JPH02241941A - 2サイクル内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

2サイクル内燃機関の空燃比制御装置

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JPH02241941A
JPH02241941A JP5800989A JP5800989A JPH02241941A JP H02241941 A JPH02241941 A JP H02241941A JP 5800989 A JP5800989 A JP 5800989A JP 5800989 A JP5800989 A JP 5800989A JP H02241941 A JPH02241941 A JP H02241941A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
fuel
fuel injection
engine
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JP5800989A
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Katsuhiko Hirose
雄彦 広瀬
Kenichi Nomura
野村 憲一
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

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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)

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〕 本発明は2サイクル内燃機関の空燃比制御装置に関する
〔従来の技術〕
燃焼室内に供給される空気量がわかれば燃焼室内の混合
気を目標空燃比とするのに必要な噴射燃料量がわかる。
従って通常吸入空気量を計測し、この吸入空気量から燃
焼室内の混合気を目標空燃比とするのに必要な基本燃料
噴射量を計算してこの基本燃料噴射量に従って燃料を噴
射するようにしている。この場合、吸入空気の全てが燃
焼に使用されれば空燃比は目標空燃比に維持されること
になる。しかしながら2サイクル内燃機関では燃焼室内
に供給された空気の一部が排気通路内に吹き抜けるため
に燃焼に実際に使用される空気量は計測された吸入空気
量も少なくなる。従って2サイクル内燃機関では吸入空
気量に基いて計算された基本燃料噴射量に従って燃料を
噴射すると燃焼せしめられる混合気の空燃比は目標空燃
比よりもリッチ側となる。
そこで機関の種々の運転状態における吹き抜は量を予め
実験により求め、この吹き抜は量を用いて燃焼室内に供
給される空気量に対する燃焼に使用される空気量の割合
を予め補正係数の形で記憶しておき、吸入空気量から計
算された基本燃料噴射量をこの補正係数により補正する
ことによって燃焼室内の混合気を目標空燃比に維持する
ようにした2サイクル内燃機関が公知である(特開昭6
3−183231号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで2サイクル内燃機関では機関低負荷運転時には
多量の既燃ガスが燃焼室内に残留するがこの既燃ガスの
温度は比較的低い。従って、低負荷運転時には燃焼温度
がさほど上昇しないために例えば燃焼室内に形成される
混合気を多少リーン側にしたとしてもNOxはほとんど
発生せず、しかも混合気をリーン側にすることによって
)Ic 、 COの発生を抑制することができる。
ところがこれに対して機関中負荷運転時には燃焼室内に
残留する既燃ガス量は多少減少するもののこの既燃ガス
の温度が高くなるために残留既燃ガスの保有する熱エネ
ルギが増大し、斯くしてこのときには燃焼温度がかなり
高くなる。従ってこのときに混合気を多少リーン側にす
ると多量のNOxが発生することになる。一方、このと
き混合気をリッチ側にすれば多量のHC、Coが発生す
るのでNOx 、 HC、COの発生を同時に抑制する
には三元触媒を用いて混合気を理論空燃比に維持せざる
を得ない。ところが上述の2サイクル内燃機関のように
吹き抜は量を考慮した補正係数を用いて基本燃料噴射量
を補正しても機関中負荷運転時に空燃比を正確に理論空
燃比に維持することができず、斯くして多量のNOx 
、 IIC、COが発生するという問題がある。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明によれば第1図の発
明の構成図に示されるように機関排気通路内に配置した
酸素濃度検出器21の出力信号に基いて燃料噴射量を制
御するようにした2サイクル内燃機関において、機関の
運転状態に基いて基本燃料噴射量を計算する基本燃料噴
射量計算手段Aと、機関の負荷状態を検出する負荷状態
検出手段Bと、負荷状態検出手段Bの検出結果に基づき
少くとも中負荷運転時には酸素濃度検出器21の出力信
号に基いて燃焼室4内に供給される空気と燃料の空燃比
が理論空燃比となるように基本燃料噴射量を補正するフ
ィードバック制御手段Cと、燃焼室4内において燃焼せ
しめられるべき混合気の空燃比を予め定められた目標空
燃比とするのに必要な基本燃料噴射量の補正係数を予め
記憶している記憶手段りと、負荷状態検出手段Bの検出
結果に基づき少くとも低負荷運転時には燃焼室4内にお
いて燃焼せしめられるべき混合気の空燃比が目標空燃比
となるように基本燃料噴射量を上述の補正係数によって
補正するオープンループ制御手段Eとを具備している。
〔作 用〕
NOx 、 HC、COが発生しやすい機関中負荷運転
時に燃焼室内に供給される空気と燃料の空燃比が理論空
燃比に維持される。
〔実施例〕
第2図に2サイクル内燃機関の全体図を示す。
第2図を参照すると、1はシリンダブロック、2はシリ
ンダブロック1内において往復動するピストン、3はシ
リンダブロック1上に固締されたシリンダヘッド、4は
ピストン2とシリンダヘッド3間に形成された燃焼室、
5は給気弁、6は給気ボート、7は排気弁、8は排気ボ
ート、9は燃焼室4内に向けて燃料を圧縮空気と共に噴
射するエアブラスト弁を夫々示す。図面には示さないが
シリンダヘッド3の内壁面中央部には点火栓が配置され
る。給気ボート6は給気枝管10を介してす−ジタンク
10に連結され、サージタンク10は機関駆動の機械式
過給機12、給気ダクト13およびエアフローメータ1
4を介してエアクリーナ15に連結される。給気ダクト
13内にはスロットル弁16が配置される。一方、排気
ポート8は排気管17、暖機用触媒コンバータ18およ
び排気管19を介して三元触媒コンバータ20に接続さ
れ、排気管19内には酸素濃度検出器(以下02センサ
と称す)21が配置される。
第3図にエアブラスト弁9の拡大断面図を示す。
第3図を参照するとエアブラスト弁9のハウジング30
内にはまっすぐに延びる圧縮空気通路31が形成され、
この圧縮空気通路31の先端部には燃焼室4(第2図)
内に位置するノズル口32が形成される。圧縮空気通路
31内には開閉弁33が配置され、この開閉弁33の外
端部にはノズル口32の開閉制御をする弁体34が一体
形成される。
ハウジング30内には開閉弁33と共軸的に配置されか
つ圧縮ばね35によって開閉弁33に向けて付勢された
可動コア36と、可動コア36を吸引するためのソレノ
イド37が配置される。開閉弁33の内端部は圧縮ばね
38によって可動コア36の端面に当接せしめられてお
り、圧縮ばね38のばね力は圧縮ばね35のばね力より
も強いので通常ノズル口32は開閉弁33の弁体34に
よって閉鎖されている。ソレノイド37が付勢されると
可動コア36が開閉弁33の方向に移動し、その結果開
閉弁33の弁体34がノズル口32を開口せしめる。一
方、圧縮空気通路31からは圧縮空気通路31から斜め
に延びる圧縮空気通路3つが分岐され、この圧縮空気通
路3つは圧縮空気供給口40に連結される。ハウジング
30には燃料噴射弁41が取付けられ、この燃料噴射弁
41のノズル孔42からは燃料が圧縮空気通路3つ内に
向けて噴射される。
第2図に示されるようにエアフローメータ14とスロッ
トル弁16間の給気ダクト13からはエアブラスト用空
気通路22が分岐され、このエアブラスト用空気通路2
2は機関駆動のベーンポンプ23および圧縮空気通路2
4を介して圧縮空気分配室25に連結される。この圧縮
空気分配室25は各気筒に対して夫々設けられたエアブ
ラスト弁9の圧縮空気供給口40に連結される。圧縮空
気通路24内には圧縮空気分配室25内の圧縮空気圧を
予め定められた一定圧に維持するための調圧弁26が配
置され、余分な圧縮空気は圧縮空気返戻通路27を介し
て給気ダクト13内に返戻される。従ってエアブラスト
弁9の圧縮空気通路31 、39は一定圧の圧縮空気に
よって満たされている。
第4図に給気弁5および排気弁7の開弁期間、燃料噴射
弁41からの燃料噴射期間および開閉弁33の弁体34
の開弁期間、即ちエアブラスト弁9の開弁期間を示す。
第4図に示されるように第2図に示す実施例では排気弁
7が給気弁5よりも先に開弁じ、先に閉弁する。また、
第4図に示されるように開閉弁33の弁体34が開弁す
る前に、即ちエアブラスト弁9が開弁する前に燃料噴射
弁41から圧縮空気通路39内の圧縮空気内に向けて燃
料が噴射される。次いでエアブラスト弁弁9が開弁する
とノズル口32から噴射燃料が圧縮空気と共に燃焼室4
内に噴射される。一方、第2図に示されるように排気弁
7側の給気弁5の開口を給気弁5の全開弁期間に亘って
覆うマスク壁28がシリンダヘッド3の内壁面上に形成
される。従って給気弁5が開弁すると新気は給気ボート
6がら排気弁7と反対側め給気弁5の開口を通って燃焼
室4内に供給される。その結果新気は矢印Sで示すよう
に燃焼室4の周壁面に沿って流れ、斯くして良好なルー
プ掃気が行なわれることになる。
第2図に示されるようにエアブラスト弁9は電子制御ユ
ニット50の出力信号により制御される。
電子制御ユニット50はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス5.1によって相互に接続されたRO
M(リードオンリメモリ)52、RAM(ランダムアク
セスメモリ)53、cpu (マイクロプロセッサ)5
4、入力ポート55および出力ボート56を具備する。
また、CPU 54にはバス57を介してバックアップ
RAM 58が接続される。
吸入空気量に比例したエアフローメータ14の出大電圧
はAD変換器59を介して入力ポート55に入力され、
機関回転数を表わす回転数センサ29の出力信号が入力
ポート55に入力される。
また、02センサ21の出力信号がAD変換器60を介
して入力ポート55に入力される。一方、出力ボート5
6は対応する駆動回路61 、62を介してエアブラス
ト弁9のンレノイド37および燃料噴射弁41に接続さ
れる。
第2図および第3図に示す実施例において燃料噴射弁4
1からの燃料噴射時間TAUは次式に基いて計算される
TAU=TP −FAF −KF −KGここでTP 
;基本燃料噴射時間 FAF :フィードバック補正係数 KF :燃焼せしめられる混合気を目 標空燃比とするための空燃比 補正係数 KG :学習係数 上述のフィードバック補正係数FAFは02センサ21
の出力信号に基いて制御される。02センサ21は燃焼
室4内に供給される空気と燃料の空燃比が理論空燃比に
対して稀薄なとき0.1ボルト程度の出力電圧を発生は
、上述の空燃比が理論空燃比に対して過濃なとき0.9
ボルト程度の出力電圧を発生する。第5図はこの02セ
ンサ21の出力電圧Vに基いて行われるフィードバック
補正係数FAFと学習係数K Gの計算ルーチンを示し
ている。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実
行される。
第5図を参照するとまず初めにステップ70において0
2センサ21の出力電圧Vが予め定められた一定電圧V
o、例えば0.45ボルトよりも小さいか否か、即ち燃
焼室4内に供給される空気と燃料の空燃比がリーンであ
るか否かが判別される。
リーンの場合にはステップ71に進んで前回の処理サイ
クルにおいて空燃比がリーンであったか否かが判別され
る。前回の処理サイクルにおいてリーンでない場合、即
ち前回の処理サイクルから今回の処理サイクルの間にお
いて空燃比がリッチからリーンになったときはステップ
72に進んでそのときのFAFをFXとする。このFX
は第7図の8点を示している0次いでステップ73では
カウント値Nが1だけインクリメントされる。次いでス
テップ74ではFAFに予め定められたスキップ値Sが
加算され、ステップ75に進む。一方、ステップ71に
おいて前回の処理サイクルにおいても空燃比がリーンで
あると判別されたときにはステップ76に進み、FAF
に予め定められた積分値K(K<S)が加算され、処理
サイクルを完了する。従って第7図に示されるように空
燃比がリッチからリーンになるとFAFは急激にスキッ
プ値Sだけ上昇せしめられた後に徐々に上昇せしめられ
、それによって、燃料噴射時間TAUが増大せしめられ
る。なお、FAFがスキップ値Sだけ急上昇せしめられ
る直前のFAFの値がFXとされる。
一方、ステップ70において02センサ21の出力電圧
Vが予め定められた一定電圧Voよりも大きい、即ち空
燃比がリッチであると判別された場合にはステップ77
に進んで前回の処理サイクルにおいて空燃比がリッチで
あったが否がか判別される。前回の処理サイクルにおい
てリッチでない場合、即ち前回の処理サイクルから今回
の処理サイクルの間において空燃比がリーンからリッチ
になったときはステップ78に進んでそのときのFAF
をFXとする。このFXは第7図のb点を示している。
次いでステップ79ではカウント値Nが1だけインクリ
メントされる。次いでステップ74ではFAFから予め
定められたスキップ値Sが減算され、ステップ75に進
む。一方、ステップ77において前回の処理サイクルに
おいても空燃比がリッチであると判別されたときにはス
テップ81に進み、FAFから予め定められた積分値K
 (K < S )が減算され、処理サイクルを完了す
る。従って第7図に示されるように空燃比がり一ンから
リッチになるとFAFは急激にスキップ値Sだけ減少せ
しめられた後に徐々に減少せしめられ、それによって、
燃料噴射時間TAUが減少せしめられる。なお、FAF
がスキップ値Sだけ急減少せしめられる直前のFAFの
値がFXとされる。
ステップ75ではカウント値Nが予め定められた一定値
Noになったか否かが判別される。カウント値NがNo
に達していない場合にはステップ82に進んでFXΣF
Xに加算され、その加算結果がΣFXとされる。即ち、
第7図a、b、c。
d 、 e 、−−・点のFAFの値のN0個の合計値
がΣFXとなる。
N=Noになるとステップ75からステップ83に進ん
で次式に基き学習係数KGが計算される。
KG=1.0/(ΣFX/No) ここでΣFX/NoはFAFの長期間に亘る平均値を示
している。この平均値が1.0よりも小さくなればKG
は増大し、この平均値が1.0よりも大きくなればKG
が減少し、それによってFAFは1.0前後を変動する
ように制御される。即ち、学習係数KGはFAFの平均
値を1.0に維持するためのものである。ステップ83
において学習係数KGが計算されるとステップ84に進
んでNおよびΣFXが零とされる。この学習係数K G
はバックアップRAM 58内に記憶される。なお、第
2図において破線で示すように三元触媒コンバータ20
の下流に別個の0□センサ21′を追加して設け、この
0□センサ21′の出力信号に基いてFAFの平均値が
1.0となるように学習係数KGを制御することもでき
る。
第6図は燃料噴射時間TAUを計算するためのルーチン
を示しており、このルーチンは予め定められたクランク
角毎の割込みによって実行される。
第6図を参照するとまず初めにステップ90においてエ
アフローメータ14の出力信号および回転数センサ29
の出力信号から吸入空気量Q/機関回転数N、即ち負荷
が計算される。次いでステップ91ではQ/NおよびN
に基いて第9図(A)に示す関係から基本燃料噴射時間
TPが計算される。各Q/N 、Nに対する基本燃料噴
射時間TPは燃焼室4内に供給される空気と燃料の空燃
比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を表わし
ており、第9図(A)に示す関係は予めRON 52内
に記憶されている。
次いでステップ92ではQ/NおよびNに基いて第8図
に示す関係から中負荷運転領域Bであるか否かが判別さ
れる。なお、第8図に示す関係は予めROM 52内に
記憶されている。中負荷運転領域Bであるときにはステ
ップ93に進んで空燃比補正係数KFが1.0とされ、
次いでステップ94において燃料噴射時間TAUが計算
される。このときには燃焼室4内に供給された全空気量
に対する燃料噴射量の割合、即ち吹き抜けた空気も含む
空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射時間TAUが
02センサ21の出力信号に基いてフィードバック制御
される。このとき前述したように学習係数KGによって
FAFは1.0を中心として上下動する。云い換えると
FAFが1.0のとき吹き抜は空気も含む空燃比°は理
論空燃比となっている。
このように機関中負荷運転時には吹き抜は空気も含む空
燃比が理論空燃比に維持されるのでNOx 。
CO、ICは三元触媒コンバータ20によって良好に浄
化せしめられる。
一方、ステップ92において中負荷運転領域Bでないと
判別されたときはステップ95に進んでFAFが1.0
とされる。即ち、空燃比のフィードバック制御が停止さ
れる。次いでステップ96に進んで第8図に示す関係か
ら低負荷運転領域Aであるか否かが判別される。低負荷
運転領域Aであるときにはステップ97に進んでQ/N
およびNに基づき第9図(B)に示す関係がら空燃比補
正係数K Fが計算され、次いでステップ94において
燃料噴射時間TAUが計算される。
ところで空燃比補正係数KFは次式で表わされる。
KF=F、・F2 ここでF1=(全吸入空気量−吹き抜は空気量)/全吸
入空気量 F2=理論空燃比/目標空燃比 上式かられかるようにF、は吹き抜けることなく燃焼室
4内に残留する空気量の割合を表わしている。
また、KF=F、、F、を用いると燃料噴射時間TAU
は次式で表わされる。
TAU=TP−FAF−KG・F、、F2ところで機関
低負荷運転時はFAFが1.0とされる。従ってTP 
、 FAF 、 KGはTP −KGで表わされること
になる。ところが前述したようにFAFが1.0のとき
には吹き抜は空気も含んだ空燃比が理論空燃比となり、
従ってFAFを1,0に固定したときのTP −KGは
吹き抜は空気を含んだ空燃比を理論空燃比とするのに必
要な燃料噴射時間を表わしている。従ってこのTP−K
GにF、を乗算すると燃焼室4内において燃焼せしめら
れる混合気の空燃比を理論空燃比に維持するのに必要な
燃料噴射時間を表わすことになる。更にこのTP−KG
−F、にF2を乗算すると燃焼せしめられる混合気を目
標空燃比に維持するのに必要な燃料噴射時間を表わすこ
とになる。従ってFAFを1.0に固定すると共にTP
 、 KGにKFを乗算することによって燃焼せしめら
れる混合気の空燃比が正確に目標空燃比に維持されるこ
とになる。
ところでQ/NとNが定まると吹き抜は空気量が定まる
。従って各Q/NとNに対して吹き抜は空気量を実験に
より求めることによってFlを決定することができる。
また、F2は目標空燃比が定まれば定まり、従ってKF
は目標空燃比が定まれば定まることになる。第9図(B
)における各KFは目標空燃比が得られるように予め定
められており、第9図(’B)に示す関係は予めROM
 52内に記憶されている。従って第6図のステップ9
7において第9図(B)からKFを計算し、次いでステ
ップ94においてこのKFに基づき燃料噴射時間TAU
を計算することによって燃焼せしめられる混合気の空燃
比は目標空燃比に維持される。
この目標空燃比は機関低負荷運転領域Aでは例えば若干
稀薄側の空燃比に設定される。このように若干稀薄側に
設定するとHC、COはほとんど排出されず、また機関
低負荷運転時には燃焼温度が低いためにNOxもほとん
ど排出されない。また、若干稀薄側に設定することによ
って燃料消費率が向上せしめられる。
一方、第6図のステップ96において低負荷運転領域A
でないと判別されたとき、即ち第8図に示す高負荷運転
領域Cのときにはステップ98に進んでQ/NおよびN
に基づき第9図(C)に示す関係がら空燃比補正係数K
Fが計算される。このKFも前述のようにF、、F2の
形で表わされ、従って目標空燃比が定まれば定まること
になる。第9図(C)における各KFも目標空燃比が得
られるように予め定められており、第9図(C)に示す
関係は予めROM 52内に記憶されている。従って第
6図のステップ98において第9図(C)からKFを計
算し、次いでステップ94においてこのK Fに基づき
燃料噴射時間TAUを計算することによって燃焼せしめ
られる混合気の空燃比は目標空燃比に維持される。
機関高負荷運転時には出力空燃比とするために燃焼せし
められる混合気の目標空燃比が理論空燃比付近或いは過
濃側の空燃比に設定される。このとき目標空燃比を過濃
側の空燃比に設定する場合にはKFを1.0に固定し、
FAFに基いて燃料噴射時間TAUをフィードバラ゛り
制御することもできる。この場合には第6図に示すステ
ップ96 、98を削除し、ステップ92において低負
荷運転領域Aであるか否かを判別し、低負荷運転領域A
でないときにはステップ93に進み、低負荷運転領域A
のときにはステップ95に進むようにすればよい なお、エアブラスト弁9に代えて燃料のみを噴射する燃
料噴射弁を用いることができることは云うまでもない。
〔発明の効果〕
NOx 、 CO、HCが発生しやすい8!関中負荷運
転時に燃焼室内に供給される空気と燃料の空燃比が理論
空燃比に維持されるのでこれら有害成分NOX 。
Co 、 IIcの排出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は発明の構成図、第2図は2サイクル内燃機関の
全体図、第3図はエアブラスト弁の拡大側面断面図、第
4図は給排気弁の開弁期間、エアブラスト弁の開弁期間
等を示す線図、第5図はフイードバック補正係数および
学習係数を計算するためのフローチャート、第6図は燃
料噴射制御を行うためのフローチャート、第7図はフィ
ードバック補正係数の変化を示す線図、第8図は機関の
運転状態を示す線図、第9図は燃料噴射時期および空燃
比補正係数を示す図である。 4・・・燃焼室、    5・・・給気弁、7・・・排
気弁、    9・・・エアブラスト弁、21・・・0
2センサ、 41・・・燃料噴射弁。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  機関排気通路内に配置した酸素濃度検出器の出力信号
    に基いて燃料噴射量を制御するようにした2サイクル内
    燃機関において、機関の運転状態に基いて基本燃料噴射
    量を計算する基本燃料噴射量計算手段と、機関の負荷状
    態を検出する負荷状態検出手段と、負荷状態検出手段の
    検出結果に基づき少くとも中負荷運転時には酸素濃度検
    出器の出力信号に基いて燃焼室内に供給される空気と燃
    料の空燃比が理論空燃比となるように基本燃料噴射量を
    補正するフィードバック制御手段と、燃焼室内において
    燃焼せしめられるべき混合気の空燃比を予め定められた
    目標空燃比とするのに必要な基本燃料噴射量の補正係数
    を予め記憶している記憶手段と、負荷状態検出手段の検
    出結果に基づき少くとも低負荷運転時には燃焼室内にお
    いて燃焼せしめられるべき混合気の空燃比が上記目標空
    燃比となるように基本燃料噴射量を上記補正係数によつ
    て補正するオープンループ制御手段とを具備した2サイ
    クル内燃機関の空燃比制御装置。
JP5800989A 1989-03-13 1989-03-13 2サイクル内燃機関の空燃比制御装置 Pending JPH02241941A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014006721A1 (ja) * 2012-07-05 2014-01-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関

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