JP2962608B2 - 過給機付内燃エンジンの過給圧制御装置 - Google Patents

過給機付内燃エンジンの過給圧制御装置

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JP2962608B2
JP2962608B2 JP36062891A JP36062891A JP2962608B2 JP 2962608 B2 JP2962608 B2 JP 2962608B2 JP 36062891 A JP36062891 A JP 36062891A JP 36062891 A JP36062891 A JP 36062891A JP 2962608 B2 JP2962608 B2 JP 2962608B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、過給機付内燃エンジン
の過給圧制御装置、特に排気温度上昇時における触媒コ
ンバータの保護を図った過給圧制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、内燃エンジンでは、高速運転時
又は登坂時等のように高回転、高負荷運転を続けると、
排気温度が上昇し、この高温度の排気ガスによって排気
系に設けられた触媒コンバータが劣化してしまう。
【0003】そこで、このような劣化が生じないように
触媒コンバータの保護を図った従来技術として、例え
ば、O2センサからの信号により空燃比を判定し、混合
気空燃比を理論空燃比付近に保つフィードバック制御系
を有するものにおいて、触媒コンバータに取付けられた
排気温度センサからの信号に基づき、排気温度上昇時に
はフィードバック制御を停止して空燃比を濃い目に固定
するように構成したことを特徴とする空燃比制御装置が
知られている(特開昭60−3421号公報)。この従
来技術では、排気温度が設定温度以上になると、フィー
ドバック制御を停止して濃い目の空燃比に固定され、こ
れによって排気温度が低下して触媒コンバータの劣化が
防止される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、排気温度が設定温度以上になったときに、
空燃比を濃い目に固定することにより、排気温度を低下
させて触媒コンバータを保護しているので、空燃比を濃
い目に固定している間、排気ガス中のCO,HC,NO
xの適正な浄化が行なわれず、排気ガス性能が悪化して
しまうとともに、燃料が無駄に消費されて燃費が悪化し
てしまうという問題があった。
【0005】本発明は、このような従来の問題点に着目
して為されたもので、排気ガス特性及び燃費を悪化させ
ることなく、排気温度上昇時における触媒コンバータの
保護を図った過給機付内燃エンジンの過給圧制御装置を
提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、内燃エンジンの吸気通路中に配置された
過給機と、過給圧を調整する過給圧調整弁と、該調整弁
を駆動する駆動手段と、該手段を制御する制御装置と、
内燃エンジンの排気系に設けられた触媒コンバータと、
該触媒コンバータの温度を検出する温度検出手段とを備
えて成る過給機付内燃エンジンの過給圧制御装置におい
て、前記制御装置は、前記温度検出手段により検出され
た触媒コンバータの温度がエンジン回転数に応じて決定
される触媒コンバータ温度の許容最大値より高いとき、
前記吸気通路内の過給圧を前記触媒コンバータの温度に
応じて下げるべく、前記過給圧調整弁の開度を制御する
ように構成されているものである。
【0007】
【0008】
【作用】上記過給圧制御装置では、制御装置は、温度
出手段により検出された触媒コンバータの温度がエンジ
ン回転数に応じて決定される触媒コンバータ温度の許容
最大値より高いとき、前記吸気通路内の過給圧を前記触
媒コンバータの温度に応じて下げるべく、前記過給圧調
整弁の開度を制御するように構成されているので、触媒
コンバータの温度が所定の温度より高くなると、過給圧
が触媒コンバータの温度に応じて下げられ、これによっ
て排気温度が低下する。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。
【0010】図1は本発明の一実施例に係る過給機付内
燃エンジンの過給圧制御装置を示している。同図に示す
ように、この過給圧制御装置は、内燃エンジン1の吸気
通路2中に配置された過給機3、該過給機3をバイパス
するバイパス通路4、該バイパス通路4を開閉する過給
圧調整弁5、該調整弁5を駆動するステップモータ(駆
動手段)6、及び該ステップモータ6等を制御するEC
U(制御装置)7を備えている。内燃エンジン1のクラ
ンク軸1aの回転は、プーリ8、ベルト9及びプーリ1
0を介して過給機3の回転軸3aに常時伝達されるよう
になっている。
【0011】吸気通路2の上流側端部にエアクリーナ1
1が配設されている。該吸気通路2の下流側端部には、
吸入空気を内燃エンジン1の各気筒の吸入ポートに導く
吸気マニホールド12が設けられている。前記過給機3
はスロットル弁13の上流側に配置されている。該過給
機3とスロットル弁13の間の吸気通路2には、過給機
3により加圧された吸入空気を冷却する水冷インターク
ーラ14が配置されている。該水冷インタークーラ14
には、ラジエータ15及び配管16内を循環するエンジ
ン冷却水がウォータポンプ17により圧送される。
【0012】また、内燃エンジン1の各気筒の排気ポー
トから排出される排気ガスは、エキゾーストマニホール
ド30により導かれて合流する。該合流部に接続された
排気管31に、触媒コンバータ32が配設されている。
【0013】前記ECU7には、不図示のNEセンサで
検出されるエンジン回転数NE、PBセンサ18で検出さ
れるスロットル弁13の下流側の過給圧PB、P2センサ
19で検出されるスロットル弁13の上流側の過給圧P
2、スロットル弁13のスロットル開度θTH、水温セン
サ20で検出されるインタークーラ水温TWIC、及びC
AT温センサ(温度検出手段)21で検出される触媒コン
バータ32の温度TCATをそれぞれ表わす信号が入力さ
れる。なお、この明細書中で用いられる触媒コンバータ
32の温度TCAT(以下、単にCAT温TCATという)
は、触媒コンバータ32の入り口に流入する排気ガスの
温度、又は触媒コンバータ32内の触媒床の温度であ
る。
【0014】そして、前記ECU7は、スロットル弁1
3の上流側又は下流側の過給圧P2又はPB(以下、単に
過給圧PBという)が最大過給圧(図12を参照)POBJに
達したとき、オープン制御から、過給圧PBが最大過給
圧POBJになるように過給圧調整弁5の開度を制御する
フィードバック制御へ移行すると共に、フィードバック
制御中の過給圧調整弁5の実開度(以下、実開度なまし
値という)θREFがそのときの運転状態に応じた目標開
度θOBJより小さくなったとき、前記フィードバック制
御から過給圧調整弁5の開度を前記目標開度θOBJに制
御するオープン制御へ移行するように構成されている。
なお、前記実開度なまし値θREFは、ECU7から前記
ステップモータ6に出力されるパルス数BPCADより算出
される過給圧調整弁5の実開度に基づき算出される。
【0015】また、ECU7は、前記CAT温センサ2
1で検出されるCAT温TCATが所定の温度(図5に示
すように、エンジン回転数NEに応じて決定される、C
AT温TCATの許容最大値TCATM)より高いとき、前記
過給圧PBがCAT温TCATに応じて設定された最大過給
圧POBJ(図6を参照)になるように、過給圧調整弁5
の開度をフィードバック制御するように構成されてい
【0016】CAT温TCATの許容最大値TCATMは、図
5に示すように、エンジン回転数NEによって定まる最
適な許容最大値TCATMがテーブル化してECU7内のメ
モリに格納された許容最大値TCATMのテーブルを検索す
ることにより算出される。
【0017】この許容最大値TCATMは、エンジン回転数
NEが例えば4000rpmに達するまでの回転域で、例え
ば900℃程度の最大温度をとり、NEが例えば400
0〜5000rpmの回転域で、NEの上昇に応じて例えば
900℃から850℃程度まで低下し、NEが例えば5
000〜6000rpmの回転域で、NEの上昇に応じて例
えば850℃から875℃程度まで上昇し、且つNEが
例えば6000rpm以上の回転域で、例えば875℃程
度をとるように設定されている。
【0018】このように許容最大値TCATMを設定した理
由は、4000rpm程度までの回転域では、排気ガス流
量が少ないので、許容最大値TCATMを高く設定しても触
媒コンバータ32が劣化する虞れがないからであり、4
000〜5000rpmの回転域では、排気ガス流量が多
くなるので、NEの上昇に応じて許容最大値TCATMを低
くしないとCAT温TCATが急上昇して触媒コンバータ
32が劣化する虞れがあるからであり、5000〜60
00rpmの回転域では、排気ガス流量は多くなるが、4
000〜5000rpmの回転域と比較して使用頻度が少
ないので、NEの上昇に応じて許容最大値TCATMを上昇
させても触媒コンバータ32が劣化する虞れがないから
である。
【0019】このように、許容最大値TCATMは、各内燃
エンジンの性能に合せて設定することができる。この一
実施例では、許容最大値TCATMは、車両の走行性能(ド
ライバビリティー、燃費)の向上と触媒コンバータ32
の保護の両立を図るように設定されている。
【0020】また、上述したようにCAT温TCATが許
容最大値TCATM(所定の温度)より高いときに用いられ
る最大過給圧POBJは、図6に示すように、CAT温TC
ATによって定まる最適な最大過給圧POBJがテーブル化
してECU7内のメモリに格納された最大過給圧POBJ
のテーブルを検索することにより算出される。この最大
過給圧POBJは、図6に示すように、CAT温TCATが高
くなるにつれて低くなるように設定されている。
【0021】次に、上記構成を有する一実施例に係る過
給機付内燃エンジンの過給圧制御装置の作動を説明す
る。
【0022】まず、ECU7は、図3に示すTDC処理
を実行する。このTDC処理では、P2センサ19で検
出されるスロットル弁13の上流側の過給圧P2を表わ
す信号に基づき過給圧P2を算出し(ステップ30
1)、次にPBセンサ18で検出されるスロットル弁1
3の下流側の過給圧PBを表わす信号に基づき過給圧PB
を算出し(ステップ302)、さらに不図示のNEセン
サで検出されるエンジン回転数NEを表わす信号に基づ
きエンジン回転数NEを算出し(ステップ303)、終
了する。このようなTDC処理が、一定時間毎に繰り返
し実行される。なお、算出された最新の過給圧P2、過
給圧PB及びエンジン回転数NEは、各TDC処理毎にE
CU7内の不図示のメモリに書き換えられて記憶され
る。
【0023】ECU7は、前記TDC処理を実行した
後、図2に示すメインルーチンを実行する。このメイン
ルーチンでは、まず、前記TDC処理で算出されて記憶
された過給圧P2,PB及びエンジン回転数NEを読み込む
と共に、スロットル弁13のスロットル開度θTH及び前
記CAT温センサ21で検出されるCAT温TCATをそ
れぞれ表わす信号に基づき算出され、ECU7内のメモ
リに書き換えられて記憶されるθTH及びTCATを読み込
む(ステップ201)。
【0024】次に、ステップ202に進んでオープン制
御用の過給圧調整弁5の目標開度θOBJを算出する。こ
の目標開度θOBJは、図4に示すように、エンジン回転
数NEとスロットル開度θTHとによって定まる最適な目
標開度θOBJがテーブル化してECU7内のメモリに格
納された目標開度θOBJのテーブルを検索することによ
り算出される。
【0025】目標開度θOBJの算出後、ステップ203
に進み、CAT温TCATの許容最大値TCATMを、図5に
示すように、エンジン回転数NEによって定まる最適な
許容最大値TCATMがテーブル化してECU7内のメモリ
に格納された許容最大値TCATMのテーブルを検索するこ
とにより算出する。
【0026】次に、ステップ204に進み、CAT温T
CATが許容最大値TCATM以下か否かを判定する。TCAT≦
TCATMのとき、ステップ204の答が肯定(Yes)に
なり、ステップ205に進んでフィードバック制御用の
最大過給圧POBJを算出する。
【0027】このステップ205における最大過給圧P
OBJは、図7に示す最大過給圧決定のサブルーチンを実
行することにより算出される。このサブルーチンでは、
最新のエンジン回転数NEを再び読み込む(ステップ7
01)と共に、水温センサ20で検出される最新のイン
タークーラ水温TWICを読み込む(ステップ702)。
次に、ステップ703に進み、ステップ701で読み込
んだエンジン回転数NEに基づき、図8に示すようにエ
ンジン回転数NEによって定まる最適な第1の最大過給
圧PLMTがテーブル化してECU7内のメモリに格納さ
れた第1の最大過給圧PLMTのテーブルを検索すること
により、該PLMTを算出する。次に、前記ステップ70
2で読み込んだインタークーラ水温TWICに基づき、図
9に示すようにインタークーラ水温TWICによって定ま
る最適な第2の最大過給圧PICがテーブル化してECU
7内のメモリに格納された第2の最大過給圧PICのテー
ブルを検索することにより、該PICを算出する。さら
に、ステップ705に進み、第1の最大過給圧PLMTが
第2の最大過給圧PIC以下であるか否かを判定する。そ
の答が肯定(Yes)、即ちPLMTがPIC以下であると
き、第1の最大過給圧PLMTの方を最大過給圧POBJに決
定し(ステップ706)、PICがPLMTより小さいと
き、第2の最大過給圧PICの方を最大過給圧POBJに決
定する(ステップ707)。
【0028】最大過給圧POBJの決定後、ステップ20
7に進み、オープン制御とフィードバック制御のいずれ
かの制御モードを決定する。
【0029】このステップ207における制御モードの
決定は、図10に示す制御モードの決定サブルーチンを
実行することにより行なわれる。
【0030】このサブルーチンでは、まず過給圧調整弁
5の前記実開度なまし値θREFが決定される(ステップ
501)。次に、ステップ502に進み、フィードバッ
ク制御中か(F−FB=1か)否かを判定する。このス
テップ502の答が否定(No)、即ちオープン制御中
であるとき、ステップ503に進んで過給圧PBが前記
ステップ205で算出された最大過給圧POBJ以上か否
かを判定する。このステップ503の答が肯定(Ye
s)、即ちオープン制御中にPBがPOBJ以上になったと
き、制御モード判定フラグF−FBを、フィードバック
制御が決定されたことを表わす1に設定し(ステップ5
04)、図5のサブルーチンを終了して図2のメインル
ーチンに戻る。一方、前記ステップ503の答が否定
(No)、即ちオープン制御中でPBがPOBJより小さい
とき、前記フラグF−FBを、オープン制御が決定され
たことを表わす0に設定し(ステップ505)、図5の
サブルーチンを終了して図2のメインルーチンに戻る。
【0031】一方、前記ステップ502の答が肯定(Y
es)、即ちフィードバック制御中であるとき、ステッ
プ506に進んで過給圧PBが最大過給圧POBJ−ΔPG
以下であるか否かを判定する。ここで、ΔPGは、ハン
チング防止のためのヒステリシスを与えるために設定さ
れている。ステップ506の答が肯定(Yes)、即ち
PBがPOBJ−ΔPG以下のとき、前記ステップ505に
進み、フラグF−FBを、オープン制御が決定されたこ
とを表わす0に設定する。一方、ステップ506の答が
否定(No)、即ちPBがPOBJ−ΔPGより大きいと
き、ステップ507に進んで前記実開度なまし値θREF
が目標開度θOBJ以上か否かを判定する。このステップ
507の答が否定(No)、即ちフィードバック中の過
給圧調整弁5の実開度なまし値θREFが目標開度θOBJよ
り小さいとき、現在の運転状態即ちエンジン回転数NE
とスロットル開度θTHとから見て過給圧PBを下げる状
態にあり、このままフィードバック制御を続行したので
は過給圧PBが一層上がってしまうと判断し、前記ステ
ップ505に進む。
【0032】これに対して、前記ステップ507の答が
肯定(Yes)即ちθREFがθOBJ以上のとき、現在の運
転状態即ちエンジン回転数NEとスロットル開度θTHと
から見て過給圧PBを上げる状態にあり、このままフィ
ードバック制御を続行すべきと判断し、ステップ508
に進んでθTHがθFB以上か否かを判定する。ここで、θ
FBは、エンジン回転数NEに関連して変化する基準スロ
ットル開度であり、図11に示すようにエンジン回転数
NEによって定まる最適な基準スロットル開度θFBがテ
ーブル化してECU7内のメモリに格納されている。ス
テップ508の答が否定(No)、即ちθTHが急変して
θFBより小さくなったとき、前記ステップ505に進
む。一方、前記ステップ508の答が肯定(Yes)、
即ちθTHがθFB以上のとき、前記ステップ504に進
み、前記フラグF−FBを1に設定する。
【0033】このように前記ステップ207で制御モー
ドを決定した後、ステップ208に進み、ステップ20
7で決定された制御モードがフィードバック制御である
か否かを判定する。このステップ208の答が肯定(Y
es)のとき、前記ステップ209に進んでフィードバ
ック制御を行なう。このとき、フィードバック制御中で
あれば、そのままフィードバック制御を続行し、オープ
ン制御中であれば、オープン制御からフィードバック制
御へ移行する。この場合、すなわち前記ステップ204
の答が肯定(Yes)でステップ209に進んだ場合に
おけるフィードバック制御は、前記ステップ201で読
み込んだ過給圧PBがステップ205で算出された最大
過給圧POBJになるように、過給圧調整弁5の開度を制
御する。
【0034】一方、前記ステップ208の答が否定(N
o)のとき、ステップ210に進んでオープン制御を行
なう。このとき、オープン制御中であれば、そのままオ
ープン制御を続行し、フィードバック制御中であれば、
フィードバック制御からオープン制御へ移行する。この
オープン制御では、過給圧調整弁5の開度を前記ステッ
プ202で算出された目標開度θOBJに制御する。
【0035】そして、前記ステップ204の答が否定
(No)になったとき、すなわちCAT温TCATが許容
最大値TCATMより高くなったとき、触媒コンバータ32
が劣化する虞れがあると判断してステップ206に進
み、最大過給圧POBJを、図6に示すように、CAT温
TCATによって定まる最適な最大過給圧POBJがテーブル
化してECU7内のメモリに格納された最大過給圧POB
Jのテーブルを検索することにより算出する。
【0036】このステップ206の実行後、前記ステッ
プ209に進んでフィードバック制御を行なう。この場
合のフィードバック制御は、前記ステップ201で読み
込んだ過給圧PBがステップ206で算出された最大過
給圧POBJになるように、過給圧調整弁5の開度を制御
する。このときの最大過給圧POBJは、CAT温TCATが
高くなるにつれて低くなるように設定されているので
(図6を参照)、このフィードバック制御により過給圧
PBがCAT温TCATに応じて下がり(例えば、TCATが
900℃のときには過給圧PBがPOBJ=500mmHgまで
下がり)、これによって排気温度が低下する。その結
果、触媒コンバータ32の劣化が防止され、触媒コンバ
ータ32の保護が図られる。
【0037】上述したように、図2に示すメインルーチ
ンが一定時間毎に繰り返し実行される。
【0038】このように、上記一実施例によれば、CA
T温TCATが許容最大値TCATMより高くなったとき、混
合気の空燃比を濃い目に固定したりすることなく、過給
圧PBをCAT温TCATに応じて下げるべく、過給圧調整
弁5の開度を制御することにより、排気温度を低下させ
ているので、排気ガス特性及び燃費を悪化させることな
く、排気温度上昇時における触媒コンバータ32の保護
を図ることができる。
【0039】なお、上記一実施例では、内燃エンジン1
の吸気通路2中に配置された過給機3として、内燃エン
ジン1により駆動される機械式過給機(いわゆるスーパ
ーチャージャー)を用いると共に、過給圧を調整する過
給圧調整弁5として、過給機3をバイパスするバイパス
通路4を開閉する弁を用い、該過給圧調整弁5の開度を
制御することにより過給圧を制御する過給機付内燃エン
ジンの過給圧制御装置について説明した。しかしなが
ら、本発明は、これに限定されるものではなく、内燃エ
ンジンの吸気通路中に配置される過給機として、排気ガ
スのエネルギーによって回転する排気タービンにより駆
動されるコンプレッサ(いわゆるターボチャージャー)
を用いると共に、過給圧を調整する過給圧調整弁とし
て、排気タービンへの排気ガス量を制御するウェストゲ
ートバルブを用い、該ウェストゲートバルブの開度を制
御することにより過給圧を制御する過給機付内燃エンジ
ンの過給圧制御装置にも適用可能である。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内燃エンジンの吸気通路中に配置された過給機と、過給
圧を調整する過給圧調整弁と、該調整弁を駆動する駆動
手段と、該手段を制御する制御装置と、内燃エンジンの
排気系に設けられた触媒コンバータと、該触媒コンバー
タの温度を検出する温度検出手段とを備えて成る過給機
付内燃エンジンの過給圧制御装置において、前記制御装
置は、前記温度検出手段により検出された触媒コンバー
タの温度がエンジン回転数に応じて決定される触媒コン
バータ温度の許容最大値より高いとき、前記吸気通路内
の過給圧を前記触媒コンバータの温度に応じて下げるべ
く、前記過給圧調整弁の開度を制御するように構成され
ているので、触媒コンバータの温度が触媒コンバータ温
度の許容最大値より高くなると、過給圧が触媒コンバー
タの温度に応じて下げられ、これによって排気温度が低
下する。したがって、排気ガス特性及び燃費を悪化させ
ることなく、排気温度上昇時における触媒コンバータの
保護を図ることができる。また、上記触媒コンバータの
許容最大値を各内燃エンジンの性能に併せて設定するこ
とができ、これによって車両の走行性能の向上と触媒コ
ンバータの保護の両立を図ることができる。
【0041】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る過給機付内燃エンジン
の過給圧制御装置を示す概略構成図である。
【図2】図1に示す過給圧制御装置のメインルーチンを
示すフローチャートである。
【図3】TDC処理を示すフローチャートである。
【図4】オープン制御用の目標開度を示すマップであ
る。
【図5】エンジン回転数に応じて定まる触媒コンバータ
温度の許容最大値を示すマップである。
【図6】触媒コンバータ温度によって定まる最大過給圧
を示すマップである。
【図7】最大過給圧決定のサブルーチンを示すフローチ
ャートである。
【図8】エンジン回転数によって定まる第1の最大過給
圧を示すマップである。
【図9】インタークーラー水温によって定まる第2の最
大過給圧を示すマップである。
【図10】制御モード判定のサブルーチンを示すフロー
チャートである。
【図11】エンジン回転数によって定まる基準スロット
ル開度を示すマップである。
【図12】オープン制御領域とフィードバック制御領域
を示す図である。
【符号の説明】
1 内燃エンジン 2 吸気通路 3 過給機 5 過給圧調整弁 6 ステップモータ(駆動手段) 7 ECU(制御装置) 21 CAT温センサ(温度検出手段) 31 配気管(排気系) 32 触媒コンバータ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02B 33/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃エンジンの吸気通路中に配置された
    過給機と、過給圧を調整する過給圧調整弁と、該調整弁
    を駆動する駆動手段と、該手段を制御する制御装置と、
    内燃エンジンの排気系に設けられた触媒コンバータと、
    該触媒コンバータの温度を検出する温度検出手段とを備
    えて成る過給機付内燃エンジンの過給圧制御装置におい
    て、前記制御装置は、前記温度検出手段により検出され
    た触媒コンバータの温度がエンジン回転数に応じて決定
    される触媒コンバータ温度の許容最大値より高いとき、
    前記吸気通路内の過給圧を前記触媒コンバータの温度に
    応じて下げるべく、前記過給圧調整弁の開度を制御する
    ように構成されていることを特徴とする過給機付内燃エ
    ンジンの過給圧制御装置。
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