CN101087938A - 给内燃机供应燃料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及给内燃机供应燃料的方法和设备，具有调节式高压系统和控制式低压系统，其中为了对低压系统中的可变预压进行调整，在自适应模式中确定用于修正额定预压的自适应值。为此在自适应模式中有针对性地改变预压，直至通过高压系统的高压调节器的调节器应答检测到汽泡时为止。在检测到汽泡时，确定燃料供应系统的当前工艺参数，并且从所述工艺参数中推导出自适应值。

Description

给内燃机供应燃料的方法和设备
本发明涉及借助于高压泵利用喷射系统给内燃机供应燃料的方法和设备，尤其用于给共轨系统供应，其中预输送泵给高压泵供应燃料。
已知为了改善具有气缸喷射系统的内燃机的功率以及减少废气，如此提高燃料喷射压力，使得将燃料喷洒成飞沫。因此内燃机的燃料供应系统如此被构造，使得达到对当前系统典型的高压值4至10Mpa。
例如在DE 4126640 A1中所描述的公知燃料供应系统被分成为低压系统和高压系统。借助于低压燃料泵从燃料箱中预输送的并且置于低预压下的燃料被提供给高压泵，所述高压泵被构造为径向活塞泵。将燃料压力继续升高到预先确定的压力值。在高压系统中对系统压力进行调节，其中借助于高压传感器检测实际压力，在发动机控制单元中将其与额定压力进行比较，并且确定限压阀的调整值。在共同高压集流管道(共轨)中调整所需的压力，并经由回流管将多余的燃料量节流到燃料箱。与喷入内燃机中的燃料量无关地将高压调节为高压额定值。也可以在附加的吹洗介质流(spülstrom)中有针对性地输送多余的燃料。但是这里出现燃料过度加热的问题。
根据DE 19652831 A1，可以不将燃料引导回燃料箱，而是将其输送回到高压泵中，并且在那里重新压缩，这改善了燃料供应系统的效率。
通常同样对低压系统的额定压力进行调节，并且根据在最差情况下要接纳的燃料和所确定的自适应值以可变方式预先规定所述额定预压。将借助于低压传感器所检测的实际压力与额定压力进行比较，并且在发动机控制单元中相对于调节器应答进行处理，其中同时确定和调整额定压力的匹配自适应值。借助于低压调节装置的调节器应答、额定压力、自适应值和当前的燃料质量流量，在发动机控制单元中对具有低压泵输送功率要求值的特性曲线族定址(adressieren)，并且确定和输出泵的功率值，其中所述低压泵通常被实施为电燃料泵。
在热起动或者冷起动中，额定压力通常取其最高值。在热起动中必须避免形成汽泡，因为高压泵在汽泡形成的情况下不再能够产生高压，而在冷起动中，必须在尚未激活高压泵时由喷射阀将大的燃料量喷入燃烧室中。
然而低压泵的输送功率随着预压的升高而降低，使得在具有高额定压力的某些工作点时，使低压泵承受非常大的负荷，并且某些情况下触及其输送极限。
为了一方面防止在内燃机中形成汽泡并且另一方面保证在所有运行状态下都给内燃机供应燃料，在DE 19951410 A1中建议调整尽可能小的预压(Vordruck)，其中还避免了燃料蒸发。为此确定高压泵中当前的燃料温度，并根据所确定的温度如此控制或者调节低压泵，使得所述低压泵产生所确定的预压。
但是，除了温度之外，燃料的品质也对汽泡形成具有决定性影响，因为不同的燃料在不同的温度下蒸发。为了保证内燃机可靠的功能方式，通常根据最差情况以大的容差控制来调整预压。因此不能或者仅可以通过其它措施(例如附加的加料识别)最佳地调整预压。此外，压力系统的系统特性在内燃机的寿命期间发生变化，这利用已知的调节不能或者仅能通过进一步提高的容差得以平衡，这同样导致燃料供应系统中升高的压力水平，并因此导致低压泵的不必要的高功耗。
因此，本发明的任务在于，保证简单、准确、可靠地调整通过低压泵所产生的预压来为内燃机输送燃料。
利用根据权利要求1所述的方法以及根据权利要求15所述的设备来成功解决这一任务。
用于给内燃机供应燃料的本发明方法，其中低压泵和高压泵为内燃机输送燃料，其中低压泵为高压泵提供燃料输送量，并且产生施加在高压泵上的预压并且高压泵以内燃机的喷射系统中的喷射压力来提供输送量，并且其中将预压调整到通过燃料蒸汽压力曲线所确定的可变额定预压，利用高压调节器对喷射压力进行调节，并且利用自适应值修正与额定预压相对应的低压泵控制值，其特征在于：在燃料供应的自适应模式中确定自适应值，其中在自适应模式中改变预压，直至在高压泵之前形成汽泡为止，通过高压调节器的调节器应答变化来探测汽泡的形成，并且在探测到汽泡时，确定当前的工艺参数，优选地确定低压泵的功率特征和燃料的温度，从所述工艺参数中推导出自适应值。利用自适应值所调整的额定预压在此始终高于燃料的蒸汽压力。在此，在自适应模式中如此产生汽泡，使得在每个阶段中均提供发动机的全功能。为了保证这一点，优选地极短时间或者在开始时有汽泡形成。
用于给内燃机供应燃料的本发明设备至少包括调节式高压系统和控制式低压系统。调节式高压系统至少具有用来将燃料喷射到内燃机中的喷射系统、用来将燃料从低压系统输送到喷射系统中的高压泵、以及用来对喷射系统中的喷射压力进行调节的高压调节器。控制式低压系统至少具有用来将燃料从燃料箱输送到高压系统中的低压泵、用来在低压系统中对通过燃料蒸汽压力曲线所预先规定的可变额定预压进行调整的控制单元，其具有用来在自适应模式中产生自适应值以对所预先规定的额定预压进行修正的自适应单元。该自适应单元在此至少具有用来触发自适应模式的单元，在该自适应模式时低压系统中的预压被改变；用来在低压系统中形成汽泡时在自适应模式中检测高压调节器的调节器应答变化的装置；用来检测工艺参数的装置；以及用来从所检测的工艺参数中推导出自适应值的单元。
作为内燃机考虑柴油机以及外源点火式发动机，其中利用本发明所述的方法，以及本发明所述的设备给所述内燃机供应燃料。
根据本发明，在自适应模式中借助于高压调节器说明燃料的排气特性以及低压泵的状态。在自适应模式中，一旦在高压泵之前形成汽泡，高压泵的供给系数就变差。高压调节器总是显示对变差的供给系数的明确的调节器应答。使用该调节器应答来确定自适应值，以修正由低压泵要调整的额定预压。
优选地，在自适应模式中，通过对与额定预压相对应的低压泵控制值施加振荡(Schwingungsauforgung)来改变预压，使得对低压泵的输送功率施加振荡。在该压力振荡期间，高压调节器监控是激活的。如果在振荡谷中在高压泵之前形成汽泡，则这通过调节器应答的变化来探测。如果没有出现调节器值变化，则将预压降低一个所定义的值，并且继续进行自适应模式，直至探测到汽泡为止。尤其是通过降低所施加的自适应开始值来降低额定预压。为了保证降低的自适应开始值不使额定预压持续下降直至汽泡形成，则优选地将在形成汽泡时所确定的降低了的自适应开始值提高一个所定义的值，并且因此从降低了的自适应开始值中推导出自适应值。
所施加的振荡在自适应模式中如此对预压进行调整，使得能够在燃料中总是只是短时间地形成汽泡，并且从而避免高压系统中的压力骤降。
高压调节器优选地借助流量控制式高压泵对喷射系统中的喷射压力进行调节。  喷射系统在比优选地被实施为共轨系统(具有共同管道的系统)。在共轨系统情况下相互分开或者解耦压力产生和燃料喷射。高压泵连续地产生某一高压，所述高压在喷射系统中作为喷射压力持久地可供使用。在喷射系统的共同管道中调节并且存储高压，并通过短的喷射管道提供给喷射器，以便将燃料喷入发动机的气缸中。在此，在管道中通常产生两位数的Mpa范围内的高压。
在本发明的一种有益的实施方案中，其中以无回流的方式、也就是在没有燃料回输的情况下供应燃料，为了由尤其被实施为往复活塞泵的高压泵来输送燃料，在活塞向下运动时，通过布置在高压泵和低压泵之间的打开的流量控制阀将燃料容积输送到泵的冲程室(Hubraum)中。当活塞向上运动且流量控制阀关闭时，燃料被压缩，并被输送到喷射系统中。在此，优选地通过布置在喷射系统中的高压传感器来检测压力。借助于高压调节装置对额定喷射压力进行调整，其中使用流量控制阀作为执行机构。
为了确定自适应值，改变预压，尤其是通过逐步降低低压泵的输送功率来使预压降低，直至在系统中探测到汽泡为止，所述低压泵优选地被实施为电燃料泵。汽泡形成与单位蒸汽压力、也就是与饱和燃料蒸汽的单位压力有关。该压力由其各个组成部分的局部压力的总和组成，并且与温度有关。如果低压系统中的预压小于燃料的单位蒸汽压力时，则形成汽泡。在自适应模式中针对目标地逼近燃料的蒸汽压力极限，直至高压泵的供给系数明显变差，并且达到调节器应答的所定义的偏差为止。
如果注入高压泵的冲程或者压缩室中的燃料在成分上含有汽泡，则例如必须提供额外的压缩容积以挤压汽泡，以便输送相同的燃料量。这种调节器应答的变化优选地可以用来探测汽泡。
在本方法的一种有益扩展方案中，在自适应模式中在施加振荡或者不施加振荡的情况下逐步降低预压，直至达到调节器应答的所预先规定的最大允许变化或者最小允许预压为止。在此，优选地在开始自适应模式时，根据在最差情况下要接纳的燃料的蒸汽压力曲线来预先规定额定预压。蒸汽压力曲线表示蒸汽压力的温度依赖性，并且在压力温度图中表示为液态和气态两个阶段之间的极限曲线。蒸汽压力曲线取决于燃料种类。在最差情况下要接纳的燃料是具有最高挥发性的燃料，例如蒸汽压力为12至14PSI的新加的冬季燃料。
在本发明的一种有益实施方案中，在达到调节器应答的所预先规定的最大允许变化时，利用适当的装置来检测低压泵输送功率的当前值以及燃料温度的当前值，并且在用于推导自适应值的单元中从这些值中确定自适应值。优选地通过特性曲线族进行确定，所述特性曲线族具有针对确定的输送功率和温度来预先规定所属的自适应值的特性曲线。
在本发明的另一种有益的实施方案中，在达到调节器应答的预先规定的最大允许变化时，检测降低了的预压的当前值，将其提高一个所定义的值，并且从中推导出当前的自适应值。
优选地存储自适应值，并用来计算低压泵的输送功率要求。所确定的自适应值既表示低压泵的容差范围，也表示燃料的当前排气行为。因此考虑在排气行为和泵特性方面的变化，并且低压泵能够在调整利用所确定的自适应值修正的额定预压的情况下以最佳的低功耗工作。
如果发动机已经被运行了一所定义的时间，已经被加料或者在较长停止时间之后被重新起动，则自适应值并非经常在燃料供应期间、而是在自适应模式中被确定，其中所述自适应模式优选地每隔一定间隔或者通过所定义的边界条件由用于触发自适应模式的单元来来触发。其中只有当存在稳定运行或者系统条件、尤其是当在高压泵之前燃料质量流量和燃料温度稳定时，才优选地开始自适应模式。在确定了自适应值之后，重新离开自适应模式，并且在正常运行中供应燃料，其中在低压系统中对修正的额定预压曲线走向进行调整，并且在高压系统中调节喷射压力。自适应模式的匹配的频率保证及时考虑在燃料品质和低压泵特性方面的变化。
以下将根据实施例更详细地解释本发明。为此：
图1示出根据实例A和B的燃料供应系统的示意图，
图2示出利用按照图4(实例A)的自适应模式根据本发明控制低压泵的示意图，
图3示出利用按照图5(实例B)的自适应模式根据本发明控制低压泵的示意图，
图4示出在不施加振荡情况下的自适应模式的示意图(实例A)，
图5示出在施加振荡情况下的自适应模式的示意图(实例B)
实例A：在不施加振荡情况下的自适应模式
图1示出本发明示例性燃料供应系统的一种示意结构，其具有无回流调节式高压系统1和控制式低压系统2，用来将来自(未示出的)燃料箱中的燃料供应给直喷式内燃机4。
低压泵7被构造为电燃料泵，并且将燃料从燃料箱输送给高压泵5。由低压泵7所输送的燃料以预压施加在高压泵5上。
高压系统1是调节式系统。高压泵5被实施为具有流量控制阀19的流量控制式往复活塞泵，并且给喷射系统3供应燃料。喷射系统3被实施为共轨系统，使得高压泵5在喷射系统3内产生持久的高喷射压力。高压调节器6调节喷射压力，其中通过布置在喷射系统3中的高压传感器20检测实际喷射压力，并在高压调节器6中将其处理成流量控制阀19用的调整信号。
高压泵的活塞向下运动，以便填充高压泵5的冲程或者压缩室，其中流量控制阀19打开，并且将燃料从低压系统2输送到高压系统1之中。供给系数在此取决于预压和燃料品质。在高压泵5的活塞向上运动时，只有当流量控制阀19关闭后，才对燃料进行压缩。流量控制阀19保持关闭的持续时间决定了输送到喷射系统3中的燃料量。
低压系统2是控制式系统。通过在最差情况下要接纳的燃料(例如具有12至14PSI的冬季燃料)的蒸汽压力曲线9以及在自适应模式中所确定的自适应值由控制单元8预先规定控制式低压系统2的额定预压。自适应值在此既表示低压泵7的容差范围，也表示当前的燃料品质。
低压系统2的控制如在图2所示。利用由蒸汽压力曲线9得出的压力值和自适应值以及当前燃料流量的总和来对预控制特性曲线族16定址。预控制特性曲线族16含有低压泵7的与压力和燃料流量有关的输送功率要求值。通过电压、起动过调量和滑移断路修正(Schubabschaltungs-Korektur)18对输送功率要求进行修正，并且将其输出到低压泵7的功率输出级。
在图4中示意性所示的自适应模式中，借助于自适应单元10确定自适应值。并非以连续方式进行确定，而是在各个离散的事件中主动学习确定。如果事先所定义的边界条件得到满足，且在用于触发自适应模式12的单元11中识别出学习需求，则学习事件发生。如果经过一段停机时间后重新起动内燃机4，并且燃料箱料位已经历了明显变化，或者如果使内燃机4已经运行了一段所定义的时间，则识别出学习需求。燃料供应系统的稳定运行条件同样也属于所定义的边界条件，所述稳定运行条件例如通过瞬变工艺参数(例如燃料温度和燃料质量流量)在所定义的程度上得以识别。
如果用于触发的单元11识别出学习事件，则借助于开关17转换到自适应模式12并且开始。该自适应模式逐步降低低压泵7的输送功率要求(图4，曲线y2)，其中低压系统中的预压(图4，曲线y1)下降，直至在高压泵5之前形成汽泡为止。将高压调节器6的确定的调节器应答变化(图4，曲线y4)用作探测汽泡形成的准则。如果输送到高压泵5中的燃料在成分中含有汽泡，则流量控制阀19就必须较长时间保持关闭，以便将相同的燃料量输送到喷射系统3中。必须提供额外的压缩容积用以挤压汽泡，由此将调节器应答提高一压力值。利用用于检测调节器应答变化的装置13对这种变化进行记录，其中当将调节器应答提高了例如0.3Mpa的所定义的压力值时触发对在高压泵5前在该时刻存在的燃料温度(图4，曲线y3)的检测以及施加在低压泵7的功率输出级上的输送功率要求。利用用来检测工艺参数的相应装置14、尤其是利用用来检测温度的装置14.2和用来检测低压泵7的功率特征的装置14.1来确定这些参数，并且存储在用于推导的单元15中。将当前输送功率要求和燃料温度的所存储的值读入用于推导的单元15的特性曲线族中，其中利用该特性曲线族从所存储的值中推导出当前的自适应值。该特性曲线族例如可以是事先根据经验确定的。可替代地，代替特性曲线族也可以使用根据经验所确定的公式。
然后再次离开自适应模式12。利用开关17转换到正常运行，其中转换到正常运行的最早时刻是探测到汽泡的时刻，而最迟转换时刻则应当是确定自适应值的时刻，以使高压泵5的供给系数不会明显变差。
于是，在正常运行中利用修正后的额定压力对低压系统2的预压进行控制，其中所述修正后的额定压力根据高压泵之前的燃料的温度和当前所确定的自适应值从由蒸汽压力曲线9得到的压力值的总和中来得出。
实例B：在施加振荡情况下的自适应模式
类似于实例A，实例B中的燃料供应系统同样由无回流的调节式高压系统1和控制式低压系统2组成，如图1所示。功能方式的区别在于，在对低压泵7的输送功率要求施加振荡的情况下执行自适应模式。
高压系统1是调节式系统，如实例A所述。
低压系统2是控制式系统并且在图3中示意性示出。控制式低压系统2的额定预压可变地通过蒸汽压力曲线9来预先规定，其方式是利用用来检测温度的装置14.2来检测高压泵5之前的燃料的温度，并读入到通过在最差情况下要接纳的燃料(例如具有12至14PSI的冬季燃料)的蒸汽压力曲线9所预先规定的特性曲线族上，由此推导出压力值，并添加自适应值。通过自适应单元10预先规定自适应开始值和/或者在自适应模式中所确定的自适应值。在自适应模式中所确定的自适应值在此既表示低压泵7的当前容差范围，也表示当前的燃料品质。
利用修正后的额定预压来对预控制特性曲线族16定址。预控制特性曲线族16包含低压泵7的与压力有关的输送功率要求值。通过电压、起动过调量和滑移断路修正18对输送功率要求值进行修正，并且输出到低压泵7的功率输出级上。
在图5示意性所示的自适应模式中，借助于自适应单元10确定自适应值。并非以连续方式进行确定，而是如在实例A中所阐明的那样，以各个离散事件主动学习。
如果用于触发的单元11识别出学习事件，则开始自适应模式12，其中在第一个步骤中所施加的自适应开始值保持不变，并且将振荡施加给低压泵7的输送功率要求(图5，曲线y2)，其中相应地改变低压系统中的预压。如果没有探测到汽泡，则逐步降低预先规定的自适应开始值(图5，曲线y1)，直至在高压泵5之前形成汽泡为止。将高压调节器6的确定的调节器应答变化(图5，曲线y3)用作探测汽泡形成的准则。利用用来检测调节器应答变化的装置13来记录这种变化，其中在将调节器应答提高一个所定义的容积值时，检测在该时刻所出现的降低了的自适应开始值。所述工艺参数被存储在用于推导的装置15中，并且被提高一个安全值，并且从而自适应值被推导出。
然后再次离开激活的自适应模式12。然后在正常运行模式中利用修正后的额定预压对低压系统2的预压进行控制，其中由从蒸汽压力曲线9得到的压力值的总和以及当前所确定的自适应值中得出所述修正后的额定预压。
附图标记清单
1高压系统
2低压系统
3喷射系统
4内燃机
5高压泵
6高压调节器
7低压泵
8控制单元
9蒸汽压力曲线
10自适应单元
11用于触发的单元
12自适应模式
13用于检测调节器应答变化的装置
14用于检测工艺参数的装置
14.1用于检测功率特征的装置
14.2用于检测温度的装置
15用于推导的单元
16预控制特性曲线族
17开关
18修正
19流量控制阀
20高压传感器

Claims (23)

1.用于给内燃机供应燃料的方法，其中
-低压泵和高压泵为内燃机输送燃料，其中
-低压泵为高压泵提供燃料输送量，并且产生施加在高压泵上的预压，并且
-高压泵以内燃机的喷射系统中的喷射压力提供输送量，并且其中
-将预压调整到通过燃料的蒸汽压力曲线所确定的可变额定预压，
-利用高压调节器对喷射压力进行调节，并且
-利用自适应值修正与额定预压对应的低压泵控制值，
其特征在于，
-在自适应模式中确定自适应值，其中
-在自适应模式中，
-改变预压，直至在高压泵之前形成汽泡为止，
-通过高压调节器的调节器应答变化来探测汽泡的形成，并且
-在探测到汽泡时确定当前的工艺参数，从所述工艺参数中推导出自适应值，
-其中对高于燃料蒸汽压力的额定预压进行调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在自适应模式中通过对与额定预压对应的低压泵控制值施加振荡来改变预压。
3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于：在自适应模式中逐步降低预压。
4.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：在稳定的运行条件下，以预先确定的间隔执行自适应模式。
5.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：在重新起动发动机之后，在稳定的运行条件下执行自适应模式。
6.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：根据在最差情况下要接纳的燃料的蒸汽压力曲线来预先规定额定预压。
7.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：在自适应模式中降低预压，直至达到调节器应答的预先规定的最大允许变化为止。
8.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：通过降低自适应开始值来降低预压，并且将降低的自适应开始值确定为当前的工艺参数，从所述工艺参数中推导出自适应值。
9.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：将低压泵的功率特征确定为当前的工艺参数，从所述工艺参数中推导出自适应值。
10.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：将燃料的温度确定为当前的工艺参数，从所述工艺参数中推导出自适应值。
11.根据权利要求9和10所述的方法，其特征在于：在达到调节器应答的预先规定的最大允许变化时，检测低压泵输送功率的当前值以及燃料温度的当前值，并从这些值中推导出自适应值。
12.根据权利要求9至11中任一权利要求所述的方法，其特征在于：从至少一个将自适应值分配给工艺参数的特性曲线族中推导出自适应值。
13.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：在确定自适应值之后离开自适应模式。
14.根据上述任一权利要求所述的方法，其特征在于：通过作为调节器应答所得出的、为了输送相同的燃料量而要额外投入的高压泵压缩容积来探测汽泡的形成。
15.用于给内燃机供应燃料的设备，其中至少包括
-节式高压系统(1)，其至少具有
-用来将燃料喷入内燃机(4)中的喷射系统(3)，
-用来将燃料从低压系统(2)输送到喷射系统(3)中的高压泵(5)，
和
-用来对喷射系统(3)中的喷射压力进行调节的高压调节器(6)，以及
-控制式低压系统(2)，其至少具有
-用来将燃料从燃料箱输送到高压系统(1)中的低压泵(7)，和
-用来在低压系统(2)中对通过燃料的蒸汽压力曲线(9)所预先规定的可变额定预压进行调整的控制单元(8)，其具有用来在自适应模式(12)中产生自适应值以修正预先规定的额定预压的自适应单元(10)，其中自适应单元(10)至少包括
-用来触发自适应模式(12)的单元(11)，其中低压系统中的预压被改变，
-用来在自适应模式(12)中当在低压系统中形成汽泡时检测高压调节器(6)的调节器应答的变化的装置(13)，
-用来检测工艺参数(14)的装置，以及
-用来从所检测的工艺参数中推导出自适应值的单元(15)。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于：用来调节喷射压力的高压调节器(6)与布置在低压泵(7)和高压泵(5)之间的流量控制阀(19)以及布置在喷射系统(3)中的高压传感器(20)相连接。
17.根据权利要求15或者16中任一权利要求所述的设备，其特征在于：高压泵(5)是往复活塞泵。
18.根据上述权利要求15至17中任一权利要求所述的设备，其特征在于：用来检测调节器应答变化的装置(13)是用来检测额外要投入的高压泵压缩容积以在形成汽泡时输送相同燃料量的装置。
19.根据权利要求15至18中任一权利要求所述的设备，其特征在于：低压泵(7)是电燃料泵。
20.根据权利要求15至19中任一权利要求所述的设备，其特征在于：用来检测工艺参数的装置(14)包括用来检测低压泵功率特征的装置(14.1)。
21.根据权利要求15至20中任一权利要求所述的设备，其特征在于：用来检测工艺参数的装置(14)包括用来检测燃料温度的装置(14.2)。
22.根据权利要求15至21中任一权利要求所述的设备，其特征在于：用来推导自适应值的单元(15)具有至少一个将自适应值分配给工艺参数的特性曲线族。
23.根据权利要求15至22中任一权利要求所述的设备，其特征在于：喷射系统(3)是共轨系统。
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