CN107905880B - 一种具有喷水系统的发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有喷水系统的发动机，包括主燃烧室、预燃室和喷水系统，所述喷水系统包括供水装置、喷射装置和电子控制单元，供水装置与喷射装置通过水管连通；供水装置包括储水箱、第二水泵和蓄能器，第二水泵设置于储水箱与蓄能器之间；喷射装置包括第一水泵、水压传感器和喷水器，第一水泵靠近蓄能器设置，喷水器设置于预燃室中。本发明通过在发动机中设置喷水系统，并将喷嘴设置于预燃室内，相对于重新设计燃烧室的缸盖水套，设置喷水系统能够更加快速、有效地降低预燃室内部温度；储水箱中水源来自注水口、EGR系统冷凝水及空调冷凝水，减少了日常行驶加水频率。

Description

一种具有喷水系统的发动机
技术领域
本发明涉及汽车发动机领域，尤其涉及一种具有喷水系统的发动机。
背景技术
未来的汽油发动机在满足日益严苛的油耗及排放法规的同时，同样需要为用户提供高扭矩，高功率及低成本的产品。虽然高压缩比、小型增压结合直喷技术可以最大限度的提升发动机热效率，但发动机的效率和性能提升被爆震限制着，通常抑制爆震可以通过采用冷却EGR技术，可变压缩比，miller循环，稀薄燃烧，喷水技术，预燃室技术等，其中预燃室技术是将燃烧室分为主燃烧室和预(副)燃烧室，两室通过一通道相连，预燃烧室的混合气按化学当量比配给，有利于混合气点火，主燃烧室配给稀混合气，有利于降低NOx排放。当预燃烧室的混合气被火花塞点燃并燃烧后，高温高压的混合气以火焰的形式从预燃烧室喷入主预燃室，然后迅速点燃主燃烧室的稀混合气。这种燃烧系统可以实现更高的热效率和低NOx排放。提升压缩比、小型增压器结合缸内直喷可以提升发动机热效率，提升燃油经济性，但随着压缩比、增压化的提高，在中高负荷时由于缸内温度过高会引起爆震，甚至超级爆震，同样会使发动机零部件在极端条件下运行，影响零部件耐久性，从而抑制发动机热效率的提升。
为抑制高压缩比、小型增压和缸内直喷引发的爆震，可以通过采用EGR系统，可变压缩比，Miller循环及喷水技术，但采用EGR技术，发动机零部件改动较大，且随着EGR浓度的提高，缸内混合气内氧气浓度随之降低，从而造成缸内混合气难以点燃；可变压缩比应用成本较高，且运动副增多，从而使摩擦功增高；Miller循环会影响进气滚流，且进气回流会增加增压器控制难度。预燃室技术有助于实现稀薄燃烧，预先点燃预燃室内少部分浓混合气，利用这部分混合气形成的燃烧火焰进一步引燃主燃烧室内的稀混合气，能够极大限度的提高热效率。但是预燃室本身存在温度过高，预燃室冷却困难，火花塞冷却困难问题。目前解决方案有对气缸盖水套进行重新设计，但是工作量大，可行性不高；或在预燃室外增加水道，但效果不好。
因此，有必要提供一种能够使预燃室快速降温且热效率高的发动机。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有喷水系统的发动机。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有喷水系统的发动机，包括主燃烧室、预燃室和喷水系统，所述主燃烧室与所述预燃室通过喷嘴相连通，所述喷水系统包括供水装置、喷射装置和电子控制单元，所述供水装置与所述喷射装置通过水管连通；
所述供水装置包括储水箱、第二水泵和蓄能器，所述第二水泵与所述蓄能器依次设置于所述水管沿线上，所述第二水泵的进水口、出水口分别与所述水管相连通，所述蓄能器的液体接口端与所述水管相连通，所述第二水泵设置于所述储水箱与所述蓄能器之间；
所述喷射装置包括第一水泵、水压传感器和喷水器，所述第一水泵与所述水压传感器依次设置于所述水管沿线上，所述第一水泵的进水口、出水口分别与所述水管相连通，所述水压传感器的探头端设置于所述水管中，所述第一水泵靠近所述蓄能器设置，所述水管远离所述第一水泵一端设置有第一水管，所述第一水管与所述喷水器通过分水管连通，所述喷水器设置于所述预燃室中。
进一步地，所述第二水泵与所述蓄能器之间依次设置有溢流阀、第一过滤器和节流阀，所述溢流阀设置于所述水管侧边，所述溢流阀远离所述水管一端通过管道与所述储水箱连通，所述蓄能器远离所述第二水泵一侧的水管侧边设置有除气阀。
进一步地，所述储水箱中设置有液位传感器、水质传感器和水温传感器，所述水质传感器与所述水温传感器均设置于所述储水箱的内侧壁上，所述液位传感器与所述储水箱的侧壁平行设置。
进一步地，所述储水箱中设置有滤网，所述滤网在水平面的投影与所述储水箱的底面重合；所述储水箱中设置有发动机冷却液循环管道，所述发动机冷却液循环管道贯穿所述储水箱，所述发动机冷却液循环管道与所述储水箱的底面平行设置。
进一步地，所述发动机冷却液循环管道一端设置有电磁阀，所述发动机冷却液循环管道用于维持所述储水箱中的温度，所述储水箱保持常温状态，所述节流阀与所述第二水泵之间设置了第一过滤器。
进一步地，所述第一水泵设置于所述蓄能器与所述第一水管之间，所述蓄能器与所述第一水泵之间设置有单向阀，所述水压传感器设置于所述第一水管中，所述第一水管与所述喷水器之间设置有分水器，所述分水器与所述分水管连通。
进一步地，所述水压传感器、第一水泵、蓄能器、节流阀、第二水泵、液位传感器、水质传感器、水温传感器和电磁阀均与所述电子控制单元电连接。
进一步地，所述储水箱外侧壁上方设置有溢流阀，所述储水箱分别与注液口、空调冷凝水进水口和EGR冷凝水进水口相连通，所述注液口、空调冷凝水进水口和EGR冷凝水进水口靠近所述储水箱一端分别设置了第二过滤器、第三过滤器和第四过滤器。
具体地，所述预燃室通过喷嘴与所述主燃烧室连通，所述喷嘴设置于所述主燃烧室顶部，所述主燃烧室中设置了进气门和排气门，所述进气门与所述排气门的横截面均为圆形。
进一步地，所述主燃烧室中设置有活塞，所述预燃室中设置有第一进气道、喷油器和火花塞，
进一步地，所述活塞为高压缩比活塞。
进一步地，所述第一水管为高压水管。
进一步地，所述第一水泵为高压水泵，压力为180-260Bar。
进一步地，所述第二水泵为低压水泵，压力为3-8Bar。
进一步地，所述节流阀为电控节流阀。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过在发动机中设置喷水系统，并将喷嘴设置于预燃室内，相对于重新设计燃烧室的缸盖水套，设置喷水系统能够更加快速、有效地降低预燃室内部温度；
(2)本发明的发动机，储水箱中水源来自注水口、EGR系统冷凝水及空调冷凝水，减少了日常行驶加水频率；
(3)本发明通过在喷水系统中设置液位传感器、温度传感器和水质传感器，对水系统进行强化控制，保证了该系统的使用耐久性及低故障率，延长了系统及发动机的使用寿命；
(4)本发明的发动机，可行性高，最大限度地保证了高压缩比、小型增压及缸内直喷技术所带来的热效率提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的一种具有喷水系统的发动机结构示意图；
图2是本发明的发动机预燃室结构示意图；
图3是本发明的发动机主燃烧室俯视图。
其中，图中附图标记对应为：1-活塞，2-主燃烧室，3-排气道，4-排气门，5-喷水器，6-第一水管，7-分水器，8-水压传感器，9-第一水泵，10-单向阀，11-蓄能器，12-除气阀，13-节流阀，14-注液口，15-第一过滤器，16-溢流阀，17-第二过滤器，18-第二水泵，19-液位传感器，20-空调冷凝水进水口，21-第三过滤器，22-EGR冷凝水进水口，23-第四过滤器，24-滤网，25-溢流阀，26-储水箱，27-发动机冷却液循环管道，28-水质传感器，29-水温传感器，30-电磁阀，31-电子控制单元，32-进气道，33-进气门，34-喷油器，35-火花塞，36-喷嘴，37-第一进气道，38-预燃室。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-3。如图所示，本发明公开了一种具有喷水系统的发动机，包括主燃烧室2、预燃室38和喷水系统，所述主燃烧室2与所述预燃室38通过喷嘴36相连通，所述预燃室38中设置有第一进气道37、喷油器34和火花塞35，所述第一进气道37用于通入浓度较高的混合气体。
所述喷水系统包括供水装置、喷射装置和电子控制单元31，所述供水装置与所述喷射装置通过水管连通；所述供水装置包括储水箱26、第二水泵18和蓄能器11，所述第二水泵18与所述蓄能器11依次设置于所述水管沿线上，所述第二水泵18的进水口、出水口分别与所述水管相连通，所述蓄能器11的液体接口端与所述水管相连通，所述第二水泵18设置于所述储水箱26与所述蓄能器11之间；所述第二水泵18与所述蓄能器11之间依次设置有溢流阀16、第一过滤器15和节流阀13；所述溢流阀16设置于所述水管侧边，所述溢流阀16远离所述水管一端通过管道与所述储水箱26连通；所述蓄能器11远离所述第二水泵18一侧的水管侧边设置有除气阀12。所述储水箱26外侧壁上方设置有溢流阀25，所述储水箱26分别与注液口14、空调冷凝水进水口20和EGR冷凝水进水口22相连通，所述注液口14、空调冷凝水进水口20和EGR冷凝水进水口22靠近所述储水箱26一端分别设置了第二过滤器17、第三过滤器21和第四过滤器23。所述第二水泵18为低压水泵，压力为6Bar。
所述储水箱26中设置有液位传感器19、水质传感器28和水温传感器29，所述水质传感器28与所述水温传感器29均设置于所述储水箱26的内侧壁上，所述液位传感器19与所述储水箱26的侧壁平行设置。所述储水箱26中设置有滤网24，所述滤网24与所述储水箱26的底面平行设置。所述储水箱26中设置有发动机冷却液循环管道27，所述发动机冷却液循环管道27贯穿所述储水箱26，所述发动机冷却液循环管道27与所述储水箱26的底面平行设置。所述发动机冷却液循环管道27一端设置有电磁阀30，用于控制管路的通断，所述发动机冷却液循环管道27用于维持所述储水箱26中的温度，所述储水箱26保持常温状态。所述节流阀13与所述第二水泵18之间设置了第一过滤器15。所述供水装置通过所述蓄能器11、所述溢流阀16和除气阀12调节水管内压力，当压力过高时，通过所述蓄能器11吸收能量并通过所述溢流阀16将水排至所述储水箱26中，当压力过低时，通过所述蓄能器11释放能量。
所述喷射装置包括第一水泵9、水压传感器8和喷水器5，所述第一水泵9与所述水压传感器8依次设置于所述水管沿线上，所述第一水泵9的进水口、出水口分别与所述水管相连通，所述水压传感器8的探头端设置于所述水管中，所述第一水泵9靠近所述蓄能器11设置，所述水管远离所述第一水泵9一端设置有第一水管6，所述第一水管6与所述喷水器5通过分水管连通，所述喷水器5设置于所述预燃室38中，所述第一水泵9设置于所述蓄能器11与所述第一水管6之间，所述蓄能器11与所述第一水泵9之间设置有单向阀10，所述水压传感器8设置于所述第一水管6中，所述第一水管6与所述喷水器5之间设置有分水器7，所述分水器7与所述分水管连通。所述水压传感器8、第一水泵9、蓄能器11、节流阀13、第二水泵18、液位传感器19、水质传感器28、水温传感器29和电磁阀30均与所述电子控制单元31电连接。所述第一水泵9为高压水泵，压力为200Bar。
所述预燃室38通过喷嘴36将火焰喷入所述主燃烧室2，所述喷嘴36居中设置于所述主燃烧室2顶部，所述主燃烧室2中设置了进气门33和排气门4，所述进气门33与所述排气门4的横截面均为圆形，所述进气门33旁设置了进气道32，所述排气门4旁设置了排气道3，所述进气门33和排气门4分别有两个且对称设置于所述喷嘴36两侧，所述主燃烧室2中设置有高压缩比活塞1。所述进气门33用于通入浓度较低的混合气体。所述第一水管6为高压水管。所述节流阀13为电控节流阀。
本发明中EGR是指废气再循环系统。
本发明还公开了一种具有喷水系统的发动机的工作原理：系统由供水装置供水，经高压水泵9增压后通过喷水器5喷入预燃室38内。首先EGR冷凝水经EGR冷凝水进水口22，流经第四过滤器23和滤网24进入储水箱26；空调冷凝水经空调冷凝水进水口20，流经第三过滤器21和滤网24进入储水箱26；注水液经注液口14，流经第一过滤器15和滤网24进入储水箱26。进水口处均设置了过滤器，储水箱26中还设置了滤网24，通过多层防护保证水质，进而为系统使用寿命提供保障。储水箱26内设置液位传感器19，如果水位过高，由溢流阀25排出多余水；如果水位过低，则由注液口14加水，从而保证水位处于固定值。整车通电后，电子控制单元31(以下简称ECU)检测储水箱26中液位传感器19信号、水质传感器28信号和水温传感器29信号，当信号反馈正常时，即可启动供水装置。发动机工作后，由凸轮轴驱动的高压水泵9开始工作。本系统可灵活改变喷水压力和喷水量，在低负荷工况，喷水量需求较低，经ECU31控制高压水泵9的压力，并根据标定结果选择最优喷水压力；在发动机中，高负荷及预燃室温度过高工况下，喷水器5开启(喷水器脉宽由ECU31标定数据控制)，通过喷水降低预燃室38内温度，保证火焰正常，喷入所述预燃室38中的水在高温下变成水蒸气，通过喷嘴36进入主燃烧室2中，由排气门4排出。利用预燃室38内少部分浓混合气形成的燃烧火焰进一步引燃主燃烧室2内的稀混合气，极大限度的提高热效率，使得高压缩比高效发动机得以实现。
实施例2
本发明公开了一种具有喷水系统的发动机，包括主燃烧室2、预燃室38和喷水系统，所述主燃烧室2与所述预燃室38通过喷嘴36相连通，所述预燃室38中设置有第一进气道37、喷油器34和火花塞35，所述第一进气道37用于通入浓度较高的混合气体。
所述喷水系统包括供水装置、喷射装置和电子控制单元31，所述供水装置与所述喷射装置通过水管连通；所述供水装置包括储水箱26、第二水泵18和蓄能器11，所述第二水泵18与所述蓄能器11依次设置于所述水管沿线上，所述第二水泵18的进水口、出水口分别与所述水管相连通，所述蓄能器11的液体接口端与所述水管相连通，所述第二水泵18设置于所述储水箱26与所述蓄能器11之间；所述第二水泵18与所述蓄能器11之间依次设置有溢流阀16、第一过滤器15和节流阀13；所述溢流阀16设置于所述水管侧边，所述溢流阀16远离所述水管一端通过管道与所述储水箱26连通；所述蓄能器11远离所述第二水泵18一侧的水管侧边设置有除气阀12。所述储水箱26外侧壁上方设置有溢流阀25，所述储水箱26分别与注液口14、空调冷凝水进水口20和EGR冷凝水进水口22相连通，所述注液口14、空调冷凝水进水口20和EGR冷凝水进水口22靠近所述储水箱26一端分别设置了第二过滤器17、第三过滤器21和第四过滤器23。所述第二水泵18为低压水泵，压力为8Bar。
所述储水箱26中设置有液位传感器19、水质传感器28和水温传感器29，所述水质传感器28与所述水温传感器29均设置于所述储水箱26的内侧壁上，所述液位传感器19与所述储水箱26的侧壁平行设置。所述储水箱26中设置有滤网24，所述滤网24与所述储水箱26的底面的夹角为10°。所述储水箱26中设置有发动机冷却液循环管道27，所述发动机冷却液循环管道27贯穿所述储水箱26，所述发动机冷却液循环管道27与所述储水箱26的底面平行设置。所述发动机冷却液循环管道27一端设置有电磁阀30，用于控制管路的通断，所述发动机冷却液循环管道27用于维持所述储水箱26中的温度，所述储水箱26保持常温状态。所述节流阀13与所述第二水泵18之间设置了第一过滤器15。所述供水装置通过所述蓄能器11、所述溢流阀16和除气阀12调节水管内压力，当压力过高时，通过所述蓄能器11吸收能量并通过所述溢流阀16将水排至所述储水箱26中，当压力过低时，通过所述蓄能器11释放能量。
所述喷射装置包括第一水泵9、水压传感器8和喷水器5，所述第一水泵9与所述水压传感器8依次设置于所述水管沿线上，所述第一水泵9的进水口、出水口分别与所述水管相连通，所述水压传感器8的探头端设置于所述水管中，所述第一水泵9靠近所述蓄能器11设置，所述水管远离所述第一水泵9一端设置有第一水管6，所述第一水管6与所述喷水器5通过分水管连通，所述喷水器5设置于所述预燃室38中，所述第一水泵9设置于所述蓄能器11与所述第一水管6之间，所述蓄能器11与所述第一水泵9之间设置有单向阀10，所述水压传感器8设置于所述第一水管6中，所述第一水管6与所述喷水器5之间设置有分水器7，所述分水器7与所述分水管连通。所述水压传感器8、第一水泵9、蓄能器11、节流阀13、第二水泵18、液位传感器19、水质传感器28、水温传感器29和电磁阀30均与所述电子控制单元31电连接。所述第一水泵9为高压水泵，压力为230Bar。
所述预燃室38通过喷嘴36将火焰喷入所述主燃烧室2，所述喷嘴36居中设置于所述主燃烧室2顶部，所述主燃烧室2中设置了进气门33和排气门4，所述进气门33与所述排气门4的横截面均为圆形，所述进气门33旁设置了进气道32，所述排气门4旁设置了排气道3，所述进气门33和排气门4分别有两个且对称设置于所述喷嘴36两侧，所述主燃烧室2中设置有高压缩比活塞1。所述进气门33用于通入浓度较低的混合气体。所述第一水管6为高压水管。所述节流阀13为电控节流阀。
本发明中EGR是指废气再循环系统。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过在发动机中设置喷水系统，并将喷嘴设置于预燃室内，相对于重新设计燃烧室的缸盖水套，设置喷水系统能够更加快速、有效地降低预燃室内部温度；
(2)本发明的发动机，储水箱中水源来自注水口、EGR系统冷凝水及空调冷凝水，减少了日常行驶加水频率；
(3)本发明通过在喷水系统中设置液位传感器、温度传感器和水质传感器，对水系统进行强化控制，保证了该系统的使用耐久性及低故障率，延长了系统及发动机的使用寿命；
(4)本发明的发动机，可行性高，最大限度地保证了高压缩比、小型增压及缸内直喷技术所带来的热效率提升。
以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有喷水系统的发动机，其特征在于，包括主燃烧室（2）、预燃室（38）和喷水系统，所述主燃烧室（2）与所述预燃室（38）通过喷嘴（36）相连通，所述喷水系统包括供水装置、喷射装置和电子控制单元（31），所述供水装置与所述喷射装置通过水管连通；
所述供水装置包括储水箱（26）、第二水泵（18）和蓄能器（11），所述第二水泵（18）与所述蓄能器（11）依次设置于所述水管沿线上，所述第二水泵（18）的进水口、出水口分别与所述水管相连通，所述蓄能器（11）的液体接口端与所述水管相连通，所述第二水泵（18）设置于所述储水箱（26）与所述蓄能器（11）之间；所述储水箱（26）外侧壁上方设置有第一溢流阀（25），所述储水箱（26）分别与注液口（14）、空调冷凝水进水口（20）和EGR冷凝水进水口（22）相连通，所述注液口（14）、空调冷凝水进水口（20）和EGR冷凝水进水口（22）靠近所述储水箱（26）一端分别设置了第二过滤器（17）、第三过滤器（21）和第四过滤器（23）；所述第二水泵（18）与所述蓄能器（11）之间依次设置有第二溢流阀（16）、第一过滤器（15）和节流阀（13），所述第二溢流阀（16）设置于所述水管侧边，所述第二溢流阀（16）远离所述水管一端通过管道与所述储水箱（26）连通，所述蓄能器（11）远离所述第二水泵（18）一侧的水管侧边设置有除气阀（12）；所述供水装置通过所述蓄能器（11）、所述第二溢流阀（16）和除气阀（12）调节水管内压力；
所述喷射装置包括第一水泵（9）、水压传感器（8）和喷水器（5），所述第一水泵（9）与所述水压传感器（8）依次设置于所述水管沿线上，所述第一水泵（9）的进水口、出水口分别与所述水管相连通，所述水压传感器（8）的探头端设置于所述水管中，所述第一水泵（9）靠近所述蓄能器（11）设置，所述水管远离所述第一水泵（9）一端设置有第一水管（6），所述第一水管（6）与所述喷水器（5）通过分水管连通，所述喷水器（5）设置于所述预燃室（38）中；
所述主燃烧室（2）中设置了进气门（33）和排气门（4），所述进气门（33）与所述排气门（4）的横截面均为圆形，所述进气门（33）旁设置了进气道（32），所述排气门（4）旁设置了排气道（3），所述进气门（33）和排气门（4）分别有两个且对称设置于所述喷嘴（36）两侧，所述进气门（33）用于通入第一浓度的混合气体；所述预燃室（38）中设置有第一进气道（37）、喷油器（34）和火花塞（35），所述第一进气道（37）用于通入第二浓度的混合气体，所述第二浓度大于所述第一浓度；
所述储水箱（26）中设置有水温传感器和滤网（24）；
所述滤网（24）与所述储水箱（26）的底面的夹角为10°。
2.根据权利要求1所述的一种具有喷水系统的发动机，其特征在于，所述储水箱（26）中设置有液位传感器（19）和水质传感器（28），所述水质传感器（28）与所述水温传感器（29）均设置于所述储水箱（26）的内侧壁上，所述液位传感器（19）与所述储水箱（26）的侧壁平行设置。
3.根据权利要求2所述的一种具有喷水系统的发动机，其特征在于，所述储水箱（26）中设置有发动机冷却液循环管道（27），所述发动机冷却液循环管道（27）贯穿所述储水箱（26），所述发动机冷却液循环管道（27）与所述储水箱（26）的底面平行设置。
4.根据权利要求3所述的一种具有喷水系统的发动机，其特征在于，所述发动机冷却液循环管道（27）一端设置有电磁阀（30），所述节流阀（13）与所述第二水泵（18）之间设置了第一过滤器（15）。
5.根据权利要求4所述的一种具有喷水系统的发动机，其特征在于，所述第一水泵（9）设置于所述蓄能器（11）与所述第一水管（6）之间，所述蓄能器（11）与所述第一水泵（9）之间设置有单向阀（10），所述水压传感器（8）设置于所述第一水管（6）中，所述第一水管（6）与所述喷水器（5）之间设置有分水器（7），所述分水器（7）与所述分水管连通。
6.根据权利要求5所述的一种具有喷水系统的发动机，其特征在于，所述水压传感器（8）、第一水泵（9）、蓄能器（11）、节流阀（13）、第二水泵（18）、液位传感器（19）、水质传感器（28）、水温传感器（29）和电磁阀（30）均与所述电子控制单元（31）电连接。
7.根据权利要求1所述的一种具有喷水系统的发动机，其特征在于，所述喷嘴（36）设置于所述主燃烧室（2）顶部。
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