CN105683537A - 压缩点火式发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

压缩点火式发动机的控制装置包括控制器，该控制器构成为：在发动机主体的运转状态处于压缩点火区域时，由该控制器让气缸内的混合气进行压缩点火燃烧而让发动机主体运转。当发动机主体的运转状态处于压缩点火区域中的高负荷规定区域内时，在低速侧区域，由控制器利用气体状态调节系统边让气缸的填充量最大，边降低EGR率以便气缸内的混合气的空气过剩率λ大于1；在转速高于所述低速侧区域的高速侧区域，控制器边让气缸的填充量最大，边让EGR率升高以便气缸内的混合气的空气过剩率λ在1以下。

Description

压缩点火式发动机的控制装置

技术领域

这里所公开的技术涉及一种压缩点火式发动机的控制装置。

背景技术

例如专利文献1中记载了以下发动机，该发动机构成为：当发动机的运转状态处于低速且部分负荷的规定运转区域时，让气缸内的混合气进行压缩点火燃烧。

专利文献2中也记载了以下发动机，该发动机构成为：当发动机的运转状态处于规定的切换负荷以下的运转区域时，让气缸内的混合气进行压缩点火燃烧，另一方面，当发动机的运转状态处于负荷高于该切换负荷的运转区域时，利用火花塞将气缸内的混合气强制点火而使其燃烧。在该发动机中，在进行压缩点火燃烧的时候进行所谓的排气二次打开，该排气二次打开是这样的：在进气行程中再次打开排气阀，由此而将已排出到排气侧的废气中的一部分引入气缸内。利用该排气二次打开引入内部EGR气体，会提高压缩开始温度，进而会提高压缩上止点温度，从而有利于提高压缩点火的点火性和燃烧稳定性。

专利文献3中记载了根据发动机的运转状态对压缩点火燃烧和火花点火燃烧进行切换的发动机。专利文献3中还记载了以下内容：当从压缩点火燃烧向火花点火燃烧切换时，经由EGR通路将废气的一部分引入气缸内，并且将混合气的空燃比浓化来避免爆燃。

专利文献1：日本公开专利公报特开2007-154859号公报

专利文献2：日本公开专利公报特开2012-172665号公报

专利文献3：日本公开专利公报特开2009-91994号公报

发明内容

-发明要解决的技术问题-

在专利文献2所记载的发动机中，为减少泵损失，在进行压缩点火燃烧的区域，边让气缸的填充量最大，边根据发动机的负荷改变被引入气缸内的新鲜空气量和废气量的比例。具体而言，因为随着发动机的负荷升高，气缸内的温度也升高，所以减少被引入气缸内的内部EGR气体量且增加新鲜空气量。这对于抑制气缸内的温度过高，从而避免气缸内的压力上升(即，dP/dt)伴随着压缩点火燃烧变得陡峭是有效的。而且，不管发动机的负荷高低如何，气缸内的混合气的空气过剩率λ(excessairratio)实质上为1。由此则可以利用三效催化剂而使废气排放性能良好。

这里，在进行压缩点火燃烧的区域内气缸内的温度升高的高负荷侧运转区域内也存在以下情况：与高速侧区域相比，在低速侧区域气缸内的温度相对较低，这是因为在低速侧区域每单位时间内产生的热量相对较低之故。因此，从降低耗油量的观点出发，可以考虑在低速侧区域采用与高速侧区域不同的燃烧方式。

这里所公开的技术正是为解决上述问题而完成的。其目的在于：针对在规定区域进行压缩点火燃烧的压缩点火式发动机，降低在该进行压缩点火燃烧的区域中的高负荷区域内的低速侧区域的耗油量。

-用于解决技术问题的技术方案-

这里所公开的技术涉及一种压缩点火式发动机的控制装置。该压缩点火式发动机的控制装置包括发动机主体、燃料喷射阀、气体状态调节系统以及控制器。所述发动机主体具有气缸，所述燃料喷射阀构成为：喷射供向所述气缸内的燃料，所述气体状态调节系统构成为：通过对被引入所述气缸内的新鲜空气量和废气量分别进行调节来调节所述气缸内的气体状态，所述控制器构成为：当所述发动机主体的运转状态处于事先设定好的压缩点火区域时，由该控制器让所述气缸内的混合气进行压缩点火燃烧，由此而让所述发动机主体运转。

当所述发动机主体的运转状态处于所述压缩点火区域中的高负荷规定区域内时，在低速侧区域，所述控制器利用所述气体状态调节系统边让所述气缸的填充量最大，边降低所述废气量与所述气缸内的全部气体量之比即废气再循环率以便所述气缸内的混合气的空气过剩率λ大于1，在转速高于所述低速侧区域的高速侧区域，所述控制器边让所述气缸的填充量最大，边让所述EGR率升高以便所述气缸内的混合气的空气过剩率λ在1以下。

这里，“气体状态调节系统”是一种调节被引入气缸内的气体量(即填充量)和被引入气缸内的新鲜空气量与废气量的比例的系统。被引入气缸内的新鲜空气量能够根据节气门的开度、进气阀的关闭时刻和/或被引入气缸内的废气量等来进行调节。只要通过以下内部EGR系统和/或外部EGR系统调节被引入气缸内的废气量即可，该内部EGR系统通过控制发动机主体的进气阀和排气阀各自的打开时间，让废气的一部分残留在气缸内和/或将废气的一部分引入气缸内；该外部EGR系统经由使发动机主体的排气通路和进气通路连通的EGR通路将废气的一部分引入气缸内。当发动机主体的运转状态处于压缩点火区域时，特别优选利用内部EGR系统将内部EGR气体引入气缸内。因为内部EGR气体的温度较高，所以会提高压缩上止点温度，从而有利于提高压缩点火的点火性和燃烧稳定性。

如上所述，“低速侧区域”是每单位时间内产生的热量低，气缸内的温度因此而变低的区域，是利用该低温度状态能够避免气缸内的压力上升伴随着压缩点火燃烧而变得陡峭这样的区域。可以在例如发动机主体的转速区域中的转速低于1/2的低速侧适当地设定低速侧区域。

根据上述构成方式，当发动机主体的运转状态处于事先设定好的压缩点火区域时，控制器让气缸内的混合气进行压缩点火燃烧而让发动机主体运转。当发动机主体的运转状态处于该压缩点火区域中的高负荷规定区域时，则利用气体状态调节系统在低速侧区域和转速高于该低速侧区域的高速侧区域改变气缸内的气体状态。

具体而言，在低速侧区域，边让气缸内的填充量最大，边将EGR率设定得较低以便混合气的空气过剩率λ大于1。也就是说，减少被引入气缸内的废气量且增加新鲜空气量。当发动机主体转速低时，因为每单位时间内产生的热量减少，所以气缸内的温度变得较低。这会抑制压缩上止点温度过高。因此，会避免气缸内的压力上升(dP/dt)变得陡峭且也会抑制未处理NOx的生成。

于是，当发动机主体的运转状态处于低速侧区域时，让混合气的空气过剩率λ大于1以谋求提高热效率来减少耗油量。需要说明的是，例如在包括NOx净化催化剂的构成方式下，空气过剩率λ可以是大于1的任意值。另一方面，例如在不包括NOx净化催化剂的构成方式下，优选将空气过剩率λ设定在例如2.4以上。通过将空气过剩率λ设定在2.4以上，会抑制未处理NOx的生成，在不包括NOx净化催化剂的构成方式下也会抑制NOx的排出。需要说明的是，在不包括NOx净化催化剂的构成方式下，特别优选让将空气过剩率λ设定在2.4以上的所述低速侧区域的负荷在规定负荷以下。如果发动机主体的负荷升高，燃料喷射量就会增大，故难以将空气过剩率λ设定在2.4以上。

上述构成方式下的“压缩点火区域中的高负荷规定区域”指的是发动机主体的负荷过低的区域(例如轻负荷区域)以外的区域。也就是说，当发动机主体的运转状态处于轻负荷区域时，因为未燃燃料容易增加，所以增加被引入气缸内的废气量来减少未燃损失，由此而使耗油量降低这样的耗油量降低效果会比使混合气的空气过剩率λ大于1来提高热效率升高，由此来降低耗油量这样的耗油量降低效果更有效。因此，将上述“低速侧区域”限定在让混合气稀薄以后所带来的耗油量降低效果相对有利的发动机主体的负荷区域。在负荷低于该发动机主体的负荷区域的区域，也就是说，在未燃损失减少所带来的耗油量降低效果相对有利的发动机主体的负荷区域，优选让混合气的空气过剩率λ在1以下且让EGR率较高。

在转速高于上述低速侧区域的高速侧区域，边让气缸的填充量最大，边让EGR率升高以便气缸内的混合气的空气过剩率λ在1以下。燃烧温度由于增加被引入气缸内的废气量而降低，从而有利于抑制未处理NOx的产生。如果将气缸内的混合气的空气过剩率λ设定成实质上为1(即，λ大致为1)，就能够利用三效催化剂将废气排放性能维持得良好。而且，在高速侧区域，尽管气缸内的温度比低速侧区域高，但因为废气量也相对较多，所以有利于利用压缩点火燃烧的缓慢化来减少燃烧噪音。

优选，所述燃料喷射阀构成为：喷射供向所述气缸内的燃料。所述控制器构成为：在所述规定区域的所述低速侧区域，使所述燃料喷射阀的燃料喷射时刻在压缩行程前半部分以前，在所述规定区域的所述高速侧区域，使所述燃料喷射阀的燃料喷射时刻在压缩行程后半部分以后。

也就是说，当发动机主体的运转状态处于高负荷侧区域时，气缸内的温度升高。因此存在以下可能性：只靠控制气缸内的温度状态，包括调节内部EGR气体量，是无法避免气缸内的压力上升(dP/dt)伴随着压缩点火燃烧而变得陡峭的。

关于这一点，通过将燃料喷射阀的向气缸内喷射燃料的燃料喷射时刻设定在压缩行程后半部分以后，在气缸内的压力由于用电动机带动发动机空转而逐渐降低的膨胀行程中就能够进行压缩点火燃烧。这里，“压缩行程后半部分”相当于按照曲轴转角的旋转方向将压缩行程二等分为前半部分和后半部分时的后半部分，“压缩行程后半部分以后”包括压缩行程后半部分和膨胀行程。需要说明的是，以下有时候将这样在较晚的时刻进行的燃料喷射称为滞后喷射。通过将该滞后喷射技术应用到所述规定区域的高速侧区域，那么，在与低速侧区域相比气缸内的温度相对较高的规定区域的高速侧区域，就会避免气缸内的压力上升伴随着压缩点火燃烧而变得陡峭。

需要说明的是，滞后喷射因混合气的形成时间短，故有在局部形成浓混合气这样的时候。为确保废气排放性能，优选让混合气的空气过剩率λ实质上为1，以便能够利用三效催化剂。

相对于此，如上所述，因为在低速侧区域气缸内的温度低，所以在低速侧区域不需要采用上述滞后喷射。于是，在规定区域的低速侧区域，使燃料喷射阀的燃料喷射时刻在压缩行程前半部分以前。这里，“压缩行程前半部分”相当于按照曲轴转角的旋转方向将压缩行程二等分为前半部分和后半部分时的前半部分，“压缩行程前半部分以前”包括压缩行程前半部分和进气行程。而且，不采用滞后喷射，从而能够让混合气的空气过剩率λ大于1。通过使燃料喷射时刻为较早的时刻，能够形成均匀的稀薄混合气。

还可以是这样的，所述压缩点火式发动机的控制装置进一步包括臭氧生成器，该臭氧生成器构成为：将臭氧添加到被引入所述气缸内的新鲜空气中。所述控制器在所述规定区域的所述低速侧区域利用所述臭氧生成器将臭氧添加到被引入所述气缸内的新鲜空气中。这里，“臭氧生成器”的构成方式可以如下：该臭氧生成器设置在进气通路上且将臭氧添加到被引入气缸内的新鲜空气中。

根据该构成方式，如上所述，在规定区域的低速侧区域使混合气稀薄，故较大量的新鲜空气被引入气缸内。在该区域，通过将臭氧添加到被引入气缸内的新鲜空气中，就能够将大量的臭氧引入气缸内。这有利于提高压缩点火的点火性和压缩点火燃烧的稳定性。

可以是这样的，当室外空气温度在规定温度以下时，在所述规定区域的所述低速侧区域，由所述控制器利用所述臭氧生成器将臭氧添加到被引入所述气缸内的新鲜空气中。

因为当室外空气温度是规定温度以下的低温时，被吸入气缸内的新鲜空气的温度就低，所以气缸内的压缩开始温度低。这将导致压缩上止点温度低，从而会导致压缩点火的点火性和压缩点火燃烧的稳定性降低。特别是，在上述规定区域的低速侧区域，因为被引入气缸内的新鲜空气量较多，所以低室外空气温度会明显地降低压缩开始温度和压缩上止点温度。

此时，通过将臭氧添加到被引入气缸内的新鲜空气中，则如上所述能够将较大量的臭氧引入气缸内，因此当压缩上止点温度低时，压缩点火的点火性也会提高，并且压缩点火燃烧的稳定性也会提高。

-发明的效果-

如上所述，当发动机主体的运转状态处于压缩点火区域中的高负荷规定区域内且低速侧区域时，所述压缩点火式发动机的控制装置边让气缸的填充量最大，边降低EGR率以便混合气的空气过剩率λ大于1。这样做以后，既能够抑制气缸内的温度上升(dP/dt)伴随着压缩点火燃烧而变得陡峭，又能够通过热效率升高而获得降低耗油量的耗油量降低效果。另一方面，当发动机主体的运转状态处于压缩点火燃烧区域中的高负荷规定区域内且高速侧区域时，所述压缩点火式发动机的控制装置边让气缸的填充量最大，边让EGR率升高以便混合气的空气过剩率λ在1以下。这样做以后，会抑制NOx的产生而确保废气排放性能，并且有利于减少燃烧噪音。

附图说明

图1是示出压缩点火式发动机的结构的简图。

图2是与压缩点火式发动机的控制有关的方框图。

图3是放大示出燃烧室的剖视图。

图4是示例性地示出臭氧生成器的结构的概念图。

图5是构成为能够切换大移动量和小移动量的进气阀的移动量曲线的示例、和构成为能够切换正常的打开动作和在进气行程时再次打开的特殊动作的排气阀的移动量曲线的示例。

图6示例性地示出控制发动机运转的控制图表。

图7A是在CAI模式下进行进气行程喷射时的燃料喷射时刻之一例和CAI燃烧下伴随于此的放热率的示例。

图7B是在CAI模式下进行高压滞后喷射时的燃料喷射时刻之一例和CAI燃烧下伴随于此的放热率的示例。

图7C是在CAI模式下在更高负荷区域进行高压滞后喷射时的燃料喷射时刻之一例和CAI燃烧下伴随于此的放热率的示例。

图7D是在SI模式下进行高压滞后喷射时的燃料喷射时刻之一例和SI燃烧下伴随于此的放热率的示例。

图8是示例性地示出EGR率与发动机负荷的高低之间的关系的图。

具体实施方式

下面参照附图对压缩点火式发动机的控制装置的实施方式做说明。以下说明的优选实施方式是示例。图1、图2示出发动机(发动机主体)1的大致结构。该发动机1安装在车辆上，并且是接收至少含有汽油的燃料的火花点火式汽油发动机。发动机1具有：设置有多个气缸18的气缸体11(需要说明的是，图1中仅图示出一个气缸，例如为四气缸直列设置)、设置在该气缸体11上的气缸盖12、以及设置在气缸体11的下侧且贮存润滑油的油盘13。活塞14嵌插在各气缸18内能够做往复运动，活塞14经由连杆142与曲轴15相连结。在活塞14的顶面上形成有与柴油发动机的凹形燃烧室形状一样的腔室141。当活塞14位于压缩上止点附近时，腔室141与后述的喷油器67相对。由气缸盖12、气缸18以及具有腔室141的活塞14划分出燃烧室19。需要说明的是，燃烧室19的形状并不限于图示的形状。例如，腔室141的形状、活塞14的顶面形状以及燃烧室19顶部的形状等都可以适当地改变。

出于提高理论热效率和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15以上的较高几何压缩比。需要说明的是，只要在15以上20以下左右的范围内对几何压缩比做适当的设定即可。

在气缸盖12上针对每一个气缸18分别形成有进气道16和排气道17。在进气道16上设置有将燃烧室19侧的开口打开、关闭的进气阀21；在排气道17上设置有将燃烧室19侧的开口打开、关闭的排气阀22。

在对进气阀21和排气阀22分别进行驱动的气门传动机构中排气侧气门传动机构上，设置有将排气阀22的工作模式切换为正常模式或特殊模式的、例如液压工作式的可变气门升程机构(参照图2，以下记作VVL：VariableValveLift)71和能够改变排气凸轮轴相对于曲轴15的旋转相位的可变气门正时机构(以下记作VVT：VariableValveTiming)75。VVL71包括两种凸轮和空转机构(lostmotion)，该两种凸轮是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，该两种凸轮的凸轮轮廓不同；该空转机构选择性地将该第一、第二凸轮中的任一凸轮的工作状态传递给排气阀，该构成方式的详细情况省略图示。当将第一凸轮的工作状态传递给排气阀22时，排气阀22就会在正常模式下工作，该正常模式是排气阀22在排气行程中打开一次，如图5中实线所示。而在将第二凸轮的工作状态传递给排气阀22时，排气阀22就会在特殊模式下工作，该特殊模式是进行排气阀22在排气行程中打开且在进气行程中也打开那样的、所谓的排气二次打开的模式，如图5中虚线所示。VVL71的正常模式和特殊模式根据发动机的运转状态切换。具体而言，在进行与内部EGR相关的控制时利用特殊模式。在以下说明中存在以下情况：将让VVL71在正常模式工作，不进行排气二次打开这种情况称作“让VVL71停止进行排气二次打开”，将让VVL71在特殊模式工作，进行排气二次打开这种情况称作“让VVL71进行排气二次打开”。需要说明的是，为能够对这样的正常模式和特殊模式进行切换，可以采用排气阀22由电磁执行元件驱动的电磁驱动式气门传动机构。

需要说明的是，仅靠排气二次打开无法实现对内部EGR的控制。例如，能够采用以下做法对内部EGR进行控制。做法一：将进气阀21二次打开，通过进气的二次打开来对内部EGR进行控制；做法二：在排气行程和进气行程设置让进气阀21和排气阀22双方都关闭的负重叠时间，让已燃气体残留在气缸18内。不过，如后所述，为提高压缩上止点温度，最优选采用排气二次打开这样的做法。

VVT75只要适当地采用液压式、电磁式或机械式公知构造即可，省略图示其详细构造。排气阀22能够利用VVT75让其打开时刻和关闭时刻在规定范围内连续地变化。

与包括VVL71和VVT75的排气侧气门传动机构一样，在进气侧气门传动机构上设置有VVL74和VVT72，如图2所示。进气侧的VVL74与排气侧的VVL71不同。进气侧的VVL74包括两种凸轮和空转机构。该两种凸轮是让进气阀21的移动量相对较大的大移动量凸轮和让进气阀21的移动量相对较小的小移动量凸轮，该两种凸轮的凸轮轮廓不同。该空转机构选择性地将大移动量凸轮和小移动量凸轮中任一凸轮的工作状态传递给进气阀21。当VVL74将大移动量凸轮的工作状态传递给进气阀21时，进气阀21以相对较大的移动量打开，并且其打开时间也长，如图5中实线所示。相对于此，当VVL74将小移动量凸轮的工作状态传递给进气阀21时，进气阀21以相对较小的移动量打开，并且其打开时间也短，如图5中虚线所示。将大移动量凸轮和小移动量凸轮的打开时刻或关闭时刻设定得相等，这样来进行切换。

与排气侧的VVT75一样，进气侧的VVT72只要适当地采用液压式、电磁式或者机械式公知构造即可，省略图示其详细构造。进气阀21也能够利用VVT72让其打开时刻和关闭时刻在规定范围内连续地变化。

在气缸盖12上针对每一个气缸18都安装有直接向气缸18内喷射燃料(直喷式)的喷油器67。如图3放大所示，喷油器67被设置成其喷口从燃烧室19顶面的中央部分面向该燃烧室19内部。喷油器67在对应于发动机1的运转状态而设定的喷射时刻将量与发动机1的运转状态相对应的燃料直接喷到燃烧室19内。在该例中，喷油器67的详情省略图示，该喷油器67是具有多个喷口的多喷口式喷油器。这样一来，当由喷油器67喷射燃料时，雾状燃料就会从燃烧室19的中心位置呈放射状扩展开。如图3中箭头所示，从燃烧室19的中央部分放射状地扩展着喷射而来的雾状燃料在活塞14位于压缩上止点附近的时刻会顺着形成在活塞顶面的腔室141的壁面流动。可以这样说，形成腔室141以便让在活塞14位于压缩上止点附近的时刻喷射出的雾状燃料落到腔室内部。该多喷口式喷油器67和腔室141的结合是一种有利于缩短燃料喷射后混合气形成时间且缩短燃烧时间的构成方式。需要说明的是，喷油器67并不限于多喷口式喷油器，还可以采用外开阀式喷油器。

未图示的燃料箱和喷油器67之间经燃料供给路径相互连结起来。在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64，且能够以较高的燃料压力将燃料供向喷油器67。燃料泵63将燃料从燃料箱压送到共轨64，该共轨64能够以较高的燃料压力将压送来的燃料储蓄起来。通过由喷油器67将阀打开，储蓄在共轨64内的燃料就会从喷油器67的喷口喷射出来。这里，燃料泵63是柱塞式泵，且由发动机1驱动，省略图示。构成方式为包括由该发动机驱动的泵的燃料供给系统62能够将30MPa以上的高燃料压力的燃料供向喷油器67。燃料压力最高可以设定在120MPa左右。供向喷油器67的燃料的压力根据发动机1的运转状态而变化，如后所述。需要说明的是，燃料供给系统62并不限于该构成方式。

如图3所示，在气缸盖12上还安装有强制性地对燃烧室19内的混合气进行点火的火花塞25。该例中，火花塞25以从发动机1的排气侧朝着斜下方延伸的方式穿过气缸盖12。如图3所示，火花塞25的顶端面向并位于压缩上止点的活塞14的腔室141内。

如图1所示，进气通路30连接在发动机1的一侧面上，使得该进气通路30与各气缸18的进气道16连通。另一方面，排气通路40连接在发动机1的另一侧面上，以便将来自各气缸18的燃烧室19的已燃气体(废气)排出去。

在进气通路30的上游端部设置有对吸进的空气进行过滤的空气滤清器31；在进气通路30的下游端附近设置有稳压罐33。该稳压罐33的下游侧的那部分进气通路30是对每一个气缸18分支的独立通路，各独立通路的下游端分别与各气缸18的进气道16相连接。

在进气通路30上空气滤清器31和稳压罐33之间设置有将空气冷却或者加热的水冷式的中间冷却器/加热器34、以及调节被吸入各气缸18内的吸入空气量的节气门36。将中间冷却器/加热器34旁路的中间冷却器旁路通路35还与进气通路30相连接。在该中间冷却器旁路通路35上设置有用于调节通过该中间冷却器旁路通路35的空气流量的中间冷却器旁路阀351。通过调节中间冷却器旁路阀351的开度来调节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，由此就能够调节被引入气缸18内的新鲜空气的温度。需要说明的是，中间冷却器/加热器34以及该中间冷却器/加热器34所附带的部件也可以省略。

排气通路40的上游侧部分由排气歧管构成，该排气歧管具有在每一个气缸18分支、与排气道17外侧端相连接的独立通路和该各独立通路集合起来的集合部。直接连接催化剂41和脚下催化剂(underfootcatalyst)42分别连接在排气通路40上排气歧管的下游侧，它们被作为对废气中的有害成分进行净化的废气净化装置使用。直接连接催化剂41和脚下催化剂42分别包括筒状壳体和布置在该壳体内的流路上的例如三效催化剂。需要说明的是，该发动机不包括NOx净化催化剂。

稳压罐33和节气门36之间的那部分进气通路30和直接连接催化剂41的上游侧的那部分排气通路40通过用于让废气的一部分回流到进气通路30的EGR通路50相连接。该EGR通路50由主通路51和EGR冷却器旁路通路53构成，该主通路51上设置有EGR冷却器52，该EGR冷却器52利用发动机冷却水对废气进行冷却，该EGR冷却器旁路通路53用于将EGR冷却器52旁路。在主通路51上设置有用于调节回流到进气通路30的废气回流量的EGR阀511，在EGR冷却器旁路通路53上设置有EGR冷却器旁路阀531，该EGR冷却器旁路阀531用于调节流过EGR冷却器旁路通路53的废气回流量。

在进气通路30上节气门36和稳压罐33之间设置有将臭氧添加到被引入气缸18内的新鲜空气中的臭氧生成器(O₃生成器)76。例如，如图4所示，进气管301的横截面上具有在上下或左右方向留有规定间隔而并列设置的多个电极而构成臭氧生成器76。臭氧生成器76以进气中所含有的氧为原料气体通过无声放电来生成臭氧。也就是说，通过从未图示的电源对电极施加高频交流高电压而在放电间隙进行无声放电，通过那里的空气(即，进气)就被臭氧化。这样被添加了臭氧的进气从稳压罐33经由进气歧管被引入各气缸18内。通过改变对臭氧生成器76的电极施加电压的施加方式和/或改变施加电压的电极的个数，就能够调节通过臭氧生成器76后的进气中的臭氧浓度。如后所述，PCM10通过这样对臭氧生成器76进行控制来调节被引入气缸18内的进气中的臭氧浓度。

发动机1由功率控制模块(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、计时器组、接口以及连接这些单元的总线。该PCM10构成控制器。

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。亦即：在空气滤清器31的下游侧检测新鲜空气的流量的空气流量传感器SW1和检测新鲜空气的温度的进气温度传感器SW2、设置在中间冷却器/加热器34下游侧且检测通过中间冷却器/加热器34后的新鲜空气的温度的第二进气温度传感器SW3、设置在EGR通路50的与进气通路30相连接的连接部附近且检测外部EGR气体的温度的EGR气体温度传感器SW4、安装在进气道16上且检测即将流入气缸18内的进气的温度的进气道温度传感器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、设置在直接连接催化剂41的上游侧且检测废气中氧的浓度的线性O₂传感器SW9、设置在直接连接催化剂41和脚下催化剂42之间且检测废气中氧的浓度的λ式O₂传感器SW10、检测发动机冷却水的温度的水温传感器SW11、检测曲轴15的旋转角的曲轴转角传感器SW12、检测与车辆踏板(图示省略)的操作量相对应的油门开度的油门开度传感器SW13、进气侧和排气侧的凸轮转角传感器SW14、SW15、以及安装在燃料供给系统62的共轨64上且检测供向喷油器67的燃料的压力的燃料压力传感器SW16。

PCM10通过根据这些检测信号进行各种运算来判断发动机1、车辆的状态，再根据该判断结果向喷油器67、火花塞25、进气阀侧的VVL72和VVL74、排气阀侧的VVL75和VVL71、燃料供给系统62、各种阀(节气门36、中间冷却器旁路阀351、EGR阀511以及EGR冷却器旁路阀531)的执行元件以及臭氧生成器76输出控制信号。PCM10就这样让发动机1运转。

图6示出发动机1的控制图表之一例。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域，不用火花塞25点火，而是通过压缩自燃进行压缩点火燃烧(亦即，被控制的压缩自燃)。在图6之例中，比实线所示的燃烧切换负荷低的区域与进行压缩点火燃烧的压缩点火区域相对应。

随着发动机1负荷提高，压缩点火燃烧下的燃烧会变得过于急剧，而会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，停止压缩点火燃烧，切换为利用火花塞25进行的强制点火燃烧(这里，火花点火燃烧)。在图6之例中，实线所示的燃烧切换负荷以上的区域与进行火花点火燃烧的火花点火区域相对应。就这样，该发动机1构成为：根据发动机1的运转状态，特别是发动机1的负荷，在进行压缩点火燃烧的CAI(被控制的自动点火：ControlledAutoIgnition)模式和进行火花点火燃烧的SI(SparkIgnition)模式之间切换。但是，模式切换的边界线并不限于图例。

CAI模式进一步根据发动机负荷的高低和发动机转速的高低大致分为四个区域。在四个区域，气缸18内的气体状态和向气缸18内喷射燃料的燃料喷射方式的组合彼此不同。需要说明的是，在CAI模式下的整个区域内，节气门36完全打开，气缸18的填充量被维持为最大。由此来降低泵损失。

在CAI模式内的相当于低中负荷的区域(1-1)(1-2)以及(2-1)，为提高压缩点火燃烧的点火性和稳定性，将温度相对较高的热EGR气体引入气缸18内。这将通过让排气侧的VVL71进行排气二次打开，让排气阀22在进气行程中打开这样的排气二次打开来进行，详情后述。热EGR气体的引入会提高气缸18内的压缩上止点温度，因此有利于在这些区域提高压缩点火的点火性和燃烧稳定性。

如图7A所示，在将热EGR气体引入气缸18内的区域(1-1)(1-2)及(2-1)中的区域(1-1)和(1-2)，在至少从进气行程到压缩行程前半部分的那段时间内，由喷油器67向气缸18内喷射燃料，由此而在气缸内形成均匀的混合气。优选，燃料喷射时刻与排气阀22再次打开的时刻为同一个时刻。这样做有利于燃料的气化雾化。如图7A所示，均匀混合气在压缩上止点附近进行压缩自燃。

在区域(1-1)，即包括低速侧的轻负荷区域和高速侧区域的区域，让混合气的空气过剩率λ在1以下。优选让空气过剩率λ实质上为1(λ≈1)。这样做，就能够利用三效催化剂确保废气排放性能。

相对于此，在区域(1-2)，即低速侧的规定负荷以上的区域，让混合气的空气过剩率λ大于1。优选，让混合气的空气过剩率λ在2.4以上。这样做会提高热效率，从而有利于降低耗油量。而且，通过让空气过剩率λ在2.4以上，会抑制未处理NOx的生成，对于不包括NOx净化催化剂的发动机1能够确保废气排放性能。

在负荷比区域(1-1)高且高速侧区域即区域(2-1)，气缸18内的温度升高。因此，如果在从进气行程到压缩行程中期的那段时间内向气缸18内喷射燃料，就有可能产生过早点火等异常燃烧，气缸18内的压力上升(dP/dt)变得陡峭而发生燃烧噪音这样的问题等。另一方面，不将热EGR气体引入气缸18内而使压缩开始温度和压缩上止点温度降低的话，这次则会导致压缩点火的点火性变差，压缩点火燃烧的稳定性降低。也就是说，在区域(2-1)，仅控制气缸18内的温度是不可能稳定地进行压缩点火燃烧的。于是，在该区域(2-1)，除了对气缸18内的温度进行控制以外，还对燃料喷射方式做改进，既谋求避免过早点火等异常燃烧、燃烧噪音等，又谋求实现压缩点火燃烧的稳定化。具体而言，在该燃料喷射方式下，如图7B所示，以与现有技术相比大幅度地高压化了的燃料压力在至少从压缩行程后半部分到膨胀行程初期的这段时间(以下，称这段时间为滞后时间)内，向气缸18内喷射燃料。下面将该特征性的燃料喷射方式称为“高压滞后喷射”或者简称为“滞后喷射”。利用这样的高压滞后喷射，既能够避免在区域(2-1)发生异常燃烧，在膨胀行程又能够稳定地进行压缩点火燃烧。该高压滞后喷射的详情后述。需要说明的是，与区域(1-1)一样，在区域(2-1)，让混合气的空气过剩率λ在1以下(具体而言，λ≈1)。因为滞后喷射下的燃料喷射时刻晚，所以有可能在局部生成浓混合气。因此，为了确保废气排放性能，让混合气的空气过剩率λ实质上为1，以便能够利用三效催化剂。

在包含CAI模式和SI模式的切换边界线(即，燃烧切换负荷)的、CAI模式内的高负荷区域(2-2)，气缸18内的温度进一步升高。因此，为抑制过早点火，一方面，减少热EGR气体量，另一方面，将通过EGR冷却器52而被冷却的已冷却EGR气体引入气缸18内。由此来避免压缩上止点温度过高。需要说明的是，还能够将旁路EGR冷却器52的外部EGR气体引入气缸18内。如图7C所示，与区域(2-1)一样，在该区域(2-2)进行滞后喷射。这样而在膨胀行程下稳定地进行压缩点火燃烧，来分别避免异常燃烧和燃烧噪音。这样一来，该发动机1就将CAI模式下的区域尽量地向高负荷侧扩大。

相对于这样的CAI模式，在SI模式下，让排气侧的VVL71停止进行排气二次打开，中止引入热EGR气体，另一方面，继续引入已冷却EGR气体，但图6中未明确表示出来。在SI模式下，尽量将节气门36完全打开，另一方面调节EGR阀511的开度，由此来调节被引入气缸18内的新鲜空气量和外部EGR气体量，详情后述。这样调节被引入气缸18内的气体量的比例能够收到以下效果：减少泵损失，并且，避免将大量的已冷却EGR气体引入气缸18内而导致异常燃烧，通过将火花点火燃烧的燃烧温度抑制得较低而谋求抑制未处理NOx的生成和减少冷却损失。需要说明的是，在全负荷区域将EGR阀511关闭而让外部EGR为零。

如上所述，将该发动机1的几何压缩比设定在15以上(例如18)。因为高压缩比使压缩上止点温度和压缩上止点压力提高，所以在CAI模式内的、特别是低负荷区域(例如区域(1-1)(1-2))，有利于压缩点火燃烧的稳定化。另一方面，该高压缩比发动机1还存在以下问题：在高负荷域即SI模式下容易产生过早点火、爆燃等异常燃烧。

于是，该发动机1在SI模式下通过进行上述高压滞后喷射来避免异常燃烧。更详细而言，如图7D所示，进行高压滞后喷射，该高压滞后喷射的具体情况是：以30MPa以上的高燃料压力，在从压缩行程后期到膨胀行程初期的滞后时间内向气缸18内喷射燃料，之后在压缩上止点附近点火。需要说明的是，还可以这样做(亦即，还可以进行分割喷射)：在SI模式下，除了进行在滞后时间内的高压滞后喷射以外，在进气阀21处于打开状态的进气行程内向气缸18内喷射要喷射的燃料的一部分。

这里，对SI模式下的高压滞后喷射做一简单说明。像例如本申请申请人已提出的申请即所述专利文献2(日本公开专利公报特开2012-172665号公报)中所做的详细记载那样，高压滞后喷射的目的在于：谋求缩短从开始喷射燃料到燃烧结束为止的可反应时间，由此来避免异常燃烧。也就是说，可反应时间是将由喷油器67喷射燃料的时间((1)喷射时间)、从喷射结束后到在火花塞25周围形成可燃混合气的时间((2)混合气形成时间)、通过点火而开始的燃烧结束为止的时间((3)燃烧时间)相加后的时间。亦即，可反应时间是(1)+(2)+(3)。高压滞后喷射通过以高压力向气缸18内喷射燃料来将喷射时间和混合气形成时间分别缩短。因为喷射时间和混合气形成时间的缩短能够使燃料的喷射时刻，更准确而言，喷射开始时刻为较晚的时刻，所以高压滞后喷射是在从压缩行程后期到膨胀行程初期的滞后时间内进行燃料喷射。

伴随着以高燃料压力向气缸18内喷射燃料，该气缸内的紊流增强，气缸18内的紊流能升高。借助该紊流能升高和将燃料喷射的时刻设定在较晚的时刻上，就能够边维持着高紊流能，边进行火花点火来开始燃烧。这会缩短燃烧时间。

就这样，高压滞后喷射将喷射时间、混合气形成时间以及燃烧时间分别缩短。其结果是，与现有技术中的在进气行程中喷射燃料的情况相比，能够大幅度地缩短未燃混合气的可反应时间。可反应时间缩短的结果是，抑制燃烧结束时未燃混合气反应还在继续进行，从而能够避免异常燃烧。

这里，通过将燃料压力设定在例如30MPa以上，就能够有效地将燃烧时间缩短。30MPa以上的燃料压力也能够将喷射时间和混合气形成时间分别有效地缩短。需要说明的是，优选，根据所使用的至少含有汽油的燃料的性质适当地设定燃料压力。作为燃料压力的上限值之一例可以为120MPa。

高压滞后喷射，是通过对向气缸18内喷射燃料的燃料喷射方式做改进，来避免发生SI模式下的异常燃烧的一种方法。由现有技术可知：与此不同，使点火时刻迟后也是避免异常燃烧的一种方法。点火时刻的迟后化会导致热效率和扭矩降低，相对于此，在进行高压滞后喷射的情况下，是通过对燃料喷射方式做改进来避免异常燃烧，这样就能够让点火时刻相应地提前，因此热效率和扭矩提高。也就是说，高压滞后喷射不仅能够避免异常燃烧，还能够使点火时刻由于避免了异常燃烧而相应地提前，从而有利于降低耗油量。

如上所述，SI模式下的高压滞后喷射能够将喷射时间、混合气形成时间及燃烧时间分别缩短，在CAI模式下的区域(2-1)和(2-2)进行的高压滞后喷射能够将喷射时间和混合气形成时间分别缩短。也就是说，通过以高燃料压力向气缸18内喷射燃料，气缸18内的紊流就会增强，由此已微粒化的燃料的混合性提高，即使在压缩上止点附近较晚的时刻喷射燃料，也能够迅速地形成比较均匀的混合气。CAI模式下的高压滞后喷射使对未燃混合气的开始反应时刻的控制成为可能。

CAI模式下的高压滞后喷射通过在负荷较高的区域在压缩上止点附近较晚的时刻喷射燃料，既能够防止在本来就不向气缸18内喷射燃料的压缩行程中的过早点火，又能够可靠地在压缩上止点以后进行压缩点火，后者是因为如上所述会迅速地形成大致均匀的混合气之故。通过在气缸18内的压力由于用电动机带动发动机空转而逐渐降低的膨胀行程中进行压缩点火燃烧，燃烧变得缓慢，从而能够避免气缸18内的压力上升(dP/dt)伴随着压缩点火燃烧而变得陡峭。因为这会解除NVH的制约，所以能够让CAI模式的区域向高负荷侧扩大。因为CAI模式下的高压滞后喷射能够控制压缩点火燃烧的时刻，所以对于避免异常燃烧和燃烧噪音是有效的。

这里，进一步详细地说明图6所示的控制图表中特征性的部分。首先，对区域(1-2)和区域(2-1)做一比较。在CAI模式下，在该整个区域将气缸18的填充量设定为最大。在区域(1-2)，因为让混合气的空气过剩率λ大于1，所以被引入气缸18内的新鲜空气量多且被引入气缸内18的废气量(内部EGR气体量)少。相反，在区域(2-1)，让混合气的空气过剩率λ在1以下(具体而言，λ≈1)，故即使是同一负荷，被引入气缸18内的新鲜空气量也会相对较少且被引入气缸内18的废气量(内部EGR气体量)会相对较多。

如上所述，在区域(2-1)，发动机1的负荷高，伴随于此气缸18内的温度高。因此，为避免异常燃烧和燃烧噪音而采用滞后喷射，并且让混合气的空气过剩率λ实质上为1。

相对于此，与区域(2-1)相比，在区域(1-2)发动机1的转速相对较低。在该低速侧区域(1-2)，因为每单位时间内产生的热量少，所以气缸18内的温度比区域(2-1)低。因此，即使不采用滞后喷射，也能够避免异常燃烧和燃烧噪音。于是，在压缩点火区域的低速侧区域(1-2)，为降低耗油量，如上所述，让混合气的空气过剩率λ大于1。只要在发动机1的转速区域中的转速低于1/2的低速侧设置这样的区域(1-2)即可。

需要说明的是，在图6中相当于区域(1-2)下侧的低速侧轻负荷区域，为降低耗油量，也可以考虑让混合气的空气过剩率λ大于1。但是，因为在发动机1的负荷低的区域未燃燃料增加，所以就降低耗油量的耗油量降低效果而言，尽量增加EGR气体量来减少未燃损失这一做法带来的效果要比让混合气的空气过剩率大于1来减少EGR气体量这一做法带来的效果大。因此，优选，在区域(1-2)下侧的区域让混合气的空气过剩率λ在1以下。换句话说，优选让区域(1-2)在规定负荷以上。

另一方面，因为燃料喷射量随着发动机1的负荷升高而增加，所以让混合气的空气过剩率λ在2.4以上是困难的。于是，特别是对于不包括NOx净化催化剂的发动机1而言，优选区域(1-2)是负荷低于规定负荷的区域。需要说明的是，对于包括NOx净化催化剂的发动机而言，可以让混合气的空气过剩率λ大于1的区域(1-2)比图例进一步向高负荷侧扩大。

在同一发动机负荷下(即，CAI模式下的中高负荷)对区域(1-2)和区域(1-1)做了比较以后，在低速侧区域(1-2)让空气过剩率λ大于1而让EGR率相应地降低。相对于此，在高速侧区域(1-1)让空气过剩率λ在1以下且让EGR率升高。在高速侧区域(1-1)，通过将相对大量的EGR气体引入气缸18内和让空气过剩率λ在1以下，就能够抑制NOx的排出，避免燃烧噪音。

这里，在让混合气的空气过剩率λ大于1的区域(1-2)，从确保压缩点火的点火性和压缩点火燃烧的稳定性的观点出发，可以让臭氧生成器76开始工作，将臭氧添加到被引入气缸18内的进气中。将臭氧引入气缸18内会提高混合气的点火性，提高压缩点火燃烧的稳定性。需要说明的是，可以将最大的臭氧浓度设定在例如50-30ppm左右。在区域(1-2)，因为大量的新鲜空气被引入气缸18内，所以即使臭氧浓度低，被引入气缸18内的臭氧量也会增多。采用将臭氧浓度设定得低这一做法，会将生成臭氧所需要的功耗限制在最低值上，从而有利于降低耗油量。

在区域(1-2)引入臭氧，特别是可以在室外空气温度在规定温度以下的时候进行。当室外空气温度低时，气缸18内的压缩开始温度就低，伴随于此压缩上止点温度也低。特别是，在区域(1-2)，如上所述，因为被引入气缸18内的新鲜空气量多，所以低室外空气温度会更加明显地导致压缩上止点温度降低。于是，当室外空气温度在规定温度以下时，在区域(1-2)，就可以通过将臭氧引入气缸18内来提高压缩点火的点火性和压缩点火燃烧的稳定性。

在图6所示的控制图表中，区域(1-2)和区域(2-1)的相同点是，将热EGR气体引入气缸18内，将EGR率设定在规定值以上，但是燃料喷射时刻彼此不同。具体而言，在低速侧区域(1-2)，边将热EGR气体引入气缸18内，将EGR率设定在规定值以上，边在压缩行程前半部分以前向气缸18内喷射燃料。在区域(1-2)，因为发动机1的转速相对较低，气缸18内的温度就低，所以即使将燃料喷射时刻设定为较早的时刻，也能够避免异常燃烧、燃烧噪音。相对于此，在高速侧区域(2-1)，发动机1的转速相对较高，气缸18内的温度就高。于是，通过将燃料喷射时刻设定在滞后时间内，如上所述，就能够有效地避免异常燃烧、燃烧噪音。

将区域(1-2)和(2-1)与区域(2-2)做一下比较，其不同点如下：在区域(1-2)和(2-1)，仅将热EGR气体引入气缸18内，而在负荷比区域(1-2)和(2-1)高的区域(2-2)，除了热EGR气体以外，还将已冷却EGR气体引入气缸18内。在压缩点火区域中的包括最高负荷的区域(2-2)，不管发动机1转速的高低如何，气缸18内的温度都高。其结果是，气缸18内的压力上升(dP/dt)有可能伴随着压缩点火燃烧而变得陡峭。于是，在区域(2-1)，通过将已冷却EGR气体引入气缸18内来抑制开始压缩时的气缸内温度过高，从而将压缩上止点温度抑制在适当的温度上。这有利于在CAI模式下的高负荷侧区域(2-2)内避免燃烧噪音，从而能够将CAI模式进一步向高负荷侧扩大。

这里，区域(2-1)和区域(2-2)的相同点在于：分别相当于在压缩点火区域的高速侧，图6中双点划线示出的道路负载线RL以上的负荷区域中的区域，燃料喷射时刻都设定在滞后时间内。将开始喷射燃料的时刻设定在例如压缩上止点前30-40°曲轴转角。需要说明的是，如图7B、7C所示，在相同的滞后时间内，也是负荷相对较高的区域(2-2)的燃料喷射时刻比负荷相对较低的区域(2-1)的燃料喷射时刻更靠近迟后角一侧。

另一方面，如上所述，在区域(2-1)，仅将热EGR气体引入气缸18内。相对于此，在负荷比区域(2-1)高的区域(2-2)，将热EGR气体和已冷却EGR气体都引入气缸18内。这样一来，在区域(2-1)和区域(2-2)各区域，通过边利用滞后喷射来控制未燃混合气开始反应的时刻，边根据发动机1负荷的高低控制气缸18内的温度，异常燃烧和燃烧噪音就都能够避免。

图8示出例如转速为N₁(参照图6)一定时，EGR率是如何随着发动机1负荷的高低而变化的(亦即，气缸18内的气体组分是如何变化的)。下面，按照从高负荷侧朝向低负荷侧这样的顺序说明EGR率是如何变化的。

(从最大负荷T_max到切换负荷T₃)

负荷比切换负荷T₃高的区域相当于SI模式。如上所述，在该SI区域仅将已冷却EGR气体引入气缸18内。也就是说，节气门36维持完全打开，并且，EGR阀511一方面在全负荷下关闭，另一方面随着发动机负荷降低而逐渐打开。这样一来，在SI模式下，在将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)的条件下将EGR率设定为最大。这有利于减少泵损失。将混合气的空燃比设定为理论空燃比使三效催化剂的利用成为可能。因为燃料喷射量随着发动机负荷降低而降低，所以EGR率连续升高。EGR率连续升高有利于提高控制性，这是因为在发动机负荷连续变化那样的时候，让气缸18内的气体组分连续变化之故。

在火花点火燃烧下，如果被引入气缸18内的废气量过多，燃烧稳定性就会降低。因此，在火花点火燃烧下存在可设定的最高EGR率(即，EGR极限)。如上所述，尽管EGR率随着发动机的负荷降低而连续升高，但是在规定负荷T₄下，EGR率会达到EGR极限。因此，在低于规定负荷T₄的低负荷侧，将EGR率限定在EGR极限上。因此，在从规定负荷T₄到切换负荷T₃的那段时间内，EGR率为EGR极限，一定。如果EGR率这样被EGR极限限定住，那么为将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)，就必须减少被引入气缸18内的新鲜空气量。这里，通过将进气阀21的关闭时刻推迟到进气下死点以后，来减少被引入气缸18内的新鲜空气量。需要说明的是，取代控制进气阀21的关闭时刻这一做法，例如对节气门36的开度进行控制，也能够减少被引入气缸18内的新鲜空气量。不过，控制进气阀21的关闭时刻有利于减少泵损失。

(从切换负荷T₃到规定负荷T₂)

如上所述，切换负荷T₃与CAI模式和SI模式的切换相关，在切换负荷T₃以下的低负荷侧是CAI模式。在夹着CAI模式和SI模式的切换负荷T₃的低负荷侧和高负荷侧，分别将混合气的空燃比设定为理论空燃比(λ≈1)。在CAI模式下，因为上述对EGR率的限定不存在了，所以在不减少被引入气缸18内的新鲜空气量的情况下会使气缸18的填充量最大。

CAI模式下，让排气侧的VVL71进行排气二次打开而将内部EGR气体(即，热EGR气体)引入气缸18内。因此，以切换负荷T₃为界，来切换排气侧的VVL71的进行排气二次打开和停止排气二次打开。

与以切换负荷T₃为基准靠近高负荷侧的区域一样，在以切换负荷T₃为基准靠近低负荷侧的区域(即，区域(2-2))，边将较大量的EGR气体(已冷却EGR气体)引入气缸18内，边进行以上述30MPa以上较高的燃料压力且在压缩上止点附近喷射燃料的高压滞后喷射，而进行压缩点火燃烧。

(从规定负荷T₂到特定负荷T₁)

规定负荷T₂以下的区域相当于图6中的区域(1-2)。如上所述，在该区域，让混合气的空气过剩率λ大于1。因此，被引入气缸18内的新鲜空气量比图8中点划线所示的λ≈1的线多且废气量(这里为内部EGR气体量)比λ≈1的线少。需要说明的是，在切换负荷T₃和规定负荷T₂之间设置有让混合气的空气过剩率λ逐渐变化的区间。

在规定负荷T₂以下的区域，随着发动机1的负荷降低，热EGR气体量逐渐增多且新鲜空气量逐渐减少。增加热EGR气体的引入量会提高开始压缩时的气缸内的温度，伴随于此会使压缩上止点温度升高。这样做，在发动机1的低负荷区域，有利于提高压缩点火的点火性，并且有利于提高压缩点火燃烧的稳定性。通过调节进气阀21的打开时间与在进气行程中打开的排气阀22的打开时间的重叠程度来调节热EGR气体的引入量。具体而言，通过结合使用以下两种做法来调节热EGR气体的引入量。即，一种做法是：利用进气侧的VVT72和排气侧的VVT75来调节进气阀21的打开时刻和排气阀22的关闭时刻，另一种做法是：利用进气侧的VVL74将进气阀21的移动量切换为大移动量或小移动量。

(从特定负荷T₁到最低负荷)

随着发动机1的负荷降低而连续升高的EGR率在特定负荷T₁下被设定为最高EGR率r_max。如上所述，到特定负荷T₁为止，将EGR率设定成随着发动机1的负荷降低而连续升高，但是，当发动机1的负荷比特定负荷T₁低时，不管发动机1负荷的高低如何，都让EGR率为最高EGR率r_max，一定不变。这里，将EGR率设定成不超过最高EGR率r_max出于以下原因：如果将EGR率设定得较高而将大量的废气引入气缸18内，气缸18内的气体的比热比就会变低。若如此，即使压缩开始前的气体温度高，压缩上止点温度反而也会低。

也就是说，废气含有很多三原子分子即CO₂、H₂O，其比热比低于含有氮(N₂)、氧(O₂)的空气。因此，在让EGR率升高而导致引入气缸18内的废气增加时，气缸18内的气体的比热比就会降低。

因为废气的温度比新鲜空气高，所以EGR率越高，开始压缩时的气缸内的温度就变得越高。但是，因为EGR率越高，气体的比热比越低，所以即使压缩，气体的温度也不会高多少。其结果是，压缩上止点温度在规定的EGR率r_max下最高。即使让EGR率比EGR率r_max还高，压缩上止点温度也变低。

于是，在该发动机1中，将压缩上止点温度变得最高的EGR率设定为最高EGR率r_max。当发动机1的负荷低于特定负荷T₁时，将EGR率设定为最高EGR率r_max，由此来避免压缩上止点温度降低。可以将该最高EGR率r_max设定为50-90％。只要能够确保较高的压缩上止点温度，还是尽量将最高EGR率r_max设定得较高，优选为70-90％。该发动机1将几何压缩比设定为15以上的高压缩比，以便能够得到高的压缩上止点温度。而且，为尽量将温度高的废气引入气缸18内，采用排气二次打开。也就是说，因为在排气二次打开下将被引入气缸18内的废气先排出到排气道内，所以该排气二次打开与设置负重叠时间的构成方式不同，其在排气行程中不压缩废气，从而不会使冷却损失增大。而且，该排气二次打开与将废气排出到温度相对较低的进气道中的进气二次打开不同，其能够抑制废气温度降低。因此该排气二次打开能够使开始压缩时的气体温度最高。在构成为尽量确保高的压缩上止点温度的发动机1中，例如可以将最高EGR率r_max设定在80％左右。尽量将最高EGR率r_max设定得很高而有利于减少发动机1的未燃损失。也就是说，因为当发动机1的负荷低时，未燃损失容易增加，所以当发动机1的负荷比特定负荷T₁低时尽量将EGR率设定得很高这种做法，对于减少未燃损失由此降低耗油量是极其有效的。

就这样，在该发动机1中，当发动机1的负荷比特定负荷T₁低时，也是通过确保高的压缩上止点温度来确保压缩点火燃烧的点火性和燃烧稳定性。

需要说明的是，并不限于将这里所公开的技术应用到上述发动机的构成方式中。例如，进气行程下的喷射燃料，不是使用设置在气缸18内的喷油器67，而是利用另外设置在进气道16上的进气口喷油器向进气道16内喷射燃料，这样做也是可以的。

还可以让发动机1包括NOx净化催化剂。

发动机1并不限于直列四缸发动机，还可以将这里所公开的技术应用于直列三缸、直列二缸、直列六缸发动机等。而且，这里所公开的技术对于V型六缸、V型八缸、水平对置四缸等各种发动机都适用。

图6所示的控制图表，除此以外，还能够设定出各种各样的图。

可以根据需要让高压滞后喷射为分割喷射，同样，还可以根据需要让进气行程喷射为分割喷射。分割喷射还可以是在进气行程和压缩行程各行程中喷射燃料。

-符号说明-

1发动机(发动机主体)

10PCM(控制器)

18气缸

21进气阀

22排气阀

25火花塞

50EGR通路(气体状态调节系统)

51主通路(气体状态调节系统)

511EGR阀(气体状态调节系统)

52EGR冷却器(气体状态调节系统)

67喷油器(燃料喷射阀)

71(排气侧)VVL(气体状态调节系统)

72(进气侧)VVT(气体状态调节系统)

74(进气侧)VVL(气体状态调节系统)

75(排气侧)VVT(气体状态调节系统)

76臭氧生成器

Claims (4)

1.一种压缩点火式发动机的控制装置，其包括：发动机主体、燃料喷射阀、气体状态调节系统以及控制器，

所述发动机主体具有气缸，

所述燃料喷射阀构成为：喷射供向所述气缸内的燃料，

所述气体状态调节系统构成为：通过对被引入所述气缸内的新鲜空气量和废气量分别进行调节来调节所述气缸内的气体状态，

所述控制器构成为：当所述发动机主体的运转状态处于事先设定好的压缩点火区域时，由该控制器让所述气缸内的混合气进行压缩点火燃烧，由此而让所述发动机主体运转；

该压缩点火式发动机的控制装置的特征在于：

当所述发动机主体的运转状态处于所述压缩点火区域中的高负荷规定区域内时，

在低速侧区域，所述控制器利用所述气体状态调节系统边让述气缸的填充量最大，边降低所述废气量与所述气缸内的全部气体量之比即废气再循环率以便所述气缸内的混合气的空气过剩率λ大于1，

在转速高于所述低速侧区域的高速侧区域，所述控制器边让所述气缸的填充量最大，边让所述废气再循环率升高以便所述气缸内的混合气的空气过剩率λ在1以下。

2.根据权利要求1所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于：

该压缩点火式发动机的控制装置进一步包括臭氧生成器，该臭氧生成器构成为：将臭氧添加到被引入所述气缸内的新鲜空气中，

所述控制器在所述规定区域的低速侧区域利用所述臭氧生成器将臭氧添加到被引入所述气缸内的新鲜空气中。

3.根据权利要求2所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于：

当室外空气温度在规定温度以下时，在所述规定区域的低速侧区域，由所述控制器利用所述臭氧生成器将臭氧添加到被引入所述气缸内的新鲜空气中。

4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的压缩点火式发动机的控制装置，其特征在于：

所述燃料喷射阀构成为：喷射供向所述气缸内的燃料，

在所述规定区域的所述低速侧区域，由所述控制器使所述燃料喷射阀的燃料喷射时刻在压缩行程前半部分以前；在所述规定区域的所述高速侧区域，由所述控制器使由所述燃料喷射阀的燃料喷射时刻在压缩行程后半部分以后。