JPH0562220B2 - - Google Patents

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JPH0562220B2
JPH0562220B2 JP60117341A JP11734185A JPH0562220B2 JP H0562220 B2 JPH0562220 B2 JP H0562220B2 JP 60117341 A JP60117341 A JP 60117341A JP 11734185 A JP11734185 A JP 11734185A JP H0562220 B2 JPH0562220 B2 JP H0562220B2
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JP
Japan
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valve
exhaust
engine
amount
opening
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Asao Tadokoro
Ikuo Matsuda
Masami Nakao
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Mazda Motor Corp
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Publication date
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Priority to US06/867,540 priority patent/US4745753A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は自動車用等のエンジンに装備される排
気ターボ過給装置、特にタービンケーシングに至
る排気通路を開閉する開閉弁装置が備えられた排
気ターボ過給装置に関する。
(従来技術) 排気ターボ過給装置は、エンジンから排出され
る排気ガスのエネルギーを利用して吸気を過給す
ることにより、吸気充填効率ないしエンジン出力
を向上させるものであるが、この種の排気ターボ
過給装置には、自動車用エンジンのように常用運
転領域が広いエンジンに適用された場合に、上記
のようなエンジン出力の向上効果が限られた領域
内でしか得られないという欠点がある。つまり、
排気ガス量の多いエンジンの高出力高回転領域で
所要の過給圧が得られるように排気通路やタービ
ンノズルの寸法、形状等を設定すると、排気ガス
量の少ない低出力低回転領域でタービンに供給さ
れる排気ガスの流速が遅くなつて所要の過給圧が
得られず、また低出力低回転領域で排気ガスの流
速を高めて所要の過給圧が得られるように排気通
路の通路断面積やタービンノズルの開口面積を小
さくすれば、排気ガス量の多い高出力高回転領域
で排圧が著しく上昇してエンジン出力が却つて低
下するのである。尚、この種の過給装置には、過
給圧が過度に上昇することを防止するてめ、必要
以上の排気ガスをタービンに供給することなく放
出するバイパス弁装置が設けられ、これにより過
給圧を所定値に保持するようになつているが、上
記バイパス弁装置のバイパス能力には限界がある
ので、排気ガス量が一定限度を超えて多くなると
排圧の上昇によるエンジン出力の低下を生じるの
である。
排気ターボ過給装置における上記のような問題
点に対処するものとして、例えば特開昭58−
18522号公報に開示されているように、タービン
に排気ガスを供給する排気通路を主通路と副通路
とに分割すると共に、副通路に該通路を開通、遮
断する開閉弁を設けて、該弁の開閉により供給特
性を切換えるようにしたものである。これによれ
ば、排気ガス量の少ないエンジンの運転領域では
開閉弁を閉じて主通路のみからタービンに排気ガ
スを供給することにより、該排気ガスの流速を高
めて所要の過給効果を確保し、また排気ガス量の
多い運転領域では開閉弁を開いて副通路及び主通
路の両者から排気ガスをタービンに供給すること
により、排圧の上昇によるエンジン出力の低下を
防止することができる。その場合に、上記開閉弁
の開閉制御をどのような時期に行うのが最適であ
るかが問題となるが、上記公報に示された排気タ
ーボ過給装置では、この開閉弁の開閉制御を次の
ように行つている。
つまり、第5図に示すように、開閉弁を閉じれ
ば、エンジ回転数に対して過給圧が速かに立上る
特性が得られるので、先ず低回転領域では該開
閉弁を閉じて符号イで示すように特性によつて
過給圧の速やかな立上りを得ると共に、該過給圧
が所定値P0を超えるエンジン回転数N1でバイパ
ス弁を開いて符号ロで示すように過給圧を所定値
P0に保持する。そして、この特性によればエ
ンジン回転数の上昇に従つて排気ガスのバイパス
量が著しく増大するので、高回転領域に移行する
エンジン回転数N2で開閉弁を開いて、エンジン
回転数の上昇に対する過給圧の上昇が緩かな特性
に移行させる。その場合に、開閉弁を開くエン
ジン回転数が特性によつて所定過給圧P0が得
られる所定回転数N0以下の回転数N2′であると、
過給特性の切換わりに伴つて符号ハで示すように
過給圧が所定値P0より落ち込むことになるので、
開閉弁を開く回転数N2は上記の所定回転数N0
り高回転側に設定されるのである。これにより、
低回転域で所要の過給圧が得られ、且つ高回転域
では排圧の著しい上昇が防止される。
しかし、この制御方法においては、開閉弁を開
く回転数N2が該開閉弁を開いた場合の特性で
過給圧が所定値P0に達するエンジン回転数N0
り高回転側に設定されているため、該回転数N0
〜N2の間で排圧が大きくなり、そのためエンジ
ン出力が次第に低下すると共に、回転数N2に達
した時点で開閉弁を開いた時に排圧の急激な低下
によりエンジン出力が増大する方向に急変すると
いう問題が生じる。
また、開閉弁を閉じた時の過給特性及び開い
た時の過給特性は、エンジン出力に応じて変化
し、該出力が小さい時はエンジン回転数の上昇に
対する過給圧の上昇の割合、即ち第5図の特性
、の勾配が小さくなるので、常に一定のエン
ジン回転数N2で開閉弁を開くように設定してお
くと、低エンジン出力時に該回転数N2が開閉弁
を開いた状態で過給圧が所定値P0となる回転数
よりも低くなり、その結果、開閉弁を開いた時に
第5図に符号ハで示すような過給圧の落込みによ
るエンジン出力の低下を生ずることになる。
そこで、開閉弁を開く時期を、該弁を開いてい
る場合の特性で過給圧が所定値P0となる時期
に設定すると共に、この時期はエンジン回転数と
は無関係に、当該過給装置の形状や寸法等と、タ
ービンに供給される排気ガス量もしくはこれに対
応する吸気量とによつて定まるので、排気ガス量
もしくは吸気量が上記特性で過給圧が所定値
P0となる時の所定量となつた時に開閉弁を開く
ようにすることが考えられ、このようにすれば、
エンジン出力の変動を伴うことなく、開閉弁を開
いて過給特性を特性から特性に切換ることが
可能となる。
しかし、このように開閉弁の開作動時期を設定
しても、動作遅れのために該開閉弁が上記時期を
過ぎてから開作動し、その間に排圧が著しく上昇
してエンジン出力が一時的に落ち込むといつた不
具合が生じる。そして、このような不具合は特に
エンジンの急加速時において排気ガス量が急激に
増大する場合に生じ易くなり、また開閉弁の開作
動の遅れによつて排圧が著しく上昇すると、特に
該開閉弁が排圧に抗して開作動するように設けら
れている場合に、該弁の開作動が困難になる。
(発明の目的) 本発明はタービンケーシングに至る排気通路を
開閉する開閉弁が備えられた排気ターボ過給装置
における上記のような問題に対処するもので、上
記開閉弁の開閉制御を常に最適の時期に行わせる
ことにより、エンジン出力の急変を伴うことなく
過給特性を切換え得るようにすると共に、特に急
加速時等に上記開閉弁の開作動が遅れることによ
るエンジン出力の低下や該弁の開作動不良等の不
具合を防止することを目的とする。
(発明の構成) 本発明に係る排気ターボ過給装置は上記目的達
成のため次のように構成したことを特徴とする。
即ち、タービンケーシングに至る排気通路を開
閉する開閉弁装置が備えられた構成において、過
給圧が所定値を超えた時に一部の排気ガスをター
ビンをバイパスさせて流す排気バイパス弁装置
と、エンジンの吸気量もしくは排気ガス量を検出
する流量検出手段と、上記開閉弁装置を開閉制御
する制御装置とを備える。この制御装置は、少な
くともエンジンの急加速時に、上記流量検出手段
からの信号を受けて、吸気量もしくは排気ガス量
が、上記開閉弁装置が開いている状態で排気バイ
パス弁装置が開作動を開始する時の量より設定量
少ない量となつた時に開閉弁装置を開作動させ
る。
このような構成によれば、エンジンの運転状態
に拘らず、常にエンジン出力の急変を伴うことな
く開閉弁装置の開作動、即ち過給特性の切換えを
行うことが可能となると共に、特に急加速時等に
おける開閉弁の開作動の遅れが防止されることに
なる。
(発明の効果) 以上のように本発明によれば、タービンケーシ
ングに至る排気通路を開閉する開閉弁装置を設け
て、排気ガス量の少ないエンジンの低出力低回転
領域では該開閉弁装置を閉じることにより排気ガ
スの流速を高めて所要の過給効果を確保し、また
排気ガス量の多い高出力高回転領域では開閉弁装
置を開くことにより排圧の著しい上昇を防止する
ようにした排気ターボン過給装置において、上記
開閉弁装置をエンジン出力の急変を伴うことなく
開閉させることが可能となり、これによりこの種
の排気ターボ過給装置として、エンジンの広い運
転領域で出力向上効果が得られ、しかも過給特性
の切換え時にトルクシヨツクを生じない過給装置
が実現される。そして、特にエンジンの急加速時
等における開閉弁の会作動の遅れが防止されるた
め、この遅れに起因するエンジン出力の低下や開
閉弁の開作動が困難になる等の不具合が防止され
ることになる。
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。
第1図に示すように、エンジン1にはエアクリ
ーナ2から吸入した空気を各気筒の吸気ポート3
…3を経て燃焼室に供給する吸気通路4と、該燃
焼室から排気ポート5…5に排出された排出ガス
を外部に導く排気通路6とが設けられている。そ
して、吸気通路4には、上流部に吸気量を検出す
る流量検出器7が、下流器にスロツトルバルブ8
及びサージタンク9が夫々設けられており、ま
た、排気通路6には、図示しないが、排気浄化装
置や消音器等が設けられている。
また、このエンジン1には、上記吸気通路4と
排気通路6とに跨つて排気ターボ過給機10が備
えられている。この過給機10は、吸気通路4内
に配置されたブロワ11と、排気通路6内に配置
されたタービン12とをタービンシヤフト13を
介して連結した構造で、タービン12が排気通路
6内を通過する排気ガスのエネルギーによつて駆
動されることにより、ブロワ11が上記エアクリ
ーナ2から吸入した空気を各気筒の燃焼室に加圧
供給するようになつている。
然して、この過給機10においては、タービン
12の周囲に開口するタービンノズル14に通じ
る渦巻き状の排気通路がその通路方向に沿つて設
けられた仕切壁15により主通路16と副通路1
7とに分割されていると共に、副通路17の入口
部には該通路17を開通、遮断する開閉弁18が
設けられ、また該開閉弁18を開閉動作させるア
クチユエータ19が備えられている。このアクチ
ユエータ19には、上記吸気通路4におけるサー
ジタンク9から逆止弁20及び制御弁21を介し
て導かれた負圧導入通路22が接続されている。
そして、上記制御弁21が負圧導入通路22の
上、下流部22a,22bを連通させた時に、該
アクチユエータ19の圧力室19aにサージタク
9から負圧が導入されることによりダイヤフラム
19bがスプリング19cに抗してa方向に変位
し、これによりロツド19dを介して上記開閉弁
18が閉作動し、また上記制御弁21が負圧導入
通路22の上流部22aを遮断して下流部22b
を大気解放ポート21aに連通させた時に、アク
チユエータ19の圧力室19aに大気が導入され
てダイヤフラム19bがb方向に変位されること
により、上記開閉弁18が開作動するようになつ
ている。ここで、上記逆止弁20はサージタンク
9内が正圧状態となつた時に、この正圧がアクチ
ユエータ19に流入することを阻止するものであ
るが、このようにサージタンク9内が正圧状態と
なつた後においても制御弁21の大気解放ポート
21aが閉じられている時は、該逆止弁20とア
クチユエータ19との間に閉じ込められた負圧に
よつて該アクチユエータ19のダイヤフラム19
bがa方向に変位した状態に保持される。
また、この排気ターボ過給機10には、上記主
通路16を排気通路6のタービン下流部に直接連
通させるバイパス通路23が設けられていると共
に、該バイパス通路23の主通路16への開口部
を開閉するバイパス弁24と、該バイパス弁24
を開閉動作させるアクチユエータ25とが備えら
れている。このアクチユエータ25の圧力室25
aには上記吸気通路4におけるブロワ下流部から
導かれた過給圧導入通路26が接続され、過給圧
が所定値を超えた時にダイヤフラム25bがスプ
リング25cに抗してc方向に変位することによ
り上記バイパス弁24が開作動する。これによ
り、主通路16に流入した排気ガスの一部がバイ
パス通路23を通つて直接放出されたタービン1
2に供給される排気ガス量が減少されると共に、
これに伴つて正気過給圧が低下すればバイパス弁
24がd方向に閉作動し、その結果、過給圧が所
定値に保持されるようになつている。
そして、以上の構成に加えて、この排気ターボ
過給装置には上記制御弁21に制御信号eを送出
してアクチユエータ19に負圧を導入する状態と
大気を導入する状態、即ち開閉弁18を閉じた状
態と開いた状とに切換える制御装置27が備えら
れている。この制御装置27は、上記流量検出器
7から出力される吸気量信号fと、スロツトルバ
ルブ8の開動作速度等からエンジン1の加速状態
を検出する加速センサ28から出力される加速信
号gとを受けて、これらの信号f,gに応じて上
記制御信号eを出力するようになつている。
次に、この実施例の作用を制御装置27の作動
に従つて説明する。
先ず、エンジン1が低回転領域にあつて吸気通
路4のブロワ下流側における圧力、即ち過給圧が
所定値P0以下の場合は、過給機10においては
バイパス弁24及び開閉弁18が共に閉じてい
る。この状態でエンジン回転数が上昇すると、過
給圧は第2図に符号ニで示すように開閉弁18を
閉じた時の過給特性に従つて急速に上昇すると
共に、上記所定値P0に達した時点でバイパス弁
24が開き、一部の排気ガスがタービン12に供
給されることなくバイパス通路23を通つて直接
放出されることにより、符号ホで示すように過給
圧が上記所定値P0に保持される。
そして、エンジン回転数の上昇に対応して第1
図に示す流量検出器7によつて検出される吸気量
が或い所定量Q0となつた時に、吸気量信号fが
入力されている制御装置27から制御弁21に制
御信号eが出力されることにより、該制御弁21
がアクチユエータ19に大気を導入して上記開閉
弁18を開作動させる。これにより、過給機10
の過給特性は第2図の特性から特性に移行す
ることになるが、上記の所定吸気量Q0は、開閉
弁18が開いている場合の特性によつて過給圧
が所定値P0となる時の吸気量であつて、例えば
スロツトバルブ8を全開時においては第2図に示
すエンジン回転数N0となつた時の吸気量であり、
この所定吸気量Q0となつた時に開閉弁18を開
作動させれば、その作動の前後でエンジン1の出
力トルクが一定に保持されるのである。つまり、
吸気量が上記所定量Q0に達する前に(エンジン
回転数N0より低回転側で)開閉弁18を開いて
特性から特性に移行させると、過給圧が所定
値P0以下に落込んで出力トルクが低下し、また
吸気量が所定量Q0を超えてから(エンジン回転
数N0より高回転側で)開閉弁18を開くと排圧
の上昇により一旦低下した出力トルクが排圧の減
少により急激に増大することになる。従つて、上
記所定吸気量Q0となつた時に開閉弁18を開く
場合のみ、その開閉の前後でエンジン1の出力ト
ルクが一定に保持されるのである。そして、この
所定吸気量Q0となるのは第3図に曲線で示す
ように出力トルクが低いほど高エンジン回転数側
に移行するので、この所定吸気量曲線を低吸気
量側(低出力低回転側)の領域Xから高吸気量側
(高出力高回転側)の領域Yに越える時に開閉弁
18を開作動させるようにすれば、常にエンジン
1の出力トルクの急変を伴うことなく過給特性を
特性から特性に移行させることができるので
ある。
然して、エンジン1の急加速時においては、吸
気量が上記の所定量Q0となつてから(運転状態
が第3図の所定吸気量曲線を越えてから)開閉
弁18を開作動させると、その作動が遅れて、第
3図の領域Yにかなり入つた時点で該弁18が開
作動することになり、その間に排圧が上昇してエ
ンジン1の出力トルクが落ち込むと共に、開閉弁
18が開いた時点で排圧の急激な低下により出力
トルクが増大する方向に急変することになる。ま
た、第1図に示すように開閉弁18が排気通路6
内の排圧に抗して開作動する構成においては、大
きな排圧に抗して該開閉弁18が開作動しなけれ
ばならないので、その作動が困難となる。
そこで、上記制御装置27は、エンジン1の急
加速時には加速センサ28からの加速信号gを受
けて、上記流量検出器7からの信号fが示す吸気
量が上記の所定吸気量Q0より設定量少ない第2
所定吸気量Q0′となつた時に制御信号eを出力し、
第3図に示す第2所定吸気量曲線′を越える時
に開閉弁18を開作動させるように作動する。こ
れにより、エンジン1の急加速時における開閉弁
18の開作動の遅れが防止され、該作動の遅れに
よる排圧の上昇ないし出力トルクの低下や、開閉
弁18の開作動不良等の不具合が防止されること
になる。
尚、以上の説明では開閉弁18の開作動時期を
急加速時のみ所定吸気量Q0より設定量少ない第
2所定吸気量Q0′となつた時期とするようにした
が、通常の運転状態でも開閉弁18の開作動の遅
れが生じることがあるので、常に第2所定吸気量
Q0′となつた時期に開作動させるようにしてもよ
い。また、所定吸気量Q0と第2所定吸気量Q0′と
の差ΔQ0は、当該自動車と変速機における変速段
に応じて可変とし、低変速段時ほどこの差ΔQ0
大きくするようにしてもよい。つまり低変速段時
ほどエンジン回転数が急速に上昇するので、開閉
弁18の開作動の遅れを防止するためには高変速
段時よりも早目に該弁18を開作動させるのが望
ましいのである。
また、この実施例では上記のような所定吸気量
曲線,′による開閉弁18の基本的な制御に
加えて、次のような修正制御が行われるようにな
つている。
即ち、上記のように、この実施例では開閉弁1
8に排気通路6内の排圧が常時閉方向に作用する
ので、該開閉弁18の開時にはこの排圧に抗して
該弁18を開かなければならない。そして、今、
エンジン1の運転状態が第4図に符号Zで示す領
域、即ち低出力高回転領域であつて、開閉弁18
が閉じられる所定吸気量曲線の低吸気量側の領
域にあり、この状態からスロツトルバルブ8が急
に開動されたものとすると、吸気量の急増に伴つ
て開閉弁18に閉方向に作用する排圧も急上昇す
るため、該開閉弁18がこれに抗して開作動でき
ない状態が生じる。一方。上記のような領域Zは
一般にエンジン1の減速領域であつて高い過給圧
を要しない領域であり、従つて開閉弁18を開い
ておいても実害を生じないのである。そこで、こ
の実施例では、第1図に示すエンジン回転センサ
29からの回転信号hを制御信号27に入力し、
エンジン回転数が第4図に示す回転数N3の所定
エンジン回転数ラインを越えた高回転領域Zで
は、所定吸気量曲線より低吸気量側であつても
開閉弁18を開くように制御する。
また、エンジン1の運転状態が上記のようにし
て設定された所定吸気量曲線又は所定エンジン
回転数ライン上に頂度位置し或いはその近傍に
位置した時には開閉弁18がハンチングを生じる
ことになる。そこで、この実施例では上記ライン
,の低吸気量側に鎖線で示すように一定のヒ
ステリシスゾーンを設けて第2開閉制御ライン
を設定し、開閉弁18の開領域Y,Zから閉領域
Xへの移行時には、吸気量がこの第2開閉制御ラ
インの低吸気量側まで低下した時点で閉じるよ
うに制御する。
尚、以上の実施例では、吸気量を検出して制御
するようにしたが、これに代えて排気ガス量を用
いてもよく、或いはこれらに対応するタービン下
流側の排圧等を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1〜4図は本発明の実施例を示すもので、第
1図は制御システム図、第2,3図は基本制御特
性を示す過給圧特性図及び出力トルク特性図、第
4図は修正制御を示す特性図である。第5図は従
来例の制御特性を示す特性図である。 7……流量検出手段(流量検出器)、10……
過給機、12……タービン、14……タービンノ
ズル、16,17……排気通路(16……主通
路、17……副通路)、18……開閉弁装置(開
閉弁)、24……排気バイパス弁装置(バイパス
弁)、27……制御装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 タービンケーシングに至る排気通路を開閉す
    る開閉弁装置を備えた排気ターボ過給装置であつ
    て、過給圧が所定値を超えたときに一部の排気ガ
    スをタービンをバイパスさせて流す排気バイパス
    弁装置と、エンジンの吸気量もしくは排気ガス量
    を検出する流量検出手段とを備えると共に、少な
    くともエンジンの急加速時に、上記流量検出手段
    によつて検出される吸気量もしくは排気ガス量
    が、上記開閉弁装置が開いている状態で排気バイ
    パス弁装置が開作動を開始する時の量より設定量
    少ない量となつた時に上記開閉弁装置を開作動さ
    せる制御装置を備えたことを特徴とする排気ター
    ボ過給装置。
JP60117341A 1985-05-29 1985-05-29 排気タ−ボ過給装置 Granted JPS61275531A (ja)

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JP60117341A JPS61275531A (ja) 1985-05-29 1985-05-29 排気タ−ボ過給装置
DE8686107260T DE3674835D1 (de) 1985-05-29 1986-05-28 Brennkraftmaschinen-turbolader-kontrolle.
EP86107260A EP0203590B1 (en) 1985-05-29 1986-05-28 Engine turbo-supercharger control
US06/867,540 US4745753A (en) 1985-05-29 1986-05-28 Engine turbo-supercharger control

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JP60117341A JPS61275531A (ja) 1985-05-29 1985-05-29 排気タ−ボ過給装置

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Publication number Publication date
JPS61275531A (ja) 1986-12-05

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