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火花点火式 汽油 发动机的控制装置及控制方法

阅读：1002发布：2020-06-02

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。并且发动机主体具有几何压缩比被设定在15以上的汽缸且至少含有汽油的燃料供向该发动机主体。当发动机主体的工作状态处于高负荷域时，控制器 (PCM10)，在低速域驱动燃料喷射阀 ( 喷油器 )(67)以便在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的点火延迟期间内的时刻进行燃料喷射；在高速域驱动燃料喷射阀(67)以便在到进气阀(21)关闭为止的进气冲程期间内进行燃料喷射。，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，其包括发动机主体、燃料喷射阀以及控制器，该发动机主体具有几何压缩比被设定在15以上的汽缸且构成为被供给至少含有汽油的燃料，该燃料喷射阀构成为喷射供向所述汽缸内的所述燃料，该控制器构成为通过至少控制所述燃料喷射阀而让所述发动机主体工作，其特征在于：
在所述发动机主体的工作状态处于高负荷域时，
在低速域，所述控制器驱动所述燃料喷射阀以便在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的点火延迟期间内的时刻下进行燃料喷射，
在高速域，所述控制器驱动所述燃料喷射阀以便在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内进行燃料喷射。
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：
该火花点火式汽油发动机的控制装置还包括多个火花塞，该多个火花塞面向所述汽缸内部而设且构成为对该汽缸内的混合气进行点火，
在所述发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，所述控制器进行驱动所述多个火花塞的多点点火。
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：
所述燃料喷射阀构成为直接向所述汽缸内喷射燃料，
该火花点火式汽油发动机的控制装置还包括燃压可变机构，该燃压可变机构构成为改变所述燃料喷射阀所喷射的燃料的压力，
当所述发动机主体的工作状态处于高负荷低速域时，所述控制器驱动所述燃压可变机构以使所述燃料的压力在规定压力以上，
当所述发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，所述控制器驱动所述燃压可变机构以使所述燃料的压力小于所述规定压力。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的火花点火式汽油发动机的控制装置,其特征在于:
在所述发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，所述控制器不仅在所述进气冲程期间内喷射燃料，在所述点火延迟期间内的时刻也喷射燃料，并且将该点火延迟期间内的燃料喷射量设定成比所述进气冲程期间内的燃料喷射量少。
5.根据权利要求4所述的火花点火式汽油发动机的控制装置,其特征在于:
所述控制器在所述汽缸内的压缩端温度在规定温度以下的条件下执行所述进气冲程期间内的燃料喷射和所述点火延迟期间内的燃料喷射。
6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的火花点火式汽油发动机的控制装置,其特征在于:
该火花点火式汽油发动机的控制装置还包括冷却EGR部件，该冷却EGR部件构成为将所述发动机主体的尾气冷却后让该尾气回流到该发动机主体的进气中，当所述发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，所述控制器通过所述冷却EGR部件进行已冷却尾气的回流。
7.一种火花点火式汽油发动机的控制装置，其包括发动机主体、燃料喷射阀以及控制器，该发动机主体具有几何压缩比被设定在15以上的汽缸且构成为被供给至少含有汽油的燃料，该燃料喷射阀构成为向所述汽缸内喷射所述燃料，该控制器构成为通过至少控制所述燃料喷射阀而让所述发动机主体工作，其特征在于：
在所述发动机主体的工作状态处于高负荷域时，所述控制器驱动所述燃料喷射阀，以便包括在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内喷射燃料的前段喷射、和在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的时刻喷射燃料的后段喷射，
所述控制器，在所述高负荷低速域使所述后段喷射的燃料喷射量比所述前段喷射的燃料喷射量多，在所述高负荷高速域使所述前段喷射的燃料喷射量比所述后段喷射的燃料喷射量多。
8.一种火花点火式汽油发动机的控制方法,所述火花点火式汽油发动机具有几何压缩比被设定在15以上的汽缸且被供给含有至少汽油的燃料，其特征在于:
该火花点火式汽油发动机的控制方法包括：当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于高负荷低速域时，在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的点火延迟期间内的时刻向所述汽缸内喷射燃料的步骤；以及
当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于高负荷高速域时，在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内向所述汽缸内喷射燃料的步骤。
9.一种火花点火式汽油发动机的控制方法,所述火花点火式汽油发动机具有几何压缩比被设定在15以上的汽缸且被供给含有至少汽油的燃料，其特征在于:
当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于高负荷域时，至少进行在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内向所述气缸内喷射燃料的前段喷射、和在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的时刻向所述气缸内喷射燃料的后段喷射，
该火花点火式汽油发动机的控制方法包括：
当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于所述高负荷低速域时，使所述后段喷射的燃料喷射量比所述前段喷射的燃料喷射量多的步骤；以及
当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于所述高负荷高速域时，使所述前段喷射的燃料喷射量比所述后段喷射的燃料喷射量多的步骤。

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] 这里所公开的技术涉及一种火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法。

背景技术

[0002] 在提高火花点火式汽油发动机的理论热效率这一点上,提高发动机的几何压缩比是有效的。例如专利文献1中记载了一种将几何压缩比设定在14以上的高压缩比的火花点火式直喷发动机。

[0003] 例如在专利文献2中所记载的那样,让尾气排放量提高和热效率提高两立的技术,使稀混合气压缩点火的燃烧形态已为众人所知。在进行这样的压缩点火燃烧的发动机中,提高几何压缩比,分别提高压缩端压力和压缩端温度,对压缩点火燃烧的稳定化有利。

[0004] 专利文献3中记载了这样的技术,根据发动机的工作状态,在从压缩点火燃烧向火花点火燃烧切换的过渡期,通过进行EGR和浓化空燃比来避免爆燃。

[0005] 【专利文献1】日本公开特许公报特开2007-292050号公报

[0006] 【专利文献2】日本公开特许公报特开2007-154859号公报

[0007] 【专利文献3】日本公开特许公报特开2009-91994号公报发明内容

[0008] －发明要解决的技术问题－

[0009] 在专利文献1中记载的高压缩比火花点火式汽油发动机对于提高热效率是有利的,但相反,发动机的工作状态特别是在低速域且中高负荷域时,过早点火、容易导致爆燃(尾气爆燃)等异常燃烧这样的问题。

[0010] 即使进行压缩点火燃烧的发动机在低负荷一侧的工作区可能压缩点火燃烧，但是随着发动机的负荷提高，压缩点火燃烧会成为压力上升急剧的过早点火燃烧。因此，将导致燃烧噪音增大,导致发生异常燃烧,并且导致起因于高燃烧温度的未处理的NOx增多。于是，像在上述专利文献2、3中所记载的那样，即使是进行压缩点火燃烧的发动机,一般情况下,在高负荷一侧的工作区也不是进行压缩点火燃烧，而是通过火花塞的驱动进行火花点火燃烧。但是，为了实现压缩点火燃烧的稳定化而将几何压缩比设定得较高的发动机，在进行火花点火燃烧的高负荷一侧的工作区，也会和专利文献1中的发动机一样出现导致异常燃烧的问题。

[0011] 这里所公开的技术正是为解决上述问题而完成的。其目的在于：在例如15以上的几何压缩比被设定得较高的高压缩比的火花点火式汽油发动机中，避免在高负荷域的异常燃烧。

[0012] －用以解决技术问题的技术方案－

[0013] 过早点火、爆燃等异常燃烧是以下两种自我点火反应,一种是在压缩冲程中伴随着汽缸内的未燃混合气被压缩而产生的自我点火反应,另一种是在混合气的燃烧过程中混合气的未燃部分由于混合气的既燃部分膨胀而被压缩,由于该压缩而产生的自我点火反应。现有的在进气冲程中喷射燃料的发动机，从燃料的喷射开始到燃烧结束的时间即未燃混合气的可反应时间较长是导致这些异常燃烧的主要原因之一。本申请发明人从缩短未燃混合气的可反应时间的观点出发，将燃料的喷射时刻推迟到压缩上止点附近。

[0014] 这样将燃料的喷射时刻推迟，对于避免发动机在实时间相对于曲轴角变化较长的低速域的异常燃烧是有效的。但是，在发动机的高速域因为实时间相对于曲轴角变化较短，所以推迟燃料的喷射时刻来缩短未燃混合气的可反应时间的好处很小。

[0015] 相反，将燃料的喷射时刻推迟到压缩上止点附近则会导致在压缩冲程中在汽缸内对比热比较高的空气进行压缩。这将会引起气缸的压缩上止点处的温度(亦即压缩端温度)大幅度升高这样的问题。这对于发动机高速域的爆燃不利。

[0016] 因此，本申请发明人，着眼于高压缩比发动机中容易产生异常燃烧的高负荷域，根据发动机转速，亦即在低速域和高速域燃料喷射时刻不同这一点，完成了这里所公开的技术。

[0017] 具体而言，这里所公开的火花点火式汽油发动机的控制装置包括发动机主体、燃料喷射阀以及控制器，该发动机主体具有几何压缩比被设定在15以上的汽缸且构成为被供给至少含有汽油的燃料，该燃料喷射阀构成为喷射供向所述汽缸内的所述燃料，该控制器构成为通过至少控制所述燃料喷射阀而让所述发动机主体工作。在所述发动机主体的工作状态处于高负荷域时，在低速域，所述控制器驱动所述燃料喷射阀以便在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的点火延迟期间内的时刻下进行燃料喷射，在高速域，所述控制器驱动所述燃料喷射阀以便在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内进行燃料喷射。

[0018] 这里,可以将发动机主体的几何压缩比被设定在15以上且例如20以下。

[0019] 可以将“高负荷域”定为根据负荷的大小将发动机主体的工作区划分为两个区域时的高负荷一侧的区域。

[0020] 可以将“低速域”定为根据转速的高低将发动机主体的工作区划分为两个区域时的低速侧区域,或者根据转速的高低将发动机主体的工作区划分为低速、中速、高速三个区域时的低速区域。可以将“高速域”定为根据速度的高低将发动机主体的工作区划分为两个区域时的高速侧区域,或者根据速度的高低将发动机主体的工作区划分为低速、中速、高速三个区域时的高速区域、或中速与高速区域。

[0021] 可以将“压缩冲程后期”定为将压缩冲程分为初期、中期和后期这三个时期时的后期。同样，可以将“膨胀冲程初期”定为将膨胀冲程分为初期、中期和后期这三个时期时的初期。

[0022] “到进气阀关闭为止的进气冲程期间”不是根据活塞位置定义的期间，而是根据进气阀的开关定义的期间。因此，在进气冲程期间的终期既有与活塞到达进气下止点的时刻一样的情况，也有与活塞到达进气下止点的时刻错开的情况。

[0023] 当发动机主体的工作区位于高负荷低速域时，汽缸内的压力和温度比低负荷域高，而且因为实时间相对于曲轴角的变化的较长，所以容易产生过早点火、爆燃等异常燃烧。因为结构如上所述的发动机主体的压缩比高,所以在发动机主体的工作区处于高负荷低速域时,特别容易发生异常燃烧。

[0024] 在这样的高负荷低速域，在结构如上所述的发动机的控制装置中,控制器将燃料的喷射时刻(更准确地讲是喷射开始时刻)设定为从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的点火延迟期间内的时刻。这样一来,因为未燃混合气的可反应时间就会缩短，所以能够有效地避免过早点火、爆燃等异常燃烧。

[0025] 另一方面，在高负荷高速域，控制器在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内进行燃料喷射。这样一来，在压缩冲程中就不是压缩汽缸内的空气，而是压缩汽缸内的混合气，换句话说比热比较低的气体。因此能够抑制汽缸内的气体温度上升，压缩端温度变低。其结果是，在高速域也有利于避免异常燃烧。

[0026] 在上述结构下，是通过改变汽缸内的燃料喷射形态来避免发动机在高负荷域的异常燃烧的，因此无需为了避免异常燃烧而让点火时刻延迟角化或者让点火时刻的延迟角的量减小。因为这能够尽可能地将点火时刻延迟角化，所以上述结构对于在低速域和高速域两区域避免异常燃烧，提高热效率和转矩有利。换句话说，对降低耗油量有利。

[0027] 还可以是这样的，所述火花点火式汽油发动机的控制装置还包括多个火花塞，该多个火花塞面向所述汽缸内部而设且将该汽缸内的混合气点火。在所述发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，让所述控制器进行驱动所述多个火花塞的多点点火。多个火花塞可以同时点火，也可以适当地将点火的时刻错开。

[0028] 驱动多个火花塞的多点点火会缩短从混合气的点火到混合气燃烧结束为止的燃烧时间。燃烧时间的缩短不仅对于避免在高速域爆燃有效，而且有利于提高热效率和转矩。此外，在高负荷低速域，既可以一点点火，也可以多点点火。

[0029] 还可以是这样的，所述燃料喷射阀构成为将燃料直接喷射到所述汽缸内，所述火花点火式汽油发动机的控制装置还包括燃压可变机构，该构成为改变由所述燃料喷射阀喷射的燃料的压力，所述控制器在所述发动机主体的工作状态处于高负荷低速域时，驱动所述燃压可变机构使所述燃料的压力在规定压力值以上；当所述发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，驱动所述燃压可变机构使所述燃料的压力小于所述规定压力。

[0030] 未燃混合气的可反应时间，由燃料喷射阀喷射燃料的那段时间即喷射时间、从燃料喷射结束后到在火花塞周围形成可燃混合气的混合气形成时间以及通过对火花塞周围的可燃混合气点火而开始燃烧后到该燃烧结束的燃烧时间这三个时间构成。

[0031] 将燃料压力提高到规定压力以上，燃料喷射阀每单位时间内喷射的燃料量就会增多。因此，在用同一燃料喷射量进行比较的情况下，高燃料压力下向汽缸内喷射燃料的时间，也就是说喷射时间就会比低燃料压力下向汽缸内喷射燃料的时间短。

[0032] 高燃料压力有利于将喷射到汽缸内的雾状燃料微粒化，并且雾状燃料的飞翔距离更长。因此，高燃料压力会将从燃料喷射结束后到在火花塞周围形成可燃混合气这段时间(混合气形成时间)缩短。通过这样缩短喷射时间且缩短混合气形成时间，如上所述，即使将燃料喷射时刻设定在压缩上止点附近的较晚的时刻即点火延迟期间内，在到这之后的点火时刻为止的这一段时间内，也能够在火花塞周围形成可燃混合气。

[0033] 以高燃料压力向汽缸内喷射燃料，会增强汽缸内的气体紊流，提高汽缸内的紊流能量。较高的紊流能量与将燃料喷射时刻设定在较晚的时刻相结合，有助于缩短燃烧时间。

[0034] 也就是说，即使以高燃料压力向汽缸内喷射燃料，但如果该喷射时刻像现有技术那样同样处于进气冲程中，那么汽缸内的气体紊流就会由于到点火时刻为止的时间较长、进气冲程后的压缩冲程中汽缸内被压缩而衰弱，燃烧时间内汽缸内紊流能量变得较低。因为汽缸内的紊流能量较高则有利于缩短燃烧时间，所以只要喷射时刻位于进气冲程中，即使以高燃料压力向气缸内喷射燃料，也不会太有助于缩短燃烧时间。

[0035] 相对于此，如上述结构一样，在点火延迟期间内较迟的时刻且以高燃料压力向汽缸内喷射燃料，就既能够抑制汽缸内的气体紊流衰减，又能够在燃料喷射后尽早地开始燃烧。因此，在燃烧时间内汽缸内的紊流能量升高，燃烧时间缩短。

[0036] 通过这样在高负荷低速域以高燃料压力且较晚的时刻的点火延迟期间内向汽缸内喷射燃料，能够缩短喷射时间、混合气形成时间以及燃烧时间。其结果是，与现有技术相比，未燃混合气的可反应时间大幅度地缩短，因此能够有效地避免过早点火、爆燃等异常燃烧。

[0037] 这里，可以将所述规定压力设定为例如40MPa。40MPa以上的燃料压力对于缩短所述喷射时间、混合气形成时间以及燃烧时间都是非常有效的。此外，燃料压力的最大值只要根据燃料的性质和状态设定即可。作为一例，可以将燃料压力的最大值设定为120MPa左右，但并不限于此。

[0038] 相对于此，因为如上所述在高负荷高速域在进气冲程内进行燃料喷射，所以过高的燃料压力具有在将燃料喷射到汽缸内之际导致燃料附着于汽缸壁面，油被稀释等问题的可能性。因为在进气冲程内进行燃料喷射，所以从缩短所述喷射时间、混合气形成时间的观点出发没有提高燃料压力的必要性。因此，在高速域使燃料的压力小于规定压力值。这样一来则能够避免上述问题。在例如利用发动机驱动的燃料泵使燃料压力上升的结构下，降低燃料压力则会降低发动机的机械损失降低，对降低耗油量有利。

[0039] 可以是这样的，在所述发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，所述控制器不仅进行在所述进气冲程期间内的燃料喷射，还进行在所述点火延迟期间内的时刻进行的燃料喷射，将该点火延迟期间内的燃料喷射量设定为比所述进气冲程期间内的燃料喷射量少。

[0040] 如上所述，点火延迟期间内的燃料喷射会提高汽缸内的流动，对于燃烧时间的缩短有利。因此，当发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，不仅进行进气冲程期间内的燃料喷射，还进行在点火延迟期间内的少量燃料喷射。这样一来，通过在进气冲程期间内进行量相对较大的燃料喷射则能够充分降低压缩冲程中被压缩的缸内气体的比热比，避免压缩端温度升高，并且点火延迟期间内的燃料喷射也能够增强汽缸内的流动，缩短燃烧时间。其结果能够更有效地避免高负荷高速域的异常燃烧。

[0041] 可以是这样的，所述控制器在所述汽缸内的压缩端温度达到规定温度以下的条件下，进行所述进气冲程期间内的燃料喷射和所述点火延迟期间内的燃料喷射这两种喷射。这里，“所述汽缸内的压缩端温度达到规定温度以下的条件”可以是电动机带动发动机主体空转时的压缩端温度达到规定温度以下的条件，具体而言，还可以是外气温度在规定温度以下时的条件。

[0042] 也就是说，压缩端温度达到规定温度以下时，即使减少所述进气冲程期间内的燃料喷射量也能够避免异常燃烧。因此，减少进气冲程期间内的燃料喷射量，并在点火延迟期间内再将减少的这一部分喷射出来。这对于加强气体在汽缸内的流动，甚至是缩短燃烧时间都有利。这样就能够更加有效地避免在高负荷高速域的异常燃烧。

[0043] 可以是这样的，所述火花点火式汽油发动机的控制装置还包括冷却EGR部件，该冷却EGR部件构成为将所述发动机主体的尾气冷却后再返回该发动机主体的进气。当所述发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，所述控制器让已冷却的尾气通过所述冷却EGR部件回流。

[0044] 将已冷却的尾气亦即低温惰性气体引入汽缸内，有利于抑制压缩端温度提高，并且有利于避免异常燃烧，对于抑制未处理的NOx也有利。

[0045] 这里所公开的技术包括发动机主体、燃料喷射阀以及控制器，该发动机主体具有几何压缩比被设定在15以上的汽缸且构成为被供给至少含有汽油的燃料，该燃料喷射阀构成为向所述汽缸内喷射所述燃料，该控制器构成为通过至少控制所述燃料喷射阀而让所述发动机主体工作。在所述发动机主体的工作状态处于高负荷域时，所述控制器驱动所述燃料喷射阀以便包括在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内喷射燃料的前段喷射、和在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的时刻喷射燃料的后段喷射，在所述高负荷低速域，所述控制器使所述后段喷射的燃料喷射量比所述前段喷射的燃料喷射量多；在所述高负荷高速域，所述控制器使所述前段喷射的燃料喷射量比所述后段喷射的燃料喷射量多。

[0046] 与以上所述一样，在发动机主体的工作状态处于高负荷低速域时，控制器使在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的时刻喷射燃料的后段喷射的燃料喷射量相对较多。因为这会缩短未燃混合气的可反应时间，所以在几何压缩比较高的高压缩比发动机中对于避免过早点火、爆燃等异常燃烧有利。

[0047] 另一方面，当发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，控制器相对地增多在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内喷射燃料的前段喷射的燃料喷射量。这能够抑制压缩冲程中缸内气体的温度上升，将压缩端温度抑制得较低。其结果是，也有利于在高速域避免异常燃烧。

[0048] 这样避免发动机在高负荷域的异常燃烧，就能够将点火时刻提前角化，有利于提高热效率和转矩。

[0049] 这里所公开的技术涉及一种火花点火式汽油发动机的控制方法。所述火花点火式汽油发动机具有几何压缩比被设定在15以上的汽缸且被供给含有至少汽油的燃料。该火花点火式汽油发动机的控制方法包括：当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于高负荷低速域时，在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的点火延迟期间内的时刻向所述汽缸内喷射燃料的步骤；以及当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于高负荷高速域时，在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内向所述汽缸内喷射燃料的步骤。

[0050] 这里所公开的控制方法是这样的，当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于高负荷域时，至少进行在到进气阀关闭为止的进气冲程期间内向所述气缸内喷射燃料的前段喷射和在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的时刻向所述气缸内喷射燃料的后段喷射。该控制方法包括：当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于所述高负荷低速域时，使所述后段喷射的燃料喷射量比所述前段喷射的燃料喷射量多的步骤；以及当所述火花点火式汽油发动机的工作状态处于所述高负荷高速域时，使所述前段喷射的燃料喷射量比所述后段喷射的燃料喷射量多的步骤。

[0051] －发明的效果－

[0052] 如上所述，在发动机主体的工作状态处于高负荷低速域时，该火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法是通过在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的点火延迟期间内的时刻进行燃料喷射来缩短未燃混合气的可反应时间，从而能够有效地避免异常燃烧。而且，当发动机主体的工作状态处于高负荷高速域时，在进气冲程期间内进行燃料喷射将压缩端温度抑制得较低，就能够有效地避免异常燃烧。其结果是，有利于降低发动机主体的工作状态处于高负荷域时的耗油量。附图说明

[0053] 图1是表示火花点火式汽油发动机构造的概略图。

[0054] 图2是与火花点火式汽油发动机的控制有关的方框图。

[0055] 图3A是放大示出活塞冠面的立体图。

[0056] 图3B是将燃烧室放大示出的剖视图(图3A中的b-b剖面图)。

[0057] 图3C是将燃烧室放大示出的剖视图(图3A中的c-c剖视图)。

[0058] 图4是示出发动机的工作区的图。

[0059] 图5是对低速域下高压延迟喷射的SI燃烧状态、和现有技术下的SI燃烧状态进行比较的图。

[0060] 图6是示出在未燃混合气可反应时间与燃烧结束时未燃混合气反应进度之间的关系中高压延迟喷射的SI燃烧和现有技术下的SI燃烧的不同点的图(上图)、以及燃料压力和与未燃混合气可反应时间相关的各个参数之间的关系的图(中图和下图中的各个图)。

[0061] 图7示出延迟喷射和进气冲程喷射下各自的发动机转速与指示热效率之间的关系。

[0062] 图8A示出延迟喷射和进气冲程喷射下各自的发动机转速与未燃混合气的反应时间之间的关系。

[0063] 图8B示出延迟喷射和进气冲程喷射下各自的发动机转速与压缩端压力之间的关系。

[0064] 图8C示出延迟喷射和进气冲程喷射下各自的发动机转速与压缩端温度之间的关系。

[0065] 图9的(a)示出延迟喷射的燃料喷射时刻和点火时刻以及由此产生的产热率,(b)示出进气冲程喷射的燃料喷射时刻和点火时刻以及由此产生的产热率。

[0066] 图10是对高速域下的进气冲程喷射和延迟喷射各自的(a)产热率、(b)质量燃烧比例、(c)未燃混合气反应进度、(d)未燃混合气温度、(e)比热比的变化情况进行比较的图。

[0067] 图11示出进气冲程喷射和延迟喷射下各自的发动机转速与燃烧重心位置之间的关系。

[0068] 图12是对进气冲程喷射的一点点火和两点点火各自的(a)产热率、(b)质量燃烧比例、(c)未燃混合气反应进度、(d)未燃混合气温度的变化情况进行比较的图。

[0069] 图13示出一点点火和两点点火各自的腔室的唇径和燃烧时间之间的关系。

具体实施方式

[0070] 下面，参照附图对火花点火式汽油发动机的控制装置的实施方式做说明。以下说明的实施方式为示例。图1、图2示出发动机(发动机主体)1的概略结构。该发动机1安装在车辆上，并且是被供给至少含有汽油的燃料的火花点火式汽油发动机。发动机1具有：设置有多个汽缸18(仅图示出一个)的汽缸体11、设置在该汽缸体11上的气缸盖12、以及设置在汽缸体11下侧且贮存润滑油的油盘13。活塞14嵌插在各汽缸18内做往复运动。
活塞14经由连杆142与曲轴15相连结。在活塞14的顶面上形成有与柴油发动机的凹形燃烧室形状一样的腔室141。当活塞14位于压缩上止点附近时，腔室141与后述的喷油器
67相对。此外，腔室141形状的详情后述。

[0071] 气缸盖12、汽缸18、具有腔室141的活塞14对燃烧室11进行划分(参照图3B)。此外，燃烧室19的形状并不限于图示的形状。腔室141的形状、活塞14的顶面形状以及燃烧室19顶部的形状等都可以适当地改变。

[0072] 出于提高理论热效率以及实现后述的压缩点火燃烧的稳定化等目的，将该发动机1的几何压缩比设定为15以上的较高几何压缩比。此外，几何压缩比可以在15以上20以下左右的范围内做适当的改变。

[0073] 每一个汽缸18都在气缸盖12上形成有进气口16和排气口17。这些进气口16上设置有将燃烧室19侧的开口打开、关闭的进气阀21，排气口17上设置有将燃烧室19侧的开口打开、关闭的排气阀22。

[0074] 驱动进气阀21和排气阀22的气门传动系内的排气侧气门传动系具有将排气阀22的工作模式切换为正常模式和特殊模式的、例如油压工作式可变机构(以下称为VVL(Variable Valve Lift))71(参照图2)。VVL71的详细结构省略图示，该VVL71包括具有一个凸轮尖(cam nose)的第一凸轮和具有两个凸轮尖的第二凸轮的凸轮轮廓不同的两种凸轮、有选择地将第一凸轮与第二凸轮中任一凸轮的工作状态传递给排气阀的空转机构。在将第一凸轮的工作状态传递给排气阀22时，排气阀22在在排气冲程中仅打开一次的正常模式下工作，相对于此，在将第二凸轮的工作状态传递给排气阀22时，排气阀22在在排气冲程中打开且在进气冲程中也打开的、所谓的排气二次打开的特殊模式下工作。后述PCM10根据发动机的工作状态对VVL71的正常模式和特殊模式进行切换。具体而言，特殊模式在涉及内部EGR的控制之际使用。此外，还可以采用能够在这样的正常模式和特殊模式之间进行切换，由电磁执行元件驱动排气阀22那样的电磁驱动式气门传动系来取代VVL71。内部EGR的执行不是只能靠两次打开排气才可以实现的。例如，既可以将进气阀21打开两次，通过进气阀的两次打开来进行内部EGR控制，也可以通过设定在排气冲程和进气冲程中将进气阀21和排气阀22都关闭的负重合时间来进行将既燃气体封闭在汽缸18内那样的控制。

[0075] 与具有VVL71的排气侧气门传动系相比，进气侧气门传动系具有：能够改变进气凸轮轴相对于曲轴15的旋转相位的变相位机构(以下称为VVT(Variable Valve Timing))72、能够连续地改变进气阀21的升程量的连续变升程机构(以下称为CVVL(Continuously Variable Valve Lift)73，如图2所示。VVT72只要适当地采用液压式、电磁式或机械式公知构造即可，其详细结构的图示省略。CVVL73也可以适当地采用公知的各种构造，其详细结构的图示省略。能够利用VVT72和CVVL73改变进气阀21的阀打开时刻、阀关闭时刻以及升程量。

[0076] 在每一个汽缸18的气缸盖12上都设置有将燃料直接喷射到汽缸18内的喷油器67。如图3B放大所示，喷油器67被设置成其喷口从燃烧室19顶面中央部面向该燃烧室19内部。喷油器67在与发动机1的工作状态相对应的喷射时刻将喷射量与发动机1的工作状态相对应的燃料直接喷到燃烧室19内。在该例中，虽然喷油器67的详情省略图示，但该喷油器67是具有多个喷口的多喷口式喷油器。这样一来，喷油器67喷射燃料时，雾状燃料会呈放射状。如图3B中箭头所示，从燃烧室19的中央部分放射状扩展着喷射出的雾状燃料在活塞14位于压缩上止点附近的时刻会沿着形成在活塞顶面的腔室141的壁面流动，到达后述火花塞25、26周围。也可以说，所形成的腔室141保证将在活塞14位于压缩上止点附近的时刻喷射的雾状燃料被收进其内部。该多喷口式喷油器67和腔室141的结合对于缩短燃料喷射后雾状燃料到达火花塞25、26周围的时间和缩短燃烧时间这两方面来说都是有利的。

[0077] 从喷油器67喷射燃料时的喷射角度θ被设定为较窄的角度(例如45°左右)。该较窄的喷射角度θ的详情后述，当在活塞14位于从上止点稍微偏向于下方的时刻喷射燃料时，既能够抑制燃料附着在汽缸18的壁面上，还能够将喷射出的燃料都收进腔室141内。如图3C所示，较窄的喷射角度θ也是一种在使腔室141的唇径(腔室上端开口直径)较小、伴随于此增大挤气面积这一方面有利的结构。此外，如后所述，挤气面积的增大有利于缩短燃烧时间。此外，喷油器67并不限于多喷口式喷油器。还可以采用外开阀型喷油器。

[0078] 未图示的燃料箱和喷油器67经由燃料供给路径相互连接起来。该燃料供给路径上设置有燃料供给系统62，该燃料供给系统62包括燃料泵63和高压共轨(common rail)64，能够以较高的燃料压力提供燃料。燃料泵63将燃料从燃料箱压送到高压共轨64，该高压共轨64以较高的燃料压力将压送到高压共轨64的燃料储存起来。喷油器67通过打开阀而从喷油器67的喷口将储存在高压共轨64的燃料喷射出来。这里，省略图示燃料泵63，但它是柱塞式泵，例如与曲轴和凸轮轴之间的正时带相连结。由发动机1驱动燃料泵63。结构上包括发动机驱动泵的燃料供给系统62能够将40MPa以上的高压力燃料供向喷油器67。供向喷油器67的燃料的压力如后所述根据发动机1的工作状态发生变化。此外，燃料供给系统62并不限于该结构。

[0079] 如图3B所示，气缸盖12上还安装有对燃烧室19内的混合气进行点火的火花塞25、26(此外，图1中省略图示火花塞)。该发动机1包括第一火花塞25和第二火花塞26这两个火花塞作火花塞用。两个火花塞25、26相对着设置在为各汽缸18设置的两个进气阀21和两个排气阀22之间，分别相对于缸18的中心轴朝斜下方延伸，贯穿着安装在气缸盖12内。如图3B所示，各火花塞25、26的顶端在设置在燃烧室19的中央部分的喷油器67的顶端附近面向燃烧室19内而设。这里，如上所述，因为活塞14腔室141的唇径被设定得较小，所以为避免第一火花塞25和第二火花塞26相互干涉，在腔室141形成有沿径向相对的两个凹部143、143(参照图3B、图3C)。由图3A、图3C明显可知，腔室141主体部分的形状为圆形，在腔室141的中心位置从喷油器76放射状喷射出来的雾状燃料在腔室141内大致均匀地扩展开来，形成均匀的混合气。

[0080] 如图1所示，进气通路30以与各汽缸18的进气口16连通的方式连接在发动机1的一侧面上。另一方面，将来自各汽缸18的燃烧室19的既燃气体(尾气)排出去的排气通路40连接在发动机1的另一侧面上。

[0081] 在进气通路30的上游端部设置有对吸入空气进行过滤的空气滤清器31。在进气通路30的下游端附近设置有稳压罐33。将比该稳压罐33更靠近下游侧的进气通路30定为分支给每一个汽缸18的独立通路，各独立通路的下游端分别与各汽缸18的进气口16相连接。

[0082] 在进气通路30上的空气滤清器31和稳压罐33之间设置有将空气冷却或者加热的水冷式中间冷却器／加热器34、以及调节对各汽缸18的吸入空气量的节气阀36。旁路中间冷却器／加热器34的中间冷却器旁路通路35与进气通路30相连接。在该中间冷却器旁路通路35上设置有用于调节通过该通路35的空气流量的中间冷却器旁路阀351。通过调节中间冷却器旁路阀351的开度来调节中间冷却器旁路通路35的通过流量和中间冷却器／加热器34的通过流量之比，就能够调节引入汽缸18内的新气的温度。

[0083] 排气通路40的上游侧部分由排气歧管构成，该排气歧管具有分支给每一个汽缸18的与排气口17外侧端相连接的独立通路、和该各独立通路集合在一起的集合部。在排气通路40的比排气歧管更靠近下游的下游侧连接有作为对尾气中的有害成分进行净化的排气净化装置的发动机附近的催化剂41和脚下催化剂(underfoot catalyst)42。发动机附近的催化剂41和脚下催化剂42分别包括缸状壳和布置在该壳内的流路上的例如三效催化剂。

[0084] 稳压罐33和节气阀36之间的那部分进气通路30和比发动机附近的催化剂41更靠近上游侧的那部分排气通路40，通过用于让一部分尾气回流到进气通路30的EGR通路50相连接。该EGR通路50由主通路51和EGR冷却器旁路通路53构成，该主通路51上布置有用发动机冷却水对尾气进行冷却的EGR冷却器52，该EGR冷却器旁路通路53用于将EGR冷却器52旁路。主通路51上设置有用于调节回流到进气通路30的尾气量的EGR阀
511，在EGR冷却器旁路通路53上设置有EGR冷却器旁路阀531，EGR冷却器旁路阀531用于调节流过EGR冷却器旁路通路53的尾气的流量。

[0085] 按以上所述构成的发动机1由动力控制模块(以下称为PCM)10控制。PCM10由具有CPU、存储器、计时器组、接口以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、图2所示，各种传感器SW1～SW16的检测信号输入PCM10。该各种传感器包括以下传感器。这些传感器是：在空气滤清器31的下游侧检测新气流量的空气流量传感器SW1和检测新气的温度的进气温度传感器SW2、设置在中间冷却器／加热器34下游侧且检测通过中间冷却器／加热器34后的新气的温度的第二进气温度传感器SW3、设置在EGR通路50的与进气通路30相连接的连接部附近且检测外部EGR气体的温度的EGR气体温度传感器SW4、安装在进气口16处且检测即将流入汽缸18内的进气的温度的进气口温度传感器SW5、安装在气缸盖12上且检测汽缸18内的压力的缸内压力传感器SW6、设置在排气通路40的与EGR通路50相连接的连接部附近且分别检测排气温度和排气压力的排气温度传感器SW7和排气压力传感器SW8、设置在发动机附近的催化剂41的上游侧且检测排气中的氧的浓度的线性O2传感器SW9、设置在发动机附近的催化剂41和脚下催化剂42之间且检测排气中的氧的浓度的λ式O2传感器SW10、检测发动机冷却水的温度的水温传感器SW11、检测曲轴15的旋转角的曲轴角传感器SW12、检测与车辆踏板(图示省略)的操作量相对应的油门开度的油门开度传感器SW13、进气侧和排气侧的凸轮角传感器SW14、SW15、以及安装在燃料供给系统62的高压共轨64上且检测供向喷油器67的燃料的压力的燃压传感器SW16。

[0087] PCM10通过根据这些检测信号进行各种运算来判断发动机1、车辆的状态，再根据该判断结果将控制信号输给喷油器67、第一和第二火花塞25、26、进气阀一侧的VVT72和CVVL73、排气阀一侧的VVL71、燃料供给系统62以及各种阀(例如节气阀36、中间冷却器旁路阀351、EGR阀511以及EGR冷却器旁路阀531)的执行元件。PCM10就这样让发动机1工作。

[0088] 图4示出发动机1的工作区之一例。该发动机1出于降低耗油量、提高尾气排放性能的目的，在发动机负荷相对较低的低负荷域，不利用火花塞25、26进行点火，而进行借助压缩自我点火而燃烧的压缩点火燃烧。但是，随着发动机1负荷的提高，压缩点火燃烧的燃烧会变得过于急剧，而会出现例如燃烧噪音等问题。因此，该发动机1在发动机负荷相对较高的高负荷域，停止压缩点火燃烧，利用火花塞25、26进行火花点火燃烧。发动机1在根据发动机1的工作状态特别是发动机1负荷的高低进行压缩点火燃烧的压缩点火CI(Compression Ignition)模式、和进行火花点火燃烧的火花点火SI(Spark Ignition)模式之间切换。但是，模式切换的边界线并不限于图中所示之例。

[0089] 在CI模式下，发动机1基本上在例如进气冲程到压缩冲程中较早的时刻向汽缸18内喷射燃料。由此形成比较均质的稀薄混合气。混合气在压缩上止点附近的时刻进行压缩自我点火。此外，燃料喷射量根据发动机1的负荷设定。

[0090] 在CI模式下，发动机1通过VVL71的控制在进气冲程中进行让排气阀22打开的排气阀两次打开动作，由此将内部EGR气体引入汽缸18内。内部EGR气体的引入会使压缩端温度提高，从而使压缩点火燃烧稳定化。

[0091] 因为汽缸18内的温度伴随着发动机负荷的上升而自然升高，所以从避免过早点火的观点出发，发动机1在发动机负荷较高时让内部EGR量下降。可以通过例如CVVL73的控制来调节进气阀21的升程量，由此来调节内部EGR量；还可以通过调节节气阀36的开度来调节内部EGR量。

[0092] 发动机负荷进一步升高，若例如在图4所示的工作区在CI模式和SI模式的切换边界线附近进行内部EGR，缸内温度就会过高而难以对压缩点火进行控制。于是，在CI模式下的工作区负荷较高的区域，发动机1停止进行内部EGR，取而代之，打开EGR阀511，将被EGR冷却器52冷却的外部EGR气体引入汽缸18内。由此而能够将缸内温度抑制得较低，能够对压缩点火进行控制。

[0093] 相对于此，在SI模式下，发动机1基本上在从进气冲程到膨胀冲程初期的这段时间内向汽缸18内喷射燃料，详情后述。由此而在汽缸内形成均质甚至成层的混合气，在压缩上止点附近的时刻驱动火花塞，对该混合气进行点火。发动机1在SI模式下还将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ＝1)。这会使三元催化剂的利用成为可能，对于提高尾气排放性能有利。

[0094] 在SI模式下，发动机1将节气阀36完全打开且调节EGR阀511的开度来调节引入汽缸18内的新气量和外部EGR气体量，以调节填充量。这对于降低泵损失和冷却损失都是有效的。而且引入已冷却的外部EGR气体具有以下优点：有助于避免异常燃烧，并且能抑制未处理NOx的生成。此外，发动机1在满负荷域通过关闭EGR阀511来切断外部EGR。

[0095] 如上所述，该发动机1的几何压缩比被设定在15以上(例如18)。因为较高的压缩比会使压缩端温度和压缩端压力升高，所以在CI模式下对压缩点火燃烧的稳定化有利。另一方面，该高压缩比发动机1在高负荷域切换为SI模式，所以有时候会发生容易过早点火、爆燃等异常燃烧这样的不良现象。

[0096] 于是，在发动机的工作状态处于高负荷低速域(参照图4中的(1)，此外，这里所说的“低速域”相当于将发动机1的工作区分为低、中、高速三种速度时的低速域)时，该发动机1是通过进行使燃料的喷射形态与现有技术大不相同的SI燃烧来避免异常燃烧的。具体而言，该燃料的喷射形态是这样的：在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的大幅度延迟角的期间(以下将该期间称为点火延迟期间)内以与现有技术相比大幅度高压化的燃料压力从喷油器67向汽缸18内喷射燃料。以下称具有该特征的燃料喷射形态为“高压延迟喷射”或者简称为“延迟喷射”。

[0097] 另一方面，在发动机的工作状态处于高负荷高速域(参照图4中的(2)参照，此外，这里所说的“高速域”相当于将发动机1的工作区分为低、中、高速三个区时的中速和高速域)时，发动机1不在点火延迟期间喷射燃料，而是在进气阀21已打开的进气冲程期间内喷射燃料。以下将该燃料喷射形态称为“进气冲程喷射”。

[0098] 参照附图对高压延迟喷射做说明。图5是对所述高压延迟喷射的SI燃烧(实线)、在进气冲程中喷射燃料的现有SI燃烧(虚线)中产热率(上图)和未燃混合气反应进度(下图)的不同点进行比较的图。图5中的横轴表示曲轴角。作为该比较的前提，发动机1的工作状态都处于高负荷低速域，高压延迟喷射的SI燃烧时的喷射燃料量和现有的SI燃烧时的喷射燃料量彼此相等。

[0099] 在现有技术中的SI燃烧下，在进气冲程中向汽缸18内喷射规定量的燃料(上图中的虚线)。在从该燃料喷射开始后到活塞14到达压缩上止点这段时间内在汽缸18内形成较均质的混合气。而且，在该例中，在压缩上止点以后的、空心圆表示的规定时刻点火，由此而开始燃烧。燃烧开始后，如图5的上图中的虚线所示，产热率的峰值过后燃烧结束。这里，从开始喷射燃料到燃烧结束这段时间相当于未燃混合气的可反应时间(以下有时称为可反应时间)。如图5的下图中虚线所示，在这段时间内未燃混合气的反应逐渐深入。该图中圆点连成的线表示未燃混合气实现点火的反应度即点火阈值，现有技术中的SI燃烧再加上是低速域，可反应时间非常长，在这段时间内未燃混合气的反应持续进行，在点火前后未燃混合气的反应度超过点火阈值，会引起过早点火或爆燃等异常燃烧。

[0100] 相对于此，高压延迟喷射的目的在于：谋求缩短可反应时间，避免异常燃烧。也就是说，图5中也示出，可反应时间为喷油器67喷射燃料的那段时间((1)喷射时间)、从喷射结束后到在火花塞25、26周围形成可燃混合气的那段时间((2)混合气形成时间)、到因点火而开始的燃烧结束的那段时间((3)燃烧时间)相加的时间，也就是说(1)＋(2)＋(3)。高压延迟喷射将喷射时间、混合气形成时间以及燃烧时间分别缩短，由此来缩短可反应时间。依次做说明。

[0101] 首先，高燃料压力使每单位时间从喷油器67喷射的燃料量相对增多。因此，如图6的中段(1)所示，在使燃料喷射量一定的情况下，燃料压力和燃料喷射时间之间的关系大致是：燃料压力越低，喷射时间越长；燃料压力越高，喷射时间越短。因此，将燃料压力设定得大幅度地大于现有技术的高压延迟喷射会缩短喷射时间。

[0102] 高燃料压力不仅有利于将喷射到汽缸18内的雾状燃料微粒化，还会使雾状燃料的飞行距离更长。因此，如图6的下段(A)所示，燃料压力和燃料蒸发时间的关系大致为：燃料压力越低，燃料蒸发时间越长；燃料压力越高，燃料蒸发时间越短。如图6的下段(B)所示，燃料压力与雾状燃料到达火花塞25、26周围为止的时间之间的关系大致为：燃料压力越低，到达为止的时间越长；燃料压力越高，到达为止的时间越短。此外，雾状燃料到达火花塞25、26周围为止的时间能够由从喷油器67的顶端到火花塞25或火花塞26的喷雾飞行距离和与燃料压力成正比的燃料喷射速度计算出来。因为混合气形成时间是燃料蒸发时间与雾状燃料到达火花塞25、26周围的时间相加后的时间((A)＋(B))，所以如图6中段的(2)所示，燃料压力越高，混合气形成时间就越短。因此，将燃料压力设定为大幅度地高出现有技术的高压延迟喷射会使燃料蒸发时间和雾状燃料到达火花塞25、26周围的时间分别缩短，结果是会缩短混合气形成时间。相对于此，如该图中空心圆所示，现有技术中低燃料压力下的进气冲程喷射会导致混合气形成时间大幅度地加长。此外，如上所述，多喷口式喷油器67和腔室141的结合会缩短从燃料喷射后到雾状燃料到达火花塞25、26周围为止的时间，结果是对于缩短混合气形成时间是有效的。

[0103] 这样，喷射时间和混合气形成时间的缩短就能够使燃料的喷射时刻，更准确地讲，喷射开始时刻比较迟。因此，如图5中的上图所示，高压延迟喷射是在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期为止的点火延迟期间内喷射燃料的。伴随着以高燃料压力向汽缸18内喷射燃料，该汽缸内的紊流增强，汽缸18内的紊流能量升高，该较高的紊流能量再加上燃料喷射时刻被设定在较迟的时刻，会对燃烧时间的缩短有利。

[0104] 也就是说，如图6下段中的(D)所示，在点火延迟期间内进行燃料喷射的情况下，燃料压力和燃烧时间内的紊流能量之间的关系大致为：燃料压力越低，紊流能量越低；燃料压力越高，紊流能量越高。此外，该图中的虚线示出的是在进气冲程中进行燃料喷射之例。即使以高燃料压力向汽缸18内喷射燃料，在该喷射时刻在进气冲程中的情况下，汽缸18内的紊流也会因为到点火时刻为止的时间较长以及在进气冲程后的压缩冲程中汽缸18内被压缩而衰减。其结果是，在进气冲程中进行燃料喷射的情况下，不管燃料压力是高还是低，燃烧时间内的紊流能量都会比较低。

[0105] 如图6下段中的(C)所示，燃烧时间内的紊流能量和燃烧时间之间的关系大致为：紊流能量越低，燃烧时间越长；紊流能量越高，燃烧时间越短。因此，由图6中的(C)、(D)可知，燃料压力与燃烧时间之间的关系为：如图6的中段(3)所示，燃料压力越低，燃烧时间越长；燃料压力越高，燃烧时间越短。也就是说，高压延迟喷射会缩短燃烧时间。相对于此，如该图中空心圆所示，现有技术中的较低燃料压力的进气冲程喷射会使燃烧时间增长。此外，多喷口式喷油器67对于提高汽缸18内的紊流能量有利，对于缩短燃烧时间是有效的，而且该多喷口式喷油器67和腔室141相结合能够将雾状燃料收进腔室141内，并且对于燃烧时间的缩短是有效的。

[0106] 从图6中的(3)所示的燃料压力与燃烧时间之间的关系可知，换句话说，从该曲线形状可知，将燃料压力设定在例如40MPa以上就能够有效地缩短燃烧时间。40MPa以上的燃料压力也能够有效地缩短喷射时间和混合气形成时间。此外，优选根据至少含有汽油的使用燃料的性质状态适当地设定燃料压力。作为其上限值之一例可为120MPa。

[0107] 这样的高压延迟喷射将喷射时间、混合气形成时间以及燃烧时间分别缩短。其结果是，如图5所示，与现有技术进气冲程中的燃料喷射相比，能够使从燃料的喷射开始时刻SOI到燃烧结束时θend的未燃混合气的可反应时间大幅度缩短。缩短可反应时间的结果，如图6的上段中空心圆所示，当现有技术的低燃料压力下的进气冲程喷射在燃烧结束时未燃混合气的反应进度超过点火阈值，要发生异常燃烧时，高压延迟喷射却如实心圆所示，能够抑制燃烧结束时未燃混合气反应的进行，避免异常燃烧。此外，图6上图中的空心圆和实心圆所表示的点火时刻被设定为彼此相同的时刻。

[0108] 高压延迟喷射这一做法，通过改进向汽缸18内的燃料喷射的形态来避免异常燃烧。与此不同，出于避免异常燃烧的目的将点火时刻延迟角化的做法现今已为众人所知。点火时刻的延迟角化是通过抑制未燃混合气的温度及压力上升来抑制该反应进行的。但是，点火时刻的延迟角化会导致热效率和转矩下降，而相对于此，在进行高压延迟喷射的情况下通过改进燃料喷射的形态来避免异常燃烧。因为这一异常燃烧的避免能够让点火时刻相应地提前角化，所以热效率和转矩提高。也就是说，高压延迟喷射这一做法不仅能够避免异常燃烧，这一异常燃烧的避免还能够让点火时刻相应地提前角化，而有利于降低耗油量。

[0109] 如上所述，高压延迟喷射是通过在点火延迟期间内进行燃料喷射来缩短未燃混合气的可反应时间的，在发动机1转速较低的低速域，因为实时间相对于曲轴角变化较长，所以该可反应时间的缩短是有效的。相对于此，在发动机1转速较高的高速域，因为实时间相对于曲轴角变化较短，所以该可反应时间的缩短并不那么有效。例如，如图7所示，当发动机转速较低时，延迟喷射这一做法能够得到较高的指示热效率。如果发动机转速升高，指示热效率则会下降。

[0110] 图8A示出未燃混合气的可反应时间相对于发动机转速的变化情况。延迟喷射下，不管发动机转速是高还是低，可反应时间基本相同。另一方面，因为延迟喷射下将燃料喷射时刻设定在压缩上止点附近，所以在压缩冲程中是不含燃料的、换句话说比热比较高的空气被压缩。这将导致汽缸18内压缩上止点处的温度(也就是说，压缩端温度)升高。例如，图8B示出延迟喷射时的压缩端压力和进气冲程喷射时的压缩端压力的不同，图8C示出延迟喷射时的压缩端温度和进气冲程喷射时的压缩端温度的不同。据此，在压缩冲程中的缸内气体的比热比相对增高的延迟喷射时，压缩端压力和压缩端温度相对升高，特别是压缩端温度升高。因为该较高的压缩端温度会导致爆燃，所以在延迟喷射时需要将点火时刻延迟角化以避免爆燃。如图7所示，这会导致延迟喷射时高转速下的热效率下降。

[0111] 于是，该发动机1在高负荷高速域不进行延迟喷射，而进行进气冲程喷射。图9是对高压延迟喷射(参照该图(a))和进气冲程喷射(参照该图(b))的喷射时刻和点火时刻进行比较的图。此外，图中所示的喷射时刻、点火时刻是高压延迟喷射和进气冲程喷射之一例，喷射时刻、点火时刻并不限于图中所示的时刻。

[0112] 如上所述，高压延迟喷射是在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的点火延迟期间内(图例中，压缩上止点前的压缩冲程后期)进行燃料喷射，在压缩上止点附近的时刻点火。该点火是通过驱动第一火花塞25和第二火花塞26中的任一个活塞来进行的。这是因为高压延迟喷射能够确保充分短的燃烧时间之故。这样来开始燃烧，如该图中实线所示，产热率的峰值过后，燃烧就结束。此外，还可以让第一和第二火花塞25、26都工作。

[0113] 相对于该高压延迟喷射，进气冲程喷射是在到如图9(b)中虚线所示到进气阀21关闭为止，换句话说，在包括进气阀21打开的那段时间的进气冲程期间内进行燃料喷射的。此外，图例中，因为发动机1的工作区为高负荷高速域，所以将进气阀21的关闭时刻设定成比进气下止点晚。因为该进气冲程喷射要尽可能地将燃料收进活塞14的腔室141内，所以优选在活塞14位于进气上止点附近的时刻进行该进气冲程喷射。此外，如上所述，因为喷油器67的喷射角度θ被设定为较窄的角度，所以即使活塞14多少有点远离进气上止点，燃料也容易被收进腔室141内。也就是说，将喷油器67的喷射角度θ设定得较窄，能够提高进气冲程喷射下燃料喷射时刻的自由度。

[0114] 因为进气冲程喷射是在汽缸内压力较低的状态下喷射燃料，也没有上述的缩短未燃混合气的反应时间那样的要求，所以不需要高压延迟喷射那样的高燃料压力。于是，在进行进气冲程喷射时使燃料压力比高压延迟喷射时的燃料压力低。可以将燃料压力设定为小于40MPa，例如20MPa左右。这会抑制对燃料泵63的驱动，发动机1的机械损失也会降低，因此对于降低耗油量有利。

[0115] 进气冲程喷射会降低压缩冲程中缸内气体(也就是说，含有燃料的混合气)的比热比，由此来将压缩端温度抑制得较低。因为压缩端温度这样降低能够抑制爆燃，所以能够使点火时刻提前角化。与高压延迟喷射一样，进气冲程喷射下也是在压缩上止点附近的时刻进行点火。但是，从缩短燃烧时间的观点出发，将进气冲程喷射下的点火定为第一和第二火花塞25、26一起工作的两点点火。第一和第二火花塞25、26只要同时点火即可。还可以让第一和第二火花塞25、26依次工作。

[0116] 参照图10说明发动机1处于高负荷高转速域时高压延迟喷射和进气冲程喷射下缸内状态、燃烧状态的不同之处。图10示出高压延迟喷射时和进气冲程喷射时的(a)产热率、(b)质量燃烧比例、(c)未燃混合气反应进度、(d)未燃混合气温度亦即(e)比热比各自相对于曲轴角的变化情况。

[0117] 首先，如图10的(c)中点划线所示，作为高压延迟喷射之一例假定在压缩上止点以前喷射燃料。高压延迟喷射下，如该图10的(e)中点划线所示，因为压缩冲程中缸内气体的比热比较高，所以如该图10的(d)中点划线所示，在压缩冲程中未燃混合气温度大幅度上升。此外，虽省略图示，高压延迟喷射时的未燃混合气压力与进气冲程喷射时的未燃混合气压力基本上相同。

[0118] 进行高压延迟喷射时，因为该较高的缸内温度，所以如该图10的(c)中点划线所示，燃料喷射后，未燃混合气反应进度急速加快，点火前未燃混合气反应进度超过点火阈值，也就是说，过早点火。要想避免过早点火，如图10的(c)中空心箭头所示，需要通过让燃料喷射时刻延迟到例如压缩上止点以后的膨胀冲程，让未燃混合气反应进度缓慢上升(参照图10的(c)中的虚线)。

[0119] 要想避免爆燃(尾气爆燃)，在质量燃烧比例达到90％以前需要未燃混合气的反应进度达不到点火阈值(参照该图10的(b)、(c)中的虚线)，因为如上所述，高压延迟喷射下汽缸18内的温度较高，所以如该图10的(a)中空心箭头所示，如果不让点火时刻延迟角化，则无法避免爆燃。这样的点火时刻的点火延迟，如图10的(a)中虚线所示，因为燃烧重心位置大大地偏离压缩上止点，所以会导致热效率和转矩下降，甚至耗油量下降。此外，这里的点火是两点点火。

[0120] 相对于此，进气冲程喷射是在图10中未图示的进气冲程期间内进行燃料喷射，所以压缩冲程中比热比较低的混合气被压缩(参照图10(e)中的实线)，如图10的(d)中实线所示，抑制了未燃混合气温度的上升，压缩端温度被抑制得较低。因此会有利于抑制过早点火。

[0121] 因为压缩端温度被抑制得很低，所以有利于避免爆燃，即使不让点火时刻延迟角化，也能够避免爆燃(参照该图10的(b)、(c)中的实线)。这样一来，如该图10的(a)中实线所示，通过让点火时刻尽量靠近压缩上止点来让燃烧重心位置接近压缩上止点，就有利于提高热效率和转矩，甚至降低耗油量。

[0122] 如上所述，高压延迟喷射下，为避免在高转速域发生过早点火和爆燃必须延迟燃料的喷射时刻和点火时刻，发动机转速越高，该延迟角的量就越大。其结果是，如图11所示，发动机转速和燃烧重心位置的关系是，高压延迟喷射下，随着发动机转速升高，燃烧重心位置会朝着延迟角一侧移动。因此，如图7所示，高压延迟喷射下，在发动机转速相对较低的低速域能够确保较高的指示热效率，在发动机转速相对较高的高速域指示热效率下降。

[0123] 相对于此，在进气冲程喷射下，在发动机转速相对较低的低速域，未燃混合气的可反应时间加长，容易产生过早点火，所以难以实施。但是在发动机转速相对较高的高速域，如图11所示，既能够有效地避免过早点火和爆燃，又能够将燃烧重心位置维持在提前角一侧。如图7所示，在进气冲程喷射下，在发动机转速相对较高的高速域有可能达到较高的指示热效率。

[0124] 因此，该发动机1在图4所示的区域(1)，也就是说高负荷低转速域，通过进行高压延迟喷射，既避免异常燃烧又提高热效率。另一方面，在图4所示的区域(2)，也就是说高负荷高转速域，通过进行进气冲程喷射，既避免异常燃烧又使热效率提高。

[0125] 在发动机1的高负荷高转速域，如上所述，除进行进气冲程喷射以外时，还进行两点点火。图12是以高负荷高转速域的进气冲程喷射为前提，对一点点火和两点点火加以比较的图，图12示出(a)产热率、(b)质量燃烧比例、(c)未燃混合气反应进度以及(d)未燃混合气温度各自相对于曲轴角的变化情况。

[0126] 首先，如该图中点划线所示，假定在压缩上止点前的时刻进行一点点火。在该情况下，因为火焰的扩大较慢，所以在质量燃烧比例达到90％以前，未燃混合气的反应进度超过点火阈值而会产生爆燃(参照该图12的(b)、(c))。因此，要想利用一点点火避免爆燃，就必须如该图12的(a)中空心箭头所示的那样将点火时刻延迟角化，伴随于此，像虚线所示的那样，燃烧重心位置朝着延迟角一侧移动。也就是说，对于热效率和转矩的提高是不利的。

[0127] 相对于此，进行两点点火以后，火焰就会从燃烧室19内的多个火种分别扩大，火焰迅速扩大，燃烧时间缩短。因此，即使点火时刻在压缩上止点以后，通过两点点火也能够如该图10的(a)中实线所示，燃烧重心位置尽量地位于提前角一侧，有利于提高热效率和转矩，甚至降低耗油量。此外，火花塞的数量并不限于两个。而且可以在高压延迟喷射时进行多点点火。

[0128] 图13示出进气冲程喷射下腔室141的唇径与燃烧时间之间的关系之一例。如图3C所示，因为缩小唇径，挤气面积增大(此外，假定活塞直径相同)，所以越靠近图13的左侧对应的就是挤气越强。该图明显地反映出：无论是一点点火还是两点点火，缩小唇径增强挤气，都会增强汽缸18内的流动，缩短燃烧时间。特别是，两点点火与较小唇径的结合能够将燃烧时间缩短到目标水平上。这将有利于避免爆燃，有利于热效率和转矩提高。

[0129] 此外，如上所述，尽管缩小唇径对于将从喷油器67喷出的雾状燃料收进腔室141内这一点来说是不利的，但是通过将喷油器67的燃料喷射角度θ设定为较小的值，则能够缩小唇径。因此，该结构通过将较小的腔室和较强的挤气相结合而有利于缩短燃烧时间的缩短。

[0130] 此外，在上述结构下，在高负荷高速域仅进行进气冲程喷射，但是还可以如图9(b)中点划线所示，不仅进行进气冲程喷射，还在点火延迟期间内进行燃料喷射。在点火延迟期间内进行燃料喷射，如上所述，能够加强汽缸18内的流动，对燃烧时间的缩短是有利的。因此也有利于避免爆燃。

[0131] 可以在压缩端温度在规定温度以下的条件下，具体例为外气温度在规定温度以下时等将该进气冲程喷射和延迟喷射相结合。也就是说，因为压缩端温度达到规定温度以下那样的条件本来是有利于避免异常燃烧的条件，所以即使减少在进气冲程期间内喷射的燃料量也能够避免异常燃烧。于是，通过在点火延迟期间内再喷射所减少的这一部分燃料，则有利于缩短燃烧时间。

[0132] 在上述结构下，在高负荷的SI模式下，是在低速域和高速域切换燃料的喷射时刻，但是在SI模式下可以这样做，不仅进行进气冲程期间内的前段喷射和在点火延迟期间内的后段喷射，而且在低速域使后段喷射所喷射的燃料喷射量比前段喷射所喷射的燃料喷射量大，在高速域使前段喷射所喷射的燃料喷射量比后段喷射所喷射的燃料喷射量大。该情况下也会与上述控制一样，在高负荷低速域和高速域分别避免异常燃烧，有利于提高热效率和转矩，进而有利于降低耗油量。

[0133] 此外，还可以这样，不仅用设在汽缸18内的喷油器67进行进气冲程期间内的燃料喷射，还通过设置在进气口16的口喷油器向进气口16内喷射燃料。

[0134] 这里所公开的技术不仅对上述自然进气发动机适用，对于带涡轮增压器的发动机也适用。带涡轮增压器的发动机有可能将CI模式的区域扩大到高负荷一侧。

[0135] 可以根据需要使高压延迟喷射成为分割喷射，同样也可以根据需要使进气冲程喷射成为分割喷射。

[0136] 在上述结构下，在发动机1的工作状态处于低速域内的低负荷域时，为进行压缩点火燃烧的CI模式，但是在发动机1的工作状态处于低速域内的低负荷域时，也可以代替此，对成层化的稀薄混合气进行火花点火并使其燃烧的工作模式。

[0137] －符号说明－

[0138] 1 发动机(发动机主体)

[0139] 10 PCM(控制器)

[0140] 18 汽缸

[0141] 21 进气阀

[0142] 25 第一火花塞

[0143] 26 第二火花塞

[0144] 50 EGR通路(冷却EGR部件)

[0145] 511 EGR阀(冷却EGR部件)

[0146] 52 EGR冷却器(冷却EGR部件)

[0147] 62 燃料供给系统(燃压可变机构)

[0148] 67 喷油器(燃料喷射阀)

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