JP2006037901A - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 吸気通路への汚れ付着等によって2系統の吸気系の吸入空気量のバランスが崩れても、エアフローセンサによる流量計測精度の低下を招くことがないようにされたエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】 2系統の吸気系を持ち、該2系統の吸気系のそれぞれに、エアフローセンサ2L、2R及び吸入空気量調節手段とされるスロットル弁40L、40RあるいはISCバルブ35L、35Rが設けられているエンジン10において、前記2系統の吸気系におけるエアフローセンサ2L、2Rにより検出される吸入空気量が等しくなるように、前記スロットル弁40L、40RあるいはISCバルブ35L、35Rの開度を個別に補正する補正手段を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、2系統の吸気系を持つエンジンにおいて、それぞれの吸気系における吸入空気量を制御する制御装置に関する。
近年、6気筒以上のエンジンは、コンパクト化の要求により、V型エンジンが主流となりつつある。さらに、高出力要求に対しては、吸気系部品では吸気抵抗の低減、脈動効果の利用などを目的に2系統の吸気系を持つエンジンが一般的となりつつある。また、2系統の吸気系を持つエンジンの制御装置における、エアフローセンサの検出精度を高める手段として、吸気脈動を生じさせてしまうISCバルブのPWMの駆動周波数を工夫することによりエアフローセンサの出力変動を低減すること、2つのエアフローセンサの出力変動の小さい方の検出値を用いてエンジンを制御することにより、制御精度の向上を図る技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平4−134157号公報(第1〜4頁、図1〜図2)
しかしながら、前記提案技術によれば、エアフローセンサ脈動による制御精度の悪化を減らすことは可能であるが、2系統の吸気系の吸入空気量が等しいことが前提となっているため、エアクリーナーのアンバランスな目詰まり、吸気通路におけるスロットル弁付近(スロットルボディ)へのカーボンやガム質のアンバランスな付着(実効通路断面積の減少)等による経年変化により、2系統の吸入空気量にある程度の差が生じた場合に、2系統の吸気系のうちの一方の空気量が減ってくると、流量計測エラーが増加する極低流量域でエアフローセンサによる流量計測が行われることとなり、A/F(空燃比)制御精度が低下する等の問題が懸念される。これは、アイドル時に必要なトータルの空気量は変わらないにもかかわらず、2系統のうちの一方の吸入空気量が減少するため、他方の系統の吸入空気量が増加することで、同等のトルクを維持することが可能なために発生する現象である。
つまり、従来の技術では、2系統の吸気系を持つエンジンにおいて、吸気通路におけるスロットル弁付近への汚れの付着等により、2系統の吸気系の吸入空気量のバランスが崩れ、流量が低下した一方の吸気系のエアフローセンサが、流量計測精度の低下する低い流量を検出する状態、言い換えれば、流量計測エラーが増加してしまう事態を招く。
本発明は、前記の如くの従来技術における問題を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、吸気通路への汚れ付着等によって2系統の吸気系の吸入空気量のバランスが崩れても、エアフローセンサによる流量計測精度の低下を招くことがないようにされたエンジンの制御装置を提供することにある。
前記目的を達成すべく、本発明に係る制御装置は、基本的には、2系統の吸気系を持ち、該2系統の吸気系のそれぞれに吸入空気量調節手段が設けられているエンジンにおいて、前記2系統の吸気系における吸入空気量が等しくなるように、前記各吸入空気量調節手段の操作量を個別に制御するようにされる。
より具体的な好ましい態様では、2系統の吸気系を持ち、該2系統の吸気系のそれぞれに、エアフローセンサ及び吸入空気量調節手段が設けられているエンジンにおいて、前記2系統の吸気系におけるエアフローセンサにより検出される吸入空気量が等しくなるように、前記各吸入空気量調節手段の操作量を個別に補正する補正手段を備える。
この場合、好ましくは、前記補正手段による補正量を記憶する記憶手段を備え、前記補正量の学習制御を行うようにされる。
好ましい具体的な態様では、前記吸入空気量調節手段は、電子制御スロットルとされ、前記補正手段は、前記操作量としての前記電子制御スロットルの目標開度を補正するようにされる。
この場合、好ましくは、前記補正手段による補正量を、前記電子制御スロットルの目標開度に応じて記憶する記憶手段を備え、前記補正量の学習制御を行うようにされる。
本発明に係る制御装置の他の好ましい態様では、2系統の吸気系を持ち、該2系統の吸気系のそれぞれにエアフローセンサ及び吸入空気量調節手段が設けられているエンジンにおいて、前記2系統の吸気系におけるエアフローセンサにより検出される吸入空気量が等しくなるように、前記2系統の吸気系におけるアイドルスピード制御用空気量を個別に補正する補正手段を備えていることを特徴としている。
この場合、好ましくは、前記補正手段による補正量を記憶する記憶手段を備え、前記補正量の学習制御を行うようにされる。
前記補正手段は、好ましくは、前記2系統の吸気系における吸入空気量の差が所定値より大きいときのみ、前記補正を行うようにされる。
本発明に係るエンジンの制御装置は、2系統の吸気系のそれぞれに設けられているエアフローセンサにより検出される吸入空気量が等しくなるように、吸入空気量調節手段であるスロットル弁(電子制御スロットル)やISCバルブの操作量(開度等)を制御する。これにより、吸気通路におけるスロットル弁付近への汚れの付着等により、2系統の吸気系の吸入空気量のバランスが崩れても、2系統の吸気系のうちの吸入空気量が少ない方においても、吸入空気量が流量計測エラーが増加する極低流量域までは低下せず、その結果、エアフローセンサの計測精度を高く維持でき、空燃比制御等を高精度に行うことが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係る制御装置の一実施形態をそれが適用された車載用多気筒エンジンと共に示す概略構成図である。
図1において、エンジン10は、いわゆるMPI(多気筒燃料噴射)方式のV型6気筒エンジンであり、その出力軸(クランク軸)の回転トルクがトランスミッション等を介して駆動輪に伝達されるようになっており、左バンク及び右バンクにそれぞれ独立した吸気系(2系統)を備えている。エンジン10に吸入される空気は、2系統の吸気系の始端部に設けられたエアクリーナ60L、60Rを通過し、それぞれホットワイヤ式エアフローセンサ(熱線式空気流量センサ)2L、2Rに導かれる。このホットワイヤ式エアフローセンサ2L、2Rから2系統の吸気系のそれぞれの吸入空気量に相当する信号が出力される。エアフローセンサ2L、2Rを通過した吸入空気は、吸気通路61L、61Rを構成するダクト、吸入空気量を調節するためのスロットル弁(電制スロットル)40L、40Rを通り、コレクタ62L、62Rに入る。なお、2系統の吸気系の吸入空気量のバランスが悪いとエンジンに不所望な振動が発生したり、種々の制御に悪影響を及ぼすので、コレクタ62L、62Rをつなぐ連通管66が設けられている。
また、前記スロットル弁40L、40Rは、コントロールユニット(ECU)100により駆動制御されるスロットル駆動モータ42L、42Rによりその開度が調節される。前記コレクタ62L、62Rに入った空気は、エンジン本体部(各バンク)10Aに直結された各吸気管64に分配され、燃焼室26内に吸入される。本実施形態は、2系統のバルブタイミング可変の動弁機構27を持ち、2系統は同じ動作をするようにフィードバック制御される。また、前記クランク軸に関連して設けられたクランク角センサ7からは、所定のクランク角毎にパルスが出力されてコントロールユニット100に入力される。
燃料は燃料タンク21から燃料ポンプ20で吸引、加圧され、プレッシャレギュレータ22により一定圧力に調圧され、吸気管64に設けられたインジェクタ(燃料噴射弁)23から吸気ポート63に向けて噴射される。
スロットル弁40L、40Rには、それぞれの開度を検出するスロットルセンサ1L、1Rが付設されており、このセンサ信号はコントロールユニット100に入力され、コントロールユニット100は、この信号に基づいて、スロットル弁40L、40Rの開度のフィードバック制御や、全閉位置の検出及び加速の検出等を行う。
また、前記吸気通路(ダクト)61L、61Rには、前記スロットル弁40L、40Rをバイパスするバイパス通路部34R、34Lが設けられ、このバイパス通路部34L、34Rに、アイドルスピード制御用空気量を調節するためのISCバルブ35L、35Rが配在されている。ISCバルブ35L、35Rは、例えば電磁弁で構成されており、その開度がコントロールユニット100からの駆動制御信号により制御されるようになっている。なお、ISCバルブ35L、35Rとしては、デューティ制御される電磁弁等を使用することもできる。
エンジン10には、冷却水温を検出するための水温センサ3が取り付けられており、このセンサ信号は、コントロールユニット100に入力され、エンジン10の暖機状態を検出し、燃料噴射量の増量や点火時期の補正及びラジエータファン75のON/OFFやアイドル時の目標回転数の設定を行う。
空燃比センサ8R、8Lは、エンジン10の排気通路8に装着されており、排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力するものである。この信号はコントロールユニット100に入力され、コントロールユニット100は、運転状況に応じて求められる目標空燃比になるように、インジェクタ(燃料噴射弁)23に供給する燃料噴射パルス幅を調整する。
コントロールユニット100は、図2に示される如くに、CPU101を主要部として持ち、電源IC111を備えている。ここで、このコントロールユニット100に入力される検出信号等について、同図を用いて整理すると、エアーフローセンサ2L、2R、クランク角センサ7、スロットルセンサ1L、1R、空燃比センサ8L、8R、及び水温センサ3等からの検出信号等が入力され、コントロールユニット100からは、スロットル弁40L、40R(スロットル駆動モータ42L、42R)、インジェクタ23、フューエルポンプ20、点火プラグ33の点火スイッチであるパワートランジスタ30、及び、ISCバルブ35L、35R等に制御信号等が出力される。
次に、コントロールユニット100の処理内容について説明する。
図3は、コントロールユニット100が実行する基本制御(燃料噴射及び点火時期制御)ルーチンを示すフローチャートであり、ステップ301において、エンジン回転速度Nを求め、ステップ302において、吸入空気量QAを算出してクランク角及びエンジン回転数を演算し、さらに、ステップ303で吸入空気量とエンジン回転数から充填効率に相当する基本パルス幅Tpを求める。ステップ304において、空燃比センサ8R(8L)の出力結果がリッチなときは空燃比フィードバック補正量αを小さくし、空燃比センサ8R(8L)の出力結果がリーンなときは空燃比フィードバック補正量αを大きくするPI制御を行う。
ステップ305では、前記フィードバック補正量αを基本噴射パルス幅Tpに乗ずることにより、燃料噴射パルス幅Tiを算出する。また、ステップ306で前述のNとTpより点火時期をマップ検索により算出する。
図4は、コントロールユニット100が実行するアイドルスピード制御ルーチンを示すフローチャートであり、ステップ401では、水温センサ3で検出されるエンジン水温で図5に示される特性テーブルから目標回転数NSETを検索する。このテーブルは、暖機時間の短縮や燃焼安定性向上のために、低水温では高い回転数に設定されている。また、ステップ302では、目標回転数NSETとエンジン回転数Nの差からエンジン回転数偏差△Nを演算する。ステップ303では、回転数偏差△Nから、図6に示される特性テーブルからフィードバック分ISCIを検索する。このテーブルは、回転数偏差ΔNが大きいほど大きい値となっており、目標回転数偏差を短い時間で収束させることを可能としている。ステップ304では、エアコン負荷スイッチや電気負荷スイッチの検出結果に応じた負荷補正分ISCLODを演算する。ステップ305では、ISCIとISCLODの和であるISC駆動量ISCDTYを求める。ここで求めたDUTYは前記スロットル弁40L(R)の目標開度演算に用いられる。
次に、前記エンジン10が長距離走行の後の経年変化の中で、前記吸気通賂61L、61Rにおけるスロットル弁40L、40R付近(スロットルボディ部分)へのカーボン付着等により、流量特性に変化が発生した場合について説明する。
図7に、長距離走行後に、前記吸気通賂61L、61Rにおけるスロットル弁40L、40R付近(スロットルボディ部分)にカーボン等が付着している様子を示す。この付着汚れは、吸気系に吸入される、クランクケース内の未燃焼ガス、ブローバイガス、EGRガス等の成分であるガム質やカーボンが付着したもので、全閉状態(アイドル開度)のスロットル弁40L、40R付近から下流にかけて付着し、スロットル弁40L、40Rと吸気通路61L、61Rの内周面との間に形成される流通隙間を狭くしてしまう。
図8は、スロットル開度と吸入空気量の関係を示した図である。スロットル弁40L、40R付近の付着汚れの増加により、低スロットル開度(全閉近く)では、吸入空気量が低下していることがわかる。
図9は、車両の走行距離とスロットル弁40L、40R全閉時の吸入空気量の関係を示した図である。走行距離の増加により汚れが付着し、吸入空気量が減っていく傾向がある。また、最終的には閉塞状態となり、殆ど空気が流れない状態となる。
図10は、エアフローセンサ2L、2Rの出力電圧と吸入空気量との関係を示した図である。エアフローセンサ2L、2Rは、エンジンがかかった状態の流量計のダイナミックレンジを想定して、測定範囲を決めるので、通常使われない低い流速のレンジでは計測誤差が大きくなりやすくなっている。本実施形態では、2つの吸気系にそれぞれスロットル弁及びエアフローセンサが設けられているので、2つのスロットル弁40L、40R付近の汚れ付着のバランスが崩れた場合、吸入空気量の殆どを片方のスロットル弁40L又は40R経由で吸入することになり、他方のエアフローセンサ2L又は2Rを流れる空気量は小さくなり、エアフローセンサ2L、2Rの計測誤差が大きくなりやすい領域での計測が必要となる。
図11は、エアクリーナーの目詰まりによる吸入空気量の低下と車両の走行距離との関係を示した図である。走行距離の増加により汚れが付着し、吸入空気量が多いときに損失が大きくなる傾向がある。
図12は、コントロールユニット100が、本発明の目的である、吸気通路への汚れの付着等によって2系統の吸気系の吸入空気量のバランスが崩れても、エアフローセンサによる流量計測精度の低下を招くことがないようにするために実行する処理内容の一例を示す流れ図である。ブロック501でアクセルセンサ14a(b)の出力電圧を読み込み、ブロック502では、図16の換算特性に基づきアクセル開度電圧からアクセル開度を求める。ブロック503でアクセル開度とブロック508で求めたエンジン回転数とから目標トルクを演算する。その換算は、図17の例のような特性に基づき求める。ブロック504では目標トルクとエンジン回転数とから、図18の例のような特性に基づき目標スロットル開度を求める。
一方、ブロック509、510では、それぞれ右及び左バンクの吸入空気量を検出し、ブロック511ではその結果の差を求め、図19のフローチャートに基づき、左右バンク(2系統の吸気系)のスロットル開度補正値を求める。
図19は、コントロールユニット100が実行するスロットル開度補正ルーチンの一例を示すフローチャートであり、ステップ900で左右バンクの空気量差Qdifを算出し、ステップ901ではこの空気量差(絶対値)が許容誤差(所定値)以下の場合には特に補正は行わない。一方、Qdifが許容誤差より大きい場合は、ステップ902で、左右バンクのうちのいずれの方が吸入空気量が小さいか否かを判断し、左バンクの方が吸入空気量が小さい場合には、ステップ903で右バンクのスロットル開度補正値が0であるか否かを判断し、YESの場合は、ステップ904で左バンクのスロットル開度補正値LHTVOに所定値を加算し、NOの場合は、ステップ905で右バンクのスロットル開度補正値RHTVOから所定値を減算する。
また、ステップ902で、左右バンクのうちの右バンクの方が吸入空気量が小さいと判断された場合には、ステップ906で左バンクのスロットル開度補正値が0であるか否かを判断し、YESの場合は、ステップ907で右バンクのスロットル開度補正値RHTVOに所定値を加算し、NOの場合は、ステップ908で左バンクのスロットル開度補正値LHTVOから所定値を減算する。
以上の処理により求まったスロットル開度補正値を用いて、図12のブロック505で、図20に示されるブロック910、911の内容に基づき目標スロットル開度に補正をかけ、その結果に基づき、図12のブロック506、507でスロットル弁40L、40Rの開度をフィードバック制御する。
図13は、図12に示される例に対し、ブロック612のバンク補正量学習制御を追加したものである(他のブロック601〜611は、図12の各ブロック501〜511に相当する)。学習の方法としては、図21に示される如くに、目標スロットル開度に対し、いくつかの学習値格納エリアを設け、そのエリアにいる間の補正値を加重平均して記憶する方法等が考えられる。この学習値格納エリアは、左右バンクそれぞれに設ける必要がある。
図14は、コントロールユニット100が、本発明の目的である、吸気通路への汚れの付着等によって2系統の吸気系の吸入空気量のバランスが崩れても、エアフローセンサによる流量計測精度の低下を招くことがないようにするために実行する処理内容の他の例を示す流れ図である。ここでは、ISCバルブ35L、35Rの開度補正、つまり、左右のバンクのアイドルスピード制御用空気量を個別に補正すべく、図22に示される如くに、開度補正値RHISC、LHISCを用いて、ブロック920、921の内容に基づきISCバルブ35L、35Rの開度に補正をかける(各ブロック701〜711の説明は、図12の各ブロック501〜511の説明等を参照すれば、容易に理解されようから省略する)。
図15は、図14に示される例に対し、ステップ812のバンク補正量学習制御を追加したものである(他のブロック801〜811は、図14の各ブロック701〜711に相当する)。学習の方法としては、図21に示される如くに、目標スロットル開度に対し、いくつかの学習値格納エリアを設け、そのエリアにいる間の補正値を加重平均して記憶する方法等が考えられる。この学習値格納エリアは、左右バンクそれぞれに設ける必要がある。
以上のように、本実施形態のエンジンの制御装置では、2系統の吸気系のそれぞれに設けられているエアフローセンサ2L、2Rにより検出される吸入空気量が等しくなるように、吸入空気量調節手段であるスロットル弁40L、40R(電子制御スロットル)やISCバルブ35L、35Rの操作量である開度を補正制御する。これにより、吸気通路61L、61Rにおけるスロットル弁40L、40R付近への汚れの付着等により、2系統の吸気系の吸入空気量のバランスが崩れても、2系統の吸気系のうちの吸入空気量が少ない方においても、吸入空気量が流量計測エラーが増加する極低流量域までは低下せず、その結果、エアフローセンサの計測精度を高く維持でき、空燃比制御等を高精度に行うことが可能となる。
なお、本発明は、2系統の吸気系を持つエンジンに適用できるので、前記実施形態のような左右バンクを有するV型エンジンの他、水平対抗エンジンや、直列エンジンでも2系統の吸気系を持っていれば適用可能である。
本発明に係る制御装置の一実施形態を、それが適用された車載用多気筒エンジンと共に示す概略構成図。 コントロールユニットの周辺構成を示す図。 コントロールユニットが実行する基本制御(燃料噴射及び点火時期制御)ルーチンを示すフローチャート。 コントロールユニットが実行するアイドルスピード制御ルーチンを示すフローチャート。 目標回転数と冷却水温の関係を示す図。 エンジン回転数フィードバックゲイン設定用の特性テーブルを示す図。 吸気通賂におけるスロットル弁R付近にカーボン等が付着している様子を示す図。 吸気通路の汚れが及ぼす影響の説明に供される図。 図9は、車両の走行距離とスロットル弁全閉時の吸入空気量の関係を示す図。 エアフローセンサの出力電圧と吸入空気量の関係を示す図。 エアクリーナー目詰まりによる吸入空気量の低下と車両の走行距離との関係の説明に供される図。 コントロールユニットが実行する処理内容の一例を示す流れ図。 図12に示される例にバンク補正量学習制御を追加した例を示す流れ図。 コントロールユニットが実行する処理内容の他の例を示す流れ図。 図14に示される例にバンク補正量学習制御を追加した例を示す流れ図。 アクセル開度電圧とアクセル開度の関係を示す図。 アクセル開度とエンジン回転数と目標トルクとの関係を示す図。 目標エンジントルクを実現する目標スロットル開度を示す図。 コントロールユニットが実行するスロットル開度補正ルーチンの一例を示すフローチャート。 2系統の吸気系における吸入空気量補正処理の一例の説明に供される図。 補正量の学習制御の説明に供される図。 2系統の吸気系における吸入空気量補正処理の他の例の説明に供される図。
符号の説明
1R,1L…スロットルセンサ
2R,2L…エアフローセンサ
7…クランク角センサ
8R,8L…空燃比センサ
10…車載用V型6気筒エンジン
13…カム角センサ
14…アクセルセンサ
23…インジェクタ(燃料噴射弁)
27…動弁機構
30…パワートランジスタ(イグナイタ)
33…点火プラグ
35R、35L…ISCバルブ
40R,40L…スロットル弁(電子制御スロットル)
42R,42L…スロットル駆動用モータ
61R,61L…吸気通路(ダクト)
63…吸気ポート
64…吸気管
100…コントロールユニット

Claims (8)

  1. 2系統の吸気系を持ち、該2系統の吸気系のそれぞれに吸入空気量調節手段が設けられているエンジンの制御装置であって、前記2系統の吸気系における吸入空気量が等しくなるように、前記各吸入空気量調節手段の操作量を個別に制御するようにされていることを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 2系統の吸気系を持ち、該2系統の吸気系のそれぞれに、エアフローセンサ及び吸入空気量調節手段が設けられているエンジンの制御装置であって、前記2系統の吸気系におけるエアフローセンサにより検出される吸入空気量が等しくなるように、前記各吸入空気量調節手段の操作量を個別に補正する補正手段を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
  3. 前記補正手段による補正量を記憶する記憶手段を備え、前記補正量の学習制御を行うようにされていることを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジンの制御装置。
  4. 前記吸入空気量調節手段は、電子制御スロットルとされ、前記補正手段は、前記操作量としての前記電子制御スロットルの目標開度を補正するようにされていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
  5. 前記補正手段による補正量を、前記電子制御スロットルの目標開度に応じて記憶する記憶手段を備え、前記補正量の学習制御を行うようにされていることを特徴とする請求項4に記載のエンジンの制御装置。
  6. 2系統の吸気系を持ち、該2系統の吸気系のそれぞれにエアフローセンサ及び吸入空気量調節手段が設けられているエンジンの制御装置であって、前記2系統の吸気系におけるエアフローセンサにより検出される吸入空気量が等しくなるように、前記2系統の吸気系におけるアイドルスピード制御用空気量を個別に補正する補正手段を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
  7. 前記補正手段による補正量を記憶する記憶手段を備え、前記補正量の学習制御を行うようにされていることを特徴とする請求項6に記載のエンジンの制御装置。
  8. 前記補正手段は、前記2系統の吸気系における吸入空気量の差が所定値より大きいときのみ、前記補正を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
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