JP2010116902A - Valve system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムに関する。 The present invention relates to a valve operating system for an internal combustion engine in which a cam is driven by a prime mover independent of the internal combustion engine.
従来、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムが提案されている。例えば、内燃機関と独立した原動機として電動モータを利用した動弁システムが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
ところで、上記した従来の動弁システムの作動時において、内燃機関の運転状態によっては原動機の要求トルクが上限値を超える場合がある。そのような場合は、吸気バルブ又は排気バルブを所望の態様(タイミングや速度)で動作させることができない可能性がある。 By the way, during the operation of the above-described conventional valve operating system, the required torque of the prime mover may exceed the upper limit depending on the operating state of the internal combustion engine. In such a case, there is a possibility that the intake valve or the exhaust valve cannot be operated in a desired manner (timing or speed).
これに対し、原動機の定格を大きくする方法が考えられるが、動弁システムのサイズや重量が増大し、車載性が悪化するという問題がある。 On the other hand, a method of increasing the rating of the prime mover is conceivable, but there is a problem that the size and weight of the valve operating system increase and the in-vehicle performance deteriorates.
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、原動機の要求トルクが上限値を超えるような場合であっても、吸気バルブおよび/または排気バルブの動作態様を所望の態様に近似させることができる技術の提供にある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to make the required torque of the prime mover exceed the upper limit value in the valve operating system of the internal combustion engine in which the cam is driven by the prime mover independent of the internal combustion engine. Even in such a case, the present invention provides a technique capable of approximating the operation mode of the intake valve and / or the exhaust valve to a desired mode.
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、原動機の要求トルクが上限値より大きくなる場合に、前記要求トルクより大きな振幅のトルク指令値に従って原動機を制御するようにした。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides a valve operating system for an internal combustion engine in which a cam is driven by a prime mover independent of the internal combustion engine. The prime mover was controlled according to the torque command value with a large amplitude.
詳細には、本発明は、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、
前記原動機に対して要求されるトルクとしての要求トルクが上限値を超える場合に、前記要求トルクより大きな振幅のトルク指令値によって前記電動機を制御する制御手段を備えるようにした。
Specifically, the present invention relates to a valve operating system for an internal combustion engine in which a cam is driven by a prime mover independent of the internal combustion engine.
Control means for controlling the electric motor with a torque command value having an amplitude larger than the required torque when a required torque as a torque required for the prime mover exceeds an upper limit value is provided.
尚、ここでいう「上限値」とは、原動機が発生し得る最大のトルクに相当する。また、「要求トルクが上限値を超える」とは、バルブの開弁開始から閉弁終了までの期間(以下、「バルブ作動期間」と称する)に必要となるトルク(要求トルク)の波形において、少なくとも一部の要求トルクが上限値を超えることを指す。 Here, the “upper limit value” corresponds to the maximum torque that can be generated by the prime mover. Further, “the required torque exceeds the upper limit value” means a torque (requested torque) waveform required for a period from the start of valve opening to the end of valve closing (hereinafter referred to as “valve operating period”). It means that at least part of the required torque exceeds the upper limit value.
要求トルクが上限値を超えた場合は、バルブ作動期間のうち、要求トルクが上限値を上回る期間において、原動機の発生トルクが不足する。そのため、カムの回転速度が目標値
より低くなり、バルブの開閉タイミングや作用角が目標値からかけ離れる可能性がある。その結果、内燃機関が所望の性能を発揮することができなくなる可能性や、排気エミッションが悪化する可能性がある。
When the required torque exceeds the upper limit value, the torque generated by the prime mover is insufficient during the valve operation period in which the required torque exceeds the upper limit value. Therefore, the rotational speed of the cam becomes lower than the target value, and there is a possibility that the valve opening / closing timing and the operating angle are far from the target value. As a result, the internal combustion engine may not be able to exhibit desired performance, and exhaust emission may be deteriorated.
これに対し、要求トルクより振幅の大きなトルク指令値により原動機が作動させられると、要求トルクに従って原動機が作動した場合と同様に、原動機の発生トルクの最大値は上限値に制限される。しかしながら、原動機の発生トルクが上限値に到達するタイミングは、原動機が要求トルクに従って作動させられた場合より早くなる。すなわち、原動機の発生トルクの増加率は、原動機が要求トルクに従って作動させられた場合より大きくなる。その結果、カムの回転慣性力が増加するため、バルブの開閉タイミングや作用角が目標値に近似する。 On the other hand, when the prime mover is operated with a torque command value having a larger amplitude than the required torque, the maximum value of the generated torque of the prime mover is limited to the upper limit value as in the case where the prime mover is operated according to the required torque. However, the timing at which the generated torque of the prime mover reaches the upper limit is earlier than when the prime mover is operated according to the required torque. That is, the increase rate of the generated torque of the prime mover is larger than when the prime mover is operated according to the required torque. As a result, the rotational inertia force of the cam increases, so that the valve opening / closing timing and operating angle approximate the target value.
本発明において、制御手段は、要求トルクの積算値とトルク指令値の積算値とが等しくなるように原動機を制御してもよい。言い換えれば、制御手段は、要求トルクの積算値とトルク指令値の積算値とが等しくなるようにトルク指令値を決定してもよい。その場合、トルク指令値に従って原動機が作動した場合のカムの角速度は、原動機が要求トルクと同等のトルクを発生し得た場合(原動機の発生トルクが上限値に制限されないと仮定した場合)のカムの角速度に近似する。その結果、カムの回転位置(クランク角度を基準としたカムの実際の位相)が目標回転位置(クランク角度を基準としたカムの目標位相)からかけ離れることが抑制される。 In the present invention, the control means may control the prime mover so that the integrated value of the required torque is equal to the integrated value of the torque command value. In other words, the control means may determine the torque command value so that the integrated value of the required torque is equal to the integrated value of the torque command value. In that case, the angular velocity of the cam when the prime mover operates according to the torque command value is the cam when the prime mover can generate a torque equivalent to the required torque (assuming that the generated torque of the prime mover is not limited to the upper limit value). Approximate the angular velocity of. As a result, the rotational position of the cam (actual phase of the cam with reference to the crank angle) is prevented from moving away from the target rotational position (target phase of the cam with reference to the crank angle).
また、本発明において、制御手段は、トルク指令値を積分して得られる波形の極値の位相と要求トルクを積分して得られる波形の極値の位相とが等しくなるように、トルク指令値を決定してもよい。 Further, in the present invention, the control means is configured so that the phase of the waveform extreme value obtained by integrating the torque command value is equal to the phase of the waveform extreme value obtained by integrating the required torque. May be determined.
言い換えれば、制御手段は、トルク指令値を積分して得られる波形が極値を示すタイミング(クランク角度を基準としたタイミング)と要求トルクを積分して得られる波形が極値を示すタイミング(クランク角度を基準としたタイミング)とが等しくなるように、トルク指令値を定めてもよい。 In other words, the control means is the timing at which the waveform obtained by integrating the torque command value shows the extreme value (timing based on the crank angle) and the timing at which the waveform obtained by integrating the required torque shows the extreme value (crank The torque command value may be determined so that the timing with respect to the angle becomes equal.
このようにトルク指令値が定められると、バルブ作動期間におけるカムの回転位置(クランク角度を基準としたカムの実際の位相)が目標回転位置(クランク角度を基準としたカムの目標位相)からかけ離れることが抑制される。 When the torque command value is determined in this manner, the cam rotation position (actual cam phase based on the crank angle) during the valve operation period is far from the target rotation position (cam target phase based on the crank angle). Is suppressed.
本発明によれば、内燃機関と独立した原動機によりカムが駆動される内燃機関の動弁システムにおいて、原動機の要求トルクが上限値を超えるような場合であっても、吸気バルブおよび/または排気バルブの動作態様を所望の態様に近似させることができる。 According to the present invention, in a valve operating system for an internal combustion engine in which a cam is driven by a prime mover independent of the internal combustion engine, even when the required torque of the prime mover exceeds the upper limit value, the intake valve and / or the exhaust valve Can be approximated to a desired mode.
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
<実施例1>
図1は、本発明を適用する内燃機関の動弁システムの概略構成を示す図である。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a valve operating system for an internal combustion engine to which the present invention is applied.
図1に示す内燃機関1は、複数の気筒2を備えた4ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関(ガソリンエンジン)である。内燃機関1の各気筒2には、ピストン3が摺動自在に内装されている。ピストン3は、コネクティングロッド4を介してクランクシャフト
5と連結されている。
An
気筒2の内部は、吸気ポート6及び排気ポート7と連通している。気筒2内における吸気ポート6の開口端は、吸気バルブ8により開閉される。気筒2内における排気ポート7の開口端は、排気バルブ9により開閉される。吸気バルブ8と排気バルブ9は、吸気側駆動機構10と排気側駆動機構11とにより各々開閉駆動される。
The inside of the
前記吸気ポート6は、吸気通路60と連通している。吸気通路60を流れる吸気は、吸気ポート6へ導かれる。吸気ポート6へ導かれた吸気は、吸気バルブ8の開弁時に気筒2内へ吸入される。その際、吸気通路60に取り付けられた燃料噴射弁12が吸気ポート6へ向けて燃料を噴射すると、該燃料も吸気とともに気筒2内へ吸入される。
The intake port 6 communicates with the
気筒2内に導かれた燃料及び吸気(混合気)は、点火プラグ13が発生する火花を火種として燃焼される。気筒2内で燃焼されたガス(既燃ガス)は、排気バルブ9の開弁時に排気ポート7へ排出される。排気ポート7は排気通路70と連通しており、前記した既燃ガスが排気ポート7から排気通路70を介して大気中へ排出される。
The fuel and the intake air (air mixture) guided into the
このように構成された内燃機関1には、ECU14が併設されている。ECU14は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等から構成される電子制御ユニットである。ECU14には、クランクポジションセンサ15、水温センサ16、イグニッションスイッチ17等の各種センサと電気的に接続されている。
The
クランクポジションセンサ15は、クランクシャフト5の回転位置に応じた信号を出力するセンサである。水温センサ16は、内燃機関1を循環する冷却水の温度に応じた信号を出力するセンサである。
The crank position sensor 15 is a sensor that outputs a signal corresponding to the rotational position of the crankshaft 5. The
ECU14は、前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁12、点火プラグ13、吸気側駆動機構10、及び排気側駆動機構11を電気的に制御する。
The
ここで、図2に基づいて吸気側駆動機構10の構成を説明する。図2中の#1〜♯4は、内燃機関1の1番気筒〜4番気筒を各々表している。尚、1番気筒(#1)〜4番気筒(#4)の燃焼順序は、1番気筒(#1)→3番気筒(#3)→4番気筒(#4)→2番気筒(#2)である。
Here, the configuration of the intake
1番気筒(#1)〜4番気筒(#4)の各々には、2つの吸気バルブ8が設けられている。吸気バルブ8のステム基端には、バルブリフタ80が取り付けられている。吸気バルブ8は吸気側バルブスプリング87によって閉弁方向へ付勢されており、その付勢力によってバルブリフタ80が第1吸気カム81又は第2吸気カム82に押し付けられている。
Two intake valves 8 are provided in each of the first cylinder (# 1) to the fourth cylinder (# 4). A valve lifter 80 is attached to the stem base end of the intake valve 8. The intake valve 8 is urged in the valve closing direction by an intake
第1吸気カム81は、1番気筒(#1)及び4番気筒(#4)の吸気バルブ8を開閉駆動させるカムであり、第1吸気カムシャフト83に固定されている。第2吸気カム82は、2番気筒(#2)及び3番気筒(#3)の吸気バルブ8を開閉駆動するカムであり、第2吸気カムシャフト84に固定されている。すなわち、本実施例では、燃焼時期が360度異なる2つの気筒が1本の吸気カムシャフトを共用するように構成されている。
The
第1吸気カムシャフト83と第2吸気カムシャフト84は、同軸に配置されるとともに、互いに独立して周方向へ回転或いは揺動可能に内燃機関1に支持されている。
The
第1吸気カムシャフト83の一端には、第1ドリブンギヤ85が固定されている。第1ドリブンギヤ85は、第1モータ18の出力軸に固定された第1出力ギア19と噛合して
いる。以下では、第1ドリブンギヤ85及び第1出力ギア19を第1減速機構と総称する。
A first driven
この場合、第1モータ18の回転トルクは、第1減速機構を介して第1吸気カムシャフト83へ伝達される。よって、第1モータ18は、第1減速機構を介して第1吸気カムシャフト83を周方向へ回転又は揺動させることができる。
In this case, the rotational torque of the
第2吸気カムシャフト84の外周面の一部には、第2ドリブンギヤ86が同軸に固定されている。第2ドリブンギヤ86は、第2モータ21の出力軸に固定された第2出力ギア22と噛合している。以下では、第2ドリブンギヤ86及び第2出力ギア22を第2減速機構と総称する。第2減速機構による減速比は、前述した第1減速機構と同等であるものとする。
A second driven
この場合、第2モータ21の回転トルクは、第2減速機構を介して第2吸気カムシャフト84へ伝達される。よって、第2モータ21は、第2減速機構を介して第2吸気カムシャフト84を周方向へ回転又は揺動させることができる。
In this case, the rotational torque of the
尚、第1吸気カムシャフト83には、該第1吸気カムシャフト83の回転位置を検出する第1カムポジションセンサ30が取り付けられている。第2吸気カムシャフト84には、該第2吸気カムシャフト84の回転位置を検出する第2カムポジションセンサ31が取り付けられている。これら第1カムポジションセンサ30及び第2カムポジションセンサ31の検出信号は、ECU14へ入力されるようになっている。
A first cam position sensor 30 that detects the rotational position of the
また、第1モータ18は、出力軸の回転角度(位相)を検出する第1レゾルバ20を備えており、第1レゾルバ20の検出信号がECU14へ入力されるようになっている。第2モータ21は、出力軸の回転角度を検出する第2レゾルバ23を備えており、第2レゾルバ23の検出信号がECU14へ入力されるようになっている。
The
排気側駆動機構11の構成については説明を省略するが、吸気側駆動機構10と同様にモータとカムシャフトが各々2つ設けられるように構成されてもよく、又は、モータとカムシャフトが各々1つ設けられるように構成されてもよい。
Although the description of the configuration of the exhaust side drive mechanism 11 is omitted, it may be configured such that two motors and two camshafts are provided similarly to the intake
このように構成された動弁系では、ECU14がクランクシャフト5の回転に同期したタイミングで各モータを回転動作又は揺動動作させることにより、1番気筒(#1)〜4番気筒(#4)の吸気バルブ8及び排気バルブ9がクランクシャフト5の回転に同期したタイミング(すなわち、1番気筒(#1)〜4番気筒(#4)の燃焼サイクルに同期したタイミング)で開閉可能となる。
In the valve train configured as described above, the
ところで、吸気バルブ8が開弁し始めてから閉弁し終わるまでの期間(バルブ作動期間)において各モータ18,21に要求されるトルクが上限値(モータ18,21が発生可能なトルクの最大値)を上回ると、吸気カム81,82の回転速度が目標値より低くなる可能性がある。その場合は、吸気バルブ8の開閉タイミングや作用角が目標値からかけ離れる可能性がある。
By the way, the torque required for each
図3は、バルブ作動期間にモータ18,21へ入力されるトルク指令値(要求トルク)を示す図である。尚、図3において、吸気カム81,82及びモータ18,21は、一方向へ連続回転するモード(正転モード)で動作しているものとする。
FIG. 3 is a diagram showing torque command values (requested torques) input to the
トルク指令値が上限値(モータ18,21が発生可能なトルクの最大値)Tmmax以下であれば、モータ18,21が実際に発生するトルク(以下、「実トルク」と称する)
は図3に示したトルク指令値と略同等の波形となる。
If the torque command value is equal to or less than the upper limit value (the maximum value of torque that can be generated by the
Is a waveform substantially equivalent to the torque command value shown in FIG.
これに対し、トルク指令値が上限値Tmmaxを上回る場合は、図4に示すように、トルク指令値(図4中の破線)が上限値Tmmaxを上回る期間(以下、「トルク不足期間」と称する)Pにおいて、モータの実トルク(図4中の実線)が上限値Tmmaxに制限される。その結果、トルク不足期間Pにおいて、モータ18,21及び吸気カム81,82の回転速度が目標回転速度より低くなる可能性がある。その場合は、吸気バルブ8の開閉タイミングや作用角が目標値からかけ離れる可能性がある。
On the other hand, when the torque command value exceeds the upper limit value Tmmax, as shown in FIG. 4, a period during which the torque command value (broken line in FIG. 4) exceeds the upper limit value Tmmax (hereinafter referred to as “torque shortage period”). ) At P, the actual torque of the motor (solid line in FIG. 4) is limited to the upper limit value Tmmax. As a result, in the torque shortage period P, the rotational speeds of the
吸気バルブ8の開閉タイミングや作用角が目標値からかけ離れると、気筒2内に吸入される空気量の変化等が発生し、内燃機関1の発生トルクが要求トルクを下回る事態や、内燃機関1の排気エミッションが増加する事態等が誘発される。
If the opening / closing timing or operating angle of the intake valve 8 is far from the target value, a change in the amount of air sucked into the
そこで、本実施例では、モータ18,21のトルク指令値が上限値Tmmaxを超える場合に、図5に示すように、バルブ作動期間におけるトルク指令値の振幅が増加補正されるようにした。尚、図5中の実線は補正後のトルク指令値を示し、図5中の破線は補正前のトルク指令値を示すものとする。
Therefore, in this embodiment, when the torque command values of the
この場合、モータ18,21の実トルクは、図6の実線で示すように、トルク指令値が補正されない場合(図6中の破線)と同様に上限値Tmmaxに制限される。しかしながら、モータ18,21の実トルクが上限値Tmmaxに到達するタイミングは、トルク指令値が補正されない場合(図6中のt10)に比べ、トルク指令値が補正された場合(図6中のt1)の方が早くなる。すなわち、実トルクの増加率(傾き)は、トルク指令値が補正されない場合に比してトルク指令値が補正された場合の方が大きくなる。
In this case, the actual torque of the
その結果、モータ18,21及び吸気カム81,82の回転慣性力が増加するため、吸気バルブ8の開閉タイミングや作用角を目標値に近似させることが可能となる。このようにECU14がトルク指令値を補正することにより、本発明にかかる制御手段が実現される。
As a result, the rotational inertia force of the
尚、トルク指令値の増加補正量は、図7中の領域B1,B2の合計面積が領域A1の面積と等しくなる(A1=B1+B2)とともに、領域B3,B4の合計面積が領域A2の面積と等しくなる(A2=B3+B4)ように定められてもよい。 The increase correction amount of the torque command value is such that the total area of the areas B1 and B2 in FIG. 7 is equal to the area of the area A1 (A1 = B1 + B2), and the total area of the areas B3 and B4 is the area of the area A2. It may be determined to be equal (A2 = B3 + B4).
この場合、吸気カム81,82の角速度が目標値(実トルクが上限値Tmmaxに制限されることなく補正前のトルク指令値と同等になる場合の角速度)と略同等になるため、吸気バルブ8の開閉タイミングや作用角を目標値に近似させやすくなる。
In this case, since the angular velocities of the
また、補正前のトルク指令値を角速度に換算(トルク指令値を積分)した波形(以下、「基準角速度波形」と称する)と実トルクを角速度に換算(実トルクを積分)した波形(以下、「補正角速度波形」と称する)との振幅及び位相が略同等となるように、トルク指令値の増加補正量が定められてもよい。 Further, a waveform (hereinafter referred to as “reference angular velocity waveform”) obtained by converting the torque command value before correction into angular velocity (hereinafter referred to as “reference angular velocity waveform”) and a waveform obtained by converting actual torque into angular velocity (hereinafter referred to as integrating actual torque). The increase correction amount of the torque command value may be determined so that the amplitude and phase of “corrected angular velocity waveform” are substantially equal.
例えば、ECU14は、基準波形の最大振幅値の大きさと補正波形の最大振幅値の大きさとが一致するとともに、基準波形が最大振幅値を示すタイミング(クランク角度)と補正波形が最大振幅値を示すタイミング(クランク角度)とが一致するように、トルク指令値の増加補正量が定められてもよい。
For example, the
このようにトルク指令値の増加補正量が定められると、クランク角度に対する吸気カム81,82の回転角度(位相)が目標値(実トルクが上限値Tmmaxに制限されること
なく補正前のトルク指令値と同等になる場合のカムの位相)に近似する。その結果、吸気バルブ8の開閉タイミング及び作用角が目標値に近似し易くなる。
When the increase correction amount of the torque command value is thus determined, the rotation angle (phase) of the
尚、以上述べた実施例では、吸気側駆動機構10を例に挙げたが、排気側駆動機構11についても同様の制御を適用することができる。
In the embodiment described above, the intake
1・・・・内燃機関
2・・・・気筒
8・・・・吸気バルブ
9・・・・排気バルブ
10・・・吸気側駆動機構
11・・・排気側駆動機構
14・・・ECU(制御手段)
15・・・クランクポジションセンサ
18・・・第1モータ(原動機)
19・・・第2モータ(原動機)
30・・・第1カムポジションセンサ
31・・・第2カムポジションセンサ
80・・・バルブリフタ
81・・・第1吸気カム
82・・・第2吸気カム
83・・・第1吸気カムシャフト
84・・・第2吸気カムシャフト
87・・・吸気側バルブスプリング
DESCRIPTION OF
15 ... Crank
19 ... Second motor (motor)
30 ... first
Claims (3)
前記バルブの開弁開始から閉弁終了までの期間に前記原動機が発生すべきトルクである要求トルクが上限値を超える場合に、前記要求トルクより大きな振幅のトルク指令値によって前記原動機を作動させる制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の動弁システム。 In a valve operating system for an internal combustion engine in which a cam driven by a prime mover independent of the internal combustion engine opens and closes the valve,
Control for operating the prime mover with a torque command value having an amplitude larger than the required torque when the required torque, which is the torque that should be generated by the prime mover, exceeds the upper limit during the period from the start of valve opening to the end of valve closing. A valve operating system for an internal combustion engine, characterized by comprising means.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120207 |