JP4959623B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に排気通路に設けられた排気浄化触媒の下流側から吸気通路へ排気を還流する排気還流通路を備える内燃機関の制御装置に関する。
特許文献1には、排気通路に設けられた排気浄化触媒の下流側から吸気通路へ排気を還流する排気還流通路を備える内燃機関が示されている。このように排気浄化触媒の下流側から排気を還流させることにより、排気還流通路や吸気通路の汚損を抑制することができる。
また特許文献2には、排気通路に設けられた排気浄化触媒の上流側から吸気通路へ排気還流を行う排気還流通路を有する内燃機関が示されており、さらに機関への燃料供給を停止するフュエルカット運転中は排気還流通路を開放することにより、排気浄化触媒への空気の流入を抑制する技術が示されている。
特開2005−188287号公報 特開平9−209844号公報
特許文献1に示されるように排気浄化触媒の下流側から吸気通路へ排気還流を行う機関においてフュエルカット運転を行うと、以下のような不具合が発生するおそれがある。すなわち、フュエルカット運転時間が長くなると排気浄化触媒が新気によって冷却され、排気浄化触媒の浄化能力が低下する。そのため、フュエルカット運転から通常運転に復帰した(燃料供給再開)直後から排気還流を実行すると、浄化が不十分な排気が還流され排気還流通路の詰まりや排気還流制御弁の固着を引き起こす可能性がある。
特許文献2に示された手法は、フュエルカット運転中に排気還流通路を開放(排気還流制御弁を開弁)するものであり、これによって上記不具合を解消することはできない。
本発明は上述した点に着目してなされたものであり、排気浄化触媒の下流側から吸気通路へ排気還流を行う排気還流通路を備える内燃機関における排気還流制御を適切に行い、排気還流制御弁の固着などの不具合を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、排気通路(13)に設けられた排気浄化触媒(14)の下流側と吸気通路(2)とを接続する排気還流通路(21)と、該排気還流通路(21)を流れる還流排気の流量を制御する排気還流制御弁(22)とを備える内燃機関の制御装置において、前記機関の所定運転状態において前記機関への燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、該燃料供給停止を行っている燃料供給停止時間(TMFC)を積算する燃料供給停止時間積算手段と、前記燃料供給停止時間(TMFC)に応じて、前記排気還流通路(21)を介した排気還流を禁止する外部排気還流禁止時間(TEGRDLY)を設定する禁止時間設定手段と、前記燃料供給停止手段による燃料供給停止を終了した時点から前記外部排気還流禁止時間(TEGRDLY)の間、前記排気還流制御弁(22)の開弁を禁止する排気還流遅延手段とを備え、前記禁止時間設定手段は、前記外部排気還流禁止期間(TEGRDLY)を、前記燃料供給停止時間(TMFC)が増加するほど増加するように設定することを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関の燃焼室と前記吸気通路を連通する吸気口を開閉する吸気弁を排気行程時に開弁すること、及び前記燃焼室と前記排気通路を連通する排気口を開閉する排気弁を吸気行程時に開弁することの一方または双方により内部排気還流を行う内部排気還流手段と、前記排気還流遅延手段により前記外部排気還流が禁止されているときに、前記内部排気還流手段による内部排気還流量を増加させる内部排気還流量制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、燃料供給停止時間に応じて外部排気還流禁止時間が設定され、燃料供給停止を終了した時点から外部排気還流禁止時間の間、排気還流制御弁の開弁が禁止される。具体的には、外部排気還流禁止時間は燃料供給停止時間が増加するほど増加するように設定されるので、例えば燃料供給停止時間が長くなって排気浄化触媒の活性が低下したときは、外部排気還流禁止時間長く設定され、排気浄化触媒の浄化能力が回復した後に排気還流を開始させることができる。その結果、浄化が不十分な排気が還流され、排気還流通路の詰まりや排気還流制御弁の固着が発生することを防止することができる。
請求項2に記載の発明によれば、外部排気還流が禁止されているときに、内部排気還流量が増量されるので、外部排気還流を禁止することによる排気特性の悪化を防止するとともに、未燃燃料を確実に燃焼させることで燃費を向上させることができる。
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、例えば4気筒を有し、エンジン1の吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロットル弁3には、スロットル弁3の開度THを検出するスロットル弁開度センサ4が設けられており、その検出信号が電子制御ユニット(以下「ECU」という)5に供給される。
燃料噴射弁6は図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の開弁時間が制御される。
スロットル弁3の直ぐ下流には吸気圧PBAを検出する吸気圧センサ7が設けられており、吸気圧センサ7の下流には吸気温TAを検出する吸気温センサ8が取付けられている。また、エンジン冷却水温TWを検出するエンジン冷却水温センサ9がエンジン1の本体に装着されている。これらのセンサの検出信号はECU5に供給される。
ECU5には、エンジン1のクランク軸(図示せず)の回転角度を検出するクランク角度位置センサ10が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がECU5に供給される。クランク角度位置センサ10は、エンジン1の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス(以下「CYLパルス」という)を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角180度毎に)TDCパルスを出力するTDCセンサ及びTDCパルスより短い一定クランク角周期(例えば30度周期)でCRKパルスを発生するCRKセンサから成り、CYLパルス、TDCパルス及びCRKパルスがECU5に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数(エンジン回転速度)NEの検出に使用される。
排気管13には、排気の浄化を行う排気浄化触媒14が設けられている。排気浄化触媒14の下流側と、吸気管2のスロットル弁3の下流側との間には、排気還流通路21が設けられており、排気還流通路21の途中には排気還流量を制御する排気還流制御弁(以下「EGR弁」という)22が設けられている。EGR弁22は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はECU5により制御される。EGR弁22には、その弁開度(弁リフト量)LACTを検出するリフトセンサ23が設けられており、その検出信号はECU5に供給される。排気還流通路21及びEGR弁22より、排気還流機構が構成される。ECU5は、エンジン運転状態に応じてEGR弁22の弁開度指令値LCMDを算出し、実弁開度LACTが弁開度指令値LCMDと一致するように、EGR弁22を制御する。
エンジン1は、吸気弁の開閉弁時期を連続的に変更可能な弁作動位相可変機構30を有する。弁作動位相可変機構の構成は、例えば特開2000−227013号公報に示されている。
ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理回路(以下「CPU」という)、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、前記燃料噴射弁6に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。ECU5は、各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁6の開弁時間の制御、及びEGR弁22の開度制御(EGR流量制御)を行う。
図2は、EGR流量制御を行う処理のフローチャートである。この処理は、ECU5のCPUで所定時間毎に実行される。
ステップS11ではフュエルカットFFCが「1」であるか否かを判別する。フュエルカットフラグFFCは、エンジン1が減速中であって所定フュエルカット条件が満たされたときに「1」に設定される。フュエルカットフラグFFCが「1」に設定されると、燃料噴射弁6の開弁時間TOUTが「0」に設定され、エンジン1への燃料供給が停止される。
ステップS11の答が肯定(YES)であるときは、アップカウントタイマTMFCをカウントアップする(ステップS21)。アップカウントタイマTMFCは、フュエルカット運転の実行時間を積算するタイマである。ステップS21では、EGR弁22の弁開度指令値LCMDを「0」に設定し、排気還流を停止する。
ステップS11でFFC=0であって燃料を供給しているときは、初期フラグFINIが「1」であるか否かを判別する(ステップS12)。最初はFINI=0であるので、ステップS13に進み、タイマTMFCの値、すなわち直前のフュエルカット実行時間に応じて図3(a)に示すTEGRDLYテーブルを検索し、EGR遅延時間TEGRDLYを算出する。TEGRDLYテーブルは、タイマTMFCの値が増加するほど、EGR遅延時間TEGRDLYが増加するように設定されている。
ステップS14では、ダウンカウントタイマTMEGRDLYをEGR遅延時間TEGRDLYに設定する。ステップS15では、初期フラグFINIを「1」に設定する。ステップS15実行後は、ステップS12の答が肯定(YES)となるので、ステップS12から直ちにステップS16に進む。
ステップS16では、タイマTMEGRDLYをカウントダウンし、ステップS17ではタイマTMEGRDLYの値が「0」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定(NO)であるので、前記ステップS22に進む。
フュエルカット運転終了時点からEGR遅延時間TEGRDLYが経過すると、ステップS17からステップS18に進み、タイマTMFCの値を「0」に設定するとともに、初期フラグFINIを「0」に戻す(ステップS18,S19)。ステップS20では、エンジン運転状態(具体的にはエンジン回転数NE及びエンジン負荷(吸気圧PBAまたはスロットル弁開度TH))に応じて弁開度指令値LCMDを算出する。
図4は燃料噴射制御を行う処理のフローチャートである。この処理はECU5のCPUでTDCパルスの発生に同期して実行される。
ステップS31ではフュエルカットフラグFFCが「1」であるか否かを判別し、その答が肯定(YES)であるときは、燃料噴射時間TOUTを「0」に設定し、燃料供給を停止する(ステップS33)。FFC=0であるときは、エンジン運転状態、具体的にはエンジン回転数NE、エンジン負荷、エンジン冷却水温などに応じて燃料噴射時間TOUTを算出する。
以上のように本実施形態では、フュエルカット運転の終了直後において、直前のフュエルカット運転の実行時間を示すタイマTMFCの値に応じてEGR遅延時間TEGRDLYが設定され、フュエルカット運転を終了した時点からEGR遅延時間TEGRDLYの間、EGR弁22の弁開度指令値LCMDが「0」に維持される。したがって、例えばフュエルカット運転の実行時間が長くなって排気浄化触媒14の活性が低下したときは、EGR遅延時間TEGRDLYが長くなり、排気浄化触媒14が活性化して浄化能力が回復した後に排気還流を開始させることができる。その結果、浄化が不十分な排気が還流され、排気還流通路21の詰まりやEGR弁22の固着が発生することを防止することができる。
本実施形態では、ECU5が燃料供給停止手段、燃料供給停止時間積算手段、禁止時間設定手段、及び排気還流遅延手段を構成する。具体的には、図4のステップS31及びS33が燃料供給停止手段に相当し、図2のステップS18及びS21が燃料供給停止時間積算手段に相当し、ステップS13が禁止時間設定手段に相当し、ステップS14,S16,S17が排気還流遅延手段に相当する。
[変形例1]
図2に示す処理によれば、図5に示すようにタイマTMEGRDLYの値が「0」となる前にまたフュエルカット運転が開始されると、タイマTMFCがリセットされずにカウントアップされる。その結果、排気還流が連続して停止される時間(以下「連続EGR停止時間」という)TEGRSTPが長くなり過ぎるおそれがある。そこで、図2に示す処理に代えて、図6に示す処理を適用してもよい。
図6は、図2の処理にステップS14aを追加したものである。ステップS14aにより、フュエルカット運転が終了した時点でタイマTMFCの値が「0」にリセットされる。
この変形例では、連続EGR停止時間TEGRSTPは図7に示すようになり、連続EGR停止時間TEGRSTPが過剰に長くなることを防止できる。
[変形例2]
変形例1により、連続EGR停止時間TEGRSTPが過剰に長くなることを防止できるが、以下のような不具合が発生するおそれがある。すなわち、比較的長時間のフュエルカット運転が行われ、タイマTMEGRDLYの値が「0」となる前に比較的短時間のフュエルカット運転が行われる場合には、最初の比較的長いフュエルカット運転で冷えた排気浄化触媒の浄化性能が回復するまでに必要な時間に対して、EGR遅延時間TEGRDLYが不足するおそれがある。
そこで、図6に示す処理に代えて図8に示す処理を採用することが望ましい。図8の処理は、図6の処理にステップS41〜S44を追加したものである。
ステップS11の答が肯定(YES)であるときは、ステップS41に進み、タイマTMEGRDLYの値が「0」より大きいか否かを判別する。この答が否定(NO)、すなわちTMEGRDLY=0であるときは直ちにステップS21に進む。
ステップS41でTMEGRDLY>0であるときは、EGR遅延時間TEGRDLYをその時点のタイマTMEGRDLYの値に設定する(ステップS42)。次にそのEGR遅延時間TEGRDLYに応じて図3(a)に示すTEGRDLYテーブルを逆検索して、タイマTMFCの値を算出し、算出した値をタイマTMFCに設定する(ステップS43)。ステップS44では、タイマTMEGRDLYの値を「0」にリセットし、その後ステップS21に進む。
図8の処理によれば、図9(c)に示す第1時間T1は、最初のフュエルカット運転実行時間に応じた値となり、第2時間T2は、第1時間T1とフュエルカット運転の中断時間T4とに応じた時間となる。そして第2時間T2に応じて算出される第3時間T3を時刻t1におけるタイマTMFCの初期値とすることにより、タイマTMFCの初期値が第1時間T1及び中断時間T4に応じた適切な値となり、時刻t2以後のEGR停止時間TEGRDLYが不足することを防止できる。
[変形例3]
排気浄化触媒が冷却しない程度の短時間のフュエルカット運転と、比較的短い中断時間(<TEGRDRLY)とが連続した場合には、排気浄化触媒が活性状態を維持しているにも拘わらず、タイマTMFCの値が増加し、連続EGR停止時間TEGRSTPが過剰に長くなるおそれがある。したがって、上述した第1の実施形態及び変形例1,2において使用するTEGRDLYテーブルは、図3(a)に示すものに代えて、図3(b)に示すものを使用することが望ましい。
すなわち、フュエルカット実行時間が所定時間TFC1(例えば5〜10秒に設定される)以下であるときは、EGR遅延時間TEGRDLYを「0」とする。フュエルカット実行時間が短いときは、排気浄化触媒の浄化性能に対する影響は少ない(例えば吸気管内壁に付着した燃料が排出されて排気浄化触媒の温度がほとんど低下しないことなどの要因による)からである。特に変形例2において図3(b)に示すTEGRDLYテーブルを使用することにより、フュエルカット実行時間が所定時間TFC1以下であるときは、EGR遅延時間TEGRDLYが「0」のまま維持されることになるので、連続EGR停止時間TEGRSTPが過剰に長くなることを防止できる。
[変形例4]
本変形例は、上述した第1の実施形態とその変形例において、図3(a)または図3(b)に示すTEGRDLYテーブルに代えて、図3(c)に示すTEGRDLYテーブルを使用するようにしたものである。図3(c)に示すテーブルは、EGR遅延時間TEGRDLYが最大値TEDMAX(例えば15〜20分)を超えないように設定したものである。このテーブルを使用することにより、所定時間TFC1を僅かに超えるような時間のフュエルカット運転が断続的に実行された場合において、連続EGR停止時間TEGRSTPが過剰に長くなることを防止できる。
[第2の実施形態]
本実施形態は、排気還流通路21を介した外部排気還流に加えて、吸気弁の開弁時期を進角させる(吸気弁を排気行程で開弁する)ことによる内部排気還流を行うようにしたものである。吸気弁は図示していないが、エンジン1の燃焼室と吸気管2とを連通する吸気口を開閉するように設けられている。内部排気還流(内部EGR)は、燃焼室内で混合気が燃焼することにより生成される既燃ガスの一部を、吸気弁の開弁時期を進角させることにより吸気管2に戻すことによって行われる。吸気弁開弁時期の進角量を調整することにより、内部EGRにより還流される既燃ガス量(内部EGR流量)が制御される。
図10は本実施形態におけるEGR流量制御処理のフローチャートである。この処理は、図2のステップS20をステップS20aに変更し、ステップS21aを追加したものである。
ステップS20aでは、エンジン運転状態に応じてEGR弁22の弁開度指令値LCMDを算出するとともに、吸気弁の開弁時期CAINを算出する。開弁時期CAINを変更することにより、内部EGR流量が制御される。
ステップS21aでは、エンジン運転状態、具体的にはエンジン回転数NE及びエンジン負荷に応じて吸気弁の開弁時期CAINを算出する。ステップS22で外部EGRが停止されるので、ステップS21aでは、エンジン運転状態が同一の状態で比較した場合にステップS20aにおいて設定される開弁時期より進角側となるように開弁時期CAINが設定される。すなわち、燃料供給中に外部EGRが停止されるときは、外部EGR実行中より内部EGR量が増量される。これにより、外部EGRを停止することの影響を抑制し、排気特性の悪化を防止するとともに、既燃ガス中に未燃燃料が残存している場合にその未燃燃料を確実に燃焼させ、燃費を向上させることができる。
本実施形態では、弁作動位相可変機構30が内部排気還流手段に相当し、図10のステップS20a及びS21aが内部排気還流量制御手段に相当する。
なお本実施形態についても第1の実施形態の変形例1〜4を適用してもよい。
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、図11(a)及び図11(b)に示すように排気管に2つの排気浄化触媒14,15が設けられている機関において、排気還流通路21が排気浄化触媒14の下流側に接続される場合、及び排気浄化触媒15の下流側に接続される場合のいずれにも適用可能である。排気浄化触媒が3つ以上設けられる場合も同様であって、排気還流通路21と排気管13との接続部より上流側に少なくとも1つの排気浄化触媒が設けられている機関の制御に本発明を適用することができる。
また上述した実施形態では、吸気弁の開弁時期を進角させることにより内部排気還流を行うようにしたが、弁作動位相可変機構30に代えて、排気弁の開閉弁時期を連続的に変更可能な弁作動位相可変機構30aを設け、排気弁の閉弁時期を遅角する(吸気行程で排気弁を開弁する)ことにより、内部排気還流を行うようにしてもよい。さらに弁作動位相可変機構30及び30aをともに設けて、吸気弁の開弁時期を進角させること及び排気弁の閉弁時期を遅角させることにより、内部排気還流を行うようにしてもよい。排気弁は図示していないが、エンジン1の燃焼室と排気管13とを連通する排気口を開閉するように設けられている。
また本発明は、ガソリン内燃機関だけでなく、ディーゼル内燃機関の制御にも適用可能である。さらに本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 還流排気流量の制御を行う処理(第1の実施形態)のフローチャートである。 図2の処理で参照されるテーブルを示す図である。 燃料噴射時間(TOUT)の制御を行う処理のフローチャートである。 図2の処理により排気還流が連続して停止される時間(TEGRSTP)を説明するための図である。 図2に示す処理の変形例を示すフローチャートである。 図6の処理により排気還流が連続して停止される時間(TEGRSTP)を説明するための図である。 図6に示す処理の変形例を示すフローチャートである。 図8の処理により排気還流が連続して停止される時間(TEGRSTP)を説明するための図である。 還流排気流量の制御を行う処理(第2の実施形態)のフローチャートである。 排気浄化触媒が複数設けられる例を示す図である。
符号の説明
1 内燃機関
2 吸気管
5 電子制御ユニット(燃料供給停止手段、燃料供給停止時間積算手段、禁止時間設定手段、排気還流遅延手段、内部排気還流量制御手段)
6 燃料噴射弁
13 排気管
14 排気浄化触媒
21 排気還流通路
22 排気還流制御弁
30 弁作動位相可変機構(内部排気還流手段)

Claims (2)

  1. 排気通路に設けられた排気浄化触媒の下流側と吸気通路とを接続する排気還流通路と、該排気還流通路を流れる還流排気の流量を制御する排気還流制御弁とを備える内燃機関の制御装置において、
    前記機関の所定運転状態において前記機関への燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、
    該燃料供給停止を行っている燃料供給停止時間を積算する燃料供給停止時間積算手段と、
    前記燃料供給停止時間に応じて、前記排気還流通路を介した排気還流を禁止する外部排気還流禁止時間を設定する禁止時間設定手段と、
    前記燃料供給停止手段による燃料供給停止を終了した時点から前記外部排気還流禁止時間の間、前記排気還流制御弁の開弁を禁止する排気還流遅延手段とを備え
    前記禁止時間設定手段は、前記外部排気還流禁止期間を、前記燃料供給停止時間が増加するほど増加するように設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記機関の燃焼室と前記吸気通路を連通する吸気口を開閉する吸気弁を排気行程時に開弁すること、及び前記燃焼室と前記排気通路を連通する排気口を開閉する排気弁を吸気行程時に開弁することの一方または双方により内部排気還流を行う内部排気還流手段と、前記排気還流遅延手段により前記外部排気還流が禁止されているときに、前記内部排気還流手段による内部排気還流量を増加させる内部排気還流量制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
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