JPS6056903B2 - 燃料制御装置 - Google Patents

燃料制御装置

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JPS6056903B2
JPS6056903B2 JP7438478A JP7438478A JPS6056903B2 JP S6056903 B2 JPS6056903 B2 JP S6056903B2 JP 7438478 A JP7438478 A JP 7438478A JP 7438478 A JP7438478 A JP 7438478A JP S6056903 B2 JPS6056903 B2 JP S6056903B2
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voltage
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理 伊藤
信史 保浦
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NipponDenso Co Ltd
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は時限パルスに応動する電磁弁にて間欠的に燃
料を計量し機関に供給する燃料制御装置に関するものて
ある。
オツトー株間においては燃料と空気との混合気の比率
即ち空燃比が適正な値に保持されなければ正常な燃焼が
得られない。
又運転条件が一定に保たれた状態では各気筒の毎回の
吸入行程で吸入される混合気の空燃比は経時的な変動が
少ないことと各気筒間の供給燃量の−差も少ないことが
良好な燃焼を行うために必要である。
そこで時限パルスに応動する電磁弁を使つて間欠的に
燃料計量する従来の燃料制御装置ては機関4、hLコリ
ヤQメ| ■Iれ■に■i、−’ 一茫牲ヤーμmノ゛−
レ ii1=n4−対応する気筒の吸入行程における全
作動頻度の整数倍だけ作動させ燃料噴射することにより
、すべての気筒すべての吸入行程について平等な空燃比
の混合気を供給する構成のものが用いられてきた。
しかし気筒数と同数の電磁弁を配備することは各電磁
弁の特性のバラツキにより気筒間の空燃比が不均一とな
り機関性能の低下を招くと共にコストの点でも問題であ
る。
そこで本発明では多気筒機関の複数気筒に対して一本
の電磁弁を用い燃料計量を行う燃料装置を提案するもの
である。
自動車用内燃機関の如く運転条件の変化範囲の広いもの
では常用運転域で回転数の変化範囲が約10倍、又吸気
管に配設されたスロットル弁により吸入空気圧力の変化
範囲は少くとも4倍の変化範囲が必要であり、従つて株
間へ供給すべき燃料の平均的流量変化範囲は4晧に達す
る。これだけの流量変化範囲を電磁弁の開弁時間幅の調
節のみで制御する事は燃料計量精度の点で問題である。
又機関の各気筒の吸入行程作動頻度と等しいかその整
数倍の作動頻度て電磁弁の計量動作を行うことは高回転
域での計量時間の不足と低回転域での計量動作のくり返
し周期の増大をまねきこれらは共に計量精度を悪化する
と共に制御系の応答性の低下をもたらす。
例えば4気筒4サイクル機関でアイドリング回転数を6
00r″Pm、最高常用回転数を6000rpmとして
全気筒に対する燃料計量を一本の電磁弁を用いて、全気
筒の吸入行程の作動頻度と等しい頻度で電磁弁の計量動
作を行う場合を考える。電磁弁に許容される開弁時間τ
M求めるとてある、従つて51100@の計量時間しか
許容されない。
一方この種の電磁弁では印加される時限パルス電圧に対
する開弁動作の応答遅れ時間(約11100@)が無視
できない値となり、計量精度を悪化させることになる。
又アイドリング回転数では計量動作のくり返し周期TA
はとなり機関は5ハ008の周期しか吸入行程を行われ
ないため、電磁弁の計量周期を短くした場合は1回の動
作において計量すべき燃料量が小さくなりすぎる問題を
生じる。
そこで本発明では機関の設定回転数以下の低回転域ては
全気筒に対する吸入行程作動周波数の整数倍のくり返し
周波数で電磁弁による計量を行い、設定回転数をこえる
高回転域では電磁弁の計量動作のくり返し周期を一定値
に固定し、開弁時間幅制御のみを行う構成とすることに
より、前記機関回転数の高回転域及び低回転域での従来
の問題点を解消することを目的とするものである。
以下本発明を第1図に示す第1実施例につき説.明する
。1は4気筒4サイクル内燃機関、2はエアフィルタ1
a下流に設けられたエアフローメータ、3はスロットル
弁、4は吸気管1bに設置されたベンチユリ部でダブル
ベンチユリー構造となつている。
40はエアブリード、41はエマルジ.ヨンチユーブ、
42はユアジエツト、43はスモールベンチユリ、44
はメインノズル、45はエマルジョンホールである。
5は燃料タンク、6は燃料ポンプ、7はメインノズル4
4から噴射供給される燃料の量を間欠的に開閉作動して
制御する,電磁弁、8は燃料圧力を調整する燃圧調整弁
、9は吸気管16内の圧力を検出する圧力センサ、10
は機関クランク軸1cの位置つまり回転角を検出する回
転センサ、11はエンジン冷却水温を検出する水温セン
サ、12は機関の排気管1dに設けられた空燃比を検出
する空燃比センサ、13は排気ガス有害成分を浄化する
三元触媒である。
14はエアフロメータ2並びに回転センサ10の検出信
号により燃料供給量つまり電磁弁7の開弁時間幅を計算
する電子制御回路てある。
次に電子制御回路14を第2図のブロック図により説明
する。
回転センサ10は機関クランク1cに一体に設けられた
インダクタ10aの回転角jを電磁ピックアップ10b
にてパルス信号として検出するもので、各気筒の吸入行
程毎に1個パルス信号を出力するものて波形整形回路も
含むものである。20は回転数電圧発生器で、回転セン
サ10からの回転パルス信号のくり返し周波数に応じた
回転数電圧VNを発生する。
エアフロメータ2はリターンスプリングにより復元力を
与えられたじやま板を有し、空気流による圧力でじやま
板が変位する量をポテンショメータで検出することによ
り吸入空気量に応じた吸気量電圧VAが出力される。4
0は同期時限パルス発生器で、機関のクランク軸回転角
に対応してつまり回転に同期して時限パルスを発生する
もので、このパルス出力のくり返し周期は対応する気筒
の吸入行程の作動周期TIに等しい。
この時限パルスは機関のクランク軸1cに同期している
のて同期時限パルスと呼ぶ。同期時限パルスの時間幅T
1は基本的には吸気量電圧VAに比例し回転数電圧VN
に反比例するもので、71=K″4VATI=K″!4
■A/VN(但しK″4,K″4は定数)で表わされる
。50は機関のクランク軸回転角とは同期せず一定のく
り返し周期て時限パルスを発生する非同期時限パルス発
生器で時限パルスの時間幅τ2は吸気量電圧■Aに比例
する。
従つてτ2=K1゛VA(K″1は定数)である。60
は設定回転数Nsに対応する設定電圧V,を発生する電
圧設定器である。70は比較器で回転数電圧VNと設定
電圧V,とを比較判別し、後述の二つのゲート90,1
00を制御する制御信号を発生する。
VN≦V,ではゲート90に゜゜H゛レベル、ゲート1
00に“゜V3レベル信号を供給し、同期時限パルス発
生器4の時限パルスを選択して後続の回路に出力させる
。又VN>Vsではゲート100に“6W3レベル、ゲ
ート90に゜゜L゛レベル信号を供給し、非同期時限パ
ルス発生器5の生じる非同期時限パルスを選択して後続
の回路に出力させる。80は空燃比関数電圧発生器で例
えばセンサ11,12から出力される機関の運転条件に
対応して計画された空燃比に対応した空燃比電圧■Mが
若しくは所定の空燃比電圧VMを発生する。
110はゲート90,100からの信号を増幅する増幅
回路で燃料供給量を制御する電磁弁7を駆動する。
次に電子制御回路14を第3図に示す電気回路により詳
細に説明する。
回転角センサ10は機関のクランク軸1cに一体に設け
られたインダクタ10aの回転角を電磁ピックアップ1
0bにてパルス信号として検出し、このパルス信号をト
ランジスタ10dにて増幅整形する。この整形後のA点
に現われる信号電圧波形は第4図Aの如きものとなり、
機関のクランク軸が112回転して4気筒のうちのいず
れかの気筒が吸入行程を行う毎にトリガ信号を発生する
。10eはD−フリップフロップであり、A点のトリガ
信号を入力としてQ信号出力点Bに第4図Bの如き交互
に切換る矩形波電圧を出力する。
又10fは否定回路でありB点の波形とは逆極性の波形
の出力をB2点に発生する。同期時限パルス発生器40
は二つの同期型時限パルス発生器40a,40Bより構
成され、機関の吸入行程に同期して時限パルスを発生す
る。二つの時限パルス発生器40A,40Bは同一構成
てあるので40Aにつき説明する。41は差動型演算増
幅器てあり、積分回路を構成し積分時定数はコンデンサ
42と抵抗43てきまる。
44はアナログスイッチで回転センサ10のフリップフ
ロップ10eの出力であるB点の電圧にて制御され、B
点が゜゜H゛レベルにあるときは接点a−c間を接続し
エアフロメータ2より機関の吸入空気量QAに比例した
吸気電圧VAが印加され、B点が゜゛L゛レベルにある
ときは接点b−c間を接続し空燃比関数電圧発生器80
からの負電圧が印加されコンデンサ42の充電と放電が
行われる。
従つて積分回路出力であるC点の電圧波形は第4図cの
如きものとなる。45は差動型演算増幅器を用いた比較
器で積分回路出力のC点の電圧を一定電圧と比較する。
比較器の出力であるD点の電圧波形は第4図Dの如きも
のとなる。46はこのD点の電圧信号と回転センサ10
のD−フリップフロップ10e(7)互信号即ちB点の
信号の逆極性の信号との論理積をとる論理積回路で回路
46の出力であるE点の時限パルス電圧の波形は第4図
Eの如きものとなる。
ここでこの時限パルスEの時間幅τ1は吸入行程作動周
期をT!とするτ1=K″4VAT,=K4QA/N(
但しK″4,K4は定数)となる。時限パルス発生器4
0Aより得られた時限パルスは4気筒機関の2気筒に対
する時限パルスであり残りの2気筒に対する時限パルス
は他方の時限パルス発生器40Bにより与えられる。時
限パルス発生器40Bの構成は時限パルス発生器40A
と同一であり、時限パルス発生器40Aに比べ1回の吸
入行程分だけ位相がずれて動作する。従つて時限パルス
発生器40Bの出力点E2に発生する時限パルスE2は
第4図E2に示す如く4気筒機関の残りの2気筒に対す
る時限パルスを与えることになる。従つて両発生器40
A,40Bの共通出力点Fより得られる時限パルスは第
3図Fに示す如く4気筒機関のすべての気筒に対する時
限パルスが得られる。
回転数電圧変換器20はトランジスタ2a,2b1コン
デンサ2C1ダイオード2d,2e1平滑用のコンデン
サ2f1抵抗2g等を有するもので、入力信号としてク
ランク軸の角度検出信号に同期した回転センサ10のD
−フリップフロップ10eの矩形波信号が印加され、出
力点1には機関回転数Nに比例した回転数電圧VNを発
生する。この回転数電圧VNは差動型演算増幅器71を
含む比較器70にて電圧設定器60からの設定回転数N
sに対応して設定された設定電圧■sと比較され、この
V,VNの大小を判別し、判別信号を発生する。即ちV
N≦Vsでは出力Jより“゜H゛レベルの信号を出力し
、又否定回路72をへた出力点Kからぱ゜L゛レベルの
信号を出力し、反対にVN>VsではJ点は4′L″レ
ベル、K点は“゜H゛レベルの信号を出力する。第4図
JlK図では時点T。以前(図中左側)ではVN≦■,
の場合を示し、TO以後(図中右側)では■N>Vsを
示す。非同期時限パルス発生器50は機関の吸入行程と
は同期せず一定のくり返し周期で時限パルスを発生する
ものでトランジスタ51,52は無安定マルチバイブレ
ータを構成し、一定周期で時間幅の短い正極性のパルス
電圧を発生する。
このマルチパイプレータの出力点Gの波形は第4図Gに
て示される。53は差動型演算増幅器を用いた積分器で
入力される積分電圧は空燃比関数電圧発生器80から与
えられ、積分コンデンサ54のリセット用アナログスイ
ッチ55は単安定マルチバイブレータの出力点Gに生じ
る正極性のパルスにて駆動される。
従つて積分器53の出力点G2に発生する波形は第4図
G2に示す如き一定周期の鋸歯状波となる。56は比較
器を構成する差動型演算増幅器で上記鋸歯状波とエアフ
ロメータ2からの吸気電圧■Aとを比較し非同期時限パ
ルスを発生する。
この時限パルスの時間巾τ2はτ2=K1゛VA=K,
Qa(K1″,K1は定数)となる。従つて比較器56
の出力点Hに生じる時限パルスの波形は第4図Hに示さ
れ、吸気電圧VAに比例した時間幅τ2が定められる。
ゲート90,100は論理積ゲート91,101よりな
り、ゲート90には両時限パルス発生器40A,40B
の共通出力点Fからの時限パルスと比較器70の出力点
Jからの比較信号とが入力され両信号の論理積を取る。
ゲート100には非同期時限パルス発生器50の出力点
Hからの時限パルスと比較器70の出力点Kからの比較
信号とが入力され両信号の論理積を取る。両ゲート90
,100の出力はダイオード92,102を介して共通
出力点Lより増幅回路110に供給され、増幅用トラン
ジスタ110にて電磁弁7を駆動するに十分のレベルま
でこの出力時限パルスが電流増幅される。電磁弁7の駆
動用の時限パルスとしてはVN≦Vsては同期時限パル
ス発生回路40A,40Bの生じる時限パルスが選択さ
れ■N〉Vsでは非同期時限パルス発生回路50の生ず
る時限パルスが選択され、これらの時限パルス応動して
電磁弁7が動作し燃料計量を行う。即ち機関回転数Nが
設定回転数Ns以下の比較的低回転.領域では電磁弁の
駆動パルスとして同期時限パルス発生器40の生じる時
限パルスが選択されるため機関の吸入行程毎に燃料計量
が行われる。又N〉Nsの比較的高回転領域では電磁弁
7の駆動パルスとしては非同期時限パルス発生器50の
生じ・る時限パルスが選択されるため機関の吸入行程と
は無関係な一定のくり返し周期で燃料計量が行われる。
上記実施例において空燃比の制御は低回転領域では同期
時限パルス発生器40A及び40Bの積分回路に印加さ
れる積分電圧印加点B..b2に供給される空燃比関数
電圧発生器80からの空燃比電圧VMを種々の機関条件
例えばセンサ11,12からの冷却水温、空燃比情報に
応じて変化させることによつて任意にできる。例えばア
ナロログスイツチ44及び44a(1)b端子及び■端
子にかかる空燃比電圧■M(負電圧)の絶対値を増加す
れば同一運転条件における時限パルス幅が減少する)た
め空燃比は大きく(薄く)なる。又高回転領域について
も非同期時限パルス発生器5の積分器53に供給される
空燃比電圧■Mを上記同様変化させることによつて空燃
比を調節可能である。
例えば空燃比電圧VM絶対値を増加す・れば時限パルス
幅は減少し空燃比は大きく(薄く)なる。第3図に示す
実施例では空燃比を設定するための空燃比関数電圧発生
器80は単にポテンショメータによソー定値に定める構
成であるが、第2図″のブ罎ンク図の破線に示す如く機
関回転数、冷却水温、排気ガス中の酸素濃度等の運転条
件に対応するセンサ11,12等で電気信号として検出
しこれらの検出信号を関数電圧発生器の入力とし、機関
に計画された空燃比パタンを表現する空燃比関数電圧■
Mを発生することにより、よりきめ細い空燃比制御が可
能となる。
又第3図に例示する電気回路図で比較器70は設定回転
数Nsに対応する設定電圧■,の値を限界値として同期
時限パルス発生器40と非同期時限パルス発生器50と
を切換えて電磁弁7に印加される時限パルスの選択を行
つているが第5図の第2実施例に示す如く比較器70と
してヒステリシス特性を有するコンパレータ71aを用
い、設定回転数Nsに対応した設定電圧■,を中心とし
てヒステリシス特性を持たせることににより設定回転数
附近の運転における不安定性の改善が可能である。ここ
でコンパレータ71aは差動型演算増幅器を用いたもの
で入力信号印加点1に回転数電圧■Nが印加されるよう
になつており出力点Jには出力信号VJは第6図に示す
如す設定回転数V,を中心として±ΔVsの幅のヒステ
リシス特性を持つて66W1レベルと゜゜L゛レベルの
切りかえが行われる。又第3図に示す電気回路図ては空
燃比電圧VMを発生する空燃比関数電圧■N4発生器8
0が一定値の電汗■Mを出力するものを示したが第7図
の第3実施例に示す如く回転数N1冷却水温Twを制御
パラメータとして空燃比Mの関数形を定める空燃比関数
電圧発生器80を用いることができる。第7図において
803,804は比較器であり、回転数Nに応じた回転
数電圧VNを設定回転数Nl,N2に対応する設定回転
数電圧VNl,VN2と比較する。
VN≧VNlでは比較器803ぱ゜H゛レベル出力を発
生しVN≦VN2で比較器804は“H゛レベル出力を
発生しこれら二つの出力はAND回路805にて論理積
信号を発生しこの信号が後述のアナログスイッチ824
を切換えるための信号となる。空燃比センサ12は排気
ガス中の酸素濃度即ち空燃比Mに応じて出力電圧Vλが
M=14.部付近で急変するもので821はこの■λが
所定値以上か否か(理論空燃比か否か)を判別する比較
器であり、この比較器821の出力は抵抗822,82
2a1コンデンサ823にて積分されアナログスイッチ
824をへて加算器825の入力信号として他の一定の
バイアス入力信号と共に加算され出力端子M1に第1の
空燃比電圧■M1を発生する。従つて回転数がN1より
N2までの範囲てはアナログスイッチ824が閉成し、
空燃比センサ12から空燃比信号が印加され加算器82
5の出力電圧VMlは機関に吸入される混合気の空燃比
を所定値即ち理論空燃比附近に保つ空燃比フィードバッ
クループが成立し、■M1は理論空燃比を中心とした狭
い値に制御される。回転数がN1からN2の範囲外の場
合は■M1はレベル設定器826にて決まる一定値をと
る。又エンジン冷却水温を検出する水温センサ11とし
て例えばサーミスタが使用可能であり冷却水温に対応し
た電圧Vtが差動増幅器841に印加され出力端M2に
第2の空燃比電圧VM2を発生する。850は最小値選
択回路てあり本例では二つのダイオード851,852
と抵抗853とより構成され、二つの入力電圧のうち小
さい方の電圧が選択され出力として得ることができる。
この最小値選択回路850の入力信号として前記第1、
第2の空燃比電圧■Ml,VM2が入力されており、両
者のうちの小さい方が選択されM3点に空燃比電圧VM
3を生じる。一方第3図に示す電気的制御回路は負極性
の空燃比電圧を必要とするため差動増幅器855にて極
性反転し、隅点に最終的な空燃比電圧■Mを発生する。
この実施例の空燃比関数電圧発生器80にて計画される
空燃比電圧VMの関数型を示すパタンは第9図に示され
横軸は回転数電圧VN、縦軸は空燃比電圧VMであり、
負の値をとり実線は冷却水温電圧Vtが暖機後の所定値
に対応する一定値VtOに達した場合であり、R″−U
′−W―x″−Y″−Z″を結ぶ直線のパタンとなる。
Vt=Vtl(VtKVtO)の場合はP′−Q″を結
ぶ直線のパタンとなりVtがVtlより上昇してVtO
に近づくにつれてP″−Q″の直線パタンが下方に平行
移動し斜線部内の空燃比パタンが最終的な空燃比電圧■
Mとして選択され暖機を完了すればR″−V″−W″−
X″−Y″−Z″の実線パタンまで連続的に変化する。
これは第8図に示す空燃比パタンの計画値に対応するも
のである。なお第8図で縦軸は空燃比M1横軸は機関回
転数N..tは冷却水温でありt≧ちにて暖機は完了す
る又t1くらである。その他上記実施例ではエアフロメ
ータ2はじやま板式の流量計を用いたものを示したがこ
のものでは体積流量しか測定できないので機関の運転条
件をきめる量としては質量流量を求めなければならない
から大気温、大気圧による補正が必要となるがこの補正
方法は本発明の目的とする所ではないので省略する。以
上の各実施例ては機関の運転条件を検出する基本運転パ
ラメタとしてエアフローメータ2にて吸入空気量QAを
検出し機関の回転数Nにて割算して毎回の吸入行程での
吸入空気量を演算し、電磁弁7の関弁時間幅τを演算る
構成のものについて説明したが、スロットル弁3の下流
側の吸気マニホルド圧力PI(絶対圧)を例えば第1図
に破線で示した如く半導体歪ゲージを用いた圧力センサ
9にて電気的信号として検出すれば吸入行程で吸入され
る空気量は基本的に機関回転数と吸気マニホルド圧力の
関数として表わされ電磁弁7に印加すべき時限パルスの
時間幅は上記実施例同様求めることができる。
又第1図に示す第1実施例では電磁弁7で計量“された
燃料を微粒化するためのベンチユリー部4としてダブル
ベンチユリを用い、そのスモールベンチユリ43に配設
されたメインノズル44より燃料を噴出する構成である
が、第10図の第4実施例に示すようにスロー系を加え
て、機関の吸入空気量の少い領域の燃料霧化特性の向上
をはかることもできる。
この第10図において4はベンチユリ部であり40はメ
インエアブリード系で41はエマルジョンチューブ、4
2はメインエアジェット、43はスモールベンチユリ、
44はメインノズル、45はエマルジョンホール、44
aはスローノズルである。又3は機関の吸入空気量を調
節するためのスロットル弁7は機関へ供給すべき燃料を
計量するための電磁弁である。46はスローエアブリー
ド系であり、47はスローエアジエツト、48はエマル
ジョンチューブ、49はエマルジョンホールである。こ
の構成で電磁弁7にて計量された燃料はベンチユリ部4
の空気流速が高い領域ではメインノズル44の出口附近
の負圧がスローノズル44aの出口附近の負圧より大き
くメインノズル44より噴射されるが、空気流速が低い
領域では負圧が逆転しスローノズル44aより噴射され
全域にわたつて良好な霧化が行われる。
以上の如く本発明ては機関の複数気筒に対する燃料計量
を行うために1個の電磁弁を使用すると共に設定回転数
以下の比較的低回転領域では燃料供給を行うべき気筒の
吸入行程に同期して電磁弁を作動させ燃料計量を行い、
設定回転数をこえる比較的高回転領域では機関の吸入行
程のくり返し周期に無関係な一定の周期で電磁弁の計量
動作を行う同期型と非同期型の二種の時限パルスによる
間欠計量を特徴としており、低回転域では毎回の吸入行
程に対して一定の回数の計量頻度が確保されると共に高
回転域では計量動作は間欠的であるが燃料ノズルからの
燃料流は平均化され連続流となるのでどの気筒に対して
も均一の燃料量が供給されると共に電磁弁に対して十分
の計量時間が確”保されるため精度の高い燃料計量が実
現される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す構成図、第2図は第
1図に示す電子制御回路のブロック図、第3図は第1図
に示す電子制御回路の電気回路図、第4図は第3図各部
の信号波形図、第5図は本発明の第2実施例の要部の電
気回路図、第6図は第5図に示す回路の作動を説明する
ための出力波形図、第7図は本発明の第3実施例の要部
の電気回路図、第8図並びに第9図は第7図に示す回路
の作動を説明するための特性図、第10図は本発明の第
4実施例の要部の構成図てある。 7・・・電磁弁、10・・・回転センサ、40(40A
,40B)・・・同期時限パルス発生器、50・・・非
同期時限パルス発生器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 時限パルス電圧に応動して間欠的に燃料計量を行う
    電磁弁と、機関回転数が設定回転数以下ではクランク軸
    の回転に同期し、吸入行程毎に前記電磁弁に供給される
    時限パルスを発生する同期時限パルス発生器と、機関回
    転数が前記設定回転数をこえる回転数では機関回転数周
    期に無関係に所定のくり返し周期で前記電磁弁に供給さ
    れる時限パルスを発生する非同期時限パルス発生器とを
    備えることを特徴とする燃料制御装置。
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JPS5858925U (ja) * 1981-10-16 1983-04-21 セイレイ工業株式会社 自走自脱におけるエンジンの着脱装置

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