CN103670873B - 火花点火式直喷发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火花点火式直喷发动机。本发明中，控制器（10）在发动机主体（1）的运行状态位于第一区域内的、包含第一区域和第二区域的边界的负荷高的特定区域时，使燃料的压力为30MPa以上的高燃料压力，且以至少在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内向汽缸内执行燃料喷射的方式驱动燃料喷射阀（67），以此使压缩点火在压缩上死点以后进行。并且在发动机主体（1）的运行状态位于第一区域内的与特定区域相比负荷低的区域时，以至少在从进气行程至压缩行程中期的期间内执行燃料喷射的方式驱动燃料喷射阀（67）。

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火花点火式直喷发动机。

背景技术

例如专利文献1中所记载的那样，作为实现排气排放性能的改善和热效率的改善两者的技术，使汽缸内的混合气压缩点火的燃烧形态是已知的。在执行这样的压缩点火燃烧的发动机中，随着发动机负荷增高，压缩点火燃烧成为压力上升剧烈的燃烧，导致燃烧噪声的增大。因此，如在专利文献1中也记载的那样，即使是执行压缩点火燃烧的发动机，在高负荷侧的运行区域中，通常不执行压缩点火燃烧，而是执行通过火花塞的驱动的火花点火燃烧。

在专利文献2中记载有如下技术，即，与专利文献1的发动机相同地，在低负荷低旋转的区域执行压缩点火燃烧的发动机中，在执行压缩点火燃烧的区域内的高负荷高旋转区域，通过使进气门的开阀时期提前，以此使汽缸内的已燃气体暂时返回至进气道侧后，将已燃气体与新气一起再次导入至汽缸内。通过这样做，已燃气体的温度因新气而下降，因此汽缸内的温度下降，而能够抑制由压缩点火燃烧引起的急剧的压力上升。专利文献2中记载的技术有利于将执行压缩点火燃烧的区域扩大至高负荷侧。

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。

发明内容

在执行压缩点火燃烧的发动机中有以下要求，即，试图尽可能扩大执行在排气排放性能和热效率等方面有优点的压缩点火燃烧的区域。然而，如上所述，随着发动机负荷增高，压缩点火燃烧成为压力上升（dP/dt）剧烈的燃烧，而制约了NVH（noise vibration harshness；噪声、振动、声振粗糙度），因此将其区域扩大至高负荷侧是困难的。

在这里公开的技术是鉴于上述问题所形成的，并且其目的在于将执行压缩点火燃烧的区域扩大至高负荷侧。

在这里公开的技术是，在发动机负荷比较高的区域中，通过在膨胀行程期间内执行压缩点火燃烧，以此避免汽缸内的急剧的压力上升，并且为了实现这样的燃烧，采用了提高喷射的燃料的压力、且使向汽缸内喷射燃料的时期延迟至压缩上死点附近这样的特征的燃料喷射形态。该特征的燃料喷射形态提高了压缩点火的点火性，并且使膨胀行程期间内的压缩点火燃烧稳定化。

具体地在这里公开的技术涉及火花点火式直喷发动机，具备：形成为具有汽缸的结构的发动机主体；形成为向所述汽缸内喷射燃料的结构的燃料喷射阀；形成为设定所述燃料喷射阀喷射的所述燃料的压力的结构的燃料压力设定机构；形成为面向所述汽缸内配设且对所述汽缸内的混合气点火的结构的火花塞；和形成为至少控制所述燃料喷射阀、所述燃料压力设定机构及所述火花塞，以此运行所述发动机主体的结构的控制器。

而且，所述控制器在规定的正时使所述火花塞工作，以在所述发动机主体的运行状态位于规定的低负荷区域时，通过使所述汽缸内的混合气压缩点火的压缩点火燃烧运行所述发动机主体；并且在所述发动机主体的运行状态位于与执行所述压缩点火燃烧的第一区域相比负荷高的第二区域时，通过火花点火燃烧运行所述发动机主体。

又，所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于所述第一区域内的、包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷高的特定区域时，通过所述燃料压力设定机构使所述燃料的压力为30MPa以上的高燃料压力，且以至少在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内向所述汽缸内执行燃料喷射的方式驱动所述燃料喷射阀，以此使所述压缩点火在压缩上死点以后进行；并且在所述发动机主体的运行状态位于所述第一区域内的与所述特定区域相比负荷低的区域时，以至少在从进气行程至所述压缩行程中期的期间内执行燃料喷射的方式驱动所述燃料喷射阀。

在这里，“压缩行程后期”及“压缩行程中期”也可以分别是将压缩行程划分为初期、中期及后期的三个期间时的后期及中期，同样地，“膨胀行程初期”也可以是将膨胀行程划分为初期、中期及后期的三个期间时的初期。

根据上述结构，在发动机主体的运行状态位于相对低负荷的第一区域时，通过使汽缸内的混合气压缩点火的压缩点火燃烧运行发动机主体。详细的是，在第一区域内的负荷相对低的区域中，至少在从进气行程至压缩行程中期的期间内，向汽缸内执行燃料喷射。另外，燃料的压力也可以是如下所述的30MPa以上的高燃料压力，但是在从进气行程至压缩行程中期的期间内执行燃料喷射的情况下不需要设定为高燃料压力。由于燃料喷射比较提前进行并且在汽缸内的流动比较强烈的时期执行燃料喷射，因此形成均质的混合气，该均质的混合气在压缩上死点附近确实地压缩点火，且稳定地燃烧。另外，也可以分次执行燃料喷射，在分次喷射时，只要分次执行的多次燃料喷射中的至少一次在从进气行程至压缩行程中期的期间内执行即可。

相对于此，在第一区域内的负荷相对高的区域、具体的是包含执行压缩点火燃烧的第一区域和执行火花点火燃烧的第二区域的边界的区域中，使燃料压力为30MPa以上的高燃料压力，并且在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内向汽缸内喷射燃料。

相对提高燃料压力使单位时间内喷射的燃料量增多。在以相同的燃料喷射量进行比较时，高燃料压力缩短向汽缸内喷射燃料的期间、即喷射期间。这一点在相对地缩短从燃料喷射的开始至压缩点火的时间的方面是有利的。

又，高的燃料压力有利于向汽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汽缸内喷射燃料而使位于压缩上死点附近的汽缸内的湍流增强，并且提高汽缸内的湍流能量。这些因素提高位于压缩上死点附近的汽缸内的燃料的混合性，从而可在短时间内形成比较均质的可燃混合气。

这样，至少在从压缩行程后期至膨胀行程初期的延迟的时期向汽缸内喷射燃料，因此可以避免过早点火。并且，如上所述通过以较高的燃料压力喷射燃料而形成的比较均质的混合气在压缩上死点以后确实地压缩点火，并且在膨胀行程期间稳定地燃烧。在膨胀行程中因发动机旋转（motoring）而使汽缸内压力逐渐地下降，因此避免了燃烧导致的汽缸内的压力上升急剧地进行的情况，从而成为比较缓慢的燃烧。另一方面，在燃料喷射开始后，由于迅速地形成比较均质的可燃混合气，因此在压缩上死点以后的适当的时期，该可燃混合气确实地压缩点火，并且在膨胀行程期间内也实现燃烧的稳定化。另外，也可以分次执行燃料喷射，并且在分次喷射时，只要将分次进行的多次的燃料喷射中的至少一次在从压缩行程后期至膨胀行程初期的比较延迟的时期执行即可。

作为这样的燃料喷射形态的研究的结果能够避免NVH的制约，因此所述结构能够将执行压缩点火燃烧的第一区域扩大至高负荷侧。

也可以是所述火花点火式直喷发动机还具备形成为将排气能够导入至所述汽缸内的结构的排气回流***；所述控制器通过所述排气回流***的控制，改变作为在所述汽缸内的所有的气体量中所述排气的量所占的比例的EGR（Exhaust Gas Recirculation；排气再循环）率；所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于所述第一区域内的负荷最低的区域时，将所述EGR率设定得最高，并且随着所述发动机主体的负荷的增大而使所述EGR率下降；又，所述控制器在从所述第一区域内的所述特定区域至在所述第二区域内的包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷低的区域时，随着所述发动机主体的负荷的增大而使所述EGR率连续地下降。

通过这样，在执行压缩点火燃烧的第一区域内，在发动机主体的运行状态位于负荷低的区域时，将EGR率设定得最高。提高EGR率能够降低泵送损失（pumping loss），并且改善燃料消耗量。另外，在负荷低的区域中，如果如下所述那样例如将排气封入至汽缸内，或者通过将进气或者排出至排气道的排气再吸入至汽缸内的内部EGR控制以此将温度高的已燃气体导入至汽缸内，则可提高压缩点火的点火性而有利于压缩点火燃烧的稳定性。

在第一区域内，随着发动机负荷的增大而EGR率下降。EGR率也可以使其随着发动机负荷的增大而阶段性地（换而言之不连续地）下降，而例如在相对于发动机负荷增大而混合气的空燃比以规定空燃比保持一定时，也可以使EGR率随着发动机负荷的增大而连续地下降。规定空燃比也可以为理论空燃比（空气过剩率λ≈1），通过这样，具有可以利用三元催化器的优点。然而，规定空燃比并不限于理论空燃比。在相对于发动机负荷的增大而使混合气以规定空燃比保持一定的同时使EGR率连续地下降是等同于将尽可能量的EGR气体导入至汽缸内，因此有利于降低泵送损失。

像这样在从随着发动机负荷的增大而使EGR率下降的第一区域内的作为高负荷侧的特定区域至执行火花点火燃烧的第二区域内的负荷较低的区域，使EGR率随着发动机负荷的增大而连续地下降。通过使EGR率跨越燃烧形态从压缩点火燃烧切换为火花点火燃烧的第一区域和第二区域的边界而连续地下降，以此汽缸内的气体组成不会急剧变化，因此顺利地进行燃烧形态的切换，能够抑制在燃烧形态的切换时的转矩冲击（torque shock）等的发生。尤其是，将排气导入至汽缸内的排气回流***的响应性相对低，相对于此使EGR率不急剧地变化，这一点有利于控制性的改善。

又，在执行火花点火燃烧的第二区域内也继续向汽缸内导入排气，以此在至少第二区域的低负荷侧上有利于泵送损失的降低，并且可谋求过早点火和爆震等的异常燃烧的抑制及排气排放性能的改善。

也可以是所述排气回流***形成为能够将所述排气冷却后的冷却的（cooled）EGR气体、以及与所述冷却的EGR气体相比温度高的热EGR气体分别导入至所述汽缸内的结构；所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于所述第一区域内的负荷低的区域时，通过所述排气回流***仅将所述热EGR气体导入至所述汽缸内，并且在所述发动机主体的运行状态位于从所述第一区域内的所述特定区域至所述第二区域内的包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷低的区域时，至少将所述冷却的EGR气体导入至所述汽缸内。

在第一区域内的负荷低的区域中，通过仅将热EGR气体导入至汽缸内，以此提高汽缸内的压缩上死点时温度，因此提高压缩点火的点火性，并且有利于压缩点火燃烧的稳定性。热EGR气体即可以是如上述那样通过内部EGR控制导入至汽缸内的EGR气体，也可以是例如绕过冷却EGR气体的EGR冷却器而回流至进气侧的EGR气体。

另一方面，本来随着发动机主体的负荷的增高而汽缸内的压缩上死点时温度提高，压缩点火燃烧的压力上升变得剧烈，但利用上述结构时，在第一区域内的负荷相对高的特定区域中，至少向汽缸内导入冷却的EGR气体，以此避免压缩上死点时温度过度提高。这一点抑制由压缩点火燃烧导致的汽缸内的压力上升变得急剧的情况，并且谋求压缩点火燃烧的稳定化。另外，在特定区域中，也可以使冷却的EGR气体及热EGR气体两者导入至汽缸内。

此外，在执行火花点火燃烧的第二区域内的负荷低的区域中，也至少将冷却的EGR气体导入至汽缸内，以此避免过早点火和爆震等的异常燃烧，并且降低燃烧温度，从而有利于RawNOx的生成的抑制和冷却损失的降低等。另外，在第二区域内的负荷低的区域中，也可以将冷却的EGR气体及热EGR气体两者导入至汽缸内。

也可以是在上述火花点火式直喷发动机中，所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于与所述第一区域内的所述特定区域相比负荷低的区域时，通过所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为低于30MPa的低燃料压力，且以至少在从进气行程至所述压缩行程中期的期间内执行燃料喷射的方式驱动所述燃料喷射阀。

根据上述结构，在发动机低负荷域中，由于燃料喷射时期为从进气行程至压缩行程中期的早的时期，因此不需要提高燃料压力，因此通过设定为低燃料压力，以此抑制提高燃料压力而浪费的能源，与此相应地可以改善燃料消耗量。

又，也可以是在上述火花点火式直喷发动机中，所述燃料压力设定机构具备通过所述发动机主体驱动的高压燃料泵，并且通过该高压燃料泵调节所述燃料喷射阀喷射的所述燃料的压力。

像上述那样，在发动机低负荷域中为低燃料压力，因此根据上述结构，可以减少在发动机低负荷域中驱动高压燃料泵的发动机驱动力，与此相应地可以改善燃料消耗量。

又，也可以是在上述火花点火式直喷发动机中，在所述汽缸内设置有能往复运动地被内插的活塞，并且在该活塞的顶面形成有凹状的腔室；所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于第一区域内的、包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷高的特定区域时，以至少在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内向所述汽缸内执行燃料喷射的方式驱动所述燃料喷射阀以向所述腔室内喷射所述燃料。

根据上述结构，通过以高燃料压力向腔室内的空间喷射燃料，以此能够强化在腔室内喷射燃料时的喷流的产生，并且通过腔室内的流动强化提高空气利用率，改善燃烧性能。

又，也可以是在上述火花点火式直喷发动机中，所述燃料喷射阀为多喷口型，并配置在所述发动机主体的燃烧室的中央部分，并且设定为在从所述压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内，以辐射状向所述腔室内喷射燃料。

根据上述结构，能够进一步强化在腔室内的喷射燃料时的喷流的产生。因此，通过腔室内的流动强化提高空气利用率，可以进一步提高燃烧性能。

又，也可以是在上述火花点火式直喷发动机中，所述排气回流***形成为能够将所述排气冷却后的冷却的EGR气体、以及与所述冷却的EGR气体相比温度高的热EGR气体分别导入至所述汽缸内的结构；在所述发动机主体的运行状态位于从所述第一区域内的所述特定区域至所述第二区域内的包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷低的区域时，将所述冷却的EGR气体和所述热EGR气体两者导入至所述汽缸内，且在从所述第一区域内的所述特定区域至所述第二区域内的包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷低的区域，随着所述发动机主体的负荷的增大而使在所述汽缸内的所有的气体量中所述冷却的EGR气体的量所占的比例增大，并且使在所述汽缸内的所有的气体量中所述热EGR气体的量所占的比例减少，使作为在所述汽缸内的所有的气体量中所述冷却的EGR气体和所述热EGR气体的总和的所有EGR气体的量所占的比例的所述EGR率连续地下降。

根据上述结构，随着发动机负荷的增大，而使冷却的EGR气体的比例增大，并且使热EGR气体的比例减少，因此可以适当地调节汽缸内的气体温度。借助于此，可以谋求压缩自动点火性能的确保、和过早点火的抑制，实现压缩自动点火燃烧的稳定化。

如以上说明那样，该火花点火式直喷发动机在负荷相对高的第二区域通过火花点火燃烧运行发动机主体，并且在负荷相对低的第一区域通过压缩点火燃烧运行发动机主体，并且在该第一区域内的负荷低的区域中，至少在从进气行程至压缩行程中期的期间内执行燃料喷射，以此谋求压缩点火燃烧的稳定化。相对于此，在第一区域内的负荷高的特定区域中，至少在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内，以30MPa以上的较高的燃料压力向汽缸内喷射燃料，以此在压缩上死点以后确实地执行压缩点火，并且在膨胀行程期间内，抑制急剧的压力上升，并且可以稳定地进行压缩点火燃烧，因此解除NVH的制约，从而能够将执行压缩点火燃烧的第一区域扩大至高负荷侧。

附图说明

图1是示出火花点火式直喷发动机的结构的概略图；

图2是与火花点火式直喷发动机的控制相关的框图；

图3是放大示出燃烧室的剖视图；

图4是例示发动机的运行区域的图；

图5中的（a）是在CI模式下执行进气行程喷射时的燃料喷射时期的一个示例、和伴随与此的CI燃烧的热释放率的例示，图5中的（b）是在CI模式下执行高压延迟喷射时的燃料喷射时期的一个示例、和伴随与此的CI燃烧的热释放率的例示，图5中的（c）是在SI模式下执行高压延迟喷射时的燃料喷射时期及点火时期的一个示例、和伴随与此的SI燃烧的热释放率的例示，图5中的（d）是在SI模式下执行进气行程喷射和高压延迟喷射的分次喷射时的燃料喷射时期及点火时期的一个示例、和伴随与此的SI燃烧的热释放率的例示；

图6是对通过高压延迟喷射的SI燃烧的状态和现有的SI燃烧的状态进行比较的图；

图7中的（a）是相对于发动机负荷的差异的汽缸内的气体组成的变化，图7中的（b）是相对于发动机负荷的差异的压缩开始温度的变化，图7中的（c）是相对于发动机负荷的差异的氧浓度的变化，图7中的（d）是相对于发动机负荷的差异的进气中的外部EGR比例的变化；

图8中的（a）是相对于发动机负荷的差异的汽缸内的气体组成的变化，图8中的（d）是相对于发动机负荷的差异的进气中的外部EGR比例的变化，图8中的（e）是相对于发动机负荷的差异的排气门正时的变化，图8中的（f）是相对于发动机负荷的差异的进气门正时的变化，图8中的（g）是相对于发动机负荷的差异的进气门升程量的变化；

图9中的（a）是相对于发动机负荷的差异的汽缸内的气体组成的变化，图9中的（d）是相对于发动机负荷的差异的进气中的外部EGR比例的变化，图9中的（h）是相对于发动机负荷的差异的节气门开度的变化，图9中的（i）是相对于发动机负荷的差异的EGR阀开度的变化，图9中的（j）是相对于发动机负荷的差异的EGR冷却器旁通阀开度的变化；

图10中的（a）是相对于发动机负荷的差异的汽缸内的气体组成的变化，图10中的（k）是相对于发动机负荷的差异的燃料的喷射开始时期的变化，图10中的（l）是相对于发动机负荷的差异的燃料压力的变化，图10中的（m）是相对于发动机负荷的差异的点火时期的变化；

图11是示出进排气门的开闭时期、和内部EGR率之间的关系的图；

图12是示出在规定转速下的、EGR率和发动机负荷之间的关系的图；

图13是示出与图1不同的结构的火花点火式直喷发动机的结构的概略图；

图14是示出图13所示的火花点火式直喷发动机的排气歧管的结构的侧视图；

图15是示出图13所示的火花点火式直喷发动机的排气歧管所具备的独立排气通路的结构的侧视图；

图16是示出图13所示的火花点火式直喷发动机的排气歧管所具备的旁通通路的结构的侧视图；

图17是图15的A-A线剖视图；

图18是与图13所示的火花点火式直喷发动机的控制相关的框图；

图19中的（a）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的汽缸内的气体组成的变化，图19中的（b）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的压缩开始温度的变化，图19中的（c）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的氧浓度的变化，图19中的（d）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的进气中的外部EGR比例的变化；

图20中的（a）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的汽缸内的气体组成的变化，图20中的（d）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的进气中的外部EGR比例的变化，图20中的（e）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的排气门正时的变化，图20中的（f）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的进气门正时的变化，图20中的（g）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的进气门升程量的变化；

图21中的（a）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的汽缸内的气体组成的变化，图21中的（d）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的进气中的外部EGR比例的变化，图21中的（h）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的节气门开度的变化，图21中的（i）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的EGR阀开度的变化，图21中的（j）是在图13所示的火花点火式直喷发动机中，相对于发动机负荷的差异的流通切换阀开度的变化；

符号说明：

1       发动机（发动机主体）；

10      PCM（控制器）；

18      汽缸；

25      火花塞；

50      EGR通路（排气回流***）；

51      主通路（排气回流***）；

511     EGR阀（排气回流***）；

52      EGR冷却器（排气回流***）；

53      EGR冷却器旁通通路（排气回流***）；

531     EGR冷却器旁通阀（排气回流***）；

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***）。

具体实施方式

以下，基于附图说明火花点火式直喷发动机的实施形态。以下优选的实施形态的说明只是例示。图1、图2示出发动机（发动机主体）1的概略结构。该发动机1是装载在车辆中，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具有设置有多个汽缸18的汽缸体11（另外，在图1中尽管只图示一个汽缸，但是例如能够直列地设置四个汽缸）、配设在该汽缸体11上的汽缸盖12、和配设在汽缸体11的下侧并贮留润滑油的油底壳13。在各汽缸18内嵌插有可往复运动的活塞14，该活塞14通过连杆142与曲轴15连接。在活塞14的顶面上，如图3中放大示出那样形成有像柴油发动机中的凹腔（reentrant）型那样的腔室141。腔室141在活塞14位于压缩上死点附近时，与下述的喷射器67相对。汽缸盖12、汽缸18、和具有腔室141的活塞14区划成燃烧室19。另外，燃烧室19的形状并不限于图示的形状。例如腔室141的形状、活塞14的顶面形状、以及燃烧室19的顶部的形状等是可以适当改变的。

该发动机1以理论热效率的改善、和下述的压缩点火燃烧的稳定化等为目的，设定为15以上的比较高的几何压缩比。另外，几何压缩比只要在15以上、20以下程度的范围内适当设定即可。

在汽缸盖12上，对于每个汽缸18形成有进气道16及排气道17，并且在这些进气道16及排气道17上分别配设有开闭燃烧室19侧的开口的进气门21及排气门22。

在分别驱动进气门21及排气门22的配气机构内，在排气侧上设置有将排气门22的工作模式在通常模式和特殊模式之间切换的、例如油压工作式的可变机构（参照图2。以下称为VVL（Variable Valve Lift；可变气门升程机构））71。VVL 71其结构的详细图示省略，但是其包含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的凸轮轮廓（cam profile）不同的两种凸轮、以及将第一凸轮及第二凸轮中的任意一方的凸轮的工作状态选择性地向排气门传递的空转（lost motion）机构而构成。在将第一凸轮的工作状态传递至排气门22时，排气门22以在排气行程中仅一次开阀的通常模式进行工作，相对于此，在将第二凸轮的工作状态传递至排气门22时，排气门22以在排气行程中开阀的同时在进气行程中也开阀的所谓的排气的二度打开的特殊模式进行工作。VVL 71的通常模式和特殊模式根据发动机的运行状态能够切换。具体的是，在进行与内部EGR相关的控制时利用特殊模式。以下说明中，可以将使VVL 71以通常模式工作而不执行排气二度打开的情况称为“关闭（off）VVL 71”，并且可以将使VVL 71以特殊模式工作并执行排气二度打开的情况称为“开启（on）VVL 71”。另外，在使这样的通常模式和特殊模式的切换成为可能的基础上，也可以采用使排气门22通过电磁执行器驱动的电磁驱动式的配气机构。又，内部EGR的执行并不仅仅通过排气二度打开实现。例如即可以两次打开进气门21，并通过进气的二度打开执行内部EGR控制，也可以在排气行程或进气行程中设置关闭进气门21及排气门22两者的负重叠（negative overlap）期间并执行使已燃气体残留在汽缸18内的内部EGR控制。

相对于具备VVL 71的排气侧的配气机构，在进气侧上，如图2所示设置有可改变相对于曲轴15的进气凸轮轴的旋转相位的相位可变机构（以下称为VVT（variable valve timing；可变气门正时机构））72、和可连续地改变进气门21的升程量的升程量可变机构（以下称为CVVL（Continuously Variable Valve Lift；连续可变气门升程机构））73。VVT 72只要适当采用液压式、电磁式或机械式的公知的结构即可，并且关于其详细的结构的图示省略。又，CVVL 73也可以适当采用公知的各种结构，并且关于其详细的结构的图示省略。根据VVT 72及CVVL 73，进气门21可以分别改变其开阀正时及闭阀正时、以及升程量。

在汽缸盖12上，又，对于每个汽缸18安装有向汽缸18内直接喷射燃料的喷射器（燃料喷射阀）67。喷射器67如图3中放大示出那样，配设为其喷口从燃烧室19的顶面中央部分面向该燃烧室19内。喷射器67在与发动机1的运行状态相对应地设定的喷射正时，向燃烧室19内直接喷射与发动机1的运行状态相对应的量的燃料。在该示例中，喷射器67其详细的图示省略，但是是具有多个喷口的多喷口型的喷射器。借助于此，喷射器67将燃料喷射为使燃料喷雾从燃烧室19的中心位置以辐射状展开。如图3中用箭头所示那样，在活塞14位于压缩上死点附近的正时，从燃烧室19的中央部分以辐射状展开地被喷射的燃料喷雾沿着形成于活塞顶面的凹状的腔室141的壁面流动。换而言之，可以是，腔室141形成为在其内部容纳在活塞14位于压缩上死点附近的正时被喷射的燃料喷雾的结构。该多喷口型的喷射器67和腔室141的组合是有利于在燃料喷射后缩短混合形成期间并缩短燃烧期间的结构。另外，喷射器67不限于多喷口型的喷射器，也可以采用外开阀类型的喷射器。

未图示的燃料箱和喷射器67之间通过燃料供给路径相连接。在该燃料供给路径上设有包含燃料泵63和共轨（common rail）64，且能够以比较高的燃料压力向喷射器67供给燃料的燃料供给***62。该燃料供给***62构成燃料压力设定机构。燃料泵63从燃料箱向共轨64压送燃料，并且共轨64能够将被压送的燃料以比较高的燃料压力储存。通过使喷射器67开阀，储存在共轨64中的燃料从喷射器67的喷口喷射。在这里，燃料泵63尽管其图示省略，但是是柱塞式的泵，并且由发动机1驱动。包含该发动机驱动的泵的结构的燃料供给***62能够将30MPa以上的较高的燃料压力的燃料向喷射器67供给。燃料压力最大也可以设定为120MPa左右。向喷射器67供给的燃料的压力如下所述那样能够根据发动机1的运行状态进行改变。另外，燃料供给***62并不限于该结构。

在汽缸盖12上，如图3所示那样还安装有对燃烧室19内的混合气点火的火花塞25。火花塞25在该示例中，配置为以从发动机1的排气侧向斜下方延伸的方式贯通汽缸盖12内。如图3所示，火花塞25的梢端配置为面向位于压缩上死点的活塞14的腔室141内。

发动机1的一侧面如图1所示与各汽缸18的进气道16连通地与进气通路30连接。另一方面，发动机1的另一侧面与排出来自各汽缸18的燃烧室19的已燃气体（排气）的排气管40连接。

在进气通路30的上游端部配设有过滤吸入空气的空气滤清器31。又，在进气通路30中的下游端附近配设有缓冲罐33。比该缓冲罐33靠近下游侧的进气通路30形成为向每个汽缸18分叉的独立通路，并且这些各独立通路的下游端分别与各汽缸18的进气道16连接。

在进气通路30中的空气滤清器31和缓冲罐33之间配设有冷却或加热空气的水冷式的中冷器/加温器34、和调节向各汽缸18的吸入空气量的节气门36。进气通路30又与绕过中冷器/加温器34的中冷器旁通通路35连接，在该中冷器旁通通路35上配设有用于调节通过该通路35的空气流量的中冷器旁通阀351。通过中冷器旁通阀351的开度调节，调节中冷器旁通通路35的通过流量和中冷器/加温器34的通过流量的比例，以此可以调节导入汽缸18的新气的温度。

排气管40的上游侧的部分由具有向各汽缸18分叉而与排气道17的外侧端连接的独立通路、和集合该各独立通路的集合部的排气歧管构成。该排气管40中排气歧管的下游侧分别与作为净化排气中的有害成分的排气净化装置的直接催化器（catalyst）41和底板催化器（underfoot catalyst）42相连接。直接催化器41及底板催化器42各自具备筒状壳体、和配置在其壳体内的流路上的例如三元催化器而构成。

进气通路30中缓冲罐33和节气门36之间的部分与排气管40中直接催化器41的上游侧的部分，通过用于将排气的一部分回流至进气通路30的EGR通路50相连接。该EGR通路50包含配设有用于将排气通过发动机冷却水进行冷却的EGR冷却器52的主通路51、和用于绕过EGR冷却器52的EGR冷却器旁通通路53而构成。在主通路51中配设有用于调节排气向进气通路30的回流量的EGR阀511，在EGR冷却器旁通通路53中配设有用于调节在EGR冷却器旁通通路53中流通的排气的流量的EGR冷却器旁通阀531。进气门21、排气门22、VVL 71、VVT 72及CVVL 73、包含主通路51和EGR冷却器旁通通路53的EGR通路50、EGR冷却器52、EGR阀511以及EGR冷却器旁通阀531等构成排气回流***。

这样构成的发动机1通过动力控制模块（以下称为PCM（Powertrain Control Module））10控制。PCM 10由具有CPU、存储器、计数器定时器（counter timer）群、接口及连接这些单元的总线的微处理器构成。该PCM 10构成控制器。

对PCM 10如图1、图2所示输入各种传感器SW1～SW16的检测信号。在该各种传感器中包含以下传感器。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；配置于中冷器/加温器34的下游侧，且检测通过中冷器/加温器34后的新气的温度的第二进气温度传感器SW3；配置于EGR通路50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；安装于进气道16上，且检测即将流入汽缸18内之前的进气的温度的进气道温度传感器SW5；安装于汽缸盖12上，且检测汽缸18内的压力的缸内压力传感器SW6；配置于排气管40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；配置于直接催化器41的上游侧，且检测排气中的氧浓度的线性O₂传感器SW9；配置于直接催化器41和底板催化器42之间，且检测排气中的氧浓度的λ型O₂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的旋转角的曲轴角传感器SW12；检测与车辆的加速器踏板（图示省略）的操作量相对应的加速器开度的加速器开度传感器SW13；进气侧及排气侧的凸轮角传感器SW14、SW15；以及安装于燃料供给***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。

PCM 10基于这些检测信号执行各种运算，以判定发动机1和车辆等的状态，并且根据此状态向喷射器67、火花塞25、进气门侧的VVT 72及CVVL 73、排气门侧的VVL 71、燃料供给***62以及各种阀（节气门36、中冷器旁通阀351、EGR阀511以及EGR冷却器旁通阀531）的执行器输出控制信号。这样PCM 10运行发动机1。

图4示出发动机1的运行区域的一个示例。该发动机1以燃料消耗量的改善和排气排放性能的改善等为目的，在发动机负荷相对低的低负荷域中，不执行通过火花塞25的点火，而执行通过压缩自动点火进行燃烧的压缩点火燃烧。然而，随着发动机1的负荷增高，在压缩点火燃烧中，燃烧过度急剧地进行，从而引起例如燃烧噪声等的问题。因此，在该发动机1中，在发动机负荷相对高的高负荷域中，停止压缩点火燃烧，而切换为利用火花塞25的火花点火燃烧。像这样，该发动机1形成为根据发动机1的运行状态，尤其是根据发动机1的负荷，在执行压缩点火燃烧的CI（Compression Ignition；压缩点火）模式和执行火花点火燃烧的SI（Spark Ignition；火花点火）模式之间切换的结构。然而，模式切换的边界线并不限于图中的示例。

CI模式进一步根据发动机负荷的高低分为三个区域。具体地说，在CI模式下负荷最低的区域（1）中，为了提高压缩点火燃烧的点火性及稳定性，将相对温度高的热EGR气体导入至汽缸18内。尽管具体的在下面说明，但这是通过开启VVL 71并执行在进气行程中将排气门22开阀的排气的二度打开而实现。热EGR气体的导入有利于提高汽缸18内的压缩上死点时温度，并且在作为低负荷的区域（1）中提高压缩点火燃烧的点火性及稳定性。又，在区域（1）中，如图5（a）所示，至少在从进气行程至压缩行程中期的期间内，喷射器67向汽缸18内喷射燃料，以此形成均质的稀（lean）混合气。混合气的空气过剩率λ也可以例如设定为2.4以上，通过这样做，可以抑制RawNOx的产生，提高排气排放性能。因此，其稀混合气如图5（a）所示，在压缩上死点附近实现压缩自动点火。

尽管具体的在下面说明，但是在区域（1）中的负荷较高的区域、具体的是包含区域（1）和区域（2）的边界的区域中，至少在从进气行程至压缩行程中期的期间内，向汽缸18内喷射燃料，而将混合气的空燃比设定为理论空燃比（λ≈1）。通过设定为理论空燃比，以此可以利用三元催化器，并且如下所述那样在SI模式和CI模式之间切换时的控制变得简单，进而有利于将CI模式扩大至高负荷侧。

在CI模式中，在与区域（1）相比负荷较高的区域（2）中，与区域（1）的高负荷侧相同地至少在从进气行程至压缩行程中期的期间内，向汽缸18内喷射燃料（参照图5（a）），从而形成均质的理论空燃比（λ≈1）的混合气。

又，在区域（2）中，伴随着发动机负荷的上升而使汽缸18内的温度自然提高，因此为了避免过早点火而使热EGR气体量下降。尽管详细的在下面说明，但是这是通过调节导入汽缸18内的内部EGR气体量而实现的。又，通过调节绕过EGR冷却器52的外部EGR气体量，以此也能够调节热EGR气体量。

在区域（2）中，还向汽缸18内导入相对温度低的冷却的EGR气体。这样将高温的热EGR气体和低温的冷却的EGR气体以适当的比例导入至汽缸18内，以此实现适当的汽缸18内的压缩上死点时温度，并且确保压缩点火的点火性的同时避免急剧的燃烧，从而谋求压缩点火燃烧的稳定化。另外，对于作为将热EGR气体及冷却的EGR气体加在一起的、导入至汽缸18内的EGR气体的比例的EGR率，在将混合气的空燃比设定为λ≈1的条件下设定为尽可能高的EGR率。因此，在区域（2）中，随着发动机负荷的增大而燃料喷射量增大，因此EGR率逐渐地下降。

在包含CI模式和SI模式的切换边界线的、CI模式中负荷最高的区域（3）中，汽缸18内的压缩上死点时温度进一步提高，因此如区域（1）和区域（2）那样，在从进气行程至压缩行程中期的期间内向汽缸18内喷射燃料时，发生过早点火等的异常燃烧。另一方面，试图大量导入温度低的冷却的EGR气体而使汽缸内的压缩上死点时温度下降时，这样会导致压缩点火的点火性恶化。即，仅通过汽缸18内的温度控制不能稳定地执行压缩点火燃烧，因此在该区域（3）中，除了想到汽缸18内的温度控制以外，还想到燃料喷射形态以此避免过早点火等的异常燃烧，并且谋求压缩点火燃烧的稳定化。具体的是，该燃料喷射形态是如图5（b）所示那样至少在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间（以下，将该期间称为延迟（retard）期间）内，以与以往相比大幅度高压化的燃料压力执行向汽缸18内的燃料喷射的形态。将该特征的燃料喷射形态在以下称为“高压延迟喷射”或简单称为“延迟喷射”。通过这样的高压延迟喷射，避免区域（3）中的异常燃烧，同时谋求压缩点火燃烧的稳定化。关于该高压延迟喷射的具体内容在下面说明。

在区域（3）中，与区域（2）相同地，将高温的热EGR气体和低温的冷却的EGR气体以适当的比例导入至汽缸18内。借助于此，实现适当的汽缸18内的压缩上死点时温度并谋求压缩点火燃烧的稳定化。

相对于根据发动机负荷的高低分为三个区域的CI模式，SI模式根据发动机转速的高低分为区域（4）和区域（5）的两个区域。区域（4）在图例中，相当于将发动机1的运行区域划分为低速、高速两个区域时的低速域，区域（5）相当于高速域。又，区域（4）和区域（5）的边界在图4所示的运行区域中，相对于负荷的高低向转速方向倾斜，但是区域（4）和区域（5）的边界并不限于图例。

在区域（4）及区域（5）的各个区域中，混合气与区域（2）及区域（3）相同地设定为理论空燃比（λ≈1）。因此，混合气的空燃比在跨越CI模式和SI模式之间的边界的范围内为一定的理论空燃比（λ≈1）。这将使三元催化器的利用成为可能。又，在区域（4）及区域（5）中，尽管具体内容在下面说明，但是基本上使节气门36全开，另一方面通过EGR阀511的开度调节而调节导入至汽缸18内的新气量及外部EGR气体量。这样调节导入至汽缸18内的气体比例的做法，能够谋求泵送损失的降低，并且通过向汽缸18内导入大量的EGR气体，以此火花点火燃烧的燃烧温度被抑制得较低而也能够谋求冷却损失的降低。在区域（4）及区域（5）中，主要是将通过EGR冷却器52冷却的外部EGR气体导入至汽缸18内。借助于此，有利于异常燃烧的避免，并且也有抑制RawNOx的产生的优点。另外，在全开负荷域中，通过使EGR阀511闭阀，以此使外部EGR为零。

该发动机1的几何压缩比如上所述被设定为15以上（例如18）。较高的压缩比提高压缩上死点时温度及压缩上死点时压力，因此在CI模式、尤其是低负荷的区域（例如，区域（1））中，有利于压缩点火燃烧的稳定化。另一方面，该高压缩比发动机1在作为高负荷域的SI模式中，存在容易发生过早点火和爆震等的异常燃烧的问题。

因此，该发动机1在SI模式的区域（4）和区域（5）中，通过执行上述的高压延迟喷射，以此能够避免异常燃烧。更详细的是，在区域（4）中，如图5（c）所示仅执行高压延迟喷射，即，在从压缩行程后期至膨胀行程初期的延迟期间内，以30MPa以上的较高的燃料压力执行向汽缸18内的燃料喷射。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处于开阀的进气行程期间内向汽缸18内喷射，并且将剩余的燃料在延迟期间内向汽缸18内喷射。即，在区域（5）中，执行燃料的分次喷射。在这里，进气门21处于开阀的进气行程期间是指基于进气门的开闭定义的期间而不是基于活塞位置定义的期间，在这里所说的进气行程因通过CVVL 73和VVT 72等被改变的进气门21的闭阀时期，而存在相对于活塞到达进气下死点的时刻偏离的情况。

接着，参照图6说明SI模式中的高压延迟喷射。图6是在通过上述的高压延迟喷射的SI燃烧（实线）和在进气行程中执行燃料喷射的现有的SI燃烧（虚线）中，比较热释放率（上图）及未燃混合气反应进度（下图）的差异的图。图6的横轴是曲轴角。作为该比较的前提，发动机1的运行状态都是高负荷的低速域（即，区域（4）），喷射的燃料量在通过高压延迟喷射的SI燃烧和现有的SI燃烧的情况下彼此相同。

首先，在现有的SI燃烧中，在进气行程中执行向汽缸18内的规定量的燃料喷射（上图的虚线）。在汽缸18内，在该燃料的喷射后直至活塞14到达压缩上死点的期间内形成比较均质的混合气。而且，在该示例中，在压缩上死点以后的、用圆圈表示的规定的正时执行点火，由此开始燃烧。燃烧开始后，如图6的上图中的虚线所示，经过热释放率的峰值后燃烧结束。从燃料喷射开始至燃烧结束的期间相当于未燃混合气的可反应时间（以下，简单地可以称为可反应时间），如图6的下图中的虚线所示，在该期间未燃混合气的反应逐渐地进行。上述图中的点线表示作为未燃混合气达到点火的反应进度的点火阈值，现有的SI燃烧与作为低速域这样的情况相结合，可反应时间非常长，该期间未燃混合气的反应继续进行，因此在点火前后未燃混合气的反应进度超过点火阈值，从而引起过早点火或爆震等异常燃烧。

相对于此，高压延迟喷射的目的是谋求缩短可反应时间，借助于此避免异常燃烧。即，可反应时间是如图6中也示出那样为将喷射器67喷射燃料的期间（（1）喷射期间）、喷射结束后直至在火花塞25周围形成可燃混合气的期间（（2）混合气形成期间）、通过点火而开始直至燃烧结束的期间（（3）燃烧期间）相加的时间，即、是（1）+（2）+（3）。高压延迟喷射分别缩短喷射期间、混合气形成期间及燃烧期间，借助于此，缩短可反应时间。关于这一点依次进行说明。

首先，较高的燃料压力相对地提高单位时间内从喷射器67喷射的燃料量。因此，在使燃料喷射量为一定的量时，燃料压力和燃料的喷射期间之间的关系大致是燃料压力越低而喷射期间越长，燃料压力越高而喷射期间越短。因此，燃料压力与以往相比设定为大幅度提高的值的高压延迟喷射会缩短喷射期间。

又，较高的燃料压力有利于向汽缸18内喷射的燃料喷雾的微粒化，与此同时使燃料喷雾的飞散距离更长。因此，燃料压力和燃料蒸发时间之间的关系大致是燃料压力越低而燃料蒸发时间越长，燃料压力越高而燃料蒸发时间越短。又，燃料压力和燃料喷雾直至到达火花塞25的周围的时间大致是燃料压力越低而直至到达的时间越长，燃料压力越高而直至到达的时间越短。混合气形成期间是将燃料蒸发时间、和燃料喷雾到达火花塞25的周围的时间相加的时间，因此燃料压力越高而混合气形成期间越短。因此，燃料压力与以往相比设定为大幅度提高的值的高压延迟喷射分别缩短燃料蒸发时间及燃料喷雾到达火花塞25的周围的时间，其结果是，缩短混合气形成期间。相对于此，如在上述图中用圆圈表示那样，现有的以低燃料压力执行的进气行程喷射使混合气形成期间大幅度变长。另外，多喷口型的喷射器67和腔室141的组合在SI模式中，缩短在燃料喷射后燃料喷雾直至到达火花塞25的周围的时间，其结果是，有效地缩短混合气形成期间。

像这样，喷射期间及混合气形成期间的缩短可以使燃料喷射正时、更正确的是使喷射开始正时为比较延迟的正时。因此，在高压延迟喷射中，如图6中的上图所示，在从压缩行程后期至膨胀行程初期的延迟期间内执行燃料喷射。随着以较高的燃料压力向汽缸18内喷射燃料，该汽缸内的湍流增强，并且汽缸18内的湍流能量增高，但是该较高的湍流能量与燃料喷射正时设定为比较延迟的正时的情况相结合，有利于缩短燃烧期间。

即，在延迟期间内执行燃料喷射时，燃料压力与燃烧期间内的湍流能量之间的关系大致是燃料压力越低而湍流能量越低，燃料压力越高而湍流能量越高。在这里，假设即使以较高的燃料压力向汽缸18内喷射燃料，但是在其喷射正时位于进气行程中的情况下是因直至到达点火正时的时间变长、和在进气行程后的压缩行程中汽缸18内部被压缩，而使汽缸18内的湍流衰减。其结果是，在进气行程中执行燃料喷射的情况下，不论燃料压力的高低与否，燃烧期间内的湍流能量相对降低。

燃烧期间内的湍流能量和燃烧期间之间的关系大致是湍流能量越低而燃烧期间越长，并且湍流能量越高而燃烧期间越短。因此，燃料压力和燃烧期间之间的关系是燃料压力越低而燃烧期间越长，燃料压力越高而燃烧期间越短。即，高压延迟喷射会缩短燃烧期间。相对于此，现有的以较低的燃料压力执行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有利于汽缸18内的湍流能量的提高，对燃烧期间的缩短是有效的，并且通过该多喷口型的喷射器67和腔室141的组合而将燃料喷雾收纳于腔室141内的方式对燃烧期间的缩短也是有效的。

像这样，高压延迟喷射分别缩短喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间，其结果是，如图6所示，可以将从燃料的喷射开始正时SOI至燃烧结束时期θend的未燃混合气的可反应时间与现有的在进气行程中执行燃料喷射的情况相比大幅度缩短。缩短该可反应时间的结果是，如图6的上段所示的图那样，在现有的以较低的燃料压力执行的进气行程喷射中，如用圆圈所示那样燃烧结束时的未燃混合气的反应进度超过点火阈值，而发生异常燃烧，而高压延迟喷射如用黑圆点所示那样抑制燃烧结束时的未燃混合气的反应的进行，可以避免异常燃烧。另外，点火正时是利用图6的上图中的圆圈和黑圆点设定为彼此相同的正时。

燃料压力例如设定为30MPa以上，以此可以有效地缩短燃烧期间。又，30MPa以上的燃料压力也可以分别有效地缩短喷射期间及混合气形成期间。另外，优选的是燃料压力根据至少含有汽油的使用燃料的特性适当设定。作为其上限值的一例也可以设定为120MPa。

高压延迟喷射通过研究向汽缸18内的燃料喷射的形态而避免SI模式下的异常燃烧的发生。与此不同的以异常燃烧的避免为目的延迟点火正时的方法是一直以来已知的。点火正时的延迟化通过抑制未燃混合气的温度及压力的上升，以此抑制其反应的进行。然而，点火正时的延迟化导致热效率及转矩的下降，相对于此执行高压延迟喷射的情况下，通过对燃料喷射形态的研究避免异常燃烧，与此相应地可以提前点火正时，因此可提高热效率及转矩。即，高压延迟喷射不仅可避免异常燃烧，且与该避免相应地可以提前点火正时，有利于燃料消耗量的改善。

如以上已说明那样，在SI模式下的高压延迟喷射可以分别缩短喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间，但是在CI模式的区域（3）中执行的高压延迟喷射可以分别缩短喷射期间及混合气形成期间。即，通过向汽缸18内以较高的燃料压力喷射燃料使汽缸18内的湍流增强，以此微粒化的燃料的混合性提高，并且即使在压缩上死点附近的延迟正时喷射燃料，也可以迅速地形成比较均质的混合气。

在CI模式下的高压延迟喷射在负荷比较高的区域中，通过在压缩上死点附近的延迟的正时喷射燃料，以此例如防止压缩行程期间中的过早点火，并且如上所述迅速地形成大致均质的混合气，因此在压缩上死点以后，可以确实地进行压缩点火。像这样，在因发动机旋转而使汽缸18内的压力逐渐下降的膨胀行程期间内，通过执行压缩点火燃烧，以此使燃烧变得缓慢，从而避免随着压缩点火燃烧引起的汽缸18内的压力上升（dP/dt）急剧地进行的情况。这样，解除NVH的制约的结果是将CI模式的区域扩大至高负荷侧。

返回到SI模式的说明，如上所述SI模式的高压延迟喷射通过在延迟期间内执行燃料喷射以此缩短未燃混合气的可反应时间，而该可反应时间的缩短在发动机1的转速比较低的低速域中，由于对于曲轴角变化的实际时间变长，因此是有效的，相对于此，在发动机1的转速比较高的高速域中，由于对于曲轴角变化的实际时间变短，因此并不那么有效。相反地，在延迟喷射中，将燃料喷射时期设定在压缩上死点附近，因此在压缩行程中，被压缩的是不包含燃料的缸内气体、换而言之是比热比高的空气。其结果是，在高速域中，汽缸18内的压缩上死点时温度增高，从而该较高的压缩上死点时温度会导致爆震。因此，在区域（5）中仅执行延迟喷射时，也可能发生必须使点火正时延迟化，以此避免爆震的情况。

因此，如图4所示，在SI模式下转速相对高的区域（5）中，如图5（d）所示那样，将喷射的燃料的一部分在进气行程期间内向汽缸18内喷射，并且将剩余的燃料在延迟期间内向汽缸18内喷射。在进气行程喷射中，降低压缩行程中的缸内气体（即，包含燃料的混合气）的比热比，借助于此可以将压缩上死点时温度抑制得较低。这样通过降低压缩上死点时温度，以此可以抑制爆震，因此可以使点火正时提前。

又，通过执行高压延迟喷射，以此如上所述那样增强在压缩上死点附近的汽缸18内（燃烧室19内）的湍流，缩短燃烧期间。这一点也有利于抑制爆震，并且可以使点火正时进一步提前。这样，在区域（5）中，通过执行进气行程喷射和高压延迟喷射的分次喷射，以此避免异常燃烧，同时可以提高热效率。

另外，在区域（5）中，为了缩短燃烧期间，也可以代替执行高压延迟喷射而采用多点点火结构。即，将多个火花塞面向燃烧室内地配置，在区域（5）中执行进气行程喷射，与此同时分别驱动其多个火花塞，以此执行多点点火。这样，火焰会从燃烧室19内的多个火苗分别地扩散，因此火焰的扩散快而缩短燃烧期间。其结果是，与采用高压延迟喷射的情况相同地缩短燃烧期间，有利于热效率的改善。

图7～图10是示出低速域内的相对于发动机负荷的高低的发动机1的各参数的控制示例，从低负荷至高负荷的方向的负荷的变化在图4中所示的发动机的运行映射图（MAP图）中，用单点划线的箭头例示。

图7（a）～图7（d）是与汽缸18内的状态相关，该图7（a）是示出汽缸18内的气体组成（气体比例），该图7（b）示出压缩开始时的汽缸18内的温度，该图7（c）示出氧浓度。又，图7（d）示出进气中的外部EGR比例，这可以是从导入至汽缸18内的EGR气体除去内部EGR气体的部分。

图8（a）及图8（d）与图7（a）及图7（d）相同，分别示出汽缸18内的气体组成及进气中的外部EGR比例。又，图8（e）～图8（g）与配气机构的控制相关，该图8（e）是排气门22的开闭时期，该图8（f）是进气门21的开闭时期，该图8（g）是进气门的升程量。

图9（a）及图9（d）与图7（a）及图7（d）相同。又，图9（h）～图9（j）与进排气***的控制相关，该图9（h）示出节气门36的开度，该图9（i）示出EGR阀511的开度，该图9（j）示出EGR冷却器旁通阀531的开度。

此外，图10（a）也与图7（a）相同，示出汽缸18内的气体组成。又，图10（k）～图10（m）与燃料喷射及点火***的控制相关，该图10（k）示出喷射开始时期，该图10（l）示出燃料压力，该图10（m）示出点火时期。

图7（a）如上所述示出汽缸18内的状态，并且负荷相对低的图左侧的区域为CI模式，而与规定负荷相比负荷高的图右侧的区域为SI模式。尽管未图示，但是喷射至汽缸18内的燃料量（燃料量总和）不论CI模式及SI模式，而随着负荷的增大而增量。

（至规定负荷T1）

在CI模式中，在与规定负荷T1相比负荷低的区域（这相当于图4的运行映射图中的区域（1）），导入新气及内部EGR气体以形成稀混合气。具体的是，节气门36的开度如图9（h）所示的那样设定为全开，另一方面，如图8（e）所示那样，开启排气VVL 71，执行使排气门22在进气行程中开阀的排气的二度打开。又，如图8（g）所示那样，进气门21的升程量设定为最小，以此内部EGR率（导入至汽缸18内的内部EGR气体量的比例）变得最高（还参照图11的S1）。如上所述，在区域（1）中，例如只要是空气过剩率λ≥2.4左右的稀混合气即可，借助于此，与将大量的EGR气体导入至汽缸18内的情况相结合，抑制RawNOx的产生。又，向汽缸18内导入大量的EGR气体有利于泵送损失的降低。另外，如图10（k）、图10（l）所示那样，在区域（1）中，在进气行程期间内以相对低的燃料压力执行燃料喷射。然而，燃料压力随着发动机负荷的增大而逐渐上升。

直至规定负荷T1（更正确的是直至规定负荷T2），大量的内部EGR气体导入至汽缸18内，以此如图7（b）所示，汽缸18内的温度，尤其是压缩上死点时温度增高，从而有利于压缩点火的点火性的改善及压缩点火燃烧的稳定性的改善。氧浓度如图7（c）所示，随着负荷的增大而逐渐下降。另外，尽管图示省略，但是在将热EGR气体导入至汽缸18内的直至规定负荷T6的低负荷乃至中负荷的区域中，也可以通过关闭中冷器旁通阀351，以此将通过中冷器/加温器34加温的新气导入至汽缸18内。

（从规定负荷T1至T2）

在规定负荷T1以上的发动机负荷中，混合气的空然比设定为理论空然比（λ≈1）。因此，随着喷射的燃料量增大，而导入至汽缸18内的新气量也增大，与此相对应地EGR率会减少（参照图7（a））。在从规定负荷T1至T2，也是在进气行程期间内以相对低的燃料压力执行燃料喷射（参照图10（k）、图10（l））。

又，在从规定负荷T1至T2，也如图9（h）所示那样，节气门开度基本上全开。另一方面，如图8（e）所示，在将排气VVL 71开启的状态下，如图8（g）所示那样通过调节进气门21的升程量，以此调节导入至汽缸18内的新气量及内部EGR气体量。

具体的是，如图11所示那样，在开启排气VVL 71而执行排气二度打开的状态下，如果使进气门21的升程量最小（参照该图11的S1），则内部EGR率变得最大，且导入至汽缸18内的新气最少。这是如图8（e）、图8（f）、图8（g）所示那样相当于直至规定负荷T1的进气门21、排气门22的控制。

如图11的S2所示，在执行排气二度打开的状态下，如果增大进气门21的升程量，则进气门21的开阀期间和排气门22的二度打开时的开阀期间的重叠会改变，因此内部EGR率下降。另外，进气门21的闭阀时期是，即使进气门21的升程量发生变化，也大致保持一定。如果通过CVVL 73及VVT 72的控制连续地改变进气门21的升程量，则可以使内部EGR率连续地下降。在从规定负荷T1至T2的期间控制进气门21的升程量以维持理论空然比λ≈1的同时使EGR率最大，换而言之使尽可能的量的内部EGR气体导入至汽缸18内。具体的是，如图8（e）、图8（f）、图8（g）所示，逐渐地增大进气门21的升程量，伴随与此，使进气门21的开阀时期（IVO）也逐渐地提前。

（从规定负荷T2至T3）

规定负荷T2以上的发动机负荷在图4的运行映射图中相当于区域（2），汽缸18内的温度增高而存在引起过早点火的担忧。因此，在规定负荷T2以上的发动机负荷中，内部EGR气体量减少，取而代之被冷却的外部EGR气体导入至汽缸18内。即，如图9（i）所示，EGR阀511的开度从闭阀状态逐渐地增大，由此通过EGR冷却器52冷却的外部EGR气体量随着发动机1的负荷增大而逐渐地增量。另外，如图9（j）所示，EGR冷却器旁通阀531处于关闭的状态。这样，被冷却的外部EGR气体（即，冷却的EGR气体）随着发动机负荷的增大而逐渐地增量（也参照图7（d））。

另一方面，如图7（a）所示，包含内部EGR气体及外部EGR气体的EGR率在规定负荷T2以上的高负荷侧上，也是为了将混合气的空然比设定为理论空然比（λ≈1），相对于负荷的增大而以规定比例下降。因此，在规定负荷T2以上的高负荷侧上，内部EGR气体以更高的下降率随着负荷的增大而减量（即，图7（a）的斜率增大）。具体的是，如图8（e）、图8（f）、图8（g）所示，进气门21的升程量与直至规定负荷T2的低负荷侧相比以较高的增大率随着负荷的增大而逐渐地增大，与此相对应地进气门21的开阀时期（IVO）逐渐地提前。

像这样，如图7（b）所示，汽缸18内的温度在规定负荷T2以上的高负荷侧上，随着负荷的增大而逐渐地下降。

（从规定负荷T3至T4）

内部EGR气体的导入量的调节是如上所述那样通过调节相对于进气行程期间内开阀的排气门22的开阀期间的进气门21的开阀期间的重叠状况而进行的，基本上是通过进气的CVVL  73的控制进行的。如图11中用实线的箭头所示那样，内部EGR气体的导入量可以直至规定量为止是连续地减少（参照该图11的S1、S2），但排气门22的开阀期间是不能调节的，因此在与其规定量相比试图减少导入量时，必须关闭排气VVL 71，从而停止排气二度打开。因此，如该图11的S3、S4所示，随着排气VVL 71的开启·关闭的切换，内部EGR气体的导入量不连续地减少（参照图11的单点划线的箭头）。

像这样，由于不能连续地减少导入至汽缸18内的内部EGR气体，因此在区域（2）的规定负荷T3中，停止向汽缸18内的内部EGR气体的导入，作为取而代之的热EGR气体，将绕过EGR冷却器52的未冷却的外部EGR气体导入至汽缸18内。

即，如图8（e）所示，关闭排气VVL 71而停止排气二度打开，另一方面不连续地较大地改变进气门21的升程量，伴随与此使进气门21的开阀时期也较大地提前至进气上死点附近。另外，在至少CI模式内的规定负荷T3以上的高负荷侧上，进气门21及排气门22的开阀时期及闭阀时期分别不论负荷的增大而保持一定。

又，如图9（i）所示，将EGR阀511的开度变更为全开，与此同时如图9（j）所示，将EGR冷却器旁通阀531的开度也变更为全开。又，如图9（h）所示，节气门36的开度暂时缩小，由此使EGR率高于50%。这样，如图9（d）所示，在规定负荷T3中，将必要量的热EGR气体（即，未冷却的外部EGR气体）导入至汽缸18内。由于使热EGR气体随着发动机负荷的增大而减少，因此如图9（j）所示，EGR冷却器旁通阀531的开度在规定负荷T3以上的高负荷侧上，从全开逐渐地被关闭，另一方面，由于使冷却的EGR气体量随着发动机负荷的增大而增量，因此EGR阀511维持全开，并且将节气门36的开度逐渐地变更为全开。

（从规定负荷T4至T5）

在CI模式的规定负荷T4以上的发动机负荷中，仅调节冷却的EGR气体和热EGR气体的导入比例难以实现确保压缩点火的点火性、和避免过早点火等的异常燃烧两者，因此如上所述，执行高压延迟喷射。这在图4的运行映射图中相当于区域（3）。

如图10（k）所示，燃料的喷射开始时期从区域（1）（2）中的进气行程中的时期较大地变更为压缩上死点附近的时期。又，燃料压力也如图10（l）所示那样从区域（1）（2）中的低燃料压力较大地变更为30MPa以上的高燃料压力。像这样，在区域（2）和区域（3）之间燃料的喷射形态较大地变更，但是汽缸18内的气体组成连续地变化，因此进气门21及排气门22的开阀期间和闭阀期间、节气门36的开度、EGR阀511的开度及EGR冷却器旁通阀531的开度并不分别急剧变化（参照图8（e）、图8（f）、图8（g）、图9（h）、图9（i）、图9（j））。这将有利于在区域（2）和区域（3）之间转移时抑制转矩冲击等的发生，从而谋求控制的简单化。

在规定负荷T4以上的高负荷侧上，作为高压延迟喷射的燃料喷射的开始时期如图10（k）所示，随着发动机负荷的增大而逐渐地延迟。又，燃料压力也如图10（l）所示那样随着发动机负荷的增大而设定得较高。随着发动机负荷的增大，更容易发生过早点火等，并且可能压力上升也变得剧烈。因此，通过使燃烧的喷射开始时期更延迟，与此同时将燃料压力设定得较高，以此有效地避免这些问题。

又，在从规定负荷T4至规定负荷T5中，节气门36的开度以全开的状态保持一定（参照图9（h）），另一方面，EGR阀511的开度及EGR冷却器旁通阀531的开度分别随着发动机负荷的增大而减少（参照图9（i）、图9（j））。另外，当比较EGR阀511的开度和EGR冷却器旁通阀531的开度时，EGR冷却器旁通阀531的开度的下降率相对地高。

（从规定负荷T5至T6）

规定负荷T5与CI模式和SI模式的切换相关，在超过规定负荷T5的高负荷侧上为SI模式。对于夹着与CI模式和SI模式的切换相关的边界的低负荷侧和高负荷侧，分别将混合气的空燃比设定为理论空燃比（λ≈1），因此EGR率被设定为从CI模式至SI模式连续地减少。这一点在进行燃料形态的切换的从CI模式至SI模式的转移时，除了开始火花点火以外没有较大的变化，而能够使从CI模式至SI模式的切换、或者与其相反的切换分别顺利地进行，并且能够抑制转矩冲击等的发生。尤其是，已通过EGR通路50的排气的回流相关的控制响应性比较低，因此不使EGR率急剧变化的控制有利于控制性的改善。

又，如上所述那样在CI模式中，尽量将EGR率设定得较高，伴随与此在SI模式内的与CI模式的边界附近的低负荷区域中，EGR率增高。较高的EGR率有利于泵送损失的降低，但是在SI模式中有不利于燃烧稳定性的情况。

因此，在SI模式的低负荷的区域、具体的是与规定负荷T6相比低负荷侧上，向汽缸18内导入热EGR气体。即，通过EGR冷却器旁通通路53的未冷却的外部EGR气体导入至汽缸18内。由此，如图7（b）所示那样将汽缸18内的温度设定得较高，缩短点火延迟时间，从而提高高EGR率的环境下的火花点火燃烧的稳定性。

具体的是，如图9（i）、图9（j）所示那样，使EGR阀511的开度及EGR冷却器旁通阀531的开度分别从CI模式时开始连续地随着负荷的增大而逐渐地减少。借助于此，相对于发动机负荷的增大而冷却的EGR气体增量，热EGR气体减量，而包含冷却的EGR气体及热EGR气体的EGR率相对于发动机负荷的增大而逐渐地下降。因此，新气量增大。这样，在规定负荷T6以上的发动机负荷中，通过汽缸18内的温度增高，以此燃烧稳定性提高，因此关闭EGR冷却器旁通阀531而使热EGR气体量为零。另外，此时EGR阀511是处于打开的状态。又，在从规定负荷T5至T6的期间，节气门开度维持全开（参照图9（h）），与此同时进气门21及排气门22的开阀期间及闭阀期间也保持一定（参照图8（e）、图8（f）、图8（g））。

另一方面，燃料喷射的开始时期如图10（k）所示那样，随着发动机负荷的增大而逐渐地延迟，与此同时，燃料压力也如图10（l）所示那样随着发动机负荷的增大而逐渐地提高。又，点火时期如图10（m）所示那样，与燃料喷射的开始时期一起随着发动机负荷的增大而逐渐地延迟。另外，在SI模式中从规定负荷T5至T6的低负荷侧的区域中，通过在规定的点火时期使火花塞25工作，以此执行火花点火，但是其燃烧形态并不限于因火花点火而产生火焰核以此火焰传播的形态，也可能存在通过火花点火促进低温氧化反应而自动点火的形态。

（规定负荷T6以上）

在SI模式中，在规定负荷T6以上的高负荷侧上，如图7（a）、图7（d）所示，热EGR气体量为零，仅有冷却的EGR气体导入至汽缸18内。另外，尽管图示省略，但是也可以在规定负荷T6以上的高负荷侧上，通过打开中冷器旁通阀351（例如与发动机负荷的增大相对应地逐渐地增大其开度），以此增加绕过中冷器/加温器34的新气量，从而降低导入至汽缸18内的新气的温度。这一点有利于在高负荷侧的区域中，使汽缸18内的温度下降而避免过早点火和爆震等的异常燃烧。

又，如图9（h）所示那样，节气门36的开度维持全开，与此同时如图9（i）所示EGR阀511随着发动机负荷的增大而逐渐地关闭，在全开负荷下闭阀。因此，在全开负荷中EGR率为零（参照图7（a）、图7（d））。另一方面，如图8（f）、图8（g）所示，随着发动机负荷的增大而使进气门21的升程量逐渐地增大，并且在全开负荷下为最大升程量。使像这样导入至汽缸18内的新气量随着发动机负荷的增大而增量，以此谋求发动机1的运行区域中的高负荷侧上的转矩的提高。

此外，如图10（k）、图10（l）、图10（m）所示，燃料喷射开始时期随着发动机负荷的增大而逐渐地延迟，并且燃料压力也随着发动机负荷的增大而逐渐地设定得较高。这样，点火时期也随着发动机负荷的增大而逐渐地延迟。尽管随着发动机负荷的增大而容易发生异常燃烧等，但是通过喷射开始时期的延迟化及燃料压力的高压化而有效地避免该情况。

以上，参照图7～图10说明了相对于发动机负荷的高低的各参数的变化，而图12示出EGR率和发动机负荷的关系。如上所述，在发动机负荷低的低负荷区域中，将空燃比设定得较稀，另一方面，在与该低负荷的区域相比负荷高的区域中，不论发动机负荷的高低和燃烧形态的差异，而将空燃比设定为理论空燃比（λ≈1）并保持一定。发动机1沿着用图12的粗实线的箭头示出的控制线被控制，在将空燃比设定为理论空燃比（λ≈1）的条件下，将EGR率设定为最大。因此，相对于发动机负荷的高低，又，不论燃烧形态的切换而使EGR率连续地变化。这一点在发动机负荷连续地变化时，由于汽缸18内的气体组成连续地变化，因此有利于控制性的改善。

又，在将大量的EGR气体导入至汽缸18内，并且在进气行程中执行燃料喷射以此执行压缩点火燃烧的燃烧形态（即，相当于区域（1）（2））中，如图12中用单点划线示出那样，因 dP/dt的制约不能实现规定以上的发动机负荷，但是在这里，通过执行以30MPa以上的较高的燃料压力且在压缩上死点附近喷射燃料的高压延迟喷射，和将比较大量的EGR气体导入至汽缸18内，以此使燃烧缓慢地进行而解除dP/dt的制约，并且可以稳定地执行压缩点火燃烧。这在图4中相当于区域（3）的燃烧形态，可以将CI模式扩大至高负荷侧。又，通过设置该区域（3），以此也可以实现相对于发动机负荷的高低的EGR率的连续的变化。

因发动机1的几何压缩比较高而可能发生过早点火（preignition）等的异常燃烧的SI燃烧的区域（参照图12中的单点划线）中，通过执行高压延迟喷射，以此避免这样的异常燃烧，从而可以执行稳定的火花点火燃烧。高压延迟喷射还提高燃烧稳定性，因此在从CI模式切换为SI模式之后不久的负荷中，即使设定为较高的EGR率，也在确保规定的燃烧稳定性的方面是有利的。这一点也是相对于发动机负荷的高低而使EGR率连续地变化的因素。

这样，相对于发动机负荷的高低，确保汽缸18内的状态量的连续性在SI模式及CI模式的切换伴随着出现的发动机1中，在抑制模式的切换时的转矩冲击等的方面有利。

又，在几何压缩比设定得较高的发动机1中，在通过高压延迟喷射喷射燃料的正时，燃烧室19的容积相对减小。这可能在燃烧室19内的空气利用率的方面不利，但是高压延迟喷射以较高的燃料压力向腔室141内喷射燃料，以此增强腔室141内的流动而提高空气的利用率。尤其是喷射器67为多喷口型，因此有效地提高腔室141内的气体的湍流能量，有利于空气利用率的提高。

其结果是，在CI模式的区域（3）中，迅速地形成比较均质的混合气，提高压缩点火燃烧的点火性及稳定性。同样地，在SI模式的区域（4）中，也避免异常燃烧。

在这里，当比较CI模式的高压延迟喷射和SI模式的高压延迟喷射时，如图10（k）所示那样，相比之下CI模式的高压延迟喷射的燃料的喷射开始时期设定为提前侧。这在CI模式下执行高压延迟喷射的区域（3）中，通过执行压缩点火燃烧和发动机1的负荷相对低以此可以将大量的EGR气体导入至汽缸内，从而可以通过大量的EGR气体使燃烧缓慢地进行。因此，将燃料喷射的开始时期在能够避免异常燃烧的范围内更加提前，以此将均质混合气的形成期间一定程度较长地确保，以此改善点火性和燃烧稳定性等，并且将压缩点火的时期延迟至压缩上死点以后，从而可以实现通过大量的EGR气体的燃烧的缓慢化，与此同时可以避免急剧的压力上升。

相对于此，在执行SI模式下的高压延迟喷射的区域（4）（或者区域（5））中，从燃烧稳定性的观点考虑不能将大量的EGR气体导入至汽缸18内，因此理想的是通过尽量延迟燃料喷射的开始时期，以此通过延迟喷射的作用效果避免异常燃烧。

（与热EGR气体的控制相关的又一结构）

如上所述，通过组合排气VVL 71和进气CVVL 73的控制，以此试图调节内部EGR气体量的情况下，在规定量下发生EGR率的不连续（参照图11）。图13～图18所示的发动机100利用动压排气而可将内部EGR气体量从最大量连续变更为零。

具体的是，在该发动机100中，其特点在于其排气侧的结构上，图14～图17是用于详细示出排气歧管400的结构的图。如这些图14～图17所示，排气歧管400具有：上游端部与第一至第四的各汽缸18A～18D的排气道17连接的三个独立排气通路401、402、403；各独立排气通路401、402、403的下游端部（从发动机主体100远离的一侧的端部）维持独立的状态下彼此接近地集合的集合部404；设置于集合部404的下游侧，内部形成有与所有独立排气通路401、402、403连通的共通的空间的负压产生装置405，并且负压产生装置405的下游侧与单一的排气管40连接。为了便于图示，在图16中用虚线示出各独立排气通路401、402、403等，并且在图15中，省略下述的旁通通路411、412、413及旁通下游部414。

像这样，在该发动机100中，对于四个汽缸18A、18B、18C、18D配备有三个独立排气通路401、402、403。这是因为中央侧的独立排气通路402形成为对于2号汽缸18B及3号汽缸18C可共通地使用地分叉为Y字状的形状。即，独立排气通路402具有：从2号汽缸18B及3号汽缸18C的各排气道17延伸而在下游侧上合并的两个分歧通路部4021、4022；和从各分歧通路部4021、4022合并的部分进一步向下游侧延伸的单一的共通通路部4023。另一方面，与1号汽缸18A及4号汽缸18D的各排气道17连接的独立排气通路401、403形成为无分叉的单管状。另外，以下可以将单管状的独立排气通路401、403分别称为“第一独立排气通路401”及“第三独立排气通路403”，并且将分叉为二股状的独立排气通路402称为“第二独立排气通路402”。

在作为四冲程的四汽缸发动机的发动机100中，以1号汽缸18A→3号汽缸18C→4号汽缸18D→2号汽缸18B的顺序执行点火，因此与形成为二股状的第二独立排气通路402的上游端部连接的2号汽缸18B及3号汽缸18C的关系是排气顺序（实施排气行程的顺序）不连续。因此，即使在2号汽缸18B及3号汽缸18C与共通的独立排气通路402连接的情况下，也不发生来自于这两个汽缸18B、18C的排气同时流入独立排气通路402的情况。

以单管状形成的第一独立排气通路401及第三独立排气通路403向着汽缸列方向的中央侧延伸以使其各下游端部的位置与第二独立排气通路402的下游端部一致。即，尤其如图15所示，第一独立排气通路401的下游端部、第二独立排气通路402的共通通路部4023的下游端部、第三独立排气通路403的下游端部分别在从发动机主体1的排气侧的壁面中央（从上面观察时为与2号汽缸18B和3号汽缸18C之间相对应的位置）向下游侧远离的位置上集合成一束。而且，由集合的三个独立排气通路401、402、403的各下游端部和保持它们的集合的状态的保持构件等而形成集合部404。

如图17所示，各独立排气通路401、402、403的各下游端部、即第一独立排气通路401的下游端部、第二独立排气通路402的共通通路部4023的下游端部、第三独立排气通路403的下游端部各自具有将圆分为三等分的扇形的截面，并且通过集合三个具有像这样的截面的各下游端部，能够形成整体上大致圆形的集合部34。

在集合部404中靠近配置的各独立排气通路401、402、403的下游端部形成为越向下游侧行进而通路截面积越小的喷嘴状（例如参照图14、图15）。因此，通过各独立排气通路401、402、403的下游端部的排气在此位置加速后（提高流速后），向负压产生装置405喷出。

又，各独立排气通路401、402、403的下游端部在集合部404中以比较接***行的角度集合成束。具体的是，各独立排气通路401、402、403的下游端部配置为各自的轴心之间所形成的角度达到例如10度左右的小角度。

如图14及图15所示，负压产生装置405从上游侧依次具有形成为越向下游侧行进而通路截面积越小的喷嘴部406、形成为具有大致相同的通路截面积的直管部407、和形成为越向下游侧行进而通路截面积越大的扩散部408。因此，从各独立排气通路401、402、403中的任意一个的下游端部喷出的排气首先流入喷嘴部406，在此处进一步加速（此时排气的压力下降）。又，在喷嘴部406中被加速的排气随着通过直管部407及扩散部408而被减速，伴随与此恢复排气的压力。

排气从各独立排气通路401、402、403中的任意一个的下游端部向负压产生装置405的喷嘴部406高速喷出时，在其喷出气体的周围产生压力相对低的负压部。因此，在排气从某一个汽缸的独立排气通路（401、402、403中的任意一个）喷出至负压产生装置405内时，负压作用于其他汽缸的独立排气通路等，从而排气从此处向下游侧吸出。这个作为喷射器效果（ejector）是已知的。

另外，已知喷射器效果在将喷嘴部406的下游端部的面积（与直管部407的面积相同）的等效圆直径作为D，将独立排气通路401、402、403的各下游端部的等效圆直径作为a时，如果a/D≥0.5则能够得到充分的喷射器效果。因此，在本实施形态中，a/D也设定为0.5以上（例如0.65）。在这里，等效圆直径是指将具有某一形状的截面用面积相同的圆置换时的直径。

如图14及图16所示，该排气歧管400除了独立排气通路401、402、403和负压产生装置405等以外，还具有从各独立排气通路401、402、403的中途部分叉并延伸且在下游侧合并的三个旁通通路411、412、413、和从各旁通通路411、412、413合并的部分向下游侧延伸的旁通下游部414。旁通下游部414的下游端部与作为比负压产生装置405靠近下游侧的排气通路的排气管40连接。即，旁通通路411、412、413通过旁通下游部414连接各独立排气通路401、402、403的中途部（比负压产生装置4405靠近上游侧的部分）和排气管40。另外，旁通通路411、412、413合并的角度设定为比较宽的角度，例如旁通通路411和旁通通路412的各轴心之间的交叉角度、以及旁通通路412和旁通通路413的各轴心之间的交叉角度分别设定为30度以上。

各旁通通路411、412、413以及旁通下游部414形成为从其上游端至下游端具有大致一定的截面积，并且其截面积设定为大于各独立排气通路401、402、403的下游侧部分的各截面积。在本实施形态中，旁通通路411、412、413以及旁通下游部414的各截面积设定为与将独立排气通路401、402、403的下游端部集合的集合部404的圆形的截面积（各通路部401、402、403的下游端部的面积总和）大致相同。

在各旁通通路411、412、413的内部分别设置有可开闭的流通切换阀415。各流通切换阀415设置为能够以共通的杆416为中心转动，杆416的一端与执行器417连接。而且，在杆416通过执行器417的工作而旋转时，伴随与此各流通切换阀415同时被驱动从而开闭旁通通路411、412、413。

像上述那样工作的流通切换阀415使用于切换是否使从各汽缸18A～18D排出的排气通过负压产生装置405。例如，在流通切换阀415全闭时，从各汽缸18A～18D排出的排气全部通过独立排气通路401、402、403并流入至负压产生装置405中。借助于此，在负压产生装置405的内部产生强负压（压力充分下降的负压），能够得到充分的排气的吸出作用（喷射器效果）。另一方面，在流通切换阀415全开时，从各汽缸18A～18D排出的排气的大部分通过旁通通路411、412、413并流入下游侧，而不通过负压产生装置405并流入其下游侧的排气管40。借助于此，由于在负压产生装置405中不能产生负压，因此喷射器效果大幅度下降。另外，在流通切换阀415全开时大部分排气通过旁通通路411、412、413（而不是独立排气通路401、402、403）的原因是旁通通路411、412、413的截面积大于独立排气通路401、402、403的各下游端部的截面积，流通阻力小。

像这样，通过在发动机100的排气***中设置负压产生装置405等，详细的如在下面说明，直至内部EGR率为零为止可以连续地改变。因此，在该发动机100中，作为热EGR气体，不需要绕过EGR冷却器52的外部EGR气体。因此，如图13所示，EGR冷却器旁通通路53及EGR冷却器旁通阀531分别被省略，而作为EGR通路的仅是主通路51。又，如图18所示，PCM 10向调节上述流通切换阀415的开度的执行器417输出控制信号，而不是向EGR冷却器旁通阀531输出控制信号。

接着，参照图19～图21说明这样的结构的发动机100的控制。图19～图21对应于上述的图7～图9，图19（a）表示汽缸18内的气体组成，图19（b）表示压缩开始时的汽缸内的温度，图19（c）表示氧浓度，图19（d）表示进气中的外部EGR比例。其中，图19（b）、图19（c）与图7（b）、图7（c）相同。

图20（a）及图20（d）与图19（a）及图19（d）相同，分别表示汽缸18内的气体组成，以及进气中的外部EGR比例。又，图20（e）是排气门22的开闭时期，图20（f）是进气门21的开闭时期，图20（g）是进气门的升程量。

图21（a）及图21（d）与图19（a）及图19（d）相同。又，图21（h）表示节气门36的开度，图21（i）表示EGR阀511的开度，图21（j）表示流通切换阀415的开度。

另外，在发动机100中，与燃烧喷射及点火时期相关的控制与在发动机1中的控制相同，分别参照图10（k）、图10（l）、图10（m）。

首先，在图19（a）中，从低负荷至规定负荷T1、以及从规定负荷T1至T2的期间与图7（a）相同。然而，如图21（j）所示，流通切换阀415的开度设定为全开，借助于此，排气通过旁通通路411、412、413排出。此时，如下所述那样不会产生排出至排气道17的排气的吸引作用，因此通过排气的二度打开可以将充分的量的内部EGR气体导入至汽缸18内。

在图8（a）、图8（e）中，在规定负荷T3下关闭排气VVL 71（参照图8（e）），但是在图20（a）、图20（e）中是，在规定负荷T3下也不关闭排气VVL 71（参照图20（e））。排气VVL 71直至SI模式的规定负荷T6为止继续开启。

又，如图20（f）、图20（g）所示，在规定负荷T2以上的高负荷侧上，进气门21的升程量随着发动机负荷的增大而逐渐地增大，伴随与此，进气门21的开阀时期提前。这样，通过排气VVL 71的控制和进气CVVL 73的控制，内部EGR气体的导入量如图19（a）所示，随着发动机负荷的增大而逐渐地减少。像这样，不停止排气VVL 71的工作，以此不需要急剧改变进气门21的升程量（参照图8（g））。进而，如图21（i）所示，不需要急剧改变EGR阀511的开度（还参照图9（i））。这将提高相对于发动机负荷的增大的控制性。另外，在规定负荷T4以上的发动机负荷下执行高压延迟喷射的这一点与上述相同（参照图10（k）、图10（l）、图10（m））。

如果发动机负荷超过规定负荷T5，则执行从CI模式至SI模式的切换。在超过规定负荷T5的高负荷侧上，如图21（j）所示，流通切换阀415从全开逐渐地关闭。借助于此，流过旁通通路411、412、413的排气的量减少，并且通过独立排气通路401、402、403而流入至负压产生装置405中的排气的量增加。这一点与以下结果有关，即，通过增强在负压产生装置405内产生的负压，并且排出至排气道17的排气被吸引，以此减少在排气二度打开时返回至汽缸18内的内部EGR气体的量。即，当负压产生装置405内的负压增强（压力下降）时，该负压通过独立排气通路401、402、403到达至排气道17，以及排气被吸引至下游侧的结果是，不容易引起排气从排气道17逆流至汽缸18内的现象。由于发动机负荷越高而流通切换阀415的开度越降低，因此在负压产生装置405中产生的负压引起的排气的吸引作用（喷射器效果）逐渐地增强，其结果是，如图19（a）所示那样内部EGR气体的量逐渐地降低。

这样，在内部EGR气体的导入量设定为零的规定负荷T6中，如图21（j）所示，将流通切换阀415的开度设定为全闭，与此同时如图20（e）所示关闭排气VVL 71。

规定负荷T6以上的高负荷侧基本上与图7等的控制相同，但是如图21（j）所示，流通切换阀415的开度直至全开负荷为止维持全闭的状态。借助于此，如上所述，从汽缸18排出的排气的所有量流入负压产生装置405中，因此所产生的负压增强。在规定负荷T6以后的高负荷侧上，停止排气二度打开，但是强的负压在排气门22处于开阀的排气行程中，被利用于汽缸18内的残留气体的吸引（扫气）中，从而有助于新气的填充量的增大和汽缸18内的温度的下降。这一点有利于在高负荷侧的区域中的转矩的增大。

另外，在这里公开的技术并不限于适用于上述的发动机结构中。例如，进气行程期间内的燃料喷射也可以通过额外的设置于进气道16的进气道喷射器而不是设置于汽缸18内的喷射器67，向进气道16内喷射燃料。

又，发动机1并不限于直列四汽缸发动机，也可以适用于直列三汽缸、直列二汽缸、直列六汽缸发动机等。又，也可以适用于V型六汽缸、V型八汽缸、水平对置四汽缸等的各种发动机中。

此外，在上述说明中，在规定的运行区域将混合气的空燃比设定为理论空燃比（λ≈1），但是也可以将混合气的空燃比设定得稀。然而，将空燃比设定为理论空燃比具有能够利用三元催化器的优点。

图4所示的运行区域只是例示，除此以外也可以设置各种运行区域。

又，高压延迟喷射也可以根据需要分次喷射，同样地，进气行程喷射也可以根据需要分次喷射。这些分次喷射也可以在进气行程和压缩行程中分别喷射燃料。

Claims (8)

1.一种火花点火式直喷发动机，具备：

形成为具有汽缸的结构的发动机主体；

形成为向所述汽缸内喷射燃料的结构的燃料喷射阀；

形成为设定所述燃料喷射阀喷射的所述燃料的压力的结构的燃料压力设定机构；

形成为面向所述汽缸内配设且对所述汽缸内的混合气点火的结构的火花塞；和

形成为至少控制所述燃料喷射阀、所述燃料压力设定机构及所述火花塞，以此运行所述发动机主体的结构的控制器；

所述控制器在规定的正时使所述火花塞工作，以在所述发动机主体的运行状态位于规定的低负荷区域时，通过使所述汽缸内的混合气压缩点火的压缩点火燃烧运行所述发动机主体；

并且在所述发动机主体的运行状态位于与执行所述压缩点火燃烧的第一区域相比负荷高的第二区域时，通过火花点火燃烧运行所述发动机主体；

且所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于所述第一区域内的、包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷高的特定区域时，通过所述燃料压力设定机构使所述燃料的压力为30MPa以上的高燃料压力，且以至少在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内向所述汽缸内执行燃料喷射的方式驱动所述燃料喷射阀，以此使所述压缩点火在压缩上死点以后进行；

并且在所述发动机主体的运行状态位于所述第一区域内的与所述特定区域相比负荷低的区域时，以至少在从进气行程至所述压缩行程中期的期间内执行燃料喷射的方式驱动所述燃料喷射阀。

2.根据权利要求1所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于，

所述火花点火式直喷发动机还具备形成为将排气能够导入至所述汽缸内的结构的排气回流***；

所述控制器通过所述排气回流***的控制，改变作为在所述汽缸内的所有的气体量中所述排气的量所占的比例的EGR率；

所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于所述第一区域内的负荷最低的区域时，将所述EGR率设定得最高，并且随着所述发动机主体的负荷的增大而使所述EGR率下降；

且所述控制器在从所述第一区域内的所述特定区域至在所述第二区域内的包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷低的区域时，随着所述发动机主体的负荷的增大而使所述EGR率连续地下降。

3.根据权利要求2所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于，

所述排气回流***形成为能够将所述排气冷却后的冷却的EGR气体、以及与所述冷却的EGR气体相比温度高的热EGR气体分别导入至所述汽缸内的结构；

所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于所述第一区域内的负荷低的区域时，通过所述排气回流***仅将所述热EGR气体导入至所述汽缸内，并且在所述发动机主体的运行状态位于从所述第一区域内的所述特定区域至所述第二区域内的包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷低的区域时，至少将所述冷却的EGR气体导入至所述汽缸内。

4.根据权利要求1所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于，所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于与所述第一区域内的所述特定区域相比负荷低的区域时，通过所述燃料压力设定机构将所述燃料的压力设定为低于30MPa的低燃料压力，且以至少在从进气行程至所述压缩行程中期的期间内执行燃料喷射的方式驱动所述燃料喷射阀。

5.根据权利要求4所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于，所述燃料压力设定机构具备通过所述发动机主体驱动的高压燃料泵，并且通过该高压燃料泵调节所述燃料喷射阀喷射的所述燃料的压力。

6.根据权利要求1所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于，

在所述汽缸内设置有能往复运动地被内插的活塞，并且在该活塞的顶面形成有凹状的腔室；

所述控制器在所述发动机主体的运行状态位于第一区域内的、包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷高的特定区域时，以至少在从压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内向所述汽缸内执行燃料喷射的方式驱动所述燃料喷射阀以向所述腔室内喷射所述燃料。

7.根据权利要求6所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于，所述燃料喷射阀为多喷口型，并配置在所述发动机主体的燃烧室的中央部分，并且设定为在从所述压缩行程后期至膨胀行程初期的期间内，以辐射状向所述腔室内喷射燃料。

8.根据权利要求2所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于，

所述排气回流***形成为能够将所述排气冷却后的冷却的EGR气体、以及与所述冷却的EGR气体相比温度高的热EGR气体分别导入至所述汽缸内的结构；

在所述发动机主体的运行状态位于从所述第一区域内的所述特定区域至所述第二区域内的包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷低的区域时，将所述冷却的EGR气体和所述热EGR气体两者导入至所述汽缸内，且在从所述第一区域内的所述特定区域至所述第二区域内的包含所述第一区域和第二区域的边界的负荷低的区域，随着所述发动机主体的负荷的增大而使在所述汽缸内的所有的气体量中所述冷却的EGR气体的量所占的比例增大，并且使在所述汽缸内的所有的气体量中所述热EGR气体的量所占的比例减少，使作为在所述汽缸内的所有的气体量中所述冷却的EGR气体和所述热EGR气体的总和的所有EGR气体的量所占的比例的所述EGR率连续地下降。