JPS60125739A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JPS60125739A
JPS60125739A JP23152583A JP23152583A JPS60125739A JP S60125739 A JPS60125739 A JP S60125739A JP 23152583 A JP23152583 A JP 23152583A JP 23152583 A JP23152583 A JP 23152583A JP S60125739 A JPS60125739 A JP S60125739A
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air
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lean
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JP23152583A
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English (en)
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Hideki Obayashi
秀樹 大林
Tokio Kohama
時男 小浜
Hisashi Kawai
寿 河合
Toshikazu Ina
伊奈 敏和
Takashi Shigematsu
重松 崇
Setsuo Tokoro
節夫 所
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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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】 技術分野 本発明は酸素濃度検出器(リーンセンサ)を用いた内燃
機関の空燃比制御装置に関する。
従来技術 近年、排気公害の防止と共に燃費対策として。
内燃機関(以下、エンジンとする)の空燃比k IJ−
ン状態で運転するリーンノ(−ンシステムが採用されて
いる。その1つとして、実開昭57−92159号公報
に示されるリーンセンサをエンジンの排気管中に設け、
このリーンセンサの出力信号を用いてエンジンの空燃比
をリーン側の任意の値になるようにフィードバック制御
するものがある。
しかしながら、上述のリーンバーンシステムにおいては
、エンジンの空燃比をリーン側に大きくずらせば燃費の
点で有利であるが、エンジンその他燃料噴射弁等の個体
ばらつきおよび特性劣化を考慮すれば、フィードバック
制御する制御空燃比を失火限界ぎシぎりのリーン領域ま
でに設定しておくと、失火が発生して運転性が劣化する
恐れがある。従って、笑際には、失火限界がら空燃比換
算で2以上リッチ側の安定領域に空燃比を設定している
。それにもかかわらず、リーンセンサの特性が経時変化
によって変化すると、エンジンの空燃比が失火限界に近
づいて失火する恐れがある。
発明の目的 本発明の目的は、上述の従来形の問題点に鑑み。
失火限界−i機関の各爆発行程に伴なって周期的に発生
する燃焼変動量よシ判別し、これにもとすいて機関の供
給空燃比をフィードバック制御する要求リーン空燃比を
補正し、エンジンの空燃比が失火限界に近ずくのを防止
し、延いては、失火を防止して運転性を同筆させること
にある。
発明の構成 上述の目的を達成するための本発明の構成は第1図に示
される。第1図において、空燃比信号発生手段はエンジ
ンの空燃比を検出して空燃比信号を発生し、要求リーン
空燃比演算手段はエンジンの所定運転状態パラメータに
応じてエンジンの要求リーン空燃比を演算する。他方、
燃焼変動量検出手段はエンジンの燃焼変動量を検出し、
燃焼変動量限界演算手段はエンジンの所定運転状態パラ
メータに応じて燃焼変動量限界を演算する。要求リーン
空燃比補正手段はエンジンの燃焼変動量が燃焼変動量限
界になるように前記要求リーン空燃比を補正する。そし
て、リーン空燃比フィードバック制御手段は空燃比信号
を用いてエンジンの空燃比が補正された要求リーン空燃
比になる↓うにフィードバック制御する。
実施例 第2図以降を参照して本発明の詳細な説明する。
第2図は本発明の詳細な説明するためのグラフである。
第2図において、 00. HO,NOxは排気ガス中
の3つの有害成分を示し、空燃比A/Fがリーンとなっ
て失火領域(斜線部分)に近づくと、特に、NOx成分
は低下する。また、燃料消費率FCも減少するが、失火
領域に入ると急激に増加し、さらに、エンジンのトルク
変化Δτも失火領域に入ると急激に増加する。従って、
排気公害の防止および燃費対策として、空燃比A/F 
’iリーン側にすることは好ましく、この場合、失火領
域までは空燃比A/Fをリーン側にしないようにするた
めにエンジンのトルク変化3丁が一定の範囲におるよう
に制御することを条件とすればよい。つまり、トルク変
化Δτが急激に立上がる点かり一ン限界点であることか
ら、トルク変化Δτが常に一定となるようにエンジンへ
の供給空燃比をフィードバック制御することにより、燃
費の点で最良のり一ン限界点での運転が可能となる。
上述のエンジンのトルク変化はエンジンの燃焼変動によ
るものであり、つまり、エンジンの爆発行程に現われる
脈動的な回転速度の変動に一致している(第8図(01
参照)。また、第3図(Al l (B)に示すように
1回転速度の変動量はエンジンの筒内圧の変動量に比例
する。従って1本発明においては、エンジン燃焼変動、
たとえば回転速度の変動。
トルクセンサによるトルク変動、あるいは筒内圧センサ
による筒内圧変動によって空燃比A/Fの監視を行うこ
とに↓リリーン空燃比フィードバック制御による要求リ
ーン空燃比を補正する。
なお、第3図(A) 、 (B)において、σΔ、はエ
ンジンの回転速度変動量の標準偏差を示し、σpiはエ
ンジンの筒内圧の標準偏差を示す。
第4図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図である。第4図において、エンジ
ン1は自動車用の火花点火式エンジンであって、燃焼用
の空気はエアクリーナ2゜たとえばベーンタイプのエア
フローメータ3.吸入導管4を経て、エンジン1の燃焼
室に吸入される。吸入導管4には運転者により任意に操
作されるスロットル弁5が設けられている。燃料は吸入
導管4に設置されたインジェクタ6から噴射供給される
。燃料と空気から成る混合気は燃料室で燃焼し排気導管
7を経て大気中に放出される。
制御回路10はエンジン1の運転状態に応じてエンジン
1への燃料供給量を演算しインジェクタ6を駆動し、エ
ンジン1への供給燃料量を制御するものである。制御回
路10の入力にはエンジン1の吸入空気量°を検出する
エアフローメータ3゜基準センサ8、角度センサ9.お
よび排気導管7における空燃比検出用のリーンセンサ1
1の信号が入力されている。
なお本実施例ではエンジン1への吸入空気量としてエア
フローメータ3の信号を用いているが。
エアフローメータ3の代りにエンジン1のスロットル弁
5の下流に生ずる吸気管負圧とエンジン回転速度から吸
入空気量をめてもよく、またエンジン1の回転に同期し
て回るプーリー、ディストリビュータ、カムシャフト等
から回転信号を検出してもよい。
基準センサ8.角度センサ9としては、たとえば公知の
磁気抵抗素子を用いており、磁性体であるディストリビ
ュータ内蔵の鉄片及びフライホイールの歯の凸凹により
磁気回路が変化して信号が出力される。このフライホイ
ールは30°OA周期の歯が切っである。この結果、第
8図(Alに示すように基準センサ8からは720°O
A周期のTDO信号が出力され、角度センサ9からは3
0°OA周期の角度信号が出力される。
リーンセンサ9は実開昭57−92159にあるような
限界電流式の酸素濃度センサであり、排気ガス中の酸素
濃度により第5図に示すように出力であるリーンセンサ
9の限界電流値が変化する。
次に制御回路10について第6図により説明する。基準
センサ8からのTDO信号は整形回路101で整形され
0PU107とコンパレータ110に入力され、0PU
107では噴射燃料量の演算の割り込み信号とし、コン
パレータ110ではインジェクタ5の噴射パルスの開始
用の信号として用いられる。また、角度センサ9からの
角度信号は整形回路102で整形され回転速度計数回路
103゜0PU107.コンパレータ110に入力され
る。
回転速度計数回路103は16ビツトの2進カウンタで
構成されており、角度信号の30°OAの周期を計数し
入出力インター7エイス104を介してOPU 107
に2進データで送り0PU107はこれを逆数演算して
回転速度とする。OPU 107に入力された角度信号
は回転速度の読み込み及び回転数変動(燃焼変動)の演
算を行う0PU107の割り込み信号として作用し、コ
ンパレータ110に入力された角度信号は噴射タイミン
グの角匿計数に用いられる。エアフローメータ3の出力
゛鎮圧はA−D変換回路105でディジタル値に変換さ
れOPU 107に睨み込まれ吸入空気量Qを演算する
。リーンセンサ9の出力は第5図のように電流出力で得
られるので電流′電圧変換回路106で亀圧に変換され
、さらにA−D変換回路10:5でディジタル値にな、
90PU107に読み込まれ、排気ガス中の酸素濃度す
なわち燃料混合気の空燃比を知ることができる。
A−D変換回路105は12ビットA−D変換器(たと
えばバージラウン社製ADO80)’を使用しており、
0PU107はたとえばテキサスインスツルメンツ社製
16ビツトマイクロコンピユータTM89900t”使
用している。また、コンパレータ110はOPU 10
7で演算されたインジェクタ5の噴射時間(バルブの開
弁時間)の2進デーp f パルス幅に変換するもので
あり、このパルスによりインジェクタ6は駆動回路11
1を介して駆動される。
また、ROM108はメインルーチン、燃料噴射時間演
算ルーチン等のプログラム、これらプログラムの処理に
必要な定数、マツプデータ等を記憶しており、几AM1
09は一時的なデータを記憶するものである。
次に、第4図の制御回路10の動作を第7図のフローチ
ャートラ参照して説明する。第7図のフローチャートは
メインルーチンの一部もしくは所定クランク角毎に実行
される割込みルーチンである。スタートステップ701
からステン7’702に進み、A−D変換回路105が
らリーンセンサ11のデータDを取込む。ステップ70
3ではA−D変換回路105から吸入空気量のデータQ
を、ステップ704では回転速度計数回路103から回
転速度データNi取込む。次にステップ705にて、B
l =KI XQ/N(7)演算によりエンジン1回転
あたりの吸入空気1tsxv求める。ステップ706で
は、B1とNの2次元マツプMAPI L t) ヘ−
スA/Fの係数o1をめる。
ステップ707では、第9図のルーチンに示す標準偏差
の演算が行われたことを示す7ラグFt判別する。F−
”1”であれはステップ708にてフラグFiクリアし
てステップ709〜714に示す要求リーン空燃比補正
ルーチンに進み、他方。
F−”0”であれば前記補正ルーチンをジャンプしてス
テップ715に進む。
ステップ709ではB1とNの2次元マツプMAP3’
を用いて、BlとNで決まるエンジン条件での要求A/
Fのリーンセンサ11のデータDの要求値03をめる。
ステップ710では、A/Fをリーン限界に制御するた
めの回転速度変動ΔNの設定値02tB1とNの2次元
マツプMAP2からめる。次いで。
ステップ711では、第9図のΔNmの計測演算ルーチ
ンで得られた値のΔNm、nの標準偏差σΔN全02と
比較し、σΔN〉02であれば燃焼変動が発生したと判
定し、ステップ712にて要求値03?]:α減算し、
他方、σΔN≦02であれば燃焼変動なしと判定し、ス
テップ713にて要求値03全α加算する。なお、この
補正量′nはリーンセンサ11の出力特性が第5図のよ
うになっているので、ステップ712での減算がリッチ
補正であり、ステップ713での加算がリーン補正であ
る。また、αはリーンセンサ11のデータDの要求値C
3に対する補正値であって1本実施例では一定値である
が、エンジン条件によって変数としてもよいことはもち
ろんである。ステップ714では前記要求値C3をMA
P 3に格納する。
次にステップ715ではステップ707でF=”0”で
あった場合に実行されステップ709と同じ<、MAP
3から要求値C3をめる。
次にステップ716ではMAP4からB1とNにより決
まる各エンジン条件での空燃比補正量に2をめる。ステ
ップ717ではリーンセンサ11の出力値りと要求値0
3に比較し、D)03であればステップ718でリッチ
補正をし、そうでなければステップ719でリーン補正
をする。
ステップ720ではに2’eMAP4に格納する。
ステップ721ではτ=OI XK2 X 81 の式
によりインジェクタ6の開弁時間τを演誘する。
すなわち、ステップ707〜721の演算によりインジ
ェクタの開弁時間τはリーン・リミットのA/Fとなる
ような値にフィード・パック制御される。
ステップ722では、ステップ721にてめられたイン
ジェクタ6の開弁時間τをコンパレータ110に設定す
る。この結果、駆動回路111は時間τに見合う時間だ
けインジェクタ6t−付勢することになる。そして、+
147図のルーチンはステップ723にて終了する。
次に、回転速度変動の算出について第8図、第9図を参
照して説明する。
第8図(A)は気筒判別信号sAを示す。信号8Aは第
1気筒が上死点に達したしばらく後からり2ンクシヤフ
トが30度回転したしばらく後まで″O″レベルとなる
第8図(B)は回転周期信号SRを示す。信号SBの各
パルスの番号はクランクシャフトが第1気筒上死点から
30度回転する毎に順次付したもので。
第1気筒は0ないし5に対応し、以下順次第3゜第4.
第2の各気筒に対応して23まで付しである。
さて1回転周期信号SBの立下り毎にOPU 107に
は割込信号が発せられ、第9図に示す回転速度変動演算
ルーチンが起動する。
割込みステップ901からステップ902に進み、気筒
判別信号SAをレジスタA1に取込む。ステップ903
にてレジスタA1における気筒判別信号8人のレベルを
判定し、第1気筒の爆発行程開始を示す″′O#レベル
である場合にはステップ905にてカウント用メモリm
fクリアする。
l111ルベルの場合にはステップ904にてメモ17
 mに1を加える。ステップ906にてメモリmの内容
が1..3,7,9,13.15,19゜21のいずれ
かであればステップ90’lt降に進み、その以外はス
テップ924ヘジヤンプする。
ステップ907では回転速度計数回路103jリレジス
タA2に回転周期データTi取込む。続くステップ90
8にてレジスタA2の内容すなわち回転周期データTの
逆数をとり、適当な比例定数Kを乗じて平均回転速度を
算出し、レジスタA3に格納する。レジスタA3の内容
はステップ909にてメモリN。9mに記憶される。こ
のメモリNc、mはメモリmのと9うる値、すなわち1
゜3.7,9.13,15,19.21に対応して8個
準備される。すなわちメモリNc、1には第1気筒の爆
発行程においてクランクシャフトが30度から60度ま
で回転する場合の平均回転速度が記憶され、メモ+) 
N C、2□には回転速度変動測定サイクルの最後の気
前である第2気筒の爆発行程ににおいてクランクシャフ
トが90度から120度まで回転する場合の平均回転速
度が記憶される。
ステップ910ではメモリmの内容が3.9゜15.2
1のいずれかであればステップ911以降に進み、それ
以外はステップ924ヘジヤンプして処理を終える。ス
テップ911ではステップ907.908,909で算
出されてメモリNC,mに記憶した所定の気筒の所定の
クランクシャフト回転角における平均回転速度と前測定
サイクル及び前々測定サイクルで算出してメモリNa、
 tn + Nb、 mに記憶した所定の気筒の所定の
クランクシャフト回転角における平均回転速度とから所
定の気筒の回転速度変動ΔNmを計算する。
この計算式を次式で示す。
ΔNm=((Na、m−2−Na、m) (Nb、m−
2−Nb、m))((Nb、m−2−Nb、m) (N
c、m−2−Nc、m) )なお、上式は、ΔNm=(
Na、m−2−Na、m ) もしくは ΔNm=(N
a、m−z−Na、mノー(Nb、 m−z−Nb、 
m )でもよい。
上式中1mは第1.第3.第4.第2の各気筒に対応し
て3.9,15.21の値となる。ステップ912では
B1とNの2次元マツプMAP 5からステップ914
でめたΔNmがどこのエンジン条件であるかを判別し、
該当するエリアのザングル数nをめる。すなわち、値n
は当該エンジン条件にてΔNmが何回計測されたかを知
るためのカウンタ値である。
ステップ913は前ステップ911で計算した各気筒の
回転速度変動ΔNmを統計処理計算のためのメモリΔN
m、nに格納する。ステップ914ではカウンタnを1
増加させ、ステップ915で100と比較する。n (
100の場合はステップ920にジャンプし、一方n>
100の場合は。
ステップ916でカウンタniQにもどし、ステップ9
17にでステップ912でめられたMAP5の同一エリ
アのデータをn=ovc@き換える。ステップ918に
てMAP6のB1 とNで決まるアドレスからの100
個のデータについて標準偏差σΔNをめる。そしてステ
ップ919ではΔNmの標準偏差σΔNの演算が行われ
たことを示すフラグF’k”l”にする。他方、ステッ
プ915にてn<100であれば、ステップ920に進
んでカウンタnの値’zMAP5の同一アドレスのデー
タとして書き換える。ステップ921ではステップ91
1でめられた回転速度変動ΔNmをメモリエリアとして
いるMAP6にB1とNで決まるエンジン条件ごとに蓄
積してゆく。
なお1本実施例では100個のデータから標準偏差をめ
たが、蓄積するデータ数は少なくとも50個以上であれ
ばよいことが実験より明らかとなっている。ステップ9
22ではメモリNb、 mの内容をメモリNa1mに、
ステップ923ではメモ’JNC,mの内容をメモ!J
Nb、mに移す。ステップ924で第9図のルーチンは
終了する。
第9図に示す回転速度変動ルーチンは周期信号SRの立
下りごとに起動せしめられ、メモ’JNa、mメモリN
b、 mないしメモリN。、mには第8図(0)に模式
的に示すような平均回転速度が記憶される。
図中棒グラフの高さは平均回転速度の大きさを示し、各
グラフの上部に各平均回転速度が記憶されるメモリを示
す。
クランクシャフトの30度毎の平均回転速度は各気筒の
爆発行程に伴なって図中点線で示すLうに周期的な脈動
を示す。制御回路10では第9図のフローチャートで示
した如く、各気筒の爆発行程についてクランクシャフト
の30匿から60度までおよび90度から120度まで
の平均回転速度のみを計算している。これを図中実線で
示す。
なお、第9図のフローチャートで計算された標準偏差σ
ΔNは全気筒についてのものであるが、ステップ913
〜−921までをm=3.9.15゜21のそれぞれに
ついて別個に演算するようにすれば、気筒別の標準偏差
σΔNmヲ求めることもできる。
なお、上記実施例ではエンジンの出力変動全回転速度変
動によって検出していたが、前述のごとく、トルクある
いは気筒内圧力の変化によっても同様の検出が可能であ
る。
また、上記実施例では回転速度に30°OAごとの平均
回転速度を用いているが、30°OAよりも短かい間隔
での平均回転速度とすればエンジンとの燃焼の相関はさ
らに向上させることができる。
発明の詳細 な説明したように本発明によれば、リーンセンサに↓る
A/F制御中において燃焼変動検出器(本実施例におい
ては回転速度変動ΔNをめている)によりエンジンの燃
焼状態を常に計測し。
A/F’r失火直前の燃費最良点のり一ン限界点に補正
制御しているので、失火限界に入るの全防止でき、従っ
て、失火を防止でき、運転性の向上に役立つものである
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明するための全体ブロック図
、第2図は本発明の詳細な説明するための空燃比特性図
、第3図(A)、(B)はエンジン回転速度変動敬とエ
ンジン筒内圧との関係を示すグラフ。 第4図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概要図、第5図は第4図のリーンセ/す
11の出力特性図、第6図は第4図の制御回路10の詳
細なブロック図、第7図、第9図は第4図の制御回路1
0の動作を説明するためのフローチャート、第8図は第
4図の制御回路10の動作を説明するためのタイミング
図である。 1・・・機関本体、3・・・エアフローメータ、6・・
・インジェクタ、8・・・基準センサ、9・・・角度セ
ンサ。 10・・・制御回路、11・・・リーンセンサ。 特許出願人 株氏余社日本自動車部品総合研究所 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士 西 舘 和 之 弁理士 松 下 操 弁理士 山 口 昭 之 弁理士 西 山 雅 也 第2図 →A/F 第3図 (A) 14 16 18 20 22 24 1 (B) Opi (kg/cm2) 第1頁の続き ■発明者伊奈 敏和 0発 明 者 重 松 崇 @発 明 者 所 節 夫 西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会社日本自動車部品
総合研究所内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 内燃機関の空燃比を検出して空燃比信号を発生す
    る空燃比信号発生手段、前記機関の所定運転状態パラメ
    ータに応じて前記機関の要求リーン空燃比を演算する要
    求9一ン空燃比演算手段、前記機関の燃焼変動量を検出
    する燃焼変動量検出手段、前記機関の所定運転状態パラ
    メータに応じて前記機関の燃焼変動量限界を演算する燃
    焼変動量限界演算手段、前記機関の燃焼変動量が前記燃
    焼変動量限界になるように前記要求リーン空燃比を補正
    する要求リーン空燃比補正手段、および、前記空燃比信
    号を用いて前記機関の空燃比が前記補正された要求リー
    ン空燃比になるようにフィードバック制御するリーン空
    燃比フィードバック制御手段を具備する内燃機関の空燃
    比制御装置。 2、@記要求空燃比補正手段が前記燃焼変動量が前記燃
    焼炭1iJJI量限界より太きいときに前記要求リーン
    空燃比をリッチ側に補正し、前記燃焼変動量が前記燃焼
    変動量限界以下のときに前記要求リーン空燃比ヲリーン
    側に補正する特許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の
    空燃比制御装置。 3、前記要求リーン空燃比補正は前記燃焼量を所定時間
    もしくはクランク角毎に統計的に処理した演算値によシ
    補正する特許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の空燃
    比制御装置。 4、前記要求リーン空燃比補正手段が前記機関の所定運
    転状態パラメータの領域毎に補正を行う特許請求の範囲
    第1項に内燃機関の空燃比制御装置。 5、 前記り一ン空燃比フィードバック制御手段が前記
    機関の空燃比が前記補正された要求リーン空燃比よりリ
    ッチ側のときに前記機関の空燃比をリーン側に補正し、
    前記機関の空燃比が前記補正された要求リーン空燃比↓
    9リーン側のと牲に前記機関の空燃比をリッチ側に補正
    する特許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の空燃比制
    御装置。 6、前記燃焼変動量が前記機関の回転速度変動である特
    許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置
    。 7、 前記燃焼変動量が前記機関のトルり変動である特
    許請求の範囲第1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置
    。 8、前記燃焼変動量が前記機関の筒内圧変動である特許
    請求の範囲第1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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Cited By (4)

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