JPS6338647A - 空燃比制御装置 - Google Patents

空燃比制御装置

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JPS6338647A
JPS6338647A JP18230786A JP18230786A JPS6338647A JP S6338647 A JPS6338647 A JP S6338647A JP 18230786 A JP18230786 A JP 18230786A JP 18230786 A JP18230786 A JP 18230786A JP S6338647 A JPS6338647 A JP S6338647A
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JP
Japan
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air
fuel
fuel ratio
sensor
control
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JP18230786A
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English (en)
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Yukimasa Kai
志誠 甲斐
Toyoaki Nakagawa
豊昭 中川
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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、自動車等エンジンの空燃比を制御する装置に
関する。
(従来の技術) 近時、自動車エンジンに対する要求が高度化しており、
排出ガス低減、高出力、低燃費等の互いに相反する課題
について何れも高レベルでその達成が求められる傾向に
ある。
これらの課題に対応するため超希薄空燃比下における燃
焼制御が試みられており、例えばそのようなものとして
は「内燃機関 23巻12号41984年10月号 3
3〜40頁 山海堂発行に記載の希薄燃焼装置がある。
この装置では、リッチからリーンまで空燃比を広範囲に
検出可能なリーンセンサの出力に基づいて超希薄空燃比
下域まで空燃比のフィードバンク制御を行って上記要求
を達成しようとしている。この場合、定常走行において
は理論空燃比一定の特性と異なり、一部の加速領域にお
いてもリーンな空燃比を目標値としている。例えば、通
常の加速域では空燃比22.5、定常走行域では空燃比
21.5、アイドリング時は空燃比15.5としている
。また、全負荷状態では出力空燃比12〜13を用い車
両動力性能を確保しようとする。このようなリーン空燃
比に移行するにつれてNOxは極めて減少する傾向にあ
り、近時におけるNOxエミツションの低減化に沿うも
のである。しかし、一方において、排出ガス規制を満足
するためのNOxの排出レベルと許容できるトルク変動
レベルの両者を満足できる空燃比適合可能領域は狭く、
精密な空燃比制御が必要となっている。したがって、そ
のような精密な制御を行うため、いわゆるP。
T、D(比例、積分、微分)制御により空燃比がフィー
ドバック制御されている。(発明が解決しようとする問
題点) しかしなから、このような従来の空燃比制御装置にあっ
ては、常にP、1.D制御を行う構成となっていたため
、例えばフュエルカットリカバー(燃料噴射再開)直後
においてはリーンセンサの出力がリーン値を示すので、
その値に基づいてP。
1、D制御を開始すると1 (積分)分の制御量が増大
する傾向にある。その結果、目標値に対して過剰にリン
チ側に制御され、排気エミッションの悪化を招くととも
に、燃費の向上という面で近時の要求に沿い■い。
(発明の目的) そこで本発明は、リカバー後の所定時間はP。
1、D制御IにおけるI (積分)分の制御を停止する
ことにより、リカバー直後の過剰なリッチ化を抑制して
、排気エミッションの悪化を防止するとともに、燃費向
上を図ることを目的としている。
(問題点を解決するだめの手段) 本発明による空燃比制御装置は上記目的達成のため、そ
の基本概念図を第1図に示すように、排気中の酸素濃度
から空燃比を検出する空燃比検出手段aと、機関がフュ
エルカット状!杏にあることを検出するフュエルカット
検出手段すと、空燃比検出手段aの出力に基づいて吸入
混合気の空燃比が目標空燃比となるように比例分、積分
分、微分分からなる所定のフィードバック制御定数で吸
入空気あるいは燃料の供給量を制御する制御信号を出力
するとともに、フユエルカソトからリカバーに移行した
ときリカバー後所定期間は、前記積分分によるフィード
ハック制御定数の演算を停止し比例分、微分分のみによ
って該演算を行う制御手段Cと、制御信号に基づいて吸
入空気あるいは燃料の供給量を操作する操作手段dと、
を備えている。
、(作用) 本発明では、リカバー後の所定時間は空燃比のP、1.
D制御における■ (積分)分の制御が停止される。し
たがって、リカバー直後の過剰なリッチ化が抑えられて
、排気エミッションの悪化が防止されるとともに燃費向
上が図られる。
(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第2〜14図は本発明の一実施例を示す図であり、本発
明をS P i  (Single Po1nt In
jection)方式のエンジンに適泪した例である。
まず、構成を説明する。第2図において、工はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ2からスロットルチャ
ンバ3を経て、ヒータ制御信号S□により0N10FF
するPTCヒータ4で加熱された後、インテークマニホ
ールド5の各ブランチより各気筒に供給され、燃料は噴
射信号S T iに基づきスロットル弁6の上流側に設
けられた単一のインジェクタ(操作手段)7により噴射
される。
各気筒には点火プラグ10が装着されており、点火プラ
グ10にはディストリビュータ11を介して点火コイル
12からの高圧パルスPULSEが供給される。これら
の点火プラグ10、ディストリビュータ11および点火
コイル12は混合気に点火する点火手段13を構成して
おり、点火手段13は点火信号5IG9に基づいて高圧
パルスPULSEを発生し放電させる。そして、気筒内
の混合気は高圧パルスPULESの放電によって着火、
爆発し、排気となって排気管14を通して触媒コンバー
タ15で排気中の有害成分(Co、HC,N0X)を三
元触媒によりji?浄化されてマフラ16から排出され
る。
ここで、吸入空気の流れはアクセルペダルに連動するス
ロットルチャンバ3内のスロットル弁6により制御され
、アイドリング時にはスロットル弁6はほとんど閉じて
いる。アイドリング時の空気の流れはバイパス通路20
を通り、開度信号5ISI:に基づいてISOバルブ(
Idle 5peed ControlValve  
:アイドル制御弁)21により適宜必要な空気が確保さ
れる。また、各気筒の吸気ポート近傍にはスワールコン
トロール弁22が配設されており、スワールコントロー
ル弁22はロッド23を介してサーボダイヤフラム24
に連結される。サーボダイヤフラム24には電磁弁25
から所定の制御負圧が導かれており、電磁弁25はデユ
ーティ値D scvを有するスワール制御信号S sc
vに基づいてインテークマニホールド5から供給される
負圧を大気に漏らす(リークする)ことによってサーボ
ダイヤフラム24に導入する制御負圧を連続的に変える
。サーボダイヤフラム24は制御負圧に応動し、ロッド
23を介してスワールコントロール弁22の開度を調整
する。上記スワールコントロール弁22、ロッド23、
サーボダイヤフラム24および電磁弁25は全体として
スワール操作手段26を構成する。
スロットル弁6の開度αはスロットルセンサ30により
検出され、冷却水の温度Twは水温センサ31により検
出される。また、エンジンのクランク角Caはディスト
リビュータ11に内蔵されたクランク角センサ32によ
り検出され、クランク角Caを表すパルスを計数するこ
とによりエンジン回転数Nを知ることができる。排気管
14には酸素センサ33が取り付けられており、酸素セ
ンサ33は空燃比検出回路34に接続される。空燃比検
出回路34は酸素センサ33にポンプ電流Ipを供給し
、このポンプ電流rpの値から排気中の酸素濃度がリッ
チからリーンまで広範囲に亘って検出される。酸素セン
サ33および空燃比検出回路34は空燃比検出手段35
を構成しており、詳細な構造は後述する。変速機の操作
位置は位置センサ36により検出され、車両の速度5v
srは車速センサ37により検出される。また、エアコ
ンの作動はエアコンスイッチ38により検出され、パワ
ステの作動はパワステ検出スイッチ39により検出され
る。
上記各センサ30.31.32.34.36.37.3
8.39からの信号はコントロールユニット50に入力
されており、コントロールユニット50はこれらのセン
サ情報に基づいてエンジンの燃焼制御(点火時期制御、
燃料噴射制御等)を行う。すなわち、コントロールユニ
ット50はスロットルセンサ30およびクランク角セン
サ32とともにフュエルカット検出手段を構成し、さら
に単体で制御手段としての機能を有し、c p usi
、ROM52、RAM53および110ボート54によ
り構成される。CP U51はROM52に書き込まれ
ているプログラムに従って■10ポート54より必要と
する外部データを取り込んだり、またRAM53との間
でデータの授受を行ったりしなからエンジンの燃焼制御
に必要な処理値を演算し、必要に応じて処理したデータ
をI10ボート54へ出力する。I10ポート54には
上記各センサ30.31.32.34.36.37.3
8.39からの信号が入力されるとともに、I10ポー
ト54からは前記各信号sti、5IGN % S+s
c 、5scv % S、が出力される。ROM52は
CP U51における演算プログラムを格納しており、
RAM53は演算に使用するデータをマツプ等の形で記
憶している。
なお、RAM53の一部は不揮発性メモリからなり、エ
ンジン1停止後もその記憶内容を保持する。
ここで、前記空燃比検出手段35の構造について詳述す
る。第3.4図は、酸素センサ33の分解斜視図および
その断面図である。これらの図において、60はアルミ
ナからなる基板であり、基板60上にはヒータ61を介
してチャンネル上の大気導入部62を形成した大気導入
板63が積層される。その上に、酸素イオン伝感性の平
板状の第1の固体電解質64が積層され、第1の固体電
解質64の下面には大気に晒される電極であるセンサア
ノード(基準電極)65が、それに対応する上面には排
気ガスに晒される電極であるセンサカソード(測定電極
)66がそれぞれ印刷により設けられる。さらに、この
第1の固体電解質64の上に厚さL (L= O,1m
m程度)のスペーサ板67が積層され、その上に平板状
の第2の固体電解質68が積層される。これらの固体電
解?f64.68およびスペーサ板67はセンサカソー
ド66を覆ってこのセンサカソード66の周りにガス導
入部(酸素層)69を画成する酸素層画成部材70を構
成しており、酸素層画成部材70は排気とガス導入部6
9との間の酸素分子の拡散を制限する。
上記センサアノード65は、センサカソード66および
第1の固体電解質64はセンサ部71を構成しており、
センサ部71は大気導入部62とガス導入部69との間
の酸素分圧比に応じた電圧(以下、センサ電圧という)
Vsを出力する。また、第2の固体電解質68の上、下
面にはそれぞれポンプ電極としてのポンプアノード72
およびポンプカソード73が設けられ、これらのポンプ
アノード72、ポンプカソード73および第2の固体電
解質68はポンプ部74を構成する。ポンプ部74はポ
ンプ電極間に供給されるポンプ電流1pの値に応じてガ
ス導入部69の酸素分圧を制御する。上記センサ部71
、ポンプ部74、酸素層画成部材70および大気導入部
63は排気中の酸素濃度を検出する素子部75を構成す
る。なお、ヒータ61は固体電解質64.68を適温に
加熱し、それらを活性化させる。また、76.77はヒ
ータ61のリード線、78〜81はそれぞれセンサアノ
ード65、センサカソード66、ポンプアノード72、
ポンプカソード73のリード線であるや 第5図は空燃比検出回路34の構成を示す回路図であり
、この図において、空燃比検出回路34は目標電圧−V
aを発生する電圧源90、差動アンプ91、抵抗R1、
電流供給回路92および電流検出回路93により構成さ
れる。差動アンプ91はセンサ電圧■Sを目標電圧−V
aと比較してその差値ΔV(ΔV=Vs −(−Va)
)を算出する。電流供給回路92は差値Δ■が零になる
ように素子部75のポンプカソード73からのポンプ電
流1pを流し出ずくあるいは流し込む)。すなわちΔ■
が正のときはIpを増やし、負のときはrpを減らす。
電流検出回路93は抵抗R1の両端間の電位差によりポ
ンプ電流!pを電圧Vi(VioclP)に変換して検
出する。なお、ポンプ電流Ipは実線矢印で示す方向を
正(Viも正)、破線矢印で示す逆方向を負とする。そ
して、目標電圧−Vaを素子部75がガス導入部69内
の酸素濃度が所定値に維持されているとき、すなわち第
1の固体電解質64の両面間の酸素分圧比が所定値とな
るときのセンサ電圧Vsに相当する値に設定しておくこ
とにより、電流検出回路93によって検出されるポンプ
電流■pに比例した検出電圧Viは第6図に示すように
空燃比と一義的に対応するようになる。したがって、こ
の検出電圧Viを利用すれば空燃比をリンチ域からリー
ン域まで広範囲に亘って連続的に精度よく検出すること
ができる。
次に、作用を説明するが、最初に空気流量の算出システ
ムについて説明する。
本実施例では空気流量の検出に際して従来のようなエア
フローメータ等を設けておらず、スロットル開度αおよ
びエンジン回転数Nをパラメータとしてインジェクタ7
の部分を通過する空気1QAinj (以下、インジェ
クタ部空気量という)を算出するという方式(以下、単
にα−Nシステムという)を採っている。
このようなα−Nシステムによってインジェクタ部空気
ffl Q A t。を算出しているのは、次のような
理由による。
すなわち、上記従来のセンサによると、(イ)吸気脈動
によるセンサ出力の変動が大きく、これは燃料の噴射量
の変動を引き起こし、トルク変動を生じさせる、 (ロ)センサの応答性の面で過渡時に検出誤差が大きく
なる、 (ハ)上記センサはコストが比較的高い、という面があ
るためで、本実施例ではかかる観点から低コストで応答
性、検出精度に優れたα−Nシステムを採用している。
また、特にSPi方式のエンジンにあっては、かかるα
−Nシステムを採用することで、空燃比の制御精度が格
段と高められる。
以下に、本システムによるインジェクタ部空気量Q A
 i n jの算出を説明する。
第7図はシリンダ空気fflqAcmの算出プログラム
を示すフローチャートである。まず、Plで前回のQA
cy、をオールド値QAcyL′としてメモリに格納す
る。ここで、QAcy、はシリンダ部を通過する吸入空
気量であり、従来の装置(例えば、EGi方式の機関)
での吸入空気lQaに相当するもので、後述する第12
図に示すプログラムによってインジェクタ部における空
気It Q A i n jを演算するときの基礎デー
タとなる。次いで、P2で必要なデータ、すなわちスロ
ットル開度α、ISCバルブ21への開度信号5ISC
のデユーティ (以下、■SCデユーティという) D
ISC、エンジン回転数Nを読み込む。P3ではスロッ
トル開度αに基づいてスロットル弁6が装着されている
部分における流路面積(以下、スロットル弁流路面積と
いう)Aαを算出する。これは、例えば第8図に示すテ
ーブルマツプから1亥当するAαのイ直をルックアップ
して求める。P4では同様にISCデユーティD78.
に基づき第9図のテーブルマツプからバイパス路面積A
llを算出し、P、で次式〇に従って総流路面積Aを求
める。
A=Aα+A、 ・・・・・・■ 次いで、P、で定常空気量QHを算出する。この算出は
、まず総流路面積Aをエンジン回転数Nで除してA/N
を求め、このA/Nとエンジン回転数Nをパラメータと
する第10図に示すようなテーブルマツプから該当する
定常空気■QHO値をルックアンプして行う。次いで、
P、でAとNとをパラメータとして第11図に示すテー
ブルマツプからインテークマニホールド5の容積を考慮
した遅れ係数に2をルックアップし、P6で次式■に従
ってシリンダ空気1QAc、、を算出してルーチンを終
了する。
Qacyt=QscyI’ X (I  K 2) +
QHXK 2・・・・・・■ 但し、QACyL’:P、で格納した値このようにして
求めたシリンダ空気量QACyLは本実施例のようなS
Pi方式でなく、例えば吸気ポート近傍に燃料を噴射す
るEGi方式の機関にはそのまま適用することができる
。しかし、本実施例はSPi方式であるから、インジェ
クタ部空気fl Q A i n jを求める必要があ
り、この算出を第12図に示すプログラムで行っている
。同プログラムでは、まず、pHで次式〇に従って吸気
管内空気変化量ΔCMを求める。このΔCMはシリンダ
空気NQAe、、に対して過渡時にスロットルチャンバ
3内の空気を圧力変化させるための空気量を意味してい
る。
ΔCM=KMX (QAcyt−QAcyt ’ ) 
/N・・・・・・■弐において、KMはインテークマニ
ホールド5の容積に応じて決定される定数であり、エン
ジンlの機種等に応じて最適値が選定される。次いで、
P+□で次式■に従ってインジェクタ空気flk Q 
Ai n jを算出する。
Q Ainj ” QAeyL+ΔCM ・・・・・・
■このようにして求めたQ a i n jはスロット
ル弁開度αを情報パラメータの一つとしていることから
、応答性が極めて高く、また、実験データに基づくテー
ブルマツプによって算出しているので、実際の値と正確
に相関し、検出精度が貰い(分解能が高い)。さらに、
既設のセンサ情報を利用し、マイクロコンピュータによ
るソフトの対応のみでよいから低コストなものとなる。
特に、SPi方式のようにスロットルチャンバ3の上流
側で燃料を噴射するタイプに適用して極めて好都合であ
る。
次に、本発明における空燃比検出装置の作用を説明する
第13図はROM52に書き込まれている空燃比制御の
プログラムを示すフローチャートであり、図中P21〜
P、はフローの各ステップを示している。
本プログラムは所定時間毎に一度実行される。
まず、Pfl+でフユエルカソトフラグFCがセット(
FC=1)されているか否かを判別する。FC=1のと
きはフユエルカソト状態であると判断し、pzzで今回
のフラグFCを前回のものFC’に置き換えてリターン
する。一方、PHIでFC=0のときはフユエルカソト
が停止され燃料が供給されているから、pzsで前回の
フラグFC’をチエツクする。これは、最初のリカバー
か或いはそれ以外かを判断するためである。FC’=1
のときは今回のルーチンで初めてリカバーに移行したと
判断し、P24でフラグFCをリセット(FC=0)し
て、P2Sでさらに前回のフラグFC’をすセット(F
C’=O)する。
次いで、PX3でリカバー開始時点から計測を開始する
タイマのカウント値りをリセット(1=0)し、PX7
で1 (積分)分制御停止フラグICTをセント(IC
T=1)してリターンする。フラグICTはP、  1
. D (比例、積分、微分)制御におけるI (積分
)分の制御が停止されているか否かを示すフラグであり
、I CT= 1のとき停止されている旨を、ICT=
Oのとき停止が解除されている旨を表す。したがって、
リカバーに移行すると、タイマのカウントが開始される
とともに、1分の制御が停止される。一方、PX3でF
C′=0のときは、リカバー開始2凹目以後のルーチン
となり、P2[1でフラグICTをチエツクする。
I CT=1のときは、前回のルーチンから引き続き1
分制御停止が継続していると判断し、pzqで前記カウ
ント値tをインクリメント(1= 1 +1)する。し
たがって、このカウント値tはリカバー開始からの1分
制御停止ルーチンの回数(経過時間)を表すものとなる
。次いで、P3゜で1分制御停止を行い、P3+でカウ
ント値tを所定値t。と比較する。1<1.のときは未
だ1分制御停止に十分な時間を経ていないと判断して、
この停止状態を継続する。これに対して、P31でt≧
t。のときは1分制御停止を開始してから十分な時間、
すなわち、所定時間t0が経過したと判断し、P3□で
フラグICTをリセット (ICT=0)する。したが
って、以後のルーチンでは、pzaでフラグICT=O
となり1分制御が再び行われる。
このように、本実施例では第14図に示すようにリカバ
ーの開始から所定時間t0までの間は1分による制御が
停止される。したがって、従来のようなリカバー後の1
分による過剰なリッチ化が抑制され、排気エミッション
の悪化を防止することができるとともに、リッチ化によ
る燃費の悪化も防止することができる。
(効果) 本発明によれば、リカバー後の所定時間は空燃比のP、
1.D制御におけるI (積分)分の制御を停止してい
るので、リカバー直後の過剰なりソチ化を抑え、排気エ
ミッションの悪化が防止でき、燃費の向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本概念図、第2〜14図は本発明の
一実施例を示す図であり、第2図はその全体構成図、第
3図はその酸素センサの分解斜視図、第4図はその酸素
センサの断面図、第5図はその空燃比検出回路の回路図
、第6図はその空燃比と検出電圧との関係を示す図、第
7図はそのシリンダ空気量QAcy1の算出プログラム
を示すフローチャート、第8図はそのスロットル弁流路
面積Aαのテーブルマツプ、第9図はそのバイパス路面
積A、のテーブルマツプ、第10図は総流路面積Aをエ
ンジン回転数Nで除したA/Nとエンジン回転数Nとを
パラメータとする定常空気iQイのテーブルマツプ、第
11図はその遅れ係数に2のテーブルマツプ、第12図
はそのインジェクタ部空気iQ1.7jの算出プログラ
ムを示すフローチャート、第13図は■ (積分)分停
止補正のプログラムを示すフローチャート、第14図は
フユエルカソトおよびリカバーにおける酸素センサ出力
の変化を示す図である。 7・・・・・・インジェクタ(操作手段)、30.32
.50・・・・・・フュエルカット検出手段、35・・
・・・・空燃比検出手段、 50・・・・・・コントロールユニット(制′4111
 手段)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 a)排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比検出
    手段と、 b)機関がフュエルカット状態にあることを検出するフ
    ュエルカット検出手段と、 c)空燃比検出手段の出力に基づいて吸入混合気の空燃
    比が目標空燃比となるように比例分、積分分、微分分か
    らなる所定のフィードバック制御定数で吸入空気あるい
    は燃料の供給量を制御する制御信号を出力するとともに
    、フュエルカットからリカバーに移行したときリカバー
    後所定期間は、前記積分分によるフィードバック制御定
    数の演算を停止し比例分、微分分のみによって該演算を
    行う制御手段と、 d)制御信号に基づいて吸入空気あるいは燃料の供給量
    を操作する操作手段と、 を備えたことを特徴とする空燃比制御装置。
JP18230786A 1986-08-01 1986-08-01 空燃比制御装置 Pending JPS6338647A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02291440A (ja) * 1989-04-28 1990-12-03 Suzuki Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02291440A (ja) * 1989-04-28 1990-12-03 Suzuki Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置

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