JPH01280680A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JPH01280680A
JPH01280680A JP62246560A JP24656087A JPH01280680A JP H01280680 A JPH01280680 A JP H01280680A JP 62246560 A JP62246560 A JP 62246560A JP 24656087 A JP24656087 A JP 24656087A JP H01280680 A JPH01280680 A JP H01280680A
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JP
Japan
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cylinder
crank angle
control device
pressure
combustion engine
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JP62246560A
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English (en)
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Satoru Okubo
悟 大久保
Shoichi Washino
鷲野 翔一
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関に供給する混合気の空燃比と点火
時期との少なくともいずれか一方を制御する内燃機関の
制御装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第11図は例えば特開昭58−2443号公報に示され
た従来の空燃比制御装置を示す構成図であり、第11図
1こおいて、11よエアクリナー、2は吸入空気量を計
測するエアフローメータ、3ばスロットル弁、4は吸気
マニホールド、5はシリンダ、6は機関の冷却水温を検
出する水温センサ、8は排気マニホールド、9は排気ガ
ス成分濃度(例えば酸素濃度)を検出ずろ排気セレサ、
10は燃料噴射弁、11は点火プラグ、15は空燃比制
御装置、17は排気ガス温度センサである。
次に、動作について説明する。空燃比制御装置15は、
排気ガス温度センサ17による排気ガス温度信号87が
所定値息下の場合には、エアフローメータ2から与えら
れる吸入空気量信号S1、水温センサ6から与えられる
水温信号33(図示せず)および排気センサ9から与え
られる排気信号84などを入力し、燃料噴射信号S5を
出力し、燃料噴射弁】0を駆動する空燃比フィードバッ
ク制御を行う。
一方、排気ガスセンサ17により検出される排気ガス温
度が一所定値以上の高温域になると、空燃比制御装置1
5はフィードバック制御を中止して空燃比を理論空燃比
よりも小さい空燃比(リッチ側)に制御し、異常燃焼を
防止するとともに、触媒の熱損錫を抑制する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の空燃比制御装置は以上のように構成されているの
で、排気ガス温度から間接的にシリンダ内燃焼温度を予
測ずろIコめ予測精度が悪く、また温度測定速度が遅い
ため、空燃比制御精度が悪化し、NOx発生量の増大に
対して事前に十分に対処することがてきないなどの問題
点があった。
乙の発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、NOx発生量抑制の要求により燃焼温度を
運転状態に応した所定値以下に制御する内燃機関のあら
ゆる運転状態において、常に排気ガス中のNO’x濃度
の異常増加を防止できる内燃機関の制御装置を得ること
を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る内燃機関の制御装置は、1回のの点火サ
イクル内におけるシリンダ内圧力の最大値PI]lax
とこの最大値Pmaxが発生した時点におけるクランク
角θPmaxj’z検出して最大値Pmaxとクランク
角θP+++aにを用いてシリンダ内扁度TPmaxを
算出してその値に基づいて空燃比、または点火時期の少
なくとも一方を制御する制御装置とを設けたものである
〔作  用〕
この発明においては、制御装置はシリンダ内圧力の最大
値Pmaxとシリンダ内容積VPmaxと吸入空気量G
aとを用いて算出したシリンダ内温度TPma*によっ
て検知し、空燃比または点火時期の少なくともいずれか
一方を制御することにより、NOx発生量増大の原因と
なる燃焼温度の異常上昇を防止し、NOx発生量を所定
値以下に制御する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図につし)で説明する。第
1図において、第11図と同一部分には同一符号を付し
てその構成の説明を省略し、第11図とは異なる部分を
主体に述べる。
乙の第1図において、7は機関の回転角度を検出するク
ランク角センサであり、例え(f:クランク角の基準位
置毎(4気筒機関では180°毎、6気筒機関では12
0°毎に)基準位置パルスを出力し、また単位角度毎(
例えば1°毎)に単位角ノークルレスを出力する。
また、制御装置15内において、この基準位置パルスが
入力された後の単位角パルスの数を計数することによっ
てそのときのクランク角を知ることができる。
さらに、単位角パルスの周波数または周期を計測するこ
とによって機関の回転数を知ることもできる。
なお第1図の例においては、ディストリビュータ16内
にクランク角センサが設けられている場合を例示してい
る。
13はシリンダ内圧力を検出する圧力センサである。第
2図はこの圧力センサ13の一例を示し、第2図(5)
は正面図であり、第2図(I3)は第2図(5)のX−
X線の断面図である。
第2図旧)において、13Aはリング状の圧電素子、1
.3 Bζよりング状のマイナス電極、1.3 Cはプ
ラス電極である。
また、第3図は上記の圧力センサ13の取付は図であり
、シリンダヘラ)・14に点火プラグ11によって締め
付けられて取り付けられている。その他の構成は第11
図と同符号は同一部分を示す。
次にこの発明の動作について空燃比制御の場合りこつい
て第4図に示したフロー千ヤ−1・にしたがって説明す
る。この第4図において、P]〜I)22ば処理手順の
ステップを示す。
第4図に示すように、クランク角センサ7の信号S3か
ら制御装置15は機関の回転数Nを読み込み、エアフロ
ーメータ2の信号S1から吸入空気量Gaを読み込む(
ステップP1)。
また、ステップP2で基本燃料噴射量の計算に用いる定
数K。を学習テーブルから読み込む。
次に、ステップP1で読み込んだNとGaおよびスアν
プP2で読み込んだK。を用いて、ステップP3で式P
wo−Ko・G u /Nにより基本燃料噴射量Pwo
を算出する。
ステップP4ては、機関回転数Nと吸入空気量G a 
/ Nから点火時期SAoをデータテーブルから読み込
む。
ステップP5では、クランク角セン・す7からりランク
角θを読み込む。
次に、ステップP5で読み込んだクランク角θが、ステ
ップP4で読み込んだ点火時期SAoと等しいか否かを
判定する(ステップP6)。このステップP6で「NO
」 (否定判定)の場合には直ちにステップP8へ行く
ステップP6でrYEsJ  (肯定判定)の場合には
、ステップP7でシリンダ内圧力の最大値Pmaxの値
を零にして今回のシリンダ内圧力P(θ)を測定して記
憶する(ステップ8)。
次にステップP9では、ステップP8で測定したシリン
ダ内圧力P(θ)が前回までのシリンダ内圧力最大値P
maxより大か否かを判定する。
ステップP9でrNOJの場合には、直ちにステップP
12へ行く。このステップP9でrYEsJの場合には
、ステップP1’0へ進み、今回のシリンダ内圧力P(
θ)を新たなシリンダ内圧力の最大値Pmaxとして記
憶する。
また、そのときのクランク角θをシリンダ内圧力が最大
となるクランク角θPmaxとして記憶する=8− (ステップP11)。
次にステップP12では、クランク角θがθeとなった
か否かを判定する。ここでθeはステップP4で読み込
んだ点火時期SAoに所定クランク角(例えば40°)
を加算した値であり、シリンダ内圧力の最大値Pmax
は点火時期SA0とθeの間のクランク角位置で発生す
るように、予めθeを実験的に求めておく (第5図参
照)。
ステップP12でrYEsjの場合にはシリンダ内圧力
の最大値Pmaxが発生する区間は終了しているので、
次のステップP13へ行く。
ステップP12てrNOJの場合には、再びステップP
5に戻り、上記の手順を繰り返す。
ステップP13では、例えば失火などによる最大値Pm
axの誤検出を除去するために、ステップpHで求めら
れたθPmaxが圧縮上死点近傍にあり、かつシリンダ
内圧力上昇率dP/dθが所定値以下の場合は失火と判
定し、直ちにステップP21へ行く。
ステップP13でrNOjの場合はステップPI3に進
み、ステップP 1.1で読み込んだθP maxを用
いてシリンダ内最大圧力が発生したときのシリンダ内容
積VPmaxをデータテーブルから読み出す。
このデータテーブルは次の(1)式を用いて作られてい
る。
VPmax =SXRX [(1−ahb(θPmax
)l+λ×(ド(1−r)” 51 :l −(1)こ
こで5=−d−dはシリンダ内径、 人−L/R−Lはコンロッド長さ、 Rはクランク半径、 r−(、In(θPmax)/^)2である。
次lこステップP15では、シリンダ内圧力が最大とな
ったときのシリンダ内温度TPmaxを次の(2)式を
用いて計算する。
ここで、PmaxはステップPIOで読み込んだシリン
ダ内最大圧力、VPmaxはステップP14で読み込ん
だシリンダ内容積、GQはステップP1で読み込んだ吸
入空気流量、Rはガス定数、Nは機関回転数である。
次にデータテーブルから回転数Nと吸入空気量Ga/N
に応じた所定温度T。をデータテーブルから読み込む(
ステップP16)。シリンダ内謳庇Tpmaxが乙の所
定高度T。を越えると、燃焼ガス中のNOx発生量が急
増する(第6図参照)(。
ステップP17では、ステップP15て求めたTPma
xがステップP16で読み込んだTよりも大か否かを判
定する。
ステップP17でrNOJの場合、空燃比を変更する必
要がないので、ステップP20へ進み、例えば後に示す
(5)式を用いて最終的な燃料噴射量Pwを計算する。
Pw =Pw Xα十Ps    −(3)ここで、P
woはステップP3で求められた基本燃料噴射量、α、
は酸素濃度センサによる空燃比フィードバック係数、P
sはバッテリ電圧に、上る補正量である。
ステップP17てrYEsJの場合、ステップP18に
進み、空燃比をリッチ側に制御するための燃料補正量Δ
Pwを(3)式を用いて訓算ずろ(但しに、は定数)。
△Pw=に、 (TPmax−To)   ・−(41
第7図は空燃比に対するNOx 9度を示す。この第7
図のように、NOxの発生は311!論空燃比付近で多
く、これより薄くても、濃くても減少する。
この発明ては、てきるt!けエンジンの出力を低下させ
ることなくシリンダ内温度を下げるために、理論空燃比
コリ濃い側(リッチ側)に制御している。
ステップP]9ては、次の(5)式を用いて、シリンダ
内扁度による燃料補正量△Pwを加えた燃料噴射量Pw
を計算する。
Pw=Pw Xα+Ps十ΔP w    (51続い
て、ステップP20ては、ステップP18で求めた△P
wを用いてステップP2で読み出す定数K。の値を次の
(6)式を用いて書き換える(但しβは定数)。
K−β・△Pw/Pw    ・  (6)このように
することによって、次回機関の動作条件が等しいときの
基本燃料噴射量Pwoは、シリンダ内渇度TPmaxが
所定温度T。を越えないよう(゛こ補正された値として
計算される。
次にステップP22では、ステップP21て得られた燃
料噴射量Pwを燃料噴射弁駆動回路に出力する。
以上のような動作が繰り返されてシリンダ内温度Tpm
aχが所定温度T。を越えないように空燃比がフィード
バック制御され、NOx発生量を抑制することができる
さて、このような演算は極めて高速に実行する必要があ
るが(例えば、クランク角1°の時間内で第4図のステ
ップP5からステップP12までのルーチンを実行して
しまう必要がある)、例えばデ・−タフロー形プロセッ
サ(例えば、日本電気株式会社製μPD7281)をコ
プロセッサとして用いて上記の計算を行うことによって
可能となる。
ホストプロセッサ(従来のノイマン形プロセッサで可)
では、1サイクル毎(クランク角7206)に計算すれ
ばよいもの、例えば機関動作点の判断(ステップP1)
、燃料噴射量P woの計算(ステツブP3)、シリノ
ダ内最高ガス扇度TPmaxの計算(ステップP15)
、燃料噴射時期の制御動作、およびコプロセッサのルー
チン(前記ステップP5からステップP12まてのシリ
ンダ内最高圧力とその発生クランク角位置を求めるルー
チン)に行く流れの制御などを行わせればよい。
データフロー形プロセッサは、演算がデータによって駆
動される特徴を持っているから、この特徴を利用してコ
プロセッサのルーチンに行く流れの制細な次のようにす
ることができろ。
例えば、ポス1−プロセッサにクランク角度の信号が人
力されたとき、ホストプロセッサは、ステップP5から
ステップP12までの演算プログラムが格納されt:コ
プロセッサにクランク角度とそのときの筒内圧P(θ)
のデータを送ることて、コプロセッサのルーチンに行く
流れの制御が可能となる。
何故なら、デークツロー形プロセッサは必要なデータが
揃えば自動的に演算を実行するからである。そして、ス
テ・ツブP12てrYEs」と判定したなら、データフ
ロー形プロセッサは、シリンダ内最高圧力Pmaxnを
ホストプロセッサに送り返せばよい。
乙のデータを受は取ったポストプロセッサ側では、ステ
ツブP13以降のフローチャートで示される燃料噴射時
期制御を実施する。ステップP12てrNOJと判定し
たなら、再びステップP5に戻り上記の処理を繰り返す
もし、自立形のデータフロー形プ四セッサならば、これ
をホストプロセッサとして利用し、第4図全体の演算プ
ログラムを実行することによって、空燃比制御を行う乙
とができるのは言うまでもない。
以上はシリンダ内最大圧力Pmaxnとその発生クラン
ク角位置θnをプログラム上で求める場合の説明である
が、一方、例えばピーク値ホールド回路などを用いるこ
とによって、回路的にこれらを求めることもできる。
第8図はこの発明の第2の実施例の動作の流れを示すフ
ローチャートである。この第8図において、ステップP
1からステップP15までは第4図と同様である。すな
わち、ステップP15ではシリンダ内温度T’Pmax
が算出されている。
次に、ステップI〕15−1では次の(7)式を用いて
今回までのシリンダ内温度の合計値”rP+naxtを
演算する。
TPmaxtおよびカウンタnの内容はフローチャート
のスタートで零に初期化されているものとする。
次に合計値’rPmaxを所定回数(例えば10回)加
算したか否かをステップP15−2で判定する。
このステップP15−2でrNOJの場合はカウンタを
インクリメントしてステップP15−4、ステップP2
1へ進む。
ステップP15−2てrYEsJの場合は、ステップP
15−3へ進み、シリンダ内温度TPmaxの平均値T
Pmaxbを求める。
続いて、ステップP16で第4図と同様にT。を読み込
み、とのT。とステップP15−3で求められたT P
 lll1xbとを比較する(ステップP17)。ステ
ップP17でrYEsjならば、ステップP18へ、ま
たはステップP17でlN01ならば直ちにステップP
21へ進み、その後は第4図と同一の処理をする。
上記の処理を繰り返し、シリンダ内謳度TPmaxの平
均値T P maxbを用いて、空燃比をフィードバッ
ク制御することにより、フィードバック系の応答を鈍化
し、シリンダ内温度TPmaxのばらつきが吸収でき、
かつNOx発生量を所定値以下に抑制する乙とができる
。なお、この第8図において、ステツブP18〜ステッ
プP22ば第4図と同様である。
第9図はこの発明の第3の実施例の動作の流れを示す点
火時期制御のフローチャートである。この第9図におい
て、ステップP1およびステップP4からステップP1
7までは第4図と同様である。ステップP17はステッ
プP15で求められ □たシリンダ内温度T P II
IaxがステップP16で読み込んだ所定温度T。より
も大か否かを判定する。
ステップP17でrYEsJの場合、ステップP18−
1に進み、次の(8)式より点火時期補正量ΔSAを計
算する(但しに2は定数)。
ΔSA = K2(TPmax −To)     ・
・(8)次にステップP19−1では、ステップP4で
読み込んだ点火時期SAoとステップP18−1で求め
られたΔSAを用いて次の(9)式により点火時期SA
を計算する。
5A=SA −ΔSA       ・・・・(9)こ
の(9)式は点火時期を遅角する計算となり、第10図
に示すようにシリンダ内温度は低下する。
続いて、ステップP2O−1では点火時期のデータテー
ブルの内容を書き換える。
ステップP17での場合は、点火時期SAをステップP
4で読み込んだ基本点火時期SAoとして(ステップP
21−1)、次のステップP22−1へ進む。このステ
ップP22−1では、点火時期SAを点火回路に出力す
る。
上記の処理を繰り返すことにより、シリンダ内温度TP
maxが所定温度T0を越えなし)ように点火時期がフ
ィードバック制御され、NOx発生量を抑制する乙とが
できろ。
なお、第1図の実施例においては、シリンダ5を1個の
み表示しているが、多気筒機関の場合には各気筒に取り
付けた圧力センサおよびエアフローセンサの信号に応じ
て各気筒ごとに空燃比および点火時期を補正して制御す
ることが可能である。
また、第1図において、吸入空気量検出手段として、エ
アフローセンサを表示しているが、吸気管負圧を検出し
て、回転数との演算により吸入空気量を算出するシステ
ムでも同様に制御することが可能である。
また、圧力センサは各気筒毎に取り付けてシリンダ内圧
力を測定するが、燃料噴射は全気筒同一噴射での補正も
可能である。
さらに、いくつかの気筒の1個にのみ圧力センサおよび
エアフローセンサを設けそのセンサの出力によって全気
筒同一の補正も可能である。
また、これまでの説明では、混合気調量装置として燃料
噴射弁を用いた場合のみを説明したが、気化器を用いた
場合においても、同様に制御することが可能である。
〔発明の効果〕
以上説明してきたように、この発明によれば、圧力セン
サを用いてシリンダ内圧力が最大となるときのシリンダ
内温度を求め、その値が所定値以下となるように空燃比
と点火時期の少なくともいずれか一方をフィードバック
制御するように構成したので、NOx発生量の増大を抑
制することができ、常に排気ガス中のNOx 濃度の異
常増加を防止できるとともに、NOxの発生に直接起因
するシリンダ内温度を所定値以下にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による内燃機関の制御装置
の構成図、第2図(5)は同上実施例における圧力セン
サの一例を示す平面図、第2図03)は第2図(5)の
X−X線に沿って切断して示す断面図、第3図は同上圧
力センサの取付状態を一部断面で示す正、面図、第4図
は同上実施例の演算処理を示すフローチャート、第5図
は同上実施例を説明するための空燃比を変えた場合にお
けるシリンダ内圧力とクランク角との特性図、第6図は
同上実施例を説明するための最高燃焼温度とNOx濃度
との特性図、第7図は同上実施例を説明するための空燃
比とNOx 19度との特性図、第8図はこの発明の第
2の実施例の演算処理を示すフローチャート、第9図は
この発明の第3の実施例の演算処理を示すフローチャー
ト、第10図は同上第3の実施例を説明するための点火
時期とNOx濃度との特性図、第11図は従来の空燃比
制御装置を示す構成図である。 1 エアクリーナ、2・・エアフローメータ、3・・−
スロットル弁、4・・吸気マニホールド、5・シリンダ
、6・・・水温センサ、7 クランク角センサ、8・排
気マニホールド、9 排気センサ、10・・・燃料噴射
弁、11・−点火プラグ、13 圧力センサ、15 ・
制御装置、16・ディスl−リビュータ、17 排気ガ
ス温度センサ。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)吸入空気量と回転数を計測し、この空気量と機関
    回転数から基本燃料量を算出してこの基本噴射量を噴射
    する火花点火を行う機関のシリンダ内圧力Pを検出する
    圧力検出手段と、上記機関のクランク角θを検出するク
    ランク角検出手段と、上記圧力検出手段と上記クランク
    角検出手段の出力信号を入力し、1回の点火サイクル内
    におけるシリンダ内圧力の最大値Pmaxと、この最大
    値Pmaxが発生した時点におけるクランク角θPma
    xを検出し、上記最大値Pmaxと上記クランク角θP
    maxを用いてシリンダ内温度TPmaxを算出し、こ
    のシリンダ内温度TPmaxに基づいた燃料噴射の制御
    信号を出力する制御装置と、上記制御信号に応じて所定
    操作量を操作する手段とを備えた内燃機関の制御装置。
  2. (2)所定操作量として空燃比または点火時期の少なく
    ともいずれか一方を用いることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の内燃機関の制御装置。
  3. (3)シリンダ内圧力Pを検出するクランク角範囲を点
    火時期θ_S_Aから所定クランク角θeまでとするこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載
    の内燃機関の制御装置。
  4. (4)クランク角θPmaxが圧縮上死点近傍にありか
    つそのときのシリンダ内圧力の変化率dP/dθが所定
    値以下の場合、前記操作量による内燃機関の制御を行わ
    ないことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、
    または第3項記載の内燃機関の制御装置。
  5. (5)シリンダ内温度のTPmaxの算出において、吸
    入空気流量をGa、シリンダ内最大圧力をPmax、ガ
    ス定数をR、機関回転数をN、シリンダ内容積をVPm
    axとしたとき、式TPmax=(Pmax・VPma
    x)/(Ga/N・R)を用いかつこのシリンダ内容積
    VPmaxはシリンダ内最大圧力Pmaxが発生したク
    ランク角θPmaxに対応するデータテーブルから読み
    出すことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、
    第3項または第4項記載の内燃機関の制御装置。
  6. (6)シリンダ内温度TPmaxを用いて操作量を決定
    するために用いるデータテーブルの内容を学習すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、
    第4項または第5項記載の内燃機関の制御装置。
  7. (7)シリンダ内温度TPmaxを所定サイクル間で平
    均した値TPmaxbを用いて操作量を決定することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第
    4項または第6項記載の内燃機関の制御装置。
JP62246560A 1987-09-29 1987-09-29 内燃機関の制御装置 Pending JPH01280680A (ja)

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US07/250,211 US4896642A (en) 1987-09-29 1988-09-28 Control device for an internal combustion engine
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JP62246560A Pending JPH01280680A (ja) 1987-09-29 1987-09-29 内燃機関の制御装置

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JP (1) JPH01280680A (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57193740A (en) * 1981-05-22 1982-11-29 Nissan Motor Co Ltd Combustion controller of internal combustion engine
JPS62162751A (ja) * 1986-01-10 1987-07-18 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

Patent Citations (2)

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