JP2012219634A - Egr装置付内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排気ガスの熱を用いたEGR触媒の昇温を円滑に行うことができる構成を備えたEGR装置付内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関が、ウェイストゲートバルブ付ターボ過給機およびHPL−EGR装置を備えている。ウェイストゲートバルブ付ターボ過給機は、コンプレッサ50、タービン52、ウェイストゲートバルブ53を備えている。HPL−EGR(High Pressure Loop - Exhaust Gas Recirculation)装置は、EGR通路60、EGRクーラ66、EGR触媒64、排気遮断バルブ62を備えている。ウェイストゲートバルブ53は、アクティブに開閉動作を制御することができる。EGR触媒64の昇温を行うときに、EGRバルブ68を閉じ、排気遮断バルブ62を開き、かつウェイストゲートバルブ53を閉じる。
【選択図】図2

Description

この発明は、EGR装置付内燃機関の制御装置に関する。
従来、内燃機関に関し、例えば、特開2005−16395号公報に開示されているように、EGR触媒に流入する排気ガス温度を昇温する制御を行う技術が知られている。
上記公報に係る従来技術には、EGR触媒に流入する排気の温度を高めるという観点が取り入れられている。具体的には、当該公報には、EGR通路に設けられた排気浄化のための酸化触媒であるEGR触媒は、排気中のSOF(燃料未燃分や潤滑油未燃分:Soluble Organic Fraction)によってその酸化機能が低下するが、該酸化機能の低下の程度は排気温度によって異なる旨の記載がある。このような観点のもとで、排気温度を比較的高温まで上昇させることで、SOFによるEGR触媒の酸化機能の低下を解消することが図られている。
特開2005−16395号公報 特開2010−116895号公報 特開2007−262902号公報
EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置はEGRバルブを備えており、このEGRバルブは排気ガスの還流の際に開放される。内燃機関にEGRが行われるべき運転領域(EGR領域)においてはこのEGRバルブは開放されるものの、その一方で、EGRを行わない領域(つまりEGR領域外)では、EGRバルブは閉じられている。
EGR触媒に高温の排気ガスが流入すれば、この排気ガスの熱によってEGR触媒を昇温することができる。そこで、EGR触媒を活性化させるためにEGR触媒の昇温を行うための技術として、EGR触媒に流入する排気ガスの熱によってEGR触媒を昇温する技術が考えられる。しかしながら、前述のようにEGR領域外ではEGRバルブが閉じており、その結果EGR通路が当該EGRバルブ位置で終端(閉塞)する状態になる。この場合、EGR通路における排気ガスの流入量が少なくなり、上記のEGR触媒昇温効果を十分かつ迅速に得ることが困難となるおそれがある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスの熱を用いたEGR触媒の昇温を円滑に行うことができる構成を備えたEGR装置付内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、EGR装置付内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の外部EGR通路と、
前記外部EGR通路に設けられたEGR触媒と、
前記EGR通路における、前記EGR触媒よりも吸気通路に近い側の部位に設けられた吸気側バルブと、
前記EGR通路における、前記EGR触媒よりも排気通路に近い側の部位に設けられた排気側バルブと、
前記内燃機関に備えられた、ウェイストゲートバルブ付きの過給機と、
前記EGR触媒の昇温を行うときに、前記吸気側バルブを閉じ、前記排気側バルブを開き、かつ前記ウェイストゲートバルブを閉じるように、前記吸気側バルブ、前記排気側バルブおよび前記ウェイストゲートバルブの制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする。
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
前記触媒の暖機を行うときに、前記排気側バルブを閉じる触媒暖機時バルブ制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記触媒の暖機終了後において前記EGR触媒の昇温を行うときに、前記吸気側バルブ、前記排気側バルブおよび前記ウェイストゲートバルブの前記制御を行うことを特徴とする。
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記ウェイストゲートバルブが、開弁圧の調節が可能なウェイストゲートバルブであることを特徴とする。
また、第4の発明は、第1乃至3の発明のいずれか1つにおいて、
前記EGR装置付内燃機関におけるEGR装置が、HPL(High Pressure Loop)−EGRを行うEGR装置であることを特徴とする。
第1の発明によれば、ウェイストゲートバルブを閉じることで増大させた排気脈動によって、EGR通路内への排気ガスの出入りを促進することができる。排気ガスの出入りを促進できるため、排気ガスの熱を利用したEGR触媒昇温を、円滑に行うことができる。
第2の発明によれば、先ず排気通路の触媒の速やかな暖機を確保してその後EGR触媒の速やかな暖機を行うように、排気側バルブの開閉状態を切り換えることができる。
第3の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開閉をアクティブに制御して、EGR触媒の暖機を確実に行うことができる。
第4の発明によれば、HPL−EGRの高温排気ガスに対する排気脈動の増大効果の発揮によって、EGR触媒の暖機を速やかに行うことができる。
本発明の実施の形態にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置においてECUが実行するルーチンのフローチャートである。
実施の形態.
[実施の形態の構成]
図1は、本発明の実施の形態にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに示す図である。図1の内燃機関は、車両等の移動体に搭載され車両等の動力源として好適に用いられる。本実施形態では、一例として、図1の内燃機関を直列4気筒型ガソリンエンジンとする。図1に示す内燃機関は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置およびターボ過給機(コンプレッサ50、タービン52を含む構成)を備えている。
図1には、シリンダブロック10が示されている。なお、説明の簡略化のため、シリンダブロック、シリンダヘッド等のエンジン本体を差して、シリンダブロック10とまとめて呼称している。シリンダブロック10の内部(シリンダヘッド内部)には、図示しないが、ピストン、吸気弁、排気弁、燃料噴射弁、点火プラグその他のエンジン基本構成や、必要に応じて各種センサ(エンジン水温センサ、筒内圧センサ)が設けられている。なお本発明は、直列4気筒型のガソリンエンジンに限定されるものではなく、気筒の数や配列方式は種々の形態(例えば3気筒、6気筒、V型その他)をとりうるとともに、ガソリンエンジンに代えてディーゼルエンジンに適用してもよい。
シリンダブロック10には、吸気系の構成が接続している。この吸気系の構成は、図1に示すように、エアクリーナ20、吸気通路22、吸気通路24、インタークーラ26、スロットル28および吸気マニホールド30を含んでいる。吸気通路22と吸気通路24の間には、ターボ過給機のコンプレッサ50が介在している。
シリンダブロック10には、排気系の構成が接続している。この排気系の構成は、図1に示すように、排気マニホールド40、排気管42および触媒(S/C)48を含んでいる。
実施の形態1にかかるターボ過給機は、前述したように、コンプレッサ50、タービン52を備えており、さらにウェイストゲートバルブ53、バイパス通路54およびエアバイパスバルブ56も備えている。エアバイパスバルブ56の開弁により、吸気通路22と吸気通路24との間にコンプレッサ50をバイパスする通路を形成することができる。ウェイストゲートバルブ53の開弁により、過給圧を調整することができる。本実施形態では、このウェイストゲートバルブ53がアクティブに動作可能なバルブである。すなわち、開弁圧が予め定められた固定値であるタイプのウェイストゲートバルブではなく、例えば電動アクチュエータやバキュームポンプ負圧調整機構などを備えておりこれらの機構の駆動によってアクティブに動作可能なバルブであるものとする。
本実施形態にかかる内燃機関は、外部EGRを実施するためのEGR装置を備えている。本実施形態にかかるEGR装置は、HPL(High Pressure Loop)タイプのEGRを行うものである。このEGR装置は、EGR通路60、排気遮断バルブ62、EGR触媒64、EGRクーラ66およびEGRバルブ68を含んでいる。EGR通路60の一旦は排気マニホールド40と接続している。一方、EGR通路60の他端の側は枝分かれとなっており、この枝分かれした端部のそれぞれが、シリンダブロック10の吸気ポート(つまりシリンダヘッドの吸気ポート)のそれぞれに接続している。EGRを行う際には、排気遮断バルブ62およびEGRバルブ68を開放することによって、吸気通路(吸気ポート)と排気通路(排気マニホールド40)とを連通させる。これにより、排気系におけるタービン52の上流部位から、吸気系におけるコンプレッサ50下流の部位(より具体的には本実施形態では各吸気ポートの近傍部位)へと、排気ガスを還流することができる。
また、排気遮断バルブ62が設けられることによって、排気遮断バルブ62を開いてEGR通路60内への排気ガスの流入を許容する状態と、排気遮断バルブ62を閉じてEGR通路60の入口と排気マニホールド40と遮断する状態とを切り換えることができる。
図1には、ECU(Electronic Control Unit)80が示されている。ECU80は、内燃機関の各種センサからの出力信号を受けて、内蔵したプログラムに従って、内燃機関の各種アクチュエータに対し制御信号を発するというエンジン制御ユニットとしての機能を有する。各種センサには、エアフローメータ、吸気圧センサ、吸気温度センサ、スロットルポジションセンサ、クランクポジションセンサ(クランク角センサ)、エンジン水温センサ、排気温度センサ、排気ガスセンサ、アクセル開度センサその他の各種センサの群から選択された1つ以上のセンサが含まれている。各種アクチュエータには、燃料噴射弁、吸気バルブおよび排気バルブ、点火プラグ、スロットルモータその他の「内燃機関運転にかかる基本的な構成を作動させるためのアクチュエータ」が含まれるとともに、上述したウェイストゲートバルブ53、エアバイパスバルブ56、排気遮断バルブ62およびEGRバルブ68という「EGR装置や過給機の作動に係るアクチュエータ」が含まれている。ECU80には、EGRを行う運転領域の範囲である「EGR領域」が記憶されている。ECU80は、内燃機関の運転領域がこのEGR領域内にあるか否かの判定結果等に基づいて「EGR実行条件」の成立を判定し、EGR実行条件の成立時には上記のEGRバルブ68および排気遮断バルブ62を開放する。
[実施の形態の動作]
以下、本発明の実施の形態にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置で実現される動作(下記の(1)および(2)の動作)について説明する。
(1)排気脈動増大効果によるEGR触媒の暖機促進
EGR触媒を活性化させるためにEGR触媒の昇温を行うための技術(EGR触媒昇温技術)として、EGR触媒に流入する排気ガスの熱によってEGR触媒を昇温する技術が考えられる。このEGR触媒昇温技術は、高温の排気ガスがEGR通路に流入してEGR触媒に到達することにより、この排気ガスでEGR触媒が加熱されるという作用を利用するものである。
内燃機関にEGRが行われるべき運転領域(EGR領域)においては、EGRバルブ68および排気遮断バルブ62が開放される。すなわち、EGR通路60が開放されている。その一方で、EGRを行わない領域(つまりEGR領域外)では、EGR通路60は遮断される。EGR領域外でEGR通路60が遮断されているときは、EGR通路60が当該EGRバルブ68位置で終端(閉塞)する状態になる。EGRバルブ68が閉じられ且つ排気遮断バルブ62が開かれた状態においては、排気マニホールド40からEGR触媒64、EGRバルブ68およびEGRバルブ68までの経路が連通する。したがって、この連通した経路内に既燃排気ガスが流れ込むことで、流れ込んだ排気ガスの熱がEGR触媒64の昇温に供することができる。しかしながら、EGR通路60内における排気ガスの流れが小さいと、排気ガスの流入量も少なくなる。排気ガス流入量(より具体的には、EGR触媒64に供給される排気ガスの量)が少ない状況下では、排気ガスの熱を利用したEGR触媒64の昇温を、円滑に(短時間で)行うことができない。EGR通路60内への排気ガスの出入りが、上記EGR触媒昇温技術を実施できるほどの十分な大きさとならないおそれもある。
そこで、実施の形態にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置では、EGR触媒64の昇温を行うときに、「EGRバルブ68を閉じ、排気遮断バルブ62を開き、かつウェイストゲートバルブ53を閉じた状態」を作り出すように、これらのバルブの開閉状態を制御することとした。ウェイストゲートバルブ53を閉じることで、ウェイストゲートバルブ53を開いた場合に比べて、排気脈動を増大させることができる。増大させた排気脈動によって、EGR通路60内への排気ガス流入(排気ガスの出入り)を促進することができる。この排気ガス流入促進により、排気ガスの熱を利用したEGR触媒64の昇温を、円滑に行うことができる。
(2)触媒急速暖機時における排気ガス放熱量抑制
なお、本実施形態にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置では、上記(1)の動作にかかるEGR触媒暖機促進の着手前の段階で、内燃機関の始動時における触媒48の急速暖機期間が設けられているものとする。本実施形態では、この触媒急速暖機期間においては、排気遮断バルブ62を閉じるものとする。
すなわち、本実施形態にかかるEGR装置はHPL−EGRを行うものであるため、EGRバルブ68が閉じているにもかかわらず排気脈動によってEGR通路60における排気ガスの出入りが生じてしまう。この排気ガスの出入りに際して、排気ガスの熱が、EGR通路60の配管やEGR触媒64に放熱されてしまう。内燃機関始動時における触媒48の早急な暖機を実現する観点からは、このような放熱は控えて、排気ガスの熱を可能な限り触媒48に供給したい。
そこで、本実施形態では、触媒急速暖機期間内は、排気遮断バルブ62を閉じて、排気マニホールド40側とEGR通路60側との間の排気ガスの出入りを遮断するものとする。これによりEGR通路60の配管やEGR触媒64における排気ガスの放熱量を低減して、触媒48の暖機を迅速に行うことができる。
[実施の形態の具体的処理]
以下、図2を用いて、本発明の実施の形態にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置で行われる具体的処理を説明する。図2は、本発明の実施の形態にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置においてECU80が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本実施形態では、実施の形態1にかかるEGR装置付内燃機関の制御装置が車両の内燃機関に適用されており、図2のルーチンが内燃機関の始動時に実行されるものとし、かつ、下記の一連のルーチンの実行がEGRバルブ68の閉じられている領域(EGR領域外)において進行するものとする。
図2に示すルーチンでは、先ず、ECU80が、シフトがN(ニュートラル)レンジにあるか否かを判定する処理を実行する(ステップS100)。すなわち、実施の形態にかかる内燃機関が搭載された車両のシフトの状態を検出するための判定ルーチンが実行される。このステップの条件が不成立の場合(Nレンジ以外の場合)には、今回のルーチンが終了する。
次に、ECU80が、エンジン冷却水の温度が所定値よりも小さいか否かを判定する処理を実行する(ステップS102)。このステップの判定結果がNOであった場合(条件不成立の場合)には、今回のルーチンが終了する。
ステップS102において判定結果がYESであった場合(条件成立つまり「エンジン冷却水温度<所定値」である場合)には、ECU80が、排気遮断バルブ62を閉じるための処理を実行する(ステップS104)。排気遮断バルブ62を閉じることで、排気マニホールド40側とEGR通路60側との間の排気ガスの出入りを遮断することができる。これによりEGR通路60の配管やEGR触媒64における排気ガスの放熱量を低減して、触媒48の暖機を迅速に行うことができる。
さらに、ECU80が、ウェイストゲートバルブ53を開くための処理を実行する(ステップS105)とともに、内燃機関に搭載された急速暖機機能をオン(ON)とする処理を実行する(ステップS106)。
その後、ECU80が、積算吸入空気量(Ga)が所定値よりも大きいか否かを判定する処理を実行する(ステップS108)。このステップの条件が不成立である場合(「積算Ga≦所定値」である場合)には、次のステップ(ステップS110)へは進まずに今回のルーチンが一旦終了し、その後、このステップの条件が成立するまで再度の判定処理が行われる。
ステップS108の条件成立が認められた場合(「積算Ga>所定値」である場合)には、次に、ECU80が、ステップS108で開始された急速暖機をオフ(OFF)とする処理を実行する(ステップS110)。これにより、急速暖機が終了する。積算吸入空気量が十分に大きくなったことから、その吸入空気量分の量の排気ガスが生じ、その排気ガスによりに触媒48に対して暖機に十分な熱量が与えられたと判断できるからである。
次に、ECU80が、排気遮断バルブ62を開くための処理を実行する(ステップS112)。排気遮断バルブ62が開放されることで、排気ガスがEGR触媒64側へと供給されるようになる。その結果、既燃排気ガスの熱がEGR触媒64の昇温に供するようになる。
さらに、ECU80が、ウェイストゲートバルブ53を閉じるための処理を実行する(ステップS114)。ウェイストゲートバルブ53が閉じられることで、排気脈動を増大させることができる。増大させた排気脈動によって、EGR通路60内への排気ガス流入(排気ガスの出入り)を促進することができる。この排気ガス流入促進により、排気ガスの熱を利用したEGR触媒64の昇温を、円滑に行うことができる。
その後、ECU80が、第2の積算吸入空気量(Ga2)が所定値よりも大きいか否かを判定する処理を実行する(ステップS116)。このステップの条件が不成立である場合(「積算Ga2≦所定値」である場合)には、次のステップ(ステップS118)へは進まずに今回のルーチンが一旦終了し、その後、このステップの条件が成立するまで再度の判定処理が行われる。
ステップS116の条件成立が認められた場合(「積算Ga2>所定値」である場合)には、次に、ECU80が、ステップS114で閉じられたウェイストゲートバルブ53を開くための処理を実行する(ステップS118)。すなわち、ステップS114で行われたウェイストゲートバルブ53を強制的に閉じ状態とする制御が、解除される。積算吸入空気量が十分に大きくなったことから、その吸入空気量分の量の排気ガスが生じ、その排気ガスによりにEGR触媒64に対して暖機に十分な熱量が与えられたと判断できるからである。その後、今回のルーチンが終了する。
以上の処理によれば、先ず触媒48の急速暖機を実施したうえで(前述の「(2)触媒急速暖機時における排気ガス放熱量抑制」)、続いてEGR触媒64の昇温を行うときに、「EGRバルブ68を閉じ、排気遮断バルブ62を開き、かつウェイストゲートバルブ53を閉じた状態」を作り出すことができる。
これにより、EGR触媒64への排気ガス流入可能状態を形成したうえで、ウェイストゲートバルブ53を閉じて排気脈動を増大させることができる。増大させた排気脈動によって、EGR通路60内への排気ガス流入(排気ガスの出入り)を促進することができる。この排気ガス流入促進により、排気ガスの熱を利用したEGR触媒64の昇温を、円滑に行うことができる。
なお、上述した実施の形態においては、EGR通路60が、前記第1の発明における「外部EGR通路」に、EGR触媒64が、前記第1の発明における「EGR触媒」に、EGRバルブ68が、前記第1の発明における「吸気側バルブ」に、排気遮断バルブ62が、前記第1の発明における「排気側バルブ」に、ウェイストゲートバルブ53を備えるターボ過給機(コンプレッサ50、タービン52)が、前記第1の発明における「ウェイストゲートバルブ付きの過給機」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態においては、ECU80が上記ルーチンのステップS100、S102、S108、S112、S114を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。
10 シリンダブロック
20 エアクリーナ
22 吸気通路
24 吸気通路
26 インタークーラ
28 スロットル
30 吸気マニホールド
40 排気マニホールド
42 排気管
48 触媒
50 コンプレッサ
52 タービン
53 ウェイストゲートバルブ(WGV)
54 バイパス通路
56 エアバイパスバルブ(ABV)
60 EGR通路
62 排気遮断バルブ
64 EGR触媒
66 EGRクーラ
68 EGRバルブ

Claims (4)

  1. 内燃機関の外部EGR通路と、
    前記外部EGR通路に設けられたEGR触媒と、
    前記EGR通路における、前記EGR触媒よりも吸気通路に近い側の部位に設けられた吸気側バルブと、
    前記EGR通路における、前記EGR触媒よりも排気通路に近い側の部位に設けられた排気側バルブと、
    前記内燃機関に備えられた、ウェイストゲートバルブ付きの過給機と、
    前記EGR触媒の昇温を行うときに、前記吸気側バルブを閉じ、前記排気側バルブを開き、かつ前記ウェイストゲートバルブを閉じるように、前記吸気側バルブ、前記排気側バルブおよび前記ウェイストゲートバルブの制御を行う制御手段と、
    を備えることを特徴とするEGR装置付内燃機関の制御装置。
  2. 前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
    前記触媒の暖機を行うときに、前記排気側バルブを閉じる触媒暖機時バルブ制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記触媒の暖機終了後において前記EGR触媒の昇温を行うときに、前記吸気側バルブ、前記排気側バルブおよび前記ウェイストゲートバルブの前記制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のEGR装置付内燃機関の制御装置。
  3. 前記ウェイストゲートバルブが、開弁圧の調節が可能なウェイストゲートバルブであることを特徴とする請求項1または2に記載のEGR装置付内燃機関の制御装置。
  4. 前記EGR装置付内燃機関におけるEGR装置が、HPL(High Pressure Loop)−EGRを行うEGR装置であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のEGR装置付内燃機関の制御装置。
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