CN109931169B - 压缩点火式发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种压缩点火式发动机的控制装置，在部分压缩点火燃烧时，无论发动机负荷如何，都确保良好的燃烧稳定性。本发明的控制装置应用于能够进行部分压缩点火燃烧的压缩点火式发动机，该部分压缩点火燃烧指的是，使混合气的一部分通过火花点火进行SI燃烧之后，使剩余的混合气通过自点火进行CI燃烧。该控制装置具备：EGR操作部，能够变更作为EGR气体导入到燃烧室的已燃气体的比例即EGR率；以及燃烧控制部，在部分压缩点火燃烧的执行中，EGR操作部对EGR率进行调整，以使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，燃烧室的压缩开始温度上升，并且在混合气进行SI燃烧之后进行CI燃烧的规定的定时使火花塞进行火花点火。

Description

压缩点火式发动机的控制装置

技术领域

本发明涉及能够进行部分压缩点火燃烧的压缩点火式发动机的控制装置，该部分压缩点火燃烧指的是，使混合气的一部分通过火花点火进行SI燃烧之后，使剩余的混合气通过自点火进行CI燃烧。

背景技术

近年来，将与空气混合的汽油燃料充分压缩并在燃烧室内通过自点火而燃烧的HCCI燃烧得到关注。HCCI燃烧是混合气同时多发地燃烧的形态，所以与通常的汽油发动机中采用的SI燃烧(火花点火燃烧)相比，混合气的燃烧速度更快，在热效率方面非常有利。但是，HCCI燃烧存在混合气的燃烧开始时期(混合气自点火的时期)因气温等外部因子而较大地变动等问题，此外，还存在负荷急剧变化的过渡运转时的控制较难的问题。

在此，提出了不是让混合气全部通过自点火而燃烧，而是使混合气的一部分通过使用了火花塞的火花点火而燃烧。即，利用火花点火使混合气的一部分通过火焰传播而强制地燃烧(SI燃烧)之后，使剩余的混合气通过自点火而燃烧(CI燃烧)。以下将这样的燃烧称作部分压缩点火燃烧。

作为采用了与上述部分压缩点火燃烧类似的构思的发动机的一例，已知下述的专利文献1。该专利文献1的发动机利用辅助燃料喷射，使围绕火花塞形成的分层混合气通过火花点火进行火焰传播燃烧，并且向由于该燃烧(火焰)的作用而高温化的燃烧室进行主燃料喷射，使通过该主燃料喷射而喷射的燃料通过自点火而燃烧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-108778号公报

发明内容

发明所要解决的技术课题

在上述专利文献1所示的发动机中，虽然能够通过使用了火花塞的火花点火来促进CI燃烧，但是在火花点火之后立即形成的火焰核的状态依燃烧室的环境而存在偏差。例如，发动机负荷较低时，与较高时相比，燃料的喷射量少，混合气的空燃比容易变得稀薄，所以即使进行火花点火，火焰核也可能不会如期待的那样成长。火焰核未能充分成长的情况下，CI燃烧的开始时期比预期的定时大大地延迟等，燃烧变得不稳定。

本发明是鉴于上述的情况而做出的，其目的在于，提供一种压缩点火式发动机的控制装置，无论发动机负荷如何，都能够确保良好的燃烧稳定性。

解决课题所采用的技术手段

为了解决所述课题，本发明的压缩点火式发动机的控制装置，具备：喷油器，向燃烧室供给燃料；以及火花塞，对从喷油器供给的燃料和空气混合而成的混合气点火；该压缩点火式发动机能够进行部分压缩点火燃烧，该部分压缩点火燃烧指的是，使所述混合气的一部分通过使用了所述火花塞的火花点火进行SI燃烧之后，使剩余的混合气通过自点火进行CI燃烧，该压缩点火式发动机的控制装置的特征在于，具备：EGR操作部，其能够变更EGR率，该EGR率是作为EGR气体导入至所述燃烧室的已燃气体的比例；以及燃烧控制部，在所述部分压缩点火燃烧的执行中，使用所述EGR操作部对所述EGR率进行调整，以使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述燃烧室的压缩开始温度上升，并且在所述混合气在SI燃烧之后进行CI燃烧的规定的定时对所述火花塞进行火花点火。

根据本发明，在部分压缩点火燃烧的执行中，发动机负荷较低时与较高时相比，EGR率增大，所以伴随着该EGR率的增大而燃烧室的压缩开始温度(开始压缩冲程时的温度)上升，能够促进火焰核的成长。由此，即使在发动机负荷较低而混合气的空燃比容易变得稀薄(因此火焰核难以成长)的条件下，也能够使SI燃烧稳定地进行而可靠地引起之后的CI燃烧，能够避免CI燃烧的开始时期在每个循环中出现大的差异。以上，根据本发明，无论发动机负荷高还是低，都能够实现稳定的部分压缩点火燃烧。

优选为，所述EGR操作部是阀可变机构，该阀可变机构能够通过变更进气阀及排气阀的至少一方的动作定时，来调整所述燃烧室内残留的已燃气体的比例即内部EGR率，所述燃烧控制部在所述部分压缩点火燃烧的执行中对所述阀可变机构进行控制，使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述内部EGR率变高。

像这样，在发动机负荷低时增大内部EGR率(燃烧室中残留的已燃气体的比例)的情况下，能够使燃烧室的压缩开始温度在低负荷侧充分地上升，能够有效地提高低负荷侧的燃烧稳定性。

在所述构成中，优选为，所述燃烧控制部在所述部分压缩点火燃烧的执行中对所述阀可变机构进行控制，使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述进气阀的关闭时期相对于进气下死点更向滞后侧移动。

根据该构成，在关闭进气阀的时间点，燃烧室内存在的(被封入)气体的总量减少，所以通过之后的混合气的燃烧而生成的已燃气体的温度上升。由此，能够进一步提高内部EGR对燃烧室的升温效果。

在所述构成中，优选为，所述阀可变机构能够调整排气开阀延长期间，该排气开阀延长期间是所述排气阀超过排气上死点而开阀的期间，所述燃烧控制部在所述部分压缩点火燃烧的执行中对所述阀可变机构进行控制，使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述排气开阀延长期间扩大。

像这样，通过在发动机负荷低时扩大排气开阀延长期间来增大内部EGR率的情况下，伴随着该期间的扩大，大量已燃气体从排气端口返回到燃烧室，其结果，能够可靠地增大内部EGR率。

优选为，所述燃烧控制部对所述阀可变机构进行控制，以在执行所述部分压缩点火燃烧的运转区域的至少低负荷侧的一部分中，发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述内部EGR率变高，并且形成空燃比大于理论空燃比的A/F稀薄环境并进行所述部分压缩点火燃烧，所述空燃比是所述燃烧室内的空气与燃料的比例。

根据该构成，在混合气的比热比较大的有利于热效率的环境下进行部分压缩点火燃烧，并且能够通过内部EGR率的调整来良好地确保其燃烧稳定性。

在所述构成中，优选为，所述发动机具备：EGR通路，用于将从所述燃烧室排出到排气通路的已燃气体即废气回流到所述燃烧室；以及设置于所述EGR通路的EGR阀，用于调整经由EGR通路回流到所述燃烧室的废气的比例即外部EGR率，所述燃烧控制部对所述EGR阀进行控制，以在执行所述A/F稀薄环境下的部分压缩点火燃烧的运转区域中，发动机负荷高时与发动机负荷低时相比，所述外部EGR率变高，并且在比该运转区域更靠高负荷侧的区域中，形成气体空燃比大于理论空燃比且所述空燃比与理论空燃比大致一致的G/F稀薄环境，并进行所述部分压缩点火燃烧，该气体空燃比是所述燃烧室内的总气体与燃料的比例。

根据该构成，在执行A/F稀薄环境下的部分压缩点火燃烧的运转区域(以下称作第1运转区域)和执行G/F稀薄环境下的部分压缩点火燃烧的运转区域(以下称作第2运转区域)之间的转移运转时，外部EGR率不会急剧变化，能够提高该转移运转时的控制性。

即，在G/F稀薄环境下进行部分压缩点火燃烧的第2运转区域中，与在同区域中假设形成A/F稀薄环境的情况相比，应导入燃烧室的空气(新气)的量减少，所以为了补偿而需要导入外部EGR气体，特别是在第2运转区域内的低负荷侧，外部EGR气体的导入量有增大的倾向。另一方面，在相对于第2运转区域在其低负荷侧邻接的第1运转区域的高负荷侧，与其低负荷侧相比外部EGR率变大，第1运转区域和第2运转区域的边界部的外部EGR率的差变小。由此，第1运转区域和第2运转区域之间的转移运转所伴随的外部EGR率的变化量较小即可，所以能够无障碍地顺利进行该转移运转。

优选为，还具备在所述燃烧室产生涡流的涡流产生部，所述燃烧控制部，在执行所述部分压缩点火燃烧的运转区域的至少低负荷侧的一部分中，驱动所述涡流产生部而产生涡流，并且从所述喷油器朝向该涡流喷射燃料。

根据该构成，能够将朝向涡流喷射的燃料集中在涡流的下游侧而形成相对富集的富混合气，所以在该富混合气中能够通过火花点火可靠地形成火焰核，使SI燃烧及之后的CI燃烧稳定化。

在所述构成中，优选为，所述喷油器配置在所述燃烧室的顶棚中央部，并且具有在周方向上分离的至少第1喷孔及第2喷孔，从所述第1喷孔及所述第2喷孔同时喷射燃料，所述涡流是相对于与所述燃烧室的中心轴正交的面非平行地流动的斜涡流，所述第1喷孔及所述第2喷孔的位置及朝向被设定为，使得从所述第1喷孔喷射并到达所述涡流的第1燃料沿着所述涡流移动到下游侧之后，与从所述第2喷孔喷射并到达所述涡流的第2燃料合流。

根据该构成，使到达涡流的多个燃料在下游侧合流，从而能够在涡流最终流向的燃烧室的中央部形成燃料浓度相对较浓的(富的)混合气。

在此，为了实现上述那种方式的部分压缩点火燃烧，所述发动机的几何学压缩比被设定为14以上18以下。

优选为，所述燃烧控制部在所述部分压缩点火燃烧的执行中对至少包含火花点火的时期在内的规定的控制量进行调整，以使得SI率与按照发动机的每个运转条件预先决定的目标SI率一致，所述SI率是SI燃烧的热发生量相对于总热发生量的比例。

根据该构成，通过调整点火时期以在燃烧噪音不至于变得过大的范围内尽可能地增加CI燃烧的比例(即SI率变低)，能够尽可能地提高部分压缩点火燃烧的热效率。

发明的效果：

如以上说明，根据本发明的压缩点火式发动机的控制装置，无论发动机负荷如何，都能够确保良好的燃烧稳定性。

附图说明

图1是概略地表示本发明的一个实施方式的压缩点火式发动机的整体构成的系统图。

图2是将发动机主体的截面图和活塞的平面图一并示出的图。

图3是表示气缸及其附近的进排气系统的构造的概略平面图。

图4是表示发动机的控制系统的框图。

图5是按照燃烧形态的不同来区分发动机的运转区域的映射图。

图6是用于概略地说明在发动机的各运转区域进行的燃烧控制的时序图。

图7是表示SPCCI燃烧(部分压缩点火燃烧)时的热发生率的波形的图表。

图8是表示在发动机的第1运转区域中设定的目标外部EGR率的具体例的映射图。

图9是表示在负荷恒定的条件下使旋转速度变化的情况下的目标外部EGR率的变化的图表。

图10是表示在上述第1运转区域中设定的目标内部EGR率的具体例的图表。

图11是表示在上述第1运转区域中设定的进·排气阀的开闭定时(抬升曲线)的图表。

图12是表示与排气阀的关闭时期(EVC)及进气阀的打开时期(IVO)的负荷相应的变化的图表。

图13是表示在上述第1运转区域中设定的目标涡流阀开度的具体例的映射图。

图14是表示在负荷恒定的条件下使旋转速度变化的情况下的目标涡流阀开度的变化的图表。

图15是利用与涡流的关系示出从喷油器喷射的燃料(喷雾)的举动的说明图。

图16是从燃烧室的上方观察与涡流一起移动的混合气的图。

图17是详细表示在SPCCI燃烧中执行的控制的流程图。

图18是用于说明SI率的各种定义方法的图7相当图。

具体实施方式

(1)发动机的整体构成

图1及图2是表示应用了本发明的控制装置的压缩点火式发动机(以下简称为发动机)的优选实施方式的图。本图所示的发动机是作为行驶用的动力源而搭载于车辆的4冲程汽油直喷发动机，具备：发动机主体1、供被导入发动机主体1的进气流通的进气通路30、供从发动机主体1排出的废气流通的排气通路40、以及将排气通路40中流通的废气的一部分回流到进气通路30回流的外部EGR装置50。

发动机主体1具有：在内部形成有气缸2的气缸体3、以从上方封盖住气缸2的方式安装于气缸体3的上面的气缸头4、以及以能够往复滑动的方式插入到气缸2的活塞5。发动机主体1典型地是具有多个(例如4个)气缸的多气缸型发动机，但是在此为了简化，仅着眼于1个气缸2进行说明。

在活塞5的上方划分出燃烧室6，通过从后述的喷油器15的喷射向该燃烧室6供给以汽油为主成分的燃料。并且，供给的燃料在燃烧室6与空气混合并燃烧，被该燃烧带来的膨胀力推下的活塞5沿上下方向往复运动。另外，喷射到燃烧室6的燃料作为主成分含有汽油即可，例如除了汽油之外，也可以含有生物乙醇等副成分。

在活塞5的下方设置有作为发动机主体1的输出轴的曲柄轴7。曲柄轴7经由活塞5和连结杆8连结，随着活塞5的往复运动(上下运动)而绕着中心轴被旋转驱动。

气缸2的几何学压缩比、即活塞5位于上死点时的燃烧室6的容积和活塞5位于下死点时的燃烧室的容积之比，作为适于后述的SPCCI燃烧(部分压缩点火燃烧)的值，设定为13以上30以下、优选为14以上18以下。更详细地说，气缸2的几何学压缩比优选为，在使用辛烷值为91左右的汽油燃料的标准规格的情况下设定为14以上17以下，在使用辛烷值为96左右的汽油燃料的高辛烷规格的情况下设定为15以上18以下。

在气缸体3设置有检测曲柄轴7的旋转角度(曲柄角)及曲柄轴7的旋转速度(发动机旋转速度)的曲柄角传感器SN1。

在气缸头4设置有：向燃烧室6开口的进气端口9及排气端口10、对进气端口9进行开闭的进气阀11、以及对排气端口10进行开闭的排气阀12。另外，本实施方式的发动机的阀形式如图2所示，是进气2阀×排气2阀的4阀形式。即，进气端口9具有第1进气端口9A及第2进气端口9B，排气端口10具有第1排气端口10A及第2排气端口10B。进气阀11对于第1进气端口9A及第2进气端口9B分别设置各1个，排气阀12对于第1排气端口10A及第2排气端口10B分别设置各1个。

如图3所示，在第2进气端口9B设置有可开闭的涡流阀18(相当于“涡流产生部”)。涡流阀18仅设置在第2进气端口9B，在第1进气端口9A不设置。通过将这样的涡流阀18向关闭方向驱动，从未设置涡流阀18的第1进气端口9A向燃烧室6流入的进气的比例增大，所以能够强化绕着气缸轴线Z(燃烧室6的中心轴)转动的转动流、即涡流。相反，如果将涡流阀18向打开方向驱动，则能够减弱涡流。另外，本实施方式的进气端口9是能够形成滚流(纵涡流)的滚流端口。因此，在涡流阀18关闭时形成的涡流是与滚流混合后的斜涡流。

进气阀11及排气阀12通过包含配设在气缸头4的一对凸轮轴等在内的动阀机构13、14，与曲柄轴7的旋转相连动地被开闭驱动。

在进气阀11用的动阀机构13内置有能够变更进气阀11的开闭时期的进气VVT13a。同样，在排气阀12用的动阀机构14内置有能够变更排气阀12的开闭时期的排气VVT14a。进气VVT13a(排气VVT14a)是所谓的相位式的可变机构，能够同时且同量地变更进气阀11(排气阀12)的打开时期及关闭时期。通过这些进气VVT13a及排气VVT14a的控制，在本实施方式中，能够调整进气阀11及排气阀12的双方跨过排气上死点而开阀的阀重叠期间，此外，通过该阀重叠期间的调整，能够调整燃烧室6中残留的已燃气体(内部EGR气体)的量。

在气缸头4设置有喷油器15和火花塞16，该喷油器15向燃烧室6喷射燃料(主要是汽油)，该火花塞16用于对从喷油器15喷射到燃烧室6的燃料和导入到燃烧室6的空气混合而成的混合气点火。在气缸头4还设置有用于检测燃烧室6的压力(以下也称作缸内压力)的缸内压传感器SN2。

如图2所示，在活塞5的冠面形成有腔室20，该腔室20中，包括其中央部在内的较大区域朝向气缸头4的相反侧(下方)凹陷。在腔室20的中央部形成有相对地向上方隆起的大致圆锥状的隆起部20a，隔着该隆起部20a的径方向的两侧分别是截面碗状的凹部。换言之，腔室20是以围绕隆起部20a的方式形成的俯视甜甜圈状的凹部。此外，活塞5的冠面之中的比腔室20更靠径方向外侧的区域是由圆环状的平坦面构成的挤气部21。

喷油器15配置在燃烧室6的顶棚面的中央部，其前端部与活塞5的冠面的中央部(隆起部20a)对置。喷油器15是在前端部具有多个喷孔的多喷孔型的喷油器。具体地说，喷油器15具有在周方向上等间隔地配置的共10个喷孔，从各喷孔同时以放射状喷射(朝向斜下方)燃料。图2所示的线L1～L10表示从各喷孔喷射的燃料的喷雾的中心线。将各喷雾的中心线L1～L10与气缸轴线Z交叉的角度设为α，该交叉角度α设定为30～60°、优选为约45°。即，从喷油器15喷射燃料时，来自各喷孔的喷雾分别朝向以30～60°(优选为45°)的角度与气缸轴线Z交叉的方向同时飞翔。

如本实施方式这样在喷油器15等间隔地设置共10个喷孔的情况下，各喷雾的中心线L1～L10以气缸轴心Z为中心而分别隔开36度间隔，逆时针地排列配置。将与发动机的进排气方向正交且穿过气缸轴线Z的线作为基准线K，位于隔着该基准线K的一侧的区域的中心线L1～L5和位于另一侧的区域的中心线L6～L10成为相对于基准线K呈线对称的关系。

火花塞16配置在相对于喷油器15稍稍向进气侧偏离的位置。火花塞16的前端部(电极部)的位置被设定为，俯视时与腔室20重叠。

如图1所示，进气通路30以与进气端口9连通的方式，与气缸头4的一侧面连接。从进气通路30的上游端取入的空气(新气)经过进气通路30及进气端口9而被导入至燃烧室6。

在进气通路30中，从其上游侧起依次设置有：将进气中的异物除去的空气滤清器31、对进气的流量进行调整的可开闭的节流阀32、将进气压缩并送出的增压机33、对被增压机33压缩的进气进行冷却的中冷器35、以及稳压箱36。

在进气通路30的各部设置有：检测进气的流量的空气流量传感器SN3、检测进气的温度的第1·第2进气温传感器SN4、SN6、以及检测进气的压力的第1·第2进气压传感器SN5、SN7。空气流量传感器SN3及第1进气温传感器SN4设置在进气通路30中的空气滤清器31与节流阀32之间的部分，检测通过该部分的进气的流量及温度。第1进气压传感器SN5设置在进气通路30中的节流阀32与增压机33之间(比后述的EGR通路51的连接口更靠下游侧)的部分，检测通过该部分的进气的压力。第2进气温传感器SN6设置在进气通路30中的增压机33与中冷器35之间的部分，检测通过该部分的进气的温度。第2进气压传感器SN7设置于稳压箱36，检测该稳压箱36内的进气的压力。

增压机33是与发动机主体1机械地连结的机械式的增压机(super charger)。增压机33的具体形式没有特别要求，例如可以将利肖姆式、鲁式、或者离心式等公知的增压机的某一种作为增压机33使用。

在增压机33和发动机主体1之间夹装有能够电切换紧固和释放的电磁离合器34。电磁离合器34紧固时，从发动机主体1向增压机33传递驱动力，由增压机33进行增压。另一方面，电磁离合器34释放时，上述驱动力的传递被切断，增压机33的增压停止。

在进气通路30设置有用于绕过增压机33的旁通通路38。旁通通路38将稳压箱36和后述的EGR通路51相互连接。在旁通通路38设置有可开闭的旁通阀39。

排气通路40以与排气端口10连通的方式，与气缸头4的另一侧面连接。燃烧室6中生成的已燃气体经由排气端口10及排气通路40排出到外部。

在排气通路40设置有催化转换器41。在催化转换器41中内置有：用于将排气通路40中流通的废气中含有的有害成分(HC、CO、NOx)净化的三元催化剂41a、用于捕获废气中包含的颗粒状物质(PM)的GPF(汽油颗粒过滤器)41b。另外，也可以在催化转换器41的下游侧增设内置有三元催化剂或NOx催化剂等适当的催化剂的其他催化转换器。

外部EGR装置50具有将排气通路40和进气通路30连接的EGR通路51、以及设置于EGR通路51的EGR冷却器52及EGR阀53。EGR通路51将排气通路40中的比催化转换器41更靠下游侧的部分和进气通路30中的节流阀32与增压机33之间的部分相互连接。EGR冷却器52通过热交换将经由EGR通路51从排气通路40回流到进气通路30的废气(外部EGR气体)冷却。EGR阀53可开闭地设置于比EGR冷却器52更靠下游侧(接近进气通路30的一侧)的EGR通路51，对EGR通路51中流通的废气的流量进行调整。另外，EGR阀53相当于“EGR操作部”的一例。

在EGR冷却器52中，作为用于热交换的介质(冷却剂)，使用用于对发动机主体1进行冷却的冷却水。通过这样的EGR冷却器52冷却后，回流到进气通路30的外部EGR气体的温度，与刚刚从燃烧室6排出之后的废气的温度相比大幅降低，但是比外气温高。因此，在执行外部EGR时，与非执行时相比，实质上开始压缩冲程的时间点(进气阀11的闭阀时)的燃烧室6的温度、即压缩开始温度变高。

在EGR通路51设置有用于检测EGR阀53的上游侧的压力和下游侧的压力之差的差压传感器SN8。

(2)控制系统

图4是表示发动机的控制系统的框图。本图所示的ECU100是用于综合控制发动机的微处理器，由周知的CPU、ROM、RAM等构成。

对ECU100输入各种传感器的检测信号。例如，ECU100与上述的曲柄角传感器SN1、缸内压传感器SN2、空气流量传感器SN3、第1·第2进气温传感器SN4、SN6、第1·第2进气压传感器SN5、SN7、以及差压传感器SN8电连接，由这些传感器检测到的信息(即曲柄角、发动机旋转速度、缸内压力、进气流量、进气温、进气压、EGR阀53的前后差压等)被依次输入到ECU100。

此外，在车辆中设置有油门传感器SN9，该油门传感器SN9用于检测由驾驶该车辆的驾驶员操作的油门踏板的开度，该油门传感器SN9的检测信号也被输入到ECU100。

ECU100基于来自上述各传感器的输入信号执行各种判定和运算等，对发动机的各部进行控制。即，ECU100与进气VVT13a、排气VVT14a、喷油器15、火花塞16、涡流阀18、节流阀32、电磁离合器34、旁通阀39、以及EGR阀53等电连接，基于上述运算的结果等，向这些设备分别输出控制用的信号。

另外，上述的ECU100相当于“燃烧控制部”。

(3)与运转状态相应的控制

图5是用于说明与发动机的旋转速度/负荷相应的控制的不同点的映射图。如本图所示，发动机的运转区域按照燃烧形态的不同而大体分为4个运转区域A1～A4。分别称作第1运转区域A1、第2运转区域A2、第3运转区域A3、第4运转区域A4，第4运转区域A4是旋转速度较高的高速区域，第1运转区域A1是从比第4运转区域A4更靠低速侧的区域除去高负荷侧的一部分的低·中速/低负荷的区域，第3运转区域A3是旋转速度较低且负荷较高的低速/高负荷的区域，第2运转区域A2是第1、第3、第4运转区域A1、A3、A4以外的剩余的区域(换言之，低·中速/中负荷区域和中速/高负荷域加起来的区域)。以下依次说明在各运转区域中选择的燃烧形态等。

(3-1)第1运转区域

在低速·低负荷的第1运转区域A1中，执行将SI燃烧和CI燃烧混合的部分压缩点火燃烧(以下将其称作SPCCI燃烧)。SI燃烧是如下的燃烧形态：通过使用火花塞16的火花点火对混合气点火，使燃烧区域从其点火点向周围扩散的火焰传播，使混合气强制地燃烧，CI燃烧指的是如下的燃烧形态：通过活塞5的压缩，在高温·高压化的环境下使混合气自点火而燃烧。并且，将SI燃烧和CI燃烧混合的SPCCI燃烧指的是如下的燃烧形态：通过在混合气即将自点火之前的环境下进行的火花点火，使燃烧室6内的混合气的一部分进行SI燃烧，在该SI燃烧之后(通过伴随着SI燃烧而产生的更高温·高压化)使燃烧室6内的剩余混合气通过自点火而进行CI燃烧。另外，“SPCCI”是“Spark Controlled Compression Ignition”的简称。

SPCCI燃烧具有CI燃烧时的发热比SI燃烧时的发热更迅速的性质。例如，SPCCI燃烧的热发生率的波形如后述的图6或图7所示，与SI燃烧对应的燃烧初期的上升沿的斜率比与之后的CI燃烧对应地产生的上升沿的斜率小。换言之，SPCCI燃烧时的热发生率的波形形成为，由SI燃烧形成的相对来说上升沿的斜率小的第1热发生率部和由CI燃烧形成的相对来说上升沿的斜率大的第2热发生部依次连续。此外，与这样的热发生率的倾向对应地，在SPCCI燃烧中，SI燃烧时产生的燃烧室6内的压力上升率(dp/dθ)比CI燃烧时小。

通过SI燃烧而燃烧室6内的温度及压力升高后，伴随于此，未燃混合气自点火，开始CI燃烧。如后述的图6或图7所例示，在该自点火的定时(即开始CI燃烧的定时)，热发生率的波形的斜率从小到大变化。即，SPCCI燃烧中的热发生率的波形具有在开始CI燃烧的定时出现的拐点(图7的X)。

CI燃烧开始后，SI燃烧和CI燃烧并行地进行。CI燃烧的混合气的燃烧速度比SI燃烧更快，所以热发生率相对地变大。但是，CI燃烧在压缩上死点之后进行，所以热发生率的波形的斜率不会变得过大。即，超过压缩上死点后，由于活塞5的下降而做功压力下降，所以抑制了热发生率的上升，其结果，避免了CI燃烧时的dp/dθ变得过大。像这样，在SPCCI燃烧中，由于在SI燃烧之后进行CI燃烧这一性质，作为燃烧噪音的指标的dp/dθ不易变得过大，与单纯的CI燃烧(使全部燃料进行CI燃烧的情况)相比，能够抑制燃烧噪音。

伴随着CI燃烧的结束，SPCCI燃烧也结束。CI燃烧的燃烧速度比SI燃烧快，所以与单纯的SI燃烧(使全部燃料进行SI燃烧的情况)相比，能够将燃烧结束时期提早。换言之，在SPCCI燃烧中，能够使燃烧结束时期在膨胀冲程内接近压缩上死点。由此，在SPCCI燃烧中，与单纯的SI燃烧相比，能够提高油耗性能。

作为上述的SPCCI燃烧的具体形态，在第1运转区域A1中，形成空燃比(A/F)大于理论空燃比(14.7)的环境(以下将其称作A/F稀薄环境)，并且执行使混合气进行SPCCI燃烧的控制，上述空燃比是燃烧室6内的空气(新气)和燃料的重量比。为了实现这样的A/F稀薄环境下的SPCCI燃烧，在第1运转区域A1中，由ECU100如下那样控制发动机的各部。

喷油器15从进气冲程到压缩冲程分多次喷射燃料。例如，在第1运转区域A1中的比较低速且低负荷的运转点P1，喷油器15如图6的图表(a)所示，将1个循环中应喷射的燃料的大半从进气冲程的前期到中期分2次喷射，并且将剩余的燃料在压缩冲程的后期喷射(共3次喷射)。此外，在与运转点P1相比旋转速度更高且负荷相同的运转点P2，喷油器15如同图的图表(b)所示，从压缩冲程的中期到后期分3次喷射燃料。进而，在旋转速度及负荷均比运转点P1高的运转点P3，喷油器15如同图的图表(c)所示，将1个循环中应喷射的燃料的大半主要在进气冲程的前期喷射，并且将剩余的燃料在压缩冲程的中期喷射(共2次喷射)。

火花塞16在压缩上死点的附近对混合气点火。例如，在上述各运转点P1～P3，火花塞16在比压缩上死点稍稍靠提前侧的定时对混合气点火。然后，以该点火为契机开始SPCCI燃烧，燃烧室6内的一部分混合气通过火焰传播而燃烧(SI燃烧)，然后，其他混合气通过自点火而燃烧(CI燃烧)。

增压机33在图5所示的增压线T的内侧区域处于OFF状态，在增压线T的外侧区域处于ON状态。在增压机33处于OFF状态的增压线T的内侧区域、即第1运转区域A1的低速侧，电磁离合器34被释放而将增压机33和发动机主体1的连结解除，并且旁通阀39全开，由此，增压机33的增压停止。另一方面，在增压机33处于ON状态的增压线T的外侧区域、即第1运转区域A1的高速侧，电磁离合器34被紧固而增压机33和发动机主体1连结，从而进行增压机33的增压。这时，对旁通阀39的开度进行控制，以使得由第2进气压传感器SN7检测到的稳压箱36内的压力(增压压力)与按照每个运转条件(旋转速度/负荷)决定的目标压力一致。例如，旁通阀39的开度越大，则经由旁通通路38回流到增压机33的上游侧的进气的流量变多，其结果，导入至稳压箱36的进气的压力、即增压压力变低。旁通阀39像这样调整进气的回流量，将增压压力控制为目标压力。

关于进气VVT13a及排气VVT14a，将进气阀11及排气阀12的阀定时设定为，形成两阀跨过排气上死点而开阀的阀重叠期间(参照后述的图11)。由此，实现使已燃气体残留在燃烧室6的内部EGR，提高燃烧室6的温度。即，将排气阀12开放，直到超过排气上死点(到进气冲程的初期为止)，从而将已燃气体从排气端口10引回到燃烧室6，实现内部EGR。阀重叠期间(更详细地说，排气阀12在进气冲程中开阀的期间)被调整为，越靠近低负荷侧，被导入燃烧室6的内部EGR气体的比例即内部EGR率越大。详细情况在后述的(4-2)中说明。

EGR阀53在第1运转区域A1的大部分中开阀。详细地说，EGR阀53在第1运转区域A1中的除去其低速侧的一部分的大部分的区域(后述的图8所示的分割区域b2、b3、b4)中开阀，该开阀区域中的EGR阀53的开度，高速侧比低速侧更大。由此，经由EGR通路51回流到燃烧室6的废气(外部EGR气体)的比例即外部EGR率被调整为，旋转速度越高则越大。详细情况在后述的(4-1)中说明。

节流阀32全开。由此，向燃烧室6导入比较多量的空气(新气)，燃烧室6内的空气(新气)和燃料的重量比即空燃比(A/F)被设定为比理论空燃比大的值。换言之，在第1运转区域A1中，在实际空燃比除以理论空燃比的值、即空气过剰率λ大于1的A/F稀薄的环境下进行SPCCI燃烧。例如，第1运转区域A1中的空气过剰率λ，作为能够充分地抑制燃烧所生成的NOx的生成量的值，被设定为2以上。另外，在本实施方式中，如上述那样，在第1运转区域A1中执行内部EGR及外部EGR，但是通过这两个EGR导入到燃烧室6的EGR气体(内部EGR气体及外部EGR气体)的量需要设定为在燃烧室6内确保与上述目标空燃比(λ＞2)相当的量的空气的程度。第1运转区域A1下的内部EGR率及外部EGR率的各目标值作为满足这样的要求的值而预先设定。即，在本实施方式中，设定内部EGR率及外部EGR率的各目标值，以使得从节流阀32全开的状态下导入至燃烧室6的总气体量减去上述目标空燃比(λ＞2)相当的空气量的气体量作为内部EGR气体及外部EGR气体被导入至燃烧室6。并且，按照这些各EGR率的目标值分别调整阀重叠期间及EGR阀53的开度。

涡流阀18的开度被设定为比半开(50％)低的低开度。通过像这样减小涡流阀18的开度，导入至燃烧室6的进气的大部分是来自第1进气端口9A(未设置涡流阀18的一侧的进气端口)的进气，在燃烧室6内形成强涡流。该涡流在进气冲程中成长并残留到压缩冲程的途中，促进燃料的分层化。即，形成燃烧室6的中央部的燃料浓度比其外侧的区域(外周部)更浓的浓度差。详细情况在后述的(5-2)中说明，通过这样的涡流的作用，在第1运转区域A1中，燃烧室6的中央部的空燃比被设定为20以上30以下，燃烧室6的外周部的空燃比被设定为35以上。此外，涡流阀18的开度为，低速侧比高速侧小。由此，涡流的强度被调整为，旋转速度越低则越强。

(3-2)第2运转区域

在第2运转区域A2(低·中速/中负荷区域和中速/高负荷域加起来的区域)中，形成燃烧室6内的总气体和燃料的重量比、即气体空燃比(G/F)大于理论空燃比(14.7)且空燃比(A/F)与理论空燃比大体一致的环境(以下将其称作G/F稀薄环境)，并且进行使混合气进行SPCCI燃烧的控制。具体地说，为了实现这样的G/F稀薄环境下的SPCCI燃烧，在第2运转区域A2中，由ECU100如下那样控制发动机的各部。

喷油器15将1个循环中应喷射的燃料的至少一部分在压缩冲程中喷射。例如，在第2运转区域A2所包含的运转点P4，喷油器15如图6的图表(d)所示，分为压缩冲程的前半及后半的2次喷射燃料。

火花塞16在压缩上死点的附近对混合气点火。例如，在上述运转点P4，火花塞16在比压缩上死点稍稍靠提前侧的定时对混合气点火。然后，以该点火为契机开始SPCCI燃烧，燃烧室6内的一部分混合气通过火焰传播而燃烧(SI燃烧)，然后，其他混合气通过自点火而燃烧(CI燃烧)。

增压机33在与增压线T的内侧区域重叠的低负荷且低速侧的一部分处于OFF状态，在其以外的区域处于ON状态。增压机33处于ON状态而进气被增压时，旁通阀39的开度被控制为，使得稳压箱36内的压力(增压压力)与目标压力一致。

关于进气VVT13a及排气VVT14a，设定进气阀11及排气阀12的阀定时，以形成规定量的阀重叠期间。但是，在第2运转区域A2中的几乎全部区域进行增压(即提高进气压)，所以即使在进气冲程中打开排气阀12，也难以引起从排气端口10向燃烧室6回流已燃气体(即内部EGR)。由此，第2运转区域A2中的内部EGR率比第1运转区域A1中的内部EGR率小，特别是在第2运转区域A2的高负荷侧，内部EGR实质上停止。

节流阀32全开。

EGR阀53的开度被控制为，使得燃烧室6内的空燃比(A/F)成为理论空燃比(λ＝1)或者其附近。例如，EGR阀53调整经由EGR通路51回流的废气(外部EGR气体)的量，以使得空气过剰率λ成为1±0.2。另外，负荷越高则理论空燃比相当的空气量越多，所以与其相应地，负荷越高则第2运转区域A2中的外部EGR率越小(换言之，负荷越低则外部EGR率越高)。EGR阀53的开度按照这样设定的外部EGR率的目标值被控制。

涡流阀18的开度被设定为与第1运转区域A1中的开度同程度的值、或者比其大的规定的中间开度。

(3-3)第3运转区域

在低速·高负荷的第3运转区域A3中，将燃料的至少一部分在压缩冲程的后期喷射，并且执行使混合气进行SI燃烧的控制。具体地说，为了实现这样的伴随着延迟喷射的SI燃烧，在第3运转区域A3中，由ECU100如下那样控制发动机的各部。

喷油器15在1个循环中将应喷射的燃料的至少一部分在压缩冲程的后期喷射。例如，在第3运转区域A3所包含的运转点P5，喷油器15如图6的图表(e)所示，在1个循环中将应喷射的全部燃料在压缩冲程的后期(压缩上死点之前)喷射。

火花塞16在从例如压缩上死点经过了5～20°CA程度的比较晚的定时对混合气点火。并且，以该点火为契机开始SI燃烧，燃烧室6内的混合气全部通过火焰传播而燃烧。另外，第3运转区域A3中的点火时期如上述那样滞后，是为了防止爆震和提前点火等的异常燃烧。但是，在第3运转区域A3中，设定为压缩冲程的后期(压缩上死点之前)这样的相当晚的定时，所以即便点火时期如上述那样滞后，点火后的燃烧速度(火焰传播速度)也比较快。即，从燃料喷射到点火为止的期间足够短，所以点火时间点的燃烧室6内的流动(紊流能量)比较强，利用该流动能够提高点火后的燃烧速度。由此，能够防止异常燃烧且提高热效率。

增压机33处于ON状态，进行增压机33的增压。这时的增压压力由旁通阀39调整。

节流阀32全开。

EGR阀53的开度被控制为，使得燃烧室6内的空燃比(A/F)成为理论空燃比(λ＝1)或者其附近。例如，EGR阀53调整经由EGR通路51回流的废气(外部EGR气体)的量，以使得空气过剰率λ成为1±0.2。

涡流阀18的开度被设定为半开(50％)或者其附近值。

(3-4)第4运转区域

在比上述第1～第3运转区域A1～A3更靠高速侧的第4运转区域A4，执行比较传统的SI燃烧。为了实现该SI燃烧，在第4运转区域A4，由ECU100如下那样控制发动机的各部。

喷油器15至少在与进气冲程重叠的规定的期间喷射燃料。例如，在第4运转区域A4所包含的运转点P6，喷油器15如图6的图表(f)所示，在从进气冲程到压缩冲程的连续的期间喷射燃料。另外，运转点P6是非常高速且高负荷的条件，所以在1个循环中应喷射的燃料的量本来就很多，而且喷射所要量的燃料所需的曲柄角期间也变长。这就是为什么运转点P5处的燃料的喷射期间比前述的其他运转点(P1～P5)的任一个都长。

火花塞16在压缩上死点的附近对混合气点火。例如，在上述运转点P6，火花塞16在比压缩上死点稍稍靠提前侧的定时对混合气点火。并且，以该点火为契机开始SI燃烧，燃烧室6内的混合气全部通过火焰传播而燃烧。

增压机33处于ON状态，进行增压机33的增压。这时的增压压力由旁通阀39调整。

节流阀32全开。

EGR阀53的开度被控制为，使得燃烧室6内的空燃比(A/F)成为理论空燃比，或者比其稍稍靠富侧的值(λ≤1)。

涡流阀18全开。由此，不仅第1进气端口9A，第2进气端口9B也完全开放，发动机的填充效率提高。

(4)EGR率的设定

接下来详细说明在上述的图5的第1运转区域A1(A/F稀薄环境下的SPCCI燃烧的执行区域)进行的外部EGR及内部EGR。

(4-1)外部EGR率

图8是表示在第1运转区域A1中设定的外部EGR率的目标值(以下也称作目标外部EGR率)的具体例的映射图，图9是表示在负荷恒定的条件下(沿着图8的线V1)使旋转速度变化的情况下的目标外部EGR率的变化的图表。如这些图所示，在第1运转区域A1中，目标外部EGR率被设定为在大致0～20％的范围内可变，该值越是高速侧或高负荷侧则越高。另外，这里所称的外部EGR率指的是经由EGR通路51回流到燃烧室6的废气(外部EGR气体)在燃烧室6内的总气体中所占的重量比例。

具体地说，目标外部EGR率被设定为，在第1运转区域A1内设定的4个分割区域b1～b4中分别取不同的值。将各分割区域设为第1分割区域b1、第2分割区域b2、第3分割区域b3、第4分割区域b4，则第1分割区域b1是最低速且低负荷的区域，第2分割区域b2是旋转速度或负荷比第1分割区域b1高的区域，第3分割区域b3是主要旋转速度比第2分割区域b2高的区域，第4分割区域b4是负荷比第2分割区域b2及第3分割区域b3高的区域。目标外部EGR率在第1分割区域b1中设定为0％，在第2分割区域b2中设定为10％，在第3分割区域b3中设定为15％，在第4分割区域b4中设定为15～20％。

更具体地说，在第1分割区域b1、第2分割区域b2、第3分割区域b3中，如图9所示，除去区域间的边界部分，设定恒定的目标外部EGR率(0％、10％、15％的某一个)。即，将第1分割区域b1中的目标外部EGR率设为第1目标值y1，将第2分割区域b2中的目标外部EGR率设为第2目标值y2，将第3分割区域b3中的目标外部EGR率设为第3目标值y3时，第1目标值y1除去第1分割区域b1的高速侧的端部之外一律设定为0％，第2目标值y2除去第2分割区域b2的低速侧/高速侧的各端部之外一律设定为10％，第3目标值y3除去第3分割区域b3的低速侧的端部之外一律设定为15％。因此，例如旋转速度以依次横穿第1分割区域b1→第2分割区域b2→第3分割区域b3的方式(沿着图8的线V1)增大时，目标外部EGR率按照0％→10％→15％以大致阶梯状增大。另外，第1分割区域b1相当于“第1速度域”，第2分割区域b3相当于“第2速度域”，第3分割区域b3相当于“第3速度域”。

另外，在第4分割区域b4中，与第1～第3分割区域b1～b3不同，目标外部EGR率被设定为在15～20％的范围内可变。例如，目标外部EGR率越靠近第4分割区域b4内的高负荷侧则越接近20％，越接近低负荷侧则越接近15％。

ECU100在第1运转区域A1中运转时，调整EGR阀53的开度，以使与上述那样设定的目标外部EGR率对应的量的外部EGR气体经由EGR通路51回流到燃烧室6。

(4-2)内部EGR率

图10是表示在第1运转区域A1中设定的内部EGR率的目标值(以下也称作目标内部EGR率)的具体例的图表。如本图所示，第1运转区域A1中的目标内部EGR率设定为根据负荷可变(并不依赖于旋转速度)。具体地说，目标内部EGR率在大致10～50％的范围内可变，其值越靠近低负荷侧则越大。另外，这里所称的内部EGR率是燃烧室6中残留的已燃气体(内部EGR气体)在燃烧室6内的总气体中所占的重量比例。此外，燃烧室6中残留的已燃气体不仅包含未排出到排气端口10而残留在燃烧室6中的已燃气体，也包含通过进气冲程中的排气阀12的开阀而从排气端口10引回到燃烧室6的已燃气体。

图11及图12是表示在第1运转区域A1中的运转中由进·排气VVT13a、14a设定的进·排气阀11、12的开闭定时的图。具体地说，图11表示第1运转区域A1内的低负荷时/高负荷时的进·排气阀11、12的抬升曲线，图12分别表示在第1运转区域A1内负荷变化时的排气阀12的关闭时期(EVC)、进气阀11的打开时期(IVO)、以及进气阀11的关闭时期(IVC)的变化。如这些图所示，进气阀11的打开时期(IVO)被设定为，在比排气上死点(TDC)更靠提前侧的范围内，低负荷侧比高负荷侧提前(远离TDC)，排气阀12的关闭时期(EVC)被设定为，在比排气上死点(TDC)更靠滞后侧的范围内，低负荷侧比高负荷侧提前(接近TDC)，进气阀11的关闭时期(IVC)被设定为，在比进气下死点(BDC)更靠滞后侧的范围内，低负荷侧比高负荷侧提前(接近BDC)。

通过以上那样的阀定时的设定，在第1运转区域A1内的任何负荷下，都形成跨过排气上死点(TDC)而进·排气阀11、12的双方都开阀的期间、即阀重叠期间。其中，将图12中用符号W示出的期间、即排气阀12超过排气上死点(在进气冲程中)而开阀的期间设为排气开阀延长期间，则该排气开阀延长期间W在低负荷侧比高负荷侧短。由此，从排气端口10引回到燃烧室6而残留的已燃气体的量，在低负荷侧比高负荷侧减少。

ECU100在第1运转区域A1中的运转时，按照上述那样设定的阀定时来控制进·排气VVT13a、14a。由此，排气端口10中残留的已燃气体(内部EGR气体)的量越靠近高负荷侧则越减少，内部EGR率沿着图10所示的目标值(越靠近高负荷侧则越降低)变化。

(5)涡流控制

接下来说明第1运转区域A1中的涡流控制的详细情况。

(5-1)涡流阀的开度设定

图13是表示在第1运转区域A1中设定的涡流阀18的开度的目标值(以下也称作目标涡流阀开度)的具体例的映射图，图14是表示在负荷恒定的条件下(沿着图13的线V2)使旋转速度变化的情况下的目标涡流阀开度的变化的图表。如这些图所示，在第1运转区域A1中，目标外部EGR率被设定为在大致20～40％的范围内可变，其值越靠近高速侧或高负荷侧则越高。

具体地说，目标涡流阀开度在第1运转区域A1内的最低速且低负荷的基本区域c1中一律设定为20％，在旋转速度或负荷比该基本区域c1高的主要区域c2中，随着旋转速度或负荷变高而逐渐增大。在主要区域c2中，越靠近接近基本区域c1的低速·低负荷侧，则目标涡流阀开度越接近20％，越靠近远离基本区域c1的高速·高负荷侧，则目标涡流阀开度越从20％变大，最大增大到约40％。例如，旋转速度以依次横穿基本区域c1→主要区域c2的方式(沿着图13的线V2)增大的情况下，目标涡流阀开度如图14所示，旋转速度在包含于基本区域c1的期间维持为20％，转移到主要区域c2之后，与旋转速度的增大一起以大致恒定的比例增大。

换言之，在本实施方式中，涡流阀18的开度相对于发动机旋转速度(以及涡流的强度)的变化率被设定为，在高速侧比低速侧更小。更详细地说，涡流阀18的开度被设定为，以基本区域c1和主要区域c2之间的边界速度X为边界而取不同的变化率，比该边界速度X更低的速度域中的涡流阀18的开度的变化率相比于比同速度X高的速度域中的涡流阀18的开度的变化率小。特别是，在本实施方式中，比边界速度X低的速度域中的涡流阀18的开度的变化率设定为零，其结果，同速度域中的涡流阀18的开度维持为恒定的值(20％)。

ECU100在第1运转区域A1中的运转时，按照上述那样设定的目标涡流阀开度，根据发动机旋转速度及负荷来控制涡流阀18的开度。

(5-2)涡流的作用

上述那样的涡流阀18的开度控制是为了利用涡流来控制燃烧室6内的混合气分布(调整燃料浓度差)而进行。即，绕着气缸轴线Z转动的涡流起到将比较多的燃料集中到燃烧室6的中央部的作用，所以通过适当调整该涡流的强度和燃料的喷射时期，能够在燃烧室6的径方向上附加期望的燃料浓度差。以下示出在形成了足够强的涡流的状态下在进气冲程中喷射燃料的情况下的燃料(喷雾)的举动，并且说明上述的涡流的作用。

图15是通过与涡流的关系示出从喷油器15喷射的燃料(喷雾)的举动的说明图。图15的左端的立体图示意性地示出燃烧室6的容积比较大的进气冲程中的规定定时下的燃烧室6的状态。在本图中，涡流阀18实质上闭阀。这种情况下，只从第1进气端口9A向燃烧室6导入空气，如图15中箭头所示，形成绕着气缸轴线Z转动的强烈的涡流(横涡流)。该涡流如前面说明的，是与滚流(纵涡流)合成之后的斜涡流。

在此，将与进排气方向正交的方向之中的设置有涡流阀18的一侧(第2进气端口9B的一侧)作为前侧，将未设置涡流阀18的一侧(第1进气端口9A的一侧)作为后侧。通过涡流阀18的闭阀形成的涡流(即斜涡流)从第1进气端口9A朝向燃烧室6的排气侧的上部流动之后，在燃烧室6的前侧部分朝向斜下较大地转向并通过，到达燃烧室6的进气侧的下部。进而，涡流在燃烧室6的后侧部分朝向斜上较大地转向并通过，返回到燃烧室6的排气侧的上部。

图15的左端的立体图中的符号D示出在发动机的前后方向上(与进排气方向正交的方向)将燃烧室6的内部二等分的假想面，位于该立体图的右侧的(a)～(j)的各示意图分别表示由上述假想面D分隔出的燃烧室6的前侧和后侧的状态。具体地说，图15的上段的5个图(a)～(e)以时间序列示出在燃烧室6的前侧流动的涡流的上游侧部分给燃料的各喷雾带来的影响。此外，图15的下段的5个图(f)～(j)以时间序列示出在燃烧室6的后侧流动的涡流的下游侧部分给燃料的各喷雾带来的影响。

图15(a)～(j)中的空心箭头表示在燃烧室6的内部产生的斜涡流的主流(成为势头较强的流动的中心的部分，以下简称为涡流)。另外，涡流的主流在其周围还伴随着朝向与主流相同方向流动的、势头较弱的副流。有时该副流会影响燃料的喷雾的流动，但是副流的流动方向与主流相同，而主流的势头更强，所以即使燃料的喷雾受到副流影响，最终来说主流的影响也是压倒性的。因此，由后述的涡流形成混合气分布的现象几乎不会因副流而变化。

首先，说明向燃烧室6的前侧喷射的燃料的举动。图15(a)表示从喷油器15喷射燃料之后的燃烧室6的前侧的状态。通过该燃料喷射，在燃烧室6的前侧同时形成5个喷雾f1～f5，但是在该时间点任一喷雾f1～f5都没有到达涡流。另外，在图15中，喷雾f1～f5作为沿着各自的喷雾的中心线L1～L5(参照图15(b)及图2)的箭头示出。同样，后述的喷雾f6～f10也作为沿着各自的喷雾的中心线L6～L10(参照图15(g)及图2)的箭头示出。

如图15(b)所示，上述前侧的喷雾f1～f5之中的、从距离涡流的距离最短的喷孔喷射的燃料的喷雾f1最先到达涡流。接着，如图15(c)所示，从距离涡流的距离第2短的喷孔喷射的燃料的喷雾f2到达涡流。该喷雾f2到达涡流的位置与先前喷雾f1到达涡流的位置相比处于下游侧。另一方面，喷雾f1与涡流一起向下游侧移动。因此，喷雾f2到达涡流时，该喷雾f2与随着涡流移动来的喷雾f1合流。

接着，如图15(d)所示，从距离涡流的距离第3短的喷孔喷射的燃料的喷雾f3在比上述喷雾f2到达涡流的位置更靠下游侧到达涡流。这时，喷雾f3与随着涡流流来的合流后的喷雾f1、f2合流。

接着，如图15(e)所示，从距离涡流的距离第4短的喷孔喷射的燃料的喷雾f4到达涡流。在图例中，该喷雾f4在燃烧室6的下端部到达涡流。这时，喷雾f4与随着涡流流来的合流后的喷雾f1、f2、f3合流。

此外，与上述喷雾f4邻接的(最靠近进气侧的)喷雾f5如图15(d)所示，首先到达燃烧室6的壁面6a。到达壁面6a的喷雾f5如图15(d)(e)所示，沿着该壁面6a向下方移动，从而到达涡流。这时，喷雾f5与随着涡流流来的合流后的喷雾f1、f2、f3、f4合流。

像这样，在本实施方式中，多个燃料(喷雾f1～f5)从喷油器15以放射状向形成有涡流的燃烧室6的前侧喷射，由此，先到达涡流的燃料(例如喷雾f1)沿着该涡流移动到下游侧之后，与较晚到达涡流的其他燃料(例如喷雾f2)合流。在本实施方式中，从喷油器15向燃烧室6的前侧喷射的燃料(喷雾f1～f5)的总量通过该机理而在涡流上合流。这导致燃料浓度较浓的富集的混合气的形成。

接下来说明向燃烧室6的后侧喷射的燃料的举动。下段的图15(f)表示从喷油器15喷射燃料之后的燃烧室6的后侧的状态。通过该燃料喷射，在燃烧室6的后侧同时(并且与上述的前侧的喷雾f1～f5同时地)形成5个喷雾f6～f10，但是在该时间点，任一喷雾f6～f10均没有到达涡流。

如图15(g)所示，上述后侧的喷雾f6～f10之中的、从距涡流的距离最短的喷孔喷射的燃料的喷雾f10最先到达涡流。接着，如图15(h)所示，从距涡流的距离第2短的喷孔喷射的燃料的喷雾f9到达涡流。该喷雾f9到达涡流的位置比先前喷雾f10到达涡流的位置更靠上游侧。

喷雾f9到达涡流时，先前到达涡流的喷雾f10与涡流一起稍稍向下游侧移动。即，喷雾f10利用从自身到达涡流的时间点到之后喷雾f9到达涡流为止的时间，向远离喷雾f9的方向，不与喷雾f9合流。喷雾f9到达涡流后，该喷雾f9与涡流一起向下游侧移动，但是这期间喷雾f10进一步向下游侧移动，所以总之喷雾f9不会与喷雾f10合流。像这样，喷雾f9和喷雾f10保持相互离开的状态并沿着涡流移动。

接着，如图15(i)所示，从距涡流的距离第3短的喷孔喷射的燃料的喷雾f8在比上述喷雾f9到达涡流的位置更靠上游侧到达涡流。这时，先前到达涡流的喷雾f9、f10与涡流一起向下游侧移动，所以这些喷雾f9、f10不与喷雾f8合流。

像这样，在本实施方式中，多个燃料(喷雾f8～f10)从喷油器15以放射状向形成有涡流的燃烧室6的后侧喷射，由此，先到达涡流的燃料(例如喷雾f10)和后到达的燃料(例如喷雾f8、f9)不合流，而是相互分离。在本实施方式中，从喷油器15喷射的燃料的约30％通过该机理扩散。这有利于形成燃料稀薄地扩散的均质的混合气。

向燃烧室6的后侧喷射的燃料(喷雾f6～f10)之中的、相互分离的上述喷雾f8～f10以外的其他燃料、即喷雾f6、f7，与向燃烧室6的前侧喷射的燃料的喷雾f1～f5合流。

例如，后侧的喷雾f6～f10之中的、从距涡流的距离第4短的喷孔喷射的燃料的喷雾f7如图15(j)所示，在燃烧室6的下端部到达涡流。在燃烧室6的下端部，通过前面说明的机理而前侧的喷雾f1～f5合流(参照图15(e))，所以喷雾f7与这些合流后的喷雾f1～f5合流。

与上述喷雾f7邻接的(最靠近进气侧的)喷雾f6如图15(i)所示，首先到达燃烧室6的壁面6a。到达壁面6a的喷雾f6如图15(i)(j)所示，沿着壁面6a向下方移动，从而到达涡流。这时，喷雾f6与上述喷雾f7及上述前侧的喷雾f1～f5合流。由此，在本实施方式中，由喷油器15喷射的燃料的约70％在涡流上合流。

图15的右端的立体图示意性地示出从喷油器15喷射的燃料(喷雾f1～f10)全部到达涡流之后的燃烧室6的状态。如本图所示，在从喷油器15喷射的燃料的大部分(70％)在涡流上合流的本实施方式中，沿着涡流形成燃料浓度足够浓(富)的混合气。该富混合气与涡流一起在燃烧室6内在周方向上移动，并且依次朝向燃烧室6的中心侧。

图16是从燃烧室6的上方观察与涡流一起移动的混合气的图。如本图所示，在燃烧室6内形成的涡流随着进气冲程的进行而充分成长，但是之后受到空气阻力而衰减并逐渐扩散，并且向燃烧室6的中心侧移动。

图16(a)表示燃料的喷雾f1～f7合流并形成富混合气(小黑点的着色区域)的状态。如图中箭头所示，该富混合气如上述那样与流动变化的涡流一起移动，并且逐渐扩散而朝向燃烧室6的中心侧。由此，如图16(b)所示，在燃烧即使开始前的定时，比较浓的富混合气偏向燃烧室6的中央部。

图16(c)表示通过不相互合流的喷雾f8～f10形成燃料浓度较稀薄的(贫)混合气的状态。如图中箭头所示，该贫混合气与涡流一起移动，从而一边充分地扩散一边朝向燃烧室6的中心侧。由此，如图16(d)所示，在燃烧即将开始前的定时，形成扩散到燃烧室6整体的比较稀薄的贫混合气。

图16(e)表示重叠了同图(b)(d)所示的混合气的状态。如本图所示，由相互合流的喷雾f1～f7形成的混合气(图16(b))和由相互扩散的喷雾f8～f10形成的混合气(图16(d))加在一起，在燃烧室6中形成燃料浓度在中央部比外周部浓的分层化的混合气。即，在燃烧室6的中央部形成燃料浓度相对浓的富混合气，并且在燃烧室6的外周部形成燃料浓度相对稀薄的贫混合气。

以上说明的涡流的作用意味着，即使在进气冲程这种比较早的定时喷射燃料，也能够将火花点火的时间点(SPCCI燃烧的开始时间点)的混合气在一定程度上分层化，在燃烧室6的中央部形成相对较浓的富混合气。并且，这样的混合气的分层化，涡流越强则越显著。

例如，在第1运转区域A1内的运转点P1，如上述那样在进气冲程中喷射燃料的大半(参照图6的图表(a))，但是在像运转点P1那样足够低速且低负荷的点，如图13所示，涡流阀18被设定为最低开度(20％)而形成足够强的涡流，所以在如上述那样将燃料的大半在进气冲程中喷射的情况下，燃料分布并不均匀，燃料浓度在燃烧室6的中央部比外周部更浓。而且，在运转点P1，在压缩冲程的后期喷射追加的燃料，所以该喷射燃料加入到燃烧室6的中央部，其结果，混合气的分层化更加显著。其结果，在运转点P1，空燃比(A/F)在中央部为20以上30以下，在外周部为35以上，形成充分分层化的混合气。这样的混合气的分层化有利于火花点火后的火焰的成长。即，火花塞16的火花点火作用于燃烧室6的中央部的混合气而形成火焰核，但是如上述那样，该中央部的空燃比处于相对富的状态，由此，促进火焰核的成长，之后的燃烧的进行稳定化。

上述的现象在第1运转区域A1内的运转点P3也是同样的。即，在运转点P3也是燃料的大半在进气冲程中喷射(参照图6的图表(c))，但是其中的多数燃料通过涡流而集中到燃烧室6的中央部，该中央部的燃料浓度变浓。但是，从图13可知，在运转点P3，涡流阀18的开度比在运转点P1减小，其结果，涡流相对变弱。但是，在负荷比运转点P1高的运转点P3，总的燃料喷射量相对变多，所以即使如上述那样涡流减弱(由此，外周部和中央部的燃料浓度差稍微缩小)，在燃烧室6的中央部也毫无问题地形成有利于火焰核形成的相对富的(A/F＝20～30的)混合气。

另一方面，在运转点P2，燃料的全部在压缩冲程中喷射(参照图6的图表(b))，所以即使没有涡流，燃烧室6的中央部的燃料浓度也容易变浓。这与残留到压缩冲程的涡流带来的效果相叠加，在运转点P2，混合气的分层化更加显著。由此，即使在高速且低负荷这种点火性最严苛的条件下，也充分地确保点火性。

(6)关于SI率

如上述那样，在本实施方式中，SI燃烧和CI燃烧混合的SPCCI燃烧在第1运转区域A1及第2运转区域A2中执行，但是在该SPCCI燃烧中，根据运转条件来控制SI燃烧和CI燃烧的比率是非重要的。

在此，在本实施方式中，作为上述比率，使用SI燃烧的热发生量相对于SPCCI燃烧(SI燃烧及CI燃烧)的总热发生量的比例、即SI率。图7是用于说明该SI率的图，表示发生SPCCI燃烧时的热发生率(J/deg)的曲柄角的变化。图7的波形中的拐点X是燃烧形态从SI燃烧切换到CI燃烧时出现的拐点，能够将与该拐点X对应的曲柄角θci定义为CI燃烧的开始时期。并且，将比该θci(CI燃烧的开始时期)更位于提前侧的热发生率的波形的面积R1作为SI燃烧的热发生量，将比θci更位于滞后侧的热发生率的波形的面积R2作为CI燃烧的热发生率。由此，由(SI燃烧的热发生量)/(SPCCI燃烧的热发生量)定义的上述SI率能够使用上述各面积R1、R2而用R1/(R1+R2)表示。即，在本实施方式中，SI率＝R1/(R1+R2)。

CI燃烧的情况下，混合气通过自点火而同时多发地燃烧，所以与基于火焰传播的SI燃烧相比，热发生率容易变高，容易产生大的噪音。因此，总的来说，希望负荷越高则SPCCI燃烧中的SI率(＝R1/(R1+R2))越大。这是因为，负荷高的情况下，与负荷低的情况相比，燃料的喷射量更多而燃烧室6内的总的热发生量更大，所以若减小SI率(即增大CI燃烧的比例)则产生大的噪音。相反，从热效率的角度来说，CI燃烧更优越，所以只要没有噪音的问题，就希望使尽可能多的燃料进行CI燃烧。因此，总的来说，希望负荷越低则SPCCI燃烧中的SI率越小(即增加CI燃烧的比例)。从这一观点出发，在本实施方式中，作为目标的SI率(目标SI率)按照发动机的每个运转条件预先决定，以使得负荷越高则SI率越大(换句话说，负荷越低则SI率越小)。此外，与此对应地，在本实施方式中，进行适合于目标SI率的燃烧的情况下的CI燃烧的开始时期、即目标θci，也按照发动机的每个运转条件预先决定。

为了实现目标SI率及目标θci，需要按照每个运转条件来调整点火时期、燃料的喷射量/喷射时期、以及EGR率(外部EGR率、内部EGR率)等控制量。例如，点火时期越提前，则越多的燃料通过SI燃烧而燃烧，SI率变高。此外，燃料的喷射时期越提前，则越多的燃料通过CI燃烧而燃烧，SI率变低。或者，伴随着EGR率的增大而燃烧室6的温度越高，则越多的燃料通过CI燃烧而燃烧，SI率变低。进而，SI率的变化伴随着θci的变化，所以这些各控制量(点火时期、喷射时期、EGR率等)的变化是调整θci的要素。

基于上述的倾向，在本实施方式中，点火时期、燃料的喷射量/喷射时期、外部EGR率及阀定时(以及内部EGR率)等的各目标值按照每个运转条件预先决定，以成为能够实现上述的目标SI率及目标θci。在基于SPCCI燃烧运转时(即第1·第2运转区域A1、A2下的运转时)，ECU100基于这些控制量的目标值，对喷油器15、火花塞16、EGR阀53、进·排气VVT13a、14a等进行控制。例如，基于点火时期的目标值对火花塞16进行控制，基于燃料的喷射量/喷射时期的目标值对喷油器15进行控制。此外，基于燃烧室6的外部EGR率及阀定时(内部EGR率)的各目标值对EGR阀53及进·排气VVT13a、14a进行控制，调整经由EGR通路51回流的废气(外部EGR气体)的回流量、以及内部EGR带来的已燃气体(内部EGR气体)的残留量。另外，上述的图8～图12中示出的外部EGR率及阀定时(内部EGR率)的各目标值是基于这样的观点决定的目标值。

(7)基于目标θci的控制

如上述那样，在本实施方式中，点火时期、燃料的喷射量/喷射时期、以及EGR率等控制量的各目标值被决定为使得SI率及θci与各自的目标值(目标SI率及目标θci)一致，但是即便按照目标来控制上述各控制量(点火时期等)，SI率及θci也未必与目标吻合。在此，在本实施方式中，按照每个燃烧循环确定CI燃烧的开始时期、即θci，基于确定的θci来调整点火时期。

图17是表示在SPCCI燃烧下的运转时、即图5所示的第1运转区域A1或第2运转区域A2下的运转时，由ECU100进行的控制的详细情况的流程图。该流程图所示的控制开始后，ECU100在步骤S1中基于从由曲柄角传感器SN1检测到的发动机旋转速度、以及油门传感器SN9的检测值(油门开度)和空气流量传感器SN3的检测值(进气流量)等确定的发动机负荷，决定来自喷油器15的燃料的喷射量及喷射时期。另外，这里决定的燃料的喷射量/喷射时期是为了实现上述的目标θci而按照发动机的每个运转条件预先决定的喷射量/喷射时期。

接着，ECU100转移到步骤S2，判定进气阀11是否闭阀(是否从开切换到闭)。在本实施方式中，按照发动机的每个运转条件决定阀定时，进气阀11闭阀的定时(以下称作IVC)也按照每个运转条件预先知晓。ECU100基于曲柄角传感器SN1的检测值来判定是否超过了按照每个运转条件决定的IVC，超过IVC的情况下，判定为进气阀11闭阀。

上述步骤S2中判定为“是”而确认了进气阀11闭阀的情况下，ECU100转移到步骤S3，推测EGR率及缸内温度(燃烧室6的内部温度)。具体地说，ECU100基于各种参数来推测EGR率(外部EGR率及内部EGR率)，上述的各种参数包括：在进气阀11闭阀的时间点(即IVC)由缸内压传感器SN2检测的缸内压力、在IVC以前由空气流量传感器SN3检测的进气(新气)的流量、以及在IVC以前由差压传感器SN8检测的EGR阀53的前后差压。此外，基于推测出的EGR率和第2进气温传感器SN6的检测值来推测缸内温度。

另外，如前面说明的，在本实施方式中，外部EGR率及阀定时(内部EGR率)的各目标值预先决定(参照图8～图12)，与其相应地控制EGR阀53的开度及进·排气VVT13a、14a。但是，实际的外部EGR率及内部EGR率可能会因为各种状况而变动，这样的EGR率的变动、以及伴随于此的缸内温度的变动给CI燃烧的开始时期(θci)及SI率带来影响。在此，为了考虑这样的影响而调整点火时期，在本实施方式中，在上述步骤S3中，按照每个燃烧循环来推测实际的EGR率及缸内温度。

接着，ECU100转移到步骤S4，基于曲柄角传感器SN1的检测值，判定预先决定的特定曲柄角是否已经到来。该特定曲柄角作为决定火花塞16的点火时期的定时而预先决定，被决定为从IVC到压缩上死点之间的适当的定时(例如压缩上死点前60°CA左右)。

在上述步骤S4中判定为“是”而确认了特定曲柄角已到来的情况下，ECU100转移到步骤S5，决定用于实现目标θci的点火时期。

具体地说，在上述步骤S5中，ECU100基于与目标θci对应地决定的点火时期的当初的目标值(以下称作默认点火时期)和在上述步骤S3中求出的EGR率及缸内温度的各推测值，决定用于实现目标θci的点火时期。

为了决定上述点火时期，在本实施方式中，预先准备基于推测出的EGR率及缸内温度来决定点火时期的修正量的模型式。例如，推测出的EGR率及缸内温度从其目标值偏离得越大，则需要将从默认点火时期偏离得越大的时期决定为上述点火时期。另一方面，如上述步骤S1中说明的，在本实施方式中，作为燃料的喷射量/喷射时期直接采用当初的目标值，所以不必考虑这些燃料的喷射量/喷射时期相对于目标值的偏离量。在此，在本实施方式中，作为上述模型式，预先准备将EGR率及缸内温度的相对于各目标值的偏离量作为输入要素、将点火时期的修正量作为输出要素的运算式。即，如果将EGR率及缸内温度的相对于各目标值的偏离量输入到上述模型式，则能够求出使θci与目标θci一致所需的点火时期的修正量(对于默认点火时期的修正量)。在上述步骤S5中，将从默认点火时期滞后或者提前了像这样通过模型式求出的修正量的时期，决定为最终的点火时期。另外，上述步骤S3中推测出的EGR率及缸内温度与目标值相同的情况下，默认点火时期直接作为点火时期采用。

接着，ECU100转移到步骤S6，在上述步骤S5中决定的点火时期使火花塞16进行火花点火，以该火花点火为契机使混合气进行SPCCI燃烧。

接着，ECU100转移到步骤S7，基于在与SPCCI燃烧的燃烧期间(从燃烧开始到结束的期间)重叠的规定期间中检测的缸内压力来计算θci(CI燃烧的开始时期)，并且基于计算出的θci，对上述步骤S5中使用的模型式进行修正。即，ECU100基于在上述规定期间中由缸内压传感器SN2检测的缸内压力的波形，按照每个曲柄角计算燃烧所伴随的热发生率，并且基于每个曲柄角的热发生率的数据来确定从SI燃烧切换到CI燃烧的时期(与图7的拐点X对应的时期)，作为θci。然后，计算该确定出的θci与上述的目标θci的偏离量，并且基于计算出的偏离量，对用于决定点火时期(用于实现目标θci的点火时期)的上述的模型式进行修正。该模型式的修正是为了提高下次以后在同样的条件下决定点火时期时的精度。

(8)作用效果

如以上说明，在本实施方式中，在进行A/F稀薄环境下的SPCCI燃烧的第1运转区域A1中，发动机负荷低时，与发动机负荷高时相比，控制进·排气VVT13a、14a以增大内部EGR率(参照图10～图12)，无论发动机负荷如何，都能够确保良好的燃烧稳定性。

即，发动机负荷低时，与发动机负荷高时相比，来自喷油器15的燃料喷射量少，混合气的空燃比容易变得稀薄，在火花点火后可能难以使火焰核充分地成长。与此相对，在上述实施方式中，在第1运转区域A1内的低负荷侧，内部EGR率增大，所以伴随着该内部EGR率的增大，使燃烧室6的压缩开始温度(开始压缩冲程时的温度)有效地上升，能够促进火焰核的成长。由此，SI燃烧稳定地进行，并且可靠地引起后续的CI燃烧，所以能够避免CI燃烧的开始时期(θci)在每个循环中较大地偏差的事态。根据以上，根据上述实施方式，无论发动机负荷高还是低，都能够实现稳定的SPCCI燃烧。

此外，在上述实施方式中，在第1运转区域A1中的运转时，形成有排气阀12超过排气上死点(在进气冲程中)开阀的期间、即排气开阀延长期间W(图12)，并且在该排气开阀期间W中，高温的已燃气体从排气端口10返回到燃烧室6(回流)，从而实现内部EGR气体，通过该内部EGR导入的已燃气体的比例即内部EGR率在第1运转区域A1内的低负荷侧增大。根据这样的构成，与例如使经由EGR通路51从排气通路40回流到燃烧室6的废气的比例即外部EGR率增大的情况相比，能够使燃烧室6的压缩开始温度在低负荷侧充分地上升，能够有效地提高低负荷侧的燃烧稳定性。

此外，在上述实施方式中，通过在第1运转区域A1内的低负荷侧扩大上述排气开阀延长期间W，内部EGR率增大，所以伴随着该期间W的扩大，大量已燃气体从排气端口10返回到燃烧室6，其结果，能够可靠地增大内部EGR率。

此外，在上述实施方式中，随着第1运转区域A1内的负荷的变动，不仅排气阀12，进气阀11的动作定时也变更，在第1运转区域A1内的低负荷侧，进气阀11的关闭时期(IVC)相对于进气下死点更向滞后侧变更。根据这样的构成，在关闭进气阀11的时间点，燃烧室6中存在的(被封入)的气体的总量减少，所以通过之后的混合气的燃烧生成的已燃气体的温度上升。由此，能够进一步提高内部EGR对燃烧室6的升温效果。

此外，在上述实施方式中，在第1运转区域A1中的运转时，形成空燃比(A/F)大于理论空燃比的A/F稀薄环境并执行进行SPCCI燃烧的控制，所以在该第1运转区域A1中，能够在混合气的比热比较大的有利于热效率的环境下进行SPCCI燃烧，能够有效地提高发动机的油耗性能，上述空燃比(A/F)是燃烧室6内的空气和燃料的比例。

即，假定了奥拓循环发动机的情况下，其理论上的热效率仅由发动机的压缩比和混合气的比热比决定，压缩比及比热比的任一个较大都会变大。另一方面，已知构成混合气中的气体分子的原子数越多则比热比越小。例如，与空气(新气)中主要包含的N2和O2等的2原子分子相比，EGR气体中较多包含的CO2和H2O等的3原子分子的比热比更小。因此，在上述第1运转区域A1中形成A/F稀薄环境并将比理论空燃比相当的空气量更多的空气导入到燃烧室6的情况下，能够增大混合气中的2原子分子的比例而增大比热比，由此，能够提高热效率。

此外，在上述实施方式中，对第1运转区域A1内的高负荷侧设定的第4分割区域b4中的目标外部EGR率比第1运转区域A1内的其他其余(第1～第3分割区域b1～b3)中的目标外部EGR率更高地设定，并且在负荷比上述第4分割区域b4更高的第2运转区域A2中，形成气体空燃比(G/F)大于理论空燃比且空燃比(A/F)与理论空燃比大体一致的G/F稀薄环境，并执行进行SPCCI燃烧的控制，所以在第1运转区域A1和第2运转区域A2之间的转移运转时能够避免外部EGR率急剧变化，能够提高该转移运转时的控制性，上述的气体空燃比(G/F)是燃烧室6内的总气体和燃料的比例。

即，在G/F稀薄环境下进行SPCCI燃烧的第2运转区域A2中，与在同区域中假设形成A/F稀薄环境的情况相比，应导入燃烧室6的空气(新气)的量较少，为了补充而需要导入外部EGR气体，但是特别是在第2运转区域A2内的低负荷侧，外部EGR气体的导入量有增大的倾向。另一方面，如上述那样，在相对于与第2运转区域A2在其低负荷侧邻接的第1运转区域A1的第4分割区域b4中，与其他区域(第1～第3分割区域b1～b3)相比目标外部EGR率变高，所以该第4分割区域b4和第2运转区域A2的低负荷侧部分之间的目标外部EGR率的差变小。由此，伴随着第1运转区域A1和第2运转区域A2之间的转移运转的外部EGR率的变化量较小即可，所以能够无障碍地顺利进行该转移运转。

此外，在上述实施方式中，在第1运转区域A1中，对EGR阀53进行控制，以使得经由EGR通路51回流到燃烧室6的废气的比例即外部EGR率越靠高旋转侧则越增大(参照图8、图9)，所以活塞的移动速度较快(火花点火后的燃烧室6的膨胀速度快)，因此在难以确保点火性的高速条件下，能够提高燃烧室6的压缩开始温度而确保良好的点火性，使SPCCI燃烧稳定化。

特别是，通过将上述那样的外部EGR率的控制与在低负荷侧使内部EGR率增大的上述的控制并用，越是高速且低负荷的条件，则内部EGR率及外部EGR率均越大。由此，在点火性最严苛的高速且低负荷的条件下，也能够确保良好的点火性而使SPCCI燃烧稳定化。

此外，在上述实施方式中，在第1运转区域A1中的运转时，在涡流阀18的开度降低到比较低的开度(20～40％程度)的状态、即在燃烧室6内形成有比较强的涡流的状态下，从位于燃烧室6的顶棚中央部的多喷孔型的喷油器15在适当的定时(喷雾到达涡流的定时)以放射状喷射燃料，从而形成燃料浓度在燃烧室6的中央部比外周部更浓的分层化的混合气(参照图15、图16)。根据这样的构成，在形成于燃烧室6的中央部的相对浓的富混合气中，能够通过使用了火花塞16的火花点火来可靠地形成火焰核，能够使SI燃烧及之后的CI燃烧稳定化。

特别是，在上述实施方式中，作为上述涡流，形成相对于与气缸轴线Z正交的面非平行地流动的斜涡流，并且喷油器15的各喷孔的位置及朝向被设定为，先到达该涡流的燃料(例如喷雾f1)沿着该涡流移动到下游侧之后，与较晚到达涡流的其他燃料(例如喷雾f2)合流。由此，在涡流最终要到达的燃烧室6的中央部可靠地形成燃料浓度较浓的(相对富的)混合气，所以能够进一步促进上述的混合气的分层化。

此外，在上述实施方式中，在SPCCI燃烧的执行时(第1·第2运转区域A1、A2中的运转时)，以CI燃烧的开始时期即θci与按照发动机的每个运转条件预先决定的目标θci一致的方式、换言之θci所相关的SI率(SI燃烧的热发生量相对于总热发生量的比例)与目标SI率一致的方式，调整火花塞16的点火时期，所以能够在燃烧噪音不至于过大的范围内尽可能地增加CI燃烧的比例(即降低SI率)，尽可能地提高SPCCI燃烧的热效率。

(9)变形例

在上述实施方式中，进行使已燃气体残留在燃烧室6的内部EGR时，对进·排气VVT13a、14a进行控制以形成跨过排气上死点而进·排气阀11、12的双方均开阀的阀重叠期间，但也可以与此相反，形成跨过排气上死点而进·排气阀11、12的双方均闭阀的所谓负重叠期间，从而进行内部EGR。或者，使排气阀12在排气上死点的附近暂时关闭后，在进气冲程中再次打开排气阀12，从而进行内部EGR。

此外，在上述实施方式中，通过变更上述阀重叠期间之中的、排气阀12超过排气上死点(在进气冲程中)开阀的期间即排气开阀延长期间W来调整内部EGR率，但是调整内部EGR率的方法不限于此。例如，将排气开阀延长期间W基本固定，变更与该期间W重叠的进气阀11的开阀期间，也能够调整内部EGR率。

在上述实施方式中，作为进气VVT13a(排气VVT14a)，采用了同时变更进气阀11(排气阀12)的打开时期及关闭时期的相位式的可变机构，但是进气VVT13a也可以是将进气阀11的关闭时期固定而仅变更打开时期的类型的可变机构，排气VVT14a也可以是将排气阀12的打开时期固定而仅变更关闭时期的类型的可变机构。进而，进气VVT13a(排气VVT14a)也可以是除了进气阀11(排气阀12)的打开时期或关闭时期之外还变更抬升量的类型的可变机构。

在上述实施方式中，在第1运转区域A1中，发动机负荷越低，越增大内部EGR率，但是将EGR率操作为燃烧室6的压缩开始温度在低负荷侧比高负荷侧高即可，操作的对象不限于内部EGR率。例如，将内部EGR率基本固定，使外部EGR率根据负荷变化也可以。另外，基于该方法使低负荷侧的外部EGR率比高负荷侧大的情况下，为此操作的EGR阀53相当于“EGR操作部”。

在上述实施方式中，在进气通路30设置由发动机主体1机械地驱动的增压机33，但是也可以取代这样的机械式的增压机33，而设置由电动马达驱动的电动增压机和通过废气的能量驱动的涡轮增压机。

在上述实施方式中，在活塞5的冠面设置包围圆锥状的隆起部20a的俯视甜甜圈状的腔室20，但是也可以将腔室20中的与火花塞16对置的部分的凹部、也就是比隆起部20a更靠进气侧的部分的凹部形成为比其相反侧(排气侧)的凹部小。由此，在压缩冲程的后期从喷油器15喷射燃料时，能够使燃料的喷雾更迅速地移动到火花塞16的电极的附近。

在上述实施方式中，在对于1个气缸2设置的2个进气端口9A、9B的一方(第2进气端口9B)设置涡流阀18，并使该涡流阀18的开度增减，从而调整涡流的强度，但是调整涡流的强度的方法不限于此。例如，也可以使将第1进气端口9A开闭的进气阀11的抬升量和将第2进气端口9B开闭的进气阀11的抬升量存在差，或者使这2个进气阀11的开闭定时存在差，从而调整涡流的强度。

在上述实施方式中，按照发动机的每个运转条件预先决定燃烧噪音和热效率平衡的最佳SI率(目标SI率)及与其对应的CI燃烧的开始时期(目标θci)，在SPCCI燃烧的执行时，根据点火前的规定定时的缸内状态量(EGR率、温度等)，使用模型式求出为了得到该目标SI率及目标θci所需的点火时期(相对于该目标值的修正量)，但是也可以取代点火时期，或者除了点火时期之外还调整燃料从喷油器15的喷射时期。或者，也可以调整燃料的喷射时期和喷射量的双方。

在上述实施方式中，在SPCCI燃烧的执行时，基于由缸内压传感器SN2检测的缸内压力的波形计算CI燃烧的开始时期(θci)，基于计算出出的θci来修正用于修正点火时期的上述模型式，但是也可以取代θci，或者除了θci之外还计算SI燃烧的比例、即SI率，基于该SI率对上述模型式进行修正。

另外，如上述那样计算各次燃烧的SI率的情况下，可以想到计算该SI率的各种具体方法。

例如，可以根据缸内压传感器SN2的检测波形计算各曲柄角时间点的热发生率，基于计算出的热发生率的数据(波形)分别计算图7所示的面积R1、R2。这种情况下，如已经说明的，可以计算SI率＝R1/(R1+R2)，但是也可以取代于此，计算SI率＝R1/R2。

或者，也可以使用图18所示的Δθ1、Δθ2来计算SI率。即，将SI燃烧的曲柄角期间(比拐点X更靠提前侧的曲柄角期间)设定为Δθ1，将CI燃烧的曲柄角期间(比拐点X更靠滞后侧的曲柄角期间)设为Δθ2时，计算SI率＝Δθ1/(Δθ1+Δθ2)，或者SI率＝Δθ1/Δθ2。

或者也可以是，将SI燃烧的热发生率的峰值设为ΔH1，将CI燃烧的热发生率的峰值设为ΔH2时，计算SI率＝ΔH1/(ΔH1+ΔH2)，或者SI率＝ΔH1/ΔH2。

符号的说明：

1 发动机主体

6 燃烧室

13a 进气VVT(阀可变机构；EGR操作部)

14a 排气VVT(阀可变机构；EGR操作部)

15 喷油器

16 火花塞

18 涡流阀(涡流产生部)

40 排气通路

51 EGR通路

53 EGR阀

100 ECU(燃烧控制部)

W 排气开阀延长期间

Claims (7)

1.一种压缩点火式发动机的控制装置，具备：

喷油器，向燃烧室供给燃料；以及

火花塞，对从喷油器供给的燃料和空气混合而成的混合气点火，

该压缩点火式发动机能够进行部分压缩点火燃烧，该部分压缩点火燃烧指的是，使所述混合气的一部分通过使用了所述火花塞的火花点火进行火花点火燃烧之后，使剩余的混合气通过自点火进行压缩自点火燃烧，

该压缩点火式发动机的控制装置的特征在于，具备：

EGR操作部，其能够变更EGR率，该EGR率是作为EGR气体导入至所述燃烧室的已燃气体的比例；以及

燃烧控制部，在所述部分压缩点火燃烧的执行中，使用所述EGR操作部对所述EGR率进行调整，以使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述燃烧室的压缩开始温度上升，并且在所述混合气在火花点火燃烧之后进行压缩自点火燃烧的规定的定时对所述火花塞进行火花点火，

所述EGR操作部是阀可变机构，该阀可变机构能够通过变更进气阀及排气阀的至少一方的动作定时，来调整所述燃烧室内残留的已燃气体的比例即内部EGR率，

所述燃烧控制部在所述部分压缩点火燃烧的执行中对所述阀可变机构进行控制，使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述内部EGR率变高，

所述燃烧控制部对所述阀可变机构进行控制，以在执行所述部分压缩点火燃烧的运转区域的至少低负荷侧的一部分中，发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述内部EGR率变高，并且形成空燃比大于理论空燃比的A/F稀薄环境并进行所述部分压缩点火燃烧，所述空燃比是所述燃烧室内的空气与燃料的比例，

所述发动机具备：EGR通路，用于将从所述燃烧室排出到排气通路的已燃气体即废气回流到所述燃烧室；以及设置于所述EGR通路的EGR阀，用于调整经由EGR通路回流到所述燃烧室的废气的比例即外部EGR率，

所述燃烧控制部对所述EGR阀进行控制，以在执行所述A/F稀薄环境下的部分压缩点火燃烧的运转区域中，发动机负荷高时与发动机负荷低时相比，所述外部EGR率变高，并且在比该运转区域更靠高负荷侧的区域中，形成气体空燃比大于理论空燃比且所述空燃比与理论空燃比大致一致的G/F稀薄环境，并进行所述部分压缩点火燃烧，该气体空燃比是所述燃烧室内的总气体与燃料的比例。

2.如权利要求1所述的压缩点火式发动机的控制装置，

所述燃烧控制部在所述部分压缩点火燃烧的执行中对所述阀可变机构进行控制，使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述进气阀的关闭时期相对于进气下死点更向滞后侧移动。

3.如权利要求2所述的压缩点火式发动机的控制装置，

所述阀可变机构能够调整排气开阀延长期间，该排气开阀延长期间是所述排气阀超过排气上死点而开阀的期间，

所述燃烧控制部在所述部分压缩点火燃烧的执行中对所述阀可变机构进行控制，使得发动机负荷低时与发动机负荷高时相比，所述排气开阀延长期间扩大。

4.如权利要求1～3中任一项所述的压缩点火式发动机的控制装置，

还具备在所述燃烧室产生涡流的涡流产生部，

所述燃烧控制部，在执行所述部分压缩点火燃烧的运转区域的至少低负荷侧的一部分中，驱动所述涡流产生部而产生涡流，并且从所述喷油器朝向该涡流喷射燃料。

5.如权利要求4所述的压缩点火式发动机的控制装置，

所述喷油器配置在所述燃烧室的顶棚中央部，并且具有在周方向上分离的至少第1喷孔及第2喷孔，

从所述第1喷孔及所述第2喷孔同时喷射燃料，

所述涡流是相对于与所述燃烧室的中心轴正交的面非平行地流动的斜涡流，

所述第1喷孔及所述第2喷孔的位置及朝向被设定为，使得从所述第1喷孔喷射并到达所述涡流的第1燃料沿着所述涡流移动到下游侧之后，与从所述第2喷孔喷射并到达所述涡流的第2燃料合流。

6.如权利要求1～3中任一项所述的压缩点火式发动机的控制装置，

所述发动机的几何学压缩比被设定为14以上18以下。

7.如权利要求1～3中任一项所述的压缩点火式发动机的控制装置，

所述燃烧控制部在所述部分压缩点火燃烧的执行中对至少包含火花点火的时期在内的规定的控制量进行调整，以使得火花点火燃烧率与按照发动机的每个运转条件预先决定的目标火花点火燃烧率一致，所述火花点火燃烧率是火花点火燃烧的热发生量相对于总热发生量的比例。

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