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1、(10)申请公布号 CN 103122797 A(43)申请公布日 2013.05.29CN103122797A*CN103122797A*(21)申请号 201210461829.2(22)申请日 2012.11.1511/03501 2011.11.17 FRF02D 13/02(2006.01)(71)申请人 IFP新能源公司地址法国里埃马尔迈松(72)发明人 T勒鲁瓦 J肖万(74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公司 31100代理人钱慰民(54) 发明名称控制具有EGR和IGR的内燃机汽缸内的燃烧废气分数的方法(57) 摘要本发明涉及一种控制配有排气再循环回路和可变定时装置的内燃。
2、机(1)的方法,所述可变定时装置包括第一致动器(8)和第二致动器(9)。该方法包括以下阶段:获取所述内燃机的扭矩设定点通过应用将所述致动器的位置设定点关联于所述内燃机扭矩设定点的燃烧废气流模型(MEGB),确定所述第一致动器(8)的位置设定点和所述第二致动器(9)的位置设定点所述燃烧废气流模型(MEGB)包含汽缸填充模型(MR),以及通过将位置设定点和应用于所述可变定时装置(8、9)来控制汽缸中的燃烧废气分数。本发明还涉及包含控制装置的内燃机,该控制装置适用于控制方法的应用,以及涉及包含该内燃机的车辆。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书3页 说明书10页 附图4页(19)中华人。
3、民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书3页 说明书10页 附图4页(10)申请公布号 CN 103122797 ACN 103122797 A1/3页21.一种控制内燃内燃机(1)的方法,所述内燃机(1)包括至少一个汽缸(2)、在所述汽缸(2)中的至少一个进气阀(12)以及用于将燃烧废气从所述汽缸(2)中排出的至少一个排气阀(13),所述内燃机配有排气再循环回路并配有可变定时装置,所述可变定时装置包括所述进气阀的第一致动器(8)和所述排气阀的第二致动器(9),其特征在于,所述方法包括下列阶段:获取所述内燃机的扭矩设定点通过应用将所述致动器的位置设定点与所述内燃机扭矩设定点相关的燃。
4、烧废气流模型(MEGB),确定所述第一致动器(8)的位置设定点和所述第二致动器(9)的位置设定点所述燃烧废气流模型(MEGB)包括汽缸填充模型(MR),通过将位置设定点和应用于所述可变定时装置(8、9),控制所述汽缸中的燃烧废气分数。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述填充模型(MR)是与内燃机速度Ne、进气歧管(3)中的温度Tint和压强Pint以及致动器(8、9)的位置VVTexh和VVTint相关地估计汽缸中的抽吸空气质量和燃烧废气质量的静态汽缸填充模型。3.如权利要求1或2中任何一项所述的方法,其特征在于,所述燃烧废气流模型(MEGB)是与关联于所述汽缸的所述填充模型(MR)的。
5、所述内燃机(1)扭矩设定点相关地使用内燃机图(MAP)构建的。4.如前面任何一项权利要求所述的方法,其特征在于,所述汽缸的所述填充模型(MR)表达如下:Xcyl=(Pint,Xint,VVTint,VVTexh)其中:Xcyl:汽缸(2)中的燃烧废气质量分数,Pint:在所述汽缸(2)上游集成在所述内燃机中的进气歧管(3)中的压强,其中空气和燃烧废气的混合物被抽出以供进气,Xint:所述进气歧管(3)中的燃烧废气质量分数,VVTint:第一致动器(8)的位置,以及VVTexh:第二致动器(9)的位置。5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述填充模型(MR)是通过下列等式获得的:其中:并且从。
6、以下等式获得:权 利 要 求 书CN 103122797 A2/3页3其中:Xcyl:汽缸(2)中的燃烧废气质量分数,Pint:进气歧管(3)中的压强,Xint:进气歧管(3)中的燃烧废气质量分数,通过进气阀(12)吸入到汽缸中的质量,来自IGR的抽吸质量,1,2和3:相关于Pint和Ne的已知的填充模型校正参数,Vivc:相关于至少一个进气阀的致动器(8)的位置VVTint的ivc(进气阀闭合)时的汽缸容积,Vevc:相关于第二致动器(9)的位置VVTexh的evc(排气阀闭合)时的汽缸容积,OF:相关于进气(12)阀和排气(13)阀的致动器(8、9)的位置VVTint和VVTexh的重叠因。
7、数。6.如权利要求3-5中的任何一项所述的方法,其特征在于,所述燃烧废气流模型(MEGB)是通过执行所述下列阶段实现的:a)相对于所述进气歧管中的压强所述进气歧管中的燃烧废气分数以及与内燃机扭矩设定点相关的稳态下所需的可变定时装置的位置和确定设定点,b)通过应用所述汽缸填充模型(MR),从进气压强设定点进气歧管(3)中的所述燃烧废气分数设定点以及稳态下的所述致动器(8、9)的位置设定点和来确定所述汽缸中的燃烧废气分数的设定点以及c)通过对所述汽缸填充模型(MR)求反,从进气歧管(3)中的估计燃烧废气分数Xint、汽缸(2)中的燃烧废气分数设定点以及进气歧管(3)中的估计压强Pint来确定所述致。
8、动器(8、9)的位置设定点和7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,相对于所述进气歧管中的压强所述进气歧管中的燃烧废气分数以及稳态下所需的可变定时装置的位置和的设定点是通过下列阶段获得的:i)从所述内燃机的图(MAP)确定所述汽缸中的空气质量设定点进气歧管中的燃烧废气分数设定点以及稳态下所需的所述进气阀和排气阀致动器的位置设定点和所述图(MAP)依赖于内燃机速度Ne和内燃机扭矩设定点ii)通过估计或测量所述进气歧管(3)中的燃烧废气分数的方法,从进气歧管中的燃烧废气分数Xint和所述汽缸内的空气质量的估计来确定所述汽缸中的抽吸空气质量设定点iii)借助所述经求反的汽缸(2)填充模型(IMR),。
9、从所述汽缸中的抽吸空气质量设定点以及所述进气阀(12)和排气阀(13)的致动器(8、9)的估计位置VVTint和VVTexh来确定进气压强设定点8.如权利要求6或7中任何一项所述的方法,其特征在于,所述致动器(8、9)的所述位置设定点和的确定是通过执行下列阶段而获得的:权 利 要 求 书CN 103122797 A3/3页4i)将第二致动器(9)的位置VVTexh设定为其稳态下的设定点值ii)通过应用经求反的汽缸填充模型(IMR),从第二致动器(9)的位置设定点VVTexh来确定第一致动器(8)的位置设定点iii)确定第二致动器(9)的位置设定点:如果第一致动器(8)的位置设定点进入饱和,则所。
10、述第二致动器的位置设定点是使用所述经求反的汽缸填充模型(IMR)从第一致动器(8)的位置确定的:-否则,将第二致动器(8)的位置被确定为其稳态下的设定点值9.一种内燃内燃机(1),所述内燃机(1)包括至少一个汽缸(2)、在所述汽缸(2)中的至少一个进气阀(12)以及用于将燃烧废气从所述汽缸(2)中排出的至少一个排气阀(13),所述内燃机(1)配有燃烧废气再循环回路并配有可变定时装置,所述可变定时装置包括至少一个进气阀(12)的第一致动器(8)和至少一个排气阀(13)的第二致动器(9),其特征在于,所述内燃机包括用于所述内燃机的控制装置,所述控制装置适于并旨在应用于根据本发明控制方法。10.一种。
11、车辆,尤其是机动车辆,包括如权利要求9所述的内燃机。权 利 要 求 书CN 103122797 A1/10页5控制具有 EGR 和 IGR 的内燃机汽缸内的燃烧废气分数的方法技术领域0001 本发明涉及内燃机控制领域,更具体地涉及配有VVT型(Variable ValveTiming,定时可变阀门定时)的可变定时装置并配有用于低压排气(exhaustgas)的外部再循环回路(EGR)的汽油内燃机的空气系统控制的一部分。可变定时是允许内燃机中的若干参数改变、特别定时、进气阀和排气阀的开启时间和/或抬升的技术。背景技术0002 在这种类型的内燃机中,进气阀关闭时汽缸内的燃烧废气(burnt gas。
12、)的量是通过下面两种方式获得的:通过经由进气阀和排气阀致动器的内部燃烧废气再循环(IGR),这是被称为VVT致动器的可变定时手段,以及通过经由EGR回路的外部再循环。0003 事实上,可变定时允许通过控制进气阀和排气阀的开启/关闭实现燃烧废气的内部再循环。当进气阀和排气阀同时开启时,排气从排气管流回到进气管。在内部气体再循环的情形下,阀同时开启的持续时间和幅度是再循环气体量的决定因素。在这种情形下,可变定时装置能使至少一个进气阀受控,以使其在汽缸内活塞上止点之前开启,同时使至少一个排气阀受控,以使其就在该活塞上止点之前关闭。然后使两个阀同时开启并使排气再循环。内部气体再循环相比外部再循环的优势。
13、在于,系统的快速响应以及再循环气体的良好分布。0004 这两个燃烧废气源具有极为不同的响应时间。实际上,IGR通过阀的相移受到控制,阀的相移是非常快的。另一方面,因为燃烧废气在排气再循环回路中的流动时间很长(由于该回路的长度),因此EGR控制非常缓慢。这似乎与控制瞬时条件下的快速量(藉由VVT致动器的IGR)以补偿EGR缓慢性(藉由EGR阀)有关;事实上,对于瞬时条件,快速响应时间是必需的。0005 瞬时条件的常见例是在高负载下放松气动踏板。在瞬态开始时,EGR速率很高;实际上,EGR速率在高负载下很高以将内燃机爆震的极限向回推。在瞬态结束时,在部分负载下,速率为零而IGR速率增加;事实上,I。
14、GR速率在部分负载下较高,因为考虑到减小内燃机泵送损失的阀重叠。然而,在瞬时条件下,由于燃烧废气遍布进气管,进入汽缸的EGR量不为零。因此存在高风险,即腔室内存在过量的燃烧废气(EGR加上IGR)并因此内燃机燃烧中断。在瞬态情形下,目的则是尽可能地限制IGR量,直到进气管排空其含有的燃烧废气为止。0006 图3示出根据现有技术的带EGR和IGR的汽油内燃机的空气环路的设定点确定方案。从内燃机扭矩设定点和内燃机速度测量Ne来看,内燃机图(MAP)允许相对于抽吸空气质量设定点进气歧管中的燃烧废气分数对于内燃机扭矩设定点寻求的稳态的进气阀和排气阀致动器的位置和来定义设定点。随后使用进气歧管中的燃烧废。
15、气分数的值Xint将空气质量设定点修正为抽吸质量设定点进气歧管中的这种燃烧废气分数可通过任何手段获得,特别是估算方法或测量方法。从抽吸质量设定点和排说 明 书CN 103122797 A2/10页6气(13)阀和进气(12)阀的致动器(8、9)的位置VVTexh和VVTint的测量来看,填充模型(MR)允许给出进气歧管中的压强设定点0007 控制器(15)允许控制进气压强、EGR和变化定时装置(8、9)以保证压强设定点进气歧管中的燃烧废气分数设定点以及稳态下的进气阀和排气阀致动器的位置和0008 图3中描述的方法因此不允许控制在瞬时条件下汽缸中的燃烧废气分数。0009 根据本发明的内燃机控制方。
16、法允许通过在瞬时条件下优化汽缸中的燃烧废气分数而控制EGR和IGR组合的汽缸中的燃烧废气分数。根据本发明的方法基于使用基于汽缸填充模型的燃烧废气流模型对进气阀和排气阀的致动器的控制。该方法不需要校正,除了使用能估计汽缸中的抽吸质量和燃烧废气质量的汽缸填充模型外。发明内容0010 本发明涉及控制内燃内燃机的方法,该内燃机包括至少一个汽缸、在汽缸中的至少一个进气阀以及用于将燃烧废气从所述汽缸中排出的至少一个排气阀,所述内燃机配有排气再循环回路并配有可变定时装置,所述可变定时装置包括所述进气阀的第一致动器和所述排气阀的第二致动器。所述方法包括以下阶段:0011 获取所述内燃机的扭矩设定点0012 通。
17、过应用将所述致动器的位置设定点关联于内燃机扭矩设定点的燃烧废气流模型(MEGB),确定所述第一致动器的位置设定点和所述第二致动器的位置设定点所述燃烧废气流模型(MEGB)包括汽缸填充模型(MR),以及0013 通过将位置设定点和应用于所述可变定时装置来控制所述汽缸中的燃烧废气分数。0014 较为有利地,所述填充模型(MR)是与内燃机速度Ne、进气歧管中的温度Tint和压强Pint以及致动器的位置VVTexh和VVTint相关地估计汽缸中的抽吸空气质量和燃烧废气质量的静态汽缸填充模型。0015 根据一个实施例,燃烧废气流模型(MEGB)是与与所述汽缸的所述填充模型(MR)关联的内燃机扭矩设定点相。
18、关地使用内燃机图(MAP)构建的。0016 所述汽缸的所述填充模型(MR)可写成如下形式:0017 Xcyl=(Pint,Xint,VVTint,VVTexh)0018 其中:0019 Xcyl:汽缸中的燃烧废气质量分数,0020 Pint:在所述汽缸上游集成在所述内燃机中的进气歧管中的压强,其中空气和燃烧废气的混合物被抽出以供进气,0021 Xint:所述进气歧管中的燃烧废气质量分数,0022 VVTint:第一致动器的位置,以及0023 VVTexh:第二致动器的位置。0024 优选地,填充模型(MR)是从下列等式获得的:说 明 书CN 103122797 A3/10页70025 0026。
19、 其中:0027 0028 并且从该等式:0029 0030 其中:0031 Xcyl:汽缸中的燃烧废气质量分数,0032 Pint:进气歧管中的压强0033 Xint:进气歧管中的燃烧废气质量分数,通过进气阀吸入到汽缸中的质量,来自IGR的抽吸质量,0034 1,2并且3:与Pint和Ne相关的已知填充模型校正参数,0035 Vivc:与至少一个进气阀的致动器位置VVTint相关的ivc(进气阀闭合)时的汽缸容积,0036 Vevc:与第二致动器的位置VVTexh相关的evc(排气阀闭合)时的汽缸容积;0037 OF:与进气阀和排气阀的致动器位置VVTint和VVTexh相关的重叠因数。00。
20、38 根据一个实施例,所述燃烧废气流模型(MEGB)是通过执行下列阶段来构建的:0039 a)相对于进气歧管中的压强进气歧管中的燃烧废气分数以及相关于内燃机扭矩设定点的稳态下所需的可变定时装置的位置和确定设定点,0040 b)通过应用所述汽缸填充模型(MR),从进气压强设定点进气歧管中的所述燃烧废气分数设定点以及稳态下所述致动器的位置设定点和确定所述汽缸中的燃烧废气分数的设定点以及0041 c)通过对所述汽缸填充模型(MR)求反,从进气歧管中的估计燃烧废气分数Xint、汽缸中的燃烧废气分数设定点以及进气歧管中的估计压强Pint确定所述致动器的位置设定点和0042 较为有利地,相对于进气歧管中的。
21、压强进气歧管中的燃烧废气分数以及稳态下所需的可变定时装置的位置和的设定点是通过下列阶段获得的:0043 )从所述内燃机的图(MAP)确定所述汽缸中的空气质量设定点进气歧管中的燃烧废气分数设定点以及稳态下所需的所述进气阀和排气阀致动器的位置设定点和所述图(MAP)依赖于内燃机速度Ne和内燃机扭矩设定点0044 )从进气歧管中的燃烧废气分数Xint和所述汽缸中的空气质量的估计来确定所述汽缸中的抽吸空气质量设定点这是通过估计或测量所述进气歧管中的燃烧废气分数的方法来实现的。说 明 书CN 103122797 A4/10页80045 )从所述汽缸中的抽吸空气质量设定点以及进气阀和排气阀致动器的估计位置。
22、VVTint和VVTexh,借助求反的所述汽缸填充模型(IMR)来确定进气压强设定点优选地,确定所述致动器的位置设定点和是通过执行下列阶段来实现的:0046 )将第二致动器的位置VVTexh设定为其稳态下的设定点值0047 )通过应用所述求反的汽缸填充模型(IMR)来从第二致动器的位置设定点VVTexh确定第一致动器的位置设定点0048 0049 )确定第二致动器的位置设定点0050 如果第一致动器的位置设定点进入饱和,则第二致动器的位置设定点是使用所述求反的汽缸填充模型(IMR)从第一致动器的位置确定的:0051 0052 -否则,将第二致动器的位置被确定为其稳态下的设定点值0053 此外,。
23、本发明涉及一种控制内燃内燃机,包括至少一个汽缸、在所述汽缸中的至少一个进气阀以及用于将燃烧废气从所述汽缸中排出的至少一个排气阀,所述内燃内燃机配有燃烧废气再循环回路并配有可变定时装置,所述可变定时装置包括至少一个进气阀的第一致动器和至少一个排气阀的第二致动器构成。所述内燃机包括所述内燃机的控制装置,所述控制装置适于并且旨在应用于根据本发明的控制方法。0054 本发明涉及包含如前所述的内燃内燃机的车辆,尤其是机动车。0055 附图简述0056 参考附图并阅读通过非限制性示例给出的实施例的描述,能够清楚地理解根据本发明的方法的其它特征和优势,附图中:0057 图1示出配有EGR回路和可变定时装置的。
24、内燃机的实施例,0058 图2示出图1的内燃机的一部分并示出汽缸周围的变量,0059 图3示出确定现有技术中使用的处于稳态的空气环路设定点的方案,0060 图4示出根据本发明用于确定空气环路设定点的方案,0061 图5示出空气质量设定点图,0062 图6示出第一致动器的位置的设定点图(0对应于重叠AOA-10的进气口前沿,并且40对应于AOA=30),0063 图7示出第二致动器的位置的设定点图(0对应于排气闭合延迟RFE=-29,40对应于REF11)。具体实施方式0064 图1示出配有燃烧废气再循环回路EGR和配有可变定时装置的汽油内燃机(1)的实施例。对于该实施例,它是低压EGR回路。内。
25、燃机(1)的至少一个汽缸(2)从歧管(3)提供气体以及燃烧废气。空气进气回路配有冷却器(4)和涡轮增压器(7)的压缩机。排气管由排气歧管、涡轮增压器(7)的涡轮、用于将一部分燃烧废气注入空气进气回路的旁路管构成。所考虑的燃烧废气再循环回路在设置于涡轮增压器(7)的涡轮下游的催化剂出口说 明 书CN 103122797 A5/10页9(11)处将燃烧废气从内燃机排气中抽取燃烧废气,并将其再次注入到位于涡轮增压器(7)的压缩机上游的汽缸(2)的进气口。回路的这个部分特别配有冷却器(4)并配有被称为EGR阀(6)的受控阀。此外,如图1所示的引擎设有检测器(5),在这里设置在EGR阀附近,用以确定通过。
26、EGR回路注入的燃烧废气的量。它可以是流量计或压强检测器,并且还配有直接注入设备。所描述的出现在图1实施例中的后三个部件一般出现在尺寸减小的内燃机(其容量减小)中,但是它们的出现不直接牵涉到根据本发明的方法。0065 此外,所述内燃机配有可变定时装置,该可变定时装置包括进气阀(12)和排气阀(13)的两个致动器(部分示出)(8、9)构成。可控制致动器(8、9)以驱动进气阀(12)和排气阀(13)的开启和闭合;因此可控制汽缸中的燃烧废气分数。它们可以是与允许阀运动的凸轮轴耦合的叶片式相位计(vane-typephaser)。0066 根据本发明的控制方法允许控制内燃机(1)的汽缸(2)中的燃烧废。
27、气分数。这基于对进气阀(12)和排气阀(13)的致动器(8、9)的控制。根据本发明的方法包括如下阶段:0067 获取所述内燃机的扭矩设定点0068 通过应用燃烧废气流模型(MEGB)来确定至少一个进气阀(12)的所述第一致动器(8)的位置设定点和至少一个排气阀(13)的所述第二致动器(9)的位置设定点所述燃烧废气流模型(MEGB)将进气阀(12)和排气阀(13)的致动器(8、9)的位置设定点与内燃机扭矩设定点相关联,所述燃烧废气流模型(MEGB)包括汽缸填充模型(MR),以及0069 通过将位置设定点和应用于所述可变定时装置来控制所述汽缸中的燃烧废气分数。0070 注释0071 在说明书中,术。
28、语上游和下游是相对于气体在空气环路(10)中的流动方向定义的。此外,使用以下的注释:0072 内燃机参数0073 Pint,Tint:进气歧管(3)中的压强和温度。这两个量被测量。0074 VVTadm:进气阀(12)的第一致动器(8)的位置。它对应于相对基准位置的相移(以度为单位)。0075 VVTexh:排气阀(13)的第二致动器(9)的位置。它对应于相对基准位置的相移(以度为单位)。0076 Tq:内燃机扭矩。0077 Ne:内燃机速度(测得的)。0078 燃烧废气循环模型的变量0079 Xint:进气歧管(3)中的燃烧废气分数。该燃烧废气来自外部排气再循环回路(EGR)。0080 Xc。
29、yl:汽缸中的燃烧废气分数。该燃烧废气来自EGR回路并来自由于可变定时的内部再循环(IGR)。0081 通过进气阀(12)吸入到汽缸中的质量。该质量由新鲜空气和燃烧废气构成(如果EGR阀开启)。说 明 书CN 103122797 A6/10页100082 来自IGR的抽吸质量。该质量仅由燃烧废气构成,由于内燃机的化学当量操作。0083 mair:吸入汽缸的空气质量0084 1,2和3:相关于Pint和Ne的填充模型的已知校正参数,这些参数是在内燃机试验台上凭经验确定的。0085 Vivc:相关于第一致动器(8)的位置VVTint的ivc(进气阀闭合)时的汽缸容积,0086 Vevc:相关于第二。
30、致动器(9)的位置VVTexh的evc(排气阀闭合)时的汽缸容积,0087 OF:相关于进气阀(12)和排气阀(13)的致动器(8、9)的位置VVTint和VVTexh的重叠因数。0088 Aint和Aexh:进气阀(12)和排气阀(13)的流动面积。0089 :曲柄角(14)0090 ivo:相关于第一致动器(8)的位置VVTint的ivo(进气阀(12)开启)时的曲柄角(14)。0091 evc:相关于第二致动器(9)的位置VVTexh的evc(进气阀(13)闭合)时的曲柄角(14)。0092 iv=ev:阀(12、13)具有相同流面积时的曲柄角(14)。0093 燃烧废气流模型的常量00。
31、94 r:特殊理想气体常数,对于这里考虑的所有气体(空气和排气)而言是相同的,并具有值288J/kg/K。0095 用索引sp表示的这些注释代表与所考虑的量关联的设定点。通过根据本发明的方法获得的进气阀(12)和排气阀(13)的致动器(8、9)的位置设定点由和表示,由和表示的进气阀(12)和排气阀(13)的致动器(8、9)的位置设定点代表在稳态条件下将要达到的致动器(8、9)的位置设定点。0096 此外,被称为瞬态的事物是在内燃机两个稳态之间的内燃机工作模式。它是从一个扭矩变化至另一扭矩时的内燃机行为,例如当在高负载下放松气动踏板。0097 阶段1)扭矩设定点的获取0098 根据本发明的方法允。
32、许与应用于热内燃机(thermal engine)的扭矩设定点相关地控制汽缸中的燃烧废气分数。必须选择该扭矩设定点,其直接或间接地来自应用于热内燃机的扭矩要求。这可源自内燃机控制并依赖于车辆的加速器踏板的压下,该扭矩设定点则是驾驶员请求的映像。0099 阶段2)-设定点和的确定根据本发明的方法基于用以控制IGR的进气阀和排气阀致动器的位置设定点和的确定,这允许控制汽缸中的燃烧废气分数。该方法基于排气流模型(MEGB)的使用。被称为排气流模型(MEGB)的是允许表征EGR回路中并通过可变定时装置的燃烧废气流的模型。该模型将进气阀(12)和排气阀(13)的致动器(8、9)的位置设定点关联于内燃机扭矩设定点该模型也可依赖于内燃机速度Ne。一方面通过获取相关于所述内燃机的扭矩设定点的内燃机图(MAP)(图5-7),另一方面通过与所述图关联的所述汽缸的填充模型(MR)来构建该模型。该模型(MEGB)允许IGR在瞬态期间受到控制。0100 优选地,被称为填充模型(MR)的事物是与内燃机速度Ne、进气歧管(3)中的温度说 明 书CN 103122797 A10。