火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法专利检索-排气冲程四冲程发动机内燃机引擎专利检索查询-专利查询网

火花点火式 汽油 发动机的控制装置及控制方法

阅读：654发布：2021-01-26

专利汇可以提供火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法，其中，发动机在低负载区域中以压缩点火模式运转，在高负载区域中以火花点火模式运转。在火花点火模式中，在从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间内将燃料以高压喷射，并且执行外部EGR控制。在火花点火模式的执行区域中的负载相对较低的切换区域中，将由外部EGR控制实现的EGR率设定得比负载高于所述切换区域的区域高，并且执行使进气填充量低于压缩点火模式时的填充量的填充量控制。由此，能够提高火花点火模式中的燃烧稳定性，其结果，能够尽可能缩小需要减少进气填充量的负载区域。，下面是火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种火花点火式汽油发动机的控制装置，控制火花点火式汽油发动机，所述火花点火式汽油发动机包括：
发动机主体，具有几何压缩比设定在14以上的气缸，而且被供给至少包含汽油的燃料；
燃料喷射阀，将所述燃料喷射到所述气缸内；
火花塞，面临所述气缸内而设置，而且对该气缸内的混合气体进行点火；
燃料压力可变机构，改变所述燃料喷射阀所喷射的燃料的压力；
EGR通道，用于使从所述气缸排出的一部分已燃气体回流到进气侧；
EGR阀，设置在所述EGR通道中；
所述控制装置包括控制器，该控制器至少控制所述燃料喷射阀、所述火花塞及所述燃料压力可变机构，
所述控制装置的特征在于：
所述发动机主体在指定的低负载区域中以执行压缩点火燃烧的压缩点火模式运转，而在负载高于所述压缩点火模式的高负载区域中以执行火花点火燃烧的火花点火模式运转，在所述火花点火模式下的运转时，所述控制器执行驱动所述燃料压力可变机构的控制以使燃料压力高于所述压缩点火模式时的压力、驱动所述燃料喷射阀的控制以在至少包含从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间的时期喷射燃料、使所述火花塞工作的控制以在所述延迟期间内在燃料被喷射后进行点火、以及驱动所述EGR阀的外部EGR控制以使已燃气体通过所述EGR通道回流到进气侧，
在所述火花点火模式的执行区域中的负载相对较低的切换区域中，所述控制器将由所述外部EGR控制实现的EGR率设定得比负载高于所述切换区域的区域高，并且执行使进气填充量低于所述压缩点火模式时的填充量的填充量控制，
在所述火花点火模式的负载高于所述切换区域的区域中，在负载低时所述控制器将所述EGR率设高。
2.根据权利要求1所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述火花点火模式中，所述控制器使所述发动机主体以空燃比为1来运转。
3.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述火花点火模式中，所述燃料压力可变机构将所述燃料压力设定在40MPa以上。
4.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述火花点火模式的所述切换区域中，所述控制器将所述EGR率设定在30％以上。
5.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述火花点火模式中，所述控制器驱动所述燃料喷射阀以执行多次燃料喷射，并且将所述多次燃料喷射中的最后一次的燃料喷射的时期设定在所述延迟期间内。
6.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述火花点火模式的所述切换区域中，所述控制器通过进行进气通道中所设的节流阀的节流控制来进行所述EGR率的调整。
7.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述发动机包括改变排气门的工作状态的可变机构，
在所述压缩点火模式下的运转时，所述控制器通过执行使所述排气门不仅在排气冲程而且在进气冲程也打开的排气的二次打开来执行使已燃气体残留在气缸内的内部EGR控制。
8.根据权利要求7所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述压缩点火模式下的运转时，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀保持在全开的控制、将所述EGR阀保持在全闭的控制、使在进气冲程中打开的排气门的气门关闭时期和进气门的气门关闭时期保持在一定的时期的控制、以及伴随负载的增大而使进气门的气门打开时期提前并且加大进气门的升程的控制，以便调整内部EGR气体的量。
9.根据权利要求7所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述压缩点火模式下的运转时，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀对应于负载的增大而开大的控制、将所述EGR阀保持在全闭的控制、使在进气冲程中打开的排气门的气门关闭时期和进气门的气门关闭时期保持在一定的时期的控制、使进气门的气门打开时期保持在一定的时期的控制、以及使进气门的升程保持在一定的控制，以便调整内部EGR气体的量。
10.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述火花点火模式的负载高于所述切换区域的区域中，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀保持在全开的控制、使进气门的气门打开时期及气门关闭时期保持在一定并且使进气门的升程保持在最大的控制、以及调整所述EGR阀的开度的控制，以便调整所述EGR率。
11.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
在所述火花点火模式的所述切换区域中，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀的开度减小到比全开时小的开度的控制、使所述EGR阀保持在全开的控制、使进气门的气门关闭时期相对于进气下止点延迟并且将该延迟的角量伴随负载的增大而设小的控制、以及使进气门的气门打开时期保持在一定并且使进气门的升程保持在最大的控制，以便调整所述EGR率。
12.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述控制器算出发生异常燃烧的容易度的指标即爆震变量，并基于所述爆震变量来设定所述火花点火模式下的燃料压力。
13.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述控制器算出发生异常燃烧的容易度的指标即爆震变量，并基于所述爆震变量来设定在所述火花点火模式下的运转时总喷射量中的在所述延迟期间内喷射的燃料的比例即延迟喷射比例。
14.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述控制器算出发生异常燃烧的容易度的指标即爆震变量，并基于所述爆震变量来设定在所述火花点火模式下的运转时在所述延迟期间内喷射的燃料的喷射时期即延迟喷射延迟角量。
15.根据权利要求1或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于：
所述控制器利用基于加速器开度、发动机转速、填充量、发动机水温、进气温度而算出的判定变量，决定是以所述压缩点火模式运转还是以所述火花点火模式下运转。
16.一种火花点火式汽油发动机的控制方法，控制火花点火式汽油发动机，所述火花点火式汽油发动机包括：
发动机主体，具有几何压缩比设定在14以上的气缸，而且被供给至少包含汽油的燃料；
燃料喷射阀，将所述燃料喷射到所述气缸内；
火花塞，面临所述气缸内而设置，而且对该气缸内的混合气体进行点火；
燃料压力可变机构，改变所述燃料喷射阀所喷射的燃料的压力；
EGR通道，用于使从所述气缸排出的一部分已燃气体回流到进气侧；
EGR阀，设置在所述EGR通道中；
所述控制方法的特征在于包括以下步骤：
使所述发动机主体的燃烧模式在压缩点火模式与火花点火模式之间切换的步骤，其中，所述压缩点火模式是在指定的低负载区域中执行压缩点火燃烧的模式，所述火花点火模式是在负载高于所述压缩点火模式的高负载区域中执行火花点火燃烧的模式；
在所述火花点火模式下的运转时，分别执行驱动所述燃料压力可变机构的控制以使燃料压力高于所述压缩点火模式时的压力、驱动所述燃料喷射阀的控制以在至少包含从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间的时期喷射燃料、使所述火花塞工作的控制以在所述延迟期间内在喷射被燃料后进行点火、以及驱动所述EGR阀的外部EGR控制以使已燃气体通过所述EGR通道回流到进气侧的步骤；
在所述火花点火模式的执行区域中的负载相对较低的切换区域中，将由所述外部EGR控制实现的EGR率设定得比负载高于所述切换区域的区域高，并且执行使进气填充量低于所述压缩点火模式时的填充量的填充量控制的步骤；
在所述火花点火模式的负载高于所述切换区域的区域中，在负载低时将所述EGR率设高的步骤。

说明书全文

火花点火式汽油 发动机的控制装置及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及控制火花点火式汽油发动机的技术。

背景技术

[0002] 作为兼顾改善废气排放和改善热效率的技术，已知有例如日本专利公开公报特开2009-91994号所公开的使稀薄的混合气体压缩点火的HCCI(均质压燃)发动机。然而，随着发动机负载变高，压缩点火燃烧会变成压力上升剧烈的过早点火的燃烧。因此会导致燃烧噪音的增大以及爆震等异常燃烧的发生，并且会导致起因于高燃烧温度的原始NOx的增大。为此，在此种HCCI发动机中，将压缩点火燃烧仅限定在低负载侧的运转区域，而在高负载侧的运转区域中，一般进行由火花塞工作而实现的火花点火燃烧。

[0003] 此外，发动机在压缩点火燃烧的情况下以比理论空燃比稀薄的空燃比运转，而在火花点火燃烧的情况下以理论空燃比运转。因此，在火花点火燃烧时，相对于与发动机负载相当的燃料量的新鲜空气量便被决定，因此必须通过例如节流阀的节流控制来减少进气填充量。但是，此种节流控制会导致泵损失增大，因此希望能够尽可能减少泵损失。对此，向气缸内导入外部EGR气体的做法能够减少新鲜空气量但不减少进气填充量。因此，在火花点火燃烧时并用外部EGR控制的做法有利于降低泵损失。而且，外部EGR气体的导入也有利于降低冷却损失，并且还有避免过早点火及爆震等异常燃烧或抑制原始NOx的生成的优点。

[0004] 但是，基于燃烧稳定性的观点，外部EGR气体的可导入气缸内的量被限制在相对较少的量。因此，当发动机负载高而燃料量及新鲜空气量相对较多时，虽然不需要通过导入外部EGR气体来减少进气填充量，但当发动机负载在例如执行压缩点火燃烧的负载区域与执行火花点火燃烧的负载区域的边界附近般的中负载程度而燃料量相对较少时，即使最大限度地导入外部EGR气体，仍必须通过节流控制来减少新鲜空气量，因此便存在几乎改善不了泵损失的问题。

发明内容

[0005] 本发明鉴于上述情况而作，其目的在于，提供一种火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法，以在执行压缩点火燃烧的压缩点火模式与执行火花点火燃烧的火花点火模式之间进行模式切换的火花点火式汽油发动机中，通过提高火花点火模式下的燃烧稳定性，从而尽可能缩小需要减少进气填充量的负载区域。

[0006] 本案发明人发现：在压缩上止点附近的时期，以相对较高的燃料压力向气缸内喷射燃料的特征性燃料喷射形态能够缩短燃烧期间，由此可提高燃烧稳定性。基于该发现，能够使大量的EGR气体导入气缸内，从而完成了本发明。

[0007] 具体而言，本发明的控制装置以火花点火式汽油发动机为对象，该火花点火式汽油发动机包括：发动机主体，具有几何压缩比设定在14以上的气缸，而且被供给至少包含汽油的燃料；燃料喷射阀，将所述燃料喷射到所述气缸内；火花塞，面临所述气缸内而设置，而且对该气缸内的混合气体进行点火；燃料压力可变机构，改变所述燃料喷射阀所喷射的燃料的压力：EGR通道，用于使从所述气缸排出的一部分已燃气体回流到进气侧；EGR阀，设置在所述EGR通道中。该发动机的控制装置包括控制器，该控制器至少控制所述燃料喷射阀、所述火花塞及所述燃料压力可变机构。所述发动机主体在指定的低负载区域中以执行压缩点火燃烧的压缩点火模式运转，而在负载高于所述压缩点火模式的高负载区域中以执行火花点火燃烧的火花点火模式运转。

[0008] 并且，在所述火花点火模式下的运转时，所述控制器执行驱动所述燃料压力可变机构的控制以使燃料压力高于所述压缩点火模式时的压力、驱动所述燃料喷射阀的控制以在至少包含从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间的时期喷射燃料、使所述火花塞工作的控制以在所述延迟期间内在燃料被喷射后进行点火、以及驱动所述EGR阀的外部EGR控制以使已燃气体通过所述EGR通道回流到进气侧。

[0009] 而且，在所述火花点火模式的执行区域中的负载相对较低的切换区域中，所述控制器将由所述外部EGR控制实现的EGR率(外部EGR率)设定得比负载高于所述切换区域的区域高，并且执行使进气填充量低于所述压缩点火模式时的填充量的填充量控制。

[0010] 在所述火花点火模式的负载高于所述切换区域的区域中，在负载低时所述控制器将所述EGR率设高。

[0011] 此处，发动机主体的几何压缩比也可设定为14以上且例如20以下。

[0012] 另外，“低负载区域”及“高负载区域”也可被分别设为基于负载的高低而将发动机主体的运转区域划分为两个区域时的低负载侧的区域及高负载侧的区域。

[0013] “低速区域”既可被设为基于速度的高低而将发动机主体的运转区域划分为两个区域时的低速侧的区域，或者也可被设为将发动机主体的运转区域划分为低速、中速、高速这三个区域时的低速的区域。

[0014] “压缩冲程后期”也可被设为将压缩冲程划分为初期、中期及后期这三个期间时的后期，同样地，“膨胀冲程初期”也可被设为将膨胀冲程划分为初期、中期及后期这三个期间时的初期。

[0015] 首先，当发动机主体的运转状态处于指定的低负载区域时，设为执行压缩点火燃烧的压缩点火模式。压缩点火燃烧有利于兼顾改善废气排放和改善热效率。尤其，该发动机主体通过将几何压缩比设定为14以上，从而气缸内的压缩端温度及压缩端压力增高，因此有利于压缩点火燃烧的稳定。另外，在压缩点火模式下，以比理论空燃比稀薄的空燃比使发动机主体运转即可。而且，在压缩点火模式下，为了使压缩点火燃烧稳定，也可通过执行内部EGR控制来提高压缩端温度。

[0016] 与此相对，当发动机主体的运转区域处于比压缩点火模式高负载的区域时，设为火花点火模式。而且，在火花点火模式下，燃料压力提高到比压缩点火模式中的至少低负载侧的燃料压力更高的压力。随着燃料以高燃料压力被喷射到气缸内，气缸内的紊流的程度(乱流)增强，气缸内的紊流能量提高。而且，该燃料喷射至少在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的延迟期间内进行。该高燃料压力与相对较迟时期的燃料喷射的组合缩短了由该燃料喷射后的点火而开始的燃烧的燃烧期间。

[0017] 即，气缸内的紊流能量高有利于燃烧期间的缩短。尽管如前所述高燃料压力下的燃料喷射能够提高气缸内的紊流能量，但如果其喷射时期是处在进气冲程中，则会因至点火时期为止的时间长或在进气冲程后的压缩冲程中气缸内受到压缩而导致乱流衰减，造成燃烧期间内的气缸内的紊流能量相对变低。即，即使燃料以高燃料压力喷射到气缸内，但如果喷射时期是在进气冲程中，则对于燃烧期间的缩短并无大的帮助。

[0018] 与此相对，当如所述结构般，以延迟期间内的时期即相对较迟的时期且以高燃料压力将燃料喷射到气缸内则能够在抑制气缸内的乱流的衰减的情况下开始燃烧。由此，燃烧期间内的气缸内的紊流能量增高。从而燃烧期间变短，能够实现燃烧的稳定化。

[0019] 而且，高燃料压力使得单位时间内喷射的燃料量相对增多。因此，如果以同一燃料喷射量来比较，则高燃料压力可使燃料喷射到气缸内的期间即喷射期间比低燃料压力时缩短。

[0020] 此外，高燃料压力有利于喷射到气缸内的燃料喷雾的微粒化，并且使燃料喷雾的飞翔距离更长。由此，高燃料压力可缩短燃料喷射结束后到在火花塞周围形成可燃混合气体的期间(混合气体形成期间)。

[0021] 因此，上述喷射期间的缩短及混合气体形成期间的缩短能够使得燃料的喷射时期(更准确地讲，为喷射开始时期)为相对较迟的时期。即，高燃料压力使得延迟期间内的燃料喷射成为可能。

[0022] 这样，在火花点火模式下，通过以高燃料压力且在延迟期间内执行将燃料喷射到气缸内，实现燃烧期间短的急速燃烧，从而使得燃烧稳定。

[0023] 另一方面，在火花点火模式下，执行外部EGR控制。更具体而言，将外部EGR控制的执行区域分为负载相对较低的切换区域和较之高负载的区域，在负载比切换区域高的区域中，负载越低则将EGR率设定得越高，从而将与负载相应的适量的新鲜空气导入气缸内。此处，如上所述，在火花点火模式下，可获得较高的燃烧稳定性，因此能够向气缸内导入比以往大量的EGR气体。这样，即使不减少进气填充量，仅利用外部EGR控制也能使负载控制达到比以往更低负载的区域。

[0024] 这样，在发动机的负载进一步下降的区域，换言之，在火花点火模式的所述切换区域中，与外部EGR控制一同进行使进气填充量低于压缩点火模式时的填充量控制。如上所述，由于仅利用外部EGR控制的负载控制能够达到比以往更低负载的区域，因此需要减少填充量的负载区域(即切换区域)比以往缩小。而且，由于将比以往大量的外部EGR气体导入气缸内，因此进气填充量的下降量因EGR气体而相应地变小。其结果，泵损失得以抑制而改善燃耗。而且，外部EGR控制对于降低冷却损失、避免异常燃烧及抑制原始NOx的生成分别有效，因此，将EGR率相对于以往而提高的做法能够将这些效果全部进一步予以提高。

[0025] 本发明中也可为在所述火花点火模式下，所述控制器使所述发动机主体以空燃比为1来运转。

[0026] 理论空燃比下的运转与稀薄运转相比较，可缩短燃烧期间。因此，有利于火花点火模式下的燃烧的稳定化。而且，使发动机主体以理论空燃比运转可使三元催化剂的利用成为可能。由此，λ＝1运转有利于火花点火模式下的排放性能的提高。

[0027] 本发明中也可为在所述火花点火模式下，所述燃料压力可变机构将所述燃料压力设定在40MPa以上。

[0028] 40MPa以上的燃料压力可有效实现燃烧期间的缩短。与此同时，对于喷射期间及混合气体形成期间的缩短也有效。另外，燃料压力的最大值只要根据燃料的性状来设定即可。作为一例(但并不限定于此)，也可将燃料压力的最大值设定为120MPa左右。

[0029] 本发明中也可为在所述火花点火模式的所述切换区域中，所述控制器将所述EGR率设定在30％以上。此处，EGR率(％)由下式(a)所定义，

[0030] EGR(率％)＝EGR气体重量(g)/(新鲜空气的重量(g)+EGR气体重量(g)) (a)[0031] 其可通过下式(b)而算出，

[0032] (进气通道内的CO2浓度(％)-大气中的CO2浓度(％))/(废气中的CO2浓度(％)-大气中的CO2浓度(％)) (b)。

[0033] 通过将EGR率为30％以上般的大量的EGR气体导入气缸内，上述需要填充量控制的负载区域将充分缩小。另外，EGR率例如只要在30％以上50％以下左右的范围内适当设定即可。

[0034] 本发明中也可为在所述火花点火模式下，所述控制器驱动所述燃料喷射阀以执行多次燃料喷射，并且将所述多次燃料喷射中的最后一次的燃料喷射的时期设定在所述延迟期间内。

[0035] 由于分割执行的多次燃料喷射中的以相对较早的时期执行的燃料喷射能够确保较长的混合气体形成期间，因此有利于燃料的气化雾化。由于可确保这样充分的混合气体形成期间，因此以相对较迟的时期执行的燃料喷射能够以进一步延迟的时期来执行。这有利于气缸内的紊流能量的提高，进一步缩短燃烧期间。即，有利于燃烧的稳定化。

[0036] 本发明中也可为在所述火花点火模式的所述切换区域中，所述控制器通过进行进气通道中所设的节流阀的节流控制来进行所述EGR率的调整。

[0037] 通过节流阀的节流控制，进气通道中的比节流阀更下游侧的负压提高。其结果，回流到进气的EGR气体量增大。即，将节流阀的节流控制用于EGR率的调整而非用于进气填充量的减少，从而有利于降低或避免泵损失。

[0038] 本发明中也可为所述发动机包括改变排气门的工作状态的可变机构，在所述压缩点火模式下的运转时，所述控制器通过执行使所述排气门不仅在排气冲程而且在进气冲程也打开的排气的二次打开来执行使已燃气体残留在气缸内的内部EGR控制。

[0039] 该结构中，进行压缩点火燃烧时，执行使高温的已燃气体残留在气缸内的内部EGR控制。由此，压缩端温度变高，因此有利于压缩点火燃烧的稳定化。

[0040] 本发明中也可为在所述压缩点火模式下的运转时，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀保持在全开的控制、将所述EGR阀保持在全闭的控制、使在进气冲程中打开的排气门的气门关闭时期和进气门的气门关闭时期保持在一定的时期的控制、以及伴随负载的增大而使进气门的气门打开时期提前并且加大进气门的升程的控制，以便调整内部EGR气体的量。

[0041] 或者也可为在所述压缩点火模式下的运转时，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀对应于负载的增大而开大的控制、将所述EGR阀保持在全闭的控制、使在进气冲程中打开的排气门的气门关闭时期和进气门的气门关闭时期保持在一定的时期的控制、使进气门的气门打开时期保持在一定的时期的控制、以及使进气门的升程保持在一定的控制，以便调整内部EGR气体的量。

[0042] 根据这些结构，在压缩点火模式下，能够正确地调整内部EGR气体的量。

[0043] 本发明中也可为在所述火花点火模式的负载高于所述切换区域的区域中，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀保持在全开的控制、使进气门的气门打开时期及气门关闭时期保持在一定并且使进气门的升程保持在最大的控制、以及调整所述EGR阀的开度的控制，以便调整所述EGR率。

[0044] 或者也可为在所述火花点火模式的所述切换区域中，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀的开度减小到比全开时小的开度的控制、使所述EGR阀保持在全开的控制、使进气门的气门关闭时期相对于进气下止点延迟并且将该延迟的角量伴随负载的增大而设小的控制、以及使进气门的气门打开时期保持在一定并且使进气门的升程保持在最大的控制，以便调整所述EGR率。

[0045] 根据这些结构，在火花点火模式下，能够正确地调整外部EGR的EGR率(外部EGR率)。

[0046] 本发明中也可为所述控制器算出发生异常燃烧的容易度的指标即爆震变量，并基于所述爆震变量来设定所述火花点火模式下的燃料压力。

[0047] 或者也可为所述控制器基于所述爆震变量来设定在所述火花点火模式下的运转时总喷射量中的在所述延迟期间内喷射的燃料的比例即延迟喷射比例。

[0048] 又或者也可为所述控制器基于所述爆震变量来设定在所述火花点火模式下的运转时在所述延迟期间内喷射的燃料的喷射时期即延迟喷射延迟角量。

[0049] 根据这些结构，能够根据发生异常燃烧的容易度来正确地设定燃料压力、在延迟期间内执行的燃料喷射的喷射量以及喷射时期。

[0050] 本发明中也可为所述控制器利用基于加速器开度、发动机转速、填充量、发动机水温、进气温度而算出的判定变量，决定是以所述压缩点火模式运转还是以所述火花点火模式运转。

[0051] 由此，能够正确地区分使用压缩点火模式与火花点火模式。

[0052] 如上所述，本发明的火花点火式汽油发动机的控制装置在火花点火模式下，以高燃料压力而且以从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的延迟期间内的时期来进行燃料喷射，以进行火花点火燃烧。由此，燃烧期间缩短，因此燃烧稳定，能够将大量的EGR气体导入气缸内。其结果，在火花点火模式下能够缩小需要减少进气填充量的负载区域，有利于燃耗的改善。附图说明

[0053] 图1是表示火花点火式汽油发动机的结构的概略图。

[0054] 图2是与火花点火式汽油发动机的控制相关的方框图。

[0055] 图3是将燃烧室放大表示的剖视图。

[0056] 图4是例示发动机的运转区域的图。

[0057] 图5是将基于高压延迟喷射而进行的SI燃烧的特征和以往的SI燃烧的特征进行比较而表示的图。

[0058] 图6是将未燃混合气体的可反应时间和燃烧结束时期的未燃混合气体的反应进行度之间的关系通过对比基于高压延迟喷射而进行的SI燃烧和以往的SI燃烧而表示的图(上段的图)、以及是表示燃料压力和与未燃混合气体的可反应时间相关的各参数之间的关系的图(中段及下段的各图)。

[0059] 图7是将点火时期和燃烧结束时期的未燃混合气体的反应进行度之间的关系通过对比基于高压延迟喷射而进行的SI燃烧和以往的SI燃烧而表示的图。

[0060] 图8是将点火时期和热效率及转矩之间的关系通过对比基于高压延迟喷射而进行的SI燃烧和以往的SI燃烧而表示的图。

[0061] 图9的(a)是将热产生率(dQ/dθ)通过对比基于高压延迟喷射而进行的SI燃烧和CI燃烧而表示的图，图9的(b)是将缸内压力上升率(dP/dθ)通过对比基于高压延迟喷射而进行的SI燃烧和CI燃烧而表示的图。

[0062] 图10是将燃烧稳定性和EGR率之间的关系通过对比以往的SI燃烧和基于高压延迟喷射而进行的SI燃烧而表示的图。

[0063] 图11是表示进气门及排气门的开闭时期、点火时期及喷射时期基于发动机的负载如何变化的时间图。

[0064] 图12是分别表示(a)混合气体填充量、(b)节流阀开度、(c)EGR阀开度、(d)排气门的二次打开的气门关闭时期、(e)进气门的气门打开时期、(f)进气门的气门关闭时期、(g)进气门的升程在低负载区域中通过控制进气门来控制内部EGR量时的变化的一个例子的图。

[0065] 图13是在低负载区域中通过控制节流阀来控制内部EGR量时的与图12对应图。

[0066] 图14是例示(a)混合气体填充量、(b)G/F、(c)外部EGR率、(d)喷射时期、(e)燃料压力、(f)喷射脉冲宽度、(g)点火时期基于发动机的负载如何变化的图。

[0067] 图15是PCM所执行的发动机控制的流程图。

[0068] 图16是在包含于图15的流程内的步骤中算出的参数的特性图。

具体实施方式

[0069] 以下，基于附图说明火花点火式汽油发动机的控制装置的实施方式。以下的具体实施方式的说明为例示。图1、2表示发动机(发动机主体)1的概略结构。该发动机1是搭载于车辆中并且被供给至少含有汽油的燃料的火花点火式汽油发动机。发动机1具有：设有多个气缸18(仅图示一个)的气缸体11、设置在该气缸体11上的气缸盖12、以及设置在气缸体11下侧且存储润滑油的油盘13。经由连杆142而与曲轴15连结的活塞14可往复移动地嵌插在各气缸18内。如图3中的放大表示，在活塞14的顶面形成有碗形的空腔
141。空腔141在活塞14位于压缩上止点附近时，与后述的直喷喷射器67相对。气缸盖
12、气缸18、具有空腔141的活塞14划分出燃烧室19。另外，燃烧室19的形状并不限定于图示的形状。例如空腔141的形状、活塞14的顶面形状以及燃烧室19的顶部的形状等可适当改变。

[0070] 该发动机1为了实现理论热效率的提高及后述的压缩点火燃烧的稳定化等目的，而设定为14以上的相对较高的几何压缩比。另外，几何压缩比只要在14以上20以下左右的范围内适当设定即可。

[0071] 在气缸盖12上，针对每个气缸18形成有进气口16及排气口17，并且在这些进气口16及排气口17上分别设置有开闭燃烧室19侧的开口的进气门21及排气门22。

[0072] 在分别驱动进气门21及排气门22的气门传动系统内，在排气侧设有将排气门22的工作模式切换成通常模式与特殊模式的例如液压工作式的可变机构(参照图2，以下称作VVL(Variable Valve Lift))71。VVL71的详细结构省略图示，但其包括：具有一个凸轮尖的第1凸轮和具有两个凸轮尖的第2凸轮这两种凸轮轮廓不同的凸轮；以及将该第1及第2凸轮中的任一者的凸轮的工作状态选择性地传递给排气门的空回(lost motion)机构。将第1凸轮的工作状态传递给排气门22时，排气门22以在排气冲程中只被气门打开一次的通常模式工作(参照图11(c)、(d))，与此相对，将第2凸轮的工作状态传递给排气门22时，排气门22以在排气冲程中被气门打开并且在进气冲程中也被气门打开的进行所谓的排气的二次打开的特殊模式工作(参照图11(a)、(b))。VVL71的通常模式与特殊模式根据发动机的运转状态而切换。具体而言，特殊模式被用于内部EGR所涉及的控制时。另外，在可实现此种通常模式与特殊模式的切换的基础上，也可采用通过电磁致动器来驱动排气门22的电磁驱动式的气门传动系统。另外，内部EGR的执行并非仅通过排气的二次打开来实现。例如既可二次打开进气门21，通过进气的二次打开来进行内部EGR控制，也可进行在排气冲程以及进气冲程中设置关闭进气门21及排气门22这两者的负重叠期间来使已燃气体残留在气缸18内的内部EGR控制。

[0073] 相对于具备VVL71的排气侧的气门传动系统，如图2所示，在进气侧设有：能够改变进气凸轮轴相对于曲轴15的旋转相位的相位可变机构(以下，称作VVT(Variable Valve Timing))72；以及能够连续改变进气门21的升程的升程可变机构(以下，称作CVVL(Continuously Variable Valve Lift))73。VVT72只要适当采用液压式、电磁式或机械式的公知的结构即可，其详细结构省略图示。CVVL73也可适当采用公知的各种结构，其详细结构省略图示。借助VVT72及CVVL73，进气门21如图11(a)～(d)所示，可分别改变其气门打开时期及气门关闭时期与升程。

[0074] 在气缸盖12上，针对每个气缸18还分别安装有向气缸18内直接喷射燃料的直喷喷射器67以及向进气口16内喷射燃料的进气口喷射器68。

[0075] 直喷喷射器67如在图3中放大表示，其喷口从燃烧室19的顶面的中央部分以面临该燃烧室19内的方式而设置。直喷喷射器67以与发动机1的运转状态相应的喷射时期，将与发动机1的运转状态相应的量的燃料直接喷射到燃烧室19内。在本例中，虽省略详细图示，但直喷喷射器67为具有多个喷口的多喷口型的喷射器。由此，直喷喷射器67以燃料喷雾呈放射状扩开的方式喷射燃料。如图3中箭头所示，在活塞14位于压缩上止点附近的时期，以从燃烧室19的中央部分呈放射状扩开的方式喷射的燃料喷雾沿活塞顶面上形成的空腔141的壁面而流动，从而到达后述的火花塞25周围。也可以说：空腔141以将在活塞14位于压缩上止点附近的时期喷射的燃料喷雾包容在其内部的方式形成。该多喷口型的喷射器67与空腔141的组合是有利于缩短燃料喷射后至燃料喷雾到达火花塞25周围的时间并且缩短燃烧期间的结构。另外，直喷喷射器67并不限定于多喷口型的喷射器，也可为外向打开型的喷射器。

[0076] 如图1所示，进气口喷射器68面临进气口16以及面临与进气口16连通的独立通道而设置，且向进气口16内喷射燃料。进气口喷射器68既可相对于一个气缸18而设有一个，如果相对于一个气缸18设有两个进气口16，则也可针对两个进气口16分别设置。进气口喷射器68的形式并不限定于特定形式，可适当采用各种形式的喷射器。

[0077] 图外的燃料箱与直喷喷射器67之间通过高压燃料供应路径而彼此连结。在该高压燃料供应路径上设有高压燃料供应系统62，该高压燃料供应系统62包括高压燃料泵63和共轨64，且以相对较高的燃料压力对直喷喷射器67供应燃料。高压燃料泵63将燃料从燃料箱压送到共轨64，共轨64将被压送来的燃料以高燃料压力存积。通过直喷喷射器67气门打开，共轨64中存积的燃料从直喷喷射器67的喷口喷射出去。此处，虽省略图示，但高压燃料泵63为柱塞式的泵，例如通过连结于曲轴与凸轮軸之间的正时皮带而由发动机1驱动。采用包含该由发动机驱动的泵的结构的高压燃料供应系统62可将40MPa以上的高燃料压力的燃料供应给直喷喷射器67。供应至直喷喷射器67的燃料的压力如后所述，对应于发动机1的运转状态而改变。另外，高压燃料供应系统62并不限定于此。

[0078] 同样地，图外的燃料箱与进气口喷射器68之间通过低压燃料供应路径而彼此连结。在该低压燃料供应路径上设着对进气口喷射器68供应燃料压力相对较低的燃料的低压燃料供应系统66。虽省略详细图示，但低压燃料供应系统66具备电动或发动机驱动的低压燃料泵和调节器，将指定压力的燃料供应给各进气口喷射器68。进气口喷射器68是向进气口喷射燃料的喷射器，因此低压燃料供应系统66所供应的燃料的压力与高压燃料供应系统62所供应的燃料的压力相比，被设定为较低的压力。

[0079] 在气缸盖12上，还安装着对燃烧室19内的混合气体进行点火的火花塞25。火花塞25以从发动机1的排气侧朝斜下方延伸的方式贯穿气缸盖12内而设置。如图3所示，火花塞25的远端在设置于燃烧室19中央部分的直喷喷射器67的远端附近，面临燃烧室19内而设置。

[0080] 进气通道30以连通于各气缸18的进气口16的方式连接于发动机1的一侧面。另一方面，排出来自各气缸18的燃烧室19的已燃气体(废气)的排气通道40连接于发动机1的另一侧面。

[0081] 在进气通道30的上游端部设置有过滤进气的空气滤清器31。而且，在进气通道30中的下游端附近设置有平衡箱33。该平衡箱33的下游侧的进气通道30形成向每个气缸18分支的独立通道，这些独立通道的下游端分别连接于各气缸18的进气口16。

[0082] 在进气通道30上的空气滤清器31与平衡箱33之间设置有冷却或加热空气的水冷式的中冷器/加热器34和调节向各气缸18的进气量的节流阀36。在进气通道30上还连接有使中冷器/加热器34旁通的中冷器旁通通道35，在该中冷器旁通通道35上，设置有用于调整通过该通道35的空气流量的中冷器旁通阀351。通过中冷器旁通阀351的开度调整，调整中冷器旁通通道35的通过流量与中冷器/加热器34的通过流量的比例，从而调整导入气缸18的新鲜空气的温度。

[0083] 排气通道40的上游侧的部分由排气歧管构成，该排气歧管具有向每个气缸18分支并连接于排气口17外侧端的独立通道和各独立通道集合的集合部。在该排气通道40上的排气歧管的下游侧，分别连接有近接催化剂筒41和下催化剂筒42作为净化废气中的有害成分的排气净化装置。近接催化剂筒41及下催化剂筒42分别具备筒状壳体和设置在该壳体内的流路中的例如三元催化剂而构成。

[0084] 进气通道30上的平衡箱33与节流阀36之间的部分、与排气通道40上的近接催化剂筒41的上游侧的部分经由用于使一部分废气回流到进气通道30的EGR通道50而连接。该EGR通道50包括：主通道51，设置有用于通过发动机冷却水来冷却废气的EGR冷却器52；以及EGR冷却器旁通通道53，用于使EGR冷却器52旁通。在主通道51上，设置有用于调整废气向进气通道30的回流量的EGR阀511，在EGR冷却器旁通通道53上，设置有用于调整在EGR冷却器旁通通道53中流通的废气的流量的EGR冷却器旁通阀531。

[0085] 以此方式构成的发动机1由动力传动系控制模块(以下，称作PCM)10来控制。PCM10由包括CPU、存储器、计数器计时器组、接口及连接这些单元的总线的微处理器构成。
该PCM10构成控制器。

[0086] 如图1、2所示，各种传感器SW1～SW16的检测信号被输入PCM10。该各种传感器包括下述传感器。即，在空气滤清器31的下游侧检测新鲜空气的流量的气流传感器SW1及检测新鲜空气的温度的进气温度传感器SW2、设置在中冷器/加热器34的下游侧且检测通过中冷器/加热器34后的新鲜空气的温度的第2进气温度传感器SW3、设置在EGR通道50中的与进气通道30的连接部附近且检测外部EGR气体的温度的EGR气体温传感器SW4、安装于进气口16且检测即将流入气缸18内之前的进气的温度的进气口温度传感器SW5、安装于气缸盖12且检测气缸18内的压力的缸内压力传感器SW6、设置在排气通道40中的EGR通道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、设置在近接催化剂筒41的上游侧且检测排气中的氧浓度的线性O2传感器SW9、设置在近接催化剂筒41与下催化剂筒42之间且检测排气中的氧浓度的λO2传感器SW10、检测发动机冷却水的温度的水温传感器SW11、检测曲轴15的旋转角的曲柄角传感器SW12、检测与车辆的加速器踏板(省略图示)的操作量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以及安装于高压燃料供应系统62的共轨64上且检测向直喷喷射器67供应的燃料压力的燃料压力传感器SW16。

[0087] PCM10基于这些传感器的检测信号来进行各种运算，从而判定发动机1或车辆的状态，并与此相应地向直喷喷射器67、进气口喷射器68、火花塞25、进气门侧的VVT72及CVVL73、排气门侧的VVL71、高压燃料供应系统62与各种阀(节流阀36、中冷器旁通阀351、EGR阀511及EGR冷却器旁通阀531)的致动器输出控制信号。这样，PCM10使发动机1运转。

[0088] 图4表示发动机1的运转区域的一例。该发动机1为了实现改善燃耗及提高废气排放性能的目的，在发动机负载相对较低的低负载区域，不进行借助火花塞25的点火，而进行通过压缩自点火来进行燃烧的压缩点火燃烧。但是，随着发动机1的负载变高，在压缩点火燃烧中，燃烧会变得过于急遽，从而会引起例如燃烧噪音等问题。因此，在该发动机1中，在发动机负载相对较高的高负载区域，停止压缩点火燃烧，并切换到利用火花塞25的火花点火燃烧。而且，随着发动机1的转速变高，反应时间变得不足，从而难以压缩点火或无法压缩点火。因此，在该发动机1中，即使在相对低负载的区域内，在高速区域中仍进行火花点火燃烧。因此，该发动机1根据发动机1的运转状态，在进行压缩点火燃烧的CI(Compression Ignition)模式与进行火花点火燃烧的SI(Spark Ignition)模式之间切换，CI模式与SI模式的燃烧模式切换的边界线在图4所示的发动机转速与发动机负载的图中以向右侧下降的状态设定。但是，模式切换的边界线并不限定于此图例。

[0089] 详细情况后述，但在CI模式下，基本上在例如进气冲程或压缩冲程中的相对较早的时期，直喷喷射器67向气缸18内喷射燃料，由此形成相对较均匀的稀薄混合气体，并且使该混合气体在压缩上止点附近压缩自点火。与此相对，在SI模式下，基本上在例如进气冲程或压缩冲程中，直喷喷射器67向气缸18内喷射燃料，由此形成均匀乃至成层化的混合气体，并且在压缩上止点附近执行点火，从而对该混合气体进行点火。而且，在SI模式下，以理论空燃比(λ＝1)使发动机1运转。这使得三元催化剂的利用成为可能，因此有利于排放性能的提高。

[0090] 如前所述，该发动机1的几何压缩比被设定为14以上(例如18)。高压缩比能够提高压缩端温度及压缩端压力，因此在CI模式下，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在高负载区域中切换成SI模式，因此，尤其在低速区域内，存在发动机负载越高则越容易发生过早点火或爆震等异常燃烧的问题(参照图4的空心箭头)。

[0091] 因此，在该发动机1中，当发动机的运转状态处于低速区域内的高负载区域时，执行使燃料的喷射形态与以往大不相同的SI燃烧，从而避免异常燃烧。具体而言，该燃料的喷射形态以比以往大幅高压化的燃料压力，在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的大幅延迟的期间(以下，将该期间称作延迟期间)内，通过直喷喷射器67向气缸18内执行燃料喷射。以下，将该特征性的燃料喷射形态称作“高压延迟喷射”。

[0092] 图5是将基于上述高压延迟喷射而进行的SI燃烧(实线)和在进气冲程中执行燃料喷射的以往的SI燃烧(虚线)中的、热产生率(上图)及未燃混合气体的反应进行度(下图)的不同进行比较的图。图5的横轴为曲柄角。作为该比较的前提，发动机1的运转状态均为低速区域内的高负载区域，在由高压延迟喷射进行的SI燃烧和以往的SI燃烧的情况下喷射的燃料量彼此相同。

[0093] 首先，在以往的SI燃烧中，在进气冲程中向气缸18内执行指定量的燃料喷射(上图的虚线)。在气缸18内，在该燃料的喷射后至活塞14到达压缩上止点为止的期间内，形成相对较均匀的混合气体。并且，在此例中，在压缩上止点以后的以空心圆表示的指定时期执行点火，由此开始燃烧。燃烧开始后，如图5的上图中的虚线所示，经过热产生率的峰值后燃烧结束。此处，从燃料喷射开始至燃烧结束为止的期间相当于未燃混合气体的可反应时间(以下，有时简称作可反应时间)，如图5的下图中的虚线所示，其间未燃混合气体的反应逐渐进行。该图5中的点线表示未燃混合气体达到点火的反应度即点火阈值，以往的SI燃烧的可反应时间非常长，在此期间，未燃混合气体的反应会持续进行，因此在点火前后未燃混合气体的反应度将超过点火阈值，从而引起过早点火或爆震等异常燃烧。

[0094] 与此相对，高压延迟喷射是为了实现可反应时间的缩短，由此来避免异常燃烧。即，可反应时间也如图5所示，是将直喷喷射器67喷射燃料的期间((1)喷射期间)、喷射结束后至在火花塞25的周围形成可燃混合气体的期间((2)混合气体形成期间)、及至由点火而开始的燃烧的结束为止的期间((3)燃烧期间)合计的时间，即(1)+(2)+(3)。高压延迟喷射分别缩短喷射期间、混合气体形成期间及燃烧期间，由此缩短可反应时间。对此，依序进行说明。

[0095] 首先，高燃料压力使得单位时间内从直喷喷射器67喷射的燃料量相对增多。因此，如图6的中段的(1)所示的图般，在将燃料喷射量设为一定的情况下，燃料压力与燃料的喷射期间的关系基本为：燃料压力越低则喷射期间越长，燃料压力越高则喷射期间越短。因此，燃料压力设定得比以往大幅提高的高压延迟喷射可缩短喷射期间。

[0096] 而且，高燃料压力有利于向气缸18内喷射的燃料喷雾的微粒化，并且进一步延长燃料喷雾的飞翔距离。因此，如图6的下段的(A)所示的图般，燃料压力与燃料蒸发时间的关系基本为：燃料压力越低则燃料蒸发时间越长，燃料压力越高则燃料蒸发时间越短。而且，如图6的下段的(B)所示的图般，燃料压力与燃料喷雾到达火花塞25周围所需的时间基本为：燃料压力越低则至到达所需的时间越长，燃料压力越高则至到达所需的时间越短。另外，燃料喷雾到达火花塞25周围所需的时间可由从直喷喷射器67的前端到火花塞25的喷雾飞翔距离和与燃料压力成正比的燃料喷射速度算出。混合气体形成期间是将燃料蒸发时间和到达火花塞25周围的燃料喷雾到达时间合计的时间((A)+(B))，因此如图6的中段的(2)所示的图般，燃料压力越高则混合气体形成期间越短。因此，对于燃料压力设定得比以往大幅提高的高压延迟喷射而言，燃料蒸发时间及到达火花塞25周围的燃料喷雾到达时间分别变短，结果，缩短混合气体形成期间。与此相对，如该图6中的空心圆所示，对于以往的低燃料压力下的进气冲程喷射而言，混合气体形成期间大幅变长。另外，如上所述，多喷口型的喷射器67与空腔141的组合缩短了燃料喷射后至燃料喷雾到达火花塞25周围的时间，结果，对于混合气体形成期间的缩短有效。

[0097] 这样，缩短喷射期间及混合气体形成期间的做法能够使燃料的喷射时期，更准确而言能够使喷射开始时期相对较迟。因此，在高压延迟喷射中，如图5的上图所示，在从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间内进行燃料喷射。随着以高燃料压力向气缸18内喷射燃料，该气缸内的紊流的程度(乱流)变强，气缸18内的紊流能量提高，而该高紊流能量和、燃料喷射的时期被设定为相对较迟时期的做法相辅相成，有利于燃烧期间的缩短。

[0098] 即，如图6的下段的(D)所示的图般，当在延迟期间内进行燃料喷射时，燃料压力与燃烧期间内的紊流能量的关系基本为：燃料压力越低则紊流能量越低，燃料压力越高则紊流能量越高。另外，该图6(D)中以虚线表示的线是在进气冲程中进行燃料喷射时的例子。即使在高燃料压力下向气缸18内喷射燃料，但如果其喷射时期是处在进气冲程中，则会因到达点火时期θig所需的时间长或在进气冲程后的压缩冲程中气缸18内受到压缩而导致气缸18内的乱流衰减。其结果，当在进气冲程中进行燃料喷射时，燃烧期间内的紊流能量无论燃料压力的高低如何均变得相对较低。

[0099] 如图6的下段的(C)所示的图般，燃烧期间内的紊流能量与燃烧期间的关系基本为：紊流能量越低则燃烧期间越长，紊流能量越高则燃烧期间越短。因此，根据图6的(C)、(D)，燃料压力与燃烧期间的关系如图6的中段的(3)所示的图般，燃料压力越低则燃烧期间越长，燃料压力越高则燃烧期间越短。即，高压延迟喷射缩短燃烧期间。与此相对，如该图6的(3)的空心圆所示，对于以往的低燃料压力下的进气冲程喷射而言，燃烧期间变长。另外，多喷口型的喷射器67有利于气缸18内的紊流能量的提高，对于燃烧期间的缩短有效，并且通过该多喷口型的喷射器67与空腔141的组合，将燃料喷雾包容在空腔141内对于燃烧期间的缩短也有效。

[0100] 根据图6的(3)的图所示的燃料压力与燃烧期间的关系，换言之，根据该曲线形状，通过将燃料压力设定为例如40MPa以上，能够有效缩短燃烧期间。而且，40MPa以上的燃料压力能够使得喷射期间及混合气体形成期间均分别有效地缩短。另外，较为理想的是，燃料压力根据至少含有汽油的所用燃料的性状来适当设定。作为一例，其上限值也可设为120MPa。

[0101] 这样，高压延迟喷射分别缩短喷射期间、混合气体形成期间及燃烧期间，其结果，如图5所示，可使得从燃料的喷射开始时期SOI到燃烧结束时期θend为止的未燃混合气体的可反应时间比以往的进气冲程中的燃料喷射的情况大幅缩短。缩短该可反应时间的结果如图6的上段所示的图般，在以往的低燃料压力下的进气冲程喷射中，如空心圆所示，燃烧结束时的未燃混合气体的反应进行度超过点火阈值，导致异常燃烧发生，结果，高压延迟喷射如实心圆所示，能够抑制燃烧结束时的未燃混合气体的反应的进行，避免异常燃烧。另外，根据图6的上图中的空心圆和实心圆，点火时期θig被设定为彼此相同的时期。

[0102] 高压延迟喷射通过在向气缸18内的燃料喷射的形态方面下工夫来避免异常燃烧。与此不同地，为了避免异常燃烧的目的而延迟点火时期θig的做法是以往已知的。点火时期θig的延迟化是通过抑制未燃混合气体的温度及压力的上升来抑制该反应的进行。图7表示点火时期和燃烧结束时期的未燃混合气体的反应进行度之间的关系。该图7中的虚线是进行以往的进气冲程喷射的SI燃烧的情况，实线是进行高压延迟喷射的SI燃烧的情况。如上所述，点火时期θig的延迟化抑制未燃混合气体的反应的进行，因此实线及虚线分别朝向右下。而且，如上所述，高压延迟喷射通过燃料喷射抑制未燃混合气体的反应的进行，因此在以同一点火时期θig进行比较的情况下，与进行高压延迟喷射的SI燃烧相比，进行以往的进气冲程喷射的SI燃烧，其未燃混合气体的反应更容易进行。即，虚线位于实线的上方。因此，如果进行以往的进气冲程喷射的情况(空心圆)下的点火时期θig不比进行高压延迟喷射的情况(实心圆)延迟，则未燃混合气体的反应进行度将超过点火阈值。此可换言为：当进行高压延迟喷射时，能够使点火时期比进行以往的进气冲程喷射时提前。

[0103] 图8是表示点火时期θig和热效率及转矩之间的关系的图。热效率及转矩达到最大时的点火时期θig处于压缩上止点附近，点火时期越较之延迟则热效率及转矩越低。如上所述，当进行进气冲程喷射时，如空心圆所示，必须使点火时期θig延迟，与此相对，当进行高压延迟喷射时，如实心圆所示，可通过使点火时期θig提前以接近压缩上止点，因此热效率及转矩提高。即，高压延迟喷射不仅可避免异常燃烧，而且还可以因此而相应地使点火时期提前，从而有利于燃耗的改善。

[0104] 此处，就基于高压延迟喷射进行的SI燃烧的特征，参照图9来简单说明。图9(a)是表示相对于曲柄角的热产生率(dQ/dθ)的变化的图，图9(b)是表示相对于曲柄角的缸内压力上升率(dP/dθ)的变化的图。该图9中的实线表示基于高压延迟喷射进行的SI燃烧的情况，该图9中的虚线表示进行压缩点火燃烧(CI燃烧)的情况。另外，发动机1的运转状态处于低速区域内的高负载区域。首先，CI燃烧如该图9(a)所示，燃烧变得急遽而燃烧期间变得极短。而且，如该图9(b)所示，缸内压力的峰值变得过高而超过允许值，从而产生燃烧噪音的问题。即，这表示，当发动机1的运转状态处于低速区域内的高负载区域时无法进行CI燃烧。

[0105] 与此相对，基于高压延迟喷射进行的SI燃烧如该图9(a)所示，可确保较大的热产生率和适当的燃烧期间而获得充分的转矩，另一方面，如该图9(b)所示，缸内压力的峰值低于允许值，能够避免燃烧噪音的产生。即，当发动机1的运转状态处于低速区域内的高负载区域时，基于高压延迟喷射的SI燃烧极为有效。

[0106] 而且，图10分别就以往的SI燃烧和基于高压延迟喷射而进行的SI燃烧，表示燃烧稳定性和EGR率(％)之间的关系。此处EGR率(％)由以下数式定义，

[0107] EGR率(％)＝EGR气体重量(g)/(新鲜空气的重量(g)+EGR气体重量(g))。

[0108] 首先，如该图10中的虚线所示，在以往的SI燃烧中，在EGR率大致超过20％的附近，燃烧稳定性急遽恶化，超过该图10中以点划线表示的允许值。因此，在以往的SI燃烧中，即便最大也必须将EGR率限制在20％左右。与此相对，如该图10中的实线所示，在基于高压延迟喷射的SI燃烧中，因燃烧期间短而燃烧的稳定性高，因此至例如40％～50％左右的高EGR率为止不会超过允许值，而能够确保燃烧稳定性。即，基于高压延迟喷射的SI燃烧能够实现比以往高的EGR率(30％～50％)。

[0109] 接下来，参照图11，对与发动机1的运转状态对应的进气门21及排气门22的工作状态与燃料喷射时期及点火时期的控制例进行说明。此处，图11的(a)、(b)、(c)、(d)分别是发动机1的运转状态基本上处于低速区域内，按照(a)＜(b)＜(c)＜(d)的顺序，发动机负载变高。(a)、(b)是对应于CI模式的低负载区域，(c)是对应于SI模式的高负载区域。(d)是对应于SI模式的全开负载区域。另外，(d)也对应于发动机1的运转区域处于高负载区域内的中速区域的情况。

[0110] 首先，图11(a)表示发动机1的运转状态处于低速区域内的低负载区域时。该运转区域为CI模式，因此通过VVL71的控制，进行在进气冲程中打开排气门22的排气的二次打开(参照该图11的Ex2的实线，另外，实线表示排气门22的抬升曲线，虚线表示进气门21的抬升曲线)，由此，将内部EGR气体导入气缸18内。内部EGR气体的导入提高了压缩端温度，使压缩点火燃烧稳定。燃料喷射的时期被设定在进气冲程中，通过直喷喷射器67向气缸18内喷射燃料，从而在气缸18内形成均匀的稀薄混合气体。另外，燃料喷射量是对应于发动机1的负载而设定。

[0111] 而且，图11(b)也表示发动机1的运转状态处于低速区域内的低负载区域时。但是，图11(b)的发动机负载高于该图11(a)。而且，该运转区域也为CI模式，因此与所述同样地，通过VVL71的控制进行排气的二次打开，将内部EGR气体导入气缸18内。但是，随着发动机负载的上升，气缸18内的温度自然提高，因此从避免过早点火的观点而言，内部EGR量下降。如图11所例示的，也可通过CVVL73的控制调整进气门21的升程，从而调整内部EGR量。另外，在图11中虽未图示，但也可通过节流阀36的开度调整来调整内部EGR量。而且，燃料喷射的时期被设定为进气冲程或压缩冲程中的适当时期。在该时期，直喷喷射器
67向气缸18内喷射燃料，由此在气缸18内形成均匀乃至成层化的稀薄混合气体。根据发动机1的负载来设定燃料喷射量的情况与图11(a)相同。

[0112] 另外，在图11(a)、(b)中，表示将进气冲程中的排气门22的气门打开期间设定为其进气冲程的前半部分的例子。排气门22的气门打开期间也可设定为进气冲程的后半部分。而且，当将气门打开期间设定为进气冲程的前半部分时，也可从夹着排气上止点的排气冲程到进气冲程的前半部分，始终打开排气门22。

[0113] 图11(c)表示发动机1的运转状态处于低速区域内的高负载区域时。该运转区域为SI模式，在该运转区域中，中止排气门22的二次打开。而且，在SI模式下，以空燃比λ＝1的方式调整填充量。填充量的调整也可通过将节流阀36设为全开，另一方面，进行进气门21的迟关来进行，所述进气门21的迟关即，通过VVT72及CVVL73的控制，将进气门21的气门关闭时期设定为进气下止点以后。这有利于降低泵损失。而且，填充量的调整也可通过将节流阀36设为全开，另一方面通过EGR阀511的开度调整来调整导入气缸18内的新鲜空气量和外部EGR气体量而进行。这对于降低泵损失并且降低冷却损失也有效。而且，外部EGR气体的导入还有有助于避免异常燃烧并且抑制原始NOx的生成的优点。此外，填充量的调整也可通过进气门21的迟关控制和外部EGR的控制的组合来进行。尤其在高负载区域内的低负载侧，为了抑制EGR率变得过高，也可将外部EGR导入气缸18内，并且通过进气门21的迟关控制来调整填充量。

[0114] 而且，燃料喷射的形态为上述高压延迟喷射。因此，在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的延迟期间内，在高燃料压力下，直喷喷射器67将燃料直接喷射到气缸18内。高压延迟喷射既可由一次喷射构成(即，统一喷射)，也可如图11(c)所示，在延迟期间内进行第1喷射与随后的第2喷射这两次喷射(即，分割喷射)。第1喷射能够确保相对较长的混合气体形成期间，因此有利于燃料的气化雾化。因通过第1喷射确保了充分的混合气体形成期间，相应地，第2喷射的喷射时期可设定为更为延迟的时期。这有利于提高气缸内的紊流能量，有利于缩短燃烧期间。当进行分割喷射时，较为理想的是将第2喷射的燃料喷射量设定得比第1喷射的燃料喷射量大。由此，气缸18内的紊流能量充分提高，从而有利于缩短燃烧期间，进而有利于避免异常燃烧。另外，此种分割喷射在高负载区域内，仅在燃料喷射量较多的相对较高负载侧进行，而在燃料喷射量相对较少的高负载区域内的低负载侧，也可进行统一喷射。而且，分割次数并不限定于两次，也可设定为三次以上。

[0115] 这样，在SI模式下，在燃料喷射结束后的压缩上止点附近，执行借助火花塞25的点火。

[0116] 图11(d)表示发动机1的运转状态处于低速区域内的全开负载区域时。该运转区域与图11(c)同样为SI模式，中止排气门22的二次打开。而且，由于为全开负载区域，因此通过关闭EGR阀511，外部EGR也中止。

[0117] 燃料喷射的形态基本上为高压延迟喷射，如图所示，其由第1喷射与第2喷射这延迟期间内的向气缸18内的两次喷射构成。另外，高压延迟喷射也可为统一喷射。而且，在该全开负载区域中，有时会为了提高进气填充效率而追加进气冲程中的喷射。对于该进气冲程喷射而言，通过伴随燃料喷射的进气的冷却效果，进气填充效率提高，有助于转矩的提高。因此，当发动机1的运转状态处于低速区域内的全开负载区域时，执行进气冲程喷射、第1及第2喷射这三次燃料喷射，或者执行进气冲程喷射和统一喷射这两次燃料喷射。

[0118] 此处，如前所述，对于通过直喷喷射器67向气缸18内直接喷射燃料的高压延迟喷射而言，燃料压力极高。因此，当在此种高燃料压力下，在进气冲程中向气缸18内直接喷射燃料时，燃料会大量附着于气缸18内的壁面，有可能引起机油稀释等问题。因此，该进气冲程喷射并非通过直喷喷射器67，而是通过在相对较低的燃料压力下喷射燃料的进气口喷射器68向进气口16内喷射燃料。由此，可避免上述机油稀释等问题。

[0119] 而且，如前所述，图11(d)也对应于发动机1的运转区域处于高负载区域内的中速区域的情况。当发动机1的运转状态处于中速区域时，气缸18内的流动比低速区域强，并且，在曲柄角变化指定量的期间内经过的实际时间变短，因此有利于避免异常燃烧。因此，即使减少在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的延迟期间内进行的高压延迟喷射的喷射量，也能避免异常燃烧。因此，当发动机1的运转状态处于高负载区域内的中速区域时，减少高压延迟喷射的燃料喷射量，并将该减少的燃料喷射量分配给在进气冲程中喷射的进气冲程喷射。由此，与上述同样地，进气填充效率提高，结果，有利于提高转矩。因此，当发动机1的运转状态处于高负载区域内的中速区域时，能够兼顾避免异常燃烧和提高转矩。另外，在对发动机1的运转状态处于低速区域内的高负载区域(准确地讲为全开负载区域)时与处于高负载区域内的中速区域时进行比较的情况下，换言之，在高负载区域内对低速区域与中速区域进行比较时，进气冲程喷射的燃料喷射量在处于中速区域时有时比在处于低速区域时要增多。

[0120] 图12及图13表示低速区域内的相对于负载变动的发动机1的各参数的控制例，即(b)节流阀36的开度、(c)EGR阀511的开度、(d)排气门22的二次打开的气门关闭时期、(e)进气门21的气门打开时期、(f)进气门21的气门关闭时期、及(g)进气门的升程各自的控制例。

[0121] 图12(a)表示气缸18内的状态。该图12中，设横轴为转矩(换言之为发动机负载)，纵轴为气缸内的混合气体填充量，来表示气缸内的混合气体的结构。如前所述，负载相对较低的图左侧的区域为CI模式，负载高于指定负载的图右侧的区域为SI模式。对于燃料量(总燃料量)而言，不论是CI模式还是SI模式，均随着负载的增大而增多。对该燃料量设定为了达到理论空燃比(λ＝1)的新鲜空气量，该新鲜空气量相对于负载的增大，随着燃料量的增多而增多。

[0122] 在CI模式下，如前所述，内部EGR气体被导入气缸18内，因此填充量的剩余部分由内部EGR气体和剩余的新鲜空气构成。因此，在CI模式下，为稀薄混合气体。

[0123] 另一方面，在SI模式下，以λ＝1的方式使发动机1运转。而且，内部EGR气体的导入被中止，另一方面，外部EGR气体被导入气缸18内。此处，详细情况后述，但在SI模式的执行区域中的相对较低负载侧的区域，换言之，在SI模式的执行区域中的接近CI模式的中负载的区域(即，在图12中由虚线和点划线夹着的区域)，减少向气缸18内的填充量，图12中，作为其控制例之一，通过调整进气门21的气门关闭时期来控制填充量。另外，下面，将SI模式的执行区域中的接近CI模式的中负载的区域称作切换区域。

[0124] 节流阀36如该图12(b)所示，基本上不论发动机1的负载的高低如何均设定为全开，但仅在切换区域中开度减小(设定为比全开时小的开度)。而且，EGR阀511如该图12(c)所示，在CI模式下设定为全闭，另一方面，在SI模式下的切换区域中设定为全开。而且，在比该切换区域高负载的区域中，随着发动机1的负载提高，EGR阀51逐渐关闭，并在全开负载下全闭。通过该节流阀36与EGR阀51的开度调整，外部EGR率如图14(c)所示，在CI模式下为0(零)，在SI模式下的切换区域中达到最大，在比该切换区域高负载的区域中，随着发动机1的负载提高，外部EGR率逐渐下降，在全开负载下再次变为0。这样，在切换区域中，通过节流阀36的开度调整来调整节流阀36的下游侧的负压，从而对通过EGR通道50后的外部EGR气体的回流量、进而外部EGR率进行调整(准确地讲，将外部EGR率固定为最大)。这有利于降低泵损失。另外，在切换区域中，也可通过EGR阀51的开度调整来调整外部EGR率。

[0125] 图12(d)表示排气门22的二次打开时的气门关闭时期(在进气冲程中打开的排气门22的气门关闭时期)。在CI模式下，如前所述，为了将内部EGR气体导入气缸18内，该气门关闭时期被设定为排气上止点与进气下止点之间的指定时期。另一方面，在SI模式下，该气门关闭时期被设定为排气上止点。即，在SI模式下，排气的二次打开被中止，结果，内部EGR的控制被中止。

[0126] 这样，相对于在CI模式下被设定为指定气门关闭时期的排气门22的二次打开，如图12(e)所示，进气门21的气门打开时期以发动机1的负载越高则越接近排气上止点的方式提前。因此，发动机1的负载越低，则导入气缸18内的内部EGR气体越增多，与此相对，发动机1的负载越高，则导入气缸18内的内部EGR气体越减少。发动机1的负载越低，则通过大量的内部EGR气体越能提高气缸18内的压缩端温度，因此有利于实现稳定的压缩点火燃烧。另一方面，发动机1的负载越高，通过抑制内部EGR气体越能抑制气缸18内的压缩端温度的上升，因此有利于抑制过早点火。而且，在SI模式下，进气门21的气门打开时期被设定为排气上止点。

[0127] 如图12(f)所示，进气门21的气门关闭时期在CI模式下被固定为进气下止点。另一方面，在SI模式下的切换区域中，进气门21的气门关闭时期比进气下止点延迟。其延迟角量被设定为，发动机1的负载为相对低负载时，延迟角量为大，在相对高负载时，延迟角量为小，并且设定为，随着发动机负载的增大，延迟角量逐渐变小。这样，在切换区域中，通过进气门21的迟关控制减少填充量。另外，也可取代进气门21的迟关控制，通过在SI模式下进行节流阀36的开度调整来减少填充量。在比切换区域高负载的区域中，进气门21的气门关闭时期被设定为进气下止点，由此，填充量再次达到最大。

[0128] 此外，如图12(g)所示，进气门21的升程在CI模式下，随着发动机负载的增大，从最小升程开始逐渐变大，与此相对，在SI模式下，不论发动机负载的高低如何，均固定设定为最大升程。

[0129] 因此，在比切换区域高负载的区域中，节流阀36被固定为全开(图12(b))，进气门21的气门打开时期及气门关闭时期被固定(图12(e)(f))，并且进气门21的升程被固定为最大(图12(g))。由此，通过EGR阀511的开度调整，从而调整被导入气缸18内的新鲜空气量与外部EGR气体量的比例。此种控制有利于降低泵损失。

[0130] 图13表示与图12不同的控制例，图12和图13中，CI模式下的节流阀36的开度(b)、进气门21的气门打开时期(e)、进气门21的升程(g)的控制互不相同。即，在图13所示的控制中，首先，如该图13(b)所示，在CI模式下关小节流阀36，节流阀36的开度被控制成，在CI模式的低负载侧小，而在高负载侧大，且随着发动机负载的增大而逐渐增大。另一方面，在SI模式下，除了切换区域以外，节流阀36被设为全开。

[0131] 而且，如图13(e)所示，进气门21的气门打开时期在CI模式下，不论发动机负载的高低如何，均被固定为排气上止点，并且如图13(g)所示，进气门21的升程在CI模式下，不论发动机负载的高低如何，均被固定为指定升程。通过这样的节流阀36的控制与进气门21的控制的组合，在CI模式下，对应于节流阀36的开度来调整被导入气缸18内的内部EGR气体量。因此，比较图12(a)与图13(a)可明确的是，在图13所示的控制例中，填充至气缸
18内的混合气体的构成也与图12所示的控制例相同。

[0132] 接下来，图14表示低速区域内发动机1的相对于负载变动的各控制参数的变化，即(b)G/F、(c)外部EGR率、(d)喷射时期、(e)燃料压力、(f)燃料喷射脉冲宽度(即，喷射期间)及(g)点火时期的变化。

[0133] 首先，气缸内的混合气体的状态成为图14(a)所示的结构。因此，G/F如图14(b)所示，在CI模式下，随着燃料量的增大，从稀薄逐渐接近理论空燃比。另一方面，在SI模式下，如上所述，在切换区域中使填充量下降，因此G/F为指定值而成为一定，另一方面，在比该切换区域高负载的区域中，随着发动机1的负载的增大，G/F逐渐减少，在全开负载下为G/F＝14.7。

[0134] 图14(c)表示外部EGR率，如上所述，外部EGR率在CI模式下为0(零)，在SI模式下的切换区域中达到最大。如上所述，由于通过高压延迟喷射确保了燃烧的稳定性，因此能够将大量的EGR气体导入气缸18内。因此，此处的外部EGR率只要适当设定为30％以上50％以下左右即可，这是高于以往的SI燃烧中的最大的EGR率(20％程度)的值。在比切换区域高负载的区域中，随着发动机1的负载提高，外部EGR率逐渐下降，在全开负载下再次变成0。即，在SI模式下，也在全开负载下中止外部EGR控制。

[0135] 如图14(d)所示，作为一例，燃料喷射时期在CI模式下，被设定在排气上止点与进气下止点之间的进气冲程中。燃料喷射时期也可根据发动机1的负载来改变。与此相对，在SI模式下，燃料喷射时期被设定为从压缩冲程后半部分到膨胀冲程初期的延迟期间。即，是高压延迟喷射。而且，在SI模式下，随着发动机负载的增大，其喷射时期逐渐向延迟侧改变。这是因为，随着发动机的负载增大，气缸18内的压力及温度提高而易发生异常燃烧，因此为了有效地避免此问题，必须将喷射时期向延迟侧设定。此处，图14(d)的实线表示通过一次燃料喷射进行高压延迟喷射的统一喷射时的燃料喷射时期的一例。与此相对，图14(d)的点划线表示将高压延迟喷射分割成第1喷射与第2喷射这两次燃料喷射时的、第1喷射及第2喷射各自的燃料喷射时期的一例。据此，分割喷射中的第2喷射将在比进行统一喷射时延迟的一侧执行，因此有利于避免异常燃烧。这是由于：如上所述，在相对较早期执行第1喷射从而确保了燃料的气化雾化时间；以及第2喷射的燃料喷射量相对较少，因此所需的气化雾化时间变短。

[0136] 此外，如图14(d)中的虚线所示，在全开负载区域中，由于总燃料喷射量增多，因此也可以将燃料喷射量的增加量作为提高进气填充效率的目的而执行进气冲程喷射。

[0137] 图14(e)表示向直喷喷射器67供应的燃料压力的变化，在CI模式下，被设定为最小燃料压力而成为一定。与此相对，在SI模式下，被设定为比最小燃料压力高的燃料压力，并且被设定为燃料压力随着发动机负载的增大而增大。这是因为，随着发动机负载变高，变得容易发生异常燃烧，因此要求进一步缩短喷射期间以及进一步延迟喷射时期。

[0138] 图14(f)表示相当于进行统一喷射时的喷射期间的喷射脉冲宽度(喷射器的阀门打开期间)的变化，在CI模式下，随着燃料喷射量的增大，脉冲宽度也变大，在SI模式下也同样，随着燃料喷射量的增大，脉冲宽度也变大。但是，如该图14(e)所示，在SI模式下，燃料压力被设定为大幅高于CI模式，因此SI模式下的燃料喷射量尽管多于CI模式下的燃料喷射量，但其脉冲宽度被设定得短于CI模式的脉冲宽度。这样可缩短未燃混合气体的可反应时间，有利于避免异常燃烧。

[0139] 另外，图14(g)表示点火时期的变化，在SI模式下，伴随燃料喷射时期随发动机负载的增大而延迟，点火时期也随发动机负载的增大而延迟。这有利于避免异常燃烧。而且，在CI模式下，尽管基本上不进行点火，但也可为了避免火花塞25的烟熏，而如该图14中的点划线所示，例如在排气上止点附近进行点火。

[0140] 接下来，参照图15所示的流程图，更详细地说明发动机1的控制。该流程图是PCM10执行的发动机1的控制流程。根据该流程图，通过控制发动机1，使发动机1的相对于负载变动的状态可变得如图12～图14所示。另外，图15所示的流程并不限定步骤的执行顺序，图15所示的流程中的步骤的顺序为例示。因此，可适当调换步骤的顺序，或同时并列执行多个步骤。而且，对于图15所示的流程，也可适当省略步骤，或者追加其他步骤。

[0141] 首先，在步骤SA1中，读取累计AWS执行时间，在接下来的步骤SA2中，判断所读取的AWS执行时间是否为指定值以上。AWS(Accelerated Warm-up System)是在发动机1启动时提高废气的温度以加快催化剂筒41、42的活化从而促进废气净化的系统。在发动机1启动后，AWS被执行预定的指时期间。因此，在步骤SA2的判定中为“否”时(即，并非指定值以上时)，过渡到步骤SA3而设为AWS模式。在AWS模式下，基本上执行使进气量增多，并且使火花塞25的点火时期大幅延迟的SI燃烧。

[0142] 另一方面，在步骤SA2的判定中为“是”时(即，指定值以上时)，过渡到步骤SA4。即，AWS结束，发动机1过渡到通常的运转模式。

[0143] 在步骤SA4中，PCM10首先读取加速器开度及发动机转速，在接下来的步骤SA5中，PCM10基于由气流传感器(AFS)SW1检测到的进气流量和由缸内压力传感器(CPS)SW6检测到的缸内压力算出填充量。而且，PCM10在步骤SA6中，分别读取发动机水温及被导入气缸18内的进气的温度。这样，基于加速器开度、发动机转速、填充量、发动机水温及进气温度算出CI判定变量Y。

[0144] CI判定变量Y是基于加速器开度的函数i(加速器开度)、发动机转速的函数j(1/转速)、填充量的函数k(填充量)、发动机水温的函数m(发动机水温)及进气温度的函数n(进气温度)的各函数，例如通过以下的数式算出的变量。

[0145] CI判定变量Y＝i(加速器开度)+j(1/转速)+k(填充量)+m(发动机水温)+n(进气温度)

[0146] 该CI判定变量Y是成为混合气体在压缩上止点附近是否压缩点火的指标的变量。换言之，CI判定变量Y是判定使发动机1应以CI模式运转，还是应以SI模式运转的变量。
例如如图16的(a)所示，当CI判定变量Y小于第1阈值时，若以CI模式运转时发生熄火的可能性高，因此可判定为应采用SI模式，相反，当CI判定变量Y为第2阈值以上时，若以CI模式运转时发生过早点火的可能性高，因此可判定为应采用SI模式。与此相对，当CI判定变量Y为第1阈值以上且不足第2阈值时，在压缩上止点附近的恰当时期，混合气体被压缩点火，因此可判定为应采用CI模式。

[0147] 返回图15的流程，在步骤SA7中，基于步骤SA6中算出的CI判定变量Y，判定是否应采用CI模式，当该判定为“是”时，过渡到步骤SA8，将发动机1的运转模式设为CI模式。另一方面，当该判定为“否”时，过渡到步骤SA13，将发动机1的运转模式设为SI模式。

[0148] 在CI模式下的步骤SA9中，从预先设定且存储在PCM10中的特性图读取CI模式用的燃料压力(目标压力)。特性图如示于图16(b)的一例所示，被设定为关于发动机转速的一次函数，发动机转速越高则目标压力越高。CI模式用的燃料压力的上限为指定值(FP1)。

[0149] 在接下来的步骤SA10中，控制高压燃料供应系统62以使燃料压力达到目标压力，在步骤SA11中进行填充量控制。填充量控制如参照图12～图14所说明的那样，至少包含通过控制VVL71而实现的排气的二次打开控制，由此，将内部EGR气体导入气缸18内。这样，在步骤SA12中，在进气冲程及压缩冲程中的指定时期，将另行设定的指定量的燃料通过直喷喷射器67直接喷射到气缸18内。

[0150] 相对于该CI模式，在SI模式下的步骤SA14中，首先从预先设定且存储在PCM10中的特性图中读取总喷射量(其意味着在每一个循环所喷射的燃料喷射量的总量)。总喷射量的特性图如示于图16(c)的一例所示，被设定为加速器开度的函数，加速器开度越大则总喷射量越大。

[0151] 在接下来的步骤SA15中，基于发动机转速、进气压力、进气温度及总喷射量算出爆震变量X。爆震变量X是基于发动机转速的函数a(1/发动机转速)、进气压力的函数b(进气压力)、进气温度的函数c(进气温度)及总喷射量的函数d(总喷射量)的各函数，例如通过以下的数式算出的变量。

[0152] 爆震变量X＝a(1/发动机转速)+b(进气压力)+c(进气温度)+d(总喷射量)[0153] 发动机转速、进气压力、进气温度及总喷射量分别是与爆震及过早点火的发生相关的参数，爆震变量X是发生异常燃烧的容易度的指标。即，爆震变量X越大则异常燃烧越容易发生，相反，爆震变量X越小则异常燃烧越难以发生。例如发动机1的转速越高，则与发动机转速的倒数相关的爆震变量X越小。而且，总喷射量越大，换言之，发动机负载越高，则爆震变量X越大。

[0154] 在步骤SA16中，从预先设定且存储在PCM10中的特性图中读取SI模式用的燃料压力(目标压力)。特性图如示于图16(d)的一例所示，与CI燃烧用的燃料压力(该图16(b))不同，被设定为与爆震变量和发动机转速的函数g(爆震变量、发动机转速)有关的一次函数。例如爆震变量X越大，则目标压力被设定得越高。如前所述，这有利于避免异常燃烧。另外，SI模式用的燃料压力的下限值被设定为比CI燃烧用的燃料压力的上限值FP1高的压力(FP2)。由此，SI模式用的燃料压力必定高于CI模式用的燃料压力。

[0155] 在步骤SA17中，基于分别例示于图16(e)、(f)中的特性图，分别设定延迟喷射比例R及延迟喷射延迟角量T。延迟喷射比例R是用于设定总喷射量中的在延迟期间内喷射的燃料喷射量与在进气冲程喷射的燃料喷射量的比例的变量。爆震变量X越大，延迟喷射比例R被设定得越大。此处，如后所述，基于高压延迟喷射的燃料喷射量可通过“总喷射量×延迟喷射比例”算出，进气冲程喷射的燃料喷射量可通过“总喷射量×(1-延迟喷射比例)”算出。由此，爆震变量X越大，高压延迟喷射的燃料喷射量越增多，另一方面，进气冲程喷射越减量。而且，延迟喷射比例是大于0(零)且为1以下的变量。当延迟喷射比例为1时，总喷射量的总量通过高压延迟喷射而喷射，而不进行进气冲程喷射。此处，如图16(e)所示，如果爆震变量X为指定值以上，则延迟喷射比例R为1，因此进气冲程喷射量为0，不进行进气冲程喷射。

[0156] 另外，由于发动机转速越高则爆震变量X越小，因此在发动机1的中速区域中，延迟喷射比例小于1。其结果，如上所述，在发动机1的中速区域中，执行进气冲程喷射(参照图11(d))。

[0157] 延迟喷射延迟角量T如图16(f)所示，爆震变量X越大，则延迟喷射延迟角量T被设定得越大。此可换言为：爆震变量X越大，则高压延迟喷射的喷射时期越往延迟侧设定。如上所述，由于总喷射量(发动机负载)与爆震变量X成正比，因此随着发动机负载增高，高压延迟喷射的喷射时期往延迟侧设定。随着燃料喷射时期的延迟化，点火时期也随着发动机负载变高而往延迟侧设定。这有利于避免异常燃烧。

[0158] 在步骤SA18中，基于读取的延迟喷射比例，由以下的各式算出燃料喷射量。

[0159] 进气冲程喷射量＝总喷射量×(1-延迟喷射比例R)

[0160] 高压延迟喷射量＝总喷射量×延迟喷射比例R

[0161] 在步骤SA19中，从图16(g)所例示的预先设定且存储在PCM10中的点火图中读取点火时期。该点火图是用于基于发动机转速和加速器开度设定点火时期(IG)的图，发动机转速越低且加速器开度越大，换言之，越往图的左上，点火时期越往延迟侧设定，发动机转速越高且加速器开度越小，换言之，越往图的右下，则点火时期越往提前侧设定(IG1＜IG2＜IG3)。另外，此处设定的点火时期被设定为比上述燃料喷射时期更后的时期。

[0162] 这样，在分别设定目标燃料压力、高压延迟喷射的燃料喷射量及燃料喷射时期、执行进气冲程喷射时的燃料喷射量和燃料喷射时期以及点火时期之后的步骤SA20中，首先以燃料压力达到目标压力的方式控制高压燃料供应系统62，在随后的步骤SA21中执行填充量控制。填充量控制如图12～图14所示，是在以空燃比λ＝1运转的SI模式下执行对应于所设定的总喷射量而使空燃比为λ＝1的控制，执行将向气缸18内导入外部EGR气体的控制、或者导入外部EGR气体的控制和减少导入气缸18内的进气的控制组合而成的控制。

[0163] 在步骤SA22中，以所设定的喷射时期，执行所设定的燃料喷射量的进气冲程喷射。该步骤中，如上所述，通过进气口喷射器68，向进气口16内喷射燃料。但是，当进气冲程喷射的燃料喷射量被设定为0时，步骤SA22实质上被省略。

[0164] 在步骤SA23中，以所设定的喷射时期，执行所设定的燃料喷射量的高压延迟喷射。因此，该喷射时期处于从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间内，通过直喷喷射器67向气缸18内直接喷射燃料。另外，如上所述，例如基于燃料喷射量，该高压延迟喷射有时是包含延迟期间内执行的第1喷射及第2喷射这两次燃料喷射的分割喷射。然后，在步骤SA24中，以所设定的点火时期进行由火花塞25进行的点火。

[0165] 这样，由高压延迟喷射实行的SI燃烧的燃烧稳定性高，即使将大量的EGR气体导入气缸18内，也能够确保燃烧的稳定性。其结果，如图14(a)等所示，从发动机1的高负载区域到中负载区域，仅利用外部EGR控制来调整新鲜空气量便能实现发动机1的负载控制。换言之，能够尽可能缩小需要减少填充量的控制的切换区域(缩窄图14等中的虚线与点划线的间隔)，因此有利于降低泵损失。而且，大量EGR气体的导入也有利于降低冷却损失、避免发动机1的高负载区域中的异常燃烧、及抑制原始NOx的生成。

[0166] 而且，在切换区域中，虽然需要填充量的减少控制，但由于在该切换区域中，也将大量的EGR气体导入气缸内，因此新鲜空气的节流量相应地减少。这也有利于降低泵损失。

[0167] 另外，在所述结构中，例如从图11、12等中可知，CI模式与SI模式的切换、与排气门22的二次打开控制的执行、中止相一致。换言之，当发动机1的运转状态处于低速区域内的低负载至中负载区域而进行压缩点火燃烧时，必须将内部EGR气体导入气缸18内。与此相对，当发动机1的运转状态处于低速区域内的中负载区域时，也可中止排气门22的二次打开控制而停止内部EGR，并进行CI模式。即，当发动机1的运转区域处于低速区域内的中负载区域时，也可不将内部EGR气体导入气缸18内而进行压缩点火燃烧。此可换言为：在低速区域内，从避免气缸18内的温度变得过高或者确保必要量的新鲜空气的观点考虑，也可在指定负载(中负载)时停止内部EGR，并且使进行压缩点火燃烧的CI模式扩大到比指定负载更高的负载侧。

[0168] 此外，也可省略进气口喷射器68及低压燃料供应系统66，而由直喷喷射器67进行进气冲程喷射。

标题	发布/更新时间	阅读量
用于切断内燃机的方法和相关装置	2020-05-18	742
分裂循环发动机中的线轴梭子跨接阀	2020-05-19	860
内燃机	2020-05-11	50
发动机点火控制方法	2020-05-15	482
冲程分置转式活塞内燃机	2020-05-16	386
用于自适应地冷却发动机中的燃烧室的方法和系统	2020-05-12	82
用于内燃机的排气净化系统和排气净化方法	2020-05-16	923
多组分计量及分配系统	2020-05-17	12
一种发动机两冲程压缩释放式辅助制动装置及方法	2020-05-14	909
均质充气压缩点火相位调节的级联控制	2020-05-13	824

火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法

火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：