JPH04231641A - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

内燃機関用燃料噴射装置

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JPH04231641A
JPH04231641A JP40890290A JP40890290A JPH04231641A JP H04231641 A JPH04231641 A JP H04231641A JP 40890290 A JP40890290 A JP 40890290A JP 40890290 A JP40890290 A JP 40890290A JP H04231641 A JPH04231641 A JP H04231641A
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generator
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internal combustion
fuel
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Yoshinobu Arakawa
荒川 祥伸
Yutaka Inaba
豊 稲葉
Shigetoshi Aoki
青木 成年
Tokiaki Endo
常昭 遠藤
Ryuji Satsukawa
薩川 龍次
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気的に駆動されるイ
ンジェクタを用いて内燃機関に燃料を供給する内燃機関
用燃料噴射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】インジェクタは、ノズルとノズルを開閉
するニードルバルブと該ニードルバルブを駆動する電磁
石とを備えたもので、機関の吸気マニホールド等に取付
けられる。インジェクタには燃料ポンプから所定の圧力
(燃圧)で燃料が供給され、ニードルバルブを駆動する
電磁石の励磁コイル(インジェクタの駆動コイル)に駆
動電流が与えられたときにバルブが開いてノズルから燃
料を噴射させる。機関に供給される燃料の量はインジェ
クタのバルブを開く時間(燃料噴射時間)と燃圧とによ
り決まる。
【0003】図19は従来用いられていた燃料噴射装置
の構成を示したもので、同図において1は内燃機関、2
は機関の回転軸に取付けられた発電機、3は機関の吸気
マニホールド等に取付けられたインジェクタである。4
は発電機2の出力で図示しない充電回路を通して充電さ
れるバッテリで、このバッテリの出力はインジェクタ3
を駆動する駆動回路5に供給されている。6は燃料噴射
位置(回転角度位置)を制御する噴射タイミング制御回
路で、この制御回路には、機関の回転軸に取付けられた
ロータ7とピックアップコイル8とを備えた信号発生装
置9から得られる回転角検出用のパルス信号が入力され
ている。信号発生装置9のロータ7は周方向に並んだ多
数のリラクタを備えていて、機関が微小角度回転する毎
にピックアップコイル8からパルス信号を出力する。噴
射タイミング制御回路6は、これらのパルス信号から機
関の回転角度情報を得て、所定の燃料噴射位置で駆動回
路5に所定の信号幅(角度)の噴射タイミング信号を与
える。駆動回路5は噴射タイミング信号が与えられてい
る間閉じるスイッチを備えていて、該スイッチが閉じて
いる間バッテリ9を電源としてインジェクタ3に駆動電
流を流す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図19に示した従来の
燃料噴射装置では、所定の燃料噴射位置で所定の信号幅
の噴射タイミング信号を得るために機関に信号発生装置
9を取付ける必要があったため、部品点数が増加し、コ
ストが高くなるのを避けられなかった。また従来の燃料
噴射装置はバッテリを必要とするため、バッテリを搭載
していない装置(車両、船外機、農機具等)には適用す
ることができなかった。更に従来の装置では、噴射タイ
ミング制御回路で信号発生装置から得られるパルス信号
を計数することにより燃料噴射位置を求めて、該燃料噴
射位置で所定の信号幅の噴射指令信号を発生させる必要
があったため、噴射タイミング制御回路の構成が複雑に
なるという問題があった。
【0005】本発明の目的は、信号発生装置やバッテリ
を用いないで、また複雑な噴射タイミング制御回路を用
いることなく、所定の燃料噴射位置で燃料の噴射を行わ
せることができるようにした内燃機関用燃料噴射装置を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明においては、内燃
機関の燃料噴射区間で半波出力を発生する交流発電機を
設けて、該交流発電機をインジェクタの駆動電源とした
【0007】本発明においてはまた、内燃機関の燃料噴
射区間で半波出力を発生する交流発電機と、該交流発電
機の出力を整流する半波整流器とを備えた半波整流電源
を構成して、該半波整流電源をインジェクタの駆動電源
としてもよい。
【0008】
【作用】上記のように、内燃機関の燃料噴射区間で半波
出力を発生する交流発電機を設けて、該交流発電機をイ
ンジェクタの駆動電源とすると、該半波出力でインジェ
クタに駆動電流を流して燃料の噴射を行わせることがで
きる。例えば機関の吸気行程で燃料の噴射を行わせるも
のとすると、該吸気行程の区間交流発電機が半波の電圧
を誘起するように、発電機の極数と磁極間隔とを設定し
ておくことにより、吸気行程でインジェクタに駆動電流
を流して燃料の噴射を行わせることができる。
【0009】また交流発電機の出力を半波整流器を通し
てインジェクタに供給するようにすると、発電機から得
られる正負の半波の出力のうち、燃料の噴射に無用の半
波をカットすることができるため、所定の燃料噴射区間
のみインジェクタを駆動することができる。
【0010】
【実施例】図1は本願第1の発明の基本構成を示したも
ので、同図において1は内燃機関、2は内燃機関1の回
転軸に取付けられた交流発電機、3は機関の吸気マニホ
ールド等に取付けられたインジェクタである。交流発電
機2は例えば磁石式の交流発電機からなり、この例では
、発電機2の出力が直接インジェクタ3に供給されてい
る。
【0011】今内燃機関1が単気筒の2サイクル機関で
あるとすると、そのクランク角は図3のように変化する
。図3においてTDCは機関の「上死点」を意味し、B
TDCは「上死点前」を意味する。またATDCは「上
死点後」を意味し、BDCは「下死点」を意味する。こ
の例では、上死点前90度の位置から上死点までの90
度の区間が吸気行程であるとし、この吸気行程の区間イ
ンジェクタ3から燃料を噴射するものとする。
【0012】この場合、発電機2としては、例えば図4
に示す磁石発電機を用いるものとする。図4において2
00は機関の回転軸(クランク軸)に取付けられたカッ
プ状のヨーク201の周壁部の内周に円弧状の永久磁石
202と203とを取付けた2極の磁石回転子、204
はI字形の鉄心205に発電コイル206を巻回した固
定子である。
【0013】磁石201及び203はともに135度の
極弧角を有し、180度間隔で対称に配置されている。 磁石202及び203はそれぞれの内周側の磁極の極性
を異にするようにヨークの径方向に異なる極性で着磁さ
れている。
【0014】また固定子の鉄心205の両端の磁極部2
05a,205aの極弧角は45度に設定され、鉄心2
05はその長手方向を機関の上死点と下死点とを結ぶ直
線と一致させた状態で機関のケースやカバー等に固定さ
れいてる。
【0015】図5(A)ないし(C)は図1のように構
成した場合のタイミングチャートで、同図(A)には機
関の吸気行程を斜線で示してある。また図5(B)は図
4の交流発電機2の出力波形を示し、図5(C)はイン
ジェクタ3の動作を示している。図5(C)において、
ONはインジェクタが燃料を噴射していることを示し、
OFFは燃料の噴射を停止していることを示している。
【0016】図1の装置において機関を回転させると、
発電機2は図5(B)に示したように、上死点前90度
の位置から上死点TDCまでの吸気行程の間正の半波の
電圧Vp を出力し、上死点後90度の位置から下死点
BDCまでの間負の半波の電圧Vn を出力する。これ
らの電圧Vp ,Vn がインジェクタ3の駆動コイル
に印加されるため、インジェクタ3は図5(C)に示し
たように、上死点前90度の位置から上死点TDCまで
の吸気行程の間及び上死点後90度の位置から下死点B
DCまでの間そのバルブを開いて燃料を噴射する。
【0017】図2は本願第2の発明の基本構成を示した
もので、この場合には発電機2の出力が半波整流器10
を介してインジェクタの駆動コイルに供給されている。
【0018】図1の例においては、上死点後90度の位
置から下死点BDCまでの区間でも燃料の噴射が行われ
るが、この区間は排気行程であるので、本来燃料の噴射
は行わなくても良い。
【0019】図2のように、発電機2の出力を半波整流
器10を通してインジェクタの駆動コイルに供給すると
、発電機の負の半波の出力電圧Vn がカットされるた
め、図5(D)に示したように、インジェクタは吸気行
程にのみ燃料を噴射することになり、必要がない区間で
燃料の噴射が行われるのが防止される。
【0020】尚排気行程で燃料を噴射した場合、噴射さ
れた燃料は機関のシリンダ内に流入すること無く、吸気
ポート内に滞留し、次に吸気行程で噴射された燃料とと
もにシリンダ内に供給されるので、排気行程で燃料を噴
射させるようにしても、燃料が無駄になることはない。
【0021】上記の説明では、クランク角にして360
度で機関の各行程が一巡する2サイクル機関を例にとっ
たが、上記実施例の装置をクランク角にして720度で
各行程が一巡する4サイクル機関に適用する場合には、
機関のクランク軸で減速機を介して発電機2を駆動して
、クランク軸が720度回転する間に発電機の回転子が
360度回転するようにすれば良い。
【0022】また上記の実施例では、吸気行程でインジ
ェクタを動作させるようにしたが、発電機の取付け位置
や、磁極構造を変更することにより、燃料噴射位置及び
噴射区間(角度)を任意に設定することができる。
【0023】上記のように、機関の回転に同期して出力
を発生する交流発電機をインジェクタの駆動電源とすれ
ば、機関の回転速度や運転状態の如何を問わず、また機
関の回転速度が過渡的な変化をしている最中でも、燃料
噴射位置及び噴射区間を常にほぼ一定にすることができ
る。
【0024】内燃機関に1回毎に吸入される空気の量は
基本的には低速でも高速でも同じである。しかしながら
実際には高速回転になればなるほど吸入効率が低下する
。ここで吸入効率(正しくは体積効率)は、大気圧P、
絶対温度Tにおいて吸入した新気の重量を大気圧P、絶
対温度Tにおいて行程容積を占める新気の重量で割った
値であり、理想的には1であるが、実際には0.6 〜
0.7 の値をとる。従って吸入される空気の量Aは回
転速度の上昇に伴って減少する。
【0025】一方インジェクタは機関のいかなる運転状
態においても予め設定された角度の範囲しか噴射動作を
行わないため、機関の速度が高くなればなるほど噴射時
間は短くなり、燃料の供給量Fは回転速度の上昇に伴っ
て減少する。
【0026】これらのことから、上記のように発電機の
半波の出力でインジェクタを駆動して噴射区間を一定と
した場合には、機関に供給される混合気の割合を示す空
燃比A/Fが機関の回転速度の如何に拘らずほぼ一定に
なる傾向になる。
【0027】一般には、機関の回転速度の上昇に対する
吸入効率の低下割合よりは回転速度の上昇に対するイン
ジェクタの燃料噴射量の減少割合の方が大きいため、空
燃比は回転速度の上昇に伴って大きくなっていく傾向に
なる。この現象を抑制するためには、上記発電機2とし
て磁石発電機を用いるのが良い。磁石発電機では回転速
度の上昇に伴って発電機の出力電圧が増加し、各半波の
立上がりが早くなっていくため、回転速度の上昇に伴っ
て、インジェクタが噴射動作を開始するまでの時間を短
くすることができ、燃料噴射量の減少を抑えることがで
きる。
【0028】上記の説明では、発電機の出力または発電
機の半波整流出力を直接インジェクタに供給するとした
が、本発明においては、発電機とインジェクタとの間、
または整流器とインジェクタとの間に制御回路を付加し
て、発電機の各半波においてインジェクタに駆動電流が
流れ始める位置(燃料噴射位置)または駆動電流が流れ
る区間を回転速度等に応じて変化させたり、インジェク
タに供給される燃料の圧力(燃圧)を制御することによ
り燃料の供給量を制御したりすることを何等妨げない。
【0029】例えば機関の回転速度の上昇に伴う吸入空
気量の低下の割合と、インジェクタによる燃料供給量と
の割合が一致しないために空燃比が一定にならない場合
には、インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプの回転
を機関の回転速度に応じて制御することによりインジェ
クタの燃圧を制御したり、発電機とインジェクタとの間
にスイッチ機能を有する素子またはツェナーダイオード
のようなしきい値を有する素子を挿入する等して、発電
機の各半波の出力が立上ってからインジェクタに駆動電
流が流れるまでの時間を制御したりすることにより、空
燃比を一定に近付けるように制御することができる。
【0030】発電機の各半波の出力電圧が立上ってから
インジェクタに駆動電流が流れ始めるまでの時間を制御
する制御回路の一例を図17に示した。この例では、発
電機2の出力が、ダイオードD1 ,D2 と、トラン
ジスタTr1と、サイリスタTh1と、ツェナーダイオ
ードZD1 と、抵抗R1 ないしR3 とコンデンサ
C1 とからなる制御回路を介してインジェクタ3に供
給されている。
【0031】この図17に示した制御回路において、発
電機2が図18(A)に示すような半波の出力電圧を発
生し、該出力電圧が設定レベルVt に達すると、抵抗
R1 とR2 とからなる分圧回路の出力電圧(抵抗R
2の両端の電圧)がツェナーダイオードZD1 のツェ
ナー電圧に達するため、該ツェナーダイオードZD1 
が導通してサイリスタTh1にトリガ信号を与える。こ
れによりトランジスタTr1にベース電流が流れ、該ト
ランジスタが導通してインジェクタ3に駆動電流Iが流
れる。この駆動電流は発電機の半波の出力電圧が零にな
ってサイリスタTh1がしゃ断状態になるまで流れる。 図18(B)は駆動電流Iが流れる期間を示している。
【0032】図17のような制御回路を付加すると、抵
抗R1 及びR2からなる分圧回路の分圧比を適宜に調
整することにより、発電機の半波の出力電圧が立上って
からインジェクタに駆動電流が流れ始める間での時間を
適宜に設定することができ、これにより燃料噴射時間を
適宜に設定することができる。また機関の温度や大気圧
等の制御条件を検出するセンサとして、検出値に応じて
抵抗値が変化するものを用いて、抵抗R1 またはR2
 を該センサで置き換えることにより、温度や大気圧等
の制御条件に応じて燃料噴射時間を変化させることがで
きる。
【0033】図6は、2サイクル2気筒内燃機関に本発
明を適用した実施例の構成を示したもので、同図におい
て1A及び1Bはそれぞれ内燃機関1の第1及び第2の
気筒、12は吸気管12aと2つの分岐管12b1,1
2b2とを有するスロットルボディ、13は吸気管12
aに取付けられたスロットルバルブで、スロットルボデ
ィの分岐管12b1及び12b2がそれぞれ第1の気筒
及び第2の気筒に接続されている。インジェクタ3は吸
気管12aに取付けられ、内燃機関に取付けられた交流
発電機2の出力がインジェクタ3に供給されている。こ
こで第1の気筒及び第2の気筒の行程の位相差は180
度である。
【0034】図7はこの実施例の内燃機関の各気筒のク
ランク角と行程との関係を示したダイヤグラムで、同図
においてIOは吸気孔が開く位置を示し、ICは吸気孔
が閉じる位置を示している。またEO及びECはそれぞ
れ排気孔が開く位置及び閉じる位置を示し、SO及びS
Cはそれぞれ掃気孔が開く位置及び閉じる位置を示して
いる。
【0035】本実施例において、燃料噴射区間を吸気行
程に設定した場合の噴射タイミングを図8に示した。ま
た発電機とインジェクタの関係を示す等価回路を図9に
示した。
【0036】本実施例によると、第1の気筒1Aの吸気
行程及び第2の気筒1Bの吸気行程においてインジェク
タ3が動作して燃料を噴射する。インジェクタから噴射
される燃料は吸気行程時に発生する負圧により、2つの
気筒の内、吸気行程中の気筒に吸入されることになる。 従って発電機の一方の半波の出力で吸気行程中の第1の
気筒に燃料を供給し、他方の半波において吸気行程中の
第2の気筒に燃料を供給して、両気筒をバランス良く動
作させることができる。
【0037】図10は、本発明の他の実施例を示したも
ので、この実施例では、機関の第1の気筒1A及び第2
の気筒1Bにそれぞれ別のスロットルボディ12A及び
12Bを接続し、それぞれのスロットルボディにスロッ
トルバルブ13A及び13Bを設けている。そしてスロ
ットルボディ12A及び12Bにそれぞれインジェクタ
3A及び3Bを取付け、発電機2の異なる半波の出力を
半波整流器10A及び10Bを通してインジェクタ3に
供給している。この場合の等価回路を図11に示し、噴
射タイミングを図12に示した。この実施例によれば、
各気筒の吸気行程において、各気筒に燃料を供給するこ
とができる。
【0038】尚図10のように第1の気筒及び第2の気
筒に対して別々にスロットルボディ12A及び12Bを
設ける代りに、図6において分岐管12b1及び12b
2にそれぞれインジェクタ3A及び3Bを取り付けるよ
うにしても良い。
【0039】図13は2サイクル3気筒内燃機関に本発
明を適用した実施例を示したもので、同図において1A
ないし1Cはそれぞれ内燃機関1の第1ないし第3の気
筒を示している。この実施例では、第1の気筒1Aない
し第3の気筒1Cに対してそれぞれスロットルバルブ1
3Aないし13Cが取付けられたスロットルボディ12
Aないし12Cを接続し、スロットルボディ12Aない
し12Cにそれぞれインジェクタ3Aないし3Cを取付
けている。内燃機関のクランク軸に取付けられた発電機
2は、図14に示したように、U,V,W3相の発電コ
イル2uないし2wが星形結線された3相交流磁石発電
機からなり、3相の発電コイルのそれぞれの半波出力が
それぞれ半波整流器10Aないし10Cを介してインジ
ェクタ3Aないし3Bの駆動コイルに供給されている。
【0040】この実施例の第1の気筒ないし第3の気筒
の吸気行程は図15(A)ないし(C)に斜線を施して
示した通りであり、これらの吸気行程でそれぞれの気筒
に燃料を供給するものとする。発電機2から得られる3
相の出力は120度の位相差を有し、整流器10Aない
し10Cを通してインジェクタ3Aないし3Cにそれぞ
れ供給される半波の出力は図15(D)ないし(F)に
示すようになる。インジェクタ3Aないし3Bの噴射タ
イミングはそれぞれ図15(G)ないし(I)に示す通
りである。この実施例でも各気筒の吸気行程時に各気筒
のインジェクタから燃料噴射が行われる。
【0041】上記の実施例では、発電機2の出力をイジ
ェクタのみに供給しているが、発電機2の出力でインジ
ェクタと内燃機関用点火装置との双方を駆動するように
することもできる。図16はその一例を示したもので、
この例では内燃機関1のクランク軸1aに取付けられた
鉄製のフライホイール20の外周に凹部が設けられて該
凹部内に磁石21が取付けられ、フライホイール20及
び磁石21により3極の磁石回転子22が構成されてい
る。磁石回転子22の周囲にはコの字形の鉄心23に発
電コイル24を巻回して構成した固定子25と、同じく
コの字形の鉄心26に点火コイル27を巻回して構成し
た固定子28とが配置され、これらの固定子はそれぞれ
の磁極部を所定のギャップを介して磁石回転子の外周に
対向させた状態で機関のケース等に対して固定されてい
る。磁石回転子22と固定子25及び28とにより発電
機2が構成されている。
【0042】点火コイル27の1次コイルには1次電流
制御回路29が接続され、2次コイルには機関の気筒に
取付けられた点火プラグ30が接続されている。点火コ
イル27と1次電流制御回路29と点火プラグ30とに
より内燃機関用点火装置が構成されている。固定子25
は、機関の吸気行程で発電コイル24に正の半サイクル
の電圧を誘起させるようにその位置が定められ、この発
電コイル24の正の半サイクルの電圧が整流器10を通
してインジェクタ3に印加されている。また固定子28
は、機関の点火時期よりも所定の角度だけ位相が進んだ
位置で点火コイル27の1次コイルに電圧を誘起させる
ようにその位置が定められている。1次電流制御回路2
9は、機関の点火時期に点火コイルの1次電流に急激な
変化を生じさせて点火コイルの2次コイルに高電圧を誘
起させる。この高電圧により点火プラグ30に火花を生
じさせて機関を点火する。
【0043】上記の説明では、2サイクル2気筒内燃機
関及び2サイクル3気筒内燃機関を例にとったが、発電
機の回転子の磁極構造(例えば磁石回転子の極数、各磁
極の周方向長さ等)や固定子鉄心の形状、巻線仕様等を
変更することにより、発電機の出力の相数及び各半波の
期間に相当するクランク角を適宜に設定することができ
るため、単気筒はもとより、4気筒以上の多気筒内燃機
関にも本発明を適用することができる。
【0044】尚図14に示した例では、3相の発電コイ
ル2u〜2wを星形結線しているが、これらの発電コイ
ルを三角結線するようにしても良い。また120度間隔
の位相差をもって交流電圧を誘起する3つの発電コイル
を相互に結線することなく、該3つの発電コイルからそ
れぞれ異なるインジェクタに駆動電流を供給するように
しても良い。4気筒以上の内燃機関のインジェクタを駆
動するために更に多相の発電コイルを設ける場合も同様
である。
【0045】またクランク軸の2回転で発電機が1回転
するように、機関の出力軸に減速機を介して発電機を取
付けることにより、4サイクル機関にも本発明の装置を
適用することができる。
【0046】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、内燃機
関の燃料噴射区間で半波出力を発生する交流発電機を設
けて、この発電機からインジェクタに駆動電流を供給す
るようにしたので、複雑な駆動回路を用いることなく、
インジェクタを駆動することができる利点がある。
【0047】特に請求項2に記載した発明によれば、交
流発電機の出力を半波整流器を通してインジェクタに供
給するようにしたので、発電機から得られる正負の半波
の出力のうち、燃料の噴射に無用の半波をカットするこ
とができ、所定の燃料噴射区間のみインジェクタを駆動
することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願第1の発明の基本構成を示す構成図である
【図2】本願第2の発明の基本構成を示す構成図である
【図3】図1の構成の説明に用いる単気筒2サイクル機
関のクランク角と各行程との関係を示すダイヤグラムで
ある。
【図4】図1の構成の説明で用いる発電機の構成を示し
た構成図である。
【図5】図1の装置において図4の発電機を用いた場合
の動作を説明するための線図である。
【図6】本発明の実施例の構成を概略的に示した構成図
である。
【図7】図6の実施例における機関の各気筒のクランク
角と各行程との関係を示すダイヤグラムである。
【図8】図6の実施例の動作を説明するためのタイミン
グチャートである。
【図9】図6の実施例の電気的な構成を示す等価回路図
である。
【図10】本発明の他の実施例の構成を概略的に示した
構成図である。
【図11】図10の実施例の電気的な構成を示した等価
回路図である。
【図12】図10の実施例の動作を説明するタイミング
チャートである。
【図13】本発明の更に他の実施例の構成を概略的に示
した構成図である。
【図14】図13の実施例の電気的な構成を示す接続図
である。
【図15】図13の実施例の動作を説明するタイミング
チャートである。
【図16】本発明の更に他の実施例を示した構成図であ
る。
【図17】本発明の燃料噴射装置において用いることが
できる制御回路の一例を示した回路図である。
【図18】図17の制御回路の動作を説明するための電
圧、電流波形図である。
【図19】従来の燃料噴射装置の構成を概略的に示した
構成図である。
【符号の説明】
1…内燃機関、1A〜1C…機関の気筒、2…交流発電
機、3,3A〜3C…インジェクタ、10,10A〜1
0C…半波整流器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  内燃機関の燃料噴射区間で半波出力を
    発生する交流発電機をインジェクタの駆動電源としたこ
    とを特徴とする内燃機関用電子燃料噴射装置。
  2. 【請求項2】  内燃機関の燃料噴射区間で半波出力を
    発生する交流発電機と、前記交流発電機の出力を整流す
    る半波整流器とを備えた半波整流電源をインジェクタの
    駆動電源としたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装
    置。
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