JPS60219418A - 可変容量タ−ボチヤ−ジヤの制御装置 - Google Patents

可変容量タ−ボチヤ−ジヤの制御装置

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JPS60219418A
JPS60219418A JP59072981A JP7298184A JPS60219418A JP S60219418 A JPS60219418 A JP S60219418A JP 59072981 A JP59072981 A JP 59072981A JP 7298184 A JP7298184 A JP 7298184A JP S60219418 A JPS60219418 A JP S60219418A
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JP
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control
acceleration
pressure
time
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JP59072981A
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Inventor
Yuji Hirabayashi
平林 雄二
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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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] この発明は、エンジンに用いる可変容量ターボチャージ
ャの制御装置に関し、特に、加速時に適正過給圧が得ら
れる自動車用エンジンの可変容門ターボチャージャの制
御装置に関する。 [従来技術] 一般に、ターボチャージャはタービンの容量を可変にす
ると低速域から高速域までトルクを増大させることがで
きるので、従来より、可変容凶ターボチャージャが提案
されている(実開昭53−50310号及び特開昭58
−1.764.1.7号公報参照)。 これら従来のものは、タービン入口のフラップ弁又はリ
ング式ベーンをエンジンの負荷及び回転数に対して可変
にし、もって、可変ノズル(以下V/Nとも称する)を
構成することにより広範囲での所定過給圧を得、トルダ
を増大させている。 しかしながら、このような従来装置にあっC′はエンジ
ンの負荷と回転数のみの信号で全運転域のV/N開度を
制御する構成となっていたため、エンジン加速時にはV
/N開度の制御系におくれがある関係上、過過給(オー
バシュート)となることもあり、著しいときはエンジン
を破損するおそれがあるという問題があった。 [発明の目的] この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、可変容量ターボチャージャ付エンジンの加速
時におけるノズル開度の制御を、予め補正することによ
り制御おくれを補JL、、もって、加速時の過給圧を適
正にしてオーバシュート及びエンジン破損を防止するこ
とを目的とする。 [発明の構成] この発明は、前記目的を達成するため、エンジン回転数
検出手段と、空気流量検出手段と、タービン容量を変え
る可変容量手段と、加速状態検出手段と、前記可変容量
手段を駆動するアクチュエータと、前記検出手段の検出
値を入力して前記アクチュエータの駆動制御値を出力す
ると共に加速時には前記駆動制御値を補正する制御手段
とを設けたことを要旨とするものである。 [作用] 加速時には、あらかじめ、加速に応じて補正した制御値
でもつで、アクチュエータを駆動し加速のために閉じ側
にあるノズル開度を開き勝手にするものである。従って
、加速時には、このように、制御系等におくれを予想し
て、ノズルを若干開き勝手に制御することにより、ター
ビンへの排気の流入速度を低下させ、過過給(オーバシ
ュー1−)を防止できるのである。 以下、この発明をウェストゲート弁(排気バイパス弁〉
付可変容量ターボチャージャに適用した実施例について
説明する。 [実施例] 第1図〜第5図はこの発明の一実施例を示づ。 まず、構成を第1図により説明すると、エンジン本体1
は吸気管2及び吸気マニホルド3を通して吸気を導入す
る。吸気管2はエアフローメータ4、ターボヂャージャ
5のコンプレッサ室6、絞弁7、及び逃し弁8を設けて
おり、吸気をエア70−メータ4で、計量して、その空
気流量QAをコントロールユニット(制御手段)9に入
力する。また吸気はコンプレッサ室6に収納されたコン
プレッサ10により過給圧P2に加圧され、絞弁7゛で
制御された後、吸気マニホルド3から各気筒に分配され
る。絞弁7の開度は絞弁開度センサ11により検出され
、その開度T10をコントロールユニット9に入力する
。また、エンジン回転数Neはクランク角センサ(回転
数検出手段)12により検出されコントロールユニット
9に入力されや。更に、吸気圧センサ13は吸気圧即ち
過給圧P2を検出し同様にコンI−ロールユニット9に
これを入力する。 エンジンの排気は排気マニホルド14で集合され排気管
15を通して排出される。排気管15は可変容量手段1
6とタービン室17を設けており、タービン室17にコ
ンプレッサ10と同軸のタービン18を収納し、可変容
量手段16のノズル(後述)を可変とすることによりタ
ービン18への排気流量特性(速度)を変える。 第2図はタービンを省略した可変容量手段16を示す図
で中央円形部19にタービンが収納され、その周囲に面
積が徐々に小さくなるスクロール20が設けられ、その
入口部21がスロートになっており、ここに可動のフラ
ップ弁22が軸23を中心に回動可能に設けられ、これ
により、排気の入口部21を可変ノズル(V/N>に構
成しているものである。 再び第1図において、可変容量手段16の軸23はアー
ム24とロッド25を介してアクチュエータ26のダイ
ヤフラム27に連結され、大気室28に設けたばね29
により正圧室30にダイヤフラム27を押ずことにより
、可変ノズルを全開とする(第2図り方向への回動)。 正圧室30は導管31により、コンプレッサ10の下流
の吸気管2に接続され、過給圧P2を導入リ−る。 導管31には固定絞り32を設け、これらの中間部を電
磁弁33を介して導管34により、コンプレッサ10の
上流の吸気管(大気部)35に接続し、電磁弁33をコ
ントロールユニット9からの信号でデユーティ制御する
ことにより、過給圧P2を大気部35に洩らす。即ち、
デユーティ値DMが大きくなると、電磁弁33の開作動
時間が大きくなり、正圧室30の駆動圧(正圧)を小さ
くし、ロッド25の下降によりノズルを閉とするもので
ある。 更に、排気マニホルド14には排気バイパス弁 。 36を設け、これをベルクランク37、ロンド38を介
してアクチュエータ39のダイヤフラム40に連結し、
大気室41内のばね42により、ダイヤフラム40を正
圧室43側に押圧し、弁36を閉めるように構成する。 正圧室43は導管44で吸気管2に接続し、絞り45を
介して過給圧1〕2を導入する。そして、この中間に電
磁弁46を介して導管47により大気部35に接続し、
この電磁弁46をコントロールユニット9によりデユー
ティ制御し、デユーティ値を大きくすることによりアク
チュエータ39の正圧を小とし、排気バイパス弁36を
目1じるようにする。 コントロールユニット9は、主にマイクロプロセッサと
、メモリと、インタフェースとからなるマイクロコンピ
ュータで構成され、そのインタフェ−スにはエア70−
メータ4、絞弁開度センサ11、クランク角センサ12
及び吸気圧センサ13からの各信号が入力される。これ
らの信号のうち、アナログ信号にあってはA/D変換器
を介してデジタル信号としてパノjされる。メモリには
 。 マイクロプロセッサが実行する演算に必要な各種データ
が格納され、メモリは外部からとりこんだデータの一部
記憶を行う。マイクロプロセッサは前記プログラムに従
って燃料噴I11量、噴射時期及び点火時期を演算して
運転状態に適切な噴射信号81及び点火信号Spを出力
り−ると共に、前述のように電磁弁33及び46のデユ
ーディ値を演算してインタフェースより制御信号DMと
して出力する。 次に前記実施例の作用を説明する。 第3図は横軸にエンジン回転数Ne、縦軸にエンジン1
回転当りの空気流ftTpをとった制御テーブルで絞弁
全開がE、V/N全閉で過給圧P2が規定値(例えば3
50mml−1g)となる点がBL1V/N全1VPl
が規定値となる点が3uで、この間の領域CはV/N変
化領域である。なお、領域Qは過給圧P2が規定値に達
していないためV/Nは全開の領域である。 排気バイパス弁は3uの前後に決められたAからEまで
の領域りで作動する。 いま、第3図において、■→■→■と加速してゆく場合
を考える。 ■では領域Qにあり、Plは規定値に達していないため
、第1図及び第2図から分るように、アクチュエータ2
Gの正圧室3oは低圧のため、ばね29により、ロッド
25を下降さぜ、V/Nを全一としている。これから加
速した場合、従来なら過給圧が上昇してV/Nが開作動
する迄の間に応答遅れがあるため過過給(オーバシュー
ト)を生ずるおそれがある。 しかしながら、この実施例では、加速時にお番ノるノズ
ル制御系等のおくれ時間を予想し、その時間だけ、電磁
弁33のデユーティ値を最小にしである。このため、ア
クチュエータ26は電磁弁33の大気への洩らし量が少
い関係上、アクチュエータ制御圧力が上昇し、又、エン
ジン排圧の急激な上昇によるノズル間作動力増加のため
ロッド38を上昇さゼ、ノズル開度を開き勝手にするの
で、コンプレッサio*流の吸気圧の上昇が抑えられ、
オーバシュートが防止される。 前記の予想時間の経過したころには、ノズル制御系等の
おくれ9早まって、ノズル開度が大きくなっているので
、その時間経過後は、電磁弁33のデユーティ値を所定
値づつ増加して、迅速に、本来のテーブルのデユーティ
値に戻すようにづるので、過給圧は規定のPlに制御さ
れる。 更に、加速して■の状態に達すると、ウェストゲート弁
36を作動し、同様の過給圧制御をする。 前述のデユーティ値はエンジンの特性と耐久信頼性によ
り許容される最大過給圧を得られるようNeとTpに関
して予め実験でめ、これをデータ群としてテーブルに記
憶しであるので、前述のノズル制御はそのデータ群より
めることにより良好なエンジントルクを発揮することに
なる。又、過給圧は空気流量とはず比例関係となること
がら、上述したテーブルは空気流IOAに対する一次元
マツブとしてもよい。 前述の作用を更に第5図に示づフローチャートに基づい
て説明する。なお、図中(Pl)〜(Pゆ)はフローチ
ャートの各ステップを示し、制御演算はエンジンの1回
転に一度、又は定時間に−度実行される。プログラムが
スタートするとJOBコントロール部でJOBの実行順
序が決定された後、 V/Nデユーディ計算JOB (左側a)と排気バイパ
ス弁i1[JOB<右側b)の各ルーチンが実行される
。なお前者JOBでは加速時には補正31輝ルーチンが
実行される。 (a) V/Nデユーティ計算ルーチン(P+ )でエ
ンジン回転数Ne、空気流量QA、過給圧P2に対応し
た各アナログ電圧信号と、加速状態を検出する絞弁開度
T10の信号が入力され、ステップ(P2)でエンジン
1回転当りの空気流量Tpが計算される。(P3)でT
10の信号の大きさより全開加速状態の判定を行い、Y
ESであればステップ(P4)で過給圧が約4Qn++
l11−1 (]に達したか否かを判別する。この値は
、吸気圧センサの測定精度と加速時の過給圧の変化状態
により選定されるもので40〜250IllIHg程度
の範囲で選定可能である。 つまり、センサ精度が通常±10mm1−to程度のバ
ラツキが有り、かつ、過給圧の変化が各車速からの変化
を代表するためには30m1llH(]以上の領域でな
ければならないことから、この値は、約4011111
11−11;1以上の領域である必要が有り、更に、後
述する第4図からも理解できるように制御系の遅れ時間
の最小値0.2秒を考慮して1.目標過給圧に達する0
、2秒前の過給圧をとり約250mlllHg以下とす
る必要がある。 以上の考慮から過給圧が40mm1−1oに到達したと
きから、過給圧が目標過給圧に達するまでの時間を、エ
ンジン回転数Neを横軸にとって整理すると第7図のよ
うになり、第4図及び第7図からも特にオーバシュート
が問題となるエンジン回転数Neが2200rρm以上
であることが判る。 従って、過給圧P2が40+++mHoであれば、こ・
のときのエンジン回転数が2200 rpH1以上か否
かをみて(ステップ(P4’)’)、以上であれば(P
4“)で加速フラッグをオンとしくP5)でタイマーの
カウントアツプを行う。これで急加速の判断がなされた
ことになる。(P4)で過給圧が40IlllllHg
以下の場合には、(P3)におけるT10信号が小のと
きと同様にステップ(P3’)でタイマーのリレット及
び(P3″)で加速フラッグのAフ動作を行う。又、(
P4’)で過給圧が4011Hgでのエンジン回転数が
2200 rpm以下の場合も(P3”)で加速フラッ
グをオフとする。さらに(P4)で過給圧が40+vn
Ho以上の場合に−は、(P4”’)で加速フラッグが
オンが否かをみてオンであれば(P4″)で再度加速フ
ラッグをオンとしくP5)でタイマーのカウントアツプ
を継続する。この(P4”’)で加速フラッグのセット
状態をみるのは、エンジンの緩加速により220 Or
pmに到らない状態で過給圧が40++nl」0を越え
ることがあり得るからであり、オフの場合には(P3’
)に移行する。 かくて、急加速ではないと判別したときはオーバシュー
トは発生しないから(P8)でNeとTpに対して予め
決められたデユーティ値DMをルックアップする。この
テーブルはNeとTpの分割点が有限であるので分割点
間の数値は比例補間計算を行ない基本DMを決定する。 次に、(P5)のタイマカウントアツプ後、現在の運転
点がV/N制御領域(第3図のC領域)にあるかどうか
をテーブル数値DMをみることにより判定し制御領域で
あれば(P8)のデープル数値に戻す。これは、加速状
態が長く続くと徐々に定常状態へ移行してゆき定常状態
を基準に設定したテーブル値に戻せば、はず目標過給圧
どなるからである。一方まだ制御領域に致っていな
【プ
れば、(P8)で加速状態になってから時間が規定時間
(約0.7秒)経過しているかを判定して以下であれば
DMをデユーティ下限りしに固定する。 これは、オーバシュート量が大きくなるような急加速で
は、加速開始時から約0.7秒程で目標過給圧に到達す
るのでこれ以上下限DLに固定しておくと、はず目標過
給圧がアクチュエータにか)ることになり、目標過給圧
到達後にノズル開度が急激に増大しアンダーシュートが
発生する惧れがあるからである。尚、下限OLに固定η
るのはアクチュエータ26への駆動圧をコンプレッサ出
口圧と同様な早さで上昇させ制御系の応答遅れを補償す
るためである。経過していれば前回のDMを時間に対し
一定量にだ1ノ増加させ、テーブル値に徐々に戻しくス
テップ(Pro))、ステップ(P2O5)でこの値が
テーブル値の(DM)より増加するのを防ぐ。これは、
規定時間以後に過給圧が十押しすぎるのを防止するため
である。 (Pu)では基本DMが電磁弁の作動遅れ及び演算部の
誤動作を考慮し上限Dtlと下限DLの間にあるかの判
定を行いDuより大きくなっているとぎは(P 、+2
 >でl)Mを上限値に固定し、DLより小さくなって
いるときは(PI3>でDMを下限値に固定する。そし
て(Pl4.)でルックアップされた基本制御値あるい
は加速状態では補正された制御値DMがメモリに記憶さ
れ、このメモリの数値に応じ図示していないタイマ計測
部で電磁弁のデユーティ計算を行いその結果がI10イ
ンタフェースを介して電磁弁の作動を決定する。 第4図は各車速から全開加速を行ったときの過給圧(コ
ンプレッサ出口圧)Pl及びエンジン回転数Neの変化
を時間に対してブロンI〜したもので、実線が80kl
ll/h、点線が60 km/ h 、一点鎖線が40
kIIl/11のR/L運転点から全開加速した場合の
ものである。 本図から801g+/hのように高い車速から加速した
ときに、目標過給圧M(本図では一定であるが、これは
空気流量又はエンジン回転数に対して変化してもよい)
より過給圧がオーバシュートSを生じていることがわか
る。加速開始から、目標過給圧到達迄の時間は0.6〜
0.7秒で制御系、エンジン及びターボチャージャ系の
応答遅れが1工ンジン回転で多少変化するが約0.2秒
程度あることから、加速開始から0.5秒の間のデユー
ティ値の与え方によりオーバシュート量が左右される。 しかるに、この実施例では0.7秒間デユーティ値を最
小値に固定し正圧室に働<Plを大きい鉋にしV/N開
度を開き勝手にしであるので、過過給が防止され、また
、0.7秒経過後はDM値を段階的に本来のテーブルの
デユーティ値に迅速に戻すから、この結果前記時間の経
過したころには制御系のおくれを補償する分アクチュエ
ータの正圧が上野していたものが、目標過給圧を得るた
めの本来のアクチュエータ制御圧力へもどり、目標過給
圧Mとづることができる。なお、図において、曲線Rは
制御系に与える目標過給圧の設定値である(このことは
第2実施例で後述する)。 (b) 排気バイパス弁デユーティ計算ルーチン まず(Pl5)で空気流量QAのA/D変換値が入力さ
れ、(Pro)でQAに対しあらかじめ決められたデユ
ーティ値DwMをルックアップしてくる。これは加速時
、V/N開度開度窓設定る排圧上昇時、排気バイパス弁
36が開かないよう電磁弁46をデユーティ作動させバ
イパス弁36の閉作動を確実にする為である。次に(P
l7)でり。 Mが上限値と下限値の間にあるかどうかの判定を行いD
 w LJより大きいときは(Pus)で上限値に固定
し、又、(DwL)より小さ0ときは(Pl9)で下限
値に固定する。そして(Pν)でルックアップされた基
本デユーティ値DwMがメモリに記憶され、このメモリ
の数値に応じ図示しないタイマ計測部で電磁弁へのデユ
ーティ計算が行なわれ、その結果がI10インタフェー
スを介し電磁弁の作動を決定する。 第6図には他の実施例のフローチャートを示す。 前実施例は加速時にテーブルのデユーティ値とは異なる
デユーティ値を規定時間与えていたのに対し、これは、
フィードバックの目標過給圧を加速状態に応じて変化さ
せテーブルのデユーティ値を補正してゆくものである。 第6図はV/N制御デユーティJOB (C)と補正計
算JOB(d)を示しであるが、排気バイパス弁制御J
OBは前実施例と同一であるので省略しである。 (C) V/N制御デユーティ計算JO’Bこれは(P
l)〜(Pl)及び(P5)〜(P8)が前実施例の(
Pl )〜(Pl)と(Pu)〜(Pl4)と同じであ
る。(P3)では基本デユーティ値り、Mをテーブルか
らルックアップしてくる。さらに(P4)では補正計算
JOB(d)で計算された補正値を読みこみ、この値を
DMに対し補正S1算を行なう。 (d) 補正計算JOB 基本的には空気流量に対し目標過給圧が得られるように
過給圧P2に応じて、基本デユーティ値に対し公知のP
iDのフィードバック制御が行なわれているが、加速の
判定が行なわれたときには、過給圧の時間に対する変化
率の大きさに応じてフィードバックの目標過給圧を下げ
、早めにフィードバックの開始を行わせるものである。 即ら、(P9)でNe 、 QA 、及びP2の入力を
した後、過給圧が規定値、本例では前実施例と同様40
111mHgを越えたかどうかの判定を(Pie)で行
う。 − 次にステップ(PI2)で、各車速から最も早い立上り
をする全開加速を行った際の過給圧の時間に対する変化
率dp/dtを計算】る。これは、かかる変化率をエン
ジン回転数Neを横軸にとって整理した第8図を参照す
ると、エンジン回転数の上昇つまり加速状態は過給圧が
40IIIIIHg以上でその変化率dp/ dtの大
きさがそのとぎのエンジン回転数に対してどの程度かに
より判別できるからである。 そこで、更にその時のエンジン回転数に対しく P 1
2 、)の結果が予め与えられたdp/dt値(kO)
より大きいかどうかを(PI3)、(PI4)で判定し
、急加速であると判断したときには(PI5)のように
目標過給圧の修正量を時間に対しdp/dtの大きさに
応じて即ち、初期の修正量をdl)/dtX 2II1
mHg程度となる値とし、この値が大きいとぎは急な勾
配で、小さいときは緩い勾配で時間とともに減少させて
ゆく。このときのサンプリング時間はほぼ100n+s
程度である。この後、(Pu)でQA又はNeと■pに
関し予め与えられた目標過給圧をテーブルルックアップ
し、(Pie、)で最終の目標過給圧の計算をテーブル
値より修正値を引いて行なう。更に、(PI7)では(
Pie)で与えられた目標過給圧に対しPiDの補正計
算を行い、(Pie)でこの結果を補正値(デユーティ
補正値)として記憶する。これで補正計算のJ、OBが
完了する。 第4図の点線Rは修正計算後の最終目標過給圧の変化の
様子を示し、この実施例によれば加速の判定を過給圧の
変化で検出して行うようにしたので、エンジンの加速状
態を確実に区別選出でき、適正−なオーバシュート対策
を可能とする。 「発明の効果」 以上説明してぎたように、この発明によれば、その構成
をエンジン回転数と空気流ωとにより決まる可変容量手
段の制御過給圧の制御値を加速時の判定手段により、エ
ンジン及び制御装置の遅れ時間をあらかじめ見込んで補
正する手段を設ける構成としたため、可変容量手段のノ
ズル制御系に遅れがあっても、過給圧のオーバシュート
を防止でき、常に最適となる過給圧でエンジンを運転で
き、安全に、かつ最大トルクを得るように制御できると
いう効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
、第1図はこの発明の詳細な説明する全体図、第2図は
可変容量手段を示す断面図、第3図はテーブルを説明す
る図、第4図は加速状態説明図、第5図は一実施例のフ
ローチャート、第6図は他の実施1例のフローチャート
、第7図及び第8図は加速時間及び過給圧上昇率の性能
線図である。 図面に現わした符号の説明 1・・・エンジン 2・・・吸気管 4・・・エア70−メータ 5・・・ターボチャージャ 9・・・コントロールユニツ1〜(制御手段)10・・
・コンプレッサ 11・・・絞弁開度センサ12・・・
クランク角センサ 13・・・吸気圧センサ 14・・・排気マニホルド1
5・・・排気管 16・・・可変容量手段18・・・タ
ービン 21・・・スロー1−(ノズル)26・・・ア
クチュエータ 30・・・正圧室 33・・・電磁弁 36・・・排気バイパス弁 46・・・電磁弁 ;nホ:

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. エンジン回転数検出手段と、空気流量検出手段と、ター
    ビン容量を変える可変音1手段と、加速状態検出手段と
    、前記可変音ω手段を駆動するアクチュエータと、前記
    検出手段の検出値を入力して前記アクチュエータの駆動
    制御値を出力すると共に加速時には前記駆動制御値を補
    正する制御手段とを設けた可変容量ターボチャーシトの
    制御装置。
JP59072981A 1984-04-13 1984-04-13 可変容量タ−ボチヤ−ジヤの制御装置 Pending JPS60219418A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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