JPH04370340A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

エンジンの空燃比制御装置

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JPH04370340A
JPH04370340A JP14625291A JP14625291A JPH04370340A JP H04370340 A JPH04370340 A JP H04370340A JP 14625291 A JP14625291 A JP 14625291A JP 14625291 A JP14625291 A JP 14625291A JP H04370340 A JPH04370340 A JP H04370340A
Authority
JP
Japan
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model
air
fuel ratio
engine
control
Prior art date
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Application number
JP14625291A
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English (en)
Inventor
Kenji Ikuta
生田 賢治
Shiyouhei Uto
章平 鵜戸
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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  • 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】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、空燃比センサからの
検出信号に基づくフィードバック制御によって燃料噴射
量を演算するエンジンの空燃比制御装置に関する。 【0002】 【従来の技術】現代制御を用いた内燃機関の空燃比制御
を装置として、例えば特開平1−110853号に示さ
れた装置が知られている。この空燃比制御装置にあって
は、空燃比を決定する内燃機関の動的なモデルを、むだ
時間を持つ次数1の自己回帰モデルによって近似し、こ
の近似された値に基づいて、予め定められた最適フィー
ドバックゲインと積分時定数により、燃料噴射量を計算
する。 【0003】しかし、この動的なモデルの時定数は、燃
料のウエットによって異なる。例えばバルブ温度が低い
状態ではウエット量が多くなり、燃料噴射量が変化する
とその噴射量に対応してウエット量が変化するようにな
るものであるが、ウエット量が飽和するまでに時間を要
する。 【0004】したがって、燃料噴射量がステップ的に変
化するような状態であっても、実際に燃焼している燃料
の空燃比は、ウエット状態となった分緩やかに変化する
。すなわち、モデルの時定数が長い状態となる。 【0005】そのため、例えば特開昭59−7751号
公報に示されるように、機関温度が低いときには、機関
温度が高いときよりも応答性が優れるフィードバック定
数に切換えて、すなわち機関温度に応じてモデルを切換
えて空燃比を制御することが考えられている。 【0006】しかしながら、空燃比がリーンの状態とな
る加速時に、機関温度が低いモデルに基づいて(応答性
が優れたモデル)空燃比を制御すると、リーン状態の時
期は短くなるものの、過補正によりリーン後にオーバリ
ッチを生ずるようになり、運転性が悪化するようになる
問題を有する。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、機関の温度に応じて制御も
でるを切換えて空燃比制御するような装置において、過
渡運転状況においても適格なフィードバック制御が実行
されるようにしたエンジンの空燃比制御装置を提供しよ
うとするものである。 【0008】 【課題を解決するための手段】この発明に係るエンジン
の空燃比制御装置にあっては、エンジン制御のフィード
バック条件が成立している状況で、冷間モデルが選択さ
れる状態でエンジンの過渡運転状態を判別し、暖機後モ
デルに変換して適性燃料噴射量を演算させ、この演算結
果に基づいて燃料噴射制御が行われるようにしている。 【0009】 【作用】この様に構成される空燃比制御装置においては
、基本的にはエンジンの冷却水の温度に対応して、冷間
モデル若しくは暖機後モデルの動的なモデルによって、
予め定められた最適フィードバックゲインと積分定数に
変更される。そして、冷却水温等の状態によって冷間モ
デル若しくは暖機後モデルが選択され、適性燃料噴射量
が演算されるものであるが、冷間モデルを選択する状況
であっても、例えば加速増量の大きい過渡状態にあって
は、冷間モデルから暖機後モデルに切換えられる。 したがって、冷間モデルを実行している状態でも、急激
にアクセルペダルが踏み込まれる過渡時においては暖機
後モデルが選択されて、燃料噴射量制御が行われ、ウエ
ットによって空燃比制御に誤差が生ずることを回避され
るようにしている。 【0010】 【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図1は空燃比制御の実行されるエンジン11
とその周辺装置を示しているもので、このエンジン11
の点火時期Ig 、燃料噴射量TAU 等の制御は、コ
ンピュータによって構成される電子制御装置12で行わ
れる。 【0011】このエンジン11は、例えば4気筒4サイ
クルの火花点火式で構成され、エアクリーナ13から吸
入された空気が吸気管14およびサージタンク15を介
して吸気分岐管16に導かれ、エンジン11の各気筒に
吸入される。 この場合、吸気管13部に設定した図示しないアクセル
ペダルで駆動されるスロットルバルブ17によって、こ
の吸入空気量が制御される。 【0012】このエンジン11の各気筒それぞれに連通
する吸気分岐管15には、エンジン11の各気筒それぞ
れに対応するようにして燃料噴射弁181 〜184 
が設けられ、この各燃料噴射弁181 〜184 には
図示しない燃料タンクから圧送された燃料が供給される
。そして、この各燃料噴射弁181 〜184 は、そ
れぞれ電子制御装置12からの指令によって制御され、
その指令内容に対応した量の燃料が、それぞれ対応気筒
内に噴射されるようにしている。 【0013】エンジン11の各気筒には、それぞれ点火
プラグ191 〜194 が設けられ、これら点火プラ
グ191 〜194 はディストリビュータ20で点火
制御されるもので、このディストリビュータ20には電
子制御装置12で指令される点火回路21からの点火指
令信号が供給される。 【0014】このディストリビュータ20は、エンジン
11と同期的に回転される例えば歯車の回転を検出する
回転センサ22を備え、この回転センサ22で検出され
た回転数Neの信号は、電子制御装置12の入力ポート
121 に供給される。この回転センサ22からは、例
えばエンジン11の2回転(720°CA)毎に24個
のパルス信号を発生する。 【0015】スロットルバルブ17部にはその開度Th
 を検出するスロットルセンサ23、スロットルバルブ
17の下流側の吸気圧PMを検出する吸気圧センサ24
、エンジン11の冷却水の温度Thwを検出する水温セ
ンサ25、および吸気温度Tamを検出する吸気温セン
サ26が設けられ、これらセンサ23〜26からのそれ
ぞれ検出信号は、電子制御装置12の入力ポート121
 に入力される。 【0016】エンジン11の排気管27には、エンジン
11から排出される排気ガス中の有害成分(CO、HC
、NOx 等)を低減する三元触媒28が設けられ、排
気ガスが浄化されるようにしている。 【0017】排気管27の三元触媒28の上流側には、
エンジン11に供給された混合気の空燃比λに応じたリ
ニアな検出信号を出力する第1の酸素濃度センサとされ
る空燃比センサ29が設けられ、さらに三元触媒28の
下流には、エンジン11に供給された混合気の空燃比λ
が、理論空燃比に対してリッチであるか、またはリーン
であるかに応じた検出信号を出力する第2の酸素濃度セ
ンサを構成するO2 センサ30が設けられている。そ
して、これらセンサ29および30からの検出出力は、
電子制御装置12の入力ポート121 に供給する。 【0018】電子制御装置12は、CPU122 、R
OM123 、RAM124 、さらにバックアップR
AM125 等によって算術論理演算回路を構成するも
ので、この論理演算回路は入力ポート121 および出
力ポート126 にバス127 を介して接続されてい
る。そして、出力ポート126 からの出力によって、
点火回路21および燃料噴射弁181 〜184 に指
令を与え、点火時期と共に燃料噴射量が制御されるよう
にしている。 【0019】電子制御装置12においては、入力ポート
121 を介して入力される吸気圧PM、吸気温Tam
、冷却水温Thw、空燃比λ、さらに回転数Ne に基
づいて、その時のエンジン11に対する適性燃料噴射量
TAU および点火時期Ig を算出する。この様に算
出された燃料噴射量TAU および点火時期Ig の制
御指令は、出力ポート126 から燃料噴射弁181 
〜184 および点火回路21に供給されるものである
。 【0020】この様な制御の実行される電子制御装置1
2における空燃比制御について説明すると次のようにな
る。まずこの電子制御装置12は空燃比制御を実行する
ために、予め以下に説明する手法によって設計されてい
る。尚、この手法は例えば特開平1−110853号に
も開示されている。 【0021】a)制御対象のモデリングこの実施例では
、エンジン11の空燃比λを制御するシステムのモデル
に、むだ時間P=3を持つ次数1の自己回帰移動平均モ
デルを用い、さらに外乱dを考慮して近似するようにし
ている。 【0022】まず、自己回帰移動平均モデルを用いた空
燃比λを制御するシステムのモデルは、次式で近似でき
る。     λ(k) =a・λ(k−3) +b・FAF
(k−3)         ……………………(1)
 ここで、λは空燃比、FAFは空燃比補正係数、aお
よびbはそれぞれ定数、さらにkは最初のサンプリング
開始からの制御回数を示す係数である。 【0023】さらに外乱dを考慮すると、制御システム
のモデルは次式で近似できる。     λ(k) =a・λ(k−1) +b・FAF
(k−3) +d(k−1)            
                         
                    ……………
(2)  【0024】この様に近似したモデルに対して、ステッ
プ応答を用いて360°CAの回転周期サンプリングで
離散化して定数aおよびbを定めること、すなわち空燃
比λを制御する系の伝達関数IXを求めることは容易で
ある。ここで、IXはベクトル量を示している。 【0025】b)状態変数量IXの表示方法前記(2)
 式を次の状態変数量IX     IX=[X1 (k) 、X2 (k) 、X
3 (k) 、X4 (k) ]T   ……………(
3) を用いて書き直すと次のようになる。 【0026】 【数1】 したがって、 【0027】     X1 (k+1) =aX1 (k) +bX
2 (k) +d(K) =λ(k+1)     X
2 (k+1) =FAF(k−2)        
                         
                X3 (k+1) 
=FAF(k−1)                
                         
        X4 (k+1) =FAF(k) 
                         
………………(5)   となる。 【0028】c)レギュレータの設計 上記(3) 式および(4) 式についてレギュレータ
を設計すると、最適フィードバックゲインIK(IKは
ベクトル)は、 【0029】IK=[K1 、K2 、K3 、K4 
]と、状態変数量     IKT (k) =[λ(k) 、FAF(k
−3) 、FAF(k−2) 、FAF(k−1)  
                         
                         
 …………………(6)   とを用いると、 FAF(k) =IK・IKT (k)【0030】               =K1 ・λ(k) +
K2 ・FAF(k−3)             
  +K3 ・FAF(k−2) +K4 ・FAF(
k−1)   ……………(7)   となる。 【0031】さらに、誤差を吸収させるための積分項Z
1 (k) を加えて、     FAF(k) =K1 ・λ(k) +K2 
FAF(k−3) +K3 ・(k−2)      
         +K4 FAF(k−1) +Z1
 (k)     …………………………(8)   
として空燃比λおよび補正係数FAFを求めることがで
きる。 【0032】尚、積分項Z1 (k) は目標空燃比λ
TGと実際の空燃比λ(k) との偏差と、積分定数K
a とから決まる値であって、次式によって求められる
。     Z1 (k) =Z1 (k−1) +Ka 
・[λTG−λ(k) ]    …………………(9
) 【0033】図2はこの様なモデルを設計した空燃比λ
を制御するシステムの構成を示している。このシステム
において空燃比補正係数FAF(k) をFAF(k−
1) から導くためにX1 変換を用いて表示したが、
これは過去の空燃比補正係数FAF(k−1)を制御装
置12内のRAM124 に記憶しておき、次の制御タ
イミングで読み出して用いている。 【0034】また、この図2において一点鎖線で囲まれ
たブロックP1 は、空燃比λ(k) を目標空燃比λ
TGにフィードバック制御している状態で、状態変数量
IX(k) を定める部分であり、ブロックP2が積分
項Z1 (k) を求める部分(累積部)、ブロックP
3 はブロックP1 で定められた状態変数量IX(k
) とブロックP2 で求められた積分項Z1 (K)
 とから今回の空燃比補正係数FAF(k) を演算す
る部分である。 【0035】d)最適フィードバックゲインIKおよび
積分定数Ka の決定 最適フィードバックゲインIKおよび積分乗数Ka は
、例えば次のような式で示される評価関数Jを最小とす
ることで設定できる。 【0036】 【数2】 【0037】ここで、評価関数Jとは空燃比補正係数F
AF(k) の動きを制約しつつ、空燃比λ(k) と
目標空燃比λTGとの偏差を最小にしようと意図したも
ので、空燃比補正係数FAF(k) に対する制約の重
み付けは、重みのパラメータQ、Pの値によって変更す
ることができる。 【0038】すなわち、パセラメータQ、Rの値を種々
変更して最適な制御特性が得られるまでシュミレーショ
ンを繰り返して、最適フィードバックゲインIKおよび
積分定数Ka を決定すればよい。 【0039】さらに、最適フィードバックゲインIKお
よび積分定数Ka は、モデル定数aおよびbに依存し
ている。したがって、実際の空燃比λを制御する系の変
動(パラメータ変動)に対するシステム安定性(ロバス
ト性)を保証するためには、モデル乗数aおよびbの変
動分を見込んで、最適フィードバックゲインIKおよび
積分定数Ka を設計する必要がある。 【0040】したがって、シミュレーションはモデル定
数aおよびbの現実に生じ得る変動を加味して行い、安
定性を満足する最適フィードバックゲインIKおよび積
分定数Ka を定める。 【0041】以上でa)制御対象のモデリング、b)状
態変換量の表示方法、c)レギュレータの設計、および
d)最適フィードバックゲインおよび積分定数の決定に
ついて説明したが、これらは予め決定されているもので
あり、電子制御装置12ではその結果、すなわち前記し
た(6) および(7) 式のみを用いて制御を実行さ
せる。 【0042】電子制御装12において実行される空燃比
制御について、図3および図4を用いてその処理の流れ
を説明する。図3は燃料噴射量TAU を設定する処理
を示すもので、この処理はエンジン11の360°CA
毎に回転に同期して実行される。 【0043】まず、ステップ201 で吸気圧PMおよ
びエンジン11の回転数Ne 等に応じて、基本燃料噴
射量Tp が演算される。次のステップ202 では、
空燃比λが目標空燃比λTGとなるように、空燃比補正
係数FAFが次式に基づき設定される。     TAU =FAF×Tp ×FALL…………
………………………………………(11)この様にして
設定された燃料噴射量TAU に応じた信号が燃料噴射
弁181 〜184に分配出力される。 【0044】図4は上記ステップ202 における空燃
比補正係数FAFの設定処理の流れを示しているもので
、まずステップ301 で空燃比λのフィードバック(
F/B)条件が成立しているか否かを判定する。ここで
、フィードバック条件とは、一般的に知られているよう
に空燃比センサが活性しており、且つ冷却水温Thwが
所定値以下であって、しかもエンジンが高負荷および高
回転でないこと等である。 【0045】ステップ301 でフィードバック条件が
成立していないと判定されたときは、ステップ302 
で空燃比補正係数FAFを“1”に設定し、さらにステ
ップ303 でオープン制御の判定フラグF1 を“1
”に設定して、フィードバック制御は行わずにオープン
制御によって燃料噴射量TAU を設定する。 【0046】ステップ301 でフィードバック条件が
成立していると判定されたならば、ステップ304 に
進んで冷間モデルを選択する条件が成立しているか否か
判定する。例えば図5で示すように冷却水温が所定値以
下で且つ吸気温が低い条件のとき、あるいは冷却水温が
所定値以下で且つ暖機後経過時間が所定値以下の領域で
冷間モデル領域と判定する。 【0047】このステップ304 で冷間モデル選択条
件が成立していると判定されたならば、次のステップ3
05 で加速増量が所定値以下であるか否かを判定する
。加速増量が所定値以上の状態では過渡運転状態と判定
するもので、この過渡運転状態と判定されたときは、ス
テップ306 に進んで暖機後モデルによるフィードバ
ック制御が行われるようにする。また、過渡運転状態で
はないと判定されたならば、ステップ307 に進んで
冷間モデルによるフィードバック制御が行われるように
する。 【0048】暖機後モデルを選択するステップ306 
においては、前回フィードバックが成立せずオープン制
御であったか否かを判定するため、オープン制御判定フ
ラグF1が“1”であるか否かを判定する。 【0049】オープン制御判定フラグF1 が“1”で
あると判定されたとき、すなわち前回オープン制御であ
ったと判定されたときは、ステップ308に進んで最適
フィードバックゲインを予め定めておいたIK(k−1
) (1,2,3,A)に設定し、ステップ309 で
フィードバックゲインの判別フラグF2 を“0”に設
定する。 【0050】そして、次のステップ310 で積分項の
初期値ZI(k−1) を次式によって算出する。     ZI(k−1) =FAF(k−1) +k2
 FAF(k−1) +k3 FAF(k−2)   
            +k4 FAF(k−3) 
−k1 ・λ(k) …………………………(12) 
 ここで、λ(k) は空燃比であり、この式は後述す
るステップ312 で算出するFAF計算式を逆演算し
て求める。 【0051】ステップ306 で前回オープン制御では
ないと判定されたとき、すなわちフラグF1 が“0”
のときは、ステップ313 でフィードバックゲインI
Kを切換える必要があるか否かを判定するために、前回
の最適フィードバックゲインがIKH であったか否か
をフィードバックゲイン判定フラグF2 によって判定
する。 【0052】ここで、前回冷間モデル選択の状態で最適
フィードバックゲインがIKC に設定されていた場合
、すなわちフラグF2 が“1”のときには、ステップ
308 でフィードバックゲインをIKH に設定し、
ステップ309 でフラグF2 を“0”にすると共に
、ステップ310 で積分項の初期値ZI(k−1) 
を算出してステップ311 に進む。 【0053】ステップ313 で前回もフィードバック
制御されており、前回の最適フィードバックゲインがI
KH で今回と同じであると判定されたときは、すなわ
ちフラグF2 が“0”のときは、ステップ308 〜
310 をスルーしてステップ311 に進む。 【0054】このステップ311 では次の式で積分項
ZI(k) を算出する。     ZI(k) =ZI(k−1) +KA ×[
λ(k) −λTG]    …………………(13)
そして、ステップ312 では次式によって空燃比補正
係数FAFを算出する。     FAF(k) =ZI(k) +K1 ・λ(
k) −K3 ・FAF(k−2)         
        −K4 ・FAF(k−3)    
 …………………………………(14)  そして、ス
テップ314 でオープン制御判別フラグF1 を“0
”にしてこのルーチンが終了される。 【0055】冷間モデル選択域と判定されてステップ3
07 に進むと、このステップ307 で前回がフィー
ドバック条件が成立せず、オープン制御であったか否か
をオープン制御判別フラグF1 で判別し、前回がオー
プン制御(F1 =1)の場合は、ステップ315 で
、最適フィードバックゲインをIKC (1,2,3,
4,A)に設定する。 【0056】その後、ステップ316 でフィードバッ
クゲイン判別フラグF2 を“1”に設定してから、ス
テップ310 で積分項の初期値を設定し、続くステッ
プ311 、312 で空燃比補正係数FAFを計算す
る。 【0057】ステップ307 で前回がオープン制御で
はないと判定された場合、すなわちフラグF1 が“0
”であるときは、ステップ317 で前回の最適フィー
ドバックゲインがIKC であるか否かの判別をフィー
ドバックゲイン判別フラグF2 で行う。 【0058】ここで、フラグF2 が“0”で、前回が
冷間モデル選択域ではなく、現在最適フィードバックゲ
インがIKH に設定している場合には、ステップ31
5 で最適フィードバックゲインをIKC に切換えて
設定し、ステップ316 に進む。 【0059】ステップ317 で、前回も冷間モデル選
択域であって、最適フィードバックゲインがIKC に
設定されているとフラグF2 (=1)判別されたとき
は、ステップ315 〜318 をスルーしてステップ
311 、312 に進み、空燃比補正係数FAFを計
算してこのルーチンの処理を終了させる。 【0060】 【発明の効果】以上のようにこの発明に係るエンジンの
空燃比制御装置によれば、内燃機関の動的モデルに基づ
いて制御式を構築し、機関温度が低い状態でその動的モ
デルを切換えて空燃比制御を実施する場合において、外
乱が大きく変化するときはモデルの切換えを行わず、暖
機後モデルで制御するようにしている。したがって、ウ
エットによってモデルが変化する状況にあっても理論空
燃比によって燃料噴射量が制御されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係るエンジンの空燃比制
御装置を説明するためのエンジンおよびその周辺装置を
示す構成図。
【図2】空燃比λを制御するシステムの構成を説明する
図。
【図3】燃料噴射量を設定する処理の流れを説明するフ
ローチャート。
【図4】図3で示した処理の空燃比補正係数を設定する
処理をさらに詳細に説明するフローチャート。
【図5】図4で示した処理において冷間モデル選択領域
を説明する図。
【符号の説明】
11…エンジン、12…電子制御装置、14…吸気管、
17…スロットルバルブ、181〜184 …燃料噴射
弁、191 〜194 …点火プラグ、21…点火回路
、22…回転センサ、23…スロットルセンサ、24…
吸気圧センサ、25…水温センサ、26…吸気温センサ
、28…三元触媒、29…空燃比センサ、30…O2 
センサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  フィードバック制御条件が成立してい
    るか否かを判別するフィードバック制御判別手段と、こ
    の判別手段でフィードバック制御条件の成立が判別され
    た状態で、エンジンの温度等に基づき冷間モデル選択条
    件か否かを判別するモデル判別手段と、このモデル判別
    手段で冷間モデルと判別された状態で、前記エンジンの
    運転状態が過渡状態であるか否かを判別する運転状況判
    別手段と、この運転状況判別手段で過渡運転状態でない
    と判別された状態で選択され、冷間モデルにしたがって
    適性燃料噴射量を算出する冷間モデル制御手段と、前記
    過渡運転判別手段で過渡運転状態と判別された状態、若
    しくは前記モデル判別手段で冷間モデルではないと判別
    された状態で選択され、暖機後モデルにしたがって適性
    燃料噴射量を算出する暖機後モデル制御手段と、を具備
    したことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
JP14625291A 1991-06-18 1991-06-18 エンジンの空燃比制御装置 Pending JPH04370340A (ja)

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JP14625291A Pending JPH04370340A (ja) 1991-06-18 1991-06-18 エンジンの空燃比制御装置

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JP (1) JPH04370340A (ja)

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