JP2004239147A - 内燃機関の圧縮比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】可変圧縮比機構を備えたエンジンで、燃料カット後の燃料供給再開時に高圧縮比に制御されることによるトルクショックを軽減する。
【解決手段】エンジンの各種運転状態を読み込みつつ(S1〜S3)燃料カット条件が成立中と判定されたときに、燃料カット中の目標圧縮比を低圧縮比tεFCUTに設定し(S4→S5)、該低圧縮比tεFCUTに収束させて燃料リカバー時の圧縮比が低圧縮比に制御されるようにする(S6,S10)。これにより、燃料リカバー時のトルクショックが軽減される。
【選択図】 図6
【解決手段】エンジンの各種運転状態を読み込みつつ(S1〜S3)燃料カット条件が成立中と判定されたときに、燃料カット中の目標圧縮比を低圧縮比tεFCUTに設定し(S4→S5)、該低圧縮比tεFCUTに収束させて燃料リカバー時の圧縮比が低圧縮比に制御されるようにする(S6,S10)。これにより、燃料リカバー時のトルクショックが軽減される。
【選択図】 図6
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮比を可変に制御する内燃機関において、燃料供給停止(燃料カット)後の燃料供給再開(燃料リカバー)時の圧縮比制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧縮比を可変にできる内燃機関においては、低負荷側を高圧縮比、高負荷側を低圧縮比とすることによって、燃料消費率を向上させつつ、ノッキングの発生を防止するようにしたものがある(特許文献1参照)。
【0003】
一方、内燃機関では、アクセルが全閉になるような急激な減速時には、エンジンブレーキを効かせるためや、燃料消費量を抑制するために、一時的に燃料噴射量を減少または噴射停止(燃料カット)するように制御することが行われている。
【0004】
そして、燃料カットが解除される燃料リカバー時には一度に全気筒の燃料噴射を再開せずに、特定の気筒から再開させたり、気筒を複数のグループに分けて、そのグループ毎に燃料噴射を再開させるようにしているものもある。
【0005】
また、燃料リカバー時に一時的に空燃比をリーン方向にシフトさせて、発生するトルクを低減することで、トルクショックを低減しているものもある。
【0006】
【特許文献1】
特開平07−229431号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の圧縮比制御方式では、上記燃料リカバー時に以下のような問題が発生することがわかった。
【0008】
すなわち、圧縮比を可変にできるエンジンにおいて、燃料カット条件が未成立となり燃料噴射を再開する場合に、実際の圧縮比が大きいままになっていると、同一の燃料噴射量であっても発生するトルクが大きいため(同一の吸気量、空燃比、点火時期としても)、燃料が噴射され燃焼が再開されるときのトルクショックが大きくなり、運転性が悪化してしまう。
【0009】
既述のように、燃料リカバー時には、一度に全ての気筒の燃料噴射を再開せずに、特定の気筒から間隔をおいて順番に再開させたり、気筒を複数のグループに分けて、そのグループ毎に燃料噴射を再開させるようにしてトルクショックを軽減する方式とすると、噴射を再開した気筒は圧縮比が大きいためトルクが大きく、その他のまだリカバーされていない気筒の発生するトルクが小さい(マイナストルク)ため、気筒間のトルク差が大きくなり、機関回転にムラが発生したようになり回転ばらつきの要因となりやすい。
【0010】
また、燃料リカバー時に一時的に空燃比をリーン方向にシフトさせて、発生するトルクを低減する方式とすると、一時的に全気筒がリーンの空燃比で運転されるため、気筒内で発生するトルクが低下することで、燃料リカバー時のトルクショックは低減される方向であるが、空燃比がリーンであることで排気の残留酸素分が増加してしまうので、三元触媒の還元作用が機能できないため、その間一時的に排気成分の悪化(急激なNOxの増加)を避けることができない。
【0011】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、圧縮比を可変な内燃機関において、燃料リカバー時の圧縮比制御により機関回転変動や排気浄化性能の悪化を伴うことなくトルクショックを軽減することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、燃料リカバー時には強制的に圧縮比を低く制御する構成とした。
【0013】
このようにすれば燃料リカバー時には運転状態の基づく圧縮比は高圧縮比であっても、圧縮比が低く制御されるのでトルクショックを軽減できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図1は、可変圧縮比機構ともなる複リンク式ピストン−クランク機構を備えたエンジン(内燃機関)の全体図である。
【0015】
クランク軸31は、複数のジャーナル部32とクランクピン部33とカウンタウエィト部31aとを備えており、エンジン本体となる図示しないシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部32が回転自在に支持されている。前記クランクピン部33は、ジャーナル部32から所定量偏心しており、ここに第2リンクとなるロアーリンク34が回転自在に連結されている。
【0016】
前記ロアーリンク34は、略T字形をなすもので、その本体34aとキャップ34bとから分割可能に構成された略中央の連結孔に前記クランクピン部33が嵌合している。
【0017】
第1リンクとなるアッパーリンク35は、下端側が連結ピン36によりロアーリンク34の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン37によりピストン38に回動可能に連結されている。前記ピストン38は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ39内を往復動する。
【0018】
前記シリンダ39の上部には、クランク軸31の回転に同期して吸気ポート44を開閉する吸気弁43と、同じくクランク軸31の回転に同期して排気ポート46を開閉する排気弁45と、が配置されている。吸気ポート4には、燃料噴射弁30が備えられる。燃料噴射弁は燃焼室内に直接噴射するものであってもよい。
【0019】
第3リンクとなる制御リンク40は、上端側が連結ピン41によりロアーリンク34の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸42を介してエンジン本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸42は、小径部42bを中心として回転するようにエンジン本体に支持されており、この小径部42bに対し偏心している大径部42aに、前記制御リンク40下端部が回転可能に嵌合している。
【0020】
前記小径部42bは、圧縮比制御アクチュエータ43によって回動位置が制御される。小径部42bが回動すると小径部42bに対して偏心している大径部42aの軸中心位置、特に、エンジン本体に対する相対位置が変化する。これにより、制御リンク40の下端の揺動支持位置が変化する。そして、前記制御リンク40の揺動支持位置が変化すると、ピストン38の行程が変化し、ピストン上死点(TDC)におけるピストン38の位置が上下する(つまり図1のy座標が大きく)。これにより、エンジン圧縮比を変えることが可能となる。前記圧縮比制御アクチュエータ43は、制御リンク40から加わる反力に抗して、任意の回動位置で小径部42bを保持することができるようになっている。圧縮比制御アクチュエータ43としては、油圧ベーン式アクチュエータを用いる。
【0021】
図2〜図4は、該圧縮比制御アクチュエータ43を制御する油圧システムを示す。図において、圧縮比制御アクチュエータ43は、ハウジング43a内に前記小径部42bに連結された駆動軸43b及び該駆動軸43bに固定されてハウジング43a内を容積可変なA室とB室とに仕切るベーン43cが回動自由に収納される。一方、電動モータ101で駆動されるオイルポンプ102の吐出口が、逆止弁103,開閉弁104,方向切換弁105のポートcに接続され、該方向切換弁105のポートdが低圧側のオイルパン106に接続される。また、前記方向切換弁105のポートe,fが、それぞれ前記圧縮比制御アクチュエータ43のポートa,bに接続される。また、前記逆止弁103と開閉弁104との間から分岐するオイル通路にアキュームレータ107が接続され、開閉弁104と方向切換弁105との間から分岐するオイル通路がエンジンオイルギャラリーに接続される。
【0022】
そして、図2の状態では前記開閉弁104が開、方向切換弁105が図示左端に制御され、オイルポンプ102から吐出された高圧油は、開閉弁104、方向切換弁105のポートc,eを介して前記圧縮比制御アクチュエータ43のポートaからA室に供給され、B室内の油は、ポートbから方向切換弁105のポートf,dを介してオイルパン106に戻される。これにより、A室の容積が増大してベーン43cと共に小径部42bが図で時計回りに回動し、制御リンク40の揺動支持位置が変化して低圧縮比に制御される。
【0023】
一方、上記状態から図3に示すように、方向切換弁105を図示右端に切換制御すると、高圧油は、開閉弁104のポートc,fを介して前記圧縮比制御アクチュエータ43のポートbからB室に供給され、A室内の油は、ポートaから方向切換弁105のポートe,dを介してオイルパン106に戻される。これにより、B室の容積が増大してベーン43cと共に小径部42bが図で反時計回りに回動し、制御リンク40の揺動支持位置が変化して高圧縮比に制御される。高圧縮比側に保持する場合は、図4に示すように、方向切換弁105を図示中央に移動させると共に、開閉弁104を閉とする。
【0024】
図1に戻って、このエンジンは、過給機としてターボ過給機51を備えている。このターボ過給機51は、排気通路54に位置するタービン52と吸気通路55に位置するコンプレッサ53とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン52の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁56を備えている。
【0025】
また、前記コンプレッサ53下流の吸気通路55にEGR量を可変制御するスロットル弁57を備え、該スロットル弁57がステップモータなどのスロットルアクチュエータ58により駆動される。
【0026】
また、前記排気通路54のエンジン本体とタービン52との間から分岐してスロットル弁57下流の吸気通路55に接続するEGR通路59と、該EGR通路59に介装されたEGR弁60とが設けられている。
【0027】
前記EGR弁60は、例えば、ステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち、エンジン本体に吸入されるEGR量を制御する。
【0028】
エンジン運転状態を検出するセンサ類として、ドライバにより操作されるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ61、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ62、車速を検出する車速センサ63、変速機のニュートラル位置でONとなるニュートラルスイッチ64、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ65、排気中酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ66、吸入新気量を検出するエアフローメータ67、実圧縮比を検出する圧縮比センサ68が設けられ、これらセンサ類からの検出信号は、エンジンコントロールユニット(ECU)69に入力される。
【0029】
かかる構成のエンジンにおいて、前記ECU69は、各種エンジン制御(燃料噴射制御、点火制御等)と共に、前記可変圧縮比機構による圧縮比の制御を実行する。特に、本発明に係る制御として燃料リカバー時のトルクショック軽減のための圧縮比制御を以下のように実行する。
【0030】
図5は、前記圧縮比制御の第1実施形態における制御ブロック、図6はメインフローを示す。
図6において、ステップ(図ではSと記す。以下同様)1では、回転速度センサ62によって検出されるエンジン回転速度rNe1を読み込む。
【0031】
ステップ2では、アクセル開度センサ61によって検出されるアクセル開度rAPO1を読み込む。
ステップ3では、水温センサ65によって検出されるエンジン水温rTw1を読み込む。
【0032】
ステップ4では、燃料カット条件が成立中か否かを、燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値により判定する。該燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値をセットするルーチンを、図7に基づいて説明する。
【0033】
ステップ21,22では、エンジン回転速度rNe1、アクセル開度rAPO1を読み込む。
ステップ23では、前記車速センサ63によって検出される車速rVSP1を読み込む。
【0034】
ステップ24では、前記ニュートラルスイッチ64の状態swNUTを読み込む。
ステップ25では、前記ステップ11〜14で読み込んだ情報に基づいて、燃料カット条件が成立するか否かを判定する。具体的には、エンジン回転速度rNe1が判定速度#FCUTNE以上、アクセル開度rAPO1が判定開度#FCUTAPO以下、車速rVSP1が判定車速#FCUVSP以上、ニュートラルスイッチ64の状態swNUTが1つまりニュートラル位置でないときの全ての条件が成立したときに、燃料カット条件が成立したと判定する。
【0035】
ステップ25で燃料カット条件が成立したと判定したときは、ステップ26へ進んで燃料カットを許可するため、燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値を1にセットし、燃料カット条件が成立しないと判定したときは、ステップ27へ進んで燃料カットを禁止するため、燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値を0にリセットする。
【0036】
図6に戻って、ステップ4で燃料カット条件が成立中(FLG_FCUT=1)と判定されたときは、ステップ5へ進んで燃料カット中の目標圧縮比#tεFCUTを算出する。具体的には、燃料カット中から予め燃料リカバー時のトルクショックを回避するための低い圧縮比に合わせて設定する。
【0037】
ステップ6では、ステップ5で設定した目標圧縮比#tεFCUTに滑らかに近づけるため、最終的な目標圧縮比tεを次式のように加重平均処理する。
tε=tε(−1)×(1−#GAIN)+#tεFCUT×#GAIN
ただし、#GAIN:重み係数
tε(−1):目標圧縮比tεの前回設定値
また、ステップ4で燃料カット条件が非成立中(FLG_FCUT=0)と判定されたときは、ステップ7へ進んで、前記エンジン回転速度rNe1とエンジン負荷の代表値であるアクセル開度rAPO1とに基づいて、図8に示した基本目標圧縮比マップを参照して基本目標圧縮比tε0を算出する。ここで、図9に示すように、圧縮比が高いほど発生トルクが増大する傾向にあり、発生トルク(エンジン負荷)が大きくなるほどノッキング発生傾向が増大する。そこで、図8では、基本目標圧縮比tε0をアクセル開度(エンジン負荷代表値)が大きくなるほどノッキング抑制のため小さくするが、高回転領域では充填効率が低下するので少しtε0を大きめに設定してある。
【0038】
ステップ8では、前記エンジン水温rTw1に基づいて、図10に示した水温補正係数テーブルを参照して圧縮比の水温補正係数hos_Twε1を算出する。
【0039】
ステップ9では、前記基本目標圧縮比tε0を、次式のように前記水温補正係数hos_Twε1を乗じて補正し、目標圧縮比tεを算出する。
tε=tε0×hos_Twε1
ステップ10では、前記ステップ6またはステップ9で算出した目標圧縮比tεをセットする。これにより、前記可変圧縮比機構が駆動されて実圧縮比が目標圧縮比tεとなるように制御される。
【0040】
図11は、上記圧縮比制御と並行して行われる燃料噴射量制御のルーチンを示す。
ステップ31では、エンジン回転速度rNe1を読み込む。
【0041】
ステップ32では、前記エアフローメータ67により検出された吸入空気量rQa1を読み込む。
ステップ33では、エンジン水温rTw1を読み込む。
【0042】
ステップ34では、次式により、基本燃料噴射量tTP0を算出する。
tTP0=rQa1×#KCONST
ただし、#KCONST:定数
ステップ35では、前記基本燃料噴射量tTP0のエンジン水温rTw1等による補正係数COEFを算出する。
【0043】
ステップ36では、前記空燃比センサ66によって検出される空燃比に基づいて空燃比フィードバック補正係数ALPHAを比例積分制御等により算出する。
ステップ37では、前記燃料噴射弁30の無効噴射パルス幅Tsを算出する。
【0044】
ステップ39では、燃料カット条件が成立中か否かを、燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値により判定する。
ステップ39で燃料カット条件が成立中(FLG_FCUT=1)と判定されたときは、ステップ40へ進んで燃料カット中の目標燃料噴射量Teを0にセットする。
【0045】
また、また、ステップ39で燃料カット条件が非成立中(FLG_FCUT=0)と判定されたときは、ステップ41へ進んで、通常運転時の目標燃料噴射量Teを次式により算出する。
【0046】
Te=tTP0×COEF×ALPHA+Ts
ステップ41では、上記ステップ39またはステップ40で算出された目標燃料噴射量Teをセットする。これにより、前記燃料噴射弁30が駆動されて燃料噴射量が目標燃料噴射量tTeとなるように制御される(燃料カット時は、燃料噴射が停止される)。
【0047】
図12は、第1の実施形態による動作を示す。燃料カット中に圧縮比が低い固定値#tεFCUTに維持されるので、燃料カット後の燃料リカバー時に前記低圧縮比#tεFCUTで燃料噴射が再開され、トルクショックを軽減できる。ここで、本実施形態では図6で示したように、燃料リカバーと同時に目標圧縮比は低負荷状態(アクセル開度は燃料リカバー時も0に維持されている)に応じて設定された高圧縮比に切り換えられるが、既述したように圧縮比制御の遅れがあるので、燃料リカバー直後の実圧縮比は低圧縮比に維持され、トルクショックを軽減できる。
【0048】
点線は、比較として従来特性を示し、燃料カット中には低負荷に対応して高圧縮比に維持されるため、燃料リカバー時のトルクショックが大きい(なお、高圧縮比によるポンピングロス増大により燃料リカバーが早まる)。
【0049】
次に、第2の実施形態を説明する。図13は制御ブロック、図14はメインフローを示し、第1の実施形態との相違は、ステップ4で燃料カット条件が成立中と判定されたときに、ステップ41で燃料供給が再開されるエンジン回転速度(リカバー回転速度)に近づいたかを判定し、該リカバー回転速度に近づいたと判定されたときにステップ5へ進んで、燃料カット中の目標圧縮比#tεFCUTを算出するようにした点である。なお、ステップ41でのリカバー回転速度に近づいたかの判定は、具体的には、次式の条件が成立するかで判定する。
【0050】
rNe≦#GETA_FCUTREC+#FCUTNE
ただし、#GETA_FCUTREC:リカバー回転速度
#FCUTNE:上乗せ回転速度分
すなわち、エンジン回転速度がリカバー回転速度に前記上乗せ回転速度分#FCUTNEを加算した回転速度まで減少したときに圧縮比の減少制御が開始される。ここで、前記上乗せ回転速度分#FCUTNEは、予め決められた固定値でもよいが、水温などのような運転条件によって割り付けられたマップ値やテーブル値、またはリカバー回転速度に対する、実エンジン回転速度の割合としても良く、その場合より精度良く圧縮比を変化させる判定を行う事ができる。
【0051】
図15は、第2の実施形態による動作を示す。燃料カット開始後、圧縮比は通常運転時に合わせて低負荷に応じた高圧縮比に切り換えられ、リカバー回転速度に近い回転速度(=#GETA_FCUTREC+#FCUTNE)になってからトルクショック軽減のための低圧縮比#tεFCUTに切り換えられる。
【0052】
このようにすれば、燃料カット中は低負荷でありノッキングの心配も低いことから、できるだけ高い圧縮比として、運転者が要求する充分なエンジンブレーキによる減速度を得ることができるようにしておき、リカバー回転速度に近づいてから初めて圧縮比を小さい値に切り換えることで、第1の実施形態同様の燃料リカバー時のトルクショックの低減と、燃料カット中の高圧縮比によるエンジンブレーキの効きとを両立することができる。
【0053】
次に、第3の実施形態について説明する。図16は制御ブロック、図17はメインフローを示し、第2の実施形態の構成に加えて、燃料リカバー時にステップ9で基本目標圧縮比tε0を水温補正係数hos_Twε1を乗じて補正して目標空燃比tε’とした後、さらにステップ91でエンジン回転変化量に応じた補正を行って最終的な目標圧縮比tεを算出する点が相違する。
【0054】
具体的には、ステップ91で次式のような加重平均処理により目標圧縮比tεを算出する。
tε=tε(−1)×(1−#GAINUP)+tε’×#GAINUP
ただし、#GAINUP:重み係数
tε(−1):tεの前回値
すなわち、既述したように第1,第2の実施形態でも可変圧縮比機構の作動遅れにより燃料リカバー直後の実圧縮比は低圧縮比に維持されてトルクショックを軽減できるが、本実施形態では目標圧縮比も加重平均処理によって徐々に切り換えることで、実圧縮比を機関回転速度の変化に応じてより緩やかに変化させることができ、燃料リカバー後のトルク変化が最小限に押さえられ、よりいっそう滑らかなつながりを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るEGR制御装置を備えたエンジンのシステム構成図。
【図2】同上装置の圧縮比可変機構により低圧縮比に操作するときの動作を示す図。
【図3】同じく高圧縮比に操作するときの動作を示す図。
【図4】同じく高圧縮比に維持するときの動作を示す図。
【図5】第1の実施形態の制御ブロック図。
【図6】同じくメインフローを示す図。
【図7】同じく燃料カット判定のサブルーチンを示す図。
【図8】同じく基本目標圧縮比の設定マップ。
【図9】同じく圧縮比とトルクの関係を示す特性図。
【図10】同じく水温補正係数の設定マップ。
【図11】同じく燃料噴射量設定のサブルーチンを示す図。
【図12】同じく第1の実施形態の作用・効果を示すタイムチャート。
【図13】第2の実施形態の制御ブロック図。
【図14】同じく同じくメインフローを示す図。
【図15】同じく第2の実施形態の作用・効果を示すタイムチャート。
【図16】第3の実施形態の制御ブロック図。
【図17】同じくメインフローを示す図。
【図18】同じく第3の実施形態の作用・効果を示すタイムチャート。
【符号の説明】
30…燃料噴射弁 31…クランク軸 34…ロアーリンク 35…アッパーリンク 38…ピストン 40…制御リンク 42…制御軸 43…圧縮比制御アクチュエータ 51…ターボ過給機 57…スロットル弁
58…スロットルアクチュエータ 59…EGR通路 60…EGR弁
61…アクセル開度センサ 62…回転速度センサ 63…車速センサ
64…ニュートラルスイッチ 65…水温センサ 67…エアフローメータ 68…圧縮比センサ 69…ECU
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮比を可変に制御する内燃機関において、燃料供給停止(燃料カット)後の燃料供給再開(燃料リカバー)時の圧縮比制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧縮比を可変にできる内燃機関においては、低負荷側を高圧縮比、高負荷側を低圧縮比とすることによって、燃料消費率を向上させつつ、ノッキングの発生を防止するようにしたものがある(特許文献1参照)。
【0003】
一方、内燃機関では、アクセルが全閉になるような急激な減速時には、エンジンブレーキを効かせるためや、燃料消費量を抑制するために、一時的に燃料噴射量を減少または噴射停止(燃料カット)するように制御することが行われている。
【0004】
そして、燃料カットが解除される燃料リカバー時には一度に全気筒の燃料噴射を再開せずに、特定の気筒から再開させたり、気筒を複数のグループに分けて、そのグループ毎に燃料噴射を再開させるようにしているものもある。
【0005】
また、燃料リカバー時に一時的に空燃比をリーン方向にシフトさせて、発生するトルクを低減することで、トルクショックを低減しているものもある。
【0006】
【特許文献1】
特開平07−229431号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の圧縮比制御方式では、上記燃料リカバー時に以下のような問題が発生することがわかった。
【0008】
すなわち、圧縮比を可変にできるエンジンにおいて、燃料カット条件が未成立となり燃料噴射を再開する場合に、実際の圧縮比が大きいままになっていると、同一の燃料噴射量であっても発生するトルクが大きいため(同一の吸気量、空燃比、点火時期としても)、燃料が噴射され燃焼が再開されるときのトルクショックが大きくなり、運転性が悪化してしまう。
【0009】
既述のように、燃料リカバー時には、一度に全ての気筒の燃料噴射を再開せずに、特定の気筒から間隔をおいて順番に再開させたり、気筒を複数のグループに分けて、そのグループ毎に燃料噴射を再開させるようにしてトルクショックを軽減する方式とすると、噴射を再開した気筒は圧縮比が大きいためトルクが大きく、その他のまだリカバーされていない気筒の発生するトルクが小さい(マイナストルク)ため、気筒間のトルク差が大きくなり、機関回転にムラが発生したようになり回転ばらつきの要因となりやすい。
【0010】
また、燃料リカバー時に一時的に空燃比をリーン方向にシフトさせて、発生するトルクを低減する方式とすると、一時的に全気筒がリーンの空燃比で運転されるため、気筒内で発生するトルクが低下することで、燃料リカバー時のトルクショックは低減される方向であるが、空燃比がリーンであることで排気の残留酸素分が増加してしまうので、三元触媒の還元作用が機能できないため、その間一時的に排気成分の悪化(急激なNOxの増加)を避けることができない。
【0011】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、圧縮比を可変な内燃機関において、燃料リカバー時の圧縮比制御により機関回転変動や排気浄化性能の悪化を伴うことなくトルクショックを軽減することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、燃料リカバー時には強制的に圧縮比を低く制御する構成とした。
【0013】
このようにすれば燃料リカバー時には運転状態の基づく圧縮比は高圧縮比であっても、圧縮比が低く制御されるのでトルクショックを軽減できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図1は、可変圧縮比機構ともなる複リンク式ピストン−クランク機構を備えたエンジン(内燃機関)の全体図である。
【0015】
クランク軸31は、複数のジャーナル部32とクランクピン部33とカウンタウエィト部31aとを備えており、エンジン本体となる図示しないシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部32が回転自在に支持されている。前記クランクピン部33は、ジャーナル部32から所定量偏心しており、ここに第2リンクとなるロアーリンク34が回転自在に連結されている。
【0016】
前記ロアーリンク34は、略T字形をなすもので、その本体34aとキャップ34bとから分割可能に構成された略中央の連結孔に前記クランクピン部33が嵌合している。
【0017】
第1リンクとなるアッパーリンク35は、下端側が連結ピン36によりロアーリンク34の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン37によりピストン38に回動可能に連結されている。前記ピストン38は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ39内を往復動する。
【0018】
前記シリンダ39の上部には、クランク軸31の回転に同期して吸気ポート44を開閉する吸気弁43と、同じくクランク軸31の回転に同期して排気ポート46を開閉する排気弁45と、が配置されている。吸気ポート4には、燃料噴射弁30が備えられる。燃料噴射弁は燃焼室内に直接噴射するものであってもよい。
【0019】
第3リンクとなる制御リンク40は、上端側が連結ピン41によりロアーリンク34の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸42を介してエンジン本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸42は、小径部42bを中心として回転するようにエンジン本体に支持されており、この小径部42bに対し偏心している大径部42aに、前記制御リンク40下端部が回転可能に嵌合している。
【0020】
前記小径部42bは、圧縮比制御アクチュエータ43によって回動位置が制御される。小径部42bが回動すると小径部42bに対して偏心している大径部42aの軸中心位置、特に、エンジン本体に対する相対位置が変化する。これにより、制御リンク40の下端の揺動支持位置が変化する。そして、前記制御リンク40の揺動支持位置が変化すると、ピストン38の行程が変化し、ピストン上死点(TDC)におけるピストン38の位置が上下する(つまり図1のy座標が大きく)。これにより、エンジン圧縮比を変えることが可能となる。前記圧縮比制御アクチュエータ43は、制御リンク40から加わる反力に抗して、任意の回動位置で小径部42bを保持することができるようになっている。圧縮比制御アクチュエータ43としては、油圧ベーン式アクチュエータを用いる。
【0021】
図2〜図4は、該圧縮比制御アクチュエータ43を制御する油圧システムを示す。図において、圧縮比制御アクチュエータ43は、ハウジング43a内に前記小径部42bに連結された駆動軸43b及び該駆動軸43bに固定されてハウジング43a内を容積可変なA室とB室とに仕切るベーン43cが回動自由に収納される。一方、電動モータ101で駆動されるオイルポンプ102の吐出口が、逆止弁103,開閉弁104,方向切換弁105のポートcに接続され、該方向切換弁105のポートdが低圧側のオイルパン106に接続される。また、前記方向切換弁105のポートe,fが、それぞれ前記圧縮比制御アクチュエータ43のポートa,bに接続される。また、前記逆止弁103と開閉弁104との間から分岐するオイル通路にアキュームレータ107が接続され、開閉弁104と方向切換弁105との間から分岐するオイル通路がエンジンオイルギャラリーに接続される。
【0022】
そして、図2の状態では前記開閉弁104が開、方向切換弁105が図示左端に制御され、オイルポンプ102から吐出された高圧油は、開閉弁104、方向切換弁105のポートc,eを介して前記圧縮比制御アクチュエータ43のポートaからA室に供給され、B室内の油は、ポートbから方向切換弁105のポートf,dを介してオイルパン106に戻される。これにより、A室の容積が増大してベーン43cと共に小径部42bが図で時計回りに回動し、制御リンク40の揺動支持位置が変化して低圧縮比に制御される。
【0023】
一方、上記状態から図3に示すように、方向切換弁105を図示右端に切換制御すると、高圧油は、開閉弁104のポートc,fを介して前記圧縮比制御アクチュエータ43のポートbからB室に供給され、A室内の油は、ポートaから方向切換弁105のポートe,dを介してオイルパン106に戻される。これにより、B室の容積が増大してベーン43cと共に小径部42bが図で反時計回りに回動し、制御リンク40の揺動支持位置が変化して高圧縮比に制御される。高圧縮比側に保持する場合は、図4に示すように、方向切換弁105を図示中央に移動させると共に、開閉弁104を閉とする。
【0024】
図1に戻って、このエンジンは、過給機としてターボ過給機51を備えている。このターボ過給機51は、排気通路54に位置するタービン52と吸気通路55に位置するコンプレッサ53とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン52の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁56を備えている。
【0025】
また、前記コンプレッサ53下流の吸気通路55にEGR量を可変制御するスロットル弁57を備え、該スロットル弁57がステップモータなどのスロットルアクチュエータ58により駆動される。
【0026】
また、前記排気通路54のエンジン本体とタービン52との間から分岐してスロットル弁57下流の吸気通路55に接続するEGR通路59と、該EGR通路59に介装されたEGR弁60とが設けられている。
【0027】
前記EGR弁60は、例えば、ステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち、エンジン本体に吸入されるEGR量を制御する。
【0028】
エンジン運転状態を検出するセンサ類として、ドライバにより操作されるアクセル開度を検出するアクセル開度センサ61、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ62、車速を検出する車速センサ63、変速機のニュートラル位置でONとなるニュートラルスイッチ64、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ65、排気中酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ66、吸入新気量を検出するエアフローメータ67、実圧縮比を検出する圧縮比センサ68が設けられ、これらセンサ類からの検出信号は、エンジンコントロールユニット(ECU)69に入力される。
【0029】
かかる構成のエンジンにおいて、前記ECU69は、各種エンジン制御(燃料噴射制御、点火制御等)と共に、前記可変圧縮比機構による圧縮比の制御を実行する。特に、本発明に係る制御として燃料リカバー時のトルクショック軽減のための圧縮比制御を以下のように実行する。
【0030】
図5は、前記圧縮比制御の第1実施形態における制御ブロック、図6はメインフローを示す。
図6において、ステップ(図ではSと記す。以下同様)1では、回転速度センサ62によって検出されるエンジン回転速度rNe1を読み込む。
【0031】
ステップ2では、アクセル開度センサ61によって検出されるアクセル開度rAPO1を読み込む。
ステップ3では、水温センサ65によって検出されるエンジン水温rTw1を読み込む。
【0032】
ステップ4では、燃料カット条件が成立中か否かを、燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値により判定する。該燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値をセットするルーチンを、図7に基づいて説明する。
【0033】
ステップ21,22では、エンジン回転速度rNe1、アクセル開度rAPO1を読み込む。
ステップ23では、前記車速センサ63によって検出される車速rVSP1を読み込む。
【0034】
ステップ24では、前記ニュートラルスイッチ64の状態swNUTを読み込む。
ステップ25では、前記ステップ11〜14で読み込んだ情報に基づいて、燃料カット条件が成立するか否かを判定する。具体的には、エンジン回転速度rNe1が判定速度#FCUTNE以上、アクセル開度rAPO1が判定開度#FCUTAPO以下、車速rVSP1が判定車速#FCUVSP以上、ニュートラルスイッチ64の状態swNUTが1つまりニュートラル位置でないときの全ての条件が成立したときに、燃料カット条件が成立したと判定する。
【0035】
ステップ25で燃料カット条件が成立したと判定したときは、ステップ26へ進んで燃料カットを許可するため、燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値を1にセットし、燃料カット条件が成立しないと判定したときは、ステップ27へ進んで燃料カットを禁止するため、燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値を0にリセットする。
【0036】
図6に戻って、ステップ4で燃料カット条件が成立中(FLG_FCUT=1)と判定されたときは、ステップ5へ進んで燃料カット中の目標圧縮比#tεFCUTを算出する。具体的には、燃料カット中から予め燃料リカバー時のトルクショックを回避するための低い圧縮比に合わせて設定する。
【0037】
ステップ6では、ステップ5で設定した目標圧縮比#tεFCUTに滑らかに近づけるため、最終的な目標圧縮比tεを次式のように加重平均処理する。
tε=tε(−1)×(1−#GAIN)+#tεFCUT×#GAIN
ただし、#GAIN:重み係数
tε(−1):目標圧縮比tεの前回設定値
また、ステップ4で燃料カット条件が非成立中(FLG_FCUT=0)と判定されたときは、ステップ7へ進んで、前記エンジン回転速度rNe1とエンジン負荷の代表値であるアクセル開度rAPO1とに基づいて、図8に示した基本目標圧縮比マップを参照して基本目標圧縮比tε0を算出する。ここで、図9に示すように、圧縮比が高いほど発生トルクが増大する傾向にあり、発生トルク(エンジン負荷)が大きくなるほどノッキング発生傾向が増大する。そこで、図8では、基本目標圧縮比tε0をアクセル開度(エンジン負荷代表値)が大きくなるほどノッキング抑制のため小さくするが、高回転領域では充填効率が低下するので少しtε0を大きめに設定してある。
【0038】
ステップ8では、前記エンジン水温rTw1に基づいて、図10に示した水温補正係数テーブルを参照して圧縮比の水温補正係数hos_Twε1を算出する。
【0039】
ステップ9では、前記基本目標圧縮比tε0を、次式のように前記水温補正係数hos_Twε1を乗じて補正し、目標圧縮比tεを算出する。
tε=tε0×hos_Twε1
ステップ10では、前記ステップ6またはステップ9で算出した目標圧縮比tεをセットする。これにより、前記可変圧縮比機構が駆動されて実圧縮比が目標圧縮比tεとなるように制御される。
【0040】
図11は、上記圧縮比制御と並行して行われる燃料噴射量制御のルーチンを示す。
ステップ31では、エンジン回転速度rNe1を読み込む。
【0041】
ステップ32では、前記エアフローメータ67により検出された吸入空気量rQa1を読み込む。
ステップ33では、エンジン水温rTw1を読み込む。
【0042】
ステップ34では、次式により、基本燃料噴射量tTP0を算出する。
tTP0=rQa1×#KCONST
ただし、#KCONST:定数
ステップ35では、前記基本燃料噴射量tTP0のエンジン水温rTw1等による補正係数COEFを算出する。
【0043】
ステップ36では、前記空燃比センサ66によって検出される空燃比に基づいて空燃比フィードバック補正係数ALPHAを比例積分制御等により算出する。
ステップ37では、前記燃料噴射弁30の無効噴射パルス幅Tsを算出する。
【0044】
ステップ39では、燃料カット条件が成立中か否かを、燃料カット許可フラグFLG_FCUTの値により判定する。
ステップ39で燃料カット条件が成立中(FLG_FCUT=1)と判定されたときは、ステップ40へ進んで燃料カット中の目標燃料噴射量Teを0にセットする。
【0045】
また、また、ステップ39で燃料カット条件が非成立中(FLG_FCUT=0)と判定されたときは、ステップ41へ進んで、通常運転時の目標燃料噴射量Teを次式により算出する。
【0046】
Te=tTP0×COEF×ALPHA+Ts
ステップ41では、上記ステップ39またはステップ40で算出された目標燃料噴射量Teをセットする。これにより、前記燃料噴射弁30が駆動されて燃料噴射量が目標燃料噴射量tTeとなるように制御される(燃料カット時は、燃料噴射が停止される)。
【0047】
図12は、第1の実施形態による動作を示す。燃料カット中に圧縮比が低い固定値#tεFCUTに維持されるので、燃料カット後の燃料リカバー時に前記低圧縮比#tεFCUTで燃料噴射が再開され、トルクショックを軽減できる。ここで、本実施形態では図6で示したように、燃料リカバーと同時に目標圧縮比は低負荷状態(アクセル開度は燃料リカバー時も0に維持されている)に応じて設定された高圧縮比に切り換えられるが、既述したように圧縮比制御の遅れがあるので、燃料リカバー直後の実圧縮比は低圧縮比に維持され、トルクショックを軽減できる。
【0048】
点線は、比較として従来特性を示し、燃料カット中には低負荷に対応して高圧縮比に維持されるため、燃料リカバー時のトルクショックが大きい(なお、高圧縮比によるポンピングロス増大により燃料リカバーが早まる)。
【0049】
次に、第2の実施形態を説明する。図13は制御ブロック、図14はメインフローを示し、第1の実施形態との相違は、ステップ4で燃料カット条件が成立中と判定されたときに、ステップ41で燃料供給が再開されるエンジン回転速度(リカバー回転速度)に近づいたかを判定し、該リカバー回転速度に近づいたと判定されたときにステップ5へ進んで、燃料カット中の目標圧縮比#tεFCUTを算出するようにした点である。なお、ステップ41でのリカバー回転速度に近づいたかの判定は、具体的には、次式の条件が成立するかで判定する。
【0050】
rNe≦#GETA_FCUTREC+#FCUTNE
ただし、#GETA_FCUTREC:リカバー回転速度
#FCUTNE:上乗せ回転速度分
すなわち、エンジン回転速度がリカバー回転速度に前記上乗せ回転速度分#FCUTNEを加算した回転速度まで減少したときに圧縮比の減少制御が開始される。ここで、前記上乗せ回転速度分#FCUTNEは、予め決められた固定値でもよいが、水温などのような運転条件によって割り付けられたマップ値やテーブル値、またはリカバー回転速度に対する、実エンジン回転速度の割合としても良く、その場合より精度良く圧縮比を変化させる判定を行う事ができる。
【0051】
図15は、第2の実施形態による動作を示す。燃料カット開始後、圧縮比は通常運転時に合わせて低負荷に応じた高圧縮比に切り換えられ、リカバー回転速度に近い回転速度(=#GETA_FCUTREC+#FCUTNE)になってからトルクショック軽減のための低圧縮比#tεFCUTに切り換えられる。
【0052】
このようにすれば、燃料カット中は低負荷でありノッキングの心配も低いことから、できるだけ高い圧縮比として、運転者が要求する充分なエンジンブレーキによる減速度を得ることができるようにしておき、リカバー回転速度に近づいてから初めて圧縮比を小さい値に切り換えることで、第1の実施形態同様の燃料リカバー時のトルクショックの低減と、燃料カット中の高圧縮比によるエンジンブレーキの効きとを両立することができる。
【0053】
次に、第3の実施形態について説明する。図16は制御ブロック、図17はメインフローを示し、第2の実施形態の構成に加えて、燃料リカバー時にステップ9で基本目標圧縮比tε0を水温補正係数hos_Twε1を乗じて補正して目標空燃比tε’とした後、さらにステップ91でエンジン回転変化量に応じた補正を行って最終的な目標圧縮比tεを算出する点が相違する。
【0054】
具体的には、ステップ91で次式のような加重平均処理により目標圧縮比tεを算出する。
tε=tε(−1)×(1−#GAINUP)+tε’×#GAINUP
ただし、#GAINUP:重み係数
tε(−1):tεの前回値
すなわち、既述したように第1,第2の実施形態でも可変圧縮比機構の作動遅れにより燃料リカバー直後の実圧縮比は低圧縮比に維持されてトルクショックを軽減できるが、本実施形態では目標圧縮比も加重平均処理によって徐々に切り換えることで、実圧縮比を機関回転速度の変化に応じてより緩やかに変化させることができ、燃料リカバー後のトルク変化が最小限に押さえられ、よりいっそう滑らかなつながりを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るEGR制御装置を備えたエンジンのシステム構成図。
【図2】同上装置の圧縮比可変機構により低圧縮比に操作するときの動作を示す図。
【図3】同じく高圧縮比に操作するときの動作を示す図。
【図4】同じく高圧縮比に維持するときの動作を示す図。
【図5】第1の実施形態の制御ブロック図。
【図6】同じくメインフローを示す図。
【図7】同じく燃料カット判定のサブルーチンを示す図。
【図8】同じく基本目標圧縮比の設定マップ。
【図9】同じく圧縮比とトルクの関係を示す特性図。
【図10】同じく水温補正係数の設定マップ。
【図11】同じく燃料噴射量設定のサブルーチンを示す図。
【図12】同じく第1の実施形態の作用・効果を示すタイムチャート。
【図13】第2の実施形態の制御ブロック図。
【図14】同じく同じくメインフローを示す図。
【図15】同じく第2の実施形態の作用・効果を示すタイムチャート。
【図16】第3の実施形態の制御ブロック図。
【図17】同じくメインフローを示す図。
【図18】同じく第3の実施形態の作用・効果を示すタイムチャート。
【符号の説明】
30…燃料噴射弁 31…クランク軸 34…ロアーリンク 35…アッパーリンク 38…ピストン 40…制御リンク 42…制御軸 43…圧縮比制御アクチュエータ 51…ターボ過給機 57…スロットル弁
58…スロットルアクチュエータ 59…EGR通路 60…EGR弁
61…アクセル開度センサ 62…回転速度センサ 63…車速センサ
64…ニュートラルスイッチ 65…水温センサ 67…エアフローメータ 68…圧縮比センサ 69…ECU
Claims (10)
- 圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を備え、かつ、減速時に燃料供給を停止し、その後燃料供給を再開する燃料供給制御を行う内燃機関において、
前記燃料供給再開時に、圧縮比を低く制御することを特徴とする内燃機関の圧縮比制御装置。 - 低負荷運転時は圧縮比を高くし高負荷運転時は圧縮比を低く制御しつつ、前記燃料供給再開時には、圧縮比を高くする低負荷運転時でも圧縮比を低く制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
- 前記燃料供給の再開を予測し、燃料供給再開前に予め圧縮比を低く制御しておくことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
- 前記減速時の燃料供給停止を判断したときから予め圧縮比を低く制御しておくことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
- 前記予め圧縮比を低くする制御は、燃料供給再開が実行される前に一時的に行うことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
- 前記予め圧縮比を一時的に低くする制御は、前記燃料供給が再開される少し前の状態を判断したときから所定の低圧縮比まで徐々に減少させる制御であることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
- 前記圧縮比を徐々に減少させる制御は、機関回転速度の変化に応じて減少変化させる制御であることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
- 前記圧縮比を機関回転速度の変化に応じて減少変化させる制御は、燃料供給停止時に応じて設定した高圧縮比と燃料供給再開時用に設定した低圧縮比とを加重平均処理した目標圧縮比とする制御であることを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
- 燃料供給を再開した後、前記低く設定された圧縮比を機関運転状態に応じて設定した目標圧縮比まで徐々に増大させることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
- 前記燃料供給を再開した後に圧縮比を徐々に増大させる制御は、燃料供給再開時用に設定した低圧縮比と機関運転状態に応じて設定した圧縮比とを加重平均処理した目標圧縮比とする制御であることを特徴とする請求項9に記載の内燃機関の圧縮比制御装置。
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JP2007315173A (ja) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の排気装置 |
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-
2003
- 2003-02-05 JP JP2003028439A patent/JP2004239147A/ja active Pending
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