JP2007170191A - 内燃機関の制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】通信が瞬断することにより内燃機関の状態量が急激に変化して機関運転状態が不安定になることを好適に抑制することのできる内燃機関の制御システムを提供する。
【解決手段】機関制御ユニット100は、機関運転状態に基づいて状態量制御ユニット60の制御目標値を設定し、CAN80を介して同状態量制御ユニット60に送信する。状態量制御ユニット60はその制御目標値に基づいて機関の状態量を変更する。CAN80の通信が瞬断したときには、その通信が通信可能な状態に復帰するまでの期間、状態量制御ユニット60は通信が瞬断する直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値に基づいて機関の状態量を制御する。
【選択図】図4
【解決手段】機関制御ユニット100は、機関運転状態に基づいて状態量制御ユニット60の制御目標値を設定し、CAN80を介して同状態量制御ユニット60に送信する。状態量制御ユニット60はその制御目標値に基づいて機関の状態量を変更する。CAN80の通信が瞬断したときには、その通信が通信可能な状態に復帰するまでの期間、状態量制御ユニット60は通信が瞬断する直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値に基づいて機関の状態量を制御する。
【選択図】図4
Description
本発明は内燃機関の制御システムに関する。
例えば、特許文献1に記載される内燃機関の制御システムでは、機関制御ユニットにより燃料噴射量や燃料噴射圧等の内燃機関にかかる状態量の制御目標値を機関運転状態に基づいて設定するとともに、状態量制御ユニットによりこの制御目標値に基づいて状態量を制御するようにしている。また近年、上記特許文献1にも記載されるように、こうした機関制御ユニットと状態量制御ユニットとの間における制御目標値の送受信は、通常、バス型の通信ネットワークを通じて行われている。即ち、通信ネットワークのバスには機関制御ユニット及び状態量制御ユニットがそれぞれ接続されており、機関制御ユニットにより設定された制御目標値はこの通信ネットワークのバスを通じて状態量制御ユニットに送信される。状態量制御ユニットはこの制御目標値を受信し、その受信した制御目標値に基づいてアクチュエータを駆動することにより、状態量にかかる実際値が制御目標値と一致するように制御する。
特開2004−324416号公報
ところで、例えば通信ネットワークのハーネスに接触不良が生じる等して通信が一時的に中断する、即ち瞬断すると、機関制御ユニットによって設定された状態量の制御目標値を状態量制御ユニットに送信することができなくなる。通信ネットワークでは、一般にこうした場合には、状態量の制御目標値が不定になることに起因した誤作動を回避するため、その制御目標値を予め設定されている初期値に戻すようにしている。しかしながら、このように制御目標値を初期値に戻すようにすると、瞬断直前における状態量の実際値と上記初期値との差が大きくなることがあり、この場合には状態量が急激に変化して、一時的であるが、機関運転状態が不安定になることがある。
本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信が瞬断することにより内燃機関の状態量が急激に変化して機関運転状態が不安定になることを好適に抑制することのできる内燃機関の制御システムを提供することにある。
以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の状態量を変更するアクチュエータ、同アクチュエータを制御する制御部、並びに前記状態量の実際値を検出する検出手段を有する状態量制御ユニットと、機関運転状態に基づいて前記状態量の制御目標値を算出する機関制御ユニットと、該機関制御ユニットにより設定される制御目標値を前記状態量制御ユニットの制御部に送信する通信手段とを備え、前記状態量制御ユニットの制御部は前記通信手段から送信される最新の前記制御目標値に基づき前記アクチュエータを介して前記状態量を変更する内燃機関の制御システムにおいて、前記通信手段による通信が瞬断したときその瞬断時から通信可能な状態に復帰するまでの期間、前記状態量制御ユニットの制御部は通信が瞬断する直前に前記通信手段から送信された制御目標値の値及び通信が瞬断する直前に前記検出手段により検出された実際値の値の少なくとも一方に基づいて前記状態量を制御することを特徴とする。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の状態量を変更するアクチュエータ、同アクチュエータを制御する制御部、並びに前記状態量の実際値を検出する検出手段を有する状態量制御ユニットと、機関運転状態に基づいて前記状態量の制御目標値を算出する機関制御ユニットと、該機関制御ユニットにより設定される制御目標値を前記状態量制御ユニットの制御部に送信する通信手段とを備え、前記状態量制御ユニットの制御部は前記通信手段から送信される最新の前記制御目標値に基づき前記アクチュエータを介して前記状態量を変更する内燃機関の制御システムにおいて、前記通信手段による通信が瞬断したときその瞬断時から通信可能な状態に復帰するまでの期間、前記状態量制御ユニットの制御部は通信が瞬断する直前に前記通信手段から送信された制御目標値の値及び通信が瞬断する直前に前記検出手段により検出された実際値の値の少なくとも一方に基づいて前記状態量を制御することを特徴とする。
同構成によれば、通信が瞬断した状態にある期間、状態量の制御目標値が一時的に初期値に変更され、状態量制御ユニットの制御部によりその初期値に基づいて内燃機関の状態量が変更されてしまうことを回避することができる。その結果、状態量制御ユニットの制御部がこうした初期値に基づいて内燃機関の状態量を変更した場合とは異なり、その通信の瞬断された状態にある期間において内燃機関の状態量が急激に変動することを回避することができ、機関状態の不安定化を抑制することができるようになる。
尚、内燃機関の状態量としては、例えば機関バルブの開閉時期等のバルブ特性の他、燃料噴射量や燃料噴射時期、或いはスロットルバルブの開度等を挙げることができる。
ここで、状態量制御ユニットの制御部により、通信が瞬断する直前に通信手段から送信された制御目標値の値に基づいて状態量を制御する際の具体的な構成としては、請求項2に記載の発明によるように、瞬断した状態から復帰するまでの期間、瞬断直前に送信された制御目標値の値と一致するように内燃機関の状態量を制御する、といった構成を採用することができる。同構成によれば、瞬断期間における機関の運転状態の不安定化を一層確実に抑制することができるようになる。
ここで、状態量制御ユニットの制御部により、通信が瞬断する直前に通信手段から送信された制御目標値の値に基づいて状態量を制御する際の具体的な構成としては、請求項2に記載の発明によるように、瞬断した状態から復帰するまでの期間、瞬断直前に送信された制御目標値の値と一致するように内燃機関の状態量を制御する、といった構成を採用することができる。同構成によれば、瞬断期間における機関の運転状態の不安定化を一層確実に抑制することができるようになる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御システムにおいて、前記状態量制御ユニットは前記内燃機関の状態量として機関バルブのバルブ特性を制御対象とするものであることを特徴とする。
同構成によれば、通信が瞬断した状態にある期間において、機関バルブのバルブ特性が大きく変化することによる吸入空気量の変動、ひいてはこれに伴って生じる機関出力の不安定化を抑制することができるようになる。尚、機関バルブのバルブ特性には、機関バルブの開時期、閉時期、最大リフト量、開期間、及びリフトプロフィール、並びにこれらの組み合わせが含まれる。
以下、本発明にかかる実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。
図1及び図2に示されるように、車両に搭載される内燃機関は4つの気筒を有しており、そのシリンダヘッド2には複数の吸気バルブ10と排気バルブ15とが往復動可能に設けられている。シリンダヘッド2には、それら吸気バルブ10と排気バルブ15とに対応して吸気弁駆動機構40と排気弁駆動機構45とがそれぞれ設けられている。
図1及び図2に示されるように、車両に搭載される内燃機関は4つの気筒を有しており、そのシリンダヘッド2には複数の吸気バルブ10と排気バルブ15とが往復動可能に設けられている。シリンダヘッド2には、それら吸気バルブ10と排気バルブ15とに対応して吸気弁駆動機構40と排気弁駆動機構45とがそれぞれ設けられている。
排気弁駆動機構45には、各排気バルブ15に対応してラッシュアジャスタ17が設けられるとともに、このラッシュアジャスタ17と排気バルブ15との間にはロッカーアーム18が架設されている。ロッカーアーム18は、その一端がラッシュアジャスタ17に支持されるとともに他端が排気バルブ15の基端部に当接されている。また、シリンダヘッド2に回転可能に支持された排気カムシャフト7には複数のカム8が形成されており、それらカム8の外周面はロッカーアーム18に設けられたローラ18aに当接されている。排気バルブ15にはリテーナ15aが設けられるとともに、このリテーナ15aとシリンダヘッド2との間にはバルブスプリング16が設けられている。このバルブスプリング16の付勢力によって排気バルブ15は閉弁方向に付勢されている。そしてこれにより、ロッカーアーム18のローラ18aはカム8の外周面に押圧されている。機関運転時にカム8が回転すると、ロッカーアーム18はラッシュアジャスタ17により支持される部分を支点として揺動する。その結果、排気バルブ15はロッカーアーム18によって開閉駆動されるようになる。
一方、吸気弁駆動機構40には、排気側と同様にバルブスプリング11、リテーナ10a、ロッカーアーム12、ローラ12a及びラッシュアジャスタ13が設けられている。また、シリンダヘッド2に回転可能に支持された吸気カムシャフト5には複数のカム6が形成されている。
ここで、排気弁駆動機構45とは異なり、吸気弁駆動機構40には、カム6とロッカーアーム12との間に仲介駆動機構20が設けられている。この仲介駆動機構20は入力部23と一対の出力部24とを有しており、これら入力部23及び出力部24はシリンダヘッド2に固定された支持パイプ22に揺動可能に支持されている。ロッカーアーム12は、吸気バルブ10の基端部及びラッシュアジャスタ13によって出力部24側に付勢されており、そのローラ12aが出力部24の外周面に当接されている。また、入力部23とシリンダヘッド2との間には、スプリング14が設けられており、このスプリング14の付勢力によって入力部23に設けられたローラ23bがカム6に付勢されている。
機関運転時にカム6が回転すると、同カム6はローラ23bに摺接しつつ入力部23を押圧し、これにより出力部24が支持パイプ22の周方向に揺動するようになる。そして出力部24が揺動すると、ロッカーアーム12はラッシュアジャスタ13により支持される部分を支点として揺動する。その結果、吸気バルブ10はロッカーアーム12によって開閉駆動されるようになる。
次に、図3を参照して仲介駆動機構20の構造について更に詳述する。ここで、図3は仲介駆動機構20の破断斜視図である。
図3に示されるように、入力部23は各出力部24の間に設けられており、これら入力部23と出力部24との内部には略円筒状の連通空間が形成されている。また、入力部23の内周面にはヘリカルスプライン23aが形成されるとともに、出力部24の内周面にはこの入力部23のヘリカルスプライン23aと逆向きに傾斜するヘリカルスプライン24aが形成されている。
図3に示されるように、入力部23は各出力部24の間に設けられており、これら入力部23と出力部24との内部には略円筒状の連通空間が形成されている。また、入力部23の内周面にはヘリカルスプライン23aが形成されるとともに、出力部24の内周面にはこの入力部23のヘリカルスプライン23aと逆向きに傾斜するヘリカルスプライン24aが形成されている。
入力部23と出力部24との内部に形成された空間には、略円筒状のスライダギア26が設けられている。このスライダギア26の外周面の中央部分には、入力部23のヘリカルスプライン23aに噛合するヘリカルスプライン26aが形成されるとともに、その外周面の両端部には出力部24のヘリカルスプライン24aに噛合するヘリカルスプライン26bが形成されている。
また、この略円筒状のスライダギア26の内壁には、その円周方向に沿って延びる溝29が形成されており、この溝29にはブッシュ28が嵌合されている。尚、このブッシュ28は、溝29の伸びる方向に沿って同溝29の内周面を摺動することができるが、スライダギア26の軸方向における変位は規制されている。
スライダギア26の内部に形成された貫通空間には、支持パイプ22が挿入されている。また、上記支持パイプ22には、その軸方向に沿って駆動可能なコントロールシャフト21が挿入されている。支持パイプ22の管壁にはその軸方向に延びる長孔22aが形成されている。また、スライダギア26とコントロールシャフト21との間には、長孔22aを通じてスライダギア26とコントロールシャフト21とを連結する係止ピン27が設けられている。該係止ピン27の一端がコントロールシャフト21に形成された凹部(図示略)に挿入されるとともに、他端がブッシュ28に形成された貫通孔28aに挿入されている。
こうした仲介駆動機構20にあって、コントロールシャフト21がその軸方向に沿って変位すると、これに連動してスライダギア26が軸方向に変位する。スライダギア26の外周面に形成されたヘリカルスプライン26a、26bは、入力部23及び出力部24の内周面に形成されたヘリカルスプライン23a、24aとそれぞれ噛合っているため、スライダギア26がその軸方向に駆動すると、入力部23と出力部24とは逆の方向に回転する。その結果、入力部23と出力部24との相対位相差が変更され、吸気バルブ10の最大リフト量が変更される。
次に、この仲介駆動機構20を通じて吸気バルブ10の最大リフト量を制御する制御システムについて、図2及び図4を併せ参照して説明する。ここで、図4はこの制御システムを示すブロック図である。同図に示されるように、状態量制御ユニット60は、駆動ドライバ61、モータ62、位置センサ63及び変換機構64を備えて構成されている。
コントロールシャフト21の基端部は、変換機構64を介してモータ62の出力軸に連結されている。この変換機構64は、モータ62の出力軸の回転運動をコントロールシャフト21の軸方向への直線運動に変換するためのものである。即ち、モータ62の出力軸を正・逆回転させると、その回転が変換機構64によってコントロールシャフト21の往復動に変換される。また、モータ62には、位置センサ63が設けられている。この位置センサ63は、モータ62のロータ(図示略)と一体回転する多極マグネットの磁気変化を利用してそのロータの回転位相に応じた信号を駆動ドライバ61に出力する。この駆動ドライバ61は、この出力信号に基づいてロータの回転位相、換言すれば吸気バルブ10の最大リフト量についてその実際値を検出する。駆動ドライバ61はこの実際値と制御目標値との偏差に基づきそれらが一致するようにモータ62をフィードバック制御する。また、駆動ドライバ61は、各種データや演算結果を記憶するためのメモリ61aを備えている。更に、駆動ドライバ61は、その入出力ポート(図示略)がバス型の通信ネットワーク(以下、CANと称す)80のバスに接続されている。
このCAN80には、内燃機関を統括的制御する機関制御ユニット100の入出力ポートが接続されている。機関制御ユニット100には、アクセルペダル(図示略)の開度を検出するアクセルセンサ70や、クランクシャフト(図示略)の回転位相を検出するクランク角センサ71等、機関の運転状態を検出するセンサが接続されている。機関制御ユニット100は、これら運転状態に基づいて吸気バルブ10の最大リフト量についての目標値、即ち状態量制御ユニット60の制御目標値を設定し、CAN80を通じてこの制御目標値を状態量制御ユニット60に送信する。状態量制御ユニット60は、この制御目標値を受信し、その制御目標値と実際値との偏差に基づきそれらが一致するようにモータ62をフィードバック制御する。
次に、CAN80による通信が一時的に中断、いわゆる瞬断した状態になった場合における処理について、図5〜図6を参照して説明する。ここで、図5は状態量制御ユニット60により最大リフト量を制御する際の手順を示すフローチャートであり、図6は目標値と実際値との変化を示すタイミングチャートである。
図5に示される一連の処理は、駆動ドライバ61により所定の制御周期をもって繰り返し実行される。この処理ではまず、CAN80の通信が瞬断状態であるか否か、具体的にはこの処理とは別の処理を通じて設定される瞬断判定フラグが「オン」であるか否かを判断する(S100)。ここで、通信が瞬断状態でない場合には、ステップS210に進み、位置センサにより最大リフト量の実際値の値を検出し、機関制御ユニット100によって設定された制御目標値の値を受信する。そして、その最大リフト量の実際値の値が送信された制御目標値の値になるように、それら実際値の値と制御目標値の値との偏差に基づいてモータ62を制御し(S220)、ステップS230に進む。ステップS230では、本制御周期に受信した制御目標値の値を駆動ドライバ61のメモリ61aに記憶した後、この処理を一旦終了する。
次に、図6を参照して、吸気バルブ10の最大リフト量についてその制御目標値と実際値との変化について説明する。尚、同図6において実線は状態量制御ユニット60が機関制御ユニット100から受信した最大リフト量の制御目標値の値を、一点鎖線は位置センサ63によって検出した最大リフト量の実際値の値を示している。
尚、これら状態量制御ユニット60が認識している制御目標値と実際値とは、定常時であれば基本的には等しい値になる。しかしながら、制御目標値が変化しそれに追従するように実際値が変化している過渡時においては、これら値は僅かではあるが異なった値になっている。即ち、吸気バルブ10の最大リフト量を状態量制御ユニット60及び仲介駆動機構20を通じて変更する際の応答遅れにより、制御目標値に対し実際値は遅れて変化するため、これらの間には僅かな差が生じる。
そして、このように制御目標値と実際値との間に僅かな差がある状態で、CAN80による通信が瞬断状態に移行すると(タイミングt1)、同図6に示されるように、状態量制御ユニット60は、制御目標値を現在認識している制御目標値の値に設定する。即ち、状態量制御ユニット60は、制御目標値を瞬断状態に移行する直前に機関制御ユニット100から送信され受信した制御目標値の値に設定する。そして、状態量制御ユニット60は、CAN80による通信が復帰するときまで(タイミングt2)制御目標値をその値のまま保持する。その結果、通信が瞬断状態にある期間(タイミングt1〜t2)、では、このように設定される制御目標値に基づいて吸気バルブの最大リフト量がフィードバック制御されるため、その最大リフト量の実際値は徐々にその制御目標値の値に収束するようになる。
そして、通信が瞬断状態から復帰すると(タイミングt2)、状態量制御ユニット60は、CAN80を通じて機関制御ユニット100により設定された制御目標値を受信し、実際値の値と制御目標値の値との偏差に基づく制御を再開する。
以上説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
(1)CAN80の通信が瞬断した状態にある期間、吸気バルブ10の最大リフト量の制御目標値が一時的に初期値に変更され、状態量制御ユニット60の駆動ドライバ61がその初期値に基づいてその吸気バルブ10の最大リフト量が変更されることを回避することができる。その結果、例えば初期値に基づいて吸気バルブ10の最大リフト量が変更された場合とは異なり、瞬断期間において吸気バルブ10の最大リフト量が急激に変動することを回避することができ、機関回転速度の吹け上がりや落ち込みの発生、それに伴う失火やノッキングの発生等、機関運転状態の不安定化を抑制することができるようになる。
(1)CAN80の通信が瞬断した状態にある期間、吸気バルブ10の最大リフト量の制御目標値が一時的に初期値に変更され、状態量制御ユニット60の駆動ドライバ61がその初期値に基づいてその吸気バルブ10の最大リフト量が変更されることを回避することができる。その結果、例えば初期値に基づいて吸気バルブ10の最大リフト量が変更された場合とは異なり、瞬断期間において吸気バルブ10の最大リフト量が急激に変動することを回避することができ、機関回転速度の吹け上がりや落ち込みの発生、それに伴う失火やノッキングの発生等、機関運転状態の不安定化を抑制することができるようになる。
(2)CAN80の通信が瞬断した状態から復帰するまでの期間、駆動ドライバ61は、瞬断直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値の値と一致させて一定の状態に保持するようにしたため、瞬断期間における最大リフト量の不安定化を一層確実に抑制することができるようになる。その結果、瞬断期間において吸気バルブ10の最大リフト量が大きく変化することによる吸入空気量の変動、ひいてはこれに伴って生じる機関出力の不安定化な変動を抑制することができるようになる。
尚、上記実施の形態は、これを適宜変更した以下の状態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、状態量制御ユニット60はCAN80の通信が瞬断する直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値の値と一致するよう吸気バルブ10の最大リフト量を制御するようにしている。これに対して、例えば、瞬断直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値の値と位置センサ63により検出された実際値の値との間の値等、それら制御目標値の値及び実際値の値の双方に基づいて最大リフト量を制御するようにしてもよい。また、瞬断直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値の値及び瞬断直前に位置センサ63により検出された実際値の値のいずれか一方に基づいて最大リフト量を制御することもできる。
・上記実施形態では、状態量制御ユニット60はCAN80の通信が瞬断する直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値の値と一致するよう吸気バルブ10の最大リフト量を制御するようにしている。これに対して、例えば、瞬断直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値の値と位置センサ63により検出された実際値の値との間の値等、それら制御目標値の値及び実際値の値の双方に基づいて最大リフト量を制御するようにしてもよい。また、瞬断直前に機関制御ユニット100から送信された制御目標値の値及び瞬断直前に位置センサ63により検出された実際値の値のいずれか一方に基づいて最大リフト量を制御することもできる。
・上記実施形態では、吸気バルブ10の最大リフト量を制御する制御システムに本発明を適用したが、燃料噴射量制御システム等、他の内燃機関の制御システムに本発明を適用することもできる。
2…シリンダヘッド、5…吸気カムシャフト、6…カム、7…排気カムシャフト、8…カム、10…吸気バルブ、10a…リテーナ、11…バルブスプリング、12…ロッカーアーム、12a…ローラ、13…ラッシュアジャスタ、14…スプリング、15…排気バルブ、15a…リテーナ、16…バルブスプリング、17…ラッシュアジャスタ、18…ロッカーアーム、18a…ローラ、20…仲介駆動機構、21…コントロールシャフト、22…支持パイプ、22a…長孔、23…入力部、23a…ヘリカルスプライン、23b…ローラ、24…出力部、24a…ヘリカルスプライン、26…スライダギア、26a,26b…ヘリカルスプライン、27…係止ピン、28…ブッシュ、28a…貫通孔、29…溝、40…吸気弁駆動機構、45…排気弁駆動機構、60…状態量制御ユニット、61…駆動ドライバ、61a…メモリ、62…モータ、63…位置センサ、64…変換機構、70…アクセルセンサ、71…クランク角センサ、80…通信ネットワーク(CAN)、100…機関制御ユニット。
Claims (3)
- 内燃機関の状態量を変更するアクチュエータ、同アクチュエータを制御する制御部、並びに前記状態量の実際値を検出する検出手段を有する状態量制御ユニットと、機関運転状態に基づいて前記状態量の制御目標値を算出する機関制御ユニットと、該機関制御ユニットにより設定される制御目標値を前記状態量制御ユニットの制御部に送信する通信手段とを備え、前記状態量制御ユニットの制御部は前記通信手段から送信される最新の前記制御目標値に基づき前記アクチュエータを介して前記状態量を変更する内燃機関の制御システムにおいて、
前記通信手段による通信が瞬断したときその瞬断時から通信可能な状態に復帰するまでの期間、前記状態量制御ユニットの制御部は通信が瞬断する直前に前記通信手段から送信された制御目標値の値及び通信が瞬断する直前に前記検出手段により検出された実際値の値の少なくとも一方に基づいて前記状態量を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記通信手段による通信が瞬断したときその瞬断時から通信可能な状態に復帰するまでの期間、前記状態量制御ユニットの制御部は通信が瞬断する直前に前記通信手段から送信された制御目標値の値と一致するように前記状態量を制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。 - 請求項1又は2に記載の内燃機関の制御システムにおいて、
前記状態量制御ユニットは前記内燃機関の状態量として機関バルブのバルブ特性を制御対象とするものである
ことを特徴とする内燃機関の制御システム。
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