JPH05163954A - 過給機付エンジンの減速エアバイパス弁制御装置 - Google Patents

過給機付エンジンの減速エアバイパス弁制御装置

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JPH05163954A
JPH05163954A JP3352985A JP35298591A JPH05163954A JP H05163954 A JPH05163954 A JP H05163954A JP 3352985 A JP3352985 A JP 3352985A JP 35298591 A JP35298591 A JP 35298591A JP H05163954 A JPH05163954 A JP H05163954A
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JP
Japan
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valve
pressure
air bypass
air
diaphragm chamber
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JP3352985A
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English (en)
Inventor
Mamoru Yoshioka
衛 吉岡
Kunihiko Nakada
邦彦 中田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加速時のエアバイパス弁の急閉によるトルク
ショックを抑制するとともに、空燃比が加速時にリッチ
になったり減速時にリーンになるのを防止する。 【構成】 スロットル弁4下流の吸気通路の圧力をエア
バイパス弁62のダイヤフラム室62bへ導くセンシン
グ通路63に、ダイヤフラム室62b内への過給圧の伝
達を遅延させる圧力遅延弁71を設け、加速時にエアバ
イパス弁62をゆっくり開かせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、過給機付エンジンにお
ける減速時のサージングの発生を防止するようにした減
速エアバイパス弁制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】過給機(ターボチャージャ)を備えたエ
ンジンでは、減速によってスロットル弁が開弁状態から
急激に閉弁状態に切替わった場合は、吸気慣性およびコ
ンプレッサの回転慣性によりスロットル弁の上流側圧力
が急激に上昇する。この急激な圧力上昇は、過給気が圧
力反射によってコンプレッサ側に逆流するサージングを
生じさせ、脈動音が発生するという問題を招く。
【0003】この脈動音を低減する技術の一例として、
実開平1−58723号公報に開示されているような装
置が知られている。この装置では、減速時にエアバイパ
ス弁が開かれ、コンプレッサによって圧縮された過給気
をコンプレッサ上流に戻すことにより、減速時のサージ
ングの発生が抑制されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
減速エアバイパス弁制御装置には、つぎのような問題が
存在した。減速時には、コンプレッサによって圧縮され
た過給気を十分にバイパスさせることが必要なため、エ
アバイパス通路およびエアバイパス弁の流路は大に確保
されているが、これらの流路を大に確保すると、エアバ
イパス弁が閉弁した際には、その分、燃焼室に供給され
る過給気が急速に増加することになり、トルクショック
が発生する。
【0005】また、エアバイパス通路およびエアバイパ
ス弁の流路を大に確保する場合は、エアバイパス動作の
有無が空燃比に影響し、つぎのような問題が生じる。電
子燃料噴射装置(EFI)では、実際にはエアフローメ
ータで計測された分の吸気量が燃焼室に到達していない
のに、エアフローメータで計量した吸気量に基づいて燃
料を噴射するので、空燃比がオーバーリッチになってし
まう。すなわち、加速時には図7の特性に示すように、
燃焼室に流入する吸気量Ga1とエアフローメータで計
量される吸気量Ga2 が大きく異なるので、空燃比がオ
ーバーリッチになる。逆に、減速時には、吸気通路の途
中に存在する過給気が燃焼室に余剰に流入してしまうこ
とになり、空燃比がリーンになってしまう。
【0006】本発明は、上記の問題に着目し、加速時の
エアバイパス弁の急閉によるトルクショックを抑制する
とともに、空燃比が加速にリッチになったり減速時にリ
ーンになるのを防止することが可能な過給機付エンジン
の減速エアバイパス弁制御装置を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明に
係る過給機付エンジンの減速エアバイパス弁制御装置
は、ターボチャージャのコンプレッサの上流側と下流側
をエアバイパス通路を介して連通可能に接続し、該エア
バイパス通路にダイヤフラム室内に導かれる負圧によっ
て開弁しかつダイヤフラム室内に導かれる過給気によっ
て閉弁するエアバイパス弁を設けた過給機付エンジンの
減速エアバイパス弁制御装置において、つぎのように構
成されている。
【0008】(1) スロットル弁下流の吸気通路の圧
力をダイヤフラム室内へ導くセンシング通路に、ダイヤ
フラム室内への過給圧の伝達を遅延させる圧力遅延弁を
設けたものから成る。
【0009】(2) スロットル弁下流の吸気通路の圧
力をダイヤフラム室内へ導くセンシング通路に、ダイヤ
フラム室内への過給圧の伝達を遅延させる圧力遅延弁
と、急加速時のみ作動し吸気通路の圧力を圧力遅延弁を
バイパスさせてダイヤフラム室に導く圧力伝達バイパス
手段とを設けたものから成る。
【0010】
【作用】このように構成された過給機付エンジンの減速
エアバイパス弁制御装置においては、つぎのような作用
が行なわれる。
【0011】上述の(1)の構成においては、エアバイ
パス弁のダイヤフラム室には圧力遅延弁を介してスロッ
トル弁下流の圧力が導かれる。そのため、加速時には、
圧力遅延弁によってエアバイパス弁をゆっくりと閉弁さ
せることが可能となり、過給量の急激な変動によるトル
クショックの発生が防止される。
【0012】また、加速初期および減速初期には、圧力
遅延弁によってエアバイパス弁を多少開かせることが可
能となるので、過給気の一部をエアバイパス通路を介し
てバイパスすることが可能となり、燃焼室に流入する吸
気量をエアフローメータによる計量値に近づけることが
可能となる。したがって、空燃比が加速時にリッチにな
ったり減速時にリーンになるのが防止される。
【0013】上述の(2)の構成においては、センシン
グ通路には急加速時のみ圧力遅延弁をバイパスする圧力
伝達バイパス手段が設けられているので、急加速時には
過給圧が圧力遅延弁を介さずに直接ダイヤフラム室に導
かれることになる。そのため、エアバイパス弁を急閉す
ることが可能となり、急加速時の出力低下の改善がはか
れる。
【0014】
【実施例】以下に、本発明に係る過給機付エンジンの減
速エアバイパス弁制御装置の望ましい実施例を、図面を
参照して説明する。
【0015】第1実施例 図1ないし図3は、本発明の第1実施例を示しており、
とくに車両に搭載される6気筒エンジンに適用した場合
を示している。図2において、1はエンジン、2はサー
ジタンク、3は排気マニホールドを示す。排気マニホー
ルド3は排気干渉を伴わない#1〜#3気筒群と#4〜
#6気筒群の2つの集合され、その集合部が連通路3a
によって連通されている。7、8は互いに並列に配置さ
れた主ターボチャージャ、副ターボチャージャである。
ターボチャージャ7、8のそれぞれのタービン7a、8
aは排気マニホールド3の集合部に接続され、それぞれ
のコンプレッサ7b、8bは、インタクーラ6、スロッ
トル弁4を介してサージタンク2に接続されている。
【0016】主ターボチャージャ7は、低吸入空気量域
から高吸入空気量域まで作動され、副ターボチャージャ
8は低吸入空気量域で停止される。双方のターボチャー
ジャ7、8の作動、停止を可能ならしめるために、副タ
ーボチャージャ8のタービン8aの下流に排気切替弁1
7が、コンプレッサ8bの下流に吸気切替弁18が設け
られる。吸、排気切替弁18、17の両方とも開弁のと
きは、両方のターボチャージャ7、8が作動される。副
ターボチャージャ8のタービン8aの下流と主ターボチ
ャージャ7のタービン7aの下流とは、排気バイパス通
路40を介して連通可能となっている。排気バイパス通
路40には、この排気バイパス通路40を開閉する排気
バイパス弁41が設けられている。排気バイパス弁41
は、ダイヤフラム式アクチュエータ42によって開閉さ
れるようになっている。
【0017】低吸入空気量域で停止される副ターボチャ
ージャ8の吸気通路には、1個ターボチャージャから2
個ターボチャージャへの切替を円滑にするために、コン
プレッサ7bの上流とコンプレッサ8bの下流とを連通
する吸気バイパス通路13と、吸気バイパス通路13の
途中に配設される吸気バイパス弁33が設けられる。吸
気バイパス弁33はダイヤフラム式のアクチュエータ1
0によって開閉される。吸気切替弁18の上流と下流と
を連通するバイパス通路には、逆止弁12が設けられて
おり、吸気切替弁18の閉時において副ターボチャージ
ャ8側のコンプレッサ出口圧力が主ターボチャージャ7
側より大になったとき、空気が上流側から下流側に流れ
ることができるようにしてある。なお、図中、14はコ
ンプレッサ出口側の吸気通路、15はコンプレッサ入口
側の吸気通路を示す。
【0018】吸気通路15はエアフローメータ24を介
してエアクリーナ23に接続される。排気通路を形成す
るフロントパイプ20は、排気ガス触媒21を介して排
気マフラー(図示せず)に接続される。吸気切替弁18
はアクチュエータ11によって開閉され、排気切替弁1
7はダイヤフラム式アクチュエータ16によって開閉さ
れるようになっている。ウエストゲートバルブ31は、
アクチュエータ9によって開閉されるようになってい
る。
【0019】アクチュエータ9、10、11、16、4
2は、過給圧または負圧の導入によって作動するように
なっている。各アクチュエータ9、10、11、16、
42には、正圧タンク51、コンプレッサ出口側14か
らの過給圧またはサージタンク2の負圧とエアフローメ
ータ24の下流からの大気圧とを選択的に切り替えるた
めに、第1、第2、第3、第4、第5、第6の電磁弁2
5、26、27、28、32、44が接続されている。
各電磁弁25、26、27、28、32、44の切替
は、エンジンコントロールコンピュータ29からの指令
に従って行なわれる。なお、第2の電磁弁26へ負圧を
導入する通路には、負圧の一方の流れのみを許すチェッ
ク弁45が介装されている。
【0020】第1の電磁弁25のONは、吸気切替弁1
8を全開とするようにアクチュエータ11を作動させ、
OFFは吸気切替弁18を全閉とするようにアクチュエ
ータ11を作動させる。第4の電磁弁28のONは、排
気切替弁17を全開とするようにアクチュエータ16を
作動させ、OFFは排気切替弁17を全閉するようにア
クチュエータ10を作動させる。第3の電磁弁27のO
Nは吸気バイパス弁33を全閉とするようにアクチュエ
ータ10を作動させ、OFFは吸気バイパス弁33を全
開するようにアクチュエータ10を作動させる。
【0021】排気バイパス弁41を作動させるアクチュ
エータ42にかかる過給圧を大気にブリードさせる第5
の電磁弁32は、ON、OFF制御でなく、デューティ
制御される。同様に、ウエストゲートバルブ31を作動
させるアクチュエータ9にかかる過給圧を大気にブリー
ドさせる第6の電磁弁44も、ON、OFF制御でな
く、デューティ制御される。
【0022】排気バイパス弁41の開度は、アクチュエ
ータ42のダイヤフラム室42aに導入される過給圧の
大気へのブリード量(リーク量)を第5の電磁弁32の
デューティ制御によって可変させることにより可変可能
となっている。ウェストゲートバルブ31の開度は、ア
クチュエータ9のダイヤフラム室9bに導入される過給
圧の大気へのブリード量(リーク量)を第6の電磁弁4
4のデューティ制御によって可変させることにより可変
可能となっている。
【0023】エンジンコントロールコンピュータ29
は、エンジンの各種運転条件検出センサと電気的に接続
され、各種センサからの信号が入力される。エンジン運
転条件検出センサには、吸気管圧力センサ30、スロッ
トル開度センサ5、吸入空気量測定センサとしてのエア
フローメータ24、エンジン回転数センサ50、および
酸素センサ19が含まれる。エンジンコントロールコン
ピュータ29は、演算をするためのセントラルプロセッ
サユニット(CPU)、読み出し専用のメモリであるリ
ードオンリメモリ(ROM)、一時記憶用のランダムア
クセスメモリ(RAM)、入出力インターフェイス(I
/Oインターフェイス)、各種センサからのアナログ信
号をディジタル量に変換するA/Dコンバータを備えて
いる。
【0024】主ターボチャージャ7のコンプレッサ7b
の下流に位置する吸気通路14aと、副ターボチャージ
ャ8のコンプレッサ8bの下流に位置する吸気通路14
bとが合流する合流部14cの近傍には、コンプレッサ
7b、8b下流の過給気をコンプレッサ7b、8b上流
に導くエアバイパス通路61が接続されている。エアバ
イパス通路61には、開弁時にコンプレッサ7b、8b
下流の過給気をコンプレッサ7b、8b上流に流すエア
バイパス弁62が設けられている。
【0025】エアバイパス弁62は、図1に示すよう
に、変位可能なダイヤフラム62aと、このダイヤフラ
ム62aによって形成されるダイヤフラム室62bを有
している。ダイヤフラム62aの外面には、弁体62c
が取付けられている。エアバイパスバルブ62の弁体6
2cと対向する位置には、弁体62cが着座する弁座6
2dが設けられている。ダイヤフラム室62b内には、
ダイヤフラム62aを閉弁方向に付勢する圧縮スプリン
グ62eが配設されている。
【0026】ダイヤフラム室62b内は、センシング通
路63を介してスロットル弁4の下流と連通されてい
る。エンジンの軽負荷域では、センシング通路63を介
してダイヤフラム室62b内に吸気管負圧が導かれ、ダ
イヤフラム62aの変位によって弁体62cが弁座62
dから離れることにより、エアバイパス弁62が開弁す
るようになっている。エンジンの高負荷域では、センシ
ング通路63を介してダイヤフラム室62b内に過給圧
が導かれ、ダイヤフラム62aの変位によって弁体62
cが弁座62dと密着することにより、エアバイパス弁
62が閉弁するようになっている。
【0027】センシング通路63には、エアバイパス弁
62のダイヤフラム室62b内への過給圧の伝達を遅延
させる圧力遅延弁71が設けられている。圧力遅延弁7
1は、中央部に区画壁71aを有しており、区画壁71
aにはチェック弁71bと絞り部71cが設けられてい
る。チェック弁71bは、スロットル弁4下流の吸気通
路が負圧になった時に開弁し、スロットル弁4下流の吸
気通路が正圧(過給圧)になった時に、閉弁するように
なっている。絞り部71cは、チェック弁71bの閉弁
時に、エアバイパス弁62のダイヤフラム室62b内へ
導かれる過給気の流れを絞る機能を有している。
【0028】つぎに、第1実施例における作用について
説明する。高吸入空気量域では、吸気切替弁18と排気
切替弁17がともに開かれ、吸気バイパス弁33が閉じ
られる。これによって2個ターボチャージャ7、8が駆
動され、十分な過給空気量が得られ、出力が向上され
る。低速域でかつ高負荷時には、吸気切替弁18と排気
切替弁17がともに閉じられ、吸気バイパス弁33が開
かれる。これによって1個のターボチャージャ7のみが
駆動される。低吸入空気量域で1個ターボチャージャと
する理由は、低吸入空気量域では1個ターボチャージャ
過給特性が2個ターボチャージャ過給特性より優れてい
るからである。1個ターボチャージャとすることによ
り、過給圧、トルクの立上りが早くなり、レスポンスが
迅速となる。
【0029】低吸入空気量域から高吸入空気量域に移行
するとき、つまり1個ターボチャージャから2個ターボ
チャージャ作動へ切り替えるときには、吸気切替弁18
および排気切替弁17が閉じられているときに排気バイ
パス弁41をデューティ制御により小開制御し、さらに
吸気バイパス弁33を閉じることにより副ターボチャー
ジャ8の助走回転数を高め、ターボチャージャの切替を
より円滑(切替時のショックを小さく)に行うことが可
能になる。
【0030】減速直後は、スロットル弁4の閉弁により
スロットル弁上流の圧力が急上昇するが、この状態では
スロットル弁4の下流は負圧となるので、エアバイパス
弁62のダイヤフラム室62bには負圧が導かれ、エア
バイパス弁62は開弁される。これにより、各ターボチ
ャージャ7、8のコンプレッサ7b、8bによって圧縮
された過給気は、エアバイパス通路61を介してコンプ
レッサ7b、8bの上流に戻される。したがって、過給
気が圧力反射によってコンプレッサ側に逆流するサージ
ングの発生は防止される。
【0031】加速時には、ターボチャージャの過給によ
ってスロットル弁4下流は正圧となり、センシング通路
63には、過給圧が導かれる。過給圧が圧力遅延弁71
を介してエアバイパス弁62のダイヤフラム室62bに
導かれる際には、圧力遅延弁71のチェック弁71bが
閉弁するので、過給気は絞り部71cを介してダイヤフ
ラム室62bに導かれることになる。そのため、エアバ
イパス弁62のダイヤフラム室62bには、徐々に過給
気が流入することになり、図3の特性に示すように、エ
アバイパス弁62はゆっくり閉弁される。したがって、
エンジンの燃焼室へ供給される吸気の量が急激に変動す
ることはなくなり、トルクショックの発生が防止され
る。
【0032】また、パーシャルおよび緩加速の場合は、
圧力遅延弁71によってエアバイパス弁62は確実に開
いているので、空燃比が加速時にリッチになることもな
くなる。すなわち、エアバイパス弁62によって過給気
の一部をバイパスさせることができるので、燃焼室に流
入する吸気量をエアフローメータ24による計量値に近
づけることが可能となり、空燃比の加速リッチが防止さ
れる。
【0033】減速時には、圧力遅延弁71のチェック弁
71bは、負圧の導入によって開くので、エアバイパス
弁62を開弁させることができ、吸気通路の途中に存在
する過給気が燃焼室に余剰に流入するのが防止される。
したがって、減速時に空燃比がリーンになることも防止
される。
【0034】第2実施例 図4ないし図6は、本発明の第2実施例を示している。
第2実施例が第1実施例と異なるところは、圧力伝達バ
イパス手段81の有無のみであり、その他の部分は第1
実施例に準じるので、準じる部分の説明を省略し、異な
る部分についてのみ説明する。
【0035】図4に示すように、センシング通路63に
は、圧力伝達バイパス手段81が設けられている。本実
施例では、圧力伝達バイパス手段81は、バイパス通路
82と流路切替弁としての2方電磁弁(VSV7)83
とから構成されている。バイパス通路82は、圧力遅延
弁71をバイパスするようにセンシング通路63に接続
されている。バイパス通路82には、2方電磁弁83が
介装されている。2方電磁弁83は、急加速時にのみエ
ンジンコントロールコンピュータ29からの信号によっ
て開弁するようになっている。なお、本実施例では、2
方電磁弁83を用いる構成としたが、センシング通路6
3の分岐部63aに3方電磁弁を設けてセンシング通路
63またはバイパス通路82の切替選択を行なう構成と
してもよい。
【0036】図5は、流路切替弁としての2方電磁弁
(VSV7)83の制御処理手順を示している。図5の
ステップ101において制御ルーチンが開始され、ステ
ップ102に進んでスロットル開度TAが取り込まれ
る。つぎに、ステップ103に進み、ステップ102で
取り込まれたスロットル開度TAが50degを超えて
いるか否かが判断される。ステップ103において、ス
ロットル開度TAが50degを超えていると判断され
た場合は、ステップ104に進み、2方電磁弁(VSV
7)83がONとされる。ステップ104の処理が終了
すると、ステップ108に進み、処理のリターンが行な
われる。
【0037】ステップ103において、スロットル開度
TAが50degを超えていないと判断された場合は、
ステップ105に進み、スロットル開度TAの変化量が
取り込まれる。ステップ105の処理が終了すると、ス
テップ106に進み、スロットル弁4の閉弁速度の判断
が行なわれる。本実施例では、スロットル弁4の閉弁速
度が0.7deg/8msecを超えているか否かが判
断される。ここで、スロットル弁4の閉弁速度が0.7
deg/8msecを超えていれば、急加速であると判
断し、ステップ104に進む。
【0038】ステップ106において、スロットル弁4
の閉弁速度が0.7deg/8msecを超えていなけ
れば、急加速でないと判断し、ステップ107に進む。
ステップ107では、2方電磁弁(VSV7)83がオ
フとされる。ステップ107の処理が終了すると、ステ
ップ108に進み、処理のリターンが行なわれる。
【0039】このように、急加速が行なわれた場合は、
過給圧が圧力遅延弁71を介さず直接ダイヤフラム室6
2bに導かれることになり、図6の特性に示すように、
エアバイパス弁71が急閉される。エアバイパス弁71
が急閉することにより、図6の特性に示すように、吸気
管圧力(過給圧)の立ち上がりがよくなり、急加速時の
出力低下が改善される。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、つぎのような効果が得
られる。 (1) 請求項1の過給機付エンジンの減速エアバイパ
ス弁制御装置においては、スロットル弁下流の吸気通路
の圧力をエアバイパス弁のダイヤフラム室内に導くセン
シング通路に、ダイヤフラム室への過給圧の伝達を遅延
させる圧力遅延弁を設けるようにしたので、圧力遅延弁
によってエアバイパス弁をゆっくり閉弁させることが可
能となり、過給量の急激な変動によるトルクショックの
発生を防止することができる。
【0041】また。加速初期および減速初期には、圧力
遅延弁によってエアバイパス弁を開かせることができる
ので、空燃比が加速時にリッチになったり減速時にリー
ンになることを防止することができる。
【0042】(2) 請求項2の過給機付エンジンの減
速エアバイパス弁制御装置においては、スロットル弁下
流の吸気通路の圧力をエアバイパス弁のダイヤフラム室
内に導くセンシング通路に、ダイヤフラム室への過給圧
の伝達を遅延させる圧力遅延弁を設け、急加速時には吸
気通路の過給圧を圧力伝達バイパス手段によって直接ダ
イヤフラム室内へ導くようにしたので、急加速時にはエ
アバイパス弁を急閉することが可能となり、急加速時の
出力低下を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る過給機付エンジンの
減速エアバイパス弁制御装置の概略構成図である。
【図2】図1の装置を備えた過給機付エンジンの系統図
である。
【図3】図1の装置における加速時の各特性を示す特性
図である。
【図4】本発明の第2実施例に係る過給機付エンジンの
減速エアバイパス弁制御装置の概略構成図である。
【図5】図4の装置における流路切替弁の制御手順を示
すフローチャートである。
【図6】図4の装置における急加速時の各特性を示す特
性図である。
【図7】従来の過給機付エンジンにおける加速時の各特
性を示す特性図である。
【符号の説明】
4 スロットル弁 7 主ターボチャージャ 7b コンプレッサ 8 副ターボチャージャ 8b コンプレッサ 61 エアバイパス通路 62 エアバイパス弁 62b ダイヤフラム室 63 センシング通路 71 圧力遅延弁 81 圧力伝達バイパス手段 83 流路切替弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターボチャージャのコンプレッサの上流
    側と下流側をエアバイパス通路を介して連通可能に接続
    し、該エアバイパス通路に、ダイヤフラム室内に導かれ
    る負圧によって開弁しかつダイヤフラム室内に導かれる
    過給圧によって閉弁するエアバイパス弁を設けた過給機
    付エンジンの減速エアバイパス弁制御装置において、ス
    ロットル弁下流の吸気通路の圧力を前記ダイヤフラム室
    内へ導くセンシング通路に、該ダイヤフラム室内への過
    給圧の伝達を遅延させる圧力遅延弁を設けたことを特徴
    とする過給機付エンジンの減速エアバイパス弁制御装
    置。
  2. 【請求項2】 ターボチャージャのコンプレッサの上流
    側と下流側をエアバイパス通路を介して連通可能に接続
    し、該エアバイパス通路に、ダイヤフラム室内に導かれ
    る負圧によって開弁しかつダイヤフラム室内に導かれる
    過給圧によって閉弁するエアバイパス弁を設けた過給機
    付エンジンの減速エアバイパス弁制御装置において、ス
    ロットル弁下流の吸気通路の圧力を前記ダイヤフラム室
    内へ導くセンシング通路に、該ダイヤフラム室内への過
    給圧の伝達を遅延させる圧力遅延弁と、急加速時のみ作
    動し前記吸気通路の圧力を圧力遅延弁をバイパスさせて
    ダイヤフラム室に導く圧力伝達バイパス手段とを設けた
    ことを特徴とする過給機付エンジンの減速エアバイパス
    弁制御装置。
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