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 ~ I)。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，PCMlO使火花塞25成为不工作状态。如图5Α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Cl模式的工作区域里，在负荷比区域⑴高的区域(II)中，混合气的A/F为理论空燃比(λ ^ I)。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Cl模式之间的切换时的控制简化，而且有助于使Cl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，PCMlO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)，PCMlO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Cl模式和SI模式的切换交界线的区域(II)，虽然PCMlO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Cl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I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Cl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 ~ I)上。在SI模式(也就是说，在区域(III)和区域(IV))，基本上，PCMlO让节气阀36全开，另一方面，调节EGR弁511的开度。通过这样，PCMlO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，PCMlO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±或，PCMlO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，PCMlO通过关闭EGR阀511来让外部EGR气体量成为O。
[0090]需要说明的是，在SI模式下的区域，PCMlO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 ~ I)。
[0091]如上所述，该发动机I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Cl模式下的特别是低负荷区域(例如区域(I))，高压缩比发动机I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I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)，PCMlO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I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(I)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)) ο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Θ end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Cl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]Cl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/d Θ )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，Cl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I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I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PCMlO能够实现让点火时刻提前。
[0108]