DE102010033710A1 - cylinder head - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird ein Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil pro Zylinder, wobei auf jeder Seite einer Längsmittelachse (L) des Zylinderkopfes (1) ein Einlassventil und/oder ein Auslassventil für jeden Zylinder angeordnet und die Ventile eines Zylinders um einen etwa in der Mitte der Querschnittsfläche des Zylinders befindlichen Injektor (5) gruppiert sind und mit auf Ventilschäfte (6) wirkenden Hebeln, welche von einer Nockenwelle und/oder von Stoßstangen (8) betätigt werden, wobei ein in Richtung der Längsmittelachse (L) verlaufender Injektortrog (9) vorgesehen ist, von dem Bohrungen (10) zur Aufnahme der Injektoren (5) ausgehen und im Wesentlichen unmittelbar im Bereich des Injektors und dem Boden des Zylinderkopfes Kühlmittelstrukturen angeordnet sind.A cylinder head (1) for an internal combustion engine is described with at least one intake valve and at least one exhaust valve per cylinder, with one intake valve and / or one exhaust valve for each cylinder being arranged on each side of a longitudinal center axis (L) of the cylinder head (1) and the valves one Cylinder are grouped around an injector (5) located approximately in the middle of the cross-sectional area of the cylinder and with levers which act on valve stems (6) and which are actuated by a camshaft and / or by push rods (8), whereby one in the direction of the longitudinal center axis ( L) extending injector trough (9) is provided, from which bores (10) for receiving the injectors (5) extend and coolant structures are arranged essentially directly in the area of the injector and the bottom of the cylinder head.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit Flüssigkeitskühlung.The invention relates to a cylinder head with liquid cooling.

Derartige Zylinderköpfe sind bekannt aus der EP 780560 B2 . Hier werden große Kühlmittel-Volumina um die Injektoren herum angeordnet, die laminar durchströmt werden. Weiter sind solche Zylinderköpfe aus der WO 2009013077 A1 bekannt geworden.Such cylinder heads are known from the EP 780560 B2 , Here large coolant volumes are arranged around the injectors, which are flowed through laminar. Next are such cylinder heads from the WO 2009013077 A1 known.

Es wird eine Vorrichtung zum Befestigen eines Kraftstoffinjektors in einer Aufnahmebohrung im Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine offenbart. Im Bereich der Aufnahmebohrung verlaufen im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine ein Kühlmedium führende Kanäle. Der Kraftstoffinjektor ist im Bereich einer oberen Führung mittels einer Spanneinrichtung in der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes befestigt, wobei die Spanneinrichtung die Aufnahmebohrung im Zylinderkopf sowohl nach außen als auch nach innen abdichtet.A device for fastening a fuel injector in a receiving bore in the cylinder head of an internal combustion engine is disclosed. In the area of the receiving bore extending in the cylinder head of the internal combustion engine, a cooling medium leading channels. The fuel injector is secured in the region of an upper guide by means of a clamping device in the receiving bore of the cylinder head, wherein the clamping device seals the receiving bore in the cylinder head both outwardly and inwardly.

Daran ist nachteilig, dass die Kühlmittelstrukturen nicht unmittelbar im Bereich des Injektors angeordnet sind, was zur Überhitzung oder zum Verkoken des Injektors führen kann.This is disadvantageous in that the coolant structures are not arranged directly in the region of the injector, which can lead to overheating or coking of the injector.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine mit optimierter Kühlung zu schaffen.It is the object of the present invention to avoid the above disadvantages and to provide an internal combustion engine with optimized cooling.

Die Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil pro Zylinder gelöst, wobei auf jeder Seite einer Längsmittelachse des Zylinderkopfes ein Einlassventil und ein Auslassventil für jeden Zylinder angeordnet und die Ventile eines Zylinders um einen etwa in der Mitte der Querschnittsfläche des Zylinders befindlichen Injektor gruppiert sind und mit auf Ventilschäfte wirkenden Hebeln, welche von einer Nockenwelle oder von Stoßstangen betätigt werden, wobei ein in Richtung der Längsmittelachse verlaufender Injektortrog vorgesehen ist, von dem Bohrungen zur Aufnahme der Injektoren ausgehen und im Wesentlichen unmittelbar im Bereich des Injektors und dem Boden des Zylinderkopfes Kühlmittelstrukturen angeordnet sind.The object is achieved by a cylinder head for an internal combustion engine with at least one inlet valve and at least one outlet valve per cylinder, wherein arranged on each side of a longitudinal center axis of the cylinder head, an intake valve and an exhaust valve for each cylinder and the valves of a cylinder about a in the middle of the Group are arranged with cross-sectional area of the injector and with acting on valve stems levers which are actuated by a camshaft or bumpers, wherein an extending in the direction of the longitudinal central axis Injektortrog is provided, extend from the bores for receiving the injectors and substantially immediately in the region of Injector and the bottom of the cylinder head coolant structures are arranged.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Zylinderkopfs besteht darin, dass durch die formschlüssige Ummantelung des Injektors mit Kühlmedium eine optimale Kühlung erfolgt und somit optimale Betriebsverhältnisse der den Zylinderkopf enthaltenden Brennkraftmaschine herrschen.The advantage of the cylinder head according to the invention is that due to the form-fitting casing of the injector with cooling medium optimal cooling takes place and thus prevail optimum operating conditions of the cylinder head containing internal combustion engine.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Bohrung zur Aufnahme des Injektors eine Aufnahmevorrichtung aufweist. Diese Aufnahmevorrichtung hat zum Vorteil, dass die Montage bzw. die Demontage einerseits einfacher erfolgen kann, andererseits weist diese Lösung auch Vorteile hinsichtlich der Abdichtung des Brennraums zum Kühlsystem hin auf.A further advantageous embodiment provides that the bore for receiving the injector has a receiving device. This receiving device has the advantage that the assembly and disassembly can be done on the one hand easier, on the other hand, this solution also has advantages in terms of sealing the combustion chamber to the cooling system out.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Aufnahmevorrichtung die als Kühlkanäle ausgebildeten Kühlmittelstrukturen abdichtet.In another advantageous embodiment, it is provided that the receiving device seals the coolant structures formed as cooling channels.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Aufnahmevorrichtung einen Injektor aufnimmt.According to the invention it is provided that the receiving device receives an injector.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung fast vollständig im direkten Kontakt mit dem Kühlmittel ist. Optimale Kühlung und optimale Betriebsverhältnisse der den Zylinderkopf enthaltenden Brennkraftmaschine sind die Folge.An advantageous embodiment provides that the receiving device is almost completely in direct contact with the coolant. Optimal cooling and optimum operating conditions of the cylinder head-containing internal combustion engine are the result.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Aufnahmevorrichtung mit Ausnahme des vorderen zur Aufnahme des verjüngten Injektorenkopfes geeigneten Aufnahmevorrichtungskopfes im direkten Kontakt mit dem Kühlmittel ist. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung soll ein zuverlässig dichtender Zylinderkopf geschaffen werden.In a further advantageous embodiment, it is provided that the receiving device with the exception of the front for receiving the tapered injector head suitable Aufnahmevorrichtungskopfes is in direct contact with the coolant. This advantageous embodiment, a reliable sealing cylinder head to be created.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass sich die Kühlkanäle hin zur Aufnahmevorrichtung verjüngen und dass die REYNOLDS-Zahl größer als 2.300 bzw. größer als 10.000 ist. Hierbei ist von Vorteil, dass die Strömung insbesondere im Bereich um den Injektor turbulent ist und somit der Wärmeübergang bzw. der Energieaustausch verbessert ist.Another advantageous embodiment provides that the cooling channels taper towards the receiving device and that the REYNOLDS number is greater than 2,300 or greater than 10,000. It is advantageous that the flow is turbulent, in particular in the area around the injector and thus the heat transfer or the energy exchange is improved.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 einen Längsschnitt ohne Hintergrundkanten 1 a longitudinal section without background edges

2 einen Längsschnitt mit Hintergrundkanten 2 a longitudinal section with background edges

3 einen Querschnitt ohne Hintergrundkanten 3 a cross section without background edges

4 einen Querschnitt mit Hintergrundkanten 4 a cross section with background edges

5 einen Teilschnitt eines 3D-Modells des Zylinderkopfs 5 a partial section of a 3D model of the cylinder head

6 einen Querschnitt 6 a cross section

In 1 wird ein Längsschnitt ohne Hintergrundkanten durch einen Zylinderkopf 1 dargestellt. Am Boden des Zylinderkopfes 11 steckt in einer Öffnung des Zylinderkopfes 1 eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13, in die der in 1 nicht dargestellte Injektor 5 eingesetzt wird. Im Inneren des Zylinderkopfes 1 sind Kühlmittelstrukturen 12 angeordnet, die sich insbesondere in Richtung hin zur Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 verjüngen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen und um das Kühlmittel in den Bereich einer turbulenten Strömung zu bringen.In 1 becomes a longitudinal section without background edges through a cylinder head 1 shown. At the bottom of the cylinder head 11 stuck in an opening of the cylinder head 1 a receiving device for receiving the injector 13 into which the in 1 not shown injector 5 is used. Inside the cylinder head 1 are coolant structures 12 arranged, in particular in the direction of the receiving device for receiving the injector 13 taper to increase the flow rate of the coolant and to bring the coolant in the range of a turbulent flow.

2 zeigt einen Längsschnitt mit Hintergrundkanten durch einen Zylinderkopf 1. Am Boden des Zylinderkopfes 11 steckt in einer Öffnung des Zylinderkopfes 1 eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13, in die der Injektor 5 eingesetzt ist. Neben der Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 befinden sich die Öffnung für Einlassventil 2 und die Öffnung für Auslassventil 3. Im Inneren des Zylinderkopfes 1 sind Kühlmittelstrukturen 12 angeordnet, die sich insbesondere in Richtung hin zur Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 verjüngen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen und um das Kühlmittel in den Bereich einer turbulenten Strömung zu bringen. 2 shows a longitudinal section with background edges through a cylinder head 1 , At the bottom of the cylinder head 11 stuck in an opening of the cylinder head 1 a receiving device for receiving the injector 13 into which the injector 5 is used. In addition to the receiving device for receiving the injector 13 are the opening for inlet valve 2 and the opening for exhaust valve 3 , Inside the cylinder head 1 are coolant structures 12 arranged, in particular in the direction of the receiving device for receiving the injector 13 taper to increase the flow rate of the coolant and to bring the coolant in the range of a turbulent flow.

In 3 wird ein Querschnitt ohne Hintergrundkanten durch einen Zylinderkopf 1 dargestellt. Am Boden des Zylinderkopfes 11 steckt in einer Öffnung des Zylinderkopfes 1 eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13, in die der in 3 nicht dargestellte Injektor 5 eingesetzt wird. Im Inneren des Zylinderkopfes 1 sind Kühlmittelstrukturen 12 angeordnet, die sich insbesondere in Richtung hin zur Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 verjüngen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen und um das Kühlmittel in den Bereich einer turbulenten Strömung zu bringen.In 3 becomes a cross section without background edges through a cylinder head 1 shown. At the bottom of the cylinder head 11 stuck in an opening of the cylinder head 1 a receiving device for receiving the injector 13 into which the in 3 not shown injector 5 is used. Inside the cylinder head 1 are coolant structures 12 arranged, in particular in the direction of the receiving device for receiving the injector 13 taper to increase the flow rate of the coolant and to bring the coolant in the range of a turbulent flow.

4 zeigt einen Querschnitt mit Hintergrundkanten durch einen Zylinderkopf 1. Am Boden des Zylinderkopfes 11 steckt in einer Öffnung des Zylinderkopfes 1 eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13, in die der Injektor 5 eingesetzt ist. Neben der Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 befinden sich der Einlasskanal 2 und der Auslasskanal 3. Im Inneren des Zylinderkopfes 1 sind Kühlmittelstrukturen 12 angeordnet, die sich insbesondere in Richtung hin zur Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 verjüngen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen und um das Kühlmittel in den Bereich einer turbulenten Strömung zu bringen. 4 shows a cross section with background edges through a cylinder head 1 , At the bottom of the cylinder head 11 stuck in an opening of the cylinder head 1 a receiving device for receiving the injector 13 into which the injector 5 is used. In addition to the receiving device for receiving the injector 13 are the inlet channel 2 and the outlet channel 3 , Inside the cylinder head 1 are coolant structures 12 arranged, in particular in the direction of the receiving device for receiving the injector 13 taper to increase the flow rate of the coolant and to bring the coolant in the range of a turbulent flow.

In 5 wird ein Teilschnitt eines 3D-Modells des Zylinderkopfs 1 dargestellt. Am Boden des Zylinderkopfes 11 steckt in einer Öffnung des Zylinderkopfes 1 eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13, in die der Injektor 5 eingesetzt ist. Neben der Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 befinden sich der Einlasskanal 2 und der Auslasskanal 3. Der Kraftstoffinjektor 5 wird mittels Aufnahme 13 in einer Kupferhülse im Zylinderkopf 1 eingesetzt. Diese Kupferhülse 13 sorgt dann mittels Abdichtung durch Runddichtringe 15 dafür, dass die Medien wie das Kühlmittel 16, Leckkraftstoff sowie Brenngas voneinander getrennt werden. Bedingt durch die Ventilanordnung und geometrischen Randparameter wird die Kühlmittelanströmung zum Injektor 5 über 4 schmale Verbindungskanäle möglich. Dies wird optimiert, da sich dieser Bereich im unteren Teil des Injektors 5 von allen Seiten zur Mitte des Zylinders hin verjüngt, was eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und somit eine verbesserte Kühlung im unteren Bereich des Injektors 5 zur Folge hat. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Zylinderkopf 1 4 Ventile je Zylinder auf.In 5 is a partial section of a 3D model of the cylinder head 1 shown. At the bottom of the cylinder head 11 stuck in an opening of the cylinder head 1 a receiving device for receiving the injector 13 into which the injector 5 is used. In addition to the receiving device for receiving the injector 13 are the inlet channel 2 and the outlet channel 3 , The fuel injector 5 is by recording 13 in a copper sleeve in the cylinder head 1 used. This copper sleeve 13 then ensures by means of sealing by O-rings 15 for the media like the coolant 16 , Leakage fuel and fuel gas are separated. Due to the valve arrangement and geometric boundary parameters, the coolant inflow becomes an injector 5 above 4 narrow connection channels possible. This is optimized as this area is in the lower part of the injector 5 tapered from all sides to the middle of the cylinder, which increases the flow velocity and thus improved cooling in the lower part of the injector 5 entails. In the present embodiment, the cylinder head 1 4 valves per cylinder.

In 5 ist die Längsmittelachse 4 entlang des Injektortrogs 9 dargestellt. Im Inneren des Zylinderkopfes 1 sind Kühlmittelstrukturen 12 angeordnet, die sich insbesondere in Richtung hin zur Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 verjüngen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen und um das Kühlmittel in den Bereich einer turbulenten Strömung zu bringen.In 5 is the longitudinal center axis 4 along the injector trough 9 shown. Inside the cylinder head 1 are coolant structures 12 arranged, in particular in the direction of the receiving device for receiving the injector 13 taper to increase the flow rate of the coolant and to bring the coolant in the range of a turbulent flow.

In 6 wird ein Querschnitt in einer anderen Darstellung als in 3 durch einen Zylinderkopf 1 dargestellt. Am Boden des Zylinderkopfes 11 steckt in einer Öffnung des Zylinderkopfes 1 eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13, in die der in 3 nicht dargestellte Injektor 5 eingesetzt wird. Im Inneren des Zylinderkopfes 1 sind Kühlmittelstrukturen 12 angeordnet, die sich insbesondere in Richtung hin zur Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Injektors 13 verjüngen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen und um das Kühlmittel in den Bereich einer turbulenten Strömung zu bringen.In 6 is a cross section in a different representation than in 3 through a cylinder head 1 shown. At the bottom of the cylinder head 11 stuck in an opening of the cylinder head 1 a receiving device for receiving the injector 13 into which the in 3 not shown injector 5 is used. Inside the cylinder head 1 are coolant structures 12 arranged, in particular in the direction of the receiving device for receiving the injector 13 taper to increase the flow rate of the coolant and to bring the coolant in the range of a turbulent flow.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Zylinderkopfcylinder head
22
Einlasskanalinlet channel
33
Auslasskanalexhaust port
44
LängsmittelachseLongitudinal central axis
55
Injektorinjector
66
Ventilschäftevalve stems
77
Nockenwellecamshaft
88th
Stoßstangenbumpers
99
Injektortroginjector trough
1010
Bohrungen zur Aufnahme der InjektorenHoles for receiving the injectors
1111
Boden des ZylinderkopfesBottom of the cylinder head
12 12
KühlmittelstrukturenCoolant structures
1313
Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des InjektorsReceiving device for receiving the injector
1414
HochdruckanschlussHigh pressure port
1515
Runddichtunground seal
1616
Kühlmittelcoolant

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 780560 B2 [0002] EP 780560 B2 [0002]
  • WO 2009013077 A1 [0002] WO 2009013077 A1 [0002]

Claims (9)

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil pro Zylinder, wobei auf jeder Seite einer Längsmittelachse (L) des Zylinderkopfes (1) ein Einlassventil und/oder ein Auslassventil für jeden Zylinder angeordnet und die Ventile eines Zylinders um einen etwa in der Mitte der Querschnittsfläche des Zylinders befindlichen Injektor (5) gruppiert sind und mit auf Ventilschäfte (6) wirkenden Hebeln, welche von einer Nockenwelle und/oder von Stoßstangen (8) betätigt werden, wobei ein in Richtung der Längsmittelachse (L) verlaufender Injektortrog (9) vorgesehen ist, von dem Bohrungen (10) zur Aufnahme der Injektoren (5) ausgehen und im Wesentlichen unmittelbar im Bereich des Injektors und dem Boden des Zylinderkopfes Kühlmittelstrukturen angeordnet sind.Cylinder head ( 1 ) for an internal combustion engine having at least one inlet valve and at least one outlet valve per cylinder, wherein on each side of a longitudinal center axis (L) of the cylinder head ( 1 ) arranged an intake valve and / or an exhaust valve for each cylinder and the valves of a cylinder about an approximately in the middle of the cross-sectional area of the cylinder located injector ( 5 ) and with on valve stems ( 6 ) acting levers, which of a camshaft and / or bumpers ( 8th ) are actuated, wherein an in the direction of the longitudinal central axis (L) extending Injektortrog ( 9 ) is provided by the bores ( 10 ) for receiving the injectors ( 5 ) and substantially directly in the region of the injector and the bottom of the cylinder head coolant structures are arranged. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung zur Aufnahme des Injektors eine Aufnahmevorrichtung aufweist.Cylinder head according to claim 1, characterized in that the bore for receiving the injector has a receiving device. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung die als Kühlkanäle ausgebildeten Kühlmittelstrukturen abdichtet.Cylinder head according to claim 2, characterized in that the receiving device seals the coolant structures formed as cooling channels. Zylinderkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung einen Injektor aufnimmt.Cylinder head according to claim 2 or 3, characterized in that the receiving device receives an injector. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung fast vollständig im direkten Kontakt mit dem Kühlmittel ist.Cylinder head according to one or more of the preceding claims, characterized in that the receiving device is almost completely in direct contact with the coolant. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung mit Ausnahme des vorderen zur Aufnahme des verjüngten Injektorenkopfes geeigneten Aufnahmevorrichtungskopfes im direkten Kontakt mit dem Kühlmittel ist.Cylinder head according to one or more of the preceding claims, characterized in that the receiving device is in direct contact with the coolant, with the exception of the front for receiving the tapered injector head suitable Aufnahmevorrichtungskopfes. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlkanäle hin zur Aufnahmevorrichtung verjüngen.Cylinder head according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cooling channels taper towards the receiving device. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle insbesondere im Bereich der Aufnahmevorrichtung derart ausgestaltet sind, dass die REYNOLDS-Zahl größer als 2.300 ist.Cylinder head according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cooling channels are designed in particular in the region of the receiving device such that the REYNOLDS number is greater than 2,300. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle insbesondere im Bereich der Aufnahmevorrichtung derart ausgestaltet sind, dass die REYNOLDS-Zahl größer als 10.000 ist.Cylinder head according to one or more of the preceding claims, characterized in that the cooling channels are designed in particular in the region of the receiving device such that the REYNOLDS number is greater than 10,000.
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