JP2008267352A - Crank angle correction device and crank angle correction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関におけるクランク角補正装置及びクランク角補正方法に関する。 The present invention relates to a crank angle correction device and a crank angle correction method in an internal combustion engine.
一般に各種内燃機関では、クランク角センサを用いてクランクシャフトのクランク角が検出され、検出されたクランク角は、内燃機関の回転数を求めたり、点火時期等を設定したりするために用いられる。かかるクランク角の検出に用いられるクランク角センサは、クランクシャフトに固定されるロータプレート(シグナルプレート)等を含む磁気センサ又は光電式センサ等であり、一般にディストリビュータに内蔵される。この場合、クランク角センサによるクランク角の検出精度は、ディストリビュータやロータプレートの加工精度や取付精度に大きく依存する。このため、実際には、クランク角センサの検出値と実際のクランク角(真値)とがずれてしまうことがある。 In general, in various internal combustion engines, the crank angle of a crankshaft is detected using a crank angle sensor, and the detected crank angle is used for obtaining the rotational speed of the internal combustion engine, setting the ignition timing, and the like. The crank angle sensor used for detecting the crank angle is a magnetic sensor or a photoelectric sensor including a rotor plate (signal plate) fixed to the crankshaft, and is generally built in a distributor. In this case, the detection accuracy of the crank angle by the crank angle sensor greatly depends on the processing accuracy and mounting accuracy of the distributor and the rotor plate. For this reason, the detected value of the crank angle sensor may actually deviate from the actual crank angle (true value).
最近では、クランク角のタイミングに基づいて筒内圧を利用して点火時期制御や動弁制御等が行われている。このような制御では、正確なクランク角が得られないと、緻密な制御が困難である。 Recently, ignition timing control, valve control, and the like have been performed using in-cylinder pressure based on crank angle timing. In such control, precise control is difficult unless an accurate crank angle is obtained.
例えば、特許文献1ないし3等は、クランク角を補正する技術を開示している。
For example,
また、クランク角を補正するために、エンジンのモータリング時(非燃焼時)の筒内圧波形が圧縮上死点に関して線対称となることを利用して、モータリング時の筒内圧波形を放物線近似することにより圧縮上死点のクランク角を算出し、このクランク角を用いてクランク角センサで検出したクランク角を補正する補正値を算出する方法が知られている。 To correct the crank angle, the cylinder pressure waveform during motoring is parabolically approximated by utilizing the fact that the cylinder pressure waveform during engine motoring (non-combustion) is axisymmetric with respect to compression top dead center. Thus, there is known a method of calculating the crank angle at the compression top dead center and calculating a correction value for correcting the crank angle detected by the crank angle sensor using the crank angle.
ところで、エンジンのモータリング時の筒内圧波形を放物線近似することにより圧縮上死点のクランク角を算出し、このクランク角を用いてクランク角センサで検出したクランク角を補正する補正値を算出する方法では、原理上、微小なノイズやA/D変換誤差等の影響が計算値に大きな誤差を発生させやすいため、実際には、数十サイクル分の筒内圧データを平均しなければ高精度な補正値を得ることができない。 By the way, the crank angle at the compression top dead center is calculated by approximating the in-cylinder pressure waveform during motoring of the engine by a parabola, and a correction value for correcting the crank angle detected by the crank angle sensor is calculated using this crank angle. In principle, the influence of minute noise, A / D conversion error, etc. is likely to cause a large error in the calculated value in the method. Therefore, in practice, if the cylinder pressure data for several tens of cycles is not averaged, high accuracy is required. A correction value cannot be obtained.
また、複数サイクルの筒内圧データの平均を算出するためには、車両の減速時に燃料カットされた時のモータリング波形を使用するしかなく、燃料カット制御が実施されるまで、クランク角の補正値を得ることができない。 In addition, in order to calculate the average of the in-cylinder pressure data of a plurality of cycles, the motoring waveform when the fuel is cut when the vehicle is decelerated must be used. Until the fuel cut control is performed, the crank angle correction value is calculated. Can't get.
さらに、十分なサイクル数の筒内圧波形が得られないと、高精度なクランク角の補正値を算出することが困難である。 Furthermore, it is difficult to calculate a highly accurate correction value of the crank angle unless an in-cylinder pressure waveform having a sufficient number of cycles is obtained.
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、複数サイクルの筒内圧データの平均をすることなく一サイクル内の筒内圧データを用いて正確なクランク角補正値を算出することが可能なクランク角補正装置及びクランク角補正方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to obtain an accurate crank angle by using in-cylinder pressure data in one cycle without averaging the in-cylinder pressure data in a plurality of cycles. An object of the present invention is to provide a crank angle correction device and a crank angle correction method capable of calculating a correction value.
また、本発明の他の目的は、エンジン始動直後から正確なクランク角の補正値を算出することが可能なクランク角補正装置及びクランク角補正方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a crank angle correction device and a crank angle correction method capable of calculating an accurate crank angle correction value immediately after engine startup.
本発明に係るクランク角補正装置は、圧縮上死点における最大筒内圧を含む非燃焼状態の燃焼室の筒内圧とこれに対応するクランク角センサの検出するクランク角の時系列データを取得する筒内圧/クランク角取得手段と、取得した前記筒内圧及び前記クランク角の時系列データから、前記最大筒内圧を取得した時点の前後において同値となる筒内圧にそれぞれ対応する一対のクランク角を複数の筒内圧について特定するクランク角特定手段と、前記一対のクランク角間の中間値をそれぞれ算出すると共にこれら中間値の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段の算出した平均値と、前記クランク角センサの検出した圧縮上死点に対応するクランク角とに基づいて、前記クランク角センサの検出するクランク角を補正するクランク角補正値を算出するクランク角補正値算出手段と、ことを特徴としている。 A crank angle correction device according to the present invention is a cylinder that acquires time-series data of a cylinder angle detected by a crank angle sensor corresponding to an in-cylinder pressure of a combustion chamber in a non-combustion state including a maximum in-cylinder pressure at a compression top dead center. From the internal pressure / crank angle acquisition means and the acquired time series data of the in-cylinder pressure and the crank angle, a plurality of pairs of crank angles respectively corresponding to in-cylinder pressures having the same value before and after the time of acquiring the maximum in-cylinder pressure are obtained. Crank angle specifying means for specifying in-cylinder pressure, an average value calculating means for calculating an intermediate value between the pair of crank angles, and calculating an average value of the intermediate values, and an average value calculated by the average value calculating means The crank angle detected by the crank angle sensor is corrected based on the crank angle corresponding to the compression top dead center detected by the crank angle sensor. A crank angle correction value calculating means for calculating a link angle correction value, is characterized by.
この構成によれば、実際に計測した最大筒内圧を含む一サイクル分の筒内圧データのみを用いて平均化処理ができるため、ノイズの影響を受けにくく、一サイクル分の筒内圧データを用いて高精度にクランク角補正値を算出することができる。 According to this configuration, since it is possible to perform the averaging process using only the in-cylinder pressure data for one cycle including the actually measured maximum in-cylinder pressure, it is difficult to be influenced by noise, and the in-cylinder pressure data for one cycle is used. The crank angle correction value can be calculated with high accuracy.
上記構成において、前記筒内圧波形取得手段は、クランキング時の前記筒内圧を取得する、構成を採用できる。 The said structure WHEREIN: The said cylinder pressure waveform acquisition means can employ | adopt the structure which acquires the said cylinder pressure at the time of cranking.
この構成によれば、エンジン始動直後から高精度にクランク角補正値を算出することができる。 According to this configuration, the crank angle correction value can be calculated with high accuracy immediately after the engine is started.
本発明に係るクランク角補正方法は、圧縮上死点における最大筒内圧を含む非燃焼状態の燃焼室の筒内圧とこれに対応するクランク角センサの検出するクランク角の時系列データを取得し、取得した前記筒内圧及び前記クランク角の時系列データから、前記最大筒内圧を取得した時点の前後において同値となる筒内圧に対応する一対のクランク角を複数特定し、前記一対のクランク角間の中間値をそれぞれ算出すると共にこれら中間値の平均値を算出し、前記中間値の平均値と、前記クランク角センサの検出した圧縮上死点に対応するクランク角とに基づいて、前記クランク角センサの検出するクランク角を補正するクランク角補正値を算出する、ことを特徴としている。 The crank angle correction method according to the present invention acquires the in-cylinder pressure of the combustion chamber in the non-combustion state including the maximum in-cylinder pressure at the compression top dead center and the time-series data of the crank angle detected by the corresponding crank angle sensor, From the acquired in-cylinder pressure and time-series data of the crank angle, a plurality of a pair of crank angles corresponding to the in-cylinder pressure having the same value before and after the time when the maximum in-cylinder pressure is acquired are specified, And calculating an average value of these intermediate values, and based on the average value of the intermediate values and the crank angle corresponding to the compression top dead center detected by the crank angle sensor, A crank angle correction value for correcting the detected crank angle is calculated.
上記構成において、クランキング時の前記筒内圧を取得する、構成を採用できる。 The said structure WHEREIN: The structure which acquires the said cylinder pressure at the time of cranking is employable.
本発明によれば、複数サイクルの筒内圧データを平均をすることなく正確なクランク角の補正値を算出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to calculate an accurate crank angle correction value without averaging the cylinder pressure data of a plurality of cycles.
また、本発明によれば、エンジン始動時から正確なクランク角の補正値を算出することが可能となる。 Further, according to the present invention, it is possible to calculate an accurate crank angle correction value from the time of engine start.
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態が適用されるエンジンシステムの一例の概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram of an example of an engine system to which an embodiment of the present invention is applied.
エンジン10は、燃料を燃料噴射弁11から吸気ポート12内に噴射し、点火プラグ13によって着火させる型式のものである。
The
燃焼室14にそれぞれ臨む吸気ポート12および排気ポート15が形成されたシリンダヘッド16には、吸気ポート12を開閉する吸気弁17および排気ポート15を開閉する排気弁18を含む動弁機構が組み込まれている。燃料噴射弁11や、燃焼室14内の混合気を着火させる点火プラグ13およびこの点火プラグ13に火花を発生させるイグニッションコイル19の他に、燃焼室14内の圧力を検出するための筒内圧センサ20もシリンダヘッド16に搭載されている。筒内圧センサ20によって検出された信号は、ECU21に出力される。
A valve operating mechanism including an
吸気ポート12に連通するようにシリンダヘッド16に連結されて吸気ポート12と共に吸気通路22を画成する吸気管23の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路22に導くためのエアクリーナ24が設けられている。このエアクリーナ24よりも下流側に位置する吸気管23の部分には、運転者によって操作される図示しないアクセルペダルの踏み込み量に基づき、吸気通路22の開度が調整されるスロットル弁25が組み込まれている。また、このスロットル弁25にはその開度を検出するためのスロットル開度センサ26が付設され、その検出情報がECU21に出力されるようになっている。本実施形態では、アクセルペダルとスロットル弁25とを機械的に連結しているが、アクセルペダルの踏み込み動作と、スロットル弁25の開閉動作とを切り離し、アクチュエータを用いてスロットル弁25の開閉動作を電気的に制御できるようにしたものであってもよい。
At the upstream end side of the
スロットル弁25とエアクリーナ24との間の吸気管23の途中には、サージタンク27が形成され、このサージタンク27とエアクリーナ24との間の吸気管23の途中には、吸気通路22内を流れる吸気流量を検出してこれをECU21に出力するエアフローメータ28が取り付けられている。吸気管23におけるエアフローメータ28の取り付け位置は、スロットル弁25の取り付け位置よりも上流側であればよく、図1の如き位置に限定されるものではない。
A
排気ポート15に連通するようにシリンダヘッド16に連結されて排気ポート15と共に排気通路29を画成する排気管30の途中には、燃焼室14内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための三元触媒31が組み込まれている。なお、この三元触媒31を排気通路29に沿って直列に複数個組み込むことも有効である。三元触媒31と排気ポート15との間の排気管30の途中には、排気通路29内を流れる排気ガス中の空燃比を検出してECU21に出力するA/Fセンサ32が設けられている。本実施形態におけるA/Fセンサ32は、ジルコニアを検出素子として用いているため、その活性化を促進させるヒータ32aがA/Fセンサ32に組み込まれている。ヒータ32aは、ECU21から電力を受けて検出素子をその活性化温度まで迅速に上昇させる。
In the middle of the
従って、エアクリーナ24を通って吸気管23から燃焼室14内に供給される吸気は、燃料噴射弁11から吸気ポート12内に噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ13の火花により着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが三元触媒31を通って排気管30から大気中に排出される。
Therefore, the intake air supplied from the
ピストン33が往復動するシリンダブロック34には、連接棒35を介してピストン33が連結されるクランク軸36の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをECU21に出力するクランク角センサ37が取り付けられている。
A
ECU21は、図示しないCPU、ROM,RAM,A/D変換器等の入出力回路、記憶装置などのハードウエアと所要のソフトウエアで構成され、イグニッションキースイッチ38からの信号や、上述した筒内圧センサ20,スロットル開度センサ26,A/Fセンサ32,クランク角センサ37およびエアフローメータ28からの検出情報などに基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン10の運転がなされるように、燃料噴射弁11,イグニッションコイル19,A/Fセンサ32のヒータ32aなどの作動を制御するようになっている。
The
また、ECU21は、クランク角センサ37や筒内圧センサ20の検出値を、微小時間(サンプリング時間)毎にサンプリングし、ECU20の所定の記憶領域(バッファ)に格納保持する。
Further, the
尚、ECU21は、本発明のクランク角補正装置を構成する。
The
次に、ECU21によるクランク角補正処理の一例について図2及び図3を参照して説明する。尚、図2は、クランク角補正処理の手順の一例を示すフローチャート、及び図3はクランク角補正値の算出方法を図解するためのグラフである。
Next, an example of the crank angle correction process by the
先ず、イグニションスイッチがオンされると(ステップS1)、クランキングを開始する(ステップS2)。この状態では、エンジン10の燃焼室内は燃焼していない。
First, when the ignition switch is turned on (step S1), cranking is started (step S2). In this state, the combustion chamber of the
次いで、筒内圧及びこれに対応するクランク角をサンプリングする(ステップS3)。図3に示すように、筒内圧Pは、クランキングを開始すると、クランク角の増加に伴って最低筒内圧力P0から上昇していき、圧縮上死点において最大筒内圧Pmaxをとり、再び下降していく。ECU21は、この筒内圧P及びこれに対応するクランク角θを所定のサンプリング時間毎にサンプリングする(ステップS3)。すなわち、ECU21は、筒内圧Pとこれに対応するクランク角センサ37の検出するクランク角θの時系列データを取得する。この時系列データは、1サイクル分のデータである。尚、非燃焼状態の燃焼室の筒内圧Pの波形は、図3に示すように、圧縮上死点に関して略線対称となる。また、ステップS3の処理が筒内圧/クランク角取得手段を構成している。
Next, the in-cylinder pressure and the corresponding crank angle are sampled (step S3). As shown in FIG. 3, when cranking is started, the in-cylinder pressure P increases from the minimum in-cylinder pressure P 0 as the crank angle increases, takes the maximum in-cylinder pressure P max at the compression top dead center, It will descend again. The
次いで、サンプリングした筒内圧Pとこれに対応するクランク角θの時系列データから最小筒内圧P0と最大筒内圧Pmaxを取得する(ステップS4)。 Next, the minimum in-cylinder pressure P 0 and the maximum in-cylinder pressure P max are obtained from the sampled in-cylinder pressure P and the corresponding time-series data of the crank angle θ (step S4).
次いで、クランク角センサ37の検出した圧縮上死点に対応するクランク角θTDCをサンプリングしたクランク角センサ37の検出値から取得する(ステップS5)。このクランク角θTDCは、クランク角センサ37のロータプレートの加工精度や取付精度等に依存する。
Next, the crank angle θ TDC corresponding to the compression top dead center detected by the
次いで、最小筒内圧P0と最大筒内圧Pmaxとの間で代表的な筒内圧Pk(k=1,2,...,N−1、N=整数)を次式により決定する(ステップS6)。 Next, a representative in-cylinder pressure P k (k = 1, 2,..., N−1, N = integer) is determined by the following equation between the minimum in-cylinder pressure P 0 and the maximum in-cylinder pressure P max ( Step S6).
次いで、筒内圧Pkのときのクランク角θk,θk’を取得する(ステップS7)。クランク角θk,θk’は、最大筒内圧Pmaxを取得した時点の前後において同値となる筒内圧Pkに対応する一対のクランク角である。尚、ステップS7の処理によりクランク角特定手段が構成される。 Next, the crank angles θ k and θ k ′ at the in-cylinder pressure P k are acquired (step S7). The crank angles θ k and θ k ′ are a pair of crank angles corresponding to the in-cylinder pressure P k that is the same before and after the time when the maximum in-cylinder pressure P max is acquired. Incidentally, the crank angle specifying means is constituted by the processing of step S7.
次いで、平均値θTを次式により算出する(ステップS8)。すなわち、一対のクランク角θk,θk’間の中間値(θk+θk’)/2(k=1〜N−1)をそれぞれ算出すると共に、これらN−1個の中間値(θk+θk’)/2の平均値θTを算出する。尚、ステップS8の処理により平均値算出手段が構成される。 Next, the average value θ T is calculated by the following equation (step S8). That is, an intermediate value (θ k + θ k ′) / 2 (k = 1 to N−1) between the pair of crank angles θ k and θ k ′ is calculated, and these N−1 intermediate values (θ k + θ k ') / 2 of an average value theta T. The average value calculation means is configured by the processing in step S8.
次いで、平均値θTとクランク角センサ37の検出した圧縮上死点に対応するクランク角θTDCとに基づいて、クランク角センサ37の検出するクランク角CAを補正するクランク角補正値Δθを次式により算出する(ステップS9)。尚、ステップS9の処理によりクランク角補正値算出手段が構成される。
Subsequently, based on the average value θ T and the crank angle θ TDC corresponding to the compression top dead center detected by the
次いで、クランク角補正値Δθを算出した後の、クランク角センサ37の検出するクランク角をCA0、補正後のクランク角をCAとすると、補正後のクランク角CAは、次式により求まる(ステップS10)。
Next, assuming that the crank angle detected by the
クランク角補正値Δθが算出された後は、クランク角センサ37の検出するクランク角をCA0は、クランク角補正値Δθにより補正され、補正後のクランク角CAがエンジン10の制御に用いられる。
After the crank angle correction value [Delta] [theta] is calculated, CA 0 crank angle detected by the
以上のように、本実施形態では、複数サイクルの筒内圧波形の平均化処理をするのではなく、一サイクルの筒内圧波形から得られる一対のクランク角θk,θk’間の中間値(θk+θk’)/2(k=1〜N−1)の平均化処理に基づいてクランク角補正値Δθを算出するので、複数サイクルにわたる筒内圧波形は不要であり、ノイズの影響を抑制できると共に、クランキング時(エンジン始動時)から高精度なクランク角補正値Δθを得ることができる。 As described above, in this embodiment, instead of averaging the in-cylinder pressure waveform of a plurality of cycles, an intermediate value between a pair of crank angles θ k and θ k ′ obtained from the in-cylinder pressure waveform of one cycle ( Since the crank angle correction value Δθ is calculated based on the averaging process of θ k + θ k ′) / 2 (k = 1 to N−1), the in-cylinder pressure waveform over a plurality of cycles is unnecessary, and the influence of noise is suppressed. In addition, a highly accurate crank angle correction value Δθ can be obtained from cranking (engine start).
また、本実施形態によれば、クランキング時の筒内圧波形を用いてクランク角補正値Δθを算出することができるので、エンジン10の始動直後からクランク角を高精度に補正することができる。
Further, according to the present embodiment, the crank angle correction value Δθ can be calculated using the in-cylinder pressure waveform at the time of cranking, so that the crank angle can be corrected with high accuracy immediately after the
本実施形態では、クランキング時にクランク角補正値Δθを算出する場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、車両の減速時に燃料カットされた時の筒内圧波形を用いてクランク角補正値Δθを算出することも可能である。また、クランキング時に算出したクランク角補正値Δθと燃料カット時に算出されたクランク角補正値Δθとの平均を算出することにより、クランク角補正値Δθの信頼性はさらに向上する。 In the present embodiment, the case where the crank angle correction value Δθ is calculated at the time of cranking has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the crank angle correction value Δθ is calculated using the in-cylinder pressure waveform when the fuel is cut when the vehicle is decelerated. It is also possible to calculate the angle correction value Δθ. Further, by calculating the average of the crank angle correction value Δθ calculated at the time of cranking and the crank angle correction value Δθ calculated at the time of fuel cut, the reliability of the crank angle correction value Δθ is further improved.
10…エンジン
11…燃料噴射弁
12…吸気ポート
13…点火プラグ
14…燃焼室
15…排気ポート
16…シリンダヘッド
17…吸気弁
18…排気弁
19…イグニッションコイル
20…筒内圧センサ
21…ECU
37…クランク角センサ
P…筒内圧
θ…クランク角
DESCRIPTION OF
37 ... Crank angle sensor P ... In-cylinder pressure θ ... Crank angle
Claims (4)
取得した前記筒内圧及びクランク角の時系列データから、前記最大筒内圧を取得した時点の前後において同値となる筒内圧にそれぞれ対応する一対のクランク角を複数の筒内圧について特定するクランク角特定手段と、
前記一対のクランク角間の中間値をそれぞれ算出すると共にこれら中間値の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段の算出した平均値と、前記クランク角センサの検出した圧縮上死点に対応するクランク角とに基づいて、前記クランク角センサの検出するクランク角を補正するクランク角補正値を算出するクランク角補正値算出手段と、
を有することを特徴とするクランク角補正装置。 In-cylinder pressure / crank angle acquisition means for acquiring in-cylinder pressure of the combustion chamber in the non-combustion state including the maximum in-cylinder pressure at compression top dead center and crank angle time series data detected by a crank angle sensor corresponding thereto;
Crank angle specifying means for specifying, for a plurality of cylinder pressures, a pair of crank angles respectively corresponding to the cylinder pressures having the same value before and after the time when the maximum cylinder pressure is acquired, from the acquired time series data of the cylinder pressure and crank angle When,
An average value calculating means for calculating an intermediate value between the pair of crank angles and calculating an average value of these intermediate values;
A crank angle correction value for correcting the crank angle detected by the crank angle sensor based on the average value calculated by the average value calculating means and the crank angle corresponding to the compression top dead center detected by the crank angle sensor. A crank angle correction value calculating means for calculating;
A crank angle correction device comprising:
取得した前記筒内圧及び前記クランク角の時系列データから、前記最大筒内圧を取得した時点の前後において同値となる筒内圧にそれぞれ対応する一対のクランク角を複数の筒内圧について特定し、
前記一対のクランク角間の中間値をそれぞれ算出すると共にこれら中間値の平均値を算出し、
前記中間値の平均値と、前記クランク角センサの検出した圧縮上死点に対応するクランク角とに基づいて、前記クランク角センサの検出するクランク角を補正するクランク角補正値を算出する、
ことを特徴とするクランク角補正方法。 Obtain time series data of the cylinder pressure detected by the crank angle sensor corresponding to the cylinder pressure of the combustion chamber in the non-combustion state including the maximum cylinder pressure at the compression top dead center,
From the acquired in-cylinder pressure and the time-series data of the crank angle, a pair of crank angles respectively corresponding to the in-cylinder pressure having the same value before and after the time when the maximum in-cylinder pressure is acquired are specified for a plurality of in-cylinder pressures
Calculating an intermediate value between the pair of crank angles, and calculating an average value of these intermediate values;
A crank angle correction value for correcting a crank angle detected by the crank angle sensor is calculated based on an average value of the intermediate values and a crank angle corresponding to the compression top dead center detected by the crank angle sensor.
A crank angle correction method characterized by the above.
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