压缩着火式发动机的控制装置
阅读说明：本技术 压缩着火式发动机的控制装置 (The control device of compression ignition formula engine ) 是由 井上淳 末冈贤也 丸山庆士 大浦拓也 西田智博 河合佑介 近田哲也 德永达广 于 2019-05-17 设计创作，主要内容包括：提供一种可实现适当的部分压缩着火燃烧的压缩着火式发动机的控制装置。以在第一运行区域(C1)形成汽缸内的空燃比在理论空燃比附近且汽缸内有已燃气体残留的G/F较稀环境的同时通过部分压缩着火燃烧来燃烧混合气,并且,发动机转速较高时相比于较低时,进气门(11)的闭门时期IVC在比进气下死点靠近滞后侧的范围内滞后的同时进气门(11)的开门时期IVO在比排气上死点靠近提前侧的范围内滞后的形式,且以发动机转速较高的区域上的进气门(11)的开门时期IVO相对于发动机转速的变化率大于发动机转速较低的区域上的该变化率的形式控制进气可变机构(13a)。(A kind of control device that the ablaze compression ignition formula engine of partial shrinkage appropriate can be achieved is provided.Have while the remaining G/F of burnt gas diluter environment near chemically correct fuel and in cylinder with the air-fuel ratio formed in cylinder at the first operation area (C1) by the way that ignition is partially compressed come combustion mixture, and, when engine speed is higher compared to it is lower when, the form that enabling period IVO for closing inlet valve (11) while a period IVC is lagged in the range of than air inlet bottom dead centre close to lag side of inlet valve (11) lags in the range of than exhaust top dead center close to side in advance, and it is greater than the form control air inlet changeable mechanism (13a) of the change rate on the lower region of engine speed relative to the change rate of engine speed with the period IVO that opens the door of the inlet valve (11) on the higher region of engine speed.)
技术领域
本发明涉及压缩着火式发动机的控制装置，该压缩着火式发动机可进行使混合气的一部分通过火花点火而SI燃烧并使其它混合气通过自着火而CI燃烧的部分压缩着火燃烧。
背景技术
近年，在充分压缩与空气混合的汽油燃料后的燃烧室内通过自着火来燃烧的HCCI燃烧受到关注。HCCI燃烧是混合气不经由火焰传播而进行同时多发性燃烧的形态，因此被认为与通常的汽油发动机中采用的SI燃烧（火花点火燃烧）相比，混合气的燃烧速度快，在热效率方面非常有利。但是，要求提高热效率的汽车的发动机中需要解决各种问题，通过适当的HCCI燃烧来运转的发动机尚未实用化。即，装载于汽车的发动机为，与其运行状态及环境条件大幅变化相对，HCCI燃烧存在混合气的燃烧开始时期（混合气自着火的时期）因气温等外部因素而大幅变动等问题，又，还存在如负荷骤变这样的过渡运行时控制困难的问题。
因此，提出不使所有混合气通过自着火进行燃烧，而是使混合气的一部分通过使用了火花塞的火花点火进行燃烧。即，以火花点火开始使混合气的一部分通过火焰传播进行强制燃烧（SI燃烧），使其它混合气通过自着火进行燃烧（CI燃烧）。以下将这样的燃烧称为SPCCI（SPark Controlled Compression Ignition）燃烧。
作为采用与上述SPCCI燃烧类似概念的发动机的一例，已知有下述专利文献1的发动机。该专利文献1的发动机使因辅助燃料喷射而在火花塞（点火栓）周围形成的分层混合气通过火花点火进行火焰传播燃烧，并在因该燃烧（火焰）的作用而高温化的燃烧室内进行主燃料喷射，使该主燃料喷射所喷射的燃料通过自着火进行燃烧。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1 ：日本特开2009-108778号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
如上所述的SPCCI燃烧中的CI燃烧在缸内温度（汽缸内的温度）达到由混合气的组成所决定的混合气的着火温度时发生。若缸内温度在压缩上死点附近达到着火温度从而发生CI燃烧，则能将燃料消耗效率最大化。缸内温度随着缸内压力的上升而升高。实施SPCCI燃烧时的压缩行程中的缸内压力（汽缸内的压力）因活塞的压缩功和SI燃烧的燃烧能量而升高。因此，若SI燃烧的火焰传播不稳定，则起因于SI燃烧的缸内压力及缸内温度的上升量减小，难以将缸内温度提高至着火温度。若缸内温度未充分上升至着火温度，则进行CI燃烧的混合气量减少从而较多的混合气在燃烧期间较长的火焰传播下燃烧，或在活塞下降相当程度的时间点上发生CI燃烧，结果燃料消耗效率降低。如此，为了稳定地使CI燃烧发生从而使燃料消耗效率最大化，重要的是稳定SI燃烧的火焰传播。
对此，可考虑通过将高温的已燃气体残留在汽缸内来稳定SI燃烧的火焰传播。但若汽缸内过度残留已燃气体，则火焰传播因已燃气体而变慢，恐因膨胀行程中在活塞下降相当程度的时间点上发生CI燃烧而招致燃料消耗效率的降低。
如此，因SPCCI燃烧为新的燃烧方式，所以至今未找出能切实实现适当的SPCCI燃烧的结构。
本发明鉴于上述情况而成，目的在于提供一种能更切实地实现适当的部分压缩着火燃烧的压缩着火式发动机的控制装置。
解决问题的手段：
本申请发明人们为了解决前述问题，认真研究了在种种发动机转速上使SPCCI燃烧发生并同时变更进气门的开门时期和闭门时期，从而进行相位式的进气可变机构的更为适当的控制。结果发现，通过在发动机转速较高侧将进气门的开闭时期滞后并使进气门的开闭时期相对于发动机回转数的变化率在发动机转速较高的区域大于较低的区域，从而能在较广的发动机转速范围内实现适当的SPCCI燃烧。
本发明基于该见解，是控制如下压缩着火式发动机的装置：具备汽缸、进气通路及排气通路、连通所述进气通路和所述汽缸的进气道、使所述进气道进行开闭的进气门、连通所述排气通路和所述汽缸的排气道、使所述排气道进行开闭的排气门、向所述汽缸喷射燃料的喷射器、以及对混合从所述喷射器喷射的燃料和空气的混合气进行点火的火花塞，能进行使所述混合气的一部分通过使用了所述火花塞的火花点火而SI燃烧并使其它混合气通过自着火而CI燃烧的部分压缩着火燃烧；其特征在于，具备：同时变更所述进气门的开门时期及闭门时期的相位式的进气可变机构；以及对所述进气可变机构、包括所述火花塞的发动机的各部进行控制的燃烧控制部；所述燃烧控制部为，以形成所述汽缸内有已燃气体残留且该汽缸内的空气与燃料的比例即空燃比在理论空燃比附近的G/F较稀环境的形式控制所述进气可变机构的同时以混合气通过所述部分压缩着火燃烧来燃烧的形式在规定的正时对所述火花塞进行火花点火；并且，在发动机负荷相同的条件下，以发动机转速较高时相比于较低时，所述进气门的闭门时期在比进气下死点靠近滞后侧的范围内滞后的同时所述进气门的开门时期在比排气上死点靠近提前侧的范围内滞后的形式，且以发动机转速较高的区域上的所述进气门的开门时期相对于发动机转速的变化率大于发动机转速较低的区域上的该变化率的形式控制所述进气可变机构。
根据本发明，在实施G/F较稀环境下的部分压缩着火燃烧的同时，进气门的闭门时期在发动机转速较高时相比于较低时，在比进气下死点靠近滞后侧的范围内滞后。因此能在发动机转速较高时利用进气的惯性较多地确保向汽缸内导入的空气的量从而提高SI燃烧的稳定性。从而，能在使已燃气体残留在汽缸内且使汽缸内的混合气的空燃比在理论空燃比附近的同时实现适当的SPCCI燃烧（部分压缩着火燃烧）从而提高燃料消耗性能。
另一方面，发动机转速较低时，即汽缸内的温度随着每单位时间的燃烧次数较少而易变低时，进气门的开门时期为比排气上死点靠近提前侧的时期，以此能较多地确保在汽缸内残留的已燃气体的量，能适当提高汽缸内的温度从而改善SI燃烧的稳定性。具体而言，若使进气门的开门时期为比排气上死点靠近提前侧的时期，则能使已燃气体暂且从汽缸内向进气道导出后向汽缸再流入。而且，进气门的开门时期从排气上死点开始的提前量越多，该再流入的已燃气体的量越多。从而，通过如前所述那样构成，能在发动机转速较低时增多向汽缸导入的高温的已燃气体的量。
但若在发动机转速较低时将进气门的开门时期过度提前，则汽缸内的已燃气体的量过大，SI燃烧的稳定性恐怕反而会恶化。对此，在发动机转速较低时，因进气门的开门时期的变化率抑制为较小并防止进气门的开门时期过度靠近提前侧，所以能切实改善SI燃烧的稳定性，由此，能切实地实现适当的CI燃烧及SPCCI燃烧。
优选为，所述结构中，所述燃烧控制部在所述第一运行区域运行时，以在发动机转速较低的区域，所述进气门的闭门时期无关于发动机转速而为一定的时期的形式控制所述进气可变机构。
如此，能在发动机转速较低时更切实地防止汽缸内的已燃气体的量过大，从而切实地改善燃烧稳定性。
优选为，所述结构中，所述燃烧控制部为，在规定的第一运行区域进行所述G/F较稀环境下的所述部分压缩着火燃烧，并且，在发动机负荷相同的条件下，以所述进气门的闭门时期在发动机转速较高时相比于较低时，在比进气下死点靠近滞后侧的范围内滞后，同时所述进气门的开门时期在比排气上死点靠近提前侧的范围内滞后的形式，且以发动机转速较高的区域上的所述进气门的开门时期相对于发动机转速的变化率大于发动机转速较低的区域上的该变化率的形式控制所述火花塞及所述进气可变机构；在设定于比所述第一运行区域靠近低负荷侧且进行所述G/F较稀环境下的所述部分压缩着火燃烧的第二运行区域运行时，在发动机转速较高的高速区域，在发动机负荷相同的条件下，以所述进气门的闭门时期在发动机转速较高时相比于较低时滞后的形式控制所述进气可变机构；并且，在所述第二运行区域运行时，在发动机转速较低的低速区域，以设定在该低速区域的中间的特定的发动机转速上的所述进气门的闭门时期成为比该低速区域的其它发动机转速上的所述进气门的闭门时期靠近滞后侧的特定时期的形式控制所述进气可变机构。
在此得知，在发动机负荷相对较低的区域上发动机转速较低的区域，在该区域的中间的发动机转速上使进气门的闭门时期为滞后侧的时期能将空气量适当向汽缸内导入。另，这被认为是因为进气的搏动等的影响。因此，根据前述结构，在第二运行区域也能提高燃烧稳定性并向汽缸内导入适当量的空气。
优选为，所述结构中，所述燃烧控制部在所述第二运行区域运行时以如下形式控制所述进气可变机构：在所述低速区域，发动机转速为所述特定的发动机转速以下时，所述进气门的闭门时期朝着所述特定时期，随发动机转速的增大而滞后，且在发动机转速为所述特定的发动机转速以上时，所述进气门的闭门时期朝着所述特定时期，随发动机转速的减少而滞后。
如此，相比于仅在特定的发动机转速附近局部滞后进气门的闭门时期的情况，能防止进气门的闭门时期相对于发动机转速骤变，能改善进气门的闭门时期的控制性。
优选为，所述结构中，还具备变更所述排气门的闭门时期的排气可变机构；所述燃烧控制部在所述第二运行区域运行时，以在所述低速区域，所述排气门的闭门时期无关于发动机转速而为大致一定的时期的形式控制所述排气可变机构。
如此，能改善排气门的控制性。
优选为，所述结构中，所述燃烧控制部在所述第二运行区域运行时以如下形式控制所述排气可变机构：在发动机转速至少高于所述低速区域的区域，所述排气门闭门时期在发动机转速较高时相比于较低时，在比排气上死点靠近滞后侧的范围内提前。
如此，在第二运行区域，能在发动机转速尤其高时将向排气道流出后向汽缸再流入的已燃气体的量抑制为较少，能对已燃气体的量过多从而空气的导入受阻碍进行防止。又，在第二运行区域，能在发动机转速相对较低时增多已燃气体的量从而适当提高汽缸内的温度，进而更切实地提高燃烧稳定性。
优选为，所述结构中，还具备：对向所述汽缸导入的进气进行增压的增压机；以及使所述增压机的状态在该增压机对进气进行增压的增压状态、与该增压机不对进气进行增压的非增压状态之间进行切换的增压切换机构；所述燃烧控制部为，在所述第二运行区域运行时以所述增压机的状态为所述非增压状态的形式控制所述增压切换机构；在设定于比所述第一运行区域靠近高负荷侧且进行所述G/F较稀环境下的所述部分压缩着火燃烧的第三运行区域运行时，以所述增压机的状态为所述增压状态的形式控制所述增压切换机构，并以所述进气门的闭门时期无关于发动机转速而为一定的时期的形式控制所述进气可变机构。
根据该结构，在第三运行区域，能在改善进气门的控制性的同时利用增压来向汽缸内导入与较高的发动机负荷对应的大量的空气。在此，若进行增压，则即便使进气门在比排气上死点靠近提前侧的时期开门，也易于对已燃气体从汽缸向进气道流出进行抑制从而降低残留在汽缸的已燃气体的量。对此，发动机负荷较低的第二运行区域上增压停止，且如前所述，进气门为比排气上死点靠近提前侧的时期，因而能确保残留在汽缸内的已燃气体的量，由此能提高汽缸内的温度从而提高燃烧稳定性。
优选为，所述结构中，所述燃烧控制部在所述部分压缩着火燃烧执行时，根据发动机的运行条件设定SI燃烧的放热量相对于一个循环中的总放热量的比例的目标值即目标SI率，基于该目标SI率设定所述火花塞的点火时期。
如此，若以实现与目标SI率相适的SPCCI燃烧（部分压缩着火燃烧）的形式调节点火的时期，则例如能增加CI燃烧的比例（即降低SI率）。从而与尽可能地提高SPCCI燃烧的热效率相关联。
发明效果：
如以上说明，根据本发明的压缩着火式发动机的控制装置，能实现适当的部分压缩着火燃烧。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明一实施形态的压缩着火式发动机的整体结构的系统图；
图2是将发动机主体的剖视图和活塞的俯视图一并示出的图；
图3是示出汽缸及其附近的进气排气系的结构的概略俯视图；
图4是示出发动机的控制系统的框图；
图5是用于对与发动机的暖机进行程度和发动机的转速/负荷对应的控制的不同进行说明的运行映射图，分别在（a）示出温态时使用的第一运行映射图，在（b）示出半暖机时使用的第二运行映射图，在（c）示出冷态时使用的第三运行映射图；
图6是示出用于从上述第一～第三运行映射图中选择适当的映射图的次序的流程图；
图7是示出SPCCI燃烧（部分压缩着火燃烧）时的放热率的波形的图表；
图8是用于示意性说明在各区域执行的燃烧控制的时序图；
图9是以三维映射图示出在半暖机第一区域上设定的进气门的开门时期的具体例的图；
图10是以三维映射图示出在半暖机第一区域上设定的排气门的闭门时期的具体例的图；
图11是以三维映射图示出在温态第一区域上设定的进气门的开门时期的具体例的图；
图12是以三维映射图示出在温态第一区域上设定的排气门的闭门时期的具体例的图；
图13是放大示出图5的（a）的局部即半暖机第一区域的部分的图；
图14是示出半暖机第一区域的各发动机负荷上设定的发动机转速与进气门的开门时期的关系的图表；
图15是示出半暖机第一区域的各发动机负荷上设定的发动机转速与进气门的闭门时期的关系的图表；
图16是示出半暖机第一区域的各发动机负荷上设定的发动机转速与排气门的闭门时期的关系的图表；
图17是示出半暖机第一区域上的进气门与排气门的气门升程的关系的图；
图18是用于说明SI率的种种定义方法的相当于图7的图；
符号说明：
2 汽缸；
11 进气门；
12 排气门；
13a 进气VVT（进气可变机构）；
14a 排气VVT（排气可变机构）；
15 喷射器；
16 火花塞；
30 进气通路；
40 排气通路；
100 ECU（燃烧控制部）。
具体实施方式
（1）发动机的整体结构
图1及图2是示出应用了本发明的控制装置的压缩着火式发动机（以下仅称为发动机）的优选实施形态的图。本图所示的发动机是作为行驶用动力源而装载在车辆上的四冲程的汽油直喷发动机，具备发动机主体1、向发动机主体1导入的进气所流通的进气通路30、从发动机主体1排出的排气所流通的排气通路40、和使在排气通路40流通的排气的一部分向进气通路30回流的外部EGR装置50。
发动机主体1具有：有汽缸2在内部形成的汽缸体3、以从上方封闭汽缸2的形式安装于汽缸体3的上表面的汽缸盖4、和可往复滑动地***汽缸2的活塞5。发动机主体1典型而言是具有多个（例如四个）汽缸的多汽缸型，但此处为了简化，仅着眼于一个汽缸2进行说明。
活塞5的上方划设有燃烧室6，以汽油为主成分的燃料利用来自后述喷射器15的喷射而供给至该燃烧室6。而且，供给的燃料在燃烧室6内与空气混合并燃烧，被该燃烧带来的膨胀力向下推压的活塞5在上下方向往复运动。另，向燃烧室6喷射的燃料含有汽油作为主成分即可，也可以例如除汽油外还包含生物乙醇等副成分。
在活塞5的下方设置有作为发动机主体1的输出轴的曲轴7。曲轴7经由连杆8而与活塞5连结，根据活塞5的往复运动（上下运动）而绕中心轴旋转驱动。
汽缸2的几何压缩比、即活塞5处于上死点时燃烧室6的容积与活塞5处于下死点时燃烧室6的容积之比，作为与后述SPCCI燃烧相适的值，设定为13以上30以下，优选为14以上18以下。更详细而言，汽缸2的几何压缩比优选为，在使用辛烷值为91左右的汽油燃料的通常规格下设定为14以上17以下，在使用辛烷值为96左右的汽油燃料的高辛烷值规格下设定为15以上18以下。
在汽缸体3设置有对曲轴7的旋转角度（曲轴转角）及曲轴7的旋转速度（发动机转速）进行检测的曲轴转角传感器SN1、和对在汽缸体3及汽缸盖4的内部流通的冷却水的温度（发动机水温）进行检测的水温传感器SN2。
在汽缸盖4设置有向燃烧室6开口并与进气通路30连通的进气道9、向燃烧室6开口并与排气通路40连通的排气道10、对进气道9进行开闭的进气门11、和对排气道10进行开闭的排气门12。另，本实施形态的发动机的气门形式如图2所示，为进气两气门×排气两气门的四气门形式。即，进气道9具有第一进气道9A及第二进气道9B，排气道10具有第一排气道10A及第二排气道10B（参照图3）。进气门11对于第一进气道9A及第二进气道9B分别各设置一个，排气门12对于第一排气道10A及第二排气道10B分别各设置一个。
如图3所示，在第二进气道9B设置有可开闭的涡流阀18。涡流阀18仅设置于第二进气道9B，不设置于第一进气道9A。这样的涡流阀18向关闭方向驱动时，由未设置有涡流阀18的第一进气道9A向燃烧室6流入的进气的比例增大，因而能增强绕着汽缸轴线Z（燃烧室6的中心轴）回旋的回旋流、即涡流。相反地，若使涡流阀18向打开方向驱动，则能减弱涡流。另，本实施形态的进气道9是可形成滚流（纵涡）的滚流气道。因此，涡流阀18关闭时形成的涡流是与滚流混合的斜涡流。
进气门11及排气门12利用包括配设在汽缸盖4上的一对凸轮轴等的动阀机构13、14，来与曲轴7的旋转连动地开闭驱动。
在进气门11用的动阀机构13中内置有可变更进气门11的开闭时期的进气VVT13a。同样地，在排气门12用的动阀机构14中内置有可变更排气门12的开闭时期的排气VVT14a。进气VVT13a（排气VVT14a）为所谓的相位式的可变机构，仅同时且同量地变更进气门11（排气门12）的开门时期及闭门时期。即，进气门11（排气门12）的开门时期及闭门时期在其开门期间维持为一定的状态下变更。如上所述的进气VVT13a相当于本发明的“进气可变机构”，排气VVT14a相当于本发明的“排气可变机构”。
进气门11的开门时期可在比排气上死点（TDC）靠近提前侧的规定时期、与比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的规定时期之间变更。进气门11的开门期间设定为，当使进气门11的开门时期IVO为最提前时期（可取时期中最提前侧的时期）时，进气门11的闭门时期IVC为比进气下死点（BDC）靠近滞后侧的时期。伴随于此，进气门11的闭门时期IVC在比进气下死点（BDC）靠近滞后侧的范围内变更。排气门12的开门时期EVO可在比排气上死点（TDC）靠近提前侧的规定时期、与比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的规定时期之间变更。
另，本说明书及本发明中的进气门11（排气门12）的开门时期并非其升程量变为大于0的时期，而是指经由进气门11（排气门12）的进气道9（排气道10）与燃烧室6之间的气体的流动开始实质性变为可能的时期。具体而言，进气门11（排气门12）的升程量从着座状态开始以大致一定的速度上升后（即经过斜坡（ramp）部后）急剧上升，本说明书及本发明中的进气门11（排气门12）的开门时期是指该升程量急剧上升的时期。该时期例如是进气门11（排气门12）的升程量为0.14mm左右的时期。同样地，本说明书及本发明中的进气门11（排气门12）的闭门时期并非进气门11（排气门12）的升程量变为0的时期，而是指经由进气门11（排气门12）的进气道9（排气道10）与燃烧室6之间的气体的流动实质性停止的时期。具体而言，进气门11（排气门12）的升程量在相对较急速地降低后，朝着0以大致一定的速度缓慢降低（即设定斜坡部），本说明书及本发明中的进气门11（排气门12）的开门时期是指该升程量开始朝着0以一定的速度降低的时期。该时期例如是进气门11（排气门12）的升程量为0.14mm左右的时期。
在汽缸盖4设置有向燃烧室6喷射燃料（主要是汽油）的喷射器15、和对混合从喷射器15向燃烧室6喷射的燃料和向燃烧室6导入的空气的混合气进行点火的火花塞16。在汽缸盖4还设置有检测燃烧室6的压力（以下也称为缸内压力）的缸内压传感器SN3。
如图2所示，在活塞5的冠面形成有使包含其中央部的相对较广的区域向汽缸盖4的相反侧（下方）凹陷的腔20。又，活塞5的冠面上的比腔20靠近径向外侧处形成有由圆环状的平坦面构成的挤流（squish）部21。
喷射器15是在其梢端部具有多个喷孔的多喷孔型喷射器，能从该多个喷孔放射状地喷射燃料。图2中的F表示从各喷孔喷射出的燃料的喷雾，图2的例中，喷射器15具有在周向等间隔配置的合计10个喷孔。喷射器15其梢端部以与活塞5的冠面的中心部（腔20的底部中央）相向的形式配置于燃烧室6的顶面的中心部。
火花塞16配置在相对于喷射器15向进气侧少许偏离的位置。火花塞16的梢端部（电极部）的位置设定为俯视来看与腔20重叠。
如图1所示，进气通路30以与进气道9连通的形式与汽缸盖4的一侧面连接。从进气通路30的上游端引入的空气（新气）通过进气通路30及进气道9并向燃烧室6导入。
进气通路30从其上游侧依序设置有除去进气中的异物的空气滤清器31、调节进气流量的可开闭的节气门32、压缩并送出进气的增压机33、将增压机33压缩的进气冷却的中冷器35、和缓冲罐36。
在进气通路30的各部设置有检测进气的流量的空气流量传感器SN4、检测进气的温度的第一进气温度传感器SN5及第二进气温度传感器SN7、和检测进气的压力的第一进气压力传感器SN6及第二进气压力传感器SN8。空气流量传感器SN4及第一进气温度传感器SN5设置于进气通路30上的空气滤清器31与节气门32之间的部位，检测通过该部位的进气的流量及温度。第一进气压力传感器SN6设置于进气通路30上的节气门32与增压机33之间（比后述的EGR通路51的连接口靠近下游侧）的部位，检测通过该部位的进气的压力。第二进气温度传感器SN7设置于进气通路30上的增压机33与中冷器35之间的部位，检测通过该部位的进气的温度。第二进气压力传感器SN8设置于缓冲罐36，检测该缓冲罐36内的进气的压力。
增压机33是与发动机主体1机械连接的机械式的增压机（super charger）。增压机33的具体形式不限，可将例如利斯霍姆式、鲁兹式或离心式等公知的增压机中的任一种作为增压机33使用。
增压机33与发动机主体1之间介设有可电气切换接合与放开的电磁离合器34。若电磁离合器34接合，则处于从发动机主体1向增压机33传递驱动力，进行增压机33的增压的增压状态。另一方面，若电磁离合器34放开，则处于上述驱动力的传递切断，停止增压机33的增压的非增压状态。如上所述的电磁离合器34及将其驱动的装置相当于本发明的“增压切换机构”。
在进气通路30设置有用于对增压机33进行旁通的旁通通路38。旁通通路38使缓冲罐36与后述的EGR通路51相互连接。在旁通通路38设置有可开闭的旁通阀39。
排气通路40以与排气道10连通的形式与汽缸盖4的另一侧面连接。燃烧室6内生成的已燃气体通过排气道10及排气通路40并向外部排出。
在排气通路40设置有催化转换器41。催化转换器41中内置有：用于对在排气通路40流通的排气中所包含的有害成分（HC、CO、NOx）进行净化的三元催化器41a、和用于捕集排气中所包含的粒子状物质（PM）的GPF（汽油颗粒过滤器）41b。另，也可以是在催化转换器41的下游侧增加内置了三元催化器、NOx催化器等合适的催化器的其它催化转换器。
在排气通路40上比催化转换器41靠近上游侧的部位，设置有检测排气中所包含的氧的浓度的线性O2传感器SN10。线性O2传感器SN10是输出值根据氧浓度的浓淡而线性变化的类型的传感器，可基于该线性O2传感器SN10的输出值来推定混合气的空燃比。
外部EGR装置50具有连接排气通路40和进气通路30的EGR通路51、和设置于EGR通路51的EGR冷却器52及EGR阀53。EGR通路51使比排气通路40上的催化转换器41靠近下游侧的部位、和进气通路30上的节气门32与增压机33之间的部位相互连接。EGR冷却器52利用热交换来对通过EGR通路51并从排气通路40向进气通路30回流的排气进行冷却。EGR阀53可开闭地设置于比EGR冷却器52靠近下游侧（靠近进气通路30侧）的EGR通路51，调节在EGR通路51流通的排气的流量。以下适当将通过EGR通路51并从排气通路40向燃烧室6（汽缸2）内回流的排气称为外部EGR气体。
在EGR通路51设置有用于检测EGR阀53的上游侧的压力与下游侧的压力之差的压差传感器SN9。
（2）控制系统
图4是示出发动机的控制系统的框图。本图所示的ECU100是用于对发动机进行集中控制的微处理器，由周知的CPU、ROM、RAM等构成。
对ECU100输入来自各种传感器的检测信号。例如，ECU100与上述的曲轴转角传感器SN1、水温传感器SN2、缸内压传感器SN3、空气流量传感器SN4、第一进气温度传感器SN5及第二进气温度传感器SN7、第一进气压力传感器SN6及第二进气压力传感器SN8、压差传感器SN9、以及线性O2传感器SN10电气连接，由这些传感器检测的信息（即曲轴转角、发动机转速、发动机水温、缸内压力、进气流量、进气温、进气压、EGR阀53的前后压差、排气的氧浓度等）依次输入ECU100。
又，车辆上设置有对驾驶该车辆的驾驶者所操作的加速踏板的开度进行检测的加速度传感器SN11，来自该加速度传感器SN11的检测信号也向ECU100输入。
ECU100基于来自上述各传感器的输入信息执行种种判定、运算等，并控制发动机的各部。即，ECU100与进气VVT13a、排气VVT14a、喷射器15、火花塞16、涡流阀18、节气门32、电磁离合器34、旁通阀39及EGR阀53等电气连接，并基于上述运算的结果等向这些机器分别输出控制用信号。
ECU100基于来自上述各传感器的输入信息执行种种判定、运算等，并控制发动机的各部。即，ECU100与进气VVT13a、排气VVT14a、喷射器15、火花塞16、涡流阀18、节气门32、电磁离合器34、旁通阀39及EGR阀53等电气连接，并基于上述运算的结果等向这些机器分别输出控制用信号。上述这样的ECU100相当于本发明的“燃烧控制部”。
（3）与运行状态对应的控制
图5的（a）～（c）是用于对与发动机暖机的进行程度和发动机的转速/负荷对应的控制的区别进行说明的运行映射图。本实施形态中，与发动机的暖机完成的温态时、发动机的暖机进行到中途的半暖机时、发动机未暖机的冷态时这样三个阶段对应地分别准备了不同的运行映射图Q1～Q3。以下，将用于温态时的运行映射图Q1称为第一运行映射图，将用于半暖机时的运行映射图Q2称为第二运行映射图，将用于冷态时的运行映射图Q3称为第三运行映射图。
另，以下的说明中，发动机的负荷较高（较低）等同于发动机的要求转矩较高（较低）。又，以下的说明中，作为对燃料喷射和火花点火的时期进行特定的用语，会使用～行程的“前期”“中期”“后期”这样的用语和～行程的“前半”“后半”这样的用语，但其前提如下。即，本说明书中，将对进气行程、压缩行程等任意行程进行三等分的情况下的各期间从前往后依次定义为“前期”“中期”“后期”。因此，例如压缩行程的（i）前期、（ii）中期、（iii）后期分别是指（i）压缩上死点前（BTDC）180～120°CA、（ii）BTDC120～60°CA、（iii）BTDC60～0°CA各范围。同样地，本说明书中，将对进气行程、压缩行程等任意行程进行二等分的情况下的各期间从前往后依次定义为“前半”“后半”。因此，例如进气行程的（iv）前半、（v）后半分别是指（iv）BTDC360～270°CA、（v）BTDC270～180°CA各范围。
图6是对用于从第一～第三运行映射图Q1～Q3中选择适当的映射图的次序进行说明的流程图。该流程图所示的控制开始时，ECU100在步骤S1中基于水温传感器SN2检测到的发动机水温和第二进气温度传感器SN7检测到的进气温，判定（i）发动机水温低于30℃，以及（ii）进气温低于25℃这两方必要条件是否成立。
上述步骤S1中判定为是从而确认了上述（i）（ii）成立的情况下，即在确认了“发动机水温＜30℃”及“进气温＜25℃”两方必要条件成立，发动机处于冷态状态的情况下，ECU100向步骤S2移动，将图5中的（c）所示的第三运行映射图Q3决定为应使用的运行映射图。
另一方面，上述步骤S1中判定为否从而确认了上述（i）（ii）任意不成立的情况下，ECU100向步骤S3移动，基于水温传感器SN2检测到的发动机水温和第二进气温度传感器SN7检测到的进气温，判定（iii）发动机水温低于80℃，以及（iv）进气温低于50℃这两方必要条件是否成立。
上述步骤S3中判定为是从而确认了上述（iii）（iv）成立的情况下，即在确认了“发动机水温≥30℃”及“进气温≥25℃”中至少一方必要条件、和“发动机水温＜80℃”及“进气温＜50℃”这两方必要条件成立，发动机处于半暖机状态的情况下，ECU100向步骤S4移动，将图5中的（b）所示的第二运行映射图Q2决定为应使用的运行映射图。
另一方面，上述步骤S3中判定为否从而确认了上述（iii）（iv）任意不成立的情况下，即在确认了“发动机水温≥80℃”及“进气温≥50℃”中至少一方必要条件成立，发动机处于温态状态（暖机完成状态）的情况下，ECU100向步骤S5移动，将图5中的（a）所示的第一运行映射图Q1决定为应使用的运行映射图。
接着，说明由如以上的冷态时、半暖机时、温态时的各运行映射图Q1～Q3所规定的具体控制内容（与转速/负荷对应的燃烧控制的不同）。
（3－1）冷态时的控制
基于第三运行映射图Q3（图5中的（c））对发动机的冷态时的燃烧控制进行说明。发动机冷态时，在全运行区域C1执行将燃料与空气混合并使混合气进行后述SI燃烧的控制。该冷态时的控制因与一般的汽油发动机的燃烧控制相同，故在此省略其说明。
（3－2）半暖机时的控制
基于第二运行映射图Q2（图5的（b））对发动机的半暖机时的燃烧控制进行说明。如图5的（b）所示，发动机处于半暖机状态时，发动机的运行区域大致分为三个运行区域B1～B3。分别为半暖机第一区域B1、半暖机第二区域B2、半暖机第三区域B3，半暖机第三区域B3为转速较高的高速区域，半暖机第一区域B1为从比半暖机第三区域B3靠近低速侧的区域除去高负荷侧的一部分后的低・中速/低负荷的区域，半暖机第二区域B2为半暖机第一、第二区域B1、B2以外的剩余的区域（换言之低・中速/高负荷的区域）。
（a）半暖机第一区域
在半暖机第一区域B1上执行将SI燃烧和CI燃烧组合起来的SPCCI燃烧。SI燃烧是指，利用自火花塞16产生的火花来对混合气进行点火，并利用使燃烧区域从其点火点向周围扩大的火焰传播来使混合气强制燃烧的燃烧形态，CI燃烧是指，在因活塞5的压缩而高温・高压化的环境下，使混合气通过自着火来燃烧的燃烧形态。而且，将该SI燃烧和CI燃烧组合起来的SPCCI燃烧是指，利用在混合气即将自着火的环境下进行的火花点火来使燃烧室6内的混合气的一部分进行SI燃烧，在该SI燃烧之后（利用伴随着SI燃烧的进一步的高温・高压化）使燃烧室6内其它混合气通过自着火来CI燃烧的燃烧形态。另，“SPCCI”是“SParkControlled Compression Ignition”的略称，SPCCI燃烧相当于本发明的“部分压缩着火燃烧”。
SPCCI燃烧具有CI燃烧时的放热比SI燃烧时的放热急剧的性质。例如，SPCCI燃烧的放热率的波形如后述的图7所示，与SI燃烧对应的燃烧初期的上升斜率小于与其后的CI燃烧对应产生的上升斜率。换言之，SPCCI燃烧时的放热率的波形由基于SI燃烧的、上升斜率相对较小的第一放热率部和基于CI燃烧的、上升斜率相对较大的第二放热部以此顺序连续而形成。又，与这样的放热率的倾向对应地，在SPCCI燃烧中，SI燃烧时产生的燃烧室6内的压力上升率（dp/dθ）比CI燃烧时小。
燃烧室6内的温度及压力因SI燃烧而变高时，伴随于此，未燃混合气自着火，CI燃烧开始。如图7所例示那样，在该自着火的正时（即CI燃烧开始的正时），放热率的波形的斜率从小向大进行变化。即，SPCCI燃烧中的放热率的波形具有在CI燃烧开始的正时出现的拐点（图7的X2）。
CI燃烧开始后，SI燃烧与CI燃烧并行。CI燃烧与SI燃烧相比混合气的燃烧速度快，所以放热率相对较大。但由于CI燃烧在压缩上死点之后进行，所以放热率的波形的斜率不会过大。即，过了压缩上死点时运转压力因活塞5的下降而降低，从而抑制了放热率的上升，结果避免了CI燃烧时dp/dθ过大。如此，SPCCI燃烧中，在SI燃烧后进行CI燃烧这一性质上，作为燃烧噪音的指标的dp/dθ较难变得过大，相比于单纯的CI燃烧（使所有燃料进行CI燃烧的情况），能抑制燃烧噪音。
随着CI燃烧的结束，SPCCI燃烧也结束。由于CI燃烧比SI燃烧的燃烧速度快，所以相比于单纯的SI燃烧（使所有燃料进行SI燃烧的情况），能使燃烧结束时期提前。换言之，在SPCCI燃烧中，能使燃烧结束时期在膨胀行程内接近压缩上死点。由此，在SPCCI燃烧中，相比于单纯的SI燃烧，能改善燃料消耗性能。
半暖机第一区域B1上，当进行火花塞16的点火时（混合气开始燃烧时），形成燃烧室6内存在已燃气体（燃烧后的气体）且燃烧室6（汽缸2）内的总气体（G）与燃料（F）的重量比即气体空燃比（G/F）大于理论空燃比（14.7），而且燃烧室6（汽缸2）内的空气（A）与燃料（F）的比例即空燃比（A/F）和理论空燃比大体一致的环境（以下将其称为G/F较稀环境），与此同时执行使混合气进行SPCCI燃烧的控制。更详细而言，所述气体空燃比（G/F）为18≤G/F≤50。通过设定在该范围，能确保SI燃烧的稳定性从而确保CI燃烧的开始时期的控制性，也能抑制燃烧噪音。
为了实现这样的G/F较稀环境下的SPCCI燃烧，在半暖机第一区域B1上利用ECU100对发动机的各部进行如下控制。
喷射器15在进气行程中至少执行一次燃料喷射。例如在半暖机第一区域B1所包含的运行点P2上，喷射器15如图8的时序图（b）所示，在进气行程中执行供给一个循环中应喷射的燃料的总量的一次燃料喷射。
火花塞16在压缩上死点附近对混合气进行点火。例如，在上述运行点P2上，火花塞16在比压缩上死点（TDC）稍微靠近提前侧的正时对混合气进行点火。而且，以该点火触发SPCCI燃烧，燃烧室6内的一部分混合气通过火焰传播来燃烧（SI燃烧），之后其它混合气通过自着火来燃烧（CI燃烧）。
节气门32的开度设定为与理论空燃比相当的空气量通过进气通路30并向燃烧室6导入的开度，即燃烧室6内的空气（新气）与燃料的重量比即空燃比（A/F）和理论空燃比（14.7）大体一致的开度。另一方面，半暖机第一区域B1上，以作为已燃气体的外部EGR气体及/或内部EGR气体向燃烧室6流入（残留）的形式调节进气门11的开门时期IVO和排气门12的闭门时期EVC和EGR阀53的开度。由此，在半暖机第一区域B1上，燃烧室6内的总气体与燃料的重量比即气体空燃比（G/F）大于理论空燃比（14.7）。上述的内部EGR气体并不是燃烧室6内生成的已燃气体中的外部EGR气体的气体，即并非经由EGR通路51向燃烧室6回流的已燃气体，而是不排出至EGR通路51而残留在燃烧室6内的气体（也包括暂且向进气道9及/或排气道10排出后返回燃烧室6的气体）。
EGR阀53以实现可变地设定于大致0～40％的范围内的目标外部EGR率的形式控制其开度。另，此处说的外部EGR率是指通过EGR通路51并向燃烧室6回流的排气（外部EGR气体）在燃烧室6内的总气体中所占的重量比例，目标外部EGR率为外部EGR率的目标值。
进气VVT13a根据发动机转速和发动机负荷，如图9所示变更进气门11的开门时期IVO（进气开门时期IVO）。排气VVT14a根据发动机转速和发动机负荷，如图10所示变更排气门12的闭门时期EVC（排气闭门时期EVC）。该图9、图10是以三维映射图示出进气门11的开门时期IVO（排气门12的闭门时期EVC）相对于发动机转速和发动机负荷的具体例的图。半暖机第一区域B1上的进气门11的开闭时期及排气门12的闭门时期详情见后述。
增压机33在发动机负荷为预先设定的增压负荷T＿t以下时处于关闭状态。另一方面，在半暖机第一区域B1上，在发动机负荷高于增压负荷T＿t时增压机33处于打开状态。增压机33处于关闭状态时，如上所述放开电磁离合器34从而解除增压机33与发动机主体1的连结且旁通阀39全开，由此增压机33的增压停止（处于非增压状态）。另一方面，增压机33处于打开状态时，如上所述接合电磁离合器34从而连结增压机33与发动机主体1，由此进行增压机33的增压（处于增压状态）。此时，以使第二进气压力传感器SN8检测到的缓冲罐36内的压力（增压压力）与针对每个发动机的运行条件（发动机转速、发动机负荷等条件）预先设定的目标压力一致的形式控制旁通阀39的开度。例如，旁通阀39的开度越大，通过旁通通路38并向增压机33的上游侧逆流的进气的流量越多，结果向缓冲罐36导入的进气的压力、即增压压力变低。旁通阀39通过像这样调节进气的逆流量来将增压压力控制在目标压力。
半暖机第一区域B1上，涡流阀18的开度以形成相对较弱的涡流的形式被调节。例如，涡流阀18的开度为半开（50％）程度或比其大的开度。
（b）半暖机第二区域
半暖机第二区域B2上，在燃烧室6内的空燃比稍浓于理论空燃比的环境下（空气过剩率λ为λ≤1的环境下）执行使混合气SPCCI燃烧的控制。为了实现这样的较浓环境下的SPCCI燃烧，在半暖机第二区域B2上利用ECU100对发动机的各部进行如下控制。
喷射器15在进气行程中喷射一个循环中应喷射的全部燃料或大半。例如，在半暖机第二区域B2所包含的运行点P3上，喷射器15如图8的时序图（c）所示，在与进气行程的后半重叠的一系列的期间，更详细而言，在从进气行程的后半至压缩行程的前半的一系列的期间喷射燃料。
火花塞16在压缩上死点（TDC）附近对混合气进行点火。例如，在上述运行点P3上，火花塞16在比压缩上死点（TDC）稍微靠近滞后侧的正时对混合气进行点火。
增压机33为打开状态，进行增压机33的增压。此时的增压压力由旁通阀39调节。
进气VVT13a及排气VVT14a将进气门11及排气门12的正时设定为使内部EGR气体不残留在燃烧室6内（内部EGR实质性停止）的正时。节气门32全开。EGR阀53以燃烧室6内的空燃比（A/F）稍浓于理论空燃比（λ≤1）的形式控制其开度。例如，EGR阀53以空燃比为12以上14以下的形式调节通过EGR通路51并回流的排气（外部EGR气体）的量。但也可以在发动机的最高负荷的附近关闭EGR阀53从而实质性停止外部EGR。涡流阀18的开度设定为大于半暖机第一区域B1上的开度且小于相当于全开的开度的中间开度。
（c）半暖机第三区域
在半暖机第三区域B3上执行相对较标准的SI燃烧。为了实现该SI燃烧，在半暖机第三区域B3上利用ECU100对发动机的各部进行如下控制。
喷射器15至少在与进气行程重叠的规定期间喷射燃料。例如，在半暖机第三区域B3所包含的运行点P4上，喷射器15如图8的时序图（d）所示，在从进气行程至压缩行程的一系列的期间喷射燃料。
火花塞16在压缩上死点的附近对混合气进行点火。例如，在上述运行点P4上，火花塞16在比压缩上死点（TDC）稍微靠近提前侧的正时对混合气进行点火。而且，以该点火触发SI燃烧，燃烧室6内的所有混合气通过火焰传播来燃烧。
增压机33为打开状态，进行增压机33的增压。此时的增压压力由旁通阀39来调节。节气门32全开。EGR阀53以燃烧室6内的空燃比（A/F）为理论空燃比或比其稍浓（λ≤1）的值的形式控制其开度。涡流阀18全开。由此，不仅是第一进气道9A，第二进气道9B也完全开放，发动机的充填效率提高。
（3－3）温态时的控制
如图5中的（a）所示，发动机处于温态状态时，发动机的运行区域大致分为四个运行区域A1～A4。分别是温态第一区域A1、温态第二区域A2、温态第三区域A3、温态第四区域A4，温态第二区域A2对应于半暖机第一区域B1中的高负荷侧的区域，温态第一区域A1对应于从半暖机第一区域B1除去温态第二区域A2后的区域，温态第三区域A3对应于半暖机第二区域B2，温态第四区域A4对应于半暖机第三区域B3。
（a）温态第一区域
温态第一区域A1上，为了将燃烧所生成的NOx的量抑制为较少且为了改善燃料消耗性能而使燃烧室6内的空气（新气）与燃料的重量比即空燃比（A/F）大于理论空燃比（14.7），并执行使混合气进行SPCCI燃烧的控制。即，燃烧室6内的空气过剩率λ为λ＞1并执行SPCCI燃烧。温态第一区域A1上的空燃比（A/F）以燃烧所生成的NOx的量抑制在足够小的形式，可变地设定在例如超过20且低于35的范围内。温态第一区域A1上的目标空燃比大致设定为负荷（要求转矩）越高就越大。
为了实现这样的使空燃比大于理论空燃比的环境（以下适当称为A/F较稀环境）下的SPCCI燃烧，在温态第一区域A1上利用ECU100对发动机的各部进行如下控制。
喷射器15从进气行程至压缩行程分多次喷射燃料。例如，在温态第一区域A1上的相对较低速且低负荷的运行点P1上，喷射器15如图8的时序图（a）所示，从进气行程的前期至中期分两次喷射一个循环中应喷射的燃料的大半，并在压缩行程的后期喷射剩余的燃料（合计三次喷射）。
火花塞16在压缩上死点（TDC）的附近对混合气进行点火。例如，在上述运行点P1上，火花塞16在比压缩上死点（TDC）稍微靠近提前侧的正时对混合气进行点火。而且，以该点火触发SPCCI燃烧，燃烧室6内的一部分的混合气通过火焰传播来燃烧（SI燃烧），其后其它混合气通过自着火进行燃烧（CI燃烧）。
增压机33在温态第一区域A1上，大致在其全域处于关闭状态。节气门32在其全域为全开或与其相近的开度。由此，向燃烧室6内导入大量空气从而燃烧室6内的空燃比变大。
进气VVT13a根据发动机转速和发动机负荷，如图11所示变更进气门11的开门时期IVO。
具体而言，进气门11的开门时期IVO大致在发动机负荷较低的低负荷区域上随着发动机负荷的增大而提前。例如，进气门11的开门时期IVO在发动机负荷最低时为比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的时期，随着发动机负荷的增大而提前至最提前时期。而且，在发动机负荷相对较高的中负荷区域上，进气门11的开门时期IVO无关于发动机负荷而固定为最提前时期。又，在发动机负荷更高的高负荷区域上，进气门11的开门时期IVO在比排气上死点（TDC）靠近提前侧的范围内随着发动机负荷的增大而滞后。另，进气门11的闭门时期IVC以在比进气下死点（BDC）靠近滞后侧的范围内，相对于发动机负荷而与进气门11的开门时期IVO同样地变化的形式变更。
排气VVT14a根据发动机转速和发动机负荷，如图12所示变更排气门12的闭门时期EVC。
具体而言，排气门12的闭门时期EVC比排气上死点（TDC）靠近滞后侧。又，在发动机负荷较低的低负荷区域上，排气门12的闭门时期EVC随着发动机负荷的增大而滞后。例如，排气门12的闭门时期EVC在发动机负荷最低时处于排气上死点（TDC），随着发动机负荷的增大，从排气上死点（TDC）开始的滞后量增大。而且，在发动机负荷相对较高的中负荷区域上，排气门12的闭门时期EVC无关于发动机负荷而为一定。又，在发动机负荷更高的高负荷区域上，排气门12的闭门时期EVC随着发动机负荷的增大而提前。另，排气门12的开门时期EVO以相对于发动机负荷而与排气门12的闭门时期EVC同样地变化的形式变更。
EGR阀53以实现可变地设定于大致0～20％的范围内的目标外部EGR率的形式控制其开度。目标外部EGR率越靠近发动机转速较高侧或发动机负荷较高侧就越高。
温态第一区域A1上，涡流阀18的开度设定为低于半开（50％）的低开度。像这样降低涡流阀18的开度，由此，向燃烧室6导入的进气其大部分为来自第一进气道9A（未设有涡流阀18侧的进气道）的进气，在燃烧室6内形成强涡流。该涡流在进气行程中成长并残存至压缩行程中途，促进燃料的分层化。即，形成燃烧室6中央部的燃料浓度浓于其外侧的区域（外周部）这样的浓度差。例如，温态第一区域A1上，因该涡流的作用，燃烧室6的中央部的空燃比为20以上30以下，燃烧室6的外周部的空燃比为35以上。温态第一区域A1上，目标涡流开度可变地设定在大致20～40％的范围内，其值越靠近发动机转速较高侧或发动机负荷较高侧就越高。
另，本实施形态的发动机中的涡流阀18形成为在其开度为40％时，涡流比为稍微超过1.5的值，若涡流阀18关闭至全闭（0％），则涡流比约增大至6的结构。涡流比定义为使每个气门升程测定进气流的横向角速度并积分后的值除以曲轴7的角速度的值。如上所述，在温态第一区域A1运行时，涡流阀18的开度大致控制在20～40％的范围内。因而，本实施形态中，温态第一区域A1上的涡流阀18的开度设定为燃烧室6内的涡流比在1.5以上的值。
（b）温态第二区域
温态第二区域A2上，与半暖机第一区域B1同样地，在燃烧室6内的空燃比与理论空燃比大体一致（λ＝1）的环境下执行使混合气进行SPCCI燃烧的控制。温态第二区域A2上的控制因基本上与上述（3－2（a））说明的控制（半暖机第一区域B1上的控制）相同，故在此省略其说明。
（c）温态第三区域
温态第三区域A3上，与半暖机第二区域B2同样地，在燃烧室6内的空燃比稍浓于理论空燃比（λ≤1）的环境下执行使混合气进行SPCCI燃烧的控制。温态第三区域A3上的控制因基本上与上述（3－2（b））说明的控制（半暖机第二区域B2上的控制）相同，故在此省略其说明。
（d）温态第四区域
温态第四区域A4上，与半暖机第三区域B3同样执行相对较标准的SI燃烧。温态第四区域A4上的控制基本上与上述（3－2（c））说明的控制（半暖机第三区域B3上的控制）相同，故在此省略其说明。
（4）半暖机第一区域上的进气门及排气门的开闭时期的设定
对在半暖机第一区域B1（G/F较稀环境下的SPCCI燃烧的执行区域）上进行的进气门11及排气门12的开闭时期的详情进行说明。
（a）进气门的开闭时期
图13是放大示出图5的（a）的局部即半暖机第一区域B1的部分的图。
图14是示出半暖机第一区域B1上的进气门11的开门时期IVO的具体例的图表。图15是示出半暖机第一区域B1上的进气门11的闭门时期IVC的具体例的图表。如上所述，进气门11在其开门期间维持为一定的状态下变更其开闭时期。从而，进气门11的闭门时期IVC相对于发动机负荷及发动机转速而与进气门11的开门时期IVO同样地变化。
图14（图15）是以横轴为发动机转速，以纵轴为进气门11的开门时期IVO（进气门11的闭门时期IVC）的图表。图14（图15）的横轴的发动机转速N1、N2、N3、N4对应于图13的横轴的发动机转速N1、N2、N3、N4。又，图14（图15）的各线L1、L2、L3是将发动机负荷相同的运行点上的进气门11的开门时期IVO（闭门时期IVC）的值连起来的线，这些线L1～L3分别表示发动机负荷为图13所示的第一负荷T1、第二负荷T2、第三负荷T3时的进气门11的开门时期IVO（闭门时期IVC）。
第一负荷T1、第二负荷T2、第三负荷T3是以照此顺序变大的形式设定的发动机负荷，线L1代表并示出发动机负荷为第一负荷T1附近的区域即低负荷区域C1（以下适当称为低负荷G/F稀区域C1）上的发动机转速和进气门11的开门时期IVO（闭门时期IVC），线L2代表并示出发动机负荷为第二负荷T2附近的区域即中负荷区域C2（以下适当称为中负荷G/F稀区域C2）上的发动机转速和进气门11的开门时期IVO（闭门时期IVC），线L3代表并示出发动机负荷为第三负荷T3附近的区域即高负荷区域C3（以下适当称为高负荷G/F稀区域C3）上的发动机转速和进气门11的开门时期IVO（闭门时期IVC）。
如上所述，半暖机第一区域B1上发动机负荷为第二负荷T2附近的中负荷G/F稀区域C2相当于本发明的“第一运行区域”，半暖机第一区域B1上发动机负荷为第一负荷T1附近的低负荷G/F稀区域C1相当于本发明的“第二运行区域”，半暖机第一区域B1上发动机负荷为第三负荷T3附近的高负荷G/F稀区域C3相当于本发明的“第三运行区域”。
如图14所示，半暖机第一区域B1上，在其全域，进气门11的开门时期IVO为比排气上死点（TDC）靠近提前侧的时期。如图15所示，半暖机第一区域B1上，在其全域，进气门11的闭门时期IVC为比进气下死点（BDC）靠近滞后侧的时期。
如图14、图15的线L1所示，在低负荷G/F稀区域C1上发动机转速高于第一基准速度N11的高速区域，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC设定为在发动机转速较高时相比于较低时靠近滞后侧的时期。图14、图15的示例中，在低负荷G/F稀区域C1上发动机转速高于预先设定的第一基准速度N11的高速区域，发动机转速越升高进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC越滞后。又，本实施形态中，为第一基准速度N11时，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC处于最提前时期（可变化的范围内的最提前侧的时期），随着发动机转速升高，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC从该最提前时期滞后。
另一方面，在低负荷G/F稀区域C1上发动机转速低于第一基准速度N11的区域（以下适当称为低负荷低速区域），进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC以在低负荷低速区域的中间的发动机转速上为最滞后侧的形式设定。
具体而言，发动机转速低于预先设定的第二基准速度N12的区域上，无关于发动机转速，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC维持为一定的时期。本实施形态中，此时进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC维持为最提前时期。
另一方面，发动机转速为从第二基准速度N12至第二速度N2的区域上，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC为，发动机转速越高就越滞后。本实施形态中为，随着发动机转速从第二基准速度N12增大，而从最提前时期逐渐滞后。
又，发动机转速为从第二速度N2至第一基准速度N11的区域上，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC为，发动机转速越高就越提前。本实施形态中，以发动机转速为第一基准速度N11时进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC为最提前时期的形式，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC随着发动机转速从第一基准速度N11增大而逐渐滞后。
如此，在低速低负荷区域，发动机转速为第二基准速度N12时，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC为最滞后侧的时期（低速低负荷区域内设定的时期中的最滞后侧的时期）。如上所述的第二速度N2相当于本发明的“特定的发动机转速”。又，低速低负荷区域上发动机转速为第二速度N2时的进气门11的闭门时期IVC相当于本发明的“特定时期”。
进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC以对于发动机转速跨越第一基准速度N11并连续的形式设定。
如图14、图15的线L2所示，在包含第二负荷T2的中负荷G/F稀区域C2上发动机转速高于第二速度N2的区域，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC与低负荷G/F稀区域C1的高速侧的区域同样，设定为在发动机转速较高时相比于较低时靠近滞后侧的时期。图14、图15的例示中，在中负荷G/F稀区域C2上发动机转速高于第二速度N2的区域，发动机转速越高，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC越滞后。本实施形态中，为第二速度N2时，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC为最提前时期，随着发动机转速从第二速度N2升高，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC从该最提前时期滞后。
但图14、图15的例示中，第一基准速度N11和第二速度N2不同，第一基准速度N11为高于第二速度N2的值。
另一方面，在中负荷G/F稀区域C2上发动机转速低于第二速度N2的区域，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC无关于发动机转速而维持为一定的时期。本实施形态中，此时进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC维持为最提前时期。
如图14、图15的线L3所示，包含第三负荷T3的高负荷G/F稀区域上，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC无关于发动机转速而维持为一定的时期。本实施形态中，这些时期IVO、IVC维持为最提前时期。
（b）排气门的开闭时期
图16是与图14及图15对应的图表，是示出半暖机第一区域B1上的排气门12的闭门时期EVC的具体例的图表。如上所述，排气门12在其开门期间维持为一定的状态下变更其开闭时期。从而，排气门12的开门时期EVO虽省略图示，但相对于发动机负荷及发动机转速而与排气门12的闭门时期EVC同样地变化。
图16是以横轴为发动机转速，以纵轴为排气门12的闭门时期EVC的图表。图16的横轴的发动机转速N1、N2、N3、N4也对应于图13的横轴的发动机转速N1、N2、N3、N4。又，图16的各线L1、L2、L3也分别是发动机负荷为第一负荷T1、第二负荷T2、第三负荷T3时的线。
如图16所示，半暖机第一区域B1上，在其大致全域，排气门12的闭门时期EVC为比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的时期。
伴随于此，半暖机第一区域B1上，在其大致全域，如图17所示，进气门11和排气门12跨越排气上死点（TDC）同在规定期间开门（即气门重叠）。
如图16的线L1所示，在包含第一负荷T1的低负荷G/F稀区域C1上的发动机转速低于第三速度N3的区域，排气门12的闭门时期EVC无关于发动机转速而维持为大致一定的规定时期（以下适当称为第一排气闭门时期）。第三速度N3设定为高于所述第一、第二基准速度N11、N12的速度。
另一方面，在低负荷G/F稀区域C1上发动机转速高于第三速度N3的区域，排气门12的闭门时期EVC在发动机转速较高时相比于较低时提前。本实施形态中，随着发动机转速从第三速度N3升高，排气门12的闭门时期EVC从第一排气闭门时期逐渐提前。
如图16的线L2所示，在包含第二负荷T2的中负荷G/F稀区域C2上的发动机转速低于第三速度N3的区域，排气门12的闭门时期EVC设定为在发动机转速较高时相比于较低时提前。但发动机转速低于第一基准速度N11的区域相比于发动机转速高于第一基准速度N11的区域，相对于发动机转速，排气门12的闭门时期EVC的变化率变小。另一方面，发动机转速高于第三速度N3的区域上，发动机转速越高，排气门12的闭门时期EVC越滞后。
如图16的线L3所示，在包含第三负荷T3的高负荷G/F稀区域C3，排气门12的闭门时期EVC在发动机转速低于第一基准速度N11的区域上无关于发动机转速而维持为一定，在从第一基准速度N11至第三速度N3的区域上，发动机转速越高就越提前。另一方面，发动机转速从第三速度N3到第三速度N3与第四速度N4的中间的速度为止，排气门12的闭门时期EVC为，发动机转速越高就越滞后。而且，从该中间的速度至第四速度N4的区域上，排气门12的开门时期EVO无关于发动机转速而维持为一定。
（5）关于SI率
如上所述，本实施形态中，将SI燃烧和CI燃烧组合起来的SPCCI燃烧在半暖机第一区域B1等上执行，而在该SPCCI燃烧中重要的是根据运行条件控制SI燃烧与CI燃烧的比率。
在此，本实施形态中，使用SI燃烧的放热量相对于SPCCI燃烧（SI燃烧及CI燃烧）的总放热量的比例、即SI率来作为上述比率。图7是用于说明该SI率的图，示出SPCCI燃烧发生时的放热率（J/deg）随曲轴转角的变化。图7的波形上的点X1是放热率随着SI燃烧的开始而上升的放热点，将与该放热点X1对应的曲轴转角θsi定义为SI燃烧的开始时期。又，同波形上的点X2是燃烧形态从SI燃烧向CI燃烧切换时出现的拐点，将与该拐点X2对应的曲轴转角θci定义为CI燃烧的开始时期。而且，将位于比该CI燃烧的开始时期即θci靠近提前侧（从θsi到θci之间）的位置的放热率的波形的面积R1作为SI燃烧的放热量，将位于比θci靠近滞后侧的位置的放热率的波形的面积R2作为CI燃烧的放热量。由此，以（SI燃烧的放热量）/（SPCCI燃烧的放热量）来定义的上述SI率可用上述各面积R1、R2来表示为R1/（R1＋R2）。即，本实施形态中，SI率＝R1/（R1＋R2）。
CI燃烧中，混合气通过自着火而同时多发性燃烧，所以相比于火焰传播带来的SI燃烧，压力上升率易升高。因此，尤其是若在负荷较高燃料喷射量较多的条件下SI率不慎变小（即增加CI燃烧的比例），则会产生较大的噪音。另一方面，由于CI燃烧在燃烧室6未足够高温・高压化时不会发生，所以在负荷较低燃料喷射量较少的条件下，若SI燃烧未进行到某种程度，CI燃烧就不开始，SI率必然变大（即CI燃烧的比例减少）。考虑到这样的情况，本实施形态中，在进行SPCCI燃烧的运行区域，作为SI率的目标值的目标SI率在发动机的每个运行条件上预先设定。具体而言，目标SI率在半暖机第一区域B1上大致设定为负荷越高就越小（即负荷越高CI燃烧的比例越增加）。此外，与此对应，本实施形态中，在进行与目标SI率相适的燃烧的情况下的CI燃烧的开始时期即目标θci也在发动机的每个运行条件上预先设定。
实现上述的目标SI率及目标θci需要在每个运行条件上调节火花塞16带来的主点火的时期、来自喷射器15的燃料的喷射量/喷射时期、和EGR率（外部EGR率及内部EGR率）这些控制量。例如，主点火的时期越提前，越多的燃料通过SI燃烧来燃烧，SI率升高。又，燃料的喷射时期越提前，越多的燃料通过CI燃烧来燃烧，SI率降低。此外，SI率的变化伴随着θci的变化，所以这些各控制量（主点火时期、喷射时期等）的变化是调节θci的要素。
基于如上所述的倾向，本实施形态中，SPCCI燃烧执行时，主点火时期、及燃料的喷射量/喷射时期等控制为可实现上述目标SI率及目标θci的组合。
（6）作用效果
如以上，本实施形态中，在半暖机第一区域B1，进气门11的开闭时期、排气门12的开闭时期如上所述设定，由此能在半暖机第一区域B1的各运行点上，在燃烧室6内使内部EGR气体及空气适当存在，能在形成燃烧室6内有已燃气体残留且燃烧室6内的空气与燃料的比例即空燃比在理论空燃比附近的G/F较稀环境的同时实现适当的SPCCI燃烧。又，空燃比在理论空燃比附近，因而能通过三元催化器适当净化排气。而且，因像这样混合气的空燃比在理论空燃比附近，所以相比于使空燃比大于理论空燃比（稀）的情况，能向燃烧室6内导入更多的已燃气体，可通过大量的已燃气体来抑制燃烧时的压力上升从而抑制燃烧噪音的增大。该燃烧噪音的抑制使SPCCI燃烧在高负荷侧（最高负荷）的实施成为可能。
具体而言，本实施形态中，在中负荷G/F稀区域C2，在发动机负荷相同的条件下（例如在发动机负荷为第二负荷T2的条件下），发动机转速较高时相比于较低时，进气门11的闭门时期IVC在比进气下死点（BDC）靠近滞后侧的范围内滞后。在此，由于进气的惯性作用，向燃烧室6内导入的（封入的）空气的量最大的进气门11的闭门时期IVC为发动机转速越高就越靠近滞后侧的时期。从而，进气门11的闭门时期IVC如上所述变更，以此能在中负荷G/F稀区域C2的各发动机转速上确保向燃烧室6内导入的空气的量适当，能提高燃烧稳定性。从而，即便是在因燃烧室6内存在已燃气体所以燃烧易不稳定的G/F较稀环境下，也能实现适当的SI燃烧进而实现SPCCI燃烧，能提高燃料消耗性能。
又，发动机转速较低时，伴随每单位时间的燃烧次数较少，燃烧室6内的温度降低，因而SI燃烧易不稳定。对此，本实施形态中，在中负荷G/F稀区域C2上发动机转速较低侧，进气门11的开门时期IVO比排气上死点（TDC）靠近提前侧且其提前量相对较大。在进气门11的开门时期IVO比排气上死点（TDC）靠近提前侧的状态下，能随着排气行程中的活塞5的上升，从燃烧室6向进气道9导出已燃气体后将其再度向燃烧室6导入。而且，进气门11的开门时期IVO从排气上死点（TDC）提前的量越多，从该燃烧室6导出并再度向燃烧室6导入的高温的已燃气体（内部EGR气体）的量就越多。从而，在如前所述燃烧易不稳定时，能向燃烧室6内导入大量的高温的已燃气体（内部EGR气体），提高燃烧室6内的温度从而提高SI燃烧的稳定性，由此能实现压缩上死点附近的适当的CI燃烧即适当的SPCCI燃烧。
又，本实施形态中，在中负荷G/F稀区域C2上发动机转速较低的区域，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC无关于发动机转速而为一定的时期。从而能在该区域确保如前所述向燃烧室6导入的已燃气体的量较多，同时改善进气门11的控制性。即，在随着发动机转速的变化必须大幅变更进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC的情况下，进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC恐因进气VVT13a的响应延迟等而错过适当的时期，但该状况能被防止。又，本实施形态中，在中负荷G/F稀区域C2上发动机转速较低的区域，进气门11的开门时期IVO维持为最提前时期，以此能切实增多向燃烧室6导入的已燃气体的量。
在此得知，由于进气的搏动等影响，发动机负荷相对较低的低负荷G/F稀区域C1上，在发动机转速较低的低速区域，在该低速区域的中间的发动机转速上滞后进气门11的闭门时期IVC能使空气量适当向汽缸内导入。对此，本实施形态中，在低负荷G/F稀区域C1上发动机转速较低的低速区域，在其中间的发动机转速即第二速度N2上使进气门11的闭门时期IVC比其它发动机转速上的进气门11的闭门时期IVC滞后。因此能在该区域更为切实地向燃烧室6内导入适当的量的空气。又，低负荷G/F稀区域C1的发动机转速较高的高速区域上，与中负荷G/F稀区域C2同样地，使进气门11的闭门时期IVC在发动机转速较高时相比于较低时滞后，以此能利用进气的惯性作用而向燃烧室6内导入适当的量的空气。
又，本实施形态中，在低负荷G/F稀区域C1，从第二基准速度N12向第二速度N2，发动机转速越高进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC就越滞后，从第二速度N2向第一基准速度N11，发动机转速越高进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC就越提前。因此能在第二速度N2附近抑制当发动机转速变化时进气门11的开门时期IVO及闭门时期IVC骤变，从而改善进气门11的控制性。
又，在低负荷G/F稀区域C1上发动机转速较低的低速区域，如前所述进气门11的闭门时期IVC在其中间的发动机转速即第二速度N2上滞后，并且排气门12的闭门时期EVC无关于发动机转速而维持为一定，能改善排气门12的闭门时期EVC的控制性。
又，在低负荷G/F稀区域C1上发动机转速较高的高速区域，使排气门12的闭门时期EVC在发动机转速较高时相比于较低时，在比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的范围内提前。因此能在因发动机转速较高而难以向燃烧室6内导入空气的该高速区域，将向排气道10流出后向燃烧室6再流入的已燃气体的量抑制为较少，能防止在燃烧室6内已燃气体的量过多从而空气的导入受阻碍。又，能在发动机转速相对较低时增多残留在燃烧室6内的已燃气体的量，能提高燃烧室6内的温度从而确保燃烧稳定性。
又，在设定为发动机负荷较高的区域的高负荷G/F稀区域C3，进行增压机33的增压，以此能将与高发动机负荷对应的大量的空气向燃烧室6导入。而且由此，在高负荷G/F稀区域C3为了增大空气量而调节进气门11的闭门时期IVC的必要性较小。对此，本实施形态中，在高负荷G/F稀区域C3，将进气门11的闭门时期IVC维持为一定，能在确保向燃烧室6导入的空气的量的同时改善进气门11的控制性。
又，上述实施形态中，SPCCI燃烧执行时（在半暖机第一区域B1运行时），以SI燃烧的放热量相对于一个循环中的总放热量的比例即SI率与根据发动机的运行条件预先设定的目标SI率一致的形式调节火花塞16带来的主点火的时期，所以例如能在燃烧噪音不会过大的范围内尽可能地增加CI燃烧的比例（即降低SI率）。这与尽可能提高SPCCI燃烧的热效率相关联。
（7）变形例
上述实施形态中说明了在中负荷G/F稀区域C2的发动机转速较低的区域，使进气门11的开门时期IVO无关于发动机转速而为一定的情况，但该区域的进气门11的开门时期IVO为如下即可：其相对于发动机转速的变化率设定为小于发动机转速比其高的区域（在中负荷G/F稀区域C2上）的进气门11的开门时期IVO相对于发动机转速的变化率。从而在中负荷G/F稀区域C2的发动机转速较低的区域也可以形成为随着发动机转速降低，进气门11的开门时期IVO稍许提前的结构。
又，上述实施形态中，将SI燃烧的放热量相对于SPCCI燃烧的总放热量的比例即SI率用图7的燃烧波形中的面积R1、R2来定义为R1/（R1＋R2），以该SI率与预先设定的目标SI率一致的形式调节主点火的时期，但定义SI率的方法另外也有多种可考虑。
例如也可以是SI率＝R1/R2。此外，也可以用图18所示的Δθ1、Δθ2来定义SI率。即，也可以是，当以SI燃烧的曲轴转角期间（比拐点X2靠近提前侧的燃烧期间）为Δθ1，以CI燃烧的曲轴转角期间（比拐点X2靠近滞后侧的燃烧期间）为Δθ2时，SI率＝Δθ1/（Δθ1＋Δθ2），或SI率＝Δθ1/Δθ2。或者是，也可以当以SI燃烧的放热率的峰值为ΔH1，以CI燃烧的放热率的峰值为ΔH2时，SI率＝ΔH1/（ΔH1＋ΔH2），或SI率＝ΔH1/ΔH2。