專利名稱：內(nèi)燃機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)(即封閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī))，該 內(nèi)燃機(jī)在燃燒室內(nèi)燃燒氫，通過(guò)使用由該燃燒生成的熱膨脹工作氣體 來(lái)生成動(dòng)力，且將已從燃燒室排放的燃燒后氣體內(nèi)的工作氣體再次供 給到燃燒室內(nèi)。本發(fā)明也涉及該內(nèi)燃機(jī)的控制方法。
背景技術(shù)：
工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)已知為使用例如氬的惰性氣體作為工作氣
體(即熱介質(zhì))，在燃燒室內(nèi)燃燒氫，冷凝廢氣內(nèi)的水蒸氣且將其排 放到系統(tǒng)外部，且將已去除水蒸氣的廢氣(例如惰性氣體)再次供給 到燃燒室內(nèi)。日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. JP-A-11-93681描述了一種內(nèi)燃機(jī)， 該內(nèi)燃機(jī)將包括氬的氧氣作為不純氣體從氧供給設(shè)備通過(guò)進(jìn)氣口供給 到燃燒室且將氫噴射到燃燒室內(nèi)。此外，此內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造為將已通過(guò)凝 結(jié)從中去除了水蒸氣的廢氣中的一些排放到系統(tǒng)外，以便將其量相當(dāng) 于供給到系統(tǒng)內(nèi)的氬的量的氬和來(lái)自氧供給設(shè)備的氧排出系統(tǒng)。因此， 通過(guò)進(jìn)氣口供給到燃燒室內(nèi)的氣體內(nèi)的氬的濃度可以恒定地維持在大 體上固定的濃度。
如果內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)(例如由加速踏板的操作量所表達(dá)的負(fù)荷) 改變使得對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩(后文中簡(jiǎn)稱"所需轉(zhuǎn)矩")改變， 則在燃燒室內(nèi)要燃燒的氫的量改變。作為結(jié)果，供給到燃燒室的氧的 量也改變。因此，發(fā)明人研究了當(dāng)氫和氧的量改變而氬的量(即流率)在作 為工作氣體供給到燃燒室的氫、氧和氬的氣體(后文中此氣體將稱為 "混合氣體")中保持恒定時(shí)(即當(dāng)混合氣體內(nèi)的氬濃度改變時(shí))內(nèi) 燃機(jī)的熱效率的改變。圖1是示出該結(jié)果的曲線圖。
如從圖1中可理解的，內(nèi)燃機(jī)的最大熱效率當(dāng)在混合氣體內(nèi)的氬 濃度為D0值時(shí)實(shí)現(xiàn)。在氬濃度低于DO值的范圍內(nèi)估計(jì)到熱效率降低， 因?yàn)闅宓臐舛仍降蛣t由內(nèi)燃機(jī)所生成的熱越不容易傳遞到氬。而且， 在氬濃度高于DO值的范圍內(nèi)估計(jì)到熱效率降低，因?yàn)闅鍧舛仍礁邉t燃 燒因混合氣體內(nèi)的氧濃度相對(duì)降低而變得越不穩(wěn)定。導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)熱效
率的氬濃度的值DO取決于在燃燒室內(nèi)生成的熱量和燃燒狀態(tài)而波動(dòng)。 換言之，值DO根據(jù)供給到燃燒室內(nèi)的氫和氧的量波動(dòng)，該氫和氧的量 根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩而變化。如果氬濃度超過(guò)D1值(Dl值大于DO值)則將 發(fā)生缺火。
然而，上述內(nèi)燃機(jī)不考慮所需轉(zhuǎn)矩而僅保持供給到燃燒室的氬氧 的比值恒定。因此，氬濃度不能維持在對(duì)應(yīng)于所需轉(zhuǎn)矩的值(即對(duì)應(yīng) 于供給到燃燒室的氫和氧的量的值)。作為結(jié)果，可能因?yàn)闅鍧舛茸?得過(guò)低或因?yàn)闅鍧舛茸兊眠^(guò)高而使燃燒變得不穩(wěn)定，從而降低內(nèi)燃機(jī) 的熱效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一方面涉及一種工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi) 燃機(jī)通過(guò)在其燃燒室內(nèi)燃燒氫且使用由該燃燒生成的熱來(lái)膨脹其為比 熱比大于氧的惰性氣體的工作氣體而生成動(dòng)力，且將從燃燒室排放的 燃燒后氣體中的工作氣體再次供給到燃燒室內(nèi)，該內(nèi)燃機(jī)包括氫和氧 供給裝置和工作氣體量調(diào)節(jié)裝置。
為使內(nèi)燃機(jī)根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩生成轉(zhuǎn)矩，必須在燃燒室內(nèi)燃燒生成該
5轉(zhuǎn)矩所必需的氫的量?？梢酝ㄟ^(guò)如下來(lái)控制在燃燒室內(nèi)燃燒的氫的量: 控制供給到燃燒室的氫的量或氧的量且調(diào)節(jié)另一個(gè)量使得被控制的一 個(gè)的量的全部變?yōu)樽阋耘c另一個(gè)通過(guò)燃燒而結(jié)合的量?；诖烁拍睿?前述的氫和氧供給裝置確定供給到燃燒室使得內(nèi)燃機(jī)生成對(duì)應(yīng)于所需 轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的氫的量和氧的量，且將所確定的量的氫和氧供給到燃燒 室。因此，要供給到燃燒室的氫的量和氧的量主要基于所需轉(zhuǎn)矩來(lái)確 定。
另一方面，工作氣體量調(diào)節(jié)裝置根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒 室中的工作氣體的量，且調(diào)節(jié)供給到燃燒室內(nèi)的工作氣體的量使得所 確定的量的工作氣體被供給到燃燒室。作為結(jié)果，即使氫的量和氧的 量因所需轉(zhuǎn)矩的改變而改變，在包括氫、氧和工作氣體的混合氣中的 工作氣體濃度也可以改變到對(duì)于所需轉(zhuǎn)矩所希望的值。因此，可以改 進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的熱效率同時(shí)維持良好的燃燒狀態(tài)。
本發(fā)明的第二方面也涉及一種工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī) 通過(guò)在其燃燒室內(nèi)燃燒氫且使用由該燃燒生成的熱來(lái)膨脹其為比熱比 大于氧的惰性氣體的工作氣體而生成動(dòng)力，且將從燃燒室排放的燃燒 后氣體中的工作氣體再次供給到燃燒室內(nèi)，該內(nèi)燃機(jī)包括氫供給裝置、 氧供給裝置和工作氣體量調(diào)節(jié)裝置。
氫供給裝置基于所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒室內(nèi)的氫的量，且將 所確定的量的氫供給到燃燒室，該所需轉(zhuǎn)矩是對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩。 氧供給裝置基于所確定的氫的量確定要供給到燃燒室內(nèi)的氧的量，且 將所確定的量的氧供給到燃燒室。工作氣體量調(diào)節(jié)裝置基于所需轉(zhuǎn)矩 確定要供給到燃燒室中的工作氣體的量，且調(diào)節(jié)供給到燃燒室中的工 作氣體的量使得所確定的量的工作氣體被供給到燃燒室。
因此，氫的量、氧的量和工作氣體的量主要根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩確定。 作為結(jié)果，即使氫的量和氧的量因所需轉(zhuǎn)矩的改變而改變，在包括氫、氧和工作氣體的混合氣體中的工作氣體濃度也可以改變到根據(jù)所需轉(zhuǎn) 矩所希望的值。因此，可以改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的熱效率同時(shí)維持良好的燃燒 狀態(tài)。
在此情況中，工作氣體量調(diào)節(jié)裝置可以確定供給到燃燒室使得內(nèi) 燃機(jī)的熱效率變?yōu)榈扔诨虼笥陬A(yù)先確定的值(即接近最大熱效率值的 值)的工作氣體的量。作為結(jié)果，內(nèi)燃機(jī)的熱效率可以維持在高值而 與所需轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)。
本發(fā)明的第三方面涉及一種工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)通 過(guò)將氫、氧和其為比熱比大于氧的惰性氣體的工作氣體供給到燃燒室 且使用由氫燃燒生成的熱來(lái)膨脹工作氣體而生成動(dòng)力，并且將從燃燒 室排放的燃燒后氣體中的工作氣體再次供給到燃燒室內(nèi)，該內(nèi)燃機(jī)包 括燃燒狀態(tài)指示值獲得裝置和工作氣體量調(diào)節(jié)裝置。
燃燒狀態(tài)指示值獲得裝置獲得燃燒狀態(tài)指示值，該值是指示內(nèi)燃 機(jī)燃燒狀態(tài)的值。此燃燒狀態(tài)指示值可以是例如值a Pmi除以指示平均 有效壓力的平均值avePmi的商(o Pmi/avePmi)或該商的倒數(shù)(avePmi/ a Pmi)，該值o Pmi是指示平均有效壓力Pmi的平均值avePmi和相 應(yīng)的指示平均有效壓力Pmi之間的差的累計(jì)絕對(duì)值的和。作為替代， 燃燒狀態(tài)指示值可以是值oNE除以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平均值aveNE的商 (oNE/aveNE)或該商的倒數(shù)(aveNE/oNE)，該值o NE是在預(yù)先 確定的時(shí)間(過(guò)去的N個(gè)循環(huán))的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平均值aveNE和此時(shí) 相對(duì)于預(yù)先確定的曲軸轉(zhuǎn)角量(例如，對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的兩轉(zhuǎn)的720度 曲軸轉(zhuǎn)角)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)值NE之間的差的累計(jì)絕對(duì)值的和。因 此，隨著燃燒狀態(tài)惡化，燃燒狀態(tài)指示值一致地增加或一致地減小。
同時(shí)，工作氣體量調(diào)節(jié)裝置基于所獲得的燃燒狀態(tài)指示值調(diào)節(jié)供 給到燃燒室內(nèi)的工作氣體的量。因此，影響燃燒狀態(tài)的工作氣體的量可以根據(jù)實(shí)際燃燒狀態(tài)改變。 因此，氬濃度可以在實(shí)際燃燒狀態(tài)將不惡化到不可接受水平的范圍內(nèi) 改變。作為結(jié)果，可以提高熱效率而不導(dǎo)致燃燒狀態(tài)過(guò)度惡化，或可 以維持希望的燃燒狀態(tài)。
在此情況中，工作氣體量調(diào)節(jié)裝置可以調(diào)節(jié)工作氣體的量，使得 在所獲得的燃燒狀態(tài)指示值是指示比可允許的預(yù)先確定的燃燒狀態(tài)更 好的燃燒狀態(tài)的值的范圍內(nèi)的最大的量的工作氣體被供給到燃燒室。
不考慮燃燒狀態(tài)的惡化，可將氫燃燒所生成的熱應(yīng)用到工作氣體， 在混合氣體內(nèi)的工作氣體越多則效率越高，從而導(dǎo)致良好的內(nèi)燃機(jī)熱 效率。然而，如上所述，工作氣體濃度超過(guò)值DO越多則氧濃度下降越 多，這導(dǎo)致燃燒狀態(tài)惡化到不可接受的水平。因此，如上述結(jié)構(gòu)，通 過(guò)調(diào)節(jié)工作氣體的量，使得在所獲得的燃燒狀態(tài)指示值是指示比可接 受的預(yù)先確定的燃燒狀態(tài)更好的燃燒狀態(tài)的值的范圍內(nèi)，最大的量的 工作氣體被供給到燃燒室，工作氣體濃度變?yōu)榭拷礑O的值，所以內(nèi) 燃機(jī)熱效率可以非常高。
工作氣體量調(diào)節(jié)裝置也可以調(diào)節(jié)供給到燃燒室內(nèi)的工作氣體的量 使得所獲得的燃燒狀態(tài)指示值落入預(yù)先確定的范圍內(nèi)。
因此，可以控制工作氣體濃度使得燃燒狀態(tài)將不過(guò)分地惡化且將 具有高的熱效率。
本發(fā)明的第四方面涉及一種用于工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)的控制方
法，該內(nèi)燃機(jī)通過(guò)在其燃燒室內(nèi)燃燒氫且使用由該燃燒生成的熱來(lái)膨 脹其為比熱比大于氧的惰性氣體的工作氣體而生成動(dòng)力，且將從燃燒
室排放的燃燒后氣體內(nèi)的工作氣體再次供給到燃燒室。該控制方法包 括如下步驟確定所需轉(zhuǎn)矩，該所需轉(zhuǎn)矩是對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩； 基于所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒室內(nèi)的氫的量和氧的量；將所確定的量的氫和所確定的量的氧供給到燃燒室；根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到 燃燒室的工作氣體的量；和調(diào)節(jié)供給到燃燒室的工作氣體的量使得所 確定的量的工作氣體被供給到燃燒室。
本發(fā)明的第五方面涉及一種用于工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)的控制方 法，該內(nèi)燃機(jī)通過(guò)在其燃燒室內(nèi)燃燒氫且使用由該燃燒生成的熱來(lái)膨 脹其為比熱比大于氧的惰性氣體的工作氣體而生成動(dòng)力，且將從燃燒 室排放的燃燒后氣體內(nèi)的工作氣體再次供給到燃燒室。該控制方法包 括如下步驟確定所需轉(zhuǎn)矩，該所需轉(zhuǎn)矩是對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩； 基于所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒室內(nèi)的氫的量；將所確定的量的氫供 給到燃燒室；基于所確定的氫的量確定要供給到燃燒室內(nèi)的氧的量； 將所確定的量的氧供給到燃燒室；基于所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒室 的工作氣體的量；和調(diào)節(jié)供給到燃燒室的工作氣體的量使得所確定的 量的工作氣體被供給到燃燒室。
本發(fā)明的第六方面涉及一種用于工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)的控制方 法，該內(nèi)燃機(jī)通過(guò)將氫、氧和其為比熱比大于氧的惰性氣體的工作氣 體供給到內(nèi)燃機(jī)的燃燒室且使用由氫燃燒生成的熱來(lái)膨脹工作氣體而 生成動(dòng)力，并且將從燃燒室排放的燃燒后氣體內(nèi)的工作氣體再次供給 到燃燒室。此控制方法包括如下步驟獲得燃燒狀態(tài)指示值，該燃燒 狀態(tài)指示值是指示內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)的值；和基于獲得的燃燒狀態(tài)指示 值調(diào)節(jié)供給到燃燒室的工作氣體的量。


從如下參考附圖的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的前述和另外目的、 特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，附圖中相同的標(biāo)記用于代表相同的元件， 且其中
圖1是圖示內(nèi)燃機(jī)熱效率關(guān)于用作工作氣體的氬的濃度(即氬流 率)的改變的曲線圖2是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的方框
9圖,'
圖3是圖示由圖2中示出的電控單元的C P U執(zhí)行的程序的流程圖； 圖4是當(dāng)圖2中示出的電控單元的CPU確定氫的需要量時(shí)參考的 査詢表；
圖5是當(dāng)圖2中示出的電控單元的CPU確定氬的需要量時(shí)參考的 査詢表；
圖6是圖示由圖2中示出的電控單元的CPU執(zhí)行的另 一個(gè)程序的 流程圖7是圖示由圖2中示出的電控單元的CPU執(zhí)行的又一個(gè)程序的 流程圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行的曲線圖9A和圖9B是圖示由根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的CPU 執(zhí)行的程序的流程圖10是圖示由根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的CPU執(zhí)行的 另一個(gè)程序的流程圖11是圖示由根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的CPU執(zhí)行的 又一個(gè)程序的流程圖12是圖示由根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的第一修改例的內(nèi)燃機(jī) 的CPU執(zhí)行的程序的流程圖13是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行的曲線圖14是圖示由根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的CPU執(zhí)行的 程序的流程圖15是圖示由根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的CPU執(zhí)行的 另一個(gè)程序的流程圖；和
圖16是圖示由根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的修改例的內(nèi)燃機(jī)的 CPU執(zhí)行的程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如下將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)(即多氣缸內(nèi)燃機(jī))的 實(shí)施例。圖2是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)10的方框圖。雖然在圖2中僅示出了內(nèi)燃機(jī)10的特定氣缸的截面，但其 他氣缸具有相同結(jié)構(gòu)。此內(nèi)燃機(jī)IO是工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)(即氫燃 燒封閉循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī))，它通過(guò)在燃燒室內(nèi)燃燒氫且使用由燃燒生成的 熱來(lái)膨脹其為惰性氣體的工作氣體從而生成動(dòng)力，然后將從燃燒室排 放的燃燒后氣體中的工作氣體再次供給到燃燒室內(nèi)。
工作氣體是惰性氣體，它用作熱膨脹體且優(yōu)選地具有大于氧的比 熱比。為進(jìn)一步改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的熱效率，工作氣體優(yōu)選地是具有最大可 能的比熱比的氣體。 一些已知的此類氣體的例子是由單原子分子構(gòu)成 的惰性氣體，例如氬、氦和氖。氬將在此實(shí)施例中用作工作氣體。
內(nèi)燃機(jī)10包括由氣缸蓋部分形成的氣缸蓋11，由氣缸體部分形 成的氣缸12，在氣缸12內(nèi)上下移動(dòng)的活塞13，曲軸14，將活塞13和 曲軸14連接且將曲軸14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞13的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的連桿 15和連接到氣缸體的油盤(pán)16。氣缸蓋11的底表面、氣缸12的壁和活 塞13的頂表面一起限定了燃燒室21。
均與燃燒室21連通的進(jìn)氣口 31和排氣口 32形成在氣缸蓋11內(nèi)。 打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣口 31的進(jìn)氣閥33布置在進(jìn)氣口 31內(nèi)，且打開(kāi)和關(guān)閉 排氣口 32的排氣閥34布置在排氣口 32內(nèi)。此外，包括點(diǎn)火線圈的火 花塞35布置在氣缸蓋11的大體上的中心部分。
內(nèi)燃機(jī)10也包括氫供給部分40、氧供給部分50、工作氣體循環(huán) 路徑60、氬供給量調(diào)節(jié)部分70和電控單元80。
氫供給部分40包括儲(chǔ)氫箱41、氫氣通路42、氫氣壓力調(diào)節(jié)器43、 穩(wěn)壓箱44、穩(wěn)壓箱壓力傳感器45和氣缸內(nèi)噴射閥(氫噴射閥)46。
儲(chǔ)氫箱41是存儲(chǔ)箱，它存儲(chǔ)10至70MPa的壓力的氫氣。氫氣通 路42是提供儲(chǔ)氫箱41和氣缸內(nèi)噴射閥46之間的連通的通路(即氫氣管路或輸送管)。氫氣壓力調(diào)節(jié)器43和穩(wěn)壓箱44在儲(chǔ)氫箱41和氣缸 內(nèi)噴射閥46之間以從儲(chǔ)氫箱41側(cè)向氣缸內(nèi)噴射閥46側(cè)的次序插入氫 氣通路42中。
氫氣壓力調(diào)節(jié)器43是已知的可變壓力調(diào)節(jié)器，它根據(jù)指令信號(hào)將 氫氣通路42 (且因此穩(wěn)壓箱44)內(nèi)在氫氣壓力調(diào)節(jié)器43下游的壓力 調(diào)節(jié)到目標(biāo)氫壓力PH2tgt。穩(wěn)壓箱44減小當(dāng)噴射氫氣時(shí)在氫氣通路42 內(nèi)生成的脈動(dòng)。
穩(wěn)壓箱壓力傳感器45布置在穩(wěn)壓箱44內(nèi)。穩(wěn)壓箱壓力傳感器45 檢測(cè)穩(wěn)壓箱44內(nèi)的氫氣的壓力且生成代表檢測(cè)到的壓力(也就是穩(wěn)壓 箱壓力，即被噴射的氫氣的壓力)Psg的信號(hào)。氣缸內(nèi)噴射閥46布置 在氣缸蓋11內(nèi)以響應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接將氫氣噴射到燃燒室21內(nèi)(即氣 缸內(nèi))。
氧供給部分50包括儲(chǔ)氧箱(即氧氣箱)51、氧氣通路52、氧氣 壓力調(diào)節(jié)器53、氧氣流率計(jì)54和氧氣混合器55。
儲(chǔ)氧箱51是存儲(chǔ)氣態(tài)氧氣的箱。氧氣通路52是提供儲(chǔ)氧箱51和 氧氣混合器55之間的連通的通路(管路)。氧氣壓力調(diào)節(jié)器53和氧 氣流率計(jì)54在儲(chǔ)氧箱51和氧氣混合器55之間以從儲(chǔ)氧箱51側(cè)向氧 氣混合器55側(cè)的次序插入氧氣通路52中。
氧氣壓力調(diào)節(jié)器53是已知的可變壓力調(diào)節(jié)器，它根據(jù)指令信號(hào)調(diào) 節(jié)氧氣通路52內(nèi)氧氣壓力調(diào)節(jié)器53下游(即在氧氣混合器55側(cè)上) 的壓力。換言之，氧氣壓力調(diào)節(jié)器53能響應(yīng)指令信號(hào)調(diào)節(jié)流過(guò)氧氣通 路52的氧氣的量。 氧氣流率計(jì)54測(cè)量流過(guò)氧氣通路52的氧氣的量(即氧氣流率) 且生成代表氧氣流率F02的信號(hào)。氧氣混合器55插入工作氣體循環(huán)路徑60中的第二通路62和第三通路63之間，這將在后文中描述。氧氣 混合器55將通過(guò)氧氣通路52供給的氧和通過(guò)第二通路62供給到入口 的氣體混合?；旌虾蟮臍怏w然后從出口排放到第三通路63。
工作氣體循環(huán)路徑60包括第一到第三通路61至63 (即形成第一 到第三流動(dòng)路徑的管路)、冷凝器64和氬氣流率計(jì)65。
第--通路61將排氣口 32連接到冷凝器64的入口。第二通路62 將冷凝器64的出口連接到氧氣混合器55的入口 。氬氣流率計(jì)65布置 在第二通路62內(nèi)。第三通路63將氧氣混合器55的出口連接到進(jìn)氣口 31。因此，第一通路至第三通路61至63形成封閉路徑(循環(huán)路徑)， 它將氣體從排氣口 32循環(huán)到進(jìn)氣口 31。
冷凝器64通過(guò)經(jīng)第一通道61從冷凝器64的入口引入從燃燒室 21排放的廢氣且使用其內(nèi)的冷卻劑W冷卻該廢氣來(lái)冷凝，即液化廢氣 中的水蒸氣。因此，冷凝器64將廢氣中的水蒸氣從不可凝結(jié)的氣體(在 此情況中，不可凝結(jié)氣體為氬，并且可以包括氫氣和/或氧氣)分離， 將水蒸氣液化且將所得到的水排出系統(tǒng)。此外，冷凝器64將分離后的 不可凝結(jié)氣體從冷凝器64的出口供給到第二通路62。
氬氣流率計(jì)65測(cè)量每單位時(shí)間流過(guò)第二通路62的氬氣的量(即 氬氣流率)且生成表示氬氣流率Aract的信號(hào)。
氬氣供給量調(diào)節(jié)部分70包括氬存儲(chǔ)箱71、氬存儲(chǔ)通路72、氬存 儲(chǔ)泵73、止回閥74、氬供給通路75和氬供給閥76。
氬存儲(chǔ)箱71是存儲(chǔ)氬的箱。氬存儲(chǔ)通路72將氬存儲(chǔ)箱71連接到 第二通路62。氬存儲(chǔ)泵73和止回閥74在第二通路62側(cè)到氬存儲(chǔ)箱 71之間以從第二通路62側(cè)向氬存儲(chǔ)箱71側(cè)的次序插入在氬存儲(chǔ)通路 72中。
13氬存儲(chǔ)泵73是電動(dòng)泵，它響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)以將在第二通
路62內(nèi)流動(dòng)的氬供給到氬存儲(chǔ)箱71。止回閥74僅允許氬沿從氬存儲(chǔ) 泵73到氬存儲(chǔ)箱71的方向流動(dòng)且防止它沿相反的方向流動(dòng)。
氬供給通路75將氬存儲(chǔ)箱71連接到第二通路62。氬供給閥76 插入在氬供給通路75內(nèi)且響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)打開(kāi)和關(guān)閉。當(dāng)氬供給閥76 打開(kāi)時(shí)，氬從氬存儲(chǔ)箱71供給到第二通路62。當(dāng)氬供給閥76關(guān)閉時(shí)， 停止從氬存儲(chǔ)箱71到第二通路62供給氬。
電控單元80主要是已知的微型計(jì)算機(jī)的電子設(shè)備，它包括CPU、 ROM、 RAM和接口。電控單元80連接到穩(wěn)壓箱壓力傳感器45、氧氣 流率計(jì)54、氬氣流率計(jì)65、加速踏板操作量傳感器81和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 傳感器82。電控單元80從這些傳感器和儀表接收多種測(cè)量信號(hào)(即檢 測(cè)信號(hào))。
加速踏板操作量傳感器81檢測(cè)加速踏板的操作量AP且輸出表示 此操作量的信號(hào)Accp。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器82基于曲軸14的旋轉(zhuǎn)速度 生成表示曲軸轉(zhuǎn)角的信號(hào)和表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)NE。
此外，電控單元80也連接到每個(gè)氣缸的火花塞35、每個(gè)氣缸的 氣缸內(nèi)噴射閥46、氫氣壓力調(diào)節(jié)器43、氧氣壓力調(diào)節(jié)器53、氬存儲(chǔ)泵 73和氬供給閥76，電控單元80向所有這些發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)或指令信號(hào)。
下面將描述上述構(gòu)造的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行。電控單元80的CPU以預(yù) 先確定的時(shí)間間隔執(zhí)行由圖3中流程圖示出的程序。因此，CPU在預(yù) 先確定的時(shí)間執(zhí)行步驟300而開(kāi)始該程序，然后前進(jìn)到歩驟305至步 驟320，如下面將描述的。
步驟305: CPU基于此時(shí)的加速踏板操作量Accp、此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和査詢表M叩tqtgt獲得所所需轉(zhuǎn)矩tqtgt，該轉(zhuǎn)矩是根據(jù)駕駛 員的操作對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩。
步驟310: CPU基于在步驟305中獲得的所需轉(zhuǎn)矩tqtgt、此時(shí)的 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和在圖4中示出的查詢表MapH2tgt獲得所需的氫的量 (在單位時(shí)間內(nèi)所需的氫的量，即所需的氫流率)H2tgt。在圖4中示 出的表MapH2tgt是如下的表，在該表中，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10在氬的量適當(dāng)
且燃燒狀態(tài)不過(guò)度惡化的范圍內(nèi)以最大熱效率運(yùn)行時(shí)，關(guān)于每個(gè)所需 轉(zhuǎn)矩和每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)測(cè)試設(shè)定需要被供給燃燒室21以便內(nèi)燃 機(jī)IO產(chǎn)生等于所需轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的每單位時(shí)間的氫的量(即氫流率)。
步驟315:CPU基于在步驟310中獲得的所需的氫的量H2tgt和函 數(shù)fimc02獲得所需的氧的量(也就是在單位時(shí)間內(nèi)所需的氧的量，即 所需的氧的流率)02tgt。函數(shù)func02將所需的氫的量H2tgt轉(zhuǎn)化為摩 爾數(shù)，然后獲得此摩爾數(shù)的一半的氧的量(或獲得為所需的氫的量H2tgt 的一半摩爾數(shù)加預(yù)先確定的裕量之和的摩爾數(shù)的氧的量)作為所需的 氧的量02tgt。在此情況中，所需的氫的量H2tgt是對(duì)應(yīng)于所需轉(zhuǎn)矩tqtgt 的量，所以所需的氧的量02tgt也是根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩tqtgt確定的量。
步驟320: CPU基于在步驟305中獲得的所需轉(zhuǎn)矩tqtgt、此時(shí)的 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和在圖5中示出的查詢表MapArtgt獲得所需的氬的量 (也就是在單位時(shí)間內(nèi)所需的氬的量，即所需的氬的流率)Artgt。表 MapArtgt確定當(dāng)確定圖4中示出的表MapH2tgt時(shí)假定的氬的量，且在 表MapArtgt中，通過(guò)關(guān)于每個(gè)所需轉(zhuǎn)矩和每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)試確定 產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)10的最大熱效率的氬的量。換言之，供給根據(jù)表MapArtgt 確定的氬的量導(dǎo)致在混合氣中氬的濃度(即工作氣體濃度)變得對(duì)于 所需轉(zhuǎn)矩的最優(yōu)值。
然后，CPU前進(jìn)到步驟325，在步驟325中，CPU確定從氬氣流 率計(jì)65獲得的氬流率Aract是否與在步驟320中確定的所需的氬的量Artgt匹配。如果它們二者在此時(shí)匹配，則在步驟325中確定為"是" 且CPU前進(jìn)到步驟395，在步驟395中，CPU結(jié)束程序的此循環(huán)。
另一方面，如果氬流率Aract不與所需的氬的量Artgt匹配，則在 步驟325中確定為"否"，在此情況中CPU前進(jìn)到步驟330，在步驟 330中，CPU確定氬流率Aract是否小于所需的氬流率Artgt。如果氬 流率Aract小于所需的氬的量Artgt，則在步驟330中確定為"是"且 CPU前進(jìn)到步驟335，在步驟335中，CPU打開(kāi)氬供給閥76。 CPU然 后前進(jìn)到步驟340，在步驟340中，CPU停止對(duì)氬存儲(chǔ)泵73的驅(qū)動(dòng)。 CPU然后前進(jìn)到步驟395，在步驟395中，CPU終止程序的此循環(huán)。 因此，氬從氬存儲(chǔ)箱71供給到第二通路62。作為結(jié)果，供給到燃燒室 21的氬的量增加，因此升高了混合氣體內(nèi)的氬的濃度。
另一方面，如果在步驟330中確定氬流率Aract等于或大于所需的 氬的量Artgt，則在步驟330中確定為"否"且CPU前進(jìn)到步驟345， 在步驟345中，CPU關(guān)閉氬供給閥76。然后CPU前進(jìn)到步驟350，在 步驟350中，CPU驅(qū)動(dòng)氬存儲(chǔ)泵73。 CPU然后前進(jìn)到步驟395，在步 驟395中，CPU終止程序的此循環(huán)。因此，流過(guò)第二通路62的氬的一 些存儲(chǔ)在氬存儲(chǔ)箱71內(nèi)。作為結(jié)果，供給到燃燒室21的氬的量減少， 因此減少了混合氣體內(nèi)的氬的濃度。
同時(shí)，在每個(gè)氣缸的曲軸轉(zhuǎn)角每次與預(yù)先確定的曲軸轉(zhuǎn)角匹配時(shí)， CPU執(zhí)行在圖6中示出的氫噴射程序。因此，當(dāng)給定氣缸的曲軸轉(zhuǎn)角 與此氣缸的預(yù)先確定的曲軸轉(zhuǎn)角匹配時(shí)，CPU從步驟600開(kāi)始該程序， 然后前進(jìn)到步驟605，在步驟605中，CPU基于在圖3中的步驟310 中獲得的所需的氫的量H2tgt、此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和函數(shù)funcinj 確定噴射時(shí)間(即氣缸內(nèi)噴射閥46打開(kāi)的時(shí)間)Tinj。在此時(shí)，函數(shù) funcinj也可以也基于由穩(wěn)壓箱壓力傳感器45檢測(cè)到的穩(wěn)壓箱壓力Psg 確定噴射時(shí)間Tinj。然后，CPU前進(jìn)到步驟610，在步驟6I0中，CPU進(jìn)行設(shè)定以輸 出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)打開(kāi)該氣缸的氣缸內(nèi)噴射閥46持續(xù)噴射時(shí)間 Tinj，該噴射時(shí)間從該氣缸的曲軸轉(zhuǎn)角匹配噴射開(kāi)始時(shí)刻6 inj的時(shí)間 點(diǎn)開(kāi)始。CPU然后前進(jìn)到步驟695，在步驟695中，CPU結(jié)束程序的 此循環(huán)。
此外，CPU也控制液壓氣體壓力調(diào)節(jié)器43，使得由穩(wěn)壓箱壓力傳 感器45檢測(cè)到的穩(wěn)壓箱壓力Psg與通過(guò)執(zhí)行未示出的另一個(gè)程序所預(yù) 先確定的目標(biāo)壓力匹配。由以上描述的方式，其量對(duì)應(yīng)于所需的氫的 量H2tgt的氫從每個(gè)氣缸的氣缸內(nèi)噴射闊46噴射。
此外，CPU以預(yù)先確定的時(shí)間間隔執(zhí)行在圖7中示出的氧流率控 制程序。因此，在預(yù)先確定的時(shí)間，CPU以步驟700開(kāi)始該程序，然 后前進(jìn)到步驟705，在步驟705中，CPU確定從氧氣流率計(jì)54獲得的 氧氣流率F02是否與在圖3的步驟315內(nèi)確定的所需的氧的量02tgt 匹配。如果它們二者在此時(shí)匹配，則在步驟705內(nèi)確定為"是"且CPU 前進(jìn)到步驟795，在步驟795中，CPU終止程序的此循環(huán)。
另一方面，如果氧氣流率F02與所需的氧的量02tgt不匹配，則 在步驟705中確定為"否"且CPU前進(jìn)到步驟710，在步驟710中， CPU確定氧氣流率F02是否小于所需的氧的量02tgt。如果氧氣流率 F02小于所需的氧的量02tgt，則在步驟710中確定為"是"且CPU 前進(jìn)到步驟715，在步驟7I5中，CPU控制氧氣壓力調(diào)節(jié)器53以增加 通過(guò)氧氣混合器55供給到第三通路63的氧的量。CPU然后前進(jìn)到步 驟795,在步驟795中，CPU終止程序的此循環(huán)。
另一方面，如果在步驟710中確定氧氣流率F02等于或大于所需 的氧的量02tgt，則在步驟710中確定為"否"且CPU前進(jìn)到步驟720， 在步驟720中，CPU控制氧氣壓力調(diào)節(jié)器53以降低通過(guò)氧氣混合器55 供給到第三通路63的氧的量。CPU然后前進(jìn)到步驟795，在步驟795中，CPU終止程序的此循環(huán)。以此方式，其量等于要求的氧的量02tgt 的氧供給到內(nèi)燃機(jī)10的燃燒室21。
另外，CPU也基于所需轉(zhuǎn)矩tqtgt和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE確定點(diǎn)火正時(shí) 6 ig且向相應(yīng)氣缸的火花塞35輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)(即執(zhí)行點(diǎn)火的指令信號(hào))
以便在該點(diǎn)火正時(shí)eig通過(guò)執(zhí)行未示出的另一個(gè)程序而進(jìn)行點(diǎn)火。作
為結(jié)果，氫在燃燒室21內(nèi)燃燒。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)IO是工作氣體循環(huán)型 內(nèi)燃機(jī)，它通過(guò)在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室21內(nèi)燃燒氫并使用由該燃燒生成的 熱來(lái)膨脹其為比熱比大于氧的惰性氣體的工作氣體(例如氬)而生成
動(dòng)力，然后將己從燃燒室排放的燃燒后氣體內(nèi)的工作氣體再次供給到 燃燒室內(nèi)。該內(nèi)燃機(jī)IO包括氫供給裝置和氧供給裝置(即氫供給部分 40，氧供給部分50，和執(zhí)行圖6和圖7中示出的程序的電控單元80) 和工作氣體量調(diào)節(jié)裝置(即氬供給量調(diào)節(jié)部分70和執(zhí)行圖3中的步驟 325到步驟350中的合適步驟的電控單元80)。氫供給裝置和氧供給 裝置確定供給到燃燒室使得內(nèi)燃機(jī)生成對(duì)應(yīng)于所需轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的相應(yīng) 的氫的量和氧的量，且將所確定的量的氫和所確定的量的氧供給到燃 燒室，該所需轉(zhuǎn)矩是對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩(圖3中的步驟305到315)。 工作氣體量調(diào)節(jié)裝置根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒室的工作氣體的 量(圖3中的步驟320)，且調(diào)節(jié)供給到燃燒室的工作氣體的量，使得 所確定的量的工作氣體被供給到燃燒室。
因此，即使氫的量和氧的量因所需轉(zhuǎn)矩改變而改變，內(nèi)燃機(jī)10也 可以根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩將包括氫、氧和工作氣體的混合氣體中的工作氣體 的濃度改變到希望的值。作為結(jié)果，內(nèi)燃機(jī)10的熱效率可以改進(jìn)同時(shí) 維持良好的燃燒狀態(tài)。
而且，內(nèi)燃機(jī)IO也可以包括以上所述的氫供給裝置、氧供給裝置 和工作氣體量調(diào)節(jié)裝置。氫供給裝置(即氫供給部分40和執(zhí)行圖6中
18示出的程序的電控單元80)基于所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒室的氫的 量，且將所確定的量的氫供給到燃燒室，該所需轉(zhuǎn)矩是對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要
求的轉(zhuǎn)矩(圖3中的步驟310)。氧供給裝置(即氧供給部分50和執(zhí) 行圖7中示出的程序的電控單元80)基于所確定的氫的量確定要供給 到燃燒室的氧的量(即圖3中的步驟315)，且將所確定的量的氧供給 到燃燒室。
因此，氫的量、氧的量和工作氣體的量都根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩初步確定。 作為結(jié)果，即使氫的量和氧的量因所需轉(zhuǎn)矩的改變而改變，包括氫、 氧和工作氣體的混合氣體內(nèi)的工作氣體的濃度可以改變到所需轉(zhuǎn)矩所 希望的值。因此，內(nèi)燃機(jī)的熱效率可以改進(jìn)同時(shí)維持良好的燃燒狀態(tài)。
在第一實(shí)施例中，基于所需的氫的量H2tgt確定所需的氧的量 02tgt。然而，可選地，所需的氧的量02tgt可以基于所需轉(zhuǎn)矩tqtgt、 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和查詢表Map02tgt而不使用所需的氫的量H2tgt直接 獲得。
此外，在第一實(shí)施例中，所需的氫的量H2tgt根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩tqtgt 獲得且將所獲得的所需的氫的量H2tgt的氫供給到燃燒室21。而且， 獲得大于使該所需的氫的量H2tgt的氫燃燒所必需的氧的量的氧作為 所需的氧的量02tgt，且將該獲得的所需的氧的量02tgt的氧供給到燃 燒室21。
然而，可選地，所需的氫的量H2tgt可以根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩tqtgt獲得， 且可獲得摩爾數(shù)準(zhǔn)確地等于該所需的氫的量H2tgt的摩爾數(shù)的一半的 氧的量作為所需的氧的量02tgt。然后可以將此獲得的所需的氧的量 02tgt的氧和其量大于所需的氫的量H2tgt的氫供給到燃燒室21。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)。此內(nèi)燃機(jī)獲得指 示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi)作為表示內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)的值(后文中稱為"燃燒狀態(tài)指標(biāo)值")，且基于獲得的指示平均有效壓
力改變率(o Pmi/avePmi)控制氬的量。指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi)是值o Pmi除以指示平均有效壓力的平均值avePmi的商， 該值o Pmi是指示平均有效壓力Pmi的平均值avePmi和各自指示平均 有效壓力Pmi之間的差的累計(jì)絕對(duì)值的和，如將在后文中詳細(xì)描述的。 如果燃燒狀態(tài)惡化，則指示平均有效壓力Pmi的改變寬度增加，所以 當(dāng)燃燒狀態(tài)惡化時(shí)指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi) —致地增 力「」。
燃燒狀態(tài)指標(biāo)值也可以使用以上所述的指示平均有效壓力改變率 的倒數(shù)(avePmi/oPmi)。在此情況中，如果燃燒狀態(tài)惡化，則指示平 均有效壓力Pmi的改變寬度增加。所以當(dāng)燃燒惡化時(shí)指示平均有效壓 力改變率的倒數(shù)(avePmi/o Pmi) —致地減小。
圖8是示出當(dāng)供給到燃燒室21的氧的量和氫的量維持在預(yù)先確定 的值時(shí)內(nèi)燃機(jī)10的熱效率和指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi) 相對(duì)于混合氣體的氬濃度的改變方式的曲線圖。如從圖8的曲線圖中 顯然可見(jiàn)的，當(dāng)氬濃度從低值逐漸增加時(shí)，混合氣體的氧濃度相比較 地降低所以燃燒狀態(tài)惡化。因此，指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi)逐漸增加。另一方面，隨氬濃度在小于值D0的范圍內(nèi)增 加，熱效率增加。
當(dāng)氬濃度超過(guò)略微低于熱效率最高處的值D0的值DH時(shí)，燃燒狀 態(tài)因混合氣體內(nèi)的氧濃度過(guò)低而惡化到不可接受的水平。即，當(dāng)氬濃 度處于值DO時(shí)熱效率最高，但在此狀態(tài)下，燃燒狀態(tài)惡化得過(guò)多且發(fā) 動(dòng)機(jī)振動(dòng)變得太嚴(yán)重。
因此，此內(nèi)燃機(jī)控制氬濃度，使得其值在值DH和略微低于值DH 的值DL之間。更具體地，當(dāng)氬濃度為值DH時(shí)指示平均有效壓力改變 率(oPmi/avePmi)為值PH (= ( o Pmi/avePmi)驅(qū)動(dòng)，高側(cè)閾值)，且當(dāng)氬濃度為值DL時(shí)指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi)為值 PL (= ( o Pmi/avePmi)高效，低側(cè)閾值)。因此，內(nèi)燃機(jī)控制供給 的氬的量使得指示平均有效壓力改變率(oPmi/avePmi)落入值PL和 值PH之間的范圍內(nèi)且靠近值PH (即，使得氬濃度處于其最大值)。 作為結(jié)果，此內(nèi)燃機(jī)可以以非常高的熱效率運(yùn)行而不導(dǎo)致燃燒狀態(tài)的 過(guò)度惡化。
實(shí)際上，根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)與根據(jù)第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)10 不同之處在于，它還包括由圖2中的虛線指示的氣缸內(nèi)壓力傳感器83， 且電控單元80的CPU執(zhí)行在圖9A和圖9B至圖11的流程圖中示出的 程序而不是執(zhí)行圖3中的程序。因此，如下描述將集中于這些不同點(diǎn)。 氣缸內(nèi)壓力傳感器83檢測(cè)氣缸21內(nèi)的壓力(即氣缸內(nèi)壓力)且向電 控單元80輸出代表檢測(cè)到的氣缸內(nèi)壓力Pcy的信號(hào)。
當(dāng)所需的氬的量Artgt跟隨所需轉(zhuǎn)矩tqtgt的突然改變而突然改變 時(shí)，CPU在預(yù)先確定的時(shí)間段執(zhí)行對(duì)氬的量的開(kāi)環(huán)控制，然后基于指 示平均有效壓力改變率(aPmi/avePmi)執(zhí)行對(duì)氬的量的反饋控制。
更具體地，在圖9A和圖9B中示出的氬的量開(kāi)環(huán)控制程序以預(yù)先 確定的時(shí)間間隔執(zhí)行。在圖9A和圖9B中與在圖3中那些步驟相同的 步驟將以相同的附圖標(biāo)記表示。
在預(yù)先確定的時(shí)間，CPU從步驟900開(kāi)始該程序，然后執(zhí)行以上 所述的步驟305至320。作為結(jié)果，確定所需轉(zhuǎn)矩tqtgt、所需的氫的量 H2tgt、所需的氧的量02tgt和所需的氬的量Artgt。然后，CPU前進(jìn)到 步驟905，在步驟905中，CPU獲得上次執(zhí)行該程序時(shí)的所需的氬的量 Artgtold (下文中稱為"上次所需的氬的量Artgtold")和當(dāng)前時(shí)間的 所需的氬的量Artgt (下文中稱為"當(dāng)前所需的氬的量Artgt")之間的 差異作為所需的氬改變量dArtgt。 CPU然后前進(jìn)到步驟910，在步驟 910中，CPU確定所需的氬改變量dArtgt的絕對(duì)值是否大于參考值d Arth 。
如果所需的氬的量Artgt現(xiàn)在跟隨所需轉(zhuǎn)矩tqtgt的突然改變而突 然改變，則在步驟910中確定為"是"且CPU前進(jìn)到步驟915，在步 驟915中，CPU將反饋允許標(biāo)記XFB的值設(shè)定為"0" 。 CPU然后前 進(jìn)到步驟325,在步驟325中，CPU確定當(dāng)前時(shí)間的實(shí)際氬流率Aract 是否與所需的氬的量Artgt匹配。
當(dāng)前時(shí)間剛好在所需的氬的量Artgt突然改變之后。因此，氬流率 Aract和所需的氬的量Artgt不匹配。作為結(jié)果，在步驟325中確定為 "否"，所以CPU執(zhí)行步驟330到步驟350中的適當(dāng)步驟。作為結(jié)果， 實(shí)際氬流率Aract向著所需的氬的量Artgt改變。然后，CPU前進(jìn)到步 驟920，在步驟920中，CPU設(shè)定當(dāng)前所需的氬的量Artgt作為上次所 需的氬的量Artgtold。 CPU然后前進(jìn)到步驟995，在步驟995中，CPU 結(jié)束程序的此循環(huán)。
此后，如果所需的氬的量持續(xù)穩(wěn)定，則當(dāng)CPU前進(jìn)到步驟910時(shí)， 在此步驟中確定為"否"，所以CPU前進(jìn)到步驟925，在步驟925中， CPU確定反饋允許標(biāo)記XFB的值是否為"0"。在此情況中，反饋允 許標(biāo)記XFB的值為"0"，所以在步驟925中確定為"是"，此后CPU 再次前進(jìn)到步驟325和其后的步驟。
只要所需的氬的量Artgt不突然改變，就重復(fù)執(zhí)行程序中的這些步 驟。因此，在經(jīng)過(guò)了預(yù)先確定的時(shí)間段后，實(shí)際氬流率Aract將與所需 的氬的量Artgt匹配。此時(shí)當(dāng)CPU執(zhí)行圖9A和9B中示出的程序時(shí)， 在步驟325中確定為"是"，所以CPU前進(jìn)到步驟930，在步驟930 中，CPU將反饋允許標(biāo)記XFB的值設(shè)為"1"。以這種方式，該控制 使實(shí)際氬流率Aract迅速接近突然改變后的所需的氬的量Artgt。
同時(shí)，CPU以預(yù)先確定的時(shí)間間隔重復(fù)執(zhí)行在圖IO的流程圖中示出的氬的量反饋控制程序。因此，在預(yù)先確定的時(shí)間，CPU從步驟1000
開(kāi)始該程序，然后在步驟1005中確定反饋允許標(biāo)記XFB的值是否為 "1"。
如果在此時(shí)反饋允許標(biāo)記XFB的值為"0"，則在步驟1005中確 定為"否"，所以CPU直接前進(jìn)到步驟1095，在步驟1095中，CPU 終止程序的此循環(huán)。即當(dāng)反饋允許標(biāo)記XFB的值為"0"時(shí)，CPU不 執(zhí)行對(duì)氬的量的反饋控制。
另一方面，如果在上述的圖9A和圖9B中的步驟930中反饋允許 標(biāo)記XFB的值設(shè)定為"1"，則在步驟1005中確定為"是"，所以CPU 前進(jìn)到步驟1010，在步驟1010中，CPU確定指示平均有效壓力改變寬 度的累計(jì)值oPmi是否剛被更新。如將在下文中描述的，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)已穩(wěn) 定運(yùn)行預(yù)先確定的時(shí)間段時(shí)(即當(dāng)所需轉(zhuǎn)矩tqtgt在預(yù)先確定的時(shí)間段 內(nèi)不曾改變時(shí))，指示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值oPmi被更新。
如下描述基于指示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值o Pmi剛被更 新的假設(shè)。因此，在步驟1010中確定為"是"，所以CPU前進(jìn)到步驟 1015，在步驟1015中，CPU確定指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi)是否大于以上所述的低側(cè)閾值PL且小于以上所述的高側(cè) 閾值PH。艮卩，CPU確定指示平均有效壓力改變率(aPmi/avePmi)是 否在低側(cè)閾值PL和高側(cè)閾值PH之間的范圍之內(nèi)。如果指示平均有效 壓力改變率(o Pmi/avePmi)在低側(cè)閾值PL和高側(cè)閾值PH之間的范 圍內(nèi)，則在步驟1015中確定為"是"，所以CPU前進(jìn)到步驟1095， 在步驟1095中，CPU終止程序的此循環(huán)。
另一方面，如果指示平均有效壓力改變率(oPmi/avePmi)不在 低側(cè)閾值PL和高側(cè)閾值PH之間的范圍內(nèi)，則在步驟1015中確定為 "否"，所以CPU前進(jìn)到步驟1020，在步驟I020中，CPU確定指示 平均有效壓力改變率(oPmi/avePmi)是否大于高側(cè)閾值PH。如果指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi)大于高側(cè)閾值PH，則意味著 氬的量(即氬濃度)過(guò)大且燃燒已變得不穩(wěn)定到不可接受的程度。因 此，在此情況中在步驟1020中確定為"是"，所以CPU前進(jìn)到步驟 1025，在步驟1025中，CPU關(guān)閉氬供給閥76。 CPU然后繼續(xù)前進(jìn)到 步驟1030，在步驟1030中，CPU驅(qū)動(dòng)氬存儲(chǔ)泵73。 CPU然后前進(jìn)到 步驟1095，在步驟1095中，CPU終止程序的此循環(huán)。因此，流過(guò)第二 通路62的氬的--些被存儲(chǔ)在氬存儲(chǔ)箱71內(nèi)，這降低了供給到燃燒室 21的氬的量(即混合物的氬濃度降低)。
另一方面，如果在步驟1020中確定指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi)等于或小于高側(cè)閾值PH，則意味著即使氬的量(即氬濃 度)增加，燃燒也將不變得不穩(wěn)定到不可接受的程度，且可以改進(jìn)熱 效率。因此，在此情況中在步驟1020中確定為"否"，所以CPU前進(jìn) 到步驟1035，在步驟1035中，CPU打開(kāi)氬供給閥76。 CPU然后前進(jìn) 到步驟1040，在步驟1040中，CPU停止驅(qū)動(dòng)氬存儲(chǔ)泵73。然后CPU 前進(jìn)到步驟1095，在步驟1095中，它終止程序的此循環(huán)。因此，氬從 氬存儲(chǔ)箱71供給到第二通路62，所以混合物氬濃度增加。因此根據(jù)此 程序，執(zhí)行對(duì)于氬濃度的反饋控制，使得氬濃度變成燃燒不會(huì)變得不 穩(wěn)定的范圍內(nèi)的最大值(即，指示平均有效壓力改變率(oPmi/avePmi) 處于低側(cè)閾值和高側(cè)閾值之間的范圍內(nèi))。
在所需轉(zhuǎn)矩tqtgt的突然改變后，實(shí)際氬流率Aract變得與所需的 氬的量Artgt匹配，因而在程序的上一循環(huán)中在圖9A和圖9B中的步 驟930中將反饋允許標(biāo)記XFB設(shè)定為"1"，當(dāng)在這中狀態(tài)中所需轉(zhuǎn)矩 tqtgt不突然改變時(shí)，在該程序的當(dāng)前循環(huán)中的步驟910和步驟925中 確定為"否"，所以CPU直接前進(jìn)到步驟995。因此，在此情況中， 不執(zhí)行對(duì)氬的量的開(kāi)環(huán)控制(即前饋控制)。
而且，當(dāng)CPU不是剛好在指示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值o Pmi更新后的時(shí)刻執(zhí)行圖10中的步驟1010時(shí)，在步驟1010中確定為"否"，所以CPU直接前進(jìn)到步驟1095。因此，每當(dāng)指示平均有效壓
力改變寬度的累計(jì)值o Pmi被更新時(shí)，執(zhí)行對(duì)氬的量的反饋控制。
此外，為計(jì)算指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi) ， CPU 以預(yù)先確定的時(shí)間間隔重復(fù)執(zhí)行在圖11的流程圖內(nèi)示出的程序。因此， 在預(yù)先確定的時(shí)間，CPU從步驟1100開(kāi)始該程序，然后在步驟S1105 中，CPU確定在及饋允許標(biāo)記XFB的值從"0"變化到"1"后是否已 完成了N個(gè)或更多個(gè)循環(huán)(即內(nèi)燃機(jī)是否旋轉(zhuǎn)了 2XN次或更多次)。 此時(shí)，如果在反饋允許標(biāo)記XFB的值從"0"變化到"1"后未完成N 個(gè)或更多個(gè)循環(huán)，則在步驟1105中確定為"否"，所以CPU前進(jìn)到步 驟S1195，在步驟S1195中，CPU終止程序的此循環(huán)。因此，在此情 況中指示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值o Pmi不更新。
另一方面，如果在反饋允許標(biāo)記XFB的值從"0"變化到"1"后 已完成了 N個(gè)或更多個(gè)循環(huán)，則在步驟1105中確定為"是"，所以 CPU前迸到步驟1110，在步驟1110中，CPU確定自指示平均有效壓 力改變寬度的累計(jì)值oPmi上次更新是否已完成了 N個(gè)或更多個(gè)循環(huán)。 如果在此時(shí)自指示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值a Pmi的上次更新 未完成N個(gè)或更多個(gè)循環(huán)，則在步驟1110中確定為"否"，所以CPU 直接前進(jìn)到步驟1195，在步驟1195中，CPU結(jié)束程序的此循環(huán)。因此， 指示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值o Pmi不更新。
假定現(xiàn)在自指示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值oPmi的上次更 新已完成了 N個(gè)或更多個(gè)循環(huán)，則在步驟1110中確定為"是"，所以 CPU前進(jìn)到步驟1115，在步驟1115中，CPU計(jì)算過(guò)去的N個(gè)循環(huán)的 指示平均有效壓力Pmi的平均值作為指示平均有效壓力平均值 avePmi。每個(gè)循環(huán)的指示平均有效壓力Pmi基于由氣缸內(nèi)壓力傳感器 83檢測(cè)到的氣缸內(nèi)壓力Pcy和由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器82檢測(cè)到的曲軸轉(zhuǎn) 角根據(jù)未示出的程序單獨(dú)計(jì)算，然后存儲(chǔ)在RAM中。然后，CPU前進(jìn)到步驟1120，在步驟1120中，CPU獲得過(guò)去的 N個(gè)循環(huán)的每個(gè)循環(huán)的指示平均有效壓力Pmi與這些過(guò)去的N個(gè)循環(huán) 的指示平均有效壓力平均值avePmi之間的差的絕對(duì)值，將這些絕對(duì)值 在過(guò)去的N個(gè)循環(huán)上累計(jì)且使得該累計(jì)值成為指示平均有效壓力改變 寬度的累計(jì)值oPmi。CPU然后前進(jìn)到步驟1195，在步驟1195中，CPU 結(jié)束程序的此循環(huán)。因此計(jì)算出指示平均有效壓力平均值avePmi和指 示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值o Pmi。
因?yàn)椴襟E1105，不更新指示平均有效壓力改變寬度的累計(jì)值o Pmi 直至在反饋允許標(biāo)記從"0"變化到"1"后已經(jīng)完成N個(gè)循環(huán)。因此， 在此時(shí)不執(zhí)行根據(jù)圖10中的步驟1015至步驟1040的氬量反饋控制。 這是因?yàn)樵谒柁D(zhuǎn)矩tqtgt突然改變后，在實(shí)際的氬的量Aract大體上 達(dá)到匹配基于突然改變后的所需轉(zhuǎn)矩的根據(jù)開(kāi)環(huán)控制的所需的氬的量 Artgt后，有必要再次獲得指示平均有效壓力平均值avePmi和指示平均 有效壓力改變寬度的累計(jì)值oPmi，即再次獲得指示平均有效壓力改變 率(c:Pmi/avePmi)，該比值是燃燒狀態(tài)指示值。
如以上所描述的，根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)是類似于第一實(shí)施例 的內(nèi)燃機(jī)的工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)包括燃燒狀態(tài)指示值獲 得裝置(即氣缸內(nèi)壓力傳感器83和執(zhí)行圖11中示出的程序的電控單 元80)以用于獲得燃燒狀態(tài)指示值，該燃燒狀態(tài)指示值是表示內(nèi)燃機(jī) 燃燒狀態(tài)的值，并包括工作氣體量調(diào)節(jié)裝置(即氬供給量調(diào)節(jié)部分70 和執(zhí)行圖10中示出的程序的電控單元80)以基于所獲得的燃燒狀態(tài)指 示值來(lái)調(diào)節(jié)供給到燃燒室的工作氣體的量。
因此，根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)可以根據(jù)實(shí)際燃燒狀態(tài)改變影響 燃燒狀態(tài)的工作氣體的量(即氬氣量)。作為結(jié)果，氬濃度可以在實(shí) 際燃燒狀態(tài)不惡化到不可接受的水平的范圍內(nèi)改變，因而內(nèi)燃機(jī)可以 以大體上最大熱效率運(yùn)行而不使燃燒狀態(tài)過(guò)度地惡化。通過(guò)將氬濃度 的反饋控制范圍設(shè)定到可獲得更穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)的范圍(即，例如通過(guò)執(zhí)行對(duì)氬的量的反饋控制使得指示平均有效壓力改變率(o
Pmi/avePmi)處于值DL和小于值DL的值之間的范圍內(nèi))，可以維持 良好的燃燒狀態(tài)同時(shí)維持相對(duì)地高的熱效率。
根據(jù)第二實(shí)施例的第 一 修改例的內(nèi)燃機(jī)與第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的 差異僅在于CPU以預(yù)先確定的時(shí)間間隔執(zhí)行在圖12中的流程圖內(nèi)示出 的氬量反饋控制程序而不是圖10中示出的程序。因此，如下描述將集 中在此差異上。圖12中的與圖10中的步驟相同的步驟將以相同的附 圖標(biāo)記表示。
也根據(jù)在圖12中示出的程序，僅在步驟1005和步驟1010中確定 為"是"且CPU己前進(jìn)到步驟1205及其后續(xù)步驟的情況中對(duì)氬的量執(zhí) 行反饋控制。更具體地，在步驟1205中CPU確定指示平均有效壓力改 變率(oPmi/avePmi)是否小于低側(cè)閾值PL。如果指示平均有效壓力 改變率(aPmi/avePmi)小于低側(cè)閾值PL，貝U CPU前進(jìn)到步驟1035 和步驟1040，在該步驟中CPU增加供給到燃燒室21的氬的量(即增 加混合物內(nèi)的氬濃度)。
另一方面，如果在步驟1205中確定指示平均有效壓力改變率(o Pmi/avePmi)等于或大于低側(cè)閾值PL，則在步驟1205中確定為"否"， 所以CPU前進(jìn)到步驟1020，在步驟1020中，CPU確定指示平均有效 壓力改變率(oPmi/avePmi)是否大于高側(cè)閾值PH。如果指示平均有 效壓力改變率(o Pmi/avePmi)大于高側(cè)閾值PH，則在步驟1020中確 定為"是"，所以CPU前進(jìn)到步驟1025和步驟1030，在該步驟中CPU 降低供給到燃燒室21的氬的量(即降低混合物內(nèi)的氬濃度)。
作為結(jié)果，氬濃度被控制到大于圖8中示出的值DL但小于圖8 中示出的值DH的范圍內(nèi)。因此，燃燒狀態(tài)將不變得不穩(wěn)定且熱效率可 以維持在非常高的值。根據(jù)第二實(shí)施例的第二修改例，CPU執(zhí)行僅包括圖9A和圖9B內(nèi) 的步驟305至步驟315的程序而不是執(zhí)行圖9A和圖9B內(nèi)的整個(gè)程序， 以及執(zhí)行圖10中的程序但省略步驟1005而不是執(zhí)行圖IO中的整個(gè)程 序。因此，省略了開(kāi)環(huán)控制。類似地，CPU也可以執(zhí)行僅包括圖9A和 圖9B內(nèi)的步驟305至步驟315的程序而不是執(zhí)行圖9A和圖9B內(nèi)的 整個(gè)程序，以及執(zhí)行圖12中的程序但省略步驟1005而不是執(zhí)行圖12 中的整個(gè)程序。在此情況中也省略了幵環(huán)控制。
然后，將描述根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)。此內(nèi)燃機(jī)與根 據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的差異在于它使用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(a NE/aveNE)而不是根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)所使用的指示平均有效壓 力改變率(。Pmi/avePmi)作為燃燒狀態(tài)指示值。因此，如下的描述將 集中在此差異上。
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(oNE/aveNE)是值o NE除以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平 均值aveNE的商(o NE/aveNE)，該值o NE是在預(yù)先確定的時(shí)間(過(guò) 去的N個(gè)循環(huán))的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平均值aveNE和相對(duì)于此時(shí)的預(yù)先確 定的曲軸轉(zhuǎn)角量(例如，對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)循環(huán)的720度曲軸轉(zhuǎn)角) 的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)值NE之間的差的累計(jì)絕對(duì)值之和(在后文中該值 oNE將稱為"發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變寬度累計(jì)值oNE")。如果燃燒狀態(tài)惡 化，則發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE的改變寬度增加，所以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(o NE/aveNE)隨著燃燒狀態(tài)惡化而一致地增加。也就是說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 改變率(oNE/aveNE)根據(jù)燃燒狀態(tài)改變，類似于指示平均有效壓力 改變率(a Pmi/avePmi)。
燃燒狀態(tài)指示值也可以使用以上所述的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率的倒數(shù) (aveNE/oNE)。在此情況中，如果燃燒狀態(tài)惡化，則發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE 的改變寬度增加。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率的倒數(shù)(aveNE/oNE)隨 著燃燒狀態(tài)惡化而一致地降低。圖13是示出當(dāng)供給到燃燒室21的氧的量和氫的量維持在預(yù)先確
定的值時(shí)內(nèi)燃機(jī)10的熱效率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(o NE/aveNE)相對(duì) 于混合氣體的氬濃度的變化方式的曲線圖。正如比較圖13的曲線與圖 8的曲線時(shí)顯然可見(jiàn)的，即使使用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(o NE/aveNE) 代替指示平均有效壓力改變率(。Pmi/avePmi)作為燃燒狀態(tài)指示值， 也可以將氬濃度控制到值DL和值DH之間的值。
更具體地，當(dāng)氬濃度為值DH時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(o NE/aveNE) 為值NH (= (o NE/aveNE)驅(qū)動(dòng)，高側(cè)閾值)，且當(dāng)氬濃度為值DL 時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(o NE/aveNE)為值NL ( a NE/aveNE)高 效，低側(cè)閾值)。因此，此內(nèi)燃機(jī)控制氬供給量，使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改 變率(o NE/aveNE)在值NL和值NH之間且氬濃度處于其最大值(即， 使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(o NE/aveNE)盡可能靠近值NH)。因此， 此內(nèi)燃機(jī)可以以非常高的效率運(yùn)行而不過(guò)度地使燃燒狀態(tài)惡化。
此內(nèi)燃機(jī)與第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的不同之處僅在于CPU分別執(zhí)行 圖14和圖15中示出的程序而不是執(zhí)行圖10和圖11中示出的程序。 因此，如下描述將集中在此差異上。圖14中的與圖10中的步驟相同 的步驟將以相同的附圖標(biāo)記表示，且圖15中的與圖11中的步驟相同 的步驟將以相同的附圖標(biāo)記表示。
如從圖10和圖14的對(duì)比可理解的，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(o NE/aveNE)在低側(cè)閾值NL和高側(cè)閾值NH之間的范圍內(nèi)，則在步驟 1420中確定為"是"，所以此內(nèi)燃機(jī)的CPU直接前進(jìn)到步驟1495，在 步驟1495中，CPU終止程序的此循環(huán)。因此，在此情況中氬的量(即 氬濃度)不改變。
如果當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(o NE/aveNE)在低側(cè)閾值NL和高側(cè) 閾值NH之間的范圍內(nèi)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(a NE/aveNE)大于高側(cè) 閾值NH，貝ij CPU前進(jìn)到步驟1025禾卩1030，在該步驟中，CPU降低
29供給到燃燒室21的氬的量(即降低混合物內(nèi)的氬濃度)。另一方面，
如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(oNE/aveNE)不在低側(cè)閾值NL和高側(cè)閾值 NH之間的范圍內(nèi)且等于或小于高側(cè)閾值NH ，則CPU前進(jìn)到步驟103 5 和1040，在該步驟中，CPU增加供給到燃燒室21的氬的量(即增加混 合物內(nèi)的氬濃度)。
此外，如比較圖11和圖15顯然可見(jiàn)的，此內(nèi)燃機(jī)的CPU僅當(dāng)滿 足所有以下三個(gè)條件時(shí)在步驟1515中計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平均值aveNE并 在步驟1520中計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變寬度累計(jì)值oNE。
(第一條件)在反饋允許標(biāo)記XFB的值從"0"改變到"1"后已 完成了 N個(gè)或更多個(gè)循環(huán)(步驟1105)。(第二條件)在上次更新發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變寬度累計(jì)值oNE后已完成了 N個(gè)或更多個(gè)循環(huán)(步驟 1505)。
(第三條件)內(nèi)燃機(jī)已從過(guò)去的N個(gè)或更多個(gè)循環(huán)持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn) 行至當(dāng)前(步驟1510)。即，例如在從過(guò)去的N個(gè)循環(huán)到當(dāng)前的時(shí)間 段內(nèi)的加速踏板操作量Accp的改變率(dAccp/dt)的絕對(duì)值的最大值 等于或小于預(yù)先確定的值，且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE的改變量(dNE/dt)的絕 對(duì)值的最大值等于或小于預(yù)先確定的值。提供第三條件(步驟1510) 以從發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變寬度累計(jì)值o NE中消除基于駕駛員操作的發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速NE改變，以便在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(oNE/aveNE)中僅反映 氬濃度對(duì)燃燒狀態(tài)的影響。此第三條件不是絕對(duì)必需的。
因此，CPU執(zhí)行對(duì)氬濃度的反饋控制，使得氬濃度變?yōu)樵谌紵龑?不變得不穩(wěn)定的范圍內(nèi)(即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(oNE/aveNE)在低側(cè) 閾值NL和高側(cè)閾值NH之間的范圍內(nèi))的最大值。作為結(jié)果，內(nèi)燃機(jī) 可以在實(shí)際燃燒狀態(tài)將不惡化到不可接受的水平的范圍內(nèi)以大體上最 高的熱效率運(yùn)行。正如第二實(shí)施例和第二實(shí)施例的第 一 修改例之間的關(guān)系，同樣， 在第三實(shí)施例中，也可以通過(guò)執(zhí)行在圖16的流程圖中示出的程序而不 是執(zhí)行在圖14中示出的程序，從而控制氬濃度使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率
(o NE/aveNE)維持在低側(cè)閾值NL和高側(cè)閾值NH之間的范圍內(nèi)。
氬濃度的反饋控制范圍也可以設(shè)定為可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的燃燒的范 圍。即，例如，也可以控制氬濃度使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變率(oNE/aveNE) 落入低側(cè)閾值NL和小于低側(cè)閾值NL的值之間的范圍內(nèi)。因此可以維 持更好的燃燒狀態(tài)同時(shí)維持相對(duì)高的熱效率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的多種實(shí)施例可以根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩 和燃燒狀態(tài)控制混合物的氬濃度(即供給到燃燒室21的氬的量)，因 此使得發(fā)動(dòng)機(jī)能以高的熱效率運(yùn)行。然而，本發(fā)明不限于前述的實(shí)施 例。相反，多種改進(jìn)型和等同裝置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，本發(fā) 明當(dāng)然也可以應(yīng)用于通過(guò)擴(kuò)散燃燒來(lái)燃燒氫氣的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)(10)，該內(nèi)燃機(jī)通過(guò)將氫、氧和其為比熱比大于氧的惰性氣體的工作氣體供給到燃燒室(21)且使用由燃燒產(chǎn)生的熱量來(lái)膨脹所述工作氣體而生成動(dòng)力，并且將從所述燃燒室排放的燃燒后氣體中的工作氣體再次供給到所述燃燒室，包括燃燒狀態(tài)指示值獲得裝置(80)，用于獲得燃燒狀態(tài)指示值，該燃燒狀態(tài)指示值是指示所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)的值；和工作氣體量調(diào)節(jié)裝置(70，80)，用于基于所獲得的燃燒狀態(tài)指示值調(diào)節(jié)供給到所述燃燒室的工作氣體的量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，還包括氫供給裝置，用于基于其為對(duì)所述內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩的所需轉(zhuǎn) 矩確定要供給到所述燃燒室的氫的量，且將所確定的量的氣供給到所 述燃燒室；和氧供給裝置(40， 80)，用于基于所確定的量的氫確定要供給到 所述燃燒室的氧的量，且將所確定的量的氧供給到所述燃燒室。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述燃燒狀態(tài)指示值 獲得裝置獲得作為所述燃燒狀態(tài)指示值的值，該值隨著所述內(nèi)燃機(jī)的 所述燃燒狀態(tài)惡化而一致地增加或一致地減??；且所述工作氣體量調(diào) 節(jié)裝置調(diào)節(jié)所述工作氣體的量使得供給到所述燃燒室的所述工作氣體 的量變?yōu)樵谒@得的燃燒狀態(tài)指示值成為指示比可允許的預(yù)先確定的 極限燃燒狀態(tài)更好的運(yùn)行狀態(tài)的值的范圍內(nèi)的最大量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述燃燒狀態(tài)指示值 獲得裝置獲得作為所述燃燒狀態(tài)指示值的值，該值隨著所述內(nèi)燃機(jī)的 所述燃燒狀態(tài)惡化而一致地增加或一致地減小；且所述工作氣體量調(diào) 節(jié)裝置調(diào)節(jié)供給到所述燃燒室的所述工作氣體的量使得所獲得的燃燒 狀態(tài)指示值落入預(yù)先確定的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述燃燒狀態(tài)指示值 是指示平均有效壓力的平均值和每個(gè)指示平均有效壓力之間的差的累 計(jì)絕對(duì)值的和除以所述指示平均有效壓力的所述平均值所得到的商。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述燃燒狀態(tài)指示值 是所述指示平均有效壓力的所述平均值除以所述指示平均有效壓力的 所述平均值和每個(gè)指示平均有效壓力之間的差的累計(jì)絕對(duì)值的和所得 到的商。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述燃燒狀態(tài)指示值 是在預(yù)先確定的時(shí)期內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平均值和在該預(yù)先確定的時(shí)期內(nèi) 相對(duì)于預(yù)先確定的曲軸轉(zhuǎn)角量的該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)值之間的差的累 計(jì)絕對(duì)值的和除以該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平均值所得到的商。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中所述燃燒狀態(tài)指示值 是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平均值除以在預(yù)先確定的時(shí)期內(nèi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的所 述平均值和在該預(yù)先確定的時(shí)期內(nèi)相對(duì)于預(yù)先確定的曲軸轉(zhuǎn)角量的所 述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)值之間的差的累計(jì)絕對(duì)值的和所得到的商。
9. 一種用于工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)(10)的控制方法，該內(nèi)燃機(jī) 通過(guò)將氫、氧和其為比熱比大于氧的惰性氣體的工作氣體供給到所述 內(nèi)燃機(jī)的燃燒室(21)且使用由燃燒生成的熱來(lái)膨脹所述工作氣體而 生成動(dòng)力，并且將從所述燃燒室排放的燃燒后氣體中的工作氣體再次 供給到所述燃燒室，所述控制方法包括如下步驟獲得燃燒狀態(tài)指示值，該燃燒狀態(tài)指示值是指示所述內(nèi)燃機(jī)的燃 燒狀態(tài)的值；和基于所獲得的燃燒狀態(tài)指示值調(diào)節(jié)供給到所述燃燒室的工作氣體 的量(1025， 1030， 1035， 1040)。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)及其控制方法。一種內(nèi)燃機(jī)(10)是例如使用氬作為工作氣體的工作氣體循環(huán)型內(nèi)燃機(jī)，并且包括氫和氧供給部分(40，50)、氬供給量調(diào)節(jié)部分(70)和電控單元(80)。電控單元基于所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒室(21)內(nèi)的氫的量和氧的量，且使用氫供給部分和氧供給部分將所確定的量的氫和氧供給到燃燒室，該所需轉(zhuǎn)矩是對(duì)內(nèi)燃機(jī)所要求的轉(zhuǎn)矩。此外，電控單元根據(jù)所需轉(zhuǎn)矩確定要供給到燃燒室的工作氣體的量，且控制氬供給量調(diào)節(jié)部分使得所確定的量的工作氣體被供給到燃燒室。
文檔編號(hào)F02D41/00GK101614160SQ20091015229
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者三谷信一, 沢田大作 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社