JP6881247B2 - Internal combustion engine control device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control device for controlling an internal combustion engine including an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas discharged from a plurality of cylinders and a fuel injection valve provided for each of the plurality of cylinders.
たとえば特許文献1には、排気浄化触媒(排気浄化装置)の昇温要求がある場合、一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、残りの気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とするディザ制御処理を実行する制御装置が記載されている。
For example, in
ディザ制御による排気浄化装置の昇温性能は、リッチ燃焼気筒の空燃比とリーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値が大きいほど大きい。一方、同絶対値が大きいほど回転変動が大きくなりやすい。このため、ディザ制御では、回転変動がドライバビリティの低下を招くことがない範囲で、昇温性能を確保する上で必要な上記絶対値を設定することとなる。ただし、たとえば燃料噴射弁の経年劣化や内燃機関の圧縮比の個体差等に起因して、回転変動が想定以上に大きくなり、これによりドライバビリティの低下を招くおそれがある。しかし、ドライバビリティの改善を図るべく上記絶対値を小さくする場合、昇温性能が低下し、排気浄化装置の浄化能力の低下を招くおそれがある。 The temperature rise performance of the exhaust gas purification device by dither control increases as the absolute value of the difference between the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the air-fuel ratio of the lean combustion cylinder increases. On the other hand, the larger the absolute value, the larger the rotation fluctuation tends to be. Therefore, in the dither control, the above absolute value necessary for ensuring the temperature rising performance is set within a range in which the rotational fluctuation does not cause a decrease in drivability. However, for example, due to aged deterioration of the fuel injection valve, individual differences in the compression ratio of the internal combustion engine, and the like, the rotational fluctuation becomes larger than expected, which may lead to a decrease in drivability. However, if the absolute value is reduced in order to improve drivability, the temperature rising performance may be deteriorated, which may lead to a decrease in the purification capacity of the exhaust gas purification device.
上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、前記内燃機関の制御量の制御に所定以上の異常が生じていると判定する場合、該異常が生じていないと判定する場合と比較して前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする部品保護処理と、前記所定以上の異常が生じていないと判定される場合であって前記内燃機関のクランク軸の回転変動が所定以上であると判定する場合、前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする振動抑制処理と、を実行し、前記部品保護処理では、前記振動抑制処理よりも前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする。 In order to solve the above problems, the control device of the internal combustion engine controls the internal combustion engine including an exhaust purification device for purifying the exhaust discharged from the plurality of cylinders and a fuel injection valve provided for each of the plurality of cylinders. Target, some of the plurality of cylinders are rich combustion cylinders having an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and cylinders other than the part of the plurality of cylinders are used. , It is determined that an abnormality of a predetermined value or more has occurred in the dither control process for operating the fuel injection valve and the control amount of the internal combustion engine so that the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. In this case, the component protection treatment for reducing the absolute value of the difference between the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the air-fuel ratio of the lean combustion cylinder as compared with the case where it is determined that the abnormality has not occurred, and the predetermined or higher When it is determined that no abnormality has occurred and it is determined that the rotation fluctuation of the crank shaft of the internal combustion engine is equal to or more than a predetermined value, the difference between the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the air-fuel ratio of the lean combustion cylinder. In the component protection process, the absolute value of the difference between the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the air-fuel ratio of the lean combustion cylinder is smaller than that of the vibration suppression process. To do.
ディザ制御では、ディザ制御によってリッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との空燃比を異ならせることから、全ての気筒の燃焼状態を最も安定な状態に制御することが困難であり、燃焼が悪化しやすい傾向を有する。一方、内燃機関の制御量の制御に所定以上の異常が生じている場合、燃焼制御に異常がある可能性が高い。そのため、上記異常が生じると、ディザ制御による燃焼が悪化しやすい傾向が顕在化し、内燃機関の部品の劣化が促進されるおそれがある。そこで上記構成では、部品保護処理によって、リッチ燃焼気筒の空燃比とリーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくすることにより、部品を保護する。一方、所定以上の異常が生じていないと判定される場合であって回転変動が所定以上である場合には、リッチ燃焼気筒の空燃比とリーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくしつつも部品保護処理時よりも大きい値とする。これにより、排気成分の悪化を抑制しつつもドライバビリティの悪化を極力改善することができる。 In dither control, the air-fuel ratios of the rich combustion cylinder and the lean combustion cylinder are made different by dither control, so it is difficult to control the combustion state of all cylinders to the most stable state, and combustion tends to deteriorate. Has. On the other hand, when the control amount of the internal combustion engine is abnormal more than a predetermined value, there is a high possibility that the combustion control is abnormal. Therefore, when the above abnormality occurs, there is a possibility that the combustion due to dither control tends to be deteriorated and the deterioration of the parts of the internal combustion engine is promoted. Therefore, in the above configuration, the parts are protected by reducing the absolute value of the difference between the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the air-fuel ratio of the lean combustion cylinder by the parts protection treatment. On the other hand, when it is determined that no abnormality of the predetermined value or more has occurred and the rotational fluctuation is the predetermined value or more, the absolute value of the difference between the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the air-fuel ratio of the lean combustion cylinder is made small. However, the value should be larger than that at the time of component protection processing. As a result, it is possible to improve the deterioration of drivability as much as possible while suppressing the deterioration of the exhaust component.
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示す内燃機関10は、車両に搭載される。内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、過給機14を介して各気筒の燃焼室16に流入する。燃焼室16には、燃料を噴射する燃料噴射弁18と、火花放電を生じさせる点火装置20とが設けられている。燃焼室16において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路22に排出される。排気通路22のうちの過給機14の下流には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒24が設けられている。
Hereinafter, an embodiment of a control device for an internal combustion engine will be described with reference to the drawings.
The
制御装置30は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量(トルク、排気成分等)を制御するために、燃料噴射弁18や点火装置20等の内燃機関10の操作部を操作する。この際、制御装置30は、三元触媒24の上流側の空燃比センサ40によって検出される空燃比Afや、クランク角センサ44の出力信号Scr、エアフローメータ46によって検出される吸入空気量Gaを参照する。制御装置30は、CPU32、ROM34、およびRAM36を備えており、ROM34に記憶されたプログラムをCPU32が実行することにより上記制御量の制御を実行する。
The
図2に、制御装置30が実行する処理の1つを示す。図2に示す処理は、ROM34に記憶されたプログラムをCPU32がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。
FIG. 2 shows one of the processes executed by the
図2に示す一連の処理において、CPU32は、空燃比を目標空燃比に制御するうえで燃料噴射弁18が噴射すべき噴射量である要求噴射量Qdを算出する(S10)。詳しくはCPU32は、まず、回転速度NEと吸入空気量Gaとに基づきベース噴射量Qbを算出する。ベース噴射量Qbは、燃焼室16における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量である。次にCPU32は、フィードバック制御量である空燃比Afを目標値Af*にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量KAFを算出する。詳しくはCPU32は、目標値Af*と空燃比Afとの差Δを入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和を、ベース噴射量Qbの補正比率δとし、フィードバック操作量KAFを、「1+δ」とする。そして、CPU32は、ベース噴射量Qbにフィードバック操作量KAFを乗算した値を、要求噴射量Qdに代入する。なお、回転速度NEは、CPU32により、クランク角センサ44の出力信号Scrに基づき、図2に示す処理とは別の処理によって算出される。
In the series of processes shown in FIG. 2, the
次に、CPU32は、三元触媒24の昇温要求があるか否かを判定する(S12)。本実施形態では、三元触媒24の暖機要求が生じていることと、硫黄被毒回復処理の実行要求が生じていることとの論理和が真である場合に、昇温要求があると判定する。ここで、三元触媒24の暖機要求は、内燃機関10の始動からの吸入空気量Gaの積算値InGaが第1規定値Inth1以上である旨の条件(ア)と、積算値InGaが第2規定値Inth2以下である旨の条件(イ)との論理積が真である場合に生じるものとする。ここで、第2規定値Inth2は、第1規定値Inth1よりも大きい。なお、条件(ア)は、三元触媒24の上流側の端部の温度が活性温度となっていると判定される条件である。また、条件(イ)は、三元触媒24の全体が未だ活性状態となっていないと判定される条件である。一方、硫黄被毒回復処理の実行要求は、硫黄被毒量が所定量以上となる場合に生じるものとする。ここで、CPU32は、図2とは別の処理で、要求噴射量Qdの積算値に基づき硫黄被毒量を算出する。
Next, the
CPU32は、昇温要求がないと判定する場合(S12:NO)、噴射量指令値Q*に要求噴射量Qdを代入する(S14)。そしてCPU32は、燃料噴射弁18から噴射量指令値Q*に応じた量の燃料を噴射すべく、燃料噴射弁18に操作信号MS2を出力する(S16)。
When the
これに対し、CPU32は、昇温要求があると判定する場合(S12:YES)、要求噴射量Qdの補正要求値(噴射量補正要求値α)のベース値(ベース要求値α0)を算出する(S18)。噴射量補正要求値αは、内燃機関10の気筒#1〜#4のそれぞれから排出される排気全体の成分を、気筒#1〜#4の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御によって要求される要求噴射量Qdの補正量である。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第1の気筒#1〜第4の気筒#4のうちの1つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの3つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Qdの「1+α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Qdの「1−(α/3)」倍とする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、気筒#1〜#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関10の各気筒#1〜#4から排出される排気全体の成分を、気筒#1〜#4の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等とすることができる。なお、上記噴射量の設定によれば、気筒#1〜#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。
On the other hand, when it is determined that there is a temperature rise request (S12: YES), the
詳しくは、CPU32は、内燃機関10の動作点を規定する回転速度NEおよび負荷率KLに基づき、ベース要求値α0を可変設定する。なお、本実施形態では、硫黄被毒回復処理と触媒暖機処理とで、ベース要求値α0がゼロよりも大きくなる動作点が異なっている。ここで、負荷率KLは、燃焼室16内に充填される空気量を示すパラメータであり、CPU32により、吸入空気量Gaに基づき算出される。負荷率KLは、基準流入空気量に対する、1気筒の1燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度NEに応じて可変設定される量としてもよい。
Specifically, the
次にCPU32は、ベース要求値α0がゼロよりも大きいか否かを判定する(S20)。そしてCPU32は、ゼロであると判定する場合(S20:NO)、S14の処理に移行する。一方、CPU32は、ゼロよりも大きいと判定する場合(S20:YES)、内燃機関10の部品を保護する要求があるか否かを判定する(S22)。この処理は、内燃機関10の制御量の制御に所定以上の異常が生じているか否かの判定処理となる。すなわち、内燃機関10の制御量の制御に所定以上の異常が生じている場合、想定した制御が正常になされないため、内燃機関10の部品の劣化を招くおそれがあるとして、部品を保護する要求があると判定する。具体的には、たとえば、クランク角センサ44の出力信号Scrに基づき把握されるクランク軸の回転変動量Δωの絶対値が規定値ΔthH以上となることを検知した場合や、空燃比Afを目標値にフィードバック制御する積分要素の出力値の絶対値が所定以上の状態が継続したりする場合に、制御量の制御に所定以上の異常が生じていると判定する。なお、回転変動量Δωは、燃焼の悪化度合いを定量化するパラメータであり、圧縮上死点を1回のみ含む所定角度間隔の回転速度(瞬時回転速度ω)を、圧縮上死点の出現タイミングが時系列的に隣り合う一対の気筒のうちの先に圧縮上死点が出現する気筒における値から後に圧縮上死点が出現する気筒における値を減算した値である。燃焼が悪化してトルクが低下する場合、回転変動量Δωは、負で絶対値が大きい値となる。
Next, the
CPU32は、部品保護要求がないと判定する場合(S22:NO)、クランク軸の回転変動量Δωの絶対値が上記規定値ΔthHよりも小さい所定値ΔthL以上であるか否かを判定する(S24)。この処理は、制御量の制御に所定以上の異常が生じているわけではないものの、ドライバビリティの悪化をもたらすか否かを判定するものである。なお、ベース要求値α0は、ドライバビリティを許容範囲内に保つ値に適合されている。しかし、燃料噴射弁18の個体差や経年劣化、内燃機関10の圧縮比の個体差やデポジット付着等に起因した経年変化に起因して、ベース要求値α0がドライバビリティが許容範囲から外れる事態が生じえ、S24の処理は、この事態を検知する処理である。
When it is determined that there is no component protection request (S22: NO), the
CPU32は、所定値ΔthL未満であると判定する場合(S24:NO)、噴射量補正要求値αに、ベース要求値α0を代入する(S26)。そして、CPU32は、燃料噴射の対象となる気筒がリッチ燃焼気筒であるか否かを判定する(S28)。CPU32は、リッチ燃焼気筒であると判定する場合(S28:YES)、噴射量指令値Q*に、「Qd・(1+α)」を代入し(S30)、S16の処理に移行する。これに対し、CPU32は、リーン燃焼気筒であると判定する場合(S28:NO)、噴射量指令値Q*に、「Qd・{1−(α/3)}」を代入し(S32)、S16の処理に移行する。
When the
一方、CPU32は、所定値ΔthL以上であると判定する場合(S24:YES)、ベース要求値α0が、前回の噴射量補正要求値α(n−1)から所定量Δαを減算した値よりも大きいか否かを判定する(S34)。CPU32は、減算した値以下であると判定する場合(S34:NO)、S26の処理に移行する。一方、CPU32は、減算した値よりも大きいと判定する場合(S34:YES)、前回の噴射量補正要求値α(n−1)から所定量Δαを減算した値を、噴射量補正要求値αに代入する(S36)。次にCPU32は、噴射量補正要求値αが、通常時下限値αthHよりも小さいか否かを判定する(S38)。ここで、CPU32は、通常時下限値αthHを、触媒暖機処理時と硫黄被毒回復処理時とで各別に設定している。触媒暖機処理時においては、通常時下限値αthHは、排気成分の悪化を所定以下に抑制できる下限値とされている。また、硫黄被毒回復処理時においては、通常時下限値αthHは、硫黄被毒回復処理を実行可能な下限値に設定されている。そしてCPU32は、通常時下限値αthHよりも小さいと判定する場合(S38:YES)、噴射量補正要求値αに、通常時下限値αthHを代入する(S40)。
On the other hand, when the
これに対し、CPU32は、部品保護要求があると判定する場合(S22:YES)、ベース要求値α0がフェールセーフ時上限値αthLよりも大きいか否かを判定する(S42)。フェールセーフ時上限値αthLは、通常時下限値αthHよりも小さい値であり、部品を保護する上での噴射量補正要求値αの上限値である。そして、CPU32は、フェールセーフ時上限値αthLよりも大きいと判定する場合(S42:YES)、噴射量補正要求値αに、フェールセーフ時上限値αthLを代入する(S44)。一方、CPU32は、フェールセーフ時上限値αthL以下であると判定する場合(S42:NO)、噴射量補正要求値αに、ベース要求値α0を代入する(S46)。
On the other hand, when the
CPU32は、S26,S40,S44,S46の処理が完了する場合や、S38の処理において否定判定する場合、S28の処理に移行する。なお、CPU32は、S16の処理が完了する場合には、図2に示す一連の処理を一旦終了する。
When the processing of S26, S40, S44, and S46 is completed, or when a negative determination is made in the processing of S38, the
以下、本実施形態の作用および効果について説明する。
CPU32は、ディザ制御の実行時に、回転変動量Δωの絶対値が規定値ΔthH以上とまではいかないものの、所定値ΔthL以上となると判定する場合、ドライバビリティを改善すべく、通常時上限値αthL以上とする条件下、噴射量補正要求値αを減少補正する。これにより、三元触媒24の下流の排気成分の悪化を抑制しつつも、ドライバビリティを極力改善できる。
Hereinafter, the action and effect of this embodiment will be described.
When the
一方、CPU32は、部品保護要求が生じる場合、噴射量補正要求値αを、フェールセーフ時上限値αthL以下とする。すなわち、内燃機関10の制御量の制御に所定以上の異常が生じている場合、ディザ制御によるリッチ燃焼気筒の空燃比やリーン燃焼気筒の空燃比が理論空燃比からずれるために燃焼が悪化しやすい傾向が顕在化し、内燃機関10の燃料噴射弁18や点火装置20、三元触媒24等の部品の劣化を促進するおそれがある。このため、それら部品を保護すべく、噴射量補正要求値αを回転変動量Δωの絶対値が所定値ΔthL以上となる場合よりも小さい値に制限する。
On the other hand, when a component protection request occurs, the
<対応関係>
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。ディザ制御処理は、S18,S26〜S32,S16の処理に対応し、部品保護処理は、S42〜S46の処理に対応し、振動抑制処理は、S24,S34〜S40の処理に対応する。
<Correspondence>
The correspondence between the matters in the above-described embodiment and the matters described in the above-mentioned "means for solving the problem" column is as follows. The dither control process corresponds to the processes of S18, S26 to S32, S16, the component protection process corresponds to the process of S42 to S46, and the vibration suppression process corresponds to the process of S24, S34 to S40.
<その他の実施形態>
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
<Other Embodiments>
In addition, this embodiment can be implemented by changing as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・内燃機関10の制御に所定以上の異常が生じているか否かの判定処理としては上記実施形態で例示したものに限らない。たとえば、排気温度が所定温度以上となる場合に所定以上の異常が生じていると判定してもよい。
-The processing for determining whether or not an abnormality of a predetermined value or more has occurred in the control of the
・内燃機関としては、4気筒の内燃機関に限らない。また、燃料噴射弁としては、燃焼室16に燃料を噴射するものに限らず、吸気通路12に燃料を噴射するものであってもよい。
-The internal combustion engine is not limited to a 4-cylinder internal combustion engine. Further, the fuel injection valve is not limited to the one that injects fuel into the
10…内燃機関、12…吸気通路、14…過給機、16…燃焼室、18…燃料噴射弁、20…点火装置、22…排気通路、24…三元触媒、30…制御装置、32…CPU、34…ROM、36…RAM、40…空燃比センサ、44…クランク角センサ、46…エアフローメータ。 10 ... Internal combustion engine, 12 ... Intake passage, 14 ... Supercharger, 16 ... Combustion chamber, 18 ... Fuel injection valve, 20 ... Ignition device, 22 ... Exhaust passage, 24 ... Three-way catalyst, 30 ... Control device, 32 ... CPU, 34 ... ROM, 36 ... RAM, 40 ... air-fuel ratio sensor, 44 ... crank angle sensor, 46 ... air flow meter.
Claims (1)
前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
前記内燃機関の制御量の制御に所定以上の異常が生じていると判定する場合、該異常が生じていないと判定する場合と比較して前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする部品保護処理と、
前記所定以上の異常が生じていないと判定される場合であって前記内燃機関のクランク軸の回転変動が所定以上であると判定する場合、前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする振動抑制処理と、を実行し、
前記部品保護処理では、前記振動抑制処理よりも前記リッチ燃焼気筒の空燃比と前記リーン燃焼気筒の空燃比との差の絶対値を小さくする内燃機関の制御装置。 An internal combustion engine including an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas discharged from a plurality of cylinders and a fuel injection valve provided for each of the plurality of cylinders is controlled.
Some of the plurality of cylinders are rich combustion cylinders whose air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and cylinders other than some of the plurality of cylinders are air-fuel ratios. Is a dither control process that operates the fuel injection valve so that the lean combustion cylinder is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
When it is determined that an abnormality of a predetermined value or more has occurred in the control of the control amount of the internal combustion engine, the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the emptyness of the lean combustion cylinder are compared with the case where it is determined that the abnormality has not occurred. Parts protection treatment that reduces the absolute value of the difference from the fuel ratio,
When it is determined that no abnormality of the predetermined value or more has occurred and it is determined that the rotational fluctuation of the crankshaft of the internal combustion engine is equal to or more than the predetermined value, the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the emptyness of the lean combustion cylinder are determined. Execute vibration suppression processing to reduce the absolute value of the difference from the fuel ratio,
In the component protection process, an internal combustion engine control device that makes the absolute value of the difference between the air-fuel ratio of the rich combustion cylinder and the air-fuel ratio of the lean combustion cylinder smaller than that of the vibration suppression process.
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