会员体验
专利管家（专利管理）
工作空间（专利管理）
风险监控（情报监控）
数据分析（专利分析）
侵权分析（诉讼无效）
联系我们
交流群
官方交流：
QQ群： 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利库 / 引擎 / 火花点火发动机 / 火花点火式发动机

火花点火式发动机

阅读：406发布：2020-05-13

IPRDB可以提供火花点火式发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且控制器对压缩点火模式和火花点火模式进行切换，在该压缩点火模式下，进行压缩点火燃烧，由此使发动机主体工作，在该火花点火模式下，进行通过驱动火花塞而对气缸内的混合气点火使该混合气燃烧的火花点火燃烧，由此使发动机主体工作。当发动机主体从火花点火模式往压缩点火模式切换时，控制器在该火花点火模式和该压缩点火模式之间执行过渡模式，在该过渡模式下，使所述EGR率低于在压缩点火模式下设定的EGR率并进行压缩点火燃烧。，下面是火花点火式发动机专利的具体信息内容。

1.一种火花点火式发动机，其特征在于：

具备：

发动机主体，其具有气缸；

火花塞，其设置为对着所述气缸内部，且对所述气缸内的混合气点火；

排气回流装置，其构成为将废气引入所述气缸内；以及

控制器，其构成为通过至少控制所述火花塞和所述排气回流装置来使所述发动机主体工作，所述控制器对压缩点火模式和火花点火模式进行切换，在该压缩点火模式下，进行使所述气缸内的混合气通过自点火而燃烧的压缩点火燃烧，由此使所述发动机主体工作，在该火花点火模式下，进行通过驱动所述火花塞而对所述气缸内的混合气点火使该混合气燃烧的火花点火燃烧，由此使所述发动机主体工作，并且至少在所述压缩点火模式下，所述控制器通过对所述排气回流装置的控制来将所述废气引入所述气缸内，以使所述废气量在所述气缸内的所有气体量中所占的比例即EGR率成为规定值，当所述发动机主体从所述火花点火模式往所述压缩点火模式切换时，所述控制器在该火花点火模式和该压缩点火模式之间执行过渡模式，在该过渡模式下，所述控制器使所述EGR率低于在所述压缩点火模式下设定的EGR率，并进行压缩点火燃烧。

2.根据权利要求1所述的火花点火式发动机，其特征在于：

所述排气回流装置包括内部EGR调节装置，该内部EGR调节装置调节在从排气冲程到进气冲程之间残留在所述气缸内的废气量，在所述火花点火模式下和所述过渡模式下，所述控制器使所述内部EGR调节装置不工作，并且在所述压缩点火模式下，所述控制器使所述内部EGR调节装置工作。

3.根据权利要求2所述的火花点火式发动机，其特征在于：

所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开，在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构在所述第一阀动作的基础上，还使所述排气阀在比所述第一阀动作中的所述排气阀的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态，或者还使所述进气阀在比所述第一阀动作中的所述进气阀的打开时刻早的时刻成为打开了的状态，在所述过渡模式下，所述气门传动机构使所述进气阀和所述排气阀按照所述第一阀动作进行动作。

4.根据权利要求2所述的火花点火式发动机，其特征在于：

所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，当所述发动机主体从所述火花点火模式经由所述过渡模式往所述压缩点火模式切换时：在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开；

在所述过渡模式下，所述气门传动机构进行第二阀动作，与所述第一阀动作相比，该第二阀动作缩短了所述进气阀的打开期间；

在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构进行第三阀动作，在该第三阀动作中，该气门传动机构在所述第二阀动作的基础上，还使所述排气阀在比该第二阀动作中的所述排气阀的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态。

5.根据权利要求2所述的火花点火式发动机，其特征在于：

所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，当所述发动机主体从所述火花点火模式经由所述过渡模式往所述压缩点火模式切换时：在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开；

在所述过渡模式下，所述气门传动机构进行第二阀动作，与所述第一阀动作相比，该第二阀动作缩短了所述排气阀的打开期间；

在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构进行第三阀动作，在该第三阀动作中，该气门传动机构在所述第二阀动作的基础上，还使所述进气阀在比该第二阀动作中的所述进气阀的打开时刻早的时刻成为打开了的状态。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的火花点火式发动机，其特征在于：当所述发动机主体从所述压缩点火模式往所述火花点火模式切换时，所述控制器以不在该压缩点火模式和该火花点火模式之间执行所述过渡模式的方式进行切换。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的火花点火式发动机，其特征在于：所述火花点火式发动机进一步具备燃料喷射阀，该燃料喷射阀构成为直接向所述气缸内喷射燃料，在所述发动机主体从所述火花点火模式切换到所述过渡模式以后，所述控制器根据所述气缸内的温度状态，将通过所述燃料喷射阀喷射燃料的燃料喷射时刻设定在压缩冲程中期以后。

说明书全文

火花点火式发动机

技术领域

[0001] 这里公开的技术涉及一种火花点火式发动机。

背景技术

[0002] 如专利文献1中所记载的那样，作为同时提高发动机的废气排放性能以及热效率的技术，已经知道有使气缸内的混合气压缩点火这样的燃烧方式。但是，随着发动机的负荷提高，压缩点火燃烧会变成压力上升的激烈燃烧，导致燃烧噪音增大。于是，如专利文献1中所记载的那样，即使是进行压缩点火燃烧的发动机，一般在高负荷一侧的工作区域也不进行压缩点火燃烧，而是进行通过驱动火花塞来点火的火花点火燃烧。
[0003] 在专利文献2中记载有与专利文献1的发动机同样地在低负荷低转速的区域进行压缩点火燃烧的发动机。在进行压缩点火燃烧的区域内，该发动机通过调整进气阀和排气阀的开阀期间来使高温已燃气体留在气缸内，从而提高气缸内的温度而促进压缩自点火燃烧。另一方面，在进行压缩点火燃烧的区域内的高负荷高转速区域中，该发动机通过使进气阀的开阀时刻提前，从而在将气缸内的已燃气体吹回进气口一侧后，将已燃气体与新气一起再引入气缸内。这样一来，已燃气体的温度就会因为新气而下降，在相对高负荷高转速的区域中，压缩端温度下降，压缩点火燃烧所引起的急剧的压力上升得到抑制。
[0004] 专利文献1：日本公开专利公报特开2007-154859号公报
[0005] 专利文献2：日本公开专利公报特开2009-197740号公报

发明内容

[0006] -发明要解决的技术问题-
[0007] 由于火花点火燃烧的热效率相对较低，因此燃烧气体温度会升高。另一方面，在压缩点火燃烧中，为了确保点火性，如所述专利文献中所记载的那样，将高温已燃气体引入气缸内。因此，在发动机刚从火花点火燃烧切换到压缩点火燃烧后，气缸内的环境温度变得较高，而且火花点火燃烧所产生的高温已燃气体被引入气缸内，从而气缸内的温度变得过高。这样的情况有可能导致气缸内的混合气在例如压缩冲程期间中压缩点火这样的过早点火，从而气缸内的压力上升率(dP/dθ)变得急剧而引起较大的燃烧噪音。
[0008] 需要说明的是，从火花点火燃烧往压缩点火燃烧的切换不局限于在例如发动机的负荷降低时进行，即使发动机的负荷为等负荷，有时候也会进行切换。此外，在例如发动机的温度从冷机温度上升到热机温度时，或者在其它状况下，有时候也会进行切换。
[0009] 这里公开的技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于：避免燃烧噪音在发动机从火花点火燃烧切换到压缩点火燃烧时增大。
[0010] -用以解决技术问题的技术方案-
[0011] 这里公开的技术，其特征在于：在发动机刚从火花点火燃烧切换到压缩点火燃烧后，使引入气缸内的废气量的比例即EGR(废气再循环：Exhaust Gas Recirculation)率暂时下降。通过这样做，使引入气缸内的、由火花点火燃烧所产生的高温废气的量减少，使刚切换到压缩点火燃烧后的气缸内的温度降低。这样一来，能够避免混合气过早点火，从而避免发生燃烧噪音。
[0012] 具体而言，这里公开的技术涉及一种火花点火式发动机，该发动机具备：发动机主体，其具有气缸；火花塞，其设置为对着所述气缸内部，且对所述气缸内的混合气点火；排气回流装置，其构成为将废气引入所述气缸内；以及控制器，其构成为通过至少控制所述火花塞和所述排气回流装置来使所述发动机主体工作。
[0013] 所述控制器对压缩点火模式和火花点火模式进行切换，在该压缩点火模式下，进行使所述气缸内的混合气通过自点火而燃烧的压缩点火燃烧，由此使所述发动机主体工作，在该火花点火模式下，进行通过驱动所述火花塞而对所述气缸内的混合气点火使该混合气燃烧的火花点火燃烧，由此使所述发动机主体工作，并且至少在所述压缩点火模式下，所述控制器通过对所述排气回流装置的控制来将所述废气引入所述气缸内，以使所述废气量在所述气缸内的所有气体量中所占的比例即EGR率成为规定值。
[0014] 当所述发动机主体从所述火花点火模式往所述压缩点火模式切换时，所述控制器在该火花点火模式和该压缩点火模式之间执行过渡模式，在该过渡模式下，使所述EGR率低于在所述压缩点火模式下设定的EGR率并进行压缩点火燃烧。
[0015] 根据该结构，在发动机主体从火花点火模式往压缩点火模式切换时进行的过渡模式下，EGR率低于在压缩点火模式下设定好的EGR率。通过这样，引入气缸内的由燃烧模式切换前的火花点火模式所产生的高温废气的量就会减少。这样一来，在过渡模式下，气缸内的温度变得较低。需要说明的是，“使EGR率低于在压缩点火模式下设定好的EGR率”包括使EGR率为零，不将高温废气引入气缸内这一情况。
[0016] 在过渡模式下，进行压缩点火燃烧。在过渡模式下，由于气缸内的温度低，因此能够避免气缸内的混合气发生过早点火，混合气会在适当的时刻进行压缩点火。通过这样使气缸内的温度降低，并且进行热效率较高的压缩点火燃烧，在过渡模式下，燃烧气体温度降低，废气温度也降低。
[0017] 在过渡模式后的压缩点火模式下，EGR率相对较高。由此，较多的废气被引入气缸内。如上所述，由于在过渡模式下废气温度降低了，因此不会出现压缩点火模式下的气缸内的温度变得太高的情况。其结果是，在压缩点火模式下也能够避免发生过早点火，混合气会在适当的时刻进行压缩点火。这样一来，解决了发动机主体从火花点火燃烧往压缩点火燃烧切换时燃烧噪音增大的问题。
[0018] 所述火花点火式发动机也可以构成为：所述排气回流装置包括内部EGR调节装置，该内部EGR调节装置调节在从排气冲程到进气冲程之间残留在所述气缸内的废气量，在所述火花点火模式下和所述过渡模式下，所述控制器使所述内部EGR调节装置不工作，并且在所述压缩点火模式下，所述控制器使所述内部EGR调节装置工作。
[0019] 在火花点火模式下，内部EGR调节装置不工作。这样一来，能够避免气缸内的温度过度上升，这有利于避免过早点火、爆震。另一方面，在压缩点火模式下，内部EGR调节装置工作。这样一来，气缸内的温度上升，能够谋求改善压缩点火燃烧的点火性和燃烧稳定性。
[0020] 在过渡模式下，内部EGR调节装置不工作。这样一来，发动机主体从火花点火模式往过渡模式转移时，内部EGR调节装置维持在不工作的状态。这使得模式能够顺利地切换。在过渡模式下，不向气缸内引入高温废气。这样一来，能够避免在过渡模式下发生过早点火，能够有效地避免燃烧噪音。
[0021] 所述火花点火式发动机也可以构成为：所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开，在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构在所述第一阀动作的基础上，还使所述排气阀在比所述第一阀动作中的所述排气阀的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态，或者还使所述进气阀在比所述第一阀动作中的所述进气阀的打开时刻早的时刻成为打开了的状态，在所述过渡模式下，所述气门传动机构使所述进气阀和所述排气阀按照所述第一阀动作进行动作。
[0022] 在压缩点火模式下，在火花点火模式下的第一阀动作的基础上，排气阀还在比第一阀动作中的排气阀的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态。这里，排气阀“打开了的状态”包含以下两种情况，即：使在排气冲程中打开的排气阀直到进气冲程中都维持在打开了的状态(也就是说，不关闭)；以及，使在排气冲程中打开的排气阀暂时关闭后，在进气冲程中再次打开。并且，使在排气冲程中打开的排气阀直到进气冲程中都维持在打开了的状态包括：排气阀的升程量从排气冲程中的最大升程开始逐渐减少后，排气阀的升程量再次增加；以及，在最大升程后，不增加排气阀的升程量，使开阀期间变长(例如使升程量相对于曲轴角的进行维持一定，或者使升程量的减少率降低)。能够利用对具有相互不同的凸轮特性的多个凸轮进行切换的凸轮切换机构来像上述那样使排气阀的开阀特性与第一阀动作不同。就阀特性的切换来说，凸轮切换机构具有良好的切换响应性，因此有利于燃烧模式的切换控制。
[0023] 排气阀在排气冲程中打开，并且在进气冲程中也打开，由此，在排气冲程中从气缸内排向排气侧的废气的一部分，在接着进行的进气冲程中排气阀打开时再次被引入气缸内。这使得在从排气冲程到进气冲程这一期间内残留在气缸内的废气量增加。
[0024] 同样地，也可以是在压缩点火模式下，在火花点火模式下的第一阀动作的基础上，进气阀还在比第一阀动作中的进气阀的打开时刻早的时刻成为打开了的状态。这里所说的进气阀“打开了的状态”与上述相同。
[0025] 在该结构下，进气阀成为在排气冲程中打开了的状态，并且在进气冲程中也打开。这样一来，在排气冲程中，一部分废气从气缸内排出到进气侧，在接着进行的进气冲程中，当进气阀打开以后，该废气再次被引入气缸内。这也使得在从排气冲程到进气冲程这一期间内残留在气缸内的废气量增加。
[0026] 相对于在压缩点火模式下的这样的阀动作，在过渡模式下，进气阀和排气阀按照火花点火模式下的第一阀动作进行动作。这样一来，在从排气冲程到进气冲程这一期间内残留在气缸内的废气量理想上来说会成为零。也就是说，过渡模式的EGR率会低于压缩点火模式的EGR率。
[0027] 所述火花点火式发动机也可以构成为：所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，当所述发动机主体从所述火花点火模式经由所述过渡模式往所述压缩点火模式切换时：在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开；在所述过渡模式下，所述气门传动机构进行第二阀动作，与所述第一阀动作相比，该第二阀动作缩短了所述进气阀的打开期间；在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构进行第三阀动作，在该第三阀动作中，该气门传动机构在所述第二阀动作的基础上，还使所述排气阀在比该第二阀动作中的所述排气阀的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态。
[0028] 在该结构下，当发动机主体从火花点火模式往过渡模式转移时，气门传动机构改变进气阀的开阀动作。也就是说，相对于在排气冲程中打开排气阀，并且在进气冲程中打开进气阀这样的第一阀动作，进气阀的开阀动作改变为进气阀的开阀期间缩短。能够通过对多个种类的凸轮进行切换的凸轮切换机构来改变开阀期间。凸轮切换机构以高响应性来改变开阀期间。
[0029] 当发动机主体从过渡模式往压缩点火模式转移时，气门传动机构改变排气阀的开阀动作。也就是说，在过渡模式下，排气阀在排气冲程中打开，而在压缩点火模式下，排气阀在排气冲程中打开，并且在进气冲程中也打开。能够利用前述凸轮切换机构来实现如上所述的阀升程特性的切换。
[0030] 因此，在所述结构中，当发动机主体从火花点火模式往压缩点火模式切换时：气门传动机构改变进气阀的阀升程特性，发动机主体从火花点火模式转移到过渡模式，然后，气门传动机构改变排气阀的阀升程特性，发动机主体从过渡模式转移到压缩点火模式。这有利于提高模式的切换控制的响应性，从而顺利地进行从火花点火模式往压缩点火模式的切换。
[0031] 所述火花点火式发动机也可以构成为：所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，当所述发动机主体从所述火花点火模式经由所述过渡模式往所述压缩点火模式切换时：在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开；在所述过渡模式下，所述气门传动机构进行第二阀动作，与所述第一阀动作相比，该第二阀动作缩短了所述排气阀的打开期间；在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构进行第三阀动作，在该第三阀动作中，该气门传动机构在所述第二阀动作的基础上，还使所述进气阀在比该第二阀动作中的所述进气阀的打开时刻早的时刻成为打开了的状态。
[0032] 在该结构下，与上述相反，当发动机主体从火花点火模式往过渡模式转移时，气门传动机构改变排气阀的开阀动作，当发动机主体从过渡模式往压缩点火模式转移时，气门传动机构改变进气阀的开阀动作。该结构也有利于提高模式的切换控制的响应性，从而顺利地进行从火花点火模式往压缩点火模式的切换。
[0033] 所述火花点火式发动机也可以构成为：当所述发动机主体从所述压缩点火模式往所述火花点火模式切换时，所述控制器以不在该压缩点火模式和该火花点火模式之间执行所述过渡模式的方式进行切换。
[0034] 当发动机主体从压缩点火模式往火花点火模式切换时，不存在随着过早点火发生而出现燃烧噪音这样的问题。因此，能够不在压缩点火模式和火花点火模式之间执行过渡模式，而直接从压缩点火模式切换到火花点火模式。省略过渡模式这样的作法，能够加快从压缩点火模式往火花点火模式的切换。在当发动机主体的负荷相对低时执行压缩点火模式，而当发动机主体的负荷相对高时执行火花点火模式这样的结构中，发动机主体根据驾驶者的加速要求而从压缩点火模式往火花点火模式切换。因此，加快从压缩点火模式往火花点火模式的切换，能够提高车辆的加速响应性。
[0035] 所述火花点火式发动机也可以构成为：所述火花点火式发动机进一步具备燃料喷射阀，该燃料喷射阀构成为直接向所述气缸内喷射燃料，在所述发动机主体从所述火花点火模式切换到所述过渡模式以后，所述控制器根据所述气缸内的温度状态，将通过所述燃料喷射阀喷射燃料的燃料喷射时刻设定在压缩冲程中期以后。
[0036] 如上所述，从火花点火模式往压缩点火模式切换时，通过在火花点火模式和压缩点火模式之间执行让EGR率相对降低了的过渡模式，能够抑制过早点火发生。但是，在从火花点火模式切换到了过渡模式后，当气缸内的温度较高时，例如气缸的内壁温度较高时，在过渡模式下有时会引发过早点火。
[0037] 能够想到：通过继续执行过渡模式，并且让往压缩点火模式的转移延迟，由此来等待气缸内的温度降低。但是，一旦长时间地继续执行EGR率相对低的过渡模式，气缸内的温度就会过度下降而无法实现稳定的压缩点火。因此，有可能发生这样的状况，即：从点火稳定性的角度出发，有必要往压缩点火模式转移，然而起因于气缸的内壁温度较高而在压缩点火模式下会引发过早点火。
[0038] 于是，在过渡模式或压缩点火模式下，也可以根据气缸内的温度来改变燃料喷射时刻，当气缸内的温度高于规定温度时，将通过所述燃料喷射阀喷射燃料的燃料喷射时刻设定在压缩冲程中期以后。气缸内的温度会因为喷射到气缸内的燃料的汽化潜热而降低。并且，燃料的喷射开始时刻相对地较晚，混合气的可反应时间变短。这样一来，能够在过渡模式或压缩点火模式下更可靠地避免过早点火发生。
[0039] -发明的效果-
[0040] 如上所述，该火花点火式发动机能够在从火花点火模式往压缩点火模式切换时，避免燃烧噪音增大。

附图说明

[0041] 图1是示出火花点火式直喷发动机的结构的简图。
[0042] 图2是与火花点火式直喷发动机的控制相关的方框图。
[0043] 图3是放大示出燃烧室的剖视图。
[0044] 图4是示出发动机工作图之例的图。
[0045] 图5A是在CI模式下进行进气冲程喷射时的燃料喷射时刻的一个例子，以及伴随于此的CI燃烧的产热率的示例。
[0046] 图5B是在CI模式下进行高压延迟喷射时的燃料喷射时刻的一个例子，以及伴随于此的CI燃烧的产热率的示例。
[0047] 图5C是在SI模式下进行高压延迟喷射时的燃料喷射时刻和点火时刻的一个例子，以及伴随于此的SI燃烧的产热率的示例。
[0048] 图5D是在SI模式下进行进气冲程喷射和高压延迟喷射这样的分割喷射时的燃料喷射时刻和点火时刻的一个例子，以及伴随于此的SI燃烧的产热率的示例。
[0049] 图6是对高压延迟喷射带来的SI燃烧状态和现有SI燃烧状态进行比较的图。
[0050] 图7是时序图，用来说明从未引入外部EGR气体的SI模式往CI模式切换时的过渡控制。
[0051] 图8是时序图，用来说明从引入了外部EGR气体的SI模式往CI模式切换时的过渡控制。
[0052] 图9是从SI模式往CI模式切换时的过渡控制的流程图。
[0053] 图10是示出与排气阀打开两次相关的、进气阀和排气阀的升程状态之例的图。
[0054] 图11是示出与排气阀打开两次相关的、进气阀和排气阀的升程状态之例的图，该进气阀和该排气阀的升程状态与图10中的进气阀和排气阀的升程状态不同。
[0055] 图12是示出与排气阀打开两次相关的、进气阀和排气阀的升程状态之例的图，该进气阀和该排气阀的升程状态与图10、图11中的进气阀和排气阀的升程状态不同。
[0056] 图13是示出与进气阀打开两次相关的、进气阀和排气阀的升程状态之例的图。
[0057] 图14是方框图，其示出结构与图2中的火花点火式直喷发动机不同的火花点火式直喷发动机。
[0058] 图15是时序图，用来说明从未引入外部EGR气体的SI模式往CI模式切换时的过渡控制，该过渡控制与图7中的过渡控制不同。
[0059] 图16是时序图，用来说明从引入了外部EGR气体的SI模式往CI模式切换时的过渡控制，该过渡控制与图8中的过渡控制不同。
[0060] 图17是示出发动机工作图之例的图，该发动机工作图与图4中的发动机工作图不同。

具体实施方式

[0061] 下面，参照附图对火花点火式发动机的实施方式进行说明。以下的优选实施方式是示例。
[0062] (发动机的整体结构)
[0063] 图1、图2示出发动机(发动机本体)1的简略构造。该发动机1是火花点火式汽油发动机，安装在车辆上，并且向该发动机1供给至少含有汽油的燃料。发动机1具有气缸体11、设置在该气缸体11上的气缸盖12、以及设置在气缸体11下侧的油底壳13。气缸体11中设有多个气缸18。需要说明的是，在图1中只示出了一个气缸，但在发动机1中例如可以直列设置有四个气缸。
[0064] 在各气缸18内嵌插有活塞14，该活塞14能够进行往复运动。活塞14经由连杆142与曲轴15相连结。如图3放大所示，在活塞14的顶面上形成有形状与柴油发动机的凹形燃烧室一样的腔室141。当活塞14位于压缩上死点附近时，腔室141与后述的喷射器
67相对。气缸盖12、气缸18、具有腔室141的活塞14对燃烧室11进行划分。需要说明的是，燃烧室19的形状不局限于图示的形状。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做改变。
[0065] 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，该发动机1的几何压缩比被设定为较高的值即15以上。需要说明的是，几何压缩比可以在大约15以上20以下的范围内适当地做改变。作为一个例子，该发动机1的几何压缩比为18。
[0066] 在气缸盖12上，对应每个气缸18形成有进气口16和排气口17。在这些进气口16上设置有用来将燃烧室19一侧的开口打开、关闭的进气阀21，在这些排气口17上设置有用来将燃烧室19一侧的开口打开、关闭的排气阀22。
[0067] 用于驱动排气阀22的气门传动机构包括例如油压工作式可变机构(参照图2。以下称为VVL(Variable Valve Lift))71。VVL71将排气阀22的工作模式切换为正常模式和特殊模式。排气侧的VVL71具有凸轮轮廓不同的第一凸轮和第二凸轮这两种凸轮、以及选择性地将该第一凸轮和第二凸轮中的任一凸轮的工作状态传递给排气阀的空转机构。排气侧的VVL71的详细构造省略不画出来。两个种类的凸轮包括具有一个凸轮尖的第一凸轮和具有两个凸轮尖的第二凸轮。在VVL71将第一凸轮的工作状态传递给排气阀22时，排气阀22在正常模式下工作，该正常模式是在排气冲程中排气阀22仅打开一次的模式。相对于此，在VVL71将第二凸轮的工作状态传递给排气阀22时，排气阀22在排气冲程中打开，并且在进气冲程中也打开。也就是说，排气阀22在所谓的排气阀打开两次这样的特殊模式下工作(参照图10等)。排气侧的VVL71根据发动机1的工作状态来切换正常模式和特殊模式。具体而言，特殊模式是在进行与内部EGR相关的控制时使用的模式。在以下说明中，有时候，将让排气侧的VVL71在正常模式下工作、排气阀22不打开两次这一情况称为“关闭VVL71(OFF)”，并且，将让排气侧的VVL71在特殊模式下工作、排气阀22打开两次这一情况称为“启动VVL71(ON)”。需要说明的是，还可以采用由电磁执行元件来驱动排气阀22的电磁驱动式气门传动机构来实现上述那样的正常模式与特殊模式之间的切换。此外，内部EGR的执行并非仅能靠排气阀打开两次来实现。例如，可以将进气阀21打开两次，通过让进气阀21打开两次来对内部EGR进行控制。还可以进行这样的内部EGR控制，即：通过设置在排气冲程和进气冲程中将进气阀21和排气阀22都关闭的负重叠(Negative Overlap)期间来使已燃气体残留在气缸18内。
[0068] 驱动进气阀21的气门传动机构也与具备VVL71的排气侧气门传动机构同样地具备VVL73。但是，进气侧的VVL73与排气侧的VVL71不同。进气侧的VVL73具有让进气阀21的升程量相对地增大的大升程凸轮和让进气阀21的升程量相对地减小的小升程凸轮这两种凸轮轮廓不同的凸轮、以及选择性地将该大升程凸轮和小升程凸轮中的任一凸轮的工作状态传递给进气阀21的空转机构。如图10等所示，当进气侧的VVL73将大升程凸轮的工作状态传递给进气阀21时，进气阀21以相对地较大的升程量打开，并且开阀期间也变长。相对于此，进气侧的VVL73将小升程凸轮的工作状态传递给进气阀21时，进气阀21以相对地较小的升程量打开，并且开阀期间也变短。如图2所示，进气侧的气门传动机构还具备相位可变机构(以下称为VVT(Variable Valve Timing))72。VVT72改变进气进气凸轮轴相对于曲轴15的旋转相位。VVT72只要适当地采用液压式、电磁式或机械式的公知构造即可，其详细构造省略不画出来。借助VVT72和VVL73，能够分别改变进气阀21的开阀时刻、关阀时刻以及升程量。
[0069] 在气缸盖12上还对应于每个气缸18安装有将燃料直接喷射到气缸18内的喷射器67。如图3放大所示，喷射器67被设置成其喷口从燃烧室19顶面中央部分对着该燃烧室19的内部。喷射器67在根据发动机1的工作状态设定的喷射时刻将量与发动机1的工作状态相应的燃料直接喷到燃烧室19内。在图示出的例子中，喷射器67是具有多个喷口的多喷口式喷射器。因此，喷射器67是以雾状燃料从燃烧室19的中央部分放射状地扩展的方式来喷射燃料。如图3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位于压缩上死点附近的时刻沿着形成在活塞顶面的腔室141的壁面流动。换句话说，腔室141形成为能够将在活塞14位于压缩上死点附近的时刻喷射出的雾状燃料收进其内部。该多喷口式喷射器67和腔室141的组合是有利于缩短燃料喷射后形成混合气的时间和缩短燃烧期间的构造。需要说明的是，喷射器67并不局限于该多喷口式，也可以采用外开阀式喷射器。
[0070] 未图示的燃料箱和喷射器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和共轨(common rail)64，能够以较高的燃料压力将燃料供向喷射器67。燃料泵63将燃料从燃料箱压送到共轨64。该共轨64以较高的燃料压力将压送来的燃料储存起来。喷射器67从其喷口将储存在共轨
64内的燃料喷射出来。在此，燃料泵63是柱塞式的泵，由发动机1驱动，但这并未图示出来。包含有由发动机驱动的泵的燃料供给系统62能够将燃料压力在30MPa以上的高压燃料供向喷射器67。燃料压力最高可以设定在120MPa左右。根据发动机1的工作状态改变供向喷射器67的燃料的压力。需要说明的是，燃料供给系统62并不限于该结构。
[0071] 如图3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。在这个例子中，火花塞25布置为贯穿气缸盖12内部，且从发动机1的排气侧朝着斜下方延伸。如图3所示，火花塞25的顶端布置为对着位于压缩上死点的活塞14的腔室141。
[0072] 如图1所示，进气通路30连接在发动机1的一侧面上。进气通路30与各气缸18的进气口16连通。另一方面，排气通路40连接在发动机1的另一侧面。排气通路40用于将来自各气缸18的燃烧室19内的已燃气体(废气)排出去。
[0073] 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(surge tank)33。位于比该稳压罐33更靠下游一侧的进气通路30是按每个气缸18分支的独立通路。各独立通路的下游端分别与各气缸18的进气口16相连接。
[0074] 在进气通路30上的空气滤清器31和稳压罐33之间设置有中间冷却器/加热器34、以及节气阀36。中间冷却器/加热器34例如是水冷式的。中间冷却器/加热器34用于将空气冷却或加热。节气阀36用于调节吸入各气缸18内的吸入空气量。在进气通路30上还连接有用于将中间冷却器/加热器34旁路的中间冷却器旁路通路35。在该中间冷却器旁路通路35上设置有中间冷却器旁路阀351。中间冷却器旁路阀351用于调节通过中间冷却器旁路通路35的空气流量。通过调节中间冷却器旁路阀351的开度来调节通过中间冷却器旁路通路35的空气流量和通过中间冷却器/加热器34的空气流量之比。通过这样，能够调节引入气缸18内的新气的温度。
[0075] 排气通路40的上游侧部分由排气歧管构成。排气歧管具有按每一个气缸18分支且与排气口17外侧端相连接的独立通路、以及各独立通路集合在一起的集合部。在排气通路40上的比排气歧管更靠下游的一侧分别连接有位于发动机附近的近接催化剂装置(direct catalyst)41和位于驾驶员脚下的脚下催化剂装置(underfoot catalyst)42，这些装置是用于净化废气中的有害成分的废气净化装置。位于发动机附近的催化剂装置(direct catalyst)41和位于驾驶员脚下的脚下催化剂装置(underfoot catalyst)42分别包括筒状壳和布置在该壳内的流路上的例如三效催化剂。
[0076] 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装置41更靠近上游侧的那部分排气通路40通过EGR通路50相连接。EGR通路50用于让一部分废气回流到进气通路30。EGR通路50由主通路51和EGR冷却器旁路通路53构成，在该主通路51上布置有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。
EGR冷却器52用发动机冷却水对废气进行冷却。主通路51上设置有EGR阀511。EGR弁
511用于调节回流到进气通路30内的废气回流量。在EGR冷却器旁路通路53上设置有EGR冷却器旁路阀531。该EGR冷却器旁路阀531用于调节流过EGR冷却器旁路通路53的废气的流量。
[0077] 发动机1由动力系控制模块(以下称为PCM)10控制。PCM10由微处理器构成，该微处理器具有CPU、存储器、计数计时器组、接口以及连接这些单元的通路。该PCM10构成控制器。
[0078] 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处且检测即将流入气缸18内的进气温度的进气口温度传感器SW5、安装在气缸盖12上且检测气缸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装置41的上游侧且检测排气中的氧浓度的线性O2传感器SW9、设置在发动机附近的催化剂装置41和脚下催化剂装置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的旋转角的曲轴角传感器SW12、检测与车辆的油门踏板(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的共轨64上且检测供向喷射器67的燃料的压力的燃料压力传感器SW16。
[0079] PCM10根据这些检测信号进行各种运算，由此判断发动机1、车辆的状态。PCM10根据该判断结果将控制信号输出给喷射器67、火花塞25、VVT72和进气侧的VVL73、排气侧的VVL71、燃料供给系统62、以及各种阀(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。
[0080] (发动机的工作图)
[0081] 图4示出发动机1在热机时的工作图之一例。该发动机1出于降低耗油量、提高废气排放性能的目的，在发动机负荷相对较低的低负荷区，不用火花塞25点火，而进行靠压缩自点火进行燃烧的压缩点火燃烧。但是，随着发动机1的负荷提高，在压缩点火燃烧的情况下，燃烧会变得过于急剧，从而引起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不进行压缩点火燃烧，而是进行用火花塞25点火的火花点火燃烧。PCM10根据发动机1的工作状态、特别是根据发动机1负荷的高低对进行压缩点火燃烧的CI(压缩点火：Compression Ignition)模式、和进行火花点火燃烧的SI(火花点火：Spark Ignition)模式进行切换。需要说明的是，模式切换的交界线并不局限于图中所示之例。此外，如后述那样，除了负荷的高低以外，PCM10还在各种状况下进行模式的切换。
[0082] 如图4所示，CI模式的工作区域根据发动机负荷的高低分为两个区域。在CI模式的工作区域内的低负荷至中负荷的区域(I)中，为了提高压缩点火燃烧的点火性和稳定性，PCM10将温度相对较高的热EGR气体引入气缸18内。也就是说，PCM10启动排气侧的VVL71，让排气阀22在排气冲程中和进气冲程中开阀而打开两次。引入热EGR气体这一动作能够提高气缸18内的压缩端温度，在区域(I)中提高压缩点火燃烧的点火性和稳定性。如图5A所示，在区域(I)中，至少在从进气冲程到压缩行程中期这段期间内，喷射器67向气缸18内喷射燃料。由此，在气缸18内形成均匀的混合气。在区域(I)中，混合气的空燃比(A/F)基本上为理论空燃比(A/F＝14.7±0.5，空气过剩率λ≈1)。但是，如在图4中以点划线所示那样，在区域(I)中，相对低负荷且低速的一部分区域的混合气的A/F比理论空燃比还大。
[0083] 在该区域(I)中，PCM10使火花塞25成为不工作状态。如图5A所示，燃烧室19内的混合气在压缩上死点附近进行压缩自点火。
[0084] 在CI模式的工作区域里，在负荷比区域(I)高的区域(II)中，混合气的A/F为理论空燃比(λ≈1)。这样一来，就能够使用三效催化剂，而且如后述那样，由于在SI模式的工作区域中，混合气的A/F也是理论空燃比，因此在区域(II)中，混合气的A/F为理论空燃比这一情况能够使SI模式与CI模式之间的切换时的控制简化，而且有助于使CI模式的工作区域朝高负荷一侧扩大。
[0085] 因为气缸18内的温度伴随着发动机负荷的上升而自然地升高，所以为了避免在区域(II)中过早点火，PCM10让热EGR气体量减少。热EGR气体量的调节是通过调节引入气缸18内的内部EGR气体量来进行的。有时候也会通过调节对EGR冷却器52进行旁路的外部EGR气体量来对热EGR气体量进行调节。
[0086] 在区域(II)，PCM10还将温度相对较低的冷EGR气体引入气缸18内。这样一来，高温热EGR气体和低温冷EGR气体以适当的比例被引入气缸18内。这使得气缸18内的压缩端温度成为适当的温度，由此，即能够确保压缩点火的点火性，又能够避免急剧燃烧，从而压缩点火燃烧稳定化。
[0087] 如上述那样，在包括CI模式和SI模式的切换交界线的区域(II)，虽然PCM10使气缸18内的温度降低，但气缸18内的压缩端温度仍然可能升高。因此，在区域(II)，如果在从进气冲程到压缩冲程中期这段期间内向气缸18内喷射燃料，就有可能发生过早点火等异常燃烧。如果为了避免过早点火而大量地引入温度较低的冷EGR气体而让气缸内的压缩端温度降低，压缩点火的点火性就会恶化。也就是说，在区域(II)，仅对气缸18内的温度进行控制，难以稳定地进行压缩点火燃烧。于是，在该区域(II)，PCM10不仅对气缸18内的温度进行控制，还对燃料喷射方式做了改进，由此同时做到避免过早点火等异常燃烧、以及使压缩点火燃烧稳定化。具体而言，该燃料喷射方式是：以与现有技术相比大幅度地高压力化了的燃料压力，如图5B所示那样至少在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的这段期间内(以下，称这段时间为延迟(retard)期间)内，向气缸18内喷射燃料。以下，将该特征性的燃料喷射方式称为“高压延迟喷射”或简单地称为“延迟喷射”。这样的高压延迟喷射既能够避免在区域(II)发生的异常燃烧，又能够使压缩点火燃烧稳定化。有关该高压延迟喷射的详细情况后述。
[0088] 相对于根据发动机负荷的高低分为两个区域的CI模式，SI模式大致根据发动机转速的高低分为区域(III)和区域(IV)这两个区域。在图中所示的例子中，将发动机1的工作区域分为低速区域、高速区域这两个区域时，区域(III)相当于低速区域、以及高速区域中的低负荷侧的一部分，区域(IV)相当于高速区域中的高负荷侧的一部分。需要说明的是，区域(III)和区域(IV)的交界不限于图中所示的例子。
[0089] 与区域(II)相同，在区域(III)和区域(IV)的各区域中，混合气的A/F为理论空燃比(λ≈1)。因此，不管是在CI模式和SI模式的交界的哪一侧，混合气的空燃比都被固定在理论空燃比(λ≈1)上。在SI模式(也就是说，在区域(III)和区域(IV))，基本上，PCM10让节气阀36全开，另一方面，调节EGR弁511的开度。通过这样，PCM10对引入气缸18内的新气量和外部EGR气体量的比例进行调节。需要说明的是，在SI模式下，有时候在负荷较低的区域中，PCM10会使节气阀36的开度减小。通过调节引入气缸18内的气体比例来调节新气量这一作法能够降低泵损失。而且，将大量的EGR气体引入气缸18内这一作法，能够通过将火花点火燃烧的燃烧温度抑制得较低来减少冷却损失。在SI模式下的区域，PCM10将主要被EGR冷却器52冷却了的外部EGR气体引入气缸18内。这有利于避免异常燃烧。而且还有利于抑制RawNOx的生成。需要说明的是，在最大负荷区域，PCM10通过关闭EGR阀511来让外部EGR气体量成为0。
[0090] 需要说明的是，在SI模式下的区域，PCM10也可以停止引入EGR气体并且根据喷射器67所喷射的燃料量来控制节气阀36的开度，由此调节引入气缸18内的新气量，使混合气的A/F成为理论空燃比(λ≈1)。
[0091] 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)。较高的压缩比会使压缩端温度和压缩端压力升高。因此，在CI模式下的特别是低负荷区域(例如区域(I))，高压缩比发动机1对于压缩点火燃烧的稳定化是有利的。另一方面，该高压缩比发动机1在高负荷域即SI模式下，存在容易产生过早点火、爆震等异常燃烧这样的问题。
[0092] 因此，在SI模式下的区域(III)、区域(IV)，PCM10通过进行所述高压延迟喷射来避免异常燃烧。更详细而言，在区域(III)，喷射器67以30MPa以上的高燃料压力，如图5C所示那样在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期这一延迟期间内向气缸18内喷射燃料。在区域(III)，喷射器67仅进行这样的高压延迟喷射。相对于此，在区域(IV)，如图5D所示，喷射器67在进气阀21打开的进气冲程期间内向气缸18内喷射燃料的一部分，并且在延迟期间内向气缸18内喷射剩余的燃料。也就是说，在区域(IV)，喷射器2进行燃料的分割喷射。在此，“进气阀21打开的进气冲程期间”，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，这里所说的“进气冲程”的结束时刻，有时候会与由VVL73、VVT72所改变的进气阀21的关闭时刻相应而与活塞到达进气下死点的时刻错开。
[0093] 接着，参照图6对SI模式下的高压延迟喷射做说明。图6是对利用所述高压延迟喷射进行的SI燃烧(实线)、在进气冲程期间中进行燃料喷射的现有SI燃烧(虚线)的、产热率(上图)和未燃混合气反应进行度(下图)的不同点进行比较的图。图6的横轴表示曲轴角。作为该比较的前提，发动机1的工作状态都在高负荷低速区域(亦即区域(III))，而且在利用高压延迟喷射进行的SI燃烧和现有的SI燃烧中，喷射的燃料量彼此相同。
[0094] 首先，在现有的SI燃烧下，喷射器67在进气冲程期间中向气缸18内喷射规定量的燃料(上图中的虚线)。在燃料喷射后，直到活塞14到达压缩上死点为止的那段时间内，在气缸18内形成比较均匀的混合气。在图中所示的例子中，火花塞25在压缩上死点以后的由圆圈表示的规定时刻对气缸18内的混合气进行点火，燃烧由此而开始。燃烧开始后，如在图6中的上图中以虚线所示的那样，燃烧在通过产热率的峰值后结束。从开始喷射燃料到燃烧结束的这段时间相当于未燃混合气的可反应时间(以下，有时候简称为可反应时间)，如在图6的下图中以虚线所示，在该时间段内，未燃混合气的反应不断地进行下去。该图中的点线示出了未燃混合气实现点火时的反应度即点火阈值。结合低速区域这一因素，现有的SI燃烧的可反应时间非常长，在这段时间内，未燃混合气的反应继续进行下去。因此，就现有的SI燃烧来说，未燃混合气的反应度在点火前后超过了点火阈值，引起了过早点火或者爆震等异常燃烧。
[0095] 相对于此，高压延迟喷射的目的在于缩短可反应时间，由此来避免异常燃烧。也就是说，如图6中所示，可反应时间是喷射器67喷射燃料的期间(也就是(1)喷射期间)、喷射结束后到在火花塞25周围形成可燃混合气的期间(也就是(2)混合气形成期间)、以及到通过点火而开始的燃烧结束的期间(也就是(3)燃烧期间)合在一起的时间(也就是(1)+(2)+(3))。高压延迟喷射使喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间分别缩短，由此来缩短可反应时间。依次对此做说明。
[0096] 首先，高燃料压力这一情况会使每单位时间从喷射器67喷射的燃料量相对增加。因此，在使燃料喷射量一定的情况下，燃料压力和燃料的喷射期间之间的关系大致是：燃料压力越低，喷射期间越长；燃料压力越高，喷射期间越短。因此，高压延迟喷射这种将燃料压力设定为大幅度地高出现有技术的作法会使喷射期间缩短。
[0097] 另外，高燃料压力有利于使喷射到气缸18内的雾状燃料微粒化，而且还会使雾状燃料的飞翔距离更长。因此，燃料压力和燃料蒸发时间之间的关系大致是：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。燃料压力和到雾状燃料到达火花塞25周围的时间之间的关系是：燃料压力越低，到达时间越长；燃料压力越高，到达时间越短。因为混合气形成期间是燃料蒸发时间和雾状燃料到达火花塞25周围的时间合起来的时间，所以燃料压力越高，混合气形成期间越短。由于燃料蒸发时间和雾状燃料到达火花塞25周围的时间缩短，其结果是，高压延迟喷射这种将燃料压力设定为大幅度地高出现有技术的作法会使混合气形成期间缩短。相对于此，如该图中圆圈所示，现有的在低燃料压力下的进气冲程喷射的混合气形成期间大幅加长。此外，组合使用多喷口型喷射器67和腔室141这一作法，在SI模式下缩短了燃料喷射后，雾状燃料到达火花塞25周围的时间。其结果是，对于缩短混合气形成期间是有效的。
[0098] 如上所述，缩短喷射期间和混合气形成期间这一作法，能够使燃料的喷射时刻较晚，更准确地讲，能够使喷射开始时刻较晚。因此，如图6中的上图所示，在高压延迟喷射下，在从该压缩冲程后期到膨胀冲程初期的延迟期间内向气缸18内喷射燃料。随着以高燃料压力向气缸18内喷射燃料，该气缸内的紊流程度就会增强，气缸18内的紊流能量提高，该高紊流能量与将燃料喷射的时刻设定得较晚这一作法相配合，有利于缩短燃烧期间。
[0099] 也就是说，在延迟期间内进行燃料喷射的情况下，燃料压力和燃烧期间内的紊流能量之间的关系大致是：燃料压力越低，紊流能量越低；燃料压力越高，紊流能量越高。这里，即使以高燃料压力向气缸18内喷射燃料，当该喷射时刻位于进气冲程中时，也会因为从喷射开始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气缸18内受到压缩等，而导致气缸18内的紊流衰减。其结果是，在进气冲程期间中喷射燃料的情况下，不管燃料压力高低如何，燃烧期间内的紊流能量都会变得较低。
[0100] 燃烧期间和燃烧期间内的紊流能量的关系大致是：紊流能量越低，燃烧期间越长；紊流能量越高，燃烧期间越短。因此，燃料压力与燃烧期间之间的关系为：燃料压力越低，燃烧期间越长；燃料压力越高，燃烧期间越短。也就是说，高压延迟喷射会使燃烧期间缩短。
相对于此，现有技术中的较低燃料压力下的进气冲程喷射会使燃烧期间增长。此外，多喷口式喷射器67对于提高气缸18内的紊流能量有利，对于缩短燃烧期间是有效的。而且，通过组合使用多喷口式喷射器67和腔室141来使雾状燃料收进腔室141内这一作法，对于缩短燃烧期间也是有效的。
[0101] 如上所述，高压延迟喷射使喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间分别缩短。其结果是，如图6所示，与现有技术下在进气冲程期间中喷射燃料的情况相比，在从燃料的喷射开始时刻SOI到燃烧结束时刻θend为止这一未燃混合气的可反应时间大幅缩短。如图6中的上方的图所示，缩短可反应时间的结果是：就现有技术的低燃料压力下的进气冲程喷射来说，如圆圈所示，燃烧结束时的未燃混合气的反应进行度超过点火阈值，从而发生异常燃烧，相对于此，就高压延迟喷射来说，如黑点所示，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上图中的圆圈和黑点表示的点火时刻相同。
[0102] 能够通过将燃料压力设定在例如30MPa以上来有效地使燃烧期间缩短。30MPa以上的燃料压力还能够有效地使喷射期间、混合气形成期间缩短。需要说明的是，优选燃料压力根据所使用的至少含有汽油的燃料的性质状态进行适当的设定。作为一例，可以将燃料压力的上限值设定为120MPa。
[0103] 高压延迟喷射这一作法是通过改进向气缸18内喷射燃料的方式来避免SI模式下的异常燃烧的。与此不同地，出于避免异常燃烧的目的而将点火时刻延迟的做法也已为众人所知。点火时期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未燃混合气体的反应进行。但是，点火时刻的延迟化会导致热效率和转矩下降，而相对于此，高压延迟喷射这一作法通过改进喷射燃料的方式来避免异常燃烧，能够实现让点火时刻提前，因此热效率和转矩提高。也就是说，高压延迟喷射这一做法不仅能够避免异常燃烧，还能够实现让点火时刻提前，而有利于降低耗油量。
[0104] 如上所述，SI模式下的高压延迟喷射能够使喷射期间、混合气形成期间以及燃烧期间分别缩短，而在CI模式下的区域(II)进行的高压延迟喷射则能够使喷射期间和混合气形成期间分别缩短。也就是说，通过以高燃料压力向气缸18内喷射燃料，气缸18内的紊流程度就会增强。这一情况会使得已微粒化的燃料的混合(mixing)性提高，因此即使在压缩上死点附近的较晚的时刻喷射燃料，也能够迅速地在气缸18内形成较均匀的混合气。
[0105] CI模式下的高压延迟喷射是在发动机的负荷较高的工作区域进行的。也就是说，喷射器67在压缩上死点附近的较晚的时刻向气缸18内喷射燃料。由此，能够防止压缩冲程期间中的过早点火，又能够如上述那样迅速地形成大致均匀的混合气。其结果是，混合气能够在压缩端以后可靠地进行压缩点火。就这样，由于燃烧是在气缸18内的压力由于发动机被马达带动空转(motoring)而逐渐降低的膨胀冲程期间内进行的，因此燃烧变得缓慢，而能够避免气缸18内的压力上升(dP/dθ)程度随着压缩点火燃烧而变得急剧。这样就解除了NVH的制约，其结果是，CI模式下的区域往高负荷一侧扩大。
[0106] 返回来对SI模式做说明。如上所述，SI模式下的高压延迟喷射通过在延迟期间内喷射燃料而使未燃混合气的可反应时间缩短。在发动机1转速较低的低速区域，因为曲轴旋转同一角度所花费的实际时间较长，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，因为曲轴旋转同一角度所花费的实际时间较短，所以可反应时间的缩短对于避免异常燃烧并不那么有效。相反地，由于延迟喷射这一作法是在压缩上死点附近的时刻向气缸18内喷射燃料，所以在压缩冲程中，被压缩的是不含燃料的缸内气体，换句话说是比热比较高的空气。其结果是，气缸18内的压缩端温度升高，该较高的压缩端温度有时候会引起爆震。因此，在应该喷射的燃料量增加的区域(IV)进行的延迟喷射，有可能必须通过将点火时刻延迟来避免爆震。
[0107] 于是，在如图4所示的、SI模式下转速相对较高且负荷较高的区域(IV)，喷射器67如图5D所示那样在进气冲程期间内向气缸18内喷射一部分燃料，并且在延迟期间内向气缸18内喷射剩余的燃料。进气冲程喷射这一作法能够降低压缩冲程期间中的缸内气体(亦即含燃料的混合气)的比热比，由此能够将压缩端温度抑制得较低。这样一来，由于爆震因为压缩端温度降低而得到抑制，所以PCM10能够实现让点火时刻提前。
[0108] 在区域(IV)进行的高压延迟喷射，如上述那样通过使在压缩上死点附近的气缸18内的紊流增强来缩短燃烧期间。这也有利于抑制爆震，从而PCM10能够实现让点火时刻进一步提前。因此，在区域(IV)，包括进气冲程喷射和高压延迟喷射的分割喷射既能够避免异常燃烧，又能够提高热效率。
[0109] 此外，为了在区域(IV)缩短燃烧期间，还可以采用多点点火结构来取代高压延迟喷射。多点点火结构是将多个火花塞布置为对着燃烧室内的结构。具体而言，在区域(IV)，喷射器67进行进气冲程喷射，并且PCM10使多个火花塞的每一个工作，由此进行多点点火。在多点点火的情况下，火焰从燃烧室19内的多个火种中的每一个火种开始扩展开来，因此火焰的扩展快，燃烧期间缩短。其结果是，和采用高压延迟喷射的情况一样能缩短燃烧期间，有利于提高热效率。
[0110] (从SI模式往CI模式切换时的控制)
[0111] 与压缩点火燃烧相比，由于火花点火燃烧的热效率较低，因此燃烧气体温度相对较高。另一方面，在进行压缩点火燃烧的CI模式下，如上所述，为了提高气缸18内的温度来确保压缩点火的点火性，至少将内部EGR气体引入气缸18内。
[0112] 在发动机1刚从燃烧气体温度相对较高的SI模式切换到CI模式后，气缸18内为高温环境，而且由火花点火燃烧产生的高温废气被引入气缸18内。因此，发动机1在气缸18内的温度较高的状态下进行压缩点火燃烧。此时，如果喷射器67在像是进气冲程期间中那样较早的时刻向气缸18内喷射燃料，就有可能在压缩冲程期间中发生过早点火，气缸18内的压力上升率(dP/dθ)变得急剧而产生燃烧噪音。因此，该发动机1执行过渡控制，该过渡控制的目的在于避免从SI模式往CI模式切换时的过早点火，避免燃烧噪音增大。
[0113] 在此，在例如图4所示的热机时工作图中，SI模式往CI模式的切换是在发动机1的负荷从SI模式即高负荷区域往CI模式即低负荷区域转移时进行的。也就是说，随着发动机1的负荷降低，发动机1从SI模式切换为CI模式。需要说明的是，在SI模式与CI模式的交界附近，有时候即使发动机1处于等负荷状态，也会从SI模式切换为CI模式。
[0114] 由于在发动机1的温度未达到规定温度，即发动机1处于冷机至半暖机的状态时，压缩点火燃烧不稳定，因此PCM10不执行CI模式，而在发动机1的所有工作区域执行SI模式，但这在图中省略未示出。另一方面，如图4所示，当发动机1处于温度在规定温度以上的热机状态时，PCM10在一部分工作区域中执行CI模式。因此，有时候是：在发动机1启动后，随着温度逐渐上升而发动机1从冷机状态转换为热机状态这一情况的发生，发动机1在发动机负荷保持为等负荷的状态下从SI模式切换为CI模式。
[0115] 而且，从燃烧稳定性的角度出发，在发动机1的怠速状态下，PCM10执行SI模式。因此，当发动机1的工作状态从怠速状态转移到执行CI模式的低负荷区域时，发动机1也从低负荷的SI模式切换到低负荷的CI模式。除此之外，该发动机1构成为在车辆的减速中执行燃料切断。由于在燃料切断中，气缸18内的温度降低，因此刚从燃料切断回复后，有时候无法执行压缩点火燃烧。因此，在刚从燃料切断回复后，即使是在CI模式的区域内，PCM10也执行SI模式，由此来确保燃烧稳定性。之后，一旦气缸18内的温度提高而能够执行CI模式，PCM10就将发动机1从SI模式切换到CI模式。也就是说，虽然发动机1的负荷实质上没有改变，但发动机1从SI模式切换为CI模式。在各种状况下，进行如上述那样的工作，即：从低负荷的SI模式往低负荷的CI模式切换，换句话说，发动机1的负荷状态实质上不改变，发动机1从SI模式往CI模式切换。
[0116] 图7是时序图，用来说明从未引入外部EGR气体的SI模式往CI模式切换时的过渡控制。具体而言，图7示出了涉及过渡控制的、下述项目的改变和变化之例，即：燃料喷射时刻和火花点火时刻的改变；缸内压力的变化；吸气阀和排气阀的开阀状态的改变；节气阀的开度的改变；以及气缸内的气体状态的变化。在图7中，曲轴角沿着从纸上的左侧往右侧的方向进行(也就是说时间进行)。需要说明的是，图7中所示的燃料喷射时刻、火花点火时刻、以及缸内压力的变化是这里公开的技术之例，本发明不局限于图示的时刻(图8等也相同)。这里，未引入外部EGR气体的SI模式例如与在发动机负荷较低的状态进行SI模式这一情况相对应。因此，图7所示的时序图与发动机1从低负荷的SI模式往低负荷的CI模式切换的状况相对应。
[0117] 首先，在图7中的最左侧的第一循环中，发动机1在SI模式下工作。喷射器67在从进气冲程到压缩冲程初期这一期间内执行燃料喷射，并且火花塞25在压缩上死点附近执行火花点火。在第一循环中，混合气的A/F是理论空燃比(λ≈1)，为了使新气量成为与燃料喷射量匹配的量，进气侧的VVL73用大升程凸轮驱动进气阀21，并且VVT72将进气阀21的关闭时刻设定在进气下死点后的较晚的时刻。像这样，PCM10通过使进气阀21较晚关闭来减少引入气缸18内的新气量(参照图7最下方所示的气缸内的气体状态)。在图7的控制例中，在第一循环中，为了进一步减少新气量以对应发动机1的工作状态，PCM10使节气阀36成为开度减小的状态。但是，为了向将节气门完全打开的CI模式切换这一动作做准备，PCM10向完全打开的方向逐渐打开节气阀36。又，如上所述，虽然第一循环为SI模式，但由于发动机1的负荷较低，因此PCM10不将外部EGR气体引入气缸18内。此外，排气侧的VVL71为关闭状态。也就是说，PCM10也不将内部EGR气体引入气缸18内。在执行火花点火燃烧的第一循环中，废气温度变高(即高温已燃气体)。但是，由于外部EGR气体和内部EGR气体都不引入气缸18内，因此高温废气实质上不被引入接着进行的第二循环的气缸18内。
[0118] 第二循环相当于从SI模式往CI模式切换时的循环。也就是说，该循环为过渡模式。PCM10使火花塞25不工作来进行压缩点火燃烧。PCM10还使节气门完全打开，另一方面，使进气侧的VVL73从大升程凸轮切换为小升程凸轮。需要说明的是，VVT72不工作，进气阀21的相位不改变。这样一来，进气阀21的关闭时刻从第一循环的压缩冲程中的时刻瞬间切换为进气下死点附近的时刻，其结果是，引入气缸18内的新气量增加。需要说明的是，该进气阀21的开闭时刻是与从后述第三循环开始进行的排气阀打开两次相对应的开闭时刻。
[0119] 在第二循环中，PCM10将燃料的喷射时刻设定在从进气冲程到压缩冲程初期这一期间内，与第一循环相同。并且PCM10将燃料喷射量也设定为与第一循环大致相同的量。与第一循环相比，由于引入气缸18的新气量不断增加，而燃料喷射量不改变，因此第二循环的混合气的A/F比变得比理论空燃比大。在第二循环中，PCM10也不将废气(外部EGR气体和内部EGR气体)引入气缸18内。
[0120] 在第二循环中，虽然进行压缩点火燃烧，但因为不将废气引入气缸18内，因此气缸18内的温度状态也相应地降低。而且，在第二循环中，通过增加引入气缸18内的新气量，气缸18内充满温度较低的新气，由此，压缩开始前的气缸18内的温度降低。其结果是，在SI模式即第一循环后接着进行的、气缸18内的温度比较容易上升的第二循环中，气缸18内的混合气不会引发过早点火，而是会在压缩上死点附近的适当时刻进行压缩点火。在第二循环中，混合气的A/F比理论空燃比还大，由于气体量较燃料量多，而且是进行热效率较高的压缩点火燃烧，因此燃烧气体的温度大幅降低。这样一来，从第二循环的气缸18排出的废气的温度就会降低。需要说明的是，在图7最下方所述的气体状态中，将“已燃气体”的温度高低用影线的间距的大小来表示。间距窄表示已燃气体的温度高，间距宽表示已燃气体的温度低。
[0121] 接着进行的第三循环相当于从过渡模式往CI模式切换时的循环。在第三循环中，PCM10启动排气侧的VVL71。也就是说，排气阀22打开两次，这样一来，由第二循环的压缩点火燃烧产生的已燃气体的一部分被引入气缸18内。
[0122] 在第三循环中，与第二循环相同地，进气侧的VVL73使进气阀21在保持为小升程的状态下进行开闭，并且PCM10使节气阀36完全打开，因此，如图7所示，内部EGR气体被引入气缸18内，被引入气缸18内的新气量相应地比第二循环还少。因此，过渡模式即第二循环的EGR率变得比CI模式即第三循环的EGR率还低。这里，EGR率定义为废气量在气缸18内所有气体量中所占的比例。
[0123] 在第三循环中，虽然一部分已燃气体被引入气缸18内，如上述那样，该已燃气体的温度较低。而且，在第二循环中，由于进行压缩点火燃烧，因此气缸18内的温度被抑制得较低。因此，第三循环中的气缸18内的温度不会变得太高。
[0124] 第三循环与正常的CI模式相对应。因此，PCM10将由喷射器67进行喷射的时刻设定为从进气冲程到压缩冲程初期这一期间内，与第二循环相同。这样一来，在气缸18内形成比较均匀的混合气。PCM10还将第三循环的燃料喷射量设定为与第二循环大致相同的量。这样一来，混合气的A/F成为理论空燃比，或者变得比理论空燃比大。混合气的A/F是根据发动机1的工作状态而设定的。
[0125] 在该第三循环中，PCM10也与第二循环相同地使火花塞25不工作。如上所述，在第三循环中，由于气缸18内的温度不会变得太高，因此形成在气缸18内的较均匀的混合气不会过早点火，而是会在压缩上死点附近可靠地压缩点火并稳定地燃烧。
[0126] 在从SI模式往CI模式切换时，这样的过渡控制能够避免燃烧噪音增大。在完成从SI模式往CI模式的切换的第三循环以后，根据发动机1的工作状态进行燃烧控制。
[0127] 图8是时序图，用来说明发动机1从引入了外部EGR气体的SI模式往CI模式切换时的过渡控制。图8中所示的时序图与发动机1从高负荷的SI模式往低负荷的CI模式切换时的状况相对应。具体而言，图8能够作为下述状况的示例，该状况即：在图4中所示的热机时工作图中，发动机1的工作状态从SI模式即区域(III)或区域(IV)转移到CI模式即区域(I)或区域(II)的状况(参照图4的箭头(a))。
[0128] 也就是说，在图8中最左侧的第一循环中，发动机1在SI模式下工作。喷射器67在从压缩冲程后期到膨胀行程初期这一期间中执行燃料喷射。也就是说，喷射器67进行高压延迟喷射。火花塞25在压缩上死点附近执行火花点火。混合气的A/F是理论空燃比(λ≈1)，为了使新气量成为与燃料喷射量匹配的量，进气侧的VVL73用大升程凸轮驱动进气阀21，并且VVT72将进气阀21的关闭时刻设定在进气下死点后的较晚的时刻。PCM10通过使进气阀21较晚关闭来减少引入气缸18内的新气量。在图8的时序图的第一循环中，PCM10使节气阀36的开度减小，并且向完全打开的方向逐渐改变节气阀36的开度。这一点与前述图7的时序图中的第一循环相同。
[0129] 另一方面，在图8的时序图中的第一循环中，PCM10使EGR阀511和/或EGR冷却器旁路阀531成为打开状态。通过这样，如上所述，外部EGR气体经由EGR通路50被引入气缸18内。需要说明的是，排气侧的VVL71为关闭，内部EGR气体不会被引入气缸18内。在进行火花点火燃烧的第一循环中，废气温度有可能变高。
[0130] 接着进行的第二循环是与从SI模式往CI模式切换时的过渡模式相对应的循环。因此在第二循环中，PCM10使火花塞25不工作来进行压缩点火燃烧。PCM10将节气门的开度设定为完全打开，另一方面，使进气侧的VVL73从大升程凸轮切换为小升程凸轮。这样一来，进气阀21的关闭时刻从第一循环的压缩冲程期间中的时刻瞬间切换为进气下死点附近的时刻，其结果是，引入气缸18内的新气量增加。
[0131] 在第二循环中，PCM10还使EGR阀511和/或EGR冷却器旁路阀531完全关闭。通过这样来停止将外部EGR气体引入气缸18内。但是，外部EGR系统的控制响应性低，在将EGR阀511和EGR冷却器旁路阀531完全关闭后，残留在EGR通路50内的比较高温的废气仍会被引入第二循环的气缸18内(参照图8的最下方的气体状态)。另一方面，在第二循环中，排气侧的VVL71仍然保持关闭。也就是说，PCM10不将内部EGR气体引入气缸18内。
[0132] PCM10将喷射器67所喷射的燃料量设定为大致与第一循环相同的量。PCM10还将燃料的喷射时刻设定在从进气冲程到压缩冲程初期这一期间内。这样一来，在第二循环的气缸18内形成比较均匀的、空燃比大于理论空燃比的混合气。
[0133] 在第二循环中，PCM10不使火花塞25工作，使空燃比大于理论空燃比的均匀混合气在压缩上死点附近压缩自点火。这里，在第二循环中，由于引入气缸18内的新气量增加，因此压缩开始前的气缸18内的温度下降。其结果是，气缸18内的混合气不会引发过早点火，而是会在压缩上死点附近的适当时刻进行压缩点火。在第二循环中，混合气的A/F比理论空燃比大，工作气体燃料比G/F处于较大的状态。而且，由于是进行热效率较高的压缩点火燃烧，因此燃烧气体温度降低。其结果是，在第二循环中排出的废气的温度降低。
[0134] 但是，如上所述，在第二循环中，一部分外部EGR气体被引入气缸18内。伴随这一情况，废气温度有可能稍微变高。这里，为了说明上的方便起见，将第二循环中的已燃气体称作中温已燃气体，中温已燃气体的温度大致为高温已燃气体和低温已燃气体的中间。如果在接着进行的第三循环中，启动排气侧的VVL73而将该中温已燃气体大量引入气缸18内，气缸18内的温度就有可能变得太高。
[0135] 因此，在图8的控制例中，PCM10将过渡模式持续进行多个循环。也就是说，PCM10执行与第二循环同样地将排气侧的VVL71关闭起来的第三循环。在该第三循环中，由于废气不残留在EGR通路50中，因此废气不会被引入气缸18内。其结果是，气缸18内的压缩开始前的温度变得比第二循环低，并且混合气的A/F也比第二循环大。这样一来，伴随着第三循环的压缩点火燃烧而排出的废气温度会低于在第二循环中排出的废气温度(也就是说，成为低温已燃气体)。
[0136] 第四循环相当于从过渡模式往CI模式切换时的循环。图8的时序图中的第四循环与图7的时序图中的第三循环相对应。PCM10通过启动排气侧的VVL71来让排气阀22打开两次。这样一来，由第三循环的压缩点火燃烧产生的较低温已燃气体的一部分被引入气缸18内。在该第四循环中，与第二循环和第三循环相比，引入气缸18内的新气量减少了引入气缸18内的内部EGR气体的量那么多。也就是说，第四循环的EGR率相对地提高。
[0137] 由于第四循环与正常的CI模式相对应，因此喷射器67在从进气冲程到压缩冲程初期这一期间内喷射燃料。喷射器67喷射的燃料量与过渡模式即第二循环和第三循环实质上相同。与第二循环和第三循环相比，第四循环的混合气的A/F较小，混合气的A/F为理论空燃比，或者是比理论空燃比大。
[0138] 在该第四循环中，PCM10也使火花塞25不非工作来进行压缩点火燃烧。如上所述，由于气缸18内的温度不会变得太高，因此较均匀的混合气不会过早点火，而是会在压缩上死点附近可靠地压缩点火并稳定地燃烧。
[0139] 当发动机1的工作状态为高负荷时，喷射器67所喷射的燃料量较多。所以，当发动机1的工作状态处于高负荷的SI模式时，气缸18内的温度上升，废气温度也上升。因此，特别是在从高负荷的SI模式往低负荷的CI模式切换时，容易发生过早点火。在图8的控制例中，持续进行了两个循环的过渡模式。这一作法对于在从SI模式往CI模式切换时可靠地避免过早点火发生来说是有效的。
[0140] 这里，过渡模式是通过使气缸18内的EGR率比CI模式低来使气缸18内的温度降低而避免发生过早点火的模式。但是，如上所述，特别是在高负荷的SI模式下，气缸18内的温度上升，而且，当气缸18的壁面温度较高时，也有可能无法在过渡模式下避免发生过早点火。在这样的情况下，如图8中以虚线所示那样，PCM10也可以将利用喷射器67喷射燃料的喷射时刻延后到压缩冲程中期以后。也就是说，PCM10也可以在过渡模式下进行延迟喷射。就延迟喷射来说，燃料的喷射时刻较晚，而且能够使混合气的可反应时间缩短。其结果是，能够有效地避免过渡模式下的过早点火。PCM10也可以根据例如各种参数来推测气缸18内的温度状态，并根据该推测结果来决定要将喷射器67喷射燃料的时刻设定为从进气冲程到压缩冲程初期、或者是从压缩冲程中期以后。
[0141] 这样的延迟喷射不局限于在过渡模式下执行。如图8中以点划线所示那样，PCM10也可以在发动机1切换到了CI模式的第四循环以后，根据需要进行延迟喷射。也就是说，当不启动排气侧的VVL71来将内部EGR气体引入气缸18内，就无法确保点火性时，PCM10使发动机1从过渡模式转移到CI模式，另一方面，当在CI模式下有可能发生过早点火时，PCM10使喷射器67执行延迟喷射。通过这样，实现了：既能够更可靠地避免发动机1从SI模式往CI模式切换时的燃烧噪音，又能够稳定地进行压缩点火燃烧。需要说明的是，在如图7所示那样从低负荷的SI模式往低负荷的CI模式切换时，PCM10也可以在过渡模式或CI模式下，根据需要执行延迟喷射。
[0142] 接着，对于前述的过渡控制，参照图9说明PCM10执行的控制流程。图9的流程是从空气过剩率λ＝1的SI模式的状态开始的。
[0143] 在开始后的步骤S91中，PCM10读入各种参数(例如水温、外部空气温度、发动机负荷、发动机转速、燃料的喷射时刻、燃料压力、点火时刻、进气阀的开闭时刻、以及排气阀的开闭时刻等)，并且掌握发动机1的工作状态。在步骤S92中，PCM10对发动机1是否要从SI模式切换到CI模式进行判断。不往CI模式切换时(也就是说“否”时)，反复进行步骤S91和S92，相对于此，要往CI模式切换时(也就是说“是”时)，流程移向步骤S93。具体而言，当发动机1的工作状态从高负荷往低负荷改变时、当发动机1从冷机状态改变成为热机状态时、当发动机1的工作状态从怠速状态改变成为怠速状态以外的低负荷工作状态时、以及当发动机1的工作状态从自燃料切断回复后暂时地进行SI模式的状态转移到了正常的CI模式时，在步骤S92中判断为“是”。从流程开始到步骤S92为止的部分与图7和图8中所示的时序图的第一循环相对应。
[0144] 在步骤S93中，PCM10对是否向气缸18内引入了外部EGR气体进行判断。当判断为向气缸18内引入了外部EGR气体时，流程移向步骤S94。在步骤S94中，PCM10使EGR阀511和/或EGR冷却器旁路阀531都完全关闭。当判断为未向气缸18内引入外部EGR气体时，流程从步骤S93移向步骤S95。
[0145] 在步骤S95中，PCM10将进气侧的VVL73从大升程凸轮切换为小升程凸轮。在接着进行的步骤S96中，PCM10对是否完成了进气侧VVL71的凸轮切换进行判断。当判断为还没完成凸轮切换时(也就是说“否”时)，继续执行步骤S95，相对于此，当判断为完成了凸轮切换时(也就是说“是”时)，流程移向步骤S97。需要说明的是，凸轮切换是瞬间地进行的。在步骤S97中，PCM10使火花塞25不工作，通过这样来使发动机1从SI模式往CI模式切换。
[0146] 在接着进行的步骤S98中，PCM10对缸内状态是否已成为规定的状态、换句话说对废气温度是否已降低至希望的水平进行判断。该步骤的判断例如可以根据废气温度来进行，该废气温度是PCM10根据各种参数推测得到的。当步骤S98中的判断结果为“否”时，继续执行步骤S98，而当判断结果成为“是”，流程就移向步骤S99。步骤S93～S98与图7中所示的时序图的第二循环、以及图8中所示的时序图的第二和第三循环分别对应，并且相当于过渡模式。因此，步骤S98的判断是用于决定要执行过渡模式的循环数的判断。也就是说，在图7的控制例中，只在第二循环这一个循环执行了过渡模式，但PCM10也可以是根据废气温度将过渡模式持续执行多个循环。此外，在图8的控制例中，只在第二循环和第三循环这两个循环中执行了过渡模式，但是PCM10也可以根据废气温度来将过渡模式继续地执行三个循环以上，或者将过渡模式只执行一个循环。
[0147] 需要说明的是，在步骤S98中，PCM10根据推测到的废气温度来决定要执行过渡模式的循环数，但也可以是：根据从SI模式往CI模式切换前后的发动机1的工作状态等，预先设定好执行过渡模式的循环数并储存在PCM10中，并且在步骤S98中，PCM10将过渡模式持续地进行设定好的循环数。
[0148] 在步骤S98以后的步骤S99中，PCM10启动排气侧的VVL71，开始让排气阀22打开两次。该步骤与图7中的第三循环、以及图8中的第四循环相对应。就这样，发动机1从SI模式往CI模式切换。
[0149] (对阀进行的控制的细节)
[0150] 接着，参照图10说明从SI模式往CI模式切换时对进气阀21和排气阀22进行的控制的细节。在图7或图8中所示的时序图的第一循环中，也就是说在SI模式下，如图10中以点划线所示例那样，排气阀22在排气冲程中打开，并且如图10中以虚线所示例那样，进气阀21在进气冲程中打开。也就是说，排气侧的VVL71在正常模式下工作，进气侧的VVL73以大升程凸轮进行工作。这与第一阀动作相对应。
[0151] 过渡模式时(也就是说图7中的第二循环和图8中的第二循环、第三循环)，排气阀22维持在以点划线所示的升程特性。另一方面，如以细实线所示例那样，与第一阀动作相比，进气阀21的开阀期间变短。因此，在过渡模式下，与在SI模式下时同样地，排气阀22在排气冲程中打开，进气阀21在进气冲程中打开。但是，从SI模式往过渡模式转移时，排气侧的VVL71不切换，只有进气侧的VVL73从大升程凸轮往小升程凸轮切换。通过进气侧的凸轮的切换，能够瞬间地改变进气阀21的升程特性。这与第二阀动作相对应。
[0152] 在相当于CI模式的图7中的第三循环和图8中的第四循环中，排气阀22具有在图10中以粗实线所示的打开两次这样的升程特性。另一方面，进气阀21维持在由细实线所示的升程特性。也就是说，从过渡模式往CI模式转移时，进气侧的VVL73不切换，只有排气侧的VVL71切换。这与第三阀动作相对应。第三阀动作是这样的动作，即：在第二阀动作的基础上，还使排气阀22在比第二阀动作中的排气阀22的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态。
[0153] 如上所述，具备进气侧的VVL73和排气侧的VVL71的结构有利于在从SI模式经由过渡模式到达CI模式这样的切换控制中，提高切换控制的响应性，使从SI模式往CI模式的切换顺利地进行。
[0154] 需要说明的是，排气阀22打开两次这一动作除了可以采用在图10中所示例的升程特性以外，还可以采用如图11、图12所示的升程特性。在图10中以粗实线所示例的排气阀22具有下述的升程特性，即：排气阀22的升程量从排气冲程中的最大升程开始逐渐减少后，在进气冲程中，排气阀22的升程量再次增加。也就是说，该升程特性是这样的特性，即：相对于曲轴角的进行排列有两个由排气阀22的升程曲线形成的峰。换句话说，在该排气阀22的升程特性下，与在图10中以点划线所示的、在SI模式下的排气阀22的升程特性相比，排气阀22在比SI模式下的关阀时刻晚的时刻成为打开了的状态。
[0155] 在图11中所示例的升程特性是这样的特性，即：排气阀22的升程量从排气冲程中的最大升程开始逐渐减少而排气阀22成为规定开度后，排气阀22维持在该开度，直到进气冲程中的规定时刻为止。也就是说，该升程特性是这样特性，即：尽管排气阀22的升程曲线的峰实质上为一个，但是峰底随着曲轴角的进行而延伸。此外，虽然省略图示，但也可以是：排气阀22的升程量从排气冲程中的最大升程开始逐渐减少而排气阀22成为规定开度后，不使升程量的减少率为零，而是使减少率成为更小的值，从而边缩小排气阀22的开度，边延长该排气阀22的开阀期间。在图11中所示例的升程特性下，排气阀22也在比SI模式下的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态。
[0156] 图10和图11中所示的排气阀22的升程特性是这样的特性，即：在排气上死点附近不将排气阀22关闭。相对于此，也可以如图12所示，当排气阀22打开两次时，在排气上死点附近暂时将排气阀22关闭。在该升程特性下，排气阀22也在比SI模式下的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态。
[0157] 在前述控制例中，PCM10在CI模式下让排气阀22打开两次。需要说明的是，如上所述，发动机1也可以采用让进气阀21打开两次的结构来取代让排气阀22打开两次的结构。图13示出与进气阀21打开两次相关的升程特性之例。相对于图10中所示例的排气阀22打开两次，进气阀21打开两次的情况下，只要设定为以排气上死点为基准而线对称那样的升程特性即可。此外，从SI模式往CI模式切换时的阀控制，只要与让排气阀22打开两次的控制例为相反地顺序即可。
[0158] 也就是说，在相当于SI模式的循环中，如在图13中以点划线所示例那样，排气阀22在排气冲程中打开，并且如在图13中以虚线所示例那样，进气阀21在进气冲程中打开。
这与第一阀动作相对应。进气侧的VVL73处于正常模式，排气侧的VVL71处于大升程的模式。
[0159] 在相当于过渡模式的循环中，进气阀21维持在以虚线表示的升程特性，另一方面，如以粗实线所示例那样，与第一阀动作相比，排气阀22的开阀期间变短。也就是说，从SI模式往过渡模式转移时，进气侧的VVL73不切换，只有排气侧的VVL71切换。这与第二阀动作相对应。
[0160] 在相当于CI模式的循环中，进气阀21成为在图10中以细实线所示的打开两次的升程特性。另一方面，排气阀22维持在粗实线的升程特性。也就是说，从过渡模式往CI模式转移时，排气侧的VVL71不切换，只有进气侧的VVL73切换。就这样，在CI模式下，进气阀21在比图13中以虚线所示的SI模式时的进气阀21的打开时刻早的时刻成为打开了的状态。这与第三阀动作相对应。
[0161] 需要说明的是，进气阀21打开两次这一动作不局限于在图13中所示的升程特性。例如可以是使图11中所示的升程特性以排气上死点为基准呈线对称状的升程特性，或者是使图12中所示的升程特性以排气上死点为基准呈线对称状的升程特性，但省略了图示。
[0162] 如以上说明那样，在例如图4中以箭头(a)所示那样从SI模式往CI模式切换时，该发动机1在SI模式和CI模式之间执行EGR率相对较低的过渡模式。通过这样，能够避免从SI模式往CI模式切换时的过早点火，能够避免发生燃烧噪音。需要说明的是，在发动机1的负荷实质上不改变的状况下从SI模式往CI模式切换时，也在SI模式和CI模式之间执行过渡模式。
[0163] 相对于此，例如在图4中以箭头(b)所示那样，伴随着发动机1的负荷上升而发动机1从CI模式往SI模式切换时，不会有燃烧噪音的问题发生。因此，为了迅速地完成模式的切换，在从CI模式往SI模式切换时，该发动机1不在CI模式和SI模式之间执行过渡模式。具体而言，在图7中所示的时序图中，当发动机1从CI模式往SI模式切换时，发动机1从第三循环往第一循环转移而不进行第二循环。同样地，在图8所示的时序图中，当发动机1从CI模式往SI模式切换时，发动机1从第四循环往第一循环转移而不进行第二循环和第三循环。这样一来，对驾驶者的加速要求的响应性提高。
[0164] (发动机的其它结构)
[0165] 需要说明的是，在图2所示的结构中，进气阀21的气门传动机构构成为包括用于对大升程凸轮与小升程凸轮进行切换的VVL73。不同于此，如图14所示，也可以是进气阀21的气门传动机构构成为包括能够连续地改变该进气阀21的升程量的可变气门升程机构(CVVL(Continuously Variable Valve Lift))74，由该CVVL74来取代VVL。CVVL74能够适当地采用公知的各种构造，其详细构造省略不画出来。利用VVT72和CVVL74，能够分别连续地改变进气阀21的打开时刻和关闭时刻、以及升程量(和开阀期间)。
[0166] 图15、图16分别示出、在进气阀21的气门传动机构包括CVVL74这样的结构下，从SI模式往CI模式切换时的控制例。其中，图15的时序图与从未引入外部EGR气体的SI模式往CI模式的切换相关，这与图7相对应。图16的时序图与从未引入外部EGR气体的SI模式往CI模式的切换相关，这与图8相对应。
[0167] 首先，图15中最左侧的第一循环与图7中的第一循环实质上相同。也就是说，发动机1在SI模式下工作。喷射器67在从进气冲程到压缩冲程初期这一期间内执行燃料喷射，火花塞25在压缩上死点附近执行火花点火。混合气的A/F为理论空燃比(λ≈1)。
[0168] 为了使新气量成为与燃料喷射量匹配的量，进气侧的CVVL74用较小升程的凸轮驱动进气阀21，并且VVT72将进气阀21的关闭时刻设定在进气下死点前的较早的时刻。这样一来，进气阀21较早关闭，引入气缸18内的新气量减少。在图15的控制例中，PCM10在第一循环中使节气阀36成为开度减小的状态。但是，为了向CI模式切换这一动作做准备，PCM10向完全打开的方向逐渐打开节气阀36。PCM10还将EGR阀511和/或EGR冷却器旁路阀531关闭，并且将排气侧的VVL71关闭。这样一来，外部EGR气体和内部EGR气体都不会被引入气缸18内。
[0169] 接着进行的第二循环相当于即将要从SI模式往CI模式切换之前的循环。在该第二循环中，为了在切换到CI模式后执行排气阀22打开两次这一动作做准备，PCM10使VVT72工作，让进气阀21的关闭时刻延迟。PCM10还让节气阀36的打开动作继续进行。这样一来，引入气缸18内的新气量较第一循环增加。在第二循环中，PCM10使燃料喷射量增加。混合气的A/F维持在理论空燃比。这样一来，就能够使用三效催化剂，能够避免废气排放性能恶化。
[0170] 在第二循环中，PCM10使喷射器67执行高压延迟喷射。喷射器67在压缩上死点附近喷射燃料。并且，PCM10使火花塞25在压缩上死点以后的时刻执行火花点火。像这样使点火时刻延迟而让燃烧期间延迟，从而使发动机1的负荷在第一循环到第二循环间为等负荷(等扭矩)。需要说明的是，通过使燃烧期间延迟，废气(已燃气体)的温度有可能进一步上升(也就是说，成为超高温已燃气体)。
[0171] 第三循环是与从SI模式往CI模式切换时的过渡模式相对应的循环。PCM10使火花塞25不工作来进行压缩点火燃烧。PCM10将节气阀的开度设定为完全打开。另一方面，进气阀21和排气阀22的升程特性与第二循环相同。也就是说，PCM10使排气侧的VVL71维持在关闭状态。这样一来，由第二循环的火花点火燃烧所产生的高温已燃气体实质上不会被引入气缸18内。其结果是，气缸18内的温度变得较低。需要说明的是，也可以是在第三循环中，PCM10边使排气侧的VVL71启动，边使内部EGR气体量低于在CI模式下设定好的内部EGR气体量。
[0172] 在第三循环中，如在CI模式下预先设定好那样，PCM10在从进气冲程到压缩冲程初期这一期间内使喷射器67向气缸18内喷射燃料。由于气缸18内的温度较低，因此得以回避过早点火，气缸18内的均匀混合气在压缩上死点附近压缩点火并燃烧。由于第二循环中的已燃气体的温度较高，因此残留在第三循环的气缸18内的残留气体的温度变高。其结果是，虽然不让排气阀22打开两次，但也能够避免气缸18内的温度过度降低。因此，均匀的混合气在压缩上死点附近可靠地压缩点火并稳定地燃烧。需要说明的是，由于第三循环的燃烧为压缩点火燃烧，并且工作气体燃料比G/F处于较大的状态，因此燃烧气体的温度降低。
[0173] 第四循环相当于过渡模式结束后的CI模式。该循环与图7中的第四循环实质上相同。也就是说，像在正常的CI模式下设定好的那样，PCM10使排气侧的VVL71启动。这样一来，由第三循环的压缩点火燃烧所产生的已燃气体的一部分被引入气缸18内。如上所述，由于该已燃气体的温度较低，气缸18内的温度会降低。在第四循环中，PCM10将燃料喷射时刻设定在从进气冲程期间到压缩冲程初期这一期间内。这样，得以避免过早点火，气缸18内的均匀混合气在压缩上死点附近压缩点火。需要说明的是，如上所述，PCM10也可以在过渡模式或CI模式下进行延迟喷射。
[0174] 接着，在图16的时序图中最左侧的第一循环中，发动机1在引入了外部EGR气体的状态并且在SI模式下工作。混合气的空燃比为理论空燃比(λ≈1)。PCM10使喷射器67执行延迟喷射。为了使新气量成为与燃料喷射量匹配的量，进气阀21的CVVL74用较小升程的凸轮驱动进气阀21。VVT72使进气阀21在进气下死点前的较早的时刻关闭。PCM10使节气阀36成为开度减小的状态。并且，PCM10通过EGR通路50将外部EGR气体引入了气缸18内。排气阀22的VVL71为关闭状态。
[0175] 第二循环与图15的时序图中的第二循环相同。PCM10继续执行SI模式，并且为排气阀22打开两次做准备而将进气阀21的关闭时刻改变为延迟关闭。伴随着改变为该延迟关闭，引入气缸18内的新气量增加。为了与新气量的增加相对应，PCM10使燃料喷射量增加。这样一来，在第二循环中，混合气的A/F也成为理论空燃比。喷射器67通过延迟喷射的方式向气缸18内喷射燃料。
[0176] 第三循环相当于从SI模式往CI模式切换时的循环，并且与过渡模式相对应。PCM10使火花塞25停止工作，并且将EGR阀511和EGR冷却器旁路阀531都关闭。但是，残留在EGR通路50内的废气的一部分会被引入气缸18内。
[0177] PCM10还使由喷射器67喷射的喷射量减少到与第一循环大致相同。其结果是，第三循环中的混合气的A/F变得比理论空燃比大。需要说明的是，喷射器67只要在从进气冲程到压缩冲程初期这一期间内向气缸18内喷射燃料即可。如上所述，当气缸18内的温度较高而有可能发生过早点火时，PCM10可以将燃料的喷射时刻延迟到压缩冲程后期以后。这样一来，在第三循环中，空燃比大于第一循环和第二循环的均匀混合气进行压缩点火燃烧。由此，废气温度降低。但是，如上所述，虽然PCM10将EGR阀511和EGR冷却器旁路阀531都关闭，但是在第三循环中，一部分高温已燃气体被引入气缸18内。其结果是，废气温度不会充分地降低。因此，在图16的控制例中，在接着进行的第四循环中，PCM10与第三循环同样地执行过渡模式。通过执行第四循环的过渡模式，废气的温度充分地降低。
[0178] 在之后的第五循环中，已降至低温的废气在PCM10启动排气侧的VVL71而开始让排气阀22打开两次时被引入气缸18内。由此，能够稳定地进行压缩点火燃烧而不引发过早点火。该第五循环与CI模式相对应，从SI模式往CI模式的切换在该第五循环结束。
[0179] 如上所述，包括CVVL74这样的进气阀21的气门传动机构，也能够进行从SI模式往CI模式切换时的过渡控制。但是，如上所述，VVL73能够瞬间地进行从SI模式往过渡模式的切换。因此，比较图7和图15，或者比较图8和图16就能够知道，进行模式的切换所需要的最小循环数不相同。VVL73在提高过渡控制的响应性而使模式顺利地切换这一点上较为出色。
[0180] (工作图的其它例子)
[0181] 图17示出发动机1热机时的工作图的其它例。与图4中所示的工作图不同，在图17的工作图中，根据发动机负荷的高低将CI模式分为三个区域。具体而言，在CI模式下负荷最低的区域(i)与图4中的区域(I)相对应。在该区域(i)中，将热EGR气体引入气缸
18内。此外，如图5A所示，在区域(i)中，喷射器67至少在从进气冲程到压缩冲程中期为止的这一期间内向气缸18内喷射燃料。通过这样来形成均匀的稀薄混合气。也可以将混合气的空气过剩率λ设定为例如2.4以上。通过这样，能够抑制RawNOx的生成，从而提高废气排放性能。但是，在区域(i)中的负荷较高的区域，具体而言，在包含区域(i)和区域(ii)之间的交界的区域中，混合气的空燃比为理论空燃比(λ≈1)。
[0182] 在CI模式下，在负荷比区域(i)高的区域(ii)中，与区域(i)的高负荷侧同样地，至少在从进气冲程到压缩冲程中期为止的这一期间内向气缸18内喷射燃料(参照图5A)。通过这样，在气缸18内形成均匀的混合气，该混合气的空燃比是理论空燃比(λ≈1)。
[0183] 在区域(ii)中还按适当的比例将高温热EGR气体和低温冷EGR气体引入气缸18内。通过这样，使气缸18内的压缩端温度处于适当范围，既确保压缩点火的点火性又避免急剧燃烧，由此谋求压缩点火燃烧的稳定化。需要说明的是，在将混合气的A/F设定为λ≈1的条件下，将EGR率设定为尽可能的高，该EGR率是将热EGR气体和冷EGR气体混合而成的、被引入气缸18内的EGR气体所占的比例。因此，在区域(ii)中，由于燃料喷射量伴随着发动机负荷增加而增加，因此EGR率逐渐地降低。
[0184] 在包含CI模式与SI模式之间的切换交界线的CI模式下，负荷最高的区域(iii)与图4的工作图中的区域(II)相对应。在该区域中，除了对气缸18内的温度进行控制以外，还进行高压延迟喷射。
[0185] 相对于根据发动机负荷的高低分成三个区域的CI模式，SI模式根据发动机转速的高低分为区域(iv)和区域(v)这两个区域。在图中所示的例子中，将发动机1的工作区域分为低速区域和高速区域这两个区域时，区域(iv)相当于低速区域，而区域(v)相当于高速区域。在图17所示的工作区域中，区域(iv)和区域(v)的交界相对于负荷的高低朝转速方向倾斜，但区域(iv)和区域(v)交界不局限于图中所示的例子。
[0186] 区域(iv)与图4中的区域(IV)相对应。喷射器67进行延迟喷射(图5C参照)。另一方面，区域(v)与图4中的区域(V)相对应。喷射器67进行包括延迟喷射在内的分割喷射(图5D参照)。
[0187] 在这样的热机时工作图中，前述过渡控制能够作为下述状况的示例，该状况即：例如发动机1的工作状态从SI模式即区域(iv)或区域(v)向CI模式即区域(i)、区域(ii)或区域(iii)转移的状况。
[0188] (其它实施方式)
[0189] 需要说明的是，这里公开的技术不限于应用在前述发动机结构。例如，可以不通过设在气缸18内的喷射器67来进行进气冲程期间内的燃料喷射，而是通过另外设在进气口16的进气口喷射器来向进气口16内喷射燃料。
[0190] 此外，发动机1不限于直列四气缸发动机，这里公开的技术也可以应用在直列三气缸、直列二气缸、直列六气缸发动机等。而且，也可以应用在V型六气缸、V型八气缸、水平对置四气缸等各种发动机。
[0191] 又，在上述说明中，将规定的工作区域中的混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，但也可以将混合气的空燃比设定为稀薄的状态。但是，将空燃比设定为理论空燃比这一作法具有能够使用三效催化剂的优点。
[0192] 此外，可以根据需要将高压延迟喷射改为分割喷射，同样地，可以根据需要将进气冲程喷射改为分割喷射。在这些分割喷射中，也可以分别在进气冲程和压缩冲程中喷射燃料。
[0193] -符号说明-
[0194] 1 发动机(发动机主体)
[0195] 10 PCM(控制器)
[0196] 18 气缸
[0197] 21 进气阀
[0198] 22 排气阀
[0199] 25 火花塞
[0200] 50 EGR通路(排气回流装置)
[0201] 51 主通路(排气回流装置)
[0202] 511 EGR阀(排气回流装置)
[0203] 52 EGR冷却器(排气回流装置)
[0204] 53 EGR冷却器旁路通路(排气回流装置)
[0205] 531 EGR冷却器旁路阀(排气回流装置)
[0206] 67 喷射器(燃料喷射阀)
[0207] 71 VVL(排气回流装置、内部EGR调节装置)
[0208] 72 VVT(气门传动机构)
[0209] 73 VVL(气门传动机构)
[0210] 74 CVVL(气门传动机构)
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
火花点火式汽油发动机-专利编号CN102052227B 2020-05-14 801
火花点火直喷式发动机-专利编号CN104364506B 2020-05-12 242
火花点火式发动机-专利编号CN1807873B 2020-05-15 660
火花点火式发动机-专利编号CN102162418A 2020-05-15 224
火花点火式发动机-专利编号CN104603425A 2020-05-13 405
火花点火式直喷发动机-专利编号CN103670720A 2020-05-14 65
火花点火发动机-专利编号CN101243245A 2020-05-11 150
火花点火式直喷发动机-专利编号CN103670720B 2020-05-12 622
火花点火发动机-专利编号CN101243245B 2020-05-11 477
火花点火式直喷发动机-专利编号CN103670872A 2020-05-13 367
高效检索全球专利

IPRDB是专利检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，专利查询、专利分析。

电话：13651749426

侵权分析

IPRDB的侵权分析产品是IPRDB结合多位一线专利维权律师和专利侵权分析师的智慧，开发出来的一款特色产品，也是市面上唯一一款帮助企业研发人员、科研工作者、专利律师、专利分析师快速定位侵权分析的产品，极大的减少了用户重复工作量，提升工作效率，降低无效或侵权分析的准入门槛。

立即试用

火花点火发动机热门专利
热门文章

IPRDB

最新中国发明专利 最新美国发明专利 技术领域 专利库 专利分类库 国际专利分类库

热门服务

会员版试用 API 数据接口 找代理 知嘟嘟专利交易 排行榜 大学排行榜 专利百科

关于我们

平台介绍 战略合作 网站地图

友情链接

知嘟嘟专利交易 国家知识产权局 中国商标网

联系方式


©2019-2023 上海吉码数字技术有限公司 版权所有，并保留所有权利 沪ICP备20016256号-6 沪公网安备31011702005475号