JP2018177061A - Lpgハイブリッド車両のエンジン始動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンの始動に必要な電力を抑制することができ、燃費の向上を図ることができるLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法を提供すること。【解決手段】燃料タンク20から燃料供給配管22、デリバリパイプ23を介して供給される液化石油ガス(LPG)を燃料とするLPGエンジン10と、第1モータジェネレータ110とを備え、第1モータジェネレータ110によりLPGエンジン10を始動させるLPGハイブリッド車両100のエンジン始動方法において、デリバリパイプ23内におけるLPG燃料の状態に基づいて、LPGエンジン10の始動容易性を判定し(S2)、始動容易性の判定結果に応じて、LPGエンジン10を始動するために第1モータジェネレータ110に発生させる始動トルクを切り替える(S3,S4)。【選択図】図3
Description
本発明は、LPG(液化石油ガス)エンジンとモータを備えるLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法に関するものである。
燃料ポンプから供給されるLPGを燃料とするエンジンと、モータとの少なくとも一方の動力で走行可能なLPGハイブリッド車両が実用化されている。このようなLPGハイブリッド車両では、エンジン始動時には、モータによりエンジンの回転数を上昇させてエンジンを始動させている。ここで、LPG燃料は、ガソリンに比べて沸点が低いため、インジェクタからLPG燃料が液状噴射されるとすぐに気化するので、LPGエンジンはガソリンエンジンよりも始動しやすい。
ところが、エンジンからの受熱によって燃料配管内でLPG燃料が気化してしまうことがある。そして、LPG燃料が燃料配管内で気化してしまうと、インジェクタからLPG燃料を液状噴射することができなくなり、エンジンの始動性が悪化してしまう。そのため、燃料ポンプをプレ駆動して、気化したLPG燃料を液化することにより、エンジンの始動性の悪化を防止するようになっている(特許文献1参照)。
しかしながら、従来のLPGハイブリッド車両におけるエンジン始動では、エンジンの始動しやすさ(始動性)に関係なく、エンジンの始動トルクが常に一定であった。つまり、エンジンが始動しにくい場合であっても、エンジンを確実に始動させることができるように、ガソリンエンジンと同じ始動トルクが設定されていた。そのため、燃料ポンプのプレ駆動が不要であるエンジンが始動しやすい場合には、必要以上の始動トルクでエンジンを始動させることとなり、エンジンの始動時に余分(無駄)な電力を消費していた。
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、エンジンの始動に必要な電力を抑制することができ、燃費の向上を図ることができるLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、燃料タンクから燃料配管を介して供給される液化石油ガス(LPG)を燃料とするLPGエンジンと、モータとを備え、前記モータにより前記LPGエンジンを始動させるLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法において、前記燃料配管内におけるLPG燃料の状態に基づいて、前記LPGエンジンの始動容易性を判定し、前記始動容易性の判定結果に応じて、前記LPGエンジンを始動するために前記モータに発生させる始動トルクを切り替えることを特徴とする。
このLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法では、燃料配管内におけるLPG燃料の状態に基づきLPGエンジンの始動容易性が判定され、その判定結果に応じて、LPGエンジンを始動させるための始動トルクが切り替えられる。このようにモータに発生させる始動トルクを切り替えることにより、LPGエンジンの始動に必要となるモータへの供給電力を最適化する(消費電力を抑える)ことができ、燃費の向上を図ることができる。
ここで、LPG燃料は、通常時において、インジェクタから液状噴射されるとすぐに気化するため、LPGエンジンは始動しやすい。ところが、熱的に厳しい条件下では、燃料配管内でLPG燃料が気化してしまい、必要量のLPG燃料をLPGエンジンに供給することができなくなって始動しにくくなる。つまり、燃料配管内のLPG燃料が気化しているか否かを判断することにより、LPGエンジンを始動しにくいか、始動しやすいかを判定することができる。そして、燃料配管内のLPG燃料が気化しているか否かは、LPG燃料のプロパン率と燃料配管内における燃料圧力及び燃料温度とにより判別することができる。
そこで、上記のLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法において、前記始動容易性を、前記燃料タンク内の燃料圧力及び燃料温度から算出されるプロパン率と、前記燃料配管内の燃料圧力及び燃料温度とに基づいて、LPG燃料の状態を判別して、始動しにくい場合又は始動しやすい場合のいずれかに判定し、始動しやすいと判定した場合には、前記始動トルクを所定の第1始動トルクに設定し、始動しにくいと判定した場合には、前記始動トルクを前記第1始動トルクより大きい第2始動トルクに設定すればよい。
このようにすることにより、LPGエンジンの始動容易性を、簡単かつ精度良く判定することができ、その判定に応じて始動トルクを適切に切り替えることができる。例えば、プロパン率と燃料配管内の燃料圧力及び燃料温度とに基づき、燃料配管内のLPG燃料が液相状態又は気相状態のいずれか、つまり、LPGエンジンが始動しやすい場合(始動容易)又は始動しにくい場合(始動非容易)のいずれかに判定することができる。そして、始動しやすいと判定された場合には、始動トルクが所定の第1始動トルク(従来から設定されている始動トルクよりも小さいトルク値)とされ、始動しにくいと判定された場合には、始動トルクが第1始動トルクより大きい第2始動トルク(従来から設定されている始動トルクと同等のトルク値)とされる。これにより、通常時における始動では、従来よりも小さい第1始動トルクでLPGエンジンが始動されるため、消費電力を効果的に抑えることができ、燃費の向上を確実に図ることができる。
本発明に係るLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法によれば、エンジンの始動に必要な電力を抑制することができ、燃費の向上を図ることができる。
本発明に係る実施形態であるLPGハイブリッド車両について、図1を参照しながら詳細に説明する。LPGハイブリッド車両100は、LPGエンジン10と、第1モータジェネレータ(MG1)110と、動力分割機構120と、第2モータジェネレータ(MG2)130と、パワーコントロールユニット(PCU)140と、バッテリ150と、電子制御装置(ECU)160とを備えている。つまり、LPGハイブリッド車両100は、モータを2つ有する2モータ式のハイブリッドシステムを備えている。
LPGエンジン10は、LPGを燃料とする多気筒のエンジンである。このLPGエンジン10は、周知の構造を有するレシプロタイプのものであり、本実施形態では、1番気筒#1〜4番気筒#4の4気筒を有する(図2参照)。LPGエンジン10は、吸気通路を通じて吸入されるLPG燃料と空気との可燃混合気を、各気筒#1〜#4の燃焼室で爆発・燃焼させ、その燃焼後の排気を排気通路を通じて排出させることにより、ピストンを動作させてクランクシャフトを回転させ、動力を得るようになっている。
第1モータジェネレータ110及び第2モータジェネレータ130は、交流の回転電機である。第1モータジェネレータ110は、LPGエンジン10を始動させるスタータ(セルモータ)としても機能する。そして、LPGハイブリッド車両100は、LPGエンジン10と第2モータジェネレータ130との少なくとも一方の動力により走行可能となっている。
LPGエンジン10は、動力分割機構120に連結されており、LPGエンジン10からの動力が動力分割機構120に入力されるようになっている。動力分割機構120は、第1モータジェネレータ110と第2モータジェネレータ130にも連結されている。そして、動力分割機構120は、LPGエンジン10から入力される動力を、出力軸170と第1モータジェネレータ110とに分割して配分するようになっている。
出力軸170は減速機180を介して駆動輪(不図示)に接続されるとともに、第2モータジェネレータ130に連結されている。これにより、出力軸170は、LPGエンジン10の動力あるいは第2モータジェネレータ130の動力の少なくとも一方の動力によって回転し、その回転力が駆動輪に伝達されるようになっている。
PCU140は、周知のようにインバーター、昇圧コンバーター及びDCDCコンバーターを備えており、バッテリ150と第1モータジェネレータ110、第2モータジェネレータ130との間における電力制御を行う装置である。具体的には、PCU140が、バッテリ150から供給される高電圧の直流電力を交流電力に変換して第1モータジェネレータ110、第2モータジェネレータ130に出力することにより、第1モータジェネレータ110、第2モータジェネレータ130が駆動される。また、PCU140が、第1モータジェネレータ110、第2モータジェネレータ130によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ150に出力することにより、バッテリ150が充電されるようになっている。バッテリ150は、第1モータジェネレータ110、第2モータジェネレータ130を駆動するための高電圧の直流電力を蓄える二次電池である。
ECU160は、周知のように中央処理装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、およびバックアップRAM等を備えている。ROMは、各種制御に係る所定の制御プログラムを予め記憶している。そして、ECU160は、これら制御プログラムに従いLPGハイブリッド車両100に搭載されている各種機器の制御を実行する。
そして、図2に示すように、LPGエンジン10の各気筒#1〜#4に対応して、インジェクタ11〜14が設けられている。インジェクタ11〜14は、各気筒#1〜#4の吸気ポートに対してLPG燃料を噴射するものである。これらのインジェクタ11〜14には、燃料タンク20内に設けられた燃料ポンプ21から圧送されたLPG燃料が、燃料供給配管22およびデリバリパイプ23を介して供給されるようになっている。なお、燃料ポンプ21は、LPGエンジン10の運転状態に応じてポンプ回転数が制御されるようになっている。
このようにして供給されたLPG燃料は、ECU160からの指令に基づいてインジェクタ11〜14が作動することにより、吸気ポートへ噴射され、空気との可燃混合気を形成して各気筒#1〜#4に取り込まれる。なお、燃料タンク20には、燃料タンク20内におけるLPG燃料の温度を検知する燃温センサ40およびLPG燃料の圧力を検知する燃圧センサ41が設けられている。
ここで、燃料供給配管22には、タンク遮断弁30とデリバリ遮断弁31が設けられている。タンク遮断弁30は燃料供給配管22のうち燃料タンク20近傍に配置されており、燃料タンク20からのLPG燃料の供給を遮断するためのものである。一方、デリバリ遮断弁31は燃料供給配管22のうちデリバリパイプ23近傍に配置されており、デリバリパイプ23へのLPG燃料の供給を遮断するためのものである。
また、燃料供給配管22には、燃料タンク20とタンク遮断弁30の間にチェック弁35が設けられている。このチェック弁35は、燃料供給配管22から燃料ポンプ21へのLPG燃料の逆流を阻止する逆止弁である。また、デリバリパイプ23には、デリバリパイプ23内におけるLPG燃料の温度を検知する燃温センサ42およびLPG燃料の圧力を検知する燃圧センサ43が設けられている。
なお、各インジェクタ11〜14からの余剰燃料は、リターン配管25を通じて燃料タンク20内に戻されるようになっている。リターン配管25には、プレッシャレギュレータ26と残圧保持弁32とが配設されている。より具体的には、リターン配管25において、残圧保持弁32より上流側にプレッシャレギュレータ26が配置されている。残圧保持弁32の開弁・閉弁により、リターン配管25が連通・遮断するようになっている。この残圧保持弁32は、LPGエンジン10の停止時に閉弁されてデリバリパイプ23内の燃圧を高く維持するようになっている。
そして、タンク遮断弁30、デリバリ遮断弁31、および残圧保持弁32の開閉は、ECU160により制御されるようになっている。また、ECU160は、LPGエンジン10の運転条件に合った燃料量をLPGエンジン10に噴射供給するために、インジェクタ11〜14の開閉駆動および燃料ポンプ21の駆動(回転数)も制御するようになっている。このため、ECU160には、LPGエンジン10の運転状況、及びデリバリパイプ23内におけるLPG燃料の状態等を把握するために各種センサから信号が入力されるようになっている。
続いて、上記の構成を有するLPGハイブリッド車両100におけるLPGエンジン10の始動方法について、図3及び図4を参照しながら説明する。
ここで、LPG燃料は、ガソリンに比べて沸点が低いため、インジェクタ11〜14からLPG燃料が液状噴射されるとすぐに気化する。従って、LPGエンジン10は、熱的条件が厳しくない通常時は、ガソリンエンジンよりも始動しやすい。そのため、LPGエンジン10を始動するために必要な始動トルクを、ガソリンエンジンよりも小さくしても始動することができる。
ここで、LPG燃料は、ガソリンに比べて沸点が低いため、インジェクタ11〜14からLPG燃料が液状噴射されるとすぐに気化する。従って、LPGエンジン10は、熱的条件が厳しくない通常時は、ガソリンエンジンよりも始動しやすい。そのため、LPGエンジン10を始動するために必要な始動トルクを、ガソリンエンジンよりも小さくしても始動することができる。
ところが、従来のLPGハイブリッド車両では、ガソリンエンジンと同じ始動トルクが設定されていた。そのため、LPGエンジンが始動しやすい場合には(通常時の始動では)、必要以上の始動トルクでLPGエンジンを始動させており、LPGエンジンの始動時に余分(無駄)な電力を消費していた。
そこで、本実施形態では、LPGエンジン10が始動しやすい(熱的に厳しくない)通常時には、始動トルクを小さくしてLPGエンジン10を始動するようにしている。すなわち、LPG燃料の状態に応じて、LPGエンジン10が始動しやすいか始動しにくいかを判別し、その判別結果により始動トルクを切り替える。そのために、ECU160及びPCU140が、図3に示す始動制御を実施する。
まず、ECU160は、LPGエンジン10の始動要求の有無を判断する(ステップS1)。具体的には、ECU160により、車両に備わっているスタートスイッチが操作されたか否かにより「要求有」又は「要求無」と判断される。LPGエンジン10の始動要求が有る「要求有」の場合には(ステップS1:YES)、ECU160は、LPGエンジン10が始動容易か否か(始動容易性)を判断する(ステップS2)。すなわち、ECU160が、デリバリパイプ23内におけるLPG燃料の状態(LPG燃料が液相状態あるいは気相状態のいずれであるか)に基づき、始動容易性を判定する。具体的には、まず、ECU160は、燃温センサ40および燃圧センサ41からの入力信号に基づき、LPG燃料の飽和蒸気圧曲線を利用して、燃料タンク20内のLPG燃料のプロパン率を算出する。
なお、LPGエンジン10の始動要求が無い「要求無」の場合には(ステップS1:NO)、ECU160は、始動制御の処理を一旦終了する。
なお、LPGエンジン10の始動要求が無い「要求無」の場合には(ステップS1:NO)、ECU160は、始動制御の処理を一旦終了する。
ここで、LPG燃料の飽和蒸気圧は、図4に示すように、LPG燃料のプロパン率により変化する。すなわち、プロパン率が大きくなるに従って飽和蒸気圧が高くなる。また、LPG燃料の飽和蒸気圧は、燃料温度によっても変化する。すなわち、燃料温度が高くなるに従って飽和蒸気圧が高くなる。そして、LPG燃料は、飽和蒸気圧曲線を境にして液相状態と気相状態とに分かれる。すなわち、LPG燃料は、飽和蒸気圧曲線より高圧低温領域(上側)では液相状態となり、低圧高温領域(下側)では気相状態となる。
従って、LPGハイブリッド車両100で使用されているLPG燃料のプロパン率を算出して、そのLPG燃料の飽和蒸気圧曲線を特定した後、デリバリパイプ23内の燃料圧力および燃料温度からLPG燃料の状態が、特定した飽和蒸気圧曲線から液相領域に含まれるか、気相領域に含まれるかによって、デリバリパイプ23内のLPG燃料が液相状態であるか、気相状態であるかを判定する。そして、デリバリパイプ23内のLPG燃料が、液相状態であると判定した場合に、LPGエンジン10は始動しやすい状態である(始動容易である:容易)と判別し、気相状態であると判定した場合に、LPGエンジン10は始動にくい状態である(始動容易ではない:非容易)と判別する。
そして、ECU160は、LPGエンジン10が始動しやすい状態である(始動容易である:容易)と判別すると(ステップS2:YES)、LPGエンジン10の始動トルクを、所定の第1始動トルクTQ1に設定する。この第1始動トルクTQ1は、従来の設定トルクよりも小さく、本実施形態では例えば、従来の設定トルクの約半分の大きさに設定している。このように、デリバリパイプ23内のLPG燃料が液相状態であれば、インジェクタ11〜14からLPG燃料が液状噴射されて直ちに気化されるため、始動トルクを小さく設定してもLPGエンジン10を良好に始動させることができる。
一方、LPGエンジン10が始動しにくい状態である(始動容易ではない:非容易)と判別すると(ステップS2:NO)、LPGエンジン10の始動トルクを、第1始動トルクTQ1よりも大きい第2始動トルクTQ2に設定する。この第2始動トルクは、従来の設定トルクと同じ大きさに設定すればよい。従って、本実施形態では例えば、第2始動トルクTQ2は、第1始動トルクTQ1の約2倍の大きさに設定されている。
次に、ECU160は、始動トルクの設定情報をPCU140に送信にする(ステップS5)。そして、PCU140は、始動トルクの設定情報を受信すると、その設定された始動トルクが出力されるように第1モータジェネレータ110を駆動する(ステップS6)。この第1モータジェネレータ110の駆動により、LPGエンジン10が始動される。より詳細には、第1モータジェネレータ110の駆動により、LPGエンジン10がクランキングされて始動されたか(完爆したか)否かが判断される(ステップS7)。そして、LPGエンジン10が始動すると(ステップS7:YES)、第1モータジェネレータ110の駆動を停止させる(ステップS8)。なお、LPGエンジン10が始動するまで(ステップS7:NO)、第1モータジェネレータ110が駆動されてLPGエンジン10のクランキングが行われる。
すなわち、LPGハイブリッド車両100では、LPGエンジン10が始動しやすい状態である(始動容易である:容易)場合、PCU140が、従来よりも小さい第1始動トルクTQ1が出力されるように第1モータジェネレータ110を駆動させてLPGエンジン10を始動させる。一方、LPGエンジン10が始動しにくい状態である(始動容易ではない:非容易)場合、PCU140が、従来と同等の大きさの第2始動トルクTQ2が出力されるように第1モータジェネレータ110を駆動させてLPGエンジン10を始動させる。
このように、デリバリパイプ23内におけるLPG燃料の状態に応じて、LPGエンジン10の始動トルクを切り替えることにより、第1モータジェネレータ110への供給電力を最適化することができる。そして、通常の始動時においては、LPGエンジン10が始動しやすいと判定されるため、始動トルクが従来よりも小さく設定されるため、始動時に余分な電力消費を抑えることができる。その結果として、燃費を向上させることができる。
続いて、上記の始動制御を実施した場合における各種信号などの状態変化について、図5及び図6に示すタイムチャートを参照しながら説明する。まず、通常時における始動制御について、図5を参照しながら説明する。時刻t1において、スタートスイッチが操作されてエンジン始動要求が「要求有」となる。そうすると、燃温センサ40および燃圧センサ41からの入力信号に基づき、LPG燃料の飽和蒸気圧曲線が利用されて、燃料タンク20内のLPG燃料のプロパン率が算出される。例えば、一般的なLPG燃料である場合、プロパン率が約25%と算出される。このとき、例えば、デリバリパイプ23内におけるLPG燃料が図4に示す状態A(燃料圧力:0.5MPa、燃料温度:20℃)であるとすると、時刻t1から上記の処理時間が経過した時刻t2において、始動容易であると判定され、始動トルクが第1始動トルクTQ1に設定される。
そうすると、この始動トルク情報がECU160からPCU140へ送信され、その始動トルク情報をPCU140が受信する。そして、時刻t2からこのような送受信の処理時間が経過した時刻t3において、第1モータジェネレータ110が駆動される。このとき、始動トルクが第1始動トルクTQ1に設定されているため、第1モータジェネレータ110の出力トルクは、第1始動トルクTQ1となる。なお、図5の始動トルクに示す破線は、従来の始動トルクである。これにより、第1モータジェネレータ110によって第1始動トルクTQ1でLPGエンジン10がクランキングされ、LPGエンジン10のエンジン回転数が徐々に上昇していく。そして、時刻t4において、LPGエンジン10の始動が完了し、第1モータジェネレータ110の駆動が停止される。このように、通常時(始動容易)では、始動時における消費電量を1/2程度に低減することができ、燃費が向上する。
次に、例えば、夏場に高速走行を長時間続けた後にエンジンを停止してから、すぐにエンジンを再始動するような熱的条件が厳しい場合について、図6を参照しながら説明する。時刻t5において、スタートスイッチが操作されてエンジン始動要求が「要求有」となると、燃料タンク20内のLPG燃料のプロパン率が算出される。ここでも、使用されているLPG燃料が一般的なものであるとすると、プロパン率は約25%と算出される。このとき、例えば、デリバリパイプ23内におけるLPG燃料が図4に示す状態B(燃料圧力:0.9MPa、燃料温度:60℃)であるとすると、時刻t6において、始動非容易であると判定され、始動トルクが第2始動トルクTQ2に設定される。
そうすると、時刻t7において、始動トルクが第2始動トルクTQ2となるように、第1モータジェネレータ110が駆動される。なお、従来の始動トルクは、第2始動トルクTQ2と同じである。これにより、第1モータジェネレータ110によって、第1始動トルクTQ1よりも大きい第2始動トルクTQ2でLPGエンジン10がクランキングされ、LPGエンジン10のエンジン回転数が徐々に上昇していく。そして、時刻t8において、LPGエンジン10の始動が完了し、第1モータジェネレータ110の駆動が停止される。従って、熱的条件が厳しい(始動非容易)場合には、始動時における消費電力は従来と同じになるため、燃費が悪化することはない。
以上、詳細に説明したように本実施形態に係るLPGハイブリッド車両100のエンジン始動方法によれば、デリバリパイプ23内のLPG燃料の状態に基づき、始動容易性(容易又は非容易)を判定して、その判定結果により始動トルクを切り替えるため、LPGエンジン10の始動に必要となる第1モータジェネレータ110の供給電力を最適化することができる。そして、実際上、LPGエンジン10の始動時には、デリバリパイプ23内のLPG燃料が液相状態になっていることが大半であるため、ほとんどの場合、始動トルクが従来の設定トルクより小さい第1始動トルクTQ1に設定される。従って、LPGエンジン10の始動に必要な電力(第1モータジェネレータ110への供給電力)を抑制することができ、燃費の向上を図ることができる。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施形態では、2モータ式のハイブリッド車両に本発明を適用した場合を例示したが、第2モータジェネレータを備えずに第1モータジェネレータ110のみを有する1モータ式のハイブリッド車両にも本発明を適用することができる。
10 LPGエンジン
23 デリバリパイプ
40 燃温センサ
41 燃圧センサ
42 燃温センサ
43 燃圧センサ
100 LPGハイブリッド車両
110 第1モータジェネレータ
140 パワーコントロールユニット(PCU)
160 電子制御装置(ECU)
23 デリバリパイプ
40 燃温センサ
41 燃圧センサ
42 燃温センサ
43 燃圧センサ
100 LPGハイブリッド車両
110 第1モータジェネレータ
140 パワーコントロールユニット(PCU)
160 電子制御装置(ECU)
Claims (2)
- 燃料タンクから燃料配管を介して供給される液化石油ガス(LPG)を燃料とするLPGエンジンと、モータとを備え、前記モータにより前記LPGエンジンを始動させるLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法において、
前記燃料配管内におけるLPG燃料の状態に基づいて、前記LPGエンジンの始動容易性を判定し、
前記始動容易性の判定結果に応じて、前記LPGエンジンを始動するために前記モータに発生させる始動トルクを切り替える
ことを特徴とするLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法。 - 請求項1に記載するLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法において、
前記始動容易性を、前記燃料タンク内の燃料圧力及び燃料温度から算出されるプロパン率と、前記燃料配管内の燃料圧力及び燃料温度とに基づいて、LPG燃料の状態を判別して、始動しにくい場合又は始動しやすい場合のいずれかに判定し、
始動しやすいと判定した場合には、前記始動トルクを所定の第1始動トルクに設定し、
始動しにくいと判定した場合には、前記始動トルクを前記第1始動トルクより大きい第2始動トルクに設定する
ことを特徴とするLPGハイブリッド車両のエンジン始動方法。
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