JPH0392557A - エンジンの燃料噴射制御方法 - Google Patents

エンジンの燃料噴射制御方法

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JPH0392557A
JPH0392557A JP1227367A JP22736789A JPH0392557A JP H0392557 A JPH0392557 A JP H0392557A JP 1227367 A JP1227367 A JP 1227367A JP 22736789 A JP22736789 A JP 22736789A JP H0392557 A JPH0392557 A JP H0392557A
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Japan
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fuel
amount
engine
cylinder
fuel injection
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JP1227367A
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Shinsuke Takahashi
信補 高橋
Teruji Sekozawa
瀬古沢 照治
Makoto Shiotani
塩谷 真
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008Controlling each cylinder individually
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/047Taking into account fuel evaporation or wall wetting

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,自動車エンジンに係り,特に、噴射燃料が気
筒に流入するまでの遅れを補償し,執筒内燃料量を要求
値に精度良く保持するのに好適なエンジンの燃料噴射制
御方法. 〔従来の技術〕 自動車エンジンでは、噴射燃料が吸気管壁面に付着する
、あるいは、付着燃料が気筒に流入するといった現象の
ため過渡時に燃料の輸送遅れが生じ気筒内燃料量を要求
値に保持するのが困難となっている.この問題に対処す
るため特開昭58−8238号の方法が提案されており
、この方法では、燃料の輸送過杓を表わす数式モデルに
より噴射燃料の吸気管壁向に付着する燃料量と付着燃料
(以ド液膜と呼ぶ)のうち気筒に持ち去られる燃料量が
推定され、その推定結果に基づいて気筒内燃料量が要求
値となるような燃料供給量が決定されている。
吸気行程のかなり前(約90クランク角度前)に燃料噴
射を行う多点燃料噴射システムのエンジンにおいて、低
,中回転では、吸気行程に入る前に燃料噴射が終了する
ため、噴射燃料は全て吸気管内に滞留すると考えるのが
妥当である.さらにその後、吸気行程に至り、その行程
中に滞偕燃料の何割かが気筒に流入し,流入しきれなか
った燃料が、新たな滞留燃料として吸気管内に残ること
になる。
従来技術では、噴射燃料の何割かが必ず気筒へ直達する
と考えており、そのような流れを補償する制御アルゴリ
ズムとなっている。このため,噴射燃料の全てが吸気管
内に滞留するという上記燃料の遅れの補償に適していな
いという問題がある.又,気筒内燃料量を要求値とする
ためには,噴射燃料の付着,液膜の気筒への持ち去り現
象を同時に考慮して実行燃料噴射時間を決定する必要が
ある。しかし、従来技術では、燃料の付着のみを考慮し
て,気筒内燃料量が要求値となる燃料噴射量を決定し、
その後その値から持ち去り燃料量を差し引いて実行燃料
噴射時間を決定しており合理的な燃料噴射時間の決定が
行なえていないという問題がある6 又、多点燃料噴射システムでは、気筒ごとに液膜量およ
びインジエグタが存在するため、過渡の燃料の遅れを精
度良く補償するためには気筒ごとに液膜量を推定し燃料
の制御を行う必要がある.しかしながら、従来技術では
、唯一の液膜量の推定しか行われておらず、過渡の燃料
の遅れ補償が精度良く行えないという問題がある。
又、従来技術では上記のように各気筒ごとの液膜量を考
慮していないので当然気筒ごとの燃料の輪送特性のバラ
ツキについての配慮がなされておらず,バラツキが大き
い場合には、精度良く燃料の遅れが補償できない気筒が
でてくるという問題がある. 以上,従来技術では,燃料の輪送遅れの特性を考慮して
いながら気筒内燃料量を要求値に保持できないという問
題があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上記問題点を解消し、全ての気筒で気
筒内燃料量を要求値に保持III■能なエンジンの燃料
噴射制御方法を提供することにある.〔課題を解決する
ための手段〕 上記目的を達成するため,まず噴射燃料が全て吸気管内
に滞留し、燃料噴射後の吸気行程で滞留燃料の何割かが
気筒に浸入するという吸気管内の燃料の流れを仮定し,
その流れを各気筒ごとに集中定数系の数式モデルで定式
化する.なお、モデルパラメータとなる滞留燃料が気筒
に持ち去られる割合を示す持ち去り率は,各気筒ごとに
実験的に求める. さらに、得られた数式モデルにより、気筒内燃料量が要
求値となるよう各気筒ごとに燃料の制御を行う. 〔作用〕 上記方法では、実際の現象に適合した燃料輸送モデルを
構築し,そのモデルを利用して気箇別の燃料の制御を行
うので、全ての気筒で気筒内燃料量を要求値に保持でき
る。
〔実施例〕 以下,本発明の一実施例を第工図から第5図に従って説
明する. 第1図は、本発明においてある気筒に注目した時の吸気
管内滞留燃料量の推移を表わす図である.第1図に基づ
いて吸気管内の燃料の汰れ、滞留燃料量の変化について
説明する。
燃料噴射が行われる以前の排気行程において、滞留燃料
′kkM z ( g )はM*(g)である、燃料噴
射終了後のIf貿燃料量M i ( g )は、噴射燃
料G x ( g )が全て吸気管内に滞留すると考え
、次式で与えられるものとしている. M ’z ( g ) = M x + G Z   
      ・・・(1)又、その後の吸気行程で、S
f悄燃料量MS(g)のα%が気筒に持ち去られると考
えている。すなわち,気筒流人燃料量Gne(g)は、
次式で与えられている. Gze=α・M;           ・・・(2)
さらに、吸気行程終了後の圧縮行程での滞瑣燃料i M
 ’x ( g )は、次式で与えられることになる.
M ’x = ( 1−α)M警         ・
・・(3)次の燃料噴射時期まで滞留燃料量は不変であ
り、燃料噴射後は,同様の燃料の流れが展開されること
になる. 本発明においては、(1)(2) (3)式で与えられ
る集中定数等の数式モデルを燃料の輸送モデルとして使
用する。
モデルパラメータである持ち去り率αは,エンジン運転
状態に応じて変化する。又,気筒ごとの燃料の輸送特性
にパラッキがある場合,同一のエンジンの運転状態に対
しても気筒ごとに異なる値をとることになる。
持ち去り率αの特性は、各気筒ごとに、次のようにして
定式化する6 持ち去り率αに影響を与えるエンジン状態変数としては
、吸入空気量,エンジン回転数,水温,吸気管内圧が考
えられる.そこで、これらの変数を一定とし、燃料供給
量を所定条件で食化させた時の各気筒における空燃比の
応答の計測値と(1)(2) (3)式を利用して計算
されるシミュレーション値が一致するような持ち去り率
αを算出する。このようにして,実現象に適合したモダ
ルの構染を行う。以上述べたαの弊出を様々なエンジン
運転状態に対して繰返し.運転状態を示す変数(吸入空
気量,エンジン回転数,水温,吸気管内圧)の関数とし
てαの特性を定式化する. 空燃比の応答の計算は,具体的には次のようにして行う
. あるサイクノレ(i#目のサイクノレ)における、燃料
噴射を行う以前の排気行程における滞留燃料量をMz(
i)j燃料噴射量をGz(i),気筒流人燃料量をGt
e(i)とすると. (1)(2)(3)式で与えられ
る燃料の流れは、上記変数を用いて次式で表わされるこ
とになる. One(i)=α・(Mz( i )+ Or(i )
)  ・・・(4)Ml(i + 1 )=(1−α)
・(M*(i)十G*(i))・・・(5) G,(i)を所定条件で変化させた時の気筒流人燃料量
a,e(i)の応答は. (4)(5)式の繰り返し計
算で求められ、その算出値で、気筒流入空気量Qaの計
測値を割ることにより空燃比の応芥が求められることに
なる.この計算された応答と計測された応答との比較に
よりαを求める。なお、空燃比を計測するセンサの応答
遅れが大きい場合、この遅れを考慮したαの算出が必要
である。この場合、予め、センサの応芥遅れを適当な伝
達特性を仮定して定式化しておき、算出された空燃比の
応答に、この遅れ処理を施して得た空燃比を応答と計8
1!lされた応答を比較するようにしてαの算出を行う
例えば、応答遅れに工次遅れを仮定すると応答特性は次
式の離散式で与えられることになる。
・・・(6) ここに A/Fout  :センサの出力空燃比A/?
’in  :センサへの六力空燃比i :時刻 1゛二時定数 Δt  :1d敗時刻に相当する時 間 (4)(5)式を利川して計算した空燃比をA / F
 in(i)として(6)式から、センサの応答遅れ考
慮した空燃比の応答A/Fout(i)が得られること
になる。
又、次のようにしてαの算出を行い,その特性を定式化
することもできる. (4)(5)式から、M1を消去しGt とGteの関
係式を求めると次のようになる。
Gza(i+1)−(1−cz)・Uze(i)=α@
 Gz(i+1・・・(7) 気筒吸入空気質量をQaとすると,気筒内燃空比F /
 A ( i )は、次式で与えられることになる。
Qa (7) (8)式から,燃料供給量Gzと気筒内燃空比
ト゛/Aの関係が得られ次のようになる.F/A(i+
1)    (1  − α)・}’/A(i)=一・
On(i  + l)Qa ・・・(9) αに依存する変数である吸入空気量,回転数,水温,吸
気管内圧を一定に保持してGiを所定条件で変化させた
時の、燃空比F/Aを計測すればGz とF/Aの時系
列データを利用して,(9)式の方程式誤差(モデル誤
差)が最小となるαを求めることかできる。
すなわち、 評価指標Jを次式とし、 Jが最小と ) ・・・(10) なるαを求めることができ次式となる。
・・・(1l) i番目のサイクルの燃空比F / A ( i )は、
排気管に空燃比センサを設置しその計測値A/?’(i
)の逆数をとることで求められる。
なお空燃比センサの応答遅れが大きい場合は,次のよう
にして対応する。
まず、センサの応答特性を燃空比の適当な伝達関敞で定
式化する.例えば,1次遅れて仮定すると,その伝達特
性は、 次の#f敗式で与えられるこ とになる. ・・・(l2) ここに ド/Aout:センサの出力燃空比F/Ain
:センサの入力燃空比 i :時刻 ”L”:時定数 Δt :1d敗時刻に相当する時間 離散系における(9)式と(12)式の時間を合わせる
ために、(12)式中のΔtをエンジンのlサイクルの
時間とし、さら(9)式のト゛/Aをh’ / A i
nとおくと. (9) (12)式から燃料供給Mat
 とセンサの出力燃空比F/Aoutの関係が次式で求
められることになる. ・・・(13) (】2)は,αに対して線形となるので前述したのと同
様の方法で方程式誤差が最小となるαが求められること
になる. 以上述べた方法で、吸入仝気量,回転数,水温,吸気管
内圧の様々な値に対してαの算出を行えばαは、それら
の関数として特性が定式化されることになる. 本発明をデイジタル式制御ユニットで実現する場合,α
の特性は、吸入空気敏,回転数等のマップとしてROM
に持たせることになる。
αに依存する変数は、少なくとも上記4蛮数となるので
、αの精度確保という観点から4次冗以上のマップとす
るのが理想的である。しかし、この場合、マツプデータ
記憶に必要なl<OMエリアが膨大となり,現状のエン
ジン制御に用いられている256KバイトのROMでは
実現が困難な場合が生じる. この場合には、次のようにしてマツプデータの削減を試
みる。
内圧PHのうち持ち去り率αに最も寄与が大きい変数か
ら順にXi,X2.X8,X4とする。
この時、これらの変数のマップからαの算出を例えば次
式に従って行うようにする. a = f i(xz+ xx* xs)−f 2(X
4)    −(14)a = f scxx.  x
z)・f i(xa)・f Fl(X4)  ・・{1
5)ここに flは各変数の3次元マップの検索値f8
は各変数の2次元マップの検索値 fz.f番,faは各変数の1次元マップの検索値 各マップのデータは、次のようにして行う.(l4)式
をflについて解くと次式が得られる。
α よって、食数x4を固定し、変数Xig XL+ X8
を変化させた時のαを算出値をα1(Xl, X2,x
s)とするれば、fx(xs* xt.r xs)は次
式によって算出されることになる。
fx(xx,xx,xa)=mi1ascxs* xx
,xs)・・・(17) ここに ml :定数 又,同様にfa(xa)は次式で算出される.fz(x
i)=mz″αt(x4)        ”418)
ここに, m2  :定数 α2(X4): XI,xz,xs をある値に固定し
x4を変化させた時 のαの算出値 (17), (18)式からfx,fzのマツプデータ
を決定するためには、ml,rrlの値を決定する必要
がある. これは.あるXly x11 1&t x4の値に対し
て(14), (17). (18)式を利川して算出
されるαが,それらの嚢数に対する真のαの算出イ直に
一致するようなml,m2の値を選ぶようにする.なお
、ここでm1,rrllの値は一意には定まらないが、
上記条件を満足するある一組の値を使用するようにする
(l5)式中のマツプデータの算出も同様に行うことが
できる。
以上のようにして、吸入空気量,回転数,水温,吸気管
内圧に対して(14), (1g)式を利用して算出さ
れる持ち去り率αが. (11)式を利用して算出され
た真のαの算出値とずれを生じる可能性はあるが,低次
元のマップを使用するようにしてマツプデータの削減を
図ることができる, 次に,以上のようにして得られた燃料輸送モデルを用い
た燃料制御の方法を考える. 気筒流人燃料量を要求値とする.つまり,所望の空燃比
を実現するためには,気筒流人燃料量に対する気筒流人
空気量の比が所望値(目標空燃比)となるよう燃料供4
、多点燃料の制御を行えば良い.i番目のサイクルでの
吸入仝気流量をQa(i)(g/s)、エンジン回転数
をN (rp+m)とすると,気筒流人空気質MQ−’
(g)は、次式で与えられることになる, N ここに k:定数 よって,所望の空燃比を達或するためには,次式が成立
すれば良いことになる。
Qa(i) k N ここに A/Fは目標空燃比. (4) . (20)式よりi#目のサイクルでの燃料
供給址Gz(i)は、次式となる。
第2図は、ある気筒における本発明の燃料制御系の全体
構威図である。
i番目のサイクルでの燃料供給+ft G t ( i
 )は、仝気流量の計81り{l&Qa(i)、回転数
の計測値N、持ち去り率の#算値α,吸気管内滞留燃料
量の計算値Mz(i)から. (21)式に基づいて計
算される。
又,持ち去り率αは、前述した方法で求めた関数により
、空気′dt量,l!l!1転数,内圧,水温の計測伯
から算出される。さらに、燃料供給量決定に使用する滞
悄燃料量Mf(i)は、(5)式に基づいて逐次更新さ
れる. 燃料噴射パルス幅′1゛1 は、次式に基づいて燃料供
給量から計算され、燃料の制御が行なわれる。
’1’+= k” Gz(1 ) ”γ十′↓゛s・・
・(2z)ここに,k′は定数、 γ はフィードバック袖正係数 ′1゛sは無効噴射時間 第2図に示される燃料の制御は、気筒別の?l}′W燃
料量と持ち去り率の特性を設定して各気筒ごとに行う。
なお、持ち去り率αの特性の各気筒ごとのバラツキが小
さい場合は、全ての気筒に対して、同じ持ち去り率の特
性を仮定しても良い。
次に、第3図から第5図に従って、以上述べた燃料制御
の方法をデイジタル式制御ユニットで実現する場合の制
御系の構或、及び,制御プログラムの動作を説四する. 第3図は,本発明を吸気管内圧と回転数の検出値から空
気流量を間接的に検出するりジエトロニツクシステムに
適用した場合の制御系の全体構或図である. 制御ユニットは、C}’U,ROM,RAM,タイマ,
I/O  LSI,タイマ、それらを電気的に接続する
バスを備えている6タイマは、一定周期でcPUに対し
割込要求を発生し、cPUはこれに応じてROMに格納
された制御プログラムを実行する。I/O  LSIに
は、圧カセンサ,スロットル角センサ,水温センサ,ク
ランク角センサ,吸気温センサ,酸索センサからの信号
が人力され、又、I/O  LSIからは,インジェク
タへの信号が出力される。
次に、第4図,第51mに従ってROMに格納された制
御プログラムの作動について説咽する.第4図は、燃料
噴射時間を計算する制御プログラムのフローチャートで
あり、第5図は、吸気管内滞悄燃料量を計算する制御プ
ログラムのフローチャートである。
まず,第4図について説1リ』する。10msecごと
の割込要求が入った時,まずステップ40上で、圧カセ
ンサ,水温センサ,クランク角センサ,吸気温センサか
らの信号を取り込む。ここで、クランク角センサの信号
から回転数が計具される。
次に、ステップ402では、ステップ401で取り込ん
だ吸気管内圧,回転数,吸気温がら所定の演算式により
エンジン吸入空気流量を計算する.次に,ステップ40
3において今度噴射が行なわれる気筒の判定9B!理を
行う。
次に,ステップ404では,ステップ401で取り込ん
だ吸気管内圧,I!l!1転数,水温,ステップ402
で#t算した空気流量から固定の演算式により今度燃料
噴射が行なわれる気筒に対応した持ち去り率αを計算し
、RAMの所定番地にこれを記憶する。
次に、ステップ405では,今度a料噴射が行なわれる
気筒への燃料償給量Gtを、ステップ401で取り込ん
だ回転数N、ステップ402で計算した空気流MQa 
.ステップ404で#1′算した持ち去り率α. }J
IJのプログラムで8ナ箕され,R A Mに記憶され
ている今度燃料噴射が行なわれる気筒に対応する滞留燃
料MMx及び、目標空燃比A/ト′から(21)式に従
って3f′aする。
M後に,スデップ406では、今度燃料噴射が行なわれ
る気筒に対応した燃Nr1n射時間1コ をステップ4
05で計算した燃料供給’ilkazから(22)式に
従って計算する。以上で処理を#Yし、次圓の割込要求
があるまで待機する。以上のように,全ての気筒の燃料
供給量を計算するのでなく、今度燃料噴射が行なわれる
気筒に対してのみ燃料供給−敏を計算するようにして,
マイコンの計算負待低減を図っている6 m料噴射は、クランク角が所定位b’<1に来たという
割込信号に対し、ステップ406で計算されたp8科噴
射時間に相当するパルスをインジエクタに送ることによ
り行なわれる。
第5図のSiF悄燃科量を推定更新する制御プログラム
は.S料噴射が行なわれた後即実行されるようになって
いる。まず、ステップ501において燃料噴射が行なわ
れた気筒の判定処理を行う。次にステップ502におい
て燃料噴躬が行なわれた気筒の燃料噴射以前の滞+d燃
料量Mz(i)とその気筒への燃料供給Jt(L(j)
とGl(i)算出に使用した持ち去り率αから、該当気
筒に対して次のサイクルで、燃料供給fIJ.G i 
( i+↓)の計算に使用するKi留燃料+:jtMf
(i + 1 )を(5)式により算出しR A Mの
所定番地に記憶する。以上で処理がHfする。以上のよ
うにして,燃料噴射後.噴射が行むわれた気筒に対する
滞留燃料量に更新を行う. 以上、Dジエトロニツタシステムへの過HJ例を述べた
が,吸入空気量を直接検出するLジエトロニツクシステ
ムへも適川tIf能なことは容易に類推できる。このシ
ステムでは、吸気管内圧が検出されないが、この全数の
かわりに基本噴射パルス輻を代用するようにして対応す
ることができる。
〔発1!IIの効果〕 以上、本発明においては、実現象に適合した燃料輪送モ
デルを構築し,そのモデルを利用して気筒別の燃料の制
御を行うので、全ての気筒で気筒内燃料量を要求値を保
持できる。これにより,空燃比の為精度な制御が可能と
なり排ガス浄化性能運転性,燃費効率の向上がはかれる
又、従来技術においては,制御系設計のために付着串,
持ち去り率という2つのパラメータを予め実験により定
式化しなければならなかったのに対し、本発明は、1つ
のパラメータの定式化で済むので開発工数の低減が図れ
る.
【図面の簡単な説明】
第IL!!Iは本発明の吸気管内HfrW燃料量の推移
と燃料の流れの説四図,第2図は燃料の輸送遅れを補償
する制御系の構或図、第3図はデイジタル式制御ユニッ
トで本発明の燃料輸送遅れの補M法を実現する時の全体
構戊図,第4回は燃料噴射時向を計算する制御プログラ
ムのフローチャート、第5図はffi悄燃料鴬を推定演
算する制御プログラムのフローチャートである。 2 図 拓 3 (2) や及気3Lセンプ レr 刀 φ 区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、エンジンの電子式制御装置において、吸気管内滞留
    燃料量のうち気筒へ持ち去られる燃料量に対する吸入空
    気量の比が所望値となるように燃料供給量を決定するこ
    とを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。 2、エンジンの電子式制御装置において、エンジン吸入
    空気質量をQ_a、吸気管内滞留燃料量をM_l、滞留
    燃料が吸気行程において気筒に持ち去られる割合を示す
    持ち去り率をα、目標空燃比をA/Fとする時、燃料供
    給量G_lを次式で決定することを特徴とするエンジン
    の燃料噴射制御方法。 G_l=1/α・Q_a/A/F−M_l 3、請求項2項記載のエンジンの燃料噴射制御方法にお
    いて、次のサイクルで燃料供給量の演算に使用する吸気
    管内滞留燃料量M′_lを、前のサイクルの燃料供給量
    の演算に使用した滞留燃料量M_lと前のサイクルの燃
    料供給量G_lと持ち去り率αから次式で算出すること
    を特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。 M′l=(1−α)・(M_l+G_l) 4、多点燃料噴射システムのエンジン制御装置において
    、気筒別に吸気管内滞留燃料量を推定演算し、その演算
    結果に基づいて気筒別の燃料供給量を決定し、燃料の制
    御を行うことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法
    。 5、請求項4項記載の滞留燃料量の推定演算及び、燃料
    の制御を、気筒別の燃料の輸送特性のバラツキを考慮し
    て行うことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。 6、請求項1項と2項の1つと請求項4項と5項の1つ
    から成るエンジンの燃料噴射制御方法。
JP1227367A 1989-09-04 1989-09-04 エンジンの燃料噴射制御方法 Pending JPH0392557A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1227367A JPH0392557A (ja) 1989-09-04 1989-09-04 エンジンの燃料噴射制御方法
KR1019900013012A KR0158880B1 (ko) 1989-09-04 1990-08-23 엔진의 연료분사 제어방법
US07/575,688 US5134981A (en) 1989-09-04 1990-08-31 Fuel injection control method in an engine
DE69015283T DE69015283T2 (de) 1989-09-04 1990-09-03 Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung für eine Brennkraftmaschine.
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