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JP4952654B2 - 内燃機関の制御システム - Google Patents

内燃機関の制御システム Download PDF

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JP4952654B2
JP4952654B2 JP2008133590A JP2008133590A JP4952654B2 JP 4952654 B2 JP4952654 B2 JP 4952654B2 JP 2008133590 A JP2008133590 A JP 2008133590A JP 2008133590 A JP2008133590 A JP 2008133590A JP 4952654 B2 JP4952654 B2 JP 4952654B2
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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、排気の一部をEGRガスとして内燃機関の吸気通路に導入するEGR装置を備えた内燃機関の制御システムに関する。
従来、一端が排気通路に接続されており他端が吸気通路に接続されたEGR通路及び該EGR通路に設けられたEGR弁を有し、EGR通路を介して排気をEGRガスとして吸気通路に導入するEGR装置が知られている。このようなEGR装置においては、EGR弁の開度を変化させることで、EGR通路を介して吸気通路に導入されるEGRガスの量が制御され、その結果、内燃機関に流入するEGRガスの量が制御される。
内燃機関の運転状態が減速運転となると、吸気通路に設けられたスロットル弁が吸入空気量を減少させるべく閉弁方向に制御される。このとき、吸入空気量の減少に応じてEGRガスの量を減少させるべくEGR弁も閉弁方向に制御される。
ここで、内燃機関の吸気通路において、サージタンクより上流側にスロットル弁が設けられ、該サージタンクより下流側にEGR通路の他端が接続されている場合がある。この場合、上記のように吸入空気量の減少に応じてEGRガスの量を減少させようとすると、内燃機関の気筒内におけるEGRガスの量(以下、筒内EGRガス量と称する)の変化は内燃機関の気筒内における空気量(以下、筒内空気量と称する)の変化に比べて遅くなる(筒内EGRガス量の変化は筒内空気量の変化よりも応答遅れが大きい)。そのため、減速運転時においては、気筒内におけるガスのEGR率(以下、筒内EGR率と称する)が過剰に高くなり、その結果、失火やトルクの低下を招く虞がある。
特許文献1には、エンジン負荷が急速に減少する急減速状態が発生したときは、ISCバルブの開度を通常時よりも大きくして補助空気の供給増大を行う技術が開示されている。また、この特許文献1には、補助空気増大に伴う出力変化をキャンセルするために、補助空気量の量に応じて点火時期を遅角させる技術も開示されている。
また、特許文献2には、減速時において、スロットル弁が閉弁方向に作動されるときに、目標スロットル弁開度に応じて目標EGR制御値の上限値に制限を与える技術が開示されている。
また、特許文献3には、EGR弁の開度が変更されることで生じたEGR率の変化に伴うポンピングロス変化分の補正と、EGR率の変化による燃焼状態変化分の補正とを、スロットル弁の開度に対して別々のタイミングで行う技術が開示されている。
特開平9−209798号公報 特開2004−100464号公報 特開2001−152916号公報
本発明は、排気の一部をEGRガスとして内燃機関の吸気通路に導入するEGR装置を備えた内燃機関において、減速運転時における失火の発生を抑制すると共に、減速運転時におけるトルクをより好適に制御することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明では、EGR装置を備えた内燃機関において、内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、先ずEGR弁の開度を減少させ、その後、筒内EGRガス量が所定量以下となってから空気量制御弁の開度を減少させる。さらに、減速運転中においては、内燃機関での点火時期をMBT(Minimum advance for best torque)より遅角させる。
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の制御システムは、
一端が排気通路に接続されており他端が吸気通路におけるサージタンクより下流側に接続されたEGR通路及び該EGR通路に設けられたEGR弁を有し、前記EGR通路を介して排気をEGRガスとして吸気系に導入するEGR装置と、
吸気通路におけるサージタンクよりも上流側に設けられ、内燃機関の吸入空気量を制御する空気量制御弁と、
前記EGR弁の開度を制御するEGR弁制御手段と、
前記空気量制御弁の開度を制御する空気量制御弁制御手段と、
内燃機関における点火時期を制御する点火時期制御手段と、
内燃機関の気筒内におけるEGRガスの量である筒内EGRガス量を推定する筒内EGRガス量推定手段と、
内燃機関の運転状態が減速運転中であるときの内燃機関のトルクの目標値である減速中目標トルクを算出する減速中目標トルク算出手段と、を備え、
内燃機関の運転状態が減速運転状態となったときに、前記EGR弁制御手段によって前記EGR弁の開度を減少させ、その後、筒内EGRガス量が所定量以下まで減少してから前記空気量制御弁制御手段によって前記空気量制御弁の開度を減少させ、且つ、
内燃機関の運転状態が減速運転中であるときは、内燃機関のトルクが減速中目標トルクとなるように前記点火時期制御手段によって内燃機関での点火時期をMBTより遅角させることを特徴とする。
ここで、所定量は、減速運転終了後において気筒内での燃焼が可能な筒内EGRガス量の上限値以下の値であってもよい。また、該所定量を、減速運転終了後における筒内EGR率の目標値に対応した筒内EGRガス量としてもよい。
本発明では、減速運転時において、EGR弁の開度を減少させた後、筒内EGRガス量が十分に減少してから空気量制御弁の開度を減少させる。そのため、減速運転時において、筒内EGR率が過剰に高くなることを抑制することが出来る。
また、本発明では、減速運転中は、内燃機関での点火時期をMBTより遅角させることで、内燃機関のトルクを減速中目標トルクに制御する。これにより、空気量制御弁の開度を減少させる前においても、内燃機関のトルクを低下させることが出来る。
従って、本発明によれば、減速運転時における失火の発生を抑制することが出来ると共に、減速運転時におけるトルクをより好適に制御することが出来る。
本発明においては、筒内空気量推定手段、減速後トルク算出手段、減速後EGR率算出手段、目標EGR弁開度算出手段、目標空気量制御弁開度算出手段、減速中EGR率推定手段、減速中MBTトルク推定手段及び遅角量算出手段をさらに備えてもよい。
筒内空気量推定手段は筒内空気量を推定する。減速後トルク算出手段は、内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速運転終了後の内燃機関のトルクの目標値である減速後トルクを算出する。減速後EGR率算出手段は、内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速後トルクに対応した筒内EGR率である減速後EGR率を算出する。目標EGR弁開度算出手段は、内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速後EGR率に対応したEGR弁の開度を算出する。目標空気量制御弁開度算出手段は、内燃機関
の運転状態が減速運転となったときに、減速後トルクに対応した空気量制御弁の開度である目標空気量制御弁開度を算出する。
また、減速中EGR率推定手段は、減速運転中における筒内EGR率である減速中EGR率を筒内空気量及び筒内EGRガス量に基づいて推定する。減速中MBTトルク推定手段は、内燃機関の運転状態が減速運転中であるときの内燃機関における点火時期をMBTと仮定した場合のトルクである減速中MBTトルクを筒内空気量及び減速中EGR率に基づいて推定する。遅角量算出手段は、減速中目標トルクと減速中MBTトルクとの差に基づいて減速運転中における点火時期のMBTからの遅角量を算出する。
そして、本発明が上記各手段を備えている場合は、内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、EGR弁の開度を目標EGR弁開度に制御し、その後、筒内EGRガス量が所定量以下まで減少してから空気量制御弁の開度を目標空気量制御弁開度に制御する。また、内燃機関の運転状態が減速運転中であるときは、点火時期制御手段によって、内燃機関での点火時期をMBTより遅角量算出手段によって算出される遅角量分遅角させる。
上記によれば、減速中目標トルクと減速中MBTトルクとの差に基づいて減速運転中における点火時期のMBTからの遅角量が算出される。これにより、減速運転中におけるトルクをより高精度で減速中目標トルクに制御することが出来る。
また、本発明においては、前記減速後トルク算出手段に代えて、減速後空気量算出手段を備えてもよい。減速後空気量算出手段は、内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、該減速運転終了後の内燃機関の吸入空気量の目標値である減速後空気量を算出する。この場合、前記減速後EGR率算出手段は、内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速後EGR率を減速後空気量に対応したEGR率として算出する。また、目標空気量制御弁開度算出手段は、目標空気量制御弁開度を減速後空気量に対応した空気量制御弁の開度として算出する。
このような構成の場合においても、減速運転時には、上記と同様、EGR弁の開度、空気量制御弁の開度及び内燃機関での点火時期を制御する。これにより、上記と同様の効果を得ることが出来る。
また、本発明においては、減速中MBTトルク推定手段が、基準燃焼仕事算出手段、基準ポンプ損失算出手段、燃焼仕事補正手段、ポンプ損失補正手段及び図示トルク算出手段を有してもよい。
燃焼仕事算出手段は、内燃機関における点火時期をMBTとした場合の圧縮行程及び膨張行程の間における仕事の和の基準値である基準燃焼仕事を少なくとも筒内空気量に基づいて算出する。ポンプ損失算出手段は、吸気行程及び膨張行程の間におけるポンプ損失の基準値である基準ポンプ損失を少なくとも筒内空気量に基づいて算出する。燃焼仕事補正手段は、燃焼仕事推定手段によって推定される基準燃焼仕事を減速中EGR率に基づいて補正する。ポンプ損失補正手段は、ポンプ損失推定手段によって推定される基準ポンプ損失を減速中EGR率に基づいて補正する。図示トルク算出手段は、燃焼仕事補正手段によって補正された燃焼仕事からポンプ損失補正手段によって補正されたポンプ損失を減算した値に基づいて図示トルクを算出する。
そして、この場合、減速中MBTトルク推定手段は、図示トルク算出手段によって算出される図示トルクに基づいて減速中MBTトルクを推定する。
燃焼仕事及びポンプ損失は共に筒内EGR率の変化に伴って変化する。しかしながら、
燃焼仕事及びポンプ損失の筒内EGR率に対する変化の仕方はそれぞれ異なる。上記においては、基準燃焼仕事及び基準ポンプ損失が減速中EGR率に基づいてそれぞれ別々に補正される。そして、補正後のそれぞれの値に基づいて図示トルクが算出され、該図示トルクに基づいて減速運転中におけるトルクが推定される。そのため、減速中MBTトルクをより効率的且つより高精度で推定することが出来る。
本発明によれば、排気の一部をEGRガスとして内燃機関の吸気通路に導入するEGR装置を備えた内燃機関において、減速運転時における失火の発生を抑制すると共に、減速運転時におけるトルクをより好適に制御することが出来る。
以下、本発明に係る内燃機関の制御システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
<実施例1>
(内燃機関及びその吸排気系の概略構成)
図1は、本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関1は4つの気筒2を有する車両駆動用のガソリンエンジンである。各気筒2の吸気ポートには燃料噴射弁(図示せず)が設けられている。各気筒2には該気筒2内に供給される混合気に点火する点火プラグ3が設けられている。
内燃機関1には、インテークマニホールド5及びエキゾーストマニホールド7が接続されている。インテークマニホールド5には吸気通路4の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド7には排気通路6の一端が接続されている。
吸気通路4にはターボチャージャ8のコンプレッサハウジング8aが設置されている。排気通路6にはターボチャージャ8のタービンハウジング8bが設置されている。
吸気通路4におけるコンプレッサハウジング8aよりも下流側且つサージタンク13よりも上流側にはスロットル弁9が設けられている。排気通路6におけるタービンハウジング8bより下流側には三元触媒10が設けられている。
吸気通路に4におけるコンプレッサハウジング8aよりも上流側にはエアフローメータ11が設けられている。インテークマニホールド5には吸気圧を検出する圧力センサ12が設けられている。
本実施例に係る内燃機関1は排気の一部をEGRガスとして吸気系に導入するEGR装置14を備えている。EGR装置14は、EGR通路15及びEGR弁16を有している。EGR通路15は、その一端がエキゾーストマニホールド7に接続されその他端がインテークマニホールド5に接続されている。EGR弁16はEGR通路15に設けられている。このような構成により、EGR通路15を介してEGRガスがエキゾーストマニホールド7からインテークマニホールド5に導入される。また、EGR弁16の開度を変化させることで、インテークマニホールド5に導入されるEGRガスの量が制御される。
内燃機関1には電子制御ユニット(ECU)20が併設されている。このECU20は内燃機関1の運転状態等を制御するユニットである。ECU20には、エアフローメータ11、圧力センサ12、空燃比センサ13、クランクポジションセンサ21及びアクセル開度センサ22が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ21は内燃機関1のクランク角を検出する。アクセル開度センサ22は内燃機関1を搭載した車両のアクセ
ル開度を検出する。各センサの出力信号がECU20に入力される。
ECU20は、クランクポジションセンサ21の検出値に基づいて内燃機関1の機関回転数を導出する。また、ECU20は、アクセル開度センサ22の検出値に基づいて内燃機関1の機関負荷を導出する。
また、ECU20には、各気筒2の燃料噴射弁、各点火プラグ3、スロットル弁9及びEGR弁16が電気的に接続されている。そして、ECU20によってこれらが制御される。
(減速運転時の制御)
本実施例では、EGR装置14によってEGRガスがインテークマニホールド5に導入されることにより該EGRガスが吸入空気と共に内燃機関1に供給される。これにより、内燃機関1から排出されるNOxの量が抑制される。
内燃機関1を搭載した車両のアクセル開度が減少し、内燃機関1の運転状態が減速運転となると、吸入空気量を減少させるべくスロットル弁9が閉弁方向に制御され、それに伴って、筒内EGRガス量を減少させるべくEGR弁16も閉弁方向に制御される。このとき、筒内空気量の変化に比べて筒内EGRガス量の変化は応答遅れが大きい。そのため、スロットル弁9及びEGR弁16を同様のタイミングで制御した場合、筒内EGR率が過剰に高くなり、その結果、失火やトルクの低下を招く虞がある。
そのため、本実施例においては、このような減速運転時における筒内EGR率の過剰な上昇を抑制すべく、内燃機関1の運転状態が減速運転となったときは、先ずEGR弁16の開度を減少させ、その後、筒内EGR率が十分に減少してからスロットル弁9の開度を減少させる。
以下、本実施例に係る、減速運転時におけるスロットル弁9の開度、EGR弁16の開度及び点火プラグ3による点火時期について図2に基づいて説明する。図2は、減速運転時における、アクセル開度、目標トルク、EGR弁16の開度、筒内EGRガス量、スロットル弁9の開度、筒内空気量、点火プラグ3による点火時期をMBTとした場合の推定トルク(以下、MBTトルクと称する)、及び、点火プラグ3による点火時期(以下、単に点火時期と称する)の推移を示すタイムチャートである。
図2においては、(1)の時点でアクセル開度が減少する。このとき、減少後のアクセル開度Accelaに基づいて減速運転終了後の内燃機関1のトルクの目標値である減速後トルクTrtaがECU20によって算出される。また、減速後トルクTrtaに対応した筒内空気量である減速後空気量QairtaがECU20によって算出される。また、減速後トルクTrtaに対応したスロットル弁9の開度である目標スロットル弁開度Vsta及び減速後トルクTrtaに対応した筒内EGR率である減速後EGR率RegrtaがECU20によって算出される。さらに、減速後EGR率Regrtaに対応したEGR弁16の開度である目標EGR弁開度VegrtaがECU20によって算出される。
そして、本実施例では、先ず(1)の時点で、EGR弁16の開度が目標EGR弁開度Vegrtaに制御される。尚、EGR弁16の開度制御においては、その指令値が目標EGR弁開度Vegrtaとなってから実際の開度がその値に達するまでには多少の応答遅れがある。
EGR弁16の開度が目標EGR弁開度Vegrtaに制御されると筒内EGRガス量
が減少する。尚、EGR弁16の開度が減少し始めてから筒内EGRガス量が減少し始めるまでの間にも応答遅れがある。
そして、筒内EGRガス量が所定EGRガス量Qegr0に達したとき(図2における(2)の時点)に、スロットル弁9の開度が目標スロットル弁開度Vstaに制御される。ここで、所定EGRガス量Qegr0は、減速運転終了後において気筒2内での燃焼が可能な筒内EGRガス量の上限値である。尚、スロットル弁9の開度制御においても、その指令値が目標スロットル弁開度Vstaとなってから実際の開度がその値に達するまでには多少の応答遅れがある。
また、所定EGRガス量Qegr0を、減速後EGR率Regraに対応した筒内EGRガス量としてもよい。
ここで、図2における(1)の時点から(2)の時点までの間はスロットル弁9の開度が減速運転となる前の状態に維持される。そのため、点火時期をMBTとしたままでは、内燃機関1のトルクが、減少運転中の目標トルクである減速中目標トルクTrtdeのように減少しない。そこで、本実施例では、点火時期をMBTよりも遅角させることにより内燃機関1のトルクを減少させる。
このとき、(1)の時点から(2)の時点までの間は、点火時期のMBTからの遅角量Δtliを徐々に大きくすることにより、内燃機関1のトルクを減速中目標トルクTrtdeのように徐々に減少させる。
図2における(2)の時点において、スロットル弁9の開度が目標スロットル弁開度Vstaに制御されると筒内空気量が徐々に減少する。この筒内空気量の減少に伴い、MBTトルクも徐々に減少する。そこで、(2)の時点以降は、点火時期のMBTからの遅角量Δtliを筒内空気量の減少に応じて徐々に減少させる。これにより、筒内空気量が減速後空気量Qairtaに達したときに(図2における(3)の時点)点火時期がMBTに制御される。
上記のような制御では、減速運転時において、EGR弁16の開度を減少させた後、筒内EGRガス量が十分に減少してからスロットル弁9の開度を減少させる。そのため、減速運転時において、筒内EGR率が過剰に高くなることを抑制することが出来る。
また、減速運転中は、内燃機関1での点火時期をMBTより遅角させることで、内燃機関1のトルクを減速中目標トルクに制御する。これにより、スロットル弁9の開度を減少させる前においても、内燃機関1のトルクを低下させることが出来る。
従って、本実施例によれば、減速運転時における失火の発生を抑制することが出来ると共に、減速運転時におけるトルクをより好適に制御することが出来る。
(減速運転時の制御フロー)
次に、本実施例に係る減速運転時の制御フローについて図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ECU20に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
本フローでは、ECU20は、先ずステップS101において、アクセル開度センサ22の検出値に基づき、アクセル開度が減少したか否かを判別する。つまり、内燃機関1の運転状態が減速運転となったか否かが判別される。ステップS101において、肯定判定された場合、ECU20はステップS102に進み、否定判定された場合、ECU20は
本フローの実行を一旦終了する。
ステップS102において、ECU20は、減少後のアクセル開度Accelaに基づいて減速後トルクTrtaを算出する。
次に、ECU20は、S103に進み、減速後トルクTrtaに対応した減速後空気量Qairtaを算出する。
次に、ECU20は、ステップS104に進み、減速後トルクTrtaに対応した目標スロットル弁開度Vstaを算出する。
次に、ECU20は、ステップS105に進み、減速後トルクTrtaに対応した減速後EGR率Regrtaを算出する。
次に、ECU20は、ステップS106に進み、減速後EGR率Regrtaに対応した目標EGR弁開度Vegrtaを算出する。
次に、ECU20は、ステップS107に進み、EGR弁16を閉弁方向に制御し、その開度Vegrを目標EGR弁開度Vegrtaに制御する。
次に、ECU20は、ステップS108に進み、筒内EGRガス量Qegrを推定する。このときの筒内EGRガス量Qegrは、EGR弁16の開度Vegrを目標EGR弁開度Vegrtaに制御してからの経過時間、エアフローメータ11の検出値及び機関回転数等に基づいて推定することが出来る。
次に、ECU20は、ステップS109に進み、筒内空気量Qairを推定する。このときの筒内空気量Qairは、エアフローメータ11の検出値及び機関回転数等に基づいて推定することが出来る。
次に、ECU20は、ステップS110に進み、ステップS108において推定された筒内EGRガス量Qegr及びステップS109において推定された筒内空気量Qairに基づいて、現時点の筒内EGR率、即ち減速中EGR率Regrdeを推定する。
次に、ECU20は、ステップS111に進み、現時点の機関回転数、ステップS109において推定された筒内空気量Qair及びステップS110において推定された減速中EGR率Regrdeに基づいて、現時点のMBTトルク、即ち減速中MBTトルクTrmbtdeを推定する。尚、減速中MBTトルクTrmbtdeの推定方法に詳細については後述する。
次に、ECU20は、ステップS112に進み、現時点の目標トルク、即ち減速中目標トルクTrtdeを算出する。このときの減速中目標トルクTrtdeは、減速後トルクTrta及びアクセル開度を減少させてからの経過時間に基づいて算出することが出来る。
次に、ECU20は、ステップS113に進み、ステップS111において推定された減速中MBTトルクTrmbtdeとステップS112において算出された減速中目標トルクTrtdeとの差に基づいて点火時期のMBTからの遅角量Δtliを算出する。この遅角量Δtliは、点火時期をMBTより該遅角量Δtli分遅角した時期とすれば、内燃機関1のトルクが減速中目標トルクTrtdeとなる値として算出される。減速中MBTトルクTrmbtdeと減速中目標トルクTrtdeとの差と、点火時期の遅角量Δ
tliとの関係は、実験等に基づいて求めることが出来、本実施例においては、これらの関係がECU20にマップとして予め記憶されている。
次に、ECU20は、ステップS114に進み、点火時期の遅角を実行する。即ち、ステップS113において算出された遅角量Δtli分MBTより遅角した時期に点火時期を制御する。これにより、スロットル弁9の開度を減速運転前の開度に維持した状態であっても、内燃機関1のトルクを減速中目標トルクTrtdeまで減少させることができる。
次に、ECU20は、ステップS115に進み、筒内EGR量Qgerが所定筒内EGR量Qegr0以下まで減少したか否かを判別する。ステップS115において、肯定判定された場合、ECU20はステップS116に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS108に戻る。
S116において、ECU20は、スロットル弁9を閉弁方向に制御し、その開度の開度VsをステップS104において算出された目標スロットル弁開度Vstaに制御する。
次に、ECU20は、ステップS117に進み、ECU20は、ステップS108と同様の方法で、筒内EGRガス量Qegrを推定する。
次に、ECU20は、S118に進み、筒内空気量Qairを推定する。このときの筒内空気量Qairは、スロットル弁9の開度を目標スロットル弁開度Vstaに制御してからの経過時間、エアフローメータ11の検出値及び機関回転数等に基づいて推定することが出来る。
次に、ECU20は、ステップS119に進み、ステップS117において推定された筒内EGRガス量Qegr及びステップS118において推定された筒内空気量Qairに基づいて、現時点の減速中EGR率Regrdeを推定する。
次に、ECU20は、ステップS120に進み、現時点の機関回転数、ステップS118において推定された筒内空気量Qair及びステップS119において推定された減速中EGR率Regrdeに基づいて、ステップS111と同様の方法により、現時点の減速中MBTトルクTrmbtdeを推定する。
次に、ECU20は、ステップS121に進み、ステップS112と同様の方法で、現時点の減速中目標トルクTrtdeを算出する。
次に、ECU20は、ステップS122に進み、ステップS120において推定された減速中MBTトルクTrmbtdeとステップS121において算出された減速中目標トルクTrtdeとの差に基づいて、ステップS113と同様の方法で、点火時期のMBTからの遅角量Δtliを算出する。
次に、ECU20は、ステップS123に進み、点火時期の遅角を実行する。即ち、ステップS122において算出された遅角量Δtli分MBTより遅角した時期に点火時期を制御する。これにより、筒内空気量Qairが減速後目標空気量Qairtaに達していない間も、内燃機関1のトルクを減速中目標トルクTrtdeまで減少させることができる。
次に、ECU20は、ステップS124に進み、筒内空気量airが減速後目標空気量
Qairtaに達したか否かを判別する。筒内空気量airが減速後目標空気量Qairtaに達した場合、MBTトルクが減速後トルクTrtaとなっており、点火時期がMBTとなっている。ステップS124において、肯定判定された場合、ECU20は本フローの実行を一旦終了し、否定判定された場合、ECU20はステップS117に戻る。
上記減速運転時の制御フローによれば、減速中目標トルクTrtdeと減速中MBTトルクTrmbtdeとの差に基づいて減速運転中における点火時期のMBTからの遅角量Δtliが算出される。これにより、減速運転中におけるトルクをより高精度で減速中目標トルクTrtdeに制御することが出来る。
上記減速運転時の制御フローにおいては、減速後EGR率Regrta及び目標EGR弁開度Vegrtaを減速後トルクTrtaに対応した値として算出したが、これらの値を減速後空気量Qairtaに基づいて算出することも出来る。
(減速中MBTトルクの推定方法)
ここで、上記減速運転時の制御フローのステップS111及びS120における減速中MBTトルクTrmbtdeの算出方法について説明する。本実施例では、ECU20は、減速中MBTトルクTrmbtdeを図示トルクに基づいて推定する。図示トルクは以下のように算出される。
図4は、本実施例に係る内燃機関1のP−V線図である。図4において、(a)点は吸気行程上死点(−360°:圧縮行程上死点を0°とする。以下同様。)を表しており、(b)点は吸気行程下死点(圧縮行程下死点:−180°)を表しており、(c)点及び(d)点は圧縮行程上死点(膨張行程上死点:0°)を表しおり、(e)点は膨張行程下死点(排気行程下死点:+180°)を表しており、(f)点は排気行程上死点(+360°)を表している。
そして、図4においては、(b)(c)(d)(e)点で囲まれる領域Aの面積が、圧縮行程及び膨張行程の間における仕事の和である燃焼仕事を表している。また、図4においては(a)(b)(e)(f)点で囲まれる領域Bの面積が、吸気行程及び膨張行程の間におけるポンプ損失を表している。このように表される燃焼仕事からポンプ損失を減算した値をトルクに換算することにより図示トルクを算出することが出来る。
ここで、減速運転中においても、上記のような燃焼仕事及びポンプ損失は機関回転数及び筒内空気量に基づいて算出することが出来る。そのため、減速運転中においても、これらの値から図示トルクを算出することが出来る。しかしながら、筒内空気量が同様であっても筒内EGR率が変化すると、それに応じて燃焼仕事及びポンプ損失が変化するため、図示トルクも変化する。このとき、筒内EGR率の変化に対する燃焼仕事及びポンプ損失の変化はそれぞれ異なる。そのため、図示トルクの値を筒内EGR率に応じて補正しようとした場合、その補正方法が複雑となる虞がある。
そこで、本実施例においては、減速中MBTトルクTrmbtdeを推定するときに、先ず、点火時期をMBTと仮定した場合における燃焼仕事及びポンプ損失の基準値(以下、それぞれ基準燃焼仕事及び基準ポンプ損失と称する)を機関回転数及び筒内空気量に基づいてそれぞれ算出する。次に、基準燃焼仕事及び基準ポンプ損失を減速中筒内EGR率に基づいてそれぞれ別々に補正する。そして、補正後の燃焼仕事(以下、補正燃焼仕事と称する)から補正後のポンプ損失(補正ポンプ損失と称する)を減算することによって図示トルクを算出する。
これによれば、減速運転中における点火時期をMBTと仮定した場合の図示トルクをよ
り効率的且つより高精度で算出することが出来る。その結果、減速中MBTトルクTrmbtdeをより効率的且つより高精度で推定することが可能となる。
(減速中MBTトルク算出フロー)
以下、本実施例に係る減速中MBTトルクの算出フローについて図5に示すフローチャートに基づいて説明する。本実施例においては、この算出フローがECU20に予め記憶されている。そして、上記減速運転時の制御フローのステップS111及びS120においてこの算出フローが実行される。
本フローでは、ECU20は、先ずステップS201において、現時点の筒内空気量Qairde及び機関回転数に基づいて基準燃焼仕事Wcbaseを算出する。本実施例においては、筒内空気量Qairde及び機関回転数と基準燃焼仕事Wcbaseとの関係は実験等によって求められており、これらの関係がマップとして予めECU20に記憶されている。
次に、ECU20は、ステップS202に進み、現時点の筒内空気量Qairde及び機関回転数に基づいて基準ポンプ損失Wpbaseを算出する。本実施例においては、筒内空気量Qairde及び機関回転数と基準ポンプ損失Wpbaseとの関係は実験等に基づいて求められており、これらの関係がマップとして予めECU20に記憶されている。
次に、ECU20は、ステップS203に進み、ステップS201において算出された基準燃焼仕事Wcbaseを現時点の減速中EGR率Regrdeに基づいて補正することで、補正燃焼仕事Wccを算出する。
次に、ECU20は、ステップS204に進み、ステップS202において算出された基準ポンプ損失Wpbaseを現時点の減速中EGR率Regrdeに基づいて補正することで、補正ポンプ損失Wpcを算出する。
尚、本実施例においては、減速中EGR率Regrdeと補正燃焼仕事Wccとの関係及び減速中EGR率Regrdeと補正ポンプ損失Wpcとの関係がそれぞれ別々に実験等に基づいて求められており、これらの関係が別々のマップとして予めECU20に記憶されている。
次に、ECU20は、ステップS205に進み、ステップS203において算出された補正燃焼仕事WccからステップS204において算出された補正ポンプ損失Wpcを減算し、その減算値をトルクに換算することで、現時点において点火時期をMBTと仮定した場合の図示トルクTriを算出する。
次に、ECU20は、ステップS206に進み、ステップS205において算出された図示トルクTriに基づき減速中MBTトルクTrmbtdeを推定する。その後、ECU20には本フローを一旦終了する。
尚、上記減速中MBTトルクの算出フローにおいては、基準燃焼仕事Wcbase及び基準ポンプ損失Wpbaseを筒内空気量Qairde及び機関回転数に基づいて算出したが、これら以外の要素も合わせて考慮してそれぞれの値を算出してもよい。例えば、内燃機関1が吸気弁及び/又は排気弁のバルブ特性を可変とする可変動弁機構を備えている場合は、吸気弁及び/又は排気弁のリフト量及び/又は開閉タイミングをも考慮して基準燃焼仕事Wcbase及び基準ポンプ損失Wpbaseを算出してもよい。
また、上記減速運転時の制御フローにおけるステップS113及びS122において用いる「減速中MBTトルクTrmbtdeと減速中目標トルクTrtdeとの差と、点火時期の遅角量Δtliとの関係を示すマップ」を作成する際に、上記減速中MBTトルク算出フローにおける図示トルクの算出方法を用いてもよい。この場合、点火時期をMBTよりも遅角したと仮定した場合の図示トルクを複数の遅角量について算出する。このとき、基準燃焼仕事を減速中EGR率及び点火時期のMBTからの遅角量に基づいて補正する。そして、その補正値から基準ポンプ損失を減速中EGR率に基づいて補正した値を減算することで、遅角量毎に対応する図示トルクを算出する。これに基づき、減速中MBTトルクTrmbtdeと減速中目標トルクTrtdeとの差と、点火時期の遅角量Δtliとの関係を求める。
また、本実施例においては、内燃機関1での点火時期をMBTからの遅角量として算出したが、一燃焼サイクルにおける点火時期が特定できればMBT以外の時期を基準に点火時期を算出しても良い。
(実施例と本発明の構成要素との関係)
本実施例においては、スロットル弁9が本発明に係る空気量制御弁に相当する。尚、ISCバルブが設けられている場合は、ISCバルブを本発明に係る空気量制御弁として用いてもよい。
また、本実施例においては、EGR弁16の開度を制御するECU20、スロットル弁9の開度を制御するECU20及び点火プラグ3による点火時期を制御するECU20が、本発明に係るEGR弁制御手段、空気量制御弁制御手段及び点火時期制御手段に相当する。
本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS108及びS117を実行するECU20が、本発明に係る筒内EGRガス量推定手段に相当する。また、本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS112及びS121を実行するECU20が、本発明に係る減速中目標トルク算出手段に相当する。
本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS109及びS118を実行するECU20が、本発明に係る筒内空気量推定手段に相当する。また、本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS102を実行するECU20が、本発明に係る減速後トルク算出手段に相当する。また、本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS105を実行するECU20が、本発明に係る減速後EGR率算出手段に相当する。また、本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS106を実行するECU20が、本発明に係る目標EGR弁開度算出手段に相当する。また、本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS104を実行するECU20が、本発明に係る目標空気量制御弁開度算出手段に相当する。
本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS110及びS119を実行するECU20が、本発明に係る減速中EGR率推定手段に相当する。また、本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS110及びS119を実行するECU20が、本発明に係る減速中EGR率推定手段に相当する。また、本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS111及びS120を実行するECU20が、本発明に係る減速中MBTトルク推定手段に相当する。また、本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS113及びS122を実行するECU20が、本発明に係る遅角量算出手段に相当する。
本実施例においては、減速運転時の制御フローにおけるステップS103を実行するE
CU20が、本発明に係る減速後空気量算出手段に相当する。
本実施例においては、減速中MBTトルク算出フローにおけるステップS201を実行するECU20が、本発明に係る基準燃焼仕事算出手段に相当する。また、本実施例においては、減速中MBTトルク算出フローにおけるステップS202を実行するECU20が、本発明に係る基準ポンプ損失算出手段に相当する。また、本実施例においては、減速中MBTトルク算出フローにおけるステップS203を実行するECU20が、本発明に係る燃焼仕事補正手段に相当する。また、本実施例においては、減速中MBTトルク算出フローにおけるステップS204を実行するECU20が、本発明に係るポンプ損失補正手段に相当する。また、本実施例においては、減速中MBTトルク算出フローにおけるステップS205を実行するECU20が、本発明に係る図示トルク算出手段に相当する。
実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図。 実施例に係る、減速運転時における、アクセル開度、目標トルク、EGR弁の開度、筒内EGRガス量、スロットル弁の開度、筒内空気量、点火プラグによる点火時期をMBTとした場合の推定トルク、及び、点火プラグによる点火時期の推移を示すタイムチャート。 実施例に係る内燃機関のP−V線図。 実施例に係る減速運転時の制御フローを示すフローチャート。 実施例に係る減速中MBTトルクの算出フローを示すフローチャート。
符号の説明
1・・・内燃機関
2・・・気筒
3・・・点火プラグ
4・・・吸気通路
5・・・インテークマニホールド
6・・・排気通路
7・・・エキゾーストマニホールド
9・・・スロットル弁
10・・三元触媒
11・・エアフローメータ
12・・圧力センサ
13・・サージタンク
14・・EGR装置
15・・EGR通路
16・・EGR弁
20・・ECU
21・・クランクポジションセンサ
22・・アクセル開度センサ

Claims (3)

  1. 一端が排気通路に接続されており他端が吸気通路におけるサージタンクより下流側に接続されたEGR通路及び該EGR通路に設けられたEGR弁を有し、前記EGR通路を介して排気をEGRガスとして吸気系に導入するEGR装置と、
    吸気通路におけるサージタンクよりも上流側に設けられ、内燃機関の吸入空気量を制御する空気量制御弁と、
    前記EGR弁の開度を制御するEGR弁制御手段と、
    前記空気量制御弁の開度を制御する空気量制御弁制御手段と、
    内燃機関における点火時期を制御する点火時期制御手段と、
    内燃機関の気筒内におけるEGRガスの量である筒内EGRガス量を推定する筒内EGRガス量推定手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転中であるときの内燃機関のトルクの目標値である減速中目標トルクを算出する減速中目標トルク算出手段と、
    内燃機関の気筒内の空気量である筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、該減速運転終了後の内燃機関のトルクの目標値である減速後トルクを算出する減速後トルク算出手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速後トルクに対応した内燃機関の気筒内のガスのEGR率である減速後EGR率を算出する減速後EGR率算出手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速後EGR率に対応した前記EGR弁の開度である目標EGR弁開度を算出する目標EGR弁開度算出手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速後トルクに対応した前記空気量制御弁の開度である目標空気量制御弁開度を算出する目標空気量制御弁開度算出手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転中であるときの内燃機関の気筒内のガスのEGR率である減速中EGR率を筒内空気量及び筒内EGRガス量に基づいて推定する減速中EGR率推定手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転中であるときの内燃機関における点火時期をMBTと仮定した場合のトルクである減速中MBTトルクを筒内空気量及び減速中EGR率に基づいて推定する減速中MBTトルク推定手段と、
    減速中目標トルクと減速中MBTトルクとの差に基づいて減速運転中における点火時期のMBTからの遅角量を算出する遅角量算出手段と、を備え、
    内燃機関の運転状態が減速運転状態となったときに、前記EGR弁制御手段によって前
    記EGR弁の開度を前記目標EGR弁開度に減少させ、その後、筒内EGRガス量が所定量以下まで減少してから前記空気量制御弁制御手段によって前記空気量制御弁の開度を前記目標空気量制御弁開度に減少させ、且つ、
    内燃機関の運転状態が減速運転中であるときは、内燃機関のトルクが減速中目標トルクとなるように前記点火時期制御手段によって内燃機関での点火時期をMBTより前記遅角量算出手段によって算出される遅角量分遅角させることを特徴とする内燃機関の制御システム。
  2. 一端が排気通路に接続されており他端が吸気通路におけるサージタンクより下流側に接続されたEGR通路及び該EGR通路に設けられたEGR弁を有し、前記EGR通路を介して排気をEGRガスとして吸気系に導入するEGR装置と、
    吸気通路におけるサージタンクよりも上流側に設けられ、内燃機関の吸入空気量を制御する空気量制御弁と、
    前記EGR弁の開度を制御するEGR弁制御手段と、
    前記空気量制御弁の開度を制御する空気量制御弁制御手段と、
    内燃機関における点火時期を制御する点火時期制御手段と、
    内燃機関の気筒内におけるEGRガスの量である筒内EGRガス量を推定する筒内EGRガス量推定手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転中であるときの内燃機関のトルクの目標値である減速中目標トルクを算出する減速中目標トルク算出手段と、
    内燃機関の気筒内の空気量である筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、該減速運転終了後の内燃機関の吸入空気量の目標値である減速後空気量を算出する減速後空気量算出手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速後空気量に対応した内燃機関の気筒内のガスのEGR率である減速後EGR率を算出する減速後EGR率算出手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、前記減速後EGR率に対応した前記EGR弁の開度である目標EGR弁開度を算出する目標EGR弁開度算出手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転となったときに、減速後空気量に対応した前記空気量制御弁の開度である目標空気量制御弁開度を算出する目標空気量制御弁開度算出手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転中であるときの内燃機関の気筒内のガスのEGR率である減速中EGR率を筒内空気量及び筒内EGRガス量に基づいて推定する減速中EGR率推定手段と、
    内燃機関の運転状態が減速運転中であるときの内燃機関における点火時期をMBTと仮定した場合のトルクである減速中MBTトルクを筒内空気量及び減速中EGR率に基づいて推定する減速中MBTトルク推定手段と、
    減速中目標トルクと減速中MBTトルクとの差に基づいて減速運転中における点火時期のMBTからの遅角量を算出する遅角量算出手段と、を備え、
    内燃機関の運転状態が減速運転状態となったときに、前記EGR弁制御手段によって前記EGR弁の開度を前記目標EGR弁開度に減少させ、その後、筒内EGRガス量が所定量以下まで減少してから前記空気量制御弁制御手段によって前記空気量制御弁の開度を前記目標空気量制御弁開度に減少させ、且つ、
    内燃機関の運転状態が減速運転中であるときは、内燃機関のトルクが減速中目標トルクとなるように前記点火時期制御手段によって内燃機関での点火時期をMBTより前記遅角量算出手段によって算出される遅角量分遅角させることを特徴とする内燃機関の制御システム。
  3. 前記減速中MBTトルク推定手段が、
    内燃機関における点火時期をMBTとした場合の圧縮行程及び膨張行程の間における仕事の和の基準値である基準燃焼仕事を少なくとも筒内空気量に基づいて算出する基準燃焼仕事算出手段と、
    吸気行程及び膨張行程の間におけるポンプ損失の基準値である基準ポンプ損失を少なくとも筒内空気量に基づいて算出する基準ポンプ損失算出手段と、
    前記基準燃焼仕事算出手段によって算出される基準燃焼仕事を減速中EGR率に基づいて補正する燃焼仕事補正手段と、
    前記基準ポンプ損失算出手段によって算出される基準ポンプ損失を減速中EGR率に基づいて補正するポンプ損失補正手段と、
    前記燃焼仕事補正手段によって補正された燃焼仕事から前記ポンプ損失補正手段によって補正されたポンプ損失を減算した値に基づいて図示トルクを算出する図示トルク算出手段と、を有し、
    前記図示トルク算出手段によって算出される図示トルクに基づいて減速中MBTトルクを推定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御システム。
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