工作气体循环型内燃机已知为使用例如氩的惰性气体作为工作气 体(即热介质)，在燃烧室内燃烧氢，冷凝废气内的水蒸气且将其排 放到系统外部，且将已去除水蒸气的废气(例如惰性气体)再次供给 到燃烧室内。日本专利申请公开No.JP-A-11-93681描述了一种内燃机， 该内燃机将包括氩的氧气作为不纯气体从氧供给设备通过进气口供给 到燃烧室且将氢喷射到燃烧室内。此外，此内燃机构造为将已通过凝 结从中去除了水蒸气的废气中的一些排放到系统外，以便将其量相当 于供给到系统内的氩的量的氩和来自氧供给设备的氧排出系统。因此， 通过进气口供给到燃烧室内的气体内的氩的浓度可以恒定地维持在大 体上固定的浓度。
如果内燃机的运行状态(例如由加速踏板的操作量所表达的负荷) 改变使得对内燃机所要求的转矩(后文中简称“所需转矩”)改变， 则在燃烧室内要燃烧的氢的量改变。作为结果，供给到燃烧室的氧的 量也改变。
因此，发明人研究了当氢和氧的量改变而氩的量(即流率)在作 为工作气体供给到燃烧室的氢、氧和氩的气体(后文中此气体将称为 “混合气体”)中保持恒定时(即当混合气体内的氩浓度改变时)内 燃机的热效率的改变。图1是示出该结果的曲线图。
如从图1中可理解的，内燃机的最大热效率当在混合气体内的氩 浓度为D0值时实现。在氩浓度低于D0值的范围内估计到热效率降低， 因为氩的浓度越低则由内燃机所生成的热越不容易传递到氩。而且， 在氩浓度高于D0值的范围内估计到热效率降低，因为氩浓度越高则燃 烧因混合气体内的氧浓度相对降低而变得越不稳定。导致内燃机热效 率的氩浓度的值D0取决于在燃烧室内生成的热量和燃烧状态而波动。 换言之，值D0根据供给到燃烧室内的氢和氧的量波动，该氢和氧的量 根据所需转矩而变化。如果氩浓度超过D1值(D1值大于D0值)则将 发生缺火。
然而，上述内燃机不考虑所需转矩而仅保持供给到燃烧室的氩氧 的比值恒定。因此，氩浓度不能维持在对应于所需转矩的值(即对应 于供给到燃烧室的氢和氧的量的值)。作为结果，可能因为氩浓度变 得过低或因为氩浓度变得过高而使燃烧变得不稳定，从而降低内燃机 的热效率。

因此，本发明的第一方面涉及一种工作气体循环型内燃机，该内 燃机通过在其燃烧室内燃烧氢且使用由该燃烧生成的热来膨胀其为比 热比大于氧的惰性气体的工作气体而生成动力，且将从燃烧室排放的 燃烧后气体中的工作气体再次供给到燃烧室内，该内燃机包括氢和氧 供给装置和工作气体量调节装置。
为使内燃机根据所需转矩生成转矩，必须在燃烧室内燃烧生成该 转矩所必需的氢的量。可以通过如下来控制在燃烧室内燃烧的氢的量： 控制供给到燃烧室的氢的量或氧的量且调节另一个量使得被控制的一 个的量的全部变为足以与另一个通过燃烧而结合的量。基于此概念， 前述的氢和氧供给装置确定供给到燃烧室使得内燃机生成对应于所需 转矩的转矩的氢的量和氧的量，且将所确定的量的氢和氧供给到燃烧 室。因此，要供给到燃烧室的氢的量和氧的量主要基于所需转矩来确 定。
另一方面，工作气体量调节装置根据所需转矩确定要供给到燃烧 室中的工作气体的量，且调节供给到燃烧室内的工作气体的量使得所 确定的量的工作气体被供给到燃烧室。作为结果，即使氢的量和氧的 量因所需转矩的改变而改变，在包括氢、氧和工作气体的混合气中的 工作气体浓度也可以改变到对于所需转矩所希望的值。因此，可以改 进内燃机的热效率同时维持良好的燃烧状态。
本发明的第二方面也涉及一种工作气体循环型内燃机，该内燃机 通过在其燃烧室内燃烧氢且使用由该燃烧生成的热来膨胀其为比热比 大于氧的惰性气体的工作气体而生成动力，且将从燃烧室排放的燃烧 后气体中的工作气体再次供给到燃烧室内，该内燃机包括氢供给装置、 氧供给装置和工作气体量调节装置。
氢供给装置基于所需转矩确定要供给到燃烧室内的氢的量，且将 所确定的量的氢供给到燃烧室，该所需转矩是对内燃机所要求的转矩。 氧供给装置基于所确定的氢的量确定要供给到燃烧室内的氧的量，且 将所确定的量的氧供给到燃烧室。工作气体量调节装置基于所需转矩 确定要供给到燃烧室中的工作气体的量，且调节供给到燃烧室中的工 作气体的量使得所确定的量的工作气体被供给到燃烧室。
因此，氢的量、氧的量和工作气体的量主要根据所需转矩确定。 作为结果，即使氢的量和氧的量因所需转矩的改变而改变，在包括氢、 氧和工作气体的混合气体中的工作气体浓度也可以改变到根据所需转 矩所希望的值。因此，可以改进内燃机的热效率同时维持良好的燃烧 状态。
在此情况中，工作气体量调节装置可以确定供给到燃烧室使得内 燃机的热效率变为等于或大于预先确定的值(即接近最大热效率值的 值)的工作气体的量。作为结果，内燃机的热效率可以维持在高值而 与所需转矩无关。
本发明的第三方面涉及一种工作气体循环型内燃机，该内燃机通 过将氢、氧和其为比热比大于氧的惰性气体的工作气体供给到燃烧室 且使用由氢燃烧生成的热来膨胀工作气体而生成动力，并且将从燃烧 室排放的燃烧后气体中的工作气体再次供给到燃烧室内，该内燃机包 括燃烧状态指示值获得装置和工作气体量调节装置。
燃烧状态指示值获得装置获得燃烧状态指示值，该值是指示内燃 机燃烧状态的值。此燃烧状态指示值可以是例如值σPmi除以指示平均 有效压力的平均值avePmi的商(σPmi/avePmi)或该商的倒数(avePmi/ σPmi)，该值σPmi是指示平均有效压力Pmi的平均值avePmi和相 应的指示平均有效压力Pmi之间的差的累计绝对值的和。作为替代， 燃烧状态指示值可以是值σNE除以发动机转速的平均值aveNE的商 (σNE/aveNE)或该商的倒数(aveNE/σNE)，该值σNE是在预先 确定的时间(过去的N个循环)的发动机转速的平均值aveNE和此时 相对于预先确定的曲轴转角量(例如，对应于发动机的两转的720度 曲轴转角)的发动机转速的瞬时值NE之间的差的累计绝对值的和。因 此，随着燃烧状态恶化，燃烧状态指示值一致地增加或一致地减小。
同时，工作气体量调节装置基于所获得的燃烧状态指示值调节供 给到燃烧室内的工作气体的量。
因此，影响燃烧状态的工作气体的量可以根据实际燃烧状态改变。 因此，氩浓度可以在实际燃烧状态将不恶化到不可接受水平的范围内 改变。作为结果，可以提高热效率而不导致燃烧状态过度恶化，或可 以维持希望的燃烧状态。
在此情况中，工作气体量调节装置可以调节工作气体的量，使得 在所获得的燃烧状态指示值是指示比可允许的预先确定的燃烧状态更 好的燃烧状态的值的范围内的最大的量的工作气体被供给到燃烧室。
不考虑燃烧状态的恶化，可将氢燃烧所生成的热应用到工作气体， 在混合气体内的工作气体越多则效率越高，从而导致良好的内燃机热 效率。然而，如上所述，工作气体浓度超过值D0越多则氧浓度下降越 多，这导致燃烧状态恶化到不可接受的水平。因此，如上述结构，通 过调节工作气体的量，使得在所获得的燃烧状态指示值是指示比可接 受的预先确定的燃烧状态更好的燃烧状态的值的范围内，最大的量的 工作气体被供给到燃烧室，工作气体浓度变为靠近值D0的值，所以内 燃机热效率可以非常高。
工作气体量调节装置也可以调节供给到燃烧室内的工作气体的量 使得所获得的燃烧状态指示值落入预先确定的范围内。
因此，可以控制工作气体浓度使得燃烧状态将不过分地恶化且将 具有高的热效率。
本发明的第四方面涉及一种用于工作气体循环型内燃机的控制方 法，该内燃机通过在其燃烧室内燃烧氢且使用由该燃烧生成的热来膨 胀其为比热比大于氧的惰性气体的工作气体而生成动力，且将从燃烧 室排放的燃烧后气体内的工作气体再次供给到燃烧室。该控制方法包 括如下步骤：确定所需转矩，该所需转矩是对内燃机所要求的转矩； 基于所需转矩确定要供给到燃烧室内的氢的量和氧的量；将所确定的 量的氢和所确定的量的氧供给到燃烧室；根据所需转矩确定要供给到 燃烧室的工作气体的量；和调节供给到燃烧室的工作气体的量使得所 确定的量的工作气体被供给到燃烧室。
本发明的第五方面涉及一种用于工作气体循环型内燃机的控制方 法，该内燃机通过在其燃烧室内燃烧氢且使用由该燃烧生成的热来膨 胀其为比热比大于氧的惰性气体的工作气体而生成动力，且将从燃烧 室排放的燃烧后气体内的工作气体再次供给到燃烧室。该控制方法包 括如下步骤：确定所需转矩，该所需转矩是对内燃机所要求的转矩； 基于所需转矩确定要供给到燃烧室内的氢的量；将所确定的量的氢供 给到燃烧室；基于所确定的氢的量确定要供给到燃烧室内的氧的量； 将所确定的量的氧供给到燃烧室；基于所需转矩确定要供给到燃烧室 的工作气体的量；和调节供给到燃烧室的工作气体的量使得所确定的 量的工作气体被供给到燃烧室。
本发明的第六方面涉及一种用于工作气体循环型内燃机的控制方 法，该内燃机通过将氢、氧和其为比热比大于氧的惰性气体的工作气 体供给到内燃机的燃烧室且使用由氢燃烧生成的热来膨胀工作气体而 生成动力，并且将从燃烧室排放的燃烧后气体内的工作气体再次供给 到燃烧室。此控制方法包括如下步骤：获得燃烧状态指示值，该燃烧 状态指示值是指示内燃机燃烧状态的值；和基于获得的燃烧状态指示 值调节供给到燃烧室的工作气体的量。
附图说明
从如下参考附图的优选实施例的描述，本发明的前述和另外目的、 特征和优点将变得显而易见，附图中相同的标记用于代表相同的元件， 且其中：
图1是图示内燃机热效率关于用作工作气体的氩的浓度(即氩流 率)的改变的曲线图；
图2是示意性地示出根据本发明的第一实施例的内燃机的方框 图；
图3是图示由图2中示出的电控单元的CPU执行的程序的流程图；
图4是当图2中示出的电控单元的CPU确定氢的需要量时参考的 查询表；
图5是当图2中示出的电控单元的CPU确定氩的需要量时参考的 查询表；
图6是图示由图2中示出的电控单元的CPU执行的另一个程序的 流程图；
图7是图示由图2中示出的电控单元的CPU执行的又一个程序的 流程图；
图8是图示根据本发明的第二实施例的内燃机的运行的曲线图；
图9A和图9B是图示由根据本发明的第二实施例的内燃机的CPU 执行的程序的流程图；
图10是图示由根据本发明的第二实施例的内燃机的CPU执行的 另一个程序的流程图；
图11是图示由根据本发明的第二实施例的内燃机的CPU执行的 又一个程序的流程图；
图12是图示由根据本发明的第二实施例的第一修改例的内燃机 的CPU执行的程序的流程图；
图13是图示根据本发明的第三实施例的内燃机的运行的曲线图；
图14是图示由根据本发明的第三实施例的内燃机的CPU执行的 程序的流程图；
图15是图示由根据本发明的第三实施例的内燃机的CPU执行的 另一个程序的流程图；和
图16是图示由根据本发明的第三实施例的修改例的内燃机的 CPU执行的程序的流程图。

如下将参考附图描述根据本发明的内燃机(即多气缸内燃机)的 实施例。图2是示意性地示出了根据本发明的第一实施例的内燃机10 的方框图。虽然在图2中仅示出了内燃机10的特定气缸的截面，但其 他气缸具有相同结构。此内燃机10是工作气体循环型内燃机(即氢燃 烧封闭循环发动机)，它通过在燃烧室内燃烧氢且使用由燃烧生成的 热来膨胀其为惰性气体的工作气体从而生成动力，然后将从燃烧室排 放的燃烧后气体中的工作气体再次供给到燃烧室内。
工作气体是惰性气体，它用作热膨胀体且优选地具有大于氧的比 热比。为进一步改进内燃机的热效率，工作气体优选地是具有最大可 能的比热比的气体。一些已知的此类气体的例子是由单原子分子构成 的惰性气体，例如氩、氦和氖。氩将在此实施例中用作工作气体。
内燃机10包括由气缸盖部分形成的气缸盖11，由气缸体部分形 成的气缸12，在气缸12内上下移动的活塞13，曲轴14，将活塞13和 曲轴14连接且将曲轴14的旋转运动转化为活塞13的往复运动的连杆 15和连接到气缸体的油盘16。气缸盖11的底表面、气缸12的壁和活 塞13的顶表面一起限定了燃烧室21。
均与燃烧室21连通的进气口31和排气口32形成在气缸盖11内。 打开和关闭进气口31的进气阀33布置在进气口31内，且打开和关闭 排气口32的排气阀34布置在排气口32内。此外，包括点火线圈的火 花塞35布置在气缸盖11的大体上的中心部分。
内燃机10也包括氢供给部分40、氧供给部分50、工作气体循环 路径60、氩供给量调节部分70和电控单元80。
氢供给部分40包括储氢箱41、氢气通路42、氢气压力调节器43、 稳压箱44、稳压箱压力传感器45和气缸内喷射阀(氢喷射阀)46。
储氢箱41是存储箱，它存储10至70MPa的压力的氢气。氢气通 路42是提供储氢箱41和气缸内喷射阀46之间的连通的通路(即氢气 管路或输送管)。氢气压力调节器43和稳压箱44在储氢箱41和气缸 内喷射阀46之间以从储氢箱41侧向气缸内喷射阀46侧的次序插入氢 气通路42中。
氢气压力调节器43是已知的可变压力调节器，它根据指令信号将 氢气通路42(且因此稳压箱44)内在氢气压力调节器43下游的压力 调节到目标氢压力PH2tgt。稳压箱44减小当喷射氢气时在氢气通路42 内生成的脉动。
稳压箱压力传感器45布置在稳压箱44内。稳压箱压力传感器45 检测稳压箱44内的氢气的压力且生成代表检测到的压力(也就是稳压 箱压力，即被喷射的氢气的压力)Psg的信号。气缸内喷射阀46布置 在气缸盖11内以响应驱动信号直接将氢气喷射到燃烧室21内(即气 缸内)。
氧供给部分50包括储氧箱(即氧气箱)51、氧气通路52、氧气 压力调节器53、氧气流率计54和氧气混合器55。
储氧箱51是存储气态氧气的箱。氧气通路52是提供储氧箱51和 氧气混合器55之间的连通的通路(管路)。氧气压力调节器53和氧 气流率计54在储氧箱51和氧气混合器55之间以从储氧箱51侧向氧 气混合器55侧的次序插入氧气通路52中。
氧气压力调节器53是已知的可变压力调节器，它根据指令信号调 节氧气通路52内氧气压力调节器53下游(即在氧气混合器55侧上) 的压力。换言之，氧气压力调节器53能响应指令信号调节流过氧气通 路52的氧气的量。
氧气流率计54测量流过氧气通路52的氧气的量(即氧气流率) 且生成代表氧气流率FO2的信号。氧气混合器55插入工作气体循环路 径60中的第二通路62和第三通路63之间，这将在后文中描述。氧气 混合器55将通过氧气通路52供给的氧和通过第二通路62供给到入口 的气体混合。混合后的气体然后从出口排放到第三通路63。
工作气体循环路径60包括第一到第三通路61至63(即形成第一 到第三流动路径的管路)、冷凝器64和氩气流率计65。
第一通路61将排气口32连接到冷凝器64的入口。第二通路62 将冷凝器64的出口连接到氧气混合器55的入口。氩气流率计65布置 在第二通路62内。第三通路63将氧气混合器55的出口连接到进气口 31。因此，第一通路至第三通路61至63形成封闭路径(循环路径)， 它将气体从排气口32循环到进气口31。
冷凝器64通过经第一通道61从冷凝器64的入口引入从燃烧室 21排放的废气且使用其内的冷却剂W冷却该废气来冷凝，即液化废气 中的水蒸气。因此，冷凝器64将废气中的水蒸气从不可凝结的气体(在 此情况中，不可凝结气体为氩，并且可以包括氢气和/或氧气)分离， 将水蒸气液化且将所得到的水排出系统。此外，冷凝器64将分离后的 不可凝结气体从冷凝器64的出口供给到第二通路62。
氩气流率计65测量每单位时间流过第二通路62的氩气的量(即 氩气流率)且生成表示氩气流率Aract的信号。
氩气供给量调节部分70包括氩存储箱71、氩存储通路72、氩存 储泵73、止回阀74、氩供给通路75和氩供给阀76。
氩存储箱71是存储氩的箱。氩存储通路72将氩存储箱71连接到 第二通路62。氩存储泵73和止回阀74在第二通路62侧到氩存储箱 71之间以从第二通路62侧向氩存储箱71侧的次序插入在氩存储通路 72中。
氩存储泵73是电动泵，它响应于驱动信号而被驱动以将在第二通 路62内流动的氩供给到氩存储箱71。止回阀74仅允许氩沿从氩存储 泵73到氩存储箱71的方向流动且防止它沿相反的方向流动。
氩供给通路75将氩存储箱71连接到第二通路62。氩供给阀76 插入在氩供给通路75内且响应于驱动信号打开和关闭。当氩供给阀76 打开时，氩从氩存储箱71供给到第二通路62。当氩供给阀76关闭时， 停止从氩存储箱71到第二通路62供给氩。
电控单元80主要是已知的微型计算机的电子设备，它包括CPU、 ROM、RAM和接口。电控单元80连接到稳压箱压力传感器45、氧气 流率计54、氩气流率计65、加速踏板操作量传感器81和发动机转速 传感器82。电控单元80从这些传感器和仪表接收多种测量信号(即检 测信号)。
加速踏板操作量传感器81检测加速踏板的操作量AP且输出表示 此操作量的信号Accp。发动机转速传感器82基于曲轴14的旋转速度 生成表示曲轴转角的信号和表示发动机转速的信号NE。
此外，电控单元80也连接到每个气缸的火花塞35、每个气缸的 气缸内喷射阀46、氢气压力调节器43、氧气压力调节器53、氩存储泵 73和氩供给阀76，电控单元80向所有这些发送驱动信号或指令信号。
下面将描述上述构造的内燃机的运行。电控单元80的CPU以预 先确定的时间间隔执行由图3中流程图示出的程序。因此，CPU在预 先确定的时间执行步骤300而开始该程序，然后前进到步骤305至步 骤320，如下面将描述的。
步骤305：CPU基于此时的加速踏板操作量Accp、此时的发动机 转速NE和查询表Maptqtgt获得所所需转矩tqtgt，该转矩是根据驾驶 员的操作对内燃机所要求的转矩。
步骤310：CPU基于在步骤305中获得的所需转矩tqtgt、此时的 发动机转速NE和在图4中示出的查询表MapH2tgt获得所需的氢的量 (在单位时间内所需的氢的量，即所需的氢流率)H2tgt。在图4中示 出的表MapH2tgt是如下的表，在该表中，当内燃机10在氩的量适当 且燃烧状态不过度恶化的范围内以最大热效率运行时，关于每个所需 转矩和每个发动机转速，通过测试设定需要被供给燃烧室21以便内燃 机10产生等于所需转矩的转矩的每单位时间的氢的量(即氢流率)。
步骤315：CPU基于在步骤310中获得的所需的氢的量H2tgt和函 数funcO2获得所需的氧的量(也就是在单位时间内所需的氧的量，即 所需的氧的流率)O2tgt。函数funcO2将所需的氢的量H2tgt转化为摩 尔数，然后获得此摩尔数的一半的氧的量(或获得为所需的氢的量H2tgt 的一半摩尔数加预先确定的裕量之和的摩尔数的氧的量)作为所需的 氧的量O2tgt。在此情况中，所需的氢的量H2tgt是对应于所需转矩tqtgt 的量，所以所需的氧的量O2tgt也是根据所需转矩tqtgt确定的量。
步骤320：CPU基于在步骤305中获得的所需转矩tqtgt、此时的 发动机转速NE和在图5中示出的查询表MapArtgt获得所需的氩的量 (也就是在单位时间内所需的氩的量，即所需的氩的流率)Artgt。表 MapArtgt确定当确定图4中示出的表MapH2tgt时假定的氩的量，且在 表MapArtgt中，通过关于每个所需转矩和每个发动机转速的测试确定 产生内燃机10的最大热效率的氩的量。换言之，供给根据表MapArtgt 确定的氩的量导致在混合气中氩的浓度(即工作气体浓度)变得对于 所需转矩的最优值。
然后，CPU前进到步骤325，在步骤325中，CPU确定从氩气流 率计65获得的氩流率Aract是否与在步骤320中确定的所需的氩的量 Artgt匹配。如果它们二者在此时匹配，则在步骤325中确定为“是” 且CPU前进到步骤395，在步骤395中，CPU结束程序的此循环。
另一方面，如果氩流率Aract不与所需的氩的量Artgt匹配，则在 步骤325中确定为“否”，在此情况中CPU前进到步骤330，在步骤 330中，CPU确定氩流率Aract是否小于所需的氩流率Artgt。如果氩 流率Aract小于所需的氩的量Artgt，则在步骤330中确定为“是”且 CPU前进到步骤335，在步骤335中，CPU打开氩供给阀76。CPU然 后前进到步骤340，在步骤340中，CPU停止对氩存储泵73的驱动。 CPU然后前进到步骤395，在步骤395中，CPU终止程序的此循环。 因此，氩从氩存储箱71供给到第二通路62。作为结果，供给到燃烧室 21的氩的量增加，因此升高了混合气体内的氩的浓度。
另一方面，如果在步骤330中确定氩流率Aract等于或大于所需的 氩的量Artgt，则在步骤330中确定为“否”且CPU前进到步骤345， 在步骤345中，CPU关闭氩供给阀76。然后CPU前进到步骤350，在 步骤350中，CPU驱动氩存储泵73。CPU然后前进到步骤395，在步 骤395中，CPU终止程序的此循环。因此，流过第二通路62的氩的一 些存储在氩存储箱71内。作为结果，供给到燃烧室21的氩的量减少， 因此减少了混合气体内的氩的浓度。
同时，在每个气缸的曲轴转角每次与预先确定的曲轴转角匹配时， CPU执行在图6中示出的氢喷射程序。因此，当给定气缸的曲轴转角 与此气缸的预先确定的曲轴转角匹配时，CPU从步骤600开始该程序， 然后前进到步骤605，在步骤605中，CPU基于在图3中的步骤310 中获得的所需的氢的量H2tgt、此时的发动机转速NE和函数funcinj 确定喷射时间(即气缸内喷射阀46打开的时间)Tinj。在此时，函数 funcinj也可以也基于由稳压箱压力传感器45检测到的稳压箱压力Psg 确定喷射时间Tinj。
然后，CPU前进到步骤610，在步骤610中，CPU进行设定以输 出驱动信号，该驱动信号打开该气缸的气缸内喷射阀46持续喷射时间 Tinj，该喷射时间从该气缸的曲轴转角匹配喷射开始时刻θinj的时间 点开始。CPU然后前进到步骤695，在步骤695中，CPU结束程序的 此循环。
此外，CPU也控制液压气体压力调节器43，使得由稳压箱压力传 感器45检测到的稳压箱压力Psg与通过执行未示出的另一个程序所预 先确定的目标压力匹配。由以上描述的方式，其量对应于所需的氢的 量H2tgt的氢从每个气缸的气缸内喷射阀46喷射。
此外，CPU以预先确定的时间间隔执行在图7中示出的氧流率控 制程序。因此，在预先确定的时间，CPU以步骤700开始该程序，然 后前进到步骤705，在步骤705中，CPU确定从氧气流率计54获得的 氧气流率FO2是否与在图3的步骤315内确定的所需的氧的量O2tgt 匹配。如果它们二者在此时匹配，则在步骤705内确定为“是”且CPU 前进到步骤795，在步骤795中，CPU终止程序的此循环。
另一方面，如果氧气流率FO2与所需的氧的量O2tgt不匹配，则 在步骤705中确定为“否”且CPU前进到步骤710，在步骤710中， CPU确定氧气流率FO2是否小于所需的氧的量O2tgt。如果氧气流率 FO2小于所需的氧的量O2tgt，则在步骤710中确定为“是”且CPU 前进到步骤715，在步骤715中，CPU控制氧气压力调节器53以增加 通过氧气混合器55供给到第三通路63的氧的量。CPU然后前进到步 骤795，在步骤795中，CPU终止程序的此循环。
另一方面，如果在步骤710中确定氧气流率FO2等于或大于所需 的氧的量O2tgt，则在步骤710中确定为“否”且CPU前进到步骤720， 在步骤720中，CPU控制氧气压力调节器53以降低通过氧气混合器55 供给到第三通路63的氧的量。CPU然后前进到步骤795，在步骤795 中，CPU终止程序的此循环。以此方式，其量等于要求的氧的量O2tgt 的氧供给到内燃机10的燃烧室21。
另外，CPU也基于所需转矩tqtgt和发动机转速NE确定点火正时 θig且向相应气缸的火花塞35输出驱动信号(即执行点火的指令信号) 以便在该点火正时θig通过执行未示出的另一个程序而进行点火。作 为结果，氢在燃烧室21内燃烧。
如上所述，根据本发明第一实施例的内燃机10是工作气体循环型 内燃机，它通过在内燃机的燃烧室21内燃烧氢并使用由该燃烧生成的 热来膨胀其为比热比大于氧的惰性气体的工作气体(例如氩)而生成 动力，然后将已从燃烧室排放的燃烧后气体内的工作气体再次供给到 燃烧室内。该内燃机10包括氢供给装置和氧供给装置(即氢供给部分 40，氧供给部分50，和执行图6和图7中示出的程序的电控单元80) 和工作气体量调节装置(即氩供给量调节部分70和执行图3中的步骤 325到步骤350中的合适步骤的电控单元80)。氢供给装置和氧供给 装置确定供给到燃烧室使得内燃机生成对应于所需转矩的转矩的相应 的氢的量和氧的量，且将所确定的量的氢和所确定的量的氧供给到燃 烧室，该所需转矩是对内燃机所要求的转矩(图3中的步骤305到315)。 工作气体量调节装置根据所需转矩确定要供给到燃烧室的工作气体的 量(图3中的步骤320)，且调节供给到燃烧室的工作气体的量，使得 所确定的量的工作气体被供给到燃烧室。
因此，即使氢的量和氧的量因所需转矩改变而改变，内燃机10也 可以根据所需转矩将包括氢、氧和工作气体的混合气体中的工作气体 的浓度改变到希望的值。作为结果，内燃机10的热效率可以改进同时 维持良好的燃烧状态。
而且，内燃机10也可以包括以上所述的氢供给装置、氧供给装置 和工作气体量调节装置。氢供给装置(即氢供给部分40和执行图6中 示出的程序的电控单元80)基于所需转矩确定要供给到燃烧室的氢的 量，且将所确定的量的氢供给到燃烧室，该所需转矩是对内燃机所要 求的转矩(图3中的步骤310)。氧供给装置(即氧供给部分50和执 行图7中示出的程序的电控单元80)基于所确定的氢的量确定要供给 到燃烧室的氧的量(即图3中的步骤315)，且将所确定的量的氧供给 到燃烧室。
因此，氢的量、氧的量和工作气体的量都根据所需转矩初步确定。 作为结果，即使氢的量和氧的量因所需转矩的改变而改变，包括氢、 氧和工作气体的混合气体内的工作气体的浓度可以改变到所需转矩所 希望的值。因此，内燃机的热效率可以改进同时维持良好的燃烧状态。
在第一实施例中，基于所需的氢的量H2tgt确定所需的氧的量 O2tgt。然而，可选地，所需的氧的量O2tgt可以基于所需转矩tqtgt、 发动机转速NE和查询表MapO2tgt而不使用所需的氢的量H2tgt直接 获得。
此外，在第一实施例中，所需的氢的量H2tgt根据所需转矩tqtgt 获得且将所获得的所需的氢的量H2tgt的氢供给到燃烧室21。而且， 获得大于使该所需的氢的量H2tgt的氢燃烧所必需的氧的量的氧作为 所需的氧的量O2tgt，且将该获得的所需的氧的量O2tgt的氧供给到燃 烧室21。
然而，可选地，所需的氢的量H2tgt可以根据所需转矩tqtgt获得， 且可获得摩尔数准确地等于该所需的氢的量H2tgt的摩尔数的一半的 氧的量作为所需的氧的量O2tgt。然后可以将此获得的所需的氧的量 O2tgt的氧和其量大于所需的氢的量H2tgt的氢供给到燃烧室21。
现在将描述根据本发明的第二实施例的内燃机。此内燃机获得指 示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)作为表示内燃机燃烧状态的值 (后文中称为“燃烧状态指标值”)，且基于获得的指示平均有效压 力改变率(σPmi/avePmi)控制氩的量。指示平均有效压力改变率(σ Pmi/avePmi)是值σPmi除以指示平均有效压力的平均值avePmi的商， 该值σPmi是指示平均有效压力Pmi的平均值avePmi和各自指示平均 有效压力Pmi之间的差的累计绝对值的和，如将在后文中详细描述的。 如果燃烧状态恶化，则指示平均有效压力Pmi的改变宽度增加，所以 当燃烧状态恶化时指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)一致地增 加。
燃烧状态指标值也可以使用以上所述的指示平均有效压力改变率 的倒数(avePmi/σPmi)。在此情况中，如果燃烧状态恶化，则指示平 均有效压力Pmi的改变宽度增加。所以当燃烧恶化时指示平均有效压 力改变率的倒数(avePmi/σPmi)一致地减小。
图8是示出当供给到燃烧室21的氧的量和氢的量维持在预先确定 的值时内燃机10的热效率和指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi) 相对于混合气体的氩浓度的改变方式的曲线图。如从图8的曲线图中 显然可见的，当氩浓度从低值逐渐增加时，混合气体的氧浓度相比较 地降低所以燃烧状态恶化。因此，指示平均有效压力改变率(σ Pmi/avePmi)逐渐增加。另一方面，随氩浓度在小于值D0的范围内增 加，热效率增加。
当氩浓度超过略微低于热效率最高处的值D0的值DH时，燃烧状 态因混合气体内的氧浓度过低而恶化到不可接受的水平。即，当氩浓 度处于值D0时热效率最高，但在此状态下，燃烧状态恶化得过多且发 动机振动变得太严重。
因此，此内燃机控制氩浓度，使得其值在值DH和略微低于值DH 的值DL之间。更具体地，当氩浓度为值DH时指示平均有效压力改变 率(σPmi/avePmi)为值PH(＝(σPmi/avePmi)驱动，高侧阈值)， 且当氩浓度为值DL时指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)为值 PL(＝(σPmi/avePmi)高效，低侧阈值)。因此，内燃机控制供给 的氩的量使得指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)落入值PL和 值PH之间的范围内且靠近值PH(即，使得氩浓度处于其最大值)。 作为结果，此内燃机可以以非常高的热效率运行而不导致燃烧状态的 过度恶化。
实际上，根据第二实施例的内燃机与根据第一实施例的内燃机10 不同之处在于，它还包括由图2中的虚线指示的气缸内压力传感器83， 且电控单元80的CPU执行在图9A和图9B至图11的流程图中示出的 程序而不是执行图3中的程序。因此，如下描述将集中于这些不同点。 气缸内压力传感器83检测气缸21内的压力(即气缸内压力)且向电 控单元80输出代表检测到的气缸内压力Pcy的信号。
当所需的氩的量Artgt跟随所需转矩tqtgt的突然改变而突然改变 时，CPU在预先确定的时间段执行对氩的量的开环控制，然后基于指 示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)执行对氩的量的反馈控制。
更具体地，在图9A和图9B中示出的氩的量开环控制程序以预先 确定的时间间隔执行。在图9A和图9B中与在图3中那些步骤相同的 步骤将以相同的附图标记表示。
在预先确定的时间，CPU从步骤900开始该程序，然后执行以上 所述的步骤305至320。作为结果，确定所需转矩tqtgt、所需的氢的量 H2tgt、所需的氧的量O2tgt和所需的氩的量Artgt。然后，CPU前进到 步骤905，在步骤905中，CPU获得上次执行该程序时的所需的氩的量 Artgtold(下文中称为“上次所需的氩的量Artgtold”)和当前时间的 所需的氩的量Artgt(下文中称为“当前所需的氩的量Artgt”)之间的 差异作为所需的氩改变量dArtgt。CPU然后前进到步骤910，在步骤 910中，CPU确定所需的氩改变量dArtgt的绝对值是否大于参考值 dArth。
如果所需的氩的量Artgt现在跟随所需转矩tqtgt的突然改变而突 然改变，则在步骤910中确定为“是”且CPU前进到步骤915，在步 骤915中，CPU将反馈允许标记XFB的值设定为“0”。CPU然后前 进到步骤325，在步骤325中，CPU确定当前时间的实际氩流率Aract 是否与所需的氩的量Artgt匹配。
当前时间刚好在所需的氩的量Artgt突然改变之后。因此，氩流率 Aract和所需的氩的量Artgt不匹配。作为结果，在步骤325中确定为 “否”，所以CPU执行步骤330到步骤350中的适当步骤。作为结果， 实际氩流率Aract向着所需的氩的量Artgt改变。然后，CPU前进到步 骤920，在步骤920中，CPU设定当前所需的氩的量Artgt作为上次所 需的氩的量Artgtold。CPU然后前进到步骤995，在步骤995中，CPU 结束程序的此循环。
此后，如果所需的氩的量持续稳定，则当CPU前进到步骤910时， 在此步骤中确定为“否”，所以CPU前进到步骤925，在步骤925中， CPU确定反馈允许标记XFB的值是否为“0”。在此情况中，反馈允 许标记XFB的值为“0”，所以在步骤925中确定为“是”，此后CPU 再次前进到步骤325和其后的步骤。
只要所需的氩的量Artgt不突然改变，就重复执行程序中的这些步 骤。因此，在经过了预先确定的时间段后，实际氩流率Aract将与所需 的氩的量Artgt匹配。此时当CPU执行图9A和9B中示出的程序时， 在步骤325中确定为“是”，所以CPU前进到步骤930，在步骤930 中，CPU将反馈允许标记XFB的值设为“1”。以这种方式，该控制 使实际氩流率Aract迅速接近突然改变后的所需的氩的量Artgt。
同时，CPU以预先确定的时间间隔重复执行在图10的流程图中示 出的氩的量反馈控制程序。因此，在预先确定的时间，CPU从步骤1000 开始该程序，然后在步骤1005中确定反馈允许标记XFB的值是否为 “1”。
如果在此时反馈允许标记XFB的值为“0”，则在步骤1005中确 定为“否”，所以CPU直接前进到步骤1095，在步骤1095中，CPU 终止程序的此循环。即当反馈允许标记XFB的值为“0”时，CPU不 执行对氩的量的反馈控制。
另一方面，如果在上述的图9A和图9B中的步骤930中反馈允许 标记XFB的值设定为“1”，则在步骤1005中确定为“是”，所以CPU 前进到步骤1010，在步骤1010中，CPU确定指示平均有效压力改变宽 度的累计值σPmi是否刚被更新。如将在下文中描述的，当内燃机已稳 定运行预先确定的时间段时(即当所需转矩tqtgt在预先确定的时间段 内不曾改变时)，指示平均有效压力改变宽度的累计值σPmi被更新。
如下描述基于指示平均有效压力改变宽度的累计值σPmi刚被更 新的假设。因此，在步骤1010中确定为“是”，所以CPU前进到步骤 1015，在步骤1015中，CPU确定指示平均有效压力改变率(σ Pmi/avePmi)是否大于以上所述的低侧阈值PL且小于以上所述的高侧 阈值PH。即，CPU确定指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)是 否在低侧阈值PL和高侧阈值PH之间的范围之内。如果指示平均有效 压力改变率(σPmi/avePmi)在低侧阈值PL和高侧阈值PH之间的范 围内，则在步骤1015中确定为“是”，所以CPU前进到步骤1095， 在步骤1095中，CPU终止程序的此循环。
另一方面，如果指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)不在 低侧阈值PL和高侧阈值PH之间的范围内，则在步骤1015中确定为 “否”，所以CPU前进到步骤1020，在步骤1020中，CPU确定指示 平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)是否大于高侧阈值PH。如果指 示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)大于高侧阈值PH，则意味着 氩的量(即氩浓度)过大且燃烧已变得不稳定到不可接受的程度。因 此，在此情况中在步骤1020中确定为“是”，所以CPU前进到步骤 1025，在步骤1025中，CPU关闭氩供给阀76。CPU然后继续前进到 步骤1030，在步骤1030中，CPU驱动氩存储泵73。CPU然后前进到 步骤1095，在步骤1095中，CPU终止程序的此循环。因此，流过第二 通路62的氩的一些被存储在氩存储箱71内，这降低了供给到燃烧室 21的氩的量(即混合物的氩浓度降低)。
另一方面，如果在步骤1020中确定指示平均有效压力改变率(σ Pmi/avePmi)等于或小于高侧阈值PH，则意味着即使氩的量(即氩浓 度)增加，燃烧也将不变得不稳定到不可接受的程度，且可以改进热 效率。因此，在此情况中在步骤1020中确定为“否”，所以CPU前进 到步骤1035，在步骤1035中，CPU打开氩供给阀76。CPU然后前进 到步骤1040，在步骤1040中，CPU停止驱动氩存储泵73。然后CPU 前进到步骤1095，在步骤1095中，它终止程序的此循环。因此，氩从 氩存储箱71供给到第二通路62，所以混合物氩浓度增加。因此根据此 程序，执行对于氩浓度的反馈控制，使得氩浓度变成燃烧不会变得不 稳定的范围内的最大值(即，指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi) 处于低侧阈值和高侧阈值之间的范围内)。
在所需转矩tqtgt的突然改变后，实际氩流率Aract变得与所需的 氩的量Artgt匹配，因而在程序的上一循环中在图9A和图9B中的步 骤930中将反馈允许标记XFB设定为“1”，当在这中状态中所需转矩 tqtgt不突然改变时，在该程序的当前循环中的步骤910和步骤925中 确定为“否”，所以CPU直接前进到步骤995。因此，在此情况中， 不执行对氩的量的开环控制(即前馈控制)。
而且，当CPU不是刚好在指示平均有效压力改变宽度的累计值σ Pmi更新后的时刻执行图10中的步骤1010时，在步骤1010中确定为 “否”，所以CPU直接前进到步骤1095。因此，每当指示平均有效压 力改变宽度的累计值σPmi被更新时，执行对氩的量的反馈控制。
此外，为计算指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)，CPU 以预先确定的时间间隔重复执行在图11的流程图内示出的程序。因此， 在预先确定的时间，CPU从步骤1100开始该程序，然后在步骤S1105 中，CPU确定在反馈允许标记XFB的值从“0”变化到“1”后是否已 完成了N个或更多个循环(即内燃机是否旋转了2×N次或更多次)。 此时，如果在反馈允许标记XFB的值从“0”变化到“1”后未完成N 个或更多个循环，则在步骤1105中确定为“否”，所以CPU前进到步 骤S1195，在步骤S1195中，CPU终止程序的此循环。因此，在此情 况中指示平均有效压力改变宽度的累计值σPmi不更新。
另一方面，如果在反馈允许标记XFB的值从“0”变化到“1”后 已完成了N个或更多个循环，则在步骤1105中确定为“是”，所以 CPU前进到步骤1110，在步骤1110中，CPU确定自指示平均有效压 力改变宽度的累计值σPmi上次更新是否已完成了N个或更多个循环。 如果在此时自指示平均有效压力改变宽度的累计值σPmi的上次更新 未完成N个或更多个循环，则在步骤1110中确定为“否”，所以CPU 直接前进到步骤1195，在步骤1195中，CPU结束程序的此循环。因此， 指示平均有效压力改变宽度的累计值σPmi不更新。
假定现在自指示平均有效压力改变宽度的累计值σPmi的上次更 新已完成了N个或更多个循环，则在步骤1110中确定为“是”，所以 CPU前进到步骤1115，在步骤1115中，CPU计算过去的N个循环的 指示平均有效压力Pmi的平均值作为指示平均有效压力平均值 avePmi。每个循环的指示平均有效压力Pmi基于由气缸内压力传感器 83检测到的气缸内压力Pcy和由发动机转速传感器82检测到的曲轴转 角根据未示出的程序单独计算，然后存储在RAM中。
然后，CPU前进到步骤1120，在步骤1120中，CPU获得过去的 N个循环的每个循环的指示平均有效压力Pmi与这些过去的N个循环 的指示平均有效压力平均值avePmi之间的差的绝对值，将这些绝对值 在过去的N个循环上累计且使得该累计值成为指示平均有效压力改变 宽度的累计值σPmi。CPU然后前进到步骤1195，在步骤1195中，CPU 结束程序的此循环。因此计算出指示平均有效压力平均值avePmi和指 示平均有效压力改变宽度的累计值σPmi。
因为步骤1105，不更新指示平均有效压力改变宽度的累计值σPmi 直至在反馈允许标记从“0”变化到“1”后已经完成N个循环。因此， 在此时不执行根据图10中的步骤1015至步骤1040的氩量反馈控制。 这是因为在所需转矩tqtgt突然改变后，在实际的氩的量Aract大体上 达到匹配基于突然改变后的所需转矩的根据开环控制的所需的氩的量 Artgt后，有必要再次获得指示平均有效压力平均值avePmi和指示平均 有效压力改变宽度的累计值σPmi，即再次获得指示平均有效压力改变 率(σPmi/avePmi)，该比值是燃烧状态指示值。
如以上所描述的，根据第二实施例的内燃机是类似于第一实施例 的内燃机的工作气体循环型内燃机，该内燃机包括燃烧状态指示值获 得装置(即气缸内压力传感器83和执行图11中示出的程序的电控单 元80)以用于获得燃烧状态指示值，该燃烧状态指示值是表示内燃机 燃烧状态的值，并包括工作气体量调节装置(即氩供给量调节部分70 和执行图10中示出的程序的电控单元80)以基于所获得的燃烧状态指 示值来调节供给到燃烧室的工作气体的量。
因此，根据第二实施例的内燃机可以根据实际燃烧状态改变影响 燃烧状态的工作气体的量(即氩气量)。作为结果，氩浓度可以在实 际燃烧状态不恶化到不可接受的水平的范围内改变，因而内燃机可以 以大体上最大热效率运行而不使燃烧状态过度地恶化。通过将氩浓度 的反馈控制范围设定到可获得更稳定的燃烧状态的范围(即，例如通 过执行对氩的量的反馈控制使得指示平均有效压力改变率(σ Pmi/avePmi)处于值DL和小于值DL的值之间的范围内)，可以维持 良好的燃烧状态同时维持相对地高的热效率。
根据第二实施例的第一修改例的内燃机与第二实施例的内燃机的 差异仅在于CPU以预先确定的时间间隔执行在图12中的流程图内示出 的氩量反馈控制程序而不是图10中示出的程序。因此，如下描述将集 中在此差异上。图12中的与图10中的步骤相同的步骤将以相同的附 图标记表示。
也根据在图12中示出的程序，仅在步骤1005和步骤1010中确定 为“是”且CPU已前进到步骤1205及其后续步骤的情况中对氩的量执 行反馈控制。更具体地，在步骤1205中CPU确定指示平均有效压力改 变率(σPmi/avePmi)是否小于低侧阈值PL。如果指示平均有效压力 改变率(σPmi/avePmi)小于低侧阈值PL，则CPU前进到步骤1035 和步骤1040，在该步骤中CPU增加供给到燃烧室21的氩的量(即增 加混合物内的氩浓度)。
另一方面，如果在步骤1205中确定指示平均有效压力改变率(σ Pmi/avePmi)等于或大于低侧阈值PL，则在步骤1205中确定为“否”， 所以CPU前进到步骤1020，在步骤1020中，CPU确定指示平均有效 压力改变率(σPmi/avePmi)是否大于高侧阈值PH。如果指示平均有 效压力改变率(σPmi/avePmi)大于高侧阈值PH，则在步骤1020中确 定为“是”，所以CPU前进到步骤1025和步骤1030，在该步骤中CPU 降低供给到燃烧室21的氩的量(即降低混合物内的氩浓度)。
作为结果，氩浓度被控制到大于图8中示出的值DL但小于图8 中示出的值DH的范围内。因此，燃烧状态将不变得不稳定且热效率可 以维持在非常高的值。
根据第二实施例的第二修改例，CPU执行仅包括图9A和图9B内 的步骤305至步骤315的程序而不是执行图9A和图9B内的整个程序， 以及执行图10中的程序但省略步骤1005而不是执行图10中的整个程 序。因此，省略了开环控制。类似地，CPU也可以执行仅包括图9A和 图9B内的步骤305至步骤315的程序而不是执行图9A和图9B内的 整个程序，以及执行图12中的程序但省略步骤1005而不是执行图12 中的整个程序。在此情况中也省略了开环控制。
然后，将描述根据本发明的第三实施例的内燃机。此内燃机与根 据第二实施例的内燃机的差异在于它使用发动机转速改变率(σ NE/aveNE)而不是根据第二实施例的内燃机所使用的指示平均有效压 力改变率(σPmi/avePmi)作为燃烧状态指示值。因此，如下的描述将 集中在此差异上。
发动机转速改变率(σNE/aveNE)是值σNE除以发动机转速平 均值aveNE的商(σNE/aveNE)，该值σNE是在预先确定的时间(过 去的N个循环)的发动机转速的平均值aveNE和相对于此时的预先确 定的曲轴转角量(例如，对应于发动机的一个循环的720度曲轴转角) 的发动机转速的瞬时值NE之间的差的累计绝对值之和(在后文中该值 σNE将称为“发动机转速改变宽度累计值σNE”)。如果燃烧状态恶 化，则发动机转速NE的改变宽度增加，所以发动机转速改变率(σ NE/aveNE)随着燃烧状态恶化而一致地增加。也就是说，发动机转速 改变率(σNE/aveNE)根据燃烧状态改变，类似于指示平均有效压力 改变率(σPmi/avePmi)。
燃烧状态指示值也可以使用以上所述的发动机转速改变率的倒数 (aveNE/σNE)。在此情况中，如果燃烧状态恶化，则发动机转速NE 的改变宽度增加。因此，发动机转速改变率的倒数(aveNE/σNE)随 着燃烧状态恶化而一致地降低。
图13是示出当供给到燃烧室21的氧的量和氢的量维持在预先确 定的值时内燃机10的热效率和发动机转速改变率(σNE/aveNE)相对 于混合气体的氩浓度的变化方式的曲线图。正如比较图13的曲线与图 8的曲线时显然可见的，即使使用发动机转速改变率(σNE/aveNE) 代替指示平均有效压力改变率(σPmi/avePmi)作为燃烧状态指示值， 也可以将氩浓度控制到值DL和值DH之间的值。
更具体地，当氩浓度为值DH时发动机转速改变率(σNE/aveNE) 为值NH(＝(σNE/aveNE)驱动，高侧阈值)，且当氩浓度为值DL 时发动机转速改变率(σNE/aveNE)为值NL(＝(σNE/aveNE)高 效，低侧阈值)。因此，此内燃机控制氩供给量，使得发动机转速改 变率(σNE/aveNE)在值NL和值NH之间且氩浓度处于其最大值(即， 使得发动机转速改变率(σNE/aveNE)尽可能靠近值NH)。因此， 此内燃机可以以非常高的效率运行而不过度地使燃烧状态恶化。
此内燃机与第二实施例的内燃机的不同之处仅在于CPU分别执行 图14和图15中示出的程序而不是执行图10和图11中示出的程序。 因此，如下描述将集中在此差异上。图14中的与图10中的步骤相同 的步骤将以相同的附图标记表示，且图15中的与图11中的步骤相同 的步骤将以相同的附图标记表示。
如从图10和图14的对比可理解的，如果发动机转速改变率(σ NE/aveNE)在低侧阈值NL和高侧阈值NH之间的范围内，则在步骤 1420中确定为“是”，所以此内燃机的CPU直接前进到步骤1495，在 步骤1495中，CPU终止程序的此循环。因此，在此情况中氩的量(即 氩浓度)不改变。
如果当发动机转速改变率(σNE/aveNE)在低侧阈值NL和高侧 阈值NH之间的范围内时发动机转速改变率(σNE/aveNE)大于高侧 阈值NH，则CPU前进到步骤1025和1030，在该步骤中，CPU降低 供给到燃烧室21的氩的量(即降低混合物内的氩浓度)。另一方面， 如果发动机转速改变率(σNE/aveNE)不在低侧阈值NL和高侧阈值 NH之间的范围内且等于或小于高侧阈值NH，则CPU前进到步骤1035 和1040，在该步骤中，CPU增加供给到燃烧室21的氩的量(即增加混 合物内的氩浓度)。
此外，如比较图11和图15显然可见的，此内燃机的CPU仅当满 足所有以下三个条件时在步骤1515中计算发动机转速平均值aveNE并 在步骤1520中计算发动机转速改变宽度累计值σNE。
(第一条件)在反馈允许标记XFB的值从“0”改变到“1”后已 完成了N个或更多个循环(步骤1105)。(第二条件)在上次更新发 动机转速改变宽度累计值σNE后已完成了N个或更多个循环(步骤 1505)。
(第三条件)内燃机已从过去的N个或更多个循环持续稳定地运 行至当前(步骤1510)。即，例如在从过去的N个循环到当前的时间 段内的加速踏板操作量Accp的改变率(dAccp/dt)的绝对值的最大值 等于或小于预先确定的值，且发动机转速NE的改变量(dNE/dt)的绝 对值的最大值等于或小于预先确定的值。提供第三条件(步骤1510) 以从发动机转速改变宽度累计值σNE中消除基于驾驶员操作的发动 机转速NE改变，以便在发动机转速改变率(σNE/aveNE)中仅反映 氩浓度对燃烧状态的影响。此第三条件不是绝对必需的。
因此，CPU执行对氩浓度的反馈控制，使得氩浓度变为在燃烧将 不变得不稳定的范围内(即发动机转速改变率(σNE/aveNE)在低侧 阈值NL和高侧阈值NH之间的范围内)的最大值。作为结果，内燃机 可以在实际燃烧状态将不恶化到不可接受的水平的范围内以大体上最 高的热效率运行。
正如第二实施例和第二实施例的第一修改例之间的关系，同样， 在第三实施例中，也可以通过执行在图16的流程图中示出的程序而不 是执行在图14中示出的程序，从而控制氩浓度使得发动机转速改变率 (σNE/aveNE)维持在低侧阈值NL和高侧阈值NH之间的范围内。
氩浓度的反馈控制范围也可以设定为可以实现更稳定的燃烧的范 围。即，例如，也可以控制氩浓度使得发动机转速改变率(σNE/aveNE) 落入低侧阈值NL和小于低侧阈值NL的值之间的范围内。因此可以维 持更好的燃烧状态同时维持相对高的热效率。
如上所述，根据本发明的内燃机的多种实施例可以根据所需转矩 和燃烧状态控制混合物的氩浓度(即供给到燃烧室21的氩的量)，因 此使得发动机能以高的热效率运行。然而，本发明不限于前述的实施 例。相反，多种改进型和等同装置也在本发明的范围内。例如，本发 明当然也可以应用于通过扩散燃烧来燃烧氢气的柴油发动机。