JP2016008581A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ターボ過給機を搭載した内燃機関を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine equipped with an exhaust turbocharger.
気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン(タービンホイール)を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ(コンプレッサホイール)に伝達し、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。 The energy of the exhaust gas discharged from the cylinder is used to rotate the exhaust turbine (turbine wheel), the rotation is transmitted to the compressor impeller (compressor wheel), and the intake air is pressurized and compressed (supercharged). An exhaust turbocharger that feeds into a cylinder is well known.
内燃機関を加速させる過渡期にあって、スロットルバルブの開度が拡大すると、吸気量の増加に呼応して排気量も増加し、排気ターボ過給機の仕事量が増大して、気筒に充填される吸気の圧力(過給圧)が目標吸気圧を上回るオーバーシュートが発生することがある。 When the throttle valve opening increases during the transition period for accelerating the internal combustion engine, the displacement increases in response to the increase in intake air, and the work of the exhaust turbocharger increases, filling the cylinder. There may occur an overshoot in which the pressure of the intake air (supercharging pressure) exceeds the target intake pressure.
このような吸気圧のオーバーシュートを抑止するべく、吸気圧が目標吸気圧に到達するよりも前にウェイストゲートバルブを開き、排気の一部をタービンを迂回するバイパスに導いて吸気圧の上昇を緩やかにする制御が実施される。 In order to prevent such overshooting of the intake pressure, the waste gate valve is opened before the intake pressure reaches the target intake pressure, and a part of the exhaust is led to a bypass that bypasses the turbine to increase the intake pressure. Control is performed to loosen.
ところが、ウェイストゲートバルブを操作してから実際に吸気圧の上昇が抑えられるまでの間にはタイムラグが存在する。それ故、吸気圧のオーバーシュートを確実に防ぐためには、早い段階から(即ち、吸気圧と目標吸気圧との偏差が大きい段階から)ウェイストゲートバルブを開く必要がある。結果、目標吸気圧の手前で吸気圧の上昇が鈍り、その分だけ内燃機関の出力の増大ひいては加速が遅れることとなって、運転者の所望する加速レスポンスを得られないという不都合を生じ得る。 However, there is a time lag between the operation of the waste gate valve and the actual increase in intake pressure. Therefore, in order to reliably prevent intake pressure overshoot, it is necessary to open the waste gate valve from an early stage (that is, from a stage where the deviation between the intake pressure and the target intake pressure is large). As a result, the increase of the intake pressure becomes dull before the target intake pressure, and the increase in the output of the internal combustion engine and the acceleration are delayed by that amount, which may cause a disadvantage that the acceleration response desired by the driver cannot be obtained.
吸気圧のオーバーシュートを抑止する他の手法として、吸気圧が目標吸気圧を上回ったときにスロットルバルブの開度を縮小する操作を行うことも考えられている(例えば、下記特許文献1を参照)。しかしながら、吸気圧のオーバーシュートの発生それ自体を防いでいるわけではない。 As another method for suppressing the overshoot of the intake pressure, it is also considered to perform an operation of reducing the opening of the throttle valve when the intake pressure exceeds the target intake pressure (see, for example, Patent Document 1 below). ). However, it does not prevent the intake pressure overshoot itself.
しかし、特許文献1記載の制御は、あくまで過給圧が目標過給圧を上回ってからスロットル開度を小さくして過給圧を低下させるものである。そのため、オーバーシュートの発生を完全に防ぐものであるとはいえない。 However, the control described in Patent Document 1 is to reduce the supercharging pressure by reducing the throttle opening after the supercharging pressure exceeds the target supercharging pressure. Therefore, it cannot be said that it completely prevents the occurrence of overshoot.
本発明は、気筒に充填される吸気の圧力を速やかに目標吸気圧に到達させながら、これが目標過給圧を上回るオーバーシュートを可能な限り抑止することを所期の目的とする。 An object of the present invention is to suppress as much as possible overshoot exceeding the target supercharging pressure while allowing the pressure of the intake air charged in the cylinder to quickly reach the target intake pressure.
以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関を制御するものであって、排気ターボ過給機による過給が行われている状況下において、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧に近づくと、スロットルバルブの開度を一旦要求負荷に対応する開度よりも縮小させ、その後これを要求負荷に応じた開度となるように漸次拡大させつつ吸気圧が目標吸気圧となるようにウェイストゲートバルブの開度を操作する。 In order to solve the above problems, a control device for an internal combustion engine according to the present invention has a configuration as described below. That is, the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention controls an internal combustion engine attached with an exhaust turbocharger, and fills the cylinder in a situation where supercharging by the exhaust turbocharger is performed. When the target intake pressure is approached in the process of increasing the intake air pressure, the throttle valve opening is temporarily reduced from the opening corresponding to the required load, and then this becomes the opening corresponding to the required load. The opening degree of the waste gate valve is operated so that the intake pressure becomes the target intake pressure while gradually increasing.
このようなものであれば、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧に近づくと前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させることにより、吸気圧の上昇を速やかに抑制できる。そのため、オーバーシュートの発生を防ぎつつ加速性能を確保することができる。さらに、前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させた後要求負荷に応じた開度となるように漸次拡大させるので、スロットルバルブの開度縮小に伴うポンピングロスの発生を抑制することもできる。 In such a case, when the intake pressure charged in the cylinder rises, when the target intake pressure is approached, the opening of the throttle valve is once reduced, so that the increase in the intake pressure can be suppressed quickly. Therefore, acceleration performance can be ensured while preventing the occurrence of overshoot. Furthermore, since the opening degree of the throttle valve is once reduced and then gradually increased so as to become the opening degree corresponding to the required load, it is possible to suppress the occurrence of pumping loss due to the reduction in the opening degree of the throttle valve.
吸気圧のオーバーシュートをより的確に防ぐための制御装置として、前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させる制御を行う直前のスロットルバルブの開度が大きいほど、前記制御における前記スロットルバルブの開度の縮小量を大きくするものが挙げられる。 As a control device for more accurately preventing intake pressure overshoot, the larger the throttle valve opening just before performing the control to temporarily reduce the throttle valve opening, the larger the throttle valve opening in the control. One that increases the reduction amount.
本発明によれば、気筒に充填される吸気の圧力を速やかに目標吸気圧に到達させつつ、これが目標過給圧を上回るオーバーシュートを可能な限り抑止することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress as much as possible an overshoot in which the pressure of the intake air filled in the cylinder quickly reaches the target intake pressure while exceeding the target boost pressure.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の4ストロークエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition type four-stroke engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、排気ターボ過給機5のコンプレッサ51、インタクーラ35、吸気絞り用のバルブである電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、排気ターボ過給機5の排気タービン52及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。加えて、タービン52を迂回する排気バイパス通路43、及びこのバイパス通路43の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ44を設けてある。ウェイストゲートバルブ44は、アクチュエータ6により駆動する。
The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An
アクチュエータ6は、ダイアフラム室61及び定圧室62を有し、ダイアフラム室61と定圧室62との差圧を利用して、バイパス43を閉鎖するウェイストゲートバルブ44を開放させるものである。即ち、ダイアフラム室61と定圧室62との差圧が所定のセット圧を超えたときに、バルブロッド63がスプリング64の弾性付勢力に抗して変位し、ウェイストゲートバルブ44を開く。ダイアフラム室61と定圧室62との差圧がセット
圧以下である場合には、スプリング64の弾性付勢力によりバルブロッド63が元の位置に復帰し、ウェイストゲートバルブ44が完全に閉じる。
The actuator 6 has a
アクチュエータ6のダイアフラム室61には、吸気通路3における、コンプレッサ51の下流側かつスロットルバルブ32の上流側の部位の吸気の圧力、即ち過給圧を導入する。ダイアフラム室61と吸気通路3の当該部位との間には、両者を連通させる過給圧導入流路71と、過給圧導入流路71(または、ダイアフラム室61)を大気に開放する圧抜流路72と、圧抜流路72を開閉するVSV73とを設けている。
Into the
VSV73は、制御信号lを受けてその開度を変化させるソレノイドバルブ等の流量制御弁である。VSV73の開度を操作すれば、吸気通路3から過給圧導入流路71に流入する過給気の一部を圧抜流路72経由で大気に逃がし、ダイアフラム室61の圧力の大きさを制御することができる。
The
なお、アクチュエータ6の定圧室62には通常、大気圧を導入する。 Note that atmospheric pressure is usually introduced into the constant pressure chamber 62 of the actuator 6.
排気ターボ過給機5は、排気タービン52とコンプレッサのインペラ51とをシャフト53を介して同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、タービン52及びインペラ51を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。
The exhaust turbocharger 5 is configured such that an
本実施形態の内燃機関の制御装置たるECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量をいわゆる要求負荷として検出するセンサから出力されるアクセル操作量信号c、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号g、バッテリ62の充電状態を示唆する指標(バッテリ電流及び/またはバッテリ電圧)を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号h等が入力される。 The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle and engine speed of the crankshaft, and depression of an accelerator pedal. An accelerator operation amount signal c output from a sensor that detects the amount as a so-called required load, a brake pedal amount signal d output from a sensor that detects a depression amount of the brake pedal, and an intake passage 3 (particularly, in the surge tank 33) An intake air temperature / intake pressure signal e output from an intake air temperature / intake pressure sensor that detects intake air temperature and intake pressure, a cooling water temperature signal f output from a water temperature sensor that detects a cooling water temperature of the internal combustion engine, an intake camshaft or exhaust Cam angle signal g output from the cam angle sensor at a plurality of cam angles of the camshaft, indicating the state of charge of the battery 62 Battery state signal h or the like to be output from the sensor for detecting the index (battery current and / or battery voltage) is input.
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、VSV73に対して開度操作信号l等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i for the igniter of the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、lを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
しかして本実施形態では、内燃機関を加速させる過渡期に、排気ターボ過給機による過給が行われている状況下において、以下の制御を行う。すなわち、気筒1に充填される吸気の圧力pの上昇速度が所定値以上であるときに、吸気の圧力pが上昇する過程で目標吸気圧p0に近づくと、スロットルバルブ32の開度θを一旦要求負荷に対応する開度θ0よりも所定量だけ縮小させ、その後これを要求負荷に応じた開度θ0となるように漸次拡大させつつ吸気圧が目標吸気圧p0となるようにウェイストゲートバルブ44の開度を操作する制御を行う。より具体的には、スロットルバルブ32の開度θを一旦要求負荷に対応する開度θ0よりも縮小させた後、スロットルバルブ32の開度θを要求負荷に応じた開度θ0となるように漸次拡大させる操作と、VSV73の開度を縮小してアクチュエータ6のダイアフラム室61の圧力を上昇させることによりウェイストゲートバルブ44の開度を拡大させる操作とを並行して行う。ECU0のメモリの所定領域には、プロセッサが実行することにより上述した制御を行うためのバルブ制御プログラムが格納されている。ここで、本実施形態において、「目標吸気圧p0に近づく」とは、前記吸気温・吸気圧信号eに対応する吸気の圧力の実測値pと目標吸気圧p0との差の絶対値が閾値Δp0を下回ることを示す。また、目標吸気圧p0は、少なくとも要求負荷及びエンジン回転数をパラメータとして決定される量である。ECU0のメモリには、予め要求負荷及びエンジン回転数と目標吸気圧p0との関係を規定したマップデータが格納されている。また、ECU0のメモリには、予めスロットルバルブ32の開度θとスロットルバルブ32の開度θを減少させる前記所定量との関係を規定したマップデータが格納されており、スロットルバルブ32の開度θを減少させる制御を行う直前にこのマップを参照し、前記所定量を決定するようにしている。そして、前記バルブ制御プログラムは、吸気量の急上昇が予測されるとき、より具体的にはアクセル操作量信号cが示すアクセルペダルの踏込量の単位時間当たり変化量が所定値を上回ったときに実行される。
Therefore, in the present embodiment, the following control is performed under a situation where supercharging by the exhaust turbocharger is performed in a transition period in which the internal combustion engine is accelerated. That is, when the rising speed of the intake pressure p filled in the cylinder 1 is equal to or higher than a predetermined value, when the intake pressure p approaches the target intake pressure p 0 in the process of increasing the intake pressure p, the opening θ of the
このバルブ制御プログラムによる制御の手順について、フローチャートである図2を参照しつつ以下に述べる。 The control procedure by this valve control program will be described below with reference to FIG. 2 which is a flowchart.
吸気圧pの上昇速度が所定値以上であるときに(S1)、吸気圧pと目標吸気圧p0との差の絶対値が閾値Δp0を下回ると(S2)、その時点でのスロットルバルブ32の開度をパラメータとして開度θの縮小幅を決定し(S3)、スロットルバルブ32の開度θを縮小させる操作を行う(S4)。次いで、スロットルバルブ32の開度θが要求負荷に応じた開度θ0となるまで(S5)、スロットルバルブ32の開度θを漸次拡大させつつ(S6)、吸気圧が目標吸気圧p0となるようにすべくVSV73の開度を漸次縮小させることによりウェイストゲートバルブ44の開度を漸次拡大する(S7)。
When the rising speed of the intake pressure p is greater than or equal to a predetermined value (S1), if the absolute value of the difference between the intake pressure p and the target intake pressure p 0 falls below the threshold value Δp 0 (S2), the throttle valve at that time The reduction degree of the opening degree θ is determined using the opening degree of 32 as a parameter (S3), and an operation for reducing the opening degree θ of the
以下、図3を参照しつつ上述した制御による作用について述べる。内燃機関を加速させるべくアクセルペダルが踏み込まれ(時刻t1)、アクセル操作量及びスロットルバルブ32の開度θが最大に達すると(時刻t2)、吸気量の増加に呼応して排気量も増加し、排気ターボ過給機の仕事量が増大することを受けて、前記時刻t2から少し時間をおいて気筒1に充填される吸気の圧力が急上昇する。その過程で、吸気圧pと目標吸気圧p0との差の絶対値が閾値Δp0を下回ると(時刻t3)、スロットルバルブ32の開度θが急速に縮小する。このとき、吸気圧pの上昇速度が急速に低下する。その後、スロットルバルブ32の開度θは、要求負荷に応じた開度θ0となるまで漸次拡大する。なお、開度θの拡大速度は、開度θの縮小直後は高く、時間が経過するにつれ低くなるようにしている。その一方で、VSV73の開度はスロットルバルブ32の開度θの拡大と相反して小さくなり、これを受けてウェイストゲートバルブ44の開度が拡大する。スロットルバルブ32の開度が要求負荷に応じた開度θ0に達するとVSV73の開度(及びウェイストゲートバルブ44の開度)は一定となる。その間、吸気圧pは目標吸気圧p0近辺を保つ。
Hereinafter, the effect | action by the control mentioned above is described, referring FIG. When the accelerator pedal is depressed to accelerate the internal combustion engine (time t 1 ) and the accelerator operation amount and the opening θ of the
以上に述べたように、本実施形態によれば、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧p0に近づくと、ウェイストゲートバルブ44よりも気筒1に近い位置にあるスロットルバルブ32の開度を一旦縮小させる制御を実行しているので、吸気圧の上昇を速やかに抑制できる。そのため、オーバーシュートの発生を防ぎつつ加速性能を確保することができる。さらに、前記スロットルバルブ32の開度θを一旦縮小させた後要求負荷に応じた開度θ0となるように漸次拡大させるので、スロットルバルブ32の開度縮小に伴うポンピングロスの発生を抑制することもできる。
As described above, according to the present embodiment, the throttle located closer to the cylinder 1 than the
また、前記スロットルバルブ32の開度θを一旦縮小させる制御を行う直前のスロットルバルブ32の開度θが大きいほど、前記制御における前記スロットルバルブ32の開度θの縮小量を大きくしているので、吸気圧pのオーバーシュートをより的確に防ぐことができる。
Further, the larger the opening degree θ of the
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。 The present invention is not limited to the embodiment described above.
例えば、上述した実施形態では、吸気の圧力の実測値と目標吸気圧との差の絶対値が閾値を下回ったときにスロットルバルブの開度を縮小させる操作を行うようにしているが、吸気の圧力の実測値の目標吸気圧に対する比が(1より小さい)所定値を上回ったときにスロットルバルブの開度を縮小させる操作を行うようにしてもよい。すなわち、「目標吸気圧に近づく」とは、吸気の圧力の実測値と目標吸気圧との差の絶対値が所定の圧力差を下回るだけでなく、吸気の圧力の実測値の目標吸気圧に対する比が(1より小さい)所定値を上回ることも含む概念である。 For example, in the above-described embodiment, when the absolute value of the difference between the actually measured value of the intake pressure and the target intake pressure falls below the threshold value, the operation of reducing the opening of the throttle valve is performed. An operation of reducing the opening of the throttle valve may be performed when the ratio of the actually measured pressure value to the target intake pressure exceeds a predetermined value (less than 1). That is, “approaching the target intake pressure” not only means that the absolute value of the difference between the measured value of the intake pressure and the target intake pressure is below a predetermined pressure difference, but also the measured value of the intake pressure with respect to the target intake pressure. It is also a concept that includes a ratio exceeding a predetermined value (less than 1).
また、上述した実施形態では、前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させる制御を行う直前のスロットルバルブの開度が大きいほど、前記制御における前記スロットルバルブの開度の縮小量を大きくしているが、前記スロットルバルブの開度を一旦縮小させる制御を行う際には、スロットルバルブの開度を常に所定の一定量だけ減少させる態様等、他の態様を採用してもよい。 In the above-described embodiment, the amount of reduction of the throttle valve opening in the control is increased as the throttle valve opening immediately before the control for temporarily reducing the throttle valve opening is increased. When performing control for temporarily reducing the opening degree of the throttle valve, other aspects such as an aspect in which the opening degree of the throttle valve is always reduced by a predetermined amount may be adopted.
さらに、上述した実施形態では、ダイアフラム室及び定圧室を有するアクチュエータによりウェイストゲートバルブを駆動するようにしているが、ソレノイド弁を利用してウェイストゲートバルブを形成する等、他の方法により駆動されるウェイストゲートバルブを採用してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the waste gate valve is driven by the actuator having the diaphragm chamber and the constant pressure chamber. However, the waste gate valve is formed by using a solenoid valve, or the like. A waste gate valve may be employed.
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。 In addition, various changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
32…スロットルバルブ
44…ウェイストゲートバルブ
5…排気ターボ過給機
0 ... Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (2)
排気ターボ過給機による過給が行われている状況下において、気筒に充填される吸気の圧力が上昇する過程で目標吸気圧に近づくと、スロットルバルブの開度を一旦要求負荷に対応する開度よりも縮小させ、その後これを要求負荷に応じた開度となるように漸次拡大させつつ吸気圧が目標吸気圧となるようにウェイストゲートバルブの開度を操作する内燃機関の制御装置。 An internal combustion engine controlled by an exhaust turbocharger,
When supercharging by the exhaust turbocharger is performed, when the target intake pressure is approached while the pressure of the intake air charged in the cylinder rises, the throttle valve opening is once opened corresponding to the required load. A control device for an internal combustion engine that manipulates the opening degree of the waste gate valve so that the intake pressure becomes the target intake pressure while gradually reducing the degree to a degree corresponding to the required load.
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KR101974620B1 (en) * | 2017-12-28 | 2019-05-03 | 주식회사 현대케피코 | Apparatus and method for controlling overboosting of turbo charger for an internal combustion engine |
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KR101974620B1 (en) * | 2017-12-28 | 2019-05-03 | 주식회사 현대케피코 | Apparatus and method for controlling overboosting of turbo charger for an internal combustion engine |
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