JP3702862B2 - Control method for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸排気バルブの開閉タイミングおよびリフト量がエンジン運転状態によって制御されるようになっている内燃機関の制御方法に関するもので、特にエンジンブレーキを用いて制動力補助を行う制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より車両の減速時には、ブレーキ装置による制動力とエンジンブレーキによる制動補助力が用いられてきた。エンジンブレーキは、ブレーキペダルが操作されたときはアクセルペダルから足が離されるために、エンジンに吸入される空気量を制御するスロットル弁が閉じて、燃焼室内が負圧となりポンプ損失が発生することに起因している。しかし、近年燃費向上のためエンジンの損失を低減するためのシステムとしてスロットル弁を持たないノンスロットルエンジンが考えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ノンスロットルエンジンでは、燃焼室内が負圧とならずポンプ損失がほとんど発生しないため、エンジンブレーキが弱くなるという問題が発生する。
【0004】
上記の事情から、本発明は吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングおよびそのリフト量を任意に制御できる可変バルブ機構を用いて効果的にポンプ損失を発生させ、車両減速時の制動力を補助することができる内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、内燃機関の気筒に組み合わされる吸気弁と排気弁を含めた弁機構と、弁機構を制御する弁機構制御手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、ブレーキの踏力を検出するブレーキ踏力検出手段と、急ブレーキ時に車両の横滑りを防止するアンチロックブレーキシステムを備えた車両に搭載される内燃機関の制御方法において、ブレーキ踏力検出手段がブレーキ踏力を検出し、アンチロックブレーキシステムの作動を検出した時に、吸気弁または排気弁のどちらか一方を閉弁し、前記吸気弁または排気弁の閉弁しない方の弁をピストンが上死点から下死点に移動する間、すなわち1回転に1回開弁し、そのリフト量をある所定値に制御することを特徴とする内燃機関の制御方法を提供する。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0007】
図1に示す内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ)1はコンロッド4およびクランクシャフト5からクランク機構を備え、そのクランク機構に連結されたピストン2とエンジン1のエンジンヘッド8によって燃焼室3が形成されている。その燃焼室3はエンジンヘッド8に装着されている吸気バルブ10,排気バルブ11,点火プラグ12および燃料噴射弁13によって密閉される。吸気バルブ10,排気バルブ11は可変バルブ機構30,40で動作される。可変バルブ機構30,40は、例えばコイルに電流を流した時に発生する電磁力でバルブに固定された可動子を吸引し、可動子上下のコイルとスプリングを作用させて、その動作の繰り返しでバルブの開閉動作を行う構成のバルブ機構が望ましい。エンジン1はピストン2の往復動作によって、燃焼に必要な空気を燃焼室3に吸入する。エンジン1に吸入される空気はエアクリーナ14で空気中に含まれる塵埃が除去され、空気量センサ15で燃料噴射量の演算の基となる吸入空気量が計測される。エンジン1を制御するコントロールユニット50は、各種センサからの信号を基にエンジン1の運転状態を検出する運転状態検出手段51と、エンジン1に装着されている可変バルブ機構30,40の動作を制御する可変バルブ制御手段54と、燃料噴射弁13から噴射される燃料量と噴射時期を制御する燃料噴射制御手段53と、点火プラグ12での点火時期を制御する点火制御手段52を備えている。さらに可変バルブ制御手段54からの制御信号は可変バルブ駆動回路57に送られ、可変バルブ機構30,40を操作して吸排気バルブ10,11の動作を制御する。吸排気バルブ10,11を閉弁させるときはそれぞれコイル30a,40aに電流を流し、可動子を吸引する。吸排気バルブ10,11を開弁させるときはそれぞれコイル30b,40bに電流を流し、可動子を吸引する。燃料噴射制御手段53からの制御信号は燃料噴射弁駆動回路56に送られ、燃料噴射弁13を制御する。点火制御手段52からの制御信号は点火コイル55に送られ、点火プラグ12で点火動作が行われる。
【0008】
エンジン1を搭載した車両の運転者60によって操作されたブレーキペダル61の操作量はブレーキ踏力検出手段62によって電気信号に変換され、コントロールユニット50内の運転状態検出手段51に入力される。運転状態検出手段51に入力される信号として、その他には例えばクランクシャフト5に装着されたクランク角度センサ6,7からの回転信号,前述した空気量センサ15からの吸入空気量,排気管内に取り付けられた空燃比センサ21からの空燃比,排気触媒22の温度を検出する温度センサ23から触媒温度,燃焼室3に取り付けられた圧力センサ18からの燃焼室3内の圧力,ノックセンサ22からのノッキング信号などがある。可変バルブ制御手段54は運転状態検出手段51からの信号を基に吸気バルブ10を動作させる可変バルブ機構30a,30bに制御信号を出力し、エンジン1に吸入される空気量を調整する。燃料噴射制御手段53は運転状態検出手段51からの信号を基に燃料噴射弁13に制御信号を出力し、燃料噴射量と噴射時期を調整する。点火制御手段52は運転状態検出手段51からの信号を基に点火コイル55に制御信号を出力し、点火時期を調整する。エンジン1は吸気ポート16内に吸入空気量を調整するスルットル弁を備えていないため、吸入空気の密度は絞られずに燃焼室3に吸入される。そのためエンジン1は空燃比が40以上の超リーンバーン運転ができる筒内噴射エンジンが望ましい。
【0009】
図2に吸排気バルブ10,11の開閉挙動と筒内圧力波形の関係を示す。吸排気バルブ10,11の開閉弁タイミングは通常の運転状態の場合を示した。圧力線図70Pは、吸気バルブ10がリフト70INで、排気バルブ11がリフト70EXで作動した時の燃焼サイクルのものを表わしている。吸気バルブ10は最大リフト付近まで開弁しているので、吸入空気は絞られずに燃焼室3内に入るため、吸気行程中の筒内圧力は大気圧力75に近い値となり、ポンプ損失がほぼ無い状態となっている。この状態から燃料供給を止め、燃焼を止めるとエンジン1は惰性で回転し、しばらくするとピストン2とシリンダ間の摩擦や軸受の摩擦損失で回転数が低下し、最後にはエンジン1は停止する。この現象は一般にエンジンブレーキとして利用されているが、吸気バルブ10が最大リフト付近の場合は、吸気行程時のポンプ損失が発生しないためエンジンブレーキは弱く、エンジン停止までには長い時間がかかる。そこで、吸気バルブ10のリフト量を71IN,72IN,73INと小さくすると吸気行程中に吸気バルブ10の開口面積が狭くなり、吸入空気が絞られることになるため、筒内圧力はそれぞれ71P,72P,73Pのようになる。すなわち、吸気行程中に燃焼室3内が負圧となり、ポンプ損失が発生している。このように吸気バルブ10のリフト量を変化させることでポンプ損失、すなわちエンジンブレーキの強さを制御する。
【0010】
図3に吸気バルブリフト量とエンジンブレーキの強さの関係を示す。最大リフト量を8mmとした場合について示した。吸気バルブリフト量が最大の8mmの時においてもエンジンの摩擦損失のためわずかなエンジンブレーキはかかっている。リフト量を小さくしていくとエンジンブレーキは実線75のように強くなっていく。
【0011】
本発明の別の実施例を図4に示す。吸排気バルブ10,11をそれぞれ76IN,77EXのように常時閉弁した場合、燃焼室3内の空気は上死点(図中TDC)付近では圧縮され、下死点(図中BDC)付近では膨張して、圧力線図76Pのようになる。この状態では圧縮分の仕事と膨張分の仕事が相殺されエンジンブレーキ効果としては小さい。吸気バルブを77INのように、すなわち上死点直後に開弁し、下死点で閉弁した時の圧力線図は77Pのようになり、上死点付近で高い圧縮圧力が得られている。その直後に吸気バルブ10を開弁するので、燃焼室3内の圧縮された空気は吸気ポート16側に排出され筒内圧力は直ちに低下する。吸気ポート16側に排出された空気は、ピストン2の下降運動によって再び燃焼室3内に吸入されるが、吸気バルブ10のリフト量が最大付近の時はポンプ損失はほとんど発生しない。下死点付近で吸気バルブ10を閉弁すると燃焼室3内の空気は再び圧縮される。この時、エンジン1には空気を圧縮するための仕事損失が発生するため、エンジンブレーキの作用が働く。さらに、本実施例ではエンジンが1回転する間に1回圧縮作用が働くため、強力なエンジンブレーキが期待できる。また、図4では吸気バルブ10が開弁し、排気バルブ11が常時閉弁する例を示したが、排気バルブ11が開弁し、吸気バルブ10が常時閉弁するようにしても同様の効果が期待できる。図5に本実施例のエンジンブレーキの強さを点78で示す。実線75は吸気行程中にポンピング損失を発生させた場合のエンジンブレーキの強さを表わしていて、圧縮作用を利用した場合は約2倍の強さのエンジンブレーキとなる。
【0012】
図6にアクセルペダル,ブレーキペダルの操作量とエンジン出力およびエンジンブレーキトルクの関係を示す。発進,加速等の車両を動かすという運転者60の意思はアクセルペダルの操作(踏み込み)量に現われる。アクセルペダルの踏み込み量が大きいときは停止している車両を発進させる時や加速時などの大きいエンジントルクを要求している時であり、踏み込み量が小さい時は定常走行時の負荷が小さく、エンジントルクをあまり必要としない領域である。したがって、アクセル開度(踏み込み量)と要求エンジントルクの関係は実線80のような傾向にある。この直線の傾きはエンジン回転数によって変化するので、運転状態検出手段51はエンジン回転数を検出して補正する。減速時にはアクセルペダルの踏み込み量は0となり、ブレーキペダルを踏み込むことになる。ブレーキペダルの操作量はペダルの踏力を検出するブレーキ踏力検出手段62によって検出される。ブレーキの踏力は運転者の減速の意思を表わしていて、踏力に応じたブレーキ力がブレーキ装置に伝達される。本発明によると、エンジンはブレーキ踏力に応じてエンジンブレーキトルクを発生させて制動力の補助を行う。実線84はブレーキ踏力とエンジンブレーキトルクの関係を示したもので、吸気バルブのリフト量を減少させてエンジンブレーキを発生させている。急ブレーキ時などの運転者の減速の意思が強い時はブレーキ踏力が大きくなり、車両に装備されたアンチロックブレーキシステム(ABS)が作動する領域85に入る。このときにエンジンは制動力補助のために実線86のような強力なエンジンブレーキを作用させる。この時は圧縮作用を利用しエンジンブレーキトルクを発生させる。また、アクセルペダルもブレーキペダルも踏み込まれていない状態としてはエンジンが停止している状態82と、車両は停止しているがエンジンが回転している状態(すなわち、アイドリング状態)81と、走行中の車両が惰性で減速している状態83がある。状態81ではエンジンは摩擦損失などに抵抗して回転するためのわずかなエンジントルクを発生している。状態83では燃料供給は停止して、燃焼爆発によるエンジントルクは発生していない。そのためエンジンの摩擦抵抗分のわずかなエンジンブレーキが発生している。
【0013】
図7に本実施例のフローチャートを示す。運転状態検出手段51はブロック91でアクセルペダルの踏み込みを検出し、アクセルペダルが踏み込まれている場合は、エンジンブレーキは不要と判定して処理を終了する。アクセルペダルが踏まれていない場合はブロック92でブレーキペダル61が踏み込まれているかどうかを判定する。ここで、ブレーキペダル61が踏み込まれていない場合は、ブロック93で車両速度を検出し、車両が走行しているかどうかを判定する。車両速度が0の場合は車両が停止していると判断し、処理を終了する。ブロック93で車両速度が0でない場合は車両が惰性走行している状態である。この時はブロック94で減速時モードとして、吸気バルブのリフト量を最大リフト量のある所定値(たとえば0.7 倍)に設定し、燃焼室3内に負圧を発生させポンプ損失によるエンジンブレーキを作用させる。これにより車両速度は徐々に低下していく。ブロック95で再びブレーキペダル61の踏み込みを検出し、ブレーキペダル61が踏み込まれていない場合は処理を最初のブロック91に戻す。ブロック95または92でブレーキペダル61が踏み込まれていると判定した場合は、図8に示したように、ブレーキ踏力検出手段62がブレーキペダルの踏力を判定し、まず車両に装備されたアンチロックブレーキシステムが作動する領域かどうかを判断する。ABS非作動領域と判定した場合はブロック96のエンジンブレーキ強度決定手段でブレーキ踏力に応じたエンジンブレーキが作用するように吸気バルブ10のリフト量を決定し、制御信号を出力する。ABS作動領域と判定した場合はブロック98でABS作動モードとして、圧縮作用による強力なエンジンブレーキを作用させるように吸気バルブ1または排気バルブ11のリフト量および開閉弁タイミングを決定し、制御信号を出力する。ブロック96または98からの制御信号は可変バルブ制御手段54に送られ、可変バルブ駆動回路57によって吸排気バルブ10,11が動作する。
【0014】
本発明の別の実施例について説明する。図1に記載した可変バルブ機構30,40を備えたエンジン1を搭載した車両がステアリング65に装備されたエアバッグ67が作動するような衝突をした場合、燃焼室3内に噴射された燃料17は未燃焼のまま燃焼室3に残留してしまう。また、エンジン1が停止してしまい、排気バルブ11が開いたままになった場合は燃焼室3内に残った燃料17が排気管24に流出する可能性がある。排気管24は常時高温の排気ガスにさらされていて300℃位の高温になってるので、この排気管24に燃焼室3から燃料17が漏れ出して来た場合、火災が発生する可能性がある。図9に本実施例のフローチャートを示す。車両衝突時に運転状態検出手段51はブロック106で車両に装備されているエアバッグ67が作動したかどうかをエアバッグ検出手段66で検出し、エアバッグ67の作動を検出した場合はブロック107でエアバッグ作動モードとして、吸排気バルブ10,11を閉弁するような制御信号を可変バルブ制御手段54に出力する。可変バルブ制御手段54は可変バルブ駆動回路57に閉弁側のコイル30a,40aに電流を流して吸排気バルブ10,11を閉弁して、燃焼室3を密閉する。この結果燃焼室3内に未燃焼のまま残った燃料17が排気管24に流出して火災になることを防止できる。
【0015】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の制御方法では、可変バルブ機構のエンジンブレーキ動作モードを車両に搭載されるブレーキシステムと関連付けて制御し、車両の制動力を補助することが出来るので、ブレーキシステムの小型化,簡略化できる優れた効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が採用されるシステム図。
【図2】吸排気バルブの開閉挙動と筒内圧力波形の関係を示す図。
【図3】吸気バルブリフト量とエンジンブレーキの強さの関係を示す図。
【図4】本発明の別の実施例で、ABS作動モード時の吸排気バルブの開閉挙動と筒内圧力波形の関係を示す図。
【図5】ABS作動モード時のエンジンブレーキの強さを示す図。
【図6】アクセルおよびブレーキペダルの操作量とエンジン出力およびエンジンブレーキトルクの関係を示す図。
【図7】エンジンブレーキによる制動力補助制御方法のフローチャート図。
【図8】ブレーキペダル踏力と吸気バルブリフト量の関係を示す図。
【図9】本発明の別の実施例のフローチャート図。
【符号の説明】
1…エンジン、2…ピストン、3…燃焼室、4…コンロッド、5…クランクシャフト、8…エンジンヘッド、10…吸気バルブ、11…排気バルブ、12…点火プラグ、13…燃料噴射弁、16…吸気ポート、17…燃料、18…圧力センサ、19…ノッキングセンサ、21…空燃比センサ、30,40…可変バルブ機構、50…コントロールユニット。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method for an internal combustion engine in which the opening / closing timing and lift amount of an intake / exhaust valve of an engine are controlled by an engine operating state, and in particular, a control method for assisting braking force using an engine brake. It is about.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a vehicle is decelerated, a braking force by a brake device and a braking assist force by an engine brake have been used. When the brake pedal is operated, the engine brake is released from the accelerator pedal. Therefore, the throttle valve that controls the amount of air taken into the engine closes and the combustion chamber becomes negative pressure, causing pump loss. Due to However, in recent years, a non-throttle engine having no throttle valve has been considered as a system for reducing engine loss in order to improve fuel efficiency.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In a non-throttle engine, there is a problem that the engine brake becomes weak because the combustion chamber does not have a negative pressure and pump loss hardly occurs.
[0004]
In view of the above circumstances, the present invention effectively generates a pump loss by using a variable valve mechanism that can arbitrarily control the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve and the lift amount thereof, and assists the braking force during vehicle deceleration. It is an object of the present invention to provide a control method for an internal combustion engine capable of performing the above.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a valve mechanism including an intake valve and an exhaust valve combined with a cylinder of the internal combustion engine, a valve mechanism control means for controlling the valve mechanism, and an operation state detection for detecting the operation state of the internal combustion engine And a brake pedal force detection means for detecting a brake pedal force, and a control method for an internal combustion engine mounted on a vehicle provided with an anti-lock brake system for preventing a side slip of the vehicle during sudden braking. When the operation of the antilock brake system is detected, either the intake valve or the exhaust valve is closed, and the piston that is not closing the intake valve or the exhaust valve is lowered from the top dead center. Provided is a control method for an internal combustion engine, characterized in that the valve is opened once per rotation, that is, once per rotation, and the lift amount is controlled to a predetermined value.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0007]
An internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1 shown in FIG. 1 includes a crank mechanism including a connecting rod 4 and a crankshaft 5, and a combustion chamber 3 is formed by a
[0008]
The operation amount of the brake pedal 61 operated by the
[0009]
FIG. 2 shows the relationship between the opening / closing behavior of the intake and exhaust valves 10 and 11 and the in-cylinder pressure waveform. The on-off valve timings of the intake / exhaust valves 10 and 11 are shown in the case of normal operation. The pressure diagram 70P represents the combustion cycle when the intake valve 10 is operated with the lift 70IN and the exhaust valve 11 is operated with the lift 70EX. Since the intake valve 10 is opened to the vicinity of the maximum lift, the intake air enters the combustion chamber 3 without being throttled, so that the in-cylinder pressure during the intake stroke is close to the
[0010]
FIG. 3 shows the relationship between the intake valve lift amount and the engine brake strength. The case where the maximum lift amount is 8 mm is shown. Even when the intake valve lift amount is 8 mm, the engine brake is slightly applied due to engine friction loss. As the lift amount is reduced, the engine brake becomes stronger as indicated by a
[0011]
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. When the intake / exhaust valves 10 and 11 are always closed like 76IN and 77EX, respectively, the air in the combustion chamber 3 is compressed near the top dead center (TDC in the figure) and near the bottom dead center (BDC in the figure). It expands to a pressure diagram 76P. In this state, the work for compression and the work for expansion are offset, and the engine braking effect is small. The pressure diagram when the intake valve opens at 77IN, that is, immediately after top dead center and closes at bottom dead center, is 77P, and high compression pressure is obtained near top dead center. . Immediately thereafter, the intake valve 10 is opened, so that the compressed air in the combustion chamber 3 is discharged to the intake port 16 side, and the in-cylinder pressure immediately decreases. The air discharged to the intake port 16 side is again sucked into the combustion chamber 3 by the downward movement of the
[0012]
FIG. 6 shows the relationship between the operation amount of the accelerator pedal and the brake pedal, the engine output, and the engine brake torque. The intention of the
[0013]
FIG. 7 shows a flowchart of this embodiment. The driving state detection means 51 detects depression of the accelerator pedal in
[0014]
Another embodiment of the present invention will be described. When a vehicle equipped with the
[0015]
【The invention's effect】
In the control method for an internal combustion engine of the present invention, the engine brake operation mode of the variable valve mechanism is controlled in association with the brake system mounted on the vehicle, and the braking force of the vehicle can be assisted. It has an excellent effect that can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram in which the present invention is adopted.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between opening / closing behaviors of intake and exhaust valves and in-cylinder pressure waveforms.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between intake valve lift and engine brake strength.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the intake / exhaust valve opening / closing behavior and the in-cylinder pressure waveform in the ABS operation mode in another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the strength of engine braking in the ABS operation mode.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between accelerator and brake pedal operation amounts, engine output, and engine brake torque.
FIG. 7 is a flowchart of a braking force assist control method using engine braking.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a brake pedal depression force and an intake valve lift amount.
FIG. 9 is a flowchart of another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段を備え、
ブレーキの踏力を検出するブレーキ踏力検出手段と、
急ブレーキ時に車両の横滑りを防止するアンチロックブレーキシステムを備えた車両に搭載される内燃機関の制御方法において、
前記ブレーキ踏力検出手段がブレーキ踏力を検出し、前記アンチロックブレーキシステムの作動を検出した時に、前記吸気弁または排気弁の少なくともどちらか一方を閉弁し、前記吸気弁または排気弁の閉弁しない方の弁をピストンが上死点から下死点に移動する間、すなわち1回転に1回開弁し、そのリフト量をある所定値に制御すること、
を特徴とする内燃機関の制御方法。A valve mechanism including an intake valve and an exhaust valve combined with a cylinder of the internal combustion engine;
Valve mechanism control means for controlling the valve mechanism;
Comprising an operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Brake pedal force detection means for detecting the brake pedal force;
In a method for controlling an internal combustion engine mounted on a vehicle equipped with an anti-lock brake system that prevents a side slip of the vehicle during sudden braking,
When the brake pedal force detection means detects the brake pedal force and detects the operation of the anti-lock brake system, at least one of the intake valve or the exhaust valve is closed, and the intake valve or the exhaust valve is not closed. While the piston moves from the top dead center to the bottom dead center, that is, once in one rotation, the lift amount is controlled to a predetermined value,
A control method for an internal combustion engine.
前記弁機構を制御する弁機構制御手段と、
を備えた車両に搭載される内燃機関の制御方法において、
ブレーキの作動量を検出するブレーキ状態検出手段を設け、
前記ブレーキ状態検出手段が検出したブレーキ作動量に応じて前記吸気弁のリフト量を変化させ、吸入空気量を制御するものであって、前記ブレーキ状態検出手段がブレーキの作動を検出した時に前記吸気弁または排気弁の少なくともどちらか一方を閉弁し、前記吸気弁または排気弁の閉弁しない方の弁をピストンが上死点から下死点に移動する間、すなわち1回転に1回開弁し、そのリフト量を前記ブレーキ状態検出手段が検出したブレーキ作動量に応じてある所定値に制御すること、
を特徴とする内燃機関の制御方法。A valve mechanism including an intake valve and an exhaust valve combined with a cylinder of the internal combustion engine;
Valve mechanism control means for controlling the valve mechanism;
In a control method of an internal combustion engine mounted on a vehicle equipped with
Brake state detection means for detecting the amount of brake operation is provided,
The lift amount of the intake valve is changed in accordance with the brake operation amount detected by the brake state detection means, and the intake air amount is controlled . When the brake state detection means detects the operation of the brake , the intake air amount is controlled. At least one of the valve and the exhaust valve is closed, and the valve that does not close the intake valve or the exhaust valve is opened while the piston moves from the top dead center to the bottom dead center, that is, once per rotation. And controlling the lift amount to a predetermined value according to the brake operation amount detected by the brake state detection means ,
A control method for an internal combustion engine.
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