CN109424462B - 压缩着火式发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种压缩着火式发动机的控制装置，目的在于在压缩着火式发动机中，使压缩着火的燃烧稳定化。压缩着火式发动机具备：燃料喷射部（喷射器6）；至少对向燃烧室中的新气的导入进行调节的状态量调节部；设置在排气通路上的三元催化器（511、513）；取得与燃烧室的壁温相关的参数的壁温取得部（水温传感器SW10）；以及控制部（ECU10）。在燃烧室内，产生沿壁旋转的涡流；控制部在燃烧室的壁温低于规定壁温时，使混合气的空燃比以收敛于三元催化器的净化区间的形式成为大致理论空燃比。

Description

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中记载了在进行预混合压缩着火燃烧的柴油发动机中，外气温度或进气温度降低时，通过增加吸入燃烧室内的空气量来使混合气的空燃比变稀。由此促进预混合时燃料与空气的氧化反应，得到所希望的放热率波形。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1 ：日本特开2013-44289号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

专利文献1中记载的技术，根据外气温度或进气温度而对混合气的空燃比进行调节。然而，通过本申请发明人们的研究首次得知，仅基于外气温度或进气温度进行控制，仍存在压缩着火的燃烧不稳定化的情况。

此处公开的技术是在压缩着火式发动机中使压缩着火的燃烧稳定化。

解决问题的手段：

具体而言，此处公开的压缩自动着火式发动机具备：燃烧室内的混合气通过压缩着火而燃烧的发动机；安装于所述发动机的燃料喷射部；安装于所述发动机且至少对向所述燃烧室中的新气的导入进行调节的状态量调节部；设置在所述发动机的排气通路上的三元催化器；取得与所述燃烧室的壁温相关的参数的壁温取得部；以及与所述燃料喷射部、所述状态量调节部及所述壁温取得部连接且接收来自所述壁温取得部的检测信号，并向所述燃料喷射部及所述状态量调节部输出控制信号的控制部。

而且，在所述燃烧室内产生沿壁旋转的涡流；所述控制部在所述燃烧室的壁温低于规定壁温时，使所述混合气的空燃比以收敛于所述三元催化器的净化区间的形式成为大致理论空燃比。

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，“大致理论空燃比”包括理论空燃比和理论空燃比附近的空燃比。理论空燃比附近的空燃比以收敛于三元催化器的净化区间为限。又，“状态量调节部”不限于配设在进气通路上的节气门。例如也可以通过调节进气门的气门正时和/或气门升程来调节新气的导入量。又，状态量调节部也可以构成为通过调节向燃烧室中的EGR气体的量来调节新气的导入量。

在该发动机的燃烧室内，产生沿燃烧室的壁旋转的涡流。涡流在接近壁面的燃烧室内的外周部较强，在远离壁面的燃烧室内的中央部较弱。

发动机使燃烧室内的混合气通过压缩着火而燃烧。混合气在燃烧室内达到规定的压力和/或规定温度时压缩着火，而由于燃烧室的外周部涡流较强，所以混合气与壁面之间的热交换效率变高。壁面的温度较低时，外周部温度易低于中央部。壁面的温度较低时，外周部的混合气难以压缩着火。其结果为，会有发动机的排气排放性能降低的担忧。

所述的结构基于与壁温取得部所取得的燃烧室的壁温相关的参数，在燃烧室的壁温低于规定壁温时，使混合气的空燃比以收敛于所述三元催化器的净化区间的形式成为大致理论空燃比。能通过设置于排气通路的三元催化器来净化从燃烧室排出的排气。防止在燃烧室的壁温较低时排气排放性能下降。

也可以是，所述控制部在所述燃烧室的壁温为所述规定壁温以上时，使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比。

燃烧室的壁温较高时，燃烧室内的混合气适当进行压缩着火的燃烧。即便混合气的空燃比稀于理论空燃比，压缩着火的燃烧的排气排放性能也不会降低。通过使混合气的空燃比稀于理论空燃比，能改善发动机的燃料消耗性能。

也可以是，所述控制部在所述发动机的负荷为规定负荷以下且所述燃烧室的壁温低于规定壁温时，使所述混合气的空燃比为大致理论空燃比，在所述发动机的负荷在规定负荷以下且所述燃烧室的壁温在所述规定壁温以上时，使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比。

发动机的负荷较低时，通过使混合气的空燃比稀于理论空燃比，从而更有利于发动机的燃料消耗性能的改善。又，在发动机的负荷较低且燃烧室的壁温低于规定壁温时，通过使混合气的空燃比为大致理论空燃比，能防止排气排放性能降低。

也可以是，所述状态量调节部调节向所述燃烧室中的新气及EGR气体的导入；所述控制部在所述燃烧室的壁温低于规定壁温时，使所述混合气的空燃比为大致理论空燃比，并向所述燃烧室导入EGR气体。

通过向燃烧室导入EGR气体并稀释混合气，能改善发动机的燃料消耗性能。即，通过使混合气的空燃比为大致理论空燃比并向燃烧室导入EGR气体，从而兼顾燃料消耗性能的改善和排气排放性能的维持。

也可以是，所述控制部使与所述燃烧室中的全部气体和燃料的重量比相关的指标即G/F为18以上。根据本申请发明人们的见解，若使G/F为18以上，则能在压缩着火的燃烧中防止燃烧噪声超过容许值。另，根据本申请发明人们的见解，混合气的G/F例如也可以在50以下。

也可以是，所述压缩着火式发动机的控制装置具备面对所述燃烧室内配设的点火部；所述控制部在被点火的混合气通过涡流沿所述燃烧室的壁的火焰传播开始后，以使未燃混合气在规定时期压缩着火的形式，使所述点火部在规定的正时点火。

该燃烧形态是将SI（Spark Ignition；火花点火）燃烧和CI（CompressionIgnition；压缩着火）燃烧进行组合后的燃烧形态。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压缩自动着火从而开始的燃烧。该燃烧形态是如下形态：若对燃烧室中的混合气进行强制点火并开始火焰传播的燃烧，则因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（Spark Controlled CompressionIgnition；火花点火控制压缩着火）燃烧。SPCCI燃烧由于包括CI燃烧，所以是“压缩着火的燃烧”的一形态。

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。

所述的结构中，由于燃烧室内产生涡流，所以混合气被点火时，通过涡流沿燃烧室的壁传播火焰。燃烧室的壁温较低时，SPCCI燃烧中的SI燃烧被壁面冷却，所以压缩着火的正时延迟。若要使未燃混合气在目标正时压缩着火，例如需要通过增加燃料量来增加SPCCI燃烧中SI燃烧带来的放热量。然而，若增加燃料量，则排气排放性可能会降低。

因此，进行SPCCI燃烧时，壁温低于规定壁温时，使混合气的空燃比为大致理论空燃比。由于能通过三元催化器净化从燃烧室排出的排气，因此能防止发动机的排气排放性能的降低。

又，壁温为规定壁温以上时，即便混合气的空燃比稀于理论空燃比，也能确保SPCCI燃烧的燃烧稳定性，且排气排放性能不降低。通过使混合气的空燃比变稀，能改善发动机的燃料消耗性能。

也可以是，所述压缩着火式发动机的控制装置具备在所述燃烧室内产生涡流的涡流产生部；所述控制部通过所述涡流产生部，使所述点火的正时的所述燃烧室中的状态为4以上的涡流比。

若增强燃烧室内的涡流，则能在SPCCI燃烧中充分进行SI燃烧直到CI燃烧开始。能抑制燃烧噪声的产生，并且不会使燃烧温度变得过高从而也抑制NOx的生成。又，未燃混合气的压缩着火在目标的正时进行，SPCCI燃烧的稳定性提高的结果为，能抑制行程间的转矩的不均。

所述压缩着火式发动机的控制装置也可以是，所述控制部存储第一分层、第二分层以及第三分层；所述第一分层包括：包含怠速运行并展现为低旋转及中旋转的区域的低负荷区域、比所述低负荷区域的负荷高并展现为低旋转及中旋转的区域的中负荷区域、比所述中负荷区域的负荷高并展现为中旋转的区域的高负荷中旋转区域、比所述中负荷区域的负荷高并展现为低旋转的区域的高负荷低旋转区域、以及比所述低负荷区域、所述中负荷区域、所述高负荷中旋转区域及所述高负荷低旋转区域的转速高的高旋转区域，并设定为在上述所有区域内进行SI燃烧；所述第二分层比所述第一分层上位，包括所述低负荷区域、所述中负荷区域及所述高负荷中旋转区域，且设定为在所述低负荷区域及所述中负荷区域内使所述混合气的空燃比为理论空燃比并进行SPCCI燃烧，同时在所述高负荷中旋转区域内使所述混合气的空燃比浓于理论空燃比并进行SPCCI燃烧；所述第三分层比所述第二分层上位，包括所述低负荷区域，且设定为在所述低负荷区域内使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比并进行SPCCI燃烧；所述燃烧室的壁温低于规定的第一壁温时，按照由所述第一分层构成的运行映射图进行控制；所述燃烧室的壁温为所述第一壁温以上且低于比所述第一壁温高的第二壁温时，按照所述第一分层及所述第二分层重叠而构成的运行映射图进行控制；所述燃烧室的壁温为所述第二壁温以上时，按照所述第一分层、所述第二分层及所述第三分层重叠而构成的运行映射图进行控制。

在此，由于包含CI燃烧的SPCCI燃烧即便使混合气的空燃比变稀也能确保燃烧稳定性，所以能维持排气排放性能，同时改善发动机的燃料消耗性能。

若进行SPCCI燃烧，则可使压缩着火的燃烧稳定进行，而根据本申请发明人们的研究新得知，SPCCI燃烧在导入燃烧室的进气的温度较低时，压缩着火的燃烧无法稳定化。CI燃烧无法稳定化的结果是排气排放性能可能会降低。

因此，本申请发明人们在进行SPCCI燃烧的发动机中，当导入燃烧室的进气的温度较低致使压缩着火的燃烧无法稳定化时，通过使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比来进行利用三元催化器的排气的净化。

具体而言，此处公开的压缩着火式发动机具备：燃烧室内的混合气通过压缩着火而燃烧的发动机；安装于所述发动机的燃料喷射部；安装于所述发动机，且至少对向所述燃烧室中的新气的导入进行调节的状态量调节部；面对所述燃烧室内配设的点火部；设置在所述发动机的排气通路上的三元催化器；取得与导入所述燃烧室的进气的温度相关的参数的进气温取得部；以及与所述燃料喷射部、所述状态量调节部、所述点火部及所述进气温取得部连接且接收来自所述进气温取得部的检测信号，并向所述燃料喷射部、所述状态量调节部及所述点火部输出控制信号的控制部。

而且，所述控制部在被点火的混合气开始火焰传播的燃烧后，以使未燃混合气在规定时期压缩着火的形式使所述点火部在规定的正时点火；所述控制部还在进气的温度低于规定进气温时，使所述混合气的空燃比以收敛于所述三元催化器的净化区间的形式成为大致理论空燃比。

在此，导入燃烧室的“进气”也可以包含新气及已燃气体。

控制部使点火部在规定的正时点火。被点火的混合气开始火焰传播的燃烧后，未燃混合气在规定时期压缩着火。根据压缩开始前的燃烧室中的温度，例如通过调节点火正时，从而能防止燃烧噪声并进行CI燃烧。能改善发动机的燃料消耗性能。

进气的温度低于规定进气温时，会有CI燃烧不稳定，排气排放性能降低的担忧。因此，进气的温度低于规定进气温时，控制部使混合气的空燃比以收敛于三元催化器的净化区间的形式成为理论空燃比或大致理论空燃比。由此，能利用设置在排气通路上的三元催化器来净化从燃烧室排出的排气，从而防止在进气的温度低于规定进气温时，排气排放性能降低。

也可以是，所述状态量调节部对向所述燃烧室中的新气及EGR气体的导入进行调节；所述控制部在进气的温度低于所述规定进气温时使所述混合气的空燃比为大致理论空燃比，并向所述燃烧室导入EGR气体。

通过向燃烧室导入EGR气体并稀释混合气，能改善发动机的燃料消耗性能。即，通过使混合气的空燃比为大致理论空燃比并向燃烧室导入EGR气体，以此兼顾燃料消耗性能的改善和排气排放性能的维持。

也可以是，所述控制部使与所述燃烧室中的全部气体和燃料的重量比相关的指标即G/F为18以上。根据本申请发明人们的见解，若使混合气的空燃比为大致理论空燃比，并使G/F为18以上，则能防止在压缩着火的燃烧中，燃烧噪声超过容许值。另，混合气的G/F例如也可以为50以下。根据本申请发明人们的见解，若混合气的G/F为50以下，则能使SPCCI燃烧稳定进行。

也可以是，所述控制部在进气的温度为所述规定进气温以上时，使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比。

进气的温度为规定进气温以上时，即便混合气的空燃比稀于理论空燃比，也可确保SPCCI燃烧中的CI燃烧的稳定性。又，排气排放性能也不降低。通过使混合气的空燃比稀于理论空燃比，从而进一步有利于发动机的燃料消耗性能的改善。

也可以是，所述控制部在所述发动机的负荷为规定负荷以下且进气的温度低于所述规定进气温时，使所述混合气的空燃比为大致理论空燃比，在所述发动机的负荷为所述规定负荷以下且进气的温度为所述规定进气温以上时，使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比。

发动机的负荷较低时，通过使混合气稀于理论空燃比，从而进一步有利于发动机的燃料消耗性能的改善。又，在发动机的负荷较低且进气的温度低于规定进气温时，能通过使混合气的空燃比为大致理论空燃比来防止排气排放性能在SPCCI燃烧中降低。

压缩着火式发动机的控制装置也可以是，具备在所述燃烧室内产生涡流的涡流产生部；在所述燃烧室内产生沿壁旋转的涡流；所述控制部在被点火的混合气通过涡流沿所述燃烧室的壁的火焰传播开始后，以未燃混合气在规定时期压缩着火的形式使所述点火部在规定的正时点火。

涡流在接近壁面的燃烧室内的外周部较强，在从壁面远离的燃烧室内的中央部较弱。SPCCI燃烧的火焰乘着涡流，沿燃烧室的壁在燃烧室内的外周部传播。之后，在规定的正时，未燃混合气压缩着火，在燃烧室的外周部及中央部进行CI燃烧。SPCCI燃烧时，通过在燃烧室内产生涡流，能充分进行SI燃烧直到CI燃烧开始。能抑制燃烧噪声的产生，并不使燃烧温度过高从而还抑制NOx的生成。又，未燃混合气的压缩着火在目标的正时进行，SPCCI燃烧的稳定性提高的结果为，能抑制行程间的转矩的不均。

也可以是，所述控制部通过所述涡流产生部使所述点火的正时的所述燃烧室中的状态为4以上的涡流比。

若使燃烧室内的涡流变强，则能更切实地实现前述的燃烧噪声的抑制、NOx的抑制及转矩不均的抑制。

也可以是，具备取得与所述燃烧室的壁温相关的参数的壁温取得部；所述控制部在所述燃烧室的壁温低于规定壁温时，或进气的温度低于所述规定进气温时，使所述混合气的空燃比以收敛于所述三元催化器的净化区间的形式成为大致理论空燃比。

燃烧室的壁温较低时，SPCCI燃烧中压缩着火的燃烧也会难以稳定化。又，如前所述在燃烧室内产生涡流且SPCCI燃烧的火焰沿燃烧室的壁传播的结构中，由于燃烧室的壁温较低时，SI燃烧因壁面而变冷，所以压缩着火的正时延迟。若使未燃混合气在目标正时压缩着火时，则例如需要通过增加燃料量从而在SPCCI燃烧中增加SI燃烧的放热量，但若增加燃料量，则会有排气排放性能降低的担忧。

因此，进行SPCCI燃烧时，壁温低于规定壁温时，或进气温低于规定进气温时，通过使混合气的空燃比为大致理论空燃比，可进行三元催化器的排气的净化，所以能防止发动机的排气排放性能降低。

所述压缩着火式发动机的控制装置也可以是，所述控制部存储第一分层、第二分层以及第三分层；所述第一分层包括：包含怠速运行并展现为低旋转及中旋转的区域的低负荷区域、比所述低负荷区域的负荷高并展现为低旋转及中旋转的区域的中负荷区域、比所述中负荷区域的负荷高并展现为中旋转的区域的高负荷中旋转区域、比所述中负荷区域的负荷高并展现为低旋转的区域的高负荷低旋转区域、以及比所述低负荷区域、所述中负荷区域、所述高负荷中旋转区域及所述高负荷低旋转区域的转速高的高旋转区域，并设定为在所述所有区域内进行SI燃烧；所述第二分层比所述第一分层上位，包括所述低负荷区域、所述中负荷区域及所述高负荷中旋转区域，且设定为在所述低负荷区域及所述中负荷区域中使所述混合气的空燃比为理论空燃比并进行SPCCI燃烧，同时在所述高负荷中旋转区域中使所述混合气的空燃比浓于理论空燃比并进行SPCCI燃烧；所述第三分层比所述第二分层上位，包括所述低负荷区域，且设定为在所述低负荷区域使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比并进行SPCCI燃烧；进气的温度低于规定的第一进气温度时，按照由所述第一分层构成的运行映射图进行控制；进气的温度为所述第一进气温度以上且低于比所述第一进气温度高的第二进气温度时，按照所述第一分层及所述第二分层重叠而构成的运行映射图进行控制；进气的温度为所述第二进气温度以上时，按照所述第一分层、所述第二分层及所述第三分层重叠而构成的运行映射图进行控制。

发明效果：

如以上说明，根据前述的压缩着火式发动机，能使压缩着火的燃烧稳定化。

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A-A剖视图；

图3是例示燃烧室及进气系的结构的俯视图；

图4的左图是例示发动机的冷却装置的主回路的结构的图，图4的右图是例示发动机的冷却装置的副回路的结构的图；

图5是例示发动机的控制装置的结构的框图；

图6是例示用于涡流比检测的台架试验装置的图；

图7是例示次级通路的开口比率与涡流比的关系的图；

图8是例示发动机的运行区域映射图的图；

图9是例示图8的运行区域映射图的各运行区域中的燃料喷射时期及点火时期、和燃烧波形的图；

图10相当于对SPCCI燃烧的概念进行说明的燃烧室的俯视图；

图11是对发动机的运行区域映射图的分层（layer）结构进行说明的图；

图12是例示与运行区域映射图的分层选择有关的发动机的控制程序的流程图；

1　 发动机；

10　 ECU（控制部）；

17　 燃烧室；

23　 进气电动S-VT（状态量调节部）；

24　 排气电动S-VT（状态量调节部）；

25　 火花塞（点火部）；

43　 节气门（状态量调节部）；

44　 增压机；

49　 增压系统（状态量调节部）；

511、513　 三元催化器；

55　 EGR系统（状态量调节部）；

56　 涡流控制阀（涡流产生部）；

6　 喷射器（燃料喷射部）；

SW10　 水温传感器（壁温取得部）；

SW17　 第三进气温度传感器（进气温取得部）。

具体实施方式

以下，基于附图对压缩着火式发动机的实施形态进行详细说明。以下的说明为发动机的一例。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3是例示燃烧室及进气系的结构的图。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是例示发动机的冷却装置的结构的图。图5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的上图所示，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31。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。凹陷部312上腔31的内径从腔31的底部向着腔31的开口逐渐扩大。

发动机1的几何压缩比设定为13以上30以下。如后所述，发动机1在一部分的运行区域中，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控制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，但能够将其几何压缩比设定为相对较低。减小几何压缩比，则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。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5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。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，进气动阀机构具有代替电动S-VT的油压式的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之间进行开闭。排气门22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5所示，可变动阀机构具有排气电动SVT24。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。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。由此，对燃烧室17之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，或关入燃烧室17中。本结构例中，进气电动S-VT23及排气电动S-VT24构成内部EGR系统。另，内部EGR系统不限于由S-VT构成。又，进气电动S-VT23及排气电动S-VT24分别是对向燃烧室17中的新气及EGR气体的导入进行调节的状态量调节部之一。

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，其喷射轴心X2比汽缸11的中心轴X1靠近排气侧地配设。喷射器6的喷射轴心X2平行于中心轴X1。喷射器6的喷射轴心X2与如前所述的腔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X2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X2与腔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的形式喷射燃料。喷射器6在本结构例中具有10个喷孔，喷孔在周向上等角度配置。喷孔的轴如图2的上图所示，在周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。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而润湿电极。

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，配设在比汽缸11的中心轴X1靠近进气侧处。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，面对燃烧室17中且位于燃烧室17的顶面附近。另，也可以将火花塞25配置在比汽缸11的中心轴X1靠近排气侧处。又，也可以将火花塞25配设在汽缸11的中心轴X1上，并将喷射器6配设在比汽缸11的中心轴X1靠近进气侧或排气侧处。

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。节气门43为状态量调节部之一。

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还可以是鲁兹式（Roots-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。中冷器46也可以是油冷式。

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。更具体而言，旁通通路47连接缓冲罐42。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。另，也可以定义为，增压时是指缓冲罐42内的压力超过大气压时，非增压时是指缓冲罐42内的压力在大气压以下时。

本结构例中，由增压机44、旁通通路47、空气旁通阀48构成增压系统49。增压系统49为状态量调节部之一。

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）。

在此，对涡流的强度进行说明。涡流的强度可由涡流比表示。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如图6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，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）处。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6的箭头）。

图7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7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7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。若要使涡流比在4以上，则涡流控制阀56的开度在开口比率为0～15%的范围内调节即可。

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。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。更具体而言，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。EGR阀54也构成为状态量调节部之一。外部EGR系统具有EGR冷却器53，且EGR通路52连接于比GPF512靠近下游的位置，因此能向燃烧室17供给比内部EGR系统低温的已燃气体。

发动机1的冷却装置71如图4所示，具备主回路71A和副回路71B。主回路71A及副回路71B相互独立。冷媒（即冷却水）不在主回路71A与副回路71B之间相互往来。

主回路71A具有利用行驶风冷却冷媒的主冷却器72、将由主冷却器72冷却的冷却水向由汽缸盖13及汽缸体12构成的发动机主体100供给的可变容量型的水泵74。水泵74由发动机1驱动。向发动机主体100供给的冷却水于发动机主体100内，在设置于燃烧室17周围的水套内流动并冷却发动机主体100的各部后，从发动机主体100排出，返回主冷却器72，图示省略。后述的水温传感器SW10检测冷却水的温度。水温传感器SW10检测的冷却水的温度有时会作为发动机主体100的温度而用于发动机1的各种控制。水温传感器SW10检测的冷却水的温度用作燃烧室17的壁温的温度，用于发动机1的运行区域映射图的分层选择，后详述。

副回路71B与主冷却器72同样地，具有利用行驶风冷却冷媒的副冷却器75、和将由副冷却器75冷却的冷媒向中冷器46供给的电动水泵76。向中冷器46供给的冷媒在冷却通过中冷器46的气体后，从中冷器46排出，返回副冷却器75。

在主回路71A流动的冷媒通过发动机主体100的内部。在副回路71B流动的冷媒不通过发动机主体100的内部。因此，在主回路71A流动的冷媒比在副回路71B流动的冷媒高温。另，EGR冷却器53连接主回路71A，图示省略。

压缩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5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5所示，连接有各种传感器SW1～SW17。传感器SW1～SW17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及检测缓冲罐42内的气体的温度、换言之即导入燃烧室17的进气的温度的第三进气温度传感器SW17；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 O₂ Sensor）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的目标转矩并确定目标增压压力。而且，ECU10基于目标增压压力、及从第一压力传感器SW3和第二压力传感器SW5的检测信号得到的增压机44的前后压差，通过调节空气旁通阀48的开度，从而以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中全部气体的比率）。而且，ECU10基于目标EGR率、及加速器开度传感器SW12的检测信号得到的吸入空气量，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，由此以使导入燃烧室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基于线性O₂传感器SW8及λO₂传感器SW9检测到的排气中的氧浓度，以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进行的发动机1的控制由后详述。

（发动机的运行区域）

图8例示暖机时的发动机1的运行区域映射图。发动机1的运行区域映射图501、502由负荷及转速而定，针对负荷的高低及转速的高低而分为五个区域。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含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8的例中，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。转速N1例如可为1200rpm左右，转速N2例如可为4000rpm左右。另，图8中的双点划线示出发动机1的道路-负荷线（Road-Load Line；R-L LINE）。图8中，为便于理解，将发动机1的运行区域映射图501、502分为二部分绘出。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。

发动机1在暖机时，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。

（SPCCI燃烧的概念）

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，则自动着火的正时发生较大变化。因此，发动机1进行组合SI燃烧和CI燃烧的SPCCI燃烧。

SPCCI燃烧是如下形态：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，则仍能在目标的正时使混合气自动着火。

在SPCCI燃烧中，SI燃烧时的放热较CI燃烧时的放热平缓。SPCCI燃烧中的放热率的波形如图9的符号6014、6024、6034及6043所例示，上升的斜率相对变小。又，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9所示的放热率的波形6014、6024、6034及6043的例子中，在自动着火的正时，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。不过，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6014、6024、6034及6043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。

像这样，SPCCI燃烧的放热率波形是由SI燃烧形成的、上升的斜率相对较小的第一放热率部和由CI燃烧形成的、上升的斜率相对较大的第二放热率部以此顺序连续而形成。又，使SI燃烧（即第一放热率部）的放热量根据发动机的运行状态变化，由此，以CI燃烧（即第二放热率部）的开始时期成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，控制燃烧控制手段（例如EGR系统、可变动阀机构、进气量控制手段）。

发动机1在进行SPCCI燃烧时，在燃烧室17内产生强涡流。涡流比例如可为4以上。

图10示出SPCCI燃烧的概念。若燃烧室17内产生强涡流，则如图10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，而通过中央部和外周部的边界上的速度斜面引起的的涡流，中央部的湍流能量变高。

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10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-排气方向上配置得比汽缸11中心轴X1靠近进气侧，涡流为图10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10的虚线箭头所示，在进气-前侧部分未燃混合气压缩着火，从燃烧室17的外周部而在中央部进行CI燃烧。

该SPCCI燃烧的概念中，通过在燃烧室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从而抑制NOx的生成。又，能抑制行程间的转矩的不均。

又，SPCCI燃烧的概念是SI燃烧的火焰沿燃烧室17的壁面而在周向传播，所以与将火花塞25配设在汽缸11中心，并从燃烧室17中心向径向的外方传播火焰的常规SI燃烧相比，具有不易产生伴随着高频振动的爆震这样的优点。又，SPCCI燃烧如前所述，由于CI燃烧时的压力变动相对平缓，所以也能抑制柴油机爆震的产生。

（各区域内的发动机的运行）

以下，参照图9所示的燃料喷射时期及点火时期而对图8的运行区域映射图501、502的各区域内的发动机1的运行进行详细说明。图9的横轴为曲轴转角。另，图9的符号601、602、603、604、605及606分别与由图8的运行区域映射图501的符号601、602、603、604、605及606示出的发动机1的运行状态对应。

（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9的符号601示出发动机1以低负荷区域（1）-1内的运行状态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，示出对于曲轴转角的放热率的变化的波形，符号6014）。

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及排气门22两者开阀的正重叠期间，从而将从燃烧室17中排出至进气道18及排气道19的排气的一部分再次导入燃烧室17中。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。另，也可以设定使进气门21及排气门22两者闭阀的负重叠期间。

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。涡流控制阀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。发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，涡流比为4以上6以下即可。涡流控制阀56的开度如图7所示，开口比率在0～15%的范围内调节即可。通过使燃烧室17中的涡流变强，能适当进行SPCCI燃烧。

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。通过使与火花塞25相近的混合气的A/F为20以上30以下，可在能进行SI燃烧的火焰传播的同时抑制SI燃烧时的RawNOx的产生。又，外周部的混合气的A/F为35以上，以此能使CI燃烧稳定进行。

在发动机1于低负荷区域（1）-1内运行时，喷射器6在压缩行程中分多次向燃烧室17中喷射燃料（符号6011、6012）。通过多次燃料喷射和燃烧室17中的涡流，混合气在燃烧室17的中央部与外周部处分层化。

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。

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（即SPCCI稀）。能大幅改善发动机1的燃料消耗性能。

（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9的符号602示出发动机1以中负荷区域（1）-2内的运行状态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）。

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，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，从而将从燃烧室17中排出至进气道18及排气道19的排气的一部分再次导入燃烧室17中。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，使被EGR冷却器53冷却的排气通过EGR通路52导入燃烧室17中。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，能将燃烧室17中的温度调节至适宜。

又，在发动机1于中负荷区域（1）-2内运行时，也与低负荷区域（1）-1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56为全闭或为关闭侧的规定的开度。通过使涡流变强，从而能在发动机1于中负荷区域（1）-2内运行时适当进行SPCCI燃烧。

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511、513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能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可为1.0±0.2。如前所述，由于向燃烧室17内导入EGR气体，所以燃烧室17中的全部气体与燃料的重量比即G/F较稀。发动机1在中负荷区域（1）-2内运行时，G/F也可以为18以上。如此，能避免所谓爆震的产生。G/F也可以设定在18以上30以下。又，G/F还可以设定在18以上50以下。

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，能借由燃料的气化潜热来降低燃烧室17中的温度。能防止包含第一喷射6021所喷射的燃料的混合气过早着火。另，运行状态602在中负荷区域（1）-2内为相较而言负荷较高的运行状态。也可以在中负荷区域（1）-2内省略第二喷射6022。尤其是在中负荷区域（1）-2内，发动机为负荷较低的运行状态时，也可省略第二喷射6022。

喷射器6进行第一喷射6021和第二喷射6022，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、及避免烟气产生所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。通过火焰传播的燃烧开始后，未燃混合气自动着火，进行CI燃烧。

从而，在中负荷区域（1）-2内，发动机1使混合气为理论空燃比而进行SPCCI燃烧（即SPCCIλ＝1）。能利用三元催化器511、513净化从燃烧室17排出的排出气体。又，通过将EGR气体导入燃烧室17并使混合气稀释化，从而改善发动机1的燃料消耗性能。

在此，如图8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9的符号603示出发动机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）。又，符号604示出发动机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）。

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。

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56为全闭或为关闭侧的规定的开度。由于涡流较强，所以能适当进行SPCCI燃烧。

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，G/F也可以在18以上。G/F也可以设定在18以上30以下。又，G/F还可以设定在18以上50以下。

发动机1以高负荷中旋转区域（2）内的运行状态603运行时，喷射器6在进气行程中进行前段喷射6031，并在压缩行程中进行后段喷射6032。也可以是，前段喷射例如开始于进气行程的前半期，后段喷射例如在压缩行程的末期进行。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，前段喷射例如也可以在压缩上死点前280°CA处开始燃料喷射。

在将前段喷射6031的喷射开始为进气行程的前半期时，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（即腔31之外的区域（参照图2）），剩余的燃料进入腔31内的区域，图示省略。涡流在燃烧室17的外周部较强，在中央部较弱。因此，进入挤流区域171的燃料进入涡流，进入腔31内的区域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，燃烧室17的外周部的混合气的燃料浓度比中央部的混合气的燃料浓度浓，且外周部的混合气的燃料量比中央部的混合气的燃料量多。具体而言，配置有火花塞25的中央部的混合气，空气过剩率λ在1以下，而外周部的混合气，空气过剩率λ低于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。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，或者也可以是11以上、12以下。燃烧室17的外周部由于混合气中的燃料量增多，因此因燃料的气化潜热而温度降低。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，或者还可以是12.5以上、13以下。

压缩行程的末期可为将压缩行程三等分为初期、中期及末期时的末期。在压缩行程的末期进行的后段喷射6032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，从而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，前段喷射的喷射量与后段喷射的喷射量的比例作为一个示例，也可以是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，中央部的混合气通过火焰传播开始SI燃烧。

发动机1以高负荷中旋转区域（2）内的运行状态604运行时，喷射器6在进气行程开始燃料喷射（符号6041）。

于进气行程开始的喷射6041也可以与前述同样地，在进气行程的前半期开始燃料喷射。具体而言，喷射6041可以在上死点前280°CA处开始燃料喷射。有时喷射6041的终点会超出进气行程而在压缩行程中。通过将喷射6041的起点设为进气行程的前半期，能如前所述，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。配置有火花塞25的中央部的混合气与前述同样地，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1 3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例如为11以上、理论空燃比以下，或者也可以是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，或者也可以是12.5以上、13以下。

在发动机1的转速升高时，由喷射6041喷射的燃料的反应时间变短。因此，能省略用于抑制混合气的反应的后段喷射。

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。

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。

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CI燃烧开始。能抑制燃烧噪声的产生，并不使燃烧温度过高从而也抑制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。

如以上，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而进行SPCCI燃烧（即SPCCIλ≦1）。在该区域内也能利用三元催化器511、513来净化从燃烧室17排出的排出气体。又，通过将EGR气体导入燃烧室17并使混合气稀释化，从而改善发动机1的燃料消耗性能。

（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。向燃烧室17喷射的燃料过度反应，即便试图进行SPCCI燃烧恐怕也会招致过早着火。因此，在发动机1于高负荷中旋转区域（3）内运行时，发动机1进行SI燃烧而非SPCCI燃烧。

图9的符号605示出发动机1以高负荷中旋转区域（3）内的运行状态605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）。

EGR系统55在发动机1的运行状态处于高负荷中旋转区域（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在进气行程中喷射燃料（符号6051），并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6052）。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；

通过在进气行程中喷射燃料（符号6051），能充分确保混合气的形成时间。又，通过在延迟期间内喷射燃料（符号6052），能在即将点火前增强燃烧室17内的气体流动。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，能分别缩短燃料的喷射期间及混合气的形成期间，并能进一步增强燃烧室17内的气体流动。燃料压力的上限值作为一例，也可以为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6053）。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。

也可以是，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，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，从延迟期间内的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。

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。

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）。

如在图2的上图中以双点划线对喷雾进行例示般，喷射器6的喷口的轴的位置相对火花塞25向周向偏离。从喷口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。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（即延迟-SI）。该区域内，通过使混合气的空燃比为大致理论空燃比，从而能利用三元催化器511、513净化从燃烧室17排出的排出气体。通过进行SI燃烧，能避免异常燃烧。

（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）展现为从低负荷至高负荷的负荷方向的全区域。

图9的符号606示出发动机1以高旋转区域（4）内的负荷较高的运行状态606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）。

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）内的全开负荷的附近，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（符号6061）。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。

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6062）。

从而，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（即进气-SI）。在该区域内也是通过使混合气的空燃比为大致理论空燃比，从而能利用三元催化器511、513净化从燃烧室17排出的排出气体。又，通过进行SI燃烧，能避免异常燃烧。

（运行区域映射图的分层结构）

图8所示的发动机1的运行区域映射图501、502如图11所示，使分层1、分层2及分层3这三个分层重叠地构成。另，各分层1、2、3存储于ECU10。

分层1是作为基础的分层。分层1展现为运行区域映射图的整体。分层1包括低负荷区域（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）及高旋转区域（4）所有区域。

分层2是重叠于分层1之上的分层。分层2包括高旋转区域（4）、高负荷低旋转区域（3）之外的低负荷区域（1）-1、中负荷区域（1）-2及高负荷中旋转区域（2）。

分层3是重叠于分层2之上的分层。分层3包括低负荷区域（1）-1。

分层1、分层2及分层3根据燃烧室17的壁温及进气的温度各自的高低进行选择。于后详述，而分层的选择有三种情况，即仅选择分层1的情况，选择分层1和分层2的情况，以及选择分层1和分层2和分层3的情况。图8所示的发动机1的运行区域映射图501相当于选择分层1和分层2和分层3的情况。

在选择分层1和分层2和分层3，并使这些分层1、分层2及分层3重叠从而构成的运行区域映射图中，在低负荷区域（1）-1的区域内最上位的分层3有效，在该些中负荷区域（1）-2及高负荷中旋转区域（2）的区域内，最上位的分层2有效，剩余的高负荷低旋转区域（3）及高旋转区域（4）内分层1有效。

在选择分层1和分层2，并使这些分层1及分层2重叠从而构成的运行区域映射图中，与前述不同，在该些各个低负荷区域（1）-1、中负荷区域（1）-2及高负荷中旋转区域（2）的区域内，最上位的分层2有效，剩余的高负荷低旋转区域（3）及高旋转区域（4）内分层1有效。

仅选择分层1，并仅由该分层1构成的运行区域映射图中，与前述不同，各个低负荷区域（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）及高旋转区域（4）内分层1有效。

分层3进行SPCCI燃烧。分层3还使燃烧室17整体的混合气的空燃比在低负荷区域（1）-1内稀于理论空燃比（即λ＞1）。分层3在燃烧室17的壁温为第一规定壁温（例如80℃）以上且进气温为第一规定进气温（例如50℃）以上时被选择。另，燃烧室17的壁温例如也可由水温传感器SW10检测到的发动机1的冷却水的温度代替。又，也可以基于冷却水的温度、其他检测结果来推定燃烧室17的壁温。又，进气温例如通过检测缓冲罐42内的温度的第三进气温度传感器SW17进行检测。又，也可以基于各种检测结果来推定导入燃烧室17中的进气温。

如参照图10所说明那样，SPCCI燃烧在燃烧室17内产生强涡流从而进行。由于SI燃烧沿燃烧室17的壁传播火焰，所以SI燃烧的火焰传播受壁温的影响。若壁温较低，则SI燃烧的火焰被冷却，压缩着火的正时会延迟。

如图8的运行区域映射图501所示，发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，混合气的空燃比稀于理论空燃比。考虑到在该运行状态中，若想在燃烧室17的壁温较低时将压缩着火的正时推进至目标正时，则例如应增加SI燃烧所产生的热量，从而增加SI燃烧所燃烧的燃料的喷射量。然而，若使作为SI燃烧用的燃烧室17中央部的混合气的空燃比如前所述，从A/F＝20～30的稀空燃比接近理论空燃比，则SI燃烧的燃烧温度会变高并产生较多RawNOx。另一方面，发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，如前所述，由于燃烧室17整体的混合气的空燃比稀于理论空燃比，所以三元催化器511、513无法净化从燃烧室17排出的RawNOx。

又，由于SPCCI燃烧是组合SI燃烧和CI燃烧的燃烧形态，所以不仅仅受到燃烧室17的壁温的影响。由于SPCCI燃烧中的CI燃烧在沿壁传播火焰后，从燃烧室17的外周部而在中央部进行，所以受到燃烧室17中央部的温度的影响。若中央部的温度较低，则CI燃烧会不稳定。燃烧室17中央部的温度依存于导入燃烧室17的进气的温度。即，进气温度较高时，燃烧室17中央部的温度变高，进气温度较低时，中央部的温度变低。

因此，由于能在燃烧室17的壁温为第一规定壁温以上且进气温度为第一规定进气温以上时稳定进行SPCCI燃烧，所以选择分层3。由此，低负荷区域（1）-1成为使混合气的空燃比稀于理论空燃比，并进行SPCCI燃烧的区域。通过在发动机1的负荷较低时使混合气的空燃比稀于理论空燃比，能大幅改善发动机1的燃料消耗性能。

分层2进行SPCCI燃烧。分层2还在低负荷区域（1）-1及中负荷区域（1）-2内使燃烧室17整体的混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比（即λ＝1）。又，分层2在高负荷中旋转区域（2）内使燃烧室17整体的混合气的空燃比浓于理论空燃比或理论空燃比（即λ≦1）。分层2分别在低负荷区域（1）-1、中负荷区域（1）-2及高负荷中旋转区域（2）内将EGR气体导入燃烧室17中。混合气的G/F设定在18以上。分层2在燃烧室17的壁温为第二规定壁温（例如30℃）以上且进气温为第二规定进气温（例如25℃）以上时被选择。另，分层2也在燃烧室17的壁温为第一规定壁温以上，或进气温为第一规定进气温以上时被选择。

如前所述，燃烧室17的壁温较低和/或空气温度较低时，使混合气的空燃比稀于理论空燃比后，难以稳定进行SPCCI燃烧。

又，燃烧室17的壁温过低和/或空气温度过低时，即便是对SI燃烧的发热进行利用的SPCCI燃烧，也难以使CI燃烧稳定进行。

因此，燃烧室17的壁温低于第一规定壁温时或进气温低于第一规定进气温时，且燃烧室17的壁温为第二规定壁温以上及进气温为第二规定进气温以上时，选择分层2，不选择分层3。通过选择分层2，在燃烧室17的壁温低于第一规定壁温时或进气温低于第一规定进气温时，于低负荷区域（1）-1内进行使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比的SPCCI燃烧。能使SPCCI燃烧稳定化。又，燃烧室17的壁温为第二规定壁温以上且进气温为第二规定进气温以上时，分别在低负荷区域（1）-1、中负荷区域（1）-2及高负荷中旋转区域（2）内进行SPCCI燃烧，以此谋求发动机1的燃料消耗性能的改善。

分层1于低负荷区域（1）-1、中负荷区域（1）-2、高负荷中旋转区域（2）及高旋转区域（4）内，在进气行程中开始燃料喷射，进行火花点火的SI燃烧（即进气-SI）。又，分层1于高负荷低旋转区域（3）内，在进气行程中和从压缩行程末期到膨胀行程初期为止的延迟期间内喷射燃料从而进行SI燃烧（即延迟-SI）。从而，在分层1中，发动机1的运行区域的整体进行火花点火的SI燃烧，而非SPCCI燃烧。混合气的空燃比基本上为理论空燃比或大致理论空燃比。分层1是无关于燃烧室17的壁温的高低及进气温的高低而通常选择的分层。

燃烧室17的壁温低于第二规定壁温时或进气温低于第二规定进气温时，通过在所有运行区域内进行SI燃烧，能确保燃烧稳定性。能抑制行程间的转矩的不均。又，通过使混合气的空燃比为大致理论空燃比，可进行利用三元催化器511、513的排气的净化，所以能防止排气排放性能降低。

如此，运行区域映射图的分层构造基于SPCCI燃烧的特性。根据燃烧室17的壁温及进气温而进行分层1、分层2及分层3的选择，以此能避免发动机1的排气排放性能降低，同时最大限度改善发动机1的燃料消耗性能。

（发动机的控制程序）

接着，参照图12的流程图对ECU10执行的发动机1的运行控制进行说明。该流程图与运行区域映射图的分层选择相关。

首先，在开始后的步骤S1中，ECU10读取各传感器SW1～SW17的信号。ECU10在接下来的步骤S2中判断是否燃烧室17的壁温为30℃以上且进气温为25℃以上。步骤S2的判定为是时，程序进入步骤S3，为否时程序进入步骤S7。ECU10在步骤S7中，由于燃烧室17的壁温过低或进气温过低，所以仅选择分层1。从而，发动机1在低负荷区域（1）-1、中负荷区域（1）-2、高负荷中旋转区域（2）及高旋转区域（4）的各区域内运行时，通过所述「进气-SI」运行，并在高负荷低旋转区域（3）内运行时，通过所述「延迟-SI」运行。程序在其后进入步骤S5。

步骤S3中，ECU10判断是否燃烧室17的壁温为80℃以上且进气温为50℃以上。步骤S3的判定为是时，程序进入步骤S4，为否时程序进入步骤S8。

ECU10在步骤S8中选择分层1和分层2。从而，发动机1在低负荷区域（1）-1及中负荷区域（1）-2的各区域内运行时，通过所述「SPCCIλ＝1」运行，且在高负荷中旋转区域（2）内运行时，通过所述「SPCCIλ≦1」运行。又，发动机1在高旋转区域（4）内运行时，通过所述「进气-SI」运行，且在高负荷低旋转区域（3）内运行时，通过所述「延迟-SI」运行。程序在其后进入步骤S5。

ECU10在步骤S4中选择分层1和分层2和分层3。从而，发动机1在低负荷区域（1）-1内运行时，通过所述「SPCCIλ＞1」运行，且在中负荷区域（1）-2内运行时，通过所述「SPCCIλ＝1」运行，并在高负荷中旋转区域（2）内运行时，通过所述「SPCCIλ≦1」运行。又，发动机1在高旋转区域（4）内运行时，通过所述「进气-SI」运行，且在高负荷低旋转区域（3）内运行时，通过所述「延迟-SI」运行。程序在其后进入步骤S5。

ECU10在步骤S5中，基于步骤S1中取得的各种检测信号来判断发动机1的运行状态，在接下来的步骤S6中，根据基于步骤S4、S7或S8中选择的分层的运行区域映射图、和步骤S5中判断的发动机1的运行状态，进行状态量调节（即混合气的A/F和/或G/F的调节）、燃料喷射时期的调节及点火时期的调节，运行发动机1。

从而，在发动机1的负荷为规定负荷以下的低负荷区域（1）-1内运行发动机时，燃烧室17的壁温低于规定壁温或进气温低于规定进气温时，通过分层2使混合气的空燃比为大致理论空燃比，燃烧室17的壁温为规定壁温以上及进气温为规定进气温以上时，通过分层3使混合气的空燃比稀于理论空燃比。

另，此处考虑壁温及进气温两者从而对分层进行选择，但也可以基于壁温选择分层。

（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。

例如，发动机1也可以具备涡轮增压机来代替机械式增压机44。

又，此处公开的技术不限于进行SPCCI燃烧的发动机，能广泛应用于进行压缩着火燃烧的发动机。

Claims (7)

1.一种压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备：燃烧室内的混合气通过压缩着火而燃烧的发动机；

安装于所述发动机的燃料喷射部；

安装于所述发动机且至少对向所述燃烧室中的新气的导入进行调节的状态量调节部；

设置在所述发动机的排气通路上的三元催化器；

取得与所述燃烧室的壁温相关的参数的壁温取得部；以及

与所述燃料喷射部、所述状态量调节部及所述壁温取得部连接且接收来自所述壁温取得部的检测信号，并向所述燃料喷射部及所述状态量调节部输出控制信号的控制部；

在所述燃烧室内产生沿壁旋转的涡流；

所述控制部在所述燃烧室的壁温低于规定壁温时，使所述混合气的空燃比以收敛于所述三元催化器的净化区间的形式成为大致理论空燃比，

所述控制部存储第一分层、第二分层以及第三分层；

所述第一分层包括：包含怠速运行并展现为低旋转及中旋转的区域的低负荷区域、比所述低负荷区域的负荷高并展现为低旋转及中旋转的区域的中负荷区域、比所述中负荷区域的负荷高并展现为中旋转的区域的高负荷中旋转区域、比所述中负荷区域的负荷高并展现为低旋转的区域的高负荷低旋转区域、以及比所述低负荷区域、所述中负荷区域、所述高负荷中旋转区域及所述高负荷低旋转区域的转速高的高旋转区域，并设定为在上述所有区域内进行SI燃烧；

所述第二分层比所述第一分层上位，包括所述低负荷区域、所述中负荷区域及所述高负荷中旋转区域，且设定为在所述低负荷区域及所述中负荷区域内使所述混合气的空燃比为理论空燃比并进行SPCCI燃烧，同时在所述高负荷中旋转区域内使所述混合气的空燃比浓于理论空燃比并进行SPCCI燃烧；

所述第三分层比所述第二分层上位，包括所述低负荷区域，且设定为在所述低负荷区域内使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比并进行SPCCI燃烧；

所述燃烧室的壁温低于规定的第一壁温时，按照由所述第一分层构成的运行映射图进行控制；

所述燃烧室的壁温为所述第一壁温以上且低于比所述第一壁温高的第二壁温时，按照所述第一分层及所述第二分层重叠而构成的运行映射图进行控制；

所述燃烧室的壁温为所述第二壁温以上时，按照所述第一分层、所述第二分层及所述第三分层重叠而构成的运行映射图进行控制。

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，

所述控制部在所述燃烧室的壁温为所述规定壁温以上时，使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比。

3.根据权利要求2所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制部在所述发动机的负荷为规定负荷以下且所述燃烧室的壁温低于所述规定壁温时，使所述混合气的空燃比为大致理论空燃比，在所述发动机的负荷在规定负荷以下且所述燃烧室的壁温在所述规定壁温以上时，使所述混合气的空燃比稀于理论空燃比。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述状态量调节部调节向所述燃烧室中的新气及EGR气体的导入；

所述控制部在所述燃烧室的壁温低于所述规定壁温时，使所述混合气的空燃比为大致理论空燃比，并向所述燃烧室导入EGR气体。

5.根据权利要求4所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制部使与所述燃烧室中的全部气体和燃料的重量比相关的指标即G/F为18以上。

6.根据权利要求1至3、5的任一项所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备面对所述燃烧室内配设的点火部；

所述控制部在被点火的混合气通过涡流沿所述燃烧室的壁的火焰传播开始后，以使未燃混合气在规定时期压缩着火的形式，使所述点火部在规定的正时点火。

7.根据权利要求6所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备在所述燃烧室内产生涡流的涡流产生部；所述控制部通过所述涡流产生部，使所述点火的正时的所述燃烧室中的状态为4以上的涡流比。

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