JP2014105696A - Control unit for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クランク角センサ及びカム角センサを具備する内燃機関の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine including a crank angle sensor and a cam angle sensor.
従来、エンジンのクランク角信号を出力するクランク角センサと、エンジンのカム角信号を出力するカム角センサと、前記クランク角センサ及びカム角センサから内燃機関の気筒判別を行う内燃機関の制御装置が種々提案されている。なかでも特許文献1に記載したようなものは、前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号間の時間間隔に対し等間隔をなす模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて燃焼制御を行うようにしたものである(例えば、特許文献1参照)。これにより、クランク角センサの出力が断線等故障をしたときでも緊急回避行動を行い得る。 2. Description of the Related Art Conventionally, a crank angle sensor that outputs an engine crank angle signal, a cam angle sensor that outputs an engine cam angle signal, and a control device for an internal combustion engine that determines a cylinder of the internal combustion engine from the crank angle sensor and the cam angle sensor. Various proposals have been made. Among them, the one described in Patent Document 1 is based on a control parameter based on a simulated crank angle signal that is equally spaced with respect to a time interval between the cam angle signals that are continuously output when the crank angle sensor is abnormal. And combustion control is performed based on the simulated crank angle signal and the cam angle signal (see, for example, Patent Document 1). As a result, emergency avoidance action can be performed even when the output of the crank angle sensor breaks down.
しかしながら、上記特許文献のものは、カム角信号の出力タイミングの時間間隔を複数に等分して、クランク角信号の擬似的なタイミングを生成している。そのため、実際のクランク角信号の動き(回転変動)との乖離が起こるため、当該乖離により点火時期を過度に早くしてしまった場合にはノッキングの原因となる。つまり、上記公知技術のような制御を行う場合、上述したようなノッキング防止ため、点火時期や燃料噴射量の制御においては安全マージンを大きく設けることが必要となる。具体的には点火時期を大きく遅角させることが必要となる。そうなると前記乖離により逆に点火時期が遅角となり過ぎるとトルク不足を招来したり排気が高温となりすぎたりして触媒を損傷させてしまうといったことも起こり得る。特に点火時期が遅角となり過ぎる上記不具合は、特に、小排気量の内燃機関や気筒数の少ない内燃機関に対しては特にトルク不足につながり、クランク角センサ故障時の緊急退避行動そのものに支障を来してしまう事態にも繋がってしまう。 However, the above-mentioned patent document generates a pseudo timing of the crank angle signal by equally dividing the time interval of the output timing of the cam angle signal into a plurality of times. For this reason, a deviation from the actual movement (rotational fluctuation) of the crank angle signal occurs. Therefore, if the ignition timing is excessively advanced due to the deviation, it causes knocking. That is, when performing control as in the above-described known technique, it is necessary to provide a large safety margin in the control of the ignition timing and the fuel injection amount in order to prevent knocking as described above. Specifically, it is necessary to greatly retard the ignition timing. If this happens, conversely, if the ignition timing is too retarded due to the deviation, it may occur that the torque becomes insufficient or the exhaust becomes too hot and damages the catalyst. In particular, the above-mentioned problem that the ignition timing is too retarded leads to a shortage of torque, particularly for an internal combustion engine with a small displacement or a small number of cylinders, which hinders the emergency evacuation behavior itself when the crank angle sensor fails. It will also lead to the situation that comes.
本発明は、このような不具合に着目したものであり、クランク角センサの異常時にクランク角の動きをより正確に反映させた模擬クランク角信号を生成し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。 The present invention focuses on such problems and provides a control device for an internal combustion engine that can generate a simulated crank angle signal that more accurately reflects the movement of the crank angle when the crank angle sensor is abnormal. It is aimed.
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve such an object, the present invention takes the following measures.
すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、エンジンのクランク角信号を出力するクランク角センサと、エンジンのカム角信号を出力するカム角センサと、前記クランク角センサ及びカム角センサから内燃機関の気筒判別を行う内燃機関の制御装置であって、前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて燃焼制御を行うことを特徴とする。 That is, a control device for an internal combustion engine according to the present invention includes a crank angle sensor that outputs a crank angle signal of an engine, a cam angle sensor that outputs a cam angle signal of the engine, and the crank angle sensor and the cam angle sensor. A control device for an internal combustion engine that performs cylinder discrimination, and controls a plurality of simulated crank angle signals that are unequal to a time interval between cam angle signals that are continuously output when the crank angle sensor is abnormal. It is generated based on parameters, and combustion control is performed based on the simulated crank angle signal and the cam angle signal.
このようなものであれば、クランク角センサが断線等故障したときであっても、実際のクランク角に近いタイミングで制御を行うことができる。そのため点火時期を遅角させるといった従前より行われていたクランク角センサ故障時に行う燃焼制御の、いわゆる安全マージンを抑えることができる。その結果、当該安全マージンを設けたことにより起こるトルクの低下を抑えることができるので、特に気筒数や排気量が小さい内燃機関であっても、出力が担保された確実な緊急回避行動を行うことができる。 With such a configuration, even when the crank angle sensor breaks down or the like, control can be performed at a timing close to the actual crank angle. Therefore, it is possible to suppress a so-called safety margin of the combustion control performed when the crank angle sensor has failed, such as delaying the ignition timing. As a result, it is possible to suppress a decrease in torque caused by providing the safety margin, and therefore, even in an internal combustion engine having a small number of cylinders or a small displacement, reliable emergency avoidance action with guaranteed output is performed. Can do.
本発明によれば、クランク角センサの異常時にクランク角の動きをより正確に反映させた模擬クランク角信号を生成し得る内燃機関の制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control apparatus of the internal combustion engine which can produce | generate the simulation crank angle signal which reflected the movement of the crank angle more correctly at the time of abnormality of a crank angle sensor can be provided.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、例えば排気量が660ccであるポート噴射式の4ストローク火花点火エンジンであり、三つの気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備する。それら気筒1は直列配置されており、各気筒1の圧縮上死点は等間隔、即ち240°CA毎に出現する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine of the present embodiment is a port injection type four-stroke spark ignition engine having a displacement of 660 cc, for example, and includes three cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). These cylinders 1 are arranged in series, and the compression top dead center of each cylinder 1 appears at regular intervals, that is, every 240 ° CA.
各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An
内燃機関の制御装置たるECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
The
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号(N信号)b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、車載のバッテリの電圧(または、バッテリ電流)を検出するセンサから出力されるバッテリ電圧信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関の冷却液(または、冷却水)の温度を検出する液温センサから出力される冷却液温信号f、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号(G信号)g、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ(または、シフトポジションスイッチ)から出力されるシフトレンジ信号h等が入力される。アクセル開度は、いわば要求負荷である。内燃機関の冷却液温は、内燃機関の温度を示唆する。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal (N signal) b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i is output to the igniter of the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火時期といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、kを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
また、ECU0は、内燃機関の始動(冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある)時において、電動機たるスタータモータ(または、セルモータ。図示せず)に制御信号oを入力し、スタータモータにより内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が冷却液温等に応じて定まる閾値を超えたときに(完爆したものと見なして)終了する。
In addition, the
ここで、クランク角信号b及びカム角信号gに関して補足する。図2に示すように、クランク角センサは、クランクシャフトに固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータ7の回転角度をセンシングするものである。そのロータ7には、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起71が形成されている。典型的には、クランクシャフトが10°回転する毎に、歯または突起71が配置される。
Here, the crank angle signal b and the cam angle signal g will be supplemented. As shown in FIG. 2, the crank angle sensor senses the rotation angle of the
クランク角センサは、ロータ7の外周に臨み、個々の歯または突起71が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号bとしてパルス信号を発信する。ECU0は、このパルスをクランク角信号bとして受信する。
The crank angle sensor faces the outer periphery of the
但し、クランク角センサは、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではない。クランクシャフトのロータ7の歯または突起71は、その一部が欠けている。図2に示す例では、十七番目、十八番目及び二十番目、二十一番目の欠歯部分72、並びに、三十五番目、三十六番目の欠歯部分73という、大きく分けて二つの欠歯部分72、73が存在する。欠歯部分72、73はそれぞれ、クランクシャフトの特定の回転位相角に対応する。即ち、連続する欠歯部分72は180°CA及び540°CAに対応しており、単独の欠歯部分73は0°及び360°CAに対応している。
However, the crank angle sensor does not output 36 pulses during one rotation of the crankshaft. The teeth or
そして、図4に示すように、上記の欠歯部分72、73に起因して、クランク角信号bのパルス列もまた一部が欠損する。この欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度を知ることが可能である。欠損した三十六番目のパルスの次の一番目のパルスのタイミングを0°CA(または、360°CA)とおくと、欠損した十八番目のパルスに続く十九番目のパルスのタイミングが180°CA(または、540°CA)ということになる。上記の0°CAのパルスのタイミングは、特定の気筒(図示例では、第二気筒)1の圧縮上死点に略等しい。
As shown in FIG. 4, due to the above-mentioned
図3に示すように、カム角センサもまた、カムシャフトに固定されカムシャフトと一体となって回転するロータ8の回転角度をセンシングするものである。そのロータ8には、少なくともカムシャフトの一回転を気筒数で割った角度毎に、歯または突起81が形成されている。三気筒エンジンの場合、カムシャフトが120°回転する毎に、歯または突起81が配置される。
As shown in FIG. 3, the cam angle sensor also senses the rotation angle of the
カムシャフトは、巻掛伝動機構(チェーン及びスプロケット。図示せず)等を介してクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて回転するもので、その回転速度はクランクシャフトの二分の一である。故に、上記の歯または突起81は、クランク角度に換算すれば240°CA毎に配置されていることになる。
The camshaft is rotated by receiving a rotational driving force from the crankshaft via a winding transmission mechanism (chain and sprocket, not shown) and the like, and its rotational speed is half that of the crankshaft. Therefore, the above-described teeth or
カム角センサは、ロータ8の外周に臨み、個々の歯または突起81が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度カム角信号gとしてパルス信号を発信する。ECU0は、このパルスをカム角信号gとして受信する。
The cam angle sensor faces the outer periphery of the
歯または突起81に起因して発生するカム角信号gは、何れかの気筒1が所定の行程に至ったことを表す。吸気カムシャフトにカム角センサが付随している場合、そのカム角センサが出力するカム角信号gは、図4に示しているように、各気筒1における圧縮上死点の近傍、または圧縮上死点から所定クランク角度(30°CAないし70°CAの範囲内の値)だけ進角側に偏倚したタイミングを示唆する。いわゆる位相変化型の可変バルブタイミング機構が付随している内燃機関にあっては、カム角信号gが当該機構により調節されるバルブタイミングをも表す。
The cam angle signal g generated due to the teeth or
ECU0は、クランク角信号b及びカム角信号gの双方を参照して各気筒1の現在の行程を知得し、各気筒1で適切な燃料噴射タイミングにて燃料を噴射する同期噴射を行い、また適切な点火時期にて混合気への点火を行う。
The
しかして本実施形態に係る内燃機関の制御装置たるECU0は、前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号g間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号(模擬N信号)を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号gとに基づいて燃焼制御を行うようにしている。
Therefore, the
図4上部は、内燃機関の各行程におけるクランクシャフトが30°CA回転するために必要な所要時間を示している。同図に示すように、クランクシャフトの回転速度は何れかの気筒1が圧縮上死点近傍にあるときにはクランクシャフトが回転する所要時間が大きくなる、すなわち回転速度が低くなる傾向にある。これが実際にはクランクシャフトの脈動として現れる。当該脈動に係る前記所要時間の差、つまり同図に示される回転速度差Aは、エンジン回転数、要求負荷、点火時期、冷却液温、補機による負荷といった各種制御パラメータにより異なる。 The upper part of FIG. 4 shows the time required for the crankshaft to rotate 30 ° CA in each stroke of the internal combustion engine. As shown in the figure, the rotational speed of the crankshaft tends to increase the time required for the crankshaft to rotate when any cylinder 1 is near the compression top dead center, that is, the rotational speed tends to decrease. This actually appears as crankshaft pulsation. The difference in the required time related to the pulsation, that is, the rotational speed difference A shown in the figure varies depending on various control parameters such as engine speed, required load, ignition timing, coolant temperature, and load by auxiliary equipment.
本実施形態では、ECU0に予め前記カム角信号g間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号bの信号パターンを例えば複数のマップとして記憶させてある。この信号パターンは、各種制御パラメータにより予測されるクランクシャフトの回転速度差Aの値に応じて適宜選択され得るようになっている。そして図5に示すように、模擬クランク角信号の信号パターンは、何れかの気筒1が圧縮上死点にある近傍での広間隔領域αと、当該広間隔領域α間に介在する狭間隔領域βとを有している。広間隔領域αでは30°CA回転するために必要な所要時間が上記カム角信号g間の時間間隔を8等分した時間よりも長い時間間隔となるよう模擬クランク角信号が設定されている。また狭間隔領域βでは30°CA回転するために必要な所要時間が前記カム角信号g間の時間間隔を8等分した時間よりも短い時間間隔となるよう模擬クランク角信号が設定されている。そしてECU0に記憶されている各信号パターンはそれぞれ広間隔領域α及び狭間隔領域βの時間間隔が異なるものとなっている。すなわちクランクシャフトの回転の脈動が大きい場合には広間隔領域αと狭間隔領域βとの時間の差が大きい信号パターンがECU0から読み出される。
In this embodiment, the
以下、本実施形態に係るクランク角センサの異常時における燃焼制御について図4及び図5に示して説明する。 Hereinafter, combustion control when the crank angle sensor according to the present embodiment is abnormal will be described with reference to FIGS.
以下、本実施形態おけるクランク角センサ異常時の制御について具体的に説明する。まず、断線等によりクランク角センサの異常が起こると、制御パラメータから図4における脈動の原因となる回転速度差Aの値を予測し、当該回転速度差Aの値から、ECU0に記憶されている複数の信号パターンのうち任意の信号パターンを読み出す。そしてこれまで発信されてきたカム角信号gのタイミングから次回カム角信号gが発信されるタイミングを予測するとともに、最新のカム角信号gと予測されたカム角信号gとの時間差と前記信号パターンから模擬クランク角信号を生成し、当該模擬クランク角信号に基づいて燃焼制御を行う。ここで、クランク角センサの異常に応じて従来同様点火時期や燃料噴射量の制御すなわち燃焼制御に所謂安全マージンを設けても良い。換言すればクランク角センサの異常に応じて点火時期を遅角側に補正するとともに燃料噴射量を減じる従来行われていた補正を併せて行っても良い。さらには上記複数の信号パターンに対応付けて上記安全マージンにおける補正量を異ならせたり、例えば回転速度差Aの値が小さい場合の信号パターンなど、読み出される信号パターンによっては安全マージンを設けない態様としたりしても良い。
Hereinafter, the control when the crank angle sensor is abnormal in the present embodiment will be specifically described. First, when an abnormality occurs in the crank angle sensor due to disconnection or the like, the value of the rotational speed difference A that causes pulsation in FIG. 4 is predicted from the control parameter, and stored in the
以上のようにすることにより、本実施形態に係る内燃機関の制御装置であるECU0は図5に示すように、上記のクランクシャフトの脈動に応じるべく前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号g間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号gとに基づいて燃焼制御を行うようにしているので、実際のクランク角信号bが出力されるタイミングにより近いクランク角の値を得ることができ、燃焼制御を的確に行い得る。特に本実施形態では模擬クランク角信号の信号パターンが圧縮上死点近傍に広間隔領域αを位置付けているために圧縮上死点近傍では単にカム角信号g間を等分した時間よりも遅いタイミングで模擬クランク角信号が生成される。これにより、カム角信号g間を等分した時間に基づいて点火時期を設定した場合よりも点火時期が進角側となり過ぎることが有効に回避されるようになっている。その結果、点火時期を遅角側に補正する所謂安全マージンを設けなくとも、ノッキングが回避された燃焼制御が実現される。
As described above, as shown in FIG. 5, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration of each unit is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態ではエンジン回転数や要求負荷により模擬クランク角信号の態様を決定したが勿論、上記の制御パラメータの他、EGR量、EGR率やCVTの状態といった他の制御パラメータも勘案してもよい。また実際のクランク角信号を発生するパルス列やカム角信号が出力される具体的なタイミングといった態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。 For example, in the above embodiment, the mode of the simulated crank angle signal is determined based on the engine speed and the required load. Of course, in addition to the control parameters described above, other control parameters such as the EGR amount, the EGR rate, and the CVT state are also taken into consideration. Also good. In addition, aspects such as a pulse train for generating an actual crank angle signal and a specific timing at which the cam angle signal is output are not limited to those of the above-described embodiment, and various aspects including the existing ones may be used. Can be applied.
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に用いることができる。 The present invention can be used for controlling an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
1…気筒
b…クランク角信号
g…カム角信号
0…内燃機関の制御装置(ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder b ... Crank angle signal g ...
Claims (1)
エンジンのカム角信号を出力するカム角センサと、
前記クランク角センサ及びカム角センサから内燃機関の気筒判別を行う内燃機関の制御装置であって、
前記クランク角センサの異常時に、連続して出力される前記カム角信号間の時間間隔に対し不等間隔をなす複数の模擬クランク角信号を制御パラメータに基づいて生成し、当該模擬クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて燃焼制御を行う内燃機関の制御装置。 A crank angle sensor for outputting an engine crank angle signal;
A cam angle sensor for outputting an engine cam angle signal;
A control device for an internal combustion engine that performs cylinder discrimination of the internal combustion engine from the crank angle sensor and the cam angle sensor,
When an abnormality occurs in the crank angle sensor, a plurality of simulated crank angle signals that are unequal to the time interval between the cam angle signals that are continuously output are generated based on the control parameter, and the simulated crank angle signal A control device for an internal combustion engine that performs combustion control based on the cam angle signal.
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---|---|---|---|
JP2012262013A Pending JP2014105696A (en) | 2012-11-30 | 2012-11-30 | Control unit for internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014105696A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7396307B2 (en) | 2021-01-26 | 2023-12-12 | 株式会社デンソー | engine control device |
-
2012
- 2012-11-30 JP JP2012262013A patent/JP2014105696A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7396307B2 (en) | 2021-01-26 | 2023-12-12 | 株式会社デンソー | engine control device |
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