压缩着火式发动机的控制装置
阅读：1022发布：2020-09-17
专利汇可以提供压缩着火式发动机的控制装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且目的在于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。在第一运行区域（B11）及比其靠近高负荷侧的第二运行区域（B12）上，形成汽缸内的 空燃比 为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使混合气燃烧，并且，以第一运行区域（B11）上，发动机负荷较高时相比于较低时，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提前的形式控制进气可变机构（13a），以第二运行区域（B12）上，发动机负荷较高时相比于较低时，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控制进气可变机构（13a）。，下面是压缩着火式发动机的控制装置专利的具体信息内容。
1.一种压缩着火式发动机的控制装置，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：变更所述进气门的开门时期的进气可变机构；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，
在规定的第一运行区域运行时，以形成所述汽缸内的空气与燃料的比例即空燃比在理论空燃比附近且所述汽缸内有已燃气体残留的G/F较稀环境的形式控制所述进气可变机构的同时以所述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，以在发动机回转数相同的条件下，发动机负荷较高时相比于较低时，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提前的形式控制所述进气可变机构；
在比所述第一运行区域靠近高负荷侧的第二运行区域运行时，以形成所述汽缸内的空气与燃料的比例即空燃比在理论空燃比附近且所述汽缸内有已燃气体残留的G/F较稀环境的形式控制所述进气可变机构的同时以所述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，以在发动机回转数相同的条件下，发动机负荷较高时相比于较低时，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控制所述进气可变机构。
2.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，
所述进气可变机构同时变更所述进气门的开门时期及闭门时期。
3.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，
所述第一运行区域及所述第二运行区域以规定的第一基准负荷为界线在发动机负荷方向邻接；
以如下形式设定所述第一运行区域及所述第二运行区域内的所述进气门的开门时期：
发动机负荷以跨越所述第一基准负荷的形式变化时，所述进气门的开门时期连续变化。
4.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，
还具备对向汽缸导入的进气进行增压的增压机；
所述燃烧控制部以在所述第一运行区域上不进行所述增压机的增压的形式控制该增压机。
5.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，
具备EGR装置，所述EGR装置包括连通所述进气通路和所述排气通路的EGR通路、和调节经由该EGR通路从所述排气通路向所述汽缸回流的排气的量的EGR操作部；
所述燃烧控制部在所述第二运行区域中的至少一部分的发动机转速域上，以发动机负荷较高时相比于较低时，通过所述EGR装置导入汽缸的排气的比例即外部EGR率变大的形式控制所述EGR装置。
6.根据权利要求1所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，
还具备变更所述排气门的闭门时期的排气可变机构；
所述燃烧控制部为，
在设定于进行所述G/F较稀环境下的部分压缩着火燃烧的运行区域的低负荷侧的一部分上的第三运行区域运行时，以发动机负荷较高时相比于较低时，所述排气门的闭门时期在比排气上死点靠近滞后侧的范围内滞后的形式控制所述进气可变机构；
在设定于进行所述G/F较稀环境下的部分压缩着火燃烧的运行区域的高负荷侧的一部分上的第四运行区域运行时，以发动机负荷较高时相比于较低时，所述排气门的闭门时期在比排气上死点靠近滞后侧的范围内提前的形式控制所述进气可变机构。
7.根据权利要求6所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，
所述第一运行区域及所述第二运行区域以规定的第一基准负荷为界线在发动机负荷方向邻接；
所述第三运行区域及所述第四运行区域以规定的第二基准负荷为界线在发动机负荷方向邻接；
所述第一基准负荷和所述第二基准负荷在至少一部分的发动机转速域上设定为相同的值。
8.根据权利要求1至7的任一项所述的压缩着火式发动机的控制装置，其特征在于，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。
压缩着火式发动机的控制装置
技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
发明内容
[0006] 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）的上升起因于活塞的压缩功带来的压力上升和由SI燃烧的发热产生的压力上升二者。SI燃烧带来的压力上升为，燃烧速度即火焰传播速度越高则越大。残留在汽缸内的已燃气体即残留气体量较多时，因该已燃气体即失活气体阻碍火焰的传播，所以火焰传播速度变低。因此，残留在汽缸内的已燃气体越多，SI燃烧带来的压力上升越慢。由此，为了使SI燃烧带来的压力上升量成为在压缩上死点附近发生CI燃烧的量，可考虑使残留气体量越靠近燃料量较少的汽缸内的发热量较少的低负荷侧（发动机负荷较低侧）越少，从而提高SI燃烧的燃烧速度。
[0007] 另一方面，燃料量较多的汽缸内的发热量较大时，即在高负荷侧（发动机负荷较高侧），排气的温度、即前述的残留气体的温度较高。因此，在高负荷侧，可考虑通过增多高温的残留气体量来提高汽缸内的温度，从而提高SI燃烧的稳定性。
[0008] 如前所述的残留气体量的调节被认为能通过使进气门的开门正时在排气行程中随着发动机负荷的上升而提前（随着发动机负荷的降低而使之滞后）来实现。因此，本案发明人们对进气门的开门正时进行了认真研究。结果发现，若随着发动机负荷的上升而使进气门的开门正时在排气行程中单纯提前，则会产生发动机负荷较高时燃烧噪音过大这样的新问题。如此，为了SPCCI燃烧的实用化，需要更为适当地控制进气门的开门正时。
[0009] 本发明鉴于上述情况而成，目的在于提供一种可在实现SPCCI燃烧中的SI燃烧的适当的火焰传播的同时降低燃烧噪音的压缩着火式发动机的控制装置。
[0010] 解决问题的手段：本申请发明人们对前述的问题，即若随着发动机的负荷上升而将进气门的开门时期提前则燃烧噪音过大的问题，认真研究了其要因。结果查知，在发动机负荷相对较高的汽缸内的温度易变高的条件下，若将进气门的开门时期提前则残留气体（汽缸内残留的已燃气体）的量增大，所以压缩开始时的缸内温度因该残留气体所持的热而上升，压缩上死点附近的缸内温度过度升高，结果伴随CI燃烧的放热而来的压力上升过剩从而产生过度的燃烧噪音。基于该见解，本申请发明人们发现，在发动机负荷相对较低时，以发动机负荷越低，抑制SI燃烧带来的压力上升的残留气体量越少，且发动机负荷越高，使缸内温度上升的残留气体量越多的形式，随着发动机负荷的增加而将进气门的开门时期提前，在发动机负荷相对较高时，以增加缸内温度的残留气体减少的形式，随着发动机负荷的增加而将进气门的开门时期滞后，由此，能在实现SPCCI燃烧中的SI燃烧的适当的火焰传播的同时降低燃烧噪音。
[0011] 本发明基于上述想法，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：变更所述进气门的开门时期的进气可变机构；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；所述燃烧控制部在规定的第一运行区域运行时，以形成所述汽缸内的空气与燃料的比例即空燃比在理论空燃比附近且所述汽缸内有已燃气体残留的G/F较稀环境的形式控制所述进气可变机构的同时以所述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，以在发动机回转数相同的条件下，发动机负荷较高时相比于较低时，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提前的形式控制所述进气可变机构；在比所述第一运行区域靠近高负荷侧的第二运行区域运行时，以形成所述汽缸内的空气与燃料的比例即空燃比在理论空燃比附近且所述汽缸内有已燃气体残留的G/F较稀环境的形式控制所述进气可变机构的同时以所述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，以在发动机回转数相同的条件下，发动机负荷较高时相比于较低时，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控制所述进气可变机构。
[0012] 根据本发明，能在实现SPCCI燃烧中的SI燃烧的适当的火焰传播的同时降低燃烧噪音。
[0013] 具体而言，本发明中，在低负荷侧的第一运行区域，进气门的开门时期以发动机负荷较低时相比于较高时，在比排气上死点靠近提前侧的范围内滞后的形式（发动机负荷较高时相比于较低时，在比排气上死点靠近提前侧的范围内提前）被控制。即，以发动机负荷较低时排气行程中进气门开门的期间短于较高时的形式控制进气门。
[0014] 在低负荷侧的第一运行区域中发动机负荷较低的区域上，若使大量的已燃气体即失活气体残留在缸内，则因失活气体阻碍火焰的传播而使得火焰传播速度变慢从而SI燃烧变得不稳定。对此，根据所述结构，在该发动机负荷较低的区域，能减少从汽缸向进气道排出并再度流入汽缸的已燃气体的量，所以能抑制空气与燃料的反应因失活气体而受阻碍从而确保SI燃烧的稳定性，即能实现SPCCI燃烧中的SI燃烧的适当的火焰传播。
[0015] 另一方面，由于发动机负荷变高时放热量变大，所以汽缸内生成的已燃气体的温度变高。在此，若缸内温度变高则火焰传播变易。对此，根据所述结构，在第一运行区域中发动机负荷较高的区域上，能增多向所述进气道排出后再度流入汽缸的已燃气体的量从而提高汽缸内的温度，能促进火焰传播，即提高SI燃烧的稳定性。
[0016] 但在发动机负荷高于第一运行区域的第二运行区域，即在已燃气体的温度更高的区域也是，若使进气门的开门时期随着发动机负荷的增大而提前，则会有汽缸内的温度过度升高，燃烧噪音增大的担忧。若燃烧噪音变大，则例如需要为了延迟CI燃烧的开始时期而将点火时期滞后等对策。这种情况下，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，所以招致燃料消耗效率的降低。
[0017] 对此，本发明中，在高负荷侧的第二运行区域，进气门的开门时期以发动机负荷较高时相比于较低时，在比排气上死点靠近提前侧的范围内滞后的形式被控制，发动机负荷较高时向汽缸内导入的高温的已燃气体的量可抑制为较少。因此，在第二运行区域，能防止汽缸内的温度升高，能抑制燃烧噪音的增大。
[0018] 所述结构中，作为所述进气可变机构，例如同时变更所述进气门的开门时期及闭门时期。
[0019] 优选为，所述结构中，所述第一运行区域及所述第二运行区域以规定的第一基准负荷为界线在发动机负荷方向邻接；以如下形式设定所述第一运行区域及所述第二运行区域内的所述进气门的开门时期：发动机负荷以跨越所述第一基准负荷的形式变化时，所述进气门的开门时期连续变化。
[0020] 根据该结构，能防止当发动机的运行点在第一运行区域与第二运行区域之间移动时进气门的开门时期及闭门时期大幅变更，能使进气门的开门时期切实地为适当的时期。
[0021] 作为所述第一运行区域，在还具备对导入汽缸的进气进行增压的增压机的发动机中，例如为设定在不进行增压机的增压的区域上的结构。
[0022] 优选为，所述结构中，具备EGR装置，所述EGR装置包括连通所述进气通路和所述排气通路的EGR通路、和调节经由该EGR通路从所述排气通路向所述汽缸回流的排气的量的EGR操作部；所述燃烧控制部在所述第二运行区域中的至少一部分的发动机转速域上，以发动机负荷较高时相比于较低时，通过所述EGR装置导入汽缸的排气的比例即外部EGR率变大的形式控制所述EGR装置。
[0023] 根据该结构，在第二运行区域的至少规定的发动机转速域，能在发动机负荷较高时如前所述减少汽缸内残留的高温的已燃气体（内部EGR气体）的量的同时增多作为由EGR装置导入的排气的、通过EGR通路从而变低温的已燃气体（外部EGR气体）的量，能防止汽缸内的温度过度升高并确保汽缸内存在的已燃气体的量。
[0024] 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；所述燃烧控制部在设定于进行所述G/F较稀环境下的部分压缩着火燃烧的运行区域的低负荷侧的一部分上的第三运行区域运行时，以发动机负荷较高时相比于较低时，所述排气门的闭门时期在比排气上死点靠近滞后侧的范围内滞后的形式控制所述进气可变机构；在设定于进行所述G/F较稀环境下的部分压缩着火燃烧的运行区域的高负荷侧的一部分上的第四运行区域运行时，以发动机负荷较高时相比于较低时，所述排气门的闭门时期在比排气上死点靠近滞后侧的范围内提前的形式控制所述进气可变机构。
[0025] 若使排气门的闭门时期在比排气上死点靠近滞后侧的范围内提前，则能减少向排气道导出后再度导入汽缸内的已燃气体的量。从而，根据该结构，在设定于进行G/F较稀环境下的SPCCI燃烧（部分压缩着火燃烧）的运行区域的低负荷侧的一部分上的第三运行区域且因发动机负荷较低而燃烧易不稳定的区域，能在发动机负荷较低时将汽缸内残留的已燃气体的量抑制为较少，能促进燃料与空气的反应从而提高燃烧稳定性。又，在所述第三运行区域，能通过在发动机负荷相对较高的已燃气体的温度相对较高时增多汽缸内残留的该高温的已燃气体（内部EGR气体）的量，来提高燃烧稳定性。
[0026] 此外，在设定于进行G/F较稀环境下的SPCCI燃烧（部分压缩着火燃烧）的运行区域的高负荷侧的一部分上的第四运行区域，发动机负荷较高时相比于较低时，排气门的闭门时期在比排气上死点靠近滞后侧的范围内提前，由此，能防止在第四运行区域的发动机负荷较高侧，伴随着发动机负荷较高而变高温的已燃气体（内部EGR气体）大量残留在汽缸内。从而，在该区域，能在确保燃烧稳定性的同时，对汽缸内的温度过度升高从而CI燃烧过早开始进行防止。
[0027] 优选为，所述结构中，所述第一运行区域及所述第二运行区域以规定的第一基准负荷为界线在发动机负荷方向邻接；所述第三运行区域及所述第四运行区域以规定的第二基准负荷为界线在发动机负荷方向邻接；所述第一基准负荷和所述第二基准负荷在至少一部分的发动机转速域上设定为相同的值。
[0028] 根据该结构，能防止当发动机的运行点在第一运行区域与第二运行区域之间移动时、及发动机的运行点在第三运行区域与第四运行区域之间移动时进气门的开门时期及闭门时期大幅变更，能使进气门的开门时期切实地为适当的时期。又，通过进气门的开门时期和排气门的闭门时期的调节，能在第一～第四运行区域的至少一部分的发动机转速域上更切实地提高燃烧稳定性。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0032] 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旋转速度/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是根据进气门的开闭时期的不同划分半暖机第一区域后的运行映射图；
图14是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷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转速下设定的发动机负荷与进气门的开门时期的关系的图表，（a）是第一速度下的图表，（b）是第二速度下的图表，（c）是第三速度下的图表，（d）是第四速度下的图表；
图16是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与进气门的闭门时期的关系的图表；
图17是根据排气门的开闭时期的不同划分半暖机第一区域后的运行映射图；
图18是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与排气门的闭门时期的关系的图表；
图19是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与排气门的闭门时期的关系的图表，（a）是第一速度下的图表，（b）是第二速度下的图表，（c）是第三速度下的图表，（d）是第四速度下的图表；
图20是根据气门重叠期间的不同划分半暖机第一区域后的运行映射图；
图21是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与气门重叠期间的关系的图表；
图22是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与外部EGR率的关系的图表；
图23是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与外部EGR率的关系的图表，（a）是第一速度下的图表，（b）是第二速度下的图表，（c）是第三速度下的图表，（d）是第四速度下的图表；
图24是用于说明SI率的种种定义方法的相当于图7的图；
图25是举例示出伴随着发动机负荷的增大的气门重叠期间的变化的图；
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；
32 节气门；
33 增压机；
40 排气通路；
100 ECU（燃烧控制部）。
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旋转速度/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是根据进气门的开闭时期的不同划分半暖机第一区域后的运行映射图；
图14是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷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转速下设定的发动机负荷与进气门的开门时期的关系的图表，（a）是第一速度下的图表，（b）是第二速度下的图表，（c）是第三速度下的图表，（d）是第四速度下的图表；
图16是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与进气门的闭门时期的关系的图表；
图17是根据排气门的开闭时期的不同划分半暖机第一区域后的运行映射图；
图18是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与排气门的闭门时期的关系的图表；
图19是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与排气门的闭门时期的关系的图表，（a）是第一速度下的图表，（b）是第二速度下的图表，（c）是第三速度下的图表，（d）是第四速度下的图表；
图20是根据气门重叠期间的不同划分半暖机第一区域后的运行映射图；
图21是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与气门重叠期间的关系的图表；
图22是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与外部EGR率的关系的图表；
图23是示出半暖机第一区域的各发动机转速下设定的发动机负荷与外部EGR率的关系的图表，（a）是第一速度下的图表，（b）是第二速度下的图表，（c）是第三速度下的图表，（d）是第四速度下的图表；
图24是用于说明SI率的种种定义方法的相当于图7的图；
图25是举例示出伴随着发动机负荷的增大的气门重叠期间的变化的图；
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；
32 节气门；
33 增压机；
40 排气通路；
100 ECU（燃烧控制部）。
具体实施方式
[0033] （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。该外部EGR装置50相当于本发明的“EGR装置”。
[0034] 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、和可往复滑动地插入汽缸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。
[0035] 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。
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0042] 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”。
[0043] 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。
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047] 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。
[0049] 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。
[0050] 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。
[0051] 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。
[0052] 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。
[0053] 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。
[0054] 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。
[0055] 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。
[0056] 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。
[0057] 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。
[0058] 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。上述的EGR阀53相当于本发明的“EGR操作部”。
[0059] 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。
[0061] 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。
[0063] 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。
[0064] 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”。
[0065] （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旋转速度/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。
[0066] 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。
[0067] 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。
[0068] 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（c）所示的第三运行映射图Q3决定为应使用的运行映射图。
[0069] 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。
[0070] 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（b）所示的第二运行映射图Q2决定为应使用的运行映射图。
[0071] 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（a）所示的第一运行映射图Q1决定为应使用的运行映射图。
[0072] 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（与旋转速度/负荷对应的燃烧控制的不同）。
[0073] （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。
[0074] （3－2）半暖机时的控制基于第二运行映射图Q2（图5中的（b））对发动机的半暖机时的燃烧控制进行说明。如图
5中的（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为旋转速度较高的高速区域，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）。
5中的（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为旋转速度较高的高速区域，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）。
[0075] （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“SPark Controlled Compression Ignition”的略称，SPCCI燃烧相当于本发明的“部分压缩着火燃烧”。
[0076] 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。
[0077] 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）。
[0078] 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。
[0079] 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，能够改善燃料消耗性能。
[0080] 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。
[0081] 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。
[0082] 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。
[0083] 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）。
[0084] 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）。
[0085] 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。半暖机第一区域B1上的目标外部EGR率详情见后述。
[0086] 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。
[0087] 增压机33在发动机负荷为预设的增压负荷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。
[0088] 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。
[0089] （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。
[0090] 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。
[0091] 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。
[0092] 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。
[0093] 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。
[0094] （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。
[0095] 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。
[0096] 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。
[0097] 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。
[0098] （3－3）温态时的控制如图5中（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。
[0099] （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。
[0100] 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。
[0101] 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）。
[0102] 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）。
[0103] 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。
[0104] 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。
[0105] 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。
[0106] 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。
[0107] 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。
[0108] 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。
[0109] 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。
[0110] 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。
[0111] （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。
[0112] （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。
[0113] （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上的控制因基本上与上述（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。
[0114] （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。
[0115] （a）进气门的开闭时期图13是根据进气门11的开闭时期的不同划分半暖机第一区域B1后的运行映射图。
[0116] 如图13所示，半暖机第一区域B1根据进气门11的开闭时期的不同而大致分为三个区域B11～B13。分别为第一分割区域B11、第二分割区域B12、第三分割区域B13，第一分割区域B11是发动机负荷在预设的第一负荷T11以下的低负荷区域，第三分割区域B13是发动机负荷高于预设的第二负荷T12的高负荷区域，第二分割区域B12是剩余的中负荷区域。
[0117] 在此，如上所述的半暖机第一区域B1相当于本发明的“进行G/F较稀环境下的部分压缩着火燃烧的运行区域”，第一负荷T11相当于本发明的“第一基准负荷”，第一分割区域B11相当于本发明的“第一运行区域”，第二分割区域B12相当于本发明的“第二运行区域”。另，第一负荷T11如后所述，是成为进气门11的开门时期IVO随着发动机负荷的增加而提前的负荷区域、与随着发动机负荷的增加而滞后的负荷区域的边界的发动机负荷。
[0118] 图14是以横轴为发动机负荷，以纵轴为半暖机第一区域B1上的进气门11的开门时期IVO的图表，各线L11、L12、L13、L14是分别表示当发动机转速分别为第一速度N1、第二速度N2、第三速度N3、第四速度N4时的进气门11的开门时期IVO的线。图15的（a）～（d）分别示出这些线L11～L14。第一～第四速度N1、N2、N3、N4对应于图13所示的N1、N2、N3、N4，发动机转速以此顺序升高。
[0119] 另，如图13等所示，在发动机转速较低的区域上，半暖机第一区域B1的最大负荷（发动机负荷的最大值）低于其它区域，发动机转速为第一速度N1的线L11相比于其它线L12～L13，在发动机负荷较低的点上结束。
[0120] 如图15的（a）～（d）所示，进气门11的开门时期IVO在半暖机第一区域B1的全区域设定在比排气上死点（TDC）靠近提前侧的时期。
[0121] 如图15（a）～（d）等所示，在发动机负荷为第一负荷T11以下的第一分割区域B11上，在其全域（在各发动机转速N1～N4上），进气门11的开门时期IVO设定为，发动机负荷较高时相比于较低时靠近提前侧的时期。即，第一分割区域B11上，在比排气上死点（TDC）靠近提前侧的范围内，发动机负荷较高时相比于较低时，进气门11的开门时期IVO提前。本实施形态中，对于各发动机转速，进气门11的开门时期IVO与发动机负荷为大致线形的关系，发动机负荷越是增大，进气门11的开门时期IVO越提前。
[0122] 第一分割区域B11上发动机负荷最高时，即发动机负荷为第一负荷T11时的进气门11的开门时期IVO是全发动机转速相同的第一时期IVO1且是进气门11的开门时期IVO的最提前时期附近的时期。第一分割区域B11上，对于各发动机转速，进气门11的开门时期IVO在第一时期IVO1与比其靠近滞后侧20°CA左右的时期之间变更。
[0123] 另一方面，在发动机负荷高于第一负荷T11且为第二负荷T12以下的第二分割区域B12上，在其全域（在各发动机转速N1～N4上），进气门11的开门时期IVO设定为，发动机负荷较高时相比于较低时靠近滞后侧的时期。即，第二分割区域B12上，在比排气上死点（TDC）靠近提前侧的范围内，发动机负荷较高时相比于较低时，进气门11的开门时期IVO滞后。
[0124] 第二分割区域B12上发动机负荷最低时，即发动机负荷为第一负荷T11时的进气门11的开门时期IVO是上述的第一时期IVO1。第二分割区域B12上，进气门11的开门时期IVO为，发动机负荷越是从第一负荷T11升高，从第一时期IVO1开始的滞后量就越增大。伴随于此，发动机负荷以跨越第一负荷T11的形式变化时，进气门11的开门时期IVO连续变化。换言之，本实施形态中，以如下形式设定第一分割区域B11和第二分割区域B12内的进气门11的开门时期IVO：发动机负荷以跨越第一负荷T11的形式变化时，进气门11的开门时期IVO连续变化。第二分割区域B12上，进气门11的开门时期IVO也在大致20°CA左右的范围内变更。
[0125] 在第二分割区域B12上发动机转速为第一速度N1及第二速度N2的旋转域、即发动机转速较低的区域，发动机负荷与进气门11的开门时期IVO为大致线形的关系，进气门11的开门时期IVO为，发动机负荷越增大就越滞后。另一方面，在第二分割区域B12上发动机转速为第二速度N2及第三速度N3的旋转域、即发动机转速较高的区域，进气门11的开门时期IVO相对于发动机负荷的变化率在发动机负荷较低侧小于较高侧，若发动机负荷升高，则进气门11的开门时期IVO根据发动机负荷而较大幅地变更。
[0126] 发动机负荷高于第二负荷T12的第三分割区域B13上的进气门11的开门时期IVO设定为，发动机负荷较高时相比于较低时提前。
[0127] 各发动机转速上第三分割区域B13的发动机负荷最低时，即发动机负荷为第二负荷T12时的进气门11的开门时期IVO设定为与第二分割区域B12的发动机负荷最高时的进气门11的开门时期IVO相同的时期。第三分割区域B13上，进气门11的开门时期IVO为，发动机负荷越是从第二负荷T12升高，相对于为该第二负荷T12时的时期的提前量越增大。伴随于此，发动机负荷以跨越第二负荷T12的形式变化时，进气门11的开门时期IVO连续变化。换言之，本实施形态中，以如下形式设定第二分割区域B12和第三分割区域B13内的进气门11的开门时期IVO：发动机负荷以跨越第二负荷T12的形式变化时，进气门11的开门时期IVO连续变化。
[0128] 第三分割区域B13上，在第一速度N1和第三速度N3，发动机负荷与进气门11的开门时期IVO为大致线形的关系，进气门11的开门时期IVO为，发动机负荷越是增大就越提前。
[0129] 另一方面，第三分割区域B13上，在第二速度N2，进气门11的开门时期IVO相对于发动机负荷的变化率设定为在发动机负荷较低侧大于较高侧。更详细而言，在第二速度N2上，在进行发动机负荷高于增压负荷T＿t的增压机33的增压的区域，进气门11的开门时期IVO相对于发动机负荷的变化率大致设定为0，在发动机负荷为增压负荷T＿t以下且不进行增压机33的增压的区域，随着发动机负荷的增大，进气门11的开门时期IVO提前。
[0130] 又，第三分割区域B13上，在第四速度N4，进气门11的开门时期IVO相对于发动机负荷的变化率设定为在发动机负荷较低侧小于较高侧。
[0131] 图16是示出半暖机第一区域B1的各发动机转速N1、N2、N3、N4上的发动机负荷与进气门11的闭门时期IVC的关系的图表，与图14对应。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相对于发动机负荷等而与上述的进气门11的开门时期IVO同样地变更。
[0132] 如图16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，进气门11在进气行程的中途闭门。伴随于此，半暖机第一区域B1上，因进气门11的闭门时期IVC提前，向燃烧室6导入的空气的量增大。即，若进气门11在进气行程中开门，则随着活塞5的上升，空气从燃烧室6内向进气道9流出。因此，若使进气门11的闭门时期IVC在比进气下死点（BDC）靠近滞后侧的范围内提前，则能减少向进气道
9流出的空气的量从而增大关闭在燃烧室6内的空气的量。
9流出的空气的量从而增大关闭在燃烧室6内的空气的量。
[0133] （b）排气门的闭门时期图17是根据排气门12的开闭时期的不同划分半暖机第一区域B1后的运行映射图。
[0134] 如图17所示，半暖机第一区域B1根据排气门12的开闭时期的不同大致分为三个区域B21～B23。分别为第四分割区域B21、第五分割区域B22、第六分割区域B23，第四分割区域B21是发动机负荷在预设的第三负荷T21以下的低负荷区域，第六分割区域B23是发动机负荷高于预设的第四负荷T22的高负荷区域，第五分割区域B22是剩余的中负荷区域。
[0135] 在此，如上所述的第三负荷T21相当于本发明的“第二基准负荷”，第四分割区域B21相当于本发明的“第三运行区域”，第五分割区域B22相当于本发明的“第四运行区域”。另，第三负荷T21如后所述，是成为排气门12的闭门时期EVC随着发动机负荷的增加而滞后的负荷区域、与随着发动机负荷的增加而提前的负荷区域的边界的发动机负荷。
[0136] 第一负荷T11和第三负荷T21设定为在各发动机转速上大致相同的值，第一分割区域B11和第四分割区域B21设定为大致相同的区域。具体而言，如图17所示，在发动机转速较高侧，第一负荷T11和第三负荷T21设定为相同的值。另一方面，在发动机转速较低侧，第一负荷T11设定为稍大于第三负荷T21的值。但其差相对于发动机的全负荷（最大负荷）而言足够小（例如为全负荷的约10％以下）。
[0137] 图18是以横轴为发动机负荷，以纵轴为排气门12的闭门时期EVC的图表，各线L21、L22、L23、L24是表示当发动机转速分别为第一速度N1、第二速度N2、第三速度N3、第四速度N4时的排气门12的闭门时期EVC的线。图19的（a）～（d）分别示出这些线L21～L24。
[0138] 如图18等所示，在半暖机第一区域B1的全域，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。即，半暖机第一区域B1上，排气门12在排气上死点（TDC）上或在其后闭门。
[0139] 如图19的（a）～（d）等所示，发动机负荷在第三负荷T21以下的第四分割区域B21上，排气门12的闭门时期EVC设定为发动机负荷较高时相比于较低时靠近滞后侧的时期。即，第四分割区域B21上，在比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的范围内，发动机负荷较高时相比于较低时，排气门12的闭门时期EVC滞后。本实施形态中，对于各发动机转速，排气门12的闭门时期EVC与发动机负荷为大致线形的关系，发动机负荷越升高，排气门12的闭门时期EVC越提前。第四分割区域B21上发动机负荷最高时，即发动机负荷为第三负荷T21时的排气门12的闭门时期EVC是在各发动机转速上相同的第三时期EVC1。第四分割区域B21上，对于各发动机转速，排气门12的闭门时期EVC在第三时期EVC1与比其靠近提前侧20°CA左右的时期之间变更。
[0140] 另一方面，发动机负荷高于第三负荷T21且为第四负荷T22以下的第五分割区域B22上的排气门12的闭门时期EVC设定为发动机负荷较高时相比于较低时靠近提前侧的时期。即，第五分割区域B22上，在比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的范围内，发动机负荷较高时相比于较低时，排气门12的闭门时期EVC提前。
[0141] 第五分割区域B22上发动机负荷最低时，即发动机负荷为第三负荷T21时的排气门12的闭门时期EVC为上述的第三时期EVC1。伴随于此，发动机负荷以跨越第三负荷T21的形式变化时，排气门12的闭门时期EVC连续变化。换言之，本实施形态中，以如下形式设定第四分割区域B21和第五分割区域B22内的排气门12的闭门时期EVC：发动机负荷以跨越第三负荷T21的形式变化时，排气门12的闭门时期EVC连续变化。第五分割区域B22上，排气门12的闭门时期EVC在大致20°CA左右的范围内变更。
[0142] 在第五分割区域B22的发动机转速较高侧（第四速度N4），排气门12的闭门时期EVC与发动机负荷为大致线形的关系，排气门12的闭门时期EVC为，发动机负荷越是增大就越提前。另一方面，在第五分割区域B22的发动机转速较低侧（第一速度N1～第三速度N3），排气门12的闭门时期EVC在发动机负荷较低的区域无关于发动机负荷而维持为大致一定，在发动机负荷较高的区域随着发动机负荷升高而提前。
[0143] 发动机负荷高于第四负荷T22的第六分割区域B23上的排气门12的闭门时期EVC设定为发动机负荷较高时相比于较低时靠近滞后侧的时期。即，第六分割区域B23上，在比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的范围内，发动机负荷较高时相比于较低时，排气门12的闭门时期EVC滞后。
[0144] 各发动机转速上，第六分割区域B23的发动机负荷最低时、即发动机负荷为第四负荷T22时的排气门12的闭门时期EVC与第五分割区域B22的发动机负荷最高时的排气门12的闭门时期EVC设定为相同的时期。伴随于此，发动机负荷以跨越第四负荷T22的形式变化时，排气门12的闭门时期EVC连续变化。换言之，本实施形态中，以如下形式设定第五分割区域B22和第六分割区域B23内的排气门12的闭门时期EVC：发动机负荷以跨越第四负荷T22的形式变化时，排气门12的闭门时期EVC连续变化。
[0145] 另，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相对于发动机负荷等而与上述的排气门12的闭门时期EVC同样地变更。
[0146] （c）气门重叠期间随着如以上那样设定进气门11和排气门12的开闭时期，半暖机第一区域B1上，进气门
11和排气门12两方跨越排气上死点（TDC）并开门。而且，半暖机第一区域B1根据该进气门11及排气门12两方跨越排气上死点（TDC）并开门的期间即气门重叠期间（以下适当地仅称为气门重叠期间）的不同而如图20所示被划分。又，对于各发动机转速N1～N4，气门重叠期间与发动机负荷的关系如图21所示。
11和排气门12两方跨越排气上死点（TDC）并开门。而且，半暖机第一区域B1根据该进气门11及排气门12两方跨越排气上死点（TDC）并开门的期间即气门重叠期间（以下适当地仅称为气门重叠期间）的不同而如图20所示被划分。又，对于各发动机转速N1～N4，气门重叠期间与发动机负荷的关系如图21所示。
[0147] 半暖机第一区域B1根据气门重叠期间的不同大致分为三个区域B31～B33。分别为O/L低负荷区域B31、O/L中负荷区域B32、O/L高负荷区域B33，O/L低负荷区域B31为发动机负荷在O/L第一基准负荷T31以下的低负荷区域，O/L高负荷区域B33为发动机负荷高于O/L第二基准负荷T32的高负荷区域，O/L中负荷区域B32为剩余的中负荷区域。
[0148] O/L第一基准负荷T31与第一负荷T11一致，O/L低负荷区域B31与第一分割区域B11一致。又，O/L低负荷区域B31大致与第四分割区域B21一致。O/L第二基准负荷T32与第二负荷T12大体一致，O/L中负荷区域B32与第二分割区域B12大体一致，O/L高负荷区域B33与第三分割区域B13大体一致。
[0149] 图25是示出发动机转速为第二速度N2时的各运行点上的进气门11和排气门12的气门升程的概略图。图25的Y1所示的图是在包含于O/L低负荷区域B31、第一分割区域B11及第四分割区域B21的运行点Y1上的图，图25的Y2所示的图是在包含于O/L中负荷区域B32、第二分割区域B12及第五分割区域B22的运行点Y2上的图，图25的Y3所示的图是在包含于O/L高负荷区域B33、第三分割区域B13及第六分割区域B23的运行点Y3上的图。另，图25的最下段的图是示出活塞行程（活塞5的位置）相对于曲轴转角的变化的图。
[0150] O/L低负荷区域B31（第一分割区域B11及第四分割区域B21）上，在其全域（对于各发动机转速），发动机负荷较高时相比于较低时，气门重叠期间较长。本实施形态中，对于各发动机转速，气门重叠期间与发动机负荷为大致线形的关系，气门重叠期间为，发动机负荷越是增大就越长。
[0151] 另一方面，O/L中负荷区域B32（第二分割区域B12）上，在其全域（对于各发动机转速），气门重叠期间在发动机负荷较高时短于较低时。详细来说，为第三速度N3时，在低负荷侧，气门重叠期间无关于发动机负荷而维持为一定，在高负荷侧，发动机负荷越增大，气门重叠期间越短。其它发动机转速N1、N2、N4上，在O/L中负荷区域B32的全域，发动机负荷越增大，气门重叠期间越短。
[0152] O/L中负荷区域B32上发动机负荷最低时的重叠期间、和O/L低负荷区域B31上发动机负荷最高时即发动机负荷为O/L第一基准负荷T31（第一负荷T11）时的重叠期间设定为相同的值。
[0153] O/L高负荷区域B33上，在其全域（对于各发动机转速），发动机负荷较高时相比于较低时，气门重叠期间较长。本实施形态中，对于各发动机转速，发动机负荷越增大，气门重叠期间越长。
[0154] O/L高负荷区域B33上发动机负荷最低时的重叠期间、和O/L中负荷区域B32上发动机负荷最高时即发动机负荷为O/L第二基准负荷T32时的重叠期间设定为相同的值。
[0155] （5）半暖机第一区域B1上的外部EGR率的设定图22是以横轴为发动机负荷，以纵轴为半暖机第一区域B1上的目标外部EGR率的图表，各线L41、L42、L43、L44是分别表示当发动机转速分别为第一速度N1、第二速度N2、第三速度N3、第四速度N4时的目标外部EGR率的线。图23的（a）～（d）分别示出这些线L41～L44。
[0156] 如图22及图23所示，半暖机第一区域B1上，在发动机负荷为增压负荷T＿t以下的区域且包含第一分割区域B11、第二分割区域B12、第四分割区域B21、第五分割区域B22的区域的大致全域，目标外部EGR率大致设定为在发动机负荷较高时大于较低时。而且，发动机负荷高于增压负荷T＿t的区域上，目标外部EGR率设定为在发动机负荷较高时小于较低时。
[0157] 详细来说，发动机负荷为第一负荷T11以下的区域即第一分割区域B11上，在全发动机转速N1～N4上，发动机负荷较高时相比于较低时，目标外部EGR率较大。
[0158] 发动机负荷高于第一负荷T11且在第二负荷T12以下的区域即第二分割区域B12上，对于各发动机转速，目标外部EGR率设定如下。
[0159] 第二分割区域B12的第一速度N1上，目标外部EGR率无关于发动机转速而维持为大致一定。在第一速度N1，第二分割区域B12的发动机负荷最低时的目标外部EGR率和第一分割区域B11的发动机负荷最高时的目标外部EGR率设定为相同的值，第二分割区域B12上，目标外部EGR率维持在相对较高的值附近。
[0160] 第二分割区域B12的第三速度N3上，目标外部EGR率在发动机负荷较低侧为，发动机负荷越高就越大，在发动机负荷较高侧为，发动机负荷越高就越低。但随着发动机负荷的增大，目标外部EGR率降低的量变得非常小，在第二分割区域B12的第三速度N3上，目标外部EGR率为大致在发动机负荷较高时大于较低时的值。
[0161] 第二分割区域B12的第二速度N2及第四速度N4上，目标外部EGR率为，发动机转速越高就越大。
[0162] （6）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。
[0163] 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）。
[0164] 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。
[0165] 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。
[0166] 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。
[0167] （7）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的开闭时期及目标外部EGR率如上述这样来设定，由此能在半暖机第一区域B1的各运行点上使内部EGR气体、外部EGR气体、空气在燃烧室6内适当存在从而实现适当的SPCCI燃烧。
[0168] 具体而言，若在伴随发动机负荷较低而来的燃烧室6内的温度难以升高时已燃气体在燃烧室6内大量残留，则空气与燃料的反应因已燃气体而受阻碍，SI燃烧易变得不稳定。对此，本实施形态中，在第一分割区域B11（第四分割区域B21），进气门11的开门时期IVO被控制为，发动机负荷较低时相对于较高时，在比排气上死点（TDC）靠近提前侧的范围内滞后。即，第一分割区域B11上，以发动机负荷较低时相比于较高时，进气门11在排气行程过程中开门的期间变短的形式控制进气门11。因此能在第一分割区域B11上减少从燃烧室6向进气道9排出并再度流入燃烧室6的已燃气体（内部EGR气体）的量，能抑制空气与燃料的反应因已燃气体而受阻碍，从而提高SI燃烧的稳定性。若SI燃烧的稳定性提高从而适当地发生SI燃烧，则能使压缩上死点附近的燃烧室6内的温度为发生CI燃烧的温度（混合气自着火的温度）从而在压缩上死点附近使CI燃烧发生，能实现极高的热效率。从而，根据本实施形态，相比于以往的汽油发动机，能实现飞跃性的燃料消耗性能提高和转矩性能提高。
[0169] 另一方面，若发动机负荷升高则燃烧室6内生成的已燃气体的温度升高。因此发动机负荷较高时，即使增多向进气道9排出后再度流入燃烧室6的已燃气体的量（内部EGR气体）也能通过因高温的已燃气体使燃烧室6内的温度升高来促进火焰传播，能提高SI燃烧的稳定性。对此，本实施形态中，如前所述，在第一分割区域B11，发动机负荷较高时，在比排气上死点（TDC）靠近提前侧的范围内，进气门11的开门时期IVO提前，从而进气门11在排气行程过程中开门的期间变长。因此，在第一分割区域B11，在发动机负荷较高的区域，能利用残留在燃烧室6内的高温的已燃气体（内部EGR气体）的量的增大来提高SI燃烧的稳定性，能实现适当的CI燃烧。又，若像这样增大已燃气体的量，则进气通路30的负压变小，所以也能改善泵气损失降低带来的燃料消耗性能。
[0170] 又，本实施形态中，在发动机负荷高于第一分割区域B11的第二分割区域B12，即向进气道9排出后再度流入燃烧室6的已燃气体（内部EGR气体）的温度更高的区域，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，在发动机负荷较高时相比于在较低时滞后。因此，能在第二分割区域B12的低负荷侧通过使相对较多的高温的已燃气体（内部EGR气体）残留在燃烧室6内来如前所述那样提高SI燃烧的稳定性，同时在高负荷侧防止高温的已燃气体（内部EGR气体）向燃烧室6内导入进而抑制燃烧噪音的增大。即，在第二分割区域B12的高负荷侧，能防止燃烧室6内的温度因大量的高温的已燃气体（内部EGR气体）而过度升高致使CI燃烧的开始时期早于所希望的时期，能防止伴随CI燃烧的开始时期提早而来的燃烧噪音的增大。在此，若燃烧噪音增大，则为了使SI燃烧在压缩上死点后发生而需要将点火时期滞后。若将点火时期滞后，则在活塞5于膨胀行程中下降相当程度后的时间点上发生CI燃烧，由此招致燃料消耗效率的降低。从而，根据本实施形态，能如上所述抑制燃烧噪音的增大，以此能避免这样的点火时期的滞后及伴随于此的燃料消耗效率的降低。
[0171] 又，本实施形态中，以如下形式设定各分割区域B11～B23内的进气门11的开门时期IVO及排气门12的闭门时期EVC：发动机负荷以跨越第一～第四负荷T11～T22的形式变化时，进气门11的开门时期IVO及排气门12的闭门时期EVC连续变化。因此，能防止在发动机负荷以跨越第一～第四负荷T11～T22的形式变化时，进气门11的开门时期IVO、闭门时期IVC及排气门12的开门时期EVO、闭门时期EVC大幅变更，能改善进气门11及排气门12的控制性。即，能防止当发动机的运行点在邻接的分割区域间移动时进气门11的开闭时期及排气门12的开闭时期大幅变更，能使这些开闭时期切实地为适当的时期。这在即便运行状态及环境条件变化也实现SPCCI燃烧这点上是有利的。
[0172] 又，本实施形态中，在半暖机第一区域B1上发动机负荷高于增压负荷T＿t的区域进行增压机33的增压。因此，能在发动机负荷较高的区域上根据发动机负荷（燃料量）来增多向燃烧室6内导入的空气的量，能更切实地使混合气的空燃比为理论空燃比附近。
[0173] 此外，像这样进行增压的区域上，如图21所示，发动机负荷越升高气门重叠期间越长，以此能防止发动机负荷越升高越促进燃烧室6内的扫气从而高温的已燃气体（内部EGR气体）过度残留在燃烧室6内。因此，能防止燃烧室6内的温度因大量的高温的已燃气体（内部EGR气体）而过度升高。而且能在第一分割区域B11的高负荷侧及第二分割区域B12的低负荷侧通过停止增压来确保残留在燃烧室6内的已燃气体（内部EGR气体）的量从而更切实地提高燃烧稳定性。
[0174] 又，本实施形态中，在包含第二分割区域B12的发动机负荷低于增压负荷T＿t的区域大致为，发动机负荷较高时相比于较低时，外部EGR率增大。因此能在第二分割区域B12如前所述，在发动机负荷较高时减少残留在燃烧室6内的已燃气体（内部EGR气体）的量并增多向燃烧室6内导入的外部EGR气体的量。外部EGR气体通过EGR通路51后导入燃烧室6内，所以向燃烧室6内导入的时间点上的外部EGR气体的温度比残留在燃烧室6内的内部EGR气体的温度低。尤其是，本实施形态中，外部EGR气体由EGR冷却器52冷却后向燃烧室6导入。因此，向燃烧室6导入的外部EGR气体的温度相比于内部EGR气体的温度足够低。从而，如上述那样控制内部EGR气体和外部EGR气体的量，以此能防止燃烧室6内的温度过度升高，并抑制燃烧噪音的增大。
[0175] 在此，若使排气门12的闭门时期EVC在比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的范围内提前，则能减少向排气道10导出后再度导入燃烧室6内的已燃气体（内部EGR气体）的量。对此，本实施形态中，在第三分割区域B21（第一分割区域B11），发动机负荷较高时相比于较低时，排气门12的闭门时期EVC在比排气上死点（TDC）靠近滞后侧的范围内滞后。从而，在第三分割区域B21（第一分割区域B11）且因发动机负荷较低而燃烧易变得不稳定的区域，尤其是在发动机负荷较低时，能将残留在燃烧室6内的已燃气体（内部EGR气体）的量抑制为较少，能促进燃料与空气的反应从而提高燃烧稳定性。又，发动机负荷相对较高的已燃气体（内部EGR气体）的温度相对较高时，增多残留在燃烧室6内的该高温的已燃气体（内部EGR气体）的量，以此能提高燃烧稳定性。此外，在第五分割区域A5且已燃气体（内部EGR气体）的温度易升高的区域，能将残留在燃烧室6内的高温的已燃气体（内部EGR气体）的量抑制为较少，能防止燃烧室6内的温度过度升高从而CI燃烧过早开始。
[0176] 又，本实施形态中，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等，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。
[0177] （8）变形例上述实施形态中，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。
[0178] 例如也可以是SI率＝R1/R2。此外，也可以用图24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。
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