CN111065807A - 带有增压系统的预混合压缩点火式发动机 - Google Patents

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Abstract

将发动机主体(2)的几何压缩比设定为13以上，当发动机主体在预先设定的高负荷区域中运转时，将发动机主体的有效压缩比设为12以上且处于相对于几何压缩比的差异为2以内的范围，通过增压系统(49)对导入至燃烧室(17)内的气体进行增压，并且通过喷射器(6)至少在压缩行程中喷射燃料，且在燃料喷射结束后且压缩上止点前通过火花塞(25)对燃烧室内的混合气进行点火，由此在发动机主体中，在通过火焰传播使混合气燃烧后，通过压缩点火使未燃混合气燃烧。

Description

带有增压系统的预混合压缩点火式发动机
技术领域
在此公开的技术涉及带有增压系统的预混合压缩点火式发动机。
背景技术
专利文献1公开了一种在低负荷低旋转的规定区域通过压缩点火使燃烧室内的混合气燃烧的发动机。在该发动机中，在负荷比所述规定区域高的区域和转速比所述规定区域高的区域中，通过火花点火使混合气燃烧。另外，在该发动机中，即使是在所述规定区域，也通过火花塞在压缩上止点附近进行火花点火来促进混合气的压缩点火。
在专利文献2公开了一种在高负荷区域中通过压缩点火使燃料室内的混合气燃烧的发动机。在该发动机中，在高负荷且高旋转的区域中，在形成压缩点火燃烧用的混合气的前段喷射与后段喷射之间进行用于点火辅助的少量的燃料喷射，在火花塞的附近形成浓的混合气。然后，火花塞对附近的浓的混合气进行点火并形成火焰，从而由前段喷射形成的混合气进行压缩点火，并且，由与该压缩点火同时进行的后段喷射形成的混合气也在之后进行压缩点火。
专利文献3公开了一种发动机，该发动机带有通过对进气通路内的气体进行增压而提高转矩的增压系统。在该发动机中，使进气阀的开阀时期大幅延迟，按曲轴转角设定为下止点后65°以上，由此，降低压缩上止点处的燃烧室中的温度从而发挥充分抑制爆震等的效果。
专利文献4公开了一种具备至少能够变更进气阀的开阀时期的可变动阀机构(进气可变机构)的发动机。在该发动机中，在设定于部分负荷域的第一区域、负荷比第一区域高的第二区域、负荷比第二区域高的第三区域中，将可变动阀机构控制成进气阀和排气阀双方开阀的重叠期间(重叠量)依次变化。
具体而言，在该专利文献4的发动机中，设定成，发动机主体在第一区域和第三区域中运转时与发动机主体在第二区域中运转时相比，增大重叠期间。由此，在第一区域中，通过回收废气的内部EGR(Exhaust Gus Recirculation)使残留于燃烧室内的已燃气体的量增大，泵损失降低。在第二区域中，燃烧室中的温度上升得到抑制，爆震等异常燃烧得到防止。另外，在第三区域中，因进气通路内的气体向排气通路窜漏而进行将残留于燃烧室内的已燃气体向排气通路推出的扫气，爆震等异常燃烧仍然得到防止。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利4082292号公报
专利文献2：日本专利5447435号公报
专利文献3：日本特开平7-145740号公报
专利文献4：日本特开2014-152619号公报
发明所要解决的课题
然而，在前述的以往的进行基于压缩点火的燃烧的发动机中，会产生比较大的燃烧噪音。例如，发动机在包括全开负荷那样的高负荷区域中运转时，当要进行基于压缩点火的燃烧时，有时会导致燃烧噪音超过允许值。
发明内容
在此公开的技术鉴于上述问题而作出，其目的在于，在预混合压缩点火式发动机中一边将燃烧噪音抑制在允许值以下一边进行伴随压缩点火的燃烧。
用于解决课题的技术手段
本申请发明者考虑了将SI(Spark Ignition：火花点火)燃烧与CI(CompressionIgnition：压缩点火)组合的燃烧方式。SI燃烧是伴随着通过对燃烧室中的混合气强制进行点火而开始的火焰传播的燃烧。CI燃烧是通过燃烧室中的混合气进行压缩自点火而开始的燃烧。将这些SI燃烧和CI燃烧组合后的燃烧方式是指，当对燃烧室中的混合气强制进行点火而开始基于火焰传播的燃烧时，借助于SI燃烧的发热和基于火焰传播的压力上升，燃烧室中的未燃混合气通过压缩点火而燃烧的方式。以下将这种方式称为SPCCI(SParkControlled Compression Ignition：火花控制压缩点火)燃烧。
对于基于压缩点火的燃烧，当压缩开始前的燃烧室中的温度产生偏差时，压缩点火的时机发生较大程度的变化。在SPCCI燃烧中，通过调节SI燃烧的发热量，能够吸收压缩开始前的燃烧室中的温度的偏差。若根据压缩开始前的燃烧室中的温度，通过点火正时的调节等来调节SI燃烧的开始时刻，则能够控制压缩点火的时机。即，在SPCCI燃烧中，能够通过SI燃烧来控制CI燃烧。
在SPCCI燃烧中，基于火焰传播的SI燃烧的压力上升与CI燃烧相比平缓，因此能够抑制燃烧噪音的产生。另外，CI燃烧与SI燃烧相比会缩短燃烧期间，因此，SPCCI燃烧有利于油耗改善。
在进行这样的SPCCI燃烧的发动机中，在为了确保高转矩而将几何压缩比设为超过12的高压缩比的情况下，发动机主体处于负荷高的运转状态时燃料喷射量增加并且燃烧室内的温度也变高，因此，当在比较早的时机向燃烧室内喷射燃料时，在自喷射燃料起至进行点火为止的期间混合气的化学反应在进行，在压缩行程中有可能产生过早点火(提前点火)、爆震等异常燃烧。
要抑制所述的异常燃烧，可考虑在发动机主体处于负荷高的运转状态时大幅降低有效压缩比。但是，为了发动机的高效率化而优选在膨胀行程的适当时机进行压缩点火，当大幅降低有效压缩比时，在燃烧室的压力降低的膨胀行程中有可能无法进行压缩点火。另外，在发动机主体中无法确保高转矩。即，发动机主体的负荷高时，要根据该负荷而要求高转矩，即使具有因几何压缩比高而得到的高转矩化的潜在力，也无法实现充分的高转矩化。
因此，在此处公开的技术中，在进行SPCCI燃烧的运转区域中的高负荷区域中，减小发动机主体的有效压缩比相对于几何压缩比的允许的降低幅度，并且在压缩行程进行燃料的喷射。
具体而言，此处公开的技术以进行活塞在气缸内两次往返期间历经进气行程、压缩行程、膨胀行程及排气行程的四行程运转的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机为对象。该发动机具备：在所述气缸内的所述活塞的冠面侧具有燃烧室的发动机主体；配置于所述燃烧室的点火装置；面对所述燃烧室内地配置的燃料喷射装置；配置于导入至所述燃烧室内的气体所流动的进气通路的增压系统；与所述点火装置、所述燃料喷射装置及所述增压系统连接、且对所述点火装置、所述燃料喷射装置及所述增压系统分别输出控制信号的控制部。所述发动机主体的几何压缩比被设定为13以上。
并且，当所述发动机主体在预先设定的高负荷区域中运转时，所述控制部将所述发动机主体的有效压缩比设为12以上且处于相对于几何压缩比的差异为2以内的范围，从而，在所述燃烧室内混合后的空气与燃料的混合气借助于所述点火装置的点火而通过火焰传播进行燃烧后，使所述燃烧室内的未燃混合气通过压缩点火进行燃烧，所述控制部对所述增压系统输出控制信号以对导入至所述燃烧室内的气体进行增压，所述控制部对所述燃料喷射装置输出控制信号以在所述压缩行程(优选为压缩行程的后半)中喷射燃料，所述控制部对所述点火装置输出控制信号以在燃料喷射结束后且压缩上止点前对所述燃烧室内的混合气进行点火。
此处，“发动机”只要是通过燃烧室重复进气行程、压缩行程、膨胀行程及排气行程而运转的四行程发动机即可。“高负荷区域”在由发动机主体的转速和负荷规定的运转区域中例如也可以设为包含全开负荷的高负荷区域。“压缩行程的后半”只要是将压缩行程的期间二分为前半和后半时的后半即可。另外，“在压缩行程中喷射燃料”是指包含在压缩行程中喷射燃料的情况且即使是除此以外的时机也可以喷射燃料。在压缩行程以外的时机喷射的燃料的分量是在至进行点火的期间不会发生过早点火等异常燃烧的程度的量即可。
根据该结构，当发动机主体处于高负荷区域的运转状态时，一边对导入至燃烧室内的气体进行增压，一边在压缩行程中喷射燃料，在燃料喷射结束后且压缩上止点前对混合气进行点火。由此，混合气通过火焰传播而开始SI燃烧，之后，通过SI燃烧的发热和压力上升，未燃混合气进行基于压缩点火的CI燃烧。
在该SPCCI燃烧时，将发动机主体的有效压缩比设为12以上且相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。这样地减小发动机主体的有效压缩比相对于几何压缩比的下降幅度、且进行导入至燃烧室内的气体的增压，因此，能够在燃烧室内的压力下降的膨胀行程中可靠地进行压缩点火。另外，利用因几何压缩比比较高而得到的高转矩化的潜在力，能够确保发动机主体的负荷高时所需的高转矩。
并且，在进行高负荷区域中的SPCCI燃烧时，至少在压缩行程中进行燃料喷射。这样一来，若将燃料的喷射时期设为压缩行程，则能够抑制混合气在自喷射燃料起至进行点火的期间进行化学反应，能够防止在压缩行程中产生过早点火、爆震等异常燃烧。因此，即使在要求高转矩的高负荷区域中也能够适当地进行CI燃烧。其结果是，能够抑制燃烧噪音的产生，并能够兼顾油耗性能的改善和高转矩化。
所述发动机还具备外部EGR系统，该外部EGR系统具有将从所述燃烧室内排出的已燃气体所流动的排气通路和所述进气通路连接的EGR通路，该外部EGR系统连接于所述控制部。在这种情况下，优选为，当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述外部EGR系统输出控制信号，以使在所述排气通路流动的已燃气体的一部分在温度下降后作为EGR气体向所述进气通路回流并导入至所述燃烧室。
根据该结构，当发动机主体处于高负荷区域的运转状态时，使温度下降后的EGR气体(已燃气体)向进气通路回流并导入至燃烧室。这样一来，将作为非活性气体的EGR气体以因温度下降而减小了波及到燃烧室内的热影响的状态导入至燃烧室内，因此，能够降低在高负荷区域中温度容易变高的燃烧室中的温度，有利于防止压缩行程中的过早点火、爆震等异常燃烧的产生。
当将EGR气体导入至燃烧室内时，在自然进气的状态下，燃烧室内的氧浓度根据EGR气体相对于燃烧室内的全部气体的比例而下降，但是，在进行EGR气体向这样的燃烧室内导入的高负荷区域中，如前所述地对导入至燃烧室内的气体进行增压，因此，能够将燃烧室内的氧浓度调节为根据发动机主体的负荷所要求的浓度。
另外，EGR气体的温度下降，因此，能够提高导入至燃烧室的气体密度并提高填充效率。而且，根据温度下降后的EGR气体的导入，即使不依赖于设于进气通路的节流阀也能够调节燃烧室内的氧浓度，因此能够降低泵损失。在此基础上，通过抑制燃烧室内的燃烧温度还能够降低冷却损失。由此，能够改善发动机的油耗。
而且，优选为，当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述外部EGR系统输出控制信号以将导入至所述燃烧室内的EGR气体相对于全部气体的比例按质量比设为25％以上且35％以下。
当发动机主体处于高负荷区域的运转状态时，关于EGR气体相对于导入至燃烧室内的全部气体的比例，到质量比为25％为止，越增大比例则发动机的油耗越会改善，另一方面，当质量比超过35％时，SI燃烧变得急剧不稳定，几乎不能再期待发动机的油耗改善。根据所述的结构，将该EGR气体的比例按质量比设为25％以上且35％以下，因此能够适当地改善发动机的油耗。
另外，所述发动机还可以具备可变动阀机构，该可变动阀机构设于所述发动机主体，且连接于所述控制部。在这种情况下，优选为，当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号以设置对所述发动机主体的进气端口进行开闭的进气阀和对排气端口进行开闭的排气阀双方开阀的重叠期间。
根据该结构，当发动机主体处于高负荷区域的运转状态时，进气阀的开阀期间与排气阀的开阀期间重叠。此时，导入至燃烧室内的气体被增压，因此，在将进气阀和排气阀双方开阀的重叠期间中，进气通路内的气体在发动机主体的燃烧室通过并向排气通路窜漏，从而残留于燃烧室的已燃气体被推出到排气通路而被扫气。
当燃烧室中的残留气体(已燃气体)被扫气时，能够填充到燃烧室内的新气的量增加，可提高新气的填充效率。其结果是，能够实现发动机的高转矩化。另外，通过扫气而在燃烧室中窜漏的气体与燃烧室中的残留气体相比为低温，因此，燃烧室中的温度下降，有利于防止压缩行程中的过早点火、爆震等异常燃烧的产生。
另外，当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述燃料喷射装置输出控制信号以在从所述进气行程至所述压缩行程的前半行程期间进行第一喷射、并在该第一喷射后的所述压缩行程中进行第二喷射。
当发动机主体处于高负荷区域的运转状态时，喷射到燃烧室内的燃料量增加，因此，将在高负荷区域中被要求的比较大量的燃料集中于压缩行程的后半进行喷射的情况下，尽管从燃料的喷射至进行点火为止的气化时间短，但是燃料的量大，因此燃料(混合气)的混合性无法得到充分确保，未燃损失增大、油耗变差且有可能招致烟(煤烟)的产生。
相对于此，根据所述的结构，当发动机主体处于高负荷区域的运转状态时，将燃料的喷射分割为在从进气行程至压缩行程的前半行程期间进行的第一喷射和在第一喷射后进行的第二喷射来进行。当这样地进行分割喷射时，关于通过第一喷射而喷射的燃料，从燃料的喷射其至点火为止的气化时间充分，能够确保燃料的混合性。而且，关于通过第二喷射而喷射的燃料，燃料量与通过第一喷射而喷射的燃料的分量相应地减少，因此，即使是从燃料的喷射至进行点火为止的短的气化时间也能够确保燃料的混合性。其结果是，能够降低未燃损失、改善油耗并抑制煤烟的产生。
所述发动机主体的几何压缩比也可以设定为15以上。
当将发动机主体的几何压缩比设定得较高时，对基于压缩点火的燃烧的稳定性有利，但容易招致过早点火、爆震等异常燃烧。即使在这样的几何压缩比为15以上的发动机，通过如前所述地将高负荷区域中的燃料的喷射时期设为压缩行程，也能够一边避免所述的异常燃烧一边使基于压缩点火的燃烧稳定化安定化。
所述发动机也可以是通过所述燃料喷射装置喷射包含汽油的燃料的发动机。
包含汽油的燃烧有可能在高温的燃烧室内招致过早点火、爆震等异常燃烧。即使在这样的包含汽油的燃料的发动机，通过如前所述地将高负荷区域中的燃料的喷射时期设为压缩行程，也能够一边避免所述的异常燃烧一边使基于压缩点火的燃烧稳定化。
所述发动机主体的所述有效压缩比也可以由所述进气阀的所述闭阀时期来调节，在所述进气阀的所述闭阀时期通过所述活塞开始对所述气缸内的气体的压缩。在这种情况下，也可以是，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以使得：当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，将所述发动机主体的所述有效压缩比设定为12以上且设定为相对于所述几何压缩比的差异为2以内。
在所述发动机具备所述可变动阀机构的情况下，优选为，所述控制部对所述增压系统输出控制信号，以使得：当所述发动机主体在预先设定的低负荷区域中运转时，不对导入至所述燃烧室内的所述进气通路内的气体进行增压，且当所述发动机主体在预先设定的所述高负荷区域中运转时，对导入至所述燃烧室内的所述进气通路内的气体进行增压。并且，优选为，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以使得：当所述发动机主体在从所述低负荷区域至所述高负荷区域的区域中运转时，对所述进气端口进行开闭的进气阀的开阀时期成为将重叠期间设为规定的曲轴转角范围以上的时刻，该重叠期间是所述进气阀和对所述发动机主体的排气端口进行开闭的排气阀双方开阀的期间，并且，所述进气阀的闭阀时期成为将所述发动机主体的有效压缩比相对于几何压缩比的差异为2以内的范围的时刻。
此处，“低负荷区域”在由发动机主体的转速和负荷规定的运转区域中，也可以设为例如包含怠速运转的低负荷区域。
当发动机主体在低负荷区域中运转时，为了提高燃烧室内的混合气的燃烧稳定性，需要提高活塞到达压缩上止点时的燃烧室中的温度、即压缩端温度。要提高压缩端温度，通过废气的回收而进行使已燃气体残留于燃烧室内的内部EGR是有效的。另外，当发动机主体在高负荷区域中运转时，为了提高有效压缩比而使膨胀功增大，需要降低压缩端温度。为了降低压缩端温度，进行将残留于燃烧室内的已燃气体向排气通路推出的扫气是有效的。
在专利文献4所公开的发动机中，能够分别进行这样的低负荷区域中的内部EGR和高负荷区域中的扫气，但是，根据发动机主体的负荷而变更进气阀的开闭时期从而使重叠期间变化，因此，当油门被较大程度地踏下而发动机主体的负荷骤变时，由于针对进气阀的开闭时期的变更有相应延迟，所以重叠期间的变更动作的控制响应性差，难以使重叠期间追随于与发动机主体的负荷对应的状态。其结果是，燃烧稳定性下降、膨胀功减小，会招致油耗性能变差、转矩下降。
关于这样的油耗性能变差、转矩下降的问题，在专利文献3所公开的那样的带有增压系统的发动机中，在通过根据发动机主体的负荷变更进气阀的开闭时期而进行内部EGR、扫气的情况下，也会同样地产生。
根据所述的结构，当发动机主体处于低负荷区域的运转状态时，不对进气通路内的气体进行增压并设置规定的曲轴转角范围以上的重叠期间。此时，进气通路内的气体压力是非增压的，压力相对较低，因此，在重叠期间中，进行将暂时排出到进气端口、排气端口的废气回收的内部EGR，热的已燃气体残留于燃烧室内。残留于燃烧室内的热的已燃气体有助于提高燃烧室中的压缩开始前的温度。因此，通过在低负荷区域中进行内部EGR，能够提高压缩端温度并提高燃烧稳定性。
而且，当发动机主体处于高负荷区域的运转状态时，对进气通路内的气体进行增压并设置规定的曲轴转角范围以上的重叠期间。此时，进气通路内的气体压力被增压，压力相对较高，在重叠期间中，进气通路内的气体在发动机主体的燃烧室通过并向排气通路窜漏。由此，残留于燃烧室内的已燃气体被推出至排气通路而被扫气。
燃烧室内的热的残留气体(已燃气体)如前所述地提高压缩开始前的温度，因此，降低气体密度，呈有效压缩比下降的趋势，招致膨胀功的减小。在高负荷区域中，如前所述地燃烧室内的残留气体被扫气，由此，能够降低压缩端温度而提高有效压缩比，因此，能够使膨胀功增大。
并且，当发动机主体处于从低负荷区域至高负荷区域的区域的运转状态时，进气阀的闭阀时期被设为将发动机主体的有效压缩比设为相对于几何压缩比的差异为2以内的范围的时刻。这样减小了发动机主体的有效压缩比相对于几何压缩比的下降幅度，因此，利用因几何压缩比比较高而得到的高转矩化的潜在力，能够提高发动机主体的转矩。
根据以上描述，在带有增压系统的发动机中，即使不大幅度变更进气阀的开阀时期、闭阀时期，通过进气通路内的气体增压与非增压的切换，也能够一方面在低负荷区域进行内部EGR，一方面在高负荷区域进行扫气，因此，在发动机主体的负荷骤变时，也能够响应性良好地进行内部EGR与扫气的切换，能够确保有效压缩比并提高转矩。由此，能够实现油耗性能的改善和转矩的提高。
也可以是，当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以使得：从由所述进气阀的升程量为0.3mm的时间点所定义的开阀时期至由所述排气阀的升程量为0.3mm的时间点所定义的闭阀时期的所述重叠期间按曲轴转角被设定为40度以上。
另外，也可以是，当所述发动机主体在从所述低负荷区域至所述高负荷区域的区域中运转时，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以使得所述进气阀的开阀时期和闭阀时期成为按曲轴转角处于±5°的范围内的恒定或大致恒定的时刻。
根据该结构，当发动机主体处于从低负荷区域至高负荷区域的区域的运转状态时，将进气阀的开阀时期和闭阀时期设为恒定或大致恒定而几乎不变更。由此，能够具体地获得响应性良好地进行发动机主体的负荷骤变时的内部EGR与扫气的切换这样的效果，能够实现油耗性能的改善和转矩的提高。
所述可变动阀机构也可以是将所述进气阀的开阀角设为恒定且将开闭时期设为可变的相位式的可变动阀机构。
根据该结构，采用相位式的可变动阀机构作为可变动阀机构。相位式的可变动阀机构是不对进气阀的开阀期间、升程量进行变更的简单的结构。因此，能够以简单的结构实现进行前述的重叠期间的控制的发动机。
优选为，所述增压系统具备机械式增压器。
机械式增压器通过发动机的旋转、电动机来驱动，因此，相比于通过以接收排气的流动的涡轮来驱动压缩机而对进气通路内的气体进行加压的排气涡轮式增压器，机械式增压器的控制响应性好。因此，若采用机械式增压器，则对响应性良好地进行发动机主体的负荷骤变时的内部EGR与扫气的切换是有利的。
也可以是，当所述发动机主体在预先设定的低负荷区域中运转时，所述控制部也对所述点火装置和所述燃料喷射装置输出控制信号，以使得：在借助于所述点火装置的点火而使形成于所述燃烧室内的混合气通过火焰传播进行燃烧后，所述燃烧室内的未燃混合气通过压缩点火而进行燃烧。
要使燃烧室内的混合气压缩点火，优选的是，使发动机主体的有效压缩比相对于几何压缩比不过度降低。特别是，在低负荷区域中，由于不要求高转矩，所以有效压缩比下降，但是，当过度降低有效压缩比时，压缩端温度变低，因此，燃烧室中进行压缩点火的环境变差。在这种情况下，若如前述那样减小发动机主体的有效压缩比相对于几何压缩比的下降幅度，则燃烧室中的环境对于压缩点火来说变好，对进行基于压缩点火的燃烧是有利的。
发明效果
根据所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，能够抑制伴随压缩点火的燃烧的燃烧噪音的产生，并且能够兼顾发动机主体处于高负荷区域的运转状态时的油耗性能的改善和高转矩化。
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。
图3是例示燃烧室和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是表示未驱动增压器时的进气通路中的气体的流动的图。
图6是表示驱动增压器时的进气通路中的气体的流动的图。
图7是例示发动机的运转区域映射的图。
图8是例示各运转区域中的燃料喷射时期及点火时期和燃烧波形的图。
图9是例示进行SPCCI燃烧的运转区域中的进气阀的开阀时期的图。
图10是例示进行SPCCI燃烧的运转区域中的排气阀的闭阀时期的图。
图11是例示进行SPCCI燃烧的运转区域中的进气阀和排气阀的开闭时期及正重叠期间的图。
图12是例示进行SPCCI燃烧的运转区域中的基于外部EGR的EGR率的图。
图13是表示高负荷区域中的基于外部EGR的EGR率与油耗的关系的图。
图14是例示用于涡流比测定的台架试验装置的图。
图15是例示副通路的开口比率与涡流比的关系的图。
图16是例示发动机的控制工序的流程图。
图17是例示发动机的结构的图。
具体实施方式
以下，基于附图对带有增压系统的预混合压缩点火式发动机的例示的实施方式进行详细说明。
图1是例示发动机1的结构的图。图2是例示燃烧室17的结构的图。在该图2中，上图是燃烧室17的俯视相当图，下图是上图的II-II线的剖视图。图3是例示燃烧室17和进气系统的结构的图。图4是例示发动机1的控制装置的结构的框图。图5是表示未驱动增压器44时的进气通路40中的气体的流动的图。图6是表示驱动增压器44时的进气通路40中的气体的流动的图。此外，在图1中，进气侧是纸面左侧，排气侧是纸面右侧。另外，在图2和图3中，进气侧是纸面左侧，排气侧是纸面左侧。
发动机1是进行燃烧室17重复进气行程、压缩行程、膨胀行程及排气行程的四行程运转的四行程发动机。发动机1搭载于四轮的机动车。机动车通过发动机1运转而行驶。发动机1的燃料在该结构例中为汽油。燃料也可以是包含乙醇等的汽油。发动机1的燃料只要至少包含汽油的液体燃料，则也可以是任意的燃料。
<发动机的结构>
发动机1是多缸发动机。如图1所示，该发动机1具备具有燃烧室17的发动机主体2。发动机主体2具备气缸体12、载置于气缸体12上的气缸盖13。在气缸体12的内部形成有多个气缸11。在图1和图2中，仅示出一个气缸11。
各气缸11内，滑动自如地内插有活塞3。活塞3经由连杆14连结于曲轴15。在发动机1进行的四行程运转中，活塞3在气缸11内进行两次往返的期间，历经进气行程、压缩行程、膨胀行程及排气行程。活塞3与气缸11及气缸盖13一起划分出燃烧室17。
此处，“燃烧室”不限定于活塞3到达压缩上止点时的空间的意思。“燃烧室”的表述有时以广义使用。即，有时“燃烧室”的意思与活塞3的位置无关，是由活塞3、气缸11及气缸盖13形成的空间。
如图2的下图所示，气缸盖13的下表面、即燃烧室17的顶面由倾斜面1311和倾斜面1312构成。倾斜面1311从进气侧朝向后述的喷射器6的喷射轴心X2向上倾斜。另一方面，倾斜面1312从排气侧朝向喷射轴心X2形成向上的坡度。燃烧室17的顶面为所谓的屋脊形状。
活塞3的上表面朝向燃烧室17的顶面隆起。活塞3的上表面形成有腔室31。腔室31从活塞3的上表面凹陷。腔室31与后述的喷射器6相面对。腔室31的中心相对于气缸11的中心轴X1向排气侧错开，与喷射器6的喷射轴心X2一致。
腔室31具有凸部311。凸部311设在喷射器6的喷射轴心X2上。该凸部311形成为大致圆锥形状，从腔室31的底部朝向燃烧室17的顶面向上延伸。腔室31具有相对于喷射器6的喷射轴心X2对称的形状。
腔室31另外还具有设于凸部311的周围的凹陷部312。凹陷部312设置成包围凸部311的整周。凹陷部312的周侧面从腔室31的底面朝向腔室31的开口地相对于喷射轴心X2倾斜。凹陷部312中的腔室31的内径从腔室31的底部朝向腔室31的开口逐渐扩大。
此外，燃烧室17的形状不限定于图2所例示的形状。即，腔室31的形状、活塞3的上表面的形状、以及燃烧室17的顶面的形状等能够适当变更。例如，腔室31也可以设为相对于气缸11的中心轴X1对称的形状。倾斜面1311和倾斜面1312也可以设为相对于气缸11的中心轴X1对称的形状。另外，在腔室31中，也可以在与后述的火花塞25相面对的部位设置底比凹陷部312浅的浅底部。
发动机主体2的几何压缩比被设定为13以上且20以下。如后述那样，发动机主体2在一部分的运转区域中进行将SI燃烧和CI燃烧组合的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧利用基于SI燃烧的发热和压力上升进行CI燃烧。在该发动机1中，不需要为了混合气的自点火而提高活塞3到达压缩上止点时的燃烧室17的温度、即压缩端温度。
即，发动机1虽然进行CI燃烧，但其几何压缩比被设定得比较低。通过降低几何压缩比，有利于冷却损失的降低和机械损失的降低。发动机主体2的几何压缩比在普通规格(燃料的辛烷值为91左右)中设为14以上且17以下，在高辛烷值规格(燃料的辛烷值为96左右)中设为15以上且18以下。在本结构例中，发动机主体2的几何压缩比设定为15以上。
在气缸盖13针对每个气缸11形成有进气端口18。如图3所示，进气端口18具有第一进气端口181和第二进气端口182两个进气端口。第一进气端口181和第二进气端口182在曲轴15的轴向、即发动机主体2的前-后方向上排列。进气端口18与燃烧室17连通。虽然省略了详细图示，但进气端口18为所谓的滚流端口。即，进气端口18具有在燃烧室17中形成滚流那样的形状。
在进气端口18设有进气阀21。进气阀21在燃烧室17与进气端口18之间对进气端口18进行开闭。在发动机主体2设有进气阀21的动阀机构21M。进气阀21通过该动阀机构21M而在规定的时刻进行开闭。进气阀21的动阀机构21M只要是将气门正时和/或气门升程设为可变的可变动阀机构即可。
在本结构例中，可变动阀机构21M是将进气阀21的开阀角设为恒定且将进气阀21的开闭时期设为可变的相位式的可变动阀机构，如图4所示，具有进气电动S-VT(Sequential-Valve Timing：可变气门正时系统)23。进气电动S-VT23构成为在规定的角度范围内对进气凸轮轴的旋转相位进行连续变更。由此，进气阀21的开阀时期和闭阀时期连续变化。发动机主体2的有效压缩比由进气阀21的闭阀时期调节，在进气阀21的闭阀时期通过活塞3开始对气缸11内的气体的压缩。此外，进气阀21的动阀机构21M也可以取代电动S-VT而具有液压式的S-VT。
气缸盖13另外还针对每个气缸11形成有排气端口19。如图3所示，排气端口19也具有第一排气端口191和第二排气端口192两个排气端口。第一排气端口191和第二排气端口192在发动机主体2的前-后方向上排列。排气端口19与燃烧室17连通。
在排气端口19设有排气阀22。排气阀22在燃烧室17与排气端口19之间对排气端口19进行开闭。在发动机主体2设有排气阀22的动阀机构22M。排气阀22通过该动阀机构22M而在规定的时刻开闭。排气阀22的动阀机构22M只要是将气门正时和/或气门升程设为可变的可变动阀机构即可。
在本结构例中，可变动阀机构22M是将排气阀22的开阀角设为恒定且将排气阀22的开闭时期设为可变的相位式的可变动阀机构，如图4所示，具有排气电动S-VT24。排气电动S-VT24构成为在规定的角度范围内对排气凸轮轴的旋转相位进行连续变更。由此，排气阀22的开阀时期和闭阀时期连续变化。此外，排气阀22的动阀机构22M也可以取代电动S-VT而具有液压式的S-VT。
发动机1通过进气电动S-VT23和排气电动S-VT24对与进气阀21的开阀时期和排气阀22的闭阀时期相关的重叠期间的长度进行调节。由此，将热的已燃气体关在燃烧室17中。即，将内部EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)气体导入至燃烧室17中。另外，通过调节重叠期间的长度，对燃烧室17中的残留气体(已燃气体)进行扫气。重叠期间是从由进气阀21的升程量为0.3mm的时间点所定义的开阀时期到由排气阀22的升程量为0.3mm的时间点所定义的开阀时期的期间，例如按曲轴转角被设定为40度以上。
在气缸盖13针对每个气缸11安装有喷射器6。喷射器6构成为将燃料直接喷射到燃烧室17中。喷射器6是燃料喷射装置的一例。喷射器6在进气侧的倾斜面1311与排气侧的倾斜面1312交叉的屋脊的谷部面对燃烧室17内而配置，与腔室31相对。
如图2所示，喷射器6的喷射轴心X2与气缸11的中心轴X1平行，与气缸11的中心轴X1相比位于排气侧。该喷射器6的喷射轴心X2与腔室31的凸部311的位置一致。此外，喷射器6的喷射轴心X2与气缸11的中心轴X1也可以一致。这种情况下，也期望喷射器6的喷射轴心X2与腔室31的凸部311的位置一致。
虽然省略的图示，但喷射器6由具有多个喷口的多喷口型的燃烧喷射阀构成。喷射器6如图2中双点划线所示那样，以燃料喷雾从燃烧室17的中央呈放射状扩展、且从燃烧室17的顶部朝向斜下方扩展的方式喷射燃料。
在本结构例中，喷射器6具有十个喷口。喷口以等角度配置于喷射器6的周向。如图2的上图所述，喷口的轴的位置相对于后述的火花塞25在喷射器6的周向上错开。即，火花塞25被夹在相邻的两个喷口的轴之间。由此，从喷射器6喷射出的燃料的喷雾与火花塞25直接接触，可避免淋湿电极。
在喷射器6连接着燃料供给系统61。燃料供给系统61具备构成为贮存燃料的燃料箱63、和将燃料箱63与喷射器6彼此连结的燃料供给路62。在燃料供给路62设有燃料泵和共轨64。燃料泵65向共轨64压送燃料。
在本结构例中，燃料泵65是由曲轴15驱动的柱塞式的泵。共轨64构成为以高的燃料压力储存从燃料泵65压送的燃料。当喷射器6开阀时，储存于共轨64的燃料从喷射器6的喷口喷射到燃料室17中。
燃料供给系统61构成为能够将30MPa以上的高的压力的燃料供给至喷射器6。燃料供给系统61的最高燃料压力例如可以设为120MPa左右。供给至喷射器6的燃料的压力也可以根据发动机主体2的运转状态而变更。此外，燃料供给系统61的结构不限定于所述的结构。
在气缸盖13针对每个气缸11安装有火花塞25。火花塞25对燃烧室17中的混合气强制进行点火。火花塞25是点火装置的一例。
在本结构例中，火花塞25也如图2所示地在燃烧室17中隔着气缸11的中心轴X1配置于进气侧。该火花塞25与喷射器6相邻，位于两个进气端口之间。另外，火花塞25从上方朝向下方地向靠近燃烧室17的中央的方向倾斜，安装于气缸盖13。火花塞25的电极面对燃烧室17内，且位于燃烧室17的顶面的附近。
在发动机主体2的一侧面连接有进气通路40。进气通路40与各气缸11的进气端口18连通，经由进气端口18与燃烧室17连通。进气通路40是向燃烧室17导入的气体所流动的通路。在进气通路40的上游端部设有过滤新气的空气净化器41。在进气通路40的下游端附近设有缓冲箱42。缓冲箱42的下游的进气通路40构成针对每个气缸11分支的独立通路。独立通路的下游端与各气缸11的进气端口18连接。
在进气通路40中的空气净化器41与缓冲箱42之间设有节流阀43。节流阀43构成为通过调节阀的开度来调节向燃烧室17导入的新气的导入量。
另外，在进气通路40中的节流阀43的下游设有增压器44。增压器44构成为向燃烧室17导入的进气通路40内的气体进行增压。
在本结构例中，增压器44是由发动机主体2驱动的机械式的增压器。机械式的增压器44例如也可以是双螺杆式。机械式的增压器44的结构也可以是任意结构。机械式的增压器44也可以是鲁式、叶片式或离心式。
在增压器44与发动机主体2之间设有电磁离合器45。电磁离合器45在增压器44与发动机主体2之间从发动机主体2向增压器44传递驱动力，或者切断驱动力的传递。增压器44如后述那样，通过ECU10切换电磁离合器45的切断和连接来切换打开和关闭。由此，发动机1能够切换增压器44对向燃烧室17导入的气体进行增压和增压器44不对向燃烧室17导入的气体进行增压。
在进气通路40中的增压器44的下游设有中间冷却器46。中间冷却器46构成为对在增压器44中被压缩的气体进行冷却。中间冷却器46例如也可以构成为水冷式。另外，中间冷却器46也可以为油冷式。
在进气通路40另外还连接有旁通通路47。旁通通路47以绕过增压器44和中间冷却器46的方式将进气通路40中的增压器44的上游部与中间冷却器46的下游部彼此连接。在旁通通路47设有空气旁通阀48。空气旁通阀48对在旁通通路47中流动的气体的流量进行调节。
如图5所示，在将增压器44设为关闭时、即切断了电磁离合器45时，将空气旁通阀48设为全开。由此，在进气通路40中流动的气体绕过增压器44、即不通过增压器44和中间冷却器46、而通过旁通通路47流入到缓冲箱42(参照图5所示的实线箭头)，之后被导入至发动机主体2的燃烧室17。此时，发动机主体2以非增压、即自然进气的状态运转。
如图6所示，在将增压器44打开时、即连接了电磁离合器45时，在进气通路40中流动的气体通过增压器44和中间冷却器46之后流入到缓冲箱42(参照图6所示的实线箭头)。此时，当空气旁通阀48打开时，通过了增压器44的气体的一部分从缓冲箱42通过旁通通路47而倒流到增压器44的上游(参照图6所示的虚线箭头)。这样的气体的倒流量根据空气旁通阀48的开度而变化。进气通路40内的气体的增压压力能够通过空气旁通阀48的开度调节来控制。
在本结构例中，通过增压器44、旁通通路47以及空气旁通阀48而在进气通路40构成增压系统49。
发动机主体2具有在燃烧室17内产生涡流的涡流产生部。如图3所示，涡流产生部是安装于进气通路40的涡流控制阀56。涡流控制阀56设于与第一进气端口181相连的主通路401和与第二进气端口182相连的副通路402中的副通路402。
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。在燃烧室17内产生与该涡流控制阀56的开度相应的强度的涡流。涡流如箭头所示那样在图3中以逆时针方式回旋(也参照图2的空心箭头)。
当涡流控制阀56的开度小时，从在发动机主体2的前后方向上排列的第一进气端口181和第二进气端口182中的第一进气端口181流入到燃烧室17的进气流量相对增加，且从第二进气端口182流入到燃烧室17的进气流量相对减少，因此，燃烧室17内的涡流变强。当涡流控制阀56的开度大时，从第一进气端口181和第二进气端口182分别流入到燃烧室17的进气流量大致均等，因此，燃烧室17内的涡流变弱。当将涡流控制阀56设为全开时，不产生涡流。
此外，涡流产生部也可以采用取代在进气通路40安装涡流控制阀56的方式、或者在安装涡流控制阀56的基础上将两个进气阀21的开阀期间错开而能够仅从一方的进气阀21将进气导入至燃烧室17中的结构。两个进气阀21中的仅一方的进气阀21开阀，从而，由于进气不均等地导入至燃烧室17中，所以能够在燃烧室17中产生涡流。而且，涡流产生部也可以构成为，通过对进气端口18的形状进行研究而使得在燃烧室17中产生涡流。
在发动机主体2的另一侧面连接有排气通路50。排气通路50与各气缸11的排气端口19连通，经由排气端口19与燃烧室17连通。排气通路50是从燃烧室17排出的废气所流动的通路。虽然省略了详细图示，但排气通路50的上游部分构成针对每个气缸11分支的独立通路。独立通路的上游端与各气缸11的排气端口19连接。
在排气通路50设有具有多个(图1所示的例子中为两个)催化转换器的废气净化系统。虽然省略了图示，但上游的催化转换器配置在发动机室内。该上游的催化转换器具有三元催化器511和GPF(Gasoline Particulate Filter：汽油颗粒过滤器)512。另一方面，下游的催化转换器配置在发动机室外。该下游的催化转换器具有三元催化器513。
此外，废气净化系统不限定于图例的结构。例如，也可以省略GPF512。另外，催化转换器不限定于三元催化器511、513。而且，三元催化器511、513和GPF512的排列顺序也可以适当变更。
在进气通路40与排气通路50之间设有构成外部EGR系统55A的EGR通路52。EGR通路52是用于使已燃气体的一部分回流到进气通路40的通路，将进气通路40和排气通路50连接在一起。EGR通路52的上游端连接在排气通路50中的上游的催化转换器与下游的催化转换器之间。EGR通路52的下游端连接在进气通路40中的增压器44的上游侧。
在EGR通路52设有水冷式的EGR冷却器53。EGR冷却器53构成为对已燃气体进行冷却。在EGR通路52另外还设有EGR阀54。EGR阀54构成为对在EGR通路52中流动的已燃气体的流量进行调节。被冷却后的已燃气体、即外部EGR气体的回流量能够通过变更EGR阀54的开度来调节。
在本结构例中，EGR系统55由构成为包含EGR通路52及EGR阀54的外部EGR系统55A、和构成为包含前述的进气电动S-VT23及排气电动S-VT24的内部EGR系统55B构成。
压缩自点火式发动机1具备用于运转发动机主体2的ECU(Engine Control Unit：发动机控制单元)10。ECU10是周知的以微型计算机为基础的控制器，如图4所示，具备：执行程序的中央运算处理装置(Central Processing Unit：CPU)101、例如由RAM(RandomAccess Memory)、ROM(Read Only Memory)构成并存储程序和数据的存储器102、以及进行电信号的输入输出的输入输出总线103。ECU10是控制部的一例。
该ECU10与所述的喷射器6、火花塞25、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24、燃料供给系统61、节流阀43、EGR阀54、增压器44的电磁离合器45、空气旁通阀48、以及涡流控制阀56连接。如图1和图4所示，在ECU10另外还连接有各种传感器SW1～SW16。传感器SW1～SW16将检测信号向ECU10输出。
该传感器包括：配置在进气通路40中的空气净化器41的下游的空气流传感器SW1及第一进气温度传感器SW2、在进气通路40中的EGR通路52的连接位置的下游侧且配置在增压器44的上游的第一压力传感器SW3、在进气通路40中的增压器44的下游且配置在旁通通路47的连接位置的上游的第二进气温度传感器SW4、安装于缓冲箱42的第二压力传感器SW5、与各气缸11对应地安装于气缸盖13的指压传感器SW6、以及配置在排气通路50的排气温度传感器SW7。
空气流传感器SW1检测在进气通路40中流动的新气的流量。第一进气温度传感器SW2检测在进气通路40中流动的新气的温度。第一压力传感器SW3检测向增压器44流入的气体的压力。第二进气温度传感器SW4检测从增压器44流出的气体的温度。第二压力传感器SW5检测增压器44的下游的气体的压力。指压传感器SW6检测各燃烧室17内的压力。排气温度传感器SW7检测从燃烧室17排出的废气的温度。
所述传感器还包括：配置在排气通路50中的上游的催化转换器的上游的线性O2传感器SW8；配置在上游转换器中的三元催化器511的下游的拉姆达O2传感器SW9；安装于发动机主体2的水温传感器SW10、曲轴转角传感器SW11、进气凸轮角传感器SW12及排气凸轮角传感器SW13；安装于油门踏板机构的油门开度传感器SW14；配置在EGR通路52的EGR差压传感器SW15；以及安装于燃料供给系统61的共轨64的燃压传感器SW16。
线性O2传感器SW8和拉姆达O2传感器SW9分别检测废气中的氧浓度。水温传感器SW10检测冷却水的温度。曲轴转角传感器SW11检测曲轴15的旋转角。进气凸轮角传感器SW12检测进气凸轮轴的旋转角。排气凸轮角传感器SW13检测排气凸轮轴的旋转角。油门开度传感器SW14检测油门开度。EGR差压传感器15检测EGR阀54的上游和下游的差压。燃压传感器SW16检测向喷射器6供给的燃料的压力。
ECU10基于这些检测信号判断发动机主体2的运转状态，并计算各设备的控制量。ECU10将与计算出的控制量相关的控制信号输出至喷射器6、火花塞25、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24、燃料供给系统61、节流阀43、EGR阀54、增压器44的电磁离合器45、空气旁通阀48、以及涡流控制阀56。
例如，ECU10基于油门开度传感器SW12的检测信号和预先设定的映射，来设定发动机主体2的目标转矩，并决定目标增压压力。并且，ECU10基于目标增压压力和根据第一压力传感器SW3及第二压力传感器SW5的检测信号而得到的增压器44的前后差压，并通过调节空气旁通阀48的开度，来进行反馈控制，以使得增压压力成为目标增压压力。
另外，ECU10基于发动机主体2的运转状态和预先设定的映射来设定目标EGR率、即燃烧室17中的EGR气体相对于全部气体的比率。并且，ECU10基于目标EGR率和基于油门开度传感器SW12的检测信号而得到的吸入空气量来决定目标EGR气体量，并且基于根据EGR差压传感器SW15的检测信号而得到的EGR阀54的前后差压来调节EGR阀54的开度，由此，进行反馈控制，以使得导入至燃烧室17中的外部EGR气体量成为目标EGR气体量。基于ECU10的发动机1的控制的详细情况在后文中叙述。
<发动机的运转区域>
图7例示发动机1的运转区域映射501、502。发动机1的运转区域映射501、502由发动机主体2的负荷和转速来规定，相对于发动机主体2的负荷的高低和转速的高低而被分为五个区域。
具体而言，五个区域是：包括怠速运转且扩展到低旋转和中旋转的区域的低负荷区域(1)-1；负荷比低负荷区域高且扩展到低旋转和中旋转的区域的中负荷区域(1)-2；负荷比中负荷区域(1)-2高的区域且包括全开负荷的高负荷区域的中旋转区域(2)；在高负荷区域中转速比中旋转区域(2)低的低旋转区域(3)；转速比低负荷区域(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)高的高旋转区域(4)。
此处，低旋转区域、中旋转区域及高旋转区域分别是将发动机1的全部运转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。在图7的例中，将转速小于N1设为低旋转，将转速为N2以上设为高旋转，将转速为N1以上且小于N2设为中旋转。转速N1例如也可以是1200rpm左右，转速N2例如也可以是4000rpm左右。
另外，高负荷中旋转区域(2)也可以是燃料压力为900kPa以上的区域。在图7中，为了容易理解，将发动机1的运转区域映射501、502分为两个来描绘。映射501表示各区域中的混合气的状态及燃烧方式、和增压器44的驱动区域及非驱动区域。映射502表示各区域中的涡流控制阀56的开度。此外，图7中的双点划线表示发动机1的道路负载线(Road-LoadLine)。
发动机1以油耗的改善和废气性能的提高为主要目的，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)中进行基于压缩自点火的燃烧。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)中进行基于火花点火的燃烧。以下，关于各区域中的发动机1的运转，参照图8所示的燃料喷射时期及点火时期、图9所示的进气阀12的开阀时期、图10所示的排气阀22的闭阀时期、以及图12所示的基于外部EGR的EGR率进行详细说明。
<低负荷区域(1)-1>
发动机主体2在低负荷区域(1)-1运转时，发动机1如前所述地进行CI燃烧。对于自点火的燃烧，当压缩开始前的燃烧室17中的温度产生偏差时，自点火的时机发生较大程度的变化。因此，发动机1在低负荷区域(1)-1中进行组合了SI燃烧和CI燃烧的SPCCI燃烧。并且，发动机1在该低负荷区域(1)-1中，对各规格(进气阀21的闭阀时期、增压压力)进行控制，以将发动机主体2的有效压缩比设为12以上，且将有效压缩比设定在相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。
图8的符号601表示发动机主体2以低负荷区域(1)-1中的运转状态601进行运转时的燃料喷射时期(符号6011、6012)及点火时期(符号6013)以及燃烧波形(即，表示发热率相对于曲轴转角的变化的波形、符号6014)各自的一例。
在SPCCI燃烧中，借助于火花塞25对燃烧室17中的混合气强制点火，混合气通过火焰传播而进行SI燃烧，并且通过SI燃烧的发热而使燃烧室17中的温度变高，且借助于通过火焰传播而使燃烧室17中的压力上升，未燃混合气进行基于自点火的CI燃烧。
压缩开始前的燃烧室17中的温度的偏差能够通过调节SI燃烧的发热量而吸收。即使压缩开始前的燃烧室17中的温度产生偏差，例如若通过调节点火正时来调节SI燃烧的开始时刻，则能够控制自点火的时机。
在进行SPCCI燃烧时，在压缩上止点(在图8中右侧的TDC：Top Dead Center)附近的规定的时刻，火花塞25对混合气点火。由此，基于火焰传播的燃烧开始。SI燃烧时的发热与CI燃烧时的发热相比更平稳。因此，发热率的波形的上升的倾斜度相对变小。虽未图示，但燃烧室17中的压力变动(dp/dθ)也是SI燃烧时与CI燃烧时相比更平稳。
当通过SI燃烧使燃烧室17中的温度和压力升高时，未燃混合气进行自点火。在图8的例中，在自点火的时刻，发热率的波形的倾斜度从小向大变化(符号6014)。即，发热率的波形在CI燃烧开始的时刻具有拐点。
在CI燃烧开始后，SI燃烧和CI燃烧一并进行。CI燃烧与SI燃烧相比发热较大，因此发热率相对较大。但是，CI燃烧是在压缩上止点后进行的，因此，活塞3通过电动机回转而下降，可避免基于CI燃烧的发热率的波形的倾斜度过度变大。另外，CI燃烧时的压力变动(dp/dθ)也变得比较平稳。
压力变动(dp/dθ)能够用作表示燃烧噪音的指标，SPCCI燃烧能够如前所述地减小压力变动(dp/dθ)，因此，能够避免燃烧噪音过度变大。由此，能够将燃烧噪音抑制在允许等级以下。
SPCCI燃烧因CI燃烧结束而结束。CI燃烧与SI燃烧相比燃烧期间短。因此，根据SPCCI燃烧，与仅SI燃烧或以SI燃烧为主进行燃烧的情况相比，燃烧结束时期提前。换言之，SPCCI燃烧能够使膨胀行程中的燃烧结束时期靠近压缩上止点。因此，SPCCI燃烧与仅SI燃烧或以SI燃烧为主进行燃烧的情况相比，有利于发动机1的油耗性能的改善。
在发动机主体2在低负荷区域(1)-1中运转时，为了改善发动机1的油耗性能，EGR系统55将EGR气体导入至燃烧室17中。
具体而言，在排气上止点附近，设置进气阀21和排气阀22双方开阀的正重叠期间，从而进行将从燃烧室17中排出到进气端口18和排气端口19的废气的一部分回收到燃烧室并再导入的内部EGR。当进行内部EGR时，热的已燃气体(内部EGR气体)被导入至燃烧室17中，因此能够提高燃烧室17中的温度，有利于SPCCI燃烧的稳定化。
进气阀21的开阀时期TIVO在低负荷区域(1)-1中的负荷方向的全部区域和旋转方向的全部区域中按曲轴转角被设定为±5°的范围内的恒定或大致恒定的时期。如图9所示，优选的是，进气阀21的开阀时期TIVO固定为恒定的时刻。例如，进气阀21的开阀时期TIVO设为压缩上止点前30°℃A的时刻。由此，进气阀21的闭阀时期也在低负荷区域(1)-1中的负荷方向的全部区域和旋转向的全部区域中按曲轴转角被固定为恒定的时刻(图11所示的TIVC)。
排气阀22的闭阀时期T1EVC在低负荷区域(1)-1中的负荷方向的全部区域和旋转方向的全部区域中按曲轴转角被设定为±5°的范围内的恒定或大致恒定的时刻。如图10所示，优选的是，排气阀22的闭阀时期T1EVC固定为恒定的时刻。例如，排气阀22的闭阀时期T1EVC设为压缩上止点后16.5°℃A的时刻。由此，排气阀22的开阀时期也在低负荷区域(1)-1中的负荷方向的全部区域和旋转方向的全部区域中按曲轴转角被固定为恒定的时刻(图11所示的T1EVO)。
这样一来，进气阀21的开阀时期TIVO、闭阀时期TIVC、排气阀22的开阀时期T1EVO及闭阀时期T1EVC如图11中由实线表示的进气阀21的气门升程曲线121和由虚线表示的排气阀22的气门升程曲线221所示出那样被设定成正重叠期间为规定的曲轴转角范围以上。正重叠期间例如按曲轴转角设为40°以上即可。在关于进气阀21的开阀时期TIVO和排气阀22的闭阀时期T1EVC的所述的例中，正重叠期间设为包含压缩上止点持续到46.5°℃A的期间。
并且，根据与这种重叠期间相关的进气阀21的闭阀时期TIVC的设定，在低负荷区域(1)-1中，能够将发动机主体2的有效压缩比设为12以上、且能够将发动机主体2的有效压缩比设定在相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。
此处，进气阀21和排气阀22的开阀时期TIVO、T1EVO及闭阀时期TIVC、T1EVC各自虽然省略了准确的图示，但它们是在各阀的气门升程曲线121、221中升程急剧上升或下降的时期，例如规定为0.3mm升程的时间点。这在以下的说明中也是同样的。
此外，在低负荷区域(1)-1中，将EGR阀54设为全闭，如图12所示，不将外部EGR气体导入至燃烧室17中。
当发动机主体2在低负荷区域(1)-1的一部分运转时，增压器44被关闭。详细而言，在低负荷区域(1)-1中的低旋转侧的区域中，增压器44被关闭(参照S/C OFF)。在低负荷区域(1)-1中的高旋转侧的区域中，为了确保与发动机主体2的转速变高对应所需的进气填充量，增压器44被打开，提高增压压力(参照S/C ON)。
当增压器44被关闭而进气通路40内的气体未被增压时，进气通路40内的压力相对较低，因此，在正重叠期间中，如前所述，内部EGR气体(热的已燃气体)被导入至燃烧室17中，燃烧室17中的温度上升，有利于低负荷区域(1)-1中的低旋转侧的区域中的SPCCI燃烧的稳定化。
另外，当增压器44被打开而进气通路40内的气体被增压时，进气通路40内的压力相对较高，因此，在正重叠期间中，进气通路40内的气体在发动机主体2的燃烧室17通过并向排气通路50窜漏。由此，残留于燃烧室17内的已燃气体被推出到排气通路50从而被扫气。当燃烧室17中的残留气体被扫气时，燃烧室17中的温度下降，有效压缩比提高并且能够使膨胀功增大，因此，有利于低负荷区域(1)-1中的高旋转侧的区域中的高转矩化。
这样一来，在低负荷区域(1)-1中，通过增压器44的打开和关闭、即进气通路40内的气体的增压和非增压的切换，在低旋转侧进行内部EGR，另一方面，在高旋转侧进行扫气。如此，在发动机主体2的转速骤变时，也能够响应性良好地进行内部EGR和扫气的切换，能够确保有效压缩比并提高转矩。由此，在低旋转区域(1)-1中，能够实现发动机主体2的转速骤变时的油耗性能的改善和转矩的提高。
另外，当发动机主体2在低负荷区域(1)-1中运转时，涡流控制阀56设为全闭或设为关闭侧的规定的角度。由此，在燃烧室17中形成强的涡流。涡流在燃烧室17的外周部较强、在中央部较弱。如前所述，进气端口18是滚流端口，因此，在燃烧室17中形成具有滚流成分和涡流成分的斜轴涡流。
当发动机主体2在低负荷区域(1)-1中运转时，涡流比为4以上。此处，对涡流比进行定义，“涡流比”是将针对每个气门升程测定进气流横向角速度并积分而得到的值除以发动机角速度所得到的值。进气流横向角速度能够基于使用了图14所示的台架试验装置的测定而求出。
图14所示的装置构成为，在基台上下反转地设置气缸盖13，将进气端口18连接于图外的进气供给装置，另一方面，在该气缸盖13上设置气缸36，并且在气缸36的上端连接具有蜂窝状转子37的脉冲表38。脉冲表38的下表面定位在距离气缸盖13与气缸体的对合面1.75D的位置。此处，“D”表示气缸内径。并且，该装置利用脉冲表38计测通过因进气的供给而在气缸36内产生的涡流(参照图14的箭头)作用于蜂窝状转子37的转矩，基于此，能够求出进气流横向角速度。
图15表示发动机1中的涡流控制阀56的开度与涡流比的关系。图15中，通过副通路402的相对于全开截面的开口比率来表示涡流控制阀56的开度。当涡流控制阀56为全闭时，副通路402的开口比率为0％，当涡流控制阀56的开度变大时，副通路402的开口比率变得大于0％。当涡流控制阀56为全开时，副通路402的开口比率为100％。
如图15所例示那样，发动机1将涡流控制阀56设为全闭时，涡流比为6左右。当发动机1在低负荷区域(1)-1中运转时，涡流比为4以上且6以下即可。涡流控制阀56的开度在开口比率为0％以上且15％以下的范围内调节即可。
当发动机主体2在低负荷区域(1)-1中运转时，混合气的空燃比(A/F)在燃烧室17的整体中与理论空燃比相比稀薄。即，在燃烧室17的整体中，混合气的空气过剩率λ超过1。更详细而言，在燃烧室17的整体中，混合气的A/F为30以上。由此，能够抑制RawNOx的产生，能够提高废气性能。
当发动机主体2在低负荷区域(1)-1中运转时，混合气在燃烧室17的中央部与外周部之间叠层化。燃烧室17的中央部是配置有火花塞25的部分。燃烧室17的外周部是中央部的周围，是与气缸11的内衬相接的部分。也可以定义为，燃烧室17的中央部是涡流弱的部分，燃烧室17的外周部是涡流强的部分。
燃烧室17的中央部的混合气的燃料浓度比燃烧室17的外周部的燃料浓度浓。具体而言，燃烧室17的中央部的混合气的A/F为20以上且30以下，燃烧室17的外周部的混合气的A/F为35以上。此外，空燃比的值是点火时的空燃比的值，这在以下的说明中也是同样的。
当发动机主体2在低负荷区域(1)-1中运转时，喷射器6在压缩行程中将燃料分为多次喷射到燃烧室17中(符号6011、6012)。具体而言，在压缩行程的中期和压缩行程的末期分别进行燃料喷射。因此，压缩行程的中期和末期设为将压缩行程按照曲轴角度分别三等分为初期、中期、末期时的中期和末期即可。
在压缩行程的中期被喷射的燃料在直至点火时期为止的期间在燃烧室17中扩散，形成燃烧室17内的中央部和外周部的混合气。在压缩行程的末期被喷射的燃料由于直至点火为止的时间较短，所以不怎么扩散就通过涡流而被输送至燃烧室17内的中央部的火花塞25的附近，与在压缩行程的中期被喷射的燃料的一部分一起形成燃烧室17内的中央部的混合气。这样一来，如前所述，混合气在燃烧室17内的中央部和外周部叠层化。
在燃料喷射结束后且压缩上止点前的规定的时刻，火花塞25对燃烧室17中央部的混合气点火(符号6013)。此时，由于燃烧室17的中央部的混合气的燃料浓度相对较高，所以点火性提高，并且基于火焰传播的SI燃烧稳定化。并且，通过SI燃烧稳定化，从而CI燃烧在适当的时刻开始。即，在SPCCI燃烧中，CI燃烧的控制性提高。其结果是，当发动机主体2在低负荷区域(1)-1中运转时，能够兼顾抑制燃烧噪音的产生和改善基于燃烧期间的缩短的油耗性能。
发动机主体2在低负荷区域(1)-1中运转时的燃料的喷射时期和喷射次数根据发动机1的负荷的高低而变更。
具体而言，当发动机主体2的负荷低时，压缩行程中的燃料喷射的次数增加，并且燃料喷射的结束时期滞后。即，当发动机主体2的负荷低时，增加在压缩行程中进行的燃料喷射的分割数，并且使最后的燃料喷射的时期滞后。这样一来，当发动机主体2的负荷低时，供给至燃烧室17内的燃料量减少，但在压缩行程中喷射的燃料的扩散得到抑制。其结果是，在燃烧室17的中央部形成的燃料浓度相对高的混合气层的大小变小。
另外，当发动机主体2的负荷高时，减少压缩行程中的燃料喷射的次数，并且提前喷射时期。作为提前了燃料喷射的时期的结果，也可以不进行压缩行程中的燃料喷射而在进气行程中对燃料进行分割喷射。当发动机主体2的负荷高时也可以在进气行程中进行集中喷射。这样一来，当发动机主体2的负荷高时，供给至燃烧室17内的燃料量增加，并且燃料容易扩散。其结果是，在燃烧室17的中央部形成的燃料浓度相对高的混合气层的大小变大。
如上所述，发动机1在低负荷区域(1)-1中将混合气设为比理论空燃比稀薄而进行SPCCI燃烧，因此低负荷区域(1)-1能够称为“SPCCI稀薄区域”。
<中负荷区域(1)-2>
当发动机主体2在中负荷区域(1)-2中运转时，发动机1也与低负荷区域(1)-1同样地进行SPCCI燃烧。并且，发动机1在中负荷区域(1)-2也对各规格(进气阀21的闭阀时期、增压压力)进行控制，以将发动机主体2的有效压缩比设为12以上，且将有效压缩比设定在相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。
图8的符号602表示发动机主体2在中负荷区域(1)-2中的运转状态602下运转时的燃料喷射时期(符号6021、6022)、点火时期(符号6023)以及燃烧波形(符号6024)各自的一例。
EGR系统55在发动机主体2的运转状态处于中负荷区域(1)-2时也将EGR气体导入至燃烧室17中。
具体而言，在中负荷区域(1)-2中，与低负荷区域(1)-1同样，在排气上止点附近，设置将进气阀21和排气阀22双方开阀的正重叠期间，从而进行将从燃烧室17中排出到进气端口18和排气端口19的废气的一部分回收到燃烧室17中并再导入的内部EGR。即，将内部EGR气体导入至燃烧室17中。
与低负荷区域(1)-1同样地，进气阀21的开阀时期TIVO在中负荷区域(1)-2中的负荷方向的全部区域和旋转方向的全部区域中按曲轴转角被设定为±5°的范围内的恒定或大致恒定的时刻，优选的是固定为恒定的时刻。在本例中，如图9所示，进气阀21的开阀时期TIVO被固定为与低负荷区域(1)-1相同的恒定的时刻、例如压缩上止点前30°℃A的时刻。
另外，与低负荷区域(1)-1同样地，排气阀22的闭阀时期TEVC在中负荷区域(1)-2中的负荷方向的全部区域和旋转方向的全部区域中也按曲轴转角被设定为±5°的范围内的恒定或大致恒定的时刻，优选的是固定为恒定的时刻。在本例中，如图10所示，排气阀22的闭阀时期TEVC被固定为与低负荷区域(1)-1相同的恒定的时刻、例如压缩上止点后16.5°℃A的时刻。
这样一来，进气阀21的开阀时期TIVO及闭阀时期TEVC和排气阀22的开阀时期TEVO及闭阀时期TEVC如图11中由实线表示的进气阀21的气门升程曲线121和由虚线表示的排气阀22的气门升程曲线221所示出那样，正重叠期间以成为与低负荷区域(1)-1相同的规定的曲轴转角范围(40°℃A)的方式被设定为例如包含压缩上止点持续到46.5°℃A的期间。
因此，根据与这种重叠期间相关的进气阀21的闭阀时期TIVC的设定，在中负荷区域(1)-2中，也能够将发动机主体2的有效压缩比设为12以上，且能够将发动机主体2的有效压缩比设定在相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。
当发动机主体2在中负荷区域(1)-2的一部分中运转时，增压器44被关闭。详细而言，在中负荷区域(1)-2中的低负荷低旋转侧的区域中，增压器44被关闭(参照S/C OFF)。在中负荷区域(1)-2中的高负荷侧的区域，为了确保与燃料喷射量增加对应所需的进气填充量，增压器44被打开，提高增压压力。在中负荷区域(1)-2中的高旋转侧的区域中，为了确保与发动机1的转速变高对应所需的进气填充量，增压器44被打开，提高增压压力。
当增压器44被关闭而进气通路40内的气体未被增压时，进气通路40内的压力相对较低，因此，在正重叠期间中，如前所述，内部EGR气体(热的已燃气体)被导入至燃烧室17中，燃烧室17中的温度上升，有利于中负荷区域(1)-2中的低负荷低旋转侧的区域中的SPCCI燃烧的稳定。
另外，当增压器44被打开而进气通路40内的气体被增压时，进气通路40内的压力相对较高，因此，在正重叠期间中，如前所述，燃烧室17中的残留气体(热的已燃气体)被扫气，燃烧室17中的温度下降，有利于中负荷区域(1)-2中的高负荷侧的区域和高旋转侧的区域中的高转矩化。
另外，在中负荷区域(1)-2中，进行将通过EGR通路52并由EGR冷却器53冷却后的废气导入至燃烧室17中的外部EGR。即，将与内部EGR气体相比温度低的外部EGR气体导入至燃烧室17中。基于外部EGR的EGR率、即外部EGR气体相对于导入至燃烧室17的全部气体的比例如图12所示地在质量比为20％以上且25％以下的范围内适当被调节。在中负荷区域(1)-2中，通过将内部EGR气体和外部EGR气体中的至少一方导入至燃烧室17中，来适当调节燃烧室17中的温度。
另外，当发动机主体2在中负荷区域(1)-2中运转时，涡流控制阀56也与低负荷区域(1)-1同样地设为全闭或设为关闭侧的规定的角度。由此，在燃烧室17中形成涡流比为4以上的强的涡流。当增强涡流时，燃烧室17内的紊流能量变高，因此，SI燃烧的火焰迅速传播从而SI燃烧稳定化。并且，通过使SI燃烧稳定化，CI燃烧的控制性提高。由此，能够使SPCCI燃烧中的CI燃烧的时机适当。其结果是，能够抑制燃烧噪音的产生，并可实现油耗性能的改善。另外，能够抑制循环期间中的转矩的偏差。
当发动机主体2在中负荷区域(1)-2中运转时，混合气的空燃比(A/F)在燃烧室17的整体中被设为理论空燃比(A/F＝14.7)。若为理论空燃比，则通过三元催化器对从燃烧室17排出的废气进行净化，能够使发动机1的废气性能变得良好。混合气的A/F只要收容于三元催化器的净化窗口中即可。因此，混合气的空气过剩率λ设为1.0±0.2即可。
当发动机主体2在中负荷区域(1)-2中运转时，喷射器6分为进气行程和压缩行程而将燃烧喷射至燃烧室17中(符号6021、6022)。具体而言，进行在进气行程的中期到末期的期间喷射燃料的第一喷射6021和在压缩行程的后半喷射燃料的第二喷射6022。此处，进气行程的中期和末期时分别将进气行程按照曲轴角度三等分为初期、中期、末期时的中期和末期即可。另外，压缩行程的前半和后半分别设为将压缩行程按曲轴角度二等分为前半和后半时的前半和后半即可。
通过第一喷射6021喷射出的燃料在与点火时期分开的时刻被喷射，在该喷射时活塞3从上止点离开，因此，也到达形成于腔室31外的区域的挤气区域171，并在燃烧室17中大致均等地分布而形成混合气。通过第二喷射6022喷射出的燃料在活塞3靠近压缩上止点的时刻被喷射，因此，进入腔室31中，并在腔室31内的区域形成混合气。
伴随着通过第二喷射6022向腔室31中喷射燃料，在腔室31内的区域产生气体的流动。燃烧室17中的紊流能量在到达点火正时的时间较长时随着压缩行程的进行而衰减。然而，第二喷射6022的时刻与第一喷射6021相比接近点火正时，因此，火花塞25能够在保持腔室31中的紊流能量高的状态下对腔室31内的区域的混合气进行点火。由此，SI燃烧的燃烧速度提高。当SI燃烧的燃烧速度提高时，SI燃烧稳定化，因此，基于SI燃烧的CI燃烧的控制性提高。
另外，通过在压缩行程的后半进行第二喷射6022，当在中负荷区域(1)-2中负荷较高时，能够通过燃料的气化潜热使燃烧室17内的温度下降从而防止诱发过早点火、爆震等异常燃烧。而且，能够通过火焰传播使通过第二喷射6022喷射出的燃料稳定地燃烧。作为一例，第一喷射6021的喷射量与第二喷射6022的喷射量的比例也可以设为95：5。此外，在中负荷区域(1)-2中，当发动机主体2处于负荷低的运转状态时，也可以省略第二喷射6022。
在燃烧室17中，喷射器6进行第一喷射6021和第二喷射6022，从而作为整体而形成空气过剩率λ为1.0±0.2的大致均质的混合气。混合气为大致均质，因此，能够实现基于未燃损失的降低而得到的油耗的改善和基于避免了烟(煤烟)的产生而得到的废气性能的提高。此时的空气过剩率λ优选为1.0以上且1.2以下。
混合气借助于火花塞25在压缩上止点前的规定的时刻对混合气点火(符号6023)，由此，通过火焰传播而进行燃烧。并且，在基于火焰传播的燃烧开始后，未燃混合气自点火，进行CI燃烧。通过第二喷射6022喷射出的燃料主要进行SI燃烧。通过第一喷射6021喷射出的燃料主要进行CI燃烧。
如以上所示，发动机1在中负荷区域(1)-2中将混合气以理论空燃比进行SPCCI燃烧，因此中负荷区域(1)-2能够称为“SPCCIλ＝1区域”。
<高负荷中旋转区域(2)>
当发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)运转时，发动机1与低负荷区域(1)-1和中负荷区域(1)-2同样地进行SPCCI燃烧。并且，发动机1在高负荷中旋转区域(2)中进行SPCCI燃烧时也对各规格(进气阀21的闭阀时期、增压压力)进行控制，以将发动机主体2的有效压缩比设为12以上，且将有效压缩比设定在相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。
图8的符号603表示发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)中以低旋转侧的运转状态603运转时的燃料喷射时期(符号6031、6032)、点火时期(符号6033)以及燃烧波形(符号6034)各自的一例。另外，图8的符号604表示发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)中以高旋转侧的运转区域604运转时的燃料喷射时期(符号6041、6042)、点火时期(符号6043)以及燃烧波形(符号6044)各自的一例。
当发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)中运转时，EGR系统55也将EGR气体导入至燃烧室17中。
具体而言，在高负荷中旋转区域(2)中，也进行将通过EGR通路52并由EGR冷却器53冷却后的废气导入至燃烧室17中的外部EGR。基于外部EGR的EGR率如图12所示地在质量比为25％以上且35％以下的范围内被适当调节。在高负荷中旋转区域(2)中，通过将外部EGR气体导入至燃烧室17中，从而将燃烧室17中的温度调节为适当。
图13表示高负荷区域中的基于外部EGR的EGR率与油耗的关系。如图13所示，当发动机主体2处于高负荷区域的运转状态时，关于外部EGR气体相对于导入至燃烧室17内的全部气体的比例，到质量比为25％为止，越增大其比例则发动机1的油耗越会改善。另一方面，当质量比超过35％时，SI燃烧变得急剧不稳定，因此几乎不能再期待发动机1的油耗改善。由此，如图13所示，为了实现低油耗化，基于外部EGR的EGR率优选为在质量比为25％以上且35％以下的范围内进行调节。
另外，在高负荷中旋转区域(2)中，也与低负荷区域(1)-1和中负荷区域(1)-2同样地，在排气上止点附近设置将进气阀21和排气阀22双方开阀的正重叠期间。
与低负荷区域(1)-1和中负荷区域(1)-2同样地，进气阀21的开阀时期TIVO在高负荷中旋转区域(2)中的负荷方向的全部区域和旋转方向的全部区域中按曲轴转角被设定为±5°的范围内的恒定或大致恒定的时刻。在本例中，如图9所示，进气阀21的开阀时期TIVO被固定为与低负荷区域(1)-1相同的恒定的时刻、例如压缩上止点前30°℃A的时刻。
与低负荷区域(1)-1和中负荷区域(1)-2同样地，排气阀22的闭阀时期TEVC在高负荷中旋转区域(2)中的负荷方向的全部区域和旋转方向的全部区域中也按曲轴转角被设定为±5°的范围内的恒定或大致恒定的时刻。在本例中，如图10所示，排气阀22的闭阀时期TEVC被固定为与低负荷区域(1)-1相比滞后的恒定的时刻、流入压缩上止点后30°℃A的时刻。
这样一来，进气阀21的开阀时期TIVO及闭阀时期TEVC和排气阀22的开阀时期TEVO及闭阀时期TEVC如图11中由实线表示的进气阀12的气门升程曲线121和由实线表示的排气阀12的气门升程曲线222所示出那样，将正重叠期间设置成比低负荷区域(1)-1和中负荷区域(1)-2大的、规定的曲轴转角范围(40°℃A)以上。在关于进气阀21的开阀时期及排气阀22的闭阀时期的上述的例子中，正重叠期间设为包含压缩上止点持续至60°℃A的期间。
并且，根据与这种重叠期间相关的进气阀21的闭阀时期TIVC的设定，在高负荷中旋转区域(2)中，也能够将发动机主体2的有效压缩比设为12以上、且能够发动机主体2的有效压缩比设定在相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。
当发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)中运转时，增压器44也在其全部区域中被打开，提高增压压力(参照S/C ON)。由此，在正重叠期间中，如前所述，燃烧室17中的残留气体(已燃气体)被扫气，燃烧室17中的温度下降，有利于实现高负荷中旋转区域(2)中的高转矩化。
当发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)中运转时，涡流控制阀56也与低负荷区域(1)-1同样地设为全闭或设为关闭侧的规定的开度。由此，在燃烧室17中形成涡流比为4以上的强的涡流。
当发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)中运转时，混合气的空燃比(A/F)在燃烧室17的整体中为理论空燃比或比理论空燃比浓(即，混合气的空气过剩率λ满足λ≤1)。
当发动机主体2以高负荷中旋转区域(2)中的运转状态603运转时，喷射器6分为进气行程和压缩行程地将燃料喷射至燃烧室17中(符号6031、6032)。具体而言，进行在从进气行程的中期至后期的期间喷射燃料的第一喷射6031和在压缩行程的末期喷射燃料的第二喷射6032。此外，第一喷射6031也可以在进气行程的前半开始燃料喷射。例如，第一喷射6031也可以在压缩上止点前280°℃A开始燃料喷射。另外，只要是压缩行程的后半，第二喷射6032也可以在压缩行程的中期进行。
当在进气行程的前半开始第一喷射6031时，燃料喷雾与腔室31的开口缘部接触，由此，一部分燃料进入到燃烧室17的挤气区域171、即腔室31外的区域(参照图2)，其余的燃料进入到腔室31内的区域。此时，涡流在燃烧室17的外周部较强，在燃烧室17的中央部较弱。
因此，进入到腔室31内的区域的燃料进入涡流的内侧。进入到涡流的燃料在从进气行程至压缩行程的期间滞留于涡流之中，在燃烧室17的外周部形成CI燃烧用的混合气。进入到涡流的内侧的燃料也在从进气行程至压缩行程的期间滞留于涡流的内侧，在燃烧室17的中央部形成SI燃烧用的混合气。
当发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)中运转时，通过第一喷射6031和第二喷射6032，使得燃烧室17中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，且燃烧室17中的外周部的混合气的燃料量比中央部的混合气的燃料量多。因此，只要第一喷射6031的喷射量比第二喷射6032的喷射量多即可。
具体而言，燃烧室17中的中央部的混合气的空气过剩率λ优选为1以下，燃烧室17中的外周部的混合气的空气过剩率λ为1以下，优选为小于1。燃烧室17中的中央部的混合气的空燃比(A/F)例如也可以为13以上且理论空燃比(14.7)以下。燃烧室17中的中央部的混合气的空燃比也可以比理论空燃比稀薄。
另外，燃烧室17中的外周部的混合气的空燃比例如也可以为11以上且理论空燃比以下，也可以优选为11以上且12以下。当将燃烧室17的外周部的空气过剩率λ设为小于1时，外周部的混合气中的燃料量增加，因此，温度因燃料的气化潜热而降低。燃烧率17的整体的混合气的空燃比也可以为12.5以上且理论空燃比以下，也可以优选为12.5以上且13以下。
第二喷射6032例如也可以在压缩上止点前10°℃A开始燃料喷射。通过在压缩上止点之前不久进行第二喷射6032，能够通过燃料的气化潜热使燃烧室17内的温度下降。通过第一喷射6031喷射出的燃料在压缩行程的期间进行低温氧化反应，在压缩上止点前转变为高温氧化反应，但是，通过在压缩上止点之前不久进行第二喷射6032、使燃烧室17内的温度下降，从而能够抑制从低温氧化反应向高温氧化反应转变，能够抑制产生过早点火、爆震等异常燃烧。此外，作为一例，第一喷射6031的喷射量与第二喷射6032的喷射量的比例也可以为95：5。
火花塞25在压缩上止点附近对燃烧室17内的混合气点火(符号6033)。火花塞25配置于燃烧室17的中央部，因此，通过火花塞25的点火，中央部的混合气开始基于火焰传播的SI燃烧。
当发动机主体2在高负荷中旋转区域(2)中的运转区域604运转时，喷射器6在进气行程中开始燃料喷射(符号6041)。当发动机主体2的转速变高时，通过燃料喷射6041喷射出的燃料进行化学反应的时间变短。因此，能够省略用于抑制混合气的反应的第二喷射。
具体而言，燃料喷射6041也可以在压缩上止点前280°℃A开始燃料的喷射。有时燃料喷射6041的结束会超过进气行程而在压缩行程中。通过将燃料喷射6041的开始设在进气行程的前半，如前所述，在燃烧室17的外周部形成CI燃烧用的混合气，并且在燃烧室17的中央部形成SI燃烧用的混合气。
与上述同样地，燃烧室17中的中央部的混合气的空气过剩率λ优选为1以下，燃烧室17中的外周部的混合气的空气过剩率λ为1以下，优选为小于1。燃烧室17中的中央部的混合气的空燃比(A/F)例如也可以设为13以上且理论空燃比(14.7)以下。燃烧室17中的中央部的混合气的空燃比也可以比理论空燃比稀薄。
另外，燃烧室17中的外周部的混合气的空燃比例如也可以为11以上且理论空燃比以下，也可以优选为11以上且12以下。燃烧率17的整体的混合气的空燃比也可以为12.5以上且理论空燃比以下，也可以优选为12.5以上且13以下。
在压缩上止点附近，在该上止点以后，火花塞25对燃烧室17内的混合气点火(符号6043)。火花塞25配置于燃烧室17的中央部，因此，通过火花塞25的点火，中央部的混合气开始基于火焰传播的SI燃烧。
在高负荷中旋转区域(2)中，燃料喷射量变多且燃烧室17的温度也变高，因此，CI燃烧变为容易提前开始的状况。换言之，在高负荷中旋转区域(2)中，容易产生混合气的过早点火、爆震等异常燃烧。但是，如前所述，燃烧室17的外周部的温度因燃料的气化潜热而下降，因此，能够避免在对混合气进行火花点火之后CI燃烧立即开始。
在高负荷中旋转区域(2)中的SPCCI燃烧中，通过在燃烧室17中将混合气叠层化和在燃烧室17中产生强的涡流，能够在CI燃烧开始前充分进行SI燃烧。其结果是，能够抑制燃烧噪音的产生，并且燃烧温度不会过度变高从而也能够抑制NOx的生成。另外，能够抑制循环期间的转矩的偏差。
另外，燃烧室17的外周部的温度低，这种情况也可使CI燃烧变得平缓，因此有利于抑制燃烧噪音的产生。而且，燃烧期间因CI燃烧而变短，因此，在高负荷中旋转区域(2)中可实现转矩的提高和热效率的提高。因此，在发动机1中，在负荷高的区域中进行SPCCI燃烧，从而能够一边避免燃烧噪音一边改善油耗性能。
如以上所示，发动机1在高负荷中旋转区域(2)中将混合气设为理论空燃比或设为比理论空燃比浓而进行SPCCI燃烧，因此，高负荷中旋转区域(2)能够称为“SPCCIλ≤1区域”。
<高负荷低旋转区域(3)>
当发动机主体2的转速低时，曲轴转角变化1°所需的时间变长。在高负荷低旋转区域(3)中，与高负荷中旋转区域(2)同样地，在例如进气行程、压缩行程的前半，当向燃料室17内喷射燃料时，有可能导致燃料的反应过度进行从而招致过早点火等异常燃烧。因此，当发动机主体2在高负荷低旋转区域(3)中运转时，发动机1不进行SPCCI燃烧而进行SI燃烧。
发动机1在该高负荷低旋转区域(3)中也对各规格(进气阀21的闭阀时期、增压压力)进行控制，以将发动机主体2的有效压缩比设为12以上，且将有效压缩比设定在相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。图6的符号605表示发动机主体2以高负荷低旋转区域(3)中的运转状态604运转时的燃料喷射时期(符号6051、6052)、点火时期(符号6053)以及燃烧波形(符号6054)各自的一例。
当发动机主体2的运转状态处于高负荷低旋转区域(3)时，EGR系统55将EGR气体导入至燃烧室17中。发动机1按照发动机主体2的负荷的提高而减少EGR气体的量。在全开负荷中，将EGR气体设为零即可。
当发动机主体2在高负荷低旋转区域(3)中运转时，增压器44也在其全部区域中被打开，提高增压压力(参照S/C ON)。由此，当设置有正重叠期间时，燃烧室17内的残留气体被扫气，燃烧室17中的温度下降，能够实现发动机1的高转矩化。
当发动机主体2在高负荷低旋转区域(3)中运转时，混合气的空燃比(A/F)在燃烧室17的整体中被设为理论空燃比(A/F＝14.7)。混合气的A/F只要收容于三元催化器的净化窗口中即可。因此，混合气的空气过剩率λ设为1.0±0.2即可。通过这样地将混合气的空燃比设为理论空燃比，在高负荷低旋转区域(3)中油耗性能改善。
此外，当发动机主体2在高负荷低旋转区域(3)中运转时，也可以将燃烧室17的整体的混合气的燃料浓度设定为，空气过剩率λ为1以下，且为高负荷中旋转区域(2)中的空气过剩率λ以上，优选为比高负荷中旋转区域(2)中的空气过剩率λ大。
当发动机主体2在高负荷低旋转区域(3)中运转时，喷射器6分为进气行程和压缩上止点附近前后的期间而将燃料喷射至燃烧室17中(符号6051、6052)。具体而言，进行在从进气行程的中期至末期的期间喷射燃料的第一喷射6051和在从压缩行程的末期至膨胀行程的初期的期间(以下，将该期间称为延迟期间)喷射燃料的第二喷射6052。此处，膨胀行程的初期设为将膨胀行程三等分为初期、中期及末期时的初期即可。
通过第一喷射6051在进气行程中喷射燃料，从而能够充分确保混合气的形成时间。另外，通过第二喷射6052在延迟期间内喷射燃料，从而能够在点火之前不久增强燃烧室17内的气体流动。燃料压力例如设定为30MPa以上的高的燃料压力。若提高燃料压力，则能够分别缩短燃料的喷射期间和混合气的形成期间，并且能够进一步增强燃料室17内的气体流动。作为一例，燃料压力的上限值也可以设为120MPa。
火花塞25在燃料的喷射后且在压缩上止点附近的时刻对混合气进行点火(符号6042)。火花塞25例如也可以在压缩上止点后进行点火。由此，混合气在膨胀行程进行SI燃烧。这样一来，SI燃烧在膨胀行程中开始，因此CI燃烧不开始。
为了避免过早点火，也可以是，发动机1的转速越低喷射器6越使燃料喷射的时期滞后。燃料喷射也存在因这样的喷射时期得滞后化而在膨胀行程结束的情况。因此，当发动机1在高负荷低旋转区域(3)中运转时，从燃料的喷射开始至点火的时间短。因此，为了实现混合气的点火性的提高和SI燃烧的稳定化，需要将燃料迅速输送至火花塞25的附近。燃烧室17的形状有助于实现这样的燃料的迅速的输送。
在延迟期间中，当喷射器6喷射燃料时，活塞3位于压缩上止点的附近，因此，燃料喷雾一边与新气混合一边形成混合气，并沿着腔室31的凸部311朝下流动，并且沿着腔室31的底面和周侧面从燃烧室17的中央向径向的外方呈放射状地扩展流动。之后，混合气到达腔室31的开口，并沿着进气侧的倾斜面1311和排气侧的倾斜面1312从径向的外方朝向燃烧室17的中央流动。这样一来，在延迟期间内喷射的燃料作为混合气被迅速输送至火花塞25的附近。
另外，当发动机主体2在高负荷低旋转区域(3)中运转时，发动机1将涡流控制阀56的开度设为比在高负荷中旋转区域(2)中运转时大。此时的涡流控制阀56的开度例如也可以设为50％左右(即，半开)。由此，与在高负荷中旋转区域(2)中运转时相比减弱涡流。
如图2的上图所示，喷射器6的喷口的轴的位置在周向上与火花塞25错开。从喷口喷射出的燃料通过燃烧室17中的涡流而沿着同室17的周向流动。此时，通过涡流能够将燃料迅速输送至火花塞25的附近。燃料能够在被输送至火花塞25的附近的期间进行气化。
另一方面，当涡流过强时，会导致燃料沿周向流动并从火花塞25的附近离开，无法再将燃料迅速输送至火花塞25的附近。因此，发动机1在高负荷低旋转区域(3)中运转时与在高负荷中旋转区域(2)中运转时相比减弱涡流。由此，由于能够将燃料迅速输送至火花塞25的附近，因此能够实现混合气的点火性的提高和SI燃烧的稳定化。
如以上所述，在高负荷低旋转区域(3)中，发动机1在从压缩行程的末期至膨胀行程的初期的延迟期间喷射燃料并进行SI燃烧，因此，高负荷低旋转区域(3)能够称为“延迟-SI区域”。
<高旋转区域(4)>
当发动机1的转速高时，曲轴转角变化1°所需的时间变短。因此，例如在高负荷区域的高旋转区域中，如前所述地进行分割喷射而在燃烧室17内进行混合气的叠层化变得困难。因此，当发动机主体2在高旋转区域(4)中运转时，发动机1不进行SPCCI燃烧而进行SI燃烧。
发动机1在该高旋转区域(4)中也对各规格(进气阀21的闭阀时期、增压压力)进行控制，以将发动机主体2的有效压缩比设为12以上，且将有效压缩比设定在相对于几何压缩比的差异为2以内的范围。此外，高旋转区域(4)在从低负荷至高负荷的负荷方向上的全部区域中扩展。
图6的符号606表示发动机主体2以高旋转区域(4)中的运转状态605运转时的燃料喷射时期(符号6051)、点火时期(符号6052)及燃烧波形(符号6053)各自的一例。
当发动机主体2的运转状态处于高旋转区域(4)时，EGR系统55将EGR气体导入至燃烧室17中。发动机1按照发动机主体2的负荷的提高而减少EGR气体的量。在全开负荷中，将EGR气体设为零即可。
当发动机主体2在高负荷低旋转区域(3)中运转时，增压器44也在其全部区域中被打开，提高增压压力(参照S/C ON)。由此，当设置有正重叠期间时，燃烧室17内的残留气体被扫气，燃烧室17中的温度下降，能够实现发动机1的高转矩化。
当发动机主体2在高旋转区域(4)中运转时，发动机1将涡流控制阀56设为全开。由此，在燃烧室17内不产生涡流，仅产生滚流。这样一来，通过将涡流控制阀56设为全开，能够在高旋转区域(4)中提高填充效率，并且能够降低泵损失。
当发动机1在高旋转区域(4)中运转时，混合气的空燃比(A/F)基本上在燃烧室17的整体中设为理论空燃比(A/F＝14.7)。混合气的空气过剩率λ设为1.0±0.2即可。此外，在包含高旋转区域(4)内的全负荷在内的高负荷区域中，也可以将混合气的空气过剩率λ设为小于1。
当发动机主体2在高旋转区域(4)中运转时，喷射器6在进气行程开始燃料喷射。此时，喷射器6集中地喷射燃料(符号6061)。此外，在运转状态605，发动机主体2的负荷高，因此燃料喷射量多。燃料的喷射期间根据燃料的喷射量而变化。这样一来，通过在进气行程中开始燃料喷射，能够在燃烧室17中形成均质或大致均质的混合气。另外，当发动机主体2的转速高时，能够尽可能长地确保燃料的气化时时间，因此也能够降低未燃损失的降低和抑制煤烟的产生。
火花塞25在燃料的喷射结束后且压缩上止点前的适当的时机对混合气进行点火(符号6062)。
如以上所述，在高旋转区域(4)中，发动机1在进气行程开始燃料喷射并进行SI燃烧，因此高旋转区域(4)能够称为“进气-SI区域”。
<发动机的控制工序>
接下来，一边参照图16的流程图一边对ECU10所执行的发动机1的运转控制进行说明。
首先，在启动后的步骤S1中，ECU10读取各种传感器SW1～SW16的信号。ECU10在接下来的步骤S2中判定发动机1的运转区域。
ECU10在步骤S3中判定发动机1是否在“SPCCI稀薄区域”(即，低负荷区域(1)-1)中运转。在该步骤S3中的判定为是时，工序进入到步骤S8。另外，在该步骤S3中的判定为否时，工序进入到步骤S4。
ECU10在步骤S4中判定发动机1是否在“SPCCIλ＝1区域”(即，中负荷区域(1)-2)中运转。在该步骤S4中的判定为是时，工序进入到步骤S9。另外，在该步骤S4中的判定为否时，工序进入到步骤S5。
ECU10在步骤S5中判定发动机1是否在“SPCCIλ≤1区域”(即，高负荷中旋转区域(2))中运转。在该步骤S5中的判定为是时，工序进入到步骤S10。另外，在该步骤S5中的判定为否时，工序进入到步骤S6。
ECU10在步骤S6中判定发动机1是否在“延迟SI区域”(即，高负荷低旋转区域(3))中运转。在该步骤S6中的判定为是时，工序进入到步骤S11。另外，在该步骤S6中的判定为否时，工序进入到步骤S7。
ECU10在步骤S7中判定发动机1的运转区域是否为“进气SI区域”(即，高旋转区域(4))。在该步骤S7中的判定为是时，工序进入到步骤S12。另外，在该步骤S7中的判定为否时，工序返回到步骤S1。
在步骤S8中，ECU10对进气电动S-VT23和排气电动S-VT24输出控制信号，以使得：进气阀21的开阀时期TIVO和排气阀22的闭阀时期T1EVC成为正重叠期间为规定的曲轴范围以上的时刻，且进气阀21的闭阀时期TIVC成为将发动机主体2的有效压缩比设为相对于几何压缩比的差异为2以内的范围的时刻。而且，ECU10对增压系统49输出控制信号，以使得：在低旋转侧的区域中不对进气通路40内的气体增压，且在高旋转侧的区域中对进气通路40内的气体增压。由此，如前所述，借助于基于增压系统49的增压和非增压的切换，能够在低旋转侧的区域进行内部EGR，并在高旋转侧的区域进行扫气。
在步骤S8中，ECU10另外对涡流控制阀56输出控制信号以将阀关闭。并且，ECU10对喷射器6输出控制信号，以使得：如图8的符号601所示那样在压缩行程中进行第一喷射6011和第二喷射6012。由此，能够在产生了强的涡流的燃烧室17中形成叠层化的混合气。在之后的步骤S13中，ECU10对火花塞25输出控制信号，以在压缩上止点前的规定时刻进行点火。由此，发动机1进行SPCCI燃烧。
在步骤S9中，ECU10对进气电动S-VT23和排气电动S-VT24输出控制信号，以使得：进气阀21的开阀时期TIVO和排气阀22的闭阀时期T1EVC成为正重叠期间为规定的曲轴范围以上的时刻，且进气阀21的闭阀时期TIVC成为将发动机主体2的有效压缩比设为相对于几何压缩比的差异为2以内的范围的时刻。而且，ECU10对增压系统49输出控制信号，以使得：在低负荷低旋转侧的区域中不对进气通路40内的气体增压，且在高旋转侧的区域和高旋转侧的区域中对进气通路40内的气体增压。由此，如前所述，借助于基于增压系统49的增压和非增压的切换，能够在低负荷低旋转侧的区域进行内部EGR，并且高负荷侧的区域和高旋转侧的区域进行扫气。
在步骤S9中，ECU10另外对涡流控制阀56输出控制信号以将阀关闭。而且，ECU10对喷射器6输出控制信号，以使得：如图8的符号602所示那样在进气行程中进行第一喷射6021，并在压缩行程中进行第二喷射6022。由此，能够在产生了强的涡流的燃烧室17中形成λ＝1的混合气。在之后的步骤S13中，ECU10对火花塞25输出控制信号以在压缩上止点前的规定的时刻进行点火。由此，发动机1进行SPCCI燃烧。
在步骤S10中，ECU10另外进气电动S-VT23和排气电动S-VT24输出控制信号，以使得：进气阀21的开阀时期TIVO和排气阀22的闭阀时期T2 EVC成为正重叠期间为规定的曲轴范围以上的时刻，且进气阀21的闭阀时期TIVC成为将发动机主体2的有效压缩比设为相对于几何压缩比的差异为2以内的范围的时刻。而且，ECU10对增压系统49输出控制信号以对进气通路40内的气体进行增压。由此，能够如前所述地进行扫气。
另外，在步骤S10中，ECU10对涡流控制阀56输出控制信号以将阀关闭。而且，ECU10对喷射器6输出控制信号，以使得：例如像图8的符号603所示那样在进气行程中进行第一喷射6031并在压缩行程中进行第二喷射6032。由此，能够在产生了强的涡流的燃烧室17中形成叠层化的混合气。在之后的步骤S13中，ECU10对火花塞25输出控制信号以在压缩上止点前的规定的时刻进行点火。由此，发动机1进行SPCCI燃烧。
在步骤S11中，ECU10对进气电动S-VT23和排气电动S-VT24输出控制信号，以使得：进气阀21的开阀时期TIVO和排气阀22的闭阀时期T1EVC成为将正重叠期间设为根据运转状态所要求的曲轴范围的时刻，且进气阀21的闭阀时期TIVC成为将发动机主体2的有效压缩比设为相对于几何压缩比的差异为2以内的范围的时刻。而且，ECU10对增压系统49输出控制信号以对进气通路40内的气体进行增压。由此，在设置有正重叠期间时，能够如前所述地进行扫气。
另外，在步骤S11中，ECU10对涡流控制阀56输出控制信号以使阀为半开。而且，ECU10对喷射器6输出控制信号，以使得：如图8的符号605所示那样在进气行程进行第一喷射6051，并从压缩行程的末期至膨胀行程的初期的延迟期间进行第二喷射6052。在之后的步骤S13中，ECU10对火花塞25输出控制信号以在燃料的喷射结束后且压缩上止点后的规定的时刻进行点火。由此，发动机1进行SI燃烧。
在步骤S12中，ECU10对进气电动S-VT23和排气电动S-VT24输出控制信号，以使得：进气阀21的开阀时期TIVO和排气阀22的闭阀时期T1EVC成为将正重叠期间设为根据运转状态所要求的曲轴范围的时刻，且进气阀21的闭阀时期TIVC成为将发动机主体2的有效压缩比设为相对于几何压缩比的差异为2以内的范围的时刻。而且，ECU10对增压系统49输出控制信号以对进气通路40内的气体进行增压。由此，当设置有正重叠期间时，能够如前所述地进行扫气。
在步骤S12中，ECU10对涡流控制阀56输出控制信号以将阀打开。而且，ECU10对喷射器6输出控制信号，以使得：如图8的符号606所示那样在进气行程中进行燃料喷射。由此，能够在燃烧室17中形成均质或大致均质的混合气。在之后的步骤S13中，ECU10对火花塞25输出控制信号以在压缩上止点前的规定的时刻进行。由此，发动机1进行SI燃烧。
根据所述的发动机1，发动机主体2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)中进行SPCCI燃烧。在SPCCI燃烧中，基于火焰传播的SI燃烧的压力上升比CI燃烧平缓，因此，能够抑制燃烧噪音的产生。另外，CI燃烧与SI燃烧相比缩短燃烧期间，因此，SPCCI燃烧有利于油耗的改善。
在SPCCI燃烧时，将发动机主体2的有效压缩比相对于几何压缩比的下降幅度设置得较小且设为2以内，且进行导入至燃烧室17内的气体的增压，因此，在燃烧室17内的压力下降的膨胀行程中能够可靠地进行压缩点火。另外，利用因几何压缩比比较高而得到的高转矩化的潜在力，能够确保发动机主体2的负荷高时所需的高转矩。
并且，在进行高负荷中旋转区域(2)中的SPCCI燃烧时，在压缩行程的后半进行燃料的喷射，因此，能够抑制混合气在自喷射燃料起至进行点火的期间进行化学反应，能够防止在压缩行程中产生过早点火、爆震异常燃烧。因此，即使在要求高转矩的高负荷中旋转区域(2)中也能够适当地进行CI燃烧。其结果是，能够抑制燃烧噪音的产生，并能够兼顾油耗性能的改善和高转矩化。
而且，根据所述的发动机1，当发动机主体2处于高负荷区域(即，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)的高负荷侧)的运转状态时，对进气通路40内的气体进行增压并设置规定的曲轴转角范围以上的重叠期间。此时，进气通路40内的气体压力被增压而相对较高，因此，在重叠期间中，残留于燃烧室17内的已燃气体被推出至排气通路50而被扫气。由此，能够降低压缩端温度从而提高有效压缩比，因此能够使膨胀功增大。
并且，根据所述的发动机1，在发动机主体3处于从低负荷区域(1)-1至高负荷区域(即，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)的高负荷侧)的区域的运转状态时，将发动机主体2的有效压缩比相对于几何压缩比的下降幅度设置得较小且设为2以内，因此，利用因几何压缩比比较高而得到的高转矩化的潜在力，能够提高发动机主体2的转矩。
根据以上，在带有增压系统的发动机1中，即使不对进气阀21的开阀时期TIVO、闭阀时期TIVC进行较大程度变更，也能够通过进气通路40内的气体的增压与非增压的切换而在低负荷区域(1)-1进行内部EGR，另一方面，在高负荷区域(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)的高负荷侧)中进行扫气，因此，在发动机主体2的负荷骤变时，也能够响应性良好地进行内部EGR与扫气的切换，能够确保有效压缩比并提高转矩。由此，能够实现发动机主体2的负荷骤变时的油耗性能的改善和转矩的提高。
此外，此处公开的技术不限定于应用于前述结构的发动机1。发动机1的结构能够采用各种各样的结构。
图17表示发动机1的结构的变形例。例如，发动机1也可以取代机械式增压器44而如图17所示地具备涡轮增压器70。
涡轮增压器70具备配置于进气通路40的压缩机71和配置于排气通路50的涡轮72。涡轮72通过向排气通路50流动的废气而旋转。压缩机71通过涡轮72的旋转驱动而旋转，对导入至燃烧室17的进气通路40内的气体进行增压。
在排气通路50设有排气旁通通路73。排气旁通通路73以绕过涡轮72的方式将排气通路50中的涡轮72的上游部与下游部彼此连接。在排气旁通通路73设有废气旁通阀74。废气旁通阀74对在排气旁通通路73中流动的废气的流量进行调节。
在本结构例中，通过涡轮增压器44、旁通通路47、空气旁通阀48、排气旁通通路73及废气旁通阀74而在进气通路40和排气通路50构成增压系统49。
发动机1通过切换空气旁通阀48和废气旁通阀74的开闭状态，来切换涡轮增压器70对导入至燃烧室17内的气体进行增压、和涡轮增压器70不对导入至燃烧室17内的气体进行增压。
在不对导入至燃烧室17内的气体进行增压时，打开废气旁通阀74。由此，在排气通路50中流动的废气绕过涡轮72、即不通过涡轮72而通过排气旁通通路73向催化转换器流动。这样一来，涡轮72不接收排气气体的流动，因此涡轮增压器70不驱动。此时，空气旁通阀48设为全开。由此，在进气通路40中流动的气体不通过压缩机71和中间冷却器46而通过旁通通路47流入至缓冲箱42。
在对导入至燃烧室17内的气体进行增压时，将废气旁通阀74设为全闭。由此，在排气通路50中流动的废气通过涡轮72向催化转换器流动。这样一来，涡轮72接收废气并旋转，涡轮增压器70驱动。当涡轮增压器70驱动时，进气通路40内的气体通过压缩机71的旋转而被增压。此时，当空气旁通阀48打开时，通过了压缩机71的气体的一部分从缓冲箱42通过旁通通路47而向压缩机71的上游倒流。进气通路40内的气体的增压压力与使用所述机械式增压器的情况同样地能够通过空气旁通阀48的开度调节来控制。
这样的基于涡轮增压器70的进气通路40内的气体的增压和非增压，例如按照图7所示的映射501切换即可。即，在低负荷区域(1)-1的低旋转侧的区域和中负荷区域(1)-2的低负荷低旋转侧的区域中不进行基于涡轮增压器70的增压，在低负荷区域(1)-1的高旋转侧的区域、中负荷区域(1)-2的高负荷侧的区域及高旋转侧的区域、高负荷中旋转区域(2)、高负荷低旋转区域(3)、高旋转区域(4)中进行基于涡轮增压器70的增压即可。
另外，此处所公开的技术除了使用对进气阀21的气门正时的相位进行变更的进气电动S-VT23以外，通过将对进气阀21的升程量进行变更的可变动阀机构、或对进气阀21的开阀角进行变更的可变动阀机构用作进气阀21的动阀机构21M，也能够实现。
另外，除了在压缩行程的后半进行第二喷射6032以外，通过在压缩行程的前半进行，也能够实现在此公开的技术。
另外，此处所公开的技术不限定于进行SPCCI燃烧的发动机，也能够广泛应用于进行自压缩点火燃烧的发动机、利用基于火花点火的点火进行燃烧的发动机。
符号说明
1 发动机
2 发动机主体
6 喷射器(燃料喷射装置)
10 ECU(控制部)
17 燃烧室
18 进气端口
19 排气端口
21 进气阀
22 排气阀
23 进气电动S-VT
25 火花塞(点火装置)
44 增压器
49 增压系统
55A 外部EGR系统
21M 进气阀的动阀机构(可变动阀机构)

Claims (14)

1.一种带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，进行活塞在气缸内两次往返的期间历经进气行程、压缩行程、膨胀行程以及排气行程的四行程运转，其特征在于，具备：
发动机主体，该发动机主体在所述气缸内的所述活塞的冠面侧具有燃烧室；
点火装置，该点火装置配置于所述燃烧室；
燃料喷射装置，该燃料喷射装置面对所述燃烧室内地配置；
增压系统，该增压系统配置于被导入至所述燃烧室内的气体所流动的进气通路；以及
控制部，该控制部与所述点火装置、所述燃料喷射装置及所述增压系统连接，且向所述点火装置、所述燃料喷射装置及所述增压系统分别输出控制信号，
所述发动机主体的几何压缩比设定为13以上，
当所述发动机主体在预先设定的高负荷区域中运转时，所述控制部将所述发动机主体的有效压缩比设为12以上且处于相对于几何压缩比的差异为2以内的范围，从而，在所述燃烧室内混合后的空气与燃料的混合气借助于所述点火装置的点火而通过火焰传播进行燃烧后，使所述燃烧室内的未燃混合气通过压缩点火而燃烧，所述控制部对所述增压系统输出控制信号以对导入至所述燃烧室内的气体进行增压，所述控制部对所述燃料喷射装置输出控制信号以在所述压缩行程中喷射燃料，所述控制部对所述点火装置输出控制信号以在燃料喷射结束后且压缩上止点前对所述燃烧室内的混合气进行点火。
2.根据权利要求1所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
还具备外部EGR系统，该外部EGR系统具有将从所述燃烧室内排出的已燃气体所流动的排气通路与所述进气通路连接的EGR通路，所述外部EGR系统连接于所述控制部，
当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述外部EGR系统输出控制信号，以使在所述排气通路流动的已燃气体的一部分在温度下降后向所述进气通路回流并向所述燃烧室导入。
3.根据权利要求2所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述外部EGR系统输出控制信号，以将导入至所述燃烧室内的已燃气体相对于全部气体的比例按质量比设为25％以上且35％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
还具备可变动阀机构，该可变动阀机构设于所述发动机主体，且连接于所述控制部，
当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以设置对所述发动机主体的进气端口进行开闭的进气阀和对排气端口进行开闭的排气阀双方开阀的重叠期间。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述燃料喷射装置输出控制信号，以在从所述进气行程至所述压缩行程的前半行程期间进行第一喷射并在该第一喷射后的所述压缩行程进行第二喷射。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
所述发动机主体的几何压缩比被设定为15以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
通过所述燃料喷射装置喷射包含汽油的燃料。
8.根据权利要求1所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
还具备可变动阀机构，该可变动阀机构设于所述发动机主体，且连接于所述控制部，
所述发动机主体的所述有效压缩比由进气阀的闭阀时期调节，在所述进气阀的闭阀时期通过所述活塞开始对所述气缸内的气体的压缩，
当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以将所述发动机主体的所述有效压缩比设定为12以上且相对于所述几何压缩比的差异为2以内。
9.根据权利要求1所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
还具备可变动阀机构，该可变动阀机构使所述发动机主体的进气端口的开闭时期可变，
所述控制部还与所述可变动阀机构连接，
所述控制部对所述增压系统输出控制信号，以使得：当所述发动机主体在预先设定的低负荷区域中运转时，不对导入至所述燃烧室内的所述进气通路内的气体进行增压，且当所述发动机主体在预先设定的所述高负荷区域中运转时，对导入至所述燃烧室内的所述进气通路内的气体进行增压，
所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以使得：当所述发动机主体在从所述低负荷区域至所述高负荷区域的区域中运转时，对所述进气端口进行开闭的进气阀的开阀时期成为将重叠期间设为规定的曲轴转角范围以上的时刻，所述重叠期间是所述进气阀和对所述发动机主体的排气端口进行开闭的排气阀双方开阀的期间，并且，所述进气阀的闭阀时期成为将所述发动机主体的有效压缩比设为相对于几何压缩比的差异为2以内的范围的时刻。
10.根据权利要求4或9所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
当所述发动机主体在所述高负荷区域中运转时，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以使得：从由所述进气阀的升程量为0.3mm的时间点所定义的开阀时期至由所述排气阀的升程量为0.3mm的时间点所定义的闭阀时期的所述重叠期间按曲轴转角被设定为40度以上。
11.根据权利要求9所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
当所述发动机主体在从所述低负荷区域至所述高负荷区域的区域中运转时，所述控制部对所述可变动阀机构输出控制信号，以使所述进气阀的开阀时期和闭阀时期成为按曲轴转角处于±5°的范围内的恒定或大致恒定的时刻。
12.根据权利要求4或9所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
所述可变动阀机构是将所述进气阀的开阀角设为恒定且将开闭时期设为可变的相位式的可变动阀机构。
13.根据权利要求1或9所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动机，其特征在于，
所述增压系统具备机械式增压器。
14.根据权利要求1或9所述的带有增压系统的预混合压缩点火式发动，其特征在于，
当所述发动机主体在预先设定的低负荷区域中运转时，所述控制部也对所述点火装置和所述燃料喷射装置输出控制信号，以使得：在借助于所述点火装置的点火而使形成于所述燃烧室内的混合气通过火焰传播进行燃烧后，所述燃烧室内的未燃混合气通过压缩点火而进行燃烧。
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