CN103670872A - 火花点火式直喷发动机 - Google Patents

Abstract

一种火花点火式直喷发动机，在从火花点火燃烧向压缩着火燃烧切换时，避免燃烧噪声增大。控制器(PCM(10))在从火花点火模式切换到压缩着火模式紧后，通过燃料压力设定机构使燃料的压力成为30MPa以上的高燃料压力，且驱动燃料喷射阀(喷射器(68))，以便至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内进行燃料喷射，由此以使气缸(18)内的混合气通过自燃来燃烧的压缩着火初期模式使发动机主体(发动机(1))。

Description

火花点火式直喷发动机

技术领域

本发明公开的技术涉及一种火花点火式直喷发动机。

背景技术

例如专利文献1所记载的那样，作为兼顾排气排放性能的提高与热效率的提高的技术，已知使气缸内的混合气压缩着火的燃烧方式。在进行这种压缩着火燃烧的发动机中，随着发动机的负载变高，压缩着火燃烧会成为压力上升剧烈的燃烧，导致燃烧噪声的增大。所以，如在专利文献1中也记载的那样，即使是进行压缩着火燃烧的发动机，在高负载侧的运转区域中，一般也不进行压缩着火燃烧、而进行基于驱动火花塞的火花点火燃烧。

在专利文献2中记载有如下技术：与专利文献1的发动机同样，在低负载低旋转的区域进行压缩着火燃烧的发动机中，在进行压缩着火燃烧的区域内，通过进行进排气门的开启期间的调整来将高温的已燃气体留在气缸内，提高气缸内的温度而促进压缩自燃燃烧，另一方面，在进行该压缩着火燃烧的区域内的高负载高旋转的区域中，通过使进气门的开启时期提前，由此在将气缸内的已燃气体向进气口侧一度吹回之后，与新气一起将已燃气体再次导入气缸内。由此，已燃气体的温度通过新气而降低，因此在压缩上止点时温度、压缩上止点时的气缸内压力变高的相对高负载高旋转的区域中，能够抑制压缩着火燃烧导致的急剧的压力上升。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-154859号公报

专利文献2：日本特开2009-197740号公报

然而，火花点火燃烧的热效率相对较低，因此燃烧气体温度变高。另一方面，压缩着火燃烧为了确保着火性，如上述的专利文献中也记载的那样，将高温的已燃气体导入气缸内。因此，在如专利文献所记载那样的切换燃烧方式的发动机中，在从火花点火燃烧向压缩着火燃烧切换紧后，气缸内的温度气氛变得比较高，而且基于火花点火燃烧的高温的已燃气体被导入气缸内，而气缸内的温度会变得过高。在该情况下，可能会导致气缸内的混合气例如在压缩行程期间中压缩着火那样的提前着火，气缸内的压力上升率(dP/dt)、即压力上升期间中的每规定时间(dt)的气缸内的压力变化(dp)的比例变得陡峭而可能导致较大的燃烧噪声。

另外，从火花点火燃烧向压缩着火燃烧的切换，例如不限于伴随着发动机的负载降低的情况，有时即使发动机的负载为等负载也进行切换，并且例如在发动机的温度从冷机向热机上升时也能够进行。

发明内容

本发明公开的技术是鉴于所述情况而进行的，其目的在于在从火花点火燃烧向压缩着火燃烧的切换时避免燃烧噪声增大。

本发明公开的技术为，在从火花点火燃烧向压缩着火燃烧的切换时，至少临时地进行提高喷射的燃料的压力、且将向气缸内喷射燃料的时期延迟到压缩上止点附近这种特征性的燃料喷射方式。该特征性的燃料喷射方式，能够避免混合气的提前着火而避免燃烧噪声的发生，还能够在膨胀行程期间内进行稳定的压缩着火燃烧。

具体地，本发明公开的技术涉及一种火花点火式直喷发动机，具备：发动机主体，具有气缸；燃料喷射阀，构成为通过向上述气缸内喷射燃料来形成混合气；燃料压力设定机构，构成为设定上述燃料喷射阀喷射的上述燃料的压力；火花塞，构成为面向上述气缸内而配设，且对上述气缸内的混合气进行点火；以及控制器，构成为通过至少控制上述燃料喷射阀、上述燃料压力设定机构及上述火花塞，由此使上述发动机主体运转。

上述控制器构成为，切换压缩着火模式和火花点火模式，该压缩着火模式进行使上述气缸内的混合气通过自燃来燃烧的压缩着火燃烧而使上述发动机主体运转，该火花点火模式进行通过驱动上述火花塞来对上述气缸内的混合气进行点火并使其燃烧的火花点火燃烧而使上述发动机主体运转，上述控制器还在从上述火花点火模式切换到上述压缩着火模式紧后，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为30MPa以上的高燃料压力，且驱动上述燃料喷射阀、以便至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内进行燃料喷射，由此，以使气缸内的混合气通过自燃来燃烧的压缩着火初期模式使上述发动机主体运转。

此处，“压缩行程后期”可以是将压缩行程区分为初期、中期及后期这三个期间的情况下的后期，同样地，“膨胀行程初期”可以是将膨胀行程区分为初期、中期及后期这三个期间的情况下的初期。

在从火花点火模式切换到压缩着火模式紧后，由于此前的基于火花点火燃烧的较高的燃烧气体温度而气缸内成为较高的温度气氛，因此在压缩着火模式中，例如即使要在进气行程中喷射燃料、且使其在压缩上止点附近压缩着火，也会成为压缩行程期间中的提前着火的燃烧而压力上升变得陡峭。

相对于此，根据上述的构成，在从火花点火模式切换到压缩着火模式紧后，执行如下的压缩着火初期模式：使燃料的压力成为30MPa以上的高燃料压力，并且在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内将燃料向气缸内喷射。

如此，至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的较迟的时期向气缸内喷射燃料，因此能够可靠地避免压缩行程期间中的提前着火。在该情况下，能够避免从火花点火模式向压缩着火模式切换紧后的燃烧噪声的增大。

此外，在使燃料压力比较高的情况下，每单位时间喷射的燃料量增多。在以相同的燃料喷射量进行了比较的情况下，较高的燃料压力能够缩短向气缸内喷射燃料的期间、即喷射期间。在该情况下，有利于使从燃料喷射的开始到压缩着火为止的时间比较短。

此外，较高的燃料压力有利于向气缸内喷射的燃料喷雾的微粒化，并且随着以较高的燃料压力向气缸内喷射燃料，处于压缩上止点附近的气缸内的紊流增强，气缸内的紊流能量提高。这些主要因素能够提高处于压缩上止点附近的气缸内的燃料的混合性，能够在短时间内形成比较均匀的可燃混合气。

如此，通过以较高的燃料压力喷射燃料而形成的比较均匀的混合气，在压缩上止点以后可靠地压缩着火，并在膨胀行程期间稳定地燃烧。即，在燃料的喷射开始后，迅速地形成比较均匀的可燃混合气，因此在压缩上止点以后的适当的时期，该可燃混合气就会可靠地压缩着火，此外，在膨胀行程中由于汽车行驶(motoring)而气缸内压力逐渐降低，因此能够避免由燃烧导致的气缸内的压力上升变得陡峭，成为比较缓慢且稳定的燃烧。另外，也可以分段进行燃料喷射，在分段喷射的情况下，分段进行的多次燃料喷射中的至少一次，在从压缩行程后期到膨胀行程初期的比较迟的时期进行即可。

也可以为，上述火花点火式发动机进一步具备排气回流机构，该排气回流机构构成为将废气导入上述气缸内，上述控制器在上述压缩着火模式时，通过上述排气回流机构向上述气缸内导入上述废气。

通过向气缸内导入废气，能够实现气缸内的温度上升，有利于促进压缩着火模式时的压缩着火，另一方面，如上述那样，通过将燃料喷射时期至少设定在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内，由此即使气缸内的温度较高也能够避免提前着火，因此能够避免燃烧噪声的增大。

也可以为，上述控制器在上述压缩着火初期模式结束后，使上述燃料喷射时期提前。

压缩着火燃烧为热效率较高的燃烧，燃烧气体温度比较低。因此，通过在压缩着火初期模式下进行压缩着火燃烧，由此气缸内的温度状态与从火花点火模式向压缩着火模式的切换紧后相比也降低。如果气缸内的温度状态降低，则不需要通过将燃料喷射时期至少设定在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内来避免提前着火。所以，在压缩着火初期模式结束后，为了转移至通常的压缩着火模式，优选使燃料喷射时期提前。由此，能够确保较长的混合气形成期间，因此有利于形成均匀混合气，在压缩着火模式下能够实现着火性的提高及燃烧稳定性的提高。

也可以为，上述控制器在上述发动机主体的运转状态处于规定的低负载区域时，以上述压缩着火模式使上述发动机主体运转，并且在上述发动机主体的运转状态处于与上述规定的低负载区域相比负载高的高负载区域时，以上述火花点火模式使上述发动机主体运转，上述控制器还在上述发动机主体的负载降低而从上述高负载区域转移至上述低负载区域紧后，以上述压缩着火初期模式使上述发动机主体运转。

在发动机主体的运转状态处于高负载区域时的火花点火模式下，燃料喷射量相对地变多，因此燃烧气体温度进一步提高。因此，随着发动机主体的负载降低而从高负载区域向低负载区域转移，在从火花点火模式切换到压缩着火模式紧后，更容易产生由气缸内的高温的气氛导致的提前着火。所以，在从高负载区域转移至低负载区域紧后，执行压缩着火初期模式，如上述那样，在该情况下，有利于避免提前着火并可靠地避免燃烧噪声的增大。即，压缩着火初期模式在伴随有从高负载区域向低负载区域转移的、从火花点火模式向压缩着火模式的切换时特别有效。

也可以为，上述控制器为，在以上述压缩着火模式使上述发动机主体运转的低负载区域内，在负载较低的特定区域内，驱动上述燃料喷射阀，以便至少在从进气行程到上述压缩行程中期的期间内进行燃料喷射，上述控制器还在上述发动机主体的负载降低而从上述高负载区域转移至上述低负载区域内的上述特定区域内紧后，以上述压缩着火初期模式使上述发动机主体运转，并且在上述压缩着火初期模式结束后，使上述燃料喷射时期至少提前到从进气行程到上述压缩行程中期的期间内。

在以压缩着火模式使发动机主体运转的低负载区域内，在负载较低的特定区域内，至少在从进气行程到上述压缩行程中期的期间内进行燃料喷射。在特定区域内，发动机主体的负载较低，因此压缩上止点时温度及压力相对较低，虽然不利于压缩着火性，但通过至少在从进气行程到上述压缩行程中期的、比较早的时期向气缸内喷射燃料，由此能够通过确保较强的气缸内的流动和较长的混合气形成期间来形成均匀混合气，因此能够使压缩着火性良好。

此处，在发动机主体的负载降低而从火花点火模式的高负载区域转移至至少在从进气行程到上述压缩行程中期的期间内进行燃料喷射的低负载区域内的特定区域内紧后，上述的提前着火的问题变得更显著。所以，在发动机主体的运转状态从高负载区域转移至低负载区域内的特定区域内紧后，执行上述的压缩着火初期模式，由此避免提前着火而避免燃烧噪声的增大。

如此，通过压缩着火初期模式的执行、而在避免燃烧噪声的增大的同时执行压缩着火燃烧，由此在气缸内的温度状态降低了之后，为了转移至通常的压缩着火模式，而使燃料喷射时期至少提前到从进气行程到压缩行程中期的期间内，由此如上述那样，压缩着火性变得良好，而能够稳定地进行压缩着火燃烧。

也可以为，上述控制器在上述压缩着火初期模式结束后，在使上述燃料喷射时期至少提前到从进气行程到上述压缩行程中期的期间内时，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为比30MPa低的低燃料压力。

也可以为，上述控制器在上述发动机主体的温度为规定温度以上的热机时，以上述压缩着火模式使上述发动机主体运转，并且在上述发动机主体的温度比上述规定温度低的冷机时，以上述火花点火模式使上述发动机主体运转，上述控制器还在上述发动机主体的温度上升而从上述火花点火模式切换到上述压缩着火模式紧后，以上述压缩着火初期模式使上述发动机主体运转。

在发动机主体的温度低于规定温度的冷机时，压缩着火性恶化，因此不能够执行压缩着火模式，而执行火花点火模式。因此，不仅在发动机主体的负载变更时，在发动机主体的温度变更时也能够引起从火花点火模式向压缩着火模式的切换。即，在从执行火花点火模式的冷机状态、发动机主体的温度上升而转移至执行压缩着火模式的热机状态时，如上述那样，通过执行压缩着火初期模式，能够避免燃烧噪声的增大。

也可以为，上述控制器在上述发动机主体的温度比上述规定温度低的冷机时，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为比30MPa低的低燃料压力，且驱动上述燃料喷射阀，以便至少在从进气行程到上述压缩行程中期的期间内进行燃料喷射，而以上述火花点火模式使上述发动机主体运转。

此外，本发明的火花点火式发动机为，具备：发动机主体，具有气缸；燃料喷射阀，构成为通过向上述气缸内喷射燃料来形成混合气；燃料压力设定机构，构成为设定上述燃料喷射阀喷射的上述燃料的压力；火花塞，构成为面向上述气缸内而配设，且对上述气缸内的混合气进行点火；以及控制器，构成为通过至少控制上述燃料喷射阀、上述燃料压力设定机构及上述火花塞，由此使上述发动机主体运转；上述控制器为，在规定的第一运转区域中以压缩着火模式使上述发动机主体运转，并且在上述第一运转区域以外的第二运转区域中以火花点火模式使上述发动机主体运转，该压缩着火模式进行使上述气缸内的混合气通过自燃来燃烧的压缩着火燃烧，该火花点火模式进行通过使上述火花塞驱动来对上述气缸内的混合气进行点火而使其燃烧的火花点火燃烧。

如此，上述控制器还在上述第一运转区域内、在发动机负载较高的特定区域内，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为30MPa以上的高燃料压力，且驱动上述燃料喷射阀、以便至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟期间内进行燃料喷射，由此使气缸内的混合气通过自燃来燃烧，上述控制器进一步在上述发动机主体的运转状态从上述第二运转区域转移至上述第一运转区域内的上述特定区域内紧后，以使上述燃料的喷射时期比该特定区域中所设定的喷射时期延迟的压缩着火初期模式使上述发动机主体运转，在该压缩着火初期模式结束后，使上述燃料的喷射时期提前、以成为上述特定区域中所设定的喷射时期。

在以压缩着火模式使发动机主体运转的第一运转区域内的负载较高的特定区域中，与负载比其低的区域相比较，压缩上止点时温度及压缩上止点时的气缸内压力能够变高，因此例如在进气行程期间中这种比较早的正时喷射了燃料的情况下，可能会导致提前着火。

所以，在上述的构成中，在第一运转区域内的负载较高的特定区域中，使燃料的压力成为30MPa以上的高燃料压力，并且在从压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟期间内，将燃料向气缸内喷射。由此，与上述同样地，能够避免压缩行程期间中的提前着火，而且膨胀行程期间中的燃烧稳定化。

如此，在发动机主体的运转状态从进行火花点火燃烧的第二运转区域转移至第一运转区域的特定区域紧后，执行与延迟期间内所设定的喷射时期相比喷射时期进一步延迟的压缩着火初期模式。压缩着火初期模式下的喷射时期，可以为延迟期间内、也可以比延迟期间滞后。由此，能够可靠地避免提前着火，能够可靠地避免燃烧噪声的增大。

通过压缩着火初期模式的执行，在气缸内的温度状态降低了之后，将燃料的喷射时期提前到延迟期间内所设定的喷射时期。由此，燃烧期间向压缩上止点接近燃料喷射时期提前的量。在该情况下，在第一运转区域中负载相对高的特定区域中，有利于在避免提前着火的同时确保需要的扭矩。

也可以为，上述第一运转区域是发动机负载为规定负载以下的低负载区域，上述第二运转区域是与上述规定负载相比发动机负载高的高负载区域。

由此，从第二运转区域向第一运转区域的特定区域的转移，根据发动机主体的运转状态、与从高负载区域向低负载区域的转移相对应，因此如上述那样，通过压缩着火初期模式来避免燃烧噪声的增大特别有效。

也可以为，上述控制器在上述第一运转区域内的发动机负载较低的低负载区域中，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为比30MPa低的低燃料压力，且驱动上述燃料喷射阀、以便至少在从进气行程到上述压缩行程中期的期间内进行燃料喷射。

发明的效果

如以上说明的那样，该火花点火式直喷发动机为，在从火花点火模式切换到压缩着火模式紧后，通过至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内、以30MPa以上的较高的燃料压力向气缸内喷射燃料，由此能够避免提前着火而避免燃烧噪声的增大。

附图说明

图1是表示火花点火式直喷发动机的构成的概略图。

图2是火花点火式直喷发动机的控制的框图。

图3是放大表示燃烧室的剖视图。

图4是例示发动机的运转区域的图。

图5中，(a)是在CI模式下进行进气行程喷射的情况下的燃料喷射时期的一例、和伴随其的CI燃烧的热释放率的例示，(b)是在CI模式下进行高压延迟喷射的情况下的燃料喷射时期的一例、和伴随其的CI燃烧的热释放率的例示，(c)是在SI模式下进行高压延迟喷射的情况下的燃料喷射时期及点火时期的一例、和伴随其的SI燃烧的热释放率的例示，(d)是在SI模式下进行进气行程喷射和高压延迟喷射的分段喷射的情况下的燃料喷射时期及点火时期的一例、和伴随其的SI燃烧的热释放率的例示。

图6是对基于高压延迟喷射的SI燃烧的状态与以往的SI燃烧的状态进行比较的图。

图7是说明从SI模式向CI模式切换时的燃料喷射的控制的时间图。

图8是说明从SI模式向CI模式切换时的燃烧温度的控制的时间图。

图9是说明从SI模式向CI模式切换时的EGR率的控制的时间图。

符号的说明

1   发动机(发动机主体)

10  PCM(控制器)

18  气缸

25  火花塞

50  EGR通路(排气回流机构)

51  主通路(排气回流机构)

511 EGR阀(排气回流机构)

52  EGR冷却器(排气回流机构)

53  EGR冷却器旁通通路(排气回流机构)

531 EGR冷却器旁通阀(排气回流机构)

62  燃料供给***(燃料压力设定机构)

67  喷射器(燃料喷射阀)

71  VVL(排气回流机构)

具体实施方式

以下，根据附图来说明火花点火式直喷发动机的实施方式。以下的优选实施方式的说明为例示。图1、图2表示发动机(发动机主体)1的概略构成。该发动机1是搭载在车辆上、并且被供给至少含有汽油的燃料的火花点火式汽油发动机。发动机1具有：设置有多个气缸18的气缸体11(另外，在图1中仅图示一个气缸，但例如直列地设置有四个气缸)；配设在该气缸体11上的气缸盖12；以及配设在气缸体11的下侧、存积有润滑油的油底壳13。在各气缸18内，能够往复运动地嵌插有经由连杆142与曲轴15连结的活塞14。在活塞14的顶面上，如在图3中放大表示的那样，形成有柴油发动机中的凹型那样的腔141。在活塞14位于压缩上止点附近时，腔141与后述的喷射器67相对。气缸盖12、气缸18及具有腔141的活塞14划分出燃烧室19。另外，燃烧室19的形状并不限定于图示的形状。例如，腔141的形状、活塞14的顶面形状及燃烧室19的顶棚部的形状等能够适宜地变更。

该发动机1为，以理论热效率的提高、后述的压缩着火燃烧的稳定化等为目的，而设定为15以上的比较高的几何压缩比。另外，几何压缩比在15以上20以下程度的范围内适宜地设定即可。

在气缸盖12上，按照每个气缸18形成有进气口16及排气口17，并且在这些进气口16及排气口17分别配设有对燃烧室19侧的开口进行开闭的进气门21及排气门22。

在分别驱动进气门21及排气门22的气门传动***内，在排气侧设置有将排气门22的动作模式切换为通常模式和特殊模式的、例如液压动作式的可变机构(参照图2。以下称为VVL(Variable Valve Lift：可变气门升程))71。虽然省略其构成的详细图示，但VVL71构成为，包括：具有一个凸轮尖的第一凸轮和具有两个凸轮尖的第二凸轮这两种凸轮轮廓不同的凸轮；以及将该第一及第二凸轮中任一个凸轮的动作状态选择性地向排气门22传递的空动机构。在将第一凸轮的动作状态向排气门22传递时，排气门22以在排气行程中仅开启一次的通常模式进行动作，相对于此，在将第二凸轮的动作状态向排气门22传递时，排气门22以进行在排气行程中开启并且在进气行程中也开启那样的、所谓排气的二次开启的特殊模式进行动作。VVL71的通常模式和特殊模式根据发动机的运转状态来切换。具体地，特殊模式在内部EGR的控制时被利用。在以下的说明中，有时将使VVL71以通常模式动作、不进行排气二次开启的情况称为“将VVL71关闭”，将使VVL71以特殊模式动作、进行排气二次开启的情况称为“将VVL71开启”。另外，也可以采用不仅能够进行这种通常模式与特殊模式的切换、还通过电磁促动器来驱动排气门22的电磁驱动式的气门传动***。此外，内部EGR的执行并非仅通过排气二次开启来实现。例如也可以通过将进气门21开启两次的、进气的二次开启来进行内部EGR控制，还可以进行设置在排气行程至进气行程中将进气门21及排气门22双方关闭的负重叠(negative overlap)期间而使已燃气体残留在气缸18内的内部EGR控制。

相对于具备VVL71的排气侧的气门传动***，如图2所示，在进气侧设置有：能够变更进气凸轮轴相对于曲轴15的旋转相位的相位可变机构(以下称为VVT(Variable Valve Timing：可变气门正时))72；以及能够连续地变更进气门21的升程量的升程量可变机构(以下称为CVVL(ContinuouslyVariable Valve Lift：连续可变气门升程))73。VVT72适宜地采用液压式、电磁式或机械式的公知构造即可，省略关于其详细构造的图示。此外，CVVL73也能够适宜地采用公知的各种构造，省略关于其详细构造的图示。通过VVT72及CVVL73，进气门21能够分别变更其开启正时及关闭正时、以及升程量。

在气缸盖12上，还按照每个气缸18安装有向气缸18内直接喷射燃料的喷射器67。如在图3中放大表示的那样，喷射器67被配设为，其喷口从燃烧室19的顶棚面的中央部分面向该燃烧室19内。喷射器67以根据发动机1的运转状态而设定的喷射正时、且将与发动机1的运转状态相对应的量的燃料向燃烧室19内直接喷射。在该例中，虽然省略详细的图示，但喷射器67为具有多个喷口的多喷口型的喷射器。由此，喷射器67以燃料喷雾从燃烧室19的中心位置放射状地扩散的方式喷射燃料。如在图3中用箭头表示的那样，在活塞14位于压缩上止点附近的正时、以从燃烧室19的中央部分放射状地扩散的方式喷射的燃料喷雾，沿着活塞顶面上所形成的腔141的壁面流动。换言之，腔141形成为，将在活塞14位于压缩上止点附近的正时所喷射的燃料喷雾收纳在其内部。该多喷口型的喷射器67与腔141的组合，是在燃料的喷射后缩短混合气形成期间、并且缩短燃烧期间的方面有利的构成。另外，喷射器67并不限定于多喷口型的喷射器，也可以采用向外打开式的喷射器。

未图示的燃料箱与喷射器67之间通过燃料供给路径相互连结。在该燃料供给路径上设置有燃料供给***62，该燃料供给***62包括燃料泵63和共轨64，且能够以比较高的燃料压力向喷射器67供给燃料。燃料泵63从燃料箱向共轨64压送燃料，共轨64能够以比较高的燃料压力来蓄积压送来的燃料。通过喷射器67开启，由此从喷射器67的喷口喷射共轨64中所蓄积的燃料。此处，虽然省略图示，但燃料泵63为柱塞式的泵，并由发动机1驱动。包括该发动机驱动的泵的构成的燃料供给***62，能够向喷射器67供给30MPa以上的较高的燃料压力的燃料。燃料压力最大也可以设定为120MPa程度。向喷射器67供给的燃料的压力，如后述那样，能够根据发动机1的运转状态来变更。另外，燃料供给***62并不限定于该构成。

如图3所示，在气缸盖12上还安装有对燃烧室19内的混合气进行点火的火花塞25。在该例中，火花塞25被配置为，以从发动机1的排气侧向斜下方延伸的方式贯通到气缸盖12内。如图3所示，火花塞25的前端面向位于压缩上止点的活塞14的腔141内地配置。

如图1所示，在发动机1的一个侧面上，以与各气缸18的进气口16连通的方式连接有进气通路30。另一方面，在发动机1的另一个侧面上，连接有将来自各气缸18的燃烧室19的已燃气体(废气)排出的排气通路40。

在进气通路30的上游端部配设有对吸入空气进行过滤的空气滤清器31。此外，在进气通路30的下游端附近配设有稳压箱33。比该稳压箱33更靠下游侧的进气通路30，成为向各气缸18的每个分支的独立通路，这些各独立通路的下游端分别与各气缸18的进气口16连接。

在进气通路30上的空气滤清器31与稳压箱33之间，配设有对空气进行冷却或加热的水冷式的中冷器/加热器34、以及对向各气缸18的吸入空气量进行调节的节气门36。在进气通路30上还连接有对中冷器/加热器34进行旁通的中冷器旁通通路35，在该中冷器旁通通路35上配设有用于对在该通路35中通过的空气流量进行调整的中冷器旁通阀351。通过中冷器旁通阀351的开度调整，对中冷器旁通通路35的通过流量与中冷器/加热器34的通过流量的比例进行调整，由此能够对向气缸18导入的新气的温度进行调整。

排气通路40上游侧的部分由排气歧管构成，该排气歧管具有向各气缸18的每个分支而与排气口17的外侧端连接的独立通路以及该各独立通路进行集合的集合部。在该排气通路40上的比排气歧管更靠下游侧，作为对废气中的有害成分进行净化的排气净化装置，分别连接有直接催化剂41和下级(underfoot)催化剂42。直接催化剂41及下级催化剂42分别构成为，具备筒状壳体和配置在该壳体内的流路上的例如三元催化剂。

进气通路30上的稳压箱33与节气门36之间的部分、和排气通路40上的比直接催化剂41更靠上游侧的部分，经由用于使废气的一部分回流到进气通路30中的EGR通路50连接。该EGR通路50构成为，包括：主通路51，配设有用于通过发动机冷却水来冷却废气的EGR冷却器52；以及用于对EGR冷却器52进行旁通的EGR冷却器旁通通路53。在主通路51上配设有用于对废气向进气通路30的回流量进行调整的EGR阀511，在EGR冷却器旁通通路53上配设有用于对在EGR冷却器旁通通路53中流通的废气的流量进行调整的EGR冷却器旁通阀531。

如此构成的发动机1由动力***控制模块(以下称为PCM)10控制。PCM10由具有CPU、存储器、计数计时器(counter timer)组、接口及连接这些单元的总线的微处理器构成。该PCM10构成控制器。

如图1、2所示，向PCM10输入各种传感器SW1～SW16的检测信号。该各种传感器包括如下的传感器。即，在空气滤清器31的下游侧检测新气的流量的空气流量传感器SW1及检测新气的温度的进气温度传感器SW2、配置在中冷器/加热器34的下游侧且检测通过了中冷器/加热器34后的新气的温度的第二进气温度传感器SW3、配置在EGR通路50上的与进气通路30的连接部附近且检测外部EGR气体的温度的EGR气体温度传感器SW4、安装在进气口16且检测向气缸18内流入紧前的进气的温度的进气口温度传感器SW5、安装在气缸盖12上且检测气缸18内的压力的缸内压力传感器SW6、配置在排气通路40上的与EGR通路50的连接部附近且分别检测排气温度及排气压力的排气温度传感器SW7及排气压力传感器SW8、配置在直接催化剂41的上游侧且检测排气中的氧浓度的线性O2传感器SW9、配置在直接催化剂41与下级催化剂42之间且检测排气中的氧浓度的λO2传感器SW10、检测发动机冷却水的温度的水温传感器SW11、检测曲轴15的旋转角的曲轴转角传感器SW12、检测与车辆的油门踏板(图示省略)的操作量相对应的油门开度的油门开度传感器SW13、进气侧及排气侧的凸轮转角传感器SW14、SW15、以及安装在燃料供给***62的共轨64上且检测向喷射器67供给的燃料压力的燃料压力传感器SW16。

PCM10通过根据这些检测信号来进行各种运算，由此判定发动机1、车辆的状态，并与其对应地向喷射器67、火花塞25、进气门侧的VVT72及CVVL73、排气门侧的VVL71、燃料供给***62、以及各种阀(节气门36、中冷器旁通阀351、EGR阀511及EGR冷却器旁通阀531)的促动器输出控制信号。如此，PCM10使发动机1运转。

图4表示发动机1的热机时的运转区域的一例。该发动机1以燃料消耗率的提高、排气排放性能的提高为目的，在发动机负载相对低的低负载区域，不进行基于火花塞25的点火，而进行通过压缩自燃来进行燃烧的压缩着火燃烧。但是，随着发动机1的负载变高，在压缩着火燃烧中，燃烧会变得过于剧烈，例如会产生燃烧噪声等问题。因此，在该发动机1中，在发动机负载相对高的高负载区域，停止压缩着火燃烧，而切换到利用火花塞25的火花点火燃烧。如此，该发动机1构成为，根据发动机1的运转状态、尤其是发动机1的负载，切换进行压缩着火燃烧的CI(Compression Ignition)模式、和进行火花点火燃烧的SI(Spark Ignition)模式。但是，模式切换的界线并不限定于图例。

CI模式进一步根据发动机负载的高低而被分为三个区域。具体地，在CI模式下，在负载最低的区域(1)中，为了提高压缩着火燃烧的着火性及稳定性，而将温度相对高的热EGR气体导入气缸18内。这通过将VVL71开启、而进行将排气门22在进气行程中开启的排气的二次开启来实现。热EGR气体的导入会提高气缸18内的压缩上止点时温度，在轻负载的区域(1)中，有利于提高压缩着火燃烧的着火性及稳定性。此外，如图5(a)所示，在区域(1)中，至少在从进气行程到压缩行程中期的期间内，喷射器67向气缸18内喷射燃料，由此形成均匀的稀混合气。混合气的空气过剩率λ例如也可以设定为2.4以上，由此能够抑制Raw NOx的生成，能够提高排气排放性能。如此，如图5(a)所示，该稀混合气在压缩上止点附近压缩自燃。

在区域(1)中的负载较高的区域、具体地是包括区域(1)与区域(2)的边界的区域中，至少在从进气行程到压缩行程中期的期间内，向气缸18内喷射燃料，但是将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)。通过成为理论空燃比，由此变得能够利用三元催化剂，并且如后述那样，在SI模式下也使混合气的空燃比成为理论空燃比，因此SI模式与CI模式之间的切换时的控制简化，并且还有助于使CI模式向高负载侧扩大。

在CI模式下，在与区域(1)相比负载高的区域(2)中，与区域(1)的高负载侧同样地，至少在从进气行程到压缩行程中期的期间内，向气缸18内喷射燃料(参照图5(a))，形成均匀的理论空燃比(λ≈1)的混合气。

在区域(2)中，随着发动机负载的上升，气缸18内的温度自然地提高，因此为了避免提前着火而使热EGR气体量降低。这通过对向气缸18内导入的内部EGR气体量进行调整来实现。此外，有时通过对将EGR冷却器52旁通了的外部EGR气体量进行调整，来调整热EGR气体量。

在区域(2)中，进一步将温度相对低的冷EGR气体向气缸18内导入。如此，通过将高温的热EGR气体和低温的冷EGR气体以适宜的比例向气缸18内导入，由此使气缸18内的压缩上止点时温度适当，在确保压缩着火的着火性的同时还避免急剧的燃烧，从而实现压缩着火燃烧的稳定化。另外，将热EGR气体及冷EGR气体合计的、向气缸18内导入的EGR气体的比例、即EGR率，在将混合气的空燃比设定为λ≈1的条件下，被设定为尽可能高的EGR率。因此，在区域(2)中，随着发动机负载的增大、而燃料喷射量增大，因此EGR率会逐渐降低。

在包括CI模式与SI模式的切换界线的、CI模式下负载最高的区域(3)中，气缸18内的压缩上止点时温度进一步变高，因此如区域(1)、区域(2)那样，当在从进气行程到压缩行程中期的期间内向气缸18内喷射燃料时，会产生提前着火等异常燃烧。另一方面，当大量导入温度较低的冷EGR气体而要使气缸内的压缩上止点时温度降低时，这次压缩着火的着火性会恶化。即，仅通过气缸18内的温度控制，不能够稳定地进行压缩着火燃烧，因此在该区域(3)中，除了气缸18内的温度控制，还对燃料喷射方式进行研究，由此在避免提前着火等异常燃烧的同时实现压缩着火燃烧的稳定化。具体地，该燃料喷射方式为，以与以往相比大幅度地高压化了的燃料压力，如图5(b)所示那样，至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间(以下将该期间称为延迟期间)内，向气缸18内执行燃料喷射。以下，将该特征性的燃料喷射方式称为“高压延迟喷射”或简称为“延迟喷射”。通过这种高压延迟喷射，能够在避免区域(3)中的异常燃烧的同时实现压缩着火燃烧的稳定化。关于该高压延迟喷射的详细将后述。

在区域(3)中，与区域(2)同样地，以适宜的比例将高温的热EGR气体和低温的冷EGR气体向气缸18内导入。由此，使气缸18内的压缩上止点时温度适当而实现压缩着火燃烧的稳定化。

相对于根据发动机负载的高低而被分为三个区域的CI模式，SI模式根据发动机转速的高低而被分为区域(4)和区域(5)这两个区域。在图例中，区域(4)相当于将发动机1的运转区域区分为低速、高速这两个时的低速区域，区域(5)相当于高速区域。区域(4)与区域(5)的边界为，在图4所示的运转区域中，相对于负载的高低向转速方向倾斜，但区域(4)与区域(5)的边界并非限定于图例。

在区域(4)及区域(5)的各自中，混合气与区域(2)及区域(3)同等地被设定为理论空燃比(λ≈1)。因此，混合气的空燃比跨越CI模式与SI模式的边界而成为理论空燃比(λ≈1)、成为一定。在该情况下，能够利用三元催化剂。此外，在区域(4)及区域(5)中，基本上使节气门36全开，而通过EGR阀511的开度调整，来调整向气缸18内导入的新气量及外部EGR气体量。如此调整向气缸18内导入的气体比例，能够实现泵损失的降低，并且通过将大量的EGR气体向气缸18内导入，能够将火花点火燃烧的燃烧温度抑制得较低，还能够实现冷却损失的降低。在区域(4)及区域(5)中，主要将通过EGR冷却器52冷却了的外部EGR气体向气缸18导入。由此，还存在有利于避免异常燃烧、并且抑制Raw NOx的生成这种优点。另外，在全开负载区域中，通过将EGR阀511关闭，而使外部EGR为零。

另外，在区域(4)及区域(5)中，也可以不导入EGR气体，而是中止其导入、而通过根据喷射的燃料量来控制节气门36的开度，由此调整向气缸18内导入的新气量，以便成为理论空燃比(λ≈1)。

如上述那样，该发动机1的几何压缩比被设定为15以上(例如18)。较高的压缩比会提高压缩上止点时温度及压缩上止点时的气缸内压力，因此在CI模式的、尤其是低负载的区域(例如区域(1))中，有利于压缩着火燃烧的稳定化。另一方面，该高压缩比发动机1具有在高负载区域的SI模式下，容易产生提前着火、爆震这种异常燃烧的问题。

所以，在该发动机1中，在SI模式的区域(4)、区域(5)中，通过进行上述的高压延迟喷射，来避免异常燃烧。更详细地，在区域(4)中，如图5(c)所示，以30MPa以上的高燃料压力，在从压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟期间内，仅进行对气缸18内执行燃料喷射的高压延迟喷射。相对于此，在区域(5)中，如图5(d)所示，将喷射的燃料的一部分、在进气门21开启的进气行程期间内向气缸18内喷射，并且将剩余的燃料在延迟期间内向气缸18内喷射。即，在区域(5)中，进行燃料的分段喷射。此处，进气门21开启的进气行程期间，并不是根据活塞位置来定义的期间，而是根据进气门的开闭来定义的期间，此处所说的进气行程，有时根据由CVVL73、VVT72变更的进气门21的关闭时期，而相对于活塞到达进气下止点的时刻偏离。

接着，参照图6对SI模式下的高压延迟喷射进行说明。图6是比较基于上述的高压延迟喷射的SI燃烧(实线)与在进气行程中执行燃料喷射的以往的SI燃烧(虚线)的、热释放率(上图)及未燃混合气反应进行度(下图)的不同的图。图6的横轴为曲轴转角。作为该比较的前提，发动机1的运转状态均为高负载的低速区域(即区域(4))，喷射的燃料量在基于高压延迟喷射的SI燃烧与以往的SI燃烧的情况下彼此相同。

首先，在以往的SI燃烧中，在进气行程中向气缸18内执行规定量的燃料喷射(上图的虚线)。在气缸18内，在该燃料的喷射后、到活塞14到达压缩上止点的期间，形成比较均匀的混合气。而且，在该例中，在压缩上止点以后的、由白圆圈表示的规定正时执行点火，由此燃烧开始。在燃烧的开始后，如在图6的上图中由虚线所示那样，经过热释放率的峰值而燃烧结束。从燃料喷射的开始到燃烧的结束为止的期间相当于未燃混合气的能够反应时间(以下有时简称为能够反应时间)，如在图6的下图中由虚线所示那样，在该期间未燃混合气的反应逐渐进行。该图中的点线，表示未燃混合气达到着火的反应度、即着火阈值，以往的SI燃烧为，与为低速区域的情况相互结合，而能够反应时间非常长，在此期间，未燃混合气的反应持续进行，因此在点火的前后未燃混合气的反应度会超过点火阈值，会产生提前着火或爆震这种异常燃烧。

相对于此，高压延迟喷射以实现能够反应时间的缩短、由此避免异常燃烧为目的。即，如在图6中也表示的那样，能够反应时间为，将喷射器67喷射燃料的期间((1)喷射期间)、喷射结束后到在火花塞25周围形成可燃混合气为止的期间((2)混合气形成期间)、以及到通过点火而开始了的燃烧结束为止的期间((3)燃烧期间)相加了的时间、即(1)+(2)+(3)。高压延迟喷射将喷射期间、混合气形成期间及燃烧期间分别缩短，由此缩短能够反应时间。对此按顺序进行说明。

首先，较高的燃料压力使每单位时间从喷射器67喷射的燃料量相对增多。因此，在使燃料喷射量一定的情况下，燃料压力与燃料的喷射期间的关系大概为，燃料压力越低则喷射期间越长，燃料压力越高则喷射期间越短。因此，与以往相比燃料压力被设定为大幅度提高的高压延迟喷射，能够缩短喷射期间。

此外，较高的燃料压力有利于向气缸18内喷射的燃料喷雾的微粒化，并且使燃料喷雾的飞行距离更长。因此，燃料压力与燃料蒸发时间的关系大概为，燃料压力越低则燃料蒸发时间越长，燃料压力越高则燃料蒸发时间越短。此外，燃料压力与燃料喷雾到达火花塞25周围为止的时间的关系大概为，燃料压力越低则到到达为止的时间越长，燃料压力越高则到到达为止的时间越短。混合气形成期间为将燃料蒸发时间与燃料喷雾到达火花塞25周围的时间相加了的时间，因此燃料压力越高则混合气形成期间越短。因此，与以往相比燃料压力被设定为大幅度提高的高压延迟喷射为，燃料蒸发时间及燃料喷雾到达火花塞25周围的时间分别缩短，结果使混合气形成期间缩短。相对于此，如在该图中用白圆圈所示那样，以往的以较低的燃料压力的进气行程喷射，混合气形成期间大幅度变长。另外，多喷口型的喷射器67与腔141的组合，在SI模式下，会缩短燃料的喷射后到燃料喷雾到达火花塞25周围为止的时间，结果对混合气形成期间的缩短有效。

如此，缩短喷射期间及混合气形成期间，能够使燃料的喷射正时、更准确地是喷射开始正时成为比较迟的正时。所以，在高压延迟喷射中，如图6的上图所示，在从压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟期间内进行燃料喷射。随着以较高的燃料压力向气缸18内喷射燃料，该气缸内的紊流增强，气缸18内的紊流能量增高，该较高的紊流能量与燃料喷射的正时被设定为比较迟的正时的情况相互结合，而有利于燃烧期间的缩短。

即，在延迟期间内进行了燃料喷射的情况下，燃料压力与燃烧期间内的紊流能量的关系大概为，燃料压力越低则紊流能量越低，燃料压力越高则紊流能量越高。此处，即使以较高的燃料压力向气缸18内喷射燃料，在其喷射正时处于进气行程中的情况下，由于到点火正时为止的时间较长、在进气行程后的压缩行程中气缸18内被压缩，因此气缸18内的紊流也会衰减。结果，在进气行程中进行了燃料喷射的情况下，燃烧期间内的紊流能量、无论燃料压力的高低都会变得比较低。

燃烧期间的紊流能量与燃烧期间的关系大概为，紊流能量越低则燃烧期间越长，紊流能量越高则燃烧期间越短。因此，燃料压力与燃烧期间的关系为，燃料压力越低则燃烧期间越长，燃料压力越高则燃烧期间越短。即，高压延迟喷射会缩短燃烧期间。相对于此，以往的以较低的燃料压力的进气行程喷射，使燃烧期间变长。另外，多喷口型的喷射器67有利于气缸18内的紊流能量的提高，而对燃烧期间的缩短有效，并且通过该多喷口型的喷射器67与腔141的组合，来将燃料喷雾收纳在腔141内，对燃烧期间的缩短也有效。

如此，高压延迟喷射使喷射期间、混合气形成期间及燃烧期间分别缩短，结果，如图6所示，能够使从燃料的喷射开始正时SOI到燃烧结束时期θend为止的、未燃混合气的能够反应时间，与以往的进气行程中的燃料喷射的情况相比大幅度缩短。缩短该能够反应时间的结果，如图6的上段所示的图那样，在以往的以较低的燃料压力的进气行程喷射中，如白圆圈所示那样，燃烧结束时的未燃混合气的反应进行度会超过着火阈值，会产生异常燃烧，而高压延迟喷射为，如黑圆圈所示那样，能够抑制燃烧结束时的未燃混合气的反应的进行，并能够避免异常燃烧。另外，在图6的上图中的白圆圈和黑圆圈，点火正时被设定为彼此相同的正时。

通过将燃料压力设定为例如30MPa以上，由此能够有效地缩短燃烧期间。此外，30MPa以上的燃料压力还能够分别有效地缩短喷射期间及混合气形成期间。另外，燃料压力优选根据至少含有汽油的、使用燃料的性状来适宜地设定。其上限值，作为一例，也可以为120MPa。

高压延迟喷射为，通过对向气缸18内的燃料喷射的方式进行研究来避免SI模式下的异常燃烧的产生。与此不同，一直以来已知的是，以避免异常燃烧为目的而使点火正时滞后。点火正时的滞后化为，通过抑制未燃混合气的温度及压力的上升，来抑制其反应的进行。但是，点火正时的滞后化会导致热效率及扭矩的降低，相对于此，在进行高压延迟喷射的情况下，能够使点火正时提前通过对燃料喷射的方式进行研究而避免异常燃烧的量，因此热效率及扭矩提高。即，高压延迟喷射不仅能够避免异常燃烧，还能够使点火正时提前其能够避免的量，而有利于燃料消耗率的提高。

如以上说明的那样，SI模式下的高压延迟喷射能够分别缩短喷射期间、混合气形成期间及燃烧期间，但在CI模式的区域(3)中进行的高压延迟喷射，能够分别缩短喷射期间及混合气形成期间。即，通过向气缸18内以较高的燃料压力喷射燃料，由此气缸18内的紊流增强，因此微粒化了的燃料的混合性提高，即使在压缩上止点附近的较迟的正时喷射燃料，也能够迅速地形成比较均匀的混合气。

CI模式下的高压延迟喷射为，在负载比较高的区域中、在压缩上止点附近的较迟的正时喷射燃料，由此例如防止压缩行程期间中的提前着火，并且如上述那样，能够迅速地形成大致均匀的混合气，因此在压缩上止点以后、能够使其可靠地压缩着火。如此，在由于汽车行驶而气缸18内的压力逐渐降低的膨胀行程期间内，通过进行压缩着火燃烧，由此燃烧变得缓慢，能够避免与压缩着火燃烧相伴随的气缸18内的压力上升(dP/dt)变得陡峭。如此，能够消除NVH(Noise,Vibration,and Harshness)的制约，结果，CI模式的区域向高负载侧扩大。

返回SI模式的说明，如上述那样，SI模式的高压延迟喷射，虽然通过在延迟期间内进行燃料喷射来缩短未燃混合气的能够反应时间，可是该能够反应时间的缩短，在发动机1的转速比较低的低速区域中、相对于曲轴转角变化的实际时间较长，因此是有效的，相对于此，在发动机1的转速比较高的高速区域中，相对于曲轴转角变化的实际时间较短，因此并不十分有效。反之，在延迟喷射中，将燃料喷射时期设定在压缩上止点附近，因此在压缩行程中，不包含燃料的缸内气体、换言之比热容比高的空气被压缩。结果，在高速区域中，气缸18内的压缩上止点时温度变高，该较高的压缩上止点时温度会导致爆震。因此，在区域(5)中仅进行延迟喷射时，会产生必须使点火正时滞后化而避免爆震的情况。

所以，如图4所示，在SI模式下，在转速相对高的区域(5)中，如图5(d)所示，将喷射的燃料的一部分、在进气行程期间内向气缸18内喷射，并且将剩余的燃料在延迟期间内向气缸18内喷射。在进气行程喷射中，使压缩行程中的缸内气体(即包含燃料的混合气)的比热容比下降，由此能够将压缩上止点时温度抑制得较低。如此，能够通过降低压缩上止点时温度来抑制爆震，因此能够使点火正时提前。

此外，通过进行高压延迟喷射，由此如上述那样，在压缩上止点附近的气缸18内(燃烧室19内)紊流增强，燃烧期间变短。该情况也有利于抑制爆震，能够使点火正时进一步提前。如此，在区域(5)中，通过进行进气行程喷射和高压延迟喷射的分段喷射，能够避免异常燃烧，并且使热效率提高。

另外，为了在区域(5)中缩短燃烧期间，也可以取代进行高压延迟喷射而采用多点点火构成。即，将多个火花塞面向燃烧室内配置，在区域(5)中，执行进气行程喷射、并且驱动该多个火花塞的各自，由此进行多点点火。由此，火焰从燃烧室19内的多个火种的各自扩展，因此，火焰的扩展较快而燃烧期间缩短。结果，与采用了高压延迟喷射的情况同样地缩短燃烧期间，而有利于热效率的提高。

(从SI模式向CI模式切换时的控制)

火花点火燃烧与压缩着火燃烧相比较热效率较低，因此燃烧气体温度相对变高。

另一方面，在进行压缩着火燃烧的CI模式下，如上述那样，为了确保压缩着火的着火性，而将内部EGR气体或外部EGR气体向气缸18内导入，由此提高气缸18内的温度状态。

在从燃烧气体温度相对高的SI模式切换到CI模式紧后，气缸18内为高温的气氛，并且通过火花点火燃烧而产生的温度较高的废气被向气缸18内导入，由此在气缸18内的温度状态较高的状态下进行压缩着火燃烧。在这种情况下，例如当在进气行程中那样的比较早的时期向气缸18内进行燃料喷射时，可能会产生压缩行程期间中的提前着火，气缸18内的压力上升率(dP/dt)变得陡峭而产生较大的燃烧噪声。

所以，在该发动机1中，执行用于避免从SI模式向CI模式切换紧后的提前着火、并避免燃烧噪声的增大的各种过渡控制。

此处，从SI模式向CI模式的切换，例如相当于在图4所示的热机时的运转映射中、发动机1的负载从成为SI模式的高负载区域向成为CI模式的低负载区域转移的情况。即，随着发动机1的负载降低，从SI模式向CI模式切换。另外，在SI模式与CI模式的边界附近，也有时发动机1在等负载的状态下从SI模式向CI模式切换。

此外，在发动机1的温度低于规定温度的冷机或者半暖机时，压缩着火燃烧不稳定化，因此虽然图示省略，但不执行CI模式，而在发动机1的全部运转区域中执行SI模式。另一方面，如图4所示，在发动机1的温度为规定温度以上的热机时，执行CI模式。因此，随着发动机1的温度上升而成为热机状态，有时发动机负载以等负载从SI模式向CI模式切换。

(利用了高压延迟的压缩着火初期模式)

图7表示在从SI模式向CI模式切换紧后，通过执行利用高压延迟喷射的压缩着火初期模式，来避免燃烧模式切换紧后的提前着火的控制例。具体地，图7表示从SI模式向CI模式切换时的、燃料喷射时期及火花点火时期的变更、缸内压力的变化、进排气门的开启状态的变更、节气门的开度变更、以及气缸内的气体状态的变化的一例。在图7中，曲轴转角(即时间)沿纸面从左到右的方向前进。另外，在图7中，为了容易理解，使发动机1以等负载从SI模式向CI模式切换，在SI模式下，不导入EGR气体，而进行节气门36的开度调整。

首先，在图7中的最左侧的第一个循环中，以SI模式运转，此处，在进气行程期间中执行燃料喷射，并且在压缩上止点附近执行火花点火。将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，调节节气门，以成为与燃料喷射量相称的新气量(还参照图7的最下段所示的气缸内的气体状态)。此外，在SI模式的第一个循环中，排气门22的VVL71关闭(即不导入内部EGR气体)。

之后的第二个循环相当于从SI模式向CI模式切换紧前的循环。此处，为了向将节气门开度设定为全开的CI模式的切换，将节气门向全开方向开启，使气缸18内的气体量(新气量)增量。通过喷射与该增量了的新气量相称的燃料量，来维持理论空燃比。此处的燃料喷射为上述的高压延迟喷射，在压缩上止点附近进行燃料喷射，并且在压缩上止点以后执行火花点火。如此，通过使火花点火时期延迟，来维持等负载(等扭矩)。此外，为了向将VVL71开启的CI模式的切换，进气门21的开启时期比第一个循环滞后。

第三个循环相当于从SI模式向CI模式切换紧后的循环，与上述的压缩着火初期模式对应。在CI模式(准确地为压缩着火初期模式)下，通过开启VVL71，来进行排气二次开启，由此，通过第二个循环的火花点火燃烧而产生的已燃气体的一部分被导入气缸18内。该已燃气体由火花点火燃烧产生，因此其温度比较高。如此，导入高温的已燃气体的结果，气缸18内的温度状态变得比较高。

在第三个循环的压缩着火初期模式下，也利用高压延迟喷射。即，在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内进行燃料喷射。如此，通过使燃料喷射时期延迟，由此即使气缸18内的温度状态变得比较高，也能够避免压缩行程期间中的提前着火。

此外，如上述那样，通过高压延迟喷射，能够快速形成比较均匀的混合气，并且气缸18内的温度状态比较高，因此该均匀混合气在压缩上止点附近或压缩上止点以后可靠地压缩着火，并稳定地燃烧。如此，能够避免在从SI模式向CI模式切换紧后燃烧噪声增大。

压缩着火燃烧的燃烧气体温度相对地变低。此外，在CI模式下，将混合气的空气燃料比A/F设定为理论空燃比，而导入EGR气体，因此工作气体燃料比G/F变稀。因此，燃烧气体温度进一步降低。

第四个循环相当于压缩着火初期模式的结束后，与第三个循环同样，将VVL71开启，将通过第三个循环的压缩着火燃烧而产生的已燃气体的一部分向气缸18内导入，但如上述那样，该已燃气体为比较低温，因此气缸18内的温度状态变低。由此能够避免提前着火，因此将燃料喷射时期设定在进气行程期间中。由此，较强的进气流动与较长的混合气形成期间相互结合，而形成均匀的混合气，该均匀混合气在压缩上止点附近压缩着火。

图7以发动机1以等负载从SI模式切换到CI模式时的控制为例进行了说明，但上述的压缩着火初期模式，如上述那样，在伴随着发动机1的负载从高负载向低负载降低、而从SI模式切换到CI模式时，特别有效。这是因为，在发动机1的负载从高负载向低负载降低的情况下，在成为SI模式的高负载区域中，燃料喷射量相对多，因此燃烧气体温度能够进一步变高，在这种情况下，在从SI模式切换到CI模式紧后，气缸18内的温度状态进一步变高，容易产生提前着火。但是，如上述那样，在压缩着火初期模式下，通过高压延迟喷射能够可靠地避免压缩行程期间中的提前着火，因此能够可靠地避免在伴随着发动机负载降低的模式切换时燃烧噪声增大。

作为伴随着发动机负载降低的燃烧模式切换的具体例，在图4所示的热机时的运转映射中，能够例示从SI模式的区域(4)或区域(5)向CI模式的区域(2)或区域(1)的转移。即，在转移至区域(2)或区域(1)紧后执行压缩着火初期模式即可。在压缩着火初期模式的结束后，使燃料喷射时期提前，以成为在区域(2)或区域(1)中设定的燃料喷射时期(即从进气行程到压缩行程中期的期间内)即可。

此处，如上述那样，CI模式的区域(3)是进行延迟喷射的区域，因此在从区域(4)或区域(5)向区域(3)转移的情况下，也可以省略压缩着火初期模式的执行。此外，也可以为，在从区域(4)或区域(5)转移至区域(3)紧后，在与该区域(3)中设定的燃料喷射时期(即延迟期间内的喷射时期)相比进一步滞后的时期，执行喷射燃料的压缩着火初期模式。此时的喷射时期也可以为延迟期间内，还可以为与延迟期间相比进一步滞后的时期。如此，也可以为，在该压缩着火初期模式的结束后，使喷射时期提前，以成为在区域(3)中设定的延迟期间内的燃料喷射时期。

另外，如上述那样，在随着发动机1的温度上升而从冷机状态成为热机状态，而以发动机负载为等负载从SI模式向CI模式切换的情况下，图7所示那样的压缩着火初期模式在避免燃烧噪声增大方面也是有效的。

在图7的控制例中，仅进行了一个循环的压缩着火初期模式，但也可以进行多个循环的压缩着火初期模式。此外，在图7的控制例中，在SI模式下，不导入EGR气体而调整节气门36的开度，但也可以导入EGR气体。

(使燃烧模式切换紧前的燃烧气体温度降低的过渡燃烧模式)

图8表示在从SI模式向CI模式的切换紧前，执行通过使燃料空燃比A/F变稀来降低火花点火燃烧的燃烧气体温度的过渡燃烧模式，由此避免燃烧模式切换紧后的提前着火的控制例。

具体地，图8与图7同样地，表示从SI模式向CI模式切换时的、燃料喷射时期及火花点火时期的变更、缸内压力的变化、进排气门的开启状态的变更、节气门的开度变更以及气缸内的气体状态的变化的一例，在图8中，为了容易理解，也使发动机1以等负载从SI模式向CI模式切换，在SI模式下，不导入EGR气体而进行节气门36的开度调整。

图8中的最左侧的第一个循环，与图7中的第一个循环相同。即，以SI模式进行运转，此处，在进气行程期间中执行燃料喷射，并且在压缩上止点附近执行火花点火。将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，调节节气门，以成为与燃料喷射量相称的新气量。此外，在SI模式的第一个循环中，排气门22的VVL71关闭(即不导入内部EGR气体)。

之后的第二个循环相当于从SI模式向CI模式切换紧前的循环。此处，在燃料量保持与第一个循环相同的状态下，将节气门向全开方向开启，使气缸18内的气体量(新气量)增量。由此，气缸18内的混合气为，空气燃料比A/F变稀，同时工作气体燃料比G/F也变稀(还参照图8的最下段所示的气缸内的气体状态)。燃料喷射为上述的高压延迟喷射，在压缩上止点附近进行燃料喷射，并且执行火花点火。如此，通过将A/F(及G/F)设定为稀，由此相对于燃料量的气体量增大，因此基于火花点火燃烧的燃烧气体温度会降低。增大温度比较低的新气的导入量，在降低气缸18内的温度而降低燃烧气体温度的方面特别有效。该第二个循环相当于过渡燃烧模式。

第三个循环相当于从SI模式向CI模式切换紧后的循环，通过开启VVL71，来进行排气二次开启。由此，通过第二个循环的火花点火燃烧而产生的废气的一部分被导入气缸18内，工作气体燃料比G/F变稀。另外，空气燃料比A/F为理论空燃比(λ≈1)。在第三个循环中，向气缸18内导入内部EGR气体，但如上述那样，第二个循环中的废气温度被抑制为比较低温，因此气缸18内的温度状态变得比较低。

如此，在第三个循环中，即使在CI模式下如预先设定的那样在进气行程期间中进行燃料喷射，也能够避免提前着火，均匀混合气在压缩上止点附近压缩着火并燃烧。第四个循环与第三个循环相同。

另外，在图8的例中，在过渡燃烧模式下，由于进行将空气燃料比A/F设定为稀的火花点火燃烧，因此基于三元催化剂的NOx的净化率可能会降低，因此也可以根据需要设置NOx催化剂(例如LNT)。

此外，也可以为，在相当于图8的控制例的第二个循环的过渡燃烧模式时，对气缸18内的高温的残留气体(参照图8的最下段所示的气缸内的气体状态)进行扫气，由此使气缸内的温度降低，并且使向气缸18内导入的新气量增加将残留气体进行扫气的量。气缸18的扫气，例如也可以采用通过伴随着高速的排气流速的喷射效果而使排气口内成为负压的动压扫气***。此外，也可以采用通过排气脉动而对排气口内作用负压波的所谓4-2-1型的排气***。

进一步也可以为，在相当于图8中的第二个循环的过渡燃烧模式时，通过将EGR气体向气缸18内导入，来将工作气体燃料比G/F设定为稀。在过渡燃烧模式时导入的EGR气体，优选为通过在EGR冷却器52中经过而冷却了的冷EGR气体，由此气缸18内的温度降低，有利于使燃烧气体温度降低。

另外，图8所示那样的过渡燃烧模式，不仅适用于如图8所示那样发动机1以等负载从SI模式向CI模式切换时，还能够适用于随着发动机1的负载从高负载向低负载降低、而从SI模式向CI模式切换时。此外，在随着发动机1的温度从冷机状态向热机状态上升、而从SI模式向CI模式切换时，也是有效的。

在图8的控制例中，仅进行了一个循环的过渡燃烧模式，但也可以进行多个循环的过渡燃烧模式。此外，在图8的控制例中，在SI模式下不导入EGR气体，但也可以导入EGR气体。

进一步，还能够组合图8的控制例与图7的控制例。即，也可以在图8的控制例中的第三个循环、即向CI模式切换紧后，执行利用了高压延迟喷射的压缩燃烧初期模式。过渡燃烧模式与压缩燃烧初期模式的组合，有时在更可靠地避免燃烧噪声的增大的方面是有效的。

(使燃烧模式切换紧后的EGR率降低的过渡燃烧模式)

图9表示在从SI模式向CI模式切换紧后，执行使EGR率临时降低的过渡燃烧模式，由此降低燃烧模式切换紧后的气缸18内的温度状态、避免提前着火的控制例。

具体地，图9与图7同样地，表示从SI模式向CI模式切换时的、燃料喷射时期及火花点火时期的变更、缸内压力的变化、进排气门的开启状态的变更、节气门的开度变更以及气缸内的气体状态的变化的一例，在图9中，为了容易理解，也使发动机1以等负载从SI模式向CI模式切换，在SI模式下，不导入EGR气体，而进行节气门36的开度调整。

图9中的最左侧的第一个循环与图7中的第一个循环相同。即，以SI模式进行运转，此处，在进气行程期间中执行燃料喷射，并且在压缩上止点附近执行火花点火。将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，调节节气门，以成为与燃料喷射量相称的新气量。此外，在SI模式的第一个循环中，排气门22的VVL71关闭(即不导入内部EGR气体)。

之后的第二个循环相当于从SI模式向CI模式切换紧前的循环。该循环也与图7中的第二个循环相同。即，将节气门向全开方向开启，使气缸18内的气体量(新气量)增量。通过喷射与该增量了的新气量相称的燃料量，来维持理论空燃比。此处的燃料喷射为上述的高压延迟喷射，并且在压缩上止点以后执行火花点火。如此，通过使点火时期延迟，来维持等负载(等扭矩)。另外，通过使燃烧期间延迟，废气(已燃气体)的温度变高。此外，使进气门21的开启时期比第一个循环滞后。

第三个循环相当于从SI模式向CI模式切换紧后的循环，并相当于过渡燃烧模式。具体地，虽然切换到将VVL71开启的CI模式，但在过渡燃烧模式下使VVL71保持关闭，不进行排气二次开启。由此，模式的切换变得顺畅，并且通过第二个循环的火花点火燃烧而产生的高温的已燃气体，不被导入气缸18内。结果，气缸18内的温度状态变得比较低。另外，也可以为，将VVL71开启，并且使内部EGR气体量比在CI模式下设定的内部EGR气体量减量。

在第三个循环中，在CI模式下如预先设定的那样在进气行程期间中进行燃料喷射，但由于气缸18内的温度状态比较低，因此能够避免提前着火，均匀混合气在压缩上止点附近压缩着火并燃烧。如上述那样，第二个循环中的已燃气体的温度变高，因此第三个循环中的气缸18内的残留气体的温度变高，结果，虽然不进行排气二次开启，但能够避免气缸18内的温度过低。因此，能够在压缩上止点附近使均匀的混合气可靠地压缩着火并稳定地燃烧。另外，第三个循环的燃烧为压缩着火燃烧，并且工作气体燃料比G/F为稀，因此燃烧气体温度降低。

第四个循环相当于过渡燃烧模式的结束后，其与图7中的第四个循环相同。即，如在通常的CI模式下设定的那样，将VVL71开启，将通过第三个循环的压缩着火燃烧而产生的已燃气体的一部分向气缸18内导入，但该已燃气体比较低温，因此气缸18内的温度状态变低。由此，虽然燃料喷射时期被设定在进气行程期间中，但能够避免提前着火。均匀的混合气在压缩上止点附近压缩着火。

另外，过渡燃烧模式，不仅适用于如图8所示那样发动机1以等负载从SI模式向CI模式切换时，在随着发动机1负载从高负载向低负载降低、而从SI模式切换到CI模式时也是有效的。此外，在随着发动机1温度从冷机状态向热机状态上升、而从SI模式向CI模式切换时，也是有效的。

此外，在图9的控制例中，仅进行了一个循环的过渡燃烧模式，但也可以进行多个循环的过渡燃烧模式。此外，在图9的控制例中，在SI模式下不导入EGR气体，而调整节气门36的开度，但也可以导入EGR气体。

进一步，还能够组合图9的控制例与图7的控制例。即，也可以在图9的控制例中的第三个循环、即向CI模式切换紧后，与过渡燃烧模式一起执行利用了高压延迟喷射的压缩燃烧初期模式。过渡燃烧模式与压缩燃烧初期模式的组合，有时在更可靠地避免燃烧噪声的增大的方面是有效的。

另外，本发明公开的技术并非限定于向上述的发动机构成的应用。例如也可以为，进气行程期间内的燃料喷射，并非通过设置在气缸18内的喷射器67，而是通过另行设置于进气口16的进气口喷射器，向进气口16内喷射燃料。

此外，发动机1不限于直列4气缸发动机，也可以应用于直列3气缸、直列2气缸、直列6气缸发动机等。此外，能够应用于V型6气缸、V型8气缸、水平对置4气缸等各种发动机。

进一步，在上述的说明中，在规定的运转区域中将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，但也可以将混合气的空燃比设定为稀。但是，将空燃比设定为理论空燃比具有能够利用三元催化剂这种优点。

图4所示的运转区域为例示，除此以外还能够设置各种运转区域。

此外，高压延迟喷射也可以根据需要进行分段喷射，同样地，进气行程喷射也可以根据需要进行分段喷射。在这些分段喷射中，也可以在进气行程和压缩行程的各自中喷射燃料。

Claims (11)

1.一种火花点火式直喷发动机，

具备：

发动机主体，具有气缸；

燃料喷射阀，构成为通过向上述气缸内喷射燃料来形成混合气；

燃料压力设定机构，构成为设定上述燃料喷射阀喷射的上述燃料的压力；

火花塞，构成为面向上述气缸内而配设，且对上述气缸内的混合气进行点火；以及

控制器，构成为通过至少控制上述燃料喷射阀、上述燃料压力设定机构及上述火花塞，由此使上述发动机主体运转，

上述控制器构成为，切换压缩着火模式和火花点火模式，该压缩着火模式进行使上述气缸内的混合气通过自燃来燃烧的压缩着火燃烧而使上述发动机主体运转，该火花点火模式进行通过驱动上述火花塞来对上述气缸内的混合气进行点火并使其燃烧的火花点火燃烧而使上述发动机主体运转，

上述控制器还在从上述火花点火模式切换到上述压缩着火模式紧后，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为30MPa以上的高燃料压力，且驱动上述燃料喷射阀、以便至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的期间内进行燃料喷射，由此，以使气缸内的混合气通过自燃来燃烧的压缩着火初期模式使上述发动机主体运转。

2.如权利要求1所述的火花点火式直喷发动机，其中，

进一步具备排气回流机构，该排气回流机构构成为将废气导入上述气缸内，

上述控制器在上述压缩着火模式时，通过上述排气回流机构向上述气缸内导入上述废气。

3.如权利要求1或2所述的火花点火式直喷发动机，其中，

上述控制器在上述压缩着火初期模式结束后，使上述燃料喷射时期提前。

4.如权利要求1所述的火花点火式直喷发动机，其中，

上述控制器在上述发动机主体的运转状态处于规定的低负载区域时，以上述压缩着火模式使上述发动机主体运转，并且在上述发动机主体的运转状态处于与上述规定的低负载区域相比负载高的高负载区域时，以上述火花点火模式使上述发动机主体运转，

上述控制器还在上述发动机主体的负载降低而从上述高负载区域转移至上述低负载区域紧后，以上述压缩着火初期模式使上述发动机主体运转。

5.如权利要求1所述的火花点火式直喷发动机，其中，

上述控制器为，在以上述压缩着火模式使上述发动机主体运转的低负载区域内，在负载低的特定区域内，驱动上述燃料喷射阀，以便至少在从进气行程到上述压缩行程中期的期间内进行燃料喷射，

上述控制器还在上述发动机主体的负载降低而从上述高负载区域转移至上述低负载区域内的上述特定区域内紧后，以上述压缩着火初期模式使上述发动机主体运转，并且在上述压缩着火初期模式结束后，使上述燃料喷射时期至少提前到从进气行程到上述压缩行程中期的期间内。

6.如权利要求5所述的火花点火式直喷发动机，其中，

上述控制器在上述压缩着火初期模式结束后，在使上述燃料喷射时期至少提前到从进气行程到上述压缩行程中期的期间内时，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为比30MPa低的低燃料压力。

7.如权利要求1所述的火花点火式直喷发动机，其中，

上述控制器在上述发动机主体的温度为规定温度以上的热机时，以上述压缩着火模式使上述发动机主体运转，并且在上述发动机主体的温度比上述规定温度低的冷机时，以上述火花点火模式使上述发动机主体运转，

上述控制器还在上述发动机主体的温度上升而从上述火花点火模式切换到上述压缩着火模式紧后，以上述压缩着火初期模式使上述发动机主体运转。

8.如权利要求7所述的火花点火式直喷发动机，其中，

上述控制器在上述发动机主体的温度比上述规定温度低的冷机时，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为比30MPa低的低燃料压力，且驱动上述燃料喷射阀，以便至少在从进气行程到上述压缩行程中期的期间内进行燃料喷射，而以上述火花点火模式使上述发动机主体运转。

9.一种火花点火式直喷发动机，

具备：

发动机主体，具有气缸；

燃料喷射阀，构成为通过向上述气缸内喷射燃料来形成混合气；

燃料压力设定机构，构成为设定上述燃料喷射阀喷射的上述燃料的压力；

火花塞，构成为面向上述气缸内而配设，且对上述气缸内的混合气进行点火；以及

控制器，构成为通过至少控制上述燃料喷射阀、上述燃料压力设定机构及上述火花塞，由此使上述发动机主体运转，

上述控制器为，在规定的第一运转区域中以压缩着火模式使上述发动机主体运转，并且在上述第一运转区域以外的第二运转区域中以火花点火模式使上述发动机主体运转，该压缩着火模式进行使上述气缸内的混合气通过自燃来燃烧的压缩着火燃烧，该火花点火模式进行通过使上述火花塞驱动来对上述气缸内的混合气进行点火而使其燃烧的火花点火燃烧，

上述控制器还在上述第一运转区域内，在发动机负载高的特定区域内，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为30MPa以上的高燃料压力，且驱动上述燃料喷射阀、以便至少在从压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟期间内进行燃料喷射，由此使气缸内的混合气通过自燃来燃烧，

上述控制器进一步在上述发动机主体的运转状态从上述第二运转区域转移至上述第一运转区域内的上述特定区域内紧后，以使上述燃料的喷射时期比该特定区域中所设定的喷射时期延迟的压缩着火初期模式使上述发动机主体运转，在该压缩着火初期模式结束后，使上述燃料的喷射时期提前、以成为上述特定区域中所设定的喷射时期。

10.如权利要求9所述的火花点火式直喷发动机，其中，

上述第一运转区域是发动机负载为规定负载以下的低负载区域，上述第二运转区域是与上述规定负载相比发动机负载高的高负载区域。

11.如权利要求9所述的火花点火式直喷发动机，其中，

上述控制器在上述第一运转区域内的发动机负载低的低负载区域中，通过上述燃料压力设定机构使上述燃料的压力成为比30MPa低的低燃料压力，且驱动上述燃料喷射阀、以便至少在从进气行程到上述压缩行程中期的期间内进行燃料喷射。

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