阅读说明：本技术 发动机的控制方法及发动机的控制装置 (Engine control method and engine control device ) 是由 人见光夫 中井英二 山口直宏 森本博贵 于 2019-01-23 设计创作，主要内容包括：发动机的控制方法包括：燃料供给部(燃料喷射器(6))将燃料供向燃烧室(17)内的燃料供给步骤(6041)；以及在燃料被供向燃烧室内以后,且在将压缩冲程的期间四等分为前期、中前期、中后期以及后期时的中后期或者中后期之前的压缩冲程中,在燃烧室内的流动强度在规定强度以上的时刻,设置在燃烧室内的点火部(火花塞(25))在燃烧室内生成火种的点火步骤(6042)。(The control method of the engine includes: a fuel supply step (6041) in which a fuel supply unit (fuel injector (6)) supplies fuel into the combustion chamber (17); and an ignition step (6042) in which an ignition portion (an ignition plug (25)) provided in the combustion chamber generates a spark species in the combustion chamber at a timing when the flow intensity in the combustion chamber is equal to or higher than a predetermined intensity in a compression stroke after the fuel is supplied into the combustion chamber and before a middle-later period or a middle-later period when the period of the compression stroke is quartered into a front period, a middle-earlier period, a middle-later period, and a later period.)

发动机的控制方法及发动机的控制装置

技术领域

此处所公开的技术涉及一种发动机的控制方法及发动机的控制装置。

背景技术

专利文献1中公开了一种发动机，其在低负荷且低转速的规定区域中，通过压燃使燃烧室内的混合气燃烧。就该发动机而言，在负荷比所述规定区域的负荷高的区域以及转速比所述规定区域的转速高的区域中，通过火花点火使混合气燃烧。另外，就该发动机而言，在所述规定区域中，也是通过火花塞在压缩上止点附近进行火花点火，来促进混合气的压燃。

专利文献2中公开了一种发动机，其在高负荷区域中，通过压燃使燃烧室内的混合气燃烧。该发动机在高负荷且高转速的区域中，在前期喷射与后期喷射之间的压缩冲程的后期进行用于助燃的少量燃料喷射，从而在火花塞附近形成浓混合气。其中，前期喷射和后期喷射分别形成用于压燃燃烧的混合气。然后，通过火花塞对浓混合气进行点火而形成火焰，从而由前期喷射所形成的混合气在压缩上止点附近被压燃，并且由与该压燃同时进行的后期喷射所形成的混合气随后也被压燃。

专利文献1：日本专利第4082292号公报

专利文献2：日本专利第5447435号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

然而，在以提高热效率为主要目的而提高了几何压缩比的发动机中，如果点火部对燃烧室内的混合气进行火花点火，通过火焰传播使混合气燃烧，则存在发生包括爆燃在内的异常燃烧的情况。为了避免异常燃烧的发生，例如如果延迟火花点火时刻，则燃烧期间变长，并且由于燃烧重心较大地偏离开压缩上止点，因而发动机的热效率降低。

此处所公开的技术使发动机的热效率提高。

－用以解决技术问题的技术方案－

本申请发明人着眼于利用所谓的破裂反应区(broken reaction zone)。破裂反应区是指如下状态，即：由于混合气燃料稀薄、和/或在燃烧室内的混合气的流动较强，因而不进行火焰传播引起的燃烧。当燃烧室内的状态处于破裂反应区时，由于即使试图通过火焰传播使混合气燃烧，也会发生失火(misfire)，因此在现有的发动机控制中，当燃烧室内的状态处于破裂反应区时，避免对混合气进行火花点火。

但是，本申请发明人有以下新的见解：如果从微观角度观察混合气，当点火部在破裂反应区中对混合气进行点火时，火种以不能进行火焰传播的状态被保存下来，而不是消失了。并且，本申请发明人发现，如果燃烧室内的状态离开破裂反应区，保存下来的火种就会使混合气同时开始燃烧，根据该发现完成了此处所公开的新燃烧方式所涉及的技术。

具体而言，此处所公开的技术涉及一种在燃烧室内执行包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程的循环的发动机的控制方法。该发动机的控制方法包括燃料供给步骤以及点火步骤。其中，在燃料供给步骤中，燃料供给部将燃料供向所述燃烧室内；在点火步骤中，在燃料被供向所述燃烧室内以后，且在将所述压缩冲程的期间四等分为前期、中前期、中后期以及后期时的中后期或者中后期之前的压缩冲程中，在所述燃烧室内的流动强度在规定强度以上的时刻，设置在所述燃烧室内的点火部在所述燃烧室内生成火种。

根据该结构，燃烧供给步骤通过将燃料供向燃烧室内，从而在燃烧室内形成混合气。在燃料供给步骤中，只要在后述的点火步骤之前将燃料供向燃烧室内即可。例如，如果燃料供给部是将燃料直接喷向燃烧室内的结构，则也可以在从进气冲程起到压缩冲程的初期或中前期为止的期间内将燃料喷向燃烧室内。这样一来，就能够在点火步骤之前将燃料供向燃烧室内。需要说明的是，“压缩冲程的初期”也可以是将压缩冲程三等分为初期、中期、后期时的初期。例如，如果燃料供给部是将燃料喷向与燃烧室相连通的进气道内(以及燃烧室内)的结构，则也可以在进气冲程之前(也包括排气冲程)将燃料喷向进气道内。这样一来，在进气冲程期间内，能够将燃料与进气一起引入燃烧室内，从而能够在点火步骤之前将燃料供向燃烧室内。

在燃料供给步骤之后的压缩冲程中执行点火步骤。在点火步骤中，点火部在燃烧室内生成火种。点火部例如也可以是在电极间产生火花放电的火花塞。点火部例如也可以构成为产生电弧放电或等离子体放电。能够由点火部对混合气施加能量而在燃烧室内形成火种。

在进气冲程的期间通过进气道将进气引入燃烧室内而生成的燃烧室内的进气流在进气下止点附近暂时衰减，但在从活塞朝向上止点移动的压缩冲程的初期到中期的期间，由于所谓的自旋向上(spin up)现象，燃烧室内的气体流动逐渐增强，之后，燃烧室内的气体流动逐渐减弱直至压缩冲程的末期。点火步骤在压缩冲程的中后期或者中后期之前的压缩冲程中，在燃烧室内的流动强度在规定强度以上的时刻生成火种。由于燃烧室内的流动强度强，因此即使生成火种，也能够不让火焰传播引起的燃烧进行而将火种保存在燃烧室内。也就是说，点火步骤在燃烧室的状态处于破裂反应区时进行。此处，在点火步骤中，点火部也可以进行多次放电。这样一来，能够增加在燃烧室内生成的火种的数量，并且能够利用燃烧室内的较强的气体流动使已生成的火种在燃烧室内扩散。

在点火步骤之后，随着接近压缩上止点，燃烧室内的流动强度降低。在燃烧室的流动强度降低后的压缩冲程的后期以后，燃烧室的状态就离开破裂反应区。在压缩冲程的后期，由于活塞上升，而使得燃烧室内的温度和压力变高。借助在点火步骤中生成并保存在燃烧室内的火种，而使得混合气在压缩冲程后期或者膨胀冲程中开始燃烧。更详细而言，在压缩上止点附近，混合气通过自燃而开始同时燃烧。由于该燃烧的燃烧重心接近压缩上止点，因此提高了发动机的热效率。在该燃烧方式中，由于燃烧期间变短，因此能够抑制爆燃的发生。

也可以是这样的：所述点火部在压缩冲程中所述燃烧室内的滚流比在规定以上的时刻，在所述燃烧室内生成所述火种。

通过将进气道构成为所谓的螺旋状气道，从而若在进气冲程期间在燃烧室内产生滚流(即，纵向涡流)，则能够在从压缩冲程的初期到中期的期间，利用自旋向上现象增强燃烧室内的滚流的强度(即，增大作为表示滚流强度的指标的滚流比)。点火部在压缩冲程中燃烧室内的滚流比在规定以上的时刻生成火种，由此能够不让火焰传播引起的燃烧进行而将火种保存在燃烧室内。

也可以是这样的：所述点火部在所述发动机的转速在规定转速以上的压缩冲程中在所述燃烧室内生成所述火种。

当发动机的转速高时，燃烧室内的流动就变强。点火部在发动机的转速在规定转速以上时的压缩冲程中在燃烧室内生成火种，由此能够不让火焰传播引起的燃烧进行而将火种保存在燃烧室内。

也可以是这样的：所述燃料供给部在所述点火部要在所述燃烧室内生成所述火种的时刻，将燃料供向所述燃烧室内，以便至少在所述点火部的周围，形成空气与燃料的质量比即A/F、或者包含空气的气体与燃料的质量比即G/F高于理论空燃比的混合气。

破裂反应区与两个参数相关，即燃烧室内的流动以及混合气的燃料浓度。如果混合气的燃料浓度低，则燃烧室的状态就处于不进行火焰传播引起的燃烧的破裂反应区。在燃烧供给步骤中，如果至少在点火部的周围形成A/F或者G/F高于理论空燃比的混合气，则在点火步骤中，当在燃烧室内生成火种时，能够不让火焰传播引起的燃烧进行而将火种保存在燃烧室内。虽然在较早的时期在燃烧室内形成混合气，但由于是燃料浓度较低的稀薄混合气，因此也能够防止过早点火。

也可以是这样的：所述发动机的控制方法包括在所述点火步骤之后，所述燃料供给部将燃料供向所述燃烧室内，以使所述燃烧室内的混合气的燃料浓度变浓的第二燃料供给步骤。

在第二燃料供给步骤中，如果燃料供给部追加供给燃料，则混合气的燃料浓度就会变浓。如果混合气的燃料浓度变浓，则燃烧室的状态就会离开破裂反应区。在第二燃料供给步骤之后，混合气借助保存在燃烧室内的火种，通过自燃而开始同时燃烧。如果调节追加供给燃料的时刻和/或追加供给的燃料量，则能够调节混合气开始燃烧的时刻。

也可以是这样的：所述发动机的几何压缩比在14以上。利用此处所公开的发动机的控制方法，能够在高压缩比发动机中避免异常燃烧，并且提高热效率。

此处所公开的技术还涉及一种发动机的控制装置。该发动机包括燃烧室、点火部以及燃料供给部。其中，在所述燃烧室内执行包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程的循环；所述点火部布置在所述燃烧室内；所述燃料供给部将燃料供向所述燃烧室内。在所述燃料供给部将燃料供向所述燃烧室内以后，且在将所述压缩冲程的期间四等分为前期、中前期、中后期以及后期时的中后期或者中后期之前的压缩冲程中，在所述燃烧室内的流动强度在规定强度以上的时刻，所述点火部在所述燃烧室内生成火种。

也可以是这样的：所述点火部在压缩冲程中所述燃烧室内的滚流比在规定以上的时刻，在所述燃烧室内生成所述火种。

也可以是这样的：所述点火部在所述发动机的转速在规定转速以上的压缩冲程中在所述燃烧室内生成所述火种。

也可以是这样的：所述燃料供给部在所述点火部要在所述燃烧室内生成所述火种的时刻将燃料供向所述燃烧室内，以便至少在所述点火部的周围，形成空气与燃料的质量比即A/F、或者包含空气的气体与燃料的质量比即G/F高于理论空燃比的混合气。

也可以是这样的：在所述点火部在所述燃烧室内生成所述火种后，所述燃料供给部向所述燃烧室内追加供给燃料，以使所述燃烧室内的混合气的燃料浓度变浓。

也可以是这样的：所述发动机的几何压缩比在14以上。

－发明的效果－

利用上述发动机的控制方法及控制装置，而使得发动机的热效率提高。

附图说明

图1是示例出发动机系统的结构的图；

图2是示例出燃烧室的结构的图；

图3是示例出燃烧室和进气系统的结构的俯视图；

图4是示例出发动机的控制装置的结构的方框图；

图5是示例出图1所示的发动机的运转区域图的图；

图6是示例出各运转状态下的燃料喷射时期和点火时期与燃烧波形的图；

图7是示例出用于测量涡流比的台架试验装置的图；

图8是示例出第二通路的开口比率与涡流比之间的关系的图；

图9是示例出从进气冲程到压缩冲程的燃烧室内的流动强度的变化的图；

图10的上图是示出点火时期相对于发动机转速产生变化的一个示例的图，图10的下图是示出第二喷射开始时期相对于发动机转速产生变化的一个示例的图；

图11是与燃料喷射和点火时期的控制相关的流程图；

图12是示例出与图1不同的发动机系统的结构的图；

图13是示例出图12所示的发动机的运转区域图的图。

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明发动机的控制装置及控制方法的示例性实施方式。图1是示例出具有发动机1的发动机系统的结构的图。图2是示例出燃烧室17的结构的图。在该图2中，上图是相当于燃烧室17的俯视图的图，下图是沿上图的II－II线剖开的剖视图。图3是示例出燃烧室17和进气系统的结构的图。图4是示例出发动机的控制装置的结构的方框图。需要说明的是，在图1中，进气侧位于图面的左侧，排气侧位于图面的右侧。需要说明的是，在图2和图3中，进气侧位于图面的右侧，排气侧位于图面的左侧。

发动机1是通过在燃烧室17内重复进行包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程的循环而运转的四冲程发动机。发动机1安装在四轮汽车上。汽车通过发动机1运转而行驶。在该结构例中，发动机1的燃料是汽油。燃料还可以是含有生物乙醇等的汽油。发动机1的燃料只要是至少含有汽油的液体燃料，则什么燃料都可以。

〈发动机的结构〉

发动机1是多气缸发动机。如图1所示，该发动机1包括具有燃烧室17的发动机主体2。发动机主体2包括气缸体12和安装在气缸体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。

活塞3插在各气缸11内并能够自由滑动。活塞3经由连杆14与曲轴15连结起来。活塞3与气缸11、气缸盖13共同划分出燃烧室17。此处，“燃烧室”并不限于活塞3到达压缩上止点时所形成的空间的意思。“燃烧室”这个词有时候是广义的。也就是说，“燃烧室”有时候与活塞3的位置无关，指的是由活塞3、气缸11以及气缸盖13所形成的空间。“燃烧室内”和“气缸内”有时以大致相同的意思使用。

如图2的下图所示，气缸盖13的下表面，亦即燃烧室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燃料喷射器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向上倾斜。燃烧室17的顶面呈所谓的屋脊(pentroof)形状。

活塞3的上表面朝着燃烧室17的顶面***。在活塞3的上方形成有空腔31。空腔31从活塞3的上表面开始凹陷。空腔31与后述的燃料喷射器6相对。空腔31的中心相对于气缸11的中心轴X1偏向排气侧，空腔31的中心与燃料喷射器6的喷射轴心X2一致。

空腔31具有凸部311。凸部311形成在燃料喷射器6的喷射轴心X2上。该凸部311形成为近似圆锥形状，从空腔31的底部朝着燃烧室17的顶面向上延伸。空腔31相对于燃料喷射器6的喷射轴心X2呈对称形状。

空腔31还具有形成在凸部311周围的凹陷部312。凹陷部312绕一周将凸部311包围起来。在凹陷部312的周侧面从空腔31的底面朝着空腔31的开口相对于喷射轴心X2倾斜。凹陷部312处的空腔31的内径从空腔31的底部朝着空腔31的开口逐渐增大。

需要说明的是，燃烧室17的形状并不限于图2所示的形状。也就是说，空腔31的形状、活塞3的上表面形状以及燃烧室17的顶面形状等都能够做适当的改变。例如，空腔31也可以相对于气缸11的中心轴X1呈对称形状。倾斜面1311和倾斜面1312也可以相对于气缸11的中心轴X1呈对称形状。另外，在空腔31中，也可以在与后述的火花塞25相对的部位设置底部比凹陷部312更浅的浅底部。

发动机1的几何压缩比设定在14以上且30以下。如下文所述，发动机1在一部分运转区域进行将SI(Spark Ignition，火花点火)燃烧和CI(Compression Ignition，压缩点火)燃烧结合起来的SPCCI(SPark Controlled Compression Ignition)燃烧。SI燃烧是伴随火焰传播的燃烧，该火焰传播是通过强制性地对燃烧室17中的混合气进行点火而开始的。CI燃烧是通过燃烧室17中的混合气自燃而开始的燃烧。将上述SI燃烧和CI燃烧组合起来的燃烧方式是指：如果强制性地对燃烧室17中的混合气进行点火，使火焰传播引起的燃烧开始，则由于SI燃烧的发热以及火焰传播引起的压力上升，燃烧室17中的未燃混合气就通过压燃而燃烧。就该发动机1而言，无需为了让混合气自燃而大幅度地提高活塞3到达压缩上止点时的燃烧室17的温度，亦即压缩端温度。

每个气缸11都在其气缸盖13上形成有进气道18。如图3所示，进气道18具有第一进气道181和第二进气道182这两个进气道。第一进气道181和第二进气道182沿着曲轴15的轴向，亦即发动机主体2的前后方向排列。进气道18与燃烧室17连通。进气道18是所谓的螺旋状气道，省略详细图示。也就是说，进气道18具有保证在进气冲程时在燃烧室17中形成滚流的形状。

进气道18上设置有进气门21。进气门21在燃烧室17和进气道18之间开启、关闭进气道18。在发动机1中设置有进气门21的气门传动机构。进气门21由该气门传动机构在规定的时刻开启、关闭。进气门21的气门传动机构只要是能够使配气相位和/或气门升程可变的可变气门传动机构即可。

在本结构例中，如图4所示，可变气门传动机构具有进气电动S-VT(连续气门正时：Sequential-Valve Timing)23。进气电动S-VT23是使进气门21的开启角恒定且使进气门21的开启和关闭时刻可变的相位式可变气门传动机构。进气电动S-VT23构成为：让进气凸轮轴的旋转相位在规定的角度范围内连续地变化。因此，进气门21的开启时刻和关闭时刻连续变化。需要说明的是，进气门21的气门传动机构还可以具有液压式S-VT以取代电动S-VT。进气门21的气门传动机构可以具有改变进气门21的升程量的可变气门传动机构和/或改变进气门21的开启角(开阀期间)的可变气门传动机构。

每个气缸11还在其气缸盖13上形成有排气道19。如图3所示，排气道19具有第一排气道191和第二排气道192这两个排气道。第一排气道191和第二排气道192沿着发动机主体2的前后方向排列。排气道19与燃烧室17连通。

排气道19上设置有排气门22。排气门22在燃烧室17和排气道19之间开启、关闭排气道19。在发动机1中设置有排气门22的气门传动机构。排气门22由气门传动机构在规定的时刻开启、关闭。排气门22的气门传动机构只要是能够使配气相位和/或气门升程可变的可变气门传动机构即可。

在本结构例中，如图4所示，可变气门传动机构具有排气电动S-VT24。排气电动S-VT24是使排气门22的开启角恒定且使排气门22的开启和关闭时刻可变的相位式可变气门传动机构。排气电动S-VT24构成为：让排气凸轮轴的旋转相位在规定的角度范围内连续地变化。因此，排气门22的开启时刻和关闭时刻连续变化。需要说明的是，排气门22的气门传动机构还可以具有液压式S-VT以取代电动S-VT。排气门22的气门传动机构可以具有改变排气门22的升程量的可变气门传动机构和/或改变排气门22的开启角(开阀期间)的可变气门传动机构。

发动机1利用进气电动S-VT23和排气电动S-VT24来调节与进气门21的开启时刻和排气门22的关闭时刻相关的重叠期的长度。由此而将较热的已燃气体封闭在燃烧室17内。也就是说，将内部EGR(废气再循环：Exhaust Gas Recirculation)气体引入燃烧室17中。通过调节重叠期的长度，来清除燃烧室17中的残留气体(已燃气体)。

每个气缸11都在其气缸盖13上安装有燃料喷射器6。燃料喷射器6构成为：直接将燃料喷向燃烧室17中。燃料喷射器6是燃料供给部的一个示例。燃料喷射器6布置在进气侧倾斜面1311和排气侧倾斜面1312相交叉而构成的屋脊的谷部且面对燃烧室17内，并与空腔31相对。

如图2所示，燃料喷射器6的喷射轴心X2与气缸11的中心轴X1平行，并位于比气缸11的中心轴X1靠排气侧的位置处。该燃料喷射器6的喷射轴心X2与空腔31的凸部311的位置一致。需要说明的是，燃料喷射器6的喷射轴心X2也可以与气缸11的中心轴X1一致。在该情况下，理想情况也是燃料喷射器6的喷射轴心X2与空腔31的凸部311的位置一致。

燃料喷射器6由具有多个喷口的多喷口式燃料喷射器构成，省略详细图示。如图2中的双点划线所示，燃料喷射器6喷射燃料，保证雾状燃料从燃烧室17的中央以放射状扩散开来，并且从燃烧室17的顶部向斜下方扩散开来。

在本结构例中，燃料喷射器6具有十个喷口。喷口以等角度布置在燃料喷射器6的圆周方向上。如图2的上图所示，喷口的轴的位置相对于后述火花塞25在燃料喷射器6的圆周方向上错开。也就是说，火花塞25被夹在相邻的两个喷口的轴之间。这样一来，能够避免从燃料喷射器6喷射出的雾状燃料直接打在火花塞25上而将电极打湿。

燃料供给系统61连接在燃料喷射器6上。燃料供给系统61具有燃料箱63和燃料供给路径62。其中，该燃料箱63构成为贮存燃料；该燃料供给路径62将燃料箱63和燃料喷射器6彼此连结起来。在燃料供给路径62上设置有燃料泵和共轨腔(Common Rail)64。燃料泵65利用压力将燃料输送给共轨腔64。

在本结构例中，燃料泵65是由曲轴15驱动的柱塞泵。共轨腔64以较高的燃料压力储存由燃料泵65靠压力送来的燃料。燃料喷射器6开启，储存在共轨腔64内的燃料就从燃料喷射器6的喷口喷向燃烧室17中。

燃料供给系统61构成为：能够将压力在30MPa以上的高压燃料供向燃料喷射器6。燃料供给系统61的最高燃料压力例如可以在120MPa左右。可以根据发动机1的运转状态改变供向燃料喷射器6的燃料的压力。需要说明的是，燃料供给系统61的结构并不限于上述结构。

每个气缸11都在其气缸盖13上安装有火花塞25。火花塞25通过在设置于燃烧室17内的电极间进行火花放电，来强制性地对燃烧室17中的混合气进行点火。火花塞25是点火部的一个示例。

在本结构例中，亦如图2所示，火花塞25在燃烧室17中布置在以气缸11的中心轴X1为基准的进气侧。该火花塞25邻近燃料喷射器6，并且位于两个进气道之间。火花塞25以其上端远离燃烧室17的中央且下端靠近燃烧室17的中央的状态倾斜着安装在气缸盖13上。火花塞25的电极面向燃烧室17内且位于燃烧室17的顶面附近。

进气通路40连接在发动机主体2的一侧面上。进气通路40与各气缸11的进气道18连通，并经由进气道18与燃烧室17连通。进气通路40是供被引入燃烧室17的气体流动的通路。在进气通路40的上游端部设置有对新气进行过滤的空气滤清器41。在进气通路40的下游端附近设置有稳压罐42。进气通路40的位于稳压罐42的下游的部分构成相对于每个气缸11分支出来的独立通路。独立通路的下游端连接在各气缸11的进气道18上。

在进气通路40上且位于空气滤清器41和稳压罐42之间设置有节气门43。节气门43构成为：通过调节其开度来调节引入燃烧室17中的新气的量。

在进气通路40上且位于节气门43的下游的位置设置有增压器44。增压器44构成为：使要被引入燃烧室17的、进气通路40内的气体的压力增大。

在本结构例中，增压器44是由发动机主体2驱动的机械式增压器。机械式增压器44例如还可以是鲁式增压器。机械式增压器44采用什么结构都可以。机械式增压机44可以是李肖姆式增压器、叶片式增压器或离心式增压器。

在增压器44和发动机主体2之间设置有电磁离合器45。电磁离合器45让驱动力从发动机主体2传递给增压器44或者切断增压器44和发动机主体2之间的驱动力的传递。如下文所述，ECU10让电磁离合器45在断开和接合状态之间进行切换，来让增压器44在工作状态与非工作状态之间进行切换。这样一来，发动机1构成为能够在以下两种状态之间进行切换，即：增压器44将被引入燃烧室17的气体增压的状态和增压器44不对被引入燃烧室17的气体进行增压的状态。

中间冷却器46设置在进气通路40上且位于增压器44的下游。中间冷却器46对在增压器44中被压缩了的气体进行冷却。中间冷却器46只要是例如水冷式冷却器即可。中间冷却器46也可以是油冷式冷却器。

旁路通路47连接在进气通路40上。旁路通路47为了绕过增压器44和中间冷却器46，而将进气通路40上的增压器44的上游部和中间冷却器46的下游部彼此连接起来。在旁路通路47上设置有空气旁通阀48。空气旁通阀48对流经旁路通路47的气体的流量进行调节。

当不让增压器44工作时，亦即将电磁离合器45切断时，将空气旁通阀48完全开启。这样一来，流经进气通路40的气体就绕过增压器44，即不通过增压器44和中间冷却器46而经由旁路通路47流入稳压罐42，随后被引入发动机1的燃烧室17中。此时，发动机1在非增压亦即自然进气的状态下运转。

在让增压器44工作时，亦即让电磁离合器45接合时，流经进气通路40的气体在通过增压器44和中间冷却器46后流入稳压罐42。此时，当空气旁通阀48打开时，已通过增压器44的气体的一部分从稳压罐42通过旁路通路47，逆流到增压器44的上游。这种气体的逆流量根据空气旁通阀48的开度而变化。能够通过调节空气旁通阀48的开度来控制进气通路40内的气体的增压压力。

在本结构例中，由增压器44、旁路通路47、空气旁通阀48在进气通路40中构成增压系统49。

发动机1具有让燃烧室17内产生涡流的涡流产生部。如图3所示，涡流产生部是安装在进气通路40中的涡流控制阀56。涡流控制阀56设置在与第一进气道181相通的第一通路401和与第二进气道182相通的第二通路402中的第二通路402中。

涡流控制阀56是能够缩小第二通路402的截面的开度调节阀。在燃烧室17内产生强度与该涡流控制阀56的开度相对应的涡流。如箭头所示，涡流按照图3中的逆时针方向旋转(也参照图2中的空心箭头)。

如果涡流控制阀56的开度较小，从沿着发动机主体2的前后方向排列的第一进气道181和第二进气道182中的第一进气道181流入燃烧室17的进气流量就相对增加，且从第二进气道182流入燃烧室17的进气流量就相对减少，因此燃烧室17内的涡流会增强。如果涡流控制阀56的开度较大，则从第一进气道181和第二进气道182各个进气道流入燃烧室17的进气流量就大致相等，因此燃烧室17内的涡流会减弱。如果将涡流控制阀56完全开启，则不产生涡流。

需要说明的是，涡流产生部还可以采用让两个进气门21的开启时刻错开，而能够仅从一进气门21将气体引入燃烧室17中的结构来取代将涡流控制阀56安装在进气通路40中的结构。或者，涡流产生部又可以采用以下结构：除了将涡流控制阀56安装在进气通路40中以外，还让两个进气门21的开启时刻错开，而能够仅从一进气门21将气体引入燃烧室17中的结构。仅开启两个进气门21中的一个进气门21，被引入燃烧室17中的气体就会不均等，因此能够在燃烧室17中产生涡流。还可以通过改进进气道18的形状而使涡流产生部构成为在燃烧室17中产生涡流。

排气通路50连接在发动机主体2的另一侧面上。排气通路50与各气缸11的排气道19连通，并经由排气道19与燃烧室17连通。排气通路50是供从燃烧室17排出的尾气流动的通路。排气通路50的上游部分构成相对于每个气缸11分支出来的独立通路，详情省略图示。独立通路的上游端连接在各气缸11的排气道19上。

在排气通路50上设置有具有多个(在图1所示的例子中为两个)催化转化器的尾气净化系统。上游催化转化器布置在发动机室内，省略图示。该上游催化转化器具有三效催化剂511和GPF(汽油微粒过滤器：Gasoline Particulate Filter)512。另一方面，下游催化转化器布置在发动机室外。该下游催化转化器具有三效催化剂513。

需要说明的是，尾气净化系统并不限于图例的结构。例如，GPF512还可以省去不用。催化转化器并不限于三效催化剂511、513。而且，可以适当地改变三效催化剂511、513和GPF512的排列顺序。

构成外部EGR系统的EGR通路52设置在进气通路40和排气通路50之间。EGR通路52是用来让已燃气体的一部分回流到进气通路40中的通路，且将进气通路40和排气通路50连接起来。EGR通路52的上游端连接在排气通路50上的位于上游催化转化器和下游催化转化器之间的部位。EGR通路52的下游端连接在进气通路40上的位于增压器44的上游侧的部位。外部EGR系统是所谓的低压EGR系统。

在EGR通路52上设置有水冷式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上还设置有EGR阀54。EGR阀54构成为对流经EGR通路52的已燃气体的流量进行调节。通过改变EGR阀54的开度，就能够调节已冷却的已燃气体即外部EGR气体的回流量。

在本结构例中，EGR系统55由外部EGR系统和内部EGR系统构成。其中，外部EGR系统包括EGR通路52和EGR阀54；内部EGR系统包括上述进气电动S-VT23和排气电动S-VT24。

发动机系统包括用来让发动机1运转的ECU(发动机控制单元：Engine ControlUnit)10。ECU10是以公知的微型计算机为主体的控制器，如图4所示，ECU10具有CPU(中央处理器：Central Processing Unit)101、存储器102以及输入/输出总线103。其中，该CPU用于执行程序；该存储器例如由RAM(随机存取存储器：Random Access Memory)、ROM(只读存储器：Read Only Memory)构成且用于存储程序和数据；输入/输出总线103用于输入或输出电信号。

该ECU10与所述燃料喷射器6、火花塞25、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24、燃料供给系统61、节气门43、EGR阀54、增压器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上还连接有各种传感器SW1～SW16。传感器SW1～SW16将检测信号输出给ECU10。

该传感器包括：空气流量传感器SW1、第一进气温度传感器SW2、第一压力传感器SW3、第二进气温度传感器SW4、第二压力传感器SW5、缸压传感器SW6、排气温度传感器SW7。其中，空气流量传感器SW1和第一进气温度传感器SW2布置在进气通路40上且位于空气滤清器41的下游，第一压力传感器SW3布置在进气通路40上的位于比EGR通路52的连接位置靠下游侧且增压器44的上游，第二进气温度传感器SW4布置在进气通路40上的位于增压器44的下游且比旁路通路47的连接位置靠上游的部位，第二压力传感器SW5安装在稳压罐42上，缸压传感器SW6对应于各气缸11安装在气缸盖13上，排气温度传感器SW7布置在排气通路50上。

空气流量传感器SW1检测流经进气通路40的新气的流量。第一进气温度传感器SW2检测流经进气通路40的新气的温度。第一压力传感器SW3检测流入增压器44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。缸压传感器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排出的尾气的温度。

所述传感器还包括：线性氧传感器SW8、λ氧传感器SW9、水温传感器SW10、曲轴转角传感器SW11、进气凸轮转角传感器SW12、排气凸轮转角传感器SW13、油门开度传感器SW14、EGR压力差传感器SW15以及燃料压力传感器SW16。其中，线性氧传感器SW8布置在排气通路50上且位于上游催化转化器的上游，λ氧传感器SW9布置在上游催化转化器中的三效催化剂511的下游，水温传感器SW10、曲轴转角传感器SW11、进气凸轮转角传感器SW12以及排气凸轮转角传感器SW13安装在发动机主体2上，油门开度传感器SW14安装在油门踏板机构上，EGR压力差传感器SW15布置在EGR通路52上，燃料压力传感器SW16安装在燃料供给系统61的共轨腔64上。

线性氧传感器SW8和λ氧传感器SW9分别检测尾气中的氧浓度。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。进气凸轮转角传感器SW12检测进气凸轮轴的旋转角。排气凸轮转角传感器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压力差传感器SW15检测EGR阀54的上游和下游的压力差。燃料压力传感器SW16检测供向燃料喷射器6的燃料的压力。

ECU10根据各种传感器的检测信号判断发动机1的运转状态，并计算各种部件的控制量。ECU10将与计算出的控制量相关的控制信号输出给燃料喷射器6、火花塞25、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24、燃料供给系统61、节气门43、EGR阀54、增压器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根据油门开度传感器SW14的检测信号和事先设定好的运转区域图，设定发动机1的目标扭矩并决定目标增压压力。为了让增压压力达到目标增压压力，ECU10根据目标增压压力以及从第一压力传感器SW3和第二压力传感器SW5的检测信号得到的增压器44前后的压力差调节空气旁通阀48的开度，这样来进行反馈控制。

ECU10根据发动机1的运转状态和事先设定好的运转区域图设定目标EGR率，即EGR气体在燃烧室17中的所有气体中所占的比率。为了让被引入燃烧室17中的外部EGR气体量达到目标EGR气体量，ECU10根据基于目标EGR率和油门开度传感器SW14的检测信号得到的吸入空气量决定目标EGR气体量，并且根据从EGR压力差传感器SW15的检测信号得到的EGR阀54前后的压力差调节EGR阀54的开度，这样来进行反馈控制。

当规定的控制条件成立时，ECU10就进行空燃比反馈控制。具体而言，为了使混合气的空燃比达到所希望的值，ECU10根据由线性氧传感器SW8和λ氧传感器SW9检测到的排气中氧的浓度调节燃料喷射器6的燃料喷射量。

需要说明的是，ECU10对发动机1进行控制的具体情况见后述。

〈发动机的运转区域图〉

图5示例出发动机1热机时的运转区域图501、502。发动机1的运转区域图501、502根据发动机1的负荷和转速决定，且根据发动机1的转速的高低被分为两个区域。

具体而言，两个区域是发动机转速低于N1的低转速侧SPCCI区域(1)以及发动机转速在N1以上的高转速侧CI区域(2)。此处，SPCCI区域(1)也可以是包含在将发动机1的整个运转区域沿转速方向大致三等分为低转速区域、中转速区域以及高转速区域时的低转速区域和中转速区域的区域。CI区域(2)也可以是包含高转速区域的区域。转速N1例如也可以在4000rpm左右。

在图5中，为了便于理解，将发动机1的运转区域图501、502分开绘制成两个。运转区域图501表示发动机1在各运转状态601～604下的混合气的状态和燃烧方式、以及增压器44的驱动区域和非驱动区域。运转区域图502表示各区域中的涡流控制阀56的开度。需要说明的是，图5中的双点划线表示发动机1的道路负荷线(Road-Load Line)。

发动机1以提高燃料效率以及提高排气性能为主要目的，进行靠压缩自燃的燃烧。更详细而言，发动机1在SPCCI区域(1)中进行上述SPCCI燃烧。发动机1在CI区域(2)中进行CI燃烧。下面，参照图6所示的燃料喷射时期和点火时期，对图5所示的各运转状态601～604下的发动机1的运转情况进行详细说明。需要说明的是，图6的横轴表示曲轴转角，曲轴转角从图6的图面左侧向右侧前进。

〈SPCCI区域(1)的低负荷运转状态下的发动机控制〉

当发动机1在SPCCI区域(1)中运转时，发动机1如上所述进行SPCCI燃烧。如果在开始压缩前燃烧室17中的温度有偏差，靠自燃进行燃烧的自燃时刻就会有很大的变化。SPCCI燃烧即：通过由火花塞25强制性地对燃烧室17中的混合气点火，混合气便靠火焰传播而进行SI燃烧，并且燃烧室17中的温度由于SI燃烧所释放的热量而升高，且燃烧室17中的压力因火焰传播而上升，未燃混合气便靠自燃进行CI燃烧。通过调节SI燃烧所释放的热量，就能够吸收压缩开始前燃烧室17中的温度偏差。也就是说，即使压缩开始前燃烧室17中的温度有偏差，例如只要通过调节点火时刻来调节SI燃烧开始的时刻，就能够控制自燃时刻。

图6中的符号601示出，发动机1在SPCCI区域(1)中在低负荷运转状态601下运转时的燃料喷射时期(符号6011、6012)、点火时期(符号6013)以及燃烧波形(即，示出热释放率相对于曲轴转角的变化情况的波形、符号6014)各自之一例。

在进行SPCCI燃烧时，火花塞25在压缩上止点(图6中右侧的TDC:Top DeadCenter)附近的规定时刻对混合气点火。因此就开始进行火焰传播引起的燃烧。SI燃烧时的热释放比CI燃烧时的热释放平缓。因此，热释放率的波形的上升斜率相对较小。进行SI燃烧时，燃烧室17中的压力变化率(dp/dθ)也比进行CI燃烧时平缓，但未图示。

如果燃烧室17中的温度和压力由于进行SI燃烧而升高，未燃混合气就会自燃。在图6之例中，在自燃时刻，热释放率波形的斜率从小朝大变化(符号6014)。也就是说，热释放率的波形在开始进行CI燃烧的时刻有折点。

在CI燃烧开始后，同时进行SI燃烧和CI燃烧。因为CI燃烧所释放的热量比SI燃烧大，所以CI燃烧的热释放率相对较大。不过，因为CI燃烧是在压缩上止点之后进行的，所以通过驱动使得活塞3下降，从而能够避免CI燃烧导致热释放率波形的斜率过大。CI燃烧时的压力变化率(dp/dθ)也比较平缓。

压力变化率(dp/dθ)能够用作表示燃烧噪声的指标。如上所述，因为SPCCI燃烧能够减小压力变化率(dp/dθ)，所以能够避免燃烧噪声过大。这样一来，能够将燃烧噪声抑制在允许等级以下。

CI燃烧结束，SPCCI燃烧就结束。CI燃烧的燃烧期间比SI燃烧的燃烧期间短。因此，SPCCI燃烧的燃烧结束时刻比SI燃烧的燃烧结束时刻早。换句话说，SPCCI燃烧能够让膨胀冲程中的燃烧结束时刻靠近压缩上止点。因此，SPCCI燃烧比SI燃烧更有利于提高发动机1的燃料效率。

在SPCCI区域(1)中，为了提高发动机1的燃料效率，在发动机1的负荷较低时EGR系统55将EGR气体引入燃烧室17中。

具体而言，通过在排气上止点附近设置进气门21和排气门22都开启的正重叠期，由此进行将从燃烧室17中排出到进气道18和排气道19的尾气的一部分拉回并再次引入燃烧室17中的内部EGR。当进行内部EGR时，热的已燃气体(内部EGR气体)被引入燃烧室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。

需要说明的是，当发动机1的负荷较低时，将EGR阀54完全关闭。外部EGR气体不被引入燃烧室17中。

在SPCCI区域(1)中，在发动机1的负荷较低时增压器44不工作。详细而言，在SPCCI区域(1)中的低中负荷的低转速侧区域中，增压器44不工作(参照S/C不工作)。即使发动机1的负荷为低中负荷，如果发动机1的转速变高，则为了确保必要的进气填充量，增压器44工作，增压压力提高(参照S/C工作)。

当增压器44不工作、进气通路40内的气体未被增压时，由于进气通路40内的压力相对较低，因此在正重叠期内，内部EGR气体如上所述被引入燃烧室17中。

当增压器44工作、进气通路40内的气体被增压时，由于进气通路40内的压力相对较高，因此在正重叠期内，进气通路40内的气体通过发动机主体2的燃烧室17而被吹入排气通路50。这样一来，残留在燃烧室17内的已燃气体被排出到排气通路50而被清除。

当发动机1在SPCCI区域(1)中运转时，让涡流控制阀56完全关闭或者让涡流控制阀56处于关闭侧的规定角度。这样一来，在燃烧室17中形成相对较强的涡流。在燃烧室17的外周部涡流较强，在燃烧室17的中央部涡流较弱。如上所述，由于进气道18是螺旋状气道，因此会在燃烧室17中形成具有滚流成分和涡流成分的斜涡流。

当发动机1的负荷较低时，涡流比例如在4以上。此处，如果定义涡流比，则“涡流比”是指，将用发动机角速度除在每个气门升程下测得并积分后的进气流横向角速度的值所得到的值。进气流横向角速度，能够根据用图7所示的台架试验装置测得的测量结果求出。

将气缸盖13上下倒过来设置在基座上，将进气道18连接在未图示的进气供给装置上，将气缸36设置在该气缸盖13上，并且将具有蜂窝状转子37的脉冲计数器38连接在气缸36的上端，这样来构成图7所示的装置。脉冲计数器38的下表面被定位在离气缸盖13和气缸体的接合面1.75D远的位置上。此处，“D”是气缸孔径的意思。该装置用脉冲计数器38测量根据进气供给而在气缸36内产生的涡流(参照图7中的箭头)作用在蜂窝状转子37上的扭矩，根据测得的该扭矩就能够求出进气流横向角速度。

图8示出发动机1中涡流控制阀56的开度与涡流比之间的关系。图8用相对于第二通路402的整个截面的开口比率表示涡流控制阀56的开度。当涡流控制阀56完全关闭时，第二通路402的开口比率为0％，如果涡流控制阀56的开度增大，第二通路402的开口比率则会大于0％。当涡流控制阀56完全开启时，第二通路402的开口比率则为100％。

如图8所示，当将涡流控制阀56完全关闭时，发动机1的涡流比在6左右。在SPCCI区域(1)中，当发动机1的负荷低时，涡流比在4以上且6以下即可。只要在开口比率为0％以上且15％以下的范围内调节涡流控制阀56的开度即可。

在SPCCI区域(1)中，当发动机1的负荷较低时，在整个燃烧室17中，混合气的空燃比(A/F)高于理论空燃比。也就是说，在整个燃烧室17中，混合气的过剩空气系数λ超过1(λ＞1)。更详细而言，在整个燃烧室17中，混合气的A/F在30以上。这样一来，能够抑制产生RawNOx，从而能够提高排气性能。

在SPCCI区域(1)中，在发动机1的负荷较低的运转状态601下，混合气在燃烧室17的中央部和外周部之间分层。燃烧室17的中央部是布置有火花塞25的部分。燃烧室17的外周部是中央部的周围且是与气缸11的衬垫(liner)接触的部分。还可以将燃烧室17的中央部定义为涡流较弱的部分；将燃烧室17的外周部定义为涡流较强的部分。

燃烧室17的中央部的混合气的燃料浓度比燃烧室17的外周部的混合气的燃料浓度浓。具体而言，燃烧室17的中央部的混合气的A/F在20以上且30以下，燃烧室17的外周部的混合气的A/F在35以上。需要说明的是，空燃比的值是点火时空燃比的值，这在以下的说明中也存在相同的情况。

在SPCCI区域(1)中，当发动机1的负荷较低时，燃料喷射器6在压缩冲程中分几次将燃料喷向燃烧室17中(图6中的符号6011、6012)。具体而言，分别在压缩冲程的中期和压缩冲程的末期进行燃料喷射。此处，压缩冲程的中期和末期分别为将压缩冲程相对于曲轴转角三等分为初期、中期、末期时的中期和末期即可。

在压缩冲程的中期喷射出的燃料在到点火时刻为止的期间内在燃烧室17中扩散，从而在燃烧室17内的中央部和外周部形成混合气。由于到点火为止的时间较短，因此在压缩冲程的末期喷射出的燃料并没有怎么扩散，而是通过涡流被输送到燃烧室17内的中央部的火花塞25附近，与在压缩冲程的中期喷射出的燃料的一部分一起形成燃烧室17内的中央部的混合气。如上所述，在燃烧室17内的中央部和外周部，混合气分层。

燃料喷射结束后，在压缩上止点前的规定时刻，火花塞25对燃烧室17的中央部的混合气点火(符号6013)。此时，因为燃烧室17的中央部的混合气的燃料浓度相对较高，因此点火性提高，并且靠火焰传播的SI燃烧稳定。由于SI燃烧稳定而会在适当的时刻开始CI燃烧。也就是说，在SPCCI燃烧中，对于CI燃烧的控制性提高。其结果是，在SPCCI区域中，当发动机1的负荷较低时，能够抑制产生燃烧噪声，同时由于燃烧期间短缩而能够提高燃料效率。

〈SPCCI区域(1)的中负荷运转状态下的发动机控制〉

图6中的符号602示出，发动机1在SPCCI区域(1)中在中负荷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)各自之一例。

与发动机1在低负荷下运转时相同，EGR系统55在发动机1在中负荷下运转时，也将EGR气体引入燃烧室17中。具体而言，当发动机1在中负荷区域中的负荷较低且转速较低的状态下运转时，通过在排气上止点附近设置进气门21和排气门22都开启的正重叠期，由此进行将从燃烧室17中排出到进气道18和排气道19的尾气的一部分拉回并再次引入燃烧室17中的内部EGR。也就是说，将内部EGR气体引入燃烧室17中。

当发动机1在中负荷区域中负荷较高或者转速较高的状态下运转时，为了确保随着燃料喷射量增加所需要的进气填充量，就让增压器44工作。当让增压器44工作、进气通路40内的气体被增压时，由于进气通路40内的压力相对较高，因此在正重叠期内，如上所述，燃烧室17中的残留气体(热的已燃气体)被清除。

当发动机1在中负荷下运转时，进行将通过EGR通路52且被EGR冷却器53冷却了的尾气引入燃烧室17中的外部EGR。也就是说，将温度低于内部EGR气体的外部EGR气体引入燃烧室17中。通过将内部EGR气体和外部EGR气体中的至少一者引入燃烧室17中，从而将燃烧室17中的温度调节到适当的温度。需要说明的是，EGR率随着发动机1的负荷变高而变高。

与发动机1在低负荷下运转时相同，当发动机1在中负荷下运转时，也让涡流控制阀56完全关闭或者将涡流控制阀56设在关闭侧的规定角度上。由此，在燃烧室17中形成涡流比在4以上的较强的涡流。如果使涡流变强，则燃烧室17内的紊流能量变高，因此SI燃烧的火焰会迅速地传播，SI燃烧稳定。SI燃烧对CI燃烧的控制性由于SI燃烧稳定而提高。这样一来，能够对SPCCI燃烧中的CI燃烧的时刻进行优化。其结果是，能够抑制产生燃烧噪声，并且能够谋求提高燃料效率。还能够抑制各循环之间的扭矩偏差。

当发动机1在中负荷下运转时，在整个燃烧室17中，混合气的空燃比(A/F)为理论空燃比(A/F＝14.7)。若为理论空燃比，则由于三效催化剂对从燃烧室17排出的尾气进行净化，因此发动机1的排气性能良好。混合气的A/F只要落在三效催化剂的净化窗中即可。因此，只要使混合气的过剩空气系数λ为1.0±0.2即可。

当发动机1在中负荷下运转时，燃料喷射器6分别在进气冲程和压缩冲程将燃料喷向燃烧室17中(图6中的符号6021、6022)。具体而言，进行在从进气冲程的中期到末期的期间内喷射燃料的第一喷射6021、以及在压缩冲程的后半部分喷射燃料的第二喷射6022。此处，进气冲程的中期和末期分别为将进气冲程相对于曲轴转角三等分为初期、中期、末期时的中期和末期即可。压缩冲程的前半部分和后半部分分别为将压缩冲程相对于曲轴转角二等分为前半部分和后半部分时的前半部分和后半部分即可。

由于由第一喷射6021喷射出的燃料在从离点火时期较远的时刻开始喷射，在进行该喷射时活塞3离上止点较远，因此燃料也到达形成于空腔31外的区域的挤气区171，在燃烧室17中大致均匀地分布而形成混合气。由于由第二喷射6022喷射出的燃料在活塞3离压缩上止点较近的时刻开始喷射，因此燃料进入空腔31中，在空腔31内的区域形成混合气。

伴随着利用第二喷射6022向空腔31中喷射燃料，在空腔31内的区域产生气体的流动。如果到点火时刻为止的时间较长，燃烧室17中的紊流能量就会随着压缩冲程的进行而衰减。但是，因为第二喷射6022的时刻比第一喷射6021的时刻离点火时刻近，所以火花塞25能够在维持着空腔31中的紊流能量较高的状态下，对空腔31内的区域的混合气进行点火。这样一来，SI燃烧的燃烧速度就会提高。如果SI燃烧的燃烧速度提高，SI燃烧就会稳定，SI燃烧对CI燃烧的控制性提高。

通过在压缩冲程的后半部分进行第二喷射6022，从而能够借助燃料的气化潜热降低燃烧室17中的温度，能够防止诱发过早点火、爆燃等异常燃烧。进而，能够利用火焰传播使由第二喷射6022喷射出的燃料稳定地燃烧。作为一个示例，可以使第一喷射6021的喷射量与第二喷射6022的喷射量的比例为95：5。

通过燃料喷射器6进行第一喷射6021和第二喷射6022，从而在燃烧室17中形成整体上过剩空气系数λ为1.0±0.2的近似均质的混合气。由于混合气近似均质，所以燃料效率能够因为未燃损失减小而提高，同时排气性能能够因为避免了烟雾(烟煤)的产生而提高。

通过火花塞25在压缩上止点之前的规定时刻对混合气进行点火(符号6023)，而使得混合气通过火焰传播而燃烧。然后，在火焰传播引起的燃烧开始之后，未燃混合气自燃，而进行CI燃烧。由第二喷射6022喷射出的燃料主要进行SI燃烧。由第一喷射6021喷射出的燃料主要进行CI燃烧。

〈SPCCI区域(1)的高负荷运转状态下的发动机控制〉

图6中的符号603示出，发动机1在SPCCI区域(1)中在高负荷下运转时的燃料喷射时期(符号6031)、点火时期(符号6032)以及燃烧波形(符号6033)各自之一例。

当发动机1在高负荷下运转时，EGR系统55也将EGR气体引入燃烧室17中。

具体而言，当发动机1在高负荷下运转时，进行将通过EGR通路52且被EGR冷却器53冷却了的尾气引入燃烧室17中的外部EGR。在SPCCI区域(1)中的中高负荷的区域中，EGR率随着发动机1的负荷变高而连续地变高。通过将由EGR冷却器53冷却了的外部EGR气体引入燃烧室17中，从而能够将燃烧室17中的温度调整到适当的温度，并且能够防止诱发混合气的过早点火、爆燃等异常燃烧。

需要说明的是，当发动机1的负荷接近全负荷时，为了应对燃料量增加，必须增加引入燃烧室17内的新气量。因此，如果在SPCCI区域(1)中发动机1的负荷接近全负荷，也可以使外部EGR的EGR率降低。

当发动机1在高负荷下运转时，在排气上止点附近设置将进气门21和排气门22都开启的正重叠期。

当发动机1在高负荷下运转时，增压器44也在整个区域都工作，提高增压压力(参照S/C工作)。由此，在正重叠期内，燃烧室17中的残留气体(已燃气体)被清除。

当发动机1在高负荷下运转时，也让涡流控制阀56完全关闭或者将涡流控制阀56设在关闭侧的规定开度上。由此，在燃烧室17中形成涡流比在4以上的较强的涡流。

当发动机1在高负荷下运转时，混合气的空燃比(A/F)在整个燃烧室17中为理论空燃比或者低于理论空燃比(即，混合气的过剩空气系数λ为λ≤1)。

当发动机1在高负荷的运转状态603下运转时，燃料喷射器6就会在进气冲程中开始喷射燃料(符号6031)。具体而言，燃料喷射6031也可以在压缩上止点前280° CA开始喷射燃料。燃料喷射6031有时会在进气冲程过后且在压缩冲程中结束。通过在进气冲程的前半部分开始燃料喷射6031，雾状燃料打在空腔31的开口缘部上，使得一部分燃料进入燃烧室17的挤气区171内，即进入空腔31外的区域(参照图2)，剩余的燃料则会进入空腔31内的区域。此时，在燃烧室17的外周部涡流较强，在燃烧室17的中央部涡流较弱。因此，进入到空腔31内的区域的燃料进入比涡流还靠内侧的位置。

进入到涡流的燃料在从进气冲程到压缩冲程的那段时间内停留在涡流中，在燃烧室17的外周部形成用于CI燃烧的混合气。进入到比涡流还靠内侧的燃料在从进气冲程到压缩冲程的那段时间内也停留在比涡流还靠内侧的位置，在燃烧室17的中央部形成用于SI燃烧的混合气。

当发动机1在高负荷下运转时，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，并且燃烧室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。

具体而言，燃烧室17中的中央部的混合气的过剩空气系数λ优选在1以下，燃烧室17中的外周部的混合气的过剩空气系数λ在1以下，优选小于1。燃烧室17中的中央部的混合气的空燃比(A/F)例如可以在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还可以高于理论空燃比。

燃烧室17中的外周部的混合气的空燃比，例如也可以在11以上且理论空燃比以下；优选在11以上且12以下。如果使燃烧室17的外周部的过剩空气系数λ小于1，外周部的混合气中的燃料量就会增加，因此而能够利用燃料的气化潜热降低温度。整个燃烧室17的混合气的空燃比也可以在12.5以上且理论空燃比以下；优选在12.5以上且13以下。

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6032)。火花塞25例如也可以在压缩上止点以后点火。因为火花塞25布置在燃烧室17的中央部，所以中央部的混合气通过由火花塞25点火开始进行靠火焰传播的SI燃烧。由于火花塞25附近的混合气的燃料浓度变高，因此在SPCCI燃烧中，能够在火花塞25点火后稳定地使火焰进行传播。

如果发动机1的负荷变高，则由于燃料喷射量增多，并且燃烧室17的温度也升高，因而会进入CI燃烧容易提前开始的状况。也就是说，如果发动机1的负荷高，则容易发生混合气过早点火、爆燃等异常燃烧。然而，如上所述，因为燃烧室17的外周部的温度由于燃料的气化潜热而下降，所以能够避免CI燃烧在对混合气进行了火花点火后马上开始。

在发动机1的负荷较高时的SPCCI燃烧中，通过让混合气在燃烧室17中分层和在燃烧室17中形成很强的涡流，从而在CI燃烧开始以前就能够充分地进行SI燃烧。其结果是，既能够抑制产生燃烧噪声，也能够抑制生成NOx，燃烧温度还不会过高。还能够抑制循环之间的扭矩偏差。

燃烧室17的外周部的温度低也会使CI燃烧平缓，因此有利于抑制产生燃烧噪声。进而，因为燃烧期间由于CI燃烧而缩短，所以在发动机1的负荷较高时，扭矩和热效率都能够提高。因此，就该发动机1而言，通过在负荷较高的区域进行SPCCI燃烧，既能够避免燃烧噪声，又能够提高燃料效率。

〈CI区域(2)中的发动机控制〉

如果发动机1的转速高，曲轴转角变化1°所需要的时间就短。因此，例如在高负荷区域的高转速区域，难以为了进行SPCCI燃烧而让混合气在燃烧室17内分层。另一方面，由于发动机1的几何压缩比高，因此特别是在高负荷区域中进行SI燃烧的话，则有可能发生爆燃等异常燃烧。因此，发动机1在高旋转侧CI区域(2)中运转时进行新方式的CI燃烧。CI区域(2)从低负荷开始到高负荷为止扩大到负荷方向上的整个区域。

该CI燃烧利用所谓的破裂反应区。破裂反应区是指燃烧室17内的如下状态：即，由于混合气燃料稀薄、和/或在燃烧室17内的混合气的流动较强，因而即使火花塞25对混合气进行点火，也不进行火焰传播引起的燃烧。CI区域(2)中的燃烧方式是基于以下新的见解而得到的：即，当火花塞25在破裂反应区中对混合气点火时，如果从微观角度观察混合气，则火种以不能进行火焰传播的状态被保存下来，而不是消失了。

图6中的符号604示出，发动机1在CI区域(2)中处于在高负荷下运转的状态604时的燃料喷射时期(符号6041、6043)、点火时期(符号6042)以及燃烧波形(符号6044)各自之一例。

当发动机1在CI区域(2)运转时，在整个燃烧室17中，混合气的空燃比(A/F)基本上为理论空燃比(A/F＝14.7)。只要使混合气的过剩空气系数λ为1.0±0.2即可。需要说明的是，在包括CI区域(2)内的全负荷的高负荷区域内，混合气的过剩空气系数λ可以小于1。

如图5的运转区域图501所示，当发动机1在CI区域(2)中运转时，增压器44也在整个区域都进行工作，来提高增压压力(参照S/C工作)。

图9示例出了从进气冲程到压缩冲程的燃烧室17内的流动强度的变化情况。当发动机1在CI区域(2)中运转时，如图5的运转区域图502所示，让涡流控制阀56完全开启。这样一来，燃烧室17内仅产生滚流，而不产生涡流。通过像这样将涡流控制阀56完全开启，从而当发动机1的转速高时，就能够减小泵送损失，并且还能够提高充填效率。

在进气冲程中，随着进气流入燃烧室17内而产生滚流，燃烧室17内的流动逐渐增强。在进气冲程中增强了的燃烧室17内的流动在进气冲程的末期暂时衰减，但在压缩冲程中随着活塞3朝向上止点上升，由于所谓的自旋向上现象，燃烧室17内的流动再次增强。如图9中的空心箭头所示，燃烧室17内的流动在从将压缩冲程三等分为初期、中期以及末期时的中期开始，到将压缩冲程四等分为前期、中前期、中后期以及末期时的中后期结束的特定期间内，达到规定以上的强度(参照图9的虚线)。在特定期间内，燃烧室17内的滚流比在规定以上。需要说明的是，“滚流比”是指，用曲轴15的角速度ωc除围绕通过燃烧室17的重心(该重心的位置根据燃烧室17的容积的变化而变化)的与曲轴15平行的轴的进气角速度ω所得到的值。进气角速度ω能够按照下述方法求出。也就是说，对应着从进气冲程开始到压缩冲程结束为止的每个微小曲轴转角，将燃烧室17内划分为多个微小部分，求出围绕所述轴的该各微小部分的质点(空气)的角动量L和该各微小部分的质点的转动惯量I，用在整个微小曲轴转角范围内累计全部微小部分的该角动量L的合计值所得到的值，除以在整个微小曲轴转角范围内累计全部微小部分的转动惯量I的合计值所得到的值，由此能够求出进气角速度ω。

在特定期间或特定期间之前，如果在燃烧室17内预先形成与理论空燃比相比具有较低燃料浓度的混合气，则即使火花塞25在特定期间对混合气进行点火，也不会进行火焰传播引起的燃烧。也就是说，在CI区域(2)中，当燃烧室17内的状态处于破裂反应区时火花塞25对混合气进行点火，从而将火种保存在燃烧室17内，而不让火焰传播引起的燃烧开始。

然后，燃烧室17内的流动随着曲轴转角的前进而变弱，并且向燃烧室17内追加供给燃料以使混合气的燃料浓度变高，则燃烧室17内的状态就会离开破裂反应区。在压缩冲程的后期，由于活塞上升而使得燃烧室17内的温度和压力提高。其结果是，混合气借助保存下来的火种，在压缩冲程的后期或膨胀冲程中开始燃烧。

接着，参照图6对燃料喷射控制和点火控制进行具体说明。当发动机1在CI区域(2)中运转时，燃料喷射器6就会在进气冲程进行燃料喷射(即，第一燃料喷射6041)。第一燃料喷射例如可以由一次喷射构成，也可以由分次喷射构成。通过在进气冲程中开始喷射燃料，就能够在燃烧室17中形成均质或者近似均质的混合气。此时形成的混合气的空气与燃料的质量比即A/F或者包含空气的气体与燃料的质量比即G/F高于理论空燃比。第一燃料喷射6041的喷射量由发动机1的负荷、和该第一燃料喷射6041与后述的第二燃料喷射6043之间的分配比来决定。需要说明的是，燃料的喷射期间根据第一燃料喷射6041的喷射量而变化。第一燃料喷射6041的喷射开始时期至少在上述特定期间或者特定期间之前，可以根据第一燃料喷射6041的喷射量适当地设定第一燃料喷射6041的喷射开始时期，以便能够在燃烧室17内形成与理论空燃比相比具有较低燃料浓度的混合气。

火花塞25在第一燃料喷射的喷射结束后对混合气进行点火(符号6042)。图10的上图1001示例出了在CI区域(2)中发动机1在高负荷下运转时的点火时期。图10的转速N1与图5所示的运转区域图的转速N1相对应。图10的上图1001的纵轴表示曲轴转角，纵轴的上侧表示提前角一侧。

在图10的上图1001中，标有斜线的范围表示火花塞25的点火时期。火花塞25在标有斜线的范围内的适当时刻对混合气点火。

火花塞25在压缩冲程的中后期或者中后期之前的压缩冲程中对混合气进行点火。由此，能够将火种保存在燃烧室17内，而不让火焰传播引起的燃烧进行。火种借助燃烧室17内的气体流动而分散或者扩散。由图9可知，在压缩冲程中，无论点火时期是过早还是过晚，都会在燃烧室17中的气体流动较弱时进行点火。因此，如图10的上图1001所示，点火时期具有提前角极限(上图1001中的上侧的线)和推迟角极限(上图1001中的下侧的线)，以保证火花塞25在燃烧室17内处于破裂反应区时对混合气进行点火。火花塞25也可以在将压缩冲程三等分为初期、中期等以及末期时的例如中期的期间内对混合气进行点火。

在CI区域(2)中，火花塞25进行点火的时刻与图10的上图1001中点划线所示的那样能够在相同的运转状态下进行SI燃烧时设定的MBT(Minimum advance for BestTorque：最大转矩的最小点火提前角)相比大幅度提前(MBT例如为压缩冲程的末期)。

也可以让点火时期根据发动机1的转速高低产生变化。在上图1001的示例中，让点火时期随着发动机1的转速变高而提前。随着发动机1的转速变高，提前角极限的变化比推迟角极限的变化大(即，上图1001中的上侧的线的斜率比下侧的线的斜率大)。

需要说明的是，火花塞25也可以在特定期间内进行多次点火。能够增加在燃烧室17内生成的火种的数量，并且通过燃烧室17内较强的气体流动，能够使大量的火种在燃烧室17内扩散。这样一来，能够提高混合气的点火性，并且能够进一步缩短混合气的燃烧期间。

在火花塞25对混合气点火后的压缩冲程的期间，燃料喷射器6将燃料喷向燃烧室17内(即，第二燃料喷射6043)。燃烧室17内的混合气的燃料浓度变高。第二燃料喷射6043使混合气的A/F或者G/F为理论空燃比或者低于理论空燃比。随着混合气的燃料浓度变高，并且燃烧室17内的流动变弱，燃烧室17内的状态就会离开破裂反应区。燃烧室17内的温度和压力随着接近压缩上止点由于活塞上升而提高。这样一来，在压缩上止点附近，混合气借助保存下来的火种，通过自燃而开始同时燃烧(符号6044)。由于该燃烧的燃烧重心接近压缩上止点，因此提高了发动机1的热效率。在该燃烧方式中，由于燃烧期间变短，因此能够抑制发生爆燃。

燃烧室17的状态根据燃烧室17内的混合气的燃料浓度而在处于破裂反应区与离开破裂反应区之间产生变化。混合气开始燃烧的时刻根据燃烧室17的状态离开破裂反应区的时刻的变化而变化。因此，也可以适当地调节第二燃料喷射6043的喷射量，以使混合气在适当的时刻开始燃烧。

如图6所示，第二燃料喷射6043可以在火花塞25对混合气点火后进行。如果燃料喷射6043的喷射结束时期延迟，则由第二燃料喷射6043喷射出的燃料的气化时间变短，有可能不利于废气排放性能、燃料效率。可以根据第二燃料喷射6043的喷射量适当地设定第二燃料喷射6043的喷射开始时期，以使第二燃料喷射6043的喷射结束时期不会延迟。例如，图10的下图1002示例出了第二燃料喷射6043的喷射开始时期。图10的下图1002的纵轴表示曲轴转角，纵轴的上侧表示提前角一侧。在下图1002中，标有斜线的范围表示第二燃料喷射6043的喷射开始时期。燃料喷射器6在标有斜线的范围内的适当的时刻进行第二燃料喷射6043。

如果改变第二燃料喷射6043的喷射开始时期，则燃烧室17的状态离开破裂反应区的时刻也会改变。因此，通过改变由燃料喷射器6进行的第二燃料喷射6043的喷射开始时期，就能够改变混合气开始燃烧的时刻。也可以调节第二燃料喷射6043的喷射开始时期，以使混合气在适当的时刻开始燃烧。

也可以根据发动机1的转速高低来改变第二燃料喷射6043的喷射开始时期。具体而言，也可以与发动机1的转速越高，就越使点火时刻提前相对应地使第二燃料喷射6043的喷射开始时期提前。在下图1002的示例中，让第二燃料喷射开始时期随着发动机1的转速变高而提前。随着发动机1的转速变高，提前角极限的变化(即，下图1002中的上侧的线的斜率)比推迟角极限(即，下图1002中的下侧的线的斜率)的变化大。

可以适当地设定第一燃料喷射6041的喷射量与第二燃料喷射6043的喷射量之间的比率。

当发动机1的运转状态在CI区域(2)时，EGR系统55将外部EGR气体和/或内部EGR气体引入燃烧室17中。也可以调节燃烧室17内的EGR率，以使混合气开始燃烧的时刻为适当的时刻。

也可以在CI区域(2)中，在压缩冲程中的适当时刻将水喷向燃烧室17内，以使混合气开始燃烧的时刻为适当的时刻。

需要说明的是，在图5所示的运转区域图501、502中，可以在CI区域(2)的整个负荷区域中采用上述燃烧方式，也可以在比CI区域(2)的R-L线更靠上侧的负荷区域中采用上述燃烧方式。

〈发动机的控制流程〉

图11示例出了与上述发动机1的控制有关的ECU10所执行的控制流程图。

首先，在流程开始后的步骤S1中，ECU10读取各种传感器SW1～SW16的信号。在接下来的步骤S2中，ECU10判断发动机1的运转状态是否为高转速区域。高转速区域相当于上述CI区域(2)。ECU10也可以在步骤S2中判断发动机转速是否在N1以上。在步骤S2中的判断为“是”时，控制流程进入步骤S3，在步骤S2中的判断为“否”时，控制流程进入步骤S6。

步骤S3～S5是CI区域(2)中的控制步骤。步骤S3～S5按照该顺序进行。

ECU10首先在步骤S3中执行由燃料喷射器6进行的第一燃料喷射。这样一来，在燃烧室17内形成高于理论空燃比的混合气。在接下来的步骤S4中，ECU10执行由火花塞25在规定时期进行的点火。如上所述，火花塞25在压缩冲程的中后期之前进行点火。然后，ECU10在步骤S5中执行由燃料喷射器6进行的第二燃料喷射。其结果是，在压缩上止点附近，混合气借助在燃烧室17中预先生成的火种，通过自燃而开始同时燃烧。

另一方面，在步骤S6中，根据发动机1的负荷，进行SPCCI区域(1)中的控制。

〈发动机的变形例〉

需要说明的是，这里所公开的技术的应用对象并不限于具有上述结构的发动机1。发动机能够采用各种各样的结构。

图12示出变形例所涉及的发动机100的结构。发动机100具备涡轮增压器70来代替机械式增压器44。

涡轮增压器70包括设置在进气通路40中的压缩机71、以及设置在排气通路50中的涡轮72。涡轮72在流经排气通路50的尾气的推动下旋转。压缩机71通过涡轮72的旋转驱动而旋转，对要引入燃烧室17的进气通路40内的气体进行增压。

在排气通路50上设置有排气旁路通路73。排气旁路通路73为了绕过涡轮72，而将排气通路50中的涡轮72的上游部和下游部彼此连接起来。排气旁路通路73中设置有废气旁通阀74。废气旁通阀74对流经排气旁路通路73中的尾气的流量进行调节。

在本结构例中，由涡轮增压器70、旁路通路47、空气旁通阀48、排气旁路通路73以及废气旁通阀74，在进气通路40和排气通路50中构成了增压系统49。

发动机100通过切换空气旁通阀48和废气旁通阀74的开闭状态，而让涡轮增压器70在以下两种状态之间进行切换，即：涡轮增压器70对被引入燃烧室17内的气体进行增压的状态，和涡轮增压器70不对被引入燃烧室17内的气体进行增压的状态。

在不对被引入燃烧室17内的气体进行增压时，就打开废气旁通阀74。这样一来，流经排气通路50的尾气就绕过涡轮72，即不通过涡轮72，而经由排气旁路通路73流入催化转化器。这样一来，由于涡轮72不受尾气流动的影响，因此涡轮增压器70不被驱动。此时，空气旁通阀48完全开启。这样一来，流经进气通路40的气体就不通过压缩机71和中间冷却器46，而经由旁路通路47流入稳压箱42。

在对被引入燃烧室17内的气体进行增压时，废气旁通阀74不是完全开启的，而是稍微关闭的。这样一来，流经排气通路50的尾气的至少一部分就会通过涡轮72流入催化转化器。这样一来，涡轮72受尾气的影响而旋转，涡轮增压器70被驱动。如果涡轮增压器70被驱动，则进气通路40内的气体就由于压缩机71转动而被增压。此时，如果空气旁通阀48打开，则已通过压缩机71的气体的一部分就从稳压罐42经由旁路通路47逆流到压缩机71的上游。与使用上述机械式增压器的情况相同，能够通过调节空气旁通阀48的开度来控制进气通路40内的气体的增压压力。

上述的由涡轮增压器70进行的对进气通路40内的气体的增压与非增压例如也可以按照图13所示的运转区域图503来进行切换。也就是说，也可以在SPCCI区域(1)中负荷低的区域不进行由涡轮增压器70进行的增压(参照T/C不工作)，在SPCCI区域(1)中的中负荷和高负荷区域、以及CI区域(2)中，进行由涡轮增压器70进行的增压(参照T/C工作)。在负荷低的区域，由于转矩要求低，因此增压的必要性低，并且由于使混合气高于理论空燃比，因此尾气的温度变低。为了将三效催化剂511、513保持在活化温度上，能够通过打开废气旁通阀74以绕过涡轮72来避免在涡轮72中散热，从而将高温尾气供向三效催化剂511、513。

具有涡轮增压器70的发动机100也可以根据图11所示的流程图控制运转。就发动机100而言，也能够在发动机100的转速高时，避免异常燃烧并且提高热效率。

需要说明的是，在此公开的技术能够适用于不具备增压器的自然进气发动机，省略图示。

〈其他的结构例〉

在上述结构中，当发动机1在CI区域(2)中运转时，在对混合气进行点火后进行了第二燃料喷射6043，但也可以省略第二燃料喷射6043。破裂反应区与两个参数相关，即混合气的空燃比以及燃烧室17内的流动强度，但存在仅由于燃烧室17内的流动强度随着活塞3接近压缩上止点而变弱，燃烧室17内的状态就离开破裂反应区的情况。在该情况下，即使不进行第二燃料喷射6043，也能够在压缩上止点附近通过自燃让混合气开始燃烧。

在上述结构中，通过第一燃料喷射6041，在燃烧室17内以均质或近似均质的方式形成A/F或G/F高于理论空燃比的混合气，但也可以通过调节第一燃料喷射6041的喷射时期，从而在进行点火的时刻，在火花塞25附近局部地形成A/F或者G/F高于理论空燃比的混合气。

燃料喷射器除了将燃料直接喷向燃烧室17内的燃料喷射器之外，还可以设置面向进气道内布置的端口燃料喷射器。特别是，在进气冲程中喷射燃料的第一燃料喷射也可以通过端口燃料喷射器进行。

发动机1也可以具有例如在燃烧室17内产生电弧放电或等离子体放电的点火部，来代替进行火花放电的火花塞25。

－符号说明－

1、100 发动机

6 燃料喷射器(燃料供给部)

10 ECU(控制部)

17 燃烧室

25 火花塞(点火部)

S3 第一燃料供给步骤

S4 点火步骤

S5 第二燃料供给步骤