DE102018209242B4 - Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmoments einer Kurbelwellenantriebsscheibe - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmomentes einer Kurbelwellenantriebsscheibe, wobei die Vorrichtung umfasst:eine Antriebsscheibe (3), die eine Kurbelwelle (1) umgibt und mit Motornebenaggregaten verbunden ist;ein Planetengetriebe (PG), das erste, zweite und dritte Rotationselemente (S, C, R) aufweist, wobei das erste Rotationselement (S) immer an der Antriebsscheibe (3) befestigt ist, das zweite Rotationselement (C) immer an der Kurbelwelle (1) befestigt ist und das dritte Rotationselement (R) als wahlweise befestigtes Element betrieben wird;einen Freilauf (17), der zwischen dem ersten Rotationselement (S) und dem zweiten Rotationselement (C) angebracht ist, um Drehmoment nur in einer Richtung vom ersten Rotationselement (S) zum zweiten Rotationselement (C) zu übertragen; sowieein erstes Lager (19), das zwischen der Kurbelwelle (1) und dem ersten Rotationselement (S) angebracht ist,dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein drittes Lager (23) umfasst, das zwischen einer äußeren Mantelfläche des ersten Rotationselements (S) und einer inneren Mantelfläche des zweiten Rotationselements (C) angeordnet ist.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmoments einer Kurbelwellenantriebsscheibe, die den Reibungswiderstand in Drehrichtung während des Betriebs eines Motors reduziert, um ein Verringern des Wirkungsgrades der Leistungserzeugung zu verhindern.
- HINTERGRUND
- Eine Kurbelwellenantriebsscheibe ist eine an einem Ende einer Kurbelwelle angebrachte Antriebsscheibe, die es einem Riemen ermöglicht, mit ihr in Eingriff zu kommen, und die dem Zweck dient, Motornebenaggregate, wie beispielsweise einen Generator oder eine Lichtmaschine, eine Wasserpumpe und einen Kompressor, anzutreiben.
- Eine Struktur, die eine in einer Kurbelwellenantriebsscheibe installierte drehmomenterhöhende Vorrichtung beinhaltet, wurde bereits beschrieben. In diesem Fall kann ein Planetengetriebe innerhalb der Kurbelwellenantriebsscheibe installiert sein, sodass ein Drehmoment durch die drehmomenterhöhende Vorrichtung erhöht werden kann.
- Beispielsweise wird beim Anlassen eines Motors eines von drei Rotationselementen des Planetengetriebes gehemmt, um ein von einem Startergenerator (
ISG ) in den Motor eingeleitetes Drehmoment zu erhöhen, wohingegen während des Erzeugens elektrischer Leistung durch einen Motor die Drehgeschwindigkeiten von zwei Rotationselementen gleichgesetzt werden, um es dem Motor zu ermöglichen, elektrische Leistung im Übersetzungsverhältnis 1:1 zu erzeugen. - Als eine Folge hiervon ist es möglich, das hohe Anlassdrehmoment des Motors zu bewältigen, und es ist außerdem möglich, sich von der Begrenzung durch die maximale Drehgeschwindigkeit des Motors zum Zeitpunkt der Leistungserzeugung zu lösen, sodass Schäden am Motor verhindert werden können.
- Allerdings benötigt eine solche drehmomenterhöhende Vorrichtung ein Lager zwischen einem Gehäuse und dem Planetengetriebe, um das Planetengetriebe zu stützen. Da das Gehäuse an einem Motorblock angebracht ist, wirkt es während des Betriebs des Motors als Drehwiderstandskörper und eine Folge ist, dass das Problem auftritt, dass die Effizienz der Leistungserzeugung verringert wird.
- Da das oben als technischer Hintergrund Beschriebene nur dazu gedacht ist, ein besseres Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, darf dies nicht als Zugeständnis missverstanden werden, dass dies dem Stand der Technik entspricht, der Fachleuten gut bekannt ist.
- Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmoments einer Kurbelwellenantriebsscheibe ist aus der
DE 10 2011 082 647 A1 bekannt. Aus derWO 01/77520 A1 - DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Die vorliegende Erfindung soll eine Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmoments einer Kurbelwellenantriebsscheibe zur Verfügung zu stellen, die den Reibungswiderstand in Drehrichtung während des Betriebs eines Motors verringert und dadurch verhindert, dass die Effizienz der Leistungserzeugung verringert wird.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, der die oben genannte Aufgabe löst, umfasst eine Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmoments einer Kurbelwellenantriebsscheibe die Merkmale in Patentanspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
- Das erste Rotationselement kann die Kurbelwelle und das erste Lager umgeben und kann zwischen einer äußeren Mantelfläche der Kurbelwelle und einer inneren Mantelfläche des ersten Rotationselements angeordnet sein.
- Die Vorrichtung kann ferner umfassen: einen Aktor, der zum wahlweisen Befestigen des dritten Rotationselements wirkt, wobei eine Ölwanne in einer Form vorgesehen ist, die das dritte Rotationselement bedeckt, wobei das dritte Rotationselement an einer inneren Oberfläche der Ölwanne befestigt ist, wobei eine Sperrvorrichtung entlang einer Umfangsrichtung auf einer äußeren Mantelfläche der Ölwanne ausgebildet ist und ein Sperrvorsprung an einem Ende des Aktors so vorgesehen ist, dass der Sperrvorsprung wahlweise mit der Sperrvorrichtung wechselwirken kann, indem er gemäß der Betätigung des Aktors vorgeschoben und zurückgezogen wird.
- Die Ölwanne kann das zweite Rotationselement umgeben und ein zweites Lager kann zwischen einer inneren Mantelfläche der Ölwanne und einer äußeren Mantelfläche des zweiten Rotationselements angeordnet sein.
- Das zweite Rotationselement kann mittels einer Mutter an einem Ende der Kurbelwelle schraubbefestigt sein und Öldichtungen können jeweils zwischen der Kurbelwelle und dem ersten Rotationselement, zwischen dem ersten Rotationselement und der Ölwanne, zwischen der Ölwanne und dem zweiten Rotationselement sowie zwischen dem zweiten Rotationselement und der Mutter angebracht sein.
- Um das oben genannte Problem zu lösen, führt die vorliegende Erfindung zu folgenden Effekten:
- Da die Antriebsscheibe, die Kurbelwelle und das erste Lager, vermittelt durch den Freilauf, zum Zeitpunkt der durch den Betrieb des Motors vermittelten Leistungserzeugung gemeinsam und mit gleicher Drehgeschwindigkeit gedreht werden, wird Reibungswiderstand in Drehrichtung reduziert und dadurch verhindert, dass die Effizienz der Leistungserzeugung verringert wird.
- Zusätzlich kann, da die Klimaanlage auch bei Stillstand des Motors betrieben werden kann, indem der
ISG genutzt wird, ein mechanischer Klimaanlagenkompressor anstelle eines elektrischen Klimaanlagenkompressors eingesetzt werden, was die Fahrzeugkosten reduziert. - Darüber hinaus ist es möglich, ein Aufbringen hoher Spannung auf die Gesamtheit der Motornebenaggregate zu vermeiden, weil das Anlassdrehmoment an der Kurbelwellenantriebsscheibe erhöht wird und somit keine Notwendigkeit zum Aufbringen einer hohen mechanischen Spannung auf den Riemen des
ISG besteht, was zu einer Verbesserung der Treibstoffeffizienz aufgrund einer Verringerung der Achslast führt. - Des Weiteren wird der
ISG vor Schäden geschützt, da die Drehgeschwindigkeit, die während des Zeitraums der Leistungserzeugung in denISG eingeleitet wird, reduziert werden kann und er dadurch von der Begrenzung durch die maximale Drehgeschwindigkeit des Motors während der Leistungserzeugung befreit wird. Darüber hinaus werden Drehmoment und Ausgangsleistung desISG reduziert, da es möglich ist, hohe Anlassdrehmomente beim Anlassen des Motors zu realisieren, und jeder Anlassmotor kann entfernt werden, was zu einer Verringerung der Fahrzeugkosten führt. - Figurenliste
-
-
1 ist eine Ansicht, die eine Anordnungsstruktur einer Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmomentes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert. -
2 ist eine Detailansicht, die eine innere Struktur einer Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmomentes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. -
3 ist eine Ansicht, die eine Kupplungsverbindung zwischen einer Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmoments gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und einen Aktor zeigt. -
4 ist ein Geschwindigkeitsdiagramm eines Planetengetriebes zum Zeitpunkt des Anlassens eines Motors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
5 ist ein Geschwindigkeitsdiagramm eines Planetengetriebes während des Betriebs der Leistungserzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINZELNER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.
- Eine Vorrichtung zur Erhöhung des Drehmomentes einer Kurbelwellenantriebsscheibe (auch als „drehmomenterhöhende Vorrichtung“ bezeichnet) umfasst gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Kurbelwelle
1 , eine Antriebsscheibe3 , ein PlanetengetriebePG , ein erstes Lager19 und einen Freilauf17 . - Besonders, Bezug nehmend auf
1 und2 , umgibt die Antriebsscheibe3 die Kurbelwelle1 auf der gleichen Achse wie die Kurbelwelle1 und ist über einen Riemen5 mit Nebenaggregaten verbunden. In diesem Fall können die Nebenaggregate zusätzlich zu einem StartergeneratorISG eine Wasserpumpe, einen Generator/Lichtmaschine, einen Kompressor für eine Klimaanlage und dergleichen enthalten. - Das Planetengetriebe
PG hat erste, zweite und dritte Rotationselemente, wobei das erste Rotationselement immer mit der Antriebsscheibe3 verbunden ist, das zweite Rotationselement immer mit der Kurbelwelle1 verbunden ist und das dritte Rotationselement als wahlweise festes Bauteil bedient werden kann. - In diesem Fall ist das erste Rotationselement ein Sonnenrad
S , das zweite Rotationselement ist ein StegC und das dritte Rotationselement ist ein HohlradR , wobei das SonnenradS an der Kurbelwellenantriebsscheibe3 befestigt sein kann und der StegC an der Kurbelwelle1 befestigt sein kann. - Der Freilauf
17 ist zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement angebracht und überträgt ein Drehmoment nur in einer Richtung von dem ersten auf das zweite Rotationselement. - Beispielsweise zieht der Steg
C das SonnenradS , wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des StegesC größer ist als diejenige des SonnenradesS , und rotiert, vermittelt durch den Freilauf17 , mit diesem gemeinsam. Im Gegensatz dazu wird vom Freilauf17 ein Unterschied in den Umdrehungsgeschwindigkeiten der beiden Rotationselemente zugelassen, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des SonnenradesS größer ist als diejenige des StegesC . - Ferner ist das erste Kugellager
19 zwischen der Kurbelwelle1 und dem ersten Rotationselement angebracht und dient dazu, Last in Umdrehungsrichtung aufzunehmen. Insbesondere ist das SonnenradS , welches das erste Rotationselement darstellt, in einer Weise angebracht, dass es die Kurbelwelle1 umgibt, und das erste Kugellager19 kann zwischen einer äußeren Mantelfläche der Kurbelwelle1 und einer inneren Mantelfläche des ersten Rotationselementes gelagert sein. - Mit anderen Worten: Da die Antriebsscheibe
3 über den Riemen5 mit Motornebenaggregaten verbunden ist, wird über die Spannung des Riemens eine exzentrische Last auf das SonnenradS aufgebracht, wobei die exzentrische Last vom ersten Lager19 aufgenommen wird und die Antriebsscheibe3 , die Kurbelwelle1 und das Lager19 drehen sich, vermittelt durch den Freilauf17 , mit gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit während des Zeitraums der durch den Betrieb des Motors bedingten Leistungserzeugung, sodass der Reibungswiderstand in Umlaufrichtung reduziert wird und dadurch eine Verringerung der Effizienz der Leistungserzeugung verhindert wird. - Ferner kann die vorliegende Offenbarung wie in
2 und3 dargestellt einen Aktor13 beinhalten, der dazu dient, das HohlradR , welches das dritte Rotationselement darstellt, selektiv anzuhalten. - Der Aktor
13 kann an einem Motorblock11 befestigt sein und kann derart gestaltet sein, dass er einen Sperrvorsprung15 umfasst, der in einer geradlinigen Richtung betrieben wird, wenn ein Bediener/Steuergerät ihn durch Verwendung einer elektromagnetischen Spule oder dergleichen mit elektrischem Strom beaufschlagt. - Insbesondere ist eine Ölwanne
7 in einer Form dargestellt, die eine äußere Mantelfläche des HohlradesR bedeckt, wobei das HohlradR an einer inneren Mantelfläche der Ölwanne7 befestigt ist. In diesem Fall ist der Innenraum der Ölwanne7 mit Öl gefüllt. - Zusätzlich ist eine Sperrvorrichtung
9 entlang einer Umfangsrichtung auf einer äußeren Mantelfläche der Ölwanne7 ausgebildet und ein Sperrvorsprung15 ist an einem Ende des Aktors13 vorgesehen, sodass der Sperrvorsprung15 wahlweise mit der Sperrvorrichtung9 wechselwirken kann, indem er, vermittelt durch den Betrieb des Aktors13 , vorgeschoben und zurückgezogen wird. - Mit anderen Worten: Wenn der Sperrvorsprung
15 , vermittelt durch den Betrieb des Aktors13 , vorgeschoben wird, wechselwirkt der Sperrvorsprung15 mit der Sperrvorrichtung9 , sodass die Drehung des HohlradesR begrenzt wird, und als eine Folge wird die Betriebskraft desISG in das SonnenradS eingeleitet, das an der Antriebsscheibe3 befestigt ist, und dann über die am Steg befestigte Kurbelwelle1 ausgeleitet, wodurch der Motor gestartet wird. - Außerdem wird, wenn der Sperrvorsprung
15 zurückgezogen wird, der Sperrvorsprung15 von der Sperrvorrichtung9 gelöst, sodass das HohlradR drehbar wird, und als eine Folge kann die Antriebskraft des Motors über die Antriebsscheibe3 auf die Motornebenaggregate übertragen werden. - Ferner ist in dieser Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Ölwanne
7 in einer Form vorgesehen, die den StegC , der das zweite Rotationselement ist, umgibt, und ein zweites Lager21 ist zwischen einer inneren Mantelfläche der Ölwanne7 und einer äußeren Mantelfläche des zweiten Rotationselementes installiert, um Last in einer Drehrichtung aufzunehmen. - Ferner sind die Kurbelwelle
1 und der StegC , d.h. das zweite Rotationselement, mittels einer Mutter25 schraubbefestigt, und ein drittes Lager23 ist zwischen einer äußeren Mantelfläche des SonnenradesS und einer inneren Mantelfläche des StegesC angebracht, um Last, die in einer Umlaufrichtung aufgebracht wird, aufzunehmen. - Zusätzlich sind Öldichtungen
27 jeweils zwischen der Kurbelwelle1 und dem SonnenradS , zwischen dem SonnenradS und der Ölwanne7 , zwischen der Ölwanne7 und dem StegC sowie zwischen dem StegC und der Mutter25 vorgesehen, sodass Öl in der Ölwanne7 nicht austreten kann. - Dementsprechend, durch Vorsehen der Öldichtungen
27 an den oben beschriebenen Stellen, rotieren die Öldichtungen27 , vermittelt durch den Freilauf17 , ebenfalls gemeinsam mit der Kurbelwelle1 mit derselben Geschwindigkeit zum Zeitpunkt der Leistungserzeugung durch den Betrieb des Motors, sodass Rotationsreibung, die an den Öldichtungen27 erzeugt wird, verhindert und dadurch eine Verringerung der Effizienz der Leistungserzeugung vermieden wird. -
4 stellt ein Geschwindigkeitsdiagramm des PlanetengetriebesPG zum Zeitpunkt des Anlassens des Motors dar. Wenn derISG angetrieben wird, während der Aktor13 so betrieben wird, dass er das HohlradR hemmt, wird die Antriebskraft desISG durch den Riemen5 auf die Antriebsscheibe3 übertragen und durch das SonnenradS eingeleitet, und dann wird die Antriebskraft, die in das SonnenradS eingeleitet wurde, verlangsamt und über den StegC ausgeleitet und an die Kurbelwelle1 übertragen, sodass das Anlassdrehmoment erhöht werden kann. -
5 stellt ein Geschwindigkeitsdiagramm des PlanetengetriebesPG während der Leistungserzeugung durch den Motor dar. Wenn die Kurbelwelle1 des Motors sich in einem Zustand, in dem der Aktor13 so betrieben wird, dass er das HohlradR nicht hemmt, dreht, wird das SonnenradS durch den Freilauf17 mit derselben Drehgeschwindigkeit wie der StegC gedreht, da die Drehgeschwindigkeit des StegesC , der sich gemeinsam mit der Kurbelwelle1 dreht, größer ist als diejenige des SonnenradesS , sodass es möglich ist, elektrische Leistung durch den über den Riemen5 angeschlossenenISG zu erzeugen. - Wie oben ausgeführt ist, wird gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, da sich die Antriebsscheibe
3 , die Kurbelwelle1 und das erste Lager19 durch den Freilauf17 gemeinsam und mit gleicher Geschwindigkeit drehen, wenn eine Leistungserzeugung durch den Betrieb des Motors erfolgt, der Reibungswiderstand in Drehrichtung verringert, und dadurch wird verhindert, dass die Effizienz der Leistungserzeugung verringert wird. - Außerdem dreht sich das Hohlrad
R rückwärts, wenn der Aktor13 losgelassen wird und derISG angetrieben wird, während der Motor stillsteht, und die Motornebenaggregate, wie beispielsweise eine Klimaanlage, drehen sich gemeinsam mit demISG , da der Motor stillsteht. Demzufolge kann ein mechanischer Klimaanlagenkompressor anstelle eines elektrisch betriebenen Klimaanlagenkompressors eingesetzt werden, da die Klimaanlage durch Verwenden desISG auch betrieben werden kann, wenn der Motor stillsteht, was die Fahrzeugkosten reduziert. - Darüber hinaus muss im Falle, dass die drehmomenterhöhende Vorrichtung in einem integrierten
ISG konstruiert wird, eine Spannung des Riemens5 hoch sein, um dem hohen Anlassdrehmoment gerecht zu werden und hohe Spannung auf die Gesamtheit von Motornebenaggregaten aufzubringen. Im Gegensatz dazu ist es gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich, ein Aufbringen hoher Spannung auf die Gesamtheit von Motornebenaggregaten zu vermeiden, weil das Anlassdrehmoment an der Kurbelwellenantriebsscheibe erhöht wird und somit keine Notwendigkeit zum Aufbringen einer hohen Spannung auf den Riemen besteht, was zu einer Verbesserung der Treibstoffeffizienz aufgrund einer Verringerung der Achslast führt. - Des Weiteren wird der Motor vor Schäden geschützt, da die Drehgeschwindigkeit, die während des Zeitraumes der Leistungserzeugung in den
ISG eingeleitet wird, reduziert werden kann und er dadurch von der Begrenzung durch die maximale Drehgeschwindigkeit des Motors während der Leistungserzeugung befreit wird. Zusätzlich werden das Drehmoment und die Ausgangsleistung desISG reduziert und jeder Anlassmotor kann entfernt werden, da es möglich ist, ein hohes Anlassdrehmoment zum Zeitpunkt des Anlassens des Motors zu erzeugen, was die Fahrzeugkosten reduziert.
Claims (5)
- Vorrichtung zum Erhöhen des Drehmomentes einer Kurbelwellenantriebsscheibe, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Antriebsscheibe (3), die eine Kurbelwelle (1) umgibt und mit Motornebenaggregaten verbunden ist; ein Planetengetriebe (PG), das erste, zweite und dritte Rotationselemente (S, C, R) aufweist, wobei das erste Rotationselement (S) immer an der Antriebsscheibe (3) befestigt ist, das zweite Rotationselement (C) immer an der Kurbelwelle (1) befestigt ist und das dritte Rotationselement (R) als wahlweise befestigtes Element betrieben wird; einen Freilauf (17), der zwischen dem ersten Rotationselement (S) und dem zweiten Rotationselement (C) angebracht ist, um Drehmoment nur in einer Richtung vom ersten Rotationselement (S) zum zweiten Rotationselement (C) zu übertragen; sowie ein erstes Lager (19), das zwischen der Kurbelwelle (1) und dem ersten Rotationselement (S) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner ein drittes Lager (23) umfasst, das zwischen einer äußeren Mantelfläche des ersten Rotationselements (S) und einer inneren Mantelfläche des zweiten Rotationselements (C) angeordnet ist.
- Vorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei das erste Rotationselement (S) die Kurbelwelle (1) umgibt und wobei das erste Lager (19) zwischen einer äußeren Mantelfläche der Kurbelwelle (1) und einer inneren Mantelfläche des ersten Rotationselements (S) angeordnet ist. - Vorrichtung nach
Anspruch 1 oder2 , die ferner einen Aktor (13), der wahlweise das dritte Rotationselement (R) befestigt; eine Ölwanne (7), die das dritte Rotationselement (R) bedeckt, das an einer inneren Oberfläche der Ölwanne (7) befestigt ist; eine Sperrvorrichtung (9), die entlang der Umfangsrichtung an einer äußeren Mantelfläche der Ölwanne (7) angeordnet ist; sowie einen Sperrvorsprung (15) an einem Ende des Aktors (13) umfasst, wobei der Sperrvorsprung (15) wahlweise mit der Sperrvorrichtung (9) wechselwirkt, indem er gemäß der Bedienung des Aktors (13) vorgeschoben oder zurückgezogen wird. - Vorrichtung nach
Anspruch 3 , die ferner ein zweites Lager (21) umfasst, das zwischen einer inneren Mantelfläche der Ölwanne (7) und einer äußeren Mantelfläche des zweiten Rotationselements (C) angeordnet ist, wobei die Ölwanne (7) das zweite Rotationselement (C) umgibt. - Vorrichtung nach
Anspruch 3 oder4 , die ferner mehrere Öldichtungen (27) umfasst, die jeweils zwischen der Kurbelwelle (1) und dem ersten Rotationselement (S), zwischen dem ersten Rotationselement (S) und der Ölwanne (7), zwischen der Ölwanne (7) und dem zweiten Rotationselement (C) sowie zwischen dem zweiten Rotationselement (C) und einer Mutter (35) angeordnet sind, wobei das zweite Rotationselement (C) mittels der Mutter (25) an einem Ende der Kurbelwelle (1) schraubbefestigt ist.
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