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    关 键 词:
    静止 动力 输出 期间 柴油 微粒 过滤器 被动 再生
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410183635.X

    申请日:

    2014.05.04

    公开号:

    CN104141557A

    公开日:

    2014.11.12

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F02M 25/07申请日:20140504|||公开
    IPC分类号: F02M25/07; F01N3/023 主分类号: F02M25/07
    申请人: 福特环球技术公司
    发明人: J·瑞琦; F·M·科皮斯; D·潘娜拉; M·J·范聂瓦斯塔德; D·W·费里昂; J·坎普贝尔; T·维博
    地址: 美国密歇根州
    优先权: 2013.05.08 US 13/890,069
    专利代理机构: 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 代理人: 赵蓉民
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410183635.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.12.21|||2016.06.08|||2014.11.12

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了允许当车辆处于静止动力输出模式时柴油微粒过滤器再生的系统和方法。描述的方法为:在选择的动力输出状况期间,响应于再生柴油微粒过滤器的指示而减小EGR速率。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种用于发动机的方法,包含:
    在选择动力输出状况期间,响应于再生柴油微粒过滤器的指示而减小EGR速率。

    2.  根据权利要求1所述的方法,其特征在于,减小所述EGR速率包含将所述EGR速率减小50%。

    3.  根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述选择的动力输出状况包含所述柴油微粒过滤器内的烟粒负荷当前高于阈值烟粒负荷。

    4.  根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述选择的动力输出状况包含所述发动机当前处于通过驾驶员设置动力输出模式所指示的静止动力输出模式。

    5.  根据权利要求1所述的方法,进一步包含,在减小所述EGR速率期间,采取额外的措施来控制NOx排放。

    6.  根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述额外的措施包括增加喷射进排气通道的尿素。

    7.  根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述额外的措施包含调节燃烧相位。

    8.  根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述额外的措施包含增加燃料喷射的数量。

    9.  一种发动机系统,包含:
    动力输出单元;
    柴油微粒过滤器;
    排气再循环系统;以及
    发动机控制器,配置用于估算所述柴油微粒过滤器中烟粒负荷的水平并且当所述发动机处于静止动力输出模式且所述柴油微粒过滤器中所述烟粒负荷的水平高于预定阈值时减小排气再循环速率。

    10.  根据权利要求9所述的方法,进一步包含所述柴油微粒过滤器上游的 尿素喷射器。

    说明书

    说明书静止动力输出期间柴油微粒过滤器的被动再生
    技术领域
    本发明涉及静止动力输出(stationary power take-off)期间微粒排放的控制。
    背景技术
    排放控制装置(比如柴油微粒过滤器(DPF))可以通过捕集烟粒而减少柴油发动机的烟粒排放量。在发动机运转期间这种装置可以再生以减少捕集的微粒物质量。通常通过将DPF的温度升高至预定水平并且确保进入DPF的排气为特定成分而完成再生。
    柴油车辆可能进一步配备有排气再循环(EGR)系统。EGR系统将一部分排气回流到进气中以冷却燃烧温度并减少节流损失,从而改善车辆排放和燃料经济性。在涡轮增压发动机中,EGR系统可以包括低压EGR(LP-EGR)回路、高压EGR(HP-EGR)回路或这两种回路。LP-EGR回路转移通过涡轮增压器涡轮的排气并且将气体喷射在压缩器之前,而HP-EGR回路转移涡轮之前的排气并将气体喷射在进气节气门之后。通常,在发动机运转期间基于发动机转速和负荷测量或调节流过EGR系统的LP-EGR和/或HP-EGR量以保持希望的发动机燃烧稳定性同时提供排放和燃料经济性益处。
    一些柴油车辆还可能配备有动力输出装置(PTO)。动力输出装置是设计用于从发动机取用动力的系统。PTO可以连接至传动装置并且配备用于驱动辅助驱动轴、带、液压的升举或其它的机构。
    当车辆静止并且发动机用于动力输出装置(PTO)时DPF可能会积聚烟粒。传统的DPF再生不会在车辆静止时发生并使得车辆的服务中断来执行DPF再生。在用户指令的静止再生期间也会这样,其还需要停止PTO运转。
    发明内容
    发明人已经认识到上述缺点并在此提供了一种不需要退出静止PTO模式的DPF再生(例如通过驾驶员经由选择装置比如用户界面或选择器开关设置的)的系统和方法。PTO转速和负荷倾向于稳定并且使得较高的尿素剂量水平可以良好运转以控制NOx。此外,将EGR减小至正常水平的50%可以改善被动的DPF再生。
    当满足两个条件时EGR减小正常EGR水平的50%。首先,DPF接近可以执行正常再生的烟粒负荷(soot loading)水平;其次,车辆处于静止PTO。为了控制NOx,发明人认为将尿素剂量增加。此外,通过调整喷射数量和燃烧相位
    (combustion phasing)可以影响NO2的形成。这样在PTO期间通过减小EGR50%或更多使DPF再生,并且通过增加尿素剂量和/或调节燃烧相位和燃料喷射数量而控制了NOx水平。
    本发明中上述的系统和方法在车辆处于静止动力输出模式期间允许柴油微粒过滤器再生。描述的方法为:在选择的动力输出状况期间,响应于再生柴油微粒过滤器的指示而减小EGR速率。
    在一些示例中,PTO运转期间的DPF再生方法不同于非PTO运转期间(比如车辆行驶和驾驶操作期间)的DPF再生方法。例如,非PTO运转期间的DPF再生可以保持EGR速率同时采用其它措施(例如调节喷射正时、过量的排气氧等)来增加排气温度并再生DPF。在另一个示例中,在非PTO运转期间用于DPF再生的EGR速率调节的程度(例如仅减小25%)可以低于PTO运转期间DPF再生的程度。
    在一个实施例中,发动机控制器响应于柴油微粒过滤器中烟粒负荷的水平当前高于预定阈值而增加通过尿素喷射器喷射的尿素。
    在一个实施例中,排气再循环速率减小的量与动力输出负荷成反比使得随着动力输出负荷的增加排气再循环速率减少更小量。
    根据本发明的一个方面,提供一种方法,包含:在静止动力输出运转期间并且响应于估算的烟粒负荷的水平当前高于阈值而再生烟粒过滤器,包括:减小排气再循环速率;增加尿素的喷射;延迟燃烧相位;以及增加每个燃烧事件燃料喷射的数量。
    在一个实施例中,烟粒负荷的阈值是取决于烟粒过滤器容积的预定值。
    在一个实施例中,烟粒负荷的阈值是自上个烟粒过滤器再生起的时间。
    在一个实施例中,进一步包含在非PTO工况期间,通过排气再循环速率不同的减小来再生烟粒过滤器。
    在一个实施例中,减小排气再循环速率与动力输出负荷成反比使得随着动力输出负荷的增加排气再循环速率减少更小量。
    在一个实施例中,增加燃料喷射的数量包含一旦发起燃烧则添加额外的后喷射。
    在一个实施例中,增加燃料喷射的数量包含在排气相位中添加额外的后喷射。
    在一个实施例中,增加尿素的喷射与增加的负荷成比例使得较高的动力输出负荷时尿素喷射有更大的增加。
    单独或结合附图阅读下面的具体实施方式,本发明的上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。
    应理解,提供上文的概述用于以简化形式引入一系列原理,其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求?;さ闹魈獾墓丶蚴抵侍卣?,所要求?;さ闹魈獾姆段ㄒ坏赜扇ɡ笫槿范?。此外,所要求?;さ闹魈獠⒉痪窒抻诮饩錾衔幕虮舅得魇橹腥我獠糠炙岬降娜钡愕氖凳┓绞?。此外,发明人在此已经认识到本发明中描述的缺点,并且并不认为它们是众所周知的。
    附图说明
    图1显示了具有排气再循环系统的发动机的实施例的示意图;
    图2显示了用于再生DPF的方法的流程图。
    具体实施方式
    在静止PTO期间烟粒负荷可能会继续积聚。下文描述的系统和方法用于在静止PTO期间再生DPF。使用本发明的系统和方法可以在再生过程期间不中止 PTO并且车辆可以保持静止。将在下文参考附图更详细地描述本发明的目的。
    现在参考图1,显示了多缸发动机10的一个汽缸的示意图,该汽缸可设置在机动车辆的驱动系统中??芍辽俨糠值赝ü刂破?2的控制系统以及通过车辆驾驶员132经由输入装置130的输入而控制发动机10。在该示例中,输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即汽缸)30可包括活塞36位于其中的燃烧室壁32。在一些实施例中,汽缸30内活塞36的面可以是碗状?;钊?6可和曲轴40相连使得活塞的往返运动转化为曲轴的转动。曲轴40可以向动力传动单元41提供动力。动力传动单元41可以经由带、齿轮通过驱动轴或另一种机构连接至曲轴40。动力传动单元41可以进一步包含发动机舱中或车辆其它区域的输出或连接装置(hook-up)以连接绞盘、带驱动的或利用动力的其它装置。曲轴40可经由中间传动系统连接至车辆的至少一个驱动轮。此外,起动马达可经由飞轮连接至曲轴40以实现发动机10的起动运转。
    燃烧室30可经由进气通道42从进气歧管44接收进气并且可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可通过各自的进气门52和排气门54选择性地和燃烧室30连通。在一些实施例中,燃烧室30可包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。
    可通过控制器12经由电动气门驱动器(EVA)51控制进气门52。类似地,可通过控制器12经由EVA53控制排气门54??商娲?,可变气门驱动器可以是电动液压式或能驱动气门的任何其它可行机构。些工况期间,控制器12可改变提供给驱动器51和53的信号以控制各自进气门和排气门的打开和关闭??梢苑直鹜ü盼恢么衅?5和57确定进气门52和排气门54的位置。在替代的实施例中,可通过一个或多个凸轮驱动进气门和排气门中的一个或多个,并且可以使用凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个而改变气门运转。例如,汽缸30可替代地可包括经由EVA控制的进气门和通过包含CPS和/或VCT的凸轮驱动进行控制的排气门。
    燃料喷射器66显示为直接连接至燃烧室30以与经由电动驱动器68从控制 器12接收的脉冲宽度信号FPW成比例地直接向其中喷射燃料。这样,燃料喷射器66提供了已知为将燃料直接喷射进燃烧室30的直接喷射。燃料喷射器可以安装在例如燃烧室的侧面或燃烧室的顶部??赏üㄈ剂舷?、燃料泵以及燃料导轨的燃料系统(未显示)将燃料输送至燃料喷射器66。无论有没有点火火花,发动机10的燃烧室30或一个或多个其它燃烧室可运转于压缩点火模式。
    进气通道42可包括分别设有节流板64和65的节气门62和63。在该特定的示例中,可通过控制器12经由提供给包括在节气门62和63的电动马达或执行器的信号而改变节流板64和65的位置,这种配置通常称为电子节气门控制(ETC)。这样,可运转节气门62和63以改变提供给燃烧室30及其它发动机汽缸的进气??赏ü谄盼恢眯藕臫P将节流板64和65的位置提供给控制器12??梢栽诮?2和进气歧管44中的多个地方测量压力、温度和质量空气流量。例如,进气通道42可以包括用于测量通过节气门63进入的清洁空气的质量流量的质量空气流量传感器120。清洁空气的质量流量可以经由MAF信号通信至控制器12。
    发动机10可以进一步包括压缩装置(比如涡轮增压器或机械增压器),该压缩装置至少包括设置在进气歧管44上游的压缩器162。对于涡轮增压器,压缩器162可以至少部分地通过设置在排气通道48中的涡轮164(例如经由轴)驱动。对于机械增压器,压缩器162可以至少部分通过发动机和/或电机驱动并且可以不包括涡轮。从而,可以通过控制器12改变经由涡轮增压器或机械增压器向发动机的一个或多个汽缸提供的压缩量??梢园ㄑ顾跗?62下游和进气门52上游的充气冷却器154。充气冷却器154可以配置用于冷却例如通过压缩器162压缩加热过的气体。在一个实施例中,充气冷却器154可以在节气门62的上游。例如可以通过传感器145或146测量压缩器162下游的压力、温度和质量空气流量。测量的结果可以从传感器145和147分别经由信号148和149通信至控制器12。例如可以通过传感器153测量压缩器162上游的压力和温度并经由信号155通信至控制器12。
    此外,在公开的实施例中,EGR系统可以将希望部分的排气从排气通道48输送至进气歧管44。图1显示了HP-EGR系统和LP-EGR系统,但是替代实施例中可以仅包括LP-EGR系统??梢酝ü鼿P-EGR通道140将HP-EGR从涡轮164上游输送 至压缩器162下游??梢酝ü刂破?2经由HP-EGR阀142改变向进气歧管44提供的HP-EGR量。通过LP-EGR通道150将LP-EGR从涡轮164下游输送至压缩器162上游??梢酝ü刂破?2经由LP-EGR阀152改变向进气歧管44提供的LP-EGR量。例如,HP-EGR系统可以包括HP-EGR冷却器146并且LP-EGR系统可以包括LP-EGR冷却器158以防止EGR气体的热量排到发动机冷却剂。
    在一些状况下,EGR系统可以用于调整燃烧室30内空气和燃料的温度。从而,可能希望测量或估算EGR质量流量。EGR传感器可以设置在EGR通道中并且可以提供质量流量、压力、温度、氧浓度和排气浓度中一者或多者的指示。例如,HP-EGR传感器144可以设置在HP-EGR通道140中。
    在一些实施例中,一个或多个传感器可以设置在LP-EGR通道150中以提供通过LP-EGR通道再循环的排气的压力、温度和空燃比中一者或多者的指示。在位于LP-EGR通道150和进气通道42相交的混合点(mixing point)可以通过新鲜进气来稀释通过LP-EGR通道150转移的排气。特别地,通过协调调节LP-EGR阀152和(设置在发动机的进气通道中压缩器上游的)第一进气节气门63,可以调节EGR流的稀释度。
    可以从发动机进气流中的传感器145的输出推断LP-EGR流的百分比稀释度。特别地,传感器145可以设置在第一进气节气门63的下游、LP-EGR阀152的下游以及第二主进气节气门62的上游,这样可以精确确定主进气节气门63处或附近的LP-EGR稀释度。例如,传感器145可以是氧传感器(比如通用或宽域排气氧(UEGO)传感器)。
    排气传感器126显示为连接至涡轮164下游的排气通道48。传感器126可以是任何合适的用于提供排气空燃比指示的传感器例如线性氧传感器或通用或宽域排气氧传感器(UEGO)、双态氧传感器或排气氧(EGO)、HEGO(热EGO)、以及氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)或碳氧化物(CO)传感器。
    排放控制装置71和72显示为沿排气传感器126上游的排气通道48设置。装置71和72可以是选择性催化还原(SCR)系统、三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、多种其它的排放控制装置、柴油机氧化催化剂、柴油微粒过滤器或它们的组合。例如,装置71可以是柴油氧化催化剂而装置72可以是柴油微粒过滤器 (DPF)(本说明书中也称为烟粒过滤器)。尿素喷射器73设置在排放控制装置的上游并在催化剂再生期间将作为还原剂的尿素(例如柴油排气流体(DEF))引入排气通道。在一些实施例中,DPF72可位于柴油机氧化催化剂71的下游(如图1中显示的),而在其它实施例中DPF72可位于柴油氧化催化剂的上游(图1中未显示)。
    如图1所示,控制器12显示作为微型计算机,包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在这个特别的实施例中显示为只读存储芯片106)、随机存取存储器108、?;畲娲⑵?10和数据总线??刂破?2可从和发动机10相连的传感器接收各种信号,除上文讨论过的信号之外,还包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值、来自和冷却套筒114相连的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)、来自和曲轴40相连的霍耳效应传感器118(或其它类型)的表面点火感测信号(PIP)、来自节气门位置感应器的节气门位置(TP)、来自传感器122的歧管绝对压力(MAP)、发动机转速信号(RPM)可由控制器12根据PIP信号得到。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管里真空或压力的指示。应注意,可使用上述传感器的各种组合,例如有MAF传感器没有MAP传感器或者反之亦然。在化学计量运转期间,MAP传感器能提供发动机扭矩的指示。此外,该传感器可与探测到的发动机转速一起提供导入汽缸的充气(包括空气)的估算。在一个示例中,传感器118(其还用作发动机转速传感器)可对曲轴的每个转动产生预定量的等距脉冲。
    存储介质只读存储器106可以编程有电脑可读的数据,该数据代表了可由处理器102执行用于执行下文描述的方法和所预期的但没有具体列举的其它变型的指令。
    如上文所述,图1显示了多缸发动机的一个汽缸,并且其中每个汽缸可类似地包括它自身的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
    现在参考图2,方法通过发动机起动(engine on)事件开始并前进至202,在202处评估车辆是否处于静止动力输出模式。如果车辆不是处于静止动力输出模式(否)则方法前进至203,在203处响应于非PTO状况发生DPF再生并且随 后结束。非静止PTO期间DPF再生可以包含延迟燃料喷射、改变节流并改变EGR以升高排气温度并减小排气中的氧水平。将在下文进一步讨论PTO时和非PTO时的DPF再生之间的差异。
    如果通过驾驶员设置动力输出模式所指示的车辆处于静止动力输出模式(是)则方法前进至204。静止动力输出模式可能对在车辆不必移动下的外部负荷有用。静止PTO动力输出负荷可以较高并且稳定。在静止模式中,当车辆停车和/或泊车时PTO转速可以经由来自外部负荷装置(例如液压泵控制器)或驾驶员的控制指令输入请求为固定转速(例如540RPM)。这样在静止PTO期间负荷和发动机转速稳定。
    在非静止模式中,PTO转速可能随发动机/马达转速和车速而变化。从而,扭矩可以提供至PTO并且以提供车辆的驱动力。在非静止PTO期间需要被动的柴油微粒过滤器再生的实施例中,由于在非静止PTO模式中负荷随除用于车辆推进的负荷之外的PTO启用/停用而变化,EGR的减少可能会不同。
    在204处,评估DPF内烟粒负荷的水平是否高于阈值水平。阈值可以是取决于DPF容积的预定值。预定值可以存储在只读存储器106中。如果烟粒负荷的水平不高于阈值水平(否)则方法前进至206,在206处再循环标准百分比的排气直到DPF内的烟粒水平高于阈值水平。
    可以基于包括温度、负荷、发动机转速、空燃比和自上次DPF再生的时间的工况估算烟粒负荷的水平。当发动机处于静止动力输出模式并且柴油微粒过滤器中的烟粒负荷高于预定阈值时可以适调发动机控制器12以估算柴油微粒过滤器中的烟粒负荷水平并减小排气再循环速率。发动机控制器12可以基于传感器输入估算烟粒负荷水平。发动机控制器12可以响应于烟粒过滤器的状况而进一步控制HP-EGR阀142或LP-EGR阀152。阈值可以是基于给定烟粒过滤器在各种烟粒负荷下催化能力的预定量。
    在204处如果烟粒过滤器内的烟粒水平高于阈值水平则方法前进至208,在208处减少至进气的EGR速率以再生DPF。在一个示例中,EGR减小可以为减少50%。在替代示例中,EGR减小可以与动力输出负荷成反比使得随着负荷的增加排气再循环减小较小量。EGR减小可以是高压EGR、低压EGR的减小或者高压和 低压EGR都同时减小。除了减小EGR速率之外,还可以采用下文描述的控制NOx排放的其它措施。
    然后,在210处可以采取减小EGR速率的措施来控制NOx排放,特别是使发动机朝产生NO2的方向转变。在210处,这些步骤可以包括:在排放控制装置上游的排气通道中增加尿素的喷射、改变燃料喷射的数量或者改变燃烧相位。
    增加尿素的喷射可以与增加的负荷成比例使得较高的动力输出负荷时尿素喷射有较大的增加。改变每个燃烧事件的燃料喷射数量可以包含一旦发起燃烧就增加额外的后喷射(after-injection)。除了增加每个燃烧事件的燃料喷射数量之外或在替代实施例中可以包括在排气相位中增加额外的后喷射。
    这些步骤中的每步具有增加排放控制装置可用碳氢化合物的效果以辅助减少NOx??梢苑直鸹蛞淮涡匀渴褂谜庑┎街?,并且尽管它们在图2显示的流程图中出现在减小EGR速率之后,应理解控制NOx排放的这些和任何其它步骤可以与减小EGR速率同时发生。在210采取控制NOx的步骤之后,方法随后返回。
    在控制NOx排放中,可以在不同的运转模式中使用不同的温度监视。在静止PTO期间,车底没有冷却的空气。当以静止PTO模式运转时DPF可以更迅速地加热,并且从而可以使用与非静止PTO期间或正常行驶状况下不同的监视。由于缺少车底冷却导致的温度更加迅速的增加可以辅助被动的DPF再生,并且发动机控制器12在调节EGR减少、燃烧相位、尿素喷射和改变燃料喷射时可以考虑冷却上的这种变化。
    在静止PTO期间再生DPF的方法与非PTO再生不同之处在于,在静止PTO期间较高稳定的负荷与本发明公开的方法相结合允许用于被动的再生,该被动的再生可能发生在比非PTO的DPF再生更低的温度下。本发明中的系统和方法可以增加被动的DPF再生速率。减小EGR速率有利于产生NO2,这单独与DPF催化组合或者与增加尿素喷射组合以辅助减少NO。此外,延迟燃烧相位或增加燃料喷射(但是比非PTO的DPF再生中使用的程度更低)可以与本发明结合使用以升高排气温度。这样PTO的DPF再生和非PTO的DPF再生区别于使用尿素的程度不同。在非PTO的DPF再生期间,可以不增加尿素喷射以节省车载尿素储量。在非PTO的DPF再生期间,为了补偿使用最少的尿素,如本发明所描述的与PTO的DPF再生期间相 比燃烧延迟和燃料喷射可以增加至更高的程度。由于更小程度地使用尿素并且可以使得不频繁地再添加尿素储存器,在正常的车辆工况下或者在非静止PTO期间非PTO的DPF再生可能是有利的。静止PTO的DPF再生的优点是PTO可以不停止并且车辆可以保持静止,同时继续供应动力至PTO单元。
    本说明书中上文描述的系统和方法允许当车辆处于静止动力输出模式时柴油微粒过滤器的再生。描述的方法为:在选择的动力输出状况期间,响应于再生柴油微粒过滤器的指示而减小EGR速率。
    应理解,本说明书公开的配置和方法实际是示例性的,并且那些具体的实施例不应当认为是限制,因为可能有多种变型。例如,上述技术可以应用到V6、I4、I6、V12、对置4缸和其它类型的发动机。本发明的主题包括所有在此公开的多种系统和配置(以及其它特征、功能和/或属性)的新颖的和非显而易见的组合和子组合。
    权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应该理解为包括一个或多个这样的要素的合并,既不要求也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求?;?。这样的权利要求,不管在?;し段虾驮既ɡ笙啾仁强?、窄、同样的或不同的,也认为包括在本发明所公开的主题中?!  ∧谌堇醋宰ɡ鴚ww.www.4mum.com.cn转载请标明出处

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