JPH065016B2 - 内燃機関の過給圧制御装置 - Google Patents

内燃機関の過給圧制御装置

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JPH065016B2
JPH065016B2 JP60112033A JP11203385A JPH065016B2 JP H065016 B2 JPH065016 B2 JP H065016B2 JP 60112033 A JP60112033 A JP 60112033A JP 11203385 A JP11203385 A JP 11203385A JP H065016 B2 JPH065016 B2 JP H065016B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は機械式過給機付きの内燃機関の過給圧制御装
置に関する。
〔従来の技術〕
機械式過給機付きの内燃機関では、過給機はクラッチを
介して又は直線クランク軸に連結され、過給機はエンジ
ンの回転によって駆動される。即ち、クラッチを備えた
タイプでは、エンジン負荷の代表値である吸入空気量−
回転数比が検知され、その値が所定値を超えたときにク
ラッチを係合させて過給機を駆動し、それ以外の負荷状
態ではクラッチを開放している。これにより、過給が必
要な高負荷域のみ過給機を作動させ、低負荷域では過給
機を停止させ燃料消費率との調和が図られる。
一方クラッチを備えないものでは過給機は常時回転する
が、そのかわりに過給機をバイパスするように設置され
るバイパス通路上のバイパス制御弁を負荷が大きいとき
閉鎖し、負荷が小さいとき開放制御している。これによ
り高負荷時の出力増大と低負荷時の燃料消費率の向上と
の調和が図られている。また、過給機を2個備え、加速
の過程において過給機を1個のみ作動させる状態から2
個作動させる状態に切り換えるものも提案されている
(特開昭59-134327参照)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のシステムでは、吸入空気量−回転数比が増大して
ゆく場合、クラッチ付きの場合はクラッチが急速に係合
されるため、機関出力が急激に大きくなりショックが発
生することがある。また、クラッチを備えないものでも
バイパスが急激に閉鎖されることにより機関出力が急増
し、同様にショックが発生することがある。
この問題点を解決するために、特開昭59-15626号では、
クラッチの係合への切替え時点において過給を徐々に強
くし、所定時間おいてから全過給能力を発揮させ、切替
え時のショックを抑えるようにしたものを提案してい
る。ところが、この従来の過給機の制御では急加速運転
においても過給機の作動への切替えが緩慢にしか行われ
ないため、加速性能の面で問題があった。また、過給機
を2個備え、加速の過程において過給機を1個のみを作
動させる状態から2個作動させる状態に切り換えるもの
では、過給機1個のみの作動から2個の作動への切替に
おいて出力が急変するためショックが発生することがあ
る。
この発明はこのような問題点を解決し、クラッチやバイ
パスの切替え時のショックの発生を抑えつつ急加速時の
運転性を向上することができるようにすることを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図において、過給機1を備え、内燃機関の負荷を検
出する負荷検出手段2と、検出される負荷が所定値より
小さい第1の領域にあるか、負荷が所定値より大きい第
2の領域にあるか判別する手段3と、過給制御手段4と
を有し、該過給制御手段4は、負荷が第1の領域にある
と判別したときは過給機1による過給作動を停止し、負
荷が第2の領域にあると判別したときは過給機1により
全過給作動を行う内燃機関において、この発明によれ
ば、第1の領域から第2の領域への加速を検出する加速
検出手段5と、第1の領域から第2の領域への加速の際
に加速の程度が急加速か緩加速を判別する加速状態判別
手段6と、判別される加速程度が緩加速なほど過給機1
による過給の立ち上がり状態が過給機1による全過給状
態より弱まるように過給機1を制御する過給状態制御手
段7とを具備することを特徴とする。
〔作用〕
加速検出手段5は第1の領域から第2の領域への加速を
検出し、加速状態判別手段6は第1の領域から第2の領
域への移行の際において加速の程度が急加速か緩加速を
判別する。過給機状態制御手段7は判別される加速程度
が緩加速なほど過給機1による過給の立ち上がり状態が
過給機1による全過給状態より弱まるように過給機1を
制御する。
〔実施例〕
第2図に第1実施例の全体構成を示す。10はシリンダ
ブロック、12はピストン、14はコネクティングロッ
ド、16はクランク軸、18は燃焼室、20はシリンダ
ヘッド、22は吸気弁、24は吸気ポート、26は排気
弁、28は排気ポートである。
吸気ポート24は吸気管30に接続される。吸気管30
にスロットル弁32が配置れ、その上流にエアフローメ
ータ34、エアクリーナ36が位置する。スロットル弁
32の下流に機械式過給機38が位置する。機械式過給
機38はこの実施例ではルーツポンプであり、一対のロ
ータ40を備え、同ロータがハウジングに対して微小間
隙を維持しながら回転することにより圧縮作動が行われ
る。一対のロータ40のうちの一方の回転軸40′上に
クラッチ41を介してプーリ42が設けられ、このプー
リ42はベルト44を介してクランク軸16上のプーリ
46に連結される。第2図に模式的に示すようにこのク
ラッチ41は電磁式のクラッチであり、一対の摩擦板4
8、50とソレノイド52により成り、ソレノイド52
を通電制御することにより摩擦板48、50の係合を制
御するものである。
過給機38をバイパスするようにバイパス通路56が配
置され、同バイパス通路56の一端はスロットル弁32
の下流で過給機38の上流の吸気管30に接続され、バ
イパス通路56の他端は過給機38の下流の吸気管30
の接続される。バイパス通路56にバイパス制御弁58
が配置される。バイパス制御弁58はダイヤフラム機構
60のダイヤフラム60aに連結される。ダイヤフラム
60aの片面にダイヤフラム室60bが形成され、この
ダアヤフラム室60b中にばね60cが配置され、バイ
パス制御弁58を閉方向に付勢している。ダイヤフラム
室60bは、切替弁62によって、スロットル弁32の
下流の圧力ポート64に直接又は遅延機構66を介して
切替え的に連通される。切替弁62は電磁式であって消
磁されているときは白抜きのポート位置をとり、ダイヤ
フラム室60bは遅延機構66を介して圧力ポート64
に連通される。遅延機構66はオリフィス66aとチェ
ック弁66bとより成る(オリフィスのみでもよい)。
遅延機構66によって圧力ポート64の大気圧はチェッ
ク弁が閉であることからオリフィス66aによって遅延
されて伝達される。一方圧力ポート64が負圧のときは
チェック弁66bが開となり、負圧は瞬間的に伝達され
る。切替弁62が通電されると、ダイヤフラム60bは
直接に圧力ポート64に連通される。
68はクラッチ41及び切替弁62の作動を制御する制
御回路であり、マイクロコンピュータシステムとして構
成される。制御回路68はマイクロプロセシングユニッ
ト(MPU)68aと、メモリ68bと、入力ポート6
8cと、出力ポート68dと、これらを相互に連結する
バス68eとより成る。入力ポート68cには各センサ
からの信号が入力される。前記エアフローメータ34か
らは吸入空気量Qに関する信号が得られる。ストットル
センサ70がスロットル弁32に連結され、スロットル
弁32の開度に関する信号THが入力される。また、回
転数センサ72からはクランク軸16の回転数NEに関
する信号が得られる。出力ポート68dからはメモリ6
8bに格納されている制御プログラムに従ってクラッチ
41のソレノイド52及び切替弁62に駆動信号が送ら
れる。以下その制御プログラムの内容を第3図のフロー
チャート及び第4図のタイミング図によって説明する。
第3図はクラッチ41及び切替弁62の駆動ルーチンの
フローチャートであり、一定時間例えば4m秒毎に実行
される時間割り込みルーチンとする。100のステップで
はフラグFSCが1か否か判定される。このフラグFS
Cは過給機38の作動によってセットされ、過給機38
が停止されるとリセットれるフラグである(第4図
(ハ))。FSCが0とすればNoと判定され、102に
流れ、吸入空気量−回転数比Q/Nが所定値a以上か
否か判定される。Q/Nが所定値aに達していない場
合はNoと判定され、104に進み出力ポート68dより
切替弁62にOFF信号が出力され、同切替弁62は白
抜きのポート位置をとり、ダイヤフラム室60bは遅延
機構66を介して圧力ポート64に連通される。Q/N
が所定値aより小さい低負荷時はスロットル弁32の
開度THは小さいので圧力ポート64は負圧になり、ダ
イヤフラム室60bはチェック弁66bを介して圧力ポ
ート64の負圧がそのまま印加され、ダイヤフラム60
aはばね60cに抗して第2図の上方に変位しバイパス
制御弁58はリフトされ、バイパス通路56は開放され
る。次の106のステップでは出力ポート68dよりクラ
ッチ41のソレノイド52に消磁信号が送られる。その
ため、クランク軸16の回転は過給機38の回転軸4
0′に伝達されず、過給機38は作動されない。吸入空
気はその殆んどがバイパス通路56を介して燃焼室18
に供給される。108のステップはフラグFSCのリセットを
示す。
第4図の時刻tの時点を負荷が所定値aを超える時
点とすれば、100より102を経て110に流れる。110ではそ
の時点tより所定時間Tが経過しているか判定され
る。この時間Tはエアフローメータ34からの信号に於
ける雑音等の影響によるQ/Nの判定への影響を分離す
るためのものである。
Q/Nが所定値aを超えてそれが時間T継続れると11
0ではYesと判定され(時刻t)、112に進む、112
では急加速運転か否か判定される。この判定は、スロッ
トルセンサ70からのスロットル弁開度信号の変化率が
所定値より大きいか否かによって行なうことができる。
第4図(イ)ので示すようにスロットル弁開度が急
上昇する急加速時とすれば、112より114に流れタイマC
がクリヤされる。このタイマCは緩加速で過給機の
クラッチをONした時点tからの時間を計測するタイ
マであり、急加速の場合は直ぐに0とされタイマはクリ
ヤされる。次に116のステップに進み、出力ポート68
dより切替弁62にON信号が印加される。その結果、
切替弁62は黒塗りのポート位置をとり、アクチュエー
タ60のダイヤフラム室60bは直接圧力ポート64に
連通される。Q/Nが所定値aより高い高負荷時は圧
力ポート64は殆んど大気圧であり、その結果ダイヤフ
ラム室60bも同等の大気圧となりばね60cによって
バイパス制御弁58は急速閉弁され、バイパス通路56
は閉鎖される。次の118のステップでは出力ポート68
dよりクラッチ41のソレノイド52に励磁信号が10
されクラッチの摩擦板48と50とは係合され、その結
果クランク軸16の回転は過給機38の回転軸に伝達さ
れる。このとき前述のようにバイパス通路56が閉鎖さ
れているため、過給機38による過給作動が効率的に実
行され、急加速時の必要なトルクの立ち上がりを得るこ
とができる。120はフラグFSCのセットを示してい
る。
112のステップで急加速でないとの判定であっても、124
でスロットル弁開度THが所定値bより大きいときには
エンジンは高負荷にあると判断される。このときは、同
様に124より114以下のステップに進み、切替弁62のO
N、クラッチ41の作動が実行される。
エンジンが高負荷のまま次の割り込みを実行したとすれ
ば、100のステップではフラグFSCが1であることか
らYesと判定され、126に進み、負荷に相当するQ/
Nが所定値aより小さいか否か判定される。ヒステリ
シスを付けるためa<aとなっている。Q/Nがa
より低下していない場合は126より128に進み、カウン
タCが0か否か判定される。114のステップでカウン
タCは0にクリヤされているためYesと判定され、
116以下の前述処理に進み、即座に切替弁62のNO、及
びクラッチ41の係合が維持される。
第4図のtの時点のようにQ/Nが所定値aより低
下すると、100より126に流れて、126でYesと判定さ
れるため、104以下に進み、切替弁62がOFFされ
て、バイパス制御弁58は開放され、クラッチ41は開
放されて過給機38が停止されるという低負荷時の作動
モードに入る。
第4図のtの時点で再び加速運転に入りQ/Nが所定
値aを超えると、100より102に流れ、Yesと判定さ
れ、この時点から所定時間T経過して依然としてQ/N
が所定値aより大きければ(第4図tの時点)112
のステップに流れる。第4図(イ)のようにスロットル
弁32の開度変化が急でないことから112でNoと判定
され、かつスロットル弁32の開度が所定値bより大き
くないことから130のステップに流れる。130ではカウン
タCを所定値Aに設定し、132では切替弁62にOF
F指令を印加し、アクチュエータ60のダイヤフラム室
60bは遅延機構66を介して圧力ポート64に連通さ
れる。118のステップではクラッチ41の係合によって
過給機38が作動に入る。以上述べた緩加速時にはクラ
ッチ41を係合させたた後にバイパス制御弁58を徐々
に閉鎖させることになる。即ち、加速時においては圧力
ポート64の圧力は殆んど大気圧であることからチェッ
ク弁66bは閉となり、大気圧はオリフィス66aを介
して緩慢にダイヤフラム室60bに導入される。従っ
て、ダイヤフラム室60bの圧力は急速には大気圧とな
らず、徐々に大気圧とされ、その結果ダイヤフラム60
aはバイパス制御弁58を徐々に閉鎖することになる。
即ち緩加速の当初にバイパス通路56の開度は大きくそ
れから時間の経過とともにバイパス通路56の開度が小
さくなる。加速の当初にバイパスが大きく開いているこ
とから、クラッチ41の係合によって過給機38の回転
が急に始まってもエンジンのトルクは急速に立ち上がら
ず、緩加速時におけるクラッチ41の係合による過給機
の作動開始によるショックを吸収することができる。
過給機が動作していれば、100より126を経て128のステ
ップに入る。カウンタCは、130のステップでAにセ
ットされているため、126のステップではNoと判定さ
れ、134でカウンタCはデクリメントされる。即ち第
4図の(ニ)に示すように時刻t以後は第3図のルー
チン実行毎にカウンタCの値は1づつ小さくなる。カ
ウンタCが0になると(tの時点)128でYesと
判定され、116に進み切替弁62はONとなる。
第5図は第2実施例の構成を示す。第2図のバイパス制
御弁58、ダイヤフラムアクチュエータ60、切替弁6
2、遅延機構66の代わりに、バイパス通路56上に電
磁式のバイパス制御弁80が設けられ、バイパス制御弁
80のアクチュエータ80aは制御回路68の出力ポー
ト68dに接続される。アクチュエータ80aは第6図
のようなデューティ信号により駆動される。ここにデュ
ーティ比とはデューティ信号における一周期Lにおいて
ON時間Xの締める割合とする。第7図のようにデュー
ティ比が1のときバイパス制御弁80はバイパス通路5
6を全閉とし、デューティ比が0のときバイパス通路5
6は全開となる。即ちデューティ比の増大に応じ減少す
るバイパス流量が得られることになる。制御回路68は
エンジン運転条件に応じてクラッチ41を駆動し過給機
38を制御すると共にアクチュエータ80aへデューテ
ィ信号を印加しバイパス制御を実行する。第8図は制御
プログラムのフローチャートを示すものである。
第8図のフローチャートは第3図のフローチャートと共
通点が多く、相違した点を重点に第9図のタイミング図
を参照しながら説明する。低負荷運転においては100の
ステップより102のステップを経て198のステップに進
む。198のステップでは出力ポート68dよりアクチュ
エータにデューティ比を0とする信号が印加される。そ
のため、制御弁80はバイパスを全開とするように作動
する。部分負荷域では過給機38は停止される(ステッ
プ106)。
スロットル弁32が第9のように急開される急加速
時への移行(第9図(イ)の時刻t)を検知すると、
100より102を経て200のステップに進み、出力ポート6
8dよりアクチュエータ80aにデューティ比DUTY
を1とする信号が印加され、118で過給機38が作動さ
れる。バイパス制御弁80は全閉であるため、過給機3
8はその全能力を発揮するためトルクの急速な立ち上が
りが得られる。
高負荷運転から低負荷運転に移行すると(第9図の時刻
)100より126を経て198に進み、デューティ比は再
び0に設定される。過給機の作動は停止される。
低負荷運転から高負荷運転に、緩い加速によって移行す
ると(第9図(イ)の)、100のステップより102,1
10,112,124を経て202に進み、デューティが0に先ず設
定され、118に進み過給機38が作動される。従って、
緩加速時の当初はバイパス通路56は開放され、その分
過給機38からの空気が逃れるためトルクは急速には立
ち上がらず、ショックが抑えられる。
高負荷運転が継続されると100から126を経て204に進
み、デューティ比が1より大きいか否か判定される。高
負荷への移行の当初はデューティ比は0であるから、20
4より206に流れ、デューティ比は所定チェック弁αだけ
インクリメントされる。従って、デューティ比は第9図
(ニ)に示すように時刻t以後は1に向けて徐々に増
大する。このようなデューティ比の制御によって、過給
機による過給効果は徐々に高まり、緩加速時におけるク
ラッチ係合時のショックを解消することができる。
第10図は第3実施例を示す。この実施例はバイパス通
路を備えない点が第1、第2の実施例と相違する。バイ
パス制御の代わりにクラッチ41の係合速度を緩加速と
急加速とで変えることにより同一目的を達成するもので
ある。出力ポート68dからはクラッチ41のソレノイ
ド52にデューティ信号DUTY′が印加され、クラッ
チ41の係合速度が制御される。即ち、デューティ比0
がクラッチの開放に、デューティ比1がクラッチの係合
に相当しその中間のデューティ比ではクラッチは部分的
に滑ることになる。
第11図は制御フローチャートを示す。低負荷時には10
0より102を経て300のステップに流れ、デューティ比が
0の信号DUTY′がクラッチソレノイド52に印加さ
れる。そのため、クラッチ41は開放され、過給機38
は作動しない。
急加速運転への移行時(時刻t)には100より102,11
0,112を経て302のステップに流れる。出力ポート68d
よりクラッチ41のソレノイド52にデューティ比1の
信号が印加される(第11図(ニ))。そのため、クラ
ッチ41は急速係合され、過給機は全能力を発揮しトル
クが立ち上がることができる。
緩加速運転への移行時(t)は100より102,110,112,1
24を経て304に流れる。304ではデューティ比が0に設定
される。したがって、緩加速運転の開始の当初はクラッ
チ41は開放されたままである。
緩加速運転が継続すると100より126を経て306に流れ、
デューティ比が1に達していないときは308に進みデュ
ーティ比はα′だけインクリメントされる。従って、第
11図のルーチン実行の度にクラッチ41の係合は深ま
り、過給機38の回転は加速の開始からの時間とともに
徐々に増大することになり、最終的にはデューティ比D
UTY′は1となる(時刻t)。このように、緩加速
時はクラッチ41の摩擦板48,50が徐々に繋がることに
より緩加速時の過給機38の作動への移行によるショッ
クを吸収することができる。
以上の実施例では過給機の作動切替えをQ/Nで行なっ
ているがエンジン回転数、その多のエンジン運転条件因
子による制御を加えることもこの発明に包含される。
第2、第3実施例ではデューティ制御を行なっているが
その他の手段によってバイパス制御弁や、クラッチの連
続制御を行なうことができる。たとえば、ステップモー
タによってバイパス制御弁を連続駆動してもよい。
以上の実施例ではクラッチを備えたものを説明している
がこの発明はクラッチを備えないものにも応用すること
ができる。即ち第13図においてクランク軸16はプー
リ46、ベルト44を介して過給機38の回転軸に直接
固定されたプーリ90に連結されている。そのため、過
給機38は常時クランク軸16によって回転駆動され
る。他の構造は第1図と同じである。第14図は制御弁
62の駆動のためのルーチンであり、過給機の駆動ステ
ップがない以外は第3図と同様である。
急加速時には切替弁62は即座にOFFされ、バイパス
制御弁58が急閉され、過給機は直ちに立ち上がること
ができる。一方、緩加速時には切替弁62はT秒後OF
Fされ、圧力がオリフィス66aを介して遅延されて伝
わるため過給の立ち上がりは遅くなる。
クラッチを備えない実施例においても、第2実施例(第
5図)のようなデューティ制御を採用することができる
のはいうまでもない。
〔発明の効果〕
この発明によれば、内燃機関の負荷が小さい第1領域で
は無過給とし、負荷が大きい第2領域では全過給とした
ものにおいて、第1の領域から第2の領域への移行にお
いて加速の程度が急加速か緩加速を判別し、判別される
加速程度が緩加速なほど過給機による過給の立ち上がり
状態が過給機による全過給状態より弱まるように過給機
を制御することにより、急加速時の迅速な過給な立ち上
がりと、緩加速時の緩慢加速の立ち上がりとの相矛盾す
る要求を調和させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の構成図。 第2図は第1実施例の全体概略図。 第3図は第1実施例の制御作動を説明するフローチャー
ト図。 第4図は第1実施例の作動タイミング図。 第5図は第2実施例の全体概略図。 第6図はバイパス制御弁駆動用のデューティ信号を説明
する図。 第7図はデューティ比とバイパス量との関係を説明する
模式グラフ。 第8図は第2実施例の作動制御を説明するフローチャー
ト図。 第9図は第2実施例の作動タイミング図。 第10図は第3実施例の全体構成図。 第11図は第3実施例の制御作動を説明するフローチャ
ート図。 第12図は第3実施例の作動タイミング図。 第13図、及び第14図は第4実施例の構成図、及びフ
ローチャート図。 16…クランク軸 32…スロットル弁 38…過給機 41…クラッチ 56…バイパス通路 58…バイパス制御弁 60…アクチュエータ 62…切替弁 66…遅延機構 68…制御回路 80…バイパス制御弁 80a…アクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 信 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−170826(JP,A) 特開 昭59−101536(JP,A) 特開 昭59−82529(JP,A)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】過給機を備え、内燃機関の負荷を検出する
    手段と、検出される負荷が所定値より小さい第1の領域
    にあるか、負荷が所定値より大きい第2の領域にあるか
    判別する負荷状態判別手段と、過給制御手段とを有し、
    該過給制御手段は、負荷が第1の領域にあると判別した
    ときは過給機による過給作動を停止し、負荷が第2の領
    域にあると判別したときは過給機により全過給作動を行
    う内燃機関において、第1の領域から第2の領域への加
    速を検出する加速検出手段と、第1の領域から第2の領
    域への加速の際に加速の程度が急加速か緩加速を判別す
    る加速状態判別手段と、判別される加速程度が緩加速な
    ほど過給機による過給の立ち上がり状態が過給機による
    全過給状態より弱まるように過給機を制御する過給状態
    制御手段とを具備することを特徴とする過給圧制御装
    置。
  2. 【請求項2】過給機は内燃機関の出力軸の回転によって
    駆動される機械式過給機であり、過給制御手段は負荷が
    小さい第1の領域では解放され、負荷が大きい第2の領
    域では係合されるクラッチである特許請求の範囲1の過
    給圧制御装置。
  3. 【請求項3】上記過給状態制御手段は過給機をバイパス
    するバイパス通路と、バイパス通路に設置されるバイパ
    ス制御弁手段と、バイパス制御弁手段を駆動するアクチ
    ュエータと、緩加速時にはアクチュエータをバイパス通
    路が部分的に開放するように駆動する駆動手段とより成
    る特許請求の範囲2の過給圧制御装置。
  4. 【請求項4】アクチュエータはダイヤフラム式であり、
    前記駆動手段は、ダイヤフラムを圧力源に直結する位置
    とオリフィスを介して連結する位置との間で切り替わる
    切替弁である特許請求の範囲3に記載の過給圧制御装
    置。
  5. 【請求項5】アクチュエータは電動式であり、駆動手段
    は該期間においてバイパス通路が部分的に開放するよう
    に電動式アクチュエータへの駆動信号を形成する制御回
    路である特許請求の範囲3に記載の過給圧制御装置。
  6. 【請求項6】過給状態制御手段は、緩加速時にはクラッ
    チ手段の係合力を低下させるようにクラッチを駆動する
    クラッチ駆動手段である特許請求の範囲2に記載の過給
    圧制御装置。
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