。

具体实施方式

以下，基于附图对预混合压缩着火式发动机的控制装置的实施形态进行详细说明。以下的说明为发动机的控制装置的一例。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，图2的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统的结构的图。另，图1中的进气侧为纸面左侧，排气侧为纸面右侧。图2及图3中的进气侧为纸面右侧，排气侧为纸面左侧。图4是例示发动机的控制装置的结构的框图。

发动机1是燃烧室17重复进气行程、压缩行程、膨胀行程及排气行程从而运行的四冲程发动机。发动机1搭载于四轮汽车。通过运行发动机1来行驶汽车。发动机1的燃料在本结构例中为汽油。燃料也可以是包含生物乙醇等的汽油。发动机1的燃料只要是至少包含汽油的液体燃料，则任意燃料皆可。

（发动机的结构）

发动机1具备汽缸体12和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中仅示出一个汽缸11。发动机1为多缸发动机。

各汽缸11内滑动自如地内插有活塞3。活塞3通过连杆（Connecting Rod）14连接曲轴15。活塞3与汽缸11及汽缸盖13一起区划燃烧室17。另，“燃烧室”不限于活塞3到达压缩上死点时的空间的意味。“燃烧室”一词有时取广义。即，“燃烧室”有时也意味着，无论活塞3的位置如何，由活塞3、汽缸11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的下图所示，由倾斜面1311和倾斜面1312构成。倾斜面1311是从进气侧朝向后述的喷射器6的喷射轴心X2的上升斜面。倾斜面1312是从排气侧朝向喷射轴心X2的上升斜面。燃烧室17的顶面是所谓的屋脊形状。

活塞3的上表面向燃烧室17的顶面隆起。活塞3的上表面形成有腔腔31。腔腔31从活塞3的上表面凹陷。腔31朝向后述的喷射器6。

腔31的中心相对汽缸11的中心轴X1而向排气侧偏离。腔31的中心与喷射器6的喷射轴心X2一致。腔31具有凸部311。凸部311设置在喷射器6的喷射轴心X2上。凸部311呈大致圆锥状。凸部311从腔31的底部向着燃烧室17的顶面而向上延伸。

腔31还具有设置于凸部311周围的凹陷部312。凹陷部312以围环绕凸部311全周的形式进行设置。腔31具有相对喷射轴心X2对称的形状。

凹陷部312的周侧面从腔31的底面向着腔31的开口而相对喷射轴心X2倾斜。腔31的内径从腔31的底部向着腔31的开口逐渐扩大。

另，燃烧室17的形状不限于图2所例示的形状。例如腔31的形状、活塞3的上表面的形状及燃烧室17的顶面的形状等可适当变更。例如，腔31也可以是相对于汽缸11中心轴X1对称的形状。倾斜面1311和倾斜面1312也可以是相对于汽缸11中心轴X1对称的形状。又，也可以在腔31中，在面对后述的火花塞25处设置底比凹陷部312浅的浅底部。

发动机1的几何压缩比设定为13以上20以下。如后所述，发动机1在一部分的运行区域内，进行将SI燃烧和CI燃烧组合起来的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧利用SI燃烧的发热和压力上升来进行CI燃烧。该发动机1无需为了混合气的自着火而提高活塞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，但其几何压缩比设定为相对较低。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。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，高辛烷值规格（燃料的辛烷值为96左右）下为15～18。

汽缸盖13上，每个汽缸11上形成有进气道18。进气道18如图3所示具有第一进气道181及第二进气道182这样两个进气道。第一进气道181及第二进气道182沿曲轴15的轴向、即发动机1的前-后方向排列。进气道18连通燃烧室17。虽省略详图，但进气道18是所谓的滚流气道（Tumble port）。即，进气道18具有使燃烧室17之中形成滚流的形状。

进气道18上配设有进气门21。进气门21在燃烧室17与进气道18之间进行开闭。进气门21通过动阀机构而在规定的正时进行开闭。该动阀机构是使气门正时和/或气门升程可变的可变动阀机构即可。本结构例中，如图4所示，可变动阀机构具有进气电动S-VT（Sequential-Valve Timing）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。由此，进气门21的开阀时期及闭阀时期连续变化。另，也可以是，进气门21的动阀机构具有代替电动S-VT的液压式的S-VT。

汽缸盖13上，每个汽缸11上还形成有排气道19。排气道19如图3所示，也具有第一排气道191及第二排气道192这样两个排气道。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在燃烧室17与排气道19之间开闭。排气门22通过动阀机构而在规定的正时开闭。该动阀机构是使气门正时和/或气门升程可变的可变动阀机构即可。本结构例中，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的变更的结构。由此，排气门22的开阀时期及闭阀时期连续变化。另，也可以是，排气门22的动阀机构具有代替电动S-VT的液压式的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。由此，将较热的已燃气体关入燃烧室17中。即，将内部EGR（Exhaust Gas Recirculation；排气再循环系统）气体导入燃烧室17中。又，通过调节重叠期间的长度而对燃烧室17中的残留气体进行扫气。

汽缸盖13上，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在进气侧的倾斜面1311和排气侧的倾斜面1312交叉而成的屋脊的谷部，面对燃烧室17内地配设。喷射器6如图2所示，其喷射轴心配设为与汽缸11中心轴X1平行。喷射器6的喷射轴心X2偏离中心轴X1。喷射器6的喷射轴心与腔31的凸部311的位置一致。喷射器6与腔31相向。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，优选为喷射器6的喷射轴心与腔31的凸部311的位置一致。

喷射器6由具有多个喷口的多喷口型的燃料喷射阀构成，详图省略。喷射器6如图2中的双点划线所示，以使燃料喷雾从燃烧室17中央呈放射状扩散且从燃烧室17的顶部斜向下扩散的形式喷射燃料。喷射器6在本结构例中具有十个喷孔，喷孔在周向上以等角度进行配置。喷孔的轴如图2的上图所示，相对后述火花塞25在周向上错开位置。即，火花塞25被相邻的两个喷孔的轴夹着。由此，避免从喷射器6喷射出的燃料的喷雾直接碰到火花塞25而将电极濡湿。

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相连结的燃料供给路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。燃料泵65在本结构例中是由曲轴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的喷口喷射至燃烧室17中。燃料供给系统61形成为能向喷射器6供给30MPa以上的高压力的燃料的结构。燃料供给系统61的最高燃料压力例如可以在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。

汽缸盖13上，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。火花塞25在本结构例中，也如图2所示，配设于隔着汽缸11的中心轴X1的进气侧。火花塞25邻接喷射器6。火花塞25位于两个进气道18之间。火花塞25从上方向下方朝靠近燃烧室17中央的方向倾斜地安装于汽缸盖13。火花塞25的电极面对燃烧室17中且位于燃烧室17的顶面附近。

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。比缓冲罐42靠近下游的进气通路40构成为向每个汽缸11分叉的独立通路。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形成为通过调节阀的开度来调节向燃烧室17中的新气的导入量的结构。

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形成为对导入至燃烧室17的气体增压的结构。本结构例中，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也可以是例如鲁兹式（Roots-type）。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还可以是利斯霍姆式（Lysholm-type）、叶片式（Vane-type）或离心式。

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之间时而从发动机1向增压机44传递驱动力，时而切断驱动力的传递。如后所述，ECU10切换电磁离合器45的切断及连接，由此增压机44在打开和关闭之间切换。该发动机1形成为能在增压机44对导入至燃烧室17的气体增压、和增压机44不对导入至燃烧室17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例如构成为水冷式即可。

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的下游部相连接。旁通通路47上配设有空气旁通阀48。空气旁通阀48调节流通于旁通通路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。由此，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），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。通过调节空气旁通阀48的开度能调节逆流量，因此能调节向燃烧室17导入的气体的增压压力。本结构例中，由增压机44和旁通通路47和空气旁通阀48构成增压系统49。

发动机1具有在燃烧室17内产生涡流的涡流产生部。涡流产生部如图3所示，是安装于进气通路40的涡流控制阀56。涡流控制阀56配设在连接第一进气道181的初级通路401与连接第二进气道182的次级通路402内的次级通路402上。涡流控制阀56是能对次级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内，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内的涡流变弱。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（也参照图2的反白箭头）。

另，涡流产生部也可以是，代替在进气通路40上安装涡流控制阀56或是除安装涡流控制阀56外，还采用能错开两个进气门21的开阀期间而仅从一方进气门21向燃烧室17中导入进气的结构。通过仅使两个进气门21内的一方进气门21开阀，从而向燃烧室17中不均等地导入进气，因此能在燃烧室17中产生涡流。此外，涡流产生部也可以形成为通过对进气道18的形状进行特别设计从而在燃烧室17中产生涡流的结构。

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是流通从燃烧室17排出的排气的通路。排气通路50的上游部分构成为向每个汽缸11分叉的独立通路，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上配设有具有多个催化转换器的排气净化系统。上游的催化转换器省略图示，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（GasolineParticulate Filter；汽油机颗粒捕集器）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，排气净化系统不限于图示例子的结构。

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。

EGR通路52上配设有水冷式的EGR冷却器53。EGR冷却器53形成为冷却已燃气体的结构。EGR通路52上还配设有EGR阀54。EGR阀54形成为对流通于EGR通路52的已燃气体的流量进行调节的结构。通过调节EGR阀54的开度，能调节经冷却的已燃气体，即外部EGR气体的回流量。

本结构例中，EGR系统55由包括EGR通路52及EGR阀54所构成的外部EGR系统、和包括前述进气电动S-VT23及排气电动S-VT24所构成的内部EGR系统构成。。

压缩自动着火式发动机的控制装置具备用于运行发动机1的ECU（Engine ControlUnit；Engine Control Unit）10。ECU10是以公知的微型计算机为基础的控制器，如图4所示，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；随机存取存储器）、ROM（Read Only Memory；只读存储器）构成且储存程序及数据的存储器102；以及进行电信号的输入输出的输入输出总线103。ECU10为控制部的一例。

ECU10上如图1及图4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、且检测流通于进气通路40的新气的流量的空气流量传感器SW1及检测新气的温度的第一进气温度传感器SW2；配置于比进气通路40上的EGR通路52的连接位置靠近下游且配置于增压机44的上游、检测流入增压机44的气体的压力的第一压力传感器SW3；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、检测从增压机44流出的气体的温度的第二进气温度传感器SW4；安装于缓冲罐42、且检测增压机44下游的气体的压力的第二压力传感器SW5；与各汽缸11对应地安装于汽缸盖13、且检测各燃烧室17内的压力的压力指示传感器SW6；配置于排气通路50、且检测从燃烧室17排出的排气的温度的排气温度传感器SW7；配置于比排气通路50上的上游的催化转换器靠近上游处、且检测排气中的氧浓度的线性O₂传感器（Linear O₂Sensor）SW8；配置于上游的催化转换器上的三元催化器511下游、且检测排气中的氧浓度的λO₂传感器（Lambda O₂ Sensor）SW9；安装于发动机1且检测冷却水的温度的水温传感器SW10；安装于发动机1且检测曲轴15的旋转角的曲轴转角传感器SW11；安装于加速踏板机构且检测与加速踏板的操作量对应的加速器开度的加速器开度传感器SW12；安装于发动机1且检测进气凸轮轴的旋转角的进气凸轮角传感器SW13；安装于发动机1且检测排气凸轮轴的旋转角的排气凸轮角传感器SW14；配置于EGR通路52且检测EGR阀54的上游及下游的压差的EGR压差传感器SW15；以及，安装于燃料供给系统61的共轨64上且检测向喷射器6供给的燃料的压力的燃压传感器SW16。

ECU10基于这些检测信号判断发动机1的运行状态并计算各装置的控制量。ECU10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输出与计算得到的控制量相关的控制信号。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的前后压差来调节空气旁通阀48的开度，以此调节增压压力。又，ECU10基于从EGR压差传感器SW15的检测信号得到的EGR阀54的前后压差来调节EGR阀54的开度，以此对导入燃烧室17中的外部EGR气体量进行调节。通过ECU10的发动机1的控制由后详述。

（发动机的运行区域）

图5例示发动机1的运行区域映射图501、502。发动机1的运行区域映射图501、502由负荷及转速而定，对负荷的高低及转速的高低分为五个区域。具体而言，五个区域为：包含怠速运行且展现为低旋转及中旋转的区域的低负荷区域（1）-1、比低负荷区域的负荷高且展现为低旋转及中旋转的区域的中负荷区域（1）-2、比中负荷区域（1）-2的负荷高的区域且包括全开负荷的高负荷区域的中旋转区域（2）、在高负荷区域内比中旋转区域（2）的转速低的低旋转区域（3）、以及比低负荷区域（1）-1、中负荷区域（1）-2、高负荷中旋转区域（2）及高负荷低旋转区域（3）的转速高的高旋转区域（4）。在此，低旋转区域、中旋转区域及高旋转区域分别为将发动机1的全运行区域在转速方向上大致三等分为低旋转区域、中旋转区域及高旋转区域时的低旋转区域、中旋转区域及高旋转区域即可。图5的例中，小于转速N1为低旋转，转速N2以上为高旋转，转速N1以上且小于N2为中旋转。转速N1例如为1200rpm左右，转速N2例如为4000rpm左右亦可。又，高负荷中旋转区域（2）也可以是燃烧压力为900kPa以上的区域。图5中，为便于理解，将发动机1的运行区域映射图501、502分为两部分绘出。映射图501示出各区域内混合气的状态及燃烧形态、增压机44的驱动区域及非驱动区域。映射图502示出各区域内涡流控制阀56的开度。另，图5中的双点划线示出发动机1的道路-负荷线（Road-Load Line；R-L LINE）。

发动机1以燃料消耗率的改善及排出气体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及高负荷中旋转区域（2）内进行压缩自动着火的燃烧。发动机1还在其他区域，具体而言，在高负荷低旋转区域（3）及高旋转区域（4），进行火花点火的燃烧。以下，参照图6所示的燃料喷射时期及点火时期详细说明各区域内的发动机1的运行。

（低负荷区域（1）-1）

发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，发动机1如前所述进行CI燃烧。自动着火的燃烧在压缩开始前的燃烧室17中的温度不均时，自动着火的正时发生较大变化。因此，发动机1在低负荷区域（1）-1内进行将SI燃烧和CI燃烧组合起来的SPCCI燃烧。

图6的符号601示出发动机1在低负荷区域（1）-1内以运行状态601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，示出针对曲轴转角的放热率的变化的波形，符号6014）各自的一个例子。

PCCI燃烧是指：火花塞25对燃烧室17中的混合气进行强制点火，从而混合气因火焰传播而进行SI燃烧，并由于SI燃烧的发热使燃烧室17中的温度变高且火焰传播使燃烧室17中的压力上升，因而未燃混合气进行自动着火的CI燃烧。

通过调节SI燃烧的发热量，能吸收压缩开始前的燃烧室17中的温度的不均。即便压缩开始前的燃烧室17中的温度不均，若例如通过调节点火正时来调节SI燃烧的开始正时，则也能控制自动着火的正时。

进行SPCCI燃烧时，火花塞25在压缩上死点附近的规定正时对混合气点火，由此开始火焰传播的燃烧。SI燃烧时的放热较CI燃烧时的放热平缓。从而，放热率的波形上升的斜率相对变小。虽未图示，但燃烧室17中的压力变动（dp/dθ）也是SI燃烧时较CI燃烧时平缓。

燃烧室17中的温度及压力因SI燃烧而升高时，未燃混合气自动着火。在图6的例中，在自动着火的正时，放热率的波形的斜率由小向大变化。即，放热率的波形在CI燃烧开始的正时具有拐点。

CI燃烧开始后，SI燃烧与CI燃烧并行。CI燃烧的放热大于SI燃烧，因此放热率相对增大。但由于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CI燃烧导致的放热率的波形的斜率变得过大。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燃烧有利于发动机1的燃料消耗性能的改善。

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。

又，在发动机1于低负荷区域（1）-1内运行时，在燃烧室17中形成有强涡流。涡流在燃烧室17的外周部较强，在中央部较弱。涡流控制阀（SCV）56为全闭或为关闭侧的规定的开度。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和涡流成分的斜涡流。

发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，涡流比为4以上。在此，若对涡流比进行定义，则“涡流比”为，对每个气门升程检测进气流横方向角速度并积分而得的值除以发动机角速度得到的值。进气流横方向角速度可基于使用图7所示的台架试验装置的检测求出。即，同图所示的装置构成为：将汽缸盖13上下翻转设置于基台，进气道18连接图示外的进气供给装置，另一方面在该汽缸盖13上设置汽缸36，且其上端连接具有蜂窝状转子37的脉冲积算器（Impulse meter）38。使脉冲积算器38的下表面位于距离汽缸盖13与汽缸体的接合面1.75D（另，D为汽缸缸径）的位置。可以通过脉冲积算器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方向角速度，所述涡流是根据进气供给而在汽缸36内产生的涡流（参见图7的箭头）。

图8示出该发动机1中涡流控制阀56的开度与涡流比的关系。图8以相对次级通路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，次级通路402的开口比率为0%，在涡流控制阀56的开度增大时，次级通路402的开口比率大于0%。在涡流控制阀56处于全开时，次级通路402的开口比率为100%。如图8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。发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，涡流比可为4以上6以下。涡流控制阀56的开度可在开口比率为0～15%的范围内调节。

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。更详细而言，整个燃烧室17中，混合气的A/F为30以上。由此能抑制RawNOx的产生，从而能改善排出气体性能。

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，外周部是中央部周围并与汽缸11的缸套相接的部分。也可以将燃烧室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。另，空燃比的值是点火时空燃比的值，以下的说明同样如此。

发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，喷射器6基本上分别在进气行程中和压缩行程中将燃料向燃烧室17中喷射（符号6011、6012）。进气行程中喷射的燃料在直到点火时期为止的期间，向整个燃烧室17中扩散。进气行程中喷射的燃料形成中央部及外周部的混合气。压缩行程中喷射的燃料由于到点火时期为止的时间较短而几乎未扩散，通过涡流向燃烧室17中央部的火花塞25的附近输送。压缩行程中喷射的燃料与进气行程中喷射的燃料的一部分共同形成中央部的混合气。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（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，并使火焰传播的SI燃烧稳定化。通过使SI燃烧稳定化，从而使CI燃烧在适当的正时开始。在SPCCI燃烧中改善CI燃烧的控制性。其结果为，发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，能兼顾燃烧噪声的产生的抑制、和燃烧期间的缩短带来的燃料消耗性能的改善。

发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时的燃料的喷射时期及喷射次数根据发动机1的负荷的高低进行变更。具体而言，发动机1的负荷较低时，压缩行程中的燃料喷射的次数增加，燃料喷射的结束时期滞后。即，发动机1的负荷较低时，压缩行程中进行的燃料喷射的分段数增加，并使最后的燃料喷射时期滞后。发动机1的负荷较低时向燃烧室17内供给的燃料量减少，而通过增加压缩行程中进行的燃料喷射的分段数并使最后的燃料喷射时期滞后，从而抑制压缩行程中喷射的燃料扩散。其结果为，形成于燃烧室17中央部的、燃料浓度相对较高的混合气层的大小变小。

又，发动机1的负荷较高时，减少压缩行程中的燃料喷射的次数并使喷射时期提前。作为将燃料喷射的时期提前的结果，也可不进行压缩行程中的燃料喷射而在进气行程中分段喷射燃料。也可以在发动机1的负荷较高时，在进气行程中进行一次性喷射。若发动机1的负荷变高，则向燃烧室17内供给的燃料量增加且燃料喷射的时期提前，由此，燃料变得易扩散。其结果为，形成于燃烧室17中央部的、燃料浓度相对较高的混合气层的大小变大。

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，发动机1进行SPCCI燃烧。

图6的符号602示出发动机1在中负荷区域（1）-2内以运行状态602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。

又，发动机1在中负荷区域（1）-2内运行时也与低负荷区域（1）-1同样，在燃烧室17中形成有涡流比为4以上的强涡流。涡流控制阀（SCV）56为全闭或为关闭侧的规定的开度。通过使涡流变强从而燃烧室17内的湍流能量变高，所以发动机1在中负荷区域（1）-2内运行时，SI燃烧的火焰快速传播并使SI燃烧稳定化。通过使SI燃烧稳定，CI燃烧的控制性提高。通过使SPCCI燃烧中的CI燃烧的正时适当化，能抑制燃烧噪声的产生，并谋求燃料消耗性能的改善。又，能抑制行程间的转矩的不均。

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排出的排出气体，从而发动机1的排出气体性能变好。混合气的A/F可收敛于三元催化器的净化区间内。从而，混合气的空气过剩率λ为1.0±0.2即可。

发动机1在中负荷区域（1）-2内运行时，喷射器6分前段喷射（即第一喷射，符号6021）和后段喷射（即第二喷射，符号6022）两次向燃烧室17中喷射燃料。前段喷射在远离点火正时的正时喷射燃料，后段喷射在接近点火正时的正时喷射燃料。也可以是前段喷射例如在压缩行程的前半期进行，后段喷射在例如压缩行程的后半期进行。压缩行程的前半期及后半期分别是将压缩行程与曲轴角度相关地二等分时的前半期及后半期即可。也可以是前段喷射例如在压缩上死点前100°CA处开始，后段喷射例如在压缩上死点前70°CA处开始。

喷射器6具有喷口轴相对于汽缸11的中心轴（即筒轴）X1倾斜的多个喷口，从燃烧室17的中央部向径向外方呈放射状喷射燃料。由于喷射器6在压缩行程的前半期的期间内进行前段喷射时，活塞3从上死点远离，所以喷射的燃料喷雾到达向上死点上升的活塞3的上表面且腔31之外。腔31之外的区域形成挤流区域171（参照图2）。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，在挤流区域171内形成混合气。

由于喷射器6在压缩行程的后半期进行后段喷射时，活塞3接近上死点，所以喷射的燃料喷雾进入腔31中。后段喷射所喷射的燃料在腔31之内的区域形成混合气。在此，“腔31之内的区域”可表示从将腔31的开口投影在燃烧室17的脊部上的投影面至腔31的开口为止的区域与腔31中的区域相结合的区域。腔31之内的区域也可以是燃烧室17中挤流区域171以外的区域。

随着通过后段喷射向腔31中喷射燃料，在腔31之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，会随着压缩行程的推进而衰减。然而，由于后段喷射的喷射正时比前段喷射接近点火正时，所以火花塞25能在腔31中的湍流能量较高的状态下对腔31之内的区域的混合气点火。由此，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SI燃烧对CI燃烧的控制性升高。

喷射器6进行前段喷射和后段喷射，从而在燃烧室17中整体形成有空气过剩率λ为1.0±0.2的、大致均质的混合气。由于混合气为大致均质，因此能谋求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煤烟带来的排出气体性能的改善。空气过剩率λ优选为1.0～1.2。

在压缩上死点前的规定的正时，借由火花塞25对混合气点火（符号6023），混合气通过火焰传播进行燃烧。火焰传播的燃烧开始后，未燃混合气自动着火，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。在压缩行程中进行前段喷射时，能防止前段喷射所喷射的燃料诱发过早着火等异常燃烧。又，能使后段喷射所喷射的燃料通过火焰传播稳定燃烧。

在中负荷区域（1）-2内，发动机1使混合气为理论空燃比并进行SPCCI燃烧，所以可将中负荷区域（1）-2称为“SPCCIλ＝1区域”。

在此，如图5所示，在低负荷区域（1）-1的一部分以及中负荷区域（1）-2的一部分内，关闭增压机44（参照S/C OFF）。详细而言，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，为了应对燃料喷射量增大并确保所需的进气填充量而打开增压机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而打开增压机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，在其全区域内均打开增压机44（参照S/C ON）。

（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及中负荷区域（1）-2内同样地，发动机1进行SPCCI燃烧。

图6的符号603示出发动机1在高负荷中旋转区域（2）内以运行状态603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。

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。发动机1随着负荷增高而减少EGR气体的量。在全开负荷时使EGR气体为零即可。

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，燃烧室17中形成有涡流比在4以上的强涡流。涡流控制阀（SCV）56为全闭或为关闭侧的规定的开度。

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）为理论空燃比或浓于理论空燃比（即，混合气的空气过剩率λ为λ≦1）。。

发动机1在高负荷中旋转区域（2）内运行时，喷射器6在压缩行程中分为前段喷射（即第一喷射，符号6031）和后段喷射（即第二喷射，符号6032）两次，向燃烧室17中喷射燃料。也可以是，前段喷射例如在压缩行程的前半期进行，后段喷射例如在压缩行程的后半期进行。具体而言，前段喷射例如也可以在压缩上死点前125°CA处开始燃料喷射，后段喷射例如在压缩上死点前85°CA处开始。

若燃烧室17产生强涡流，则在压缩行程的前半期进行前段喷射时，向燃烧室17中喷射的燃料如图9的左图所示，向涡流弯曲且渗透（penetration）降低。前段喷射的燃料留在燃烧室17中央部，主要在燃烧室17中央部形成混合气。中央部的混合气如后所述，主要通过SI燃烧进行燃烧。

与此相对，如图9的右图所示，由于在压缩行程的后半期进行后段喷射时，活塞在压缩行程的后半期上升，涡流也衰减，所以向燃烧室17中喷射的燃料到达燃烧室17的外周部。后段喷射的燃料主要在燃烧室17的外周部形成混合气。外周部的混合气如后所述，主要通过CI燃烧进行燃烧。

而且，借由进行前段喷射和后段喷射的燃料喷射，燃烧室17的外周部的混合气的燃料浓度浓于中央部的混合气的燃料浓度，且外周部的混合气的燃料量多于中央部的混合气的燃料量。可使前段喷射的喷射量多于后段喷射的喷射量。前段喷射的喷射量与后段喷射的喷射量的比例作为一例可以为7：3。

在发动机1于高负荷中旋转区域（2）内运行时，例如，如图10所示，配置有火花塞25的中央部的混合气，优选为空气过剩率λ在1以下，而外周部的混合气，空气过剩率λ在1以下，优选为小于1。也可以是中央部的混合气的空燃比（A/F）例如为13以上、理论空燃比（14.7）以下。中央部的混合气的空燃比也可以稀于理论空燃比。又，也可以是外周部的混合气的空燃比例如为11以上、理论空燃比以下，优选为11以上、12以下。燃烧室17的外周部的空气过剩率λ小于1时，外周部由于混合气中的燃料量增多，因此能通过燃料的气化潜热来降低温度。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，优选为12.5以上13以下。

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）。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，中央部的混合气开始火焰传播的SI燃烧。

高负荷区域内，由于燃料喷射量增多且燃烧室17的温度也变高，所以出现CI燃烧易提前开始的状况。换言之，易在高负荷区域内发生混合气的过早着火。然而，如前所述，燃烧室17的外周部的温度因燃料的气化潜热而降低，所以能避免在对混合气进行火花点火后CI燃烧立刻开始。

图11示出高负荷中旋转区域（2）内的燃烧的概念。燃烧室17内产生强涡流时，如图11反白箭头所示，燃烧室17的外周部形成强涡流。另一方面，中央部的涡流相对较弱，而由于中央部和外周部的边界处速度斜面所引起的涡流，中央部的湍流能量变高。

如前所述，若火花塞25对中央部的混合气进行点火，则SI燃烧因较高的湍流能量，燃烧速度变高从而稳定化，且SI燃烧的火焰如图11黑箭头所示，乘着燃烧室17内的强涡流而在周向传播。将燃烧室17之中区分为进气-后侧部分、排气-后侧部分、排气-前侧部分及进气-前侧部分这样四个部分时，火花塞25在进气-排气方向上配置于进气侧，且涡流为图11中的逆时针方向，因而SI燃烧的火焰从进气-后侧部分，经由排气-后侧部分及排气-前侧部分，至进气-前侧部分。因SI燃烧的发热及火焰传播带来的压力上升，如图11的虚线箭头所示，未燃混合气在进气-前侧部分的外周部压缩着火，开始CI燃烧。

该SPCCI燃烧的概念中，通过在燃烧室17中对混合气进行分层化以及在燃烧室17中产生强涡流，能充分进行SI燃烧直到开始CI燃烧。其结果为，能抑制燃烧噪声的产生，并不使燃烧温度过高进而抑制NOx的生成。又，能抑制行程间的转矩的不均。

又，由于外周部的温度较低，所以能使CI燃烧变缓和，抑制燃烧噪声的产生。此外，因通过CI燃烧而缩短燃烧期间，所以能谋求高负荷区域内转矩的改善及热效率的改善。因此，该发动机1通过在负荷较高的区域内进行SPCCI燃烧，能避免燃烧噪声，同时改善燃料消耗性能。

在此，图12比较了在高负荷中旋转区域（2）内变更涡流控制阀（SCV）的开度时的SPCCI燃烧的燃烧波形。燃烧波形表示放热率相对于曲轴转角的变化。涡流控制阀56的开度与图8同样地，由次级通路402相对于全开截面的开口比率表示。

首先，如图12的虚线所示，使涡流控制阀56的开度为全开时（即开口比率为100%），在燃烧室17内不产生涡流。火花塞25对混合气点火后，开始火焰传播的燃烧，而SI燃烧的上升会缓和。若不产生涡流则不产生CI燃烧，仅为SI燃烧。其结果为，燃烧重心远离压缩上死点，燃烧期间变长。

使涡流控制阀56的开度为全闭（即开口比率为0%）、5%、10%时，燃烧波形中，SI燃烧的上升相比于涡流控制阀56全开时陡急。SI燃烧的燃烧速度加快。又，若产生涡流，则SI燃烧开始后产生CI燃烧。通过进行SPCCI燃烧，从而燃烧重心从压缩上死点接近，且燃烧期间变短。

使涡流控制阀56的开度为15%时，燃烧波形中，SI燃烧的上升变缓和。之后，虽然产生CI燃烧，但燃烧期间会相较而言变长。

从图12来看，涡流控制阀56的开度小于15%在使燃烧重心接近压缩上死点并使燃烧期间变短方面有效。又，如图8所示，若使涡流控制阀56的开度小于15%，则涡流比为4以上。因此，通过在发动机1于高负荷中旋转区域（2）内运行时，使涡流控制阀56的开度小于15%（即0～15%），使涡流比为4以上（即4～6左右），能适当进行SPCCI燃烧。

在高负荷中旋转区域（2）内，发动机1使混合气为理论空燃比或浓于理论空燃比并进行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））

发动机1的转速较低时，曲轴转角变化1°所需的时间变长。在高负荷低旋转区域（3）内与高负荷中旋转区域（2）内同样地，例如在进气行程、压缩行程的前半期向燃烧室17内喷射燃料时，恐会因燃料过度反应而招致过早着火。发动机1在高负荷低旋转区域（3）内运行时，难以进行前述SPCCI燃烧。

因此，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。

图6的符号604示出发动机1在高负荷低旋转区域（3）内以运行状态604运行时的燃料喷射时期（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。也可以在全开负荷时使EGR气体为零。

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收敛于三元催化器的净化区间内即可。从而，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，从而在高负荷低旋转区域（3）内改善燃料消耗性能。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为1以下且为高负荷中旋转区域（2）中的空气过剩率λ以上，优选为大于高负荷中旋转区域（2）中的空气过剩率λ。

在发动机1于高负荷低旋转区域（3）内运行时，喷射器6在从压缩行程末期至膨胀行程初期的期间（以下将该期间称为延迟期间）内的正时向燃烧室17内喷射燃料（符号6041）。压缩行程的末期可为将压缩行程三等分成初期、中期及末期时的末期。又，膨胀行程的初期可为将膨胀行程三等分成初期、中期及末期时的初期。

通过使燃料的喷射时期为延迟时期，能避免过早着火。燃料压力设定为30MPa以上的高燃料压力。通过使燃料压力较高，能使燃料的喷射期间及混合气的形成期间分别变短。燃料压力的上限值作为一例可以为120MPa。

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6042）。例如也可以是，火花塞25在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。

喷射器6为了避免过早着火，在发动机1的转速越低时越使燃料喷射的时期滞后。有时，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，从燃料的喷射开始到点火为止的时间较短。为了混合气的着火性的改善及SI燃烧的稳定化，需要将燃料快速输送至火花塞25附近。

如图13所例示，从压缩行程末期到膨胀行程初期的期间，喷射器6喷射燃料时，由于活塞3位于压缩上死点附近，所以燃料喷雾与新气混合并沿腔31的凸部311向下流动，且沿腔31的底面及周侧面从燃烧室17中央向径向的外方呈放射状地扩散流动，图示省略。之后，混合气行至腔31的开口，沿进气侧的倾斜面1311及排气侧的倾斜面1312从径向的外方朝向燃烧室17中央流动。能将延迟期间内喷射的燃料快速向火花塞25的附近输送。

又，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）内运行时大。涡流控制阀56的开度例如可为50%左右（即半开）。

如图2的上图所示，喷射器6的喷孔的轴的位置相对火花塞25向周向偏离。从喷孔喷射出的燃料通过燃烧室17中的涡流在周向流动。通过涡流能将燃料快速地输送至火花塞25附近。燃料能在向火花塞25的附近输送期间内进行气化。

另一方面，若涡流过强，则燃料会被冲向周向并远离火花塞25的附近，从而无法将燃料快速输送向火花塞25的附近。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。由此，能向火花塞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，所以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，则曲轴转角变化1°所需的时间变短。因此，在例如高负荷区域内的高旋转区域内，如前所述，难以通过在压缩行程中进行分段喷射而在燃烧室17内实现混合气的分层化。发动机1的转速升高时，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）展现为从低负荷至高负荷的负荷方向的全区域。

图6的符号605示出发动机1在高旋转区域（4）内以运行状态605运行时的燃料喷射时期（符号6051）和点火时期（符号6052）以及燃烧波形（符号6053）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。也可以在全开负荷时令EGR气体为零。

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可为1.0±0.2。另，也可以是，在高旋转区域（4）内的、包括全开负荷的高负荷区域内，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。喷射器6将燃料一次性地喷射。另，运行状态6051由于发动机1的负荷较高，所以燃料喷射量较多。根据燃料的喷射量，燃料的喷射期间发生变化。通过在进气行程中开始燃料喷射，能在燃烧室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及煤的产生的抑制。

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（符号6052）。

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”。

（各运行区域内的发动机控制的比较）

首先，比较低负荷区域（1）-1和高负荷中旋转区域（2）时，如图5的映射图501所示，与在低负荷区域（1）-1内混合气的空气过剩率λ设定为超过1的值相对，在高负荷中旋转区域（2）内，混合气的空气过剩率λ设定为1以下。在低负荷区域（1）-1内能谋求燃料消耗率的改善。另一方面，在高负荷中旋转区域（2）内能获得有渐强的转矩感。

又，在低负荷区域（1）-1内，使燃烧室17中央部的混合气的燃料浓度浓于外周部的混合气的燃料浓度。与此相对，在高负荷中旋转区域（2）内，使燃烧室17的外周部的混合气的燃料浓度浓于中央部的混合气的燃料浓度。由于在低负荷区域（1）-1内，被点火的混合气的燃料浓度较浓，所以能谋求SI燃烧的着火性的改善及SI燃烧的稳定化。由于在高负荷中旋转区域（2）内，外周部的温度下降从而避免在早期开始CI燃烧，所以能在充分进行SI燃烧后开始CI燃烧。能有利于燃烧噪声的抑制，并抑制行程间的转矩的不均。

另，在低负荷区域（1）-1和高负荷中旋转区域（2）各自内，关闭涡流控制阀56的点相同。

接下来，比较高负荷低旋转区域（3）和高负荷中旋转区域（2）时，如图6所示，与在高负荷中旋转区域（2）内于压缩行程期间进行多次燃料喷射相对，在高负荷低旋转区域（3）内，在比高负荷中旋转区域（2）的喷射开始时期滞后的压缩行程后期到膨胀行程初期的期间，向所述燃烧室内喷射燃料。能在高负荷中旋转区域（2）内，在燃烧室17的中央部和外周部使混合气分层化。能在高负荷低旋转区域（3）内避免过早着火。

又，如图5的映射图501所示，与在高负荷低旋转区域（3）内，混合气的空气过剩率λ设定为1左右相对，在高负荷中旋转区域（2）内，混合气的空气过剩率λ设定为1以下。能在高负荷低旋转区域（3）内谋求转矩的改善和燃料消耗率的改善，并能在相较而言转速较高的高负荷中旋转区域（2）内获得有渐强的转矩感。

又，在高负荷低旋转区域（3）内使涡流控制阀56的开度为半开。与此相对，在高负荷中旋转区域（2）内关闭涡流控制阀56。在高负荷低旋转区域（3）内，能通过减弱涡流来将燃料喷雾快速输送至火花塞25附近，能避免过早着火并改善SI燃烧的着火性及SI燃烧的稳定性。与此相对，在高负荷中旋转区域（2）内，能通过增强涡流从而在SPCCI燃烧中充分进行SI燃烧，并有利于燃烧噪声的抑制及燃料消耗率的改善。

接下来，比较高旋转区域（4）和高负荷中旋转区域（2）时，如图6所示，与在高负荷中旋转区域（2）内于压缩行程期间多次进行燃料喷射相对，在高旋转区域（4）内，在比高负荷中旋转区域（2）的喷射开始时期提前的时期开始燃料喷射。能在高负荷中旋转区域（2）内，在燃烧室17的中央部和外周部使混合气分层化。能在高旋转区域（4）内，形成均质或大致均质的混合气，能谋求未燃损失的降低及煤烟的产生的抑制。

又，如图5的映射图502所示，与在高旋转区域（4）内使涡流控制阀56处于全开相对，在高负荷中旋转区域（2）内关闭涡流控制阀56。在高旋转区域（4）内，能通过不使涡流控制阀56关闭来降低泵气损失。与此相对，能在高负荷中旋转区域（2）内，通过增强涡流从而在SPCCI燃烧中充分进行SI燃烧，有利于燃烧噪声的抑制及燃料消耗率的改善。

接下来，比较中负荷区域（1）-2和高负荷低旋转区域（3）时，如图5的映射图502所示，与在中负荷区域（1）-2内关闭涡流控制阀56相对，在高负荷低旋转区域（3）内使涡流控制阀56半开。能在中负荷区域（1）-2内通过关闭涡流控制阀56从而在SPCCI燃烧中充分进行SI燃烧，有利于燃烧噪声的抑制及燃料消耗率的改善。与此相对，在高负荷低旋转区域（3）内能通过减弱涡流从而如前所述，改善SI燃烧的着火性及SI燃烧的稳定性。

又，如图6所示，与在中负荷区域（1）-2内于压缩行程的前半期进行前段喷射并于压缩行程的后半期进行后段喷射相对，在高负荷低旋转区域（3）内，在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内向所述燃烧室内喷射燃料。在中负荷区域（1）-2内，能在整个燃烧室17形成均质或大致均质的混合气。在高负荷低旋转区域（3）内能避免过早着火。

（发动机的控制程序）

接着，参照图14的流程图对ECU10执行的发动机1的运行控制进行说明。首先，在开始后的步骤S1中，ECU10读取各传感器SW1～SW16的信号。ECU10在接下来的步骤S2中对发动机1的运行区域进行判断。

ECU10在步骤S3中判断发动机1是否在“SPCCI稀区域”（即低负荷区域（1）-1）运行。步骤S3的判定为是时程序进入步骤S8，为否时程序进入步骤S4。

ECU10在步骤S4中判断发动机1是否在“SPCCIλ＝1区域”（即中负荷区域（1）-2）运行。步骤S4的判定为是时程序进入步骤S9，为否时程序进入步骤S5。

ECU10在步骤S5中判断发动机1是否在“SPCCIλ≦1区域”（即高负荷中旋转区域（2））运行。步骤S5的判定为是时程序进入步骤S10，为否时程序进入步骤S6。

ECU10在步骤S6中判断发动机1是否在“延迟SI区域”（即高负荷低旋转区域（3））运行。步骤S6的判定为是时程序进入步骤S11，为否时程序进入步骤S7。

ECU10在步骤S7中判断发动机1的运行区域是否为“进气SI区域”（即高旋转区域（4））。步骤S7的判定为是时程序进入步骤S12，为否时程序回到步骤S1。

步骤S8中，ECU10向涡流控制阀（SCV）56输出控制信号以闭阀。又，ECU10如图6的符号601所示，以在进气行程中进行前段喷射，在压缩行程中进行后段喷射的形式向喷射器6输出控制信号。能在产生强涡流的燃烧室17中形成分层化的混合气。在其后的步骤S13中，ECU10以在压缩上死点前的规定正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。由此，发动机1进行SPCCI燃烧。

步骤S9中，ECU10向涡流控制阀56输出控制信号以闭阀。又，ECU10如图6的符号602所示，以在压缩行程中进行前段喷射和后段喷射的形式向喷射器6输出控制信号。能在产生强涡流的燃烧室17中形成λ＝1的混合气。ECU10在其后的步骤S13中，以在压缩上死点前的规定正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。由此，发动机1进行SPCCI燃烧。

步骤S10中，ECU10向涡流控制阀56输出控制信号以闭阀。又，ECU10以在压缩行程中分段喷射燃料的形式（参见图6的符号6031、6032）向喷射器6输出控制信号。能在产生强涡流的燃烧室17中形成分层化的混合气。ECU10在其后的步骤S13中，以在压缩上死点前的规定正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。由此，发动机1进行SPCCI燃烧。

步骤S11中，ECU10向涡流控制阀56输出控制信号以使阀半开。又，步骤S13中，ECU10如图6的符号604所示，以在从压缩行程末期到膨胀行程初期进行燃料喷射的形式向喷射器6输出控制信号。ECU10以在燃料结束喷射后且压缩上死点后的规定正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。由此，发动机1进行SI燃烧。

步骤S12中，ECU10向涡流控制阀56输出控制信号以开阀。又，ECU10以在进气行程中进行燃料喷射的形式向喷射器6输出控制信号。能在燃烧室17中形成均质或大致均质的混合气。在其后的步骤S13中，ECU10以在压缩上死点前的规定正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。由此，发动机1进行SI燃烧。

（各区域内的燃烧喷射时期及点火时期的变形例）

图15示出图5的运行区域映射图501、502的各区域内的燃烧喷射时期及点火时期的变形例。图15的符号601、602、603、604、605及606分别对应图5的运行状态601、602、602、603、604、605及606。运行状态606在高负荷中旋转区域（2）内相当于转速较高的运行状态。

发动机1于低负荷区域（1）-1内以运行状态601运行时，喷射器6在压缩行程中使燃料分多段向燃烧室17中喷射（参见符号6015、6016）。通过燃料的分段喷射和燃烧室17中的强涡流，与前述相同，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，因此改善了着火性，并使火焰传播的SI燃烧稳定化。通过使SI燃烧稳定化，从而使CI燃烧在适当的正时开始（参见燃烧波形6014）。在SPCCI燃烧中改善CI燃烧的控制性。其结果为，发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，兼顾燃烧噪声的产生的抑制、和燃烧期间的缩短带来的燃料消耗性能的改善。

发动机1于中负荷区域（1）-2内以运行状态602运行时，喷射器6进行进气行程中的燃料喷射（符号6025）和压缩行程中的燃料喷射（符号6026）。通过在进气行程中进行第一喷射6025，能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6026，从而在中负荷区域（1）-2内负荷较高时，使燃烧室17内的温度因燃料的气化潜热而降低并防止爆震等异常燃烧。第一喷射6025的喷射量与第二喷射6026的喷射量的比例作为一例可以为95：5。在中负荷区域（1）-2内负荷较低的运行状态时，也可省略第二喷射6026。

喷射器6进行进气行程中的第一喷射6025和压缩行程中的第二喷射6026，从而与前述相同，在燃烧室17中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，所以能谋求未燃损失的降低带来的燃料消耗率的改善以及避免煤烟产生带来的排出气体性能的改善。空气过剩率λ优选为1.0～1.2。

在压缩上死点前的规定的正时，借由火花塞25对混合气点火（符号6023），混合气通过火焰传播进行燃烧。火焰传播的燃烧开始后，未燃混合气在目标正时自动着火，进行CI燃烧（参见燃烧波形6024）。

发动机1以高负荷中旋转区域（2）内的低旋转侧的运行状态603运行时，喷射器6在进气行程中喷射燃料（符号6035），并在压缩行程的末期喷射燃料（符号6036）。

也可以是，进气行程中开始的前段喷射6035在进气行程的前半期开始燃料喷射。进气行程的前半期也可以是将进气行程二等分为前半期和后半期时的前半期。具体而言，前段喷射也可以在上死点前280°CA处开始燃料喷射。

在将前段喷射6035的喷射开始设为进气行程的前半期时，如图16所示，燃料喷雾碰到腔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31之内的区域。涡流在燃烧室17的外周部较强，在中央部较弱。因此，进入挤流区域171的一部分燃料进入涡流，进入腔31之内的区域的剩余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。

与前述相同，配置有火花塞25的中央部的混合气优选为空气过剩率λ在1以下，而外周部的混合气的空气过剩率λ在1以下，优选为小于1。也可以是中央部的混合气的空燃比（A/F）例如为13以上、理论空燃比（14.7）以下。中央部的混合气的空燃比也可以稀于理论空燃比。又，也可以是外周部的混合气的空燃比例如为11以上、理论空燃比以下，优选为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，优选为12.5以上、13以下。

在压缩行程的末期进行的后段喷射6036也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，能通过燃料的气化潜热而降低燃烧室内的温度。前段喷射6035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6036，使燃烧室内的温度降低，以此能抑制从低温氧化反应向高温氧化反应的转变，能抑制产生过早着火。另，前段喷射6035的喷射量与后段喷射6036的喷射量的比例作为一例可以是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6037）。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，中央部的混合气开始火焰传播的SI燃烧。如图11所示，SI燃烧的火焰乘着燃烧室17内的强涡流向周向传播。在燃烧室17的外周部上的周向的规定位置上，未燃混合气压缩着火，开始CI燃烧（参见燃烧波形6034）。

发动机1以高负荷中旋转区域（2）内的高旋转侧的运行状态606运行时，喷射器6在进气行程中开始燃料喷射（符号6061）。

于进气行程开始的前段喷射6061也可以与运行状态603的前段喷射6035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6061也可以在上死点前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6061的喷射开始设为进气行程的前半期，能在燃烧室17外周部形成CI燃烧用的混合气，并在燃烧室17中央部形成SI燃烧用的混合气。由于转速较高难以产生异常燃烧，所以可以省略后段喷射。

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6062）。火花塞25在例如压缩上死点之后进行点火。由此进行SPCCI燃烧（参见燃烧波形6063）。

发动机1于高负荷低旋转区域（3）内以运行状态604运行时，喷射器6分别在进气行程中、和从压缩行程末期至膨胀行程初期的延迟期间的正时向燃烧室17内喷射燃料（符号6044、6045）。通过分两次喷射燃料，能使延迟期间内喷射的燃料量变少。通过在进气行程中喷射燃料（符号6044），能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6045），能在即将点火前增强燃烧室17内的流动，有利于SI燃烧的稳定化。该燃料喷射的形态在发动机1的几何压缩比较低时尤其有效。

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6042）。也可以是，火花塞25例如在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，因此CI燃烧不开始（参见燃烧波形6043）。

发动机1以高旋转区域（4）内的运行状态605运行时的燃料喷射时期（符号6051）、点火时期（符号6052）与图6相同。发动机1在高旋转区域（4）内运行时进行SI燃烧（参见符号6053）。

另，图6所示的燃料喷射时期及点火时期、与图17所示的燃料喷射时期及点火时期，在同区域之间可互换。例如也可以在高负荷中旋转区域（2）内采用图17所示的燃料喷射时期及点火时期，并在高负荷低旋转区域（3）内采用图6所示的燃料喷射时期及点火时期。

又，在采用图17所示的燃料喷射时期的情况下，分别适当变更图14的流程中的步骤S8～S12即可。

（高负荷区域内的控制）

在此着眼于图15所示的运行状态603及运行状态605，对发动机负荷处于高负荷区域时的控制进行说明。如图5所示，运行状态603所属的区域是发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域与发动机转速在规定转速（N2）以下的区域所重叠的区域（高负荷中旋转区域（2））。以下将该区域称为“第一旋转区域”。又，运行状态605所属的区域是发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域与发动机转速高于上述规定转速（N2）的区域所重叠的区域（高旋转区域（4）的高负荷侧的区域）。以下将该区域称为“第二旋转区域”。

图17是在图4的框图中加上ECU10的功能性结构的图。如图17所示，ECU10作为功能性结构而具有运行区域判定部8和燃烧模式选择部9。运行区域判定部8是对发动机运行区域进行判定的部分。运行区域判定部8至少判定发动机运行区域为上述的第一旋转区域及第二旋转区域的哪一个。又，燃烧模式选择部9根据运行区域判定部8判定的发动机运行区域来选择燃烧模式。

图18是示出与发动机运行区域对应的燃烧模式、燃烧形态及涡流控制阀56的开闭（Open/Close）的表。如图18所示，运行区域判定部8判定发动机运行区域为第一旋转区域时，燃烧模式选择部9选择第一燃烧模式。第一燃烧模式的燃烧形态是在开始火焰传播的SI燃烧后，未燃混合气为压缩着火的CI燃烧的燃烧形态。即，在第一燃烧模式中进行SPCCI燃烧。在该第一燃烧模式中，关闭涡流控制阀56从而在燃烧室17的外周部产生涡流。

另一方面，如图18所示，运行区域判定部8判定发动机运行区域为第二旋转区域时，燃烧模式选择部9选择第二燃烧模式。第二燃烧模式的燃烧形态是仅为火焰传播的SI燃烧的燃烧形态。在第二燃烧模式中，打开涡流控制阀56，由此，涡流比选择第一燃烧模式时弱。

在上述情况下，发动机1的控制程序例如，如图19所示。首先，在开始后的步骤S21中，ECU10读取各传感器SW1～SW16的信号。ECU10（运行区域判定部8）在接下来的步骤S22中判定发动机负荷是否为规定负荷以上。在判定发动机负荷不在规定负荷以上的情况下（步骤S22为否），返回步骤S21重复各步骤。另一方面，判定发动机负荷为规定负荷以上（即为第一旋转区域及第二旋转区域的任一个）的情况下（步骤S22为是），进入步骤S23。

在步骤S23中，ECU10（运行区域判定部8）判定发动机运行区域是否为第一旋转区域。在判定是第一旋转区域的情况下（步骤S23为是），ECU10（燃烧模式选择部9）选择第一燃烧模式作为燃烧模式（步骤S24）。另一方面，在判定不是第一旋转区域的情况下（步骤S23为否），即判定发动机运行区域为第二旋转区域的情况下，ECU10（燃烧模式选择部9）选择第二燃烧模式作为燃烧模式（步骤S25）。

第一燃烧模式如前所述，是进行SPCCI燃烧的模式，涡流控制阀56关闭（步骤S24）。又，如图15的运行状态603所示，在进气行程及压缩工程两者中进行燃料喷射。即分段喷射。另一方面，第二燃烧模式如前所述，是仅进行SI燃烧的模式，涡流控制阀56打开（步骤S25）。又，如图15的运行状态605所示，在进气行程中进行燃料喷射。经过步骤S24及S25后，ECU10在规定的正时进行点火（步骤S26）。如以上，在经由步骤S24的情况下进行SPCCI燃烧，在经由步骤S25的情况下仅进行SI燃烧。

（其他实施形态）

另，此处公开的技术不限于应用在前述结构的发动机1上。发动机1的结构可采用各种结构。

又，发动机1也可以具备涡轮增压机来代替机械式增压机44。

Claims (12)

1.一种预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备：设置有燃烧室的发动机；

配置于所述燃烧室中央部的火花塞；

面对所述燃烧室内配置的燃料喷射阀；

通过来自向所述燃烧室内开口的进气道的进气流入，在所述燃烧室内的所述中央部的周围即外周部产生圆周方向的涡流的涡流产生部；以及

与所述火花塞、所述燃料喷射阀及所述涡流产生部连接，分别向所述火花塞、所述燃料喷射阀及所述涡流产生部输出控制信号的控制器；

所述控制器具备：

判定所述发动机的运行区域的运行区域判定部；以及

在所述燃烧室内形成的混合气开始火焰传播的SI燃烧后，选择第一燃烧模式和第二燃烧模式的任一方的燃烧模式选择部，所述第一燃烧模式为未燃混合气进行压缩着火的CI燃烧，所述第二燃烧模式为仅进行火焰传播的SI燃烧；

所述燃烧模式选择部选择所述第一燃烧模式时，以所述燃烧室的所述外周部的混合气的燃料浓度浓于所述燃烧室的所述中央部的混合气的燃料浓度的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号以使所述外周部的混合气的燃料量多于所述中央部的混合气的燃料量，且向所述涡流产生部输出控制信号以使所述外周部产生涡流，并且，向所述火花塞输出控制信号以对所述中央部的混合气点火；

所述燃烧模式选择部选择所述第二燃烧模式时，以在整个所述燃烧室形成混合气的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号以在进气行程中开始燃料喷射，且向所述涡流产生部输出控制信号以使所述涡流比选择所述第一燃烧模式时弱，并且，向所述火花塞输出控制信号以在压缩上死点以前对混合气点火；

所述运行区域判定部判定处于发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域，且处于发动机转速在规定转速以下的第一旋转区域时，所述燃烧模式选择部选择所述第一燃烧模式；

所述运行区域判定部判定处于发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域，且处于发动机转速高于所述规定转速的第二旋转区域时，所述燃烧模式选择部选择所述第二燃烧模式。

2.根据权利要求1所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述进气道由对一个所述燃烧室分别开口的第一进气道和第二进气道构成，所述第一进气道连接第一进气通路，所述第二进气道连接第二进气通路；

所述涡流产生部配设于所述第二进气通路，且具有对所述第二进气通路进行节流的涡流控制阀；

所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第一旋转区域时，以使所述涡流控制阀的开度小于判定所述发动机的运行区域处于所述第二旋转区域时的开度的形式，向所述涡流控制阀输出控制信号。

3.根据权利要求1所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第一旋转区域时，以如下形式向所述燃料喷射阀输出控制信号：使在所述外周部形成CI燃烧用混合气的第一喷射在从进气行程到压缩行程的前半期的期间进行的同时，使在所述中央部形成SI燃烧用混合气的第二喷射在压缩行程的期间进行。

4.根据权利要求1所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第一旋转区域时以及判定处于所述第二旋转区域时，以整个所述燃烧室的混合气的燃料浓度在空气过剩率λ为1以下的形式向所述燃料喷射阀输出控制信号。

5.根据权利要求1所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第二旋转区域时，以进行燃料喷射的曲轴转角期间相对于判定为处于所述第一旋转区域时进行燃料喷射的曲轴转角期间变长的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号。

6.根据权利要求1至5的任一项所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述发动机的几何压缩比为13以上20以下。

7.根据权利要求1至5的任一项所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述规定负荷是燃烧压力为900kPa的发动机负荷，且所述高负荷区域是所述燃烧压力为900kPa以上的区域。

8.一种预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备：设置有燃烧室的发动机；

配置于所述燃烧室中央部的火花塞；

面对所述燃烧室内配置的燃料喷射阀；

在所述燃烧室内使第一进气道和第二进气道开口，所述第一进气道连接第一进气通路，所述第二进气道连接第二进气通路，所述第二进气通路上配置有对该第二进气通路节流从而在所述燃烧室内的所述中央部的周围即外周部产生圆周方向的涡流的涡流控制阀；以及

与所述火花塞、所述燃料喷射阀及所述涡流控制阀连接，分别向所述火花塞、所述燃料喷射阀及所述涡流控制阀输出控制信号的控制器；

所述控制器具备：

判定所述发动机的运行区域的运行区域判定部；以及

在所述燃烧室内形成的混合气在开始火焰传播的SI燃烧后，选择第一燃烧模式和第二燃烧模式的任一方的燃烧模式选择部，所述第一燃烧模式为未燃混合气进行压缩着火的CI燃烧，所述第二燃烧模式为仅进行火焰传播的SI燃烧；

所述运行区域判定部判定处于发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域，且处于发动机转速在规定转速以下的第一旋转区域时，所述燃烧模式选择部选择所述第一燃烧模式，所述运行区域判定部判定处于发动机负荷在规定负荷以上的高负荷区域，且处于发动机转速高于所述规定转速的第二旋转区域时，所述燃烧模式选择部选择所述第二燃烧模式；

处于选择所述第一燃烧模式的所述第一旋转区域时，以使在所述外周部形成CI燃烧用混合气的第一喷射在从进气行程到压缩行程的前半期的期间范围内进行，并使在所述中央部形成SI燃烧用混合气的第二喷射在压缩行程的期间范围内进行的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号，以对所述第二进气通路进行节流的形式向所述涡流控制阀输出控制信号，且以对所述中央部的混合气点火的形式向所述火花塞输出控制信号；

处于选择所述第二燃烧模式的所述第二旋转区域时，以使在整个所述燃烧室形成SI燃烧用混合气的燃料喷射在从进气行程到压缩行程的期间范围内进行的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号，以所述第二进气通路的节流量相对于处于所述第一旋转区域时变少的形式向所述涡流控制阀输出控制信号，且以在压缩上死点以前对混合气点火的形式向所述火花塞输出控制信号。

9.根据权利要求8所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第一旋转区域时以及判定处于所述第二旋转区域时，以整个所述燃烧室的混合气的燃料浓度在空气过剩率λ为1以下的形式向所述燃料喷射阀输出控制信。

10.根据权利要求8所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制器在所述运行区域判定部判定所述发动机的运行区域处于所述第二旋转区域时，以进行燃料喷射的曲轴转角期间相对于判定为处于所述第一旋转区域时进行燃料喷射的曲轴转角期间变长的形式，向所述燃料喷射阀输出控制信号。

11.根据权利要求8至10的任一项所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述发动机的几何压缩比为13以上20以下。

12.根据权利要求8至10的任一项所述的预混合压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述规定负荷是燃烧压力为900kPa的发动机负荷，且所述高负荷区域是所述燃烧压力为900kPa以上的区域。