压缩点火式发动机的控制装置
阅读：838发布：2020-05-11
专利汇可以提供压缩点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。并且一种 压缩点火 式 发动机 的控制装置，尽可能地提高部分压缩点火燃烧时的热效率，并且良好地确保燃烧 稳定性 。本 发明 的控制装置适用于能够进行部分压缩点火燃烧的压缩点火式发动机，该部分压缩点火燃烧指的是，在使 气缸 内的混合气的一部分通过火花点火进行SI燃烧之后，使气缸内的剩余混合气通过自点火进行CI燃烧。该控制装置具备，检测部，检测随着气缸内的燃烧的进行而变化的规定的参数；A/F操作部，能够变更气缸内的 空燃比 ；以及燃烧控制部，基于检测部的检测值来判定燃烧稳定性，且在部分压缩点火燃烧的执行中确认到该燃烧稳定性低的情况下，向空燃比降低的方向控制A/F操作部。，下面是压缩点火式发动机的控制装置专利的具体信息内容。
1.一种压缩点火式发动机的控制装置，在至少一部分运转区域中执行部分压缩点火燃烧，该部分压缩点火燃烧指的是，在通过火花点火使气缸内的混合气的一部分进行火花点火燃烧后，通过自点火使气缸内的剩余的混合气进行压缩点火燃烧，该压缩点火式发动机的控制装置的特征在于，具备：
检测部，检测随着所述气缸内的燃烧的进行而变化的规定的参数；
空燃比操作部，能够变更向所述气缸导入的空气与燃料的比例即空燃比；以及燃烧控制部，基于所述检测部的检测值来判定燃烧稳定性，并且在所述部分压缩点火燃烧的执行中确认到该燃烧稳定性低的情况下，向所述空燃比降低的方向控制所述空燃比操作部。
2.如权利要求1所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，
所述燃烧控制部，基于上述检测部的检测值来确定规定质量燃烧时期，并基于所确定的规定质量燃烧时期来判定所述燃烧稳定性，所述规定质量燃烧时期是在1个燃烧循环中向所述气缸供给的燃料之中的规定的质量比例的燃料进行了燃烧的时期。
3.如权利要求2所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，
所述燃烧控制部确定第1质量燃烧时期及第2质量燃烧时期，并基于从所述第1质量燃烧时期和所述第2质量燃烧时期计算出的燃烧速度的每个循环的偏差，判定所述燃烧稳定性，所述第1质量燃烧时期是预先决定的第1质量比例的燃料进行了燃烧的时期，所述第2质量燃烧时期是比所述第1质量比例多的第2质量比例的燃料进行了燃烧的时期。
4.如权利要求1所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，
所述燃烧控制部能够选择第1模式和第2模式之中的某一个，作为所述部分压缩点火燃烧的燃烧模式，所述第1模式指的是，在所述空燃比大于理论空燃比的环境下进行所述部分压缩点火燃烧，所述第2模式指的是，在包含EGR气体的气缸内的总气体与燃料的比例即气体空燃比大于理论空燃比、且所述空燃比与理论空燃比大致一致的环境下进行所述部分压缩点火燃烧，
在所述第1模式下的部分压缩点火燃烧的执行中确认到所述燃烧稳定性低的情况下，所述燃烧模式从所述第1模式切换到所述第2模式。
5.如权利要求4所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，
所述燃烧控制部控制所述火花点火的时期，以使得在旋转速度及负荷相同的条件下，所述第1模式下的部分压缩点火燃烧的燃烧重心与所述第2模式下的部分压缩点火燃烧的燃烧重心相同。
6.如权利要求1所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，
所述燃烧控制部基于上述检测部的检测值来确定作为压缩点火燃烧的开始时期的θci，并基于该θci的每个循环的偏差来判定所述燃烧稳定性。
7.权利要求1～6中任一项所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于，所述检测部是将所述气缸内的压力作为所述参数进行检测的缸内压传感器。
压缩点火式发动机的控制装置
技术领域
[0001] 本发明涉及能够进行部分压缩点火燃烧的压缩点火式发动机的控制装置，该部分压缩点火燃烧指的是，使气缸内的混合气的一部分通过火花点火进行SI燃烧之后，使气缸内的剩余的混合气通过自点火进行CI燃烧。
背景技术
[0002] 近年，在将与空气混合的汽油燃料充分压缩后的气缸内，通过自点火燃烧的HCCI燃烧得到关注。HCCI燃烧是混合气同时多发地燃烧的形态，所以与通常的汽油发动机中采用的SI燃烧(火花点火燃烧)相比，混合气的燃烧速度更快，在热效率方面非常有利。但是，HCCI燃烧存在混合气的燃烧开始时期(混合气自点火的时期)因气温等外部因子而较大地变动等问题，此外，还存在负荷急剧变化的过渡运转时的控制较难的问题。
[0003] 在此，提出了不是让混合气全部通过自点火而燃烧，而是使混合气的一部分通过使用了火花塞的火花点火而燃烧。即，利用火花点火使混合气的一部分通过火焰传播而强制地燃烧(SI燃烧)之后，使剩余的混合气通过自点火而燃烧(CI燃烧)。以下将这样的燃烧称作部分压缩点火燃烧。
[0004] 作为采用了与上述部分压缩点火燃烧类似的构思的发动机的一例，已知下述的专利文献1。该专利文献1的发动机利用辅助燃料喷射，使围绕火花塞形成的分层混合气通过火花点火进行火焰传播燃烧，并且向由于该燃烧(火焰)的作用而高温化的燃烧室进行主燃料喷射，使通过该主燃料喷射而喷射的燃料通过自点火而燃烧。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1：日本特开2009-108778号公报
发明内容
[0008] 发明所要解决的技术课题
[0009] 在上述专利文献1所示的发动机中，虽然能够通过使用了火花塞的火花点火来促进CI燃烧，但是在火花点火后形成的火焰核的状态(火焰核的大小和火焰传播速度)由于气缸内的环境而存在差异。这样的火焰核形成状态的差异越大，从SI燃烧向CI燃烧切换的定时(CI燃烧的开始时期)相比于目标定时向提前侧、滞后侧越大幅地偏离，燃烧有可能不稳定。若这样的不稳定的燃烧持续，则发动机的振动等增大，导致发动机的商品性降低。
[0010] 本发明是鉴于上述的情况而做出的，其目的在于，提供一种压缩点火式发动机的控制装置，能够尽可能地提高部分压缩点火燃烧时的热效率，并且良好地确保燃烧稳定性。
[0011] 解决课题所采用的技术手段
[0012] 作为用于解决所述课题的方法，本发明为压缩点火式发动机的控制装置，在至少一部分运转区域中执行部分压缩点火燃烧，该部分压缩点火燃烧指的是，在通过火花点火使气缸内的混合气的一部分进行火花点火燃烧后，通过自点火使气缸内的剩余的混合气进行压缩点火燃烧，该压缩点火式发动机的控制装置的特征在于，具备：检测部，检测随着所述气缸内的燃烧的进行而变化的规定的参数；空燃比操作部，能够变更向所述气缸导入的空气与燃料的比例即空燃比；以及燃烧控制部，基于所述检测部的检测值来判定燃烧稳定性，并且在所述部分压缩点火燃烧的执行中确认到该燃烧稳定性较低的情况下，向所述空燃比降低的方向控制所述空燃比操作部。
[0013] 根据本发明，在部分压缩点火燃烧的执行中确认到燃烧稳定性较低的情况下，向气缸内的空燃比(A/F)降低的方向控制A/F操作部，因此随着该控制在气缸内形成燃料富集的环境，从而能够促进火花点火后的火焰核的形成。由此，足够大的火焰核稳定地形成，因此能够提高部分压缩点火燃烧的燃烧稳定性。
[0014] 反言之，只要燃烧稳定性不下降则维持较大的空燃比，因此能够尽可能长地确保在对热效率有利的燃料稀薄的环境下进行部分压缩点火燃烧的期间，能够有效地改善发动机的油耗性能。
[0015] 优选的是，所述燃烧控制部，基于上述检测部的检测值来确定规定质量燃烧时期，并基于所确定的规定质量燃烧时期来判定所述燃烧稳定性，所述规定质量燃烧时期是在1个燃烧循环中向所述气缸供给的燃料之中的规定的质量比例的燃料进行了燃烧的时期。
[0016] 根据该构成，能够基于追随混合气的燃烧速度的变动而变化的规定质量燃烧时期，适当地判定燃烧稳定性。
[0017] 在所述构成中，更优选的是，所述燃烧控制部确定第1质量燃烧时期及第2质量燃烧时期，并基于从所述第1质量燃烧时期和所述第2质量燃烧时期计算出的燃烧速度的每个循环的偏差，判定所述燃烧稳定性，所述第1质量燃烧时期是预先决定的第1质量比例的燃料进行了燃烧的时期，所述第2质量燃烧时期是比所述第1质量比例多的第2质量比例的燃料进行了燃烧的时期。
[0018] 根据该构成，能够基于燃烧速度的每个循环的偏差更适当地判定燃烧稳定性。
[0019] 优选的是，所述燃烧控制部能够选择第1模式和第2模式之中的某一个，作为所述部分压缩点火燃烧的燃烧模式，所述第1模式指的是，在所述空燃比大于理论空燃比的环境下进行所述部分压缩点火燃烧，所述第2模式指的是，在包含EGR气体的气缸内的总气体与燃料的比例即气体空燃比大于理论空燃比、且所述空燃比与理论空燃比大致一致的环境下进行所述部分压缩点火燃烧，在所述第1模式下的部分压缩点火燃烧的执行中确认到所述燃烧稳定性低的情况下，所述燃烧模式从所述第1模式切换到所述第2模式。
[0020] 根据该构成，在燃烧稳定性较高的情况下选择第1模式，在气缸内的空燃比(A/F)较大的燃料稀薄的环境下进行部分压缩点火燃烧，另一方面，在选择了该第1模式而燃烧稳定性降低的情况下，燃烧模式由第1模式切换到第2模式，在空燃比较小的相对燃料富集的环境下进行部分压缩点火燃烧。由此，基本上进行热效率较高的第1模式的部分压缩点火燃烧，且在选择了第1模式而燃烧稳定性降低的情况下，能够通过向第2模式的切换使燃烧稳定性迅速恢复。
[0021] 在所述构成中，更优选的是，所述燃烧控制部控制所述火花点火的时期，以使得在旋转速度及负荷相同的条件下，所述第1模式下的部分压缩点火燃烧的燃烧重心与所述第2模式下的部分压缩点火燃烧的燃烧重心相同。
[0023] 所述燃烧控制部也可以基于上述检测部的检测值确定CI燃烧的开始时期即θci，并基于该θci的每个循环的偏差来判定所述燃烧稳定性。
[0024] 根据该构成，能够基于CI燃烧的开始时期(θci)的偏差来适当地判定燃烧稳定性。
[0026] 根据该构成，能够使用缸内压传感器的检测值来适当地判定燃烧稳定性。
[0027] 发明的效果：
[0029] 图1是概略示出本发明的一个实施方式的压缩点火式发动机的整体构成的系统图。
[0030] 图2是将发动机主体的截面图和活塞的平面图一并示出的图。
[0031] 图3是表示气缸及其附近的进排气系统的构造的概略平面图。
[0032] 图4是表示发动机的控制系统的框图。
[0033] 图5是用于说明与发动机的预热的进行程度及发动机的旋转速度/负荷相应的控制的不同点的运转映射图，(a)是热机时使用的第1运转映射图，(b)是半预热时使用的第2运转映射图，(c)是冷机时使用的第3运转映射图。
[0034] 图6是示出用于从上述第1～第3运转映射图中选择适当的映射图的步骤的流程图。
[0035] 图7是用于概略说明在上述第1运转映射图的各区域中执行的燃烧控制的时序图。
[0036] 图8是示出SPCCI燃烧(部分压缩点火燃烧)时的热发生率的波形的图表。
[0037] 图9是示出SPCCI燃烧时执行的控制的详细情况的流程图。
[0038] 图10是示出在上述第1运转映射图的第1区域中执行的控制的详细情况的流程图。
[0039] 图11是用于说明根据热发生量的波形计算燃烧速度的顺序的图。
[0040] 图12是用于说明SI率的各种定义方法的与图8相当的图。
[0041] 附图标记说明
[0042] 1发动机主体；2气缸；13a进气VVT(A/F操作部)；14a排气VVT(A/F操作部)；15喷油器；16火花塞；32节流阀(A/F操作部)；53 EGR阀(A/F操作部)；100 ECU(燃烧控制部)；SN2缸内压传感器(检测部)
具体实施方式
[0043] (1)发动机的整体构成
[0044] 图1及图2是表示应用了本发明的控制装置的压缩点火式发动机(以下简称为发动机)的优选实施方式的图。本图所示的发动机是作为行驶用的动力源而搭载于车辆的4冲程汽油直喷发动机，具备：发动机主体1、供被导入发动机主体1的进气流通的进气通路30、供从发动机主体1排出的废气流通的排气通路40、以及将排气通路40中流通的废气的一部分回流到进气通路30的EGR装置50。
[0045] 发动机主体1具有：在内部形成有气缸2的气缸体3、以从上方封盖住气缸2的方式安装于气缸体3的上面的气缸头4、以及以能够往复滑动的方式插入到气缸2的活塞5。发动机主体1典型地是具有多个(例如4个)气缸的多气缸型发动机，但是在此为了简化，仅着眼于1个气缸2进行说明。
[0046] 在活塞5的上方划分出燃烧室6，通过从后述的喷油器15的喷射向该燃烧室6供给以汽油为主成分的燃料。并且，供给的燃料在燃烧室6与空气混合并燃烧，被该燃烧带来的膨胀力推下的活塞5沿上下方向往复运动。另外，喷射到燃烧室6的燃料作为主成分含有汽油即可，例如除了汽油之外，也可以含有生物乙醇等副成分。
[0048] 气缸2的几何学压缩比、即活塞5位于上死点时的燃烧室6的容积和活塞5位于下死点时的燃烧室的容积之比，作为适于后述的SPCCI燃烧(部分压缩点火燃烧)的值，设定为13以上30以下。更详细地说，气缸2的几何学压缩比优选为，在使用辛烷值为91左右的汽油燃料的标准规格的情况下设定为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规格的情况下设定为15以上18以下。
[0049] 在气缸体3设置有检测曲柄轴7的旋转角度(曲柄角)及曲柄轴7的旋转速度(发动机旋转速度)的曲柄角传感器SN1、以及对在气缸体3及气缸头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。
[0050] 在气缸头4设置有：向燃烧室6开口的进气端口9及排气端口10、对进气端口9进行开闭的进气阀11、以及对排气端口10进行开闭的排气阀12。另外，本实施方式的发动机的阀形式如图2所示，是进气2阀×排气2阀的4阀形式。即，进气端口9具有第1进气端口9A及第2进气端口9B，排气端口10具有第1排气端口10A及第2排气端口10B。进气阀11共计设置2个，分别对第1进气端口9A及第2进气端口9B进行开闭，排气阀12共计设置2个，分别对第1排气端口10A及第2排气端口10B进行开闭。
[0051] 如图3所示，在第2进气端口9B设置有可开闭的涡流阀18。涡流阀18仅设置在第2进气端口9B，在第1进气端口9A不设置。通过将这样的涡流阀18向关闭方向驱动，从未设置涡流阀18的第1进气端口9A向燃烧室6流入的进气的比例增大，所以能够强化绕着气缸轴线转动的转动流、即涡流。相反，如果将涡流阀18向打开方向驱动，则能够减弱涡流。另外，本实施方式的进气端口9是能够形成滚流(纵涡流)的滚流端口。因此，在涡流阀18关闭时形成的涡流是与滚流混合后的斜涡流。
[0053] 在进气阀11用的动阀机构13内置有至少能够变更进气阀11的打开时期的进气VVT13a。同样，在排气阀12用的动阀机构14内置有能够变更排气阀12的关闭时期的排气VVT14a。通过这些进气VVT13a及排气VVT14a的控制，在本实施方式中，能够调整进气阀11及排气阀12的双方跨过排气上死点而开阀的阀重叠期间，此外，通过该阀重叠期间的调整，能够调整燃烧室6中残留的已燃气体(内部EGR气体)的量。另外，进气VVT13a(排气VVT14a)既可以是使进气阀11(排气阀12)的关闭时期(打开时期)保持固定而仅变更打开时期(关闭时期)的类型的可变机构，也可以是同时变更进气阀11(排气阀12)的打开时期及关闭时期的相位式的可变机构。进气VVT13a及排气VVT14a相当于“A/F操作部”(即空燃比操作部)的一例。
[0054] 在气缸头4设置有喷油器15和火花塞16，该喷油器15向燃烧室6喷射燃料(主要是汽油)，该火花塞16用于对从喷油器15喷射到燃烧室6的燃料和导入到燃烧室6的空气混合而成的混合气点火。在气缸头4还设置有用于检测燃烧室6的压力(以下也称作缸内压力)的缸内压传感器SN3。另外，缸内压传感器SN3相当于“检测部”。
[0055] 如图2所示，在活塞5的冠面形成有腔室20，该腔室20中，包括其中央部在内的较大区域朝向气缸头4的相反侧(下方)凹陷。在腔室20的中心部形成有相对地向上方隆起的大致圆锥状的隆起部20a，隔着该隆起部20a的径方向的两侧分别是截面碗状的凹部。换言之，腔室20是以围绕隆起部20a的方式形成的俯视甜甜圈状的凹部。此外，活塞5的冠面之中的比腔室20更靠径方向外侧的区域是由圆环状的平坦面构成的挤气部21。
[0056] 喷油器15是在其前端部具有多个喷孔的多喷孔型的喷油器，能够从该多个喷孔呈放射状喷射燃料(图2中的F表示从各喷孔喷射的燃料的喷雾)。喷油器15设置为其前端部与活塞5的冠面的中心部(隆起部20a)对置。
[0058] 如图1所示，进气通路30以与进气端口9连通的方式，与气缸头4的一侧面连接。从进气通路30的上游端取入的空气(新气)经过进气通路30及进气端口9而被导入至燃烧室6。
[0059] 在进气通路30中，从其上游侧起依次设置有：将进气中的异物除去的空气滤清器31、对进气的流量进行调整的可开闭的节流阀32、将进气压缩并送出的增压机33、对被增压机33压缩的进气进行冷却的中冷器35、以及稳压箱36。节流阀32相当于“A/F操作部”的一例。
[0060] 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1·第2进气温传感器SN5、SN7、以及检测进气的压力的第1·第2进气压传感器SN6、SN8。空气流量传感器SN4及第1进气温传感器SN5设置在进气通路30中的空气滤清器31与节流阀32之间的部分，检测通过该部分的进气的流量及温度。第1进气压传感器SN6设置在进气通路30中的节流阀32与增压机33之间(比后述的EGR通路51的连接口更靠下游侧)的部分，检测通过该部分的进气的压力。第2进气温传感器SN7设置在进气通路30中的增压机33与中冷器35之间的部分，检测通过该部分的进气的温度。第2进气压传感器SN8设置于稳压箱36，检测该稳压箱36内的进气的压力。
[0061] 增压机33是与发动机主体1机械地连结的机械式的增压机(super charger)。增压机33的具体形式没有特别要求，例如可以将利肖姆式、鲁式、或者离心式等公知的增压机的某一种作为增压机33使用。
[0062] 在增压机33和发动机主体1之间夹装有能够电切换紧固和释放的电磁离合器34。电磁离合器34紧固时，从发动机主体1向增压机33传递驱动力，由增压机33进行增压。另一方面，电磁离合器34释放时，上述驱动力的传递被切断，增压机33的增压停止。
[0063] 在进气通路30设置有用于绕过增压机33的旁通通路38。旁通通路38将稳压箱36和后述的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。
[0064] 排气通路40以与排气端口10连通的方式，与气缸头4的另一侧面连接。燃烧室6中生成的已燃气体(废气)经由排气端口10及排气通路40排出到外部。
[0065] 在排气通路40设置有催化转换器41。在催化转换器41中内置有：用于将排气通路40中流通的废气中含有的有害成分(HC、CO、NOx)净化的三元催化剂41a、用于捕获废气中包含的颗粒状物质(PM)的GPF(汽油颗粒过滤器)41b。另外，也可以在催化转换器41的下游侧增设内置有三元催化剂或NOx催化剂等适当的催化剂的其他催化转换器。
[0066] EGR装置50具有将排气通路40和进气通路30连接的EGR通路51、以及设置于EGR通路51的EGR冷却器52及EGR阀53。EGR通路51将排气通路40中的比催化转换器41更靠下游侧的部分和进气通路30中的节流阀32与增压机33之间的部分相互连接。EGR冷却器52通过热交换将经由EGR通路51从排气通路40回流到进气通路30的废气(外部EGR气体)冷却。EGR阀53可开闭地设置于比EGR冷却器52更靠下游侧(接近进气通路30的一侧)的EGR通路51，对EGR通路51中流通的废气的流量进行调整。另外，EGR阀53相当于“A/F操作部”的一例。
[0067] 在EGR通路51中设置有用于对EGR阀53的上游侧的压力与下游侧的压力之差进行检测的差压传感器SN9。
[0068] (2)控制系统
[0069] 图4是表示发动机的控制系统的框图。本图所示的ECU100是用于综合控制发动机的微处理器，由周知的CPU、ROM、RAM等构成。
[0070] 对ECU100输入各种传感器的检测信号。例如，ECU100与上述的曲柄角传感器SN1、水温传感器SN2、缸内压传感器SN3、空气流量传感器SN4、第1·第2进气温传感器SN5、SN7、第1·第2进气压传感器SN6、SN8、以及差压传感器SN9电连接，由这些传感器检测到的信息(即曲柄角、发动机旋转速度、发动机水温、缸内压力、进气流量、进气温、进气压、EGR阀53的前后差压等)被依次输入到ECU100。
[0072] ECU100基于来自上述各传感器的输入信号执行各种判定和计算等，对发动机的各部进行控制。即，ECU100与进气VVT13a、排气VVT14a、喷油器15、火花塞16、涡流阀18、节流阀32、电磁离合器34、旁通阀39、以及EGR阀53等电连接，基于上述计算的结果等，向这些设备分别输出控制用的信号。
[0073] 另外，上述的ECU100相当于“燃烧控制部”。
[0074] (3)与运转状态相应的控制
[0075] 图5的(a)～(c)是用于说明与发动机的预热的进行程度及发动机的旋转速度/负荷相应的控制的不同点的运转映射图。如本图所示，在本实施方式中，对应于发动机的预热完成的热机时、发动机的预热进行到中途的半预热时、发动机未预热的冷机时这3个阶段，分别准备了不同的运转映射图Q1～Q3。以下，将热机时所用的运转映射图Q1称作第1运转映射图，将半预热时所用的运转映射图Q2称作第2运转映射图，将冷机时所用的运转映射图Q3称作第3运转映射图。
[0076] 在热机时的第1运转映射图Q1(图5的(a))中，包括燃烧形态不同的5个运转区域A1～A5，在半预热时的第2运转映射图Q2(图5的(b))中，包括燃烧形态不同的4个运转区域B1～B4，在冷机时的第3运转映射图Q3(图5的(c))中，包括燃烧形态不同的2个运转区域C1、C2。这些各运转区域中的燃烧形态的详细情况留待后述。
[0077] 图6是说明用于从第1～第3运转映射图Q1～Q3中选择适当的映射图的步骤的流程图。若该流程图所示的控制开始，则ECU100在步骤S1中，基于由水温传感器SN2检测的发动机水温与由第2进气温传感器SN7检测的进气温，判定(i)发动机水温小于30℃、及(ii)进气温小于25℃这双方的条件是否成立。
[0078] 在上述步骤S1中判定为“是”而确认了上述(i)(ii)成立时，即“发动机水温＜30℃”及“进气温＜25℃”这两个条件成立，确认发动机处于冷机状态时，ECU100移至步骤S2，将图5的(c)示出的第3运转映射图Q3决定为应当使用的运转映射图。
[0079] 另一方面，在上述步骤S1中判定为“否”而确认了上述(i)(ii)中的某一个不成立时，ECU100移至步骤S3，基于由水温传感器SN2检测的发动机水温和由第2进气温传感器SN7检测的进气温，判定(iii)发动机水温小于80℃、及(iv)进气温小于50℃这两个条件是否成立。
[0080] 在上述步骤S3中判定为“是”而确认了上述(iii)(iv)成立时，即在“发动机水温≥30℃”及“进气温≥25℃”中的至少一个条件、与“发动机水温＜80℃”及“进气温＜50℃”双方的条件成立，确认发动机处于半预热状态时，ECU100移至步骤S4，将图5的(b)示出的第2运转映射图Q2决定为应当使用的运转映射图。
[0081] 另一方面，在上述步骤S3中判定为“否”而确认了上述(iii)(iv)中的某一个不成立时，即“发动机水温≥80℃”及“进气温≥50℃”中的至少一个条件成立，确认发动机处于热机状态(预热完成状态)时，ECU100移至步骤S5，将图5的(a)示出的第1运转映射图Q1决定为应当使用的运转映射图。
[0082] 接下来，对以上所述的冷机时、半预热时、热机时的由各运转映射图Q1～Q3规定的具体的控制内容(与旋转速度/负荷相应的燃烧控制的不同点)进行说明。
[0083] (a)热机时的控制
[0084] 首先，参照第1运转映射图Q1(图5的(a))对发动机的热机时的燃烧控制进行说明。若将第1运转映射图Q1中包含的5个运转区域分别设为第1区域A1、第2区域A2、第3区域A3、第4区域A4、第5区域A5，则第1区域A1是从发动机负荷较低(包括无负荷)的低负荷的区域中除去了高速侧的一部分区域后的低·中速/低负荷的区域，第2区域A2是负荷高于第1区域A1的低·中速/中负荷的区域，第4区域A4是负荷高于第2区域A2且旋转速度较低的低速/高负荷的区域，第3区域A3是旋转速度高于第4区域A4的中速/高负荷的区域，第5区域A5是旋转速度高于第1～第4区域A1～A4中的任一个的高速区域。以下，依次说明在各运转区域中选择的燃烧形态等。
[0085] (a-1)第1区域
[0086] 在低·中速/低负荷的第1区域A1中，执行将SI燃烧和CI燃烧混合的部分压缩点火燃烧(以下将其称作SPCCI燃烧)。SI燃烧是如下的燃烧形态：通过使用了火花塞16的火花点火对混合气点火，利用使燃烧区域从其点火点向周围扩散的火焰传播，使混合气强制地燃烧，CI燃烧指的是如下的燃烧形态：通过活塞5的压缩，在高温·高压化的环境下使混合气自点火而燃烧。并且，将SI燃烧和CI燃烧混合的SPCCI燃烧指的是如下的燃烧形态：通过在混合气即将自点火之前的环境下进行的火花点火，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(通过伴随着SI燃烧而产生的更高温·高压化)使燃烧室6内的剩余混合气通过自点火而进行CI燃烧。另外，“SPCCI”是“Spark Controlled Compression Ignition”的缩写。
[0087] SPCCI燃烧具有CI燃烧时的发热比SI燃烧时的发热更迅速的性质。例如，SPCCI燃烧的热发生率的波形如后述的图7或图8所示，与SI燃烧对应的燃烧初期的上升沿的斜率比与之后的CI燃烧对应地产生的上升沿的斜率小。换言之，SPCCI燃烧时的热发生率的波形形成为，由SI燃烧形成的相对来说上升沿的斜率小的第1热发生率部和由CI燃烧形成的相对来说上升沿的斜率大的第2热发生部依次连续。此外，与这样的热发生率的倾向对应地，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。
[0088] 通过SI燃烧而燃烧室6内的温度及压力升高后，伴随于此，未燃混合气自点火，开始CI燃烧。如后述的图7或图8所例示，在该自点火的定时(即开始CI燃烧的定时)，热发生率的波形的斜率从小到大变化。即，SPCCI燃烧中的热发生率的波形具有在开始CI燃烧的定时出现的拐点(图8的X)。
[0089] CI燃烧开始后，SI燃烧和CI燃烧并行地进行。CI燃烧的混合气的燃烧速度比SI燃烧更快，所以热发生率相对地变大。但是，CI燃烧在压缩上死点之后进行，所以热发生率的波形的斜率不会变得过大。即，超过压缩上死点后，由于活塞5的下降而做功压力下降，所以抑制了热发生率的上升，其结果，避免了CI燃烧时的dp/dθ变得过大。像这样，在SPCCI燃烧中，由于在SI燃烧之后进行CI燃烧这一性质，作为燃烧噪音的指标的dp/dθ不易变得过大，与单纯的CI燃烧(使全部燃料进行CI燃烧的情况)相比，能够抑制燃烧噪音。
[0090] 伴随着CI燃烧的结束，SPCCI燃烧也结束。CI燃烧的燃烧速度比SI燃烧快，所以与单纯的SI燃烧(使全部燃料进行SI燃烧的情况)相比，能够将燃烧结束时期提早。换言之，在SPCCI燃烧中，能够使燃烧结束时期在膨胀冲程内接近压缩上死点。由此，在SPCCI燃烧中，与单纯的SI燃烧相比，能够提高油耗性能。
[0091] 作为上述的SPCCI燃烧的具体形态，在第1区域A1中，准备第1模式与第2模式这2种模式。第1模式是如下所述的模式：将燃烧室6内的空气(新气)与燃料的重量比即空燃比(A/F)设定为大于理论空燃比(14.7)的值，且进行SPCCI燃烧；第2模式是如下所述的模式：将空燃比设定为理论空燃比或其附近的值，且进行SPCCI燃烧。换言之，在第1模式中，在空气过剩率λ(用理论空燃比除以实际空燃比而得的值)大于1的空燃比稀薄的环境下进行SPCCI燃烧，在第2模式中，在空气过剩率为1或其附近的值的理论配比环境下进行SPCCI燃烧。例如，在第1模式中，空气过剩率λ被设定为2以上，在第2模式中，空气过剩率λ被设定为1±0.2。在第1区域A1中，基本上选择第1模式(λ＞1)，但如果在该第1模式下的运转中检测到燃烧稳定性的降低，则燃烧模式暂时切换为第2模式(λ＝1)。另外，与燃烧稳定性相应的模式切换的详细情况留待后述。
[0092] 为了实现上述的第1/第2模式下的SPCCI燃烧，在第1区域A1中，通过ECU100按下述那样控制发动机的各部。
[0093] 喷油器15根据选择了第1/第2模式中的哪一个而执行不同方式的燃料喷射。具体而言，在选择第1模式时，喷油器15在压缩冲程中喷射1个循环中应当喷射的燃料的总量或大部分。例如，在第1区域A1中包含的运转点P1使发动机运转、且选择了第1模式时，喷油器15如图7的图表(a)所示那样，分为从压缩冲程的中期至后期的2次来喷射燃料。另一方面，在选择了第2模式时，喷油器15使至少一部分燃料的喷射时期提前至进气冲程。例如，在上述运转点P1使发动机运转且选择了第2模式时，喷油器15如图7的图表(b)所示那样，在进气冲程中执行第一次燃料喷射，且在压缩冲程中执行第二次燃料喷射。
[0094] 火花塞16在压缩上死点的附近对混合气点火。例如，在上述运转点P1中，火花塞16在与压缩上死点相比稍微靠提前侧的定时对混合气点火。然后，以该点火为契机，SPCCI燃烧开始，燃烧室6内的一部分混合气通过火焰传播而燃烧(SI燃烧)，之后剩余的混合气通过自点火燃烧(CI燃烧)。
[0095] 增压机33在第1运转映射图Q1(图5(a))所示的增压线L的内侧区域处于关闭状态，在增压线L的外侧区域处于工作状态。在增压机33处于关闭状态的增压线T的内侧区域、即第1区域A1的低速侧，电磁离合器34被释放而将增压机33和发动机主体1的连结解除，并且旁通阀39全开，由此，增压机33的增压停止。另一方面，在增压机33处于工作状态的增压线L的外侧区域、即第1区域A1的高速侧，电磁离合器34被紧固而增压机33和发动机主体1连结，从而进行增压机33的增压。这时，对旁通阀39的开度进行控制，以使得由第2进气压传感器SN8检测到的稳压箱36内的压力(增压压力)与按照每个运转条件(旋转速度/负荷)决定的目标压力一致。例如，旁通阀39的开度越大，则经由旁通通路38回流到增压机33的上游侧的进气的流量越多，其结果，导入至稳压箱36的进气的压力、即增压压力变低。旁通阀39像这样调整进气的回流量，将增压压力控制为目标压力。
[0096] 关于进气VVT13a及排气VVT14a，将进气阀11及排气阀12的阀定时设定为用于进行内部EGR的定时，即充分形成进·排气阀11、12双方跨过排气上死点而开阀的阀重叠期间的定时。由此，实现在燃烧室6中残留已燃气体的内部EGR，可提高燃烧室6的温度(压缩前的初期温度)。
[0097] 节流阀32在选择了第1模式(λ＞1)时，打开至相当于全开的开度，与此相对，在选择了第2模式(λ＝1)时，关闭至规定的中间开度。通过这样的节流阀32的控制，在第1模式中，燃烧室6内的整体的空燃比(A/F)被设定为30～40，在第2模式中，该空燃比被设定为14.7或者其附近值。
[0098] 控制EGR阀53的开度，使得燃烧室6内的整体的空燃比在第1/第2模式中分别成为规定的目标空燃比。即，关于EGR阀53，使从导入燃烧室6的总气体量中减去相当于上述目标空燃比(第1模式时为A/F＝30～40；第2模式时为A/F≈14.7)的空气量、以及通过内部EGR而残留在燃烧室6中的已燃气体的量之后的部分的气体，作为外部EGR气体从EGR通路51回流到燃烧室6，来调整EGR通路51内的流量。另外，在第1区域A1中，如上述那样将空燃比(A/F)设定为理论空燃比或者比理论空燃比稀薄，在此基础上向燃烧室6导入EGR气体(外部EGR气体及内部EGR气体)，因此燃烧室6内的总气体与燃料的重量比即气体空燃比(G/F)在第1/第2模式中的任一模式中均稀薄(超过14.7的值)。但是，第2模式时与第1模式时相比，节流阀
32的开度减小，因此第2模式时的气体空燃比与第1模式时的气体空燃比相比减小。例如，气体空燃比(G/F)在第1模式时被设定为35～45，在第2模式时被设定为18～25。
32的开度减小，因此第2模式时的气体空燃比与第1模式时的气体空燃比相比减小。例如，气体空燃比(G/F)在第1模式时被设定为35～45，在第2模式时被设定为18～25。
[0099] 涡流阀18被关闭成全闭或者接近全闭的低开度。由此，向燃烧室6导入的进气的全部或者大部分是来自第1进气端口9A(未设置涡流阀18侧的进气端口)的进气，因此在燃烧室6内形成强涡流。该涡流在进气冲程中成长，并残留至压缩冲程的中途。因此，例如如图7的(a)所示的第1模式(在λ＞1的空燃比稀薄的环境下进行SPCCI燃烧的模式)下的运转时那样，在压缩冲程的中期以后喷射了燃料的情况下，利用涡流的作用而实现燃料的分层化。即，如果在存在涡流的状况下在压缩冲程的中期以后喷射燃料，则喷射的燃料集中于涡流比较弱的燃烧室6的中央部。由此，产生燃烧室6的中央部的燃料浓度比其外侧的区域(外周部)更浓的浓度差，从而实现燃料的分层化。例如，在第1模式下的运转时，燃烧室6的中央部的空燃比设定为20以上且30以下，燃烧室6的外周部的空燃比设定为35以上。
[0100] (a-2)第2区域
[0101] 在低·中速/中负荷的第2区域A2中，在燃烧室6内的空燃比与理论空燃比(λ＝1)大体一致的环境下，执行使混合气进行SPCCI燃烧的控制。具体地说，为了实现这样的理论配比环境下的SPCCI燃烧，在第2区域A2中，由ECU100如下那样控制发动机的各部。
[0102] 喷油器15在进气冲程中喷射1个循环中应当喷射的燃料的一部分，在压缩冲程中喷射剩余的燃料。例如，在第2区域A2中包含的运转点P2中，如图7的图表(c)所示那样，喷油器15在进气冲程中执行喷射较大量的燃料的第一次燃料喷射，并且在压缩冲程中执行喷射比该第一次燃料喷射量少的燃料的第二次燃料喷射。
[0103] 火花塞16在压缩上死点的附近对混合气点火。例如，在上述运转点P2，火花塞16在比压缩上死点稍稍靠提前侧的定时对混合气点火。然后，以该点火为契机开始SPCCI燃烧，燃烧室6内的一部分混合气通过火焰传播而燃烧(SI燃烧)，然后，剩余混合气通过自点火而燃烧(CI燃烧)。
[0104] 增压机33在与增压线L的内侧区域重叠的低负荷且低速侧的一部分处于关闭状态，在其以外的区域处于工作状态。增压机33处于工作状态而进气被增压时，旁通阀39的开度被控制为，使得稳压箱36内的压力(增压压力)与目标压力一致。
[0105] 关于进气VVT13a及排气VVT14a，将进气阀11及排气阀12的阀定时设定为能够进行内部EGR的定时(即形成规定量的阀重叠期间的定时)。另外，在第2区域A2的高负荷侧也可以实质上将内部EGR停止。
[0106] 节流阀32设为全开。
[0107] EGR阀53的开度被控制为，使得燃烧室6内的空燃比(A/F)成为理论空燃比(λ＝1)或者其附近。例如，EGR阀53调整经由EGR通路51回流的废气(外部EGR气体)的量，以使得空气过剩率λ成为1±0.2。另外，燃烧室6内的气体空燃比(G/F)均设为稀薄。
[0108] 涡流阀18被关闭至全闭或者接近全闭的低开度。由此，在燃烧室6中形成强涡流。
[0109] (a-3)第3区域
[0110] 在第3区域A3中，在燃烧室6内的空燃比与理论空燃比相比稍富集(λ≤1)的环境下执行使混合气进行SPCCI燃烧的控制。具体而言，为了实现这样的富环境下的SPCCI燃烧，在第3区域A3中，由ECU100按下述那样控制发动机的各部。
[0111] 喷油器15在进气冲程中喷射1个循环中应当喷射的燃料的全部或者大部分。例如，在第3区域A3中包含的运转点P3，如图7的图表(d)所示，喷油器15在与进气冲程的后半重叠的连续的期间，更详细而言是遍及从进气冲程的后半至压缩冲程的初期的连续的期间喷射燃料。
[0112] 火花塞16在压缩上死点的附近对混合气点火。例如，在上述运转点P3，火花塞16在与压缩上死点相比稍靠滞后侧的定时对混合气点火。
[0113] 增压机33被设为工作状态，进行增压机33的增压。此时的增压压力由旁通阀39调整。
[0114] 关于进气VVT13a及排气VVT14a，将进气阀11及排气阀12的定时设定为实质上使内部EGR停止的定时。
[0115] 节流阀32设为全开。
[0116] 控制EGR阀53的开度，使得燃烧室6内的空燃比(A/F)比理论空燃比稍富集(λ≤1)。例如，EGR阀53调整经由EGR通路51回流的废气(外部EGR气体)的量，以使空燃比成为12以上且14以下。但是，也可以在发动机的最高负荷的附近将EGR阀53关闭而实质上停止外部EGR。
[0117] 涡流阀18的开度被设定为，比第1·第2区域A1、A2中的开度大且比与全开相当的开度小的中间开度。
[0118] (a-4)第4区域
[0119] 在低速·高负荷的第4区域A4中，在压缩冲程的后期喷射燃料的至少一部分且执行使混合气进行SI燃烧的控制。具体而言，为了实现伴随这样的延迟喷射的SI燃烧，在第4区域A4中，由ECU100按下述那样控制发动机的各部。
[0120] 喷油器15在进气冲程中喷射1个循环中应当喷射的燃料的一部分，在压缩冲程的后期喷射剩余的燃料。例如，在第4区域A4中包含的运转点P4，如图7的图表(e)所示，喷油器15在进气冲程中执行喷射较大量的燃料的第一次燃料喷射，且在压缩冲程的后期(压缩上死点之前)执行喷射比该第一次燃料喷射量少的燃料的第二次燃料喷射。
[0121] 火花塞16例如在距离压缩上死点经过5～20℃A左右的较迟的定时对混合气点火。然后，以该点火为契机开始SI燃烧，燃烧室6内的全部混合气通过火焰传播而燃烧。另外，使第4区域A4中的点火时期如上述那样滞后是为了防止爆震、提前点火等的异常燃烧。但是，在第4区域A4中，将第二次燃料喷射设定为压缩冲程的后期(压缩上死点之前)这样的相当晚的定时，所以即便点火时期如上述那样滞后，点火后的燃烧速度(火焰传播速度)也比较快。即，第二次燃料喷射到点火为止的期间足够短，所以点火时间点的燃烧室6内的流动(紊流能量)比较强，利用该流动能够提高点火后的燃烧速度。由此，能够防止异常燃烧且提高热效率。
[0122] 增压机33被设为工作状态，进行增压机33的增压。此时的增压压力由旁通阀39调整。
[0123] 节流阀32被设为全开。
[0124] 关于进气VVT13a及排气VVT14a，将进气阀11及排气阀12的定时设定为使内部EGR实质上停止的定时。
[0125] 控制EGR阀53的开度，使得燃烧室6内的空燃比(A/F)成为理论空燃比(λ＝1)或者其附近。例如，EGR阀53调整经由EGR通路51回流的废气(外部EGR气体)的量，以使得空气过剩率λ成为1±0.2。但是，在发动机的最高负荷的附近也可以将EGR阀53关闭而实质上将外部EGR停止。
[0126] 涡流阀18的开度被设定为规定的中间开度(例如50％)或者其附近值。
[0127] (a-5)第5区域
[0128] 在比上述第1～第4区域A1～A3更靠高速侧的第5区域A5，执行比较传统的SI燃烧。为了实现该SI燃烧，在第5运转区域A5，由ECU100如下那样控制发动机的各部。
[0129] 喷油器15至少在与进气冲程重叠的规定的期间喷射燃料。例如，在第5区域A5所包含的运转点P5，喷油器15如图7的图表(f)所示，在从进气冲程到压缩冲程的连续的期间喷射燃料。另外，运转点P5是非常高速且高负荷的条件，所以在1个循环中应喷射的燃料的量本来就很多，而且喷射所要量的燃料所需的曲柄角期间也变长。这就是为什么运转点P5处的燃料的喷射期间比前述的其他运转点(P1～P4)的任一个都长。
[0130] 火花塞16在压缩上死点的附近对混合气点火。例如，在上述运转点P5，火花塞16在比压缩上死点稍稍靠提前侧的定时对混合气点火。并且，以该点火为契机开始SI燃烧，燃烧室6内的混合气全部通过火焰传播而燃烧。
[0131] 增压机33被设为工作状态，进行增压机33的增压。这时的增压压力由旁通阀39调整。
[0132] 节流阀32被设为全开。
[0133] 控制EGR阀53的开度，使得燃烧室6内的空燃比(A/F)成为理论空燃比，或者比其稍稍靠富侧的值(λ≤1)。
[0134] 涡流阀18被设为全开。由此，不仅第1进气端口9A，第2进气端口9B也完全开放，发动机的填充效率提高。
[0135] (b)半预热时的控制
[0136] 接下来，基于第2运转映射图Q2(图5的(b))，对发动机的半预热时的燃烧控制进行说明。如果将第2运转映射图Q2中包含的4个运转区域分别设为第6区域B1、第7区域B2、第8区域B3、第9区域B4，则第6区域B1对应于将预热时使用的第1运转映射图Q1中的第1·第2区域A1、A2合并后的区域，第7区域B2对应于第1运转映射图Q1的第3区域A3，第8区域B3对应于第1运转映射图Q1的第4区域A4，第9区域B4对应于第1运转映射图Q1的第5区域A5。
[0137] 在第6区域B1中，与热机时(第1运转映射图Q1)的第2区域A2同样，在燃烧室6内的空燃比与理论空燃比(λ＝1)大致一致的环境下执行使混合气进行SPCCI燃烧的控制。该第6区域B1下的控制基本上与上述(a-2)说明的控制(热机时的第2区域A2下的控制)相同，因此在此省略其说明。
[0138] 此外，余下的区域B2～B4中的控制分别与热机时(第1运转映射图Q1)的区域A3～A5中的控制(上述(a-3)～(a-5))相同，也省略其说明。
[0139] (c)冷机时的控制
[0140] 接下来，基于第3运转映射图Q3(图5的(c))，对发动机的冷机时的燃烧控制进行说明。如果将第3运转映射图Q3中包含的2个运转区域分别设为第10区域C1、第11区域C2，则第10区域C1对应于将预热时使用的第1运转映射图Q1中的第1·第2·第3·第5区域A1、A2、A3、A5合并后的区域，第11区域C2对应于第1运转映射图Q1的第4区域A4。
[0141] 在第10区域C1中，主要执行使进气冲程中喷射的燃料与空气混合且进行SI燃烧的控制。该第10区域C1中的控制与一般的汽油发动机的燃烧控制相同，因此在此省略其说明。
[0142] 此外，第11区域C2中的控制与热机时(第1运转映射图Q1)的第4区域A4中的控制(上述(a-4))相同，也省略其说明。
[0143] (4)关于SI率及燃烧重心
[0144] 如上所述，在本实施方式中，在几个运转区域(第1运转映射图Q1的第1～第3区域A1～A3及第2运转映射图Q2的第6·第7区域B1、B2)中，执行SI燃烧与CI燃烧混合的SPCCI燃烧，但在该SPCCI燃烧中，重要的是根据运转条件控制SI燃烧与CI燃烧的比率。
[0145] 在这里，在本实施方式中，作为上述比率，使用SI燃烧的热发生量相对于SPCCI燃烧(SI燃烧及CI燃烧)的总热发生量的比例、即SI率。图8是用于说明该SI率的图，表示发生SPCCI燃烧时的热发生率(J/deg)的曲柄角的变化。图8的波形中的拐点X是燃烧形态从SI燃烧切换到CI燃烧时出现的拐点，能够将与该拐点X对应的曲柄角θci定义为CI燃烧的开始时期。并且，将比该θci(CI燃烧的开始时期)更位于提前侧的热发生率的波形的面积R1作为SI燃烧的热发生量，将比θci更位于滞后侧的热发生率的波形的面积R2作为CI燃烧的热发生率。由此，由(SI燃烧的热发生量)/(SPCCI燃烧的热发生量)定义的上述SI率能够使用上述各面积R1、R2而用R1/(R1+R2)表示。即，在本实施方式中，SI率＝R1/(R1+R2)。
[0146] SI率与1个循环中向燃烧室6喷射的燃料的一半的质量(50％质量)进行了燃烧的时期、即燃烧重心相关。例如，SI率越小，混合气通过自点火同时多发地燃烧的CI燃烧的比例越增加，因此平均燃烧速度变快，燃烧重心提前而接近压缩上死点。这样能够改善热效率，但是另一方面会导致燃烧噪音的增大。相反，SI率越高(CI燃烧的比例越小)，平均燃烧速度越变慢，因此燃烧重心滞后而远离压缩上死点。这样能够抑制燃烧噪音，但是另一方面会导致热效率的降低。在本实施方式中，考虑到上述的SI率与燃烧重心的相关性，将燃烧噪音被抑制为小于容许级别且能够得到高热效率的最佳燃烧重心，预先作为目标燃烧重心决定好，且将与该目标燃烧重心对应的最佳的SI率预先作为目标SI率决定好。
[0147] 这里，目标燃烧重心根据发动机的运转条件(旋转速度/负荷)而变化。例如，在热发生量较多的高负荷条件时，燃料的喷射量较多而燃烧室6内的总热发生量较大(换言之，燃烧噪音容易变大)，因此与热发生量较少的低负荷条件时相比，为了抑制燃烧噪音需要使燃烧重心从压缩上死点大幅滞后。相反，低负荷条件时与高负荷条件时相比，热发生量较小而燃烧噪音不易变大，因此为了提高热效率，希望将燃烧重心设定在提前侧。据此，总的来说，负荷越高则越将目标燃烧重心设定到滞后侧(换言之，负荷越低则越设定到提前侧)。此外，由于每单位时间的曲柄角的进行量随着发动机旋转速度而变化，因此考虑到噪音及热效率的最佳燃烧重心也随着旋转速度而变化。为此，目标燃烧重心不仅根据负荷还根据旋转速度可变地进行设定。
[0148] 如此，虽然目标燃烧重心根据发动机的运转条件(旋转速度/负荷)变化，但反过来说，希望旋转速度及负荷相同时，燃烧重心也相同。为此，在本实施方式中，即便SPCCI燃烧的模式不同，旋转速度及负荷相同情况下的目标燃烧重心都设定为相同。例如，无论是在发动机的热机时执行SPCCI燃烧时(第1运转映射图Q1的第1～第3区域A1～A3中的运转时)，还是在发动机的半预热时执行SPCCI燃烧时(第2运转映射图Q2的第1·第2区域B1、B2中的运转时)，只要旋转速度及负荷相同，则目标燃烧重心设为相同。此外，在第1运转映射图Q1的第1区域A1中，选择第1模式及第2模式中的某一个，但无论是在执行哪一个模式下的SPCCI燃烧时，只要旋转速度及负荷相同，目标燃烧重心都设为相同。
[0149] 如以上所述，由于SPCCI燃烧中的目标燃烧重心根据发动机的旋转速度及负荷而变化，与之相应地，目标SI率也根据旋转速度及负荷而可变地设定。例如，如上所述，由于负荷越高则目标燃烧重心越存在于滞后侧，与之相应地，负荷越高则越较大地(换言之，负荷越高则CI燃烧的比例越减少)设定目标SI率。此外，由于目标燃烧重心与SPCCI燃烧的模式的不同(热机时/半预热时的不同，或者第1区域A1中的第1/第2模式的不同)无关，只要旋转速度及负荷相同则设为相同，因此与之相应地，只要旋转速度及负荷相同(与燃烧模式的不同无关地)则目标SI率也也设为相同。
[0150] 并且，在本实施方式中，火花塞16的点火时期、燃料的喷射量/喷射时期及缸内状态量等的控制量的目标值分别根据运转条件(旋转速度/负荷)预先确定，以实现如上述那样设定的目标燃烧重心及目标SI率。另外，这里所说的缸内状态量是指，例如燃烧室6内的温度、EGR率等。EGR率包括：外部EGR气体(经由EGR通路51向燃烧室6回流的废气)相对于燃烧室6内的总气体的比例、即外部EGR率；以及内部EGR气体(在燃烧室6残留的已燃气体)相对于燃烧室6内的总气体的比例、即内部EGR率。
[0151] 例如，火花塞16的点火时期(火花点火的时期)越提前，则较多的燃料通过SI燃烧而燃烧，SI率增高。此外，燃料的喷射时期越提前，则越多的燃料通过CI燃烧而燃烧，SI率降低。或者，燃烧室6的温度越增高，则较多的燃料通过CI燃烧而燃烧，SI率降低。进而，由于SI率的变化伴随燃烧重心的变化，所以上述各控制量(点火时期、喷射时期、缸内温度等)的变化成为调整燃烧重心的要素。
[0152] 基于上述的倾向，在本实施方式中，点火时期、燃料的喷射量/喷射时期及缸内状态量(温度、EGR率等)的各目标值按照运转条件预先决定，以成为能够实现上述的目标燃烧重心及目标SI率的组合。在SPCCI燃烧下的运转时(即第1运转映射图Q1的第1～第3区域A1～A3或者第2运转映射图Q2的第1·第2区域B1、B2中的运转时)，ECU100基于这些控制量的各目标值，控制喷油器15、火花塞16、EGR阀53、进·排气VVT13a、14a等。例如，基于点火时期的目标值控制火花塞16，并且基于燃料的喷射量/喷射时期的目标值控制喷油器15。此外，基于燃烧室6的温度及EGR率的各目标值控制EGR阀53及进·排气VVT13a、14a，调整经由EGR通路51的废气(外部EGR气体)的回流量、以及内部EGR带来的已燃气体(内部EGR气体)的残留量。
[0153] (5)基于燃烧重心的SPCCI燃烧时的控制
[0154] 如上所述，在本实施方式中，预先决定点火时期、燃料的喷射量/喷射时期及缸内状态量(温度、EGR率等)等的控制量的各目标值，使得SI率及燃烧重心与各自的目标值(目标SI率及目标燃烧重心)一致，但即使按照目标控制上述各控制量(点火时期等)，SI率及燃烧重心也不一定成为目标值。为此，在本实施方式中，按每个燃烧循环确定SPCCI燃烧的燃烧重心，基于确定的燃烧重心调整点火时期。
[0155] 图9是示出在SPCCI燃烧下的运转时、即图5的(a)所示的第1运转映射图Q1(热机时)中的第1～第3区域A1～A3中的运转时和图5的(b)所示的第2运转映射图Q2(半预热时)中的第6·第7区域B1、B2中的运转时，分别由ECU100执行的控制的详细情况的流程图。该流程图所示的控制开始后，ECU100在步骤S11中，基于由曲柄角传感器SN1检测的发动机旋转速度、以及根据油门传感器SN10的检测值(油门开度)、空气流量传感器SN4的检测值(进气流量)等确定的发动机负荷，决定从喷油器15喷射的燃料的喷射量及喷射时期。另外，这里决定的燃料的喷射量/喷射时期是为了实现上述目标燃烧重心而按照发动机的运转条件预先决定的喷射量/喷射时期。
[0156] 接下来，ECU100移至步骤S12，基于曲柄角传感器SN1的检测值判定预先决定的特定曲柄角是否已经到来。该特定曲柄角是作为决定火花塞16的点火时期的定时而预先决定的，例如被决定为压缩上死点前60℃A左右。
[0157] 在上述步骤S12中判定为“是”而确认了特定曲柄角已到来的情况下，ECU100移至步骤S13，决定用于实现目标燃烧重心的点火时期。
[0158] 具体而言，在上述步骤S13中，ECU100基于与目标燃烧重心对应地确定的点火时期的当初的目标值(以下称作默认点火时期)和上述特定曲柄角时间点的缸内状态量，决定用于实现目标燃烧重心的点火时期。另外，缸内状态量、即燃烧室6的温度和EGR率等例如能够根据第2进气温传感器SN7、第2进气压传感器SN8、差压传感器SN9等的检测值进行预测。
[0159] 为了决定上述点火时期，在本实施方式中，预先准备基于上述特定曲柄角时间点的缸内状态量来决定点火时期的修正量的模型式。例如，上述特定曲柄角时间点的缸内状态量越从其目标值大幅偏离，越需要将从默认点火时期大幅偏离的时期决定为上述点火时期。另一方面，如上述步骤S11中说明的那样，在本实施方式中，由于直接采用当初的目标值作为燃料的喷射量/喷射时期，因此也可以不考虑这些燃料的喷射量/喷射时期相对于目标值的偏离量。因此，在本实施方式中，作为上述模型式，预先准备将缸内状态量相对于目标值的偏离量作为输入要素、将点火时期的修正量作为输出要素的计算式。即，只要将缸内状态量相对于目标值的偏离量输入上述模型式，便能够求出为了使燃烧重心与目标燃烧重心一致所需的点火时期的修正量(相对于默认点火时期的修正量)。在上述步骤S13中，将从默认点火时期滞后或者提前了如上述那样利用模型式求出的修正量而得的时期，决定为最终的点火时期。另外，在上述特定曲柄角时间点的缸内状态量与目标值相同的情况下，直接采用默认点火时期作为点火时期。
[0160] 接下来，ECU100移至步骤S14，按照上述步骤S13中决定的点火时期使火花塞16进行点火，并以该点火为契机使混合气进行SPCCI燃烧。
[0161] 接下来，ECU100移至步骤S15，基于在与SPCCI燃烧的燃烧期间(从燃烧开始至结束为止的期间)重叠的规定期间内检测的缸内压力计算燃烧重心，且基于计算出的燃烧重心，对上述步骤S13中使用的模型式进行修正。即，ECU100基于在上述检测期间中由缸内压传感器SN3检测到的缸内压力的波形，按每个曲柄角计算伴随燃烧的热发生量，且基于该每个曲柄角的热发生量的数据，计算燃料的50％质量进行了燃烧的时间点、即燃烧重心。然后，计算该计算出的燃烧重心与上述的目标燃烧重心的偏离量，且基于计算出的偏离量，对用于决定点火时期(用于实现目标燃烧重心的点火时期)的上述的模型式进行修正。该模型式的修正，能够提高本次以后在同样的条件下决定点火时期时的精度。
[0162] (6)热机时的模式切换控制
[0163] 如在上述(3)的(a-1)中说明那样，在发动机的热机时，选择图5的(a)所示的第1运转映射图Q1，且在该第1运转映射图Q1的第1区域A1中的运转时，空燃比(A/F)不同的2种模式(第1/第2模式)的SPCCI燃烧被择一地执行。接下来，参照图10的流程图说明该模式切换的详细情况。
[0164] 图10的流程图所示的控制开始后，ECU100在步骤S21中，判定是否选择了第1运转映射图Q1(图5的(a))作为当前时间点的运转映射图，换言之，判定发动机是否处于热机状态(发动机水温≥80℃，或者进气温≥50℃中的任一个成立的状态)。
[0165] 在上述步骤S21判定为“是”而确认到选择了第1运转映射图Q1的情况下，ECU100移至步骤步骤S22，判定发动机是否在该第1运转映射图Q1的第1区域A1中运转。即，ECU100基于由曲柄角传感器SN1检测的发动机旋转速度、以及根据油门传感器SN10的检测值(油门开度)、空气流量传感器SN4的检测值(进气流量)等确定的发动机负荷，确定当前时间点的发动机的运转点，判定该运转点是否包含于第1运转映射图Q1的第1区域A1。
[0166] 在上述步骤S22中判定为“否”而确认到运转点不包含于第1区域A1的情况下，ECU100移至步骤S31，执行第1区域A1以外的对应运转区域(第2～第5区域A2～A5中的某一个)所规定的控制。
[0167] 另一方面，在上述步骤S22中判定为“是”而确认到运转点包含于第1区域A1的情况下，ECU100移至步骤S23，作为第1区域A1所规定的2种燃烧模式之一，选择在空气过剩率λ大于1的空燃比稀薄的环境下进行SPCCI燃烧的第1模式。该第1模式的燃烧控制的详细情况与在上述(3)的(a-1)中说明的相同。
[0168] 接下来，ECU100移至步骤S24，基于由缸内压传感器SN3检测的缸内压力，计算SPCCI燃烧的前半部分中的平均的燃烧速度。
[0169] 图11是用于说明在上述步骤S24中计算燃烧速度的步骤的图，示出随着曲柄角的进行而变化的热发生量的数据。该热发生量的数据能够根据由缸内压传感器SN3检测的缸内压力求出。在上述步骤S24中，ECU100基于图11所示的热发生量的数据确定MFB10及MFB50(即燃烧重心)，MFB10是在1个燃烧循环中向燃烧室6供给的燃料的质量之中的10％进行了燃烧的时期，MFB50是相同燃料的质量之中的50％进行了燃烧的时期。然后，基于MFB10至MFB50之间的曲柄角的差分ΔA和MFB10至MFB50之间发生的热发生量的差分ΔB，计算燃烧的前半部分的平均的燃烧速度(＝ΔB/ΔA)。另外，在图11中，MFB10相当于“第1质量燃烧时期”，MFB50相当于“第2质量燃烧时期”。
[0170] 接下来，ECU100移至步骤S25，基于将在上述步骤S24中计算出的燃烧速度蓄积而得的履历数据，计算表示该燃烧速度的每个循环的偏差的指标即标准偏差。用于计算该标准偏差的履历数据是蓄积包含上述步骤S24中最后计算出的燃烧速度的数据的最近的规定循环数的数据而得到的。但是，在第1模式(λ＞1)的SPCCI燃烧(步骤S23)开始后经过的循环数不满足上述规定循环数的情况下，将上述第1模式的SPCCI燃烧开始后的全部循环中的燃烧速度的数据用作上述履历数据。另外，也可以预先决定用于求出标准偏差的最低限必要数据数，在未蓄积到该最低限必要数据数的时间点，方便起见将标准偏差计算为零。
[0171] 接下来，ECU100移至步骤S26，判定在上述步骤S25中计算出的燃烧速度的标准偏差是否大于预先决定的阈值Z。阈值Z是用于确认燃烧稳定性的阈值，上述标准偏差大于该阈值Z意味着燃烧稳定性比较低。
[0172] 在上述步骤S26中判定为“是”而确认到燃烧速度的标准偏差超过了阈值Z的情况下，ECU100移至步骤S27，执行对异常计数器(其默认值为零)加1的递增计数的处理。反之，在上述步骤S26中判定为“否”而确认到燃烧速度的标准偏差为阈值Z以下的情况下，ECU100移至步骤S28，执行从上述异常计数器减1的递减计数的处理。
[0173] 接下来，ECU100移至步骤S29，判定在上述步骤S27/S28中递增/递减计数后的异常计数器是否为规定次数W以上。另外，这里使用的规定次数W是至少2以上的整数。
[0174] 在上述步骤S29中判定为“是”而确认到异常计数器为规定次数W以上的情况下、即确认到燃烧稳定性较差的燃烧接连多次发生的情况下，ECU100移至步骤S30，将燃烧模式由第1模式(λ＞1)切换到第2模式(λ＝1)。即，将燃烧模式由在空气过剩率λ大于1的空燃比稀薄的环境下进行SPCCI燃烧的上述第1模式，切换到在空气过剩率λ与1大致一致的理论配比环境下进行SPCCI燃烧的第2模式。在向该第2模式切换时，需要减少向燃烧室6导入的空气量(新气量)。为此，作为上述步骤S30中的具体的控制，执行至少将节流阀32向关闭侧驱动的控制，以使燃烧室6内的空气量减少至与理论空燃比相当的量。
[0175] 另外，虽省略详细内容，在上述步骤S30中由第1模式向第2模式切换后，持续一段时间第2模式的SPCCI燃烧，之后再次向第1模式的SPCCI燃烧切换。然后，恢复为第1模式后，再次反复上述图10的流程图的控制。
[0176] (7)作用效果
[0177] 如以上说明那样，在本实施方式中，在发动机的热机时所使用的第1运转映射图Q1的第1区域A1中，择一地执行使空燃比(A/F)大于理论空燃比的第1模式的SPCCI燃烧和将空燃比设为大致理论空燃比的第2模式的SPCCI燃烧。具体而言，在第1模式的SPCCI燃烧的执行中，在基于缸内压传感器SN3的检测值确认到燃烧稳定性较低的情况下，燃烧模式由第1模式向第2模式切换，将节流阀32向关闭侧驱动以使空燃比富化至大致理论空燃比，并减少向燃烧室6的空气的导入量。根据这样的构成，具有尽可能地提高SPCCI燃烧时的热效率且良好地确保燃烧稳定性的优点。
[0178] 即，在上述实施方式中，在使空燃比(A/F)大于理论空燃比的第1模式的SPCCI燃烧的执行中，确认到燃烧稳定性较低的情况下，使燃烧模式切换到在将空燃比减小至大致理论空燃比的状态下进行SPCCI燃烧的第2模式，因此随着该切换在燃烧室6内形成燃料富集的环境，从而能够促进火花点火后的火焰核的形成。由此，由于足够大的火焰核稳定地形成，因此能够提高SPCCI燃烧的燃烧稳定性。
[0179] 反言之，只要燃烧稳定性不下降则维持第1模式而使空燃比大于理论空燃比，因此能够尽可能长地确保在对热效率有利的燃料稀薄的环境下进行SPCCI燃烧的期间，能够有效地改善发动机的油耗性能。
[0180] 此外，在上述实施方式中，确定在1个燃烧循环中供给的燃料之中的规定的质量比例(10％质量及50％质量)的燃料进行了燃烧的时期即MFB10及MFB50，基于所确定的各燃烧时期(MFB10及MFB50)判定燃烧稳定性，因此能够基于追随混合气的燃烧速度的变动而变化的上述各燃烧时期(MFB10及MFB50)适当地判定燃烧稳定性。
[0181] 更具体而言，在上述实施方式中，基于按照每个循环将根据上述MFB10及MFB50计算的燃烧速度蓄积而得到的数据来确定燃烧速度的标准偏差(每个循环的燃烧速度的偏差)，并基于所确定的标准偏差判定燃烧稳定性，因此能够更适当地判定燃烧稳定性。
[0182] 此外，在上述实施方式中，按发动机的旋转速度及负荷预先决定SPCCI燃烧时的目标燃烧重心(及目标SI率)，并且预先决定火花塞16的点火时期、燃料的喷射量/喷射时期、缸内状态量(温度、EGR率等)等的各控制量的目标值以获得该目标燃烧重心(及目标SI率)。并且，使发动机在热机时(第1运转映射图Q1)的第1区域A1运转时，无论选择了上述的第1模式及第2模式中的哪一个，只要旋转速度及负荷相同，则目标燃烧重心设定为相同，调整点火时期以实现该相同的目标燃烧重心。根据这样的构成，即使燃烧模式在第1模式与第2模式之间切换，燃烧重心也不会大幅偏离，因此能够降低模式切换时的扭矩变化(切换前后的输出扭矩之差)，能够实现难以让乘员感知的顺畅的模式切换。
[0183] (8)变形例
[0184] 在上述实施方式中，在进行SPCCI燃烧时，基于由缸内压传感器SN3(检测部)检测的缸内压力的波形，确定10％质量及50％质量的燃料进行了燃烧的时期即MFB10及MFB50，且根据确定的各燃烧时期(MFB10及MFB50)计算燃烧的前半部分中的平均的燃烧速度，进而基于从该燃烧速度的履历数据计算出的燃烧速度的标准偏差，判定燃烧稳定性，但也可以不采用燃烧速度的标准偏差，而是采用按照各种运转条件规定的燃烧速度的标准值与按照每个循环计算的上述燃烧速度的差分，并基于该差分的标准偏差判定燃烧稳定性。
[0185] 在上述实施方式中，基于燃烧速度的偏差(标准偏差)判定燃烧稳定性，例如也可以基于规定的质量比例的燃料进行了燃烧的时期的偏差来判定燃烧稳定性。此外，例如也可以基于缸内压传感器SN3的检测值确定在图8所示的波形中作为拐点X出现的θci(CI燃烧的开始时期)，并基于该θci的每个循环的偏差来判定燃烧稳定性。
[0186] 此外，为了燃烧稳定性的判定而应当由检测部检测的参数，只要是随着燃烧的进行而变化的某一参数即可，不必限定于缸内压力。例如，也可以将能够高响应性地检测燃烧室6的内部温度的温度传感器设置为上述检测部。或者，也可以将检测伴随燃烧发生的燃烧噪音(音压)的噪音传感器、检测发动机主体1的振动(振动加速度)的振动传感器设置为上述检测部。
[0187] 在上述实施方式中，在发动机的热机时使用的第1运转映射图Q1的第1区域A1中，确认到燃烧稳定性较低的情况下，由在空燃比(A/F)大于理论空燃比的稀薄环境下进行SPCCI燃烧的第1模式，切换到在空燃比大致为理论空燃比的理论配比环境下进行SPCCI燃烧的第2模式，并且在该切换时，将节流阀32向关闭侧驱动来减少向燃烧室6的吸入空气量，但也可以除了(或者代替)这样的空气量的降低，还通过增加从喷油器15喷射的燃料的喷射量来降低空燃比(A/F)。
[0189] 在上述实施方式中，在活塞5的冠面设置包围圆锥状的隆起部20a的俯视甜甜圈状的腔室20，但是也可以将腔室20之中的与火花塞16对置的部分的凹部、换句话说比隆起部20a更位于进气侧的部分的凹部比其相反侧(排气侧)的凹部更小地形成。由此，在从喷油器
15在压缩冲程的后期喷射燃料时，能够使燃料的喷雾迅速地移动到火花塞16的电极的附近。
15在压缩冲程的后期喷射燃料时，能够使燃料的喷雾迅速地移动到火花塞16的电极的附近。
[0190] 在上述实施方式中，进行使已燃气体残留在燃烧室6的内部EGR时，对进·排气VVT13a、14a进行控制以形成跨过排气上死点而进·排气阀11、12的双方均开阀的阀重叠期间，但也可以与此相反，形成跨过排气上死点而进·排气阀11、12的双方均闭阀的所谓负重叠期间，从而进行内部EGR。
[0191] 在上述实施方式中，在对于1个气缸2设置的2个进气端口9A、9B的一方(第2进气端口9B)设置涡流阀18，并使该涡流阀18的开度增减，从而调整涡流的强度，但是调整涡流的强度的方法不限于此。例如，也可以使将第1进气端口9A开闭的进气阀11的抬升量和将第2进气端口9B开闭的进气阀11的抬升量存在差，或者使这2个进气阀11的开闭定时存在差，从而调整涡流的强度。
[0192] 在上述实施方式中，按照发动机的各种运转条件(旋转速度/负荷)预先决定燃烧噪音与热效率平衡的最佳的目标燃烧重心，在进行SPCCI燃烧时，根据特定曲柄角时间点的缸内状态量(EGR率、温度等)并使用模型式求出获得该目标燃烧重心所需的点火时期(距其目标值的修正量)，但也可以代替点火时期，或者除了点火时期外，调整从喷油器15喷射燃料的喷射时期。或者也可以调整燃料的喷射时期与喷射量双方。
[0193] 进而，除了(或者代替)上述那样的控制，还可以进行基于燃烧重心或者SI率的反馈控制。
[0194] 例如，在进行基于燃烧重心的反馈控制的情况下，每次根据由缸内压传感器SN3检测的检测波形等计算各次燃烧(SPCCI燃烧)的燃烧重心，在计算出的燃烧重心与目标燃烧重心不一致的情况下，向其偏离量减小的方向修正点火时期、燃料的喷射量/喷射时期等。
[0195] 同样，在进行基于SI率的反馈控制的情况下，每次根据由缸内压传感器SN3检测的检测波形等计算各次燃烧的SI率，在计算出的SI率与目标SI率不一致的情况下，向其偏离量减小的方向修正点火时期、燃料的喷射量/喷射时期等。
[0196] 另外，如上述那样计算各次燃烧的SI率的情况下，可以想到计算该SI率的各种具体方法。
[0197] 例如，可以根据缸内压传感器SN3的检测波形计算各曲柄角时间点的热发生率，基于计算出的热发生率的数据(波形)分别计算图8所示的面积R1、R2。这种情况下，如已经说明的，可以计算SI率＝R1/(R1+R2)，但是也可以代替地计算SI率＝R1/R2。
[0198] 或者，也可以使用图12所示的Δθ1、Δθ2来计算SI率。即，将SI燃烧的曲柄角期间(比拐点X更靠提前侧的曲柄角期间)设定为Δθ1，将CI燃烧的曲柄角期间(比拐点X更靠滞后侧的曲柄角期间)设为Δθ2时，计算SI率＝Δθ1/(Δθ1+Δθ2)，或者SI率＝Δθ1/Δθ2。
[0199] 或者也可以是，将SI燃烧的热发生率的峰值设为ΔH1，将CI燃烧的热发生率的峰值设为ΔH2时，计算SI率＝ΔH1/(ΔH1+ΔH2)，或者SI率＝ΔH1/ΔH2。
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