DE4304110A1 - Kraftstoffeinspritzungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Kraftstoffeinspritzungssteuersystem für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzungssteuer
system für eine Brennkraftmaschine, bei der insbesondere ein
Katalysator beim Kaltstart der Brennkraftmaschine schnell
aktiviert wird ohne Nachteil für den Betrieb in einer gering
belasteten Betriebsphase der Brennkraftmaschine, wodurch eine
sofortige Auspuffgasfilterfunktion für die Auspuffgasfilte
rung möglich wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffeinspritzungs
steuersystem für eine Brennkraftmaschine, bei der insbeson
dere das Auftreten von schädlichen Auspuffgasbestandteilen
mit Erfolg vermindert werden kann durch einen schnellen An
stieg der Katalysatortemperatur im Zeitpunkt des Kaltstarts
der Brennkraftmaschine.
Bei vielen in einem Fahrzeug, wie einem Kraftfahrzeug und
dergleichen, angeordneten Brennkraftmaschinen ist im Auspuff
kanal der Brennkraftmaschine ein Katalysator zum Filtern der
Auspuffgase vorgesehen. Der Katalysator wird bei gegebenen
Temperaturen aktiviert und führt eine Auspuff-Filterfunktion
aus. Hierzu hält der Katalysator vorzugsweise vorgegebene
Temperaturen so ein, daß er ein vollkommenes Auspuff-Filter
verhalten hat.
Bei einigen Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge ist auch ein
Kraftstoffeinspritzungssteuersystem vorgesehen, das den mit
schädlichen Auspuffbestandteilen, dem spezifischen Kraft
stoffverbrauch und dergleichen verbundenen Problemen entge
genwirkt. Änderungen des Betriebszustands der Brennkraft
maschine, wie Motorbelastung, Motordrehzahl, Kühlwasser
temperatur und Einlaßluftmenge werden als elektrische Signale
in das Kraftstoffeinspritzungssteuersystem eingegeben. Das
Kraftstoffeinspritzungssteuersystem betätigt dann die Kraft
stoffeinspritzventile bei jeder Zündperiode gemäß den Werten
der elektrischen Signale. Hierdurch wird die Kraftstoffein
spritzmenge gesteuert.
Beispiele hierfür sind angegeben in den offengelegten japa
nischen Patentanmeldungen 61-76741 und 2-259279.
Gemäß einem Beispiel der obigen Anmeldung 61-76741 wird bei
Fortsetzung der stetigen Fahrt eines Fahrzeugs die Zündver
stellung auf spät eingestellt, um ein Abfallen der Kataly
satortemperatur unter gegebene Temperaturen zu verhindern.
Gleichzeitig wird ein Leistungsabfall auf Grund der Spätzün
dung durch das Öffnen eines Leerlaufsteuerventils ausge
glichen.
Gemäß einem weiteren Beispiel der obigen Anmeldung 2-295279
wird bei Absinken der Leerlaufdrehzahl unter ihren Sollwert
der Bezugszündverstellung-Vorauseilwinkel so korrigiert, daß
die Zündung der Brennkraftmaschine mit einer nun korrigierten
Einstellung erfolgt. Hierdurch werden die Motorleistung ver
größert und die Drehzahl erhöht. Wenn die Drehzahl höher als
ihr Sollwert ist, wird die Bezugszündverstellung um einen
Nacheilwinkel so korrigiert, daß die Drehzahl abgesenkt wird.
Diese kontinuierliche Rückkopplung der Drehzahl läßt die
Motordrehzahl auf ihren Sollwert konvergieren. Wenn der Motor
eine niedrigere Temperatur hat, wird die Bezugszündver
stellung während des Leerlaufs um einen entsprechenden Betrag
auf einen Nacheilwinkel festgelegt. Hierdurch wird selbst bei
niedrigen Motortemperaturen ein stabiler Leerlauf erzielt.
Dies unterstützt auch den Katalysator, um die Motoraufwärmung
zu beschleunigen, während die Motordrehzahl stabilisiert und
der Motorabwürgwiderstand gegenüber äußeren Lasten bei nie
drigen Motortemperaturen verbessert werden.
Um die Aktivität eines Katalysators durch einen Anstieg
seiner Temperatur beim Kaltstart zu fördern, wird bei der
Brennkraftmaschine mit dem Kraftstoffeinspritzungssteuer
system die Zündverstellung um einen gegebenen Winkel (zum
Beispiel 40) verstellt, und zwar unter der Steuerung eines
elektronisch gesteuerten Zündungssteuersystems während einer
gegebenen Zeitdauer oder bis eine gegebene Kühlwassertempe
ratur nach dem Kaltstart erreicht ist. Hierdurch wird der
Verbrennungszustand verändert.
Bei den bisherigen Kraftstoffeinspritzungssteuersystemen für
eine Brennkraftmaschine wird die Zündverzögerung um einen
Festwert (4°) beim Kaltstart der Brennkraftmaschine verzö
gert, um den Verbrennungszustand so zu verändern, daß die
Katalysatortemperatur erhöht wird. Jedoch ist die Anstiegs
geschwindigkeit der Katalysatortemperatur zu gering, um
schädliche Auspuffgase, wie Kohlenmonoxid und dgl. ausrei
chend einzuschränken. Somit besteht der Nachteil, daß Spät
zündung allein den Katalysator nicht ausreichend aktiviert.
Im Hinblick auf auf die schädlichen Auspuffbestandteile be
zogenen Bestimmungen, die in der letzten Zeit sogar noch
strenger geworden sind, hat eine einfache Spätzündung den
Nachteil, diese Bestimmungen nicht zu erfüllen. Es besteht
ferner ein weiterer Nachteil darin, daß diese Spätzündung für
den Teillastbetrieb einer Brennkraftmaschine von Nachteil
ist.
Zur Beseitigung der oben erwähnten Nachteile sieht die Erfin
dung ein Kraftstoffeinspritzungssteuersystem für eine Brenn
kraftmaschine mit einem Katalysator im Auspuffkanal vor, das
sich dadurch auszeichnet, daß jeder Zylinder mit einem Kraft
stoffeinspritzventil versehen ist zum Einspritzen von Kraft
stoff in einer Bezugskraftstoffeinspritzmenge, die entspre
chend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine festgelegt ist,
daß jeder Zylinder mit einer Zündkerze versehen ist zum Er
zeugen eines Zündfunkens in jeder Periode der Bezugszündver
stellung, die entsprechend dem Lastzustand der Brennkraft
maschine festgelegt ist, und daß eine Steuereinrichtung vor
gesehen ist zum Steuern der Kraftstoffeinspritzventile
derart, daß die Bezugskraftstoffeinspritzmenge um einen
unterschiedlichen Betrag je Zylinder erhöht oder verringert
wird ohne Änderung der gesamten Bezugskraftstoffein
spritzmenge und zum Ändern dieser Kraftstoffzunahme und
-abnahme gemäß dem Lastzustand der Brennkraftmaschine, wobei
die Steuereinrichtung ferner die Zündkerzen derart steuert,
daß die Bezugszündverstellung um einen vom Zylinder von
Zylinder unterschiedlichen Betrag verzögert wird und daß
diese Verzögerung entsprechend dem Lastzustand der Brenn
kraftmaschine variiert wird, wodurch diese Steuerung durch
die Steuereinrichtung nur dann erfolgt, wenn die Brennkraft
maschine in einem Zustand läuft, der vorgegebene Bedingungen
erfüllt.
Wenn gemäß der obigen Konstruktion der Erfindung eine Brenn
kraftmaschine in einem Zustand betrieben wird, der sich an
gegebene Bedingungen anpaßt, wird eine Bezugskraftstoffein
spritzmenge durch eine Steuereinrichtung so geregelt, daß sie
um eine von Zylinder zu Zylinder veränderliche Menge zunimmt
oder abnimmt, ohne daß sich die Gesamtmenge der Bezugskraft
stoffeinspritzmenge ändert. Gleichzeitig wird eine solche
Kraftstoffzunahme oder -abnahme durch die Steuereinrichtung
so geregelt, daß sie gemäß dem Lastzustand der Brennkraftma
schine variiert. Ferner wird die Bezugszündverstellung durch
die Steuereinrichtung so gesteuert, daß sie um einen von
Zylinder zu Zylinder unterschiedlichen Betrag auf Spätzündung
eingestellt wird. Gleichzeitig wird diese Spätzündung durch
die Steuereinrichtung so gesteuert, daß sie gemäß dem Lastzu
stand der Brennkraftmaschine variiert. Folglich ist die Zünd
verstellung natürlich verspätet. Überdies variiert die Kraft
stoffeinspritzmenge mit den Zylindern gemäß dem Lastzustand
der Brennkraftmaschine, während die gesamte Kraftstoffein
spritzmenge unverändert bleibt, wodurch der Kraftstoff zuge
führt wird. Darüber hinaus variiert die Zündverstellung mit
den Zylindern in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraft
maschine, wodurch in dieser die Zündung erfolgt.
Die Erfindung sieht auch ein Kraftstoffeinspritzungssteuer
system für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern vor
zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in die Brenn
kraftmaschine durch Krafteinspritzventile in Abhängigkeit von
einem Zündsignal, das sich auszeichnet durch eine Steuerein
richtung, die ein Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmengen
zwischen den Zylindern ändert, jedoch die Gesamtmenge des in
die Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs für jede
Zündperiode konstant hält, wenn die Brennkraftmaschine bei
niedriger Temperatur gestartet wird, wobei die Steuerein
richtung jeden Verzögerungswinkel der Zündverstellung je
Zylinder ändert.
Gemäß der obigen Konstruktion der Erfindung werden eine
Kraftstoffeinspritzmenge und eine Zündverstellung je Zylinder
variiert mit jeder Zündperiode beim Kaltstart einer Brenn
kraftmaschine, d. h., wenn eine kalte Brennkraftmaschine
gestartet wird. Als Ergebnis steigt die Katalysatortemperatur
schneller an als in den vorhergehenden Fällen, was die Akti
vität eines Katalysators weiter beschleunigt. Das Auftreten
von schädlichen Auspuffbestandteilen kann hierdurch mit Er
folg verringert werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an
Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Kraftstoffein
spritzungssteuersystems für eine Brennkraftmaschine
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Steuerfließdiagramm;
Fig. 3 eine Zeittafel, in der die Kraftstoffeinspritzmenge
und die Zündverzögerung mit den Zylindern variieren
gemäß einem Lastzustand der Brennkraftmaschine;
Fig. 4 eine Kontrollwerttabelle, die gemäß den Änderungen
einer Kraftstoffzunahme und -abnahme und einer Zünd
verzögerung zwischen einer ersten und einer fünften
Phase festgelegt ist, wobei die Phasen entsprechend
dem Lastzustand der Brennkraftmaschine bestimmt sind;
Fig. 5 eine Zeittafel, in der die Kraftstoffeinspitzmenge zu
nimmt und abnimmt und die Zündverzögerung für jeden
der Zylinder verzögert wird gemäß Lastzustand der
Brennkraftmaschine;
Fig. 6 ein systematisches Blockdiagramm eines Kraftstoffein
spritzungssteuersystems für eine Brennkraftmaschine
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 ein Fließdiagramm einer Kraftstoffeinspritzsteuerung;
Fig. 8 eine Zeittafel einer Kraftstoffeinspritzsteuerung und
Zündsteuerung.
Fig. 1 bis 5 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung.
In einem Fahrzeug ist eine Brennkraftmaschine 2 angeordnet.
Ein (nicht gezeigter) Luftfilter, ein Ansaugrohr 4, ein Sam
melbehälter 6 und ein Ansaugkrümmer 8 sind aufeinanderfolgend
an die Brennkraftmaschine 2 angeschlossen, wobei ein Einlaß
kanal 10 zwischen Zylindern I und IV angeschlossen ist. Im
Einlaßkanal 10 ist ein Drosselventil 12 vorgesehen. Zusätz
lich sind ein Auspuffkrümmer 14, ein Auspuffrohr 16 und ein
(nicht gezeigter) Schalldämpfer aufeinanderfolgend an die
Brennkraftmaschine 2 angeschlossen, wobei ein Auspuffkanal 18
zwischen dem Zylinder I und IV angeschlossen ist.
Bei der Brennkraftmaschine 2 ist im Auspuffkanal 18 ein Kata
lysator 20 zur Filterung der Auspuffgase vorgesehen. Zusätz
lich sind bei der Brennkraftmaschine 2 Kraftstoffeinspritz
ventile 22-1 bis 22-4 für die jeweiligen Zylinder I bis IV
vorgesehen. Ferner sind Zündkerzen 24-1 bis 24-4 für die je
weiligen Zylinder I bis IV vorgesehen.
Die Kraftstoffeinspritzventile 22-1 bis 22-4 sind mit einem
(nicht gezeigten) Kraftstofftank verbunden. Wie im einzelnen
noch zu beschreiben, steuert eine Steuerstation 30 (etwa ein
programmierbarer Rechner) zwischen den Kraftstoffeinspritz
ventilen 22-1 bis 22-4 derart, daß Kraftstoff in einer einer
Bezugskraftstoffeinspritzmenge entsprechenden Menge, die
entsprechend einem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2 ein
gestellt ist, abwechselnd in einen der Zylinder I bis IV
eingespritzt wird. Die Zündkerzen 24-1 bis 24-4 sind mit
einem Verteiler 26 verbunden, der seinerseits mit einer
Zündspule 28 verbunden ist. Wie im einzelnen noch zu be
schreiben, steuert die Steuerstation 30 die Zündkerzen 24-1
bis 24-4 derart, daß zu einer Bezugszündungszeit Zündfunken
abwechselnd in einem der Zylinder I bis IV erzeugt werden,
wobei die Bezugszündzeit gemäß dem Lastzustand der Brenn
kraftmaschine 2 festgelegt ist.
Die als Steuereinrichtung wirkende Steuerstation 30 ist ver
bunden mit den Kraftstoffeinspritzventilen 22-1 bis 22-4, den
Zündkerzen 24-1 bis 24-4, dem Verteiler 26 und der Zündspule
28. Die Steuerstation 30 ist ferner verbunden mit einem Leer
laufschalter 32, der während des Leerlaufs der Brennkraftma
schine auf "EIN" geschaltet ist; einem Fahrzeuggeschwindig
keitssensor 34 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit;
einem Kurbelwinkelsensor 36 zum Erfassen der Drehwinkel der
Motorkurbelwelle; einem Motordrehzahlsensor 38 zum Erfassen
der Motordrehzahl; einem Drosselöffnungssensor 40 zum Erfas
sen des Öffnungsgrads des Drosselventils 12; einem Kühlwas
sertemperatursensor 42 zum Erfassen der Temperatur des Kühl
wassers der Brennkraftmaschine 2; einem Einlaßlufttempera
tursensor 44 zum Erfassen der Temperatur der in den Einlaß
kanal 20 eingeführten Luft; einem Zündspulensensor 48 zum
Eingeben eines Zündimpuls in die Steuerstation 30 und einem
Katalysatortemperatursensor 46 zum Erfassen der Temperatur
des Katalysators 20. Das vom Drosselöffnungssensor 40 gelie
ferte Drosselöffnungssignal kann durch irgendein anderes
Signal ersetzt werden, das den Lastzustand der Brennkraft
maschine 2 wiedergibt, zum Beispiel ein Saugrohrunter
drucksignal.
Gemäß den von den Sensoren 32 bis 48 eingegebenen Signalen
steuert die Steuerstation 30 den Kraftstoffstrom zu und zwi
schen den Kraftstoffeinspritzventilen 22-1 bis 22-4 derart,
daß Kraftstoff in einer der Bezugskraftstoffeinspritzmenge
entsprechenden Menge, die gemäß dem Lastzustand der Brenn
kraftmaschine 2 festgelegt ist, aufeinanderfolgend in die
Zylinder I bis IV eingespritzt wird. Sie steuert auch zwi
schen der ersten bis vierten Zündkerze 24-1 bis 24-4 derart,
daß in den Zylindern I bis IV ein Zündfunken mit der Bezugs
zündverstellung erzeugt wird, die entsprechend dem Lastzu
stand der Brennkraftmaschine 2 festgelegt ist.
Wenn, wie in Fig. 2 bis 5 gezeigt, die Brennkraftmaschine 2
in einem gegebene Bedingungen erfüllenden Zustand betrieben
wird, steuert die Steuerstation 30 jedes der Kraftstoffein
spritzventile 22-1 bis 22-4 in Abhängigkeit von den Signalen
von den oben angegebenen Sensoren, um die Bezugskraftstoff
einspritzmenge um einen Betrag F zu erhöhen oder zu verrin
gern, der von den Zylindern I bis IV variiert, und dies ohne
Änderung der gesamten Bezugskraftstoffeinspritzmenge. Zusätz
lich ändert die Steuerstation 30 diese Kraftstoffzunahme und
-abnahme F abwechselnd auf F1 bis F3 entsprechend dem Lastzu
stand der Brennkraftmaschine 2. Die Steuerstation 30 steuert
ferner jede der Zündkerzen 24-1 bis 24-4 derart, daß die Be
zugszündverstellung um einen Betrag T verzögert wird, der von
dem Zylinder I bis zum Zylinder IV variiert, und ändert zu
sätzlich diese Verzögerung T abwechselnd auf T1 bis T4 ent
sprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2.
Im einzelnen hängt es ab von der Kühlwassertemperatur t, der
Motordrehzahl Ne, der Fahrzeuggeschwindigkeit V und vom Leer
laufschalter 32, ob ein Laufzustand der Brennkraftmaschine 2
die gegebenen Bedingungen erfüllt. Es kann festgelegt werden,
daß der Laufzustand der Brennkraftmaschine 2 die gegebenen
Bedingungen erfüllt, wenn die folgenden Zustände gefunden
werden: die Kühlwassertemperatur t ist gleich oder kleiner
als der Sollwert t1 (°C) hiervon, die Motordrehzahl Ne
(U/min) ist gleich oder größer als ein erster Sollwert N1
hiervon und ist kleiner als ein zweiter Sollwert N2 hiervon,
die Fahrzeuggeschwindigkeit V (km/h) ist gleich oder größer
als ein erster Sollwert V1 hiervon und ist kleiner als ein
zweiter Sollwert V2 hiervon und der Leerlaufschalter 32 ist
auf AUS geschaltet. Wenn irgendeine dieser Bedingungen nicht
erfüllt ist, kann bestimmt werden, daß keine vorgegebenen
Bedingungen erfüllt ist. Abwechselnd kann die Temperatur des
Katalysators 20, die durch den Katalysatortemperatursensor 46
erfaßt wird, als eine der Bedingungen zugefügt werden zum Be
stimmen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine 2.
Demnach kann festgelegt werden, daß sich die Brennkraftma
schine 2 in kaltem Zustand befindet, je nachdem ob die Kühl
wassertemperatur t gleich oder kleiner als der Sollwert t1
ist. Der Betrieb bei niedrigen und hohen Drehzahlgrenzen kann
in Betracht gezogen werden, wenn die Motordrehzahl Ne inner
halb einer festgelegten Grenze liegt (d. h. Ne ist gleich oder
größer als N1 und ist kleiner als N2). Eine niedrige Grenze
für die Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Rennzustand können in
Betracht gezogen werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V
innerhalb festgelegter Grenzen liegt (d. h. V ist gleich oder
größer als V1 und ist kleiner als V2). Wenn der Leerlauf
schalter 32 auf AUS geschaltet ist, kann die Betriebsfähig
keit in Betracht gezogen werden, ohne daß eine solche Steu
erung während des Leerlaufs der Brennkraftmaschine 2 ausge
führt wird.
Wenn gemäß Fig. 5 die vorgegebenen Bedingungen erfüllt sind,
wird die Bezugskraftstoffeinspritzmenge so geregelt, daß sie
um einen Betrag F zu- oder abnimmt, der zwischen Zylinder I
und Zylinder IV variiert, wobei die gesamte Bezugskraftstoff
einspritzmenge unverändert bleibt. Ferner wird die Bezugs
zündverstellung so gesteuert, daß sie um einen Betrag T nach
eilt, der zwischen Zylinder I und Zylinder IV variiert. Zum
Variieren der Kraftstoffzunahme oder -abnahme F und der Zünd
verstellungsverzögerung T entsprechend den Zylindern I bis IV
in der obigen Weise müssen spezifische Bedingungen für das
Variieren der Größen F und T bei jedem der Zylinder I bis IV
daran gehindert werden, sich auf gewisse Zylindern der Brenn
kraftmaschine 2 zu konzentrieren. Die Kraftstoffzunahme und -
-abnahme F und die Zündverstellungsverzögerung T, die von
einem zum anderen Zylinder abweichen muß, variieren demnach
auf einer "Drei"-Phasenbasis mit Bezug zu "vier", d. h. der
Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine 2. Mit anderen
Worten, ein Veränderungsmuster, das gleich der Anzahl der
Zylinder -1 ist, wird gebildet mit Bezug auf die Gesamtzahl
der Zylinder, d. h "vier". Änderungsperioden in Beträgen F
und T für jeden der Zylinder I bis IV werden hierdurch
entsprechend verschoben, um zu verhindern, daß die oben
angegebenen spezifischen Bedingungen sich auf gewisse Zylin
der der Brennkraftmaschine 2 konzentrieren. Dies ist in Fig.
3 als Diagramm dargestellt. Alternativ können Phasen, bei
denen solche Veränderungen auftreten, gegeneinander versetzt
sein mit Bezug auf die Anzahl der Zylinder. Daher ist die
Erfindung nicht auf das oben beschriebene Veränderungsmuster
von "Zylinderzahl minus 1" beschränkt.
Gemäß Fig. 3 und 4 wird die Kraftstoffzunahme und -abnahme F,
die somit zwischen den Zylindern I bis IV variieren kann, so
geregelt, daß sie sich in Abhängigkeit vom Lastzustand der
Brennkraftmaschine 2 abwechselnd zu einem von F1 bis F3 än
dert. Gleichzeitig wird die Zündverstellungsverzögerung T,
die somit zwischen den Zylindern I bis IV variieren kann, so
gesteuert, daß sie sich in Abhängigkeit vom Lastzustand der
Brennkraftmaschine 2 abwechselnd zu einem von T1 bis T3 än
dert. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird im einzelnen der Last
zustand der Brennkraftmaschine 2 in fünf Kategorien einge
teilt, nämlich eine erste Phase bis zu einer fünften Phase
entsprechend dem Grad der Drosselöffnung th. Gemäß dem Last
zustand der Brennkraftmaschine 2 werden dann die Kraftstoff
zunahmen oder -abnahmen zwischen F1 und F3 und die Zündver
stellverzögerungen zwischen T1 und T3 aus einer Steuerwert
tabelle gelesen (wie Fig. 4), in der die Beträge F1 bis F3
und T1 bis T3 so festgesetzt sind, daß sie von der ersten bis
zur fünften Phase voneinander abweichen. Wie in Fig. 3 ge
zeigt, variieren die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zünd
verstellung entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftma
schine 2 mit den Kraftstoffzunahmen und -abnahmen von F1 bis
F3 und den Zündverstellverzögerungen von T1 bis T3, die aus
der oben beschriebenen Steuerwerttabelle gelesen werden. Dies
bedeutet, daß die Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge und
die Zündverstellung mit abnehmender Last abnehmen, jedoch mit
zunehmender Last stark zunehmen.
Wenn folglich der Laufzustand der Brennkraftmaschine 2 die
vorgegebenen Bedingungen erfüllt, steuert die Steuerstation
30 die Kraftstoffeinspritzventile 22-1 bis 22-44 derart, daß
die Bezugskraftstoffeinspritzmenge um den vom Zylinder I bis
Zylinder IV unterschiedlichen Betrag F ohne Änderung der ge
samten Bezugskraftstoffeinspritzmenge und ändert zusätzlich
diese Kraftstoffzunahme oder -abnahme F abwechselnd in einen
der Werte F1 bis F3 entsprechend dem Lastzustand der Brenn
kraftmaschine 2. Die Steuerstation 30 steuert ferner die
Zündkerzen 24-1 bis 24-4 derart, daß die Bezugszündverstel
lung um den von Zylinder I bis Zylinder IV unterschiedlichen
Betrag T verzögert wird, und ändert zusätzlich diese Verzö
gerung T abwechselnd in einen der Werte T1 bis T3 entspre
chend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2.
Als nächstes wird der Betrieb der Ausführungsform der Er
findung beschrieben.
Wenn gemäß Fig. 2 die Brennkraftmaschine 2 gestartet wird
(Schritt 100), bestimmt die Steuerstation 30, ob ein Lauf
zustand der Brennkraftmaschine 2 die vorgegebenen Bedingungen
erfüllt (Schritt 102 bis Schritt 104).
Im einzelnen wird im Schritt 102 bestimmt, ob die Kühlwasser
temperatur t gleich oder kleiner als der Sollwert Tt ist. Es
wird dann im Schritt 104 bestimmt, ob die Motordrehzahl Ne
innerhalb der festgelegten Grenze liegt (d. h. Ne ist gleich
oder größer als N1, jedoch kleiner als N2). Danach wird im
Schritt 106 bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V in
nerhalb der festgesetzten Grenzen liegt (d. h. V ist gleich
oder größer als V1, jedoch kleiner als V2). Es wird im
Schritt 108 bestimmt, ob der Leerlaufschalter 32 auf AUS
geschaltet ist.
Bei JA in allen Schritten 102 bis 108 wird angegeben, daß der
Laufzustand der Brennkraftmaschine 2 den vorgegebenen Bedin
gungen genügt. Danach wird der Drosselöffnungsgrad th ge
prüft, um zu bestimmen, unter welche Kategorie zwischen der
ersten und der fünften Phase der Lastzustand der Brennkraft
maschine 2 fällt (Schritt 110). Die Kraftstoffzunahme oder
-abnahme von F1 bis F3 und die Zündverstellverzögerungen von
T1 bis T3 werden aus der in Fig. 4 gezeigten Steuerwertta
belle gelesen.
Gemäß Fig. 3 erfolgt die Steuerung derart, daß eine Zunahme
oder Abnahme der Kraftstoffmenge und eine Verzögerung der
Zündverstellung gemäß dem Belastungszustand der Brennkraft
maschine 2 variieren mit Mengen von F1 bis F3 bzw. T1 bis T3
(Schritt 112), die aus der im Schritt 110 bestimmten ersten
Phase bis fünften Phase gelesen werden. Dann wird die
Steuerung zum Schritt 102 zurückgeführt.
Bei einem NEIN bei irgendeinem der Schritte 102 bis 108 wird
der Steuerung ein Arbeiten nicht gestattet. Wenn im einzelnen
die Kühlwassertemperatur t über dem Sollwert t1 liegt (d. h.
t ist größer als t1) wird die oben beschriebene Steuerung für
den Schritt 112 abgebrochen (Schritt 114). Folglich wird die
Steuerung beendet, wenn t gleich oder kleiner als t1 ist und
nach der Rückkehr vom Schritt 112 zum Schritt 102. Bei NEIN
bei den Schritten 104 bis 108 wird die Steuerung zum Schritt
102 zurückgeführt.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist und wenn die
Brennkraftmaschine 2 in einem mit den vorgegebenen Bedingun
gen übereinstimmenden Zustand läuft, wird die Bezugskraft
stoffeinspritzmenge durch die Steuerstation 30 so geregelt,
daß sie um den Betrag F zunimmt oder abnimmt, der vom Zylin
der I zum Zylinder IV variiert, und zwar ohne Änderung der
gesamten Bezugskraftstoffeinspritzmenge. Gleichzeitig wird
diese Kraftstoffzunahme oder -abnahme F durch die Steuersta
tion 30 so geregelt, daß sie sich abwechselnd auf einen der
Werte F1 bis F3 ändert entsprechend dem Belastungszustand der
Brennkraftmaschine 2. Ferner wird die Bezugszündverstellung
durch die Steuerstation 30 so gesteuert, daß sie sich um
einen vom Zylinder I zum Zylinder IV unterschiedlichen Betrag
T verzögert. Gleichzeitig wird diese Verzögerung T durch die
Steuerstation 30 so gesteuert, daß sie sich abwechselnd auf
einen der Werte T1 bis T3 ändert entsprechend dem Bela
stungszustand der Brennkraftmaschine 2.
Folglich wird natürlich die Zündverstellung wie beim Stand
der Technik auf Spätzündung eingestellt. Ferner variiert die
Kraftstoffeinspritzmenge vom Zylinder I zum Zylinder IV ent
sprechend dem Belastungszustand der Brennkraftmaschine 2,
während die gesamte Bezugskraftstoffeinspritzmenge, die für
jedem der Zylinder I bis IV entsprechend dem Lastzustand der
Brennkraftmaschine 2 festgelegt ist, unverändert bleibt, wo
durch Kraftstoff zugeführt wird. Darüber hinaus unterscheidet
sich die Zündverstellung vom Zylinder I zum Zylinder IV je
nach dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2, wodurch in
dieser eine Funkenzündung erfolgt.
Auf diese Weise variieren die Kraftstoffeinspritzmenge und
die Zündverstellung vom Zylinder I zum Zylinder IV ent
sprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2, ohne daß
der Betrieb in der Teillastbetriebsphase der Brennkraftma
schine beeinträchtigt wird, was für gewöhnlich bei den be
kannten Vorrichtungen der Fall ist.
Zusätzlich gibt es solche Änderungen der Kraftstoffeinspritz
menge und der Zündverstellung bei den Zylindern I bis IV ent
sprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine 2, wodurch
ein schnellerer Anstieg der Auspuffgastemperaturen möglich
wird verglichen mit den bekannten Vorrichtungen, bei denen
ausschließlich die Zündverstellung variiert wird. Folglich
kann der Katalysator 20 schneller aktiviert und die Auspuff-
Filterfunktion sofort ausgeübt werden zur Erzielung einer
Auspuffgasfilterung.
Ferner bewirkt die Steuerstation 30 eine Änderung der Kraft
stoffeinspritzmenge und der Zündverstellung vom Zylinder I
zum Zylinder IV entsprechend dem Lastzustand der Brennkraft
maschine 2 durch die Verwendung der vorhandenen Steuerein
richtung in der Brennkraftmaschine. Folglich kann eine derar
tige Steuerung ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Komponen
ten erfolgen, wodurch geringere Kosten erzielt werden.
Darüber hinaus können die vom Katalysatortemperatursensor 46
ermittelten Temperaturen des Katalysators 20 als eine Bedin
gung zu den vorgegebenen Bedingungen hinzugefügt werden beim
Bestimmen des Laufzustands der Brennkraftmaschine 2. Hier
durch wird unter Beachtung der Katalysatortemperaturen eine
bessere Steuerung erzielt, die für praktische Zwecke vorteil
haft ist.
Aus den obigen Einzelheiten ist ersichtlich, daß die Erfin
dung nicht nur die Zündverstellung verzögert wie bei den be
kannten Vorrichtungen, sondern auch die Kraftstoffeinspritz
menge bei jedem Zylinder entsprechend einem Lastzustand der
Brennkraftmaschine variiert ohne Änderung der gesamten Kraft
stoffeinspritzmenge, wodurch der Kraftstoff zugeführt wird.
Zusätzlich variiert die Erfindung die Zündverstellung bei
jedem Zylinder entsprechend dem Lastzustand der Brennkraft
maschine, wodurch in dieser eine Funkenzündung erfolgt.
Als Ergebnis unterscheiden sich die Kraftstoffeinspritzmenge
und die Zündverstellung von einem Zylinder zum anderen je
nach dem Lastzustand der Brennkraftmaschine, ohne daß dies
für den Betrieb in der Teillastbetriebsphase der Brennkraft
maschine von Nachteil ist, was beim Stand der Technik für ge
wöhnlich der Fall ist. Zusätzlich gibt es solche Verände
rungen der Kraftstoffeinspritzmenge und der Zündverstellung
bei jedem Zylinder entsprechend dem Lastzustand der Brenn
kraftmaschine, wodurch die Auspuffgastemperaturen schneller
ansteigen können verglichen mit dem Stand der Technik, bei
dem nur die Zündverstellung verändert wird. Als Ergebnis kann
der Katalysator schneller aktiviert werden und kann die Aus
puff-Filterfunktion sofort ausgeübt werden zur Erzielung der
Auspuffgasfilterung. Ferner variiert die Steuerstation die
Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündverstellung bei jedem
Zylinder entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine
durch Verwenden von vorhandenen Steuereinrichtungen in der
Brennkraftmaschine. Als Ergebnis kann diese Steuerung ohne
die Notwendigkeit zusätzlicher Komponenten erfolgen.
Es werden nun spezielle Einzelheiten einer zweiten Ausfüh
rungsform der Erfindung an Hand von Fig. 6 bis 8 beschrieben.
Fig. 6 zeigt eine in einem Fahrzeug angeordnete Brennkraftma
schine mit vier Zylindern. Das Bezugszeichen 204 bezeichnet
einen Einlaßkrümmer. Die vier Bezugszeichen 206 stellen
Kraftstoffeinspritzventile dar, die an verschiedenen Zylin
dern vorgesehen sind. Das Bezugszeichen 208 bezeichnet einen
Luftfilter. Das Auspuffsystem der Brennkraftmaschine 202 ist
mit einem nicht gezeigten katalytischen Wandler vorgesehen,
der schädliche Auspuffbestandteile verringert.
Die Brennkraftmaschine 202 ist versehen mit vier Zündkerzen
212, und zwar jeweils eine für jeden der Zylinder, zur Bil
dung einer elektronisch gesteuerten Zündsteuervorrichtung
210, und mit einem mit den Zündkerzen 212 verbundenen Ver
teiler 214. Der Verteiler 214 steht auch in Verbindung mit
einer Zündspule 216.
Die Kraftstoffeinspritzventile 206, der Verteiler 214 und die
Zündspule 216 stehen mit einer Steuereinrichtung (ECU) 218,
etwa einem programmierbaren Rechner, in Verbindung.
Die Steuereinrichtung 218 steht ferner in Verbindung mit
einem Leerlaufschalter 220, der während des Leerlaufs der
Brennkraftmaschine 202 auf EIN geschaltet ist, einem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 222 zum Erfassen der Fahr
zeuggeschwindigkeit, einem Motorkurbelwinkel-Erfassungssensor
224 zum Erfassen des Zustands des Kurbelwinkels, einem Motor
drehzahlsensor 226 zum Erfassen der Motordrehzahl, einem
Lasterfassungssensor 228 (zum Beispiel einem Drosselsensor)
zum Erfassen des Lastzustands der Brennkraftmaschine 202,
einem Kühlwassertemperatursensor 230 zum Erfassen der Kühl
wassertemperatur in der Brennkraftmaschine 202, einem Einlaß
lufttemperatursensor 232 zum Erfassen der Temperatur der zur
Brennkraftmaschine 202 gelieferten Einlaßluft, einem Zündim
puls-Erfassungssensor 234 zum Erfassen des Zündimpulses und
einem Katalysatortemperatursensor 236 zum Erfassen der Tempe
raturen eines Katalysatorkörpers im katalytischen Wandler.
Die Signale aus diesen verschiedenen Sensoren werden in die
Steuereinrichtung 214 eingegeben, die dann eine Bezugsein
spritzmenge an Kraftstoff je Zylinder und die hiermit verbun
dene Bezugszündverstellung berechnet auf der Basis von bei
spielsweise der Motordrehzahl und der Einlaßluftmenge. Wenn
die Brennkraftmaschine 202 bei niedrigen Temperaturen gestar
tet wird, betätigt und steuert die Steuereinrichtung 218 die
Kraftstoffeinspritzventile 206 zum Ändern des Anteils der
Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern bei gleich
zeitiger Aufrechterhaltung einer konstanten Kraftstoffmenge,
die bei jeder Zündperiode in die Brennkraftmaschine 202 ein
gespritzt wird. Die Steuereinrichtung 218 betreibt und steu
ert auch den Verteiler 214, um jeden Verzögerungswinkel der
Zündverstellung je Zylinder zu ändern.
Als nächstes wird der Betrieb dieser Ausführungsform an Hand
des Fließdiagramms von Fig. 7 und des Zeitdiagramms von Fig. 8
beschrieben.
Das Starten der Brennkraftmaschine 202 aktiviert in der
Steuereinrichtung 218 ein Programm (Schritt 302). Das Pro
gramm bestimmt anfänglich, ob die Temperatur T des Kühlwas
sers oder des Katalysators gleich oder kleiner als eine Soll
temperatur T1 ist (Schritt 304).
Bei JA beim Schritt 304 wird anschließend festgelegt, daß die
Brennkraftmaschine 202 bei niedriger Temperatur gestartet
wird. Das Programm legt dann fegt, ob die Motordrehzahl Ne
gleich oder größer als eine erste Solldrehzahl N1 ist, jedoch
kleiner als eine zweite Solldrehzahl N2 ist (Schritt 306).
Die Motordrehzahl Ne wird somit in diesen gegebenen Grenzen
festgelegt, um einen Betrieb in niedrigen und hohen Drehzahl
bereichen zu ermöglichen.
Bei JA im Schritt 306 bestimmt das Programm dann, ob die
Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder größer ist als die
erste Fahrzeugsollgeschwindigkeit V1, jedoch kleiner ist als
die zweite Fahrzeugsollgeschwindigkeit V2 (Schritt 308). Die
Fahrzeuggeschwindigkeit V wird somit innerhalb dieser gegebe
nen Grenzen festgelegt, um einen Bereich für niedrige Dreh
zahl und einen Rennzustand zu ermöglichen.
Bei JA im Schritt 308 bestimmt dann das Programm, ob der
Leerlaufschalter 20 auf AUS geschaltet ist (Schritt 310).
Dies erfolgt in Anbetracht des Betriebsverhaltens, da die
Steuerung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wäh
rend des Leerlaufs nicht ausgeführt wird.
Bei JA im Schritt 310 gemäß Fig. 8 wird der Anteil der Kraft
stoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern für jede Zündpe
riode geändert (Anstieg oder Abfall der Kraftstoffmenge), wo
bei jeder Verzögerungswinkel der Zündverstellung je Zylinder
geändert wird (Schritt 312).
Im einzelnen wird bei der ersten Zündung A von Fig. 8 Kraft
stoff mit der Bezugseinspritzmenge zum ersten Zylinder (I)
und zum dritten Zylinder (III) geliefert. Jedoch wird die
Kraftstoffeinspritzmenge für den vierten Zylinder (IV) um 10 %
gegenüber der Bezugseinspritzmenge verringert mit einer ent
sprechenden 10%igen Zunahme von derjenigen für den zweiten
Zylinder (II). In diesem Zeitpunkt nehmen der erste Zylinder
(I) und der dritte Zylinder (III) die Bezugszündverstellung
an, während der vierte Zylinder (IV) und der zweite Zylinder
II eine individuelle Zündverstellung annehmen, die um 10 bzw.
5° gegenüber der Bezugszündverstellung verzögert ist.
Bei der zweiten Zündung B von Fig. 8 wird Kraftstoff mit der
Bezugseinspritzmenge zum ersten Zylinder (I) und zum zweiten
Zylinder (II) geliefert. Andererseits wird die Kraftstoffein
spritzmenge für den dritten Zylinder (III) um 10% gegenüber
der Bezugseinspritzmenge herabgesetzt bei entsprechender 10%iger
Zunahme von derjenigen für den vierten Zylinder (IV). In
diesem Zeitpunkt nehmen der erste Zylinder (I) und der zweite
Zylinder (II) die Bezugszündverstellung an, während der drit
te Zylinder (III) und der vierte Zylinder (IV) eine indivi
duelle Zündverstellung annehmen, die um 10 bzw. 5° gegenüber
der Bezugszündverstellung verzögert ist. Auf diese Weise
bleibt die Gesamtmenge des in die Brennkraftmaschine 202
eingespritzten Kraftstoffs bei jeder Zündperiode konstant.
In ähnlicher Weise werden gemäß Fig. 8 bei jeder Periode der
nachfolgende Zündung (Zündung C, D usw.) der Anteil der zwi
schen den Zylindern eingespritzten Kraftstoffeinspritzmenge
und die hiermit verbundene Zündverstellung geändert.
Das heißt, in der Brennkraftmaschine 202 mit vier Zylindern
wird der Anteil der Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zy
lindern geändert ohne eine Änderung der Gesamtmenge des in
die Brennkraftmaschine 202 eingespritzten Kraftstoffs. Zu
sätzlich werden der Anteil der Kraftstoffeinspritzmenge und
der Verzögerungswinkel der Zündverstellung gemäß einem Muster
von drei-vier Mal variiert (d. h. die Anzahl der Zylinder mi
nus 1), um eine Konzentration von spezifischen Bedingungen an
einem bestimmten Zylinder zu vermeiden. Nach Beendigung die
ser Steuerung wird das Programm zum Schritt 304 zurückge
führt.
Bei NEIN in den Schritten 306, 308 und 310 wird das Programm
zum Schritt 304 rückgeführt und setzt die oben beschriebene
Festlegung fort.
NEIN im Schritt 304 gibt an, daß die Temperatur T höher als
die Solltemperatur T1 ist und die Brennkraftmaschine 202
nicht bei niedrigen Temperaturen gestartet wird. Somit wird
die oben beschriebene Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge
und der Zündverstellung abgebrochen (Schritt 314).
Wenn folglich die Brennkraftmaschine 202 bei niedrigen Tempe
raturen gestartet wird, variieren die Kraftstoffeinspritz
menge und die Zündverstellung bei jeder Zündperiode entspre
chend den Zylindern. Veränderungen des Verbrennungszustandes
erhöhen die Katalysatortemperaturen schneller als in den vor
hergehenden Fällen, wodurch ein schneller Anstieg der Kataly
satortemperatur erzielt wird. Dies beschleunigt die Aktivität
des Katalysators, wodurch eine erfolgreiche Verringerung der
schädlichen Auspuffbestandteile möglich ist.
Ferner muß bei der vorliegenden Ausführungsform das Programm
für die Steuereinrichtung 218 lediglich geändert werden, ohne
das Erfordernis von neuen und zusätzlichen Komponenten, wo
durch geringe Kosten erzielt werden.
Aus den oben beschriebenen Einzelheiten ist ersichtlich, daß
die Erfindung eine Steuereinrichtung bildet, die einen Anteil
einer Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern ändert,
während sie die Gesamtmenge des in die Brennkraftmaschine bei
jeder Zündperiode eingespritzten Kraftstoffs unverändert
aufrechterhält, wenn die Brennkraftmaschine bei niedrigen
Temperaturen gestartet wird, wobei die Steuereinrichtung je
den Verzögerungswinkel der Zündverstellung je Zylinder än
dert. Als Ergebnis zeigt die Katalysatortemperatur schneller
als in den vorhergehenden Fällen an, was die Aktivität des
Katalysators beschleunigt. Das Auftreten von schädlichen
Auspuffbestandteilen kann hierdurch mit Erfolg verringert
werden.
Ferner braucht bei der obigen Konstruktion nach der Erfindung
für die Steuereinrichtung nur ein Programm in Betracht gezo
gen werden ohne das Erfordernis neuer Komponenten, wodurch
niedrige Kosten erzielt werden.
Claims (2)
1. Kraftstoffeinspritzungssteuersystem für eine Brennkraft
maschine mit einem Katalysator im Auspuffkanal,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Zylinder (I bis IV) mit Kraftstoffeinspritz ventilen (22-1 bis 22-4) versehen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in einer Bezugskraftstoffeinspritzmenge, die entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine (2) festgelegt ist,
daß jeder Zylinder (I-IV) mit einer Zündkerze (24-1 bis 24-4) versehen ist zum Erzeugen eines Zündfunkens in je der Periode der Bezugszündverstellung, die entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine (2) festgelegt ist, und
daß eine Steuereinrichtung (30) vorgesehen ist zum Steu ern der Kraftstoffeinspritzventile (22-1 bis 22-4) der art, daß die Bezugskraftstoffeinspritzmenge um einen un terschiedlichen Betrag je Zylinder (I-IV) erhöht oder verringert wird ohne Änderung der gesamten Bezugskraft stoffeinspritzmenge und zum Verändern dieser Kraftstoff zunahme und -abnahme gemäß dem Lastzustand der Brenn kraftmaschine (2), wobei die Steuereinrichtung (30) fer ner die Zündkerzen (24-1 bis 24-4) derart steuert, daß die Bezugszündverstellung um einen von Zylinder zu Zy linder unterschiedlichen Betrag verzögert wird und daß diese Verzögerung entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine (2) variiert wird, wobei diese Steu erung durch die Steuereinrichtung (30) nur dann erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine (2) in einem Zustand läuft, der vorgegebene Bedingungen erfüllt.
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Zylinder (I bis IV) mit Kraftstoffeinspritz ventilen (22-1 bis 22-4) versehen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in einer Bezugskraftstoffeinspritzmenge, die entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine (2) festgelegt ist,
daß jeder Zylinder (I-IV) mit einer Zündkerze (24-1 bis 24-4) versehen ist zum Erzeugen eines Zündfunkens in je der Periode der Bezugszündverstellung, die entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine (2) festgelegt ist, und
daß eine Steuereinrichtung (30) vorgesehen ist zum Steu ern der Kraftstoffeinspritzventile (22-1 bis 22-4) der art, daß die Bezugskraftstoffeinspritzmenge um einen un terschiedlichen Betrag je Zylinder (I-IV) erhöht oder verringert wird ohne Änderung der gesamten Bezugskraft stoffeinspritzmenge und zum Verändern dieser Kraftstoff zunahme und -abnahme gemäß dem Lastzustand der Brenn kraftmaschine (2), wobei die Steuereinrichtung (30) fer ner die Zündkerzen (24-1 bis 24-4) derart steuert, daß die Bezugszündverstellung um einen von Zylinder zu Zy linder unterschiedlichen Betrag verzögert wird und daß diese Verzögerung entsprechend dem Lastzustand der Brennkraftmaschine (2) variiert wird, wobei diese Steu erung durch die Steuereinrichtung (30) nur dann erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine (2) in einem Zustand läuft, der vorgegebene Bedingungen erfüllt.
2. Kraftstoffeinspritzungssteuersystem für eine Brennkraft
maschine mit mehreren Zylindern zur Steuerung der Ein
spritzung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine durch
Kraftstoffeinspritzventile in Abhängigkeit von einem
Zündsignal, gekennzeichnet
durch eine Steuereinrichtung (30), die ein Verhältnis
der Kraftstoffeinspritzmengen zwischen den Zylindern (I-IV)
ändert, jedoch die Gesamtmenge des in die Brenn
kraftmaschine (2) eingespritzten Kraftstoffs für jede
Zündperiode konstant hält, wenn die Brennkraftmaschine
(2) bei niedrigen Temperaturen gestartet wird, wobei die
Steuereinrichtung (30) jeden Verzögerungswinkel der
Zündverstellung je Zylinder (I-IV) ändert.
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