JP2000130213A - リーンバーンエンジンの制御装置 - Google Patents

リーンバーンエンジンの制御装置

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JP2000130213A
JP2000130213A JP10306012A JP30601298A JP2000130213A JP 2000130213 A JP2000130213 A JP 2000130213A JP 10306012 A JP10306012 A JP 10306012A JP 30601298 A JP30601298 A JP 30601298A JP 2000130213 A JP2000130213 A JP 2000130213A
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JP
Japan
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lean
stoichiometric
fuel ratio
delay
air
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JP10306012A
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English (en)
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Naoki Watabe
直樹 渡部
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ストイキオ運転とリーンバーン運転との一方か
ら他方へ移行する際に動作して吸入空気量を増量或いは
減量補正するアクチュエータのむだ時間による制御遅れ
を改善する。 【解決手段】リーンバーン実施条件が成立或いは不成立
となったときスロットルアクチュエータに対して出力す
る開度指令値を段階的に増加或いは減少させても、スロ
ットルアクチュエータにはむだ時間分の遅れが生じるた
め、目標空燃比、点火時期、噴射時期の移行作動をむだ
時間に同期させて移行作動させる。その結果、スロット
ルアクチュエータの作動に同期して目標空燃比、点火時
期、噴射時期が設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通常空燃比による
運転とリーン空燃比による運転との一方から他方へ移行
する際の空燃比変動により生じる出力トルクの段差を抑
制するリーンバーンエンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、リーンバーンエンジンでは、リー
ン空燃比による運転(リーンバーン運転)時に、電子ス
ロットル制御装置、アイドル回転数制御(ISC)弁、
バイパスエアーバルブ等を吸入空気量補正手段として用
い、この吸入空気量補正手段により吸入空気量を増量補
正することで、空燃比変動による出力トルクの落ち込み
を抑制し、理論空燃比による運転(ストイキオ運転)と
ほぼ同じトルクが得られるようにする、いわゆるトルク
アップ制御が広く採用されている。
【0003】しかし、一般に、吸入空気量補正手段を作
動させるアクチュエータには、むだ時間や応答遅れがあ
り、特に、むだ時間の大きなアクチュエータを採用する
場合、図8(a)に示すように、リーンバーン実施条件
が成立したとき、或いは不成立になったとき、即ち、ス
トイキオ運転からリーンバーン運転へ、或いはリーンバ
ーン運転からストイキオ運転へ移行する際、移行直後の
むだ時間内では、同図(b)に示すように、電子制御装
置から上記アクチュエータに対して開度指令値を出力し
ても、同図(c)に示すように、吸入空気量補正手段の
実開度は変化せず、一方、同図(e),(f)に示すよ
うに、点火時期、燃料噴射量は、リーンバーン実施条件
に対応して直ちに、切換えられるため、空燃比が適正化
されず、ストイキオ運転からリーンバーン運転へ移行し
たときのむだ時間内では、トルク不足が発生し、又、リ
ーンバーン運転からストイキオ運転へ移行したときのむ
だ時間ではトルク過多となってしまい、良好なドライバ
ビリティが得られない。
【0004】例えば特開平6−159112号公報に
は、エンジンの運転状態がストイキオ運転からリーンバ
ーン運転へ移行したときは、リーンバーン運転からスト
イキオ運転へ移行するときに比し、吸入空気量補正手段
を作動させるアクチュエータの制御速度を大きく設定す
る技術が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記先行技術によれ
ば、ストイキオ運転からリーンバーン運転へ移行すると
きは吸入空気量が直ちに増量されるため一時的なトルク
低下が防止され、又、リーンバーン運転からストイキオ
運転へ移行するときは吸入空気量が緩やかに減少される
ため、トルク変動が抑制され、加速性の低下が防止され
る。
【0006】しかし、吸入空気量補正手段を作動させる
アクチュエータとしてむだ時間の大きいものが採用され
ている場合には、運転状態がストイキオ運転からリーン
バーン運転へ、或いはリーンバーン運転からストイキオ
運転へ移行した直後のむだ時間内では、吸入空気量が変
化しないため、トルク変動が生じ、良好なドライバビリ
ティを得ることができない。
【0007】本発明は、上記事情に鑑み、理論空燃比に
よる運転とリーンバーン運転との一方から他方へ移行す
る際の、吸入空気量補正手段の有するむだ時間内でのト
ルク変動を抑制し、良好なドライバビリティを得ること
のできるリーンバーンエンジンの制御装置を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1記載のリーンバーンエンジンの制御装置は、理
論空燃比によるストイキオ運転と理論空燃比よりも稀薄
なリーン空燃比によるリーン運転とをエンジン運転状態
に基づき切換えて実施するエンジンの制御装置におい
て、吸入空気量を制御する制御手段の動作遅れ時間分遅
れて上記ストイキオ運転から上記リーン運転に切換え、
又は動作時間遅れ分遅れてリーン運転からストイキオ運
転に切換えることを特徴とする。
【0009】更に、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の発明において、上記ストイキオ運転と上記リーン運
転との一方から他方へ移行する際の燃料噴射系、点火系
に対する制御値の変更を上記動作遅れ分に同期させて遅
延させることを特徴とする。
【0010】請求項1記載のリーンバーンエンジンの制
御装置では、ストイキオ運転からリーン運転へ移行する
場合、吸入空気量を制御する制御手段により吸入空気量
を増量させ、又、リーン運転からストイキオ運転へ移行
させる場合、吸入空気量を制御する制御手段により吸入
空気量を減少させる。このとき、吸入空気量制御手段
は、指令信号に対してむだ時間だけ遅れて動作を開始す
るため、この動作遅れ時間分遅れてリーン運転又はスト
イキオ運転を実施することで空燃比切換時におけるトル
ク変動を抑制する。
【0011】又、請求項2記載のリーンバーンエンジン
の制御装置は、請求項1記載の発明における制御対象を
具体化させたものであり、燃料噴射量、点火時期の制御
を動作遅れに同期させて遅延させることで、動作遅れ時
間分遅れてリーン運転又はストイキオ運転を実施し、空
燃比切換時におけるトルク変動を抑制する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図7の図面に基づい
て本発明の実施の一形態を説明する。図1にエンジン制
御系の全体概略図を示す。図中の符号1はリーンバーン
エンジンで、運転状態が低負荷、中負荷領域にあるとき
には、リーン空燃比による運転(リーンバーン運転)を
行い、アイドル、高負荷領域にあるときは、理論空燃比
による運転(ストイキオ運転)を行い、エンジン始動時
又は加速時にはリッチ空燃比による運転(パワー運転)
が行われる。
【0013】このエンジン1の吸気ポート(図示せず)
に連通する吸気マニホルド2の集合部にエアーチャンバ
3が接続され、このエアーチャンバ3の上流がスロット
ルボディ4を介して吸気管5に連通され、この吸気管5
の空気取り入れ口にエアークリーナ6が配設されてい
る。一方、排気ポート(図示せず)に連通する排気マニ
ホルド7の集合部に連通する排気管8に触媒9が介装さ
れている。
【0014】又、エンジン1のクランク軸にシグナルデ
ィスクプレート10が軸着されており、このシグナルデ
ィスクプレート10の外周に、突起或いはスリット等の
クランク角指標が所定クランク角毎に形成され、このク
ランク角指標にクランク角センサ11が対設されてい
る。
【0015】更に、吸気管5のエアークリーナ6の直下
流に吸入空気量センサ12が配設され、スロットルボデ
ィ4に、吸入空気量補正手段を兼用する電子スロットル
制御装置(ETC)13のスロットル弁13aが介装さ
れている。このスロットル弁13aはアクセルペダル1
8とは機械的に連設しておらず、併設するスロットルア
クチュエータ13bにて開度制御される。
【0016】又、吸気ポート直上流の吸気マニホルド2
にインジェクタ15が臨まされ、エンジン1の燃焼室に
は点火プラグ16が臨まされ、排気マニホルド7の触媒
9の上流にO2センサ17が臨まされている。
【0017】スロットルアクチュエータ13bの作動量
(スロットル開度量)は制御装置(ECU)21で設定
される。この制御装置21の入力ポートにクランク角セ
ンサ11、吸入空気量センサ12、O2センサ17、ア
クセルペダル18に連設し該アクセルペダル18の開度
を検出するアクセル開度センサ19等の運転状態を検出
する各種センサ類が接続されている。更に、制御装置2
1の出力ポートに、スロットルアクチュエータ13b、
インジェクタ15、点火プラグ16に設けた点火コイル
16aに接続するイグナイタ20等のエンジン駆動制御
に必要な各種アクチュエータ等が接続されている。
【0018】制御装置21は、運転状態を検出する各種
センサ類からの情報に基づき、燃料噴射制御、スロット
ル開度制御、点火時期制御等のエンジン制御に関わる各
種制御を実行する。更に、運転状態がストイキオ運転か
らリーンバーン運転へ移行したとき、或いはリーンバー
ン運転からストイキオ運転へ移行したとき、燃料噴射制
御、点火時期制御等を、むだ時間分遅らせる遅延制御を
実行する。
【0019】図2に示すように、制御装置21は、遅延
制御に関わる機能として、リーン率算出手段22、吸入
空気量補正手段開度指令値算出手段23、遅延手段とし
てのむだ時間分過去のリーン率算出手段24、スイッチ
手段25、ストイキオ←→リーン移行中判定手段26、
目標空燃比算出手段27、噴射時期算出手段28、点火
時期算出手段29を備えており、更に、通常の制御機能
として、吸気系演算手段30、燃料噴射系演算手段3
1、点火系演算手段32を備える。
【0020】リーン率算出手段22は、リーンバーン実
施条件成立時にリーン率LRATIO1を、0から1に
達するまで設定時間毎に一定値ずつ増加させ、又、リー
ンバーン条件不成立時に1から0に達するまで設定時間
毎に一定値ずつ減少させる。ここで、上記リーン率LR
ATIO1は、LRATIO1=1でリーン補正無しに
対応し、値が大きいほど、リーン補正率を大きくするも
のである。
【0021】尚、リーンバーン実施条件は、例えば、始
動後経過時間、エンジン負荷、冷却水温、車速等に基づ
き、(1)エンジン始動後の経過時間が設定時間(例え
ば、20〜40sec)経過しているか、(2)運転状
態が低負荷〜中負荷運転のリーンバーン運転領域にある
か(3)暖機は完了しているか(4)車速が高速(例え
ば120Km/h)以下かを判定し、全てが満足されて
いるときリーンバーン実施条件成立と判定し、1つでも
満足されなかったときリーンバーン実施条件不成立と判
定する。
【0022】吸入空気量補正手段開度指令値算出手段2
3は、リーン率LRATIO1に基づき、吸入空気量補
正手段に対する開度指令値THを次式から算出する。 TH=THST+(THLE−THST)・LRATIO1 …(1) ここで、THSTはストイキオ運転に対応する開度指令
値、THLEはリーンバーン運転に対応する開度指令値
で、アクセル開度センサ19で検出したアクセル開度A
CCに基づき、図4に示す特性を有するテーブルを補間
計算付きで参照して設定される。そして、吸入空気量補
正手段開度指令値算出手段23は、算出した開度指令値
THを吸気系演算手段30へ出力する。
【0023】むだ時間分過去のリーン率算出手段24
は、ストイキオ←→リーン移行中判定手段26でストイ
キオ←→リーン移行中と判定したとき、リーン率LRA
TIO1に基づき、リーン率LRATIO1のむだ時間
分過去のリーン率LRATIO2を算出する。
【0024】このむだ時間は、吸気系演算手段30で制
御する吸入空気量補正手段の有するむだ時間に相当する
値で、予め実験などから求められる。尚、本形態におい
ては、ETC13のスロットルアクチュエータ13bを
吸入空気量補正手段として兼用しているため、むだ時間
はスロットルアクチュエータ13bの有するむだ時間に
基づいて設定されている。
【0025】ストイキオ←→リーン移行中判定手段26
は、運転状態がストイキオ運転からリーンバーン運転
へ、或いはリーンバーン運転からストイキオ運転へ移行
中か否かを判定する。ストイキオ←→リーン移行中判定
条件は、例えば以下の通りである。 (1)リーンバーン実施条件が不成立から成立、或いは
成立から不成立に変化したか (2)リーン率LRATIO1が、0<LRATIO1
<1の間にあるか 上記2条件が満足されたとき、ストイキオ←→リーン移
行中と判定し、1つでも満たされなかったとき、ストイ
キオ←→リーン移行完了と判定する。
【0026】スイッチ手段25は、ストイキオ←→リー
ン移行中と判定されたとき、むだ時間分過去のリーン率
算出手段24と、目標空燃比算出手段27、噴射時期算
出手段28、点火時期算出手段29とを接続し、又、ス
トイキオ←→リーン移行完了と判定したときリーン率算
出手段22と各算出手段27〜29とを接続する。
【0027】各算出手段27〜29は、スイッチ手段2
5の接続によって、読込まれるリーン率LRATIO
1,LRATIO2に基づき目標空燃比ABFI、噴射
時期TINJ、点火時期ADVを算出し(詳細は後述す
る)、燃料噴射系演算手段31、点火系演算手段32へ
出力する。
【0028】吸気系演算手段30は、アクセル開度セン
サ19等、運転者の要求出力を検出するセンサ類からの
情報に基づき、要求出力に応じたエンジン出力を発生す
るスロットル開度を設定し、このスロットル開度に開度
指令値THを加算して、最終的なスロットル開度を設定
し、このスロットル開度に対応する駆動信号をスロット
ルアクチュエータ13bへ出力する。
【0029】又、燃料噴射系演算手段31は、クランク
角センサ11、吸入空気量センサ12、O2センサ17
等、エンジン運転状態を検出するセンサ類からの情報、
及び目標空燃比ABFIに基づき燃料噴射パルス幅Ti
を設定し、燃料噴射時期TINJに達したときインジェ
クタ15へ出力する。
【0030】更に、点火系演算手段32は、点火時期A
DVを点火タイマにセットし、所定クランク角タイミン
グで点火タイマを起動させ、点火時期ADVに達したと
きイグナイタ20へ点火信号を出力する。
【0031】上記制御装置21で実行される吸気系制
御、噴射系制御、点火時期系制御は、図3に示すむだ時
間分遅延制御ルーチンに従って、リーンバーン運転から
ストイキオ運転、或いはストイキオ運転からリーンバー
ン運転へ移行する際の遅延処理が行われる。
【0032】このルーチンでは、先ず、ステップS1で
リーン率LRATIO1を算出する。前述したように、
このリーン率LRATIO1は、リーンバーン実施条件
成立時に0から1に達するまで設定時間毎に一定値ずつ
増加され、又、リーンバーン条件不成立時に1から0に
達するまで設定時間毎に一定値ずつ減少される。
【0033】そして、ステップS2で、リーン率LRA
TIO1に基づき、吸入空気量補正手段(スロットルア
クチュエータ13b)に対する開度指令値THを、上記
(1)に従って算出する。
【0034】次いで、ステップS3へ進み、ストイキオ
←→リーン移行中か否かを、上述したストイキオ←→リ
ーン移行中判定条件に基づいて判定し、ストイキオ←→
リーン移行中と判定ししたときは、ステップS4へ進
み、ストイキオ←→リーン移行完了と判定したときは、
ステップS8へ分岐する。
【0035】ステップS4へ進むと、むだ時間分過去の
リーン率LRATIO2をリーン率LRATIO1に基
づき、上述の如く算出する。
【0036】そして、ステップS5へ進み、むだ時間分
過去のリーン率LRATIO2に基づき、目標空燃比A
BFIを、次式に従って算出する。 ABFI=ABFIST+(ABFILE−ABFIST) ・LRATIO2 …(2) ここで、ABFISTはストイキオ運転時目標空燃比、
ABFILEはリーンバーン運転時目標空燃比で、エン
ジン回転数NEとエンジン負荷(例えば基本燃料噴射
量)Tpとに基づき、マップを補間計算付きで参照して
設定される。
【0037】図5に示すように、ストイキオ運転時マッ
プの高負荷、高回転領域に達するまでのストイキオ運転
領域には理論空燃比(例えば14.5)が格納されてお
り、又、パワー運転領域にはリッチ空燃比(例えば1
7.0)が格納されている。
【0038】一方、図6に示すように、リーンバーン運
転時マップのリーンバーン運転領域には、低負荷、低回
転領域から中負荷、中回転領域へ移行するに従い、次第
にリッチ方向に移行される空燃比が格納されている。
【0039】次いで、ステップS6で、むだ時間分過去
のリーン率LRATIO2に基づき、点火時期ADV
を、次式に従って算出する。 ADV=ADVST+(ADVLE−ADVST) ・LRATIO2 …(3) ここで、ADVSTはストイキオ運転時点火時期、AD
VLEはリーンバーン運転時点火時期で、それぞれエン
ジン回転数NEとエンジン負荷Tpとに基づきマップを
補間計算付きで参照して設定する。
【0040】その後、ステップS7で、むだ時間分過去
のリーン率LRATIO2に基づき、噴射時期TINJ
を、次式に従って算出し、ルーチンを抜ける。 TINJ=TINJST+(TINJLE−TINJST) ・LRATIO2 …(4) ここで、TINJSTはストイキオ運転時噴射時期、T
INJLEはリーンバーン運転時噴射時期で、それぞれ
エンジン回転数NEとエンジン負荷Tpとに基づきマッ
プを補間計算付きで参照して設定する。
【0041】又、上記ステップS3で、ストイキオ←→
リーン移行完了と判定されて、ステップS8へ分岐する
と、リーン率LRATIO1に基づき目標空燃比ABF
Iを次式に従って算出する。 ABFI=ABFIST+(ABFILE−ABFIST) ・LRATIO1 …(5)
【0042】そして、ステップS9で、リーン率LRA
TIO1に基づき、点火時期ADVを、次式に従って算
出する。 ADV=ADVST+(ADVLE−ADVST) ・LRATIO1 …(6)
【0043】その後、ステップS10で、リーン率LR
ATIO1に基づき、噴射時期TINJを、次式に従っ
て算出し、ルーチンを抜ける。 TINJ=TINJST+(TINJLE−TINJST) ・LRATIO1 …(7)
【0044】そして、このルーチンで算出された開度指
令値THが吸気系演算手段30へ出力され、又、目標空
燃比ABFI、噴射時期TINJが燃料噴射系演算手段
31へ出力され、更に、点火時期ADVが点火系演算手
段32へ出力される。
【0045】このように、本形態によれば、ストイキオ
←→リーン移行中の目標空燃比ABFI、噴射時期TI
NJ、点火時期ADVは、スロットルアクチュエータ1
3bのむだ時間分の遅れを生じて設定されるため、図7
(c)に示すスロットル弁13aの実際の開閉作動に同
期して、目標空燃比ABFI(同図(d))、点火時期A
DV(同図(e))、噴射時期TINJ(同図(f))が遅延
制御され、同図(g)に示すように、ストイキオ運転か
らリーンバーン運転へ移行する際には、リーンバーン運
転実施がむだ時間分遅れて実施され、リーンバーン運転
からストイキオ運転へ移行する際にはストイキオ運転実
施がむだ時間分遅れて実施される。ストイキオ運転から
リーンバーン運転へ、或いはリーンバーン運転からスト
イキオ運転へ移行する際に生じる出力トルクの変動が抑
制され、良好なドライバビリティを得ることができる。
【0046】尚、本形態では、吸入空気量補正手段とし
て電子スロットル制御装置13を用いているが、これに
限らず、例えばスロットル弁をバイパスするエアーバイ
パス通路に介装したアイドル回転数制御弁、エアーバイ
パス通路とは別にスロットル弁下流にバイパスエアーを
供給するバイパス通路に介装したバイパスエアーバルブ
等を吸入空気量補正手段として用いても良い。
【0047】更に、本形態では、リーン率を設定時間毎
に一定値ずつ増加又は減少させるものとしたが、これに
限定されず、目標空燃比と実空燃比との比を用いて設定
しても良い。但し、設定時間移行はリーン率を0又は1
に移行させるフェイルセーフ機構を設けることが望まし
い。
【0048】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
通常空燃比による運転とリーン空燃比による運転との一
方から他方へ移行する際の燃料噴射系、点火系に対する
制御値の変更を、吸入空気量補正手段の有するむだ時間
に同期して遅延させるようにしたので、吸入空気量補正
手段の実際の作動に同期して燃料噴射系、点火系が制御
されるようになり、出力トルクの段差が抑制され、良好
なドライバビリティを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エンジン制御系の全体概略図
【図2】制御装置の機能ブロック図
【図3】むだ時間分遅延制御ルーチンを示すフローチャ
ート
【図4】開度指令値を設定するテーブルの説明図
【図5】ストイキオ運転時マップの説明図
【図6】リーンバーン運転時マップの説明図
【図7】リーンバーン実施条件成立或いは不成立後のス
ロットルアクチュエータの実開度と目標空燃比、点火時
期、噴射時期との制御状態を示すタイムチャート
【図8】従来のリーンバーン実施条件成立或いは不成立
後のスロットルアクチュエータの実開度と目標空燃比、
点火時期、噴射時期との制御状態を示すタイムチャート
【符号の説明】 1 リーンバーンエンジン 13 電子スロットル制御装置(制御手段) 21 制御装置 31 燃料噴射系演算手段 32 点火系演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 43/00 301 F02D 43/00 301J 301K 301L F02P 5/15 F02P 5/15 B Fターム(参考) 3G022 AA06 BA01 CA01 CA04 CA09 DA06 EA06 EA07 FA06 GA01 GA08 3G084 BA04 BA05 BA06 BA09 BA15 BA17 DA05 DA11 DA15 EB08 EB12 EC01 EC04 FA05 FA07 FA10 FA20 FA29 FA38 3G301 HA01 HA15 JA03 JA14 KA06 LA00 LA03 LA04 MA01 MA18 NE21 PA01Z PD03Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】理論空燃比によるストイキオ運転と理論空
    燃比よりも稀薄なリーン空燃比によるリーン運転とをエ
    ンジン運転状態に基づき切換えて実施するエンジンの制
    御装置において、 吸入空気量を制御する制御手段の動作遅れ時間分遅れて
    上記ストイキオ運転から上記リーン運転に切換え、又は
    動作時間遅れ分遅れてリーン運転からストイキオ運転に
    切換えることを特徴とするリーンバーンエンジンの制御
    装置。
  2. 【請求項2】上記ストイキオ運転と上記リーン運転との
    一方から他方へ移行する際の燃料噴射系、点火系に対す
    る制御値の変更を上記動作遅れ分に同期させて遅延させ
    ることを特徴とする請求項1記載のリーンバーンエンジ
    ンの制御装置。
JP10306012A 1998-10-27 1998-10-27 リーンバーンエンジンの制御装置 Pending JP2000130213A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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