JP2008081057A - 負圧発生装置の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 バルブリフト量可変手段を備えた内燃機関とともに使用される負圧発生装置で応答性の遅れという問題を改善しつつ、十分な大きさの負圧を確保することが可能な負圧発生装置の制御装置を提供する。
【解決手段】 吸気弁54のバルブリフト量Lを可変にするバルブリフト量可変機構60を備える内燃機関50のインテークマニホールド14から取り出そうとする負圧よりも大きな負圧を発生させるエゼクタ30と、エゼクタ30を機能、或いは機能停止させるVSV1とを有して構成される負圧発生装置100を制御するECU40であって、バルブリフト量Lが基準バルブリフト量LBよりも小さい場合に、エゼクタ30を機能させるようにVSV1を制御する特定制御手段を備える。
【選択図】 図5

Description

本発明は、負圧発生装置の制御装置に関し、特にエゼクタを有して構成される負圧発生装置を制御する負圧発生装置の制御装置に関する。
従来、車両において、大気から各気筒に連通する内燃機関の吸気系の吸気通路(以下、単に内燃機関の吸気系とも称す)から取り出そうとする負圧よりも、さらに大きな負圧をブレーキブースタに供給するためにエゼクタが利用されている。エゼクタは一般的にはスロットル弁を迂回するバイパス路に配設されており、ベンチュリー効果によってより大きな負圧を発生させる。このエゼクタに関し、例えば特許文献1では、エゼクタを利用した負圧ブースタの負圧源装置が提案されている。この負圧源装置では負圧室の負圧(以下、単にブースタ負圧とも称す)が所定値以下になったことを検知する圧力センサが利用されている。係る圧力センサを利用すれば、ブースタ負圧が低下したときにより大きな負圧をブレーキブースタに供給すべくエゼクタを機能させることができる。
昭62−214245号公報
ところで近年では、内燃機関が吸気弁のバルブリフト量を可変にするバルブリフト量可変手段を備えていることがある。係る内燃機関では、内燃機関の負荷が小さいときにバルブリフト量を小さく抑制するとともにスロットル開度を調整することで、ポンピングロスを低減するといった制御が行われる。一方、バルブリフト量が小さい低負荷時には、吸気系を流通する吸気量が少なくなるため、内燃機関の吸気系で発生する負圧は大気圧に近づくととも小さくなる。したがって、このとき吸気系で発生している負圧をそのままブレーキブースタに供給しても、ブースタ負圧が十分な大きさに確保されない虞がある。
これに対して特許文献1の負圧源装置によれば、ブースタ負圧が低下した際に、エゼクタを利用してブースタ負圧を十分な大きさに確保できる。しかしながら、エゼクタで単位時間当たりに供給できる負圧の供給量自体は、吸気系から直接負圧を供給する場合と比較して決して多くはない。このため、圧力センサでブースタ負圧がある程度小さくなったことを検知した後に初めてエゼクタを機能させる特許文献1の負圧源装置では、ブースタ負圧が十分な大きさに確保されるまでの間に遅れが生じるという点で、応答性に問題があった。
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、バルブリフト量可変手段を備えた内燃機関とともに使用される負圧発生装置で応答性の遅れという問題を改善しつつ、十分な大きさの負圧を確保することが可能な負圧発生装置の制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、吸気弁のバルブリフト量を可変にするバルブリフト量可変手段を備える内燃機関の吸気系の吸気通路から取り出そうとする負圧よりも大きな負圧を発生させるエゼクタと、該エゼクタを機能、或いは機能停止させる状態変更手段とを有して構成される負圧発生装置を制御する負圧発生装置の制御装置であって、前記内燃機関が、前記バルブリフト量が所定値よりも小さい場合に、前記エゼクタを機能させるように前記状態変更手段を制御する特定制御手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、バルブリフト量の大きさに起因して吸気系から十分な大きさの負圧を直接取り出せなくなる状態では、必ずエゼクタが機能するので、必要に応じてエゼクタを機能させる場合に問題となる応答性の遅れという問題を改善しつつ、十分な大きさの負圧を確保することができる。
また本発明は、アイドル時に前記バルブリフト量が所定値よりも小さい場合に、前記特定制御手段が、前記エゼクタを機能させるように前記状態変更手段を制御してもよい。具体的には例えばアイドル時には内燃機関の負荷が低負荷となり、このときさらにバルブリフト量が小さい場合に、特に吸気系から十分な大きさの負圧を直接取り出せなくなる。このことから、本発明のようにエゼクタを機能させるのはさらにアイドル時であることが好適である。
本発明によれば、バルブリフト量可変手段を備えた内燃機関とともに使用される負圧発生装置で応答性の遅れという問題を改善しつつ、十分な大きさの負圧を確保することが可能な負圧発生装置の制御装置を提供できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
図1は、ECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)40で実現されている本実施例に係る負圧発生装置の制御装置を、負圧発生装置100とともに模式的に示す図である。内燃機関50を始めとした図1に示す各構成は車両(図示省略)に搭載されている。内燃機関50の吸気系10は、エアクリーナ11と、エアフロメータ12と、電動スロットル13と、インテークマニホールド14と、内燃機関50の各気筒(図示省略)に連通する図示しない吸気ポートと、これらの構成の間に適宜配設される例えば吸気管15a、15bなどを有して構成されている。エアクリーナ11は内燃機関50の各気筒に供給される吸気を濾過するための構成であり、図示しないエアダクトを介して大気に連通している。エアフロメータ12は吸気量を計測するための構成であり吸気量に応じた信号を出力する。
電動スロットル13は、スロットル弁13aと、スロットルボディ13bと、弁軸13cと、電動モータ13dとを有して構成されている。スロットル弁13aは、内燃機関50の各気筒に供給する吸気量を開度変化により調整するための構成である。また、電動スロットル13はアイドル回転数を制御するために吸気量を調節するための構成にもなっている。スロットルボディ13bは、吸気通路が形成された筒状部材からなる構成であり、この吸気通路に配設されたスロットル弁13aの弁軸13cを軸支する。電動モータ13dは、ECU40の制御の基、スロットル弁13aの開度を変更するための構成であり、この電動モータ13dにはステップモータが採用されている。電動モータ13dはスロットルボディ13bに固定されており、その出力軸(図示省略)は弁軸13cに連結されている。スロットル弁13aの開度は、電動スロットル13に内蔵された図示しないエンコーダ(以下、単にエンコーダと称す)からの出力信号に基づき、ECU40で検出される。
なお、スロットル機構には、電動スロットル13のようなスロットル弁13aをアクチュエータで駆動するスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましい。但し、これに限られず、例えば電動スロットル13の代わりにワイヤなどを介してアクセルペダル(図示省略)と連動し、スロットル弁13aの開度が変更されるような機械式スロットル機構を適用してもよい。この場合には、例えばスロットル弁13aに対してバイパス路を形成するとともに、このバイパス路にISCV(Idle Speed Control Valve)を介在させることでアイドル回転数の制御を行うことができる。インテークマニホールド14は、上流側で一つの吸気通路を下流側で内燃機関50の各気筒に対応させて分岐するための構成であり、吸気を内燃機関50の各気筒に分配する。
ブレーキ装置20は、ブレーキペダル21と、ブレーキブースタ22と、マスターシリンダ23と、ホイルシリンダ(図示省略)とを有して構成されている。運転者が車輪の回転を制動するために操作するブレーキペダル21は、ブレーキブースタ22の入力ロッド(図示省略)と連結されている。ブレーキブースタ22は、ペダル踏力に対して所定の倍力比でアシスト力を発生させるための構成であり、内部でマスターリシンダ23側に区画された負圧室(図示省略)が、エゼクタ30を介してインテークマニホールド14の吸気通路に接続されている。ブレーキブースタ22は、さらにその出力ロッド(図示省略)がマスターシリンダ23の入力軸(図示省略)と連結されており、マスターシリンダ23は、ペダル踏力に加えてアシスト力を得たブレーキブースタ22からの作用力に応じて油圧を発生させる。マスターシリンダ23は、油圧回路を介して各車輪のディスクブレーキ機構(図示省略)に設けられたホイルシリンダ夫々に接続されており、ホイルシリンダはマスターシリンダ23から供給された油圧で制動力を発生させる。なお、ブレーキブースタ22は気圧式のものであれば特に限定されるものではなく、一般的なものであってよい。
エゼクタ30は、吸気系10、より具体的にはインテークマニホールド14から取り出そうとする負圧よりもさらに大きな負圧を発生させてブレーキブースタ22の負圧室に供給するための構成である。エゼクタ30は、流入ポート31aと流出ポート31bと負圧供給ポート31cとを有している。これらのうち、負圧供給ポート31cがエアホース5cでブレーキブースタ22の負圧室に接続されている。また、流入ポート31aは吸気管15aの吸気通路にエアホース5aで、流出ポート31bはインテークマニホールド14の吸気通路にエアホース5bで、電動スロットル13、より具体的にはスロットル弁13aを挟むようにして夫々接続されている。これによって、電動スロットル13を迂回するバイパス路Bが、エゼクタ30を含んでエアホース5aと5bとで形成される。なお、エゼクタ30が機能していない場合、ブレーキブースタ22の負圧室には、インテークマニホールド14の吸気通路から、エアホース5b、エゼクタ30の流出ポート31b及び負圧供給ポート31c、エアホース5c夫々を介して負圧が供給される。
エアホース5aには、VSV(バキュームスイッチングバルブ)1を介在させている。VSV1は、ECU40の制御のもと、バイパス路Bを連通、遮断するための構成であり、本実施例では2ポジション2ポートのノーマルクローズドソレノイドバルブを採用している。但し、これに限られず、VSV1は他の適宜の電磁弁などであってよく、例えば流路の遮蔽度合いを制御可能な流量調整弁などであってもよい。また、このVSV1はバイパス路Bを連通、遮断することで、エゼクタ30を機能、或いは機能停止させるための構成となっている。本実施例ではVSV1で状態変更手段を実現している。
図2はエゼクタ30の内部構成を模式的に示す図である。エゼクタ30は内部にディフューザ32を備えている。ディフューザ32は、先細テーパ部32aと、末広テーパ部32bと、これらを連通する通路にあたる負圧取出部32cとで構成されている。先細テーパ部32aは、流入ポート31aに対向するようにして開口しており、末広テーパ部32bは、流出ポート31bに対向するようにして開口している。また、負圧取出部32cは、負圧供給ポート31cに連通している。流入ポート31aには、流入してきた吸気を先細テーパ部32aに向けて噴射するノズル33が配設されており、ノズル33から噴射された吸気はディフューザ32を流通し、さらに流出ポート31bからエアホース5bに流出する。この際、ディフューザ32で高速噴流が生起されることにより、ベンチュリー効果で負圧取出部32cに大きな負圧が発生し、さらにこの負圧は負圧供給ポート31cからエアホース5cを介して負圧室に供給される。このようなエゼクタ30の機能により、ブレーキブースタ22は、インテークマニホールド14から取り出す場合よりも大きな負圧を得ることができる。なお、負圧取出部32cと負圧供給ポート31cとの間の内部流路と、流出ポート31bと負圧供給ポート31cとの間の内部流路と、ブレーキブースタ22のエアホース5c接続部とに設けられた逆支弁34は、夫々逆流を防止するためのものである。また、エゼクタ30は図2に示す内部構造を備えるものに限られず、その他の異なる内部構造を備えるエゼクタをエゼクタ30の代わりに適用してよい。
内燃機関50は、吸気弁54のバルブリフト量Lを可変にするバルブリフト量可変機構60を有して構成されている。図3はバルブリフト量可変機構60を模式的に示す図である。バルブリフト量可変機構60は、コントロールシャフト61と、接続アーム62と、摺接アーム70と、揺動カム80とを有して構成されている。摺接アーム70は揺動カム接ローラ71と、駆動カム接ローラ72と、接続部73とを有して構成されている。揺動カム接ローラ71及び駆動カム接ローラ72は、それぞれ接続ピンにより回転可能に軸支されている。接続部73は、接続ピンにより接続アーム62と回動可能に接続されている。揺動カム80は、ロッカアーム53の上方に設置されており、接続アーム62を挟んでその両脇に配置された一対の揺動アーム81を備えている。一対の揺動アーム81は、コントロールシャフト61に回動自在に軸支されている。また、この一対の揺動アーム81は図示しない架設部によって一体化されており、摺接時に摺接アーム70に押動される被押動部82と、ロッカアーム53を押圧する一対の押圧部83を有している。
また内燃機関50は、駆動カムシャフト51、駆動カム52、ロッカアーム53及び吸気弁54、タペットクリアランス調整機構55を有して構成されている。駆動カムシャフト51は内燃機関50と同期して回転する。駆動カムシャフト51には駆動カム52が形成されている。駆動カム52は、ノーズ部52aおよびベースサークル部52bを有している。ロッカアーム53はバルブ押圧部53aで吸気弁54の基端部を押圧することにより、吸気弁54を開弁させるための構成であり、スイングアームタイプとなっている。ロッカアーム53のバルブ押圧部53aの他端には、タペットクリアランス調整機構55が設けられている。また内燃機関50には、コントロールシャフト61の位相を検出するための位相検出センサ63が配設されている。
次にバルブリフト量可変機構60の作動について図4を用いて詳述する。なお、図4(a)はバルブリフト量L及び作用角がともに最小のときのバルブリフト量可変機構60の作動状態を示しており、図4(b)はバルブリフト量L及び作用角がともに最大のときのバブルリフト量可変機構60の作動状態を示している。また本実施例では、作用角の範囲は100°から240°までとなっている。図4(a)に示すように駆動カムシャフト51が矢印Cのように回転し、駆動カム接ローラ72と駆動カム52との当接位置が、ベースサークル部52bからノーズ部52aに変位すると、摺接アーム70は接続部73の接続ピンを軸中心として矢印Dのように回動する。続いてこのとき揺動カム接ローラ71が被押動部82を押動する。その結果、揺動カム80は矢印Eの方向へ回動する。このとき、押圧部83がロッカアーム53を接点Q1で押圧し、これにより吸気弁54が押し下げられる。
また、コントロールシャフト61が接続アーム62の位置を制御することで、バルブリフト量Lが可変となる。図4(b)に示すように、ECU40の制御のもと、コントロールシャフト61が矢印Fの方向へ回動して接続アーム62の位置を制御すると、揺動時の揺動カム80の揺動角が変化する。これにより吸気弁54が押し下げられる量が変化するため、バルブリフト量Lを変更することができる。また、このようにしてコントロールシャフト61を適宜回動させることにより、バルブリフト量Lを連続的に可変にすることができる。なお、これに限られず、バルブリフト量可変機構60の代わりに適宜の構造からなるバルブリフト量可変機構を適用してもよい。また内燃機関50は、動弁機構に関して例えば吸気弁のバルブタイミングを可変にするバルブタイミング可変機構などをさらに有していてもよい。本実施例ではバルブリフト量可変機構60でバルブリフト量可変手段を実現している。
排気系90は、エキゾーストマニホールド91と、三元触媒92と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド91は、各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を、下流側で一つの排気通路に集合させている。三元触媒92は、排気を浄化するための構成であり、炭化水素HC及び一酸化炭素COの酸化と、窒素酸化物NOxの還元を行う。排気系90には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのA/Fセンサ93が三元触媒92の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ94が三元触媒92の下流に、夫々配設されている。
ECU40は、図示しないCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、入出力回路などを有して構成されている。ECU40は主として内燃機関50を制御するための構成であり、本実施例では電動スロットル13やVSV1も制御している。ECU40には、電動スロットル13やVSV1のほか、各種の制御対象が駆動回路(図示省略)を介して接続されている。また、ECU40にはエンコーダや、位相検出センサ63や、アクセルペダルの状態を検出するための図示しないアクセルセンサや、内燃機関50の回転数Neを検出するための図示しないクランク角センサなどの各種のセンサが接続されている。
ROMはCPUが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関50制御用のプログラムのほか、種々の条件のもと、エゼクタ30を機能、或いは機能停止させるようにVSV1を制御する(以下、単にVSV1をON、或いはOFFにすると称す)ためのVSV1制御用プログラムや、電動スロットル13をISC(Idle Speed Control)制御するためのISC制御用プログラムや、バルブリフト量可変機構60(具体的にはコントロールシャフト61)を制御するための可変動弁機構制御用プログラムなども格納している。但し、これらのプログラムは一体として組み合わされていてもよい。
VSV1制御用プログラムは、具体的にはバルブリフト量Lが基準バルブリフト量LB(所定値)よりも小さい場合に、VSV1をONにするためのVSV1特定制御用プログラムを有して構成されている。さらにこのVSV1特定制御用プログラムは、アイドル時にバルブリフト量Lが基準バルブリフト量LBよりも小さい場合に、VSV1をONにするように作成されている。基準バルブリフト量LBは、次の数1に示す式に基づき算出される。
[数1]
基準バルブリフト量LB=最小作用角+(最大作用角−最小作用角)×0.05
なお、例えばアイドル時にバルブリフト量Lが最小になるようにバルブリフト量可変機構60を制御している場合には、アイドル時にバルブリフト量Lが最小になっている場合に、VSV1をONにするようにVSV1特定制御用プログラムを作成することなども可能である。また、アイドル時に限られず、バルブリフト量Lが基準バルブリフト量LBよりも小さい場合に、エゼクタ30をONにするようにVSV1特定制御用プログラムを作成してもよい。本実施例ではCPUとROMとRAM(以下、CPU等とも称す)と上述の各種のプログラムとで各種の制御手段や検出手段や判定手段などが実現されており、特にCPU等とVSV1特定制御用プログラムとで特定制御手段が実現されている。また、本実施例ではVSV1とエゼクタ30とで負圧発生装置100が実現されている。
次に、VSV1を制御するためにECU40で行われる処理を図5に示すフローチャートを用いて詳述する。ECU40は、ROMに格納された上述のVSV1制御用プログラム等に基づき、CPUがフローチャートに示す処理を極短い時間で繰り返し実行することで、負圧発生装置100を制御する。CPUは内燃機関50の運転状態がアイドルであるか否かを判定する処理を実行する(ステップ11)。否定判定であれば、CPUは肯定判定になるまでステップ11に示す処理を繰り返し実行する。一方ステップ11で肯定判定であれば、CPUは位相検出センサ63の出力信号に基づき、バルブリフト量Lを算出する処理を実行する(ステップ12)。本実施例ではコントロールシャフト61の位相と、バルブリフト量Lとの関係を示すマップデータをROMに格納しており、具体的にはこのマップデータを参照することにより、バルブリフト量Lが算出される。続いてCPUは、バルブリフト量Lが基準バルブリフト量LBよりも小さいか否かを判定する処理を実行する(ステップ13)。
ステップ13で否定判定であれば、CPUはVSV1をOFFにするための処理を実行する(ステップ15)。一方ステップ13で肯定判定であれば、インテークマニホールド14から十分な大きさの負圧を直接取り出せなくなると判断できる。このためステップ13で肯定判定であれば、CPUはVSV1をONにするための処理を実行する(ステップ14)。これにより、インテークマニホールド14から十分な大きさの負圧を直接取り出せなくなる場合に、必ずエゼクタ30が機能するので、必要に応じてエゼクタ30を機能させる場合に問題となる応答性の遅れという問題を改善しつつ、十分な大きさの負圧を確保することができる。
ステップ14またはステップ15に続いてCPUは、吸気量が目標吸気量の許容範囲内にあるか否かを判定する処理を実行する(ステップ16)。具体的には本実施例では、酸素センサ94の出力信号に基づき空燃比がストイキになっているか否かで、吸気量が目標吸気量の許容範囲内にあるか否かを判定している。なお、目標吸気量の許容範囲は、アイドル時に空燃比がストイキになるような範囲に設定されている。さらに本ステップでは、吸気量が目標吸気量の許容範囲内にない場合には、CPUは、吸気量が目標吸気量の上限を上回っているか(すなわち空燃比がリーンになっているか)、または目標吸気量の下限を下回っているか(すなわち空燃比がリッチになっているか)までを判定する。
ステップ16で上限を上回っていると判定した場合には、CPUはスロットルを所定開度だけ絞るための処理を実行する(ステップ17)。一方ステップ16で下限を下回っていると判定した場合には、CPUはスロットルを所定開度だけ開けるための処理を実行する(ステップ18)。さらにステップ16で肯定判定されるまでの間、CPUはステップ17、或いはステップ18に示す処理を繰り返し実行する。これによりステップ14でエゼクタ30を機能させた結果、吸気量が変動した場合でも、さらに吸気量を目標吸気量の許容範囲内に制御することができる。以上により、バルブリフト量可変機構60を備えた内燃機関50とともに使用される負圧発生装置100で応答性の遅れという問題を改善しつつ、十分な大きさの負圧を確保することが可能なECU1を実現可能である。
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
ECU40を負圧発生装置100とともに模式的に示す図である。 エゼクタ30の内部構成を模式的に示す図である。 バルブリフト量可変機構60を模式的に示す図である。 バルブリフト量可変機構60の作動説明図である。 ECU40で行われる処理をフローチャートで示す図である。
符号の説明
1 VSV
10 吸気系
20 ブレーキ装置
22 ブレーキブースタ
30 エゼクタ
40 ECU
50 内燃機関
60 バルブリフト量可変機構
90 排気系
100 エゼクタシステム

Claims (2)

  1. 吸気弁のバルブリフト量を可変にするバルブリフト量可変手段を備える内燃機関の吸気系の吸気通路から取り出そうとする負圧よりも大きな負圧を発生させるエゼクタと、該エゼクタを機能、或いは機能停止させる状態変更手段とを有して構成される負圧発生装置を制御する負圧発生装置の制御装置であって、
    前記バルブリフト量が所定値よりも小さい場合に、前記エゼクタを機能させるように前記状態変更手段を制御する特定制御手段を備えることを特徴とする負圧発生装置の制御装置。
  2. アイドル時に前記バルブリフト量が所定値よりも小さい場合に、前記特定制御手段が、前記エゼクタを機能させるように前記状態変更手段を制御することを特徴とする請求項1記載の負圧発生装置の制御装置。
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