火花点火式直喷发动机控制方法及火花点火式直喷发动机
阅读：667发布：2020-05-17
专利汇可以提供火花点火式直喷发动机控制方法及火花点火式直喷发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种火花点火式直喷 发动机 及其控制方法，其中控制装置在发动机主体运转状态处于设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域时，将有效压缩比设定在10以上，使点火时期相对于MTB延迟，执行喷射至少两次 燃料 的分割喷射，在特定运转区域中的速度相对低的第一速度区域将点火时期的延迟量设定得大于在速度相对高的第二速度区域时的点火时期的延迟量，并且在第一速度区域将分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在第二速度区域将分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在 进气冲程 后期并且将在最终阶段前喷射的喷射阶段的至少一喷射时期设定在进气冲程中期。由此可在特定运转区域有效地抑制 爆震 并且实现高压缩比发动机带来的高转矩化。，下面是火花点火式直喷发动机控制方法及火花点火式直喷发动机专利的具体信息内容。
1.一种火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于：
所述火花点火式直喷发动机包括发动机主体和燃料喷射阀，所述发动机主体具有几何压缩比设定在12以上的气缸，所述燃料喷射阀向所述气缸内直接喷射燃料，所述控制方法包括以下步骤：
在所述发动机主体的运转状态处于设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域时将有效压缩比设定在10以上的步骤；
在所述特定运转区域中，使对所述气缸内的混合气体点火的点火时期相对于MBT延迟的步骤；
在所述特定运转区域中，在从进气冲程至压缩冲程前半期的期间中执行从所述燃料喷射阀喷射至少两次燃料的分割喷射的步骤；其中，
在使所述点火时期相对于MBT延迟的步骤中，在所述发动机主体的速度处于所述特定运转区域中的速度相对低的第一速度区域时，将所述点火时期的延迟量设定得大于处于比所述第一速度区域更高速的第二速度区域时的点火时期的延迟量，
在执行所述分割喷射的步骤中，在所述特定运转区域中的所述第一速度区域将所述分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述特定运转区域中的所述第二速度区域将所述分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期并且将在该最终阶段之前喷射的喷射阶段的至少一喷射时期设定在进气冲程中期。
2.根据权利要求1所述的火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于：
在所述发动机主体的温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述发动机主体的温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
3.根据权利要求2所述的火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于还包括：
在所述发动机主体的运转状态处于所述特定运转区域时将所述气缸的进气门的闭合时期设定在压缩冲程前半期的步骤，其中，
在所述发动机主体的温度从所述指定值以下的状态过渡到高于该指定值的状态时，将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期从进气中程后期变更到压缩冲程前半期中所述进气门的闭合后。
4.根据权利要求1所述的火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于：
在所述发动机主体的进气温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述进气温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
5.根据权利要求2或3所述的火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于：
在所述发动机主体的进气温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述进气温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于：
在所述发动机主体的运转状态处于所述第一速度区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为在进气冲程中执行的第一喷射和在压缩冲程前半期执行的第二喷射的两次喷射，在所述发动机主体的运转状态处于所述第二速度区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为在进气冲程中期执行的第一喷射和在进气冲程后期执行的第二喷射的两次喷射，
将所述发动机主体的速度相对高时的第一喷射量的相对于总喷射量的比率设定得高于该发动机主体的速度相对低时的所述比率。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于：
在所述发动机主体的运转状态处于所述特定运转区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为第一喷射和第二喷射的两次喷射，
在所述第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时在进气冲程中执行所述第一喷射，在所述第二喷射的喷射时期设定在进气冲程后期时在进气冲程中期执行所述第一喷射并且将第二喷射量的相对于总喷射量的比率设定得低于该第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时的所述比率。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于：
在所述第一速度区域中将所述点火时期设定在压缩上止点以后的膨胀冲程，在所述第二速度区域中将所述点火时期设定在压缩上止点以前的压缩冲程。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的火花点火式直喷发动机的控制方法，其特征在于还包括：
将供应给所述燃料喷射阀的燃料的压力设定为随着所述发动机主体的转速上升而升高的步骤。
10.一种火花点火式直喷发动机，其特征在于包括：
发动机主体，具有几何压缩比设定在12以上的气缸；
燃料喷射阀，在指定的喷射时期将燃料直接喷射到所述气缸内；
火花塞，在指定的点火时期对所述气缸内的混合气体进行火花点火；
压缩比调整装置，通过变更至少包括所述气缸的进气门的闭合时期的该进气门的工作状态而调整所述发动机主体的有效压缩比；
控制装置，通过控制所述燃料喷射阀、所述火花塞及所述压缩比调整装置而控制所述发动机主体的运转；其中，
所述控制装置在所述发动机主体的运转状态处于设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域时，执行将所述有效压缩比设定在10以上的控制、将所述点火时期设定在比MBT迟的时期的控制、以及在从进气冲程至压缩冲程前半期的期间中从所述燃料喷射阀喷射至少两次燃料的分割喷射，
在执行使所述点火时期相对于MBT延迟的控制时，在所述发动机主体的速度处于所述特定运转区域中的速度相对低的第一速度区域时，将所述点火时期的延迟量设定得大于处于比所述第一速度区域更高速的第二速度区域时的点火时期的延迟量，在执行所述分割喷射时，在所述特定运转区域中的所述第一速度区域将所述分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述特定运转区域中的所述第二速度区域将所述分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期并且将在该最终阶段之前喷射的喷射阶段的至少一喷射时期设定在进气冲程中期。
11.根据权利要求10所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于还包括：
检测与所述发动机主体的温度相关的温度参数的装置，其中，
所述控制装置基于检测温度参数的所述装置的检测结果，在所述发动机主体的温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述发动机主体的温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
12.根据权利要求11所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于：
所述控制装置在所述发动机主体的运转状态处于所述特定运转区域时将所述进气门的闭合时期设定在压缩冲程前半期，
所述控制装置在所述发动机主体的温度从所述指定值以下的状态过渡到高于该指定值的状态时，将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期从进气冲程后期变更到压缩冲程前半期中所述进气门的闭合后。
13.根据权利要求10所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于还包括：
检测所述发动机主体的进气温度的装置，其中，
所述控制装置基于检测进气温度的所述装置的检测结果，在所述进气温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述进气温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
14.根据权利要求11或12所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于还包括：
检测所述发动机主体的进气温度的装置，其中，
所述控制装置基于检测进气温度的所述装置的检测结果，在所述进气温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述进气温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于：
所述控制装置在所述发动机主体的运转状态处于所述第一速度区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为在进气冲程中执行的第一喷射和在压缩冲程前半期执行的第二喷射的两次喷射，在所述发动机主体的运转状态处于所述第二速度区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为在进气冲程中期执行的第一喷射和在进气冲程后期执行的第二喷射的两次喷射，
所述控制装置将所述发动机主体的速度相对高时的第一喷射量的相对于总喷射量的比率设定得高于该发动机主体的速度相对低时的所述比率。
16.根据权利要求10至13中任一项所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于：
所述控制装置在所述发动机主体的运转状态处于所述特定运转区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为第一喷射和第二喷射的两次喷射，
所述控制装置在所述第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时在进气冲程中执行所述第一喷射，在所述第二喷射的喷射时期设定在进气冲程后期时在进气冲程中期执行所述第一喷射并且将第二喷射量的相对于总喷射量的比率设定得低于该第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时的所述比率。
17.根据权利要求10至13中任一项所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于：
所述控制装置在所述第一速度区域中将所述点火时期设定在压缩上止点以后的膨胀冲程，在所述第二速度区域中将所述点火时期设定在压缩上止点以前的压缩冲程。
18.根据权利要求10至13中任一项所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于：
供应给所述燃料喷射阀的燃料的压力随着所述发动机主体的转速上升而被升高。
19.根据权利要求10至13中任一项所述的火花点火式直喷发动机，其特征在于：
所述发动机主体以至少处于所述特定运转区域时的所述气缸内的滚流比为1.5以上的方式构成。
火花点火式直喷发动机控制方法及火花点火式直喷发动机
技术领域
[0001] 本发明涉及火花点火式直喷发动机的控制方法及火花点火式直喷发动机。
背景技术
[0002] 为了提高发动机的热效率，改善燃耗，提高压缩比是有效的手段。然而，若将使用汽油或含汽油的燃料的火花点火式发动机的几何压缩比设定为超过12的高压缩比时，在发动机的高负载区域的低速侧运转区域中容易产生爆震或早燃(preignition)等异常燃烧(以下，将这些异常燃烧简单地统称为“爆震”)。作为抑制爆震的措施之一例如有使点火时期大幅延迟的措施。
[0003] 例如日本专利公开公报特开2010-101312号中记载了如下控制方法，即，在高压缩比的火花点火式直喷发动机中，在易于产生爆震的高负载区域的低速区域中，不仅将点火时期大幅延迟至压缩上止点之后，而且还进行在进气冲程中喷射少量燃料和在压缩冲程后期喷射较多量燃料的分割喷射，由此来抑制爆震的发生。
[0004] 然而，上述控制方法虽可期待抑制爆震，但无法确保充分高的转矩。即，高压缩比发动机虽具有高转矩化的潜力，但因爆震对策的原因，以往的高压缩比发动机未能实现充分的高转矩化。
发明内容
[0005] 本发明鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种火花点火式直喷发动机的控制方法和火花点火式直喷发动机，在发动机的高负载区域的低速侧的特定运转区域中有效地抑制爆震并且实现高压缩比发动机所带来的高转矩化。
[0006] 本发明在易于产生爆震的特定运转区域中的相对低速侧区域中，实现由气缸内的气体冷却所引起的抗爆震性的提高，通过增大点火时期的提前量而实现转矩的提高，另一方面在特定运转区域中的相对高速侧的区域，通过提高进气填充效率而避免爆震并且实现转矩的提高。
[0007] 具体而言，本发明涉及控制火花点火式直喷发动机的方法，该火花点火式直喷发动机包括发动机主体和燃料喷射阀，所述发动机主体具有几何压缩比设定在12以上的气缸，所述燃料喷射阀向所述气缸内直接喷射燃料。
[0008] 该控制方法包括以下步骤：所述发动机主体的运转状态处于设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域时将有效压缩比设定在10以上的步骤；在所述特定运转区域中，使对所述气缸内的混合气体点火的点火时期相对于MBT(Minimum advance for Best Torque(最大扭矩的最小点火提前角))延迟的步骤；在所述特定运转区域中，在从进气冲程至压缩冲程前半期的期间中执行从所述燃料喷射阀喷射至少两次燃料的分割喷射的步骤。
[0009] 在使所述点火时期相对于MBT延迟的步骤中，在所述发动机主体的速度(转速)处于所述特定运转区域中的速度相对低的第一速度区域时，将所述点火时期的延迟量设定得大于处于比所述第一速度区域更高速的第二速度区域时的点火时期的延迟量。此外，在执行所述分割喷射的步骤中，在所述特定运转区域中的所述第一速度区域将所述分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述特定运转区域中的所述第二速度区域将所述分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期并且将在该最终阶段之前喷射的喷射阶段的至少一喷射时期设定在进气冲程中期。
[0010] 此处，在“设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域”这一用语中，“高负载区域”是指发动机主体的负载区域中负载比指定负载高的区域，至少包含满负载及其近傍。此外，“低速侧区域”是指在发动机主体的速度区域中速度比指定速度低的区域，至少包含怠速及其近傍。换言之，该特定运转区域在几何压缩比设定为12以上的高压缩比的发动机主体中也可定义为易于产生包含爆震或早燃的异常燃烧的运转区域。作为一例，在所述特定运转区域包含高负载区域中的低速区域及中速区域(将发动机主体的速度区域三分割为低速区域、中速区域及高速区域时的低速区域及中速区域)的至少一部分的情况下，在所述特定运转区域中，发动机主体的速度相对低的“第一速度区域”大致对应于低速区域，而发动机主体的速度相对高的第二速度区域大致对应于中速区域。
[0011] 此外，“压缩冲程前半期”是指将压缩冲程二分割为前半期与后半期时的前半期。另一方面，“进气冲程后期”是指将进气冲程三分割为前期、中期及后期时的后期，同样，“进气冲程中期”是指将进气冲程三分割为前期、中期及后期时的中期。但将压缩冲程二分割为前半期与后半期的说明中的“二分割”并不限定于在严格意义上对压缩冲程进行二分割(二等分)，前半期、后半期的各期间之间也可存在一些差。此外，将进气冲程三分割为前期、中期及后期的说明中的“三分割”并不限定于在严格意义上对进气冲程进行三分割(三等分)，前期、中期及后期的各期间之间也可存在一些差。此外，进气冲程及压缩冲程并不限定于仅由在气缸内往返移动的活塞的位置(曲柄角)所规定。例如进气冲程的结束可以不是在活塞到达进气下止点的时间点，即便是在活塞过了进气下止点之后，进气门打开而实质上持续向气缸内进气的期间(发动机速度比较高，即便活塞过了进气下止点也不会产生逆流的期间)实质上也可包含于进气冲程后期。
[0012] 所述控制方法中，当发动机主体处于特定运转区域时，换言之，处于易于产生爆震的运转区域时，将有效压缩比设定在10以上。该10以上的有效压缩比可兼顾改善抗爆震性与提高转矩。
[0013] 此外，在特定运转区域中，通过使对气缸内的混合气体的点火时期相对于MBT延迟来抑制爆震。此时，当发动机主体的速度处于相对低的第一速度区域时，与处于相对高的第二速度区域时相比易于产生爆震，因此在处于第一速度区域时，将点火时期的延迟量设定得更大。由此，可分别在第一速度区域及第二速度区域有效地抑制爆震。
[0014] 并且，在特定运转区域中，在从进气冲程至压缩冲程前半期的期间中执行从燃料喷射阀喷射至少两次燃料的分割喷射。伴随此，在第一速度区域中，将分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期。在压缩冲程中直接喷射到气缸内的燃料通过随着其汽化的潜热而有助于降低气缸内的气体温度，从而有利于降低点火前的气缸内温度(抑制温度上升)。这可抑制爆震，因而可改善抗爆震性，从而可相应地缩小点火时期的延迟量。即，可避免爆震的产生，并且可实现因点火时期的提前所引起的转矩提高。此外，在最终阶段之前喷射的燃料在压缩冲程前半期之前喷射，因此可在至点火时期为止的期间确保充足的汽化时间。
[0015] 另一方面，在第二速度区域中，与第一速度区域不同，将分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期，且将在该最终阶段之前喷射的喷射阶段的至少一喷射时期设定在进气冲程中期。在进气冲程后期喷射到气缸内的燃料通过随着其汽化的潜热而冷却进气，因而可有效地提高进气填充效率。这有利于提高转矩。另一方面，进气冲程中期为进气流速变得最快的期间，因此在该进气冲程中期向气缸内喷射燃料尤其可提高燃料混合性。这可抑制气缸内的燃料的浓度不均而有利于改善抗爆震性，并且缩短燃烧时间也有利于提高抗爆震性。其结果，可使点火时期提前。
[0016] 因此，在相对低速的第一速度区域中，通过在压缩冲程前半期执行分割喷射中的最终阶段的燃料喷射而加强气缸内的气体冷却，从而可改善抗爆震性，并且可使点火时期提前，因而可避免爆震的产生，并且可提高转矩。另一方面，在相对高速的第二速度区域中，执行分割为进气冲程中期与后期至少两次的燃料喷射，由此可提高抗爆震性，并且可通过由加强进气的冷却所实现的进气填充效率的提高而提高转矩。
[0017] 此处，就点火时期与转矩的关系进行检讨。即，点火时期与转矩之间具有以下的关系：相对于MBT的延迟量越大，则与指定提前量(例如每1°CA的提前量)对应的转矩的提高量越大，相对于MBT的延迟量越小，则与指定提前量对应的转矩的提高量越小。由于相对低速的第一速度区域更易于产生爆震，因此点火时期的延迟量本来就设定得较大，另一方面，相对高速的第二速度区域设定相对小的点火时期的延迟量。因此，在第一速度区域中，通过使点火时期提前而获得的转矩提高效果较高。
[0018] 此外，在比第二速度区域易于产生爆震的第一速度区域中，即便欲通过提高进气填充量来提高转矩，也会因随着进气填充量的提高而导致气缸内压力升高，从而有可能会导致抗爆震性进一步恶化。因此，会导致点火时期进一步延迟，其结果，有可能会导致所提高的进气填充量未能相应地提高转矩的情形。
[0019] 因此，如上所述，在第一速度区域中，尽量降低气缸内的气体温度以改善抗爆震性，由此尽量使点火时期提前而可有利于提高转矩。反之，在第二速度区域中，即便改善抗爆震性而使点火时期提前，转矩的提高量也较小，因此提高进气填充效率可有利于提高转矩。
[0020] 所述控制方法中，较为理想的是，在所述发动机主体的温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述发动机主体的温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
[0021] 在发动机主体的温度为指定值以下时，例如在发动机冷机时，由于气缸内的温度低，从而对于爆震问题相对有利。因此，在发动机主体的温度为指定值以下这样的对于爆震问题相对有利的状态下，通过将最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期可实现进气填充效率的提高，可提高转矩。另一方面，在例如发动机暖机时那样的发动机主体的温度高于指定值的对于爆震问题相对不利的状态下，较为理想的是，将最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期来加强气缸内的气体冷却以改善抗爆震性，实现点火时期的提前所引起的转矩提高。
[0022] 所述控制方法中，较为理想的是，还包括在所述发动机主体的运转状态处于所述特定运转区域时将所述气缸的进气门的闭合时期设定在压缩冲程前半期的步骤，其中，在所述发动机主体的温度从所述指定值以下的状态过渡到高于该指定值的状态时，将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期从进气冲程后期变更到压缩冲程前半期中所述进气门的闭合后。
[0023] 如上所述，在发动机主体的温度为指定值以下时，例如在发动机冷机时，通过将最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期可实现进气填充效率的提高而提高转矩。之后，在发动机被暖机而导致发动机主体的温度高于指定值时，由于在爆震问题上从有利的状态变化为不利的状态，因此将最终阶段的喷射时期变更至压缩冲程前半期。由此来加强气缸内的气体冷却，改善抗爆震性，实现由点火时期提前所引起的转矩提高。此时，通过将最终阶段的喷射时期变更至进气门的闭合后，可防止向进气口逆流。这可将所喷射的燃料切实地封入气缸内，从而有利于通过其汽化潜热而充分冷却气缸内的气体，其结果，可尽量使点火时期提前而有效地提高转矩。
[0024] 此处，“进气门的闭合时”并不限定于进气门实际上闭合的状态，可包含进气门实质上闭合的状态。作为具体例(但并不限定于此)，也可将升程0.3mm时的位置定义为进气门的闭合时。
[0025] 所述控制方法中，较为理想的是，在所述发动机主体的进气温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述进气温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
[0026] 与所述的发动机主体的温度同样地，在进气温度为指定值以下时，气缸内的气体温度低而对于爆震问题相对有利，因此将最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。由此，可实现进气填充效率的提高而提高转矩。另一方面，在进气温度高于指定值这样的对于爆震问题相对不利的状态下，通过将最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期来加强气缸内的气体冷却以改善抗爆震性，实现由点火时期提前所引起的转矩提高。
[0027] 所述控制方法中，较为理想的是，在所述发动机主体的运转状态处于所述第一速度区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为在进气冲程中执行的第一喷射和在压缩冲程前半期执行的第二喷射的两次喷射，在所述发动机主体的运转状态处于所述第二速度区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为在进气冲程中期执行的第一喷射和在进气冲程后期执行的第二喷射的两次喷射。此外，将所述发动机主体的速度相对高时的第一喷射量的相对于总喷射量的比率设定得高于该发动机主体的速度相对低时的所述比率。
[0028] 第一喷射是在进气冲程中执行的喷射，可有助于由进气流动所引起的燃料混合性的提高、以及由进气被冷却所引起的进气填充效率的提高。在发动机主体的速度相对高时，进气流动相对剧烈，因此将第一喷射量的相对于总喷射量的比率设定得高于发动机主体的速度相对低时的比率，可利用剧烈的进气流动有效地提高混合性及进气填充效率。即，有利于更大程度地兼顾避免爆震和提高转矩。另外，“将所述发动机主体的速度相对高时的第一喷射量的相对于总喷射量的比率设定得高于发动机主体的速度相对低时的所述比率”的情形中，包含使第二速度区域的第一喷射量的相对于总喷射量的比率高于第一速度区域的该比率的情形。
[0029] 所述控制方法中，较为理想的是，在所述发动机主体的运转状态处于所述特定运转区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为第一喷射和第二喷射的两次喷射。此外，在所述第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时在进气冲程中执行所述第一喷射，在所述第二喷射的喷射时期设定在进气冲程后期时在进气冲程中期执行所述第一喷射并且将第二喷射量的相对于总喷射量的比率设定得低于该第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时的所述比率。
[0030] 由于第二喷射的喷射时期设定在进气冲程后期时难以产生爆震因而对于爆震问题处于相对有利的状态，因此将第二喷射量的相对于总喷射量的比率设定得比较低。由于设定较低的第二喷射量的比率从而相应地提高在进气冲程中期喷射的第一喷射量的比率，因此如上所述，有利于进气流动所引起的燃料混合性的提高、以及进气被冷却所引起的进气填充效率的提高，从而可在对爆震问题相对有利的状态下有效地提高转矩。
[0031] 另一方面，在第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时，易于产生爆震因而对于爆震问题处于相对不利的状态，因此将第二喷射量的相对于总喷射量的比率设定得比较高，通过优先冷却气缸内的气体，改善抗爆震性进而尽量使点火时期提前而有效地提高转矩。
[0032] 所述控制方法中，较为理想的是，在所述第一速度区域中将所述点火时期设定在压缩上止点以后的膨胀冲程，在所述第二速度区域中将所述点火时期设定在压缩上止点以前的压缩冲程。
[0033] 如上所述，在爆震的问题上，相对低速的第一速度区域与第二速度区域相比不利，因此，使第一速度区域的点火时期相对于第二速度区域的点火时期延迟，在避免爆震方面较为理想。
[0034] 所述控制方法中，较为理想的是，还包括将供应给所述燃料喷射阀的燃料的压力设定为随着所述发动机主体的转速上升而升高的步骤。燃料压力的上升可缩短燃料喷射阀的燃料喷射所涉及的脉冲宽度，因而在燃料喷射量增大的高转速侧，有利于提高分割喷射的各喷射阶段的喷射时期的设定自由度。此情形尤其在发动机主体的速度相对高而相对于曲柄角的实际时间较短且至少在进气冲程的中期与后期进行分割喷射的第二速度区域中有利。
[0035] 本发明的火花点火式直喷发动机包括：发动机主体，具有几何压缩比设定在12以上的气缸；燃料喷射阀，在指定的喷射时期将燃料直接喷射到所述气缸内；火花塞，在指定的点火时期对所述气缸内的混合气体进行火花点火；压缩比调整装置，通过变更至少包括所述气缸的进气门的闭合时期的该进气门的工作状态而调整所述发动机主体的有效压缩比；控制装置，通过控制所述燃料喷射阀、所述火花塞及所述压缩比调整装置而控制所述发动机主体的运转。
[0036] 并且，所述控制装置在所述发动机主体的运转状态处于设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域时，执行将所述有效压缩比设定在10以上的控制、将所述点火时期设定在比MBT迟的时期的控制、以及在从进气冲程至压缩冲程前半期的期间中从所述燃料喷射阀喷射至少两次燃料的分割喷射。
[0037] 此外，所述控制装置在执行使所述点火时期相对于MBT延迟的控制时，在所述发动机主体的速度处于所述特定运转区域中的速度相对低的第一速度区域时，将所述点火时期的延迟量设定得大于处于比所述第一速度区域更高速的第二速度区域时的点火时期的延迟量。而且在执行所述分割喷射时，在所述特定运转区域中的所述第一速度区域将所述分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述特定运转区域中的所述第二速度区域将所述分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期并且将在该最终阶段之前喷射的喷射阶段的至少一喷射时期设定在进气冲程中期。
[0038] 所述发动机中，较为理想的是，所述发动机还包括检测与所述发动机主体的温度相关的温度参数的装置(温度参数检测装置)。所述控制装置基于检测温度参数的所述装置(所述温度参数检测装置)的检测结果，在所述发动机主体的温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述发动机主体的温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期。
[0039] 所述发动机中，较为理想的是，所述控制装置在所述发动机主体的运转状态处于所述特定运转区域时将所述进气门的闭合时期设定在压缩冲程前半期。此外，所述控制装置在所述发动机主体的温度从所述指定值以下的状态过渡到高于该指定值的状态时，将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期从进气冲程后期变更到压缩冲程前半期中所述进气门的闭合后。
[0040] 所述发动机中，较为理想的是，所述发动机还包括检测所述发动机主体的进气温度的装置(进气温度检测装置)。所述控制装置基于检测进气温度的所述装置(所述进气温度检测装置)的检测结果，在所述进气温度高于指定值时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，在所述进气温度为所述指定值以下时将所述第一速度区域中的最终阶段的喷射时期设定在所述进气冲程后期。
[0041] 所述发动机中，较为理想的是，所述控制装置在所述发动机主体的运转状态处于所述第一速度区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为在进气冲程中执行的第一喷射和在压缩冲程前半期执行的第二喷射的两次喷射，另一方面，在所述发动机主体的运转状态处于所述第二速度区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为在进气冲程中期执行的第一喷射和在进气冲程后期执行的第二喷射的两次喷射。此外，所述控制装置将所述发动机主体的速度相对高时的第一喷射量的相对于总喷射量的比率设定得高于该发动机主体的速度相对低时的所述比率。
[0042] 所述发动机中，较为理想的是，所述控制装置在所述发动机主体的运转状态处于所述特定运转区域时将由所述燃料喷射阀进行的燃料喷射分割为第一喷射和第二喷射的两次喷射。此外，所述控制装置在所述第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时在进气冲程中执行所述第一喷射，在所述第二喷射的喷射时期设定在进气冲程后期时在进气冲程中期执行所述第一喷射并且将第二喷射量的相对于总喷射量的比率设定得低于该第二喷射的喷射时期设定在压缩冲程前半期时的所述比率。
[0043] 所述发动机中，较为理想的是，所述控制装置在所述第一速度区域中将所述点火时期设定在压缩上止点以后的膨胀冲程，在所述第二速度区域中将所述点火时期设定在压缩上止点以前的压缩冲程。
[0044] 所述发动机中，较为理想的是，供应至所述燃料喷射阀的燃料的压力随着所述发动机主体的转速上升而被升高。
[0045] 所述发动机中，较为理想的是，所述发动机主体以至少处于所述特定运转区域时的所述气缸内的滚流比为1.5以上的方式构成。滚流的强化会缩短燃烧时间，有利于改善高压缩比发动机中的抗爆震性，进而有利于提高转矩。
[0046] 如上所述，根据所述的火花点火式直喷发动机及其控制方法，即便在设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域中，也可通过在相对低速的第一速度区域中在压缩冲程前半期执行分割喷射的最终阶段的喷射，可降低气缸内的气体温度而提高抗爆震性，从而可相应地使点火时期提前而有效地提高转矩，另一方面，在相对高速的第二速度区域中，通过执行进气冲程中期与后期的至少两次燃料喷射，从而可主要地提高进气填充效率，避免爆震并且有效地提高转矩效率。附图说明
[0048] 图2是发动机主体及排气岐管的概略俯视图。
[0049] 图3是发动机的排气系统的概略俯视图。
[0050] 图4是表示气缸与排气岐管的第二集合部之间的压力波往返的状态的说明图。
[0051] 图5是表示在气缸的排气口产生的压力变化的图。
[0052] 图6是表示燃料喷射时期相对于发动机转速的变化的图。
[0053] 图7是表示转矩与点火时期的关系的图。
[0054] 图8是表示第一速度区域中和第二速度区域中的进排气门的升程曲线、燃料喷射时期及点火时期之间的关系的一例的图。
[0055] 图9是说明根据气缸内的空燃比差异的大小而令点火时期的设定基准不相同的图。
具体实施方式
[0056] 以下，基于附图对火花点火式直喷发动机及其控制方法进行说明。另外，以下的优选实施方式的说明，本质上只是例示。如图1所示，火花点火式直喷发动机(以下简单地称作“发动机”)包括发动机主体1、附加在发动机主体1上的各种致动器、各种传感器及基于传感器的信号而控制致动器的发动机控制器100。该发动机的发动机主体1的几何压缩比被设定为12以上的高压缩比。在该高压缩比发动机中，尤其在作为高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域易于产生爆震，但如后面所明示，在本实施方式的发动机中，可在所述特定运转区域有效地抑制爆震，并且可实现高压缩比发动机所带来的高转矩化。
[0057] 发动机主体1为火花点火式内燃机，如图2所示包括第一至第四的4个气缸111、112、113、114。另外，以下在不限定于特定的第一至第四气缸时，对气缸附上符号“11”。发动机主体1搭载在汽车等车辆上，其输出轴虽未图示但经由变速器而连结于驱动轮。发动机主体1的输出传递至驱动轮而推动车辆。发动机主体1包括气缸体12及载置在其上的气缸盖13，在气缸体12内部形成有气缸11。众所周知，曲轴14通过轴颈、轴承而旋转自如地支撑于气缸体12，该曲轴14经由连杆16连结于活塞15。
[0059] 所述活塞15滑动自如地嵌插在各气缸11内，与气缸11及气缸盖13一起区划出燃烧室17。活塞15的顶面以与所述气缸11的顶面的屋脊型形状对应的方式形成为从其周缘部向中央部隆起的梯形形状，由此，可缩小活塞15到达压缩上止点时的燃烧室容积而实现12以上的高几何压缩比。此外，在活塞15顶面的大致中心位置形成有呈大致球面状地凹陷的空腔151。该空腔151以与设置气缸11中心部的火花塞51相对的方式设置，由此缩短燃烧时间。即，如上所述，该高压缩比发动机的活塞15的顶面隆起，在活塞15到达压缩上止点时，活塞15的顶面与气缸11的顶面之间的间隔极为狭窄。因此，在未形成有空腔151的情况下，初始火焰与活塞15的顶面发生干扰而导致冷却损耗增大，火焰传播受阻而导致燃烧速度变慢。相对于此，所述空腔151可避免与初始火焰发生干扰而不妨碍其成长，因此火焰传播加快而可缩短燃烧时间。此情况有利于抑制爆震，从而有助于由点火时期的提前所实现的转矩提高。
[0060] 每个气缸11中，在气缸盖13上形成有进气口18及排气口19，这些进气口18和排气口19分别与燃烧室17连通。进气门21及排气门22以可分别将进气口18及排气口19与燃烧室17之间隔断的方式设置。进气门21由进气门驱动机构30驱动，排气门22由排气门驱动机构40驱动，由此以指定的正时往返运动而将进气口18及排气口19打开及关闭。
[0061] 进气门驱动机构30包括进气凸轮轴31，排气门驱动机构40包括排气凸轮轴41。凸轮轴31、41经由众所周知的链条/链轮机构等动力传递机构而连结于曲轴14。众所周知，动力传递机构在曲轴14旋转两圈的期间使凸轮轴31、41旋转一圈。
[0062] 进气门驱动机构30包括可变更进气门21的开闭时期的进气门正时可变机构32，排气门驱动机构40包括可变更排气门22的打开及闭合时期的排气门正时可变机构42。在该实施方式中，进气门正时可变机构32由可在指定的角度范围内连续变更进气凸轮轴31的相位的液压式或机械式相位可变机构(Variable Valve Timing：VVT)构成，排气门正时可变机构42由可在指定的角度范围内连续变更排气凸轮轴41的相位的液压式或机械式相位可变机构构成。进气门正时可变机构32可通过变更进气门21的闭合时期而调整有效压缩比，其构成压缩比调整装置。另外，有效压缩比是指进气门闭合时的燃烧室容积与活塞15处于上止点时的燃烧室容积的比。
[0063] 这样，该发动机主体1中(详情后述)在发动机主体1的运转状态处于设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域时，通过进气门正时可变机构32的控制来设定进气门21的闭合时期IVC，以使有效压缩比为10以上。此外，通过排气门正时可变机构42的控制来设定排气门22的打开时期EVO，以使进气门21与排气门22的打开重叠期间OL(参照图8)可确保与发动机转速对应的指定期间。
[0064] 此外，该发动机主本1基于对进气口18的形状等进行了研究设计，使滚流比(tumble ratio)尤其在发动机主体1的运转状态处于所述特定运转区域时为1.5以上。此处，滚流比由一进气冲程中的纵向涡流的回旋次数来定义，滚流比为1.5以上意味着在一进气冲程中，纵向涡流回旋1.5次以上。较高的滚流比可缩短燃烧时间而改善抗爆震性，从而有利于在高压缩比发动机中提高转矩。
[0065] 火花塞51通过例如螺丝等众所周知的结构安装在气缸盖13上。火花塞51的电极在气缸11的大致中心面临燃烧室17的顶部。点火系统52接收来自发动机控制器100的控制信号而对火花塞51通电以使其按所望的点火时期产生火花。
[0066] 在该实施方式中，燃料喷射阀53通过使用例如支架等众所周知的结构安装在气缸盖13的一侧(图例中为进气侧)。该发动机主体1为将燃料直接喷射到气缸11内的所谓的直喷发动机，燃料喷射阀53的远端在上下方向位于进气口18的下方，而在水平方向位于气缸11的中央，面临燃烧室17内。但燃料喷射阀53的布置并不限定于此。燃料喷射阀53在本实施方式的例中为多喷口(例如6喷口)型燃料喷射阀(Multi Hall Injector：
MHI)。有关各喷口的方向图示予以省略，但各喷口的轴芯远端扩散，以便可向整个气缸11内喷射燃料。MHI的优点在于如下方面：因是多喷口，所以一个喷口的直径较小，能够以比较高的燃压喷射燃烧，及燃料可向整个气缸11内喷射地分散，因此燃料混合性提高，并且促进燃料的汽化、雾化。因此，在进气冲程中喷射燃料时，有利于利用气缸11内的进气流动的燃料混合性、及促进汽化、雾化，另一方面，在压缩冲程中喷射燃料时，由于燃料的汽化、雾化的促进因而有利于气缸11内的气体冷却。另外，燃料喷射阀53并不限定于MHI。
MHI)。有关各喷口的方向图示予以省略，但各喷口的轴芯远端扩散，以便可向整个气缸11内喷射燃料。MHI的优点在于如下方面：因是多喷口，所以一个喷口的直径较小，能够以比较高的燃压喷射燃烧，及燃料可向整个气缸11内喷射地分散，因此燃料混合性提高，并且促进燃料的汽化、雾化。因此，在进气冲程中喷射燃料时，有利于利用气缸11内的进气流动的燃料混合性、及促进汽化、雾化，另一方面，在压缩冲程中喷射燃料时，由于燃料的汽化、雾化的促进因而有利于气缸11内的气体冷却。另外，燃料喷射阀53并不限定于MHI。
[0067] 燃料供应系统54包括：高压泵(燃料喷射泵)，将燃料升压后供应给燃料喷射阀53；配管或软管等，对该高压泵输送来自燃料箱的燃料；电路，驱动燃料喷射阀53。在燃料喷射阀53为多喷口型时，由于从微小的喷口喷射燃料，因此燃料喷射压力设定得比较高。
电路接收来自发动机控制器100的控制信号而使燃料喷射阀53工作，以指定的时期向燃烧室17内喷射所需量的燃料。此处，燃料供应系统54随着发动机转速上升而将燃压提高。从而随着发动机转速上升，喷射到气缸11内的燃料量也增大，但因燃压升高而具有有利于燃料的汽化、雾化，并且可尽量缩短与燃料喷射阀53的燃料喷射相关的脉冲宽度的优点。
电路接收来自发动机控制器100的控制信号而使燃料喷射阀53工作，以指定的时期向燃烧室17内喷射所需量的燃料。此处，燃料供应系统54随着发动机转速上升而将燃压提高。从而随着发动机转速上升，喷射到气缸11内的燃料量也增大，但因燃压升高而具有有利于燃料的汽化、雾化，并且可尽量缩短与燃料喷射阀53的燃料喷射相关的脉冲宽度的优点。
[0068] 进气口18通过进气岐管55内的进气路径55b而与平衡箱55a连通。来自未图示的空气滤清器的进气流通过节流体56供应至平衡箱55a。在节流体56上设置有节流阀57，该节流阀57如众所周知般收窄往平衡箱55a的进气流而调整其流量。节流器致动器58接收来自发动机控制器100的控制信号而调整节流阀57的开度。
[0069] 排气口19如众所周知般经由排气岐管60内的排气路径而与排气管610内的通路连通。该排气岐管60如图2所例示包括：4条分支排气通路61，连接于各气缸11的排气口19；两个第一集合部62，由排气顺序不相邻的气缸的分支排气通路61彼此集合而成；两条中间排气通路63，连接于各第一集合部62的下游；单个第二集合部64，由各中间排气通路
63彼此集合而成。这样，在排气冲程按第一气缸111→第三气缸113→第四气缸114→第二气缸112的顺序进行的四气缸发动机中，与各气缸11的排气口19连接的4条分支排气通路61中的、与第一气缸111和第四气缸114的各排气口19连通的分支排气通路61集合并且与第二气缸112和第三气缸113的各排气口19连通的分支排气通路61集合，从而形成两个第一集合部62及在其下游的两条中间排气通路63。而且，该两条中间排气通路63在其下游侧在第二集合部64集合，该第二集合部64的下游成为1条排气通路65。这样，在该发动机的排气岐管60采用所谓的4-2-1布局。
63彼此集合而成。这样，在排气冲程按第一气缸111→第三气缸113→第四气缸114→第二气缸112的顺序进行的四气缸发动机中，与各气缸11的排气口19连接的4条分支排气通路61中的、与第一气缸111和第四气缸114的各排气口19连通的分支排气通路61集合并且与第二气缸112和第三气缸113的各排气口19连通的分支排气通路61集合，从而形成两个第一集合部62及在其下游的两条中间排气通路63。而且，该两条中间排气通路63在其下游侧在第二集合部64集合，该第二集合部64的下游成为1条排气通路65。这样，在该发动机的排气岐管60采用所谓的4-2-1布局。
[0070] 分支排气通路61的1条通路面积S1、中间排气通路63的1条通路面积S2及第二集合部64下游的排气通路65的通路面积S3的关系以这些通路的通路面积满足(S2/S1)＜(S3/S2)来设定。即，中间排气通路63的通路面积S2与分支排气通路61的通路面积S1之比的程度较小，与此相比，第二集合部64下游的排气通路65的通路面积S3与中间排气通路63的通路面积S2之比的程度大。
[0071] 图3表示包括排气岐管60及其下游侧的部分的排气系统的概略。如该图所示，在排气岐管60的第二集合部64下游的排气通路上连接有直接催化转换器66，在该直接催化转换器66的下游侧经由柔性接头67连接有催化转换器68。这些直接催化转换器66及催化转换器68为对排气进行净化的催化转换器，采用在筒状壳体内的流路中设置催化剂的结构。
[0072] 此外，在排气岐管60的下游设置有多个空洞扩大室，该空洞扩大室在内部具有排气通路剖面扩大的空间部，在该例中，前消声器69及主消声器611构成空洞扩大室。前消声器69连接于催化转换器68的下游侧。主消声器611经由指定长度的排气管610连接于前消声器69的下游。如下面所详述，从各气缸11至排气岐管60的第二集合部64为止的通路长L1与从各气缸11至前消声器69为止的通路长L2的关系设定为3L1＜L2＜4L1，所述通路长L1与从各气缸11至主消声器611为止的通路长L3的关系设定为5L1＜L3＜7L1。
[0073] 返回至图1，发动机控制器100为众所周知的以微电脑为基础的控制器，包括执行程序的中央运算处理装置(CPU)、由例如RAM或ROM等构成且存储程序及数据的存储器、以及输入输出电信号的输入输出(I/O)总线。
[0074] 发动机控制器100接收来自气流传感器71的进气流量及进气温度的输入、来自进气压传感器72的进气岐管压的输入、来自曲柄角传感器73的曲柄角脉冲信号的输入、来自水温传感器78的发动机水温的输入等各种输入。发动机控制器100基于例如曲柄角脉冲信号而计算发动机转速。此外，发动机控制器100接收来自检测加速踏板的踩踏量的加速器开度传感器75的加速器开度信号。而且发动机控制器100还接受来自检测变速器的输出轴的转速的车速传感器76的车速信号的输入。此外，在气缸体12上安装有将该气缸体12的振动转换为电压信号并予以输出的由加速度传感器构成的爆震传感器77，该爆震传感器77的输出信号也输入至发动机控制器100。
[0075] 发动机控制器100基于所述那样的输入而计算出以下的发动机控制参数。作为所计算的控制参数，例如可列举所望的节流器开度信号、燃料喷射脉冲、点火信号、气门相位角信号等。而且发动机控制器100将这些信号输出给节流器致动器58、燃料供应系统54、点火系统52、进排气门正时可变机构32、42等。
[0076] 本实施方式的发动机为高压缩比发动机，因此在高负载区域的低速侧的特定运转区域中易于产生爆震，通常为了避免爆震而使点火时期角度大幅延迟从而导致无法确保高转矩，但在本实施方式中，通过进行有效地抑制爆震的控制而实现由高压缩比发动机所带来的高转矩化。作为涉及抑制该爆震的控制，在该例中为将涉及扫气的控制和涉及燃料喷射及点火时期的控制这两种控制予以组合的控制。以下，依序对各控制进行说明。
[0077] (涉及扫气的控制)
[0078] 涉及扫气的控制以包含所述4-2-1布局的排气岐管60的排气系统的结构为前提，通过由发动机控制器100经由进气门正时可变机构32及排气门正时可变机构42控制进气门21的开闭时期及排气门22的开闭时期而进行。
[0079] 具体而言，发动机控制器100根据包含发动机转速及发动机负载的发动机主体1的运转状态而执行以下控制。即，发动机控制器100在设定在高负载区域的低速侧区域(包含低速及中速区域)中的特定运转区域，通过进气门正时可变机构32的控制以使有效压缩比为10以上的方式控制进气门21的闭合时期IVC。此外，在该特定运转区域中，根据发动机转速，改变排气门22的打开时期EVO，以确保指定期间的打开重叠期间OL，并且在多个发动机转速区域使排气脉动所引起的负压波在打开重叠期间OL中到达气缸11的排气口19。另外，此处，进气门21及排气门22的打开时期IVO、EVO及闭合时期IVC、EVC以0.3mm的气门升程量来定义。气门升程量0.3mm被省略图示，其相当于气门升程特性中的斜面部(在气门打开位置近傍及气门闭合位置近傍气门升程的梯度平缓的区间)的高度。因此，进气门21及排气门22的打开期间及打开重叠期间OL是除斜面部以外的期间。
[0080] 排气岐管60采用有利于防止气缸11间的排气干扰对扫气性造成不良影响并且使脉动所引起的负压在气门打开重叠期间到达排气口19而发挥提高扫气性的作用的结构。
[0081] 这里，首先对气缸间的排气干扰进行说明，在指定的气缸(例如第三气缸113)的排气门22刚打开之后，因排气急剧流出的所谓的吹扫气(blow down)而在排气口19产生较高的正压。此外，第一气缸111在稍迟于第三气缸113的排气门22打开的时期后形成气门打开重叠期间OL。而且，第三气缸113所产生的正压波传播至其他气缸，在图2所示的4-2-1布局的排气岐管60的情况下，第三气缸113所产生的正压波，通过从第三气缸113至第二集合部64为止的分支排气通路61及中间排气通路63、以及从第二集合部64至第一气缸111为止的中间排气通路63及分支排气通路61而传播至第一气缸111，因此压力传播路径长。由此，正压波到达第一气缸111的排气口19的时期迟，即便在2000rpm或4000rpm左右的低速及中速区域，在气门打开重叠期间OL中，也可避免正压波到达第一气缸111的排气口19，从而可防止排气干扰所引起的扫气性恶化。
[0082] 接着参照图4及图5对通过排气脉动而作用于排气口19的压力波进行说明。在各气缸11中，在排气门22刚打开之后产生因吹扫气所引起的高的正压波，由此在排气岐管60内产生排气脉动。在图2所示的排气岐管60中，由于上述的(S2/S1)＜(S3/S2)的关系成立，因此在排气顺序不相邻的气缸11的分支排气通路61彼此集合而成的第一集合部
62，压力波几乎不反转而是直接通过，而在第二集合部64，压力波反转并反射。由此，如图4示，压力波在气缸11与第二集合部64之间往返，且正压、负压在第二集合部64反转，由此负压波与正压波交替到达排气口19。其结果，到达排气口19的压力波在1次(第一次往返)、3次(第三次往返)、5次(第五次往返)时为负压波，而在2次(第二次往返)、4次(第四次往返)、6次(第六次往返)时为正压波。这样，作用于排气口19的压力如图5所示般变动，交替地变化为负压、正压，并且随着压力波反复往返而逐渐衰减。如果这样的排气脉动所产生的负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19，则可获得从气缸11内吸出排气而提高扫气性的作用。
62，压力波几乎不反转而是直接通过，而在第二集合部64，压力波反转并反射。由此，如图4示，压力波在气缸11与第二集合部64之间往返，且正压、负压在第二集合部64反转，由此负压波与正压波交替到达排气口19。其结果，到达排气口19的压力波在1次(第一次往返)、3次(第三次往返)、5次(第五次往返)时为负压波，而在2次(第二次往返)、4次(第四次往返)、6次(第六次往返)时为正压波。这样，作用于排气口19的压力如图5所示般变动，交替地变化为负压、正压，并且随着压力波反复往返而逐渐衰减。如果这样的排气脉动所产生的负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19，则可获得从气缸11内吸出排气而提高扫气性的作用。
[0083] 但当发动机转速改变时，从排气门22刚打开之后的正压波的产生时间点至气门打开重叠期间为止的时间发生变化，由此负压波到达排气口19的时期相对于气门打开重叠期间OL发生变化。当以例如在5000rpm附近的转速区域使1次负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19的方式设定从气缸11至第二集合部64为止的通路长L1时，在2500至3000rpm左右的转速区域，3次负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19，而在1500至2000rpm左右的转速区域，5次负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19，从而即便在发动机的低速及中速区域也可获得通过负压波提高扫气性的作用。在图2所示的排气岐管60中，可进行该设定。这样，在该排气岐管60中，从低速区域至高速区域的范围，可通过避免排气干扰所引起的扫气性恶化而提高进气的体积效率，进而，在2000rpm附近、3500rpm附近、5000rpm附近的特定转速区域，通过负压波在气门打开重叠期间OL中作用于排气口19而提高扫气性。
[0084] 当排气门22的打开时期及打开重叠期间OL为一定时，形成负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19的状态的只限于特定转速区域，在此外的转速区域中，负压波到达排气口19的时期与气门打开重叠期间OL错开。相对于此，本实施方式中，排气门22的打开时期与发动机转速相应地变化，由此可在多个转速区域中获得负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19的状态。具体而言，如表1所示，排气门22的打开时期、闭合时期及进气门21的打开时期、闭合时期与发动机转速相应地变化。
[0085] 表1
[0086]rpm EVO EVC IVO IVC
1500 11 50 42 36
2000 39 22 42 36
2500 11 50 42 36
3000 24 37 42 36
3500 34 27 38 40
5000 49 12 26 52
1500 11 50 42 36
2000 39 22 42 36
2500 11 50 42 36
3000 24 37 42 36
3500 34 27 38 40
5000 49 12 26 52
[0087] 另外，表1中的表示进气门21及排气门22的打开及闭合的时期的数值(从左侧起第2至第5列的数值)，表示排气门22的打开时期EVO为下止点前(BBDC)的曲柄角，排气门22的闭合时期EVC为上止点后(ATDC)的曲柄角，进气门21的打开时期IVO为上止点前(BTDC)的曲柄角，进气门21的闭合时期IVC为下止点后(ABDC)的曲柄角。
[0088] 基于表1进行说明，排气门22的打开时期EVO在发动机转速为1500rpm时提前角最小(打开最迟)，为BBDC11°，此时获得5次(第五次往返)负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19的状态。在从1500rpm至超过2000rpm程度为止的范围，随着发动机转速上升，排气门22的打开时期EVO逐渐被提前，于是，成为排气脉动的起始的吹扫气时期随之被提前，从而维持5次(第五次往返)负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口的状态。当发动机转速为2500rpm时排气门22的打开时期EVO的提前角被减小，再次延迟至BBDC11°，此时获得3次(第三次往返)负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19的状态。另外，随着发动机转速从2500rpm上升，排气门22的打开时期EVO逐渐被提前，由此维持3次(第三次往返)负压波在打开重叠期间OL中到达排气口19的状态。
[0089] 这样，在发动机的低速及中速区域，排气门22的打开时期EVO与发动机转速相应地变化，由此在多个发动机转速区域中使排气脉动所引起的负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19。
[0090] 当发动机转速为4000rpm左右以上的高速区域时，排气门22的打开时期EVO维持在提前侧以可排出大量排气。另外，即便排气门22的打开时期EVO维持在提前侧，在发动机转速5000rpm附近，如上所述也可获得1次(第一次往返)负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19的状态。
[0091] 此外，进气门21的闭合时期IVC在发动机转速为1500rpm至3000rpm的转速区域中固定在ABDC36°。当进气门21的闭合时期IVC为该程度时，有效压缩比与几何压缩比相比并未大幅降低而为超过10的值。当发动机转速为3500rpm程度以上时，随着发动机转速上升，进气门21的闭合时期IVC逐渐延迟。
[0092] 另外，本实施方式中排气门正时可变机构42及进气门正时可变机构32为相位式的气门正时机构，因此排气门22的闭合时期EVC对应于打开时期EVO而变化，进气门21的打开时期IVO对应于闭合时期IVC而变化。
[0093] 此外，该排气系统中，通过图3所示的前消声器69及主消声器611，在指定转速区域中助长由排气脉动所引起的负压波提高扫气性的作用。即，因排气门22刚打开之后的吹扫气所产生的压力波如上所述在第二集合部64反转并反射而导致在排气岐管60内产生脉动，但一部分压力波也通过第二集合部64向排气岐管60的下游侧传播。而且，该压力波在作为空洞扩大室的前消声器69反转并反射，但到达前消声器69的压力波的一部分通过前消声器69进而向下游侧传播，在下游侧的作为空洞扩大室的主消声器611反转并反射。即，如图3的箭头所示，除在气缸11与排气岐管60的第二集合部64之间往返的压力波以外，还有在气缸11与前消声器69之间往返的压力波、以及在气缸11与主消声器611之间往返的压力波。
[0094] 而且，在指定的第一发动机转速区域，于主消声器611反转的负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19，而在比第一发动机转速区域高出指定转速的高转速侧的第三发动机转速区域，于前消声器69反转的负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19，在第一发动机转速区域与第三发动机转速区域之间的第二发动机转速区域、以及在比第三发动机转速区域更高的高转速侧的第四发动机转速区域，因排气岐管60内的脉动所引起的负压在气门波打开重叠期间OL中到达排气口。
[0095] 具体而言，通过将从气缸11至前消声器69的通路长L2设定为3L1＜L2＜4L1，由此，于前消声器69反转的负压波到达排气口19的时期，为与排气岐管60内的脉动所引起的3次或4次压力波到达排气口19的时期接近的时期。此外，通过将从气缸11至主消声器611的通路长L3设定为5L1＜L3＜7L1，由此，于主消声器611反转的负压波到达排气口19的时期，为与排气岐管60内的脉动所引起的5次或6次压力波到达排气口19的时期接近的时期。
[0096] 通过如此地设定，例如在2500rpm附近的发动机转速区域(第三发动机转速区域)中，于前消声器69反转的负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19，而在1500rpm附近的发动机转速区域(第一发动机转速区域)中，于主消声器611反转的负压波在气门打开重叠期间OL中到达排气口19。这样，可在各种转速区域获得负压在气门打开重叠期间OL中到达排气口19的状态，从而提高扫气性。
[0097] 而且，在利用排气脉动所引起的负压来提高扫气性时，体积效率提高，从而转矩提高。此外，扫气性的提高会导致气缸11内的温度降低，从而也有利于抑制爆震，因而可相应地使点火时期提前(接近于MBT)，由此，可获得高压缩比发动机所带来的高转矩。
[0098] (涉及燃料喷射时期的控制)
[0099] 下面，参照图6对涉及发动机控制器100执行的燃料喷射时期的控制进行说明。涉及该燃料喷射时期的控制是通过在被设定在高负载区域的低速侧区域中的特定运转区域中执行分割为第一喷射和第二喷射的两次喷射的燃料喷射来兼顾改善抗爆震性与提高转矩的控制。图6为高负载区域中的燃料喷射时期与发动机转速之间的关系的一例，相当于发动机主体1的温度(水温)为指定温度以上的暖机时且进气温度为指定值以上的情形。图6中，以EVC所示的虚线表示排气门22的闭合时期，此外以IVC所示的虚线表示进气门
21的闭合时期，这些排气门22的闭合时期及进气门21的闭合时期分别依照所述的涉及扫气的控制而变化。另外，以SOI1所示的实线表示第一喷射的喷射开始时期，以EOI1所示的一点划线表示第一喷射的喷射结束时期。此外，以SOI2所示的实线表示第二喷射的喷射开始时期，以EOI2所示的一点划线表示第二喷射的喷射结束时期。因此，SOI1与EOI1之间的间隔相当于燃料喷射阀53以第一喷射喷射燃料的脉冲宽度，SOI2与EOI2之间的间隔相当于燃料喷射阀53以第二喷射喷射燃料的脉冲宽度。另外，图6的纵轴为曲柄角(°CA)，由于燃压被设定为随着发动机转速上升而升高，因此图6所示的脉冲宽度与喷射的燃料量未必成比例。
21的闭合时期，这些排气门22的闭合时期及进气门21的闭合时期分别依照所述的涉及扫气的控制而变化。另外，以SOI1所示的实线表示第一喷射的喷射开始时期，以EOI1所示的一点划线表示第一喷射的喷射结束时期。此外，以SOI2所示的实线表示第二喷射的喷射开始时期，以EOI2所示的一点划线表示第二喷射的喷射结束时期。因此，SOI1与EOI1之间的间隔相当于燃料喷射阀53以第一喷射喷射燃料的脉冲宽度，SOI2与EOI2之间的间隔相当于燃料喷射阀53以第二喷射喷射燃料的脉冲宽度。另外，图6的纵轴为曲柄角(°CA)，由于燃压被设定为随着发动机转速上升而升高，因此图6所示的脉冲宽度与喷射的燃料量未必成比例。
[0100] 所述特定运转区域在本实施方式中被设定在负载比指定负载高的区域(高负载区域)中发动机转速为3000rpm以下的速度区域。相对于此，在发动机转速高于3000rpm的高速侧区域中，由于与曲柄角对应的实际时间短、气缸11内的流速高，即使为高负载，也难以产生爆震，因此仅执行第一喷射而不执行第二喷射。即，不进行分割喷射。在所述高速侧区域(超过3000rpm的区域)，在进气冲程中期执行第一喷射。该第一喷射的执行时期与图6中以双点划线所示的气缸11内的进气流速成为最高的时期重叠。这可以在冷却进气的同时提高及燃料的混合性，从而如后所述有利于提高转矩。
[0101] 另一方面，由于发动机转速为3000rpm以下的特定运转区域为易于产生爆震的运转区域，因此在从进气冲程至压缩冲程前半期的期间，进行将燃料喷射分割为第一喷射及第二喷射的两次喷射，由此可兼顾改善抗爆震性与提高转矩。在该特定运转区域中，在发动机转速为第一指定值N1(约1500rpm)以下的相对低速区域(以下称作“第一速度区域”)，在进气冲程后期执行第一喷射，并且在压缩冲程前半期执行第二喷射。此外，在发动机转速高于第二指定值N2(＞第一指定值N1)的在特定运转区域中为相对高速的区域(以下，称作“第二速度区域”)中，在进气冲程中期执行第一喷射，并且在在进气冲程后期执行第二喷射。
[0102] 第一速度区域为相对低速的区域，是最易于产生爆震的区域。在该第一速度区域中，为避免产生爆震，点火时期相对于MBT比较大幅地延迟，如图8的上侧的图所例示，其被设定在压缩上止点以后的膨胀冲程。
[0103] 为了在该第一速度区域中避免产生爆震并且提高转矩，在该发动机中，发动机控制器100在压缩冲程中执行分割喷射的最终阶段的喷射即第二喷射。压缩冲程中的燃料喷射基于随喷射到气缸11内的燃料的汽化的潜热而冷却气缸11内的气体，因此能够使气缸11内的气体温度降低，提高抗爆震性。于是，可使点火时期提前，从而可提高转矩。即，在不进行压缩冲程中的燃料喷射的情况下，不得不将点火时期设定在比图8的上侧的图所示的点火时期更迟的延迟角侧，但是在通过压缩冲程中的燃料喷射来提高抗爆震性的情况下，即便不使点火时期极大地延迟也可避免爆震，因此可使点火时期提前，转矩使可提高与该点火时期所提前的角度量相当的量。
[0104] 这样，第一速度区域中利用压缩冲程中的燃料喷射所引起的气缸11内的冷却而实现转矩的提高，但即便在压缩冲程中喷射所需喷射量的全部，也难以在至点火时期为止的期间使所有燃料汽化。为此，在该发动机中，如上所述，将燃料分割为第一喷射及第二喷射的两次来喷射到气缸11内，并且该分割喷射的第一喷射在进气冲程后期喷射。进气冲程中的燃料喷射可确保充足的汽化时间。此外，由于不是在进气冲程中的中期而是在后期执行燃料喷射因而可尽量缩短与点火时期的时间间隔，由此可抑制燃料的汽化潜热被气缸11的壁面等夺去，从而可将该潜热有效地用于冷却气缸内的气体。这有利于改善所述的抗爆震性。此外，进气冲程中的燃料喷射还具有通过进气流动而提高燃料混合性的优点。
[0105] 此外，第二喷射在转速为大致1500rpm以下的第一速度区域中如上述那样在压缩冲程中进行，更详细而言该第二喷射在压缩冲程前半期且图6中以虚线(IVC)所示的进气门21闭合后开始。在压缩冲程前半期执行第二喷射可确保燃料的汽化时间，从而有利于提高抗爆震性及提高转矩。此外，通过在进气门21闭合后开始第二喷射，可避免燃料向进气口18逆流，有利于将喷射到气缸11内的燃料全部用于冷却气缸11内的气体，因而可更有利于提高抗爆震性。
[0106] 这样，在第一速度区域中，如图8的上侧的图所示，在进气冲程后期执行第一喷射，且在压缩冲程前半期且进气门21闭合后执行第二喷射，并且在压缩上止点后的膨胀冲程中执行对气缸11内的混合气体点火。图8中表示第一喷射的竖条的高度与表示第二喷射的竖条的高度分别表示喷射量，第一喷射量与第二喷射量在该例中被设定为5∶5的比率。由此，如上所述，可兼顾燃料混合性的提高、汽化时间的确保和气缸11内的气体冷却，从而可有效地提高抗爆震性及提高转矩。
[0107] 另外，在转速为大致1500rpm以下的第一速度区域中，随着发动机转速的降低，进气门21的闭合时期被延迟，与此对应地，第二喷射的喷射开始时期被延迟，此外，第一喷射的喷射开始时期也同样地被延迟。这可防止第二喷射所喷射的燃料向进气口18逆流。另一方面，发动机转速越低，则与曲柄角对应的实际时间越长，因此即便在如此低转速区域中使第一及第二喷射的喷射时期延迟，由于在喷射燃料之后至点火为止的实际时间比较长，因而也可确保必要的汽化时间。
[0108] 此外，位于比第一速度区域更高速侧且比第二速度区域更低速侧的速度区域(转速高于N1且低于N2的速度区域)被设定为过渡区间，在该过渡区间中，随着发动机转速上升而有利于爆震，因此，第一及第二喷射的喷射时期逐渐被提前，以便与后述的第二速度区域的燃料喷射的形式顺利地连接。
[0109] 位于比第一速度区域及过渡区间更高速侧的第二速度区域是与第一速度区域及过渡区间相比有利于爆震的区域。在该第二速度区域，点火时期虽相对于MBT延迟，但如图8的下侧的图所例示，设定在压缩上止点以前的压缩冲程。
[0110] 为在该第二速度区域避免产生爆震并且提高转矩，在本实施方式的发动机中，如上所述在进气冲程中期执行第一喷射，并且在进气冲程后期执行第二喷射。即，在第二速度区域中，在进气冲程中执行两次燃料喷射。
[0111] 其中，第一喷射在进气冲程中期执行，与气缸11内的进气流速为最高的时期重叠(参照图6的双点划线)。即，图6中第一喷射的喷射开始时期的线(参照SOI1的实线)与喷射结束时期的线(参照EOI1的一点划线)之间夹着以双点划线所示的最高进气流速的线。进气冲程中的燃料喷射可冷却导入至气缸11内的进气，因此提高进气填充效率，从而可有利于提高转矩。此外，在进气流动较剧烈的时期向气缸11内喷射燃料可提高燃料混合性。这有利于抑制爆震。例如图9是说明气缸11内的空燃比差异的大小与点火时期的设定基准的关系的图。爆震在气缸11内的局部有稀薄的混合气体位于残余气体(end gas)区域时易于产生。因此，为了能够即便在最稀薄的混合气体位于残余气体区域时亦可避免产生爆震，必须使点火时期相对于MBT延迟。如图9中虚线所示，在气缸11内的空燃比差异较大时，必须以大幅稀薄的混合气体为基准设定点火时期。这会导致必须使点火时期相对于MBT大幅延迟。相对于此，如图9中实线所示，在气缸11内的空燃比差异较小时，即便以最稀薄的混合气体为基准设定点火时期，点火时期的延迟量也较小。在进气流动较剧烈的进气冲程中期执行第一喷射，可提高燃料混合性，减小气缸11内的空燃比差异，因此有利于抑制爆震，从而使点火时期提前而有利于提高转矩。
[0112] 相对于在进气冲程中期执行的第一喷射，第二喷射在进气冲程后期执行。进气冲程后期的燃料喷射冷却进气，从而可有效地提高进气填充效率。从避免向进气口18逆流的观点考虑，较为理想的是该第二喷射在进气下止点前结束。另外，如上所述，进气门21的闭合时期(IVC)设定在进气下止点后，但随着发动机转速上升，因惯性而导致即使在进气下止点后进气实质上仍在继续(不产生向进气口18逆流)，因此在发动机转速比较高时，也可将第二喷射的结束时期设定在进气下止点后。如此进行的控制将在后面详述，但就随发动机转速上升而增大的燃料喷射量而言，有利于确保所需的脉冲宽度，或者有利于在第一喷射与第二喷射之间确保在燃料喷射阀53的驱动特性上所需的休止期间。
[0113] 这样，在第二速度区域中，如图8的下侧的图所例示，在进气冲程中期执行第一喷射，且在进气冲程后期执行第二喷射，并且在压缩上止点以前的压缩冲程，执行对气缸11内的混合气体点火。第二速度区域中的第一喷射量与第二喷射量在该例中被设定为6∶4的比率。由此，如上所述，可有效地实现燃料混合性的提高及进气填充效率的提高，从而可避免爆震并且可大幅提高转矩。
[0114] 在本实施方式的发动机中，发动机控制器100随着发动机转速上升，以增大燃料喷射量的方式控制燃料喷射阀53，以提高供应至给燃料喷射阀53的燃压的方式控制燃料供应系统54。
[0115] 由于随着发动机转速上升而分别增大特定运转区域中的第一喷射的喷射量及第二喷射的喷射量，因此第一喷射的脉冲宽度及第二喷射的脉冲宽度分别被设定为随着发动机转速上升而扩大(但因燃压随着发动机转速上升而升高，因此燃料喷射量与脉冲宽度未必成比例关系)。例如在第二速度区域中，在发动机转速从第二指定值N2至第三指定值N3之间，第一喷射及第二喷射均相对于发动机转速上升而将喷射开始时期保持为一定(参照SOI1、SOI2)，并且使喷射结束时期逐渐延迟(参照EOI1、EOI2)，由此使脉冲宽度扩大。
[0116] 然而，由于在第二速度区域中在进气冲程中执行两次燃料喷射，因此当发动机转速高于第三指定值N3时，在第一喷射的喷射结束时期(EOI1)与第二喷射的喷射开始时期(SOI2)之间，不能确保在燃料喷射阀53的驱动特性上所需的休止期间。为此，在本实施方式的发动机中，当发动机转速高于第三指定值N3时，使第一喷射的喷射开始时期及喷射结束时期(SOI1及EOI1)均提前。此时，第一喷射的喷射时期被设定为其喷射开始时期(SOI1)比排气门22的闭合时期(EVC)迟，且其喷射期间(从喷射开始时期至结束时期为止的期间)与进气流速的最高时期重叠。另一方面，第二喷射其喷射结束时期(EOI2)设定在进气下止点以便不产生向进气口18逆流，另一方面，对应于脉冲宽度的扩大，其喷射开始时期(SOI2)随着发动机转速上升而提前。这样，即便在转速高于第三指定值N3的速度区域，也可在第一喷射的喷射结束时期与第二喷射的喷射开始时期之间确保所需的休止期间。
[0117] 另外，如上所述，随着发动机转速上升，即使在进气下止点之后，进气实质上仍在继续，因此在发动机转速高于第三指定值N3时，可将第二喷射的结束时期(EOI2)设定在进气下止点后。于是，第二喷射的时期相对地向延迟侧移动，因此在确保所需的休止期间后，可使第一喷射向延迟侧移动。其结果，第一喷射的喷射时期易于与最高进气流速重叠，从而有利于实现所述混合性的提高及进气填充效率的提高。
[0118] 此处，参照图7对第一速度区域与第二速度区域的燃料喷射形态的相异进行说明。图7表示指定的几何压缩比(例如为14)的发动机中的点火时期与转矩的关系(特性曲线)。特性曲线中，以MBT为顶点，相对于MBT的延迟量越大则梯度越大，而相对于MBT的延迟量越小则梯度越小。在第一速度区域中，如图8的上侧的图所示，相对于MBT的点火时期的延迟量较大，在第二速度区域中，如图8的下侧的图所示，相对于MBT的点火时期的延迟量较小。因此，在第一速度区域中使点火时期提前指定量(例如1°CA)时的转矩的提高量，大于在第二速度区域中使点火时期提前相同量时的转矩的提高量。在图7的特性曲线中，相当于第一速度区域的位置的C1的黑圆点、及相当于第二速度区域的位置的C2的黑圆点分别表示未采取涉及改善抗爆震性及提高转矩的措施的以往例子。相对于此，当例如通过在压缩冲程中执行燃料喷射实现抗爆震性的改善而使点火时期提前时，在第一速度区域中，为该特性曲线上的A1星符号，在第二速度区域中，为A2空心圆。这样，通过在压缩冲程中执行燃料喷射，即便使点火时期提前相同的提前量，第一速度区域的转矩提高量也会高于第二速度区域。
[0119] 此外，图7中还相对于以实线所示的特性曲线，以虚线表示提高进气填充效率(ηV)时的特性曲线。通过提高进气填充效率而可实现转矩的提高，但进气填充效率的提高会导致气缸11内压力上升而容易产生爆震。因此，在本来容易产生爆震的第一速度区域中，爆震极限很有限从而无法使点火时期提前，或几乎无法使点火时期提前，另一方面在相对较难产生爆震的第二速度区域，通过提高进气填充效率而有效地提高转矩。在提高进气填充效率而实现提高转矩时，与图7的实线特性曲线中的第一速度区域的表示以往例的C1黑圆点、及第二速度区域的表示以往例的C2黑圆点相比，在第一速度区域中，为虚线上的B1空心圆，在第二速度区域中，为B2星符号。此处，从C1至B1的提前量、及从C2至B2的提前量相互设定为相同。
[0120] 这样，作为避免爆震并且实现转矩提高的措施而存在如下两种措施，即：通过压缩冲程中的燃料喷射而提高抗爆震性，并通过增大点火时期的提前量而实现转矩提高的第一措施；以及通过进气冲程中的燃料喷射而提高进气填充效率从而实现转矩提高的第二措施。在转速相对低且点火时期的延迟量相对大的第一速度区域，采用实现从黑圆点C1向星符号A1移动的第一措施，与采用实现从黑圆点C1向空心圆B1移动的第二措施时相比有利于提高转矩。即，在第一速度区域中，通过压缩冲程中的喷射来加强气缸内的冷却，并增大点火时期的提前量则可获得更大的转矩提高量。相对于此，在转速相对高且点火时期的延迟量相对小的第二速度区域，采用实现从黑圆点C2向星符号B2移动的第二措施，与采用实现从黑圆点C2向空心圆A2移动的第一措施时相比有利于提高转矩。即，在第二速度区域，通过进气冲程中的喷射来加强进气的冷却，虽然点火时期的提前量减小，但通过提高进气填充效率而可获得更大的转矩提高量。另外，作为第一速度区域的上限转速的第一指定值N1与作为第二速度区域的下限转速的第二指定值N2基于上述的观点而适当设定即可，此处，作为一例，第一指定值N1被设定为约1500rpm，第二指定值N2被设定为约1750rpm。
[0121] 如上所述，第一喷射量与第二喷射量的比率在第一速度区域为5∶5，而在第二速度区域为6∶4，因此与转速相对低的第一速度区域的该比率(5/10)相比，在转速相对高的第二速度区域中在进气冲程中喷射的第一喷射量相对于总喷射量的比率设定得较高(6/10)。这是利用发动机转速较高所引起的剧烈的进气流动，有利于有效地提高燃料混合性及进气填充效率。尤其在第二速度区域，也可采用随着发动机转速上升而变更第一喷射量与第二喷射量的比率以提高第一喷射量的相对于总喷射量的比率(也可从6/10的比率逐渐提高)的变形例。该变形例更有利于在第二速度区域有效地提高燃料混合性及进气填充效率。
[0122] 另一方面，在进气冲程后期执行第二喷射时(第二速度区域)的第二喷射量的相对于总喷射量的比率，设定得低于在压缩冲程前半期执行该第二喷射时(第一速度区域)的第二喷射量的相对于总喷射量的比率(分别为4/10及5/10)。这是由于在第二速度区域中将第二喷射量的相对于总喷射量的比率设定得比较低而相应地提高在进气冲程中期喷射的第一喷射量的比率，从而如上所述有利于通过进气流动提高燃料混合性及通过冷却进气提高进气填充效率。相对于此，在第一速度区域中，将第二喷射量的相对于总喷射量的比率设定得比较高而优先冷却气缸11内的气体，从而通过提高抗爆震性进而尽量使点火时期提前而有利于有效地提高转矩。
[0123] 图6所示的燃料喷射时期如上所述为设定在发动机暖机时的时期，在发动机冷机时，由于气缸11内的温度较低，因此难以产生爆震。据此，在本实施方式的发动机中，发动机控制器100基于水温传感器78检测的作为与发动机主体1的温度相关的参数之一的发动机水温而变更设定燃料的喷射时期。具体而言，发动机控制器100在根据水温传感器78检测的发动机水温而确认到发动机水温为指定值以下的发动机冷机时，使图6所示的SOI1、EOI1、SOI2及EOI2的各线向上方平行移动。即，使第一及第二喷射的喷射时期分别提前。此时的移动量(提前量)也可设定为与发动机水温成比例。于是，基于向上方平行移动的SOI1、EOI1、SOI2及EOI2的各线而设定第一喷射及第二喷射的喷射时期。其结果，第一速度区域中的第二喷射时期虽然在图6中设定在压缩冲程前半期，但由于其被提前因而该第二喷射时期便被设定在进气冲程后期，此外，第一速度区域中的第一喷射时期虽然在图6中设定在进气冲程后期，但由于其被提前因而该第一喷射时期便被设定在进气冲程中期。这样，在该发动机冷机时，即便在第一速度区域中，也进行在进气冲程中的第一及第二喷射的两次分割喷射。由此，通过提高燃料混合性与提高进气填充效率而避免爆震，开且实现转矩提高。
[0124] 其后，随着发动机逐渐暖机，使SOI1、EOI1、SOI2及EOI2的各线向下方平行移动，同时设定第一及第二喷射的喷射时期，最终发动机成为暖机状态时，根据图6所示的SOI1、EOI1、SOI2及EOI2的各线而设定第一及第二喷射的喷射时期。其结果，在发动机从指定温度以下的冷机状态过渡至暖机状态时，便在第一速度区域中变更喷射时期(使之延迟)，以使在低温时在进气冲程后期执行的第二喷射在暖机时在压缩冲程前半期(且在进气门21闭合后)执行。由此，可根据发动机温度状态而有效地兼顾避免爆震与提高转矩。
[0125] 发动机控制器100也可执行根据进气温度设定第一及第二喷射的喷射时期的控制来取代基于所述发动机水温的控制，或者也可执行这两者的控制。进气温度也与发动机主体1的温度(水温)同样地为与爆震的产生相关的参数。即，发动机控制器100基于气流传感器71测出的进气温度，在进气温度为指定温度以下时，使图6的SOI1、EOI1、SOI2及EOI2的各线向上方平行移动与该温度对应的移动量。这样来分别设定第一及第二喷射的喷射时期。由此，与上述同样地，可根据进气温度而有效地实现兼顾避免爆震与提高转矩。
[0126] 另外，燃料的喷射时期也可以不是如上所述那样根据发动机主体1的温度或进气温度而连续性地变更，而是根据发动机主体1的温度或进气温度阶段性地变更图6的SOI1、EOI1、SOI2及EOI2的各线的移动量，由此根据发动机主体1的温度或进气温度而阶段性地变吏燃料的喷射时期。
[0127] 此外，所述特定运转区域中的燃料喷射的分割数并不限定于两次，也可设定为两次以上的适当数。此时，在特定运转区域中的第一速度区域中，将分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在压缩冲程前半期，另一方面，在第二速度区域中，将分割喷射的最终阶段的喷射时期设定在进气冲程后期，且将在最终阶段之前喷射的喷射阶段的至少一喷射时期设定在进气冲程中期即可。由此，可有效地兼顾避免所述爆震与提高转矩。
[0128] 此外，也可将位于比特定运转区域高速侧的运转区域中的燃料喷射设定为两次以上的分割喷射。
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