[0046]图5B是在Cl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Cl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Cl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Cl模式切换时的过渡控制。
[0052]图9是从SI模式往Cl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Cl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Cl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是不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不出发动机(发动机本体)I的简略构造。该发动机I是火花点火式汽油发动机，安装在车辆上，并且向该发动机I供给至少含有汽油的燃料。发动机I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I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I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I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I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(0N) ”。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) )72o 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I的工作状态设定的喷射时刻将量与发动机I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I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I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I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I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I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I由动力系控制模块(以下称为PCM) 10控制。PCMlO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PCMlO构成控制器。
[0078]如图1、图2所示，各种传感器SWl?SW16的检测信号输入PCMlO。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SWl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SM、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λ O2传感器SW10、检测发动机冷却水的温度的水温传感器SWl1、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]PCMlO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。PCMlO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WL71、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。PCMlO就这样让发动机I工作。
[0080](发动机的工作图)
[0081]图4示出发动机I在热机时的工作图之一例。该发动机I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I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I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。PCMlO根据发动机I的工作状态、特别是根据发动机I负荷的高低对进行压缩点火燃烧的Cl (压缩点火-Compress1n Ignit1n)模式、和进行火花点火燃烧的SI (火花点火:SparkIgnit1n)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。此夕卜，如后述那样，除了负荷的高低以外，PCMlO还在各种状况下进行模式的切换。
[0082]如图4所示，Cl模式的工作区域根据发动机负荷的高低分为两个区域。在Cl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，PCMlO将温度相对较高的热EGR气体引入气缸18内。也就是说，PCMlO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)