CN110778412B

CN110778412B - 压缩着火式发动机的控制装置

Info

Publication number: CN110778412B
Application number: CN201910653217.5A
Authority: CN
Inventors: 松岛佑斗; 东尾理克; 砂流雄刚; 高山真二; 氏原健幸; 增田雄太
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2039-07-19
Also published as: EP3599367A1; US10859015B2; US20200032728A1; JP2020016197A; EP3599367A8; CN110778412A; JP7131171B2

Abstract

本发明提供一种压缩着火式发动机的控制装置，在混合气的空燃比及EGR气体量互不相同的第一模式与第二模式之间切换模式的发动机中，在模式切换时确保燃料消耗性能，切换部（10e）接收从第一模式至第二模式的切换要求，以使EGR气体量比切换要求之前减少的形式向EGR导入部（EGR系统（55））输出信号，且在判定EGR气体量减少到规定量时允许第二模式部（10c）开始第二模式。

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

已知不通过火焰传播而使混合气一下子燃烧的经由压缩自行着火的燃烧由于燃烧期间最小，因此可最大限度提升燃料消耗效率。然而，经由压缩自行着火的燃烧在汽车用发动机中需要解决种种问题。例如，用于汽车时，由于运行状态及环境条件变化很大，要在其中稳定地压缩自行着火是一大问题。在汽车用发动机中，经由压缩自行着火的燃烧尚未实用化。

为了解决该问题，例如专利文献1中提出了SI（Spark Ignition；火花点火）燃烧与CI（Compression Ignition；压缩着火）燃烧相组合的SPCCI（SPark ControlledCompression Ignition；火花点火控制压缩着火）燃烧。SI燃烧是对燃烧室中的混合气强制进行点火从而开始的伴随火焰传播的燃烧。CI燃烧是使燃烧室中的混合气进行压缩自行着火从而开始的燃烧。SPCCI燃烧为如下的形态：在对燃烧室中的混合气强制进行点火并开始经由火焰传播的燃烧时，藉由SI燃烧的放热及火焰传播导致的压力上升，燃烧室中的未燃混合气通过压缩着火进行燃烧。SPCCI燃烧包括CI燃烧，因此是“压缩着火的燃烧”的一个形态。

SPCCI燃烧中的CI燃烧在缸内温度到达由混合气的组成决定的着火温度时发生。若在压缩上死点附近缸内温度到达着火温度而引起CI燃烧，则能使燃料消耗效率最大化。缸内温度根据缸内压力的上升而升高。SPCCI燃烧中的缸内压力是压缩行程中活塞的压缩做功导致的压力上升和由SI燃烧的放热产生的压力上升这两个压力上升的结果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/096744号说明书。

发明内容

发明要解决的问题：

SPCCI燃烧是压缩着火的燃烧的一个形态，因此能亦如专利文献1中记载那样在混合气的空燃比稀于理论空燃比时也稳定地燃烧。进行SPCCI燃烧的发动机使混合气的空燃比为例如25以上，由此能抑制RawNOx的生成并以较高的热效率运行。

然而，在SPCCI燃烧中，SI燃烧导致的压力上升取决于燃烧速度、即火焰传播速度。如果SI燃烧的火焰传播不稳定，则无法充分确保由SI燃烧的放热产生的压力上升，从而难以使缸内温度升高至着火温度。其结果是，进行CI燃烧的混合气的量变少，多数的混合气进行SI燃烧，或是会在膨胀行程的后半期产生CI燃烧。这样发动机的热效率不会最大化。

例如，在发动机水温较低时、进气温较低时等发动机处于特定的运行条件下时，难以使燃料较稀的混合气稳定地SI燃烧。即使进行SPCCI燃烧，发动机的热效率也不会最大化。因此，在发动机水温较低时、进气温较低时等，可考虑发动机使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比地进行SPCCI燃烧。若混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比，则即使在发动机水温较低时、进气温较低时等，SPCCI燃烧中SI燃烧的火焰传播依然稳定。因此，能在压缩上死点附近开始CI燃烧，从而提高发动机的热效率。又，若使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比，则还能利用安装在排气通路上的三元催化器来净化废气中的NOx。

本申请发明人在进行SPCCI燃烧的发动机中，为了兼顾废气排放性能的改善与热效率的改善，想出了根据发动机的状态在如下模式中切换：使理论空燃比或大致理论空燃比的混合气进行SPCCI燃烧的模式（即，第一模式）、使空燃比稀于理论空燃比的混合气进行SPCCI燃烧的模式（即，第二模式）。

又，本申请发明人还考虑了在前述的第一模式中，代替第二模式那样使混合气变稀，而是通过EGR气体来稀释混合气。在混合气稀释的状态下进行CI燃烧，由此能提升第一模式中的燃料消耗性能。

采用上述那样的结构的情况下，在第一模式与第二模式切换时要求变更混合气的空燃比和向燃烧室内导入的EGR气体量。在将发动机的模式从第一模式向第二模式切换时，减少向燃烧室内导入的EGR气体量，然而如果在EGR气体量减少至规定量为止的延迟期间内第二模式下的运行开始，则EGR气体量会暂时过多。此时，SI燃烧的火焰传播速度降低，因而在膨胀行程的后半期会发生CI燃烧，恐怕发动机的热效率无法最大化。这对改善发动机的燃料消耗性能不利。

在将发动机的模式从第二模式向第一模式切换也会产生同样的问题。此时，假如在EGR气体量充分增加为止的延迟期间内第一模式下的运行开始，则有可能EGR气体量会暂时不足。该情况下，混合气的稀释不充分，恐怕无法充分改善燃料消耗性能。

此处公开的技术是鉴于上述情况而作出的，其目的在于在模式于混合气的空燃比和EGR气体量互不相同的第一模式与第二模式之间切换的发动机中，在模式切换时确保燃料消耗性能。

解决问题的手段：

本申请发明人在调节EGR气体量后允许模式切换。

具体地，此处公开的技术涉及压缩着火式发动机的控制装置。该发动机的控制装置具备：由汽缸、在所述汽缸内往复运动的活塞及将所述汽缸的一端封闭的汽缸盖形成的发动机的燃烧室；调节向所述燃烧室内填充的空气量的空气调节部；安装于所述汽缸盖且喷射向所述燃烧室内供给的燃料的燃料喷射部；面朝所述燃烧室内地配设且对所述燃烧室内的混合气点火的点火部；向所述燃烧室内导入EGR气体的EGR导入部；测量与所述发动机的运行相关的参数的测量部；和控制部，所述控制部与所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部、所述EGR导入部及所述测量部分别连接，接收来自所述测量部的测量信号进行运算，并向所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部及所述EGR导入部输出信号；所述控制部具有：以第一模式运行所述发动机的第一模式部；以第二模式运行所述发动机的第二模式部；和接收从所述第一模式至所述第二模式的切换要求并进行模式切换的切换部。

所述第一模式部以变为与所述发动机的负荷对应的燃料量且使混合气的空燃比变为第一空燃比的形式、向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号，且在通过所述点火部的强制点火使一部分混合气开始伴随火焰传播的燃烧后，以使剩余的未燃混合气通过自行着火进行燃烧的形式向所述点火部输出点火信号；所述第二模式部以变为与所述发动机的负荷对应的燃料量且使混合气的空燃比变为比所述第一空燃比大的第二空燃比的形式、向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号，且在通过所述点火部的强制点火使一部分混合气开始伴随火焰传播的燃烧后，以使剩余的未燃混合气通过自行着火进行燃烧的形式向所述点火部输出点火信号。

并且，所述切换部在收到所述切换要求时，以使混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比的形式向所述空气调节部及所述燃料喷射部输出信号，且以使EGR气体量比切换要求之前减少的形式向所述EGR导入部输出信号；所述切换部还在判定所述EGR气体量减少到规定量时允许所述第二模式部开始所述第二模式。

根据该结构，第一模式部使第一空燃比的混合气SPCCI燃烧，由此运行发动机。第二模式部使比第一空燃比大的第二空燃比的混合气SPCCI燃烧，由此运行发动机。

此处，第一空燃比例如可以为理论空燃比或大致理论空燃比。由此，能利用安装于发动机的排气通路的三元催化器来净化废气。“理论空燃比或大致理论空燃比”也可叫做落在三元催化器的净化区间内的空燃比。第二空燃比例如可以设定为25以上的合适的空燃比。由此，能抑制混合气燃烧时RawNOx的生成。

所述切换部在使发动机的模式从第一模式向第二模式切换前，例如通过EGR导入部来减少EGR气体量以免混合气过度稀释而使SI燃烧的火焰传播速度下降。并且，切换部以EGR气体量减少到规定量为契机，允许第二模式部开始第二模式。藉此，第二模式部开始第二模式，从第一模式向第二模式的切换完成。

像这样，预先减少EGR气体量，由此能使EGR气体量不变得过多地开始第二模式。如此能使发动机的热效率最大化，进而能改善发动机的燃料消耗性能。

又，也可以是所述EGR导入部具有外部EGR系统，所述外部EGR系统由连接所述发动机的进气通路与排气通路之间并使废气的一部分回流至该进气通路的EGR通路、和配设于所述EGR通路的EGR阀构成；所述测量部具有配设于所述EGR通路并测量所述EGR阀的上游及下游的压差的EGR压差传感器；所述控制部基于所述EGR压差传感器的测量信号预测所述EGR气体量，且基于该预测结果判定所述EGR气体量是否减少到了规定量。

根据该结构，能进行考虑了EGR气体量的响应延迟的判定，由此能高精度地判断应从第一模式向第二模式切换的正时。

又，也可以是所述排气通路上配设有三元催化器；所述EGR通路的上游端与所述排气通路上的所述三元催化器的下游连接。

通过三元催化器后的废气与通过三元催化器前的废气相比要低温。将这样的相对低温的废气用作EGR气体时，若刚向第二模式切换后EGR气体量暂时过多，则有可能缸内温度较低从而使SI燃烧不稳定。

相对地，根据所述结构，形成为在完成EGR气体量的减少后允许向第二模式的切换的结构，因而能够使EGR气体量不变得过多地更切实地稳定SI燃烧。

又，也可以是所述切换部以使空气量比切换要求之前增加的形式向所述空气调节部输出信号，而且以使混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比的形式，向所述燃料喷射部输出根据空气量的增加使所述燃料量增加的信号，并针对所述燃料量的增加进行抑制所述发动机的转矩的增加的转矩调节；所述切换部还在判定所述EGR气体量减少至规定量且所述空气量到达了规定量时，结束所述燃料量的增加与所述转矩调节，并允许所述第二模式部开始所述第二模式。

如前所述形成为分别使用第一模式与第二模式的结构的情况下，模式间的切换伴随着混合气的空燃比的变更，因此必须变更向燃烧室内填充的空气量。在发动机的模式从第一模式向第二模式切换时，必须增加向燃烧室内填充的空气量，但是在空气量增加至规定量为止的延迟期间内，混合气的空燃比会大于理论空燃比（例如14.7）且为能抑制RawNOx生成的25以下。如果混合气的空燃比为理论空燃比以上25以下，则不仅在混合气燃烧时生成RawNOx，而且空燃比偏离三元催化器的净化区间，因此也难以净化废气中的NOx。

因此，本申请发明人在切换模式时空气量变化的期间内，以使混合气的空燃比变成理论空燃比或大致理论空燃比的形式增加燃料量。

然而，增加燃料量会使发动机的转矩增大与增量相应的程度。因此，本申请发明人增加燃料量，并且进行抑制发动机的转矩增加的转矩调节。

即，在使发动机的模式从第一模式向第二模式切换时，由于第二空燃比大于第一空燃比，因此必须增加向燃烧室内填充的空气量。切换部以使空气量比切换要求之前增加的形式向空气调节部输出信号。空气调节部例如可以使节气门的开度由小向大变更。

藉由空气量的增加，混合气的空燃比偏离第一空燃比。由于空气量的增加有延迟，因此混合气的空燃比也偏离第二空燃比。废气排放性能恐怕会降低，因此切换部针对增加中的空气量向燃料喷射部输出使燃料量增加的信号。混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比，因此能利用三元催化器净化废气。

切换部还针对燃料量的增加进行抑制发动机的转矩增加的转矩调节。由此，能抑制发动机的转矩升高与燃料增量相应的程度。能抑制发生不必要的转矩冲击。

又，也可以是所述切换部将所述发动机的转矩维持为一定或大致一定地从所述第一模式向所述第二模式切换。

在从第一模式向第二模式切换期间使发动机的转矩为一定或大致一定，因此与目标转矩对应的燃料量实质上为一定量。

所述结构中，切换部根据空气量的增加使燃料量增加，因此发动机的转矩升高。然而，切换部进行抑制转矩增加的转矩调节，由此能使发动机的转矩为一定或大致一定。

又，也可以是所述切换部向所述点火部输出使点火时期滞后的信号，由此抑制所述发动机的转矩的增加。

通过滞后点火时期，由此使SI燃烧的时期滞后，且使SPCCI燃烧中CI燃烧开始的时期也滞后。有效降低了发动机的转矩。

又，也可以是所述切换部在判定所述EGR气体量减少到规定量时开始所述空气量的增加、所述燃料量的增加及所述转矩调节，且在判定所述空气量到达了规定量时结束所述燃料量的增加与所述转矩调节，并允许所述第二模式部开始所述第二模式。

根据该结构，切换部以EGR气体量减少到规定量为契机开始空气量的增加，且以空气量到达规定量为契机允许第二模式部开始第二模式。藉此，能在完成EGR气体量的调节的状态下开始第二模式。如此，能使发动机的热效率最大化，进而有利于改善发动机的燃料消耗性能。

又，若减少向燃烧室内导入的EGR气体量，则SPCCI燃烧的燃烧稳定性升高，因而例如在形成为作为转矩调节而使点火时期滞后的构造的情况下，通过在减少EGR气体量后使点火时期滞后，由此即使增大其滞后量增大也能抑制失火等。减少EGR气体量有利于使滞后界限向滞后方向移动。

此处公开的压缩着火式发动机的控制装置具备：由汽缸、在所述汽缸内往复运动的活塞及将所述汽缸的一端封闭的汽缸盖形成的发动机的燃烧室；调节向所述燃烧室内填充的空气量的空气调节部；安装于所述汽缸盖且喷射向所述燃烧室内供给的燃料的燃料喷射部；面朝所述燃烧室内地配设且对所述燃烧室内的混合气点火的点火部；向所述燃烧室内导入EGR气体的EGR导入部；测量与所述发动机的运行相关的参数的测量部；和控制部，所述控制部与所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部、所述EGR导入部及所述测量部分别连接，接收来自所述测量部的测量信号进行运算，并向所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部及所述EGR导入部输出信号；所述控制部具有：以第一模式运行所述发动机的第一模式部；以第二模式运行所述发动机的第二模式部；和接收从所述第二模式至所述第一模式的切换要求并进行模式切换的切换部。

并且，所述切换部在收到所述切换要求时，以使混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比的形式向所述空气调节部及所述燃料喷射部输出信号，且以使EGR气体量比切换要求之前增加的形式向所述EGR导入部输出信号，并且以使点火时期比切换要求之前滞后的形式向所述点火部输出信号；所述切换部还在判定所述EGR气体量增加至规定量时结束所述点火时期的滞后，并允许所述第一模式部开始所述第一模式。

所述切换部在使发动机的模式从第二模式向第一模式切换前，通过EGR导入部使EGR气体量增加。并且，切换部以EGR气体量增加至规定量为契机，允许第一模式部开始第一模式。藉此，第一模式部开始第一模式，从第二模式向第一模式的切换完成。

像这样，预先增加EGR气体量，由此能在完成EGR气体量的调节的状态下开始第一模式。如此，能通过EGR气体来充分稀释混合气，进而能改善发动机的燃料消耗性能。

此处，所述切换部与EGR气体量的增加并行地使点火时期滞后。藉此，在SI燃烧时能避免过早着火、爆震等异常燃烧。

像这样，在增加EGR气体量且滞后点火时期后开始第一模式，由此能避免SI燃烧中的异常燃烧且确保发动机的燃料消耗性能。

也可以是所述控制部具有接收所述测量部的测量信号而设定所述发动机的目标转矩的目标转矩设定部；所述第一模式部以变为与所述目标转矩对应的燃料量且使混合气的空燃比变为所述第一空燃比的形式、向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号；所述第二模式部以变为与所述目标转矩对应的燃料量且使混合气的空燃比变为所述第二空燃比的形式、向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号。

此处公开的压缩着火式发动机的控制装置具备：由汽缸、在所述汽缸内往复运动的活塞及将所述汽缸的一端封闭的汽缸盖形成的发动机的燃烧室；调节向所述燃烧室内填充的空气量的空气调节部；安装于所述汽缸盖且喷射向所述燃烧室内供给的燃料的燃料喷射部；面朝所述燃烧室内地配设且对所述燃烧室内的混合气点火的点火部；向所述燃烧室内导入EGR气体的EGR导入部；测量与所述发动机的运行相关的参数的测量部；和控制部，所述控制部与所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部、所述EGR导入部及所述测量部分别连接，接收来自所述测量部的测量信号进行运算，并向所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部及所述EGR导入部输出信号；所述控制部具有：基于所述测量部的测量信号使所述发动机以第一模式运行的第一模式部；基于所述测量部的测量信号使所述发动机以第二模式运行的第二模式部；基于所述测量部的测量信号，在判定切换条件成立时输出从所述第一模式向所述第二模式的切换要求的判定部；和接收所述切换要求并进行模式切换的切换部。

此处公开的发动机的控制装置具备：由汽缸、在所述汽缸内往复运动的活塞及将所述汽缸的一端封闭的汽缸盖形成的发动机的燃烧室；调节向所述燃烧室内填充的空气量的空气调节部；安装于所述汽缸盖且喷射向所述燃烧室内供给的燃料的燃料喷射部；面朝所述燃烧室内地配设且对所述燃烧室内的混合气点火的点火部；向所述燃烧室内导入EGR气体的EGR导入部；测量与所述发动机的运行相关的参数的测量部；和控制部，所述控制部与所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部、所述EGR导入部及所述测量部分别连接，接收来自所述测量部的测量信号进行运算，并向所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部及所述EGR导入部输出信号；所述控制部具有：基于所述测量部的测量信号使所述发动机以第一模式运行的第一模式部；基于所述测量部的测量信号使所述发动机以第二模式运行的第二模式部；基于所述测量部的测量信号，在判定切换条件成立时输出从所述第二模式向所述第一模式的切换要求的判定部；和接收所述切换要求并进行模式切换的切换部。

发明效果：

如以上说明，根据前述的压缩着火式发动机的控制装置，能在模式切换时确保燃料消耗性能。

附图说明

图1是例示发动机的结构的图；

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

图3是例示燃烧室及进气系统的结构的俯视图；

图4是例示发动机的控制装置的结构的框图；

图5是例示SPCCI燃烧的波形的图；

图6是例示发动机的映射图（map）的图，上图是温态时的映射图，中图是半暖机时的映射图，下图是冷态时的映射图；

图7是例示温态时的映射图的详情的图；

图8是说明发动机的映射图的层（Layer）结构的图；

图9是例示映射图的层选择所涉及的控制流程的流程图；

图10是例示与图9不同的映射图的层选择所涉及的控制流程的流程图；

图11的上图是例示大气压与发动机水温阈值的关系的图，图11的下图是例示大气压与进气温阈值的关系的图；

图12是例示发动机的基本控制的流程图；

图13是例示层2与层3之间的切换所涉及的ECU的功能块的结构例的图；

图14是例示层2向层3切换所涉及的控制的流程图；

图15是说明延迟（Retard）界限转矩的计算步骤的图；

图16是说明浓界限转矩的计算步骤的图；

图17是例示层3向层2的切换所涉及的控制的流程图；

图18是例示层2向层3切换时的各参数的变化的时序图；

图19是例示层2向层3切换时的各参数的变化的时序图；

图20是例示层3向层2切换时的各参数的变化的时序图；

图21是例示层2与层3之间SCV开度及EGR阀开度的大小关系的说明图；

图22是例示EGR率的推算步骤的流程图；

符号说明：

1 发动机；

10 ECU（控制部）；

10a 目标转矩设定部；

10b 第一模式部；

10c 第二模式部；

10d 判定部；

10e 切换部；

11 汽缸；

13 汽缸盖；

17 燃烧室；

25 火花塞（点火部）；

3 活塞；

40 进气通路；

43 节气门（空气调节部）；

50 排气通路；

511 三元催化器；

52 EGR通路；

54 EGR阀；

55 EGR系统（EGR导入部）；

6 喷射器（燃料喷射部）；

SW1 空气流量传感器（测量部）；

SW2 第一进气温度传感器（测量部）；

SW3 第一压力传感器（测量部）；

SW4 第二进气温度传感器（测量部）；

SW5 第二压力传感器（测量部）；

SW6 压力指示传感器（测量部）；

SW7 排气温度传感器（测量部）；

SW8 线性O₂传感器（测量部）；

SW9 λO₂传感器（测量部）；

SW10 水温传感器（测量部）；

SW11 曲轴角传感器（测量部）；

SW12 加速器开度传感器（测量部）；

SW13 进气凸轮角传感器（测量部）；

SW14 排气凸轮角传感器（测量部）；

SW15 EGR压差传感器（测量部）；

SW16 燃压传感器（测量部）；

SW17 第三进气温度传感器（测量部）。

具体实施方式

以下，基于附图详细说明涉及压缩着火式发动机的控制装置的实施形态。以下的说明是发动机以及发动机的控制装置的一个例子。

图1是例示压缩着火式的发动机的结构的图。图2是例示发动机的燃烧室的结构的图。图3是例示燃烧室及进气系统的结构的图。另外，图1中的进气侧为纸面左侧，排气侧为纸面右侧。图2及图3中的进气侧为纸面右侧，排气侧为纸面左侧。图4是例示发动机的控制装置的结构的框图。

发动机1是通过燃烧室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的运行来行驶。本结构例中，发动机1的燃料为汽油。燃料只要是至少含有汽油的液体燃料即可。燃料也可以是含有例如生物乙醇等的汽油。

（发动机的结构）

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连结曲轴15。活塞3与汽缸11以及汽缸盖13一起区划出燃烧室17。另外，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。

汽缸盖13的下表面，即燃烧室17的顶面，如图2的下图所示由倾斜面1311和倾斜面1312构成。倾斜面1311是从进气侧朝向后述的喷射器6的喷射轴心X2的上升斜面。倾斜面1312是从排气侧朝向喷射轴心X2的上升斜面。燃烧室17的顶面是所谓的屋脊形状。

活塞3的上表面向燃烧室17的顶面隆起。活塞3的上表面上形成有腔室31。腔室31从活塞3的上表面凹陷。本结构例中，腔室31具有浅盘形状。腔室31的中心比汽缸11的中心轴X1向排气侧偏离。

发动机1的几何压缩比设定为10以上30以下。如后所述发动机1在一部分运行区域中，进行SI燃烧与CI燃烧相组合的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧利用SI燃烧的放热与压力上升来控制CI燃烧。发动机1是压缩着火式发动机。但是，该发动机1无需提高活塞3到达压缩上死点时的燃烧室17的温度（即压缩端温度）。发动机1能将几何压缩比设定为较低。若降低几何压缩比，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左右的低辛烷值燃料）下为14～17，在高辛烷值规格（燃料的辛烷值在96左右的高辛烷值燃料）下为15～18。

在汽缸盖13上，对每个汽缸11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。进气道18与燃烧室17连通。进气道18是所谓的滚流气道（Tumbleport），详图省略。即，进气道18具有使燃烧室17中形成滚流的形状。

进气道18上配设有进气门21。进气门21对燃烧室17与进气道18之间进行开闭。进气门21通过动阀机构在规定的正时进行开闭。动阀机构是使气门正时和/或气门升程可变的可变动阀机构即可。本结构例中，如图4所示，可变动阀机构具有进气电动S-VT（Sequential-Valve Timing；连续气门正时）23。进气电动S-VT23使进气凸轮轴的旋转相位在规定的角度范围内连续变更。进气门21的开阀正时及闭阀正时连续地变化。另外，也可以是进气动阀机构具有油压式的S-VT而代替电动S-VT。

在汽缸盖13上，还对每个汽缸11形成有排气道19。排气道19也如图3所示具有第一排气道191及第二排气道192。排气道19与燃烧室17连通。

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。该动阀机构是使气门正时和/或气门升程可变的可变动阀机构即可。本结构例中，如图4所示，可变动阀机构具有排气电动S-VT24。排气电动S-VT24使排气凸轮轴的旋转相位在规定的角度范围内连续变更。排气门22的开阀正时及闭阀正时连续地变化。另外，也可以是排气动阀机构具有油压式的S-VT而代替电动S-VT。

进气电动S-VT23及排气电动S-VT24调节进气门21与排气门22双方开阀的重叠期间的长度。若延长重叠期间的长度，则能对燃烧室17中的残留气体进行扫气。又，通过调节重叠期间的长度，能将内部EGR（Exhaust Gas Recirculation；排气再循环）气体导入燃烧室17中。内部EGR系统由进气电动S-VT23及排气电动S-VT24构成。另外，内部EGR系统不限于由S-VT构成。

在汽缸盖13上，对每个汽缸11安装有喷射器6。喷射器6向燃烧室17中直接喷射燃料。喷射器6是燃料喷射部的一个例子。喷射器6配设于倾斜面1311和倾斜面1312交叉而成的屋脊的谷部。如图2所示，喷射器6的喷射轴心X2位于比汽缸11的中心轴X1靠近排气侧处。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与腔室31的中心一致。喷射器6与腔室31相向。另外，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。在该结构的情况下，也可以是喷射器6的喷射轴心X2与腔室31的中心一致。

喷射器6由具有多个喷口的多喷口型的燃料喷射阀构成，详图省略。喷射器6如图2中双点划线所示，以使燃料喷雾从燃烧室17中央呈放射状扩散的形式喷射燃料。本结构例中，喷射器6具有十个喷孔，喷孔在周向等角度地配置。

喷射器6与燃料供给系统61连接。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。本结构例中，燃料泵65是由曲轴15驱动的柱塞式的泵。共轨64以高燃料压力储存从燃料泵65压送出的燃料。在喷射器6开阀时，储存于共轨64的燃料从喷射器6的喷口喷射至燃烧室17中。燃料供给系统61能向喷射器6供给30MPa以上高压力的燃料。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。另外，燃料供给系统61的结构不限于前述的结构。

汽缸盖13上，对每个汽缸11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。本结构例中，火花塞25配设于比汽缸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所示面朝燃烧室17中且位于燃烧室17的顶面附近。另外，也可以是将火花塞25配置于比汽缸11的中心轴X1靠近排气侧处。又，也可以是将火花塞25配置在汽缸11的中心轴X1上。

发动机1的一侧面上连接有进气通路40。进气通路40与各汽缸11的进气道18连通。向燃烧室17导入的气体流通于进气通路40。进气通路40的上游端部配设有空气滤清器41。空气滤清器41对新气进行过滤。进气通路40的下游端附近配设有缓冲罐42。比缓冲罐42靠近下游处的进气通路40构成为向每个汽缸11分叉的独立通路。独立通路的下游端与各汽缸11的进气道18连接。

在进气通路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通过调节阀的开度来调节燃烧室17中新气的导入量。

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对向燃烧室17导入的气体增压。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可以是鲁兹式（Roots-type）、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的切断及连接，由此增压机44在打开和关闭之间切换。

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将在增压机44中被压缩的气体冷却。中冷器46可以是例如水冷式或油冷式的结构。

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。

ECU10在增压机44关闭时（即切断电磁离合器45时），使空气旁通阀48全开。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在非增压、即自然进气的状态下运行。

在增压机44打开时，发动机1在增压状态下运行。ECU10在增压机44打开时（即连接电磁离合器45时），调节空气旁通阀48的开度。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。若ECU10调节空气旁通阀48的开度，则向燃烧室17导入的气体的增压压力改变。另外，可以定义增压时是指缓冲罐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，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（swirl）的涡流产生部。涡流产生部如图3所示具有安装于进气通路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（primary）通路401与连接第二进气道182的副（Secondary）通路402之中的副通路402内。涡流控制阀56是能够对副通路402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（关闭侧）时，从第一进气道181流入燃烧室17的进气流量相对较多且从第二进气道182流入燃烧室17的进气流量相对较少，因此燃烧室17内的涡流变强。在涡流控制阀56的开度较大（打开侧）时，从第一进气道181及第二进气道182各自流入燃烧室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。另外，涡流如白色箭头所示沿图3中的逆时针方向旋转（亦可参见图2的白色箭头）。另外，在以下记载中，涡流控制阀56的开度也称为“SCV开度”。

发动机1的另一侧面上连接有排气通路50。排气通路50与各汽缸11的排气道19连通。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。独立通路的上游端与各汽缸11的排气道19连接。

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。另外，废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是用于使废气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的上游部连接。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地进入进气通路40上的增压机44的上游部。

EGR通路52上配设有水冷式的EGR冷却器53。EGR冷却器53将废气冷却。EGR通路52上还配设有EGR阀54。EGR阀54调节流通于EGR通路52的废气的流量。通过调节EGR阀54的开度，能调节冷却的废气、即外部EGR气体的回流量。

本结构例中，EGR系统55由外部EGR系统和内部EGR系统构成。外部EGR系统能将较内部EGR系统低温的废气供给至燃烧室17。EGR系统55相当于用于向燃烧室17内导入EGR气体的“EGR导入部”。

图1及图4中，符号57是与曲轴15连结的交流发电机57。交流发电机57由发动机1驱动。后述的ECU10升高交流发电机57的负荷，由此能调节发动机1输出的转矩。

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；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；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为控制部的一个例子。

ECU10上如图1及图4所示连接有各种传感器SW1～SW17。传感器SW1～SW17向ECU10输出信号。传感器包括以下的传感器。

空气流量传感器SW1：配置于进气通路40上的空气滤清器41的下游且测量流通于进气通路40的新气的流量；

第一进气温度传感器SW2：配置于进气通路40上的空气滤清器41的下游且测量流通于进气通路40的新气的温度；

第一压力传感器SW3：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处，并测量向增压机44流入的气体的压力；

第二进气温度传感器SW4：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处，并测量从增压机44流出的气体的温度；

第二压力传感器SW5：安装于缓冲罐42且测量增压机44下游的气体的压力；

压力指示传感器SW6：与各汽缸11对应地安装于汽缸盖13且测量各燃烧室17内的压力；

排气温度传感器SW7：配置于排气通路50且测量从燃烧室17排出的废气的温度；

线性O2传感器SW8：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测量废气中的氧浓度；

λO2传感器SW9：配置于上游的催化转换器中的三元催化器511的下游且测量废气中的氧浓度；

水温传感器SW10：安装于发动机1且测量冷却水的温度；

曲轴角传感器SW11：安装于发动机1且测量曲轴15的旋转角；

加速器开度传感器SW12：安装于加速踏板机构且测量与加速踏板的操作量对应的加速器开度；

进气凸轮角传感器SW13：安装于发动机1且测量进气凸轮轴的旋转角；

排气凸轮角传感器SW14：安装于发动机1且测量排气凸轮轴的旋转角；

EGR压差传感器SW15：配置于EGR通路52且测量EGR阀54的上游及下游的压差；

燃压传感器SW16：安装于燃料供给系统61的共轨64且测量向喷射器6供给的燃料的压力；

第三进气温度传感器SW17：安装于缓冲罐42且测量缓冲罐42内气体的温度、换言之测量向燃烧室17导入的进气的温度。

ECU10基于这些传感器SW1～SW17的信号判断发动机1的运行状态，且按照预先设定的控制逻辑计算各装置的控制量。控制逻辑存储于存储器102内。控制逻辑包括使用存储器102中存储的映射图计算目标量和/或控制量。

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、涡流控制阀56以及交流发电机57输出计算得到的控制量的电信号。

例如，ECU10基于加速器开度传感器SW12的信号和映射图设定发动机1的目标转矩且决定目标增压压力。并且，ECU10基于目标增压压力和从第一压力传感器SW3及第二压力传感器SW5的信号得到的增压机44的前后压差来进行调节空气旁通阀48的开度的反馈控制，由此使增压压力变为目标增压压力。

又，ECU10基于发动机1的运行状态和映射图设定目标EGR率。并且，ECU10基于目标EGR率和根据加速器开度传感器SW12的信号的吸入空气量决定目标EGR气体量，且进行基于从EGR压差传感器SW15的信号得到的EGR阀54的前后压差来调节EGR阀54的开度的反馈控制，由此使向燃烧室17中导入的外部EGR气体量变为目标EGR气体量。此处，“EGR率”表示EGR气体相对燃烧室17中的全部气体的比率（本结构例中，EGR气体的质量流量相对燃烧室17中全部气体的质量流量的比率），“目标EGR率”表示其目标值。

另外，在EGR率较大时，向燃烧室17中导入相对多量的外部EGR气体，在EGR率较小时，向燃烧室17中导入相对少量的外部EGR气体。像这样EGR率与向燃烧室17中导入的外部EGR气体的量呈正的相关关系，从而例示了本结构例中的“EGR量”。也可以是代替使用EGR率，而使用向燃烧室17中导入的外部EGR气体的体积、质量等作为EGR量。

又，如上所述，能通过EGR阀54的开度调节来调节作为EGR量的EGR率。例如，在降低EGR率时使EGR阀54的开度由大向小变更，而在升高EGR率时使EGR阀54的开度由小向大变更即可。

此外，ECU10在规定的控制条件成立时执行空燃比反馈控制。具体地，ECU10基于线性O₂传感器SW8以及λO₂传感器SW9测量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。

另外，其他由ECU10执行的发动机1的控制的详情后述。

（SPCCI燃烧的概念）

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，在规定的运行状态时进行经由压缩自行着火的燃烧。经由自行着火的燃烧若压缩开始前燃烧室17中的温度不均，则自行着火的正时变化很大。因此，发动机1进行SI燃烧与CI燃烧相组合的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，从而使未燃混合气进行经由自行着火的CI燃烧。

通过调节SI燃烧的放热量，能吸收压缩开始前燃烧室17中温度的不均。ECU10调节点火正时，由此能使混合气在目标的正时自行着火。

SPCCI燃烧中，SI燃烧时的放热比CI燃烧时的放热平缓。SPCCI燃烧中的放热率的波形如图5所例示上升的斜率小于CI燃烧的波形中的上升的斜率。又，SI燃烧时燃烧室17中的压力变动（dp/dθ）也比CI燃烧时平缓。

SI燃烧开始后，若未燃混合气自行着火，则在自行着火的正时放热率的波形的斜率有时会从小向大变化。放热率的波形在CI燃烧开始的正时θci有时具有拐点X。

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，CI燃烧是在压缩上死点后进行，因此避免了放热率的波形的斜率变得过大。CI燃烧时的压力变动（dp/dθ）也较为平缓。

压力变动（dp/dθ）能用作表示燃烧噪音的指标。如前所述SPCCI燃烧能使压力变动（dp/dθ）变小，因此能避免燃烧噪音过大。能将发动机1的燃烧噪音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。

SPCCI燃烧的放热率波形以SI燃烧形成的第一放热率部Q_SI和CI燃烧形成的第二放热率部Q_CI按该顺序连接的形式形成。

此处，将SI率定义为示出SPCCI燃烧的特性的参数。SI率定义为与SI燃烧产生的热量相对于SPCCI燃烧产生的全部热量的比例相关的指标。SI率是燃烧形态不同的两种燃烧所产生的热量比率。SI率高则SI燃烧的比例高，SI率低则CI燃烧的比例高。也可以是SI率定义为SI燃烧产生的热量相对于CI燃烧产生的热量的比率。即，也可以是在SPCCI燃烧中，将CI燃烧开始的曲轴角作为CI燃烧开始时期θci，在图5所示的波形801中，根据位于比θci靠提前侧处的SI燃烧的面积Q_SI和位于包括θci的滞后侧处的CI燃烧的面积Q_CI，使SI率＝Q_SI/Q_CI。

发动机1有时在进行SPCCI燃烧时使燃烧室17内产生强涡流。更详尽地，发动机1在使稀于理论空燃比的混合气进行SPCCI燃烧时，使燃烧室17内产生强涡流。可将强涡流定义为具有例如4以上的涡流比的流动。涡流比可以定义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公知的台架（rig）试验装置的测定求出，图示省略。

在使燃烧室17内产生强涡流时，燃烧室17的外周部变为强涡流，而中央部的涡流相对较弱。喷射器6向形成有强涡流的燃烧室17内喷射燃料，由此燃烧室17中央部的混合气燃料相对较浓，外周部的混合气燃料相对较稀，从而能使混合气分层化。

另外，涡流的强度调节能通过涡流控制阀56的开度调节来实施。例如，在增强涡流时使涡流控制阀56的开度由大向小变更，而在减弱涡流时使涡流控制阀56的开度由小向大变更即可。

（发动机的运行区域）

图6及图7例示了发动机1的控制的映射图。映射图存储于ECU10的存储器102内。映射图包括映射图501、映射图502、映射图503三种。ECU10根据燃烧室17的壁温（或发动机水温）和进气的温度各自的高低以及大气压，将从三种映射图501、502、503中选出的映射图用于发动机1的控制。另外，三映射图501、502、503的选择的详情后述。

第一映射图501是发动机1的所谓的温态时的映射图。第二映射图502是发动机1的所谓的半暖机时的映射图。第三映射图503是发动机1的所谓的冷态时的映射图。

各映射图501、502、503由发动机1的负荷及转速规定。第一映射图501针对负荷的高低以及转速的高低，大致分为三个区域。具体地，三个区域如下：包括怠速运行且向低旋转及中旋转的区域展开的低负荷区域A1；负荷高于低负荷区域A1的中高负荷区域A2、A3、A4；以及转速高于低负荷区域A1、中高负荷区域A2、A3、A4的高旋转区域A5。中高负荷区域A2、A3、A4还分为中负荷区域A2、负荷高于中负荷区域A2的高负荷中旋转区域A3、和转速低于高负荷中旋转区域A3的高负荷低旋转区域A4。

第二映射图502大致分为两个区域。具体地，两个区域是低中旋转区域B1、B2、B3；以及转速高于低中旋转区域B1、B2、B3的高旋转区域B4。低中旋转区域B1、B2、B3还分为与前述低负荷区域A1及中负荷区域A2相当的低中负荷区域B1、高负荷中旋转区域B2、和高负荷低旋转区域B3。

第三映射图503未被分成多个区域，而是仅具有一个区域C1。

此处，低旋转区域、中旋转区域以及高旋转区域可以分别是在将发动机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6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左右，转速N2为例如4000rpm左右。

又，也可以是令低负荷区域为包括轻负荷的运行状态的区域，高负荷区域为包括全开负荷的运行状态的区域，中负荷为低负荷区域与高负荷区域之间的区域。又，低负荷区域、中负荷区域以及高负荷区域也可以分别是在将发动机1的全运行区域沿负荷方向大致三等分为低负荷区域、中负荷区域以及高负荷区域时的低负荷区域、中负荷区域以及高负荷区域。

图6的映射图501、502、503分别示出了各区域中混合气的状态及燃烧形态。图7的映射图504相当于第一映射图501，且示出了该映射图中的各区域中混合气的状态及燃烧形态、各区域中涡流控制阀56的开度、和增压机44的驱动区域及非驱动区域。发动机1在低负荷区域A1、中负荷区域A2、高负荷中旋转区域A3和高负荷低旋转区域A4、以及低中负荷区域B1、高负荷中旋转区域B2和高负荷低旋转区域B3中进行SPCCI燃烧。发动机1还在除此以外的区域、具体而言在高旋转区域A5、高旋转区域B4及区域C1中进行SI燃烧。

（各区域中发动机的运行）

以下，详细说明图7的映射图504的各区域中发动机1的运行。

（低负荷区域）

在发动机1于低负荷区域A1内运行时，发动机1进行SPCCI燃烧。

为了改善发动机1的燃料消耗性能，EGR系统55向燃烧室17中导入EGR气体。具体地，进气电动S-VT23及排气电动S-VT24在排气上死点附近设置使进气门21及排气门22双方开阀的正重叠期间。将从燃烧室17向进气道18及排气道19排出的废气的一部分再导入燃烧室17中。由于向燃烧室17中导入较热的废气，因此燃烧室17中的温度升高。有利于SPCCI燃烧的稳定化。另外，也可以是进气电动S-VT23及排气电动S-VT24设置使进气门21及排气门22双方闭阀的负重叠期间。

又，涡流产生部在燃烧室17中形成强涡流。涡流比为例如4以上。涡流控制阀56为全闭或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与涡流成分的斜涡流。

喷射器6在进气行程中向燃烧室17中多次喷射燃料。混合气藉由多次燃料喷射和燃烧室17中的涡流而分层化。

燃烧室17中央部的混合气的燃料浓度浓于外周部的燃料浓度。具体地，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。另外，空燃比的值是点火时的空燃比的值，在以下的说明中亦相同。使靠近火花塞25的混合气的A/F为20以上30以下，由此能抑制SI燃烧时RawNOx的产生。又，使外周部的混合气的A/F为35以上，由此使CI燃烧稳定化。

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，空气过剩率λ＞1）。更详尽地，整个燃烧室17中混合气的A/F为25以上31以下。由此，能抑制RawNOx的产生，从而能改善排气性能。

燃料喷射结束后，在压缩上死点前规定的正时，火花塞25对燃烧室17中央部的混合气点火。点火正时可以是压缩行程的末期。压缩行程的末期可以是将压缩行程三等分为初期、中期以及末期时的末期。

如前所述，中央部的混合气燃料浓度相对较高，因此改善了着火性且使经由火焰传播的SI燃烧稳定化。通过使SI燃烧稳定化，由此在恰当的正时开始CI燃烧。在SPCCI燃烧中，改善了CI燃烧的控制性。抑制了燃烧噪音的产生。又，使混合气的A/F稀于理论空燃比地进行SPCCI燃烧，由此能大幅改善发动机1的燃料消耗性能。另外，低负荷区域A1与后述的层3对应。层3展开至轻负荷运行区域且包括最低负荷运行状态。

（中高负荷区域）

在发动机1于中高负荷区域A2～A4内运行时也与低负荷区域A1同样地，发动机1进行SPCCI燃烧。

EGR系统55向燃烧室17中导入EGR气体。具体地，进气电动S-VT23及排气电动S-VT24在排气上死点附近设置使进气门21及排气门22双方开阀的正重叠期间。将内部EGR气体导入燃烧室17中。又，EGR系统55通过EGR通路52将EGR冷却器53冷却的废气导入燃烧室17中。即，将与内部EGR气体相比温度较低的外部EGR气体导入燃烧室17中。外部EGR气体将燃烧室17中的温度调节为恰当的温度。EGR系统55随着发动机1的负荷升高而减少EGR气体的量。也可以是EGR系统55在全开负荷时使包括内部EGR气体及外部EGR气体的EGR气体为零。

又，在中高负荷区域A2及高负荷中旋转区域A3内，涡流控制阀56为全闭或关闭侧规定的开度。另一方面，在高负荷低旋转区域A4内，涡流控制阀56为开。

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排出的排气，由此发动机1的排气性能变好。混合气的A/F能落在三元催化器的净化区间（window）之内即可。混合气的空气过剩率λ可为1.0±0.2。另外，也可以是在发动机1于包括全开负荷（即最高负荷）的高负荷中旋转区域A3内运行时，整个燃烧室17中混合气的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）。

由于向燃烧室17内导入EGR气体，因此作为燃烧室17中的全部气体与燃料的重量比的G/F稀于理论空燃比。混合气的G/F可以是18以上。由此，能避免所谓的爆震的产生。也可以是G/F设定为18以上30以下。又，还可以是G/F设定为18以上50以下。

在发动机1的负荷为中负荷时，喷射器6在进气行程中进行多次燃料喷射。喷射器6可以在进气行程的前半期进行第一喷射，在进气行程的后半期进行第二喷射。

又，在发动机1的负荷为高负荷时，喷射器6在进气行程喷射燃料。

燃料喷射后，火花塞25在压缩上死点附近规定的正时对混合气点火。在发动机1的负荷为中负荷时，火花塞25可以在压缩上死点前进行点火。在发动机1的负荷为高负荷时，火花塞25可以在压缩上死点后进行点火。

使混合气的A/F为理论空燃比地进行SPCCI燃烧，由此能利用三元催化器511、513来净化从燃烧室17排出的排气。又，将EGR气体导入燃烧室17从而使混合气稀释化，由此改善发动机1的燃料消耗性能。另外，中高负荷区域A2、A3、A4与后述的层2对应。层2展开至高负荷区域且包括最高负荷运行状态。

（增压机的动作）

此处，如图7的映射图504所示，在低负荷区域A1的一部分以及中高负荷区域A2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A1中的低旋转侧的区域内，关闭增压机44。在低负荷区域A1中的高旋转侧的区域内，为了应对发动机1转速的升高而确保所需的进气填充量，打开增压机44。又，在中高负荷区域A2中的低负荷低旋转侧的一部分区域内，关闭增压机44。在中高负荷区域A2中的高负荷侧的区域内，为了应对燃料喷射量的增加而确保所需的进气填充量，打开增压机44。又，在中高负荷区域A2中的高旋转侧的区域内也打开增压机44。

另外，在高负荷中旋转区域A3、高负荷低旋转区域A4以及高旋转区域A5的各区域中，在其整个区域内均打开增压机44（参照S/C ON）。

（高旋转区域）

在发动机1的转速较高时，曲轴角变化1°所需要的时间较短。难以在燃烧室17内使混合气分层化。若发动机1的转速升高，则难以进行SPCCI燃烧。

因此，在发动机1于高旋转区域A5内运行时，发动机1进行SI燃烧而非SPCCI燃烧。另外，高旋转区域A5从低负荷至高负荷在负荷方向的整个区域上展开。

EGR系统55向燃烧室17中导入EGR气体。EGR系统55随着负荷增大而减少EGR气体的量。EGR系统55可以在全开负荷下令EGR气体为零。

涡流控制阀56为全开。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，能提高填充效率且能降低泵气损失。

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。另外，也可以是在发动机1于全开负荷的附近运行时，使混合气的空气过剩率λ低于1。

喷射器6在进气行程中开始燃料喷射。喷射器6将燃料一次性喷射。在进气行程中开始燃料喷射，由此在燃烧室17中形成均质或大致均质的混合气。又，能较长地确保燃料的气化时间，因此能谋求未燃损失的降低。

燃料喷射结束后，火花塞25在压缩上死点前恰当的正时对混合气点火。

（映射图的层结构）

图6所示的发动机1的映射图501、502、503如图8所示由层1、层2及层3三个层的组合构成。

层1是作为基底的层。层1展开至发动机1的整个运行区域。层1相当于整个第三映射图503。

层2是重叠在层1上的层。层2与发动机1的运行区域的一部分相当。具体地，层2相当于第二映射图502的低中旋转区域B1、B2、B3。

层3是重叠在层2上的层。层3相当于第一映射图501的低负荷区域A1。

根据燃烧室17的壁温（或发动机水温）和进气的温度各自的高低以及大气压选择层1、层2及层3。

在大气压为规定的大气压阈值（例如95kPa）以上、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℃）以上时选择层1、层2及层3，通过将这些层1、层2及层3重叠来构成第一映射图501。在第一映射图501中的低负荷区域A1内最上层的层3有效，在中高负荷区域A2、A3、A4内最上层的层2有效，在高旋转区域A5内层1有效。

在燃烧室17的壁温低于第一规定壁温且为第二规定壁温（例如30℃）以上，而且进气温低于第一规定进气温且为第二规定进气温（例如25℃）以上时，选择层1与层2。通过将这些层1及层2重叠来构成第二映射图502。在第二映射图502中的低中旋转区域B1、B2、B3内最上层的层2有效，在高旋转区域B4内层1有效。

在燃烧室17的壁温低于第二规定壁温且进气温低于第二规定进气温时，仅选择层1，从而构成第三映射图503。

另外，燃烧室17的壁温例如也可由水温传感器SW10测量到的发动机1的冷却水的温度代替。又，也可以是基于冷却水的温度、其他测量信号等推算燃烧室17的壁温。又，进气温例如能由测量缓冲罐42内的温度的第三进气温度传感器SW17进行测量。又，也可以是基于各种测量信号推算向燃烧室17中导入的进气温。

如前所述SPCCI燃烧在燃烧室17内产生强涡流从而进行。SI燃烧沿燃烧室17的壁传播火焰，因此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。

SPCCI燃烧中的CI燃烧从燃烧室17的外周部至中央部进行，因此受燃烧室17中央部的温度的影响。若中央部的温度较低，则CI燃烧不稳定。燃烧室17中央部的温度取决于导入燃烧室17的进气的温度。即，在进气温度较高时，燃烧室17中央部的温度升高，在进气温度较低时，中央部的温度降低。

在燃烧室17的壁温低于第二规定壁温且进气温度低于第二规定进气温时，无法稳定进行SPCCI燃烧。因此，仅选择执行SI燃烧的层1，ECU10基于第三映射图503运行发动机1。通过在所有运行区域内使发动机1进行SI燃烧，能确保燃烧稳定性。

在燃烧室17的壁温为第二规定壁温以上以及进气温度为第二规定进气温以上时，能使大致理论空燃比（即，λ≒1）的混合气稳定地SPCCI燃烧。因此，除层1外还选择层2，ECU10基于第二映射图502运行发动机1。使发动机1在一部分运行区域内进行SPCCI燃烧，由此改善发动机1的燃料消耗性能。

在燃烧室17的壁温为第一规定壁温以上以及进气温度为第一规定进气温以上时，能使稀于理论空燃比的混合气稳定地SPCCI燃烧。因此，除层1及层2外还选择层3，ECU10基于第一映射图501运行发动机1。发动机1在一部分运行区域内使稀混合气SPCCI燃烧，由此进一步改善发动机1的燃料消耗性能。

但是，若大气压较低，则填充燃烧室17的空气量较少。难以使混合气为规定的燃料较稀的空燃比。因此，在大气压为规定的大气压阈值以上时选择层3。

另外，SI燃烧的稳定性在涡流越强时越高，然而在涡流过强时，经由燃烧室17的内壁面的冷却损失也会增加，因此在本发动机1中根据层来适当变更涡流的强度（具体而言，涡流的流动的强度）。

例如，使大致理论空燃比的混合气燃烧的层2与使较稀的混合气燃烧的层3相比，SI燃烧的稳定性更优异。因此，层2中在确保SI燃烧的稳定性的范围内，通过与层3相比使涡流的强度减弱，由此能抑制冷却损失伴随的热效率的降低（参照图8）。

接着，参照图9的流程图说明与ECU10执行的映射图的层选择相关的控制例。首先，在开始后的步骤S91中，ECU10读取各传感器SW1～SW17的信号。ECU10在接下来的步骤S92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S92的判定为是时流程进至步骤S93，为否时流程进至步骤S95。ECU10在步骤S95中仅选择层1。ECU10基于第三映射图503运行发动机1。之后流程返回。

在步骤S93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S93的判定为是时流程进至步骤S94，为否时流程进至步骤S96。

ECU10在步骤S96中选择层1与层2。ECU10基于第二映射图502运行发动机1。之后流程返回。

在步骤S94中，ECU10判断大气压是否为大气压阈值以上。步骤S94的判定为是时流程进至步骤S97，为否时流程进至步骤S96。如前所述ECU10在步骤S96中选择层1与层2。

ECU10在步骤S97中选择层1、层2及层3。ECU10基于第一映射图501运行发动机1。之后流程返回。

图10示出了与不同于图9的层选择相关的流程图。首先，在开始后的步骤S101中，ECU10读取各传感器SW1～SW17的信号。ECU10在接下来的步骤S102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S102的判定为是时流程进至步骤S103，为否时流程进至步骤S105。ECU10在步骤S105中仅选择层1。之后流程返回。

在步骤S103中，ECU10判断是否发动机水温为规定的发动机水温阈值以上且进气温为规定的进气温阈值以上。

此处，发动机水温阈值基于图11的上图所示的映射图11a进行设定。映射图11a规定了大气压与发动机水温阈值的关系。大气压较低时发动机水温阈值较高，大气压较高时发动机水温阈值较低。大气压较高时，填充燃烧室17的空气量增加，缸内温度因缸内气体的压缩而升高。即使发动机水温相对较低，也能使稀混合气SPCCI燃烧。因此，大气压较高时发动机水温阈值较低。

又，图11的下图例示了规定进气温阈值的映射图11b。映射图11b与映射图11a同样地，规定了大气压与进气温阈值的关系。大气压较低时进气温阈值较高，大气压较高时进气温阈值较低。如前所述，大气压较高时缸内温度较高，所以即使进气温相对较低也能使稀混合气SPCCI燃烧。因此，大气压较高时进气温阈值较低。

回到图10的流程图，步骤S103的判定为是时流程进至步骤S104，为否时流程进至步骤S106。

ECU10在步骤S106中选择层1与层2。之后流程返回。

ECU10在步骤S104中选择层1、层2及层3。之后流程返回。

（发动机的基本控制）

图12示出了ECU10执行的发动机1的基本控制的流程。ECU10按照存储器102内存储的控制逻辑运行发动机1。具体地，ECU10基于各传感器SW1～SW17的信号判断发动机1的运行状态，且设定目标转矩，并以使发动机1输出目标转矩的形式进行用于进行燃烧室17中状态量的调节、喷射量的调节、喷射正时的调节及点火正时的调节的运算。

ECU10还在进行SPCCI燃烧时使用SI率与θci这两个参数来控制SPCCI燃烧。具体地，ECU10确定与发动机1的运行状态对应的目标SI率及目标θci，以使实际的SI率与目标SI率一致且实际的θci变为目标θci的形式进行燃烧室17内温度的调节和点火时期的调节。ECU10在发动机1的负荷较低时将目标SI率设定为较低，在发动机1的负荷较高时将目标SI率设定为较高。发动机1的负荷较低时，提高SPCCI燃烧中CI燃烧的比例，由此兼顾燃烧噪音的抑制和燃料消耗性能的改善。发动机1的负荷较高时，提高SPCCI燃烧中SI燃烧的比例，由此有利于燃烧噪音的抑制。

在图12的流程的步骤S121中，ECU10读取各传感器SW1～SW17的信号，在接下来的步骤S122中，ECU10基于加速器开度设定目标加速度。在步骤S123中，ECU10为了实现设定的目标加速度而设定所需的目标转矩。

在步骤S124中，ECU10判断发动机1的运行状态，判定混合气的空燃比是否为理论空燃比或大致理论空燃比（即，是否空气过剩率λ＝1）。ECU10在步骤S124中判断发动机1是在层1或层2中运行（λ＝1）还是在层3中运行（λ≠1）。λ＝1时流程进至步骤S125，λ≠1时流程进至步骤S129。

步骤S125～步骤S128相当于在发动机1于层1或层2中运行时设定各装置的控制目标值的步骤。在步骤S125中，ECU10基于设定的目标转矩设定火花塞25的目标点火时期。在接下来的步骤S126中，ECU10基于设定的目标转矩设定向燃烧室17内填充的目标空气量。在步骤S127中，ECU10基于设定的目标空气量，以使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比的形式设定燃料的目标喷射量。并且，在步骤S128中，ECU10基于设定的目标空气量设定节气门43的目标节气门开度、涡流控制阀56的目标SCV开度、EGR阀54的目标EGR阀开度、以及进气电动S-VT23的目标S-VT相位和排气电动S-VT24的目标S-VT相位。

步骤S129～步骤S1212相当于在发动机1于层3中运行时设定各装置的控制目标值的步骤。在步骤S129中，ECU10基于设定的目标转矩设定火花塞25的目标点火时期。在接下来的步骤S1210中，ECU10基于设定的目标转矩设定燃料的目标喷射量。在步骤S1211中，ECU10基于设定的目标喷射量，以使混合气的空燃比为规定的稀空燃比的形式设定向燃烧室17内填充的目标空气量。混合气的空燃比如前所述在25～31之间。并且，在步骤S1212中，ECU10基于设定的目标空气量设定节气门43的目标节气门开度、涡流控制阀56的目标SCV开度、EGR阀54的目标EGR阀开度、以及进气电动S-VT23的目标S-VT相位和排气电动S-VT24的目标S-VT相位。

在步骤S1213中，ECU10调节节气门43的节气门开度、涡流控制阀56的SCV开度、EGR阀54的EGR阀开度、以及进气电动S-VT23的S-VT相位和排气电动S-VT24的S-VT相位，以成为步骤S128或步骤S1212中设定的目标值。

在步骤S1214中，ECU10按照设定的目标喷射量使喷射器6在规定的正时喷射燃料，在接下来的步骤S1215中，ECU10使火花塞25在设定的目标点火时期执行点火。

（层2与层3之间的切换）

如前所述，发动机1根据燃烧室17的壁温（或发动机水温）和进气的温度的高低以及大气压进行层1、层2及层3的选择并运行。因此，即使发动机1的负荷及转速为一定，通过改变映射图，有时发动机1的运行会在层2与层3之间切换。又，在发动机1按照第一映射图501运行时，随着发动机1的负荷高低变化，有时发动机1的运行会在中高负荷区域A2～A4（即层2）与低负荷区域A1（即层3）之间切换。

此处，层2中使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比，层3中使混合气的空燃比为比理论空燃比稀的空燃比（即，使空燃比的值变大）。因此，在发动机1的运行从层2向层3切换时以及从层3向层2切换时，必须变更向燃烧室17内填充的空气量。具体地，在发动机1的运行从层2向层3切换时，ECU10使节气门43的开度由小向大变更，由此增加向燃烧室17内填充的空气量。相反地，在发动机1的运行从层3向层2切换时，ECU10使节气门43的开度由大向小变更，由此减少向燃烧室17内填充的空气量。

在从层2向层3切换时随着向燃烧室17内填充的空气量增加，混合气的空燃比偏离理论空燃比。另一方面，由于向燃烧室17内填充的空气量不会瞬间增减，因此混合气的空燃比变得低于能抑制RawNOx的生成的空燃比（即，层3中混合气的空燃比（A/F≧25））。混合气的空燃比偏离三元催化器的净化区间，且也无法抑制RawNOx的生成。在发动机1的运行状态从层2向层3切换过渡时，废气排放性能会降低。

同样地，在从层3向层2切换时，随着向燃烧室17内填充的空气量减少，混合气的空燃比变得比能抑制RawNOx的生成的空燃比（即，层3中混合气的空燃比（A/F≧25））大，从而也偏离理论空燃比。混合气的空燃比偏离三元催化器的净化区间且也无法抑制RawNOx的生成，因此在发动机1的运行状态从层3向层2切换过渡时，废气排放性能会降低。

为了抑制废气排放性能的降低，可考虑在层2和层3之间发动机1运行切换的过渡时，将混合气的空燃比维持在理论空燃比或大致理论空燃比。然而，若想基于实际的空气量将混合气的空燃比维持在理论空燃比或大致理论空燃比，就必须比目标转矩所需的燃料量增量，因此会有发动机1转矩的增大的问题。

因此，本发动机1中，针对燃料量的增加执行对发动机1的转矩增加进行抑制的转矩调节。藉此能克服前述的问题。

并且，本申请发明人在进一步研究后发现了与燃料消耗性能有关的新问题，并且新创建了用于解决该问题的手段。

详细而言，如前述的图8所示，在发动机1的运行从层2向层3切换时，需要使EGR率从高EGR率向低EGR率减少，并且使涡流从弱涡流向强涡流增强。

因此，进行层2向层3的切换时，ECU10使EGR阀54的开度由大向小变更且使涡流控制阀56的开度由大向小变更（参照图21）。

但是，实际的EGR率即使EGR阀54的开度变更也不会瞬时增减。如果在EGR率充分减少为止的延迟期间内开始层3下的运行，则会外部EGR气体量暂时过多。此时，SI燃烧的火焰传播速度降低，因而在膨胀行程的后半期会发生CI燃烧，恐怕发动机1的热效率无法最大化。这对改善发动机1的燃料消耗性能不利。

在进行层3向层2的切换时也会产生同样的问题。此时，假如在EGR率充分增加为止的延迟期间内开始层2下的运行，则可能会EGR气体量暂时不足，混合气的稀释不充分，从而从燃料消耗性能的改善这一观点来看较为不利。

因此，本发动机1中，在调节EGR率后允许模式切换。该结构可以是与前述的转矩调节相组合地进行实施，也可以是不伴随转矩调节地单独实施。

图13示出了ECU10的功能块的结构。图13中示出的功能块主要与层2和层3之间的切换有关。功能块包括目标转矩设定部10a、第一模式部10b、第二模式部10c、判定部10d及切换部10e。

目标转矩设定部10a如前所述基于各传感器SW1～SW17的信号设定发动机1的目标转矩。

第一模式部10b基于目标转矩设定部10a设定的目标转矩，向至少喷射器6、火花塞25、节气门43、EGR阀54及涡流控制阀56输出信号，使理论空燃比或大致理论空燃比的混合气SPCCI燃烧，由此运行发动机1。即，第一模式部10b在层2中运行发动机1。

第二模式部10c基于目标转矩设定部10a设定的目标转矩，至少向喷射器6、火花塞25、节气门43、EGR阀54及涡流控制阀56输出信号，使稀于理论空燃比的混合气SPCCI燃烧，由此运行发动机1。即，第二模式部10c在层3中运行发动机1。

判定部10d判定需要在层2与层3之间进行发动机1的运行状态的切换。判定部10d基于壁温（发动机水温）、进气温、大气压及发动机1的负荷，判定是否需要层2与层3之间的切换。判定部10d在需要切换时向切换部10e输出判定结果。

切换部10e接收来自判定部10d的信号，在需要层2与层3之间的切换时，在切换期间内至少向喷射器6、火花塞25、节气门43、EGR阀54、涡流控制阀56及交流发电机57输出信号，并运行发动机1。

图14示出了层2向层3的切换的流程。首先，在步骤S141中，ECU10读取各传感器SW1～SW17的信号，在接下来的步骤S142中，ECU10判定是否需要层2向层3的切换。

具体地，ECU10的判定部10d基于壁温（或发动机水温）、进气温及大气压判定是否需要层2向层3的切换，或者发动机1的负荷降低而判定是否需要层2向层3的切换。判定的结果是，在需要层2向层3的切换时，判定部10d使层3切换旗标为1。在步骤S142中，ECU10判定层3切换旗标是否为1，在旗标为1时（需要层2向层3的切换时）流程进至步骤S143，在旗标不为1（即，旗标为0、无需层2向层3的切换）时流程返回。

如上所述，在进行层2向层3的切换时，如图8及图21所示，混合气的空燃比从理论空燃比或大致理论空燃比变为稀于理论空燃比，EGR率从高EGR率变为低EGR率，涡流从弱涡流变为强涡流。

在步骤S143中，ECU10以EGR阀54的开度变为目标开度的形式进行调节。具体地，ECU10使EGR阀54的开度由大变小或变为零。EGR率从高EGR率向低EGR率变化。又，ECU10以涡流控制阀56的开度（SCV开度）变为目标开度（以下也称为“目标SCV开度”）的形式进行调节。具体地，ECU10使涡流控制阀56的开度由大变小或变为零。涡流从弱涡流向强涡流变化。但是，实际的EGR率不会瞬间减少，从而直至EGR率到达目标EGR率（与EGR阀54的目标开度对应的EGR率）为止产生了时间延迟。

在接下来的步骤S144中，ECU10判定是否EGR气体量已减少至规定量。具体地，在该步骤S144中，ECU10判定EGR率是否与EGR阈值大致一致。如果该判定为否而直接进入之后的步骤，则向燃烧室17导入的EGR气体量、尤其是外部EGR气体量会暂时过多，可能会使发动机1的热效率无法最大化。

因此，在步骤S144的判定为否时，流程回到步骤S144（即，直至判定为是为止重复步骤S144的判定）。另一方面，在判定为是时，流程进至步骤S145及步骤S148。

EGR阈值被预先设定并存储于ECU10的存储器102。ECU10从存储器102读取EGR阈值，由此执行步骤S144的判定。

另外，EGR阈值可以与目标EGR率一致，也可以与目标EGR率不一致。后者的情况下，EGR阈值设定为大于目标EGR率的值即可。在EGR阈值≠目标EGR率的情况下，EGR率在步骤S144中的判定为是之后仍继续减少直至到达目标EGR率。

如步骤S142～S144所示，在进行层2向层3的切换前，例如以不会过度稀释混合气而使SI燃烧的火焰传播速度降低的形式通过EGR系统55来减少EGR气体量。切换部10e以EGR气体量减少到规定量为条件，允许流程进至步骤S145、S148。

又，如后所述，在进行层2向层3的切换时使节气门43的开度由小向大变更，而在进行向燃烧室17内填充的空气量的调节前，减少向燃烧室17内导入的EGR气体量，由此在层2向层3的切换过渡时燃烧稳定性升高。又，在进行向燃烧室17内填充的空气量的调节前预先增强涡流，由此在层2向层3的切换过渡时燃烧稳定性升高。即使如后所述使点火时期滞后也能抑制失火等。

又，在调节空气量前预先使涡流控制阀56的开度由大向小变更，由此在向层3的切换完成时，在燃烧室17内已经形成了强涡流。藉此，能在向层3切换后稳定地进行稀混合气的SPCCI燃烧。另外，也可以是ECU10并列执行EGR阀54、涡流控制阀56及节气门43的开度调节。

另外，ECU10可以推算进气歧管中的EGR率，并将该推算结果预测为燃烧室17内实现的EGR率。

图22是例示EGR率的推算步骤的流程图。

在图22的步骤S221中，ECU10读取各传感器的信号。详细而言，在步骤S221中，ECU10至少读取空气流量传感器SW1的检测信号、线性O₂传感器SW8的检测信号和EGR压差传感器SW15的检测信号。

在接下来的步骤S222中，ECU10基于EGR压差传感器SW15的检测结果即EGR阀54的上游及下游的压差、和EGR阀54的开度，计算通过EGR阀54的EGR气体的流量。

在接下来的步骤S223中，ECU10基于线性O₂传感器SW8的检测结果即废气中的氧浓度，计算废气中的EGR气体浓度（＝废气的EGR率）。

并且，在步骤S224中，ECU10基于从空气流量传感器SW1的检测结果得到的新气量、步骤S222中计算得到的EGR气体的流量、和步骤S223中计算得到的EGR气体浓度，计算进气歧管中的EGR率。ECU10将如此计算出的EGR率视为燃烧室17内实现的EGR率。

回到图14的流程，步骤S145至步骤S147的流程与步骤S148至步骤S1418的流程并列进行。这些流程由ECU10的切换部10e执行。

在步骤S145中，ECU10设定层3中的目标空气量，在接下来的步骤S146中，ECU10基于设定的目标空气量设定目标节气门开度。并且，在步骤S147中，ECU10调节节气门43的开度以变为设定的目标节气门开度。具体地，在层2向层3切换时，目标空气量相对变多，节气门43的开度由小向大变化。但是，燃烧室17内填充的空气量不会瞬间增多，从而直至空气量到达目标空气量为止产生了时间延迟。

在步骤S148中，ECU10读取燃烧室17内实际填充的空气量，在接下来的步骤S149中，ECU10基于读取到的实际空气量计算延迟界限转矩及浓界限转矩。

延迟界限转矩意味着在使点火时期尽可能滞后的状态下通过使理论空燃比或大致理论空燃比的混合气SPCCI燃烧而得到的发动机1的转矩。若使点火时期过于滞后，会使SPCCI燃烧中的CI燃烧不发生或是使SI燃烧的稳定性降低等。进行SPCCI燃烧的发动机1具有点火时期的滞后界限。延迟界限转矩相当于在基于实际空气量使空燃比为理论空燃比的条件下，通过点火时期的滞后化所能降低到的发动机1的转矩的下限。延迟界限转矩是ECU10计算得到的假想的转矩。

浓界限转矩意味着针对实际的空气量，增加燃料至不产生RawNOx的限度为止地（另外，混合气的空燃比稀于理论空燃比）进行SPCCI燃烧时的发动机1的转矩。浓界限转矩相当于在基于实际空气量使空燃比相比于层3的设定空燃比浓至RawNOx的生成限度为止的条件下所能产生的转矩的上限。浓界限转矩也是ECU10计算得到的假想的转矩。

图15是示出延迟界限转矩的计算步骤的框图。ECU10根据延迟界限时发动机1的热效率计算延迟界限转矩。延迟界限时发动机1的热效率根据MBT（Minimum advance forBest Torque；最大扭矩的最小点火提前角）下发动机1的热效率与延迟界限的mfb50位置来计算。延迟界限的mfb50位置是在使点火时期尽可能滞后时的燃烧波形中，使质量燃烧比例（Mass Fraction Burnt：mfb）为50%的曲轴角。

ECU10根据发动机转速、填充效率及预先设定的映射图151计算得到延迟界限的mfb50位置。映射图151规定了发动机的运行状态（转速及填充效率（即，与发动机1的负荷对应））与延迟界限的mfb50位置的关系。发动机1的转速越低负荷越高（即，填充效率越高）时，燃料量越多燃烧稳定性越高，而且即使点火时期滞后，由于从点火至燃烧的时间较长，所以也能抑制失火等。发动机1的转速越低负荷越高越能使点火时期大幅滞后。延迟界限的mfb50位置在发动机1的转速越低负荷越高时越滞后，在转速越高负荷越低（即，填充效率越低）时越提前。

另外，此处使用映射图151来决定延迟界限的mfb50位置，但也可以使用考虑了LNV（Lowest Normalized Value；最小归一化值）的模型来计算延迟界限的mfb50位置。

ECU10根据延迟界限的mfb50位置与预先设定的映射图152设定相对于MBT的效率。映射图152规定了延迟界限的mfb50位置与相对于MBT的效率的关系。相对于MBT的效率在延迟界限的mfb50位置为提前侧的规定曲轴角时为“1”，在延迟界限的mfb50位置越滞后时越趋近于零。

映射图152规定了基准曲线（参照实线），该曲线根据发动机1的运行状态进行修正。映射图153与对映射图152的基准曲线进行修正的效率斜率相关。映射图153规定了发动机1的转速、填充效率及效率斜率的关系。效率斜率在发动机1的转速越低负荷越低时越小，在转速越高负荷越高时越大。

以实线示出的映射图152的基准曲线在基于映射图153决定的效率斜率越大时如虚线所示那样越向下下降，在效率斜率越小时越向上上升。ECU10基于由效率斜率修正的映射图152，决定延迟界限时的相对于MBT的效率（参照点划线的箭头）。

ECU10根据相对于MBT的效率和预先设定的映射图154决定延迟界限时的热效率。映射图154规定了发动机1的转速、填充效率及MBT下的热效率的关系。MBT下的热效率在发动机1的转速越低负荷越低时越低，在转速越高负荷越高时越高。ECU10根据发动机1的转速、填充效率及映射图154决定发动机1的运行状态中的MBT下的热效率，且根据MBT下的热效率与映射图152中确定的相对于MBT的效率计算延迟界限时的热效率。

ECU10若计算出延迟界限时的热效率，则基于延迟界限时的热效率、每个汽缸的体积、以及使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比的喷射量的放热量，计算与该热效率对应的转矩（即，延迟界限转矩）。

图16是示出浓界限转矩的计算步骤的框图。ECU10根据浓界限时发动机1的热效率计算浓界限转矩。浓界限时发动机1的热效率根据MBT下发动机1的热效率与浓界限的mfb50位置来计算。浓界限的mfb50位置在能抑制RawNOx生成的空燃比的混合气燃烧时的波形中，示出了使质量燃烧比例为50%的曲轴角。

ECU10根据发动机转速、浓界限喷射量及预先设定的映射图161计算浓界限的mfb50位置。映射图161规定了发动机转速、浓界限喷射量及mfb50位置的关系。浓界限喷射量是能抑制RawNOx的生成的上限的喷射量。浓界限的mfb50位置在发动机1的转速越低负荷越低时越滞后，在转速越高负荷越高时越提前。

图16的映射图162、映射图163及映射图164分别与图15的映射图152、映射图153及映射图154相同。

ECU10根据浓界限的mfb50位置与预先设定的映射图162设定相对于MBT的效率（参照点划线的箭头）。

映射图162的基准曲线（实线）由根据映射图163与发动机1的运行状态确定的效率斜率来修正。

ECU10根据相对于MBT的效率和预先设定的映射图164确定浓界限时的热效率。映射图164规定了发动机1的转速、填充效率及MBT下的热效率的关系。

若计算出浓界限时的热效率，则ECU10基于浓界限时的热效率、每个汽缸的体积、以及浓界限喷射量的放热量计算与该热效率对应的转矩（即，浓界限转矩）。

回到图14的流程，在步骤S1410中，ECU10判定计算得到的浓界限转矩与目标转矩是否不一致。判定为是时、即计算得到的浓界限转矩与目标转矩不一致时，流程进至步骤S1411。判定为否时、即计算得到的浓界限转矩与目标转矩一致或大致一致时，流程进至步骤S1417。

在步骤S1410的判定为是时，燃烧室17内填充的空气量较少，所以即便使混合气内燃料浓至不产生RawNOx的界限也无法实现目标转矩。因此，ECU10为了抑制NOx的排出，使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比。即，在步骤S1411中，ECU10基于实际空气量设定使混合气的空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比的目标燃料喷射量。此处设定的目标燃料喷射量相比发动机1输出目标转矩所需的喷射量有所增加。

在接下来的步骤S1412中，基于在步骤S1411中设定的目标燃料喷射量与目标转矩设定目标点火时期。此处设定的目标点火时期以减少因燃料量的增加而升高的转矩量的形式滞后。在SPCCI燃烧中，使点火时期滞后，由此使SI燃烧的时期滞后，同时也使CI燃烧开始的时期滞后。能有效降低发动机1的转矩。

在步骤S1413中，ECU10判定步骤S149中计算得到的延迟界限转矩是否在目标转矩以下。若延迟界限转矩在目标转矩以下，则能通过使点火时期滞后来使发动机1的转矩降低至目标转矩。在步骤S1413的判定为是时，流程进至步骤S1414。在步骤S1414中，ECU10按照目标喷射量使喷射器6喷射燃料，在接下来的步骤S1415中，ECU10按照设定的目标点火时期使火花塞25执行点火。

另一方面，步骤S1413的判定为否时、即延迟界限转矩超过目标转矩时，即便使点火时期滞后至延迟界限，发动机1的转矩也会超过目标转矩。在层2向层3切换时仅使点火时期滞后无法抑制发动机1的转矩增加，会产生转矩冲击（Torque shock）。

因此，在步骤S1413的判定为否时流程进至步骤S1416，ECU10在步骤S1416中增大交流发电机的负荷。藉此，发动机1的转矩降低从而抑制了转矩冲击的产生。

流程重复步骤S1411至步骤S1416直至步骤S1410的判定为否。在燃烧室17内填充的空气量增加，并使计算得到的浓界限转矩与目标转矩一致或大致一致时，步骤S1410的判定为否，流程进至步骤S1417。

在步骤S1417中，ECU10进行向层3的转移。具体而言，ECU10以使混合气的空燃比变得稀于理论空燃比的形式减少增加的喷射量。喷射量变为与目标转矩对应的喷射量。又，ECU10使滞后的点火时期提前。

在接下来的步骤S1418中，ECU10使层3切换旗标为0，完成层2向层3的切换。

如上所述，在进行层2向层3的切换前预先减少EGR气体量，由此能不使EGR气体量变得过多地开始层3下的运行。如此能使发动机1的热效率最大化，进而能改善发动机1的燃料消耗性能。

又，如步骤S144所示，基于EGR压差传感器SW15的测量信号预测EGR率，且基于该预测结果进行判定。藉此，能进行考虑了EGR气体量的响应延迟的判定，从而能高精度地判断应从层2向层3切换的正时。

不过，通过三元催化器511后的废气与通过三元催化器511前的废气相比要低温。将这样的相对低温的废气用作EGR气体时，若刚向层3切换后EGR气体量暂时过多，则可能会缸内温度较低从而使SI燃烧不稳定。

相对地，根据图14所示的流程图，形成为在完成EGR气体量的减少后允许向层3的切换的结构，因而能够更切实地稳定SI燃烧。

又，以EGR气体量减少至规定量为契机开始空气量的增加，由此能在已经完成EGR气体量的调节的状态下开始层3中的运行。如此能使发动机1的热效率最大化，进而有利于改善发动机1的燃料消耗性能。

又，若减少向燃烧室17内导入的EGR气体量，则SPCCI燃烧的燃烧稳定性升高，因而通过在减少EGR气体量后使点火时期滞后，由此即使增大其滞后量也能抑制失火等。减少EGR气体量则有利于使滞后界限向滞后方向移动。

图17示出了层3向层2的切换的流程。首先，在步骤S171中，ECU10读取各传感器SW1～SW17的信号，在接下来的步骤S172中，ECU10判定是否需要层3向层2的切换。

具体地，ECU10的判定部10d基于壁温（或发动机水温）、进气温及大气压判定是否需要层3向层2的切换，或者发动机1的负荷升高而判定是否需要层3向层2的切换。判定的结果是，在需要层3向层2的切换时，判定部10d使层2切换旗标为1。在步骤S172中，ECU10判定层2切换旗标是否为1，在旗标为1时（需要层3向层2的切换时）流程进至步骤S173、S175及S178，在旗标不为1（即，旗标为0、无需层3向层2的切换）时流程返回。

在进行层3向层2的切换时，如图8及图21所示，混合气的空燃比从稀于理论空燃比的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比，EGR率从低EGR率变为高EGR率，涡流从强涡流变为弱涡流。

步骤S173及S174是与EGR阀54及涡流控制阀56的开度调节相关的流程，步骤S175至步骤S177是与节气门43的开度调节相关的流程，步骤S178至步骤S1720是与层3向层2的切换判定相关的流程。这些三个流程并列进行。这些流程由切换部10e执行。

在步骤S173中，ECU10以EGR阀54的开度变为目标开度的形式进行调节。具体地，ECU10使EGR阀54的开度由小或由零变大。EGR率从低EGR率向高EGR率变化。又，ECU10以涡流控制阀56的开度变为目标开度的形式进行调节。具体地，ECU10使涡流控制阀56的开度由小或由零变大。涡流从强涡流向弱涡流变化。如上所述，实际的EGR率不会瞬间增加，从而直至EGR率到达目标EGR率为止产生了时间延迟。

另外，层2使理论空燃比或大致理论空燃比的混合气SPCCI燃烧，因此与层3相比容易确保燃烧稳定性。因此，与层2向层3切换时不同，允许EGR阀54的开度调节、涡流控制阀56的开度调节等与后述的节气门43的开度调节同时进行。

或者，也可以是与层2向层3切换时同样地，先执行EGR阀54和/或涡流控制阀56的开度调节，之后执行节气门43的开度调节。

或者，也可以是与层2向层3切换时同样地，先执行节气门43的开度调节，之后执行EGR阀54和/或涡流控制阀56的开度调节。此时，也可以是与EGR阀54和/或涡流控制阀56的开度调节一起地执行点火时期的滞后。

本结构例中，在执行节气门43的开度调节后执行EGR阀54及涡流控制阀56的开度调节。并且，与EGR阀54及涡流控制阀56的开度调节一起地执行点火时期的滞后。

在接下来的步骤S174中，ECU10判定EGR气体量是否已增加至规定量。具体地，在该步骤S174中，ECU10判定EGR率是否与EGR阈值大致一致。如果在该判定为否的情况下直接开始层2中的运行，则向燃烧室17导入的EGR气体量、尤其是外部EGR气体量会暂时过少，可能会无法充分改善发动机1的燃料消耗性能。

因此，在步骤S174的判定为否时流程回到步骤S174的判定，在判定为是时返回。即，ECU10直至判定为是为止重复步骤S174。

EGR阈值被预先设定并存储于ECU10的存储器102。此处的EGR阈值设定为不同于前述的步骤S144中使用的值。ECU10从存储器102读取EGR阈值，由此执行步骤S174的判定。

另外，EGR阈值可以与目标EGR率一致，也可以与目标EGR率不一致。后者的情况下，EGR阈值设定为小于目标EGR率的值即可。在EGR阈值≠目标EGR率的情况下，EGR率在步骤S174中的判定为是之后仍继续增加直至到达目标EGR率。

如步骤S172～S174所示，在进行层3向层2的切换前，以例如充分稀释混合气的形式通过EGR系统55来增加EGR气体量。切换部10e以EGR气体量增加至规定量为条件，允许在后述的步骤S1719中向层2转移。

在步骤S175中，ECU10设定层2中的目标空气量，在接下来的步骤S176中，ECU10基于设定的目标空气量设定目标节气门开度。并且，在步骤S177中，ECU10调节节气门43的开度以成为设定的目标节气门开度。具体地，层3向层2切换时，目标空气量相对变少，节气门43的开度由大向小变化。但是，燃烧室17内填充的空气量不会瞬间减少，从而直至空气量减少至目标空气量为止产生了时间延迟。

在步骤S178中，ECU10读取燃烧室17内实际填充的空气量，在接下来的步骤S179中，ECU10基于读取到的实际空气量计算延迟界限转矩及浓界限转矩。延迟界限转矩及浓界限转矩的计算与前述相同。

在步骤S1710中，ECU10判定计算得到的浓界限转矩是否与目标转矩一致。判定为否时、即计算得到的浓界限转矩与目标转矩不一致时，流程进至步骤S1711。

在步骤S1711中，ECU10继续层3。针对燃烧室17内实际填充的空气量的减少而维持喷射量。混合气的空燃比变小。继续层3直至变为浓界限为止，由此能抑制RawNOx的生成，且抑制喷射量的增加及点火时期的滞后，因此有利于燃料消耗性能的改善。

步骤S1710的判定为是时、即计算得到的浓界限转矩与目标转矩一致或大致一致时，若燃烧室17内填充的空气量进一步减少，则会使混合气的空燃比变小从而生成RawNOx。为了使混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比，流程进至步骤S1712。

在步骤S1712中，ECU10基于实际空气量设定使混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比的目标燃料喷射量。此处设定的目标燃料喷射量相比发动机输出目标转矩所需的喷射量有所增加。

在接下来的步骤S1713中，基于在步骤S1712中设定的目标燃料喷射量与目标转矩设定目标点火时期。此处设定的目标点火时期以减少与因燃料量的增加而升高的转矩量对应的程度的形式滞后。如上所述，本结构例中，ECU10与EGR阀54及涡流控制阀56的开度调节一起地执行点火时期的滞后。与EGR气体量的增加并行地使点火时期滞后，由此能在SI燃烧时避免过早着火、爆震等异常燃烧。

在步骤S1714中，ECU10判定步骤S179中计算得到的延迟界限转矩是否在目标转矩以下。延迟界限转矩在目标转矩以下时，能通过使点火时期滞后来使发动机1的转矩降低至目标转矩。步骤S1714的判定为是时，流程进至步骤S1715。在步骤S1715中，ECU10按照目标喷射量使喷射器6喷射燃料，在接下来的步骤S1716中，ECU10按照设定的点火时期使火花塞25执行点火。步骤S1714的判定为否时，仅使点火时期滞后无法使发动机1的转矩降低至目标转矩。步骤S1714的判定为否时，流程进至步骤S1717。在步骤S1717中，ECU10升高交流发电机57的负荷，从而抑制发动机1的转矩增加。能抑制转矩冲击的产生。流程从步骤S1717进至步骤S1715。

在步骤S1716后的步骤S1718中，ECU10判定是否燃烧室17内填充的空气量减少，实际空气量到达目标空气量。步骤S1718的判定为否时，流程返回。继续层3向层2的切换控制。步骤S1718的判定为是时，流程进至步骤S1719。

在步骤S1719中，ECU10向层2转移。ECU10的切换部10e以步骤S174的判定为是、即EGR气体量增加至规定量为条件，允许在步骤S1719中向层2转移，图示省略。

在步骤S1719中，ECU10结束喷射量的增加且使点火时期滞后直至EGR率到达目标EGR率。在接下来的步骤S1720中，ECU10使层2切换旗标为0，完成层3向层2的切换。

像这样，在进行层3向层2的切换前使EGR气体量预先增加，由此能不使EGR气体量变得过少地开始层2下的运行。如此能通过EGR气体来充分稀释混合气，进而能改善发动机1的燃料消耗性能。

接着，参照图18～图20中示出的时序图说明层2与层3之间的切换。这些时序图中时间从纸面左边向右边移动。又，在层2与层3之间的切换中，假定发动机1的目标转矩不变化而为一定或大致一定。

图18例示了进行层2向层3的切换时的各参数的变化。在时刻t11若层3切换旗标切换为1（参照18a），则涡流控制阀56及EGR阀54的开度分别由大向小变化（参照18b、18c）。燃烧室17内的涡流从弱涡流向强涡流变化，进气歧管内的EGR率从高EGR率向低EGR率变化（参照18d）。

在时刻t12若EGR率到达规定的EGR阈值，则节气门43的开度由小向大变化（参照18e）。图18所示例子中设定为EGR阈值≠目标EGR率。如前所述，使EGR阀54及涡流控制阀56的开度调节比节气门43的开度调节先进行，由此在向层3切换时能稳定地进行稀混合气的SPCCI燃烧。又，预先减少EGR气体量，由此能在向层3切换时使EGR气体量为适量而非过多，从而使发动机1的热效率最大化。

节气门43的开度增大，则向燃烧室17填充的空气量逐渐增加（参照18f）。与空气量的增加对应地，燃料的喷射量增加（参照18g）。藉此，混合气的空燃比维持在理论空燃比或大致理论空燃比（参照18i）。此处，若假定使燃料的喷射量变为与发动机1的目标转矩对应的一定的喷射量，则届时的空燃比（即，假想空燃比）会如18i中点划线所示那样随着空气量的增加而逐渐增大。会生成RawNOx。

由于燃料的喷射量增加，因此以发动机1的转矩不会大于目标转矩的形式使点火时期滞后（参照18h）。点火时期随着空气量及燃料量的增加，滞后量增大。以降低发动机1的转矩的形式进行转矩调节，由此能使发动机1的转矩为一定（参照18j）。

图18所示示例中，延迟界限转矩低于目标转矩，即使不使点火时期滞后至延迟界限，也能使发动机1的转矩下降至目标转矩（参照18h的点划线及18j的点划线）。

并且，在时刻t13若浓界限转矩为目标转矩，则结束燃料的增加及点火时期的滞后。发动机1虽然实质上在层3中运行，但由于空气量未到达目标空气量，因此混合气的空燃比浓于层3中设定的空燃比。不过，能抑制RawNOx的生成。

另外，也可以是代替浓界限转矩与目标转矩的比较，ECU10基于假想空燃比结束燃料的增加及点火时期的滞后。即，也可以是ECU10在判定假想空燃比到达了规定的阈值（浓界限的阈值）时结束燃料的增加及点火时期的滞后。

容许以不生成RawNOx的限度使混合气的空燃比变为燃料较浓，由此能提前结束燃料的增加及点火时期的滞后。有利于发动机1的燃料消耗性能的改善。

之后，在时刻t14，空气量到达目标空气量，完成向层3的切换。另外，也可以是保持燃料的增加及点火时期的滞后直至空气量到达目标空气量为止，藉由空气量到达目标空气量，由此结束燃料的增加及点火时期的滞后。

图19也例示了进行层2向层3的切换时的各参数的变化。在时刻t21若层3切换旗标切换为1（参照19a），则涡流控制阀56及EGR阀54的开度分别由大向小变化（参照19b、19c）。燃烧室17内的涡流从弱涡流向强涡流变化，进气歧管内的EGR率从高EGR率向低EGR率变化（参照19d）。

在时刻t22若EGR率到达规定的EGR阈值，则节气门43的开度由小向大变化（参照19e）。图19所示例子中，设定为EGR阈值＝目标EGR率。

节气门43的开度增大，则向燃烧室17填充的空气量逐渐增加（参照19f）。与空气量的增加对应地，燃料的喷射量增加（参照19g）。混合气的空燃比维持在理论空燃比或大致理论空燃比（参照19i）。随着空气量及燃料量的增加，点火时期滞后（参照19h）。发动机1的转矩为一定（参照19j）。

在时刻t23，延迟界限转矩会超过目标转矩。即，点火时期的滞后量会到达延迟界限（参照19h的点划线）。由于无法使点火时期进一步滞后，因此ECU10维持点火时期的滞后量。即，抑制点火时期的滞后。藉此，发动机1能确保燃烧稳定性。ECU10抑制点火时期的滞后且升高交流发电机57的负荷（参照19k）。发动机1的转矩降低，转矩为一定。

在时刻t24，浓界限转矩变为目标转矩时（或者假想空燃比变为规定阈值时），结束燃料的增加及点火时期的滞后。之后，在时刻t25，空气量到达目标空气量，向层3的切换完成。

另外，也可以是层2向层3切换时，继续燃料量的增加与点火时期的滞后直至空气量到达目标空气量（直至时刻t14或t25），在空气量到达目标空气量时结束燃料量的增加与点火时期的滞后。

另外，也可以是在延迟界限转矩到达目标转矩的正时结束燃料的增加与点火时期的滞后，向层3切换。

图20例示了在进行层3向层2的切换时的各参数的变化。时刻t31若层2切换旗标切换为1（参照20a），则在EGR率的变更之前节气门43的开度由大向小变化（参照20e）。能缩短层3向层2的切换期间。

节气门43的开度减小，则向燃烧室17填充的空气量逐渐减少。（参照20f）。维持燃料的喷射量直至浓界限转矩到达目标转矩为止、换言之空燃比到达能抑制RawNOx的生成的浓界限为止（参照20g、20i、20j）。推迟燃料的喷射量的增加，由此有利于燃料消耗性能的改善。

在时刻t32，若浓界限转矩到达目标转矩，则以混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比的形式增加燃料的喷射量（参照20g、20i）。能利用三元催化器进行废气的净化。

随着燃料量的增加，点火时期滞后（参照20h）。其结果是，发动机1的转矩为一定（参照20j）。

又，在时刻t32，涡流控制阀56及EGR阀54的开度各自由小向大变化（参照20b、20c）。燃烧室17内的涡流从强涡流向弱涡流变化，且进气歧管内的EGR率从低EGR率向高EGR率变化（参照20d）。如图20所示，EGR率的变更与点火时期的滞后大致同时执行（参照20d、20h）。在向层2切换之前预先增加EGR气体量，由此能使EGR气体量为适量而非过少，从而改善发动机1的燃料消耗性能。

在时刻t33，若空气量到达目标空气量，则结束燃料的增加及点火时期的滞后，向层2的切换完成。

另外，也可以是在层3向层2切换时，不等待浓界限转矩到达目标转矩而是与节气门43的开度调节的开始同时地（从时刻t31）开始燃料量的增加与点火时期的滞后。此时，可以是同时进行点火时期的滞后与SCV开度和/或EGR率的调节。

（其他实施形态）

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

Claims

1.一种压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备：

由汽缸、在所述汽缸内往复运动的活塞及将所述汽缸的一端封闭的汽缸盖形成的发动机的燃烧室；

调节向所述燃烧室内填充的空气量的空气调节部；

安装于所述汽缸盖且喷射向所述燃烧室内供给的燃料的燃料喷射部；

面朝所述燃烧室内地配设且对所述燃烧室内的混合气点火的点火部；

向所述燃烧室内导入EGR气体的EGR导入部；

测量与所述发动机的运行相关的参数的测量部；和

控制部，所述控制部与所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部、所述EGR导入部及所述测量部分别连接，接收来自所述测量部的测量信号进行运算，并向所述空气调节部、所述燃料喷射部、所述点火部及所述EGR导入部输出信号；

所述控制部具有：以第一模式运行所述发动机的第一模式部；以第二模式运行所述发动机的第二模式部；和接收从所述第一模式至所述第二模式的切换要求并进行模式切换的切换部；

所述第一模式部以变为与所述发动机的负荷对应的燃料量且使混合气的空燃比变为第一空燃比的形式、向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号，且在通过所述点火部的强制点火使一部分混合气开始伴随火焰传播的燃烧后，以使剩余的未燃混合气通过自行着火进行燃烧的形式向所述点火部输出点火信号；

所述第二模式部以变为与所述发动机的负荷对应的燃料量且使混合气的空燃比变为比所述第一空燃比大的第二空燃比的形式、向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号，且在通过所述点火部的强制点火使一部分混合气开始伴随火焰传播的燃烧后，以使剩余的未燃混合气通过自行着火进行燃烧的形式向所述点火部输出点火信号；

所述切换部在收到所述切换要求时，以使EGR气体量比切换要求之前减少的形式向所述EGR导入部输出信号；

所述切换部还在判定所述EGR气体量减少到规定量时，以使空气量比切换要求之前增加的形式向所述空气调节部输出信号，而且以使混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比的形式，向所述燃料喷射部输出根据空气量的增加使所述燃料量增加的信号，并针对所述燃料量的增加进行抑制所述发动机的转矩的增加的转矩调节；

所述切换部还在判定所述空气量到达了规定量时，结束所述燃料量的增加与所述转矩调节，并允许所述第二模式部开始所述第二模式。

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EGR导入部具有外部EGR系统，所述外部EGR系统由连接所述发动机的进气通路与排气通路之间并使废气的一部分回流至该进气通路的EGR通路、和配设于所述EGR通路的EGR阀构成；

所述测量部具有配设于所述EGR通路并测量所述EGR阀的上游及下游的压差的EGR压差传感器；

所述控制部基于所述EGR压差传感器的测量信号预测所述EGR气体量，且基于该预测结果判定所述EGR气体量是否减少到了规定量。

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，

所述排气通路上配设有三元催化器；

所述EGR通路的上游端与所述排气通路上的所述三元催化器的下游连接。

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，

所述切换部将所述发动机的转矩维持为一定或大致一定地从所述第一模式向所述第二模式切换。

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，

所述切换部向所述点火部输出使点火时期滞后的信号，由此抑制所述发动机的转矩的增加。

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

所述第一空燃比为理论空燃比或大致理论空燃比；

所述第二空燃比为25以上。

7.一种压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备：

调节向所述燃烧室内填充的空气量的空气调节部；

向所述燃烧室内导入EGR气体的EGR导入部；

测量与所述发动机的运行相关的参数的测量部；和

所述控制部具有：以第一模式运行所述发动机的第一模式部；以第二模式运行所述发动机的第二模式部；和接收从所述第二模式至所述第一模式的切换要求并进行模式切换的切换部；

所述切换部在收到所述切换要求时，以使空气量比切换要求之前减少的形式向所述空气调节部输出信号；

所述切换部还在空气量开始减少之后，以使混合气的空燃比变为理论空燃比或大致理论空燃比的形式向所述燃料喷射部输出使所述燃料量增加的信号，且以使EGR气体量比切换要求之前增加的形式向所述EGR导入部输出信号，并且以使点火时期比切换要求之前滞后的形式向所述点火部输出信号；

所述切换部还在判定所述EGR气体量增加至规定量时结束所述燃料量的增加和所述点火时期的滞后，并允许所述第一模式部开始所述第一模式。

8.根据权利要求7所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述控制部具有接收所述测量部的测量信号而设定所述发动机的目标转矩的目标转矩设定部；

所述第一模式部以变为与所述目标转矩对应的燃料量、且使混合气的空燃比变为所述第一空燃比的形式向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号；

所述第二模式部以变为与所述目标转矩对应的燃料量、且使混合气的空燃比变为所述第二空燃比的形式向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号。

9.一种压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备：

调节向所述燃烧室内填充的空气量的空气调节部；

向所述燃烧室内导入EGR气体的EGR导入部；

测量与所述发动机的运行相关的参数的测量部；和

所述控制部具有：

基于所述测量部的测量信号使所述发动机以第一模式运行的第一模式部；

基于所述测量部的测量信号使所述发动机以第二模式运行的第二模式部；

基于所述测量部的测量信号，在判定切换条件成立时输出从所述第一模式向所述第二模式的切换要求的判定部；和

接收所述切换要求并进行模式切换的切换部；

10.一种压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

具备：

调节向所述燃烧室内填充的空气量的空气调节部；

向所述燃烧室内导入EGR气体的EGR导入部；

测量与所述发动机的运行相关的参数的测量部；和

所述控制部具有：

基于所述测量部的测量信号，在判定切换条件成立时输出从所述第二模式向所述第一模式的切换要求的判定部；和

接收所述切换要求并进行模式切换的切换部；

11.根据权利要求10所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，

所述第一模式部接收所述目标转矩，以变为与所述目标转矩对应的燃料量且使混合气的空燃比变为所述第一空燃比的形式、向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号；

所述第二模式部接收所述目标转矩，以变为与所述目标转矩对应的燃料量且使混合气的空燃比变为所述第二空燃比的形式、向所述燃料喷射部及所述空气调节部输出信号。