JPH04203317A - ターボ過給式エンジンの排気制御装置 - Google Patents

ターボ過給式エンジンの排気制御装置

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JPH04203317A
JPH04203317A JP2333105A JP33310590A JPH04203317A JP H04203317 A JPH04203317 A JP H04203317A JP 2333105 A JP2333105 A JP 2333105A JP 33310590 A JP33310590 A JP 33310590A JP H04203317 A JPH04203317 A JP H04203317A
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control valve
pressure chamber
pressure
actuator
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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] 本発明は、二つのターボ過給器を有し、低速域では一つ
のターボ過給器を作動させ、高速域では二つのターボ過
給器を同時に作動させるようにした、いわゆるシーケン
シャルψツインターボエンジンに用いられる排気制御装
置に関する。
[従来の技術] 従来、「特開昭60−252120号公報」には、一つ
のエンジンに出力特性の異なる二つのターボ過給器を装
着し、低速域では一つのターボ過給器を作動させ、高速
域になると両方のターボ過給器を連続して作動させるよ
うにしたターボ過給式エンジンが開示されている。
このエンジンは、複数の気筒に連なる二本の排気通路を
有している。一方の排気通路には、低速用のプライマリ
ターボ過給器のタービンが接続されているとともに、他
方の排気通路には、高速用のセカンダリターボ過給器の
タービンが接続されている。そして、各タービンの排気
出口には、夫々排気管が接続されており、セカンダリタ
ーボ過給器の排気管には、エンジン回転数が低い時にこ
の排気管を閉じる排気制御弁が設けられている。
ところで、この排気制御弁は、アクチュエータにより排
気管内に排気を流す開き位置と、この排気の流れを遮断
する閉じ位置とに亘って開閉操作される。上記従来のア
クチュエータは、円筒状をなす圧力容器を備えている。
この圧力容器の内部は、ダイアフラムによって過給圧が
導入される過給圧室と、大気圧室との二室に区画されて
おり、このダイアフラムに排気制御弁に連動する操作ロ
ッドが連結されている。そして、大気圧室には、上記排
気制御弁が閉じる方向にダイアフラムを付勢するコイル
ばねが収容されている。
したがって、排気制御弁は、コイルばねの付勢力によっ
て上記閉じ位置に保持されており、過給圧室に導入され
る過給圧がコイルばねの付勢力を上回ると、排気制御弁
が開方向に作動されるようになっている。
[発明が解決しようとする課題] ところが、排気制御弁が閉じ位置に操作されると、この
排気制御弁は常時排気管内の排気の圧力を受けることに
なるが、従来のアクチュエータは、コイルばねの付勢力
のみによって排気制御弁を閉じ位置に保持しているので
、排気制御弁を閉じ位置に確実に保持するためには、コ
イルばねの付勢力を大きく設定しなくてはならなかった
。
このため、コイルばねの線径が太くなったり、巻数が多
くなる傾向にあり、その分、アクチュエータが大形化す
る不具合がある。
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので
、排気制御弁を排気圧力を利用して閉じ位置に保持する
ことができ、ばね部材が必要とする付勢力を小さくして
アクチュエータを小形化できるターボ過給式エンジンの
排気制御装置の提供を目的とする。
[課題を解決するための手段] そこで、本発明においては、ターボ過給器のタービンに
排気を流す開き位置と、このタービン内での排気の流れ
を阻止する閉じ位置とに亘って操作され、タービンへの
排気の流れを制御する排気制御弁と、この排気制御弁を
開閉駆動するためのアクチュエータとを具備したターボ
過給式エンジンにおいて、 上記アクチュエータは、圧力容器を備えており、この圧
力容器の内部を、上記排気制御弁に連動す気制御弁が開
く方向に上記可動部材を付勢するとともに、上記排気圧
室に、排気圧を導入して上記排気制御弁が閉じる方向に
上記可動部材を付勢し、しかも、この排気圧室には、上
記排気制御弁が閉じる方向に可動部材を付勢するばね部
材を収容したことを特徴としている。
[作用] この構成によれば、アクチュエータの可動部材−5= は、排気の圧力とばね部祠の付勢力とによって排気制御
弁を閉じ位置に保持する方向に押圧されるので、排気制
御弁をばね部材の付勢力のみで閉じ位置に保持する従来
に比べて、ばね部材の付勢力を小さく設定することがで
きる。
したがって、このばね部材を小形化することができ、ア
クチュエータをコンパクトに形成することができる。
[実施例] 以下本発明を、図面に示す一実施例にもとづいて説明す
る。
第3図は、自動車用の直列6気筒エンジンを示し、その
シリンダブロック1内には、一番から六番までの六つの
気筒2a〜2fが一列に並んで設けられている。各気筒
2a〜2fには、ピストン3が収容されており、これら
ピストン3とシリンダヘッド4との間には、燃焼室5が
形成されている。シリンダヘッド4には、燃焼室5に連
なる吸気口6と排気ロアが形成されている。各気筒2a
〜2fの吸気口6には、六本の吸気管8が接続されてい
る。吸気管8には、夫々燃料噴射弁9が設けられ、てお
り、これら吸気管8の吸気上流端は、サージタンク10
に接続されている。サージタンク10の吸気上流端には
、スロットルバルブ11と、このスロットルバルブ11
の開度を検知するスロットル開度センサ12が設けられ
ている。
なお、本実施例の場合、各気筒2a〜2fの点火順序は
、−香気筒2a−五番気筒2e−三番気筒2c−六番気
筒2f→二番気筒2b−四番気筒2dの順となっている
。
第3図に示すように、各気筒2a〜2fの排気ロアは、
排気導出路13a〜13fに連通されている。これら排
気導出路13a〜13fは、シリンダヘッド4の内部に
一体に形成され、一番から三番までの気筒2a〜2Cの
排気導出路13a〜13Cと、四番から六番までの気筒
2d〜2fの排気導出路13d〜13fは、シリンダヘ
ッド4の内部で夫々集合されている。
このため、六つの気筒2a〜2fの排気導出路13a〜
13fは、三つの気筒2a〜2fごとに二つのグループ
に分割されるとともに、そのグループ毎に一つに集合さ
れており、これら二つの排気集合部14a、14bが、
シリンダヘッド4の側面に開口されている。
シリンダヘッド4の排気集合部14a、14bには、排
気マニホールド15が接続されている。
排気マニホールド15は、排気集合部14a。
14bに連なる二本の排気通路16a、16bを備えて
いる。排気通路16a、16bは、シリンダヘッド4の
側面から互いに平行をなして直線状に延びている。そし
て、これら排気通路16a、’16bの途中は、連通路
17を介して互いに連通されている。連通路17は、排
気通路16a。
16bと直交する方向に延びている。この連通路17の
口径dは、第3図に示すように、排気通路16a、16
b間の排気干渉を防止するため、この排気通路16a、
16bの口径りよりも小さく形成されている。
この排気マニホールド15には、ツインターボアッセン
ブリ20が取り付けられている。ツインターボアッセン
ブリ20は、第4図に示すように、アイドリングを含む
低回転域から高回転域までの全回転域に亘って作動され
るプライマリターボ過給器21と、エンジン回転数が高
回転域に達した時に連続して作動されるセカンダリター
ボ過給器22を備えている。これらターボ過給器21゜
22は、夫々タービン23.24と、このタービン23
.24によって回転駆動されるコンプレッサ25,26
とを有し、上記気筒2a〜2fの並列方向に並んで配置
されている。タービン23゜24には、その接線方向に
延びる排気人口27.28が形成されており、この排気
入口27.28が上記排気マニホールド15の排気通路
16a。
1、6 bに接続されている。タービン23.24の中
央部には、排気出口29.30が形成されている。排気
出口29.30は、シリンダヘッド4の側方で互いに向
き合っており、これら排気出口29.30の間は、−本
の連通管31によって接続されている。連通管31は、
略直線状をなしており、その下面中央部には、下向きに
延びる一つの排気管接続口32が一体に形成されている
。
このため、両方のタービン23.24の排気出口29.
30は、タービン23.24の間で集合されており、こ
の排気出口29.30の集合部となる上記排気管接続口
32には、排気管33が接続されている。
一方、上記コンプレッサ25.26には、その中央部に
開口する吸気人口36.37と、接線方向に開口する吸
気出口38.39が形成されている。吸気人口36.3
7には、夫々吸気導入管40a、40bが接続されてい
る。吸気導入管40a、40bは、ツインターボアッセ
ンブリ20の上方に導かれた後、上記連通管31の真上
で集合されている。この吸気導入管40a140bの集
合部41は、エアフローメータ42を介してエアクリー
ナ43に連なっている。
コンプレッサ25,26の吸気出口38.39には、夫
々過給配管45a、45bが接続されている。セカンダ
リターボ過給器22からの過給配管45bは、第3図に
示すように、シリンダへツー 1〇 − ド4と吸気導入管40a、40bの間を通ってシリンダ
ヘッド4の長手方向に沿う一端側に導かれており、この
シリンダヘッド4の一端側でプライマリターボ過給器2
1からの過給配管45aと合流されている。この過給配
管45a、45bの合流部46は、インタークーラ47
を介して上記サージタンク10に接続されている。
ところで、上記連通管31には、セカンダリターボ過給
器22のタービン24と、排気管33との連通を断続す
るスイング形の排気制御弁50が設けられている。排気
制御弁50は、第2図に示すように、連通管31と排気
出口30との間に介在される弁箱51を備えている。弁
箱51の中央部には、連通管31側に向って開口する収
容四部52が形成されている。収容凹部52は、排気出
口30よりも大径をなすとともに、排気出口30に対し
上方に偏心しており、この収容凹部52の端面に、連通
管31と排気出口30とを連通させる弁孔53が形成さ
れている。
このため、収容凹部52の上部には、排気出口30から
流れ込む排気の流線を外れた空間部54が形成され、こ
の空間部54に弁軸55が軸回り方向に回動可能に挿通
されている。弁軸55の外周には、アーム56を介して
円盤状の弁体57が支持されている。この弁体57は、
弁軸55を支点として弁孔53を閉塞する閉じ位置と、
上記弁孔53を開放する開き位置とに亘って回動され、
この弁体57が閉じ位置に回動された状態では、弁体5
7は、二つのターボ過給器21.22の排気出口29.
30の間に位置するようになっている。しかも、弁体5
7は、上記閉じ位置から開き位置に回動する際に、プラ
イマリターボ過給器21の排気出口29側に向けて回動
し、開き位置に回動された状態では、排気の流線に対し
略平行な位置に保持される。
また、本実施例の場合、連通管31の上面中央部には、
排気管接続口32に向って突出するガイド部58が形成
されている。ガイド部58は、二つのタービン23.2
4の排気出口29.30の間に張り出している。このガ
イド部58のプライマリターボ過給器21の排気出口2
9に対向する面は、下向きに円弧状に彎曲されており、
排気出口29からの排気を、上記排気管接続口32に向
けて滑らかに導くようになっている。
その上、第2図に示すように、プライマリターボ過給器
21の排気出口29から、その集合部となる排気管接続
口32の中央までの距離Aは、セカンダリターボ過給器
22の排気出口30から排気管接続口32の中央までの
距離Bよりも短くなっている。このため、プライマリタ
ーボ過給器21のみが作動される低回転域での排気抵抗
が小さく抑えられ、この低回転域でのエンジン出力が高
められている。
排気制御弁50の弁軸55の端部は、弁箱51の外方に
導出されており、この弁軸55は、アクチュエータ60
によって回動操作される。アクチュエータ60は、セカ
ンダリターボ過給器22のコンプレッサ26に隣接した
位置に配置されている。このアクチュエータ60は、第
1図に示すように円筒状の圧力容器61を備えている。
圧力容゛ 器61は、第1の容器62aと第2の容器6
2bとに分割されており、これら容器62a、62bの
間には、可動部材としてのダイアフラム63が支持され
ている。ダイアフラム63は、圧力容器6]の内部を過
給圧室64と排気圧室65の二室に区画している。ダイ
アフラム63の中央部には、操作ロッド66が連結され
ている。操作ロッド66は、排気圧室65を貫通して圧
力容器61の外方に導出されており、この操作ロッド6
6の導出端部が、レバー67を介して上記弁軸55に連
結されている。
操作ロッド66は、軸受68を介して圧力容器61に軸
方向に摺動可能に支持されており、この操作ロッド66
が圧力容器61を貫通する部分には、排気圧室65の気
密を保つシール部材69が設けられている。
また、ダイアフラム63と排気圧室65の底面との間に
は、ばね部材としてのコイルばね70が圧縮状態で介装
されている。コイルばね70は、ダイアフラム63を常
時過給圧室64側に向けて押圧している。このコイルば
ね70の押圧により、操作ロッド66は、弁体57を常
時閉じ位置に保持する方向に上記弁軸55を回動付勢し
ている。
なお、圧力容器61は、ブラケット71を介してセカン
ダリターボ過給器22のコンプレッサ26に支持されて
いる。
第5図に示すように、圧力容器61の排気圧室65は、
排気圧導入路73を介して上記排気管接続口32に接続
されている。このため、エンジン運転中、排気圧室65
には、二つのターボ過給器21.22よりも下流側の排
気圧力が常時導入され、この排気圧室65を構成する第
1の容器62aには、排気圧室65内の圧力が上限値を
上回った時に、排気圧を逃がすリリーフ弁72が設けら
れている。
圧力容器61の過給圧室64は、過給圧導入路74を介
してプライマリターボ過給器21の過給配管45aに接
続されている。過給圧導入路74は、連通路75を介し
てセカンダリターボ過給器22の吸気導入管40bに接
続されており、この吸気導入管40bには、常開形の開
閉弁76が設けられている。
また、セカンダリターボ過給器22の過給配管45bに
は、この過給配管45bを開閉する常閉形の吸気制御弁
80が設けられている。吸気制御弁80の駆動部80a
は、過給圧導入路81を介して過給配管45bの吸気制
御弁80よりも上流(こ接続されており、この過給圧導
入路81には、常閉形の開閉弁82が設けられている。
このため、開閉弁82が開操作されて、吸気制御弁80
の駆動部80aに過給圧が加わると、この吸気制御弁8
0が開かれるようになっている。
セカンダリターボ過給器22の過給配管45bと吸気導
入管40bとの間は、吸気バイパス通路83によって連
通されている。吸気パイパスル通路83は、セカンダリ
ターボ過給器22のコンプレッサ26を迂回しており、
この吸気バイパス通路83には、常開形のバイパス弁8
4が設けられている。バイパス弁84の駆動部84aは
、上記過給圧導入路81に接続されている。
また、プライマリターボ過給器21に連なる排気通路1
6aと、上記排気接続口32との間は、排気バイパス通
路86によって接続されている。
排気バイパス通路86は、プライマリターボ過給器21
のタービン23を迂回しており、この排気バイパス通路
86の途中には、排気バイパス通路86を開閉する常閉
形の過給圧制御弁87が設けられている。過給圧制御弁
87の駆動部87gは、過給圧導入路88を介して上記
過給配管45a。
45bの合流部46に接続されている。過給圧導入路8
8は、連通路89を介して上記吸気導入管40a、40
bの集合部41に接続されており、この連通路89には
、常開形の開閉弁90が設けられている。
そして、上記各開閉弁76.82.90は、エンジン運
転中、マイクロコンピュータ91から出力される信号に
より、開閉時期が制御される。
すなわち、エンジン運転中、マイクロコンピュータ91
には、エンジン運転状況を示す各種の信号、例えば−例
としてスロットル開度センサ12からスロットル開度を
示す信号や、エアフローメータ42から吸入空気量を示
す信号等が入力される。そして、マイクロコンピュータ
91は、これら信号にもとづいてその時の運転状況に最
適な駆動信号を上記開閉弁76.82.90や燃料噴射
弁9に送出する。
ここで、このマイクロコンピュータ91による制御につ
いて具体的に述べると、エンジン回転数が低い低速運転
時においては、マイクロコンピュータ91は、開閉弁7
6に開状態を維持する信号を送出する。開閉弁76が開
かれている状態では、過給圧導入路74に導入されたプ
ライマリターボ過給器21の過給圧は、アクチュエータ
60の過給圧室64よりも上流で、連通路75を介して
セカンダリターボ過給器22の吸気導入管40bに逃が
される。
これに対し、アクチュエータ60の排気圧室65には、
常時排気圧導入路73を介して排気圧が導入されるので
、過給圧室64の圧力よりも排気圧室65の圧力の方が
高くなる。そして、このダイアフラム63には、コイル
ばね70の付勢力も相乗的に作用するので、ダイアフラ
ム63は、過給圧室64に張り出す方向に変形すること
になり、操作ロッド66が圧力容器61に引き込まれる
。すると、弁軸55が第5図中時計回り方向に回動し、
この弁軸55の回動により、排気制御弁50の弁体57
が閉じ位置に回動され、弁孔53を閉塞する。
このため、セカンダリターボ過給器22の排気出口30
が閉じられるので、四番ないし六番の気筒2d〜2fか
らの排気は、連通路17を介して一方の排気通路16a
に流入する。
このことから、全ての気筒2a〜2fからの排気が、プ
ライマリターボ過給器21のタービン23に導入され、
排気の流量が少ない低速運転時でも過給の立ち上がりが
早くなる。
また、低速運転時、マイクロコンピュータ91は、開閉
弁82に閉じ状態を維持する信号を送出する。この際、
各気筒2a〜2fからの排気は、全てプライマリターボ
過給器21のタービン23に導かれているので、セカン
ダリターボ過給器22のタービン24およびコンプレッ
サ26は共に作動しておらず、過給配管45b内には、
過給圧力が発生していない状態にある。このことにより
、吸気制御弁80の駆動部80aと、バイパス弁84の
駆動部84aには、過給圧力が加わらないので、吸気制
御弁80は閉じ状態を維持するとともに、バイパス弁8
4は開状態を維持することになる。
それとともに、低速運転時、マイクロコンピュータ91
は、開閉弁90に開状態を維持する信号を送出するので
、過給圧導入路88に導入された過給圧力は、連通路8
9を介して吸気導入管40a、40bの集合部41に戻
される。このため、過給圧制御弁87の駆動部87aへ
の過給圧力の供給が停止されるので、過給圧制御弁87
は閉じ状態を維持し、排気バイパス通路86が閉じられ
る。
エンジン回転数が高まり、過給圧がある程度上昇すると
、マイクロコンピュータ91がらの信号−2〇  − により、開閉弁76が閉じ方向に移動し始め、プライマ
リターボ過給器21の過給圧力がアクチュエータ60の
過給圧室64に導入される。過給圧室64の圧力が高ま
り、この圧力が排気圧室65の圧力およびコイルばね7
0の付勢力に打ち勝つと、操作ロッド66が圧力容器6
1から押し出され、排気制御弁50の弁体57が開き始
める。このため、四番ないし六番の気筒2d〜2fから
の排気の一部が、セカンダリターボ過給器22のタービ
ン24に導かれ、このタービン24の予備回転が始まる
。このタービン24の予備回転により、コンプレッサ2
6では過給が開始される。この時点では、吸気制御弁8
0は閉じたままであるが、上記のようにバイパス弁84
が開かれているので、コンプレッサ26の上流側と下流
側が吸気バイパス通路83によって短絡された状態にあ
り、過給気はコンプレッサ26の下流から上流へと循環
し、サージングの発生が防止される。
エンジン回転数がさらに高まり、エンジンが高回転・高
負荷運転域に移行すると、マイクロコンピユータ91は
、開閉弁76にこれを閉じる信号を送出する。すると、
アクチュエータ60の過給圧室64にプライマリターボ
過給器21の過給圧の全てが作用するので、第1図に示
すように、ダイアフラム63が排気圧室65側に最大に
変形し、操作ロッド66がさらに押し出される。このた
め、排気制御弁50の弁体57が開き位置に回動され、
セカンダリターボ過給器22の排気出口30が全開とな
る。
この結果、四番ないし六番の気筒2d〜2fからの排気
の全てが、セカンダリターボ過給器22のタービン24
に導入され、このセカンダリターボ過給器22がプライ
マリターボ過給器21に連続して作動される。
また、マイクロコンピュータ91は、引き続いて開閉弁
82にこれを開く信号を送出する。このことにより、吸
気制御弁80の駆動部80aと、バイパス弁84の駆動
部84aには、共に過給圧力が作用するので、吸気制御
弁80が全開となるとともに、逆にバイパス弁84は全
開となり、吸気バイパス通路83が閉じられる。したが
って、プライマリターボ過給器21からの過給気に加え
て、セカンダリターボ過給器22からの過給気が、過給
配管45a、45b、インタークーラ47、サージタン
ク10および吸気管8を経て各気筒2a〜2fの燃焼室
5に供給される。
なお、過給圧が過大となった場合には、マイクロコンピ
ュータ91からの信号により開閉弁90が閉じ、過給圧
力が過給圧制御弁87の駆動部87aに作用する。この
ため、過給圧制御弁87が全開となり、排気バイパス通
路86を介してプライマリターボ過給器21のタービン
23に導入される排気が、このタービン23を迂回して
排気管33に逃される。
このような本発明の一実施例によれば、アクチュエータ
60の圧力容器61を、ダイアフラム63によって過給
圧が導入される過給圧室64と、排気圧力が常時導入さ
れる排気圧室65とに区画し、この排気圧室65に上記
排気制御弁50が閉じる方向にダイアフラム63を押圧
するコイルばね70を収容したので、排気制御弁50の
弁体57が弁孔53を閉じている時、アクチュエータ6
0のダイアフラム63は、排気圧室65に導入される排
気の圧力と、コイルばね70の付勢力とによって排気制
御弁50を閉じ位置に保持する方向に押圧される。
したがって、排気制御弁50をコイルばねの付勢力のみ
で閉じ位置に保持する従来に比べて、コイルばね70の
付勢力を小さく設定することができ、その分、コイルば
ね70を小形化して、アクチュエータ60をコンパクト
に形成することができる。
なお、上記実施例では、圧力容器内を二室に区画する可
動部材としてダイアフラムを用いたが、本発明はこれに
限らず、ダイアフラムに変わってフリーピストンを用い
ても良い。
また、排気制御弁は、セカンダリターボ過給器の下流側
に設けるものに特定されず、このセカンダリターボ過給
器の上流側に設けても良い。
さらに、排気制御弁の形式もスイング形に限らず、例え
ばバタフライ形であっても良い。
[発明の効果] 以上詳述した本発明によれば、アクチュエータの可動部
材は、排気圧室に導入される排気の圧力と、ばね部材の
付勢力とによって排気制御弁を閉じ位置に保持する方向
に押圧されるので、排気制御弁をばね部材の付勢力のみ
で閉じ位置に保持する従来に比べて、このばね部材の付
勢力を小さく設定することができ、その分、ばね部材を
小形化して、アクチュエータをコンパクトに形成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明の一実施例を示し、 第1図は、排気制御弁を開閉駆動するアクチュエータの
断面図、 第2図は、排気制御弁の取り付は部分の断面図、第3図
は、エンジンにツインターボアッセンブリを組み込んだ
状態の平面図、第4図は、第3図中■線方向から見たツ
インターボアッセンブリの正面図、 第5図は、エンジンの排気経路と過給経路を概略的に示
す構成図である。 22・・ターボ過給器(セカンダリターボ過給器)、2
4・・・タービン、50・・・排気制御弁、60・・・
アクチュエータ、61・・・圧力容器、63・・・ダイ
アフラム、64・・・過給圧室、65・・・排気圧室、
70・・・ばね部材(コイルばね)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 =  26 −

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ターボ過給器のタービンに排気を流す開き位置と、この
    タービン内での排気の流れを阻止する閉じ位置とに亘っ
    て操作され、タービンへの排気の流れを制御する排気制
    御弁と、 この排気制御弁を開閉駆動するためのアクチュエータと
    、 を具備したターボ過給式エンジンにおいて、上記アクチ
    ュエータは、圧力容器を備えており、この圧力容器の内
    部を、上記排気制御弁に連動する可動部材により過給圧
    室と排気圧室の二室に区画し、 この過給圧室に、過給圧を導入して上記排気制御弁が開
    く方向に上記可動部材を付勢するとともに、 上記排気圧室に、排気圧を導入して上記排気制御弁が閉
    じる方向に上記可動部材を付勢し、しかも、この排気圧
    室には、上記排気制御弁が閉じる方向に可動部材を付勢
    するばね部材を収容したことを特徴とするターボ過給式
    エンジンの排気制御装置。
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Cited By (7)

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