JPS5968543A - 内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関の制御方法

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JPS5968543A
JPS5968543A JP57178083A JP17808382A JPS5968543A JP S5968543 A JPS5968543 A JP S5968543A JP 57178083 A JP57178083 A JP 57178083A JP 17808382 A JP17808382 A JP 17808382A JP S5968543 A JPS5968543 A JP S5968543A
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JP
Japan
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control
time
combustion engine
internal combustion
engine
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JP57178083A
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English (en)
Inventor
Kazuo Ido
井戸 一雄
Taku Yamada
卓 山田
Nobuyoshi Onoki
伸好 小野木
Hachiro Sasakura
笹倉 八郎
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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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
    • F02PIGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15Digital data processing
    • F02P5/1502Digital data processing using one central computing unit
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • 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】 本発明は内燃機関を電子装置によって制御1111−4
+−る場合において内燃機関の回転速度の時間n+J変
動番こ対して実質的に時間遅れのなL)制御を実現−!
l−;b il制御方法に関するものである。
内燃機関を電子的に制御しようとする動き(よここ数年
来一層協力にすすめられており、特Gこマイクロコンピ
ュータによる制御はアナログ方式のGil制御にくらべ
てはるかに複雑な制御が可能であること、設計変更に対
して容すに対応できること、さらにタイマ機能の充実、
A/D変換器の内蔵イヒに・よる素子数の低減等によっ
てアナログ方式の市++ finを陵駕している。
ディジタル方式にって内燃機関を制御する場合、一般的
には以下のような手段による。即ち内燃機関の回転速度
等の運転状態を検出するためのセンサー、該センサーの
出力信号を受けて運転状態をディジタル量の状態量に変
換するためのカウンターあるいはA/D変換器等の1測
装置、前記状憇量をもとにして対象としている制御項目
の制御量を算出する演算装置、そして前記制御量を実行
する制御実行部分とからなり、内燃機関の時々刻々の運
転状態に対する最適な制御を実行する。この際さけられ
ない不都合は、運転状態を検出してからそれに対応する
最適な制御を実行するまでに時間遅れが存在して特に内
燃機関ではその運転状態の時間的変動が大き(、制御実
行時には検出時とは大きく異なった運転状態に変化して
しまっている場合があり、既に最適な制御とはいえない
事恕が発生し得るということである。
このような事情は特にディジタル量による処理の場合、
前記検出、演算、制御実行等のl梨作が並列的に処理し
得す、検出から制御実行までの時間遅れが大きくなると
いうことによって一層きびしくなる。アナログ方式の制
御では計測と演算あるいは演算と制御実行が並列的に処
理し得ることによって上述の制御遅れという点に関して
はディジタル方式よりも(yれた条件下にあるといえる
そこで、本発明の目的は、ディジタル方式の制御システ
ムにおいて、特に、変動の激しい回転速度の検出を回転
速度の検出時より制御対象の制御時までの時間遅れを考
慮して補償し、上述の制御遅れを実質的に回避すること
ができる内燃機関の制御方法を提供することを目的とす
るものである。
以下本発明を図に示す実施例により説明する。
最初に従来の具体的な実施例を第1図及び第2図におい
て説明する。第1図は4サイクル4気筒の内燃機関の特
に点火時期制御と点火コイルの通電時間制御を例にとっ
た内燃機関制御のシステム概略図であり、第2図は第1
図の制御システムの制御内容と制御タイミングを示すも
のである。
回転センサーのロータ102と配電器112の回転部は
軸101によって内燃機関のカム軸に連結され、その回
転速度は電磁ピックアップセンサー103によって検出
され内燃機関の回転速度と回転位置を知る。ピックアッ
プセンサー103の出力は波形柱形回路104によって
ディジタル処理に適した知形波に整形される。その整形
信号105を第2図(a)に示す。整形信号105は1
80’CACクランク角)毎に発生ずる各気筒の主基準
位置(例えば第2図の例では上死点TDC)、その間に
45℃A毎に発生ずる4個の副基準位置A。
B、C’、1)(TDC)及び各基準位置間の時間幅等
の情報を与える。ここで主基準位置と副基準位置とを識
別するために実際にはもう1組の主基準位置判別用の回
転ロータと対応する電磁ピックアップセンサーが必要で
あるが図中では省略されている。
カウンターによって構成される計測装置106は整形信
号105を受け、第2(b)に示される時間幅Tl 8
0.T90.T45を計測する。ソレソれ主基準位置T
DC間の180°CA、主基準位置前90℃A及び45
℃八に相当する時間幅である。
ここで第2図の最新の検出期間であるN領域での制御に
ついてのシステムの動作に注目して述べる。計測装置1
06は第2図tb)のT18.0(N−1)、T90 
 (N−1)及びT45A (Ni)を6F測する。マ
イクロコンピュータ等よりなる演算装置107は前記計
測結果T180 (N−1)。
T90 (N−1)及びT45A (N−1)の各デー
タを受け、第2図(C1で示す位置で点火時期制御に関
する/JLlK201と通電時間制御に関する演算20
2を実行する。点火時期制御については、まずT180
(N−1>を回転数に換箕し、該回転数に対応する主基
準位置TDCからの進角せあるいは進角時間TA(N−
1)をさらにはタイマー制御によって点火時期Sを決定
するために側基準位)買入から点火時期までの時間幅D
 T A = T 45A (N−1) −TA (N
−1)を算出する。また通電時間制御については例えば
通電時間を回転数に依存しない一定値TDとし、さらに
はタイマー制御によって通電開始時期を決定するために
、副基準位置Bから通電開始時期までの時間幅D T 
l1l=T90 (N  1)  TD−TA (N 
 I)を算出する。
タイマー装w108は前記演y結果1)TAとDT D
のデータ及び整形信号105に含まれる副基準位置Aと
Bのタイミンクを受は第2図(diに示すタイマー処理
を実行する。図中の直角三角形はセソトされたタイマー
値がダウンカウントによって現象して行く様子を示し、
タイマー値が0になった時点で通電開始(0点)あるい
は点火(8点)が行なわれる。点火時期のタイマー制御
204は副基準位置Aにてタイマー初期値DTAをセ・
ノドしダウンカウントを開始し、時間D T A後を点
火時期Sとすることによって行なわれる。通電開始時期
のタイマー制御203は副基準位置Bにてタイマー初期
値D T oをセットしダウンカウントを開始し、時間
D T o後を通電開始時期0とすることによって行な
われる。
その結果タイマー装置10Bの出力信号109は第2図
(Q)のようになり、該出力信号109は点火コイル1
11の一次電流を開閉するスイ・ノチングトランシスタ
ー110のベースに接続され、0点で点火コイル111
の一次側の通電を開始し、8点で遮断することによって
点火コイル111の2次側に高電圧を発生させ分配器1
12により内燃機関の各気筒の点火栓群113に分配す
る。
本具体例では第2図のN−1領域の各計測結果T180
  (N−1)、T90  (N−1)及び]゛45A
(N−1)をもとにして演算処理を行ない、その結果の
制御内容をN領域において実行する。
N領域の制御実行に対しては当然ながらN領域における
T180 (N)、T90 (N)、T45A(N)を
利用するのが最善であるが、N領域の制御実行時点では
前記T180 (N)、T90 (N)T45(N)は
未知であるため、それらのデータをもとにして制御を行
なうことは不可能である。
その結果運転状態の計測からその計測結果にもとづいて
制御を実行するまでに時間遅れが存在し、特に運転状態
が変動している場合には期待ずべき制御に誤差が発生す
る。即ち本具体例についていえば第2図のN領域での制
御実行時における実際に発生する点火時期の進角時間1
゛A′と通電時間To′は要求される進角時間TA (
N)及び通電時間TDと異なってくる。但しTA (N
)は”I”180(N)から算出される進角時間である
実際の進角時間TA’は、 TA′=T45NA(N)   T45A(N  I)
+TA  (N−1) −TA (N)   (T45A  (N−1)−T4
5A  (N)l  −(TA (N)TA(Nl))
・1旧・・・・・ (11となる。一般的には、 T45A (N−1)−T45A (N)>TA (N
)  1”A (N −1)・旧・・・・・ (2)で
あり、近似的には、 TA’だTA (、N)   (T45A (N  1
)−T45A (N)l・・・・・・・・・・・・・・
・ (3)となる。(3)式右辺の第2項は要求値TA
(N)がらの誤差を表わす。1111ち誤差はT 4.
5 Aの81測時と制御実行時の差の程度ということが
できる。
一方、通電時間制御の誤差については、T″o ’=T
n −fT45B (N−1)−T45B (N)l・
・・・・・ (41但し、T45B =T 90−T4
5Aとなる。(4)式右辺の第2項は要求値TDからの
誤差を表わす。即ち誤差はT45Bの計測時と制御実行
時の差に等しいということかできる。
上記の点火時期及び通電時間についての制御誤差は内燃
機関の特に低回転側での急加速時あるいはアイドリング
時の回転変動によって大きな値となって、期待すべき最
適な制御から大きくはずれてしまうことになる。
次に従来の方法による他の実施例を第3図と第4図にて
説明する。第3図は前記実施例と同様点火時期と通電時
間の制?ff1lを行なう4サイクル単気筒内燃機関の
制御システム概略図である。第4図は第3図の制御シス
テムの制御内容と制御タイミングを示すものである 前記実施例との特徴的な相異は回転センサーのロータの
構造の相異にある。回転センサーのロータ301は内燃
機関のクランク軸に直結され、電磁ピックアップセンサ
ー302は3 (: 0 ’c A 周期のパルスを発
生ずる。このような構造では生基単位置を識別するため
の他のもう一組の回転センター構成が不要であるため低
コストシステムに向いているが、一方基準位置の情報が
少ないため回転変動あるいは急加速時の時間的応答性が
悪化する。
電磁ピックアップセンサ302の出力は波形整形回[1
&303にて矩形波に整形され整形信号304を出力す
る。この整形信号304を第4図(flに示す。該整形
信号304は360℃A毎の主基準位置(TDC)、副
基準位置り及びそれらの間の時間幅についての情報を与
える。計測装置305は前記整形信号304を受け、第
4図(g+に示す主基準位置T D C間の時間幅T3
60及び副基準位置りと主基準位置TDC間の時間幅T
Gの計測処理を行なう。
ここで第4図NIJN域における点火時期と通電時間の
制御について述べる。演算装置306は計測装置305
よりTa2O(+1−1) とTO(N−1)のデータ
を受け、第4図(h)に示す位置において点火時期制御
に関する演算401と通電時間制御に関する演算402
を行なう。点火時期制御についてはTa2O(N−1)
を回転数に換算し該回転数に対応する主基準位置TDC
からの進角量あるいは該進角量に相当する進角時間’F
A(N−1)を、さらにはタイマー装置で点火時期を制
(コ11するためのデータ即ち副基準位置りから点火1
11jJIまでの時間幅DTA=TG (N−1)  
TA (N−1)を算出する。
また通電時間制御については要求される通電時間を回転
数に依存しない一定値′1゛Dとし、さらに同様にタイ
マー装置で点火時期を制御するためのデータ即ち主基準
位置TDCから通電開始時期才での時間幅DTo=T3
60 (N  1)  Toを算出する。
タイマー装置307は前記演算結果D T A 。
DToのデータと整形信号304に含まれる主基準位置
TDC及び副基準位置りのタイミンク゛を受け、第4図
+11に示すタイマー制御実行する。点火時期のタイマ
ー制御404と通電開始時期のタイマー制御403は前
記具体例と同様な動作によって点火時期Sと通電開始時
11JI Oとを決定する。
その結果タイマー装置307の出力信号308は第4図
(Jlとなり、該出力信号308は点火コイル310の
一次電流を開閉するスイ・7チングトランジスタ309
のベースに接続され、0点で点火コイル310の一次側
の通電を開始し、8点で遮断することによって点火コイ
ル310の二次発生電圧を内燃機関の点火栓311に印
加する。但し360°CA毎に発生ずる点火のうち排気
行程に相当する点火はむだ火となる9 本具体例においても前記具体例と同様、第4図のN領域
での制御をN−1領域の計測結果にもとづいて行なわな
ければならないという制御の時間遅れによって、内燃機
関に回転変動が発生した場合にはd1測時のT360 
 (N−1)、TG 、(N−1)と制御実行時のT3
60  (N) 、 TG (N)との相異によって点
火時期と通電時間の制御に誤差が発生ずる。
ここで特に通電時間の制御に注目すると、制御実行時の
実際の通電時間To’は近似的にTo′mTo (Ta
2O(N−1) −7360(N) )・・・ (5) となる。例えば要求通電時間′roを5 rn s e
 ’cとし、N −1(IJi域でl O00rpmで
あったものが、Nll域で110 Orpmに加速した
とすると、(5)式の第2項で示される回転変動による
誤差分は約5m5ecとなり、実際の通電時間To’は
ほとんど消滅してしまって点火不可能ということになる
第3図のような制御システムはその構成がhii単にな
ることから低価格の制御システムとして採用されるが、
上述のような制御遅れによる誤動作か前記実施例よりも
一層激しく起るという欠点を有する。
従来の制御遅れによる制御誤差は制御量を過去の計測結
果自体にもとづいて算出することに起因する。
そこで、本発明の主旨は制御実行時に発生ずると考えら
れる機関回転速度を過去のδ1測結果の推移から予測し
、その予測結果にもとついて点火時期等の制御量を算出
することによって実質的に制御遅れを補正しようとする
ものである。
本発明による第1の具体例を第5図と第6図に“C説明
する。本具体例は第1図、第2図に対1芯′→る改善例
である。軸501により回転駆動される回転センサーの
構成502,503、波形整形回路504及びその整形
出力505は従来の実施例のm1図及び第2図と同様で
ある。1測装置506は第6図+11で示ずT180.
”I’90.T45A及び予測操作を行なうための主基
準位置TDC直後のT45Cの計測処理を行なう。記憶
装置507は本発明の特徴的な構成であって、T45C
の過去いくつかの旧劇結果を逐次刷新しながら格納し、
その推移の様子から予測操作を行なうためのものである
。本具体例では記憶装置507には過去最新の2つの1
” 45 Cについての計測結果が格納されていく。
例えば第6図のN領域での制御実行について説明ずれば
、演箆装置508は計測装置506からN−1@域での
計測結果TL80 (N−1)、T45A(N−1)及
び記憶装置からT45Cの過去の推移T45C(N−1
)とT45C(N)の各データを受け、第6図(rn)
で示される位置において演yを行なう。予測演算601
は前記各データIIYからN領域で発生ずるであろうと
考えられる予測値〒180(N)、T90(N)、〒4
5A (N)を算出す。予測演算は各点火毎の加速。
減速の様子がT45Cの推移に大きく顕われるもとする
方法か一例として上げられる。
点火時期制御に関する演算602はT180(N−1)
、T45A (N−1)の代りにT180(N)、〒4
5A(N)を用いて、前記従来の実施例と同様にして副
基準位買入から点火時期までの時間幅DTA=745A
 (N) 、TA(穎)を算出する。ここでTA(N)
は7180(N)にもとづいて算出した進角時間である
。通電制御に関する演算603はT90 (N−1)の
代りにT90(N)を用いて同様に副基準位置Bから通
電開始時ル[までの時間幅DT o =T 90 (N
)  T oを算出する。その後、点火時期のタイマー
制御605及び通電開始時期のタイマー制御604は前
記具体例と同様に動作する。
タイマー装置509以後の動作は前記従来具体例第1図
、第2図の場合と同様である。即ち、出力信号510に
よりトランジスタ511を断続し、点火コイル5121
分配器513を開始て点火栓514に高電圧を印加する
ここで同様にN領域で実際に起る点火時期の進角時間′
「八′と通電時間To’を求めると、TA’〜TA (
N)   (T45A (N)−T45A (N) 1 となる。、:ごでT45A (N)、T4513 (N
)はそれぞれT45A (N−1)、T45B (N−
1)に較べてはるかに良<T45A (N)、T45F
((N)を近似し、要求される点火時期の進角時間TA
 (N)及び通電時間′「Dと実際に発生ずる進角時間
TA’及び通電時間TD゛との誤差は従来の方決より大
きく改善されることになる。即ち本発明の予測操作によ
って制御実行時の内3141ift関の回転速度を予測
補正し、実質的に計測処理から制御実行までの時間遅れ
による制御誤差をな(することができる。
さらに本発明による第2の具体例を第7図、第8図にお
いて説明する。第7図は従来の具体例の第3図に対して
本発明による改善を施した制御システムの概略図であり
、第8図はその制御内容と制御タイミングとを示したも
のである。
回転センサーの構成701と702、派生上!形回路7
03、その整形出力信号7o4 (第8図(0))及び
計測装置705についてはilL来の具体例の第3図と
同様である。
本発明の特徴的構成である記憶装置706はd1測装置
705から逐次送られてくる計測結果の現時点から過去
いくつかのデータ群を逐次刷新しながら格納する。本具
体例においては、第8図(rllに示される計測結果T
360とTGについて現時点から過去2つの計測結果を
格納しそのデータの推移の様子から予測操作を行なう。
例えば第8図のN領域での制御実行について説明ずれば
、演a装置707は記憶装置706からN−2領域とN
−1領域の各データT360(N−2)、Ta2O(N
−1)、TG (N−2)。
TG(N−])を受けとり、第8図(q)で示す位置に
おいて演算を行なう。予測演算801は前記各データか
らN領域で発生するであろうと考えられる予測値〒36
0  (N)、’fc (N)を算出する。
ごこては特に前記従来の実施例で述べた急加速時の通電
時間の消滅という問題に注目して、これを改善するよう
な予測方法を一例として提案する。
即ち加速時の通電時間の消滅を防止するような予測方法
としては Ta6O(N)=T360  (N−1)  −+T3
60  (N−2> −T360(N−1)) ・・・・・・・・・・・・ 加速時 〒360 (N) =T360 (N)・・・ 減速時
なる関係式によるのがもつとも簡単な方法の1つである
。即ち過去2つのデータから加速条件−Fζこあると判
定した場合には、360°cAの周JIJI Ta2O
が直線的に現象するものとしてN領域の周期′f360
 (N)を求め、逆に減速傾向Gこある場合には通電時
間の減少は起らないからTa2O(N)を直前の計測結
果〒360 (N−1)4こ等しいとする方法である。
点火時期制御と通電時間制御に関する演算802゜80
3はTa2O(N−1)、TG (N−1)の代りに′
:f360  (N)、 ′fc (N)用G)る以外
−前記従来の具体例と同様である。さらに点火時期と通
電開始時期を制御するタイマー装置708番こおける1
i制御804. 805.およびそれ以後の信号709
によるトラフジ1フフ101点火コイ11ノア11、点
火栓712の動作は前記従来の実施例と同様である。
ここで通電時間制御だけに注目して、同様に第8図N領
域で発生ずる実際の通電時間TD′を求めると、 To ′qTo−4T360(N)   7360(N
)となる。問題は加速時にTD′が異常に減少すること
であるが、Ta2O(N)は加速効果を考慮したN領域
の予測値であるため、TD′の減少量は前記従来の実施
例の場合よりはるかに小さくなる。
即ち本発明の予測操作によって、加速時の通電時間の減
少あるいは最悪の場合の消滅を防止することができる。
以上では点火時期と通電時間の制御を例にとり従来の2
つの具体例と本発明によるそれぞれの対応する具体例を
示した。
しかしながら、本発明の適用範囲は内燃機関の点火制御
だけにとどまらない。内燃機関の回転速度の時間的変動
は大きく、制御の時間遅れは燃料量制御、ディーセル機
関の噴射時期制御等地の内燃機関制御においても問題と
なり、そういった分野に対しても本発明の予測(草作に
よる制御遅れの改善の方法を適用できる。
以上詳細に述べたように、本発明は運転状態特に回転速
度の変動の激しい内燃機関をディジタルシステムで制御
する際に問題となる制御の時間遅れ及びそれに起因する
最適制御からのずれという問題を解決したものであり、
予測操作即し過去の回転速度の推移から制御実行におけ
る値を予測し、その予測結果をもとにして点火時期、燃
料量、噴射時期制御量を決定するという方法によって実
質的に前記制御の時間遅れをなくし、内燃機関の最適制
御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の第1の具体例のシステム概略図、第2図
は第1図具体例の動作を示すタイミング図、 第3図は従来の第2の具体例のシステム概略図、第4図
は第3図具体例の動作を示すタイミンク図、 第5図は本発明による第1の実施例のシステム概略図、 第6図は第5図実施例の動作を示すタイミング図、 第7図は本発明による第2の実施例のシステム概略図、 第8図は第7図実施例の動作を示すタイミング図である
。 102.301,501.701・・・回転センサのロ
ータ、103,302,503,702・・・ピンクア
ップセンサー、104,303,504゜703・・・
波形整形回路、106,305,506゜705・・・
61測装置、107,306.5(18゜707・・・
演算装置、507,706・・・記憶装置、108.3
07,509,708・・・タイマー装置、110.3
09,511,7]0・・・スイッチングトランジスタ
、111,310.512.711・・・点火コイル。 代理人弁理士 岡 部   隆

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 +11内燃機関の回転速度を表わす信号を検出し、ごの
    検出信号を受けて所定の基準位置間を機関が回転する時
    間を計測してこの計測値を過去にさかのぼって複数個記
    憶保持し、この記憶保持された複数個の計測値の偏差に
    応した値により最新の前記計測値を補正して機関の作動
    量を制御する時点の前記回転速度を予測し、この予測し
    た回転速度により機関の前記作動量をMil制御するこ
    とを特徴とする内燃機関の制御方法。 (2)前記機関の作動量は点火時期、点火コイルへの通
    電開始時期、供給燃料量、もしくは燃料噴射時期の少な
    くとも一つであることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の内燃機関の制御方法。 (3)前記所定の基準位置間は機関の上死点間もしくは
    」二死点直後の時期を含むことを特徴とする特許8/1
    求の範囲第1項または第2項記載の内燃機関の制御方法
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