JPS6355357A - 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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JPS6355357A
JPS6355357A JP19553586A JP19553586A JPS6355357A JP S6355357 A JPS6355357 A JP S6355357A JP 19553586 A JP19553586 A JP 19553586A JP 19553586 A JP19553586 A JP 19553586A JP S6355357 A JPS6355357 A JP S6355357A
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JP
Japan
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fuel
air
fuel ratio
valve
evaporated fuel
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JP19553586A
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Hiroshi Tanaka
比呂志 田中
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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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〕 この発明は、活性炭キャニスタ等の蒸発燃料導入装置を
備えた内燃機関における空燃比制御装置に関する。
〔従来の技術〕
内燃機関において、燃料タンクや気化器のフロート室か
ら蒸発する燃料を捕集するため活性炭キャニスタが設け
られる。蒸発燃料は活性炭キャニスタに一旦捕集され、
捕集された燃料は、例えば所定スロットル弁開度以上と
か、燃料温度が所定値より大きいといった特定の運転時
にパージ空気によって離脱され、吸気管より燃焼室に導
入される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来技術では、高温で燃料補給した場合のように蒸発燃
料量が多い場合に、空燃比が過濃になることがある。即
ち、空燃比はフィードバックによって所定値に制御され
るが、蒸発燃料量が多いと、フィードバックによる空燃
比制御可能範囲を逸脱し、空燃比過濃となり、排気ガス
中の有害成分排出量が増したり、運転性が悪化する問題
点がある。
この問題点を解決するため、空燃比フィードバック範囲
外になったときに、フィードバックを継続されるため蒸
発燃料の導入を中止するものが提案されている。特開昭
61−1857号参照。ところが、この方法では蒸発燃
料燃料の導入が停止される領域が存在しているため、十
分なパージが行われないことから、キャニスタによる蒸
発燃料捕集可能量が小さく抑えられ、その結果、一部の
蒸発燃料は外部に放出される問題点がある。
この発明はフィードバックを中断することなく可及的に
大量の蒸発燃料の導入を可能とすることを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 第1図において、この発明の内燃機関の空燃比制御装置
は、内燃機関に所望の量の燃料を供給するための燃料供
給手段1と、燃料供給手段lから供給される燃料の量を
制御するための燃料供給量制御手段2と、実測される空
燃比が設定空燃比と一致するように燃料供給量制御手段
2を制御する空燃比フィードバック手段3と、内燃機関
からの蒸発燃料を捕集する蒸発燃料捕集手段4と、蒸発
燃料捕集手段4を内燃機関の吸気管5に接続する蒸発燃
料導入通路6と、前記蒸発燃料導入通路6に設置され、
蒸発燃料の導入量を制御する蒸発燃料供給量制御弁7と
、空燃比フィードバック手段3による空燃比の制御が継
続されるように蒸発燃料供給量制御弁7の開度を制御す
る駆動手段8とから構成される。
〔実施例〕
第2図において、10は燃料噴射内燃機関の本体、12
は吸気管、14はサージタンク、16はスロットル弁、
18はエアーフローメータ、20は排気管である。燃料
インジェクタ221よ吸気管12に取付られている。
スロットル弁16を迂回するバイパス通路24が一端は
エアーフローメータ18の下流に接続され、他端はサー
ジタンク14に接続される。バイパス通路24を流れる
バイパス空気流量制御用の制御弁(ISO弁)26が具
備される。ISCSC弁上6イパス通路24上に位置す
る弁体26aと、弁体26aに連結されるアクチュエー
タに連結されるステップキータ26bとから構成される
周知のように、ISCSC弁上6ンジンアイドル回転数
を所定値に維持す為ようにバイパス空気量を制御するた
めのものである。
28は活性炭キャニスタ等の蒸発燃料捕集装置であり、
蒸発燃料回収パイプ30を介して、燃料タンク32に接
続される。燃料タンク32からの蒸発燃料はパイプ30
を介してキャニスタ28内の図示しない活性炭層によっ
て吸着される。吸着された燃料はエンジンの所定運転時
に、空気取り入れ口34からの外気とともに吸気管に導
入される。
この実施例ではミアイドル回転数制御用のバイパス通路
24が蒸発、燃料導入用通路として兼用され、かつIS
CSC弁上6発燃料導入量の制御を行う制御弁として兼
用されている。切替弁36は3方弁として構成され、ア
イドル回転数制御時はISCSC弁上6ャニスタ28か
ら切り離し、ISO弁26はアイドル空気量を制御する
ように作動する。一方、蒸発燃料導入条件では切替弁3
6はISCSC弁上6ャニスタ28に接続するように位
置する。
制御n回路40は、この発明の空燃比制御を行うもので
あ゛す、マイクロコンピュータシステムとして構成され
る。制御回路40は、マイクロプロセシングユニット(
MPU)40aと、メモリ40bと、入力ポート40c
と、出力ポート40dとこれらを接続するバス40eと
を基本的構成要素とする。
入力ポート40cは各センサに接続され、種々の運転条
件信号が入力される。前記エアーフローメータ18から
は吸入空気量Qに応じた信号が得られる。スロットルセ
ンサ44がスロットル弁16に設けられ、スロットル弁
開度THに応じた信号を得ることができる。空燃比セン
サ(例えば、0□センサ46が排気管20に設置され、
空燃比に応じた信号Oxが得られる。水温センサ48は
エンジン本体10のウォータジャケット内の冷却水の温
度THWに応じた信号を発生する。更に、クランク角度
センサ50はエンジンのクランク軸10aの角度位置に
応じた信号を発生する。車速センサ51は、例えば、変
速機(図示せず)の出力軸の回転数に応じたパルス信号
の発生器であり、車両の速度Vに応じた信号を発生する
出力ボート40dは燃料インジェクタ22゜TSC弁2
6、切替弁36に接続される。
第3図から第6図は制御回路40の作動を説明するフロ
ーチャートである。第3図は燃料噴射ルーチンであり、
このルーチンは燃料噴射を開始すべきクランク角度をク
ランク角度センサ50によって検出することにより実行
される。ステップ60では基本噴射量TPが、 TP=kX (Q/NE) によって演算される。NEはエンジン回転数であり、ク
ランク角度センサ50からのパルス信号の間隔によって
知ることができる。kは定数である。
ステップ62では最終噴射量TAUが、TAU=TPX
FAFX (1+α)Xβ+Tによって演算される。こ
こにFAFはフィードバック補正係数で、空燃比センサ
46からの空燃比信号に応じて燃料噴射量を理論空燃比
を取るように補正するものである。α、β、γはこの発
明と関係しない他の補正係数、補正量を代表するもので
ある。
ステップ64ではTAUが出力ボート40dより出力さ
れ、燃料インジェクタ22は演算された量の燃料を噴射
する。
第4図はフィードバック補正係数の演算ルーチンを示し
、このルーチンは一定時間毎に実行される。ステップ6
9ではフィードバック条件か否か判別される。フィード
バック条件ではステップ70に進み、ステップ70では
空燃比が理論空燃比よりリッチか否か判別される。空燃
比センサ46は空燃比が理論空燃比よりリッチのとき“
1”の信号を発生し、リーンのとき“0”の信号を発生
する。リッチとすればステップ72に進み、初めてのリ
ッチか、即ちリーンからリッチへの切り替わりか否か判
別される。リーンからリッチへの切り替わりであれば、
ステップ74に進みフィードバック補正係数FAFがA
だけスキップ的に急減少される。ステップ76ではm9
mする2回のスキップ時のフィードバック補正係数の平
均値FAF avが、 FAF、v= (FAF、v’ +FAF)/2によっ
て演算される。ここに、FAF、v’は前回のスキップ
時のフィードバック補正係数の値である。FAF、vは
空燃比を代表する値と見做すことができる。ステップ7
8では、今のフィードバック補正係数平均値FAF、、
がFAF、v’に入れられ、次回の処理において利用さ
れる。
初めてのリッチでない場合、即ち前回もリッチであった
ときはステップ72よりステップ80に進み、フィード
バック補正係数がa (<A)だけ減少される。そのた
め、空燃比は徐々に設定値に近づけられる。
ステップ82では平均値FAF、vが下限値0.8より
小さいか否か判別され、Yesのときはステップ84に
進み、FAFに0.8が入れられ、この処理によりFA
Fは0.8以下とはならないようにガードされている。
リーンとすればステップ70よりステップ86に進み、
初めてのり−ンか、即ちリッチからリーンへの切り替わ
りか否か判別される。リッチからリーンへの切り替わり
であれば、ステップ88に進みフィードバンク補正係数
FAFがBだけスキップ的に急増加される。ステップ9
0では′継続する2回のスキップ時のフィードバック補
正係数の平均値FAF、vが、前記と同様に演算される
。ここに、FAF、、’は前回のスキップ時のフィード
バンク補正係数の値である。ステップ92では、今のフ
ィードバック補正係数平均値FAF、、がFAF□′に
入れられる。
初めてのリーンでない場合、即ち前回もリーンであった
ときはステップ86よりステップ94に進み、フィード
バック補正係数がb (<B)だけ増加される。そのた
め、空燃比は徐々に設定値に近づけられる。
ステップ96では平均値FAF、vが上限値1.2より
大きいか否か判別され、Yesのときはステップ98に
進み、FAFに1.2が入れられ、この処理によりFA
Fは1.2以上とはならないようにガードされている。
フィードバック条件でないときはステップ69よりステ
ップ100に進み、フィードバック補正係数F A F
 = 1.0に固定される。
第5図はISC弁駆動用アクチュエータであるステップ
モータ26aの駆動ルーチンを示す。このルーチンも一
定時間毎に実行されるルーチンである。ステップ110
ではアイドル条件か否かがスロットルセンサ44等から
のセンサ信号より判別される。アイドル条件とすれば、
ステップ111に進み、切替弁36はOFFされ、バイ
パス通路24がサージタンク14に接続され、スロット
ル弁16を迂回して空気が流れ、スロットル弁16の閉
鎖するアイドル時の回転制御が可能となる。
次に、′ステップ112に進み、アイドル時のステップ
モータの目標位置5TEPの演算処理が実行される。こ
の処理はこの発明と直接関係しないため詳細説明は省略
するが、アイドル回転数を設定値とするようにステップ
モータの目標位置5TEPが演算される。
アイドル条件でないときはステップ110よりステップ
114に進み、キャニスタ28に捕集された蒸発燃料の
離脱・導入を行う条件(パージ条件)か否か判別される
。パージ条件は、例えば、■ 水温TH−≧60”C ■ スロットルセンサ44のアイドル スイッチがOFF ■ 車速V≧所定値 ■ 吸入空気量Q≧所定値 、■ フィードバック条件成立時 の各条件が成立しているときである。即ち、この条件が
成立するとき、この実施例では、ISC弁26をパージ
導入量を制御するために流用している。そして、上記条
件の成立時はアイドル回転数の制御域ではないことから
、ISO弁によってパージ制御しても何等問題はない。
パージ条件でないときはステップ114よりステップ1
16に進み、切替弁36はOFFとなる。
ステップ114でパージ条件と判別されれば、ステップ
118に進み、切替弁36はONとなり、ISC弁2.
6はキャニスタ28に連通される。そのため、ISO弁
26はパージ量の制御弁の役目を果たすことになる。ス
テップ120ではフラグf 5ttp= 1か否か判別
される。f ITEPはステップモータ26aの目標ス
テップまでの回転作動中に1とセットされ、目標ステッ
プの回転が完了すると0とリセフトされる。フラグf 
3TEP= 1のときは、以下の処理を迂回する。ステ
ップモータ26bが目標ステップの回転を完了している
とフラグf 5ttp= 0となり、ステップ121に
進み、フィードバック補正値の平均値FAF、、が、0
.85≦FAF、、≦1.15 の範囲にあるか否か判別される。この判別は、空燃比の
フィードバック制御実行中か否かの判別に相当する。即
ち、第4図のステップ82.96に示すようにFAF、
、≧1.2又は≦0.8になると、ガードがかかってフ
ィードバック補正係数FAFは固定され、フィードバッ
クを外れるので、それより理論空燃比側の値の範囲に入
っているか否かでフィードバック中か否かの判別を行う
のである。
0.85≦FAF、v≦1.15であればフィードパ・
ツタ中であることから、ステップ122に進み、ステッ
プモータ26aの目標位置を5ステツプだけ前転され、
弁体26bのリフトが大きくなり、蒸発燃料の導入量が
増大される。ステップ120でNoのときはフィードバ
ック中でないと判断し、ステップ124に進み、ステッ
プモータ26.aの目標位置が5ステツプだけ逆転され
、弁体26bのリフトが小さくなり、蒸発燃料の導入量
が減少される。即ち、以上の制御により、フィードバッ
ク制御状態を維持させながら、ISC弁26の開度を徐
々に増大させ、最大限のパージを行おうとするものであ
る。
第6図はステップモータ26の制御ルーチンであり、こ
のルーチンも一定時間毎に実行される。
ステップ130ではステップモータ26の目標位置5T
EPが現在位置MSTEPと一致しているか否か判別さ
れる。一致しているときはステップ132に進み、フラ
グr 5rtr”= 0とされる。そのため、ステップ
モータは次の5ステツプの回転が許容される。
目標値が現在位置に一致していないときはステップ13
0よりステップ134に進み、目標位置5TEP>現在
位置MSTEPか否か判別する。
Yesのときはステップ136に進み、現在位置MST
EPがインクリメントされ、ステップ13Bで、ステッ
プモータを1ステツプ正転させる命令が出力ポート40
dより出される。
目標位置5TEP<現在位置M S TE Pのときは
ステップ134よりステップ140に進み、現在位置M
STEPがデクリメントされ、ステップ142で、ステ
ップモータを1ステツプ逆転させる命令が出力ポート4
0dより出される。
ステップ144ではフラグf、。や=1とされ、目標値
までステップモータが動くまで、目標値の変更が禁止さ
れる。
第7図はこの発明の詳細な説明するタイミング線図であ
。時刻t0でパージ条件に移行するとすると、切替弁3
6はONに切り替わる(イ)、空燃比センサ46からの
信号は(ロ)のように、空燃比のリッチとリーンでlと
Oとの間で変化する。
フィードバック補正係数FAFは(ハ)のように変化す
る。リッチとリーンの切り替わりで、A。
Bのようにスキップが入り、その間では積分定数a、b
(第4図の80.94)に従って、徐々にFAFは変化
する。平均値FAF、vは隣接するスキップ点でのFA
FO値の平均値であり、もしフィードバック制御中とす
れば、1.0付近の値である。この場合、ステップモー
タ目標値5TEPは(ホ)のように5ステツプづつ増大
され、フィードバック状態を維持しながらパージ量が徐
々に増大される。
第7図の右半分は空燃比が理論空燃比からずれたとき、
例えばリッチ側にずれたときの状態を示す。FAFはガ
ード値0.8より小さくはならないように制御される。
平均値FAF、、も徐々にガード値に固定される。この
とき、ステップモータ26の目標値5TEPは5ステツ
プづつ小さくされ、そのため、パージ量が減少されるの
で、フィードバック制御に復帰させることができる。
第8図は別実施例におけるISC弁目標ステップ設!ル
ーチンである。ステップ110〜11Bまでの処理は第
5図と同じであるため、説明を省略する。パージ条件に
入るとステップ118で切替弁36がONされた後ステ
・ノブ150に進み、第1カウンタCIがインクリメン
トされる。このカウンタC3はステップモータの1ステ
ツプの回転時間を設定するもので、例えば、0.25秒
に1ステツプづつ回転を行うように設定される。ステッ
プ152でフラグf3゜、の判別が行われ、ステップモ
ータの回転中でないときは(f sT□=1)ステップ
154に進み、0x=1か否か、即ち空燃比センサがリ
ッチ信号を出しているか否か判別される。リーンのとき
はステップ156に進み、第20カウンタC2=0とさ
れる。このカウンタC2は空燃比信号Oxがリッチに張
りついている時間を計測するカウンタである。ステップ
154でリッチであるときはステップ158に進み、カ
ウンタCZのインクリメントが実行される。ステップ1
60ではカウンタCz>Cxか否が判別される。このC
Xの値は空燃比センサ信号がリッチに張りついている所
定の時間、例えば1秒に相当する値に設定される。
ステップ160でNOのとき、即ち0x=1の状態が1
秒以上継続しないときはステップ160よりステップ1
62に進み、第1カウンタC,>Cvか否か判別される
。この値Cvは、ステップモータの回転速度に応じた値
、例えば、この実施例では0.25秒に1ステツプ回転
させるので、0.25秒に相当する値に設定される。 
O,’25秒経過しているときはステップ164に進み
、ステップモータの目標値fisTEPが1だけインク
リメントされ、そのためステップモータは0.25秒に
1ステツプの割合で回転され、その結果ISO弁26の
徐々に開度が大きくなり、蒸発燃料の導入量が次第に多
くなる。ステップ165ではカウンタC6がクリヤされ
る。
空燃比センサ信号がリッチ状態(Ox=1)に1秒以上
張りつくと、カウンタcffi>cXとなり、ステップ
160よりステップ166に進み、目標値5TEPが5
ステツプだけ減少される。そのため、パージ量は急減さ
れる。
以上の実施例では、パージ条件に移行するとステップモ
ータを所定の速度で徐々に廻してゆくことにより、パー
ジ量を増やし、空燃比センサ信号がリッチになったらス
テップモータを成るステップだけ逆転することにより、
蒸発燃料の導入量を減少さけている。これにより、フィ
ードバック制御状態を維持しながら、なるべく多量のパ
ージ導入を行うものである。
第9図はこの第2実施例の作動タイミング線図である。
パージ条件への移行時(to)に切替弁36はOFFか
らONに切り替わり(イ)、第1カウンタC1はインク
リメントを開始し、0.25秒毎にクリヤされ、その度
にステップモータは1ステツプの回転を実行する。従っ
て、ISC弁26は徐々に開度が大きくなり、パージ量
は次第に増加される。0x=1の信号が1秒wIVtす
ると(tl)、即ち空燃比がリッチ状態に1秒以上張り
つくと、ステップモータは5ステツプ逆転する。そのた
め、ISC弁26の開度は急減し、空燃比信号はり一ン
に反転せしめられる。その結果、フィードバックを実行
しながら、可及的に多量のパージを行うことができる。
この、第2の実施例では第1の実施例と相違し、フィー
ドバック補正係数FAFを実測しないが、パージ条件へ
移行してからのステップモータの回転速度(実施例では
1ステツプ10.25秒)、ステップモータを逆転させ
るための空燃比信号リッチの継続時間(実施例では1秒
)、および急減ステップ数(実施例では5ステツプ)を
適当に選定することにより、最適な効果を得ることが可
能である。
この第2実施例ではリッチ側の制御について説明したが
、リーン側についても同様な制御を行うことができる。
即ち、リーン側への張りつき時間の計測用のカウンタを
設け、そのカウジタ値が所定時間経過のときはステップ
モータを所定ステップ正転させることになる。
第1実施例、第2実施例において、パージ条件移行後の
制御弁(I SO弁)の開放速度、最大開度を温度条件
(例えば、燃料温度、吸入空気温度等)に応じて可変と
することができる。即ち、燃料タンクで発生する燃料蒸
気の量はこれらの温度因子で変化するので、温度区合わ
せた最適制御が可能となる。第10図はこの考え方を取
り入れたISC目標ステップ設定ルーチン(第1実施例
の第5図に相当する)の実施例である。第5図と相違す
るところのみ説明する。ステップ200では吸入空気温
度THAに応じたステップモータの変化量α3T□が補
間演算される。そのため、メモリにはTHAとαとのマ
ツプがある。ステップ202では吸入空気温度THAに
応じたステップモータの最大ステップ数Max 5ti
r (I S O弁の最大開度)の補間演算が実行され
る。そのため、メモリにはTHAとMaxとのマツプが
ある。ステップ122′124’?はステップ200で
吸入空気温度に応じて演算されたα5rtPづつステッ
プモータの位置(パージli)が変化される。ステップ
204ではステップモータが最大開度Maxに達したか
否か判別される。YeSのときはステップ206に進み
、STt!P = Maxとされる。即ち、この位置以
上にはステップモータは回転しないようにガードされる
第1実施例、第2実施例ともISC弁26をパージ流量
制御弁に兼用したものについて説明している。ISO弁
を具備した内燃機関では、ISC制御と、パージ制御と
は競合することがないから、部品点数を抑えるために有
利である。しかしながら、この発明はISC弁をパージ
制御弁に兼用することに限定されず、専用のパージ制御
弁を設けてもよい、この場合、キャニスタ26とサージ
タンク14とを結ぶ通路にパージ流量を制御するための
制御弁が設置されることになる。第2図の切替弁36は
当然ながら不用である。
尚、ISO弁又はパージ制御弁はステップモータ駆動に
限定されず、他の形式のアクチュエータであってもよい
〔効 果〕
この発明によれば、パージ条件に移行後にフィードバッ
ク状態に応じてパージ量を増減変化させることにより、
フィードバック制御状態を維持しつつ、可及的に大量の
パージを行うことができる。
そのため、排気ガス中の有害成分の低減と、蒸発燃料の
外気への排出の抑制との双方の要求を達成することがで
きる。
燃料蒸発ガスをエンジンに供給している間は、燃料噴射
時間が短くなってもフィードバック条件に留まるため、
燃料消費率を向上することができる。
大量のキャニスタパージが実行されるため、キャニスタ
の活性が促進され、その寿命の延長を図ることができる
パージはISO弁等の制御弁を徐々に開くことにより行
われるため、−気に大量のパージがされることがなく、
発進直後の運転性を良好とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の構成図。 第2図は実施例の全体概略構成図。 第3図から第6図は第1実施例における制御回路の作動
を説明するフローチャート。 第7図は第1実施例における制御回路の作動を説明する
タイミング図。 第8図は第2実施例におけるISC弁目標ステップ設定
ルーチンのフローチャート。 第9図は第2実施例における制御回路の作動を説明する
タイミング図。 第10図は第3実施例におけるISCSC目標ステップ
ルーチンを示すフローチャート。 10・・・エンジン本体 16・・・スロットル弁 18・・・エアーフローメータ 22・・・燃料インジェクタ 24・・・ISOバイパス通路 26・・・ISC弁 28・・・キャニスタ 30・・・燃料タンク 36・・・切替弁 40・・・制御回路 46・・・0.センサ 50・・・クランク角センサ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 以下の構成要素より成る内燃機関の空燃比制御装置、 内燃機関に所望の量の燃料を供給するための燃料供給手
    段、 燃料供給手段から供給される燃料の量を制御するための
    燃料供給量制御手段、 実測される空燃比が設定空燃比と一致するように燃料供
    給量制御手段を制御する空燃比フィードバック手段、 内燃機関からの蒸発燃料を捕集する蒸発燃料捕集手段、 蒸発燃料捕集手段を内燃機関の吸気管に接続する蒸発燃
    料導入通路、 前記蒸発燃料導入通路に設置され、蒸発燃料の導入量を
    制御する蒸発燃料供給量制御弁、 空燃比フィードバック手段による空燃比の制御が継続さ
    れるように蒸発燃料供給量制御弁の開度を制御する駆動
    手段。
JP19553586A 1986-08-22 1986-08-22 内燃機関の空燃比制御装置 Pending JPS6355357A (ja)

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