JPH0598977A - 過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents

過給機付エンジンの制御装置

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JPH0598977A
JPH0598977A JP3287203A JP28720391A JPH0598977A JP H0598977 A JPH0598977 A JP H0598977A JP 3287203 A JP3287203 A JP 3287203A JP 28720391 A JP28720391 A JP 28720391A JP H0598977 A JPH0598977 A JP H0598977A
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JP
Japan
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supercharging pressure
turbocharger
bypass valve
supercharging
flow rate
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JP3287203A
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English (en)
Inventor
Akira Kotani
彰 小谷
Kiyoo Hirose
清夫 広瀬
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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】 高地における1個ターボチャージャ域での過
給性能の悪化を防止するとともに、2個ターボチャージ
ャへの切替時の切替ショックを低減することを可能にす
る。 【構成】 過給圧検知センサ30によって検知される過
給圧が過給圧判定値よりも大きい時はこの過給圧が過給
圧判定値に達した段階で排気バイパス弁41のデューテ
ィ制御を開始させ、過給圧検知センサ30によって検知
される過給圧が過給圧判定値よりも小さい場合は流量検
知手段60により検知される流量が流量判定値に達した
段階で排気バイパス弁41のデューティ制御を開始可能
にする制御基準切替手段61を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主ターボチャージャと
副ターボチャージャを有し、低吸入空気量域では主ター
ボチャージャのみで過給し、高吸入空気量域では両ター
ボチャージャを作動させて両ターボチャージャで過給す
る過給機付エンジン、いわゆる2ウェイツインターボエ
ンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジン本体に対し、主、副二つのター
ボチャージャを並列に配置し、低吸入空気量域では主タ
ーボチャージャのみ作動させて1個ターボチャージャと
し、高吸入空気量域では両ターボチャージャを作動させ
るようにした、いわゆる2ウェイツインターボシステム
を採用した過給機付エンジンが知られている。
【0003】この種の過給機付エンジンの構成は、たと
えば図6に示すようになっている。エンジン本体91に
対し、主ターボチャージャ(T/C−1)92と副ター
ボチャージャ(T/C−2)93が並列に設けられてい
る。副ターボチャージャ93に接続される吸、排気系に
は、それぞれ吸気切替弁94、排気切替弁95が設けら
れ、副ターボチャージャ93のコンプレッサをバイパス
する吸気バイパス通路97には、吸気バイパス弁96が
設けられている。低吸入空気量域では吸気切替弁94、
排気切替弁95をともに全閉とすることにより、主ター
ボチャージャ92のみを過給作動させ、高吸入空気量域
では両切替弁94、95をともに全開とし、吸気バイパ
ス弁96を閉じることにより、副ターボチャージャ93
にも過給作動を行わせ、2個ターボチャージャ作動とす
ることができる。低吸入空気量域から高吸入空気量域に
移行するときには、吸気切替弁95および排気切替弁9
4が閉じられているときに排気バイパス弁98を小開制
御し、さらに吸気バイパス弁96を閉じることにより副
ターボチャージャ93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に(切替時のショックを小さ
く)行うことが可能になっている。
【0004】2ウェイツインターボシステムでは、主タ
ーボチャージャのみが過給作動する1個ターボチャージ
ャ時には、排気バイパス弁の開度制御によって過給圧制
御が行なわれるようになっている。排気バイパス弁は、
アクチュエータと連結されており、アクチュエータのダ
イヤフラム室に導入される過給気の大気へのブリード量
を電磁弁のデューティ制御によって可変させることによ
り、排気バイパス開度が制御されるようになっている。
【0005】本発明に関連する技術として、過給圧の絶
対値を検出する過給圧検知センサの出力値で排気バイパ
ス弁のデューティ制御の開始判断を行なうようにした装
置(特願平2−304074号)が、先に本出願人によ
り提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平地で
の標準大気圧状態で排気バイパス弁のデューティ制御の
開始の判定値を決めるようにすると、気圧が低くなる高
地では過給圧が判定値に達しないため、排気バイパス弁
のデューティ制御が行なわれず、1個ターボチャージャ
域での過給性能が悪くなる。また、大気圧が低くなるほ
ど2個ターボチャージャへの切替え時の吸入空気量が低
下するので、高地では副ターボチャージャの助走時間が
短くなり、切替時のショックが大となる問題がある。
【0007】本発明は、上記の問題に着目し、過給圧検
知センサによる排気バイパス弁のデューティ制御の開始
判断を改善し、高地における1個ターボチャージャ域で
の過給性能の悪化を防止するとともに、2個ターボチャ
ージャへの切替時の切替ショックを低減することが可能
な過給機付エンジンの制御装置を提供することを目的と
する。
【0008】
【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制御装置は、主ターボチャージ
ャと、副ターボチャージャとを備え、前記副ターボチャ
ージャのコンプレッサ下流に吸気通路を開閉する吸気切
替弁を設けるとともに、副ターボチャージャのタービン
下流または上流に排気通路を開閉する排気切替弁を設
け、副ターボチャージャの下流にダイヤフラムアクチュ
エータにより駆動される排気バイパス弁を設け、主ター
ボチャジャのみの過給作動から双方のターボチャジャに
よる過給作動への切替前に、排気バイパス弁をデューテ
ィ制御により開弁制御し過給圧の制御を行なうようにし
た過給機付エンジンの制御装置において、前記制御過給
圧を検知する過給圧検知センサと、前記エンジンの燃焼
室に供給される燃料と吸入空気のいずれか一方の流量を
検知する流量検知手段と、前記過給圧検知センサによっ
て検知される過給圧が過給圧判定値よりも大きい時は該
過給圧が過給圧判定値に達した段階で排気バイパス弁の
デューティ制御を開始させ、過給圧検知センサによって
検知される過給圧が過給圧判定値よりも小さい場合は前
記流量検知手段により検知される流量が流量判定値に達
した段階で排気バイパス弁のデューティ制御を開始可能
にする制御基準切替手段と、を具備したものから成る。
【0009】
【作用】このように構成された過給機付エンジンの制御
装置においては、過給圧検知センサによって検知される
過給圧が過給判定値よりも大きい時は、この過給圧が過
給圧判定値に達した段階で排気バイパス弁のデューティ
制御が開始される。過給圧検知センサによって検知され
る過給圧が過給圧判定値よりも小さい場合は、流量検知
手段により検知される流量が流量判定値に達した段階で
排気バイパス弁のデューティ制御が開始される。
【0010】このように、排気バイパス弁のデューティ
制御の開始条件として、過給圧検知センサからの情報と
流量検知手段からの情報が選択的に用いられる。ここ
で、過給圧に変えて燃料流量または吸入空気量が用いら
れるのは、平地から高地への変化に対しては過給圧の変
化代よりも燃料流量または吸入空気量の変化代の方が小
さく、高度変化に対する判定能力が高いからである。し
たがって、高地でも確実に排気バイパス弁のデューティ
制御を行なうことができ、1個ターボチャージャ域での
過給性能の悪化が防止されるとともに、2個ターボチャ
ージャへの切替時のショックの低減がはかれる。
【0011】
【実施例】以下に、本発明に係る過給機付エンジンの制
御装置の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。
【0012】図1ないし図5は、本発明の一実施例を示
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つに集合され、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、8a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。
【0013】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
ターボーチャージャ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4
1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。
【0014】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。
【0015】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17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。
【0016】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、コンプレッサ出口部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。
【0017】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16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。
【0018】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は、ON、OFF制御でな
く、デューティ制御される。デューティ制御は、周知の
通り、デューティ値により通電時間を制御することであ
り、デジタル的に通電、非通電の割合を変えることによ
り、アナログ的に平均電流が可変制御される。なお、デ
ューティ値は、1サイクルの時間に対する通電時間の割
合であり、1サイクル中の通電時間をA、非通電時間を
Bとすると、デューティ値=A/(A+B)×100
(%)で表わされる。
【0019】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に導入される過給気の
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
気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。
【0020】排気バイパス弁41は、図3に示すよう
に、排気下流側に開くスイングアーム弁から構成されて
いる。排気バイパス弁41と連結されるダイヤフラムア
クチュエータ42には、ダイヤフラム室42aが形成さ
れている。ダイヤフラム室41aはダイヤフラム42c
によって区画されており、ダイヤフラム室42aの反対
側の室42bにはダイヤフラム42cをダイヤフラム室
42a側に押圧するスプリング42dが収納されてい
る。ダイヤフラム室42aには、コンプレッサ7b下流
から過給圧が導かれるようになっている。ダイヤフラム
室42aに導かれた過給気は、第5の電磁弁32を介し
て大気側にリークされるようになっている。
【0021】エンジン運転中は、排気バイパス弁41の
弁体41aには排気ガスの排圧が作用しており、この排
圧Pbによって弁体41aにかかる力と、排気バイパス
弁41と連結されるダイヤフラムアクチュエータ42の
ダイヤフラム室42a内に作用する過給圧によって生じ
る力との和が一定値を超えることによって排気バイパス
弁41は開弁される。排気バイパス弁41の開弁動作
は、スプリング42dの付勢力によって行なわれる。
【0022】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、過給圧検知センサ(吸気管圧力
センサ)30、スロットル開度検知センサ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、流量検知手段60、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。
【0023】本実施例では、吸気バイパス弁33を設け
て助走回転時におけるコンプレッサ8bによる吸気温度
の上昇を抑制する機能も付加されているが、助走回転時
間を長く必要とする登板走行のような走行がほとんど生
じない場合には、とくに吸気バイパス弁33を設ける構
成にしなくともよく、装置の簡素化がはかれる。
【0024】エンジンコントロールコンピュータ29に
は、図1に示すように、判定基準切替手段61、過給圧
制御手段62が形成されている。判定基準切替手段61
および過給圧制御手段62は、エンジンコントロールコ
ンピュータ29内に格納されるプログラムから構成され
ている。過給圧検知センサ30からの信号と、流量検知
手段60からの信号は、判定基準切替手段61に入力さ
れている。
【0025】流量検知手段60は、本実施例では各気筒
の燃焼室内に供給される燃料の流量を測定する構成とな
っており、燃料流量に基づいた排気バイパス弁41の開
度制御開始の判定が可能となっている。なお、流量検知
手段60を、吸入空気の流量を測定するエアフロメータ
から構成し、吸入空気量に基づいた排気バイパス弁41
の開度制御を行なうことも可能であり、燃料流量の測定
の場合と同一の効果が得られる。
【0026】判定基準切替手段61は、過給圧検知セン
サ30によって検知される過給圧PMが過給圧判定値α
(α=1050mmHgabs)よりも大きい時は、過
給圧PMが過給圧判定値αに達した段階で排気バイパス
弁41のデューティ制御を開始させる機能を有してい
る。また、判定基準切替手段61は、過給圧検知センサ
30によって検知される過給圧PMが過給圧判定値αよ
りも小さい場合は、流量検知手段60からの燃料流量Q
FUが流量判定値β(β=29.0l/Hr)に達した
段階で排気バイパス弁41のデューティ制御を開始させ
る機能を有している。なお、平地では必ず過給圧判定値
αに基づく排気バイパス弁41のデューティ制御の開始
が行なわれるように、流量判定値βが設定されている。
【0027】つぎに、本実施例の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10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。
【0028】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。
【0029】従来のように、過給圧の絶対値を検出する
過給圧検知センサからの出力値のみで排気バイパス弁の
デューティ制御の開始判断を行なう装置では、平地での
標準的大気圧状態で排気バイパス弁のデューティ制御の
開始の判定値を決めているので、気圧が低くなる高地で
は過給圧が判定値に達せず、排気バイパス弁のデューテ
ィ制御が行なわれなくなる。また、大気圧が低くなるほ
ど2個ターボチャージャへの切替え時の吸入空気量が低
下するので、高地では副ターボチャージャの助走時間が
短くなり、2個ターボチャージャへの切替時のショック
が大きくなる。本実施例では、これらの問題を解決する
ために、図4に示す制御処理が行なわれる。
【0030】図4は、排気バイパス弁のデューティ制御
開始の処理手順を示している。図4のステップ101に
おいて制御処理が開始され、ステップ102に進んで過
給圧検知センサ30からの過給圧PMと予め設定された
過給圧判定値α(α=1050mmHgabs)との比
較が行なわれる。ここで、過給圧PMが過給圧判定値α
よりも大きいと判断された場合は、ステップ105に進
む。ステップ105では、排気バイパス弁41を開閉制
御する第5の電磁弁32のデューティ制御を開始する旨
のフラグXV5FBが立てられる。
【0031】ステップ102において、過給圧PMが過
給圧判定値αよりも小さいと判断された場合は、ステッ
プ103に進む。ステップ103では、流量検知手段6
0によって検知された燃料流量QFUが流量判定値β以
上であるか否かが判断される。ここで、燃料流量QFU
が流量判定値β以上であると判断された場合は、ステッ
プ104に進む。ステップ104においては、スロット
ル開度TAが所定開度γ(γ=40°)以上であるか否
かが判断される。ここで、スロットル開度TAが所定開
度γ以上であると判断された場合は、ステップ105に
進み、デューティ制御を開始する旨のフラグXV5FB
が立てられる。
【0032】ステップ103で燃料流量QFUが流量判
定値βに達していないと判断された場合、またはステッ
プ104でスロットル開度TAが所定開度γよりも小で
あると判断された場合は、ステップ106に進む。ステ
ップ106では、排気バイパス41のデューティ制御を
開始する旨のフラグXV5FBのリセットが行なわれ
る。ステップ105およびステップ106の処理が終了
すると、ステップ107に進み、処理のリターンが行な
われる。
【0033】図5は、過給圧の変化と排気バイパス弁の
デューティ制御関係を示している。図5に示すように、
平地では過給圧PMが判定値である1050mmHga
bs以上であるときに、排気バイパス弁41を開閉制御
する第5の電磁弁32のデューティ制御が、判定基準切
替手段61からの指令によって開始される。高地では、
スロットル開度TAが40°を超え、かつ燃料流量QF
Uが29.0リットル/時以上であるときに、同様に判
定基準切替手段61からの指令によって第5の電磁弁3
2のデューティ制御が開始される。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、過給圧検知センサによ
って検知される過給圧が過給圧判定値よりも大きい時
は、この過給圧が過給圧判定値に達した段階で排気バイ
パス弁のデューティ制御を制御基準切替手段により開始
させ、過給圧検知センサによって検知される過給圧が過
給圧判定値よりも小さい場合は、流量検知手段により検
知される流量が流量判定値に達した段階で排気バイパス
弁のデューティ制御を制御基準切替手段により開始可能
としたので、高度変化に対する判定能力が高められ、気
圧が低くなる高地でも確実に排気バイパス弁のデューテ
ィ制御を行なうことができる。
【0035】したがって、高地における1個ターボチャ
ージャ域での過給性能の悪化を防止することができると
ともに、2個ターボチャージャへの切替時のショックの
低減を低減することができる。
【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エンジンの制
御装置のブロック図である。
【図2】図1の制御装置を有する過給機付エンジンの系
統図である。
【図3】図2の装置における排気バイパス弁近傍の拡大
断面図である。
【図4】図2の装置における排気バイパス弁のデューテ
ィ制御の開始処理手順を示すフローチャートである。
【図5】図2の装置における過給圧の変化と排気バイパ
ス弁のデューティ制御との関係を示す特性図である。
【図6】従来の過給機付エンジンの概略系統図である。
【符号の説明】
1 エンジン 7 主ターボチャージャ 8 副ターボチャージャ 17 排気切替弁 18 吸気切替弁 29 エンジンコントロールコンピュータ 30 過給圧検知センサ 32 排気バイパス弁用の電磁弁(第5の電磁弁) 41 排気バイパス弁 60 流量検知手段 61 判定基準切替手段 62 過給圧制御手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主ターボチャージャと、副ターボチャー
    ジャとを備え、前記副ターボチャージャのコンプレッサ
    下流に吸気通路を開閉する吸気切替弁を設けるととも
    に、副ターボチャージャのタービン下流または上流に排
    気通路を開閉する排気切替弁を設け、副ターボチャージ
    ャの下流にダイヤフラムアクチュエータにより駆動され
    る排気バイパス弁を設け、主ターボチャジャのみの過給
    作動から双方のターボチャジャによる過給作動への切替
    前に、排気バイパス弁をデューティ制御により開弁制御
    し過給圧の制御を行なうようにした過給機付エンジンの
    制御装置において、 前記制御過給圧を検知する過給圧検知センサと、 前記エンジンの燃焼室に供給される燃料と吸入空気のい
    ずれか一方の流量を検知する流量検知手段と、 前記過給圧検知センサによって検知される過給圧が過給
    圧判定値よりも大きい時は該過給圧が過給圧判定値に達
    した段階で排気バイパス弁のデューティ制御を開始さ
    せ、過給圧検知センサによって検知される過給圧が過給
    圧判定値よりも小さい場合は前記流量検知手段により検
    知される流量が流量判定値に達した段階で排気バイパス
    弁のデューティ制御を開始可能にする制御基準切替手段
    と、を具備したことを特徴とする過給機付エンジンの制
    御装置。
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