JP2022149282A - エンジンの始動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジン始動時にエンジンの始動に費やされる始動装置のトルクを小さくできるエンジンの始動装置を提供する。
【解決手段】エンジン停止時の各気筒2のピストン5の位置を検出する停止位置検出手段と、吸気通路30内の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、エンジンの停止後に、停止位置検出手段により検出された各気筒2のピストン5の位置が所定の目標範囲X0内であるか否かを判定する判定部203を設け、エンジン停止後の各気筒2のピストン5の位置が目標範囲X0内ではないと判定され、且つ、吸気圧検出手段により検出された吸気圧が大気圧未満の場合は、エンジン始動条件の非成立時であっても始動手段Mによってエンジンを始動させる。
【選択図】図8
【解決手段】エンジン停止時の各気筒2のピストン5の位置を検出する停止位置検出手段と、吸気通路30内の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、エンジンの停止後に、停止位置検出手段により検出された各気筒2のピストン5の位置が所定の目標範囲X0内であるか否かを判定する判定部203を設け、エンジン停止後の各気筒2のピストン5の位置が目標範囲X0内ではないと判定され、且つ、吸気圧検出手段により検出された吸気圧が大気圧未満の場合は、エンジン始動条件の非成立時であっても始動手段Mによってエンジンを始動させる。
【選択図】図8
Description
本発明は、クランク軸を回転させてエンジンを強制的に始動可能な始動手段を備えるエンジンに設けられる始動制御装置に関する。
従来より、エンジンが搭載された車両では、燃費性能の改善を図るために、エンジンを自動的に停止させるとともに、その後、始動装置を用いてエンジンを始動させることが行われている。
ここで、エンジン始動に費やされる始動装置のトルクは小さいことが望ましい。例えば、始動装置のトルクがエンジン以外の他の装置に利用されている場合は、エンジン始動に費やされる始動装置のトルクが大きくなると他の装置の動作に影響が出るおそれがあることから当該トルクを小さくすることが望まれる。
これに対して、エンジン停止時に各気筒の位置(各気筒のピストンの位置)を始動に適した位置、つまり、エンジン始動に費やされる始動装置のトルクを低くできる位置にすることが検討されている。例えば、特許文献1のエンジンでは、エンジンの停止直前に次のような制御を実施している。つまり、膨張行程で停止する気筒である停止時膨張行程気筒(特許文献1における最終膨張気筒)の吸気が完了した後に、スロットル弁の開度を増大して、圧縮行程で停止する気筒である停止時圧縮行程気筒(特許文献1における最終圧縮気筒)の吸気量を増大させる制御を実施している。
特許文献1のエンジンでは、停止時圧縮行程気筒の吸気量の増大によって当該気筒のピストンの上昇が抑制される。そのため、停止時圧縮行程気筒の停止位置が所望の位置よりも上死点側にずれる可能性が低くなると考えられる。しかしながら、スロットル弁の応答遅れ等によっては停止時圧縮行程気筒の吸気量が十分に増大されない場合もあり、停止時圧縮行程気筒の停止位置が所望の位置からずれる可能性はゼロではない。そして、停止時圧縮行程気筒の停止位置つまりエンジンの各気筒の停止位置が所望の位置でない場合には、上記のようにエンジンを始動させるために始動装置が費やすトルクが大きくなってしまう。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時にエンジンの始動に費やされる始動装置のトルクを小さくできるエンジンの始動装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒と、各気筒に燃料を供給する燃料供給手段と、各気筒に往復動可能に設けられたピストンと、ピストンの往復動に連動して回転するクランク軸と、クランク軸を回転させてエンジンを強制的に始動可能な始動手段と、各気筒に導入される吸気が流通する吸気通路とを備えるエンジンに設けられる始動制御装置であって、エンジン停止時の各気筒のピストンの位置を検出する停止位置検出手段と、前記吸気通路内の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、前記燃料供給手段および前記始動手段等のエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、所定のエンジン停止条件が成立すると前記燃料供給手段による前記気筒内への燃料供給を停止してエンジンを停止させる停止制御部と、エンジンの停止後に所定のエンジン始動条件が成立すると前記始動手段によってエンジンを始動させる始動制御部と、エンジンの停止後に、前記停止位置検出手段により検出された各気筒のピストンの位置が所定の目標範囲内であるか否かを判定する判定部とを備え、前記始動制御部は、前記判定部によって各気筒のピストンの位置が前記目標範囲内ではないと判定され、且つ、前記吸気圧検出手段により検出された前記吸気圧が大気圧未満の場合は、前記エンジン始動条件の非成立時であっても前記始動手段によってエンジンを始動させる、ことを特徴とする。
エンジンの停止時は、吸気弁が開弁している気筒内の圧力と吸気圧とはほぼ同等となる。そのため、吸気圧が低いときは、吸気行程から圧縮行程への移行途中で停止した気筒であって吸気弁がまだ開弁している気筒の筒内圧および吸気量は低くなる。これより、吸気圧が低いときは、上記気筒のピストンを押し上げてエンジンを始動させるために始動装置が費やすトルクが比較的小さく抑えられる。ただし、エンジン停止直後の吸気圧が低いときでも、エンジンの停止時間が長くなると吸気通路に空気等が漏洩してくることで吸気圧は高くなっていき、エンジンを始動させるために始動装置が費やすトルクは大きくなってしまう。
これに対して、本発明では、エンジン停止時の各気筒のピストンの位置が目標範囲からずれている場合、エンジン始動条件の成立を待たずに、吸気圧が大気圧未満と比較的低い間にエンジンが始動装置によって始動させられる。つまり、本発明では、エンジン停止時の各気筒のピストンの位置が目標範囲からずれていることに起因してエンジン始動に費やされる始動装置のトルクが大きくなりやすいときは、吸気圧の増大に伴ってこのトルクがさらに大きくなる前にエンジンが始動される。従って、本発明によれば、エンジン始動に費やされる始動装置のトルクを小さく抑えることができる。
前記構成において、好ましくは、前記始動制御部は、前記判定部によって各気筒のピストンの位置が前記目標範囲内ではないと判定された場合において、前記吸気圧検出手段により検出された前記吸気圧が大気圧よりも低い所定の判定圧力未満のときは、前記エンジン始動条件が成立したときまたは前記吸気圧が前記判定圧力まで上昇したときに前記始動手段によってエンジンを始動させる(請求項2)。
この構成によれば、吸気圧が判定圧力未満と十分に低いことでエンジン始動に費やされる始動装置のトルクが十分に低い間は、エンジン始動条件の成立に伴ってエンジンが始動される。そのため、エンジン始動に費やされる始動装置のトルクを小さく抑えつつ、エンジンの停止時間を確保してこれの燃費性能が悪化するのを抑制できる。
前記構成において、好ましくは、前記始動制御部は、前記判定部によって各気筒のピストンの位置が前記目標範囲内ではないと判定された場合において、当該ピストンの位置の前記目標範囲からのずれ量が大きいほど前記判定圧力を小さい値に設定する(請求項3)。
この構成では、エンジン停止時の各気筒のピストンの位置の目標範囲からのずれ量が大きいことでエンジン始動のための始動装置のトルクが大きくなるときほど判定圧力が小さくされて、吸気圧がより低い状態でエンジンが始動される。そのため、エンジン始動に費やされる始動装置のトルクをより確実に小さくできる。
以上説明したように、本発明のエンジンの始動制御装置によれば、エンジン始動に費やされる始動装置のトルクを小さくできる。
(1)全体構成
図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの始動制御装置が適用されるエンジンEを搭載した車両100の概略構成図である。本実施形態では、車両100は、エンジンEとモータMとを車両100(車輪101)の駆動源として備えるハイブリッド車両である。モータMは、請求項の「始動手段」に相当する。
図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの始動制御装置が適用されるエンジンEを搭載した車両100の概略構成図である。本実施形態では、車両100は、エンジンEとモータMとを車両100(車輪101)の駆動源として備えるハイブリッド車両である。モータMは、請求項の「始動手段」に相当する。
図1に示すように、車両100は、車輪101、エンジンEおよびモータMに加えて、エンジンEの出力軸とモータMの回転軸とを断接可能に連結するクラッチ102、モータMとの間で電力の授受を行うバッテリ103、モータMに連結された変速機104、車輪101に連結されたドライブシャフト106、デファレンシャルギア等を含み変速機104とドライブシャフト106とを連結する動力伝達装置105を備える。
(エンジン構成)
図2は、エンジンEの概略構成図である。エンジンEは、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路40、排気通路40を流通する排気ガスの一部であるEGRガスを吸気通路30に還流させるEGR装置44を備える。また、エンジンEは、ターボ過給機46を備えており、排気通路40に設けられたタービン48と、吸気通路30に設けられてタービン48により回転駆動されるコンプレッサ47とを有する。本実施形態のエンジンEは、4サイクルのディーゼルエンジンであり、軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動する。
図2は、エンジンEの概略構成図である。エンジンEは、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路30、エンジン本体1から排出される排気ガスが流通する排気通路40、排気通路40を流通する排気ガスの一部であるEGRガスを吸気通路30に還流させるEGR装置44を備える。また、エンジンEは、ターボ過給機46を備えており、排気通路40に設けられたタービン48と、吸気通路30に設けられてタービン48により回転駆動されるコンプレッサ47とを有する。本実施形態のエンジンEは、4サイクルのディーゼルエンジンであり、軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動する。
エンジン本体1は、気筒2が形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3を覆うシリンダヘッド4とを有する。
図3は、エンジン本体1の概略断面図である。図3に示すように、本実施形態のエンジンEは直列6気筒エンジンであり、エンジン本体1(詳細にはシリンダブロック3)には一列に並ぶ6つの気筒2(気筒2の配列方向に沿って一方側から順に、第1気筒2A、第2気筒2B、第3気筒2C、第4気筒2D、第5気筒2Eおよび第6気筒2F)が形成されている。
各気筒2にはそれぞれピストン5が往復摺動可能に収容されている。各気筒2内のピストン5の上方には燃焼室6が区画されている。各ピストン5はコネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されている。各ピストン5の往復運動に応じて、クランク軸7はその中心軸回りに回転する。
シリンダヘッド4には、気筒2(燃焼室6)内に燃料を噴射するインジェクタ15が、各気筒2につき1つずつ取り付けられている。ピストン5は、供給された燃料と空気との混合気が燃焼室6で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられることで往復運動する。インジェクタ15は、請求項の「燃料供給手段」に相当する。
シリンダヘッド4には、各気筒2(燃焼室6)に吸気を導入するための吸気ポート9と、吸気ポート9を開閉する吸気弁11と、各気筒2(燃焼室6)で生成された排気ガスを導出するための排気ポート10と、排気ポート10を開閉する排気弁12とが、各気筒2に対応してそれぞれ設けられている。エンジン本体1のバルブ形式は、吸気2バルブ×排気2バルブの4バルブ形式であって、各気筒2につき吸気ポート9および排気ポート10が2つずつ設けられるとともに、各気筒2につき吸気弁11および排気弁12も2つずつ設けられている。
図4は、各気筒2で実施される行程を示した図である。上記のようにエンジンEは4サイクルエンジンである。これより、各気筒2では、吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程がこの順で連続して実施される。また、エンジンEは直列6気筒エンジンである。これより、各気筒2A~2Fに設けられたピストン5は120°CA(クランク角度で120度)の位相差をもって往復動するとともに、120°CA毎に第1気筒2A→第5気筒2E→第3気筒2C→第6気筒2F→第2気筒2B→第4気筒2Dの順で燃焼が行われることになる。
ここで、本明細書でいう吸気、圧縮、膨張、排気行程は、1燃焼サイクルつまりクランク軸7が2回転する期間(360°CA)をクランク角度で4等分した期間であってそれぞれ吸気、圧縮、膨張、排気が主として行われる期間のことを指す。
具体的に、本明細書でいう吸気行程は、吸気弁11が実際に開弁を開始してから閉弁するまでの期間ではなく、ピストン5が排気上死点TDCeと吸気下死点BDCiとの間に位置する期間を指す。また、圧縮行程は、ピストン5が吸気下死点BDCiと圧縮上死点TDCcとの間に位置する期間を指す。また、膨張行程は、ピストン5が圧縮上死点TDCcと膨張下死点BDCeとの間に位置する期間を指す。また、排気行程は、ピストン5が膨張下死点BDCeと排気上死点TDCeとの間に位置する期間を指す。
なお、圧縮上死点TDCcとは、ピストン5の往復動範囲のうちの最も上側(シリンダヘッド4に近い側)となる位置であって、吸気弁11の閉弁後且つ排気弁12の開弁前にピストン5が到達する位置である。そして、膨張下死点BDCe、排気上死点TDCe、吸気下死点BDCiは、それぞれ、ピストン5が圧縮上死点TDCcにある状態からクランク軸7が180°CA、360°CA、540°CA正回転したときのピストン5の位置である。以下では、適宜、ピストン5の位置を気筒2の位置として説明する。
各気筒2の吸気弁11はシリンダヘッド4に配設された吸気カム軸を含む動弁機構13によって駆動される。吸気弁11用の動弁機構13には、各吸気弁11の開閉時期を一括して変更可能な吸気S-VT13aが内蔵されている。同様に、各気筒2の排気弁12はシリンダヘッド4に配設された排気カム軸を含む動弁機構14によって駆動される。排気弁12用の動弁機構14にも、各排気弁12の開閉時期を一括して変更可能な排気S-VT14aが内蔵されている。吸気S-VT13a(排気S-VT14a)は、いわゆる位相式の可変機構であり、各吸気弁11(各排気弁12)の開弁開始時期IVO(EVO)および閉弁時期IVC(EVC)を同時にかつ同量だけ変更する。
吸気通路30は、吸気ポート9と連通するようにシリンダヘッド4の一側面に接続されている。吸気通路30には、上流側から順にエアクリーナ31、コンプレッサ47、スロットル弁32、インタークーラ33およびサージタンク34が設けられている。コンプレッサ47は、上記のようにタービン48に回転駆動されて、コンプレッサ47を通過する空気を圧縮(過給)する。気筒2(燃焼室6)には、コンプレッサ47で圧縮された後、インタークーラ33で冷やされた空気が導入される。スロットル弁32は、吸気通路30を開閉可能なバルブである。吸気通路30を流通する空気の量、ひいては、気筒2(燃焼室6)に導入される吸気の量は、スロットル弁32の開度に応じて変更される。
排気通路40は、排気ポート10と連通するようにシリンダヘッド4の他側面に接続されている。排気通路40には、上流側から順にタービン48、排気ガスを浄化するための排気浄化装置41が設けられている。排気浄化装置41には、三元触媒42と、DPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)43とが内蔵されている。タービン48は排気通路40を流れる排気ガスのエネルギーを受けて回転し、これに連動してコンプレッサ47は回転する。
EGR装置44は、排気通路40と吸気通路30とを接続するEGR通路44Aと、EGR通路44Aに設けられたEGR弁45とを備える。EGR通路44Aは、排気通路40におけるタービン48よりも上流側の部分と、吸気通路30におけるインタークーラ33とサージタンク34との間の部分とを接続している。EGR弁45は、EGR通路44Aを開閉可能なバルブである。吸気通路30に還流されるEGRガスの量、ひいては、気筒2(燃焼室6)に導入されるEGRガスの量は、はEGR弁45の開度に応じて変更される。なお、EGR通路44Aには、排気通路40から吸気通路30に還流される排気ガス(EGRガス)を熱交換により冷却するEGRクーラ(図略)が配置されている。
(2)制御系統
図5は、車両100の制御系統を示すブロック図である。図5に示したコントローラ200は、モータMとエンジンE等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。コントローラ200は、請求項の「制御手段」に相当する。
図5は、車両100の制御系統を示すブロック図である。図5に示したコントローラ200は、モータMとエンジンE等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。コントローラ200は、請求項の「制御手段」に相当する。
コントローラ200には、車両100に設けられた各種センサによる検出信号が入力される。
具体的に、エンジンEのシリンダブロック3には、クランク軸7の回転角度つまりエンジン回転数を検出するためのクランク角センサSN1が設けられている。エンジンEのシリンダヘッド4には、吸気用の動弁機構13に含まれる吸気カムの角度を検出するためのカム角センサSN2が設けられている。コントローラ200は、カム角センサSN2の検出信号とクランク角センサSN1の検出信号とに基づいて、どの気筒が何行程にあるのかを判別する。エンジンEの吸気通路30のスロットル弁32よりも下流側の部分には、この部分を通過する吸気の圧力を検出するためのインマニ圧センサSN3が設けられている。以下では、吸気通路30のスロットル弁32よりも下流側の部分を通過する吸気の圧力をインマニ圧という。なお、本明細書でいう吸気は、気筒2(燃焼室6)内に導入されるガスのことを指し、気筒2内に空気に加えてEGRガスが導入される場合はEGRガスと空気とを含むガスのことを指す。エンジンEの排気通路40には、排気通路40を通過する排気ガスに含まれる酸素の濃度である排気O2濃度を検出するための排気O2センサSN4が設けられている。排気O2センサSN4は、タービン48と排気浄化装置41との間に配置されている。また、車両100には、モータMの回転数を検出するモータ回転数センサSN5、車両100を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサSN6、車速を検出する車速センサSN7、大気圧を検出する大気圧センサSN8等が設けられている。コントローラ200には、これらセンサSN1~SN7によって検出された情報が逐次入力される。ここで、上記のインマニ圧センサSN3は請求項の「吸気圧検出手段」に相当し、上記のインマニ圧、つまり、エンジンEの吸気通路50のスロットル弁32よりも下流側の部分を通過する吸気の圧力が請求項の「吸気圧」に相当する。
コントローラ200は、各センサからの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行して、吸気S-VT13a、排気S-VT14a、インジェクタ15、スロットル弁32およびEGR弁45等のエンジンEの各部、モータMおよびクラッチ102等を制御する。コントローラ200は、機能的に、後述するエンジン停止制御を実施してエンジンEを自動的に停止させる停止制御部201と、後述するエンジン始動制御および始動時期調整制御を実施してエンジンEを始動させる始動制御部202と、後述する気筒停止位置が後述する目標範囲X0内であるか否かを判定する判定部203とを備える。
本実施形態では、エンジンEの稼働中、吸気弁11が常に吸気下死点BDCiよりも遅角側で閉弁するように構成されており、コントローラ200は、これが実現されるように吸気S-VT13aを制御する。
また、本実施形態では、基本的な車両100の走行モードがモータMのみによって車輪101が駆動されるEVモードに設定されて、モータMの出力のみでは不十分な場合等にのみエンジンEが駆動されるエンジン駆動モードに切り替えられるようになっており、コントローラ200は車速等に基づいて走行モードの切り替えを行う。
具体的に、コントローラ200は、車両100の走行状態およびアクセルペダルの操作状態から、エンジンEを始動させる条件であるエンジン始動条件が成立したか否か、および、エンジンEを停止させる条件であるエンジン停止条件が成立したか否かを判定する。例えば、コントローラ200は、エンジンEの停止中に、車速が所定のエンジン始動速度以上、且つ、アクセルペダルの開度が所定のエンジン始動開度以上になるとエンジン始動条件が成立したと判定する。また、コントローラ200は、エンジンEの駆動中に、車速が所定のエンジン停止速度未満、あるいは、アクセルペダルの開度が所定のエンジン停止開度未満になるとエンジン停止条件が成立したと判定する。コントローラ200は、車速センサSN7およびアクセル開度センサSN6の検出結果等に基づいて、上記の各条件が成立するか否かを逐次判定する。
コントローラ200(始動制御部202)は、エンジン始動条件の成立等に伴ってエンジンEを始動させるエンジン始動制御を実施する。エンジン始動制御では、コントローラ200は、まず、クラッチ102を開放状態から締結状態へと移行させる。クラッチ102が締結状態になるとモータMの出力がエンジンEに伝達される。これにより、エンジンEはモータMによって強制的に回転駆動される。つまり、エンジンEのクランキングが開始される。クランキングが開始すると、次に、コントローラ200は、吸気下死点BDCi付近で停止していた気筒2に対して、その圧縮行程中にインジェクタ15から最初の燃料を噴射させてこれを自着火燃焼させる。その後は、通常のエンジン制御に移り、コントローラ200は、インジェクタ15から各気筒2に順次燃料を噴射させていく。ここで、上記のように、クラッチ102は締結状態とされる。これより、モータMおよび変速機104等を介してエンジンEの駆動力は車輪101に伝達されることになる。
また、コントローラ200(停止制御部201)は、エンジン停止条件が成立したと判定すると、エンジンEを停止するためのエンジン停止制御を実施する。エンジン停止制御では、コントローラ200は、まず、インジェクタ15から各気筒2への燃料供給を停止する燃料カットを実施する。燃料供給が停止されることで、エンジン回転数は低下していきエンジンは停止する。ここで、エンジン回転数が低くなると、エンジン本体1とこれを支持しているエンジンマウントとが共振してエンジン本体1の振動が増大するおそれがある。そこで、エンジン停止制御として、コントローラ200は、スロットル弁32を全閉にする制御を実施する。つまり、スロットル弁32を全閉にすることでエンジン回転数を早期に低下させ、これによりエンジン回転数が共振回転数となる期間を短く抑えるようにする。具体的には、コントローラ200は、燃料カットの実施後、エンジン回転数が所定のスロットル閉弁回転数N1以下になるとスロットル弁32を全閉に向けて閉弁させていく。また、コントローラ200は、エンジン停止条件の成立時において、エンジンEが停止すると(エンジンEの回転数が0になると)、クラッチ102を締結状態から開放状態に切り替える。
(エンジン停止位置制御)
次に、エンジン停止制御の実施後にコントローラ200によって実施される停止位置制御について説明する。停止位置制御は、エンジンEの停止時の各気筒2(各気筒2のピストン5)の位置を所定の目標範囲内にするための制御である。
次に、エンジン停止制御の実施後にコントローラ200によって実施される停止位置制御について説明する。停止位置制御は、エンジンEの停止時の各気筒2(各気筒2のピストン5)の位置を所定の目標範囲内にするための制御である。
以下では、エンジンEの停止時、詳細には、エンジン回転数が0であってエンジンEが完全に停止しているときのことを、単にエンジン停止時という。また、エンジン停止時の各気筒2(各気筒2のピストン5)の位置を気筒停止位置という。
また、本明細書では、エンジン停止時(エンジンEが完全に停止したとき)の行程が圧縮行程で、且つ、ピストン5の位置が圧縮上死点(TDCc)から圧縮上死点前(BTDCc)120°CAまでの範囲にある気筒を、停止時圧縮行程気筒という。また、燃焼順序が停止時圧縮行程気筒の1つ前の気筒であって、エンジン停止時(エンジンEが完全に停止したとき)の行程が膨張行程で、且つ、ピストン5の位置が圧縮上死点(TDCc)から圧縮上死点後(ATDCc)120°CAまでの範囲にある気筒を、停止時膨張行程気筒という。また、燃焼順序が停止時圧縮行程気筒の1つ後の気筒であって、エンジン停止時(エンジンEが完全に停止したとき)の行程が吸気行程あるいは圧縮行程であり、且つ、ピストン5の位置が吸気下死点前(BBDCi)60°CAから吸気下死点後(ABDCi)60°CAまでの範囲にある気筒を、停止時圧縮移行気筒という。
図6は、気筒停止位置と、この気筒停止位置で停止したエンジンEをその後始動させるために必要なモータMのトルクの最小値(以下、適宜、始動用トルクという)との関係を示したグラフである。図6の横軸には、停止時圧縮行程気筒、停止時圧縮移行気筒、停止時膨張行程気筒の各位置も合わせて示している。図7は、気筒停止位置の目標範囲であって、これに対応する停止時圧縮行程気筒、停止時圧縮移行気筒および停止時膨張行程気筒の各停止位置を示した図である。図7では、円の最上点を上死点(TDC)、最下点を下死点(BDC)とし、時計回りに進むほどピストン5の位置が遅角側になるように各気筒2の位置(各気筒2のピストン5の位置)を示している。
図6に示すように、始動用トルクは気筒停止位置によって変化する。始動用トルクが最小となるのは、気筒停止位置が図6の実線に示す位置のときであって、停止時圧縮行程気筒が圧縮上死点前(BTDCc)60°CAの位置にあり、停止時膨張行程気筒が圧縮上死点後(ATDCc)60°CAの位置にあり、停止時圧縮移行気筒が吸気下死点(BDCi)にあるときである。つまり、停止時圧縮行程気筒と停止時膨張行程気筒の各ピストン5が上死点に対して互いに同じ位置にあるときに、始動用トルクは最小となる。以下、この始動用トルクが最小となるときの気筒停止位置を最適位置P0という。
気筒停止位置の目標範囲は、インマニ圧力が大気圧のときに始動用トルクが所定の基準トルクT1以下となる位置であって、最適位置P0よりも進角側の第1位置P1から最適位置P0よりも遅角側の第2位置P2までの範囲に設定されている。基準トルクT1は、始動用トルクの最大値と最小値の間の値に設定されている。そして、これに対応して、第1位置P1は、停止時圧縮行程気筒の位置が圧縮上死点前(BTDCc)75°CAであり、停止時圧縮移行気筒の位置が吸気下死点前(BBDCi)15°CAであり、停止時膨張行程気筒の位置が圧縮上死点後(ATDCc)45°CAにある位置に設定されている。また、第2位置P2は、停止時圧縮行程気筒の位置が圧縮上死点前(BTDCc)40°CAであり、停止時圧縮移行気筒の位置が吸気下死点後(ABDCi)20°CAであり、停止時膨張行程気筒の位置が圧縮上死点後(ATDCc)80°CAである位置に設定されている。
コントローラ200は、停止位置制御として、気筒停止位置が目標範囲X0よりも遅角側になるのを防止する吸気遅角制御と、気筒停止位置が目標範囲X0よりも進角側になるのを防止するスロットル開度増大制御とを実施する。
図8のフローチャートを用いて、停止位置制御の具体的な手順を説明する。図8のフローチャートのステップS1は、エンジン停止制御が行われた後に実施される。
ステップS1にて、コントローラ200は、エンジン回転数が基準回転数N2未満に低下したか否かを判定する。コントローラ200は、クランク角センサSN1の検出結果に基づいてこの判定を行う。基準回転数N2は、予め設定されてコントローラ200に記憶されている。ステップS1の判定がNOであってエンジン回転数が基準回転数N2以上であると判定した場合、コントローラ200は、ステップS1を繰り返してエンジン回転数が基準回転数N2未満になるのを待つ。一方、ステップS1の判定がYESであってエンジン回転数が基準回転数N2未満になったと判定すると、コントローラ200はステップS2に進む。
ステップS2にて、コントローラ200は、吸気S-VT13aによって吸気弁11の位相を遅角させて、吸気弁11の閉弁時期である吸気閉弁時期IVCを第1基準時期まで遅角させる(吸気遅角制御)。第1基準時期は、予め設定されてコントローラ200に記憶されている。第1基準時期は、エンジン停止制御実施直後(スロットル弁32を全閉する制御の実施直後)の吸気閉弁時期IVCよりも遅角側、且つ、後述する第2基準時期よりも進角側の時期に設定されている。
次に、ステップS3にて、コントローラ200は、エンジンEが停止する時期であるエンジン停止時期と、気筒停止位置つまりエンジンEが停止するときの各ピストン5の位置を予測する。コントローラ200は、インマニ圧センサSN3の検出値、クランク角センサSN1の検出値、カム角センサSN2の検出値等に基づいて、上記の時期および位置を予測する。ステップS3の後はステップS4に進む。
ステップS4にて、コントローラ200は、ステップS3の予測結果に基づいて2圧縮上死点通過後にエンジンが停止するか否かを判定する。具体的に、ステップS4では、コントローラ200は、現時点からエンジンが停止するまでの間に、圧縮上死点(TDCc)を超える気筒が2つであるか否かを判定する。
ステップS4の判定がNOであって、現時点から2圧縮上死点通過後のタイミングでは、まだエンジンEは停止しないと判定すると、コントローラ200は、ステップS3に戻りエンジン停止時期と気筒停止位置の予測を継続する。
一方、ステップS4の判定がYESであって2圧縮上死点通過後にエンジンが停止すると判定すると、コントローラ200はステップS5に進む。ステップS5にて、コントローラ200は、ステップS3で予測した気筒停止位置(以下、予測気筒停止位置という)が要回避範囲X1に含まれるか否かを判定する。要回避範囲X1は、図9に示すように、目標範囲X0よりも遅角側の範囲であって、停止時圧縮行程気筒のピストン5が、目標範囲X0のうちの最も遅角側の位置(第2位置P2に対応する圧縮上死点前(BTDCc)40°CA)となる状態から、停止時圧縮行程気筒のピストン5が圧縮上死点(TDCc)となる状態までの範囲である。つまり、ステップS5では、予測された停止時圧縮行程気筒の停止位置が、その目標範囲よりも上死点(圧縮上死点TDCc)に近い位置であるか否かが判定されることになる。
ステップS5の判定がYESであって予測気筒停止位置が要回避範囲X1に含まれると判定した場合(予測した停止時圧縮行程気筒の停止位置が目標範囲X0よりも上死点側であると判定した場合)、ステップS6にて、コントローラ200はスロットル弁32の開度を増大させる。本実施形態では、コントローラ200は、予測気筒停止位置の目標範囲X0(第2位置P2)からのずれ量が多いほどスロットル弁32の開度の増大量が多くなるようにスロットル弁32の開度を増大させる(スロットル開度増大制御)。ステップS5の後はステップS7に進む。一方、ステップS5の判定がNOであって予測気筒停止位置が要回避範囲X1に含まれないと判定した場合、コントローラ200は、ステップS7に進む。
ステップS7にて、コントローラ200は、吸気S-VT13aによって吸気弁11の位相の遅角を遅角させて吸気閉弁時期IVCを第2基準時期まで遅角させる制御を実施する(吸気遅角制御)。吸気閉弁時期IVCが第2基準時期に到達すると、コントローラ200は処理(停止位置制御)を終了する。第2基準時期は予め設定されてコントローラ200に記憶されている。例えば、第2基準時期は、吸気閉弁時期IVCがとり得る時期のうち最も遅角側の時期に設定される。なお、図8のフローチャートでは、ステップS5の後にステップS7が実施されるようになっているが、ステップS5とステップS7とはほぼ同時に実施され、ステップS4の判定がYESであって2圧縮上死点通過後にエンジンが停止すると判定した直後に、コントローラ200はステップS7を実施する。
上記の吸気遅角制御の実施によって、気筒停止位置が目標範囲X0よりも進角側になる可能性は低くなる。
具体的に、エンジンの稼働中、吸気閉弁時期IVCは吸気下死点BDCiよりも遅角側とされる。そのため、2圧縮上死点通過後にエンジンEが停止すると判定された直後から吸気弁11の位相が遅角されれば、吸気閉弁時期IVCの吸気下死点BDCiからの遅角量が増大して気筒2(燃焼室6)内から吸気ポート9への吸気の吹き返し量が増大する。上記判定が行われた後、つまり、エンジン停止直前において、停止時圧縮行程の吸気行程は停止時膨張行程気筒の吸気行程よりも後に行われる。そのため、吸気弁11の位相が上記のように遅角されれば、停止時圧縮行程気筒の気筒2内から吸気ポート9への吸気の吹き返し量が増大して、停止時圧縮行程気筒の吸気量が停止時膨張行程気筒の吸気量に対して過大になるのが抑制される。従って、停止時圧縮行程気筒の吸気量が停止時膨張行程気筒の吸気量に対して過大になることに起因して停止時圧縮行程気筒のピストン5の上昇が抑制される可能性は低くなり、停止時時圧縮行程気筒が目標範囲X0よりも下死点側になること、つまり、気筒停止位置が目標範囲X0よりも進角側になる可能性は低くなる。
また、上記のスロットル開度増大制御の実施によって、気筒停止位置が目標範囲X0よりも遅角側になる可能性は低くなる。
具体的に、2圧縮上死点通過後にエンジンEが停止すると判定された直後からスロットル弁32の開度が増大されれば、エンジン停止直前において停止時膨張行程気筒よりも吸気行程が後に実施される停止時圧縮行程気筒の吸気量が増大する。これより、上記のように、予測気筒停止位置が要回避範囲X1に含まれると判定された場合(予測した停止時圧縮行程気筒の停止位置が目標範囲X0よりも上死点側であると判定された場合)に上記のようにスロットル弁32の開度が増大されれば、停止時圧縮行程気筒の吸気量の増大によって当該気筒のピストン5の上昇が抑制されて、停止時時圧縮行程気筒が目標範囲X0よりも上死点側になること、つまり、気筒停止位置が目標範囲X0よりも遅角側の要回避範囲X1内になる可能性は低くなる。
(始動時期調整制御)
上記のように、上記の吸気遅角制御およびスロットル開度増大制御を含む停止位置制御を実施すれば、気筒停止位置が目標範囲X0から外れる可能性は低く抑えられる。しかしながら、吸気S-VT13aの劣化等に伴う駆動遅れや、エンジンEの劣化等に伴うピストン5の摺動抵抗のばらつき等によっては、停止位置制御を実施しても気筒停止位置が目標範囲X0から外れるおそれがある。
上記のように、上記の吸気遅角制御およびスロットル開度増大制御を含む停止位置制御を実施すれば、気筒停止位置が目標範囲X0から外れる可能性は低く抑えられる。しかしながら、吸気S-VT13aの劣化等に伴う駆動遅れや、エンジンEの劣化等に伴うピストン5の摺動抵抗のばらつき等によっては、停止位置制御を実施しても気筒停止位置が目標範囲X0から外れるおそれがある。
そこで、コントローラ200(始動制御部202)は、気筒停止位置が目標範囲X0から外れた場合であっても、始動用トルクを低く抑えることができるように、次に説明する始動時期調整制御を実施する。図10は、始動時期調整制御の手順を示したフローチャートである。図10のステップS20は、エンジンEが完全停止すると開始される。
ステップS20にて、コントローラ200は、気筒停止位置を検出する。コントローラ200は、クランク角センサSN1およびカム角センサSN2の検出結果に基づき、現在の気筒停止位置を算出する。このように、本実施形態では、クランク角センサSN1およびカム角センサSN2の検出結果に基づいて気筒停止位置つまりエンジン停止時の各気筒2のピストン5の位置を検出しており、これらのセンサSN1、SN2が請求項の「停止位置検出手段」に相当する。
ステップS21にて、コントローラ200は、エンジン始動条件が非成立であるか否かを判定する。コントローラ200は、車速センサSN7やアクセル開度センサSN6等の検出値に基づいてこの判定を行う。
ステップS21の判定がNOであってエンジン始動条件が成立していると判定すると、コントローラ200は、ステップS25に進みモータMによってエンジンEを始動させる。
一方、ステップS21の判定がYESであってエンジン始動条件が成立していないと判定すると、コントローラ200はステップS22に進む。ステップS22にて、コントローラ200(判定部203)は、ステップS20で算出した気筒停止位置が目標範囲X0から外れているか否かを判定する。
ステップS22の判定がNOであって気筒停止位置が目標範囲X0内の場合、コントローラ200は、エンジンEの停止を維持してステップS21に戻る。
一方、ステップS22の判定がYESであって気筒停止位置が目標範囲X0から外れている場合、コントローラ200は、ステップS23に進む。ステップS23にて、コントローラ200は、インマニ圧が大気圧未満であるか否か、つまり、インマニ圧が負圧であるか否かを判定する。コントローラ200は、大気圧センサSN8およびインマニ圧センサSN3の検出結果に基づいてこの判定を行う。なお、エンジンEの停止後もコントローラ200には、大気圧センサSN8およびインマニ圧センサSN3の検出結果が逐次入力されるようになっており、ステップS23の判定は、ステップS23実施時に検出された大気圧およびインマニ圧に基づいて行われる。
ステップS23の判定がNOであって、インマニ圧が大気圧以上であり負圧ではない場合、コントローラ200は、エンジンEの停止を維持してステップS21に戻る。
一方、ステップS23の判定がYESであって、インマニ圧が大気圧未満つまり負圧である場合、コントローラ200は、ステップS24に進む。ステップS24にて、コントローラ200は、次のステップS25で用いる判定圧力を設定する。
判定圧力は、エンジンEを始動させるか否かの判定基準となるインマニ圧である。始動用トルクは上記のように気筒停止位置によって変化するが、インマニ圧によっても変化する。具体的には、エンジンEを始動させる際、モータMは、停止時圧縮行程気筒および停止時圧縮移行気筒の各ピストン5をこれら気筒2(燃焼室6)内の吸気を圧縮させつつ上昇させる。これより、停止時圧縮行程気筒および停止時圧縮移行気筒の各気筒2内の吸気の量が少ない方がエンジンEの始動に費やされるモータMのトルクつまり始動用トルクは少なくなる。ここで、停止時圧縮移行気筒は、その停止位置が吸気下死点前(BBDCi)60°CAから吸気下死点後(ABDCi)60°CAまでの範囲にある気筒であり、エンジン停止時において吸気弁11はまだ開弁している。換言すると、吸気弁11は、エンジン停止時において停止時圧縮移行気筒の吸気弁11が開弁状態となるように制御される。本実施形態では、吸気遅角制御の実施によってエンジン停止直前に吸気閉弁時期IVCが遅角されており、これによりエンジン停止時において停止時圧縮移行気筒の吸気弁11は開弁状態とされる。このように吸気弁11が開弁している状態で停止していることで、停止時圧縮移行気筒の吸気量はインマニ圧が低いほど少なくなる。つまり、吸気弁11が開弁していることで、停止時圧縮移行気筒の気筒2内の圧力はインマニ圧とほぼ同じになり、インマニ圧が低いということは停止時圧縮移行気筒の気筒2内の圧力が低く吸気量が少ないことを意味する。従って、気筒停止位置が同じであってもインマニ圧が低いほど始動用トルクは小さくなる。
図11は、気筒停止位置毎の、インマニ圧と始動用トルクとの関係を示したグラフである。図11には、最適位置P0、第1、第2位置P1、P2、図6に示す第3位置P3であって目標範囲X0からずれた位置、図6に示す第4位置P4であって第3位置P3よりも目標範囲X0からのずれ量が大きい位置および図6に示す第5位置P5であって第4位置P4よりも目標範囲X0からのずれ量が大きい位置での上記関係を示している。なお、図11のPaは、大気圧を示している。
図11に示すように、いずれの気筒停止位置においてもインマニ圧が高くなるほど始動用トルクは大きくなる。また、いずれのインマニ圧においても、気筒停止位置の最適位置P0からのずれ量が大きいほど始動用トルクは大きくなる。また、気筒停止位置が目標範囲X0からずれた位置にある場合は、気筒停止位置の目標範囲X0からのずれ量が大きいほど始動用トルクは大きくなる。そして、気筒停止位置が目標範囲X0からずれた位置にある場合は、気筒停止位置の目標範囲X0からのずれ量が大きいほど、始動用トルクが基準トルクT1となるインマニ圧は高くなる。
本実施形態では、判定圧力は、現在の気筒停止位置での始動用トルクが上記の基準トルクT1となるインマニ圧に設定される。上記のように、気筒停止位置の目標範囲X0からのずれ量が大きいほど、始動用トルクが基準トルクT1となるインマニ圧は高くなる。これより、ステップS24にて、コントローラ200は、ステップS20で検出した気筒停止位置の目標範囲X0からのずれ量が大きいほど、判定圧力を大きい値に設定する。
本実施形態では、始動用トルクが基準トルクT1となるときのインマニ圧が気筒停止位置毎に予め設定されてマップで記憶されている。例えば、図11において、現在の気筒停止位置が第3位置P3のときの判定圧力はPim3で示した圧力に設定され、現在の気筒停止位置が第4位置P4のときの判定圧力はPim4で示した圧力に設定され、現在の気筒停止位置が第5位置P5のときの判定圧力はPim5で示した圧力に設定されて、コントローラ200に記憶されている。コントローラ200はこのマップからステップS20で検出した気筒停止位置に対応するインマニ圧を抽出して判定圧力に設定する。
ステップS24の次はステップS25に進む。ステップS25にて、コントローラ200は、インマニ圧がステップS24で設定した判定圧力以上であるか否かを判定する。ステップS25の判定は、ステップS25実施時のインマニ圧センサSN3の検出結果に基づいて行われる。
ステップS25の判定がNOであってインマニ圧が判定圧力未満の場合、コントローラ200は、エンジンEの停止を維持してステップS20に戻る。
一方、ステップS25の判定がYESであってインマニ圧が判定圧力以上の場合、コントローラ200は、ステップS25に進みモータMによってエンジンEを始動させる。
このようにして、本実施形態では、始動時期調整制御の実施によって、気筒停止位置が目標範囲X0からずれている場合は(ステップS22の判定がYES)、エンジン始動条件が非成立であっても(ステップS21の判定がYES)、インマニ圧が大気圧未満であり(ステップS23の判定がYES)且つインマニ圧が判定圧力以上(ステップS25の判定がYES)であれば、エンジンEが始動されることになる。
(作用等)
以上のように、上記実施形態では、エンジン停止後に上記の始動時期調整制御が実施されることで、エンジンEの燃費性能の悪化を抑制しつつ、エンジンEの始動に費やされるモータMのトルクが過大になるのを防止できる。
以上のように、上記実施形態では、エンジン停止後に上記の始動時期調整制御が実施されることで、エンジンEの燃費性能の悪化を抑制しつつ、エンジンEの始動に費やされるモータMのトルクが過大になるのを防止できる。
具体的には、エンジンEが停止するとスロットル弁32の周辺等から吸気通路30に空気等が漏洩してくる。そのため、エンジン停止直後のインマニ圧が仮に大気圧未満であっても、エンジンEの停止時間が長くなるとインマニ圧は徐々に増大して大気圧になる。インマニ圧が大気圧以上の場合は、これが大気圧未満の場合に比べて始動用トルクは大きくなる。これより、仮に上記の始動時期調整制御を実施せずに単にエンジン始動条件の成立に伴ってエンジンEを始動させたのでは、エンジンEの停止時間が長いときにインマニ圧が大気圧の状態でエンジンEを始動させねばならない。そして、このときに気筒停止位置が目標範囲X0からずれている場合は、このずれに起因して大きくなる始動用トルクが、インマニ圧が大気圧であることに伴ってさらに大きくなってしまう。
これに対して、上記実施形態では、気筒停止位置が目標範囲X0からずれている場合において、インマニ圧が大気圧未満のときは、エンジン始動条件の成立を待たずにエンジンEが始動される。そのため、気筒停止位置が目標範囲X0からずれていることに起因して始動用トルクが大きくなる場合においても、これがさらに増大するのを防止できる。
また、上記実施形態では、気筒停止位置が目標範囲X0からずれている場合において、インマニ圧が大気圧未満であってもインマニ圧が大気圧よりもさらに低い判定圧力未満のときは、エンジン始動条件の成立に伴ってエンジンEが始動される。つまり、気筒停止位置が目標範囲X0からずれている場合において、エンジン停止直後のインマニ圧が判定圧力未満のときは、インマニ圧が判定圧力まで上昇する、あるいは、エンジン始動条件が成立したときに、エンジンEが始動される。そのため、エンジン始動条件の非成立時において、インマニ圧が判定圧力まで上昇しておらず始動用トルクを基準トルクT1つまり許容できるトルク未満に抑えられるにも関わらずエンジンEが始動されるのを回避でき、エンジンEの停止時間を確保してこれの燃費悪化を抑制できる。
特に、上記実施形態では、判定圧力が、気筒停止位置に応じて変更される。そのため、始動用トルクを許容できるトルク近傍に確実に抑えつつ、エンジンEの停止時間を確保できる。
(変形例)
上記実施形態では、エンジン停止前に、気筒停止位置を目標範囲X0内にするための停止位置制御を実施する場合を説明したが、この停止位置制御は省略してもよい。
上記実施形態では、エンジン停止前に、気筒停止位置を目標範囲X0内にするための停止位置制御を実施する場合を説明したが、この停止位置制御は省略してもよい。
また、上記実施形態では、判定圧力を気筒停止位置に応じて変更した場合を説明したが、判定圧力は気筒停止位置に関わらず一定の圧力に設定されてもよい。
また、上記実施形態では、気筒停止位置が目標範囲X0からずれている場合において、インマニ圧が大気圧未満であってもインマニ圧が判定圧力未満のときは、インマニ圧が判定圧力に上昇したとき、あるいは、エンジン始動条件が成立したときにエンジンEを始動させる場合を説明したが、インマニ圧が判定圧力に上昇するのを待つ制御は省略してもよい。つまり、インマニ圧が判定圧力未満であるか否かに関わらず、気筒停止位置が目標範囲X0からずれており、且つ、インマニ圧が大気圧未満という条件が成立するのに伴ってエンジンEを始動させるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジンEが6つの気筒2を有する6気筒エンジンの場合を説明したが、エンジンEの気筒数はこれに限らず4つ等であってもよい。
1 エンジン本体
2 気筒
5 ピストン
7 クランク軸
15 インジェクタ(燃料供給手段)
30 吸気通路
32 スロットル弁
200 コントローラ(制御手段)
201 停止制御部
202 始動制御部
203 判定部
E エンジン
M モータ(始動手段)
SN1 クランク角センサ(停止位置検出手段)
SN2 カム角センサ(停止位置検出手段)
SN3 インマニ圧センサ(吸気圧検出手段)
SN8 大気圧センサ
2 気筒
5 ピストン
7 クランク軸
15 インジェクタ(燃料供給手段)
30 吸気通路
32 スロットル弁
200 コントローラ(制御手段)
201 停止制御部
202 始動制御部
203 判定部
E エンジン
M モータ(始動手段)
SN1 クランク角センサ(停止位置検出手段)
SN2 カム角センサ(停止位置検出手段)
SN3 インマニ圧センサ(吸気圧検出手段)
SN8 大気圧センサ
Claims (3)
- 複数の気筒と、各気筒に燃料を供給する燃料供給手段と、各気筒に往復動可能に設けられたピストンと、ピストンの往復動に連動して回転するクランク軸と、クランク軸を回転させてエンジンを強制的に始動可能な始動手段と、各気筒に導入される吸気が流通する吸気通路とを備えるエンジンに設けられる始動制御装置であって、
エンジン停止時の各気筒のピストンの位置を検出する停止位置検出手段と、
前記吸気通路内の圧力である吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
前記燃料供給手段および前記始動手段等のエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
所定のエンジン停止条件が成立すると前記燃料供給手段による前記気筒内への燃料供給を停止してエンジンを停止させる停止制御部と、
エンジンの停止後に所定のエンジン始動条件が成立すると前記始動手段によってエンジンを始動させる始動制御部と、
エンジンの停止後に、前記停止位置検出手段により検出された各気筒のピストンの位置が所定の目標範囲内であるか否かを判定する判定部とを備え、
前記始動制御部は、前記判定部によって各気筒のピストンの位置が前記目標範囲内ではないと判定され、且つ、前記吸気圧検出手段により検出された前記吸気圧が大気圧未満の場合は、前記エンジン始動条件の非成立時であっても前記始動手段によってエンジンを始動させる、ことを特徴とするエンジンの始動制御装置。 - 請求項1に記載のエンジンの始動制御装置において、
前記始動制御部は、前記判定部によって各気筒のピストンの位置が前記目標範囲内ではないと判定された場合において、前記吸気圧検出手段により検出された前記吸気圧が大気圧よりも低い所定の判定圧力未満のときは、前記エンジン始動条件が成立したときまたは前記吸気圧が前記判定圧力まで上昇したときに前記始動手段によってエンジンを始動させる、ことを特徴とするエンジンの始動制御装置。 - 請求項2に記載のエンジンの始動制御装置において、
前記始動制御部は、前記判定部によって各気筒のピストンの位置が前記目標範囲内ではないと判定された場合において、当該ピストンの位置の前記目標範囲からのずれ量が大きいほど前記判定圧力を小さい値に設定する、ことを特徴とするエンジンの始動制御装置。
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Family Applications (1)
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2022
- 2022-02-11 US US17/669,610 patent/US11761412B2/en active Active
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