DE102016215858A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem Luftmassenstrom der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei der Luftmassenstrom mittels in einer Abgasanlage erfasster Werte korrigiert wird und die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des korrigierten Luftmassenstroms angesteuert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine.
- Stand der Technik
- Aus der
DE 10 2011 101 537 A1 ist ein Verfahren zum Rückführen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, bei welchem Abgas über eine Niederdruckleitung in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine rückgeführt wird, bekannt. Dabei wird im Bereich der Niederdruckleitung eine Druckdifferenz ermittelt und die Druckdifferenz zum Überwachen der Niederdruck-Abgasrückführung herangezogen. Bei einem Auftreten einer Fehlfunktion der Niederdruck-Abgasrückführung wird ein die Fehlfunktion angebender Datenwert in einem Speicher abgespeichert. - Offenbarung der Erfindung
- Bei Verbrennungskraftmaschinen setzen sich zunehmend aufgrund von schärferen Gesetzgebungen Systeme mit präziseren Luftmassensensoren durch. Im PKW Bereich werden hier vor allem Heißfilmluftmassensensoren (HFM) eingesetzt, im LKW und Nutzkraftfahrzeugbereich immer häufiger sogenannte Pressure Based Air Flow Meter (PFM). Die Vorteile der präziseren Luftmassensensoren, wie z.B. des PFM Sensors ist, dass eine optimale Verbrennung bezüglich Leistung und Emissionen hergestellt werden kann. Um die Verbrennung möglichst optimal bezüglich erzeugter Emissionen zu regeln, werden Abgasnachbehandlungssysteme wie interne Abgasrückführungen und spezielle Katalysatoren, wie z.B. selektive SCR-Katalysatoren, eingesetzt. Unter dem Frischluftmassenstrom wird im Folgenden vereinfacht von einem Luftmassenstrom, sowie unter der Frischluftmasse auch von einer Luftmasse gesprochen.
- Im Bereich der gewerblichen Nutzfahrzeuge werden die hergestellten Motoren in vielen unterschiedlichen Fahrzeugen eingesetzt. Daher existieren hier viele unterschiedliche Konfigurationen bzw. Applikationen für den gleichen Motor. Im Normalfall zählt zum Bereich des Motors der Motor selbst, die Abgasrückführung, der Turbolader sowie das Abgasnachbehandlungssystem.
- Der Bereich der Luftansaugung, d.h. der vorgelagerte Teil des Verdichters des Abgasturboladers, der Ladeluftkühler zwischen dem Turbolader und der Drosselklappe bzw. dem Ansaugkrümmer werden nicht zum Motor-Bereich gezählt.
- Für Luftmassensensoren, die stromaufwärts des Verdichters des Turboladers angeordnet sind, wie z.B. Heißfilmluftmassensensoren, haben unterschiedliche Varianten von Luftfiltern und dessen Kontamination mit z. B. Staub, Wasser oder Eis einen großen Effekt auf das Luftmassensensorsignal. Im Falle von Luftmassensensoren die stromabwärts des Turboladers angeordnet sind, wie z.B. PFM-Luftmassensensoren, haben die Varianten der Ladeluftkühler, die Varianten der Verbindungsstücke der Rohre einen Einfluss auf das Luftmassensignal.
- Für beide Sensortypen zeigen sich systematische Abweichungen im Sensorsignal für die unterschiedlichen Komponenten bzw. Luftansaugtraktgeometrien.
- Durch eine schlechtere Qualität des gemessenen Luftmassensensorsignals kann es zu höherem Kraftstoffverbrauch, schlechteren Abgaswerten und zu einem erhöhten Verbrauch von Harnstoff (Adblue) bei selektiv katalytischen Reduktions-Abgasnachbehandlungssystemen kommen.
- Heutzutage besitzen gewerbliche Nutzkraftfahrzeuge mit mehr als 59 kW Leistung meistens schon ein Harnstoffeinspritzsystem zu Reduzierung der Stickoxid-Emissionen. Typischerweise sind für die Analyse des Abgases dazu zwei Stickoxid-Sensoren (NOx-Sensoren) im Abgastrakt verbaut, mit deren Hilfe man die Umsetzung der selektiven katalytischen Reduktion des SCR-Systems einstellt. Diese Sensoren können zum einen die Stickoxidkonzentration im Abgas und zum anderen das Luft-Kraftstoffgemisch bzw. Luft-Kraftstoffverhältnis λ messen.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine und ein Computerprogramm auf einem Speichermedium zur Ausführung des Verfahrens.
- In einem ersten Aspekt wird eine Ansteuerung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem ein Luftmassenstrom der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei der Luftmassenstrom mittels in einer Abgasanlage erfasster Werte korrigiert wird und die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des korrigierten Luftmassenstroms angesteuert wird.
- Dies hat den Vorteil, dass mit Hilfe der im Abgasstrang ermittelten Werte, der Luftmassenstrom derart korrigiert werden kann, dass systematische Fehler, welche z. B. durch unterschiedliche Geometrien des Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine oder durch Bauteiltoleranzen verursacht werden, korrigiert werden können. Somit lassen sich verpflichtende Emissions-Gesetzgebungen einhalten und unzulässige Emissionen von Abgasen detektieren und vermeiden. Dies hat auch einen positiven Effekt auf den Kraftstoffverbrauch, da die Brennkraftmaschine emissionsoptimiert betrieben wird. Für den Fall, dass die Brennkraftmaschine mit einem SCR-System ausgestattet ist, kann ein unnötiger Harnstoffverbrauch des SCR-Systems verhindert werden, da durch die optimierte Verbrennung weniger Stickoxide produziert werden und somit weniger Harnstoff für die Umsetzung von Stickoxiden in saubere Abgasprodukte benötigt wird.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch eingegebenen Verfahrens möglich.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn in Abhängigkeit des korrigierten Luftmassenstroms z.B. ein Abgasrückführventil zur Einstellung des rückzuführenden Abgases angesteuert wird. Somit können Emissionen der Brennkraftmaschine, wie z.B. Stickoxide und Rußbildung, optimiert werden, so dass es zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch bzw. niedrigeren Verbrauch von Harnstoff kommen kann.
- Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit eines Stickoxidsensorwerts und eines Stickoxid-Modellwerts gebildet werden. Da die zugeführte Menge von Luft einen großen Einfluss auf die Verbrennung und somit auf die dabei erzeugten Emissionen hat, ist es vorteilhaft systematische Fehler, die z.B. durch Bauteiltoleranzen von Heißluftmassenstromsensoren oder PFM-Sensoren erzeugt werden, zur korrigieren. Dadurch können schädliche Emissionen der Brennkraftmaschine verringert werden.
- Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit eines Luft-Kraftstoffsensorwerts und eines Luft-Kraftstoffmodells bestimmt wird. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der korrigierte Luftmassenstrom durch den Vergleich des Luftkraftstoffsensorwerts des stromaufwärts positionierten NOx-Sensors mit dem im Steuergerät berechneten Luftkraftstoffmodellwerts, einfach bestimmt werden kann. Dadurch können z.B. Bauteiltoleranzen der eingesetzten Sensoren zur Erfassung des Luftmassenstroms, wie z.B. Heißfilmluftmassensensoren oder PFM-Sensoren, korrigiert werden. Dadurch können schädliche Emissionen der Brennkraftmaschine verringert werden.
- Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit einer selektiven katalytischen Korrekturfunktion bestimmt wird.
- Besonders Vorteilhaft ist es, wenn die selektive katalytische Korrekturfunktion in Abhängigkeit einer Einspritzmenge des Harnstoffs des selektiven katalytischen Systems gebildet wird. Die selektiven katalytischen Korrekturfunktion korrigiert dabei die Menge des einzuspritzenden Harnstoffs. Durch die Korrektur des Luftmassenstroms in Abhängigkeit der selektiven katalytischen Korrekturfunktion werden weniger Stickoxide bei der Verbrennung der Brennkraftmaschine erzeugt und somit wird auch weniger Harnstoff für das selektive katalytische System benötigt. Dadurch können schädliche Emissionen der Brennkraftmaschine verringert werden und weiterhin kann Kraftstoff eingespart werden, da die Brennkraftmaschine optimiert betrieben werden kann.
- In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
- Zeichnung
- Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung, -
2 ein Funktionsdiagram zur Erläuterung des Verfahrens, bei dem der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit eines Stickoxid-Modellwerts und eines Stickoxid-Sensorwerts gebildet wird, -
3 ein Funktionsdiagram zur Erläuterung des Verfahrens, bei dem der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit eines Luftkraftstoff-Modellwerts und eines Luftkraftstoff-Sensorwerts gebildet wird, -
4 ein Funktionsdiagram zur Erläuterung des Verfahrens bei dem der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit einer selektiven katalytischen Korrekturfunktion gebildet wird. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine10 mit einer Luftanlage4 , über die der Brennkraftmaschine10 Luft50 zugeführt wird, und eine Abgasanlage11 , über die in Strömungsrichtung Abgase51 aus der Brennkraftmaschine10 abgeführt werden. Die Darstellung ist dabei auf für die folgende Darstellung relevante Teile beschränkt. - In der Luftanlage
4 ist in Strömungsrichtung der Luft50 gesehen folgendes angeordnet: Ein Luftfilter1 , ein Heißfilmluftmassensensor (HFM)2 , ein Verdichter5 eines Abgasturboladers6 , ein Ladeluftkühler7 , ein PFM-Sensor8 und eine Drosselklappe9 . In einer bevorzugten Ausführungsform ist entweder ein Heißfilmluftmassensensor2 (HFM) oder ein PFM-Sensor8 (PFM) im System für das Ermitteln des Luftmassenstroms verbaut. - In der Abgasanlage
11 ist ausgehend von der Brennkraftmaschine10 in Strömungsrichtung des Abgases51 folgendes angeordnet: eine Abgasturbine12 , ein Oxidationskatalysator (DOC)13 , ein Dieselpartikelfilter15 (DPF), ein erster Stickoxid-Sensor16 , ein selektives katalytisches System17 mit einem SCR-Katalysator und ein zweiter Stickoxid-Sensor18 . Die Stickoxid-Sensoren sind in einer alternativen Ausführungsform auch in der Lage, ein Luft-Kraftstoffgemisch λ zu ermitteln. Die beschriebenen Werte können z. B. als Sensorwerte oder als Modellwerte vorliegen und werden z.B. einem Steuergerät100 als Sensordaten zur Verfügung gestellt. - Stromaufwärts der Abgasturbine
12 des Abgasturboladers6 , d.h. auf einer Hochdruckseite der Abgasanlage, zweigt von der Abgasanlage11 eine Abgasrückführleitung24 ab, die stromaufwärts der Brennkraftmaschine10 und die stromabwärts der Drosselklappe9 in die Luftanlage4 mündet. Stromabwärts der Brennkraftmaschine10 befinden sich entlang der Abgasrückführleitung24 ein HD-AGR-Ventil22 und HD-AGR-Kühler23 und. Die Rückführung von Abgas dient der Verringerung der Emission der Brennkraftmaschine10 . -
2 zeigt ein Funktionsdiagram zur Erläuterung des Verfahrens bei dem der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit eines Stickoxid-Modellwerts und eines Stickoxid-Sensorwerts gebildet wird. In einem Schritt500 wird der Stickoxid-Sensorwert mit einem Stickoxid-Modellwert verrechnet. Dabei soll der Stickoxid-Sensor16 stromaufwärts des selektiven katalytischen Systems17 verwendet werden, welche die Rohemissionen des Abgases detektiert. Der Stickoxid-Modellwert wird dabei anhand eines Rohemissions-Stickoxid-Modells auf dem Steuergerät100 berechnet. Alternativ oder zusätzlich kann für das Modell auch ein Exponenten-NOx-Modell zum Einsatz kommen. Die Verrechnung zwischen dem Stickoxid-Sensorwert und dem Stickoxid-Modellwert kann z.B. in Form einer Division oder Subtraktion geschehen. - In einem Schritt
510 wird anschließend in Abhängigkeit des Ergebnisses der Verrechnung zwischen dem Stickoxid-Sensorwert und dem Stickoxid-Modellwert ein Korrekturfaktor z.B. aus einer im Steuergerät abgelegten Tabelle ausgewählt. Der Korrekturfaktor der Tabelle kann auch durch eine Komplexe Funktion wie z.B. eine modellbasierte Rückberechnung der Stickoxid-Abweichung im Verhältnis mit der Luftmassenabweichung basierend auf einem inversen Rohemissions-Stickoxid-Modells ersetzt werden. - In einem Schritt
520 wird dann der aus der Tabelle bzw. dem Modell bestimmte Korrekturfaktor mit dem Luftmassenstromsensorwert des HFM- oder PFM-Sensors (2 ;8 ) zu einem korrigierten Luftmassenstromwert verrechnet. Die Verrechnung kann z.B. anhand einer Multiplikation oder Addition geschehen. - In einem Schritt
530 wird dann der Soll-Luftmassenstromwert mittels des korrigierten Luftmassenstromwerts zu einer Regelabweichung verrechnet. Dies kann z.B. in Form einer Subtraktionen geschehen. - In einem Schritt
540 wird anschließend die Regelabweichung dem Abgasrückführ-Regler zugeführt, der dann eine Ansteuerung des Abgasrückführ-Ventils22 vornimmt. Anschließend kann das Verfahren wieder bei Schritt500 fortgesetzt werden. -
3 zeigt ein Funktionsdiagram zur Erläuterung des Verfahrens, bei dem der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit eines Luftkraftstoff-Modellwerts und eines Luftkraftstoff-Sensorwerts gebildet wird. In einer zweiten Ausführungsform wird der Luftmassenstrom mittels eines Luft-Kraftstoff-Sensorwerts und eines Luft-Kraftstoff-Modellwerts korrigiert. Hierbei wird der Stickoxid-Sensor16 verwendet, der in dieser Ausführungsform auch ein Luft-Kraftstoffverhältnis ermitteln kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Lambdasensor eingesetzt werden, welcher stromabwärts der Brennkraftmaschine10 und stromaufwärts der Abgasturbine12 angeordnet ist. Das Luft-Kraftstoff-Modell wird mittels des Signals des Luftmassenstromsensors und der Kraftstoffeinspritzmenge ermittelt und durch das Steuergerät100 berechnet. - In einem Schritt
600 wird der Luft-Kraftstoffmodellwert aus Einspritzmenge und Lustmassensensor (2 ;8 ) mit dem Luft-Kraftstoffsensorwert aus dem NOx- oder Lambda-Sensor verrechnet. Dabei kann diese Verrechnung z.B. durch eine Division geschehen. In Abhängigkeit dieses Ergebnisses wird dann aus einer im Steuergerät abgelegten Tabelle ein Korrekturfaktor bestimmt. Alternativ kann der Korrekturfaktor auch z.B. durch das bereits bekannte Fuel Mass Observer Modell berechnet werden. Das Fuel Mass Observer Modell kann dabei ein Wegdriften des Kraftstoffsignals mittels des Lambdasensors erkennen und korrigieren. Im Deutschen ist der Fuel Mass Observer auch z. B. als Kraftstoffmassen-Beobachter bekannt. Die eigentliche Korrektur kann dabei über die Anpassung des Soll-Luftmassenstroms und/oder über die Anpassung der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge geschehen. Ein Fuel Mass Observer ist z.B. in der PatentschriftDE 10 2004 044 463 A1 offenbart. - In einem Schritt
620 wird dann der aus der Tabelle bestimmte Korrekturfaktor mit dem Luftmassensensorwert des HFM- oder PFM-Sensors (2 ;8 ) zu einem korrigierten Luftmassenstromwert verrechnet. Dies kann z.B. durch eine Multiplikation des Sensorwerts mit dem Korrekturfaktor geschehen. - In einem Schritt
630 wird dann der Soll-Luftmassenstromwert mittels des korrigierten Luftmassenstromwerts zu einer Regelabweichung verrechnet. Dies kann z.B. in Form einer Subtraktionen geschehen. - Anschließend wird in einem Schritt
640 die Regelabweichung dem Abgasrückführ-Regler zugeführt, der dann eine Ansteuerung des Abgasrückführventils22 vornimmt. Anschließend kann das Verfahren wieder bei Schritt600 fortgesetzt werden. -
4 zeigt ein Funktionsdiagram zur Erläuterung eines Verfahrens bei dem der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit einer selektiven katalytischen Korrekturfunktion gebildet wird. In einer dritten Ausführungsform wird ausgehend von einer selektiven katalytischen Korrekturfunktion, welche die Dosiermenge des Harnstoffs korrigiert, ein korrigierter Luftmassenstromwert berechnet. Hierfür kann eine selektive katalytische Korrekturfunktion oder der selektive katalytischen NH3 Füllstand Beobachter verwendet werden. Ein NH3 Füllstand Beobachter ist z.B. derDE 20 1210 221 574 zu entnehmen. Mittels dieser Funktionen lässt sich z.B. die Qualität des AdBlues erkennen, also das Verhältnis von Wasser zu Harnstoff im Tank des Fahrzeugs und darüber die benötigte Dosiermenge korrigieren. - In einem Schritt
700 wird ein Splittingfaktor bestimmt. Der Splittingfaktor kann dabei durch eine komplexe Funktion wie z.B. einer modellbasierten Rückberechnung der Stickoxid-Abweichung im Verhältnis zu der gewichteten Luftmassen- / Einspritzabweichung basierend auf einem inversen Rohemissions-Stickoxidmodells bestimmt werden. - Anschließend wird in einem Schritt
710 der Splittingfaktor mit dem korrigierten selektive katalytische Korrekturfaktors z.B. mittels einer Division verrechnet. Anschließend wird mittels dieses Ergebnisses aus einer im Steuergerät abgelegten Tabelle ein Korrekturfaktor bestimmt. Alternativ kann auch hier wieder eine komplexere Funktion zur Bestimmung des Korrekturfaktors zum Einsatz kommen. - In einem Schritt
720 wird dann der aus der Tabelle bestimmte Korrekturfaktor mit dem Luftmassensensorwert des HFM- oder PFM-Sensors (2 ;8 ) zu einem korrigierten Luftmassenstromwert verrechnet. - Anschließend wird in einem Schritt
730 der Soll-Luftmassenstromwert mit dem korrigierten Luftmassenstromwert zu einer Regelabweichung verrechnet. Dies kann z.B. durch eine Subtraktion erfolgen. - Anschließend wird in einem Schritt
740 die Regelabweichung dem Abgasrückführ-Regler zugeführt, der dann eine korrigierte Ansteuerung des Abgasrückführventils22 vornimmt. Anschließend kann das Verfahren wieder bei Schritt700 fortgesetzt werden. - In einer weiteren Ausführungsform werden die oben beschriebenen Korrekturmechanismen kombiniert. Somit wird der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit des Stickoxid-Sensorwerts und des Stickoxid-Modellwerts gebildet und/oder in Abhängigkeit des Luft-Kraftstoff-Sensorwerts und des Luft-Kraftstoff-Modellwerts und/oder in Abhängigkeit der selektiven katalytischen Korrekturfunktion. Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch die Kombination der oben genannten Mechanismen herausgefunden werden kann, welche der eingesetzten Komponenten einer Toleranzabweichung unterliegt. Es ist besonders sinnvoll diejenige Komponente zu korrigieren, welche einen großen Einfluss auf die Toleranzabweichung hat. Dies führt zu einem optimierten Betrieb der Brennkraftmaschine, so dass Emissionen wie z.B. Stickoxidemissionen verringert werden können.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011101537 A1 [0002]
- DE 102004044463 A1 [0035]
- DE 201210221574 [0039]
Claims (10)
- Verfahren zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine (
10 ), dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftmassenstrom der Brennkraftmaschine (10 ) ermittelt wird, wobei der Luftmassenstrom mittels in einer Abgasanlage (11 ) erfasster Werte korrigiert wird und die Brennkraftmaschine (10 ) in Abhängigkeit des korrigierten Luftmassenstroms angesteuert wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasrückführventil (
22 ) in Abhängigkeit des korrigierten Luftmassenstrom angesteuert wird. - Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit eines Stickoxid-Sensorwerts und eines Stickoxid-Modellwerts ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit eines Luft-Kraftstoff-Sensorwerts und eines Luft-Kraftstoff-Modellwerts ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der korrigierte Luftmassenstrom in Abhängigkeit einer selektiven katalytischen Korrekturfunktion ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive katalytische Korrekturfunktion in Abhängigkeit einer Einspritzmenge eines Harnstoffs eines selektiven katalytischen Systems (
17 ) gebildet wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmassenstrom mittels eines Heißfilmluftmassensensors (
2 ) und/oder eines Pressure-Based Air Flow Meter (8 ) ermittelt wird. - Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
- Elektronisches Speichermedium mit einem Computerprogramm nach Anspruch 8.
- Vorrichtung, insbesondere Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 auszuführen.
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2016
- 2016-08-24 DE DE102016215858.9A patent/DE102016215858A1/de active Pending
-
2017
- 2017-08-23 CN CN201710729331.2A patent/CN107781049A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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