JP3458561B2 - ディーゼルエンジンのアイドル回転数制御装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンのアイドル回転数制御装置

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JP3458561B2 JP24975295A JP24975295A JP3458561B2 JP 3458561 B2 JP3458561 B2 JP 3458561B2 JP 24975295 A JP24975295 A JP 24975295A JP 24975295 A JP24975295 A JP 24975295A JP 3458561 B2 JP3458561 B2 JP 3458561B2
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
のアイドル回転数制御装置に関する。 【0002】 【従来の技術】自動車用ディーゼルエンジンでは燃料噴
射ポンプの電子化が進み、たとえば分配型の噴射ポンプ
の場合、コンロールスリーブ位置調整用のアクチュエー
タとタイマ位置調整用のアクチュエーターとをマイコン
からの指令にしたがって動かしている(1984年
(株)グランプリ出版発行の「ディーゼル乗用車」p.
130〜p.141参照)。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】ところで、アイドル時
には実際の回転数が目標回転数を中心とする許容範囲
(不感帯)内に収まるように、アイドル回転数のフィー
ドバック制御を行うとともに、気筒間バラツキによる回
転変動(0.5次振動)を抑えるための制御を行うもの
がある。 【0004】この気筒間の回転変動を抑えるための制御
では、各気筒の燃焼に対応させて回転数を気筒別に計測
しており、実際のアイドル回転数が前記許容範囲にある
程度近づいた場合に、今回計測した回転数と前回計測し
た回転数とを比較し、今回の回転数が前回より高い気筒
ではアイドル時の噴射量を減量側に補正し、また今回の
回転数が前回より低い気筒ではアイドル時の噴射量を増
量側に補正することにより、気筒ごとに制御(以下簡単
には各筒制御という)を行っている。 【0005】この場合に、実回転数が不感帯より大きく
外れているときは問題ないのであるが、実回転数が不感
帯の近傍にまで近づいたとき(あるいはそれまで実回転
数が不感帯内に入っていたのに何かの拍子で不感帯の外
に出てしまったとき)に、アイドル回転数制御と各筒制
御が干渉することになり、アイドル回転数に振動が生じ
てアイドル回転が不安定となる。実回転数が不感帯の近
傍にきたときはアイドル回転数制御における燃料補正量
が各筒制御における燃料補正量とほぼ同等となり、かつ
アイドル回転数制御では、実回転数を不感帯内に収めよ
うとするのに対し、各筒制御では回転数の変化を抑えよ
うとするので、たとえば、実回転数が不感帯の下限のす
ぐ外側にあるときは、アイドル回転数制御によればアイ
ドル噴射量を増量しようとするし、各筒制御によればア
イドル噴射量を減らそうとするわけで、互いの制御がバ
ッティングするのである。 【0006】そこで本発明は、各筒制御条件の成立時に
は、実際のアイドル回転数が不感帯(許容範囲)の外側
にあるときと、実際のアイドル回転数が不感帯(許容範
囲)にあるときに区分けし、各筒制御条件の成立時かつ
実際のアイドル回転数が不感帯の外側にあるときには
イドル回転数制御を一部の気筒について禁止し、各筒制
御条件の成立時かつ実際のアイドル回転数が不感帯にあ
るときにはアイドル回転数制御を全部の気筒について禁
することにより、実回転数が不感帯の近傍にある場合
のアイドル回転数制御と各筒制御の干渉を防止してアイ
ドル回転を安定させることを目的とする。 【0007】 【0008】 【課題を解決するための手段】第1の発明では、図8に
示すように、実際のアイドル回転数が目標回転数を中心
とする許容範囲内に収まるようにアイドル時の燃料噴射
量を気筒別にフィードバック制御する手段51と、各気
筒の燃焼に対応させて気筒別に回転数を計測する手段5
2と、実際のアイドル回転数が前記許容範囲を含みかつ
前記許容範囲よりも広い所定の回転域にあるかどうかを
判定する手段53と、この判定結果より実際のアイドル
回転数が前記所定の回転域にあるとき、前記気筒別の回
転数計測値に基づいてこの回転数計測値の変化が少なく
なる向きにアイドル時の燃料噴射量を制御する各筒制御
を行う手段54とを備えるディーゼルエンジンのアイド
ル回転数制御装置において、実際のアイドル回転数が前
記所定の回転域にあり、かつ前記許容範囲内にないと
きには、前記各筒制御を行うとともにアイドル時の前記
気筒別のフィードバック制御を一部の気筒について禁止
する手段55と、実際のアイドル回転数が前記許容範囲
内にあるときには、前記各筒制御を行うとともにアイド
ル時の前記気筒別のフィードバック制御を全気筒につい
て禁止する手段61とを設けた。 【0009】 【作用】実際のアイドル回転数が許容範囲を含みかつ
容範囲よりも広い所定の回転域に入ったときには、アイ
ドル回転数の気筒別のフィードバック制御と、気筒別の
回転数計測値の変化が少なくなる向きにアイドル時の燃
料噴射量を制御する各筒制御とが干渉することになり、
アイドル回転数に振動が生じてアイドル回転が不安定と
なる。 【0010】このとき、第1の発明では、実際のアイド
ル回転数が許容範囲を含みかつ許容範囲よりも広い所定
の回転域にあるときには、前記各筒制御を行うとともに
アイドル回転数の気筒別のフィードバック制御を一部の
気筒について禁止し、実際のアイドル回転数が許容範囲
内にあるときには、前記各筒制御を行うとともにアイド
ル回転数の気筒別のフィードバック制御を全気筒につい
て禁止するので、アイドル回転数の気筒別のフィードバ
ック制御と各筒制御との干渉の機会が減らされ、各筒制
御が支配的に実行されることから、実回転数が回転目標
値に近づくスピードは小さくなるものの、各筒制御が支
配的に働いて実回転数が安定よく許容範囲内へと収めら
れ、アイドル回転が安定する。また、実回転数が許容範
囲内に収まっている状態から、何らかの拍子に許容範囲
の外に少し出てしまったときにも、安定よく不感帯内へ
と戻される。 【0011】 【発明の実施の形態】図1において、10はディーゼル
エンジンのエンジン本体、11は吸気通路、12は排気
通路で、ターボチャージャ13により吸気が過給され
る。14は排気還流通路で、排気還流制御弁15によ
り、吸気通路11に還流される排気還流量が制御され
る。なお、排気還流時には吸気通路11に介装したスロ
ットルバルブ16を絞る。 【0012】エンジン本体1の燃焼室17に燃料を噴射
する燃料噴射弁18が設けられ、この燃料噴射弁18に
は燃料噴射ポンプ19からの燃料が供給される。燃料噴
射ポンプ19はエンジン回転数に同期してプランジャ2
0が作動し、フィードポンプ21により予圧した燃料を
高圧化し、各気筒の燃料噴射弁18に圧縮上死点近傍で
燃料圧送する。燃料の噴射量は、コントロールスリーブ
22の位置により変化し、制御装置25からの信号で作
動するロータリソレノイド(エレクトロリックガバナ)
23によりコントロールスリーブ22の位置を制御す
る。 【0013】マイコンからなる制御装置25にはアクセ
ル開度を検出するアクセルセンサ26からの信号と、エ
ンジン回転数信号が入り、アクセル開度と回転数に応じ
て基本的な燃料噴射量を演算し、これに基づいてロータ
リソレノイド23を制御する。 【0014】マイコンからなる制御装置25には、この
基本噴射量を補正したり、前記した排気還流量を制御す
るため、運転状態を代表する信号として、アクセル開度
や回転数のほか、エンジンの上死点位置を検出するセン
サ(TDCセンサ)27からの上死点位置信号、さらに
は車両速度信号、トランスミッションスイッチからの信
号が入力する。さらにまた、燃料噴射ポンプ19の実際
の燃料噴射量を計測するためコントロールスリーブ位置
を検出するセンサ29、燃料温度を検出するセンサ30
からの信号、また、エンジン本体1の燃料噴射弁18の
ニードルリフト量を検出するセンサ31、エンジン冷却
水温を検出するセンサ32からの信号も入力する。ま
た、吸気通路11にはエンジン吸入空気の質量流量を検
出するエアフローメータ33が取り付けられ、この吸入
空気信号も入力する。 【0015】制御装置25は燃料噴射時期を運転状態に
応じて制御するため、タイミングコントロールバルブ3
5の開度を制御し、タイマピストン36にかかる圧力を
変化させる。また、燃料漏れを防止するためフューエル
カットバルブ37をエンジン停止時に閉じる。さらに、
排気還流制御弁15の駆動負圧をコントロールする負圧
制御弁34をデューティ制御し、同時にスロットルバル
ブ16の駆動電圧をコントロールする第1ソレノイドバ
ルブ38と、第2ソレノイドバルブ39の開度を制御
し、これらにより、NOxを低減するために運転状態に
応じて最適な排気還流を行う。 【0016】制御装置25はまた、図2に示したよう
に、アイドル回転数のフィードバック制御を行うととも
に、図4に示すところにより各筒制御を行う。 【0017】図2はアイドル回転数フィードバック制御
の制御ブロック図である。 【0018】S1では、冷却水温Tw、スタートスイ
ッチ、バッテリ電圧のほか、自動変速機のセレクタス
イッチの作動状況を示す信号、エアコンディショナや
パワステアリングなどの補機負荷の作動状態を示す信
号、電気負荷(たとえばナビゲーションシステム用な
どに使われるCRTディスプレイ)の作動状態を示す信
号などに基づいてアイドル回転数目標値NSETを設定
する。 【0019】このアイドル回転数目標値NSETと実回
転数NRPMとの差をS2において計算し、その回転数
差に基づいてS3ではPID制御によりアイドル補正噴
射量を求める。 【0020】S4はクローズドループ条件(アイドル回
転数のフィードバック制御を行う条件)であるかどうか
を判断してスイッチングするところで、クローズドルー
プ条件であればAの側に、またオープンループ条件では
Bの側にスイッチングする。S5では各筒制御を行って
各筒制御量を求める。S6は各筒制御条件であるかどう
かを判断してスイッチングするところで、各筒制御条件
の成立時であればCの側に、また非成立時にはDの側に
スイッチングする。なお、S6の内容は図3により後述
する。 【0021】各筒制御量QADCPIは、S7において
アイドル補正噴射量QPIDに加算してアイドル補正噴
射量QISCONを求める。 【0022】このようにして最終的に求めたアイドル補
正噴射量QISCONは、S8で燃料の基準噴射量Q
MDRVに加算して目標噴射量QDRISPを求め、こ
の目標噴射量とエンジン回転数とから、S10において
ポンプ特性を検索して目標ロータリソレノイド出力電圧
UASOLを求め、さらにS11では目標ロータリソレ
ノイド出力電圧UASOLと、コントロールスリーブセ
ンサから得られる実測のロータリソレノイド出力電圧U
AISTとからPID制御によりロータリソレノイド2
3へのPWM信号を作って出力する。なお、基準噴射量
MDRVは、S9においてエンジン回転数とアクセ
ル開度から燃料噴射量特性(ドライブQマップ)を検索
して求めている。 【0023】図3のフローチャートは図2のS6の詳細
であり、各筒制御条件の判定を行うためのものである。 【0024】各筒制御条件の判定は、図3においてS2
1〜S25、S27、S28の内容を一つずつチェック
することにより行い、各項目のすべてを満たしたとき
に、各筒制御を許可し、一つでも反するときは各筒制御
を禁止する。つまり、 S21:制御切換フラグFADCがセットされている、 S22:各種のセンサ(TDCセンサ、ニードルリフト
センサ等)に故障が生じていない、 S23:クローズドループ中である、 S24:冷却水温が所定値より小さくない(つまり暖機
後)、 S25:エアコンディショナやパワステアリングなどに
ついて非作動から作動への切換時やその逆への切換時で
ない(アイドル回転が安定している)、 S27:NSETと実回転数の差ΔNRPMが所定値を
越えている場合でない(つまり所定の各筒制御域(図7
参照)にある)、 S28:上記のS21〜S25、S27が成立してから
所定時間が経過している ときに、S29で各筒制御許可フラグFADCONをセ
ットし、そうでなければS30に移行してフラグFAD
CONをクリアする。 【0025】なお、S21の制御切換フラグFADC
は、各筒制御が不要なエンジンについてもプログラムを
共用するために必要となるもので、各筒制御を行うかど
うかは予め決まっており、後で制御切換フラグFADC
の状態が変更されることはない。 【0026】図4の制御ブロック図は、図2のS5の詳
細である。ただし、4気筒エンジンで代表させている。 【0027】各筒制御における気筒別の回転数の計測タ
イミングは4気筒であればエンジン1/2回転ごと(6
気筒なら1/3回転ごと)であり、サンプリングされた
回転数は各気筒の燃焼度合を反映しており、気筒数ごと
(つまり4サンプリングごと)に一巡してくる。そこ
で、TDCパルスに同期してTDCパルス間の回転数N
RPM0をサンプリングするとともに、前回のサンプリ
ング値(前回の回転数NRPM1)をメモリにシフトさ
せることによって保存しておき、両者の比較により、N
RPM0がNRPM1以上となっている気筒では、アイ
ドル時の噴射量を減量する側の各筒制御量を演算し、ま
たNRPM0がNRPM1未満である気筒では、噴射量
を増量する側の各筒制御量を演算する。 【0028】詳細には、図4において、S41、S42
は気筒を判定して切換えるスイッチングを行う部分であ
り、今かりに1番気筒のTDCパルスでE0、E1の状
態(図示状態)にあったとすれば、このときはS43に
おいて1番気筒の回転数と4番気筒(噴射順序で1つ前
の気筒)の回転数との差からPID制御により1番気筒
の各筒制御量QADC1を演算し、続いて2番気筒のT
DCパルスに移ると、S41、S42でF0、F1に切
換わり、このときはS44において2番気筒と1番気筒
の回転数差からPID制御により2番気筒の各筒制御量
QADC2を演算する。3番気筒、4番気筒についても
同様である。なお、簡単のため噴射順序は1−2−3−
4としている。 【0029】S41、S42でのスイッチングの切換
は、TDCパルスの入力タイミングに同期して行い、図
5に示すように、そのときのシリンダカウンタCYLC
NTの値に応じてQADC1、QADC2、QADC
3、QADC4を演算してこれらを別々のメモリに記憶
し、エンジン2回転遅れたタイミングで出力する。 【0030】なお、図5にはアイドル補正噴射量QPI
Dの演算タイミングも示しており、1番気筒、2番気
筒、3番気筒、4番気筒の各QPIDをQPID1、Q
PID2、QPID3、QPID4で区別すれば、各筒
制御量と同様に、TDCパルスの入力タイミングでのC
YLCNTの値に応じてQPID1、QPID2、QP
ID3、QPID4を演算し、これらを別個にメモリに
記憶している。 【0031】さて、アイドル補正噴射量QPIDの制御
幅は15〜20mm3/st程度、各筒制御量QADC
PIの制御幅は、2〜3mm3/st程度であり、アイ
ドル時の実回転数がNSETを中心として設けた不感帯
(たとえば±25RPM)より大きく離れているときに
は、大きな値のQPIDで実回転数が不感帯に向けて戻
されるのであるが、実回転数が不感帯の近傍の各筒制御
域にまでくると、QPIDが2〜3mm3/st程度と
小さくなり、各筒制御量QADCPIとの差がわずかな
ものとなる。 【0032】この場合に、アイドル回転数のフィードバ
ック制御では、実回転数を不感帯内に収めようとするの
に対し、各筒制御では回転数の変化を抑えようとするの
で、互いの制御がバッティングする。たとえば、実回転
数が不感帯の下限のすぐ外側にあるときには、アイドル
回転数のフィードバック制御によれば噴射量を増量しよ
うとするのに対し、各筒制御によれば、その反対に噴射
量を減らそうとするわけで、こうしたバッテング現象に
より回転数に振動が生じ、アイドル回転が不安定にな
る。 【0033】これに対処するため本発明では、図6に示
したフローチャートを新たに追加し、各筒制御条件の成
立時にアイドル回転数のフィードバック制御を一部の気
筒(たとえば4番気筒)についてだけ行い、残りの気筒
(1、2、3番気筒)についてはフィードバック制御を
禁止する。 【0034】なお、図6のフローチャートは、図2との
関係では図2のS3のうち出力に関係する部分の詳細で
あり、TDCパルス(TDCセンサ27からの信号)の
入力ごとに実行する。 【0035】S51では制御切換フラグFADCPIを
みる。このフラグFADCPIも図3のS21に出てき
た制御切換フラグFADCと内容的に同じもので、各筒
制御を行うエンジンでは予めセット側にあり、S52に
進む。 【0036】S52、S53では各筒制御許可フラグF
ADCONと、シリンダカウンタCYLCNTの値をみ
て、各筒制御許可フラグFADCONがセット中(各筒
制御中)でかつCYLCNT=0であるときに限り、S
54に進んで、CYLCNTに対応する気筒(4番気
筒)のアイドル補正噴射量を出力する(4番気筒につい
てアイドル回転数のフィードバック制御を行う)。この
場合、出力されるQPIDの値はエンジン2回転前に演
算された値である(図5参照)。 【0037】なお、CYLCNTは、図5に示したよう
に、0から4までとる値であるが、TDCパルスの入力
タイミングでみた場合には、4は認識されることがな
い。つまり、図6のフローにおいては、CYLCNTの
とり得る値は3、2、1、0の4つである。また、CY
LCNTの値と気筒番号の間には、CYLCNTが3、
2、1、0のとき、この順に1番気筒、2番気筒、3番
気筒、4番気筒が対応する関係がある。 【0038】これに対して、各筒制御中でもCYLCN
T=0でない(1番、2番、3番のいずれかの気筒であ
る)ときは、S54を飛ばすことで1番、2番、3番の
各気筒についてはアイドル補正噴射量QPIDの出力を
行わない。1番、2番、3番の各気筒のときはアイドル
回転数のフィードバック制御を禁止するわけである。な
お、1番、2番、3番の各気筒についてのアイドル補正
噴射量の演算、記憶まで禁止するわけでない。QPID
1〜QPID3の各演算は従来と同様に行って、その各
演算値をメモリに記憶しておくことに変わりなく、た
だ、1番、2番、3番の各気筒についての出力だけを禁
止するのである。 【0039】このようにして、本発明では、アイドル時
の実回転数が不感帯の近くの各筒制御域にまできたと
き、アイドル補正噴射量の出力をエンジン2回転当たり
(4回当たり)4回からその1/4の1回に減らすこと
で、アイドル回転数のフィードバック制御と各筒制御と
のバッテングの機会が減らされ、各筒制御が支配的に実
行される。この結果、実回転数がアイドル回転数目標値
NSETに近づくスピードはPID定数が一定なら1/
4になるものの、各筒制御が支配的に働いているので、
安定よく不感帯内へと収められる(図7参照)。また、
実回転数が不感帯内に収まっている状態から、何らかの
拍子に不感帯の外に少し出てしまったときにも、安定よ
く不感帯内へと戻される。 【0040】実施形態では、アイドル補正噴射量の出力
をエンジン2回転当たり1回に減らす場合で説明した
が、これに限定されるものでなく、たとえばエンジン2
回転当たり2回に減らすようにしてもかまわない 【0041】実施形態では4気筒エンジンで説明した
が、これに限られないことはいうまでもない。 【0042】 【発明の効果】第1の発明では、実際のアイドル回転数
が目標回転数を中心とする許容範囲内に収まるようにア
イドル時の燃料噴射量を気筒別にフィードバック制御す
る手段と、実際のアイドル回転数が許容範囲を含みかつ
許容範囲よりも広い所定の回転域にあるとき、気筒別の
回転数計測値に基づいてこの回転数計測値の変化が少な
くなる向きにアイドル時の燃料噴射量を制御する各筒制
御を行う手段とを備えるディーゼルエンジンのアイドル
回転数制御装置において、実際のアイドル回転数が前
定の回転域にあり、かつ前記許容範囲内にないとき
には、前記各筒制御を行うとともにアイドル時の前記
筒別のフィードバック制御を一部の気筒について禁止
し、実際のアイドル回転数が許容範囲内にあるときに
は、前記各筒制御を行うとともにアイドル時の前記気筒
別のフィードバック制御を全気筒について禁止するの
で、実回転数が回転目標値に近づくスピードは小さくな
るものの、各筒制御が支配的に働いて実回転数が安定よ
く許容範囲内へと収められ、アイドル回転が安定すると
ともに、実回転数が許容範囲内に収まっている状態か
ら、何らかの拍子に許容範囲の外に少し出てしまったと
きにも、安定よく不感帯内へと戻すことができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】一実施形態のディーゼルエンジンの制御システ
ム図である。 【図2】アイドル回転数制御の制御ブロック図である。 【図3】各筒制御許可条件の判定を説明するためのフロ
ーチャートである。 【図4】各筒制御の制御ブロック図である。 【図5】各筒制御量QADCとアイドル補正噴射量QP
IDの演算と出力の各タイミングを示す波形図である。 【図6】アイドル補正噴射量の出力を説明するためのフ
ローチャートである。 【図7】第1実施形態の作用を説明するための波形図で
ある。 【図8】第1の発明のクレーム対応図である。 【符号の説明】 25 制御装置 29 コントロールスリーブセンサ

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】実際のアイドル回転数が目標回転数を中心
    とする許容範囲内に収まるようにアイドル時の燃料噴射
    量を気筒別にフィードバック制御する手段と、 各気筒の燃焼に対応させて気筒別に回転数を計測する手
    段と、 実際のアイドル回転数が前記許容範囲を含みかつ前記許
    容範囲よりも広い所定の回転域にあるかどうかを判定す
    る手段と、 この判定結果より実際のアイドル回転数が前記所定の回
    転域にあるとき、前記気筒別の回転数計測値に基づいて
    この回転数計測値の変化が少なくなる向きにアイドル時
    の燃料噴射量を制御する各筒制御を行う手段とを備える
    ディーゼルエンジンのアイドル回転数制御装置におい
    て、 実際のアイドル回転数が前記所定の回転域にあり、か
    前記許容範囲内にないときには、前記各筒制御を行う
    ともにアイドル時の前記気筒別のフィードバック制御
    を一部の気筒について禁止する手段と、 実際のアイドル回転数が前記許容範囲内にあるときに
    は、前記各筒制御を行うとともにアイドル時の前記気筒
    別のフィードバック制御を全気筒について禁止する手段
    とを設けたことを特徴とするディーゼルエンジンのアイ
    ドル回転数制御装置。
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