JP2003247448A - 内燃機関を備えた駆動ユニットの制御方法および装置 - Google Patents

内燃機関を備えた駆動ユニットの制御方法および装置

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JP2003247448A JP2003014636A JP2003014636A JP2003247448A JP 2003247448 A JP2003247448 A JP 2003247448A JP 2003014636 A JP2003014636 A JP 2003014636A JP 2003014636 A JP2003014636 A JP 2003014636A JP 2003247448 A JP2003247448 A JP 2003247448A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の停止時の振動を低減させる、内燃
機関を備えた駆動ユニットの改善された制御方法および
装置を提供する。 【解決手段】 空気、または燃料および空気からなる混
合物が、燃焼室(10)内で圧縮手段(15)特にピス
トンにより圧縮され、且つ内燃機関(5)の停止時に燃
料供給量が減少される、内燃機関(5)を備えた駆動ユ
ニット(1)の制御方法において、内燃機関(5)の停
止時に、燃料供給量の減少に加えて圧縮手段(15)の
負荷軽減が開始される

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関を備えた
駆動ユニットの制御方法および装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】欧州特許公開第1054150号から、
ディーゼル・エンジンの停止に対してシリンダ内への燃
料噴射量を次第に減少させることにより振動を低減させ
る制御装置が既知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関の停止時の振
動を低減させる、内燃機関を備えた駆動ユニットの改善
された制御方法および装置を提供することが本発明の課
題である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、空気、
または燃料および空気からなる混合物が、燃焼室内で圧
縮手段、特にピストンにより圧縮され、且つ内燃機関の
停止時に燃料供給量が減少される、内燃機関を備えた駆
動ユニットの制御方法において、内燃機関の停止時に、
燃料供給量の減少に加えて圧縮手段の負荷軽減が開始さ
れる。
【0005】また、本発明によれば、空気、または燃料
および空気からなる混合物を、内燃機関の燃焼室内で圧
縮する圧縮手段、特にピストンを有する内燃機関を備え
た駆動ユニットの制御装置であって、内燃機関の停止時
に燃料供給量を減少させる手段を含む、内燃機関を備え
た駆動ユニットの制御装置において、内燃機関の停止時
に、燃料供給量の減少に加えて圧縮手段の負荷軽減を開
始させる、圧縮手段の負荷軽減手段を更に含む。
【0006】本発明によれば、内燃機関を備えた駆動ユ
ニットの制御方法および制御装置は、従来技術に比較し
て、内燃機関の停止時に、燃料供給量の減少に加えて圧
縮手段の負荷軽減が開始されるという利点を有してい
る。このようにして、内燃機関の燃焼室内での空気の圧
縮および膨張により発生する、内燃機関の停止時におけ
る振動をさらに低減させることができる。これは、特
に、ドライバが内燃機関の停止を明らかに要求すること
なく、特定の状況において内燃機関を停止させる、ハイ
ブリッド駆動装置を有する車両またはスタート/ストッ
プ・システムを有する車両において有利である。したが
って、車両の走行中に場合によりしばしば発生するこの
停止は、きわめて快適に実行可能である。
【0007】本発明によれば更に、内燃機関を備えた駆
動ユニットの制御方法および装置の有利な変更および改
善が可能である。
【0008】圧縮手段の負荷軽減が、第1のステップに
おいて、内燃機関から出力されるべきトルクの低減によ
り行われ、第2のステップにおいて、圧縮行程の短縮に
より行われ、第3のステップにおいて、燃焼室の吸気弁
および排気弁の持続開放により行われるとき、それは特
に有利である。このようにして、圧縮手段の複数の負荷
軽減手段が共に適用されるので、内燃機関の停止時に、
圧縮手段の著しい負荷軽減を行わせ、且つ振動のほぼ完
全な低減を達成させることができる。したがって、それ
が車両の内燃機関であるとき、内燃機関の停止をドライ
バに対して更に快適に行わせることができる。
【0009】以下に本発明の一実施態様を図面により詳
細に説明する。
【0010】
【発明の実施の形態】図1において、符号1は例えば自
動車の駆動ユニットを示す。駆動ユニット1は内燃機関
5を含む。内燃機関5は、オプションとして、ハイブリ
ッド駆動装置を形成するために、更に他の機関、例えば
電動機を含んでもよい。内燃機関5は少なくとも1つの
燃焼室10を含み、燃焼室10は、例えば内燃機関5の
シリンダ内に配置されている。この場合、内燃機関5
は、図1に例として略図で示されているようなそれぞれ
1つの燃焼室を有する複数のシリンダを含んでもよい。
図1に示すように、燃焼室10内に圧縮手段15が設け
られている。この場合、以下に例として示すように、圧
縮手段15はピストンと想定してもよい。内燃機関5の
運転において、ピストン15は燃焼室10内を上下に往
復運動し、このとき例えば連接棒を介してクランク軸を
駆動する。この例においては、燃焼室10内に、吸気口
50を介して空気/燃料混合物を供給可能である。吸気
弁25を介して、吸気口50を燃焼室10に対して開閉
可能である。特に内燃機関5がオットー・サイクル・エ
ンジンであるとき、燃焼室10内に更に点火装置60が
設けられていてもよい。この場合、点火装置60は、例
えば点火プラグとして形成され、且つ中心電極および接
地電極を燃焼室10内に突出させてもよい。図1におい
て、中心電極は符号65で、接地電極は符号70で示さ
れている。中心電極65と接地電極70との間に、吸気
口50を介して燃焼室10内に導入され且つピストン1
5により圧縮された燃料/空気混合物を点火させる点火
火花を発生させることができる。更に、燃焼室10内に
排気口55が設けられ、排気口55は、燃料/空気混合
物の燃焼時に燃焼室10内に発生した排気ガスを受け取
り且つ排出するために使用される。排気弁30を介し
て、排気口55を燃焼室10に対して開閉可能である。
吸気弁25および排気弁30は、共通のカム軸またはそ
れぞれ個別に設けられたカム軸を介して操作される。こ
の場合、4サイクル機関を形成するために、1つないし
複数のカム軸がクランク軸により、例えば2:1の変速
比で駆動されてもよい。このとき、クランク軸の2回転
が1つないし複数のカム軸の1回転に変速される。
【0011】代替態様として、吸気弁25および排気弁
30は、直接、したがってクランク軸とは独立に、吸気
口50ないし排気口55を開閉するように操作されても
よい。
【0012】通常の内燃機関においては、駆動ユニット
1の停止は、燃料供給量の急激な減少または連続的な減
少により行われる。この結果、機関のタイプおよび取付
方式に応じてそれぞれ、例えば車両内の一部に、明らか
に感じられる振動が発生する。この振動は、燃料の供給
が既に遮断されたときにおいても、内燃機関5の燃焼室
10内における空気の圧縮および膨張により発生する。
したがって、本発明により、図2に示されているように
制御装置35が設けられ、制御装置35は、電子式制御
ユニット75並びに燃料供給量減少手段40、およびピ
ストン15の負荷軽減手段45を含む。この場合、燃料
供給量減少手段40およびピストン15の負荷軽減手段
45は、それぞれ電子式制御ユニット75により操作さ
れる。図2において、更に、符号80は内燃機関5の停
止手段を示す。内燃機関5の停止手段80は、制御装置
35ないし電子式制御ユニット75と結合されている。
内燃機関5の停止手段80は、例えば点火ロックであっ
てもよい。内燃機関5を停止させるために、ユーザは点
火キーにより点火ロックを操作することができる。しか
しながら、内燃機関5の停止手段80は、例えば車両の
ハイブリッド駆動装置の制御装置であってもよく、この
ときには、駆動ユニット1は、内燃機関5のほかに更に
他の機関、例えば電動機を含む。ここで、走行状況に応
じて内燃機関5は停止されることがあり、この場合、ハ
イブリッド・システムの制御装置は、内燃機関5を停止
させるために電子式制御ユニット75に対応の命令を出
力する。しかしながら、内燃機関5の停止手段80は、
例えば車両のスタート/ストップ・システムの制御装置
として形成されていてもよく、スタート/ストップ・シ
ステムは、特定の状況、例えば信号待ちまたは交通渋滞
で車両を停止しているときに燃料を節約するために、内
燃機関5の停止命令を発生し且つ電子式制御ユニット7
5に出力するものである。燃料供給量減少手段40、お
よびピストン15の負荷軽減手段45は、それぞれ駆動
ユニット1と結合されている。この場合、図2に、駆動
ユニット1により駆動されるクランク軸もまた例として
示され且つ符号85で示されている。
【0013】電子式制御ユニット75内で、内燃機関5
の停止手段80から対応の停止命令が受け取られたと
き、電子式制御ユニット75により燃料供給量減少手段
40が作動される。このとき、燃料供給量減少手段40
は、吸気口50内に燃料がもはや供給されないようにす
る。この場合、燃料供給量を0まで減少させることは、
急激に即ち瞬間的に、または連続的に即ち定常的に行わ
れることがある。燃料供給量の減少に伴う内燃機関5の
振動を低減させるために、ここで本発明により、内燃機
関5の停止時に負荷軽減手段45により圧縮手段ないし
ピストン15の負荷が軽減される。この負荷軽減は、電
子式制御ユニット75により、燃料供給量減少手段40
の作動前または作動中、負荷軽減手段45の対応の操作
により開始させることができる。このとき、ピストン1
5の負荷軽減により、ピストン15は、対応のシリンダ
の燃焼室10内でできるだけアイドル運動を行い、した
がって上記のように燃料供給量が減少されたときに、で
きるだけ抵抗なく次第に停止していくことができる。し
たがって、内燃機関5の停止時に、ピストン15が燃焼
室10内に存在する空気を圧縮したりまたは膨張させた
りすることがほぼ完全に防止される。このようにして、
内燃機関5の停止時に発生する不快な振動が著しく低減
される。
【0014】図3に、ピストン15の負荷軽減手段45
が詳細に示されている。この場合、ピストン15の負荷
軽減は種々の方法で行うことができる。即ち、点火装置
60に対して点火時期を調節可能にするために、負荷軽
減手段45が、例えば点火制御90と結合されていても
よい。追加態様または代替態様として、吸気口50内へ
の空気供給量に対して絞り弁の開度を制御するために、
負荷軽減手段45が絞り弁制御20と結合されていても
よい。絞り弁それ自体は、図面を見やすくするために図
1には示されていない。追加態様または代替態様とし
て、吸気弁25および排気弁30の開閉時期を制御する
ために、負荷軽減手段45がさらに弁制御200と結合
されていてもよい。追加態様または代替態様として、個
々のシリンダを、例えば吸気弁25および排気弁30の
持続開放により遮断するために、負荷軽減手段45がシ
リンダ制御205と結合されていてもよい。
【0015】ピストン15の負荷を軽減させる可能性
は、内燃機関5からクランク軸85を介して出力される
べきトルクを低減させることにある。この場合、このト
ルクは、例えば所定の最小値に低減される。所定の最小
値は、例えば内燃機関5がクランク軸85を介して出力
できる最小可能トルクに対応していてもよい。
【0016】内燃機関5からクランク軸85を介して出
力されるべきトルクの低減は、例えば点火装置60の点
火時期の遅延により行われてもよい。したがって、ピス
トン15の負荷軽減手段45は、それに対応してできる
だけ遅い点火時期を保持するために、例えば吸気弁50
を介して燃焼室10内に導入された燃料/空気混合物の
圧縮からそれに続く膨張行程へピストン15が移行する
行程において、点火制御90を操作する。このようにし
て、燃焼効率を低下させ、したがってピストン15の負
荷を軽減させることができる。
【0017】追加態様または代替態様として、負荷軽減
手段45は、絞り弁制御20が燃焼室10の不燃焼状態
において空気供給用絞り弁を開くように、絞り弁制御2
0を操作してもよい。燃焼室10の不燃焼状態において
は、吸気口50を介して燃焼室10内に空気のみが供給
されて燃料はもはや供給されない。絞り弁のこの開放に
より、空気は吸気口50内で妨害されることなく循環可
能なので、ピストン15には圧力が加えられず、ピスト
ン15は負荷がかかることなく次第に停止していくこと
ができる。
【0018】追加態様または代替態様として、負荷軽減
手段45は、ピストン15の負荷を軽減させるために、
ピストン15の圧縮行程の短縮が行われるように、弁制
御200を操作してもよい。ここで、図4に、燃焼室1
0の燃焼状態における吸気弁25および排気弁30の弁
リフトVHが、クランク軸85のクランク角KWに対し
て定性的に示されている。クランク角 0<KW≦π
対しては、燃料/空気混合物を燃焼室10内に吸い込む
ために吸気弁25は最大弁リフトWまで開かれている。
このとき、ピストン15は燃焼室10内で下方に運動し
ている。この第1の行程において、排気弁30は閉じら
れている。クランク角KWに対して π<KW≦2π
適用される第2の行程においては、ピストン15が燃焼
室10内で上方に運動することにより、燃焼室10内
で、吸い込まれた燃料/空気混合物の圧縮が行われる。
この第2の行程は圧縮行程とも呼ばれる。この場合に
は、吸気弁25のみならず排気弁30もまた閉じられて
いる。膨張行程とも呼ばれる第3の行程において、クラ
ンク角KWに対して 2π<KW≦3π が適用される。
この行程は内燃機関5の作業行程であり、この作業行程
において、ピストン15は、圧縮行程において点火され
た燃料/空気混合物の膨張により燃焼室10内で再び下
方に運動する。この第3の行程においてもまた、吸気弁
25および排気弁30は閉じられている。クランク角K
Wに対して 3π<KW≦4π が適用される第4の行程
において、排気弁30は最大弁リフトWまで開かれる。
この第4の行程において、ピストン15は燃焼室10内
で上方に運動し、且つ燃料/空気混合物の燃焼時に発生
した排気ガスを排気口55内に圧入する。吸気弁25に
対する弁リフトVHは、図4において符号Eで表わさ
れ、排気弁30に対する弁リフトVHは、図4において
符号Aで表わされている。
【0019】圧縮行程および/または膨張行程が短縮さ
れたとき、ピストン15の負荷、したがって燃焼室10
内に存在するガスの圧縮および/または膨張を減少させ
ることができる。これは、例えば、燃焼室10の吸気弁
25および排気弁30が同時に閉じられている時間が短
縮されることにより達成可能である。図4において矢印
で示されているように、これは、吸気弁25が、第2の
行程内、場合により第3の行程内においても弁リフト
VH>0 を有し、したがって開かれ、および/または
排気弁30が、第3の行程内、場合により第2の行程内
においても開かれ、且つそこで弁リフト VH>0 を有
することにより実行可能である。
【0020】圧縮行程および/または膨張行程のこのよ
うな調節は、吸気弁25ないし排気弁30が弁制御20
0により直接操作可能なときに行うことができる。吸気
弁25および/または排気弁30の開閉が1つまたは複
数のカム軸を介して行われる場合、上記の圧縮行程およ
び/または膨張行程の短縮は、1つないし複数のカム軸
が調節可能なときに実行することができる。このために
調節要素が設けられていてもよく、調節要素は、それに
対応して弁制御200により操作され、且つ圧縮行程お
よび/または膨張行程を短縮するためにカム軸の希望さ
れた調節を行う。
【0021】圧縮行程および/または膨張行程の短縮に
より、内燃機関5の停止時に、同様に燃焼室10内に存
在するガスの圧縮/膨張が制限され、したがってピスト
ン15の負荷が軽減される。
【0022】追加態様または代替態様として、負荷軽減
手段45は、内燃機関5の1つまたは複数のシリンダが
機械的に遮断されるように、シリンダ制御205を操作
してもよい。これは、シリンダ制御205が、内燃機関
5の停止の間、連続的に即ちクランク角 0<KW≦4
π に対して燃焼室10の吸気弁25および排気弁30
が開かれているように、吸気弁25および排気弁30を
直接または1つないし複数のカム軸に対する制御要素を
介して操作することによって行うことができる。
【0023】この手段により、圧縮および膨張はもはや
行われず、したがってピストン15の有効な負荷軽減が
可能となる。
【0024】遅くとも、負荷軽減手段45が上記のよう
にピストン15の負荷軽減を開始したときに、電子式制
御ユニット75は、燃料供給量減少手段40に、吸気口
50内への燃料供給量を、急激に即ち瞬間的に、または
連続的に即ち定常的に、0まで減少させるように指令す
る。これにより、このとき内燃機関5の本来の停止が行
われる。
【0025】上記の手段により、内燃機関5は振動の少
ない停止を行うことができる。これは、特に、ハイブリ
ッド駆動装置またはスタート/ストップ・システムを有
する車両の場合のように、内燃機関5がドライバによら
ずに頻繁に停止されるときに重要である。内燃機関5の
振動の少ない停止は乗り心地およびドライバに対する快
適性を向上させ、したがって車両内におけるこのような
スタート/ストップ・システムまたはハイブリッド駆動
装置の利用性を高めることになる。
【0026】図5に、例として、本発明による方法の手
順を表わす流れ図が示されている。プログラムがスター
トした後に(ステップ1000)、プログラム・ステッ
プ100において、電子式制御ユニット75は、内燃機
関5の停止手段80から内燃機関5の停止命令が受け取
られたかどうかを検査する。これが肯定(YES)の場
合、プログラムはステップ105に分岐され、否定(N
O)の場合、プログラムは実行されずにプログラムの終
了(ステップ2000)に分岐される。ステップ105
において、電子式制御ユニット75はピストン15の負
荷軽減手段45を作動させる。それに続いて、負荷軽減
手段45は、点火時期の遅延が行われ、したがって内燃
機関5からクランク軸85を介して出力されるべきトル
クの低減が行われるように、点火制御90を操作する。
それに続いて、プログラムはステップ110に分岐され
る。ステップ110において、ピストン15の負荷軽減
手段45は、吸気弁25および/または排気弁30が直
接またはカム軸を調節する調節要素を介して操作可能か
どうかを検査する。これが肯定(YES)の場合、プロ
グラムはステップ115に分岐され、否定(NO)の場
合、プログラムはステップ120に分岐される。このと
き、ステップ110において、負荷軽減手段45が弁制
御200の存在を問い合わせるように検査が行われても
よく、ここで、弁制御200が存在する場合に、吸気弁
25および/または排気弁30の操作が実行可能である
と検出される。代替態様として、弁制御200が存在し
なし場合には、上記の検査を省略することができる。
【0027】ステップ115において、ピストン15の
負荷軽減手段45は、弁制御200に、例えば燃焼室4
0の吸気弁25および排気弁30が同時に閉じられてい
る時間が上記のように短縮されることにより、圧縮行程
および/または膨張行程を短縮させるように指令する。
それに続いて、プログラムはステップ120に分岐され
る。ステップ120において、ピストン15の負荷軽減
手段45は、シリンダ遮断が可能かどうか、即ちシリン
ダ制御205が存在するかどうかを検査する。これが肯
定(YES)の場合、プログラムはプログラム点125
に分岐される。否定(NO)の場合、プログラムはステ
ップ130に分岐される。ステップ125において、ピ
ストン15の負荷軽減手段45は、シリンダ制御205
に、燃焼室10の吸気弁25および排気弁30を持続開
放させるように指令する。それに続いて、プログラムは
ステップ130に分岐される。ステップ130におい
て、電子式制御ユニット75は、燃料供給量減少手段4
0に、吸気口50内への燃料供給量を急激にまたは連続
的に0まで減少させるように指令する。それに続いて、
プログラムはプログラムの終了(ステップ2000)に
移行される。
【0028】以上、本発明は、空気および燃料からなる
混合物が圧縮されるオットー・サイクル・エンジンにつ
いて記載されてきた。本発明は、同様に、空気のみが圧
縮されるディーゼル・エンジンにも適用可能である。同
様に、本発明は、空気および燃料からなる混合物または
空気のみが圧縮されるガソリン直接噴射式オットー・サ
イクル・エンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の概略断面図である。
【図2】内燃機関を含む駆動ユニットの本発明による制
御装置のブロック回路図である。
【図3】内燃機関の圧縮手段の負荷軽減手段のブロック
回路図である。
【図4】弁リフト(VH)のクランク角(KW)に対す
る線図である。
【図5】本発明による方法の手順を示す流れ図である。
【符号の説明】
1 駆動ユニット 5 内燃機関 10 燃焼室 15 圧縮手段(ピストン) 20 絞り弁制御 25 吸気弁 30 排気弁 35 制御装置 40 燃料供給量減少手段 45 負荷軽減手段 50 吸気口 55 排気口 60 点火装置 65 中心電極 70 接地電極 75 電子式制御ユニット 80 内燃機関停止手段 85 クランク軸 90 点火制御 105 第1のステップ 115 第2のステップ 125 第3のステップ 200 弁制御 205 シリンダ制御 A 排気弁の弁リフト E 吸気弁の弁リフト KW クランク角 VH 弁リフト W 最大弁リフト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 17/00 F02D 17/00 B F G H Q 17/02 17/02 S 41/04 330 41/04 330H F02P 5/15 F02P 5/15 E Fターム(参考) 3G022 AA04 CA10 DA02 GA12 3G084 AA03 BA05 BA13 BA17 BA23 CA07 DA11 DA39 FA36 3G092 AA11 AA14 BA01 BA09 BB01 CA01 CA07 DA03 DC01 DE01S EA02 FA14 FA26 FA30 GA10 HF20Z 3G301 HA07 HA19 JA37 KA28 LA01 LA07 MA11 NE06 PF16Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気、または燃料および空気からなる混
    合物が、燃焼室(10)内で圧縮手段(15)特にピス
    トンにより圧縮され、且つ内燃機関(5)の停止時に燃
    料供給量が減少される、内燃機関(5)を備えた駆動ユ
    ニット(1)の制御方法において、 内燃機関(5)の停止時に、燃料供給量の減少に加えて
    圧縮手段(15)の負荷軽減が開始されること、を特徴
    とする内燃機関を備えた駆動ユニットの制御方法。
  2. 【請求項2】 圧縮手段(15)の負荷軽減が、内燃機
    関(5)から出力されるべきトルクの低減により行われ
    ることを特徴とする請求項1に記載の制御方法。
  3. 【請求項3】 内燃機関(5)から出力されるべきトル
    クの低減が、点火時期の遅延により行われることを特徴
    とする請求項2に記載の制御方法。
  4. 【請求項4】 圧縮手段(15)の負荷軽減が、空気供
    給用絞り弁の開放により燃焼室(10)の不燃焼状態に
    おいて行われることを特徴とする請求項1ないし3のい
    ずれかに記載の制御方法。
  5. 【請求項5】 圧縮手段(15)の負荷軽減が、圧縮行
    程の短縮により行われることを特徴とする請求項1ない
    し4のいずれかに記載の制御方法。
  6. 【請求項6】 圧縮行程の短縮が、燃焼室(10)の吸
    気弁および排気弁(25、30)が同時に閉じられてい
    る時間の短縮により行われることを特徴とする請求項5
    に記載の制御方法。
  7. 【請求項7】 圧縮手段(15)の負荷軽減が、燃焼室
    (10)の吸気弁および排気弁(25、30)の持続開
    放により行われることを特徴とする請求項1ないし6の
    いずれかに記載の制御方法。
  8. 【請求項8】 圧縮手段(15)の負荷軽減が、第1の
    ステップ(105)において、内燃機関(5)から出力
    されるべきトルクの低減により行われ、第2のステップ
    (115)において、圧縮行程の短縮により行われ、そ
    して第3のステップ(125)において、燃焼室(1
    0)の吸気弁および排気弁(25、30)の持続開放に
    より行われることを特徴とする請求項1ないし7のいず
    れかに記載の制御方法。
  9. 【請求項9】 空気、または燃料および空気からなる混
    合物を、内燃機関(5)の燃焼室(10)内で圧縮する
    圧縮手段(15)、特にピストンを有する内燃機関
    (5)を備えた駆動ユニット(1)の制御装置(35)
    であって、内燃機関の停止時に燃料供給量を減少させる
    手段(40)を含む、内燃機関(5)を備えた駆動ユニ
    ット(1)の制御装置(35)において、内燃機関
    (5)の停止時に、燃料供給量の減少に加えて圧縮手段
    (15)の負荷軽減を開始させる、圧縮手段(15)の
    負荷軽減手段(45)を更に含むこと、を特徴とする内
    燃機関を備えた駆動ユニットの制御装置。
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