JPH0242128A - 過給機付エンジンの吸気装置 - Google Patents

過給機付エンジンの吸気装置

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JPH0242128A
JPH0242128A JP63191645A JP19164588A JPH0242128A JP H0242128 A JPH0242128 A JP H0242128A JP 63191645 A JP63191645 A JP 63191645A JP 19164588 A JP19164588 A JP 19164588A JP H0242128 A JPH0242128 A JP H0242128A
Authority
JP
Japan
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passage
valve
intake
engine
exhaust
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Pending
Application number
JP63191645A
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English (en)
Inventor
Masato Iwaki
正人 岩城
Haruo Okimoto
沖本 晴男
Seiji Tajima
誠司 田島
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH0242128A publication Critical patent/JPH0242128A/ja
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は過給機付エンジンの吸気装置に関するものであ
る。
(従来技術) 排気ターボ過給式のエンジンにあっては、いわゆるシー
ケンシャルターボと呼ばれるように、複数の排気ターボ
過給機を備えて、低速時には一部の排気ターボ過給機の
みを作動させて過給能力の小さい第1状態とする一方、
高速時には少なくとも残りの排気ターボ過給機を作動さ
せて過給能力の大きい第2状態とすることが提案されて
いる。
すなわち、低速時に作動される排気ターボ過給機(以下
1次側ターボ過給機と称す)を小型のものとすることに
より、応答性が確保される。一方、高速時には、残りの
排気ターボ過給機(以下2次側ターボ過給機)を大型の
ものとして当該2次側ターボ過給機のみを作動させるこ
とにより、あるいは1次側と2次側との両方のターボ過
給機を作動させることにより、大きな過給能力が得られ
る。このようなシーケンシャルターボは例えば特開昭6
0−259722号公報に開示されている。
一方、エンジンの吸気通路には、通常、スロットル弁を
バイパスして少なくともアイドリング時の吸入空気7を
調整するためバイパスエア通路が設けられている。そし
て、過給機付エンジンにおいても、このようなバイパス
エア通路が設けられ、実開昭58−59939号公報の
ものにおいては、常時作動される1つの過給機のみをイ
アするものにおいて、そのブロア下流に上記バイパスエ
ア通路の上流端を開口させたものが開示されている。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、前述したシーケンシャルターボの場合、アイ
ドリング時からの過給の立肥り、すなわち1次側ターボ
過給機の回転点トりを極力すみやかに行うことが望まれ
る。
また一方、バイパスエア通路からのバイパスエアを利用
した吸入空気が調整の際、すなわちアイドリング時には
、極力燃費を向上させることが望まれる。
したがって、本発明の[−1的は、アイドリング時の燃
費向ヒと、アイドリング時からの過給の立−Lり向17
.とを共に満足させ得るようにした過給機付エンジンの
吸気装置を提供することにある。
(問題点を解決するだめのf段、作用)11り述の1−
1的を達成するため、本発明にあっては次のような構成
としである。すなわち、エンジンに対して、少なくとも
低速時に作動される1次側排気ターボ過給機および高速
時にのみ作動される2次側排気ターボ過給機設けられ、
エンジンの吸気通路に、スロットル弁をバイパスして、
少なくともアイドリング時の吸入空気111を調整する
ためのバイパスエア通路が設けらね、 [再記バイパスエア通路の上流端が、エンジンの吸気通
路のうち、 +iij記1次側排気ターボ過給機をバイ
パスすると共に、前記2次側排気ターボ過給機のブロア
を通過した後の空気を取込む位置に開[1されている、 ような構成としである。
このような構成とすることによって、バイパスエア通路
を通して供給されるバイパスエアは、1次側ターボ過給
機のブロアをバイパスすることになる。このことは、1
次側ターボ過給機の仕(1(ニア、tを減らして、アイ
ドリング時における1次側ターボ過給機の回転を極力高
いものに維持し得ることになる。したがって、アイドリ
ング時からの発進の際に、1次側ターボ過給機による過
給が速やかに行われて、過給応答性が向上される。
一方、アイドリング時においては、バイパスエアは、2
次側ターボ過給機のブロアを通過した後のものとなるが
、このようなバイパスエアは、2次側ターボ過給機によ
って少なからず断熱圧縮されたかなり高温のものとなる
。この高温とされたバイパスエアは、空気密度が低いた
め、所定質へ1のバイパスエアを確保しようとしれば、
この分バイパスエア通路の開度を大きくし得る。このこ
とは、ボンピングロスの低減となって、アイドリング時
の燃費が向上される。これに加えて、2次側ターボ過給
機のブロアを通過した後の空気は、人気圧よりも幾分で
も大きい圧力をイアすることが多く、このことはボンピ
ングロスをより一層低減し得るものとなる。なお、上述
したバイパスエアの温度や圧力は、冷機状態からのエン
ジンスタート直後のアイドリング時においては期待し得
ないが、アイドリングは、走行の合い間にかなりひんば
んに生じるものであり、したがって本発明は、全体とし
てみれば燃費向にに大きく寄tテすることになる。
(以下余白) (実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
金卦ユじL云為 第1図において、エンジン1の排気ガスを排出する排気
通路2は、エンジン1より互いに独立して伸びる2本の
分岐排気通路2a、2bを有する。また、エンジンlの
吸入空気が流通する吸気通路3は、吸入空気lを検出す
るエアフロメータ4の下流側において分岐して2本の分
岐吸気通路3a、3bを有し、両分岐吸気通路3aと3
bとはインタークーラ5の上流側において合流している
。インタークーラ5の下流側の吸気通路3には、スロッ
トル弁6、サージタンク7および燃料噴射弁8が配設さ
れている。
■記2本の分岐排気通路2a、2bのうちの一方の分岐
排気通路2aには、排気ガスによって回転駆動されるタ
ービTPが配設され、このタービンTPは、一方の分岐
吸気通路3aに配設されたブロワCpに回転軸LPを介
して連結されている。そして、これらタービンTP、回
転軸LP、ブロワCpを主要素として1次側ターボ過給
機9が構成されている。同様に、他方の分岐排気通路2
bには、排気ガスによって回転駆動されるタービンTS
が配設されているとともに、他方の分岐吸気通路3bに
はブロワC3が配設され、これらタービンTPとブロワ
C3とが回転軸LSによって連結されて、2次側ターボ
過給機IOを構成している。
分岐吸気通路3a、3bのブロワcp、csの上流側の
通路部分は、吸気通路3から分岐した分岐部において互
いに一直線状になるように対向して形成されており、一
方の分岐吸気通路3bに発生した圧力波が他方の分岐吸
気通路3a側には伝播し易く、エアフローメータ4側に
は伝播し易く、エアフローメータ4側には伝播しにくい
ような構成となっている。
上記2次側の分岐排気通路2bには、タービンTSの上
流側において排気カット弁11が配設されている。この
排気カット弁11は、低回転域でこの分岐排気通路2b
を閉じて2次側ターボ過給機10のタービンTSへの排
気ガスの提供を遮断し、1次側ターボ過給機9のみを作
動させるために設けられているものである。
2次側の分岐排気通路2bのうち上記排気カット弁11
の上流側部分が、連通路12を介して、1次側の分岐排
気通路2aのタービンTP上流側に接続されている。上
記連通路12は、両タービンTP、TSの下流側の排気
通路2に対して、ウェストゲート弁17が配設されたバ
イパス通路I8を介して接続されている。このバイパス
通路18のうちト記つェストゲート弁17上流側部分が
、排気洩らし弁13が配設された洩らし通路14を介し
て、分岐排気通路2bのうちタービンTSと排気カット
弁I+との間に接続されている。
上記排気洩らし弁13は、ダイヤフラム式アクチュエー
タ16によって操作されるようになっており、該アクチ
ュエータ16の圧力室が、制御圧力導管15を介して、
1次側ターボ過給機9のブロワcpの下流側において分
岐吸気通路3aに開口している。この洩らし弁13は、
エンジン回転数の上界過程において、ブロワCpの下流
側(7) 過給圧ptが所定の値(例えば500mmH
g)以上となると開動作され、これにより排気カット弁
11が閉じているときに少量の排気ガスがバイパス通路
14を通じてタービンTSに供給される。したがって、
タービンTSが排気カット弁11の開く以前に予め回転
を開始して、排気カット弁■が開いたときの過給応答性
向上と共に、トルクショックを緩和するようになってい
る。
なお、19.20は、排気カット弁11及びウェストゲ
ート弁17をそれぞれ操作するダイヤフラム式アクチュ
エータであるが、これらのアクチュエータの動作につい
ては後述する。
一方、2次側の分岐吸気通路3bには、ブロワcpの下
流側において吸気カット弁21が配設されている。また
ブロワC3をバイパスする通路22が設けられていて、
このバイパス通路22にリリーフ弁23が配設されてい
る。−ヒ記吸気カット弁21は、後述するようにダイヤ
フラム式アクチュエータ24によって操作される。また
、上記リリーフ弁23は、エンジン回転数の上昇過程に
おいて、吸気カット弁21および排気カット弁lが開く
時点よりも少し前までバイパス通路22を開いていて、
排気カット弁11が閉じているときの排気洩らし弁13
の開動作に基づくブロワC3の回転によって、ブロワC
Sと吸気カット弁21との間における分岐吸気通路3b
の圧力が上昇するのを防止し、かつブロワC3が回転し
やすいように設けられている。このようなリリーフ弁2
3は、ダイヤフラム式アクチュエータ25によって操作
される。
吸気カット弁21を作動するアクチュエータ24の制御
圧力導管26は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁27
の出力ボートに接続されている。
また、排気カット弁11を作動するアクチュエータ19
の制御圧力導管28は、同様に電磁ソレノイド弁よりな
る三方弁29の出力ボートに接続されている。さらにリ
リーフ弁23を作動するアクチュエータ25の制御圧力
導管30は、上述と同様の三方弁31の出力ボートに接
続されている。
ウェストゲート弁17を作動するアクチュエータ20の
制御圧力導管32は、電磁ソレノイド弁よりなる三方弁
33の出力ボートに接続されている。これら電磁シレノ
イド弁よりなる三方弁27.29.31および33は、
マイクロコンピュータを利用して構成された制御回路3
5によって制御される。この制御回路35は、エンジン
回転数Ne、吸入空気11Q、スロットル開度TVOお
よび一次側ターボ過給機9のブロワcpの下流側の下級
圧pt等の検出値に基づいて、各電磁ソレノイド弁を制
御する。
上記4個の電磁ソレノイド弁のうち、三方弁29の一方
の入力ボートは大気に開放されており、他方の入力ボー
トは、導管36を介して負圧タンク43に接続されてい
る。この負圧タンク43には、スロットル弁6の下流の
吸気負圧Pnが、チエツク弁37を介して導入される。
また、三方弁27は、その一方の入力ボートが導管36
を介して上記負圧タンク43に接続され、他方の入力ボ
ートは、導管38を介して差圧検出弁39の出力ボート
に接続されている。
第2図に示すように、上記差圧検出弁39は、そのケー
シング51内が2つのダイヤフラム52.53によって
3つの室54.55.56に画成され、室54に入力ボ
ート54aが、室55に入力ボート55aが、室56に
上記導管38が連なる出力ボート57および大気開放ボ
ート58が開口されている。上記ボート54aは、導管
41を介して吸気カット弁21の下流側に接続されて、
1次側ブロワcpの下流側の過給圧P1を導入するよう
になっている。また、ボート55aは、導管42を介し
て吸気カット弁21の上流側に接続されて、吸気カット
弁21が閉じているときの吸気カット弁21の上流側の
圧力P2を導入するようになっている。そして、この差
圧検出弁39は、圧力ptとP2との圧力差が大きいと
きに、両ダイヤフラム52.53に結合された弁体59
がボート47を開状態として、大気を導管38に導入す
るが、差圧P2−P lが所定値±ΔP以内になったと
きに、スプリング59によってボート57を閉じるよう
になっている。したがって、三方弁27が導管26を導
管38に連通している状態で、差圧P2−P 1が所定
値上△Pよりも大きくなると、アクチュエータ24に大
気が導入されて、吸気カット弁21が開かれる。また、
三方弁27が導管26を導管36に連通させたときは、
アクチュエータ24に負圧が供給されて吸気カット弁2
1が閉じられる。
一方、三方弁29が導管28を導管36に連通させたと
き、アクチュエータ19に負圧が供給されて排気カット
弁llが閉じられ、このときは1次側ターボ過給機9の
みが作動された状態となる。また、三方弁29が導管2
8を大気に解放すると、排気カット弁11が開かれて、
2次側ターボ過給機10が作動される。
第3図は、吸気カット弁21および排気カット弁11の
開閉状態を、排気漏らし弁13、ウェストゲート弁17
およびリリーフ弁23の開閉状態とともに示す制御マツ
プで、この制御マツプは制御回路35内に格納されてい
る。
ここで、三方弁31の一方の入力ボートも大気に開放さ
れ、他方の入力ボートは負圧タンク43に接続されてお
り、エンジンが低回転のときは導管30に吸気負圧Pn
が導入されて、リリーフ弁25がバイパス通路22を開
いているが、エンジン回転数Neの上昇過程で、第3図
に示すように、上記吸気カット弁21および排気カット
弁11が開く段階以前において、上記三方弁31が制御
回路35からの信号によって大気側に切換えれ、これに
よりリリーフ弁25がバイパス通路22を閉じるように
なっている。
さらに三方弁33の一方の入力ボートには、アクチュエ
ータ16の制御圧力導管15を通じて過給圧P1が導入
されるようになっており、エンジン回転数Neおよびス
ロットル開度TVOが所定値以上でかつ過給圧P1が所
定値以上になったとき、制御回路35が二方弁33を開
いてアクチュエータ20に過給圧PIを導入し、これに
よりウェストゲート弁17がバイパス通路18を開くよ
うになっている。また、三方弁33の他方の入力ボート
は大気に解放されており、アクチュエータ20に大気が
供給されたとき、ウェストゲート弁17が閉じられる。
フローチャート 第4A  、第4B  )第4A図、
第4B図には、第3図のマツプに従う制御を行うための
フローチャートを示しである(Sはステップで、排気洩
らし弁13、ウェストゲート弁17については除く)。
このフローチャートにおいて、フラグが1〜6の範囲の
いずれかによってその処理の流れが変わるが、このフラ
グの意味するところは第3図に示す通りである。すなわ
ち、合弁11.21.23については、それぞれ、開閉
にヒシテリスを持たせであるため、合弁11.21.2
3の各々について2本の特性線が設定されて、合計6本
の特性線を有する。そして、この特性線を跨ぐ毎にフラ
グが変更され、運転状態が第3図右側の領域(高回転、
高負荷側となる領域)へと近づく方向に変位するときに
、フラグが「2」、「4」あるいは「6」のように偶数
番号で変化される。逆に、第3図左側の領域へと運転状
態が変更していくときは「5」「3」、rlJのように
奇数番号でフラグが変化される。勿論、運転開始時は、
低回転、低負荷領域であってフラグが「1」とされる(
イニシャライズ)。
以上のことを前提として、フローチャートについて簡単
に説明する。
先ず、第4A図のStにおいてシステムのイニシャライ
ズが行われ、このときフラグはlとされる。次いで、S
2において、エンジン回転数Rと吸入空気量Qとがデー
タ入力された後、前述した6本の特性線を決定づけるQ
l〜Q6(吸入空気室)とR1−16(エンジン回転数
)とがマツプから読出される。
S3の後、S4において、吸入空気iQの変化速度が設
定値Aよりも大きいか否かが判別される。このS4の判
別でYESのときは、S5において、上記S3で読出さ
れたQ1〜Q6およびR1−R6の各々について、所定
分の減少補正(△Ql〜ΔQ6.ΔR1〜ΔR6の減算
)が行われ、この後S6へ移行する。また、S4の判別
でNoのときは、S5を経ることなく、S6へ移行する
。上記S5での処理は、加速時に、2次側ターボ過給機
IOの作動領域をより低負荷、低回転側へと広げるため
の処理に相当する。、S6では、フラグFが1であるか
否かが判別されるが、当初はフラグFはlにイニシャラ
イズされているのでこの判別がYESとなる。このとき
は、S7あるいはS8の判別がYESであれば、S9に
おいてフラグFが2にセットされた後、S10において
リリーフ弁23が閉じられる(アクチュエータ25へ負
圧供給)。また、S7およびS8のいずれの判別もNo
のときは、そのままリターンされる。
S6の判別でNOのときは、S11において、フラグF
が整数mの2倍であるか否か、すなわち2.4あるいは
6のいずれかであるかが判別される。このS11の判別
でYESのときは、S12においてフラグFが2である
か否かが判別される。このS12の判別でYESのとき
は、S13、SI4のいずれかの判別でYESのときに
、S15においてフラグFが4にセットされた後、S+
6において排気カット弁11が開かれる(アクチュエー
タ19へ大気供給)。また、S13、S14のいずれの
判別もNoのときは、S17、S18の判別が共にYE
Sとなったときに、S19でフラグが1にセットされた
後、S20でリリーフ弁23が開かれる(アクチュエー
タ25へ負圧供給)。またS17あるいはS+8のいず
れかの判別がNoのときは、それぞれリターンされる。
n記s+2の判別がNoのときは、S21においてフラ
グFが4であるか否かが判別され、S21の判別でYE
Sのときは、フラグFを6または3にするか、そのまま
リターンされるときである。ずなわち、S22、S23
のいずれかの判別でYESのときは、S24においてフ
ラグFが6にセットされた後、S25において吸気カッ
ト弁21が開かれる(アクチュエータ24を導管38に
連通)。また、S22、S23のいずれの判別もNoの
ときは、S26およびS27の判別が共にY’ E S
のときに、フラグFが3にセットされた後、S29で排
気カット弁11が閉じられる(アクチュエータ19へ負
圧供給) そして、826、S27のいずれかの判別で
Noのときは、そのままリターンされる。
前記S21の判別でNoのときは、現在フラグFが6の
ときである。このときは、フラグFを5にセットするか
そのままリターンするときである。すなわち、S30お
よびS31のいずれの判別も共にYESのときは、S3
2でフラグFが5にセットされた後、S33で吸気カッ
ト弁21が閉じられる(アクチュエータ24へ負圧供給
)。
また、S30、S31のいずれかの判別でNoのときは
、そのままリターンされる。
前記Sllの判別でNoのときは、第4B図のS41へ
移行する。このS41では、フラグFが3であるか否か
が判別される。この判別でYESのときは、フラグFを
1あるいは4にするかそのままリターンされるときであ
る。すなわち、S42、S43のいずれの判別もYES
のときに、S44においてフラグFが1にセットされた
後、S45においてリリーフ弁23が開かれる(アクチ
ュエータ25へ負圧供給)。また、S42、S43の判
別のいずれかがNOのときは、S46、S47のいずれ
かの判別がYESのときに、348においてフラグFが
4にセットされた後、S49において排気カット弁11
が開かれる(アクチュエータ19へ大気供給)。そして
、S46、S47のいずれの判別もNoのときにリター
ンされる。
前記S41の判別でNoのときは、現在のフラグFは5
のときである。このときは、フラグFを3あるいは6に
セットするかそのままリターンするときである。すなわ
ち、S50、S51の判別のいずれもがYESのときに
、S52でフラグFが3にセットされた後、353にお
いて排気カッ)j?11が閉じられる(アクチュエータ
19へ負圧供給)。また、S50.S51のいずれかの
判別がNoのときは、S54、S55の判別のいずれか
がYESのときに、S56においてフラグFが6にセッ
トされた後、S57において吸気カット弁21が開かれ
る(アクチュエータ24を導管38へ連通)。そして、
S54、S55のいずれの判別もNoのときにリターン
される。
バイパスエア通路 さて次に、少なくともアイドリング時におけるバイパス
エアな供給するためのバイパスエア通路について説明す
る。
1りび第1図において、バイパスエア通路が符′137
1で示され、その途中にはバイパスエア!d:調整用の
調整ブt72が接続されている。
ト記バイパスエア通路7Iは、その下流端71aが、サ
ージタンク7下流、すなわちスロットル弁6′F流の吸
気通路3に開[Iされている。また、バイパスエア通路
71の上流端71bが、2次側ターボ過給機10のブロ
アCsが配設された分岐吸気通路3 bのうち、当該ブ
ロアCsの直−ヒ流に開口されている。この−上流端7
1bが開1コする位置は、ブロアCsの直り流であって
も、リリーフ通路22によって当該ブロアCsを通過し
た後の空気を取込める位置となる。
バイパスエア通路7Iに接続された調整弁72は、制御
回路32によって、既知、のように制御される。すなわ
ち、少なくともアイドリング時のエンジン回転数が、所
定のアイドル回転数となるように、調整弁72がフィー
ドバック制御される。
また実施例では、エンジンの減速時にも、調整弁72を
制御(この場合はオーブンループ制御)して、減速時に
もバイパスエアな供給するようになっている。第5図に
は、この調整弁72を制御する領域すなわちバイパスエ
アを供給する領域をl、IIで示してあり、領域Iがア
イドリング時のフィードバック制御領域であり、領域I
Tが減速時のオーブンループ制御領域である。
なお、第5図中、X線が、2次側ターボ過給機10を作
動させるか否かの境界ラインであり、Y線がノーロード
ラインであり、X線が減速ラインとなる。
以上実施例について説明したが、本発明はこれに限らず
、例えば次のような場合をも含むものである。
■2次側ターボ過給機10が作動するときに1次側ター
ボ過給機9の作動が停市されるものであってもよい。も
っとも、この場合は2次側ターボ過給機10が1次側タ
ーボ過給機9よりも大型のもの(過給能力の高いもの)
とされる。
■1次側側ターボ過給機9と2次側ターボ過給機10と
を排気の流れ方向において汀いに直列に接続するように
してもよい。すなわち、1次側ターボ過給機9で過給さ
れた吸気をさらに2次側タボ過給機lOで過給するよう
にしてもよい。勿論、その場合は、2次側ターボ過給機
lOが作動しない連通時には、当該2次側ターボ過給機
lOをバイパスして吸気を流すためのバイパス路が設け
られる。
■リリーフ通路22を有しないものであってもよい。こ
の場合は、バイパスエア通路71の上流端を、2次側タ
ーボ過給機10のブロアCS ’F流かつ吸気カット弁
21ヒ流の分岐吸気通路3bに開口させればよい。
(発明の効果) 本発明は以」二述べたことから明らかなように、アイド
リング時の燃費向ヒと、アイドリング時からの過給応答
性の向上とを共に満足させることができる。
しかも、本発明は、バイパスエア通路の上流端の開口位
置を所定のものに設定するだけでよいので、極めて容易
かつ安価に実施化し得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す全体系統図。 第2図は第1図に示す差圧検出弁の断面図、第3図は合
弁の切換特性を示す特性図。 第4Δ図、第4B図は、第3図の特性図にしたがう制御
を行なうときのフローチャート。 第5図はバイパスエア通路からのバイパスエア量を制御
する領域の設定例を示す図。 2a、  2b 3a、  3b :エンジン :排気通路 :分岐排気通路 :吸気通路 :分岐吸気通路 6:スロットル弁 9:1次側ターボ過給機 10:2次側ターボ過給機 71:バイパスエア通路 71b:バイパスエア通路上流端

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エンジンに対して、少なくとも低速時に作動され
    る1次側排気ターボ過給機および高速時にのみ作動され
    る2次側排気ターボ過給機設けられ、 エンジンの吸気通路に、スロットル弁をバイパスして、
    少なくともアイドリング時の吸入空気量を調整するため
    のバイパスエア通路が設けられ、 前記バイパスエア通路の上流端が、エンジンの吸気通路
    のうち、前記1次側排気ターボ過給機をバイパスすると
    共に、前記2次側排気ターボ過給機のブロアを通過した
    後の空気を取込む位置に開口されている、 ことを特徴とする過給機付エンジンの吸気装置
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