JPS61200349A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JPS61200349A
JPS61200349A JP3883985A JP3883985A JPS61200349A JP S61200349 A JPS61200349 A JP S61200349A JP 3883985 A JP3883985 A JP 3883985A JP 3883985 A JP3883985 A JP 3883985A JP S61200349 A JPS61200349 A JP S61200349A
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JP
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air
cylinder
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pressure
fuel ratio
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JP3883985A
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Kuniaki Sawamoto
沢本 国章
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、内燃機関に供給する混合気の空燃比を制御す
る内燃機関の制御装置に関する。
[発明の概要] 本発明は、内燃機関に供給する混合気の空燃比を制御す
る内燃機関の制御装置において、各気筒の機関のシリン
ダ内圧力と負荷とを検出し、そのシリンダ内圧力値を負
荷値で正規化した値から各気筒の空燃比を最適空燃比(
LBT)とするようにフィードバック制御することによ
り、部品のバラツキや経時変化に対しても常に最高トル
クを得ることが出来、かつトルク不足になったり動作不
安定になる恐れがなくなるようにしたものである。
[従来技術] 従来の内燃機関の制御装置としては、例えば第2図に示
すようなものがある。ここで、1はエアクリーナ、2は
エアフローメータ、3はスロットル弁、4は吸気マニホ
ールド、5はシリンダ、6は水温センサ、7はクランク
角センサ s i−+ nb気マニホールド、9は排僚
センサ、101λ撫料噴則弁、および11は点火プラグ
である。
本図に示すように、燃料はフューエルタンク31からフ
ューエルポンプ32に吸入圧送され、ツユ一二ルダンパ
33により脈動が押えられ、フューエルフィルタ34に
より、ごみや水分が取り除かれ、プ゛レシャレギュレー
タ35により圧力が一定にされ、燃料噴射弁10に供給
される。37は寒冷地の始動性を良くするために燃料を
噴射するコールドスタートバルブである。また、エアク
リーナ1を通った空気は、エアフローメータ2により計
量され、スロットル弁3により流量が制御され、リスマ
ニホールド4を経て燃料噴射弁10により燃料と混合(
混合気)され、シリンダ5に送り込まれる。この混合気
をシリンダ5で圧縮し、適当な時期に点火プラグ11で
点火する。排気ガス1士排気マニホールド8と不図示の
浄化装置を通って大気中に故山される。9は排気ガス成
分濃度(例えば、酸素濃度)を検出する排気センサであ
る。
6は機関の冷却水温を検出する水温センサ、7は機関の
クランク軸の回転角度を検出するディストリビュータ内
蔵のクランク角センサ、38は点火装置、38は機関に
供給する混合気の空燃比と点火時期を制御ilする制御
装置である。
クランク角センサ7は、例えばクランク角の基準位置(
4気筒機関では1800毎、6気筒機関では120°毎
)に基準位置パルスを出力し、また単位角度毎(例えば
2°毎)に単位角パルスをlji力する。そして、制御
装置39内において、この基準位置パルスが入力された
後の単位角パルスの数を計数することによってその時の
クランク角を知ることが出来る。また、単位角パルスの
周波数または周期を計測することによって機関の回転速
度を知ることも出来る。
制御装置38は、例えば(EPU、RAM、ROM、入
出力インターフェイス等からなるマイクロコンピュータ
で構成され、」−述のエアフローメータ2から与えられ
る吸入空気量信号S1、水温センサ6から与えられる水
温信号S2、クランク角センサ7から与えられるクラン
ク角信号S3.排気センサ8から与えられる排気信号S
4及び図示しないバッテリ電圧信号やスロットル全閉ス
イッチの信号等を入力し、それらの信号に応じた演算を
行って機関に供給すべき燃料噴射量、または燃料噴射弁
10の開弁時間を算出し、噴射信号S5を出力する。こ
の噴射信号S5によって燃料噴射弁10が各気筒毎に機
関2回転につき1度作動し、機関に所定量の燃料を供給
する。
上述の制御装置38内における燃料噴射量(燃料噴射時
間)Tiの演算は、例えば次の式によって行われる(例
えば日産技術解説書1979 ECC5L系エンジンに
記載)。
Ti=Tp  X  (1+   Ft  +KMR/
100)  X  β +  Ts−(1)上述の(1
)式において、Tpは基本噴射量(甚大開弁時間)であ
り、例えば1回転当りの吸入空気量をQ、機関の回転速
度をN、定数をKとした場合に’rp=に@Q/Nの演
算で求められる。またF。
は機関の冷却水温に対応した補正係数であり、例えば第
3図に示すように冷却水温度が低いほどすきな値となる
また、KMRは、高負荷時における補正係数であり、例
えば第4図に示すように基本噴射量Tpと機関回転速度
Nとに応じた値として予めデータテーブルに記憶されて
いた値からテーブルルックアップによって読み出して用
いる。またTsはバッテリ電圧による補正係数であり、
燃料噴射弁lOを駆動する電圧の変動を補正するための
係数であり、例えばバッテリ電圧をVe 、定数をa、
bとした場合にTS =a+b(14−VB )で求め
られ、第5図に示すようにバッテリ電圧が低いほど大き
な値となる。
また、βは排気センサ8からの排気信号S4に応じた補
正係数であり、このβを用いることによって混合気の空
燃比を所定の値、例えば理論空燃比14.8近傍の値に
フィードバック制御することが出来る。
ただし、この排気信号S4によるフィードバック制御を
行っている場合には、常に混合気の空燃比が一定の値と
なるように制御されるので、上記の冷却水温による補正
や高負荷による補正が無意味になってしまう。そのため
、この排気信号S4によるフィードバック制御は、水濡
による補止係数Ftや高負荷における補正係数KMRが
0の場合のみ行われる。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、このような従来の制御装置においては、
排気センサの信号に応じたフィードバック制御は行って
いるが、高負荷条件による補正は基本噴射量と回転速度
、すなわち吸入空気量と回転速度とによって決定される
ような構成となっており、その補正は全くオープンルー
プ制御で行われている。
そのため、エアフローメータや燃料噴射弁等のバラツキ
や経時変化等によって、最初にマツチングした最適空燃
比(LBT・−Leanest Mixture fo
rBest Torque 、発生トルクを最大にする
ための空燃比であり、前記の排気センサ信号による空燃
比のフィードバックの値とは異なった値となっている)
からずれることが予想され、改善の余地があつた・ また、上述の燃料制御は全気筒−律に行われており、各
気筒毎の最適な制御が行われるものではなかった。
本発明は上述のような従来技術の問題点を解決する事を
目的としている。
[問題点を解決するための手段] 」二連の本発明の目的を達成するために、本発明におい
ては、各気筒の機関のシリンダ内圧力と負荷とを検出し
、そのシリンダ内圧力値を負荷値で正規化した値から各
気筒の空燃比をLBT (最適空燃比)にするようにフ
ィードパ・ンク制御するように構成している。
第6図は、クランク角とシリング内圧力の関係を示し、
また第7図は空燃比と発生トルクとの関係を示し、一定
回転数(例えば2000rP11)でスロットル弁全開
の条件における値を示している。
第6図から判るように、最高トルクの得られる点火時期
条件(MBT)ではシリンダ内圧力は圧縮り死点(TD
C)後10°乃至20°、すなわチ10°〜2o0AT
DCにおいて最古となる。また、その最す値は、空燃比
A/Fに応じて変化し、A/F=134−)近で最大と
なる。
また第7図から判るように、機関の発生トルクもA/F
=13付近で最大となり、これをLBTと呼んでいる。
従って、シリンダ内圧力を最古にするようにフィードバ
ック制御すれば高負荷時におけるA/Fを常にLBTに
制御することが出来る。
次に、第1図は、本発明の構成を示すブロック図である
。第1図において、a1〜a6は機関の各気筒のシリン
ダ内圧を検出する検圧手段であり、例えば後述の第8図
のシリンダ内圧センサ13A〜13Fである。また、b
は機関のクランク角を検出するクランク角検出手段であ
り、例えば、後述の第8図のクランク角センサ7である
。また、Cは機関の負荷を検出する負荷検出手段であり
、例えば、第8図のエアロフロメータ2である。なお、
この負荷検出手段Cとしては、吸気管圧センサやスロ・
ントル弁開度センサ等も適用できる。
また、dは、演算手段であり、例えばマイクロコンピュ
ータで構成されており、検圧手段81〜a6とクランク
角検出手段すと負荷検出手段Cとの信号から各気筒の1
回の点火サイクル内におけるシリンダ内圧を代表する値
Pと、機関の負荷に相当する値Tpとを算出し、次にこ
の両者の比P/TPを算出し、その比P/Tpを最大と
するように空燃比を制御する空燃比制御信号を出力する
」二連の負荷の値Tpとしては、燃料噴射装置付機関の
場合は、基本燃料噴射量を用いることができ、また吸気
管圧や絞弁開度を用いることもできる。また、上述の圧
力値Pは、例えば所定クランク角度(例えば15°AT
DC)でのシリンダ内圧pb、またはシリンダ内圧の最
大値Pmまたは図示平均有効圧力P1である。
また、eは混合気調量手段であり、上述の演算手段dか
ら与えられる空燃比制御信号に応じて機関に供給する燃
料(混合気)を制御するものである。この混合気調量手
段eは、例えば第8図における燃料噴射弁(インジェク
タ)10である6[作用] 本発明では、所定のクランク角(例えば、15゜ATD
C)でのシリンダ内圧力値を負荷値で正規化した値に応
じて各気筒の空燃比を制御するように構成しているので
空燃比を常にLBTに制御することが可能となる。
[実施例] 以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。
第8図は、本発明の一実施例を示す。
第8図ニオイテ、13 (13A 、 13B 、 1
3G 、130゜13E、13F )はシリンダ内圧力
を検出する圧力センサであり、図示されてはいないが各
気筒に取付けられている。この各圧力センサ13A〜1
3Fは、電圧素子を座金状に成形したもので、点火プラ
グ11の座金として用いられており、シリンダ内圧力の
変化を電気信号として取り出すものである。
また、制御装置15は例えばメモリ等を有するマイクロ
コンピュータで構成されており、エアフローメータ2か
ら与えられる吸入空気量信−5si。
水!晶センサ6から与えられる水温信号S2、クランク
角センサ7から与えられるクランク角信号S3、排気セ
ンサ8から与えられる排気信号S4及び圧力センサ13
から与えられる圧力信号86等を入力し、所定の演算を
行って噴射信号S5を出力し、それによって燃料噴射弁
10を制御する。その他、第2図と同符号は同一物を示
す。
次に、第9図は、圧力センサ13の一例を示し、(A)
は正面を示し、(B)は断面を示す。
第8図において、13aはリング状の圧電素子、13b
はリング状のマイナス電極、+3cはプラス電極である
また第10図は、−上述の圧力センサ13の取付は状態
を示し、この圧力センサ13はシリンダヘッド14に点
火プラグ11によって締付けられて取イ1けられている
次に、制御装置15内における演算処理の内容について
説明する。
第11図は、制御装置15内における演算の一実施例を
示すフローチャートである。
第11図において、PO,PI、P2.P3・・・は制
御装置15内ノブログラムメモリにあらかじめ格納した
処理手順の各ステップを示す。まず、POでクランク角
センサ信号S3からエンジン回転数Nおよびエアフロメ
ータ信号S1から吸入空気量Qaを読込む。
次に、Piでは上述の読み込んだNとQから基本燃料噴
射量Pt=K −Q/N(但し、Kは定数)を演算する
。次のP2でクランク角センサ7からクランク角を読込
み、続<P3で現在爆発している気筒(m番気筒)を判
別する。
次に、Piでは、クランク角が圧縮上死点後15°であ
るか否かを判定する。
この圧縮上死点後15°(15°ATDC)という値は
、前述の第6図から判るようにシリンダ内圧力が最大と
なるクランク角の値であり、10°乃至20°付近の値
を用いれば良い。
PiでNO(否定判定)の場合には、P2に戻り、再び
上述の操作を繰り返す。
PiでYES (肯定判定)の場合には、Pbに行き、
その時のシリンダ内圧力、即ち圧縮上死重後15°にお
けるシリンダ内圧力pbを圧力センサ13の圧力信号S
8により測定して記憶する6次に、P6では、上述のp
bとptの比、即ちPb/ptを演算して記憶する。
なお、第11図のフローチャートの全体の演算は1点火
サイクル毎に1回繰り返されるものであり、P6の(P
b/Pt)nの添字。は今回の演算における値である事
を示している。
次に、P7では、上述の今回の演算における値(Pb/
Pt)nと (Pb/Pt)n−r 即ち前回の演算に
おける値との大きさを比較する。
P7で今回の演算における値の方が大きかった場合には
、P8に行き、リッチフラグが1か否かを判断する。
このリッチフラグは空燃比をリッチ化、即ち濃くしてい
る場合には1であり、リーン化即ち薄くしている場合に
は零である。
P8でYESの場合には、P8へ行き、空燃比補正係数
αをα=α+Δαとする。
即ち、空燃比をリッチ化している状態においてPb/P
tの値が増加している場合には、さらに空燃比をリッチ
の方向に変化させるようにする。P8でNOの場合には
、PIOに行き、αをα=α−Δαとする。
即ち、空燃比をリッチ化している時にPb/Ptが減少
している場合には、空燃比をリーン化するように制御す
る。
一方、PlでNOの場合には、pHに行き、リッチフラ
グが1か否かを判定する。
FilでYESの場合には、Pl2に行き、リッチフラ
グを零にした後、Pl3でα=α−Δαとする。
即ち、空燃比をリッチ化している時に、Pb/Ptが減
少している場合には、空燃比をリーン化する必要がある
ので、Pl2でリッチグラフを零にした後、Pl3でα
を一定量Δαだけ減、少させる。
FilでNOの場合には、Pl4へ行き、リッチフラグ
を1にした後、Pl5でα=α+Δαにする。
即ち、空燃比をリーン化している時にPb/Ptが減少
している時には、空燃比をリッチ化する必要があるので
、リッチグラフを1にした後、αをΔαだけ増加させる
ように制御する。
次にPl6では、機関の冷却水温に対応しだ補止係数F
tとバッテリ電圧に対応した補正係数Tsとを従来例で
前述したようにして算出する。さらに、Pl7で高負荷
時における補正係数KMRを第4図のような表からテー
ブルルックアップする。次にPl8では−し述のように
して算出した空燃比補止係数αを用いて、燃料噴射量 Tim =Tp(1+Ft+ KMR/ 100) α
+Tsを演算してその演算結果を噴射信号S5として燃
料噴射弁lOに出力する。なお、Timの添字mはm番
気筒の燃料噴射弁10を示し、m番気筒の燃料噴射弁l
Oを駆動することを意味する。
このように第11図の制御手順においては、各気筒毎の
シリンダ内圧が最大値となると思われるクランク角にお
けるシリンダ内圧伊Pbを負荷に相当する基本燃料噴射
量ptで正規化した値(Pb/Pt)。
が最大となるように空燃比を制御することができる。こ
れによって全気筒に対してそれぞれ最適空燃比LBTを
実現する事が出来る。
第12図には、本発明の他の実施例の制御手順を示すフ
ローチャートである。
この実施例では、各気筒の機関のシリンダ内圧の最大値
Pmを基本燃料噴射量ptで正規化した値(Pm/Pt
 )nを最大として各気筒のLBT (最適空燃比)を
実現する。まず、POにおいてクランク角センサ7のク
ランク角信号S3とエアフロメータ2の吸入空気量信号
S1とから得られるエンジン回転数Nと吸入空気量Qa
とを読込む。次に、Plで基本燃料噴射量ptをPt=
K @Q/Nの式により演算する。
次に、P2でクランク角センサ7のクランク角信号S3
によりクランク角度を読込む。さらに、P3で、このク
ランク角信号S3から気筒の判別を行い、現在爆発行程
の気筒がとの気筒であるかを判定する。
次にP2Oに移行して、各クランク角におけるシリンダ
内圧Pを測定して内部メモリに記憶する。
次に、P21では、いままでに測定したシリンダ内圧力
の最大値Pmと今回油1定したPとを比較する。
なお、最大値Pmの初期値としては、上述のptの値を
用いる。
P21でYES (肯定判定)の場合には、P22に行
き、新しいPを最大値Pmとして記憶する。
P21でNo(否定判定)の場合には、直ちにP23に
行く。
P23ではクランク角が圧縮上死点40°であるか否か
を判定する。
P23でNOの場合には、P2Oに戻り、上述の演算を
繰り返す。
P23でYESの場合には、P24に行き、それまでに
求められたPmの値とptとの比を演算して記憶する。
即ち、圧縮上死点TDCから圧縮上死点後40°までの
範囲におけるシリンダ内圧力の最大値Pmの値を、圧縮
上死点におけるシリンダ内圧力ptで正規化した値(P
m/Pt)nが求められる。
次にP25では、今回の演算における値(Pm/Pt)
nと前回の演算における値(Pm/Pt)n−0との大
小を比較する。
それ以降のP8乃至Pt8の演算は、前述の第11図と
同様である。
上述のように、第12図の演算においては、圧縮上死点
TDCから圧縮上死点後40°までの範囲におけるシリ
ンダ内圧力の実際の最大値Pmを求めているので、前述
の第11図の演算の場合よりも正確な制御を行うことが
出来る。
次に、第13図は本発明の第3の演算手順を示す実施例
のフローチャートである。
第13図において、POからP3までは、前述の第11
図と同様である。
次に、P2Oで角クランク角におけるシリンダ内圧力P
を測定して内部メモリに記憶する6次に、P2Oにおい
ては、その時のクランク角が排気下死点BDCであるか
否かを判定する。
P2OでNOの場合には、Plに戻り、再び一ト述の操
作を繰り返す。
P2OでYESの場合には、P31に行き、図示平均有
効圧力Piを演算する。
この図示平均有効圧力Piは、lサイクル中に燃焼ガス
がピストンにする仕事を行程容積で割った値であり、各
ランク角におけるシリンダ内圧力をP、クランク角が単
位角度(例えば1°)変化する毎の行程容積の変化分を
ΔV9行稈容積を■とした場合にPi=Σ(P×ΔV)
/Vで求められる。
次に、P32で上述のPiとptとの比Pi/Ptを演
算して内部メモリに記憶する。
次にP2Oでは、今回の値(Pi/Pt)nと前回の値
(Pi/Pt)n−0どの大小を比較する。
それ以後のP8乃至Pt8の演算は、前述の第11図の
場合と同様である。
上述のように第13図の演算においては、各気筒毎の図
示平均有効圧力Piを機関の負荷を代表する圧縮上死点
におけるシリンダ内圧力ptで正規化した値が最大とな
るように空燃比を補正するように制御するので、各気筒
の最適空燃比LBT条件を正確に実現することができる
なお、第8図の実施例においては、シリンダを1個のみ
表示しているが、多供筒機間の場合には上述の説明から
して各気筒にlfv付けた圧力センサの信号に応じて各
気筒毎に燃料哨肘冊を補正するのは明らかである。また
、これまでの説明では、混合気調量装置として燃料噴射
弁を用いた場合のみを説明したが、気化器を用いた場合
においても同様に制御することが可能である。
[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明によれば、各気筒に取
付けたシリンダ内圧力センサを用いてシリンダ内圧力を
検出し、その値からシリンダ内圧力の最大値や図示有効
平均圧力等を求め、その値を負荷で正規化した値が最大
となるように各気筒毎に空燃比をフィードバック制御す
るように構成しているので、機関の構成部品のバラツキ
や経時変化あるいは環境条件の変化等があっても各気筒
毎に常に最適空燃比(LBT)を実現できるので、常に
最高トルクを得ることが出来、またトルク不足になった
り動作不安定になるという虞れがなくなる等の優れた効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成要素および機能を示すブロク図、 第2図は従来装置の一例を示す内部構成図、第3図は水
温増量補正係数Ftの特性図、第4図は高負荷補正係数
KMRのテーブルを示す説明図、 第5図はバフテリ電圧補正係数Tsの特性図、第6図は
クランク角とシリンダ内圧力の関係を示す特性図、 第7図は空燃比A/Fとトルクの関係を示す特性図、 第8図は本発明の一実施例を示す内部構成図、 第8図(A)は本発明に用いるシリンダ内圧センサ(圧
力センサ)の−例を示す平面図、第9図(B)はそのX
−X線に沿って切断した縦断面図、 第10図はその圧力センサの取付状態を一部断面で示す
正面図、 第11図は本発明の演算の第1牢施例を示すフローチャ
ート、 第12図は本発明の演算の第2実施例を示すフローチャ
ート、 第13図は本発明の演算の第3実施例を示すフローチャ
ートである。 1・・・エアクリーナ、 2・・・エアフローメータ、 3・・・スロットル弁、 4・・・吸気マニホールド、 5・・・シリンダ、 6・・・水温センサ、 7・・・クランク角センサ、 8・・・排気マニホールド、 9・・・排気センサ、 10・・・燃料噴射弁、 11・・・点火プラグ、 13・・・圧力センサ、 14・・・シリンダヘッド、 15・・・制御装置、 Sl・・・吸入空気量信号、 S2・・・水温信号、 S3・・・クランク角信号、 S4・・・排気信号、 S6・・・圧力信号。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 各気筒毎のシリンダ内圧力を検出する検圧手段と、 クランク角を検出するクランク角検出手段と、機関の負
    荷を検出する負荷検出手段と、前記検圧手段の信号と前
    記クランク角検出手段の信号と前記負荷検出手段の信号
    とから各気筒の1回の点火サイクル内における特定のシ
    リンダ内圧力データpと負荷Tpとの比P/Tpを算出
    し、このP/Tpを最大とするように空燃比を制御する
    空燃比制御信号を各気筒毎に出力する演算手段と、 前記空燃比制御信号に応じた混合気を各気筒毎に機関に
    供給する混合気調量手段とから成ることを特徴とする内
    燃機関の制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63174548U (ja) * 1987-03-13 1988-11-11
JPH02238144A (ja) * 1989-03-10 1990-09-20 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関の燃料制御装置

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