CN109424460B - 压缩着火式发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

为了即使在发动机于难以压缩自动着火的区域内运行时也能抑制NOx的产生同时稳定地进行燃烧，本发明提供一种压缩着火式发动机的控制装置。具备向燃料喷射部（6）及点火部（25）分别输出控制信号的控制部（10）。点火部（25）对燃料喷射部（6）喷射的燃料所形成的混合气进行点火，由此开始SI燃烧，随后未燃混合气通过自动着火进行CI燃烧。点火部（25）在发动机（1）的几何压缩比设定为14以上，混合气整体的空燃比大于理论空燃比的规定的较稀的状态，且点火部（25）周边的混合气的空燃比大于点火部（25）附近的混合气的空燃比的状态下进行点火。

Description

压缩着火式发动机的控制装置

技术领域

本公开的技术涉及压缩着火式发动机的控制装置。

背景技术

专利文献1中记载了在部分负荷运行区域中的高负荷侧的运行区域内，藉由压缩自动着火前的SI（火花点火）燃烧进行压缩自动着火后的着火辅助的着火辅助CI（压缩着火）发动机。又，记载了在该高负荷侧的运行区域内使缸内生成涡流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-283571号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

经由压缩着火进行的燃烧若压缩开始前燃烧室中温度不均，则压缩着火的正时变化很大。只要在经由压缩着火的燃烧之前进行经由点火的SI燃烧，并调节其放热量，就能够吸收压缩开始前燃烧室中温度的不均。

但是，例如在发动机于低负荷区域内运行时，燃料喷射量减少，燃烧室内的温度也降低。因此，恐怕藉由点火的着火会变得困难，SI燃烧会变得不稳定，且CI燃烧也会因温度不够而无法进行。

解决问题的手段：

本申请发明人为了在这样的对燃烧不利的区域内也实现稳定的燃烧，建立了能够高精度地控制燃烧室内混合气分布的技术。另，此处“混合气分布”意味着燃料与气体（主要为空气，有时也包括已燃气体）的混合气的分布。

具体而言，此处公开的技术涉及压缩着火式发动机的控制装置，所述压缩着火式发动机的控制装置具备：具有燃烧室的发动机；向所述燃烧室内部喷射燃料的燃料喷射部；对所述燃烧室中的混合气进行点火的点火部；和控制部，所述控制部与所述燃料喷射部及所述点火部分别连接，且向所述燃料喷射部及所述点火部分别输出控制信号；所述点火部对通过所述燃料喷射部喷射的燃料在所述燃烧室内部形成的混合气进行点火，由此开始经由火焰传播的SI燃烧，随后未燃混合气通过自动着火进行CI燃烧。

形成为所述点火部在所述发动机的几何压缩比设定为14以上，所述燃烧室内部的混合气整体的空燃比大于理论空燃比的规定的较稀的状态，且所述点火部周边的混合气的空燃比大于所述点火部附近的混合气的空燃比的状态下进行点火的结构。

即，该压缩着火式发动机的控制装置中，通过点火部对燃烧室内部形成的混合气强制点火来进行SI燃烧，且未燃混合气藉由该火焰传播的燃烧热与燃烧压力自动着火并进行CI燃烧。发动机的几何压缩比设定为14以上，因此在进行燃烧的压缩上死点的附近，燃烧室内部的混合气变得较为高压。仅变为高压就可使CI燃烧易于开始。

在进行SI燃烧时，燃烧室内部的混合气整体的空燃比（A/F）越接近理论空燃比（例如14.7），则倾向于产生越多的NOx。相对地，若是例如A/F为30以上等燃烧室内部的混合气整体的空燃比大于理论空燃比的较稀的状态，则能够抑制NOx的产生。因此，在发动机于燃料喷射量较少的低负荷区域内运行时，可考虑在那样的较稀的状态下进行SI燃烧以促使CI燃烧。

但是，在那样的燃料浓度稀薄的稀状态下，不仅难以进行经由强制点火的SI燃烧，而且即使能进行SI燃烧，其火焰传播也会变得不稳定从而无法稳定地进行CI燃烧。

与之相对地，该压缩着火式发动机的控制装置中，点火部在点火部周边的混合气的空燃比大于点火部附近的混合气的空燃比的状态下进行点火。即，在点火的正时，使燃烧室内部作为混合气整体的空燃比维持在能够抑制NOx的产生的较稀的状态，并使燃烧室内部的混合气分布分层化，并在该状态下点火。存在于进行点火的点火部附近的混合气设定为在作为混合气整体的空燃比以下的燃料浓度相对浓的浓状态，存在于该混合气周围的混合气设定为在作为混合气整体的空燃比以上的燃料浓度相对稀薄的稀状态。

在进行点火的点火部附近，由于混合气的燃料浓度为较浓的状态，因此能稳定进行经由强制点火的SI燃烧。火焰传播也较为稳定，能够使其燃烧热及燃烧压力稳定地作用于存在于点火部周边的混合气。通过与藉由采用高压缩比得到的高压下的燃烧相组合，即使是在燃料浓度稀薄的稀状态下也能稳定地进行CI燃烧。

也可以是所述点火部进行点火时所述点火部附近的混合气的空燃比为20以上35以下，其周边的混合气的空燃比为35以上50以下。

若是空燃比为20以上35以下的混合气，则能够抑制NOx的产生，并以较为稳定的状态进行经由点火的SI燃烧。并且，若是空燃比为35以上50以下的混合气，则能够更进一步地抑制NOx的产生，并以较为稳定的状态进行经由压缩自动着火的CI燃烧。通过像这样形成空燃比有差异的分层化的混合气分布，由此作为混合气整体的空燃比能够维持在例如30以上的较稀的状态，因此适合燃料喷射量较少的低负荷区域内的燃烧。

也可以是所述点火部配置于所述燃烧室的中央部；还具备使所述燃烧室内部产生涡流的涡流产生部；所述控制部以在所述涡流产生部产生涡流后规定的喷射正时喷射燃料的形式控制所述燃料喷射部，且以在燃料喷射结束后规定的点火正时点火的形式控制所述点火部，由此通过涡流控制混合气分布，并控制所述SI燃烧。

根据该结构，燃烧室内部在燃烧之前产生涡流。涡流是在与汽缸的中心轴正交的方向上形成的回旋流（横涡）。涡流即使在燃烧室的容积和发动机的运行状态变化时，其流速仍较为稳定。

在有那样的涡流产生的燃烧室内部，以在规定的正时使燃料的喷雾到达涡流的形式喷射燃料。到达涡流的燃料的喷雾随涡流一起向燃烧室内部移动。随涡流一起移动的燃料的喷雾一边逐渐扩散一边向燃烧室的中央部持续偏转。

例如，若在进气行程等直至点火正时为止时间较长的正时喷射燃料，则能形成利于CI燃烧的均质扩散的混合气分布。又，例如若在压缩行程等直至点火正时为止时间较短的正时喷射燃料，由于扩散受到抑制，因此能形成利于SI燃烧的包括燃料浓度浓的部分在内的分层化的混合气分布。

像这样，一边通过涡流控制燃烧室内的混合气分布，一边在规定的点火正时点火，由此能够以如前所述的空燃比在混合气分布分层化的状态下开始SI燃烧。其结果是，能够进行稳定的SI燃烧。通过控制该SI燃烧，能够控制压缩着火的正时，从而也能在恰当的正时稳定地进行CI燃烧。

也可以是所述涡流产生部产生涡流比为2以上的涡流。

此处，涡流比为用对每个气门升程测定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。进气横向角速度能通过台架（rig）试验进行测定。涡流比能够用于作为表示涡流的强度的指标。

在涡流比为2以上的强涡流产生时，能够使喷射的燃料乘着涡流在燃烧室内部广阔的范围内移动，因此能够形成均质的混合气。因此，能够更高精度地控制燃烧室内部的混合气分布。

也可以是所述涡流产生部产生涡流比为4以上的涡流。

在使涡流比为4以上时，涡流变得更强。若是涡流比为4以上的强涡流，则能够使混合气更加扩散，因此能形成扩散至燃烧室整个区域的均质的混合气分布。其结果是，即使是对空燃比超过35那样的较稀的混合气分布也能实现高度均质化，因此能稳定地进行CI燃烧。这在燃料喷射量较低的低负荷区域内是有利的。

也可以是所述控制部以使所述燃料喷射部在压缩行程分多次喷射燃料的形式输出控制信号。

压缩行程内的燃料喷射、如前所述，由于直至点火正时为止的时间较短，因此能够形成随时间的扩散受到抑制、利于SI燃烧且包括燃料浓度浓的部分在内的分层化的混合气分布。将那样的燃料喷射分多次进行喷射，使各燃料的喷雾所形成的混合气随涡流一起移动，并在点火正时使燃料浓度浓的部分位于点火部的附近。藉此，与一次性喷射燃料相比，能够使燃料浓度浓的浓混合气偏向并形成于点火部的附近。

因此，即使混合气整体的空燃比为较稀的状态（例如30以上），在点火部的附近也能稳定地形成较浓的混合气（例如空燃比为20），因此适合燃料喷射量较少的低负荷区域内的燃烧。

也可以是所述控制部以在发动机负荷相同的情况下使喷射正时对于具有变化的发动机转速保持不变的形式向所述燃料喷射部输出控制信号。

如前所述，涡流几乎不会受到发动机转速的影响。因此，在发动机负荷相同、即喷射出的燃料量相同的情况下，即使发动机转速大小变化，只要在相同的正时喷射燃料就能在点火正时于燃烧室内形成相同的混合气分布。因此，只要控制部以在发动机负荷相同的情况下使喷射正时对于具有变化的发动机转速保持不变的形式向燃料喷射部输出控制信号，就能在实现稳定燃烧的同时谋求控制的简化。

也可以是所述控制部以在所述发动机于低负荷区域内运行时进行多次喷射的形式向所述燃料喷射部输出控制信号，所述多次喷射包括在从进气行程至压缩行程的中期为止的期间内的正时喷射燃料的前段喷射、和在从进气行程至压缩行程的中期之前的正时喷射燃料的后段喷射。

通过进行包括前段喷射与后段喷射在内的多次喷射，能够形成火花塞附近为较浓混合气且火花塞周围为较稀混合气的分层混合气。

也可以是所述控制部以使进行所述后段喷射的正时在低负荷侧迟于高负荷侧的形式向所述燃料喷射部输出控制信号。

通过使进行后段喷射的正时在低负荷侧迟于高负荷侧，由此使低负荷侧的分层程度升高，从而能够确保SI燃烧中的着火性。

也可以是所述控制部以使所述后段喷射的喷射次数相比于高负荷侧在低负荷侧增加的形式向所述燃料喷射部输出控制信号。

通过相比于高负荷侧在低负荷侧增加后段喷射的喷射次数，由此使低负荷侧的分层程度升高，从而能够确保SI燃烧中的着火性。

发明效果：

根据本公开的压缩着火式发动机的控制装置，即使在发动机于低负荷区域等难以压缩自动着火的区域内运行时，也能抑制NOx产生的同时稳定地进行燃烧。

附图说明

图1是例示发动机的结构的图。进气侧为纸面左侧，排气侧为纸面右侧；

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。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；

图5A是例示发动机的运行区域的图；

图5B是例示发动机的不同运行区域的涡流阀的开度的图；

图6是例示各运行区域中的燃料喷射时期、点火时期以及燃烧波形的图；

图7是示出燃烧时的NOx的产生量与A/F的关系的概念图；

图8是用于说明利用涡流的混合气分布的控制的概念图；

图9的（a）、（b）是用于说明利用涡流的混合气分布的随时间流动的变化的概念图；

图10是示出对涡流的强度给着火的稳定性造成的影响解析得到的结果的图；

图11是例示用于涡流比测定的台架试验装置的图；

图12是例示副通路的开口比率与涡流比的关系的图；

图13是示出对发动机的转速给着火的稳定性造成的影响解析得到的结果的图；

图14是示出在探索喷射正时时进行的解析的一个例子的图；

图15是示出低负荷区域中的低（高）负荷区域、低（中）负荷区域以及低（低）负荷区域各自之中的燃料的喷射正时及喷射次数的图；

图16是示出低负荷区域的各区域内的混合气分布的概念图；

图17是用于说明低（低）负荷区域中的控制的变形例的图；

图18是例示发动机的控制流程的流程图；

符号说明：

1 发动机；

10 ECU（控制部）；

17 燃烧室；

25 火花塞（点火部）；

3 活塞；

56 涡流控制阀（涡流产生部）；

6 喷射器（燃料喷射部）。

具体实施方式

以下，基于附图详细说明本发明的实施形态。不过，以下的说明本质上仅为示例性的，本发明不限制其适用对象或其用途。

＜SPCCI燃烧＞

本申请发明人研究出了SI（Spark Ignition；火花点火）燃烧与CI（CompressionIgnition；压缩点火）燃烧相组合的燃烧形态。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着火而开始的燃烧。SI燃烧与CI燃烧相组合的燃烧形态为如下的形态：在对燃烧室中的混合气进行强制点火并开始经由火焰传播进行的燃烧时，燃烧室中的未燃混合气藉由SI燃烧的放热以及火焰传播导致的压力上升通过压缩着火进行燃烧。以下将该燃烧形态称为SPCCI（SParkControlled Compression Ignition）燃烧。

经由压缩着火进行的燃烧若压缩开始前燃烧室中的温度不均，则压缩着火的正时变化很大。在SPCCI燃烧中，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，就能控制压缩点火的正时。SPCCI燃烧能够通过SI燃烧控制CI燃烧。

经由火焰传播的SI燃烧压力上升缓于CI燃烧，因此SPCCI燃烧能够抑制燃烧噪声的产生。又，CI燃烧燃烧期间比SI燃烧缩短，因此SPCCI燃烧有利于燃料消耗率的改善。

＜发动机的具体例＞

图1示出了应用该SPCCI燃烧的燃烧技术的发动机的整体结构。发动机1是通过燃烧室17重复进气行程、压缩行程、膨胀行程以及排气行程来运行的四冲程发动机。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的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。

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”有时意味着无关活塞3的位置，由活塞3、汽缸11以及汽缸盖13形成的空间。

活塞3的上表面，即燃烧室17的底面，为平坦面。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正对后述喷射器6。

腔室31具有凸部311。凸部311设置于从汽缸11的中心轴X1向排气侧略微偏离的位置。凸部311呈大致圆锥状。凸部311从腔室31的底部沿着与汽缸11的中心轴X1平行的轴X2向上延伸。凸部311的上端与腔室31的上表面为大致相同高度。

腔室31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。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。

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。凹陷部312具有相对喷射轴心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的开口相对喷射轴心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。

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是从进气侧向着轴X2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。

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，也可以省略腔室31的浅底部。又，也可以是腔室31相对汽缸11的中心轴X1呈对称的形状。也可以是倾斜面1311和倾斜面1312相对汽缸11的中心轴X1呈对称的形状。也可以是如图2中虚拟线SM所示，使腔室31的进气侧形成为小于排气侧。这样做的话，能够较容易地将混合气输送至火花塞25的周围。

发动机1的几何压缩比设定为13以上20以下。理想的是在14以上。如后所述，发动机1在一部分运行区域内，进行SI（Spark Ignition）燃烧与CI（Compression Ignition）燃烧相组合的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧利用SI燃烧的放热与火焰传播导致的压力上升来进行CI燃烧。该发动机1无需为了混合气的自动着火而大幅提高活塞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，但其几何压缩比被设定为较低。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。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，在高辛烷值规格（燃料的辛烷值在96左右）下为15～18。

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。该动阀机构可以是气门正时和/或气门升程可变的可变动阀机构。本构成例中，如图4所示，可变动阀机构具有进气电动SVT（Sequential-Valve Timing，连续气门正时）23。进气电动SV-T23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，也可以是进气门21的动阀机构具有代替电动SV-T的液压式的SV-T。

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进行开闭。该动阀机构可以是气门正时和/或气门升程可变的可变动阀机构。本构成例中，如图4所示，可变动阀机构具有排气电动SV-T24。排气电动SV-T24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，也可以是排气门22的动阀机构具有代替电动SV-T的液压式的SV-T。

该发动机1通过进气电动SV-T23及排气电动SV-T24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。藉此，将热的已燃气体关在燃烧室17中。即，将内部EGR（Exhaust Gas Recirculation，排气再循环）气体导入燃烧室17中。又，通过调节重叠期间的长度，对燃烧室17中的残留气体进行扫气。

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面朝燃烧室17内地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X2平行于汽缸的中心轴X1的形式进行配设。喷射器6的喷射轴心X2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X2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X2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，以使燃料喷雾从燃烧室17的中央呈放射状扩散且从燃烧室17的顶部向斜下方扩散的形式喷射燃料。各喷孔相对喷射器6的喷射轴心X2的喷射角θ在30度以上60度以内的范围内，优选的是呈45度。本构成例中，喷射器6具有10个喷孔，喷孔在周方向上以等角度进行配置。另，喷孔的个数不限于10个。例如，可以在8个～16个的范围内进行适当设定。

喷孔的轴（中心线L5、L6）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L5、L6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。

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200MPa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，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如图2所示配设于夹有汽缸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的电极面朝燃烧室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。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。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燃烧室17中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也可以是利斯霍姆式（Lysholm-type；双螺杆式）、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。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。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），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的开度能够调节逆流量，因此能够调节向燃烧室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。

发动机1具有使燃烧室17内产生涡流的涡流产生部。涡流产生部如图3所示为安装于进气通路40的涡流控制阀56。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，涡流如箭头所示沿图3中的逆时针方向旋转（亦可参见图2的白色箭头）。

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，涡流产生部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，由此能向燃烧室17中不均等地导入进气，从而能够使燃烧室17中产生涡流。此外，也可以是涡流产生部形成为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。

该发动机1的进气道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。斜涡流的倾斜角度一般而言相对于与汽缸11的中心轴X1正交的面呈45度左右，可根据发动机1的规格在例如30度至60度的范围内进行适当设定。

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上配设有具有多个催化转换器的废气净化系统。上游的催化转换器配设于发动机室内，图示省略。上游的催化转换器具有三元催化器511和GPF（GasolineParticulate 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形成为调节流通于EGR通路52的已燃气体的流量的结构。通过调节EGR阀54的开度，能够调节经冷却的已燃气体、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在内所构成的外部EGR系统和包括前述进气电动SV-T23及排气电动SV-T24在内所构成的内部EGR系统组成。

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，且如图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）、ROM（Read Only Memory）构成且存储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为控制部的一个例子。

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。这些传感器包括以下传感器。

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；配置于比排气通路50上的上游的催化转换器靠近上游的线性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；配置于上游的催化转换器上的三元催化器511的下游的λO₂传感器（Lambda O₂Sensor）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。ECU10向喷射器6、火花塞25、进气电动SV-T23、排气电动SV-T24、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的前后压差来调节空气旁通阀48的开度，从而调节增压压力。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，从而调节导入燃烧室17中的外部EGR气体的量。ECU10对发动机1的控制的详情后述。

（发动机的运行区域）

图5A例示了发动机1的运行区域。发动机1的运行区域由负荷及转速确定，且与负荷的高低以及转速的高低对应地大致分为五个区域。具体而言，五个区域如下：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）－1；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（1）－2；负荷高于中负荷区域（1）－2且包括全开负荷在内的高负荷区域内的中旋转区域（2）；在同一高负荷区域内转速低于中旋转区域（2）的低旋转区域（3）；和转速高于低负荷区域（1）－1、中负荷区域（1）－2、高负荷中旋转区域（2）以及高负荷低旋转区域（3）的高旋转区域（4）。

此处，低旋转区域、中旋转区域以及高旋转区域可分别为在将发动机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。图5A的示例中，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，转速N2为例如4000rpm。又，也可以是令高负荷中旋转区域（2）为燃烧压力在900kPa以上的区域。另，图5A中的双点划线表示发动机1的道路-负荷线（Road-Load Line，R-L LINE）。

图5B例示了图5A所示发动机1的各运行区域内的涡流控制阀56的开度控制。具体而言，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，为了提高涡流比，将涡流控制阀56的开度向关闭侧控制以变为大致全闭。在高负荷低旋转区域（3）内，为了减弱涡流比，控制涡流控制阀56的开度变为二分之一左右的开度。在高旋转区域（4）内，为了使涡流无法形成，将涡流控制阀56的开度向打开侧控制以变为大致全开。

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）内进行压缩自动着火的燃烧。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，参照图6所示各运行区域内的燃料喷射时期以及点火时期详细说明低负荷区域（1）－1、中负荷区域（1）－2、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于低负荷区域内运行时，燃料喷射量较少，燃烧室17内部的温度也较低。因此，无法稳定进行通过达到规定的压力及温度从而自动着火的CI燃烧。由于燃料较少，因此藉由点火的着火也变得困难SI燃烧也变得不稳定。发动机1的低负荷运行区域中的燃烧室17内部整体中的空燃比（A/F）在例如30以上40以下。

图7示出了燃烧时NOx的产生量与A/F的关系。理论空燃比（A/F＝14.7）附近燃烧温度升高，因此NOx大量产生。通过成为如A/F低于10那样的燃料浓度浓、空气相对燃料不足的缺氧状态，或是如A/F超过30那样的燃料浓度稀薄、空气相对燃料过剩的空气过多状态，NOx的产生受到抑制。

因此，目前是在发动机于低负荷区域内运行时，在火花塞的周边形成如前者那样的较浓的混合气作为火种，且在该混合气的周边形成如后者那样的较稀的混合气，并进行促使压缩着火的分层稀薄燃烧等。

但是，那样的分层稀薄燃烧中，在较浓的混合气与较稀的混合气之间无论如何都会生成会产生大量NOx的A/F为10～25的混合气。因此，无法谋求NOx的抑制。

A/F超过30的较稀的混合气即使能够通过火花点火进行着火，也会因为火焰传播缓慢、燃烧不推进而无法进行稳定的SI燃烧。另一方面，若A/F在25左右（20～35），则能进行稳定的SI燃烧，也能抑制NOx的产生。

因此，发动机1在低负荷区域（1）－1内进行SI燃烧与CI燃烧相组合的SPCCI燃烧。

并且，通过应用利用涡流的混合气分布的控制技术，在发动机1的低负荷运行区域内能够进行稳定的SPCCI燃烧，从而能够实现低NOx且低燃料消耗率的燃烧。

具体而言，将使燃烧室17的内部整体中形成有A/F超过30那样的较稀的混合气的少量燃料向燃烧室17内部喷射，从而使分层化的混合气分布在点火的正时形成于燃烧室17内部，所述分层化的混合气分布具有：位于具有火花塞的燃烧室17中央部的成为火种的区域（例如A/F在20以上35以下）；以及位于燃烧室17的周边部且藉由火种的燃烧压力和燃烧热进行压缩着火的区域（例如A/F在35以上50以下）。接着，具体说明利用涡流的混合气分布的控制。

（混合气分布的控制）

本发明人等为了高精度地控制燃烧室内的混合气分布而着眼于涡流。涡流是在与汽缸的中心轴正交的方向上形成的回旋流（横涡）。因此，与在燃烧室的容积大小变化的方向上形成的滚流（纵涡）不同，几乎不会受到燃烧室的容积的变化、发动机的转速等的影响。

因此，涡流，严格而言是在与汽缸的中心轴正交的方向上回旋的涡流成分，即使燃烧室的容积、发动机的运行状态等发生变化，其流速仍较为稳定。因此，向燃烧室中喷射燃料，并利用涡流来控制该燃料的喷雾的随时间的变化，由此能高精度地控制在燃料喷射后规定的正时形成于燃烧室内部的混合气分布。

运用图8来具体说明该点。图8左端的图示意性地示出了燃烧室17容积较大的进气行程的规定的正时的燃烧室17。如前所述，燃烧室17的上部配设有使其内部产生涡流的涡流控制阀（SCV）56（构成涡流产生部）。燃烧室17的上部的中央部位配设有向燃烧室17内部喷射燃料的喷射器6（构成燃料喷射部）。喷射器6从等间隔地配置于周方向上的10个喷孔以相对喷射轴心X2朝下方呈30度～60度、优选的是45度的喷射角同时将燃料以放射状喷射。从各喷孔喷射出的燃料的喷雾的中心线L1～L10如图2所示。

燃料的喷雾的中心线L1～L5位于发动机1的前侧，燃料的喷雾的中心线L6～L10位于发动机1的后侧。该图中，燃料的喷雾的中心线L1在发动机1的前侧的燃料的喷雾的中心线L1～L5中位于最靠近排气侧，且配置于从将两个进气门21、21之间等分的二等分线同时也是通过喷射轴心X2的基准线K、向发动机1的前侧倾斜大致18度的位置。

位于发动机1的前侧的燃料的喷雾的中心线L1～L5与位于发动机1的后侧的燃料的喷雾的中心线L6～L10，从喷射轴心X2延伸的方向观察，相对基准线K线对称地进行配置。燃料的喷雾的中心线L1～L10以喷射轴心X2为中心按大致36度的等间隔依该顺序沿逆时针进行配置。

燃烧室17中，通过ECU10将涡流控制阀56向关闭侧控制，由此向燃烧室17进行不均衡的进气的导入。藉此，在燃烧室17内部形成相对中心轴X1倾斜的涡流（斜涡流，由涡流成分和滚流成分构成）。

具体而言，通过将涡流控制阀56向关闭侧控制，使相对较多的进气从第一进气道181流入燃烧室17。藉此，如图3箭头所示，在燃烧室17内部形成沿逆时针回旋的流动。通过与作为滚流气道的进气道18相组合从而形成斜涡流。如图8左端的图中箭头所示，由从第一进气道181流入燃烧室17的进气形成的斜涡流以经由燃烧室17的排气侧的上部沿发动机1的前侧向斜下方大幅回旋，再经由燃烧室17的进气侧的下部沿发动机1的后侧向斜上方大幅回旋，并返回燃烧室17的排气侧的上部的形式流动。

左端的图中所示符号D表示将燃烧室17内部按发动机1的前-后方向二等分的纵截面。从左端的图开始由箭头示出的上排的五幅图（a）～（e）示意性地示出了斜涡流的上游侧（方便起见称为上游侧）的燃料喷射后随时间的状态变化，所述斜涡流的上游侧位于以该纵截面D区划出的发动机1的前侧（图的纸面向前侧）。从左端的图开始由箭头示出的下排的五幅图（f）～（j）示意性地示出了斜涡流的下游侧的燃料喷射后随时间的状态变化，所述斜涡流的下游侧位于以该纵截面D区划出的发动机1的后侧（图的纸面向后侧）。

这些各幅图（a）～（j）的白色箭头表示燃烧室17内部产生的斜涡流的主流（为流势较强的流动的中心的部分，以下仅称为涡流）。另，涡流的主流伴随有在其周围朝着与主流相同的方向流动的流动较弱的副流。虽然有时燃料的喷雾的流动会受该副流影响，但是副流的流动方向与主流相同且主流一方流势较强，因此即使燃料的喷雾受到副流影响，主流的影响最终仍会处于支配地位。因此，后述藉由涡流形成混合气分布的现象几乎不会因副流而变化。

上排的（a）示出了刚从喷射器6喷射出燃料后的涡流的上游侧。在涡流的上游侧，五段燃料f1～f5与涡流的下游侧的燃料f6～f10同时进行喷射。

如（b）所示，在上游侧向着涡流喷射的燃料之中，从喷孔至涡流距离（到达距离）最短的燃料f1的喷雾最先到达涡流。之后，如（c）所示，下一位到达距离短的燃料f2的喷雾在比燃料f1的喷雾到达涡流的部位靠下游侧的部位到达涡流。此时，燃料f1的喷雾随涡流一起移动并与燃料f2的喷雾汇合。再之后，如（d）所示，下一位到达距离短的燃料f3的喷雾到达涡流。此时，先前汇合的燃料f1、f2的喷雾随涡流一起移动并与燃料f3的喷雾汇合。

再之后，如（e）所示，下一位到达距离短的燃料f4的喷雾到达涡流。在该例示中，该燃料f4的喷雾在燃烧室17的下端部到达涡流。此时，先前汇合的燃料f1、f2、f3的喷雾随涡流一起移动并与燃料f4的喷雾汇合。

喷射出的燃料有时会到达燃烧室17的壁面17a（燃料f5）。该燃料f5的喷雾如（d）所示在到达壁面17a后沿壁面17a移动。并且，如（e）所示，之后燃料f5的喷雾也到达涡流，并与先前汇合的燃料f1、f2、f3、f4的喷雾汇合。

即，形成为喷射器6喷射喷雾到达涡流的包括第一燃料及第二燃料在内的多个燃料（图示例子的f1～f4），在第一燃料（例如f1）的喷雾到达涡流后，第二燃料（例如f2）的喷雾通过涡流到达第一燃料的喷雾移动到的位置的结构。

此外，形成为对到达壁面17a的燃料f5也使其喷雾沿壁面17a移动而到达涡流并与这些喷雾汇合的结构。

藉此，能够利用涡流使喷射出的燃料汇合，形成燃料浓度浓的浓混合气。在该例示中，从喷射器6喷射至涡流的上游侧的燃料，其全部的量会聚集于一处。

另一方面，下排的（f）示出了刚从喷射器6喷射出燃料后的涡流的下游侧。在涡流的下游侧也同样地，五段燃料f6～f10与涡流的上游侧的五段燃料f1～f5同时进行喷射。

如（g）所示，在下游侧向涡流喷射的燃料中，从喷孔至涡流距离（到达距离）最短的燃料f10的喷雾最先到达涡流（第一位置P1）。之后，如（h）所示，下一位到达距离短的燃料f9的喷雾相对涡流到达比燃料f10的喷雾到达的部位靠上游侧的部位（第二位置P2）。

此时，燃料f10的喷雾在到达第一位置P1后直至燃料f9的喷雾到达第二位置P2为止的期间内，随涡流一起从燃料f10的喷雾的到达位置（第一到达位置P1）进一步向下游侧移动并远离第二位置P2。因此，燃料f9的喷雾即使随后随涡流一起移动，燃料f10的喷雾也会在从燃料f9的喷雾向涡流的下游侧离开的位置随涡流一起移动，因此在藉由涡流进行移动的期间，燃料f9的喷雾保持远离燃料f10的喷雾的状态。因此，得以形成燃料浓度分散的混合气。再之后，如（i）所示，下一位到达距离短的燃料f8的喷雾在比燃料f9的喷雾到达涡流的部位靠上游侧的部位到达涡流。此时，先前到达涡流的燃料f10、f9的喷雾随涡流一起移动，并从各自的到达位置向下游侧移动。

即，形成为喷射器6喷射喷雾到达涡流的包括第一燃料及第二燃料在内的多个燃料（图示例子的f10～f8），且第一燃料的喷雾（例如f10）到达涡流的位置作为第一位置P1，第二燃料的喷雾（例如f9）到达涡流的位置作为第二位置P2时，第一燃料的喷雾在到达第一位置P1后直至第二燃料的喷雾到达第二位置P2为止的期间内移动并藉由涡流远离第二位置的结构。

藉此，能利用涡流使喷射的燃料适当扩散，能够形成燃料稀薄扩散的均质的混合气。在该例示中，由喷射器6喷射的燃料的约30%会被扩散。

再之后，如（j）所示，下一位到达距离短的燃料f7的喷雾到达涡流。在该例示中，该燃料f7的喷雾在燃烧室17的下端部到达涡流。此时，燃料f7的喷雾与涡流的上游侧的燃料f1～f5的喷雾汇合。

与涡流的上游侧同样地，喷射出的燃料有时会到达燃烧室17的壁面17a（燃料f6）。该燃料f6的喷雾也如（i）所示在到达壁面17a后沿壁面17a移动。并且，燃料f6的喷雾如（j）所示，之后到达涡流，并和燃料f7的喷雾一起与燃料f1～f5的喷雾汇合。即，在该例示中，由喷射器6喷射的燃料的约70%会进行汇合。

图8右端的图示意性地示出了从喷射器6喷射出的燃料全部到达涡流后的那一刻的状态。如该图所示，从喷射器6喷射出的燃料沿涡流形成扩散程度有大有小的混合气。该混合气包括燃料聚集的区域和燃料分散的区域，燃料浓度因部位而异，换言之，具有空燃比（A/F）不同的分布（混合气分布）。该混合气分布随涡流一起在燃烧室17内部沿周方向移动。此时，混合气分布一边逐渐扩散一边逐渐向燃烧室17的中心侧偏转。

图9例示出了从燃烧室17的上方观察混合气分布随涡流一起移动的燃烧室17内部的图。通过进气的导入形成的涡流的能量随后受到空气阻力而衰减，从而一边逐渐扩散一边逐渐向燃烧室17的中心侧偏转。因此，随涡流一起移动的混合气分布随着该涡流流动的变化一边逐渐扩散一边逐渐向燃烧室17的中心侧偏转。

如图9的（a）的上图所示，燃料f1～f7聚集而成的混合气分布（由点示意性示出）如箭头所示，一边随涡流一起移动并扩散一边逐渐向燃烧室17的中央部侧偏转。该混合气分布燃料浓度浓，因此如图9的（a）的下图中的点所示，在燃烧开始的正时能够形成偏向于燃烧室17的中央部的较浓的混合气分布。

如图9的（b）的上图所示，燃料f8～f10分散而成的燃料浓度稀薄扩散的混合气分布（由点示意性地示出）如箭头所示，一边随涡流一起移动并进一步扩散一边逐渐向燃烧室17的中央部侧偏转。藉此，在燃烧开始的正时，如图9的（b）的下图中的点所示，能够形成扩散至整个燃烧室17的较稀薄的混合气分布。

通过结合这些混合气，能够在燃烧室17中形成包括燃料浓度相对浓的区域与燃料浓度相对稀薄的区域的分层化的混合气分布。

如后所述，若燃料的喷射压力在30～120MPa的范围内且涡流比在2～6的范围内，则能利用涡流形成这样的混合气分布。

发动机1的运行中，由于活塞3反复上升及下降，因此燃烧室17的容积也随之大小发生变化。涡流相对中心轴X1的回旋角度（相当于图8白色箭头的斜率）也随之变化。但是，如前所述，涡流（涡流成分）的回旋速度基本不受其影响。因此，即使在燃烧室17的容积不同的情况下也能利用涡流形成这样的混合气分布。

例如，即使是燃料喷射的正时处于燃烧室17的容积较小的压缩行程，仍会产生与已说明的进气行程的情况相同的现象。不过，由于进气行程比压缩行程，直至燃烧开始的正时为止的时间更长，因此在燃烧开始的正时，进气行程下的燃料喷射的一方，形成燃料更加扩散并在燃烧室17内部大范围扩散的较稀的燃料浓度均质的混合气分布。由于压缩行程比进气行程，直至燃烧开始的正时为止的时间更短，因此在燃烧开始的正时，压缩行程下的燃料喷射的一方，形成燃料更加聚集并以较浓的燃料浓度偏向于燃烧室17的中央部的混合气分布。

因此，只要像这样在燃烧室17中喷射燃料，并利用涡流控制该燃料的喷雾的随时间的变化，就能形成燃料浓度因部位而异的分层化的混合气分布。通过调节从喷射器6喷射燃料的正时，也能够将燃烧开始的正时的混合气分布控制为适合燃烧的配置和状态等。此外，通过将多个这样的混合气分布相组合，能够形成多种形态的混合气分布。

（燃料喷射压力）

为了利用涡流来控制混合气分布，优选的是将燃料以30MPa以上120MPa以下范围内的压力从喷射器6喷射。

若燃料的喷射压力低于30Mpa，则喷射出的燃料的流势过弱，恐怕会产生在到达涡流前就扩散从而无法到达涡流的燃料。若燃料的喷射压力超过120MPa，则喷射出的燃料的流势过强，恐怕燃料会贯穿涡流。以上任何情况均无法使燃料恰当地附着于涡流。与之相对地，只要喷射压力在30～120MPa的范围内，就能够使喷射的燃料恰当地附着于涡流，因此能够利用涡流实现对混合气分布的稳定的控制。

（涡流的强度）

为了将混合气分布控制为适合燃烧的状态，强涡流是至关重要的。

图10示出了对涡流的强度给着火的稳定性造成的影响解析得到的结果。解析在利用如前所述的涡流的条件下进行。在使作为涡流的强度的指标的涡流比大小变化的同时，将使燃烧室17内部变为较稀状态（A/F为30左右）的量的燃料按规定的比例进行分段喷射。在进气行程的初期（压缩上死点前320°CA）进行前段喷射，改变喷射正时地进行后段喷射。在压缩上死点稍前处进行点火。图10的纵轴表示燃烧稳定性（SDI），斜线所示区域示出了着火变得不稳定的后段喷射的正时。

在涡流较弱（涡流比较小，例如涡流比为0）时仅存在着火不稳定的区域（图10下排的图），与之相反在涡流较强（涡流比较大，例如涡流比为2）时，出现了能够稳定着火的正时（图10中排的图），而在涡流进一步增强（例如涡流比为4）时，该正时以及其范围有增加的倾向（图10上排的图）。

即，在涡流较弱时，不进行混合气分布的控制。并且，在涡流较强时，仅这样就能增加能够稳定着火的正时以及其范围，因此能够进行自由度更高的混合气分布的控制。因此，为了将混合气分布控制为适合燃烧的状态，形成强涡流是至关重要的。

藉此，在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，ECU10以使涡流比变为至少2以上、优选的是4以上的形式控制涡流控制阀（SCV）56。

此处，对涡流比进行定义，“涡流比”为用对每个气门升程测定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11所示的台架试验装置的测定求出。即，同一附图所示装置形成为一方面将汽缸盖13上下翻转设置于基台上，使进气道18连接未图示的进气供给装置，而另一方面将汽缸36设置于该汽缸盖13上且使其上端连接具有蜂窝状转子37的脉冲积算器（Impulse meter）38的结构。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测量涡流作用于蜂窝状转子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（参照图11箭头）。

图12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12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12例示，该发动机1在涡流控制阀56全闭时，涡流比为6左右。在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，涡流比可为4以上6以下。可调节涡流控制阀56的开度使开口比率处于0～15%的范围。

（涡流的特性）

涡流不像滚流那样会受到发动机1的转速的影响。因此，即使发动机1的转速变化，能稳定着火的燃烧的喷射正时也不会大幅变化。因此，只要利用涡流，就能不依赖发动机1的转速（转动速度）地进行混合气分布的控制。

图13示出了对发动机1的转速给着火的稳定性造成的影响解析得到的结果。该解析的条件除发动机1的转速不同这一点以外，均与前述的涡流的强度的解析相同。图13上排的图就是图10上排的图。图13下排的图示出了在发动机1负荷相同的条件下发动机1的转速较上排的图增加的情况（转速的差：1000rpm）。

观察图13可发现，即使发动机1的转速变化，能稳定着火的喷射正时虽有些许变化，但仍有大范围的重复。因此，能不依赖发动机1的转速地进行混合气分布的控制。

因此，像这样有效地利用涡流使喷射的燃料藉由涡流汇合或分散，由此能够形成燃料浓度因部位而异的混合气分布。例如，由燃料f8～f10形成的混合气分布分散，因此形成为燃料浓度较稀薄、燃料浓度的不均较少且更加均质的分布。这有利于CI燃烧。相对地，由燃料f1～f7形成的混合气分布集中，因此形成为燃料浓度较浓且不均衡的分布。这有利于SI燃烧。

通过调节燃料到达涡流的位置和正时等，能够形成燃料分散且均质性优异的混合气分布和燃料集中、燃料浓度浓且不均衡的混合气分布等。例如，若形成为使喷射出的燃料如燃料f8～f10那样仅变为分散的燃料的结构，则能够形成均质性优异的混合气分布。若形成为使喷射出的燃料如燃料f1～f7那样仅变为集中的燃料的结构，则能够形成燃料浓度浓且聚在一起的混合气分布。

又，也可以是调节涡流的强度和涡流产生的正时等。也可以是调节喷射燃料的位置和喷射方向、燃料的喷射数等。这样做的话，单次的燃料喷射也能形成燃料浓度的分布、在燃烧室17内部的配置和形态等各异的混合气分布。

并且，在燃烧循环的不同的正时进行多次燃料喷射，在燃烧室17内部形成多个那样的混合气分布，且在点火的正时等期望的规定的正时将这些混合气分布重叠并进行一体化，由此也能高精度地控制多种形态的混合气分布。

（低NOx且低燃料量的喷射正时的探索）

进行解析以通过利用涡流的混合气分布的控制来探索能够以低NOx且低燃料量的燃料喷射实现稳定燃烧的喷射正时。图14示出了该解析的一个例子。该解析中，以令发动机转速为2000pm、A/F为30的形式进行一次性喷射。另，涡流比为4以上。

图14的上排是表示与燃烧的喷射量（纵轴）以及燃料的喷射正时（横轴）相对的燃烧稳定性（SDI）的等值线图。以燃烧稳定性越高的区域则浓度越浓的形式进行表示。图14的中排是表示与燃烧的喷射量（纵轴）以及燃料的喷射正时（横轴）相对的NOx的产生量的等值线图。以NOx的产生量越多的区域则浓度越浓的形式进行表示。

图14的下排是表示将这些等值线图组合得到的能够以规定的低NOx及低燃料量的燃料喷射实现稳定燃烧的区域的等值线图。以燃烧稳定性越高且NOx的产生量越少的区域则浓度越浓的形式进行表示。例如，此时若在进气下死点附近的正时喷射燃料，就能够以少量燃料在抑制NOx的产生的同时进行稳定的燃烧。

像这样在多种条件下，通过进行能够以低NOx且低燃料量的燃料喷射实现稳定燃烧的喷射正时的探索，能够选择与发动机1的运行状态对应的恰当的燃料的喷射正时。

（低负荷区域（1）－1内的发动机的运行）

图6的符号601示出了发动机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。具体而言，示出了后述的低（中）负荷区域内的燃料喷射时期。图5A中以黑色圆点601示出了与运行状态601对应的运行区域。

SPCCI燃烧中，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进行SI燃烧，并且燃烧室17中的温度因SI燃烧的放热而升高且燃烧室17中的压力因火焰传播而上升，由此未燃混合气进行经由自动着火的CI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17中温度的不均。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，就能控制自动着火的正时。

进行SPCCI燃烧时，在压缩上死点附近、准确地说是在压缩上死点之前的规定正时，火花塞25对混合气点火，藉此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，未燃混合气自动着火。图6的例子中，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。换言之，SPCCI燃烧的放热率波形由SI燃烧所形成的上升斜率相对较小的第一放热率部与CI燃烧所形成的上升斜率相对较大的第二放热率部按该顺序连接而成。

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。

又，SPCCI燃烧中，通过使SI燃烧（第一放热率部）的放热量根据发动机的运行状态变化，由此以使CI燃烧（第二放热率部）的开始时期变为根据发动机的运行状态设定的目标CI燃烧开始时期的形式控制燃烧控制单元（EGR、S-VT、进气量控制单元）。

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。

在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，ECU10如前所述以使燃料以30MPa～120MPa范围内的压力从喷射器6喷射的形式进行控制。藉此，从各喷孔喷射出的燃料中朝向涡流的燃料的喷雾能够到达涡流并恰当地附着于涡流。

从喷射器6的各喷孔同时喷射出的燃料的喷雾f1～f10如图8所示到达涡流，有的汇合集中、有的分散，并形成混合气分布。该混合气分布乘着涡流向燃烧室17内部移动。

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40以下。藉此，能够抑制RawNOx的产生，从而能改善排气性能。

在火花塞25点火的点火正时，混合气分层化，并在燃烧室17内的中央部与外周部之间形成适合SPCCI燃烧的混合气分布。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。

燃烧室17内的中央部与周边部可以是将燃烧室17的内径二等分时其内侧与外侧的各分区。燃烧室17内的中央部与周边部也可以是将燃烧室17的内径三等分时其内侧的两个分区与外侧的一个分区。

分布于燃烧室17的中央部的燃料浓度浓于分布于燃烧室17的外周部的燃料浓度。具体而言，中央部的A/F为20以上35以下，外周部的A/F为35以上50以下。另，A/F的值是点火正时时空燃比的值，以下的说明相同。

低负荷区域（1）－1按照负荷的大小进一步分为低（高）负荷区域、低（中）负荷区域以及低（低）负荷区域三个区域。低（高）负荷区域是低负荷区域（1）－1中的高负荷侧的区域，且连接中负荷区域（1）－2。低（中）负荷区域是比低（高）负荷区域负荷更小的区域，低（低）负荷区域是比低（中）负荷区域负荷更小的区域。低（低）负荷区域包括怠速运行在内。

这些低（高）负荷区域、低（中）负荷区域以及低（低）负荷区域可根据发动机1的规格进行适当设定，例如可以是将低负荷区域（1）－1沿负荷方向三等分的各区域。

在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时，在进气行程及压缩行程之间规定的正时进行燃料的喷射。燃料的喷射时期及喷射次数在低（高）负荷区域、低（中）负荷区域以及低（低）负荷区域各自内进行变更。图15示出了这些各区域内燃料的喷射正时及喷射次数。另，这些各区域内的喷射正时基于前述的喷射正时的探索结果进行设定。

在发动机1于低（高）负荷区域内运行时，在进气行程的后半期（图15中以符号KR表示，将进气行程二等分的后半侧的区域）分两次喷射燃料。在低负荷区域（1）－1中，低（高）负荷区域喷射出的燃料的量较多。以大致一分为二（5：5）的状态分两次喷射该燃料。

在进气行程中喷射出的这些燃料在较长的期间内藉由涡流在周方向上移动。藉此，一边扩散一边向燃烧室17的中央部偏转，并于压缩上死点稍前处的点火正时在燃烧室17中形成大范围扩散的混合气分布。图16的（a）中示意性地示出了从燃烧室17的上方观察该混合气分布得到的图。

概念性示出了由先喷射出的燃料形成的混合气分布G1以及由后喷射出的燃料形成的混合气分布G2。任何一个燃料喷射的直至点火正时为止的期间都比较长，因此由这些喷射形成的各燃料的混合气分布G1、G2受涡流的作用而移动，变为均质且大范围扩散的状态。先喷射出的燃料的混合气分布G1较后喷射出的燃料的混合气分布G2扩散范围稍大。任何一个混合气分布的重心均位于燃烧室17的中央部。

这些混合气分布G1、G2重叠并形成为一体的混合气分布。分别将该混合气分布的中央部的A/F控制在20～35的范围内，将周边部的A/F控制在35以上。另，也可以是在发动机1于低（高）负荷区域内运行时，在进气行程的后半期喷射一次燃料。

火花塞25在压缩上死点稍前处的点火正时对燃烧室17的中央部的混合气点火。该混合气的A/F为20～35，因此能够在抑制NOx的产生的同时稳定地进行经由火焰传播的SI燃烧。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。

在发动机1于低（中）负荷区域以及低（低）负荷区域内运行时，进行包括在从进气行程至压缩行程的中期为止的期间内的正时喷射燃料的前段喷射、与在压缩行程的中期之后的正时喷射燃料的后段喷射在内的多次喷射。压缩行程的中期是例如将压缩行程三等分为前期、中期以及后期时的中间的期间（图15中用各个符号Af、Am、Ar表示前期、中期以及后期）。前段喷射及后段喷射于压缩行程的中期进行喷射的情况也包含在内，在该种情况下前段喷射先于后段喷射进行喷射。

在发动机1于低（中）负荷区域内运行时，在进气行程的后半期进行一次前段喷射，在压缩行程的中期进行一次后段喷射。低（中）负荷区域与低（高）负荷区域相比，喷射出的燃料的量较少。前段喷射较后段喷射喷射出的燃料更多。例如，按前段喷射量：后段喷射量＝7：3的比率进行喷射。

进气行程中喷射出的前段喷射的燃料的混合气分布一边扩散一边向燃烧室17的中央部偏转，在点火正时于燃烧室17中形成大范围扩散的混合气分布。与之相对地，压缩行程的中期喷射出的后段喷射直至点火正时为止的时间较短。因此，后段喷射的燃料的混合气分布以几乎未扩散，且在点火正时使其重心位于燃烧室17的中央部的火花塞25的周边的形式进行设定。藉此，在点火正时，在燃烧室17的中央部与周边部形成有A/F的分布差异较大的混合气分布。

图16的（b）示意性地示出了该混合气分布。与图16的（a）同样地，概念性地示出了先喷射出的前段喷射的燃料的混合气分布G1以及后喷射出的后段喷射的燃料的混合气分布G2。前段喷射的燃料的混合气分布G1虽然燃料量相对较多，但是呈均质且大范围扩散的状态。因此，其燃料浓度变得稀薄。后段喷射的燃料的混合气分布G2虽然燃料相对较少，但是呈集中且几乎未扩散的状态。因此，其燃料浓度变得浓。并且，任何一个混合气分布的重心均位于燃烧室17的中央部。

藉此，即使是对较为少量的燃料，混合气分布的中央部的A/F也在20～35的范围内。周边部的A/F在35以上。因此，与低（高）负荷区域同样地，能够在抑制NOx的产生的同时稳定地进行经由火焰传播的SI燃烧。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。

在发动机1于低（低）负荷区域内运行时，在进气行程的后半期进行一次前段喷射，在压缩行程分三次进行后段喷射（后段第一喷射、后段第二喷射以及后段第三喷射）。具体而言，后段第一喷射在从压缩行程的前期到中期的期间内进行，后段第二喷射在压缩行程的中期进行，后段第三喷射在从压缩行程的中期到后期的期间内进行。即，ECU10以使后段喷射的喷射次数增加的形式制喷射器6。

低（低）负荷区域与低（中）负荷区域相比，喷射出的燃料的量较少。燃料的喷射量的比率可根据规格进行设定，例如为前段喷射量：后段第一喷射量：后段第二喷射量：后段第三喷射量＝1：1：1：0.5的比率。

后段第二喷射与低（中）负荷区域内的后段喷射一样在压缩行程的中期进行，后段第一喷射在比其更早的正时进行，后段第三喷射在比其更晚的正时进行。藉此，后段第一喷射的混合气分布比后段第二喷射的混合气分布扩散得更大，后段第三喷射的混合气分布比后段第二喷射的混合气分布更加集中而非扩散。这些混合气分布的重心以在点火正时时位于燃烧室17的中央部的火花塞25周边的形式进行设定。藉此，在点火的正时，在燃烧室17的中央部与周边部形成有A/F的分布差异更大的混合气分布。

图16的（c）示意性地示出了该混合气分布。概念性地示出了前段喷射的燃料的混合气分布G1、以及后段第一喷射、后段第二喷射和后段第三喷射各燃料的混合气分布G2、G3、G4。通过重叠前段喷射、后段第一喷射、后段第二喷射以及后段第三喷射各燃料的混合气分布G1～G4，由此形成A/F的分布差异很大的混合气分布。

藉此，即使是对少量燃料，混合气分布的中央部的A/F也在20～35的范围内。周边部的A/F在35以上。因此，与低（高）负荷区域和低（中）负荷区域同样地，能够在抑制NOx的产生的同时稳定地进行经由火焰传播的SI燃烧。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，在发动机1于低负荷区域（1）－1内运行时能够谋求SI燃烧的着火性的改善以及SI燃烧的稳定化。并且，能够进行稳定的SPCCI燃烧，能够实现低NOx且低燃料消耗率的燃烧。

也可以是在发动机1于低（低）负荷区域内运行时，不增加后段喷射的喷射次数，而是延迟（滞后）后段喷射的喷射正时。

具体而言，如图17所示，通过ECU10以使后段喷射的喷射正时在低（低）负荷区域内比在低（中）负荷区域内更迟的形式控制喷射器6。可以使两者的后段喷射所喷射的燃料量相等。藉此，低（低）负荷区域内的后段喷射的燃料的混合气分布从喷射至点火正时为止的期间变短，因此扩散程度小于低（中）负荷区域内的后段喷射的燃料的混合气分布。通过延迟后段喷射的喷射正时，从而形成燃料浓度浓（A/F较小）混合气分布。

通过重叠这些混合气分布，能够在点火正时形成具有燃料浓度稀薄的周边部（A/F在35以上）与分布范围更小且燃料浓度更浓的中央部（A/F为20～35）的混合气分布。因此，在该情况下也能在抑制NOx的产生的同时稳定地进行经由火焰传播的SI燃烧。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。

另，在发动机负荷相同的情况下，即使发动机转速大小变化，也可保持喷射正时不变。

如前所述，涡流几乎不受发动机转速的影响。因此，在发动机负荷相同、即喷射出的燃料量相等的情况下，即使发动机转速大小变化，如果在同一正时喷射燃料则能够在点火正时于燃烧室内形成同样的混合气分布。因此，在发动机负荷相同的情况下，只要ECU10以使喷射正时相对变化的发动机转速保持不变的形式向喷射器6输出控制信号，就能在实现稳定的燃烧的同时谋求控制的简化。

在低负荷区域（1）－1内，发动机1使混合气稀于理论空燃比地进行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）

发动机1在中负荷区域（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。

图6的符号602示出了发动机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。图5A中以黑色圆点602示出了与运行状态602对应的运行区域。

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，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中形成有涡流比为至少2以上、优选的是4以上的强涡流。涡流控制阀（SCV）56处于全闭或是关闭侧的规定的开度。通过增强涡流，使燃烧室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并谋求燃料消耗性能的改善。又，能够抑制行程期间内转矩的不均匀。

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（window）之内即可。因此，混合气的空气过剩率λ可为1.0±0.2。

在发动机1于中负荷区域（1）－2内运行时，喷射器6通过前段喷射（符号6021）与后段喷射（符号6022）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可分别为将压缩行程按曲轴角度二等分时的前半期及后半期（图6中用各个符号AF及AR表示压缩行程的前半期及后半期）。

喷射器6从燃烧室17的中央部向着径方向外方，从倾斜的多个喷孔以放射状喷射燃料。若喷射器6在压缩行程的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的腔室31外的上表面。腔室31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内，并在挤流区域171内形成混合气。

若喷射器6在压缩行程的后半期进行后段喷射，由于活塞3靠近上死点，因此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”可以是意味着从将腔室31的开口投影在燃烧室17的顶部（roof）上得到的投影面开始至腔室31的开口为止的区域、与腔室31中的区域相组合的区域。也可以是将燃烧室17中挤流区域171以外的区域称为腔室31内的区域。

随着藉由后段喷射向腔室31中喷射燃料，在腔室31内的区域产生气体的流动。燃烧室17中的湍流能量在直至点火正时为止的时间较长时，会随着压缩行程的进行而衰减。然而，后段喷射的喷射正时比前段喷射更靠近点火正时，因此火花塞25能够在腔室31中的湍流能量维持在较高的状态下对腔室31内的区域的混合气点火。藉此，SI燃烧的燃烧速度加快。SI燃烧的燃烧速度加快时，如前所述通过SI燃烧进行的CI燃烧的控制性升高。

藉由喷射器6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优选的是为1.0～1.2。

在压缩上死点前规定的正时，火花塞25对混合气点火（符号6023），由此混合气通过火焰传播进行燃烧。在经由火焰传播进行的燃烧开始后，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。如果在压缩行程中进行前段喷射，则能防止引起前段喷射所喷射的燃料过早着火等异常燃烧。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。

在中负荷区域（1）－2内，发动机1使混合气以理论空燃比进行SPCCI燃烧，因此可将中负荷区域（1）－2称为“SPCCIλ＝1区域”。

此处，如图5A所示，在低负荷区域（1）－1的一部分区域以及中负荷区域（1）－2的一部分区域内关闭增压机44（参见S/C OFF）。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，为了应对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（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以及中负荷区域（1）－2内同样地，发动机1进行SPCCI燃烧。

图6的符号603示出了发动机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。图5A中以黑色圆点603示出了与运行状态603对应的运行区域。

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。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中形成有涡流比为至少2以上、优选的是4以上的强涡流。将涡流控制阀（SCV）56关闭至全闭或规定的开度。

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）内以运行状态603运行时，喷射器6在压缩行程通过前段喷射（符号6031）与后段喷射（符号6032）分两次向燃烧室17中喷射燃料。前段喷射可以是在例如以符号AF表示的压缩行程的前半期进行，后段喷射可以是在例如以符号AR表示的压缩行程的后半期进行。

强涡流于燃烧室17中产生时，前段喷射的燃料在燃烧室17的中央部形成混合气。中央部的混合气主要通过SI燃烧进行燃烧。后段喷射的燃料主要在燃烧室17的外周部形成混合气。外周部的混合气主要通过CI燃烧进行燃烧。

并且，在进行前段喷射与后段喷射的燃料喷射中，使燃烧室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使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。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7：3。

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的中央部的混合气优选的是空气过剩率在1以下，而外周部的混合气空气过剩率λ在1以下，优选的是小于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，优选的是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13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，优选的是12.5以上13以下。

由于火花塞25配置于燃烧室17的中央部，因此火花塞25对燃烧室17的中央部的混合气点火（符号6033）。藉由火花塞25的点火，中央部的混合气开始经由火焰传播的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，因此处于容易开始CI燃烧的状况。换言之，在高负荷区域内容易产生过早着火。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。

因此，在高负荷中旋转区域（2）内，发动机1使混合气以理论空燃比或浓于理论空燃比地进行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））

若发动机1的转速较低，则曲轴角变化1°所需要的时间变长。在高负荷低旋转区域（3）内与在高负荷中旋转区域（2）内同样地，若在例如进气行程和压缩行程的前半期向燃烧室17内喷射燃料，则恐怕会燃料的反应过度而引起过早着火。在发动机1于高负荷低旋转区域（3）内运行时，难以进行前述的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示出了发动机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。图5A中以黑色圆点604示出了与运行状态604对应的运行区域。

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。也可以是在全开负荷时令EGR气体为0。

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可为1.0±0.2。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，优选的是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为止的期间（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）。压缩行程的末期如前所述，可将压缩行程三等分为前期、中期以及后期时的后期设为末期。又，膨胀行程的初期与之同样地，可将膨胀行程三等分为前期、中期以及后期时的前期设为初期。

通过将燃料的喷射时期设为较迟的时期，能够避免过早着火。燃料压力被设定为30MPa以上的高燃料压力。通过升高燃料压力，能够使燃料的喷射期间以及混合气的形成期间分别缩短。作为一个示例，燃料压力的上限值可以是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）。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。

为了避免过早着火，喷射器6在发动机1的转速变得越低时越使燃料喷射的时期滞后。燃料喷射有时也会在膨胀行程中结束。

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，如前所述通过在压缩行程中进行分段喷射，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上展开。

图6的符号605示出了发动机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。图5A中以黑色圆点605示出了与运行状态605对应的运行区域。

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随着负荷增大而减少EGR气体的量。也可以是在全开负荷时令EGR气体为0。

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（SCV）56全开，能在高旋转区域（4）内提高填充效率且能降低泵送损失。

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（符号6051）。喷射器6将燃料一次性喷射。另，运行状态605由于发动机1的负荷较高，因此燃料喷射量较多。燃料的喷射期间根据燃料的喷射量进行变化。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。

火花塞25在燃料的喷射结束后于压缩上死点前恰当的正时，对混合气进行点火（符号6052）。

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

（发动机的控制流程）

接着，参照图18的流程图说明ECU10执行的发动机1的运行控制。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中判断发动机1的运行区域。

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）内运行。步骤S3的判定为是时流程进至步骤S8，为否时流程进至步骤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）内运行。步骤S4的判定为是时流程进至步骤S9，为否时流程进至步骤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））内运行。步骤S5的判定为是时流程进至步骤S10，为否时流程进至步骤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））内运行。步骤S6的判定为是时流程进至步骤S11，为否时流程进至步骤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的判定为是时流程进至步骤S12，为否时流程返回步骤S1。

在步骤S8中，ECU10以关闭阀的形式向涡流控制阀（SCV）56输出控制信号。又，ECU10以在进气行程进行前段喷射，在压缩行程进行后段喷射的形式向喷射器6输出控制信号。能够在生成强涡流的燃烧室17中形成分层化的混合气。在之后的步骤S13中，ECU10以在压缩上死点前规定的正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。藉此，发动机1进行SPCCI燃烧。

在步骤S9中，ECU10以关闭阀的形式向涡流控制阀56输出控制信号。又，ECU10以在压缩行程中进行前段喷射与后段喷射的形式向喷射器6输出控制信号。能够在生成强涡流的燃烧室17中形成λ＝1的混合气。ECU10在之后的步骤S13中，以在压缩上死点前规定的正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。藉此，发动机1进行SPCCI燃烧。

在步骤S10中，ECU10以关闭阀的形式向涡流控制阀56输出控制信号。又，ECU10以在压缩行程中将燃料分段喷射的形式或是以在进气行程中将燃料一次性喷射的形式向喷射器6输出控制信号。能够在生成强涡流的燃烧室17中形成分层化的混合气。ECU10在之后的步骤S13中，以在压缩上死点前规定的正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。藉此，发动机1进行SPCCI燃烧。

在步骤S11中，ECU10以使阀半开的形式向涡流控制阀56输出控制信号。又，ECU10以在从压缩行程末期至膨胀行程初期的期间内进行燃料喷射的形式向喷射器6输出控制信号。在之后的步骤S13中，ECU10以在燃料的喷射结束后且压缩上死点后规定的正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。藉此，发动机1进行SI燃烧。

在步骤S12中，ECU10以打开阀的形式向涡流控制阀56输出控制信号。又，ECU10以在进气行程进行燃料喷射的形式向喷射器6输出控制信号。能够在燃烧室17中形成均质或大致均质的混合气。在之后的步骤S13中，ECU10以在压缩上死点前规定的正时进行点火的形式向火花塞25输出控制信号。藉此，发动机1进行SI燃烧。

（其他实施形态）

另，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的结构可采用各种不同的结构。又，也可以是发动机1具备代替机械式增压机44的涡轮增压机。

Claims (7)

1.一种压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述压缩着火式发动机的控制装置具备：

具有燃烧室的发动机；

向所述燃烧室的内部喷射燃料的燃料喷射部；

对所述燃烧室中的混合气进行点火的点火部；和

控制部，所述控制部与所述燃料喷射部及所述点火部分别连接，且向所述燃料喷射部及所述点火部分别输出控制信号；

所述点火部对通过所述燃料喷射部喷射的燃料在所述燃烧室的内部形成的混合气进行点火，由此开始经由火焰传播的SI燃烧，随后未燃混合气通过自动着火进行CI燃烧；

所述点火部在所述发动机的几何压缩比设定为14以上，所述燃烧室的内部的混合气整体的空燃比大于理论空燃比的规定的较稀的状态，且所述点火部周边的混合气的空燃比大于所述点火部附近的混合气的空燃比的状态下进行点火的结构；

所述点火部配置于所述燃烧室的中央部；

还具备使所述燃烧室的内部产生涡流的涡流产生部；

所述控制部以在所述涡流产生部产生涡流后规定的喷射正时喷射燃料的形式控制所述燃料喷射部，且以在燃料喷射结束后规定的点火正时点火的形式控制所述点火部，由此通过涡流控制混合气分布，并控制所述SI燃烧；

所述涡流产生部产生涡流比为2以上的涡流；

所述控制部以在发动机负荷相同的情况下使喷射正时对于具有变化的发动机转速保持不变的形式向所述燃料喷射部输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述点火部进行点火时所述点火部附近的混合气的空燃比为20以上35以下，其周边的混合气的空燃比为35以上50以下。

3.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述涡流产生部产生涡流比为4以上的涡流。

4.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制部以使所述燃料喷射部在压缩行程分多次喷射燃料的形式输出控制信号。

5.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制部以在所述发动机于低负荷区域内运行时进行多次喷射的形式向所述燃料喷射部输出控制信号，所述多次喷射包括在从进气行程至压缩行程的中期为止的期间内的正时喷射燃料的前段喷射、和在从进气行程至压缩行程的中期以后的正时喷射燃料的后段喷射。

6.根据权利要求5所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制部以使进行所述后段喷射的正时在低负荷区域内的低负荷侧迟于低负荷区域内的高负荷侧的形式向所述燃料喷射部输出控制信号。

7.根据权利要求5所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制部以使所述后段喷射的喷射次数相比于低负荷区域内的高负荷侧在低负荷区域内的低负荷侧增加的形式向所述燃料喷射部输出控制信号。

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