JP3496952B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

エンジン制御装置

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JP3496952B2
JP3496952B2 JP00006493A JP6493A JP3496952B2 JP 3496952 B2 JP3496952 B2 JP 3496952B2 JP 00006493 A JP00006493 A JP 00006493A JP 6493 A JP6493 A JP 6493A JP 3496952 B2 JP3496952 B2 JP 3496952B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの制御装置に
係り、特に、高度を検出する高地検出装置とその高度に
基づいて最適な燃料噴射と、点火時期が得られるエンジ
ン制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、本発明の出願人に係わる
特願平3-34032号明細書にみられるように、特定のエン
ジン回転数Nとその時の空気量Qaより算出される基準
値としての基本燃料噴射幅Tpを記憶しておき、測定か
ら得られる同じ運転条件での基本燃料量Tpの比を算出
し、予め設定されている前記基本噴射量の比から高度を
判定するようにしたものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来のエンジン制御装置においては、高度の判定
領域においてエンジン回転数Nとスロットル開度θより
基準となる基本燃料噴射幅Tplの値をマップに記憶し
ておき、基準値Tplに対する測定した基本燃料噴射幅
Tpの比により高度を判定するようになっていたため、
基準となる基本燃料噴射幅Tplのマップが必要であっ
た。また、エンジン回転数Nを特定しなくてはならない
ので、常時変動するエンジン回転数を特定するのは困難
であるのみならず、複数のエンジン回転数毎のマップを
備えた場合には、記憶値による補完等の計算が必要にな
りメモリの負担が増大する等の問題点があった。
【0004】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、精度良好に高度を検出す
ることができるとともに、メモリの負担増を少なくして
システムのコストアップを抑制し、かつ、高地において
も低地と同様の良好な運転性を確保できるエンジン制御
装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係わるエンジン制御装置は、基本的には、
エンジンの吸入空気量を検出する質量空気センサと、
エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ
と、絞り弁の開度を検出するスロットルセンサと、から
の各信号を入力し、前記三つの信号より高度を測定する
エンジン制御装置であって、前記エンジンの回転数と前
記吸入空気量とから、該吸入空気量と前記絞り弁開度と
が比例関係にある前記高度の測定領域を判別する測定領
域判別手段と、前記測定領域において、前記比例関係を
表わす一次式から前記吸入空気量に対する、標準状態に
おける基本絞り弁開度を算出し、該基本絞り弁開度と前
記絞り弁開度との比から高度を測定する高度測定手段
と、を備えたことを特徴としている。
【0006】そして、より具体的な例としては、前記一
次式は、前記吸入空気量Qa、前記基本絞り弁開度
θ 0 、及び標準状態における定数k、bとした時にθ 0
Qa/k+bとなる式であり、前記絞り開度θが前記基
本絞り弁開度θ 0 よりも小さい時は、前記絞り開度θが
前記基本絞り弁開度θ 0 となるよう値を更新する手段
備えたことを特徴としたものが挙げられる。さらに、
記高度測定手段により計算した大気圧と吸気管圧力セン
サからの圧力との圧力差で絞り弁全開近くの空気量の測
定誤差を補正する手段を備えたものが挙げられる。
【0007】
【作用】スロットルバルブを流れる空気の速度が音速で
流れる場合はNに関係なくQaとθが比例するため、こ
の範囲を高地の判別領域とする。NとQaにより音速領
域を特定してそれを高度判定領域とすれば、θとQaの
関係は一義的に決められる。そのため、Qaと基本とな
るθ0の関係は一次式で表すことができ、この一次式で
計算したθ0と現在のθの比が、基本となる高度と現在
の高度の比となる。したがって、高度が検出できるとと
もに、その値で補正すれば高度補正ができる。
【0008】
【実施例】以下に、本発明によるエンジン制御装置の一
実施例について、図面により詳細に説明する。図1は本
発明が適用されたエンジンシステム図、図2はコントロ
ールユニットの回路ブロック図の一例である。図1にお
いて、エアクリーナ1からエンジン7への吸気側には、
エアクリーナ1で濾過された吸入空気流量を検出する質
量流量計のエアフローセンサ(熱線式空気流量計)3が
設けられている。エアクリーナ1からの吸気系導通路
(吸気管)は、ダクト4、コレクタ6を介して、エンジ
ン7の各シリンダに接続された各吸気間に接続されてい
る。そして、ダクト4とコレクタ6の接続部近傍には、
吸気流量を制御する絞り弁5aが収容された絞り弁体5
が形成されている。また、吸気管には、絞り弁をバイパ
スする空気流量を制御することによりアイドル時の回転
数を制御するアイドル・スピード・コントロール(IS
C)バルブ22が設けられている。エンジン7が吸入す
べき空気は、エアクリーナ1の入口部2から取り入れら
れ、熱線式空気流量計3、ダクト4を介して、一方は絞
り弁体5、他方はISCバルブ22を通りコレクタ6に
入る。そして、ここで吸気は、エンジン7の各シリンダ
に接続された各吸気管8に分配されシリンダ内に導かれ
る。
【0009】他方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク
9から燃料ポンプ10により吸引、加圧された上で、燃
料ダンパ11、燃料フイルタ12を通り、それぞれのシ
リンダの吸気管8に取り付けられた燃料噴射弁(インジ
ェクタ)13から吸気管8の中に噴射される。燃圧レギ
ュレータ(プレッシャーレギュレータ)14は、これら
の燃料配管系に設けられ、ここを一定の圧力に調整す
る。
【0010】コントロールユニット30は、各種センサ
からの信号を受け、この信号に基づいて所定の演算処理
を行い、燃料供給量制御、ISC空気制御、点火時期制
御等の制御を行うものである。空気流量計3からは吸入
空気量を表す信号が出力され、コントロールユニット1
5に入力される。また、絞り弁体5には絞り弁5aの開
度を検出するスロットルセンサ18が取り付けてあり、
その出力もコントロールユニット15に入力されるよう
になっている。
【0011】ディストリビュータ16にはクランク角セ
ンサ16aが内臓されており、クランク軸の回転位置を
表す基準角信号REFと回転速度(回転数)検出用の角
度信号POSとが出力され、これらの信号もコントロー
ルユニット15に入力されるようになっている。排気管
20には、O2センサ21が設けられており、実際の空
燃比が理論空燃比に対して、濃い状態か、薄い状態かを
検出している。なお、この出力信号もコントロールユニ
ット30に入力されるようになっている。
【0012】図2に示すように、コントロールユニット
15は、各種演算を実行するMPUと、各種演算のため
のプログラム等が格納されているROMと、各種データ
等が格納されるRSIは、前述した熱線式空気流量計
3、クランク角センサ16a、O2センサ20、スロッ
トルセンサ18の他、アイドリングスイッチ41、スタ
ータスイッチ(図示略)、水温計43、バッテリー電圧
計(図示略)、ISCバルブセンサ等とも接続されてい
る。これらセンサからの各出力信号は、I/OLSIに
おいてA/D変換され、A/D変換された各種値に基づ
いて、MPUがROMに格納されているプログラムに従
って所定の演算処理を実行する。この演算結果として算
出された各種の制御信号は、I/OLSIを介して、燃
料噴射弁13、点火コイル17及びISCバルブ22に
所定の制御信号を供給し、燃料制御、ISC空気制御、
点火時期制御とを遂行する。
【0013】図3に本発明の基本構成を示す。測定領域
判別手段26には、エンジン回転数センサ25よりのエ
ンジン回転数の信号N、質量空気量センサ3の信号Qa
が入力されエンジンの運転状態が測定領域であるかを判
別する。高度測定手段27には、Qaと測定領域判別手
段26の信号及びスロットルセンサ18の信号θが入力
されている。高度測定手段27からの高度信号出力は、
燃料噴射量補正手段28、空気量補正制御手段29、点
火時期補正手段30にそれぞれ送られ補正量が演算され
る。
【0014】図4はエンジン回転数Nにおけるスロット
ル開度θに対する吸入空気量Qaの関係図である。図4
において、θが小さいとき(スロットルを流れる空気の
速度が音速領域)では、Nの値に関係なくQaとθは同
一直線上(比例関係)にある。Nが1600rpmの場
合は、θ=8.8度のときQa=53kg/hとなり、
これよりθが大きくなるに従ってQaは音速時の流量特
性直線より下方に次第に大きく離れる曲線を描く。ま
た、Nが2000rpmの時は、θ=11.5度でQa
=75kg/hまでが音速領域である。そして、Nが2
400rpmの場合は、θが13.8度、Qaが92k
g/hまでが音速領域である。このように、空気の流速
が音速より小さくなると、スロットル開度を大きく(空
気の通過面積を大きく)しなけば、空気流量は小さくな
り下方にずれた曲線となる。また、図4からわかるよう
に、回転数が上がる程音速域は上方に伸びている。
【0015】以上述べたように、絞り弁位置での空気速
度が音速であれば、θとQaの関係はNに関係なく一義
的に決まり、その関係は下記の(1)式で近似できる。 Qa=k1θ+b…………………(1) ここに、k1,b:定数 ここで、例えば、Qa<75kg/hとすればN>20
00rpmで音速となり、(1)式が成り立つ。
【0016】このように、エンジン回転数を決定すると
音速領域における吸入空気流量の上限値が定まり、その
上限値よりも小さい部分で使用する場合には、音速の条
件(一次式で表せるQaとθの関係式)が当てはまる。
図5 に高度が変化した場合のθとQaの関係を示す。条
件は、Qa<75kg/h、2000rpm<N<24
00rpmで音速の範囲である。図5からわかるよう
に、Qaが一定の場合、高度Zが高くなるとθは大きく
なっている。これは、高度Zが高くなることにより気圧
が小さくなり、そのために、空気が膨張して体積が大き
くなり絞り弁開度がそれに比例して大きくなるためであ
る。この絞り弁の開度変化と気圧の変化は、以下の(2)
式となる。
【0017】P/P0=θ0/θ…………………(2) ここに、 P,θ : 現在地の気圧と絞り弁開度 P0,θ0 : 標準値(0m)の気圧と絞り弁開度 となるため、(1)式において現在地のQaで標準値のθ0
を計算し、現在のθとの比を取れば(2)式により気圧比
が測定でき、図6(後述する)により高度Zが測定でき
る。
【0018】図6に高度Zと気圧比P/P0の関係を示
す。図6から明らかなように、高度が大きくなるに従っ
て気圧比は次第に減少することがわかる。次に、高度の
測定結果より各制御定数を補正する方法を説明する。ま
ず、始動時の燃料噴射量(TIST)の補正法について
述べる。 TIST=TIST×kQa×kTST×kS…………………(3) ここに、TIST:冷却水温度で決まる噴射量 kQa :吸入空気量補正係数 kTST :始動時間補正係数 kS :高度補正係数 高度補正係数kSはθ0/θに応じて図7に示すような特
性になっており、したがって、始動時の燃料噴射量TI
STは高度に応じた適正な量となり、高地においても低
地と同様に良好な始動性が得られる。
【0019】次に、始動時のISCバルブの開弁信号I
SCONの補正法について説明する。 ISCON=ISCST×kISC…………………(4) ここに、ISCST:始動時のISC開弁信号 kISC :高度補正係数 高度補正係数kISCはθ0/θに応じて図8に示すような
特性になっており、したがって、始動時のISCバルブ
の開弁信号ISCONは高度に応じた適正な量となり、
高地においても低地と同様に最適な始動時の空気量が得
られる。
【0020】次に、加速時の割込み噴射量TINJの補
正法について説明する。 TINJ=TINJ×kINJ…………………(5) ここに、kINJ :高度補正係数 高度補正係数kINJはθ0/θに応じて図9に示すような
特性になっており、したがって、加速時の割込み噴射量
TINJはオーバーリッチにならず、高度に応じた適正
な量となり、高地においても低地と同様な運転性が得ら
れる。
【0021】次に、点火時期の補正法について説明す
る。点火時期ADVは(6)式で補正できる。 ADV=MAPADV×kADV…………………(6) ここに、MAPADV:エンジンパラメータにより決定
される点火時期 kADV :高度補正係数 高度補正係数kADVはθ0/θに応じて図10に示すよう
な特性になっており、したがって、ADVは高度に応じ
て最適な値となり、高地でのノッキングが発生すること
なく、低地と同様な運転性が得られる。
【0022】図11はエンジン回転数Nを変化させた場
合の吸入負圧Pmと吸入空気量Qaの関係図、図12は
高度が変化した場合の絞り弁全開時のQaの変化を示す
図の一例である。図11において、N=800rpmで
は、−50mmHg近くより急にQaが大きくなる。こ
れは、絞り弁全開近くで起こる脈動に起因して、エンジ
ンの吸入空気が真の空気よりも多く出てしまう、いわゆ
る限界値の跳ね上がり現象といわれるものである。ま
た、この現象は質量流量計の応答性にも関係するため、
エンジン回転数Nが変化すると真の空気量との差が図1
2に示すように異なってくる。
【0023】図12において、高度が大きくなると吸入
空気量Qaも変化し、脈動による影響が異なるためエン
ジン回転数Nによる差が小さくなる。このように、絞り
弁全開近くは、流量計の出力が真の空気量と異なるため
燃料噴射量を補正している。その補正量は、高度により
脈動による影響が異なるため質量流量計であっても補正
する必要がある。
【0024】図13にNとθの関係から得られる絞り弁
全開近くの補正係数kθの関数マップの一例を示す。こ
の補正係数kθを、質量流量計で読みとられたQa(図
11)に乗じると真の空気量の値(図11の点線)が得
られる。補正係数kθには、高度補正係数kθHを付加
する必要があり、以下にその求め方の一例を示す。
【0025】 kθ=((kθ−1.0)kθH)+1.0…………………(7) 高度補正係数kθHは、θ0/θに応じて図14に示し
た特性になっており、したがって、kθは、高度に応じ
て最適な値となり、高地で脈動流により絞り弁全開近く
で空気量の検出が変化するのを補正でき、適正な空燃比
となり低地と同様な運転性が得られる。
【0026】図15は、Nと絞り弁前後の圧力差ΔPに
より脈動流による検出空気量の補正をした場合の関数マ
ップの一例である。脈動流により発生する空気流量計の
検出誤差は、絞り弁前後の圧力差が小さくなると発生す
る。従来の絞り弁開度で補正するのは、エンジン回転数
が一定であれば絞り弁開度と圧力差は、比例するためで
ある。しかし、図13がNとθで補正係数kθを決定す
るものであるので、Nが小さい場合は、θが小さい値で
脈動が発生し、Nが大きくなるにしたがって脈動が発生
するθが大きくなる。これに対し、圧力差ΔPとNの場
合は、Nが変化しても脈動流が発生するΔPは変化しな
いため、関数マップの1.0のエリアが小さくなり関数
マップを小さくでき、そのため、メモリの節約が可能と
なる。また、本実施例の場合は、高地になっても脈動流
の発生するΔPは、変化しないためkθに相当する補正
は必要ない。
【0027】ΔPを測定するには、吸気管圧力の絶対圧
圧力センサがある場合は、その圧力と本実施例で計算し
た大気圧との圧力差を使用すれば新たなセンサは必要な
い。絶対圧圧力センサがない場合は、Qa/Nより求め
た基本燃料噴射量Tpより算出した値を吸気管圧力とし
て、本実施例で計算した大気圧との差で検出できる。図
16は音速領域( 高度測定領域) がN1<N<N2 ,Q
a<Qa1 とした場合の基本絞り弁開度θ0の特性図の
一例である。ここで、kの値は、空気流量センサとスロ
ットルセンサからの出力値が決まれば一義的に決定され
る。そして、空気流量センサとスロットルセンサの個々
のセンサの組合せによる誤差はbの変化として発生す
る。例えばQaが大きくなるとb値を大きくし、θが大
きくなるとb値を小さくする。
【0028】次に、このb値の決定法と大気圧pの測定
法について図17のフローチャートで説明する。このフ
ローにおいて、エンジンを初めて始動したとする。ステ
ップ50でN,Qa, θ, T(吸気温度)を読み込む。
次に、ステップ51でNが測定領域内かを判定する。N
oの場合は、ステップ53でTIMERを0にして終了
する。Yesの場合は、ステップ52でQaの判定を
し、Noの場合はステップ53でTIMERを0にして
終了する。Yesの場合は、ステップ54でTIMER
を1つ増やす。そして、ステップ55でTIMERが所
定値かを判定し、Noの場合は終了する。Yesの場合
は、ステップ56で予め記憶されているk,θ0,bを
読み込む。ステップ57でθ0≠0 を判定する。今回は
初めて運転したのでθ0=0でありNoとなりステップ
58に進む。ここでθ0=θ×T/T0としてθ0を確定
する。次に、ステップ59でb値を決定し、終了する。
ステップ57がYesとなるのは、b値が確定してから
である。ステップ60で現在のQaより新たなθ0を計
算する。高度(大気圧P)をステップ61で計算する。
ステップ62でθ0とθの比較をし、θ0>θがNoの場
合は、そのまま終了し、Yesの場合はステップ63で
θ0=θとして終了する。ステップ62でθ0>θとなる
のは、今までで一番高度が低いところにいることを意味
する。そのために、θ0をθで書き替えて修正すること
により、基本絞り弁開度θ0が0mの標準状態となる。
このようにすれば、最初の運転でbを決定すればθも決
定し、その後は学習により最も低い位置の値を求めるこ
とができ、自動車を組み立てた場所の高度にかかわらず
共通の補正マップとして使用することができる。また、
エンジン回転数や空気量が特定値でなく比較的広い範囲
を使用できるため、高地の測定機会が多くなる。さら
に、エンジン仕様が決まれば、個々のセンサの組合せに
よるバラツキが吸収出きるため精度が高くなる。
【0029】図18に、大気圧Pの測定結果を使用して
実際の操作量を計算する場合のフローを示す。図18に
おいて、まず、ステップ65で始動の判定をする。No
の場合は、ステップ66で加速の判定をする。Noの場
合はステップ76に進む。Yesの場合は、ステップ6
7でP(θ0/θ) に応じたkINJを読みだし、ステップ
68でTINJを計算する。ステップ69でΔPが所定
値より大きいかを判定する。そして、Noの場合はステ
ップ76に進み、Yesの場合はステップ70でΔP,
Nよりkθを読みだす。ステップ71で新たなQaを計
算し、ステップ76に進む。ステップ65でYesの場
合は、ステップ72でPに応じたkSを読みだし、ステ
ップ73でTISTを計算する。ステップ74でPに応
じたkIS Cを読みだし、ステップ75でISCONを計
算する。ステップ76でPに応じたkADVを読みだし、
ステップ77でADVを計算して終了する。
【0030】図19は吸気管圧力センサがない場合の吸
気管圧力の推定値Ptの推定法を示すブロック図の一例
である。ブロック61は、空気量センサの検出量Qaと
シリンダ流入空気量QcよりPtを計算する。 Pt=Pt-1+kq(Qa−Qc)…………………(8) ここに、Pt-1 :1ステップ前のPtq :定数 ブロック62はNとPtよりQcを読みだすための関数
マップであり、仮定した吸気管圧力Ptと回転数Nから
予め実験的に求められたものである。
【0031】図20に質量空気量センサ3とスロットル
センサ18の取付けの一例を示す。信号線128はコン
トローラ15に信号を送るとともに電源の供給を受け
る。信号線129は電源を質量空気量センサ3より受
け、逆に、スロットルセンサ18からの開度信号を質量
空気量センサ3を介してコントローラ15に送る。この
ようにして、従来別個に構成されていた質量空気量セン
サ3並びにスロットルセンサ18の電源を共通なものに
すれば、コントローラ15との間の配線数を低減でき
る。9は熱線プローブ、10は空気温度プローブであ
る。
【0032】図21に質量空気量センサ3とスロットル
センサ18の配線状態を示す。電源131には、バッテ
リーより+線と−線が配線されている。電源131は、
DC5Vの出力を空気量センサ部130とスロットルセ
ンサ18に送る。スロットルセンサ18の開度信号θ
は、質量空気量センサ3を介して出力される。以上、本
発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限
定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本
発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可
能である。
【0033】たとえば、図13は低地での補正係数kθ
であるが、予め高度に応じて複数の補正係数kθ1、補
正係数kθ2、補正係数kθ3の関数マップを備え、高度
の検出結果より適正な値のkθを算出して補正すること
も可能である。
【0034】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明によるエンジン制御装置によれば、精度良好に高度を
検出することができるとともに、メモリの負担増を少な
くしてシステムのコストアップを抑制し、かつ、高地に
おいても低地と同様の良好な運転性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のエンジン制御装置の全体構成を示す
概略図である。
【図2】 本発明のエンジン制御装置の機能ブロック図
の一例である。
【図3】 本発明の一実施例の制御ブロック図である。
【図4】 エンジン回転数におけるスロットル開度に対
する吸入空気量の関係図である。
【図5】 高度が変化した場合のスロットル開度に対す
る吸入空気量の関係図である。
【図6】 高度と気圧比の関係図である。
【図7】 高度補正係数の特性を示す図である。
【図8】 高度補正係数の特性を示す図である。
【図9】 高度補正係数の特性を示す図である。
【図10】 高度補正係数の特性を示す図である。
【図11】 エンジンの特性を示す図である。
【図12】 エンジンの特性を示す図である。
【図13】 エンジンの特性を示す図である。
【図14】 高度補正係数の特性を示す図である。
【図15】 エンジンの特性を示す図である。
【図16】 基本絞り弁開度の特性を示す図である。
【図17】 本発明のフローチャートを示す図である。
【図18】 本発明のフローチャートを示す図である。
【図19】 本発明の他の実施例による吸気管圧力の推
定法のブロック図である。
【図20】 質量空気量センサとスロットルセンサの設
置例を示す図である。
【図21】 質量空気量センサとスロットルセンサの配
線図である。
【符号の説明】
1:エアクリーナ、3:質量空気流量計、7:エンジ
ン、13:燃料噴射弁、15:コントローラ、16:デ
ィストリビュータ、18:スロットルセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/00 - 41/40 F02D 45/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの吸入空気量を検出する質量空
    気センサと、前記エンジンの回転数を検出するエンジン
    回転数センサと、絞り弁の開度を検出するスロットルセ
    ンサと、からの各信号を入力し、前記三つの信号より高
    度を測定するエンジン制御装置であって、 前記エンジンの回転数と前記吸入空気量とから、該吸入
    空気量と前記絞り弁開度とが比例関係にある前記高度の
    測定領域を判別する測定領域判別手段と、 前記測定領域において、前記比例関係の一次式から前記
    吸入空気量に対する、標準状態における基本絞り弁開度
    を算出し、該基本絞り弁開度と前記絞り弁開度との比か
    ら高度を測定する高度測定手段と、 を備えたことを特徴とするエンジン制御装置。
  2. 【請求項2】 前記一次式は、前記吸入空気量Qa、前
    記基本絞り弁開度θ 0 、及び標準状態における定数k、
    bとした時にθ 0 =Qa/k+bとなる式であり、前記
    絞り開度θが前記基本絞り弁開度θ 0 よりも小さい時
    は、前記絞り開度θが前記基本絞り弁開度θ 0 となるよ
    う値を更新する手段を備えたことを特徴とする請求項1
    記載のエンジン制御装置。
  3. 【請求項3】 前記高度測定手段により計算した大気圧
    と吸気管圧力センサからの圧力との圧力差で絞り弁全開
    近くの空気量の測定誤差を補正する手段を備えたことを
    特徴とする請求項1記載のエンジン制御装置。
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