CN100417798C - 发动机燃料喷射装置及发动机燃料喷射方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃料喷射装置,用于一种包括一个直接喷射器和一个进气道喷射器的发动机中。当发动机负荷相对较低时,执行一个燃料压力降低过程,以降低供应到直接喷射器中的燃料的压力。一个ECU根据发动机工作状态而设定一个燃料喷射比,该燃料喷射比为直接喷射器的燃料喷射量与进气道喷射器的燃料喷射量之间的比值。该ECU改变燃料喷射比,使直接喷射器的燃料喷射量与供给到燃烧室的燃料总量之间的比值降低,直到被供应到直接喷射器中的燃料的压力从通过燃料压力降低过程而被降低的压力值升高到一个预定的允许值。这有效地防止了由于降低的燃料压力而使发动机的燃烧受到阻碍。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于内燃机的燃料喷射装置和燃料喷射方法,这种内燃机具有一个直接将燃料喷射到燃烧室内的直接喷射器和一个将燃料喷射到进气道中的进气道喷射器。
背景技术
传统地,如日本公开专利公报No.2002-364409所述,有一种常见的能够切换燃料喷射模式的燃料喷射装置。更特别地,该燃料喷射装置被应用在一种具有一个将燃料直接喷射到燃烧室内的直接喷射器和一个将燃料喷射到进气道中的进气道喷射器的内燃机中。该燃料喷射器通过选择直接喷射器或进气道喷射器的动作而切换燃料喷射模式。
由于燃烧室内的压力相对较高,与进气道喷射器相比,将燃料喷射到燃烧室内的直接喷射器的燃料喷射压力(燃料压力)通常被设定为相对较高的水平。通过这种方式,直接喷射器将高压燃料喷射到燃烧室内,从而促进燃料在燃烧室内雾化。
但是,这种燃料喷射装置具有下述的问题。也就是说,当燃料在直接喷射器的燃料加压系统中被加压到一个相对较高的水平,在燃料加压系统中会由于这种操作而产生噪声。为了抑制这种噪声,当发动机怠速时,燃料加压的目标压力可被降低。但是,这会使得在发动机工作从怠速切换到例如一个高负荷状态时,在燃料加压中产生一个迟滞。在这种情况下,燃料就会加压不足,或者不能到达一个高负荷发动机工作所需的水平。
如上所述,若实际的燃料压力不能获得所需的水平,由直接喷射器所喷射出的燃料就不能充分雾化。这会以不利的方式妨碍燃料的燃烧,降低发动机扭矩,并使排放性能恶化。
发明内容
因此,本发明的一个目的是为具有一个直接喷射器和一个进气道喷射器的内燃机提供一种燃料喷射装置和一种燃料喷射方法,不管燃料压力是否被降低,这种装置和方法也能够有效地抑制发动机燃烧的妨碍。
为了获得上述的以及其他的目的,并且与本发明的目的一致,本发明为具有一个燃烧室和一个与燃烧室连接的进气道的内燃机提供了一种燃料喷射装置。该装置包括一个直接将燃料喷射到燃烧室内的直接喷射器,一个将燃料喷射到进气道中的进气道喷射器,以及一个用于将加压燃料供应到直接喷射器中的燃料加压系统。在发动机负荷相对较低时,该燃料加压系统执行一个燃料压力降低过程,降低供应到直接喷射器中的燃料的压力。该装置进一步包括一个设定部分,该设定部分根据发动机的工作状态而设定一个燃料喷射比,该燃料喷射比是直接喷射器的燃料喷射量和进气道喷射器的燃料喷射量的比值。该设定部分改变燃料喷射比,使直接喷射器的燃料喷射量与喷射到燃烧室的燃料总量的比值降低,直到从燃料加压系统而被供应到直接喷射器中的燃料的压力从通过燃料压力降低过程而被降低的压力值升高到一个预定的允许值为止。
在本发明的另一方面,该设定部分改变燃料喷射比,使直接喷射器的燃料喷射量与喷射到燃烧室的燃料总量之间的比值降低,直到在燃料压力降低过程进行中或进行后、发动机负荷的目标值升高后经过一段预定时间为止。
本发明同时也为内燃机提供一种燃料喷射方法。该发动机具有一个将燃料直接喷射到燃烧室内的直接喷射器和一个将燃料喷射到与燃烧室连接的进气道中的进气道喷射器。该方法包括:将加压燃料供应到直接喷射器中,在发动机负荷相对较低的时候,执行一个燃料压力降低过程,以降低被供应到直接喷射器中的燃料的压力;根据发动机的工作状态而设定一个燃料喷射比值,该燃料喷射比值是直接喷射器的燃料喷射量与进气道喷射器的燃料喷射量之间的比值;以及,改变燃料喷射比,使直接喷射器的燃料喷射量与喷射到燃烧室的燃料总量之间的比值降低,直到从燃料加压系统而被供应到直接喷射器中的燃料的压力从通过燃料压力降低过程而被降低的压力值升高到一个预定的允许值。
在本发明的另一方面,取代上述改变燃料喷射比值的步骤,该方法包括:改变燃料喷射比,使直接喷射器的燃料喷射量与喷射到燃烧室的燃料总量之间的比值降低,直到在燃料压力降低过程进行中或进行后、发动机负荷的目标值升高后经过一段预定时间。
本发明的其他方面和优点将从下面结合附图的说明中显得更加清楚,这些附图通过例子的形式来说明本发明的原理。
附图说明
通过参考下面结合附图的优选实施例的说明将能更好地理解本发明及其目的和优点,其中在这些附图中:
图1是一张描述了根据本发明一个实施例的燃料喷射装置结构的原理框图;
图2是一张指示了应用在燃料压力降低过程中的燃料压力控制映射图结构的示意图;
图3是一张指示燃料喷射比变化过程的流程图;以及
图4是如图3所示的过程的一个改动的流程图。
具体实施方式
下面将对根据本发明一个实施例的燃料喷射装置进行说明。
参考图1,该燃料喷射装置被应用于一个安装在车辆上的内燃机11中。该发动机11具有一个活塞13,该活塞位于一个气缸12内。活塞13通过一个连杆15与曲轴14相连,该连杆将活塞13的往复运动转化为曲轴14的旋转运动。
燃烧室16被限定为气缸12中活塞13以上的空间。一个直接喷射器17位于燃烧室16内,用于将燃料直接喷射到燃烧室16内。该直接喷射17与一个燃料加压系统相连,该燃料加压系统的结构如下所述。也就是说,一个传送管18与该直接喷射器17相连。一个供给泵19与该传送管18相连,并将来自燃料箱(图中未示出)的燃料加压到一个相对较高的水平。由供给泵19加压的燃料被供应到输送管18中。直接喷射器17的燃料喷射压力被设定成与输送管18中的燃料压力一致。当直接喷射器17的阀被驱动到一个打开的位置上,燃料就被喷射到燃烧室16内。
燃烧室16与一个进气道23和一个排气道24相通。燃烧室16和进气道23之间的接合处形成了一个进气口23a。一个进气道喷射器25位于该进气道23内。该进气道喷射器25朝着进气口23a的方向而将燃料喷射到进气道23中。通过一个已知的燃料供给机构(图中没有显示)而将高压燃料供应给进气道喷射器25。当进气道喷射器25的阀被驱动到一个打开的位置上,燃料就被喷射向进气口23a。
该燃料喷射装置包括一个电子控制单元(ECU)30,用于控制直接喷射器17和进气道喷射器25的动作,以及在这种操作下使用的各种传感器。
这些传感器包括一个发动机速度传感器31,用于检测曲轴14的转速(发动机速度NE),以及一个加速器踏板传感器32,用于检测加速器踏板(图中没有显示)的压下量。相似地,在输送管18中有一个燃料压力传感器33,用于检测输送管18中的燃料压力(实际燃料压力P)。这些传感器每一个都发送一个检测信号到ECU30中。
根据这些传感器的检测信号,ECU30检测出发动机的工作状态,并根据检测到的发动机工作状态而切换燃料喷射模式。更特别地,根据发动机工作状态,ECU30对直接喷射器17和进气道喷射器25中的至少一个执行动作,并确定与该燃料喷射模式对应的燃料喷射正时和燃料喷射量。直接喷射器17的燃料喷射量与进气道喷射器25的燃料喷射量之间的比值(燃料喷射比)被设定为一个对应当前发动机工作状态的值。在图中所示的实施例中,ECU30作用为一个设定部分,用于根据发动机工作状态而为直接喷射器17和进气道喷射器25设定燃料喷射比。
ECU30也根据燃料压力传感器33的检测信号而控制输送管18中的燃料压力。更特别地,ECU30首先根据当前发动机工作状态而为输送管18中的燃料压力计算一个目标值(目标燃料压力TP)。将该目标燃料压力TP与实际燃料压力P相比较。根据比较结果,ECU30调整供给泵19的燃料供应量,或调整供给泵19中的燃料加压程度,使得实际燃料压力P符合目标燃料压力TP。通过这种调整,输送管18中的燃料压力,或者直接喷射器17的燃料喷射压力被控制为对应于发动机工作状态的一个水平。
目标燃料压力TP是通过一个试验而获得的,作为一个最佳地对应于当前发动机工作状态的预定值。用于定义目标燃料压力TP和发动机工作状态(发动机速度NE和燃料喷射量)之间的关系的操作数据被作为一个燃料压力控制映射图而存储在ECU30的一个ROM(图中没有显示)或类似介质中。ECU30在计算目标燃料压力TP时会参考该映射图。
如上所述,由于直接喷射器17将燃料直接喷射到燃烧室16内,与进气道喷射器25相比,直接喷射器17的燃料喷射压力被设定为一个相当高的水平。因此,当直接喷射器17被动作时,就会由于燃料的加压而引起令人不愉快的机械噪声,如由于供给泵19的阀和直接喷射器17的阀引起的工作噪声。
更特别地,当发动机工作状态在高速和高负荷区域中,输送管18中的燃料压力就会被调整为最大目标燃料压力TP(H)(例如,大约为10到12MPa)。对比之下,若发动机11工作在一个低速或低负荷的区域中,输送管18中的燃料压力就被调整到一个相对较低的目标燃料压力TP(L)(例如,大约为4MPa)。因此,当发动机工作状态在高速或高负荷区域中,对比于低速或低负荷的区域,由于燃料加压而引起的噪声就会相当的大。但是,在发动机工作在高速或高负荷区域中,由发动机燃烧和车辆运动而引起的其他噪声会掩盖这种由于燃料加压而引起的噪声,从而使这种噪声几乎不可被听见。对比之下,当发动机11工作在一个对应为低速或低负荷区域的状态下时,由发动机燃烧和车辆运动而引起的噪声相对较小,这样,由于燃料加压而引起的噪声就会被听见,从而使驾驶员感到不舒服。当发动机11工作在一个低速或低负荷区域中,或者特别地,在怠速中,由于燃料加压而引起的噪声就成为一个问题。
因此,在图中所示的实施例中,怠速区域被定义为噪声产生区域。因此,若发动机工作状态对应在怠速区域中,输送管18中的燃料压力就被调整为一个目标燃料压力TP(I)(例如,大约2MPa),比上述对应发动机工作在低速和低负荷区域中的目标燃料压力TP(L)更低。也就是说,当发动机11工作在怠速区域(如图2中用斜线表示的区域所示)中,就会判定发动机工作状态对应为噪声产生区域。因此,就会执行一个过程(燃料压力降低过程),将输送管18中的燃料压力降低到上述的目标燃料压力TP(I)。
通过该燃料压力降低过程,由于燃料加压而引起的噪声从而被抑制。
但是,该燃料压力降低过程可能会引起下述的问题。
也就是说,在燃料压力降低过程执行期间或执行之后,若发动机工作状态由于加速器踏板被踩下而被改变,发动机负荷的目标控制值(目标发动机负荷)就会升高。如果是这种情况,若燃料压力降低过程仍在进行,该过程就会被中断,以升高燃料压力。但是,在这种情况下,必须要经过一段相对较长的时间才能使实际燃料压力P达到目标燃料压力TP。另外,即使在燃料压力降低过程结束之后,实际燃料压力P也很可能保持低于目标燃料压力TP。因此,当燃料被直接喷射器17喷射时,输送管18中的燃料压力还没达到一个足够高的水平。因此,被喷射的燃料的雾化维持在一个不被促进的状态,从而妨碍燃料的燃烧。
为了解决这个问题,在图中所示的实施例中,上述的燃料喷射比被改变,使得直接喷射器17的燃料喷射量与供应到燃烧室16内的燃料总量之间的比值降低。
下面,结合图3的流程图而对一个改变燃料喷射比的过程进行说明。
该流程图原理地描述了该燃料喷射比改变过程,该过程由ECU30以预定的时间间隔执行。
如图3所示,ECU30首先判断在燃料压力降低过程执行中或燃料压力降低过程完成后目标发动机负荷是否升高(步骤S100)。更特别地,若加速器踏板被踩下,ECU30就会判定目标发动机负荷已经升高。
若判定出发动机负荷已经升高(步骤S100:YES),ECU30就会计算出目标燃料压力TP和实际燃料压力P之间的差值ΔP(=TP-P)。然后ECU30判断所获得的ΔP是否大于一个预定值α(步骤S102)。也就是说,ECU30判断实际的燃料压力P是否在一个可允许的值之下,该可允许的值比目标燃料压力TP小预定值α的量。
若判定结果为正(步骤S102:YES),就说明实际燃料压力P比目标燃料压力TP低一个相对较大的差数,而发动机燃烧很可能受到影响。因此,ECU30改变燃料喷射比,使得直接喷射器17的燃料喷射量与供应到燃烧室16内的燃料总量之间的比值降低(步骤S104)。也就是说,由于进气道喷射器25的工作不会受到输送管18中的燃料压力的影响,因此直接喷射器17的燃料喷射量与供应到燃烧室16内的燃料总量之间的比值降低,从而使进气道喷射器25相对于直接喷射器17而更有效地工作。这抑制了发动机负荷相对较低或发动机怠速时噪声的产生。此外,由于燃料压力减少而阻碍发动机的燃烧也受到抑制。该预定值α是通过试验而得到的,在实际燃料压力P足够低而阻碍发动机燃烧的情况,作为一个高精确度的值而获得的。
更特别地,以下述的方式来改变燃料喷射比。
当有必要改变燃料喷射比时,若直接喷射器17和进气道喷射器25都同时工作,对应于直接喷射器17的比例减小,而对应于进气道喷射器25的比例增大,直到发动机的燃烧得到改善。若在有必要改变燃料喷射比时只有直接喷射器17在工作,那么就令进气道喷射器25开始工作,而对应于直接喷射器17的比例减小,直到发动机的燃烧得到改善。此外,在任何一种情况下,若输送管18中的燃料压力过低,燃料喷射比可以被设定成这样,使直接喷射器17停止工作。另外,由于当上述的差值ΔP变大时发动机的燃烧更加可能受到阻碍,因此在图中所示的实施例中,当差值ΔP变大,燃料喷射比被改变成对应于直接喷射器17的比例变小。通过这种方式,可以可靠地防止了发动机的燃烧受到阻碍。
然后,对应于步骤S102和S104的操作重复进行,直到差值ΔP等于或小于α。当差值ΔP等于或小于值α(步骤S102:NO),ECU30就会重新设定燃料喷射比,恢复到直接喷射器17的一个正常比例,或者对应于发动机工作状态而恢复该燃料喷射比(步骤S106)。然后该过程停止。
对比之下,当燃料压力降低过程没有进行、或者该过程停止了相对一段较长的时间,或者若目标发动机负荷保持不升高(步骤S100:NO),发动机就会继续工作,而不改变燃料喷射比,或者不切换燃料喷射模式。也就是说,在这些情况下,在这些情况下,维持了高效率的发动机燃烧。
如上所述,图中所示的实施例具有以下优点。
(1)除非目标燃料压力TP与实际燃料压力P之间的差值ΔP等于或小于α,直接喷射器17的燃料喷射量与进气道喷射器25的燃料喷射量之间的比值被改变为小于对应于发动机工作状态的一个值。这样,没有受到输送管18中的燃料压力影响的进气道喷射器25的燃料喷射量增加。这防止了发动机的燃烧受到阻碍,同时抑制了由于直接喷射器17喷射的燃料的雾化得不到促进而引起的排放特性的恶化。
(2)抑制了在发动机负荷较低或发动机怠速时噪声的产生。另外,有效地防止了发动机的燃烧受到阻碍。
(3)在燃料压力降低过程进行中或燃料压力降低过程完成之后若目标发动机负荷升高,就会改变燃料喷射比。因此,即使实际燃料压力P很可能低于目标燃料压力TP,而直接喷射器17的燃料喷射压力很低,也防止发动机的燃烧由于这些因素的影响而受到阻碍。
(4)目标发动机负荷是否升高的判定是基于加速器踏板是否被踩下而进行的。因此这样的判断会相对较快,从而允许了燃料喷射比在需要时立即改变。
图中所示的实施例可以如下修改。
取代加速器踏板,可以使用一个加速器杠杆来作为加速操作部件。若是这种情况,在步骤S100就会通过判断加速操作部件是否以升高发动机负荷的模式操作而判定目标发动机负荷是否升高。
如图4所示,改变燃料喷射比以降低对应于直接喷射器17的比例的步骤(步骤S200)可以持续,直到目标发动机负荷升高后经过了一段预定的时间(步骤S202:YES)。然后,该燃料喷射比被恢复到对应于发动机工作状态的值(步骤S204)。另外在这种情况下,在实际燃料压力P达到目标燃料压力TP、或者由直接喷射器17喷射的燃料的雾化得到促进之后,被改变的燃料喷射比被恢复到对应于发动机工作状态的值。从而防止了发动机的燃烧受到阻碍。
目标发动机负荷已经升高的判断可以基于这样的事实而进行:曲轴14已经连接到一个轴(图中没有显示)上,而作用在车辆上的制动力等于或小于一个预定值。这使得可以以假定一定的可能性而判断目标发动机负荷已经升高。因此当需要时,燃料喷射比可以快速地改变。曲轴14连接到一个轴(动力传动系统)上的判定可以基于包括以下情况的条件:自动变速被置于D范围,或者用于选择性地连接或断开曲轴14和轴之间的离合机构处于被连接状态。另外,作用在车辆上的制动力等于或小于一个预定值的判定可以基于包括以下情况的条件来进行:制动器操作器处于非操作状态,或者制动器操作器的操作量小于一个预定值。
燃料喷射比可以保持为经过改变而小于对应于发动机工作状态的值,从而直接喷射器17对应的比例减小,直到实际燃料压力P增大到一个预定的作为可允许值的固定值。另外在这种情况下,在输送管18中的燃料压力变得足够高之后,被改变的燃料喷射比就会恢复到对应于发动机工作状态的比值。
除了进气道喷射器被安装在进气道中的发动机,本发明也可以被应用在这样的发动机上:其中进气道喷射器被安装在进气道中的稳压罐(图中没有显示)作为一个所谓的冷启动喷射器。
上述的例子和实施例应被视为描述性的而非限制性的,本发明不受到文中详细说明的限制,可以在如权利要求所述的范围内修改。
Claims (15)
1. 一种燃料喷射装置,用于具有一个燃烧室和一个与该燃烧室连接的进气道的发动机中,该燃料喷射装置包括:
一个直接喷射器,用于将燃料直接喷射到燃烧室内;和
一个进气道喷射器,用于将燃料喷射到进气道中;
其特征在于,该燃料喷射装置还包括:
一个燃料加压系统,用于为直接喷射器提供加压燃料,在发动机负荷相对较低时,该燃料加压系统执行一个燃料压力降低过程,以降低供应到直接喷射器中的燃料的压力;以及
一个设定部分,用于根据发动机的工作状态而设定一个燃料喷射比,该燃料喷射比是直接喷射器的燃料喷射量与进气道喷射器的燃料喷射量之间的比值,其中,设定部分改变该燃料喷射比,使得直接喷射器的燃料喷射量与供应到燃烧室内的燃料总量之间的比值降低,直到从燃料加压系统供应到直接喷射器中的燃料压力从通过燃料压力降低过程而降低的值升高到一个预定的允许值。
2. 根据权利要求1的装置,其特征在于,在燃料压力降低过程中或之后,发动机负荷的目标值已升高的状态下,该设定部分根据供应到直接喷射器中的燃料的压力而改变燃料喷射比。
3. 根据权利要求2的装置,其特征在于,该发动机设置在具有一个加速器操作部件的车辆上,其中该设定部分根据加速器操作部件的操作而判断发动机负荷的目标值是否升高。
4. 根据权利要求2的装置,其特征在于,该发动机设置在具有动力传动系统的车辆上,其中该设定部分根据发动机与动力传动系统的连接状态以及作用在车辆上的制动力而判断发动机负荷的目标值是否升高。
5. 根据权利要求4的装置,其特征在于,若发动机与动力传动系统连接,且制动力不大于一个预定值,该设定部分就会判定出发动机负荷的目标值已经升高。
6. 根据权利要求2的装置,其特征在于,若发动机负荷的目标值已经升高,燃料加压系统就会使已降低的燃料压力升高到一个目标值,该目标值是根据发动机负荷的目标值而确定的。
7. 根据权利要求6的装置,其特征在于,该可允许的值比燃料压力的目标值小对应于一个预定值的量。
8. 根据权利要求1的装置,其特征在于,该可允许的值为一个固定值。
9. 根据权利要求1到8任意一条的装置,其特征在于,当燃料压力相对于该可允许的值而变低时,设定部分工作,使得直接喷射器的燃料喷射量与供应到燃烧室内的燃料总量之间的比值变小。
10. 一种燃料喷射装置,用于具有一个燃烧室和一个与该燃烧室连接的进气道的发动机中,该燃料喷射装置包括:
一个直接喷射器,用于将燃料直接喷射到燃烧室内;和
一个进气道喷射器,用于将燃料喷射到进气道中;
其特征在于,该燃料喷射装置还包括:
一个燃料加压系统,用于为直接喷射器提供加压燃料,在发动机负荷相对较低时,该燃料加压系统执行一个燃料压力降低过程,以降低供应到直接喷射器中的燃料的压力;以及
一个设定部分,用于根据发动机的工作状态而设定一个燃料喷射比,该燃料喷射比是直接喷射器的燃料喷射量与进气道喷射器的燃料喷射量之间的比值,其中,设定部分改变该燃料喷射比,使得直接喷射器的燃料喷射量与供应到燃烧室内的燃料总量之间的比值降低,直到在燃料压力降低过程中或之后发动机负荷的目标值升高后经历了一段预定的时间。
11. 根据权利要求10的装置,其特征在于,该发动机设置在具有一个加速器操作部件的车辆上,其中该设定部分根据加速器操作部件的操作而判断发动机负荷的目标值是否升高。
12. 根据权利要求10的装置,其特征在于,该发动机设置在具有动力传动系统的车辆上,其中该设定部分根据发动机与动力传动系统的连接状态以及作用在车辆上的制动力而判断发动机负荷的目标值是否升高。
13. 根据权利要求12的装置,其特征在于,若发动机与动力传动系统连接,且制动力不大于一个预定值,该设定部分就会判定出发动机负荷的目标值已经升高。
14. 一种用于内燃机的燃料喷射方法,该内燃机具有一个用于将燃料直接喷射到发动机燃烧室内的直接喷射器,以及一个用于将燃料喷射到与燃烧室连接的进气道中的进气道喷射器,其特征在于:
将加压燃料供应到直接喷射器中,在发动机负荷相对较低的时候,执行一个燃料压力降低过程,以降低被供应到直接喷射器中的燃料的压力;
根据发动机的工作状态而设定一个燃料喷射比值,该燃料喷射比值是直接喷射器的燃料喷射量与进气道喷射器的燃料喷射量之间的比值;以及,
改变燃料喷射比,使直接喷射器的燃料喷射量与供给到燃烧室的燃料总量之间的比值降低,直到被供应到直接喷射器中的燃料的压力从通过燃料压力降低过程而被降低的压力值升高到一个预定的允许值。
15. 一种用于内燃机的燃料喷射方法,该内燃机具有一个用于将燃料直接喷射到发动机燃烧室内的直接喷射器,以及一个用于将燃料喷射到与燃烧室连接的进气道中的进气道喷射器,其特征在于:
将加压燃料供应到直接喷射器中,在发动机负荷相对较低的时候,执行一个燃料压力降低过程,以降低被供应到直接喷射器中的燃料的压力;
根据发动机的工作状态而设定一个燃料喷射比,该燃料喷射比是直接喷射器的燃料喷射量与进气道喷射器的燃料喷射量之间的比值;以及,
改变燃料喷射比,使直接喷射器的燃料喷射量与供给到燃烧室的燃料总量之间的比值降低,直到在燃料压力降低过程中或之后发动机负荷的目标值升高后经历了一段预定的时间。
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