JPS60195348A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料供給制御装置

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JPS60195348A
JPS60195348A JP5017984A JP5017984A JPS60195348A JP S60195348 A JPS60195348 A JP S60195348A JP 5017984 A JP5017984 A JP 5017984A JP 5017984 A JP5017984 A JP 5017984A JP S60195348 A JPS60195348 A JP S60195348A
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JP
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cylinder
air
fuel ratio
fuel
output
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JP5017984A
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English (en)
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Toshinari Nagai
俊成 永井
Shoji Watanabe
昭二 渡辺
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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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
    • F02D41/0085Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio
    • 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
    • F02D41/24Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
    • F02D41/2425Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2454Learning of the air-fuel ratio control

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 本発明は吸入空気を冷却するために副燃料噴射弁を付加
した内燃機関の燃料供給制御装置に関する。
従来技術 各気筒毎に設けられた主燃料噴射弁(単に、主・負射弁
とするンの外に、e、気管の上流たとえばサージタンク
あるいはスロットルビディ近傍に副燃料噴射弁(単に、
副噴射弁とする)を設けた内燃壁間は既に知られている
。この副噴射弁の燃料噴射により吸入空気全冷却して光
填効率を向上させ、従って、出力性能を向上させること
ができる。つまシ、第1図に示すように、吸入空気の温
度THAが低くなると、吸入空気重量Gaは大きくなシ
、従って、出力トルクT1 も向上する。ちなみに、吸
気温THAを50℃が20℃まで低下させると、吸入空
気量Ga も出力トルクTt も50−20/273 
+ 50 # 9チ向上する。
第2図は空燃比My”対出力トルク1゛1比特性を示す
。第2図に示すように、空燃比〜夕に対して出力トルク
T、はあるところで(al =出力空燃比と呼ぶ)ピー
クとなり、このピークよりリッチでもリーンでも出力ト
ルクTは低くなる。また吸気温が低くなると、第1図で
説明したように出力トルクT、は高くなる。たとえば吸
気温がTHAHからTHALまで低くなると、出力空燃
比でのT、はblからblまで向上し111分だけアッ
プする。しかし、分配が悪化すると、たとえば仮に4気
筒機関で平均空燃比は出力空燃比alに合わせたが、こ
の場合に、2気筒の空燃比〜乍がa2に、残92気筒の
窒燃比〜乍がa3になシ、分配がΔA/F ’だけ悪化
したとすると、その時のトルクは空燃比A/Fが82に
対するトルクと83に対するトルクを平均したトルクb
3 しか出なくなる。結局、吸気温THAを低下させて
出力性能向上をΔT、分だけねらっても、分配が悪化す
るとΔT2分だけしか同上しない。さらに分配が悪化す
ればblより出刃トルクT1が低くなシ、かえって副噴
射弁から燃料を噴射させない方が出力トルクT、は扁く
なる場合がある。
以上のように分配が悪化すると、副噴射弁の燃料噴射に
よりいくら吸入空気を冷却して吸入空気量jtGaが増
えても出力トルクTiは充分向上しないという問題点が
めった。
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、排気ガ
ス中の02成分嬢度により各気筒毎の空燃比のリッチ、
リーンを判別して副噴射弁からの噴射量を各気筒毎に補
正することにより、空燃比分配全改善して出力性能を向
上せしめることに必る。
発明の構成 上述の目的を達成するための不発明の徊gは第3図に示
される。すなわち、各気筒毎に設けられた主燃料噴射弁
に加えて吸気通路の上訛部に各気筒共通に設けられた副
燃料噴射弁全具備する内燃機関において、基本燃料噴射
値演算手段は機関の所定運転状態・4′ラメータに応じ
て副燃料噴射弁の基本燃料噴射波τ≦を演算する。他方
、空燃比信号発生手段は機関の排気ガス中の特定成分一
度を検出して機関の空燃比のリッチ、リーンに応じて空
燃比1を号を発生し、気筒判別タイミング発生手段は各
気筒のuト気ガスが望燃比1g号発生手段に到達する各
気筒毎のタイミングTI、 Ts + T4.T2を発
生する。この結果、空燃比補正量演算手段は各気筒毎の
タイミング発生毎に空燃比1g号を用いて谷気面毎の空
燃比補正量FAFI 、FAF3 、FAF4 、FA
FIを演算し、燃料噴射量補正手段は基本燃料噴射蓋τ
8′を各気筒毎の空燃比補正蓋FAF1.FAF3 、
FAF4 。
FAFIによシ補正する。そして、副燃料噴射実行手段
は各気筒毎の補正された燃料噴射量τ1 、τ3゜丁4
 、τ2をその気筒の吸気行程の所定タイミングにて副
燃料噴射弁よりi1射するものである。
実施例 第4図以降の図面により本発明の詳細な説明する。
始めに、本発明の原理を第4図、第5図を用いて説明す
る。第4図においては、機関の排気通路に各気筒共通に
設けられた02センサ出力の変化をクランク角(’CA
)をもとに図示しである。第4図に示すように、02セ
ンサ出力は、フィードバック制御によシ変化する低周波
数成分と、各気筒の非気行程に対応して断続的に変化す
る高周波数成金とからなることが分る。この高周波数成
分は、4気筒でおれば180°CA毎に変化し、6気筒
であれば120°CA毎に変化する。従って、高周波数
成分の周期毎に02センサ出力は各気筒の空燃比と示し
ていることになる。たとえば、第4図におハて、■、■
、■、■は、それぞれ、第4気筒の吸気行程、第2気筒
の吸気行程、第1気筒の吸気行程、第3気筒の吸気行程
を示している。不発りjにおいては、02センサ出力の
高周波数成分を取出した帯域フィルタ(BPF)出力を
02センサ出力の平均値(あるいはなました値)v8と
比較することによシ空燃比のリッチ、リーンの判別を行
っている。
また、0□センサ出力の高周波数成分のタイミングはク
ランク角センサのタイミングに対して、排気ガスがエキ
ゾーストバルブから02センサ取付部に流れる時間に依
存して変化する。この場合、排気ガス量は吸入空気重量
Gaに比例し、排気ガス量が多ければ多いほど排ガス流
速は大きくなう、エキゾーストバルブが開いてから02
センサ取付部のところへ流れる時間は短くなる。つまシ
、吸入空気重量が多いはどガス到達時間は短くなる。従
って、後述の第9図に示す特性をあらかじめめておけば
気筒判別タイミングは検出できる。
本発明に係る空燃比制御を第5図全参照して読切する。
第5図において、G720は720’CA毎に立下る信
号、G180は180°CA毎に立上る11!号であっ
て、後述のディストリビュータに設けられた回転角セン
サによって発生するものである。カウンタCNTCYL
は信号G720の立下シによってリセットされ、信号0
180によってカウントアツプされる。つ′!シ、カラ
/りCNTCYLは0→1→2→3→0→・・・を繰返
す。このとき、CNTCYL = 0は、第2気筒の排
気行程および第4気筒の吸気行程を示し、CN’J’C
YL = 1は、第1気筒の排気行程および第2気筒の
吸気行程を不し、CNTCYL = 2は、第3気筒の
排気行程および第1気筒の吸気行程を示し、CNTCY
L = 3は、第4気筒の排気行程および第3気筒の吸
気行程を示している。Dは副噴射弁による噴射信号を示
し、噴射は180°CA毎に実行されていることになる
。各噴射・fルス■、■、■、■による噴射燃料は、そ
れぞれ、第4fit1.第2気筒、第1気筒、第3気筒
に供給されることになる。なお、この噴射・やルヌの発
生タイミングは副噴射弁近傍の吸入空気速度が大きいと
きに発生することが分配の向上に役立つものである。
T2 、TI 、Tl 、T4はBPF出力が現われる
タイミングであυ、前述のごとく、第9図に示すマツプ
によってめられる。なお、これらのタイミングT2 +
 Tl + Tl + T4の基点は072011号の
立下りとする。
第6図は本発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置の一
実施例を示す全体概要図である。第6図においては、4
気筒機関を想定している。すなわち、機関本体1の各気
筒毎の分岐管2には主噴射弁3−1(3−2,3−3,
3−4)が設けられている。また、集合吸気管のたとえ
ばサージタンク4には副噴射弁5が設けられている。つ
まり、副噴射弁5は各気前共通である。6はエアフロー
メータで必って、吸入空気量を直接計測して吸入空気量
に比例したアナログ電圧の電気1可号を発生する。14
は吸気温センナでらって、吸入空気の温度に応じたアナ
ログ電圧の電気信号を発生する。
ディストリビュータ7には、その軸がたとえばクランク
角に換算して720°、30°回転する毎に角度位置信
号を発生する2つの回転角センサ8゜9が設けられてい
る。
機関の排気・gllには排気ガス中の酸素成分濃度に応
じた電気信号を発生する02センサ12が設けられてい
る。すなわち、この場合、0゜センサ12は各気筒共通
でおる。さらに、02セン−9−12の下流の排気′W
11には排気ガス中の39の有否成分IC,Co、NO
xを同時に浄化する三元触媒コンバータ13が設けられ
ている。
制御回路10は、エアフローメータ6.02センサ12
、回転角センサ8,9の各信号を処理して主1%射升3
−1〜3−4.副噴射弁5の制御等を行うものであって
、たとえばマイクロコンピュータによシ構成されている
第7図Vii6図の制御回路10の詳細なブロック回路
図である。第7図において、エアフローメータ6および
吸気温センサ14の各アナログ1g号はマルチプレクサ
101を介して〜勺変換器102に供給されている。ま
た、0゜センサ12のアナログ信号は帯域フィルタ10
3と積分回路104に供給されている。帯域フィルタ1
03は第4図に示す0□センサ出力におけるフィードバ
ック制御による低周波成分を取除くと共に気筒毎のガス
の変動による高周波ノイズをも取除く。積分回路104
は第4図における比軟基準電圧■8を発生する。帯域フ
ィルタ103および積分回路104の各出力信号はマル
チブレフサ101を介してA/D変換器102に供給さ
れる。
回転角センサ8,9の各ノルス信号は割込み要求信号お
よび基準タイミング信号を発生するだめのタイミング発
生回路105に供給されている。
さらに、回転角センサ9の・ぞルス信号は回転速度形成
回路106を介して入力インターフェース1070所定
位置にI#給される。回転速度形成回路104は、30
°CA毎に開閉制御されるr−ト、およびこのダートを
通過するクロック発生回路110のクロック信号CLK
のパルス数を計数するカウンタから構成され、従って、
機関の回転速度に反比例した2通信号が形成されること
になる。
108はタイマたとえはダウンカウンタであυ、時間が
セットされた後にりaツク発生回路110のクロック信
号CLKを計数し、タイムアツプしてそのキャリアウド
端子が1”となって割込み信号をCPU109に発生す
るものである。
FLOM112には、メインルーチン、後述の割込みル
ーチン等のグログラム、これらの処理に必要な種々の固
定データ、定数等が予め格納されている。
ラッチ回路114−1、ダウンカウンタ115−1.7
リツゾフロツグ116−1、および駆動回路117−1
は主噴射弁3−1〜3−4に対して設けられ、ラッチ回
路114−2、ダウンカウンタ115−2、フリップフ
ロラ7’116−2、および駆動回路117−2は副の
噴射弁5に対して設けられている。たとえば、副噴射弁
5の噴射量データTが演算されると、このデータTは出
力インターフェイス113を介してラッチ回路114−
2にセットされる。次いで、所定時間後の噴射開始タイ
ミングにて噴射開始信号(ストローブ信号)S2が発生
すると、う、子回路114−2のデータがダウンカウン
タ115−2にプリセットされると同時に、フリラグフ
ロップ116−2がセットされる。この結果、駆動回路
117−2が動作して副噴射弁5が付勢される。この間
、ダウンカウンタ115−2#′iクロツク計数を行い
、最後にダウンカウンタ115−2のキャリアウド端子
″1”レベルとなると、フリツノフロラf116−2が
リセットされて駆動回路117−2は副噴射弁5の付勢
を停止する。つまシ、上述の燃料噴射時間Tだけ副噴射
弁5は付勢され、従って、燃料噴射時間に応じた量の付
加的燃料が機関本体1の燃焼室に送込まれることになる
第8図、第10図〜第12図を参照して第6図の制御回
路の動作を説明する。
第8図のルーチンは気筒判別タイミングを演算するため
のものであって、そのスタートステップ801はたとえ
ばクランク角720aCA毎にスタートする。ステップ
802では、エアフローメータ6の吸入空気量データQ
および吸気温センサ14の吸気温データTHAを取込み
、ステラf803において、Q 、 THAにもとづい
て吸入空気重量Gaを演算する。ステラf804では、
吸入空気重量Gaにもとづいて第9図に示す1次元マツ
プによりタイミングT2 、TI r T3 r T4
をめる。つまり、この場合、 ΔT、=’l’、−’l’2 Δ’r、=T3−’rl Δ’l’3−で4−’p3 の6値は各気筒のイグゾーストバルプと02センサ12
との距離の相異のために異なる。ステップ805では、
時間T2をタイマ108にセットして、ステップ806
にてこのルーチンは終了する。
このように、第8図のルーチンによりてTZ+Tl +
 ’ra + T4が演算されると、後述のごとくタイ
マ108には、T2 、ΔTl、ΔT2 +ΔT3が7
1次セットされ、従って、タイミング2 ’rt (=T2 +ΔT+) T3 (=TI +ΔT2) T4 (=T3+ΔT3ン がセットされることになる。
第10図のルーチンは副噴射弁5の燃料噴射量のフィー
ドバック補正量演算を行うものであって、そのスタート
ステラ7’1OO1はタイマ10Bのタイムアツプによ
りスタートする。ステップ1002では、カウンタCN
TCYL= 0か否か全判別する。
初期設定としてCNTCYLはクリアされている。従っ
て、第2気尚の排気行程中であるのでフローはステップ
1003に進み、第2気筒用の空燃比補正J!tFAF
 2をFAFとしてステップ1004にてフィードバッ
ク補正演算を行う。このフィードバンク補正演算は第1
1図のルーチンにて行われる。
すなわちステップ1101において、帯域フィルタ10
3および積分回路104よ)空燃比信号を取込んで、上
述のごとく、比較演算することによシ機関の現在の空燃
比がリッチであるかり−ンでおる炉を判別する。リッチ
であればステップ1102に進んで空燃比補正址FAF
から一定値aを減算する。すなわち、FAF 4− F
AF −aとする。他方、リーンであればステラ7”1
103に進んで空燃比補正址FAFに一定値すを加算す
る。すなわち、FAF←FAF+bとする。空燃比フィ
ードバック制御時にはステップ1102.1103のい
ずれかが実行される。従って、空燃比補正量FAFは時
間に関して積分されることになる。ステラfl105に
てこのルーチンtよ終了する。
第10図に戻ると、上述のごとくフィードバック補正演
算された空燃比補正jtLFAFをFAF 2 Jし、
ステップ1006にてRAMIIIに格納する。ステラ
f1007では、次のタイマ割込みタイミングすなわち
ΔT+ (=TI T2 ) を演算してタイマ108
にセットしてステソノ1o23にてこのルーチンは終了
する。
次に再びタイマ108によるタイマ割込みが発生して第
10図のルーチンが実行されると、この間にカウンタC
NTCYLは+1歩進されてCNTCYL=1であるの
で、7a−はステップ1001 。
1002.1008がらステy f 1009に進む。
つまシ、第1気筒の排気行程中であるのでフローはステ
ップ1009に進み、第1気筒用の空燃比補正量FAF
 1をFAFとしてステップ1oioにてフィードバッ
ク補正演算を行う。
ステップ1011ではフィードバック補正演算された空
燃比補正量FAFをFAF 1とし、ステップ1002
にてRAMIIIに格納する。そして、ステップ101
3では、次のタイマ割込みタイミングすなわちΔT2 
(=Ts −Tt X″演算てタイマ108にセットし
てステップ1023にてこのルーチンは終了する。
さらに再びタイマ108によるタイマ割込みが発生して
第10図のルーチンが実行されると、この間にカウンタ
CNTCYLはさらに+1歩進されてCNTCYL =
 2であるので、フローはステップ1001゜1002
.1008.1014からステソノ1015に進む。つ
まυ、第3気筒の排気行程中であるのでフローはステツ
ノ1015に進み、第1気尚用の空燃比補正量FAF 
3を、FAFとしてステソノ1016にてフィードバッ
ク補正演算を行う。
ステラ、7Dl 017ではフィードバック補正演算さ
れた空燃比補正1FAFをFAF 3とし、ステソノ1
018にてRAM 111に格納する。そして、ステッ
プ1019では、次のタイマ割込みタイミングすなわち
ΔTs(−T4Ts )を演算してタイマ108にセッ
トしてステップ1023にてこのルーチンは終了する。
嘔らに再びタイマ108によるタイマ割込みが発生し′
″c第10図のルーチンが実行されると、この間にカウ
ンタCNTCYLはさらに+1歩進されてCNTCYL
 = 3でちるので、フローはステップ1001 。
1002.1008.1014からステラ7’1O19
に進む。つまシ、第4気筒の排気行程中であるのでフロ
ーはステラflo19に進み、第4気筒用の空燃比補正
量FAF 4 tl−FAFとしてステップ1020に
てフィードバック補正演算を行う。
ステップ1021ではフィードバック補正演算された空
燃比補正量FAFをFAF 4とし、ステップ1022
にてRAM111に格納する。そして、ステラf102
3にてこのルーチンは終了する。
このようにして、空燃比補正量FAF2 、 FAFI
 。
FAF 3 、 FAF 4の演算は終了する。この空
燃比補正量は第12図のルーチンにて副噴射弁5による
付加的燃料噴射実行に用いられることになる。
第12図のスタートスチンf1201は所定クランク角
たとえば180°CA毎にスタートする。
ステップ1202では、吸入空気蓋データQおよび回転
速度データN。を取込み、ステップ1203では、Q 
r Neにもとづく2次元マツプによシ基本噴射搬τ8
を演算する。ステップ1204では、主噴射弁3−1〜
3−4と副噴射弁5の所定噴射比に応じて副噴射弁5に
よる燃料噴射の基本噴射意τdが演算される。次いで、
ステップ1205〜1207カウンタCNTCYLの値
が判別される。
CNTCYL = 0であれば、第4気筒の吸気行程で
おるのでステラ7’1205からステップ1208に進
み、副噴射弁5による噴射tτ、が τ8←τ; −FAF 4・K十τ ただしKは他の運転状態・♀ラメータによる補正量、τ
は無効時間である、によシ演算され、CNTCYL =
 1であれば、第2気筒の吸気行程であるのでステップ
1206からステップ1209に進み、副噴射弁5によ
る噴射量τ8が τ8←τ、’ −FAF 2・K十τ により演算され、CNTCYL = 2でちれば、第1
気筒の吸気行程であるのでステップ1207からステッ
プ1210に進み、副噴射弁5による噴射量τ8が τ8←τ; −FAF 3・K+τ7 によシ演算され、ステップ1212にてτBをラッチ回
路114−2にセットしてステツノ1213にてこのル
ーチンは終了する。
このように、τ8がランチ回路114−2にセントされ
ると、所定タイミングにて発生ずる噴射開始信号S2に
よシラッチ回路114−2のデータはダウンカウンタ1
15−2にセットされて噴射が実行されることになる。
なお、主噴射弁3−1〜3−4による燃料噴射はステッ
プ1203にて演算された値τ3をもとに演算された童
が図示しないルーチン、この場合、360oCA毎に実
行されるルーチンにおいて噴射されることになる。
また、上述の実施例では空燃比補正fi FAF 1〜
FAF 4のフィードバック補正を各気面毎のタイマ割
込み時に1回しか行っていないが、回転速度と負荷、あ
るいは吸入空気重量01等によりブロックを作シ、グロ
ック毎に係数を持ってもよいし、FAF 1〜FAF 
4をバラファツジメモリに記憶し、学習すればよシ精密
な制御ができる。
発明の詳細 な説明したように本発明によれば、副噴射弁による噴射
量を各気筒毎に補正しているので、空燃比分配が改善で
き、従って、出力性能の向上ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は吸気温対出力トルク、吸入空気重量特性を示す
グラフ、第2図は空燃比対出力トルク特性を示すグラフ
、第3図は本発明の詳細な説明するだめの全体グロック
図、第4図、第5図は本発明の詳細な説明するだめのタ
イミング図、第6図は本発明に係る内燃機関の燃料供給
制御装置の一実施例を示す全体概要図、第7図は第6図
の制御回路10の詳細なブロック回路図、第8図、第1
0図、嬉11図、第12図は第6図の制御回路10の動
作を説明するだめのフローチャート、第9図は第8図の
ステップ804に用いられる1次元マツプを示すグラフ
である。 に機関本体、3−1〜3−2二主燃料噴射弁、5;副燃
料喧射弁、6;エアフローメータ、8゜9:回転角セン
サ、10:制御回路、12:02センサ、14:吸気温
センサ。 特許出願人 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1図 第2図 (リッチ)A/F (リーン) ”)rs 8図 第9図 小 G。 大

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、各気筒毎に設けられた主燃料噴射弁に加えて吸気通
    路の上流部に前記各気筒共通に設けられた副燃料噴射弁
    を具備する内燃機関において、該機関の所定運転状態パ
    ラメータに応じて前記副燃料噴射弁の基本燃料噴射tを
    演算する基本燃料噴射量演算手段、前dピ機関の排気ガ
    ス中の特定成分一度を検出して該機関の空燃比のリッチ
    、リーンに応じて空燃比信号を発生する空燃比信号発生
    手段、前記各気筒の排気ガスが前記空燃比信号発生手段
    に到達する前記谷気筒毎のタイミングを発生する気筒判
    別タイミング発生手段、前記各気筒のタイミング発生毎
    に前記望燃比信号の高周波数成分ヶ用いて前記各気筒毎
    の空燃比補正量を演算する空燃比補正波演算手段、前記
    基本燃料噴射量を−j記各党尚毎の空燃比補正波により
    補正する燃料噴射Jt袖正正手段および、前記各気筒毎
    の前記補正された燃1−+噴射量をその気筒の吸気行程
    Q所矩タイミングにて前記副燃料噴射弁より噴射する副
    燃料噴射実行手段を具備することを符畝とする内燃機関
    の燃料供給制御装置。 2、前記空燃比信号の高周波数成分はSat記谷気筒の
    排気行程の変化に対応する特許請求の範囲第1項に記載
    の燃料供給制御装置。
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