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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzmenge eines Brenners und eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen, und insbesondere ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzmenge eines Brenners und eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen, wobei der Brenner in Bezug auf eine exotherme Wirkung aufgrund eines katalytischen Filters gesteuert wird, wodurch Abgase dauerhaft reduziert werden.
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Hintergrund
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Da im Allgemeinen ein Dieselmotor eine höhere Leistung und einen geringeren Kraftstoffverbrauch als ein Benzinmotor aufweist, wird er weitverbreitet in Fahrzeugen, Baumaschinen, Schiffen und dergleichen verwendet.
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Der Dieselmotor ist jedoch ein Viertaktmotor, bei dem der Kraftstoff in den Motor eingespritzt wird und dann in einem Selbstzündungsverfahren verbrennt, und in einem Selbstzündungsprozess des Kraftstoffs erfolgt aufgrund eines nicht einheitlichen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses eine unvollständige Verbrennung und somit werden Schadstoffe (Abgas) erzeugt.
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Insbesondere enthalten die Schadstoffe hauptsächlich NOx, Partikel (PM) und CO3 und es gibt einen Bericht, dass die Schadstoffe 40% der gesamten Luftverschmutzung ausmachen. In vielen Ländern werden daher die Abgasemissionen geregelt, und zur Erfüllung dieser Verordnung ist eine Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases offenbart worden, die in ein Entlüftungsrohr zur Verringerung des Abgases eingesetzt wird.
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In den meisten Vorrichtungen zur Nachbehandlung wird das in einem Dieselmotor erzeugte Abgas in einen Filter mit einem Katalysator eingeführt und dann in dem Filter verbrannt, wodurch die Abgasemissionen verringert werden.
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Jedoch ist wegen der niedrigen Temperatur des Abgases bei einer einfachen Einleitung des Abgases in den Filter ebenfalls eine neue Technik entwickelt worden, bei der die Temperatur des Abgases vor der Einleitung in den Filter erhöht wird, wobei ebenfalls die Verbrennungsgeschwindigkeit zunimmt.
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Damit die Temperatur des Abgases erhöht wird wurde eine Vorrichtung zur Nachbehandlung unter Kraftstoffeinspritzung und eine Vorrichtung zur Nachbehandlung unter Verwendung eines Brenners vorgeschlagen.
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In der Vorrichtung zur Nachbehandlung unter Kraftstoffeinspritzung wird der eingespritzte Kraftstoff nach Durchlaufen eines katalytischen Filters und/oder Pro-Katalysators oxidiert, und somit wird die Temperatur des Filters, in dem der Ruß gesammelt wird, durch eine solche Reaktion erhöht.
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Da die Temperatur des Abgases unter Verwendung der durch die katalytische Oxidation des Kraftstoffs stattfindenden exothermen Reaktion zunimmt, braucht es lange, bis in der Vorrichtung zur Nachbehandlung unter Kraftstoffeinspritzung ein Solltemperaturwert erhalten wird. Im Falle eines übermäßig eingespritzten Kraftstoffs strömt nicht umgesetzter Kraftstoff aus und somit kommt es zur Umweltverschmutzung. Weiterhin wird typischerweise eine Temperatur von 180°C oder mehr benötigt, um tatsächlich eine katalytische Oxidation zu erreichen. Wird das Fahrzeug jedoch mit einer Abgastemperatur von weniger als 180°C betrieben, wird die katalytische Oxidation nicht problemlos erreicht. Insbesondere wird im Falle von ausströmendem nicht umgesetzten Kraftstoff milchig weißer Rauch abgegeben, der ein ernsthaftes Sicherheitsproblem beim Betrieb hervorrufen kann und ebenfalls für ein schlechtes Erscheinungsbild sorgt.
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In der Vorrichtung zur Nachbehandlung unter Verwendung eines Brenners ist der Brenner zwischen einem Motor und einem katalytischen Filter so angeordnet, dass das Abgas direkt erhitzt wird. Der Brenner wird bei ausgeschaltetem Motor, im Leerlaufbetrieb oder im Fahrbetrieb des Motors betrieben.
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Für den Fall, dass ein Verfahren den Ruß durch Betrieb des Brenners bei ausgeschaltetem Motor oder im Leerlauf entfernen soll, ist es möglich, den Motor gleichmäßig laufen zulassen, da der Brenner unter denselben Bedingungen betrieben wird. Wird jedoch der Brenner nur in einem Zustand der Sättigung des katalytischen Filters mit gesammeltem Ruß betrieben, ist es unbequem, den Motor absichtlich anzuhalten, um den Brenner zu betreiben.
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Falls ein Verfahren den Ruß durch Betrieb des Brenners im Fahrbetrieb entfernen soll, ist es notwendig, die Temperatur des in den Brenner eingeführten Abgases zu messen und eine Temperatur am rückwärtigen Ende des Brenners zu messen, um die dem Brenner bereitgestellte Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen. Wird ein Pro-Katalysator am vorderen Ende des katalytischen Filter bereitgestellt, ist es notwendig, eine Temperatur des in den Pro-Katalysator eingeführten Abgases zu messen, um eine Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen, die an den Brenner geliefert wird.
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Wird jedoch der Motor in einem Fahrzeug verwendet, ändern sich während der Fahrt des Fahrzeugs schnell die Temperatur und Menge des Abgases. Daher kann der in die Vorrichtung zur Nachbehandlung unter Verwendung des Brenners eingespritzte Kraftstoff im Vergleich zu der tatsächlich notwendigen Menge falsch berechnet sein.
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Wird die Menge an eingespritztem Kraftstoff festgelegt, wobei die am vorderen Ende des katalytischen Filters gemessene Temperatur verwendet wird, falls nur der katalytische Filter verwendet wird, oder die am vorderen Ende des Pro-Katalysators gemessene Temperatur verwendet wird, falls sowohl der Pro-Katalysator und der Filter verwendet wird, so ist es unmöglich die Erwärmungswirkung aufgrund der erzeugten Wärme während der Oxidation des an den Brenner gelieferten Kraftstoffs durch den katalytischen Filter und/oder Pro-Katalystor widerzuspiegeln.
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Anders gesagt, beträgt ein Sollwert für die Temperatur der Vorrichtung zur Nachbehandlung unter Verwendung des Brenners 500°C so wird die Solltemperatur am hinteren Ende des Brenners (das vordere Ende des katalytischen Filters) innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs gehalten. Jedoch kann die Temperatur des Abgases nach Durchlaufen des katalytischen Filters oder des Pro-Katalysators 900°C zwischen dem katalytischen Filter und dem Pro-Katalysator oder am hinteren Ende des katalytischen Filters betragen, weil eine zu große Menge an nicht umgesetzter Kohlenwasserstoffverbindung die Wärme durch katalytische Verbrennung erzeugt, während sie den Filter durchläuft.
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Ist die Temperatur, wie vorhin beschrieben, zu stark erhöht, so wird die Lebensdauer des Filters nachlassen und der Filter kann im schlimmsten Fall beschädigt sein.
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Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
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Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen, die einen Brenner unter Berücksichtigung der exothermen Wirkung steuert, wenn von dem Brenner eingespritzter Kraftstoff einen katalytischen Filter oder einen Pro-Katalysator passiert, wobei die Abgase gleichbleibend erwärmt wird und ebenfalls die Abgasemissionen wirksam verringert werden.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen, die eine Innentemperatur der Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen genau konstant hält und somit ein Nachlassen der Lebensdauer minimiert, und die ebenfalls gemäß dem Zustand des Fahrzeugs und dem fahrdynamischen Zustand den Brenner angemessen betreibt.
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Lösung der Aufgabe
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Damit das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen bereit, umfassend einen Brenner 30, der an einem Entlüftungsrohr 20 angeordnet ist, in das das von einem Dieselmotor 10 erzeugte Abgas strömt und der ein Kraftstoffeinspritzteil 31 und Zündmittel 32 zum Erhöhen der Temperatur des Abgases aufweist; einen Dieselpartikelfilter (DPF) 40, der an der Rückseite des Brenners 30 in Strömungsrichtung des Abgases so angeordnet ist, dass in dem Abgas enthaltene organische Materialien oder Partikel (PM) verbrannt werden; einen Temperatursensor 70 zum Messen der Temperatur des Abgases; und ein Steuerungselement 50, das eine Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzteils 31 unter Verwendung eines Hubraums steuert, der durch die von dem Temperatursensor 70 gemessene Temperatur geschätzt wird.
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Das Steuerungselement 50 schätzt vorzugsweise den Hubraum unter weiterer Verwendung der Information bezüglich der Drehzahl des Dieselmotors 10, und der Temperatursensor 70 ist an der Rückseite des DPF 40 in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet.
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Die Vorrichtung zur Nachbehandlung 100 von Abgasen umfasst weiterhin vorzugsweise einen Pro-Katalysator 60, der zwischen dem Brenner 30 und dem DPF 40 angeordnet ist, wobei der Temperatursensor 70 zwischen dem Pro-Katalysator 60 und dem DPF 40 oder an der Rückseite des DPF 40 in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzmenge eines Brenners unter Verwendung der Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen bereit, wie vorstehend beschrieben ist.
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Das Steuerungselement 50 steuert vorzugsweise die Kraftstoffeinspritzmenge so, dass die Menge an Kohlenwasserstoffverbindung 1~3000 ppm an der Rückseite des Brenners 30 in Strömungsrichtung des Abgases beträgt.
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Das Steuerungselement 50 regelt vorzugsweise die Kraftstoffeinspritzmenge auf Werte von 0,001~0,02 g für 1 Minute pro 1 L einer Abgasemissionsrate, die mit Gleichung 1 wie folgt berechnet wird: Abgasemissionsrate (E) = a·Hubraum·RPM [Gleichung 1] (a = Konstante des Belastungsfaktors)
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß dem erfindungsgemäßen verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge eines Brenners und der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, wie vorstehend beschrieben ist, wird ein Sensor zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge eines Brenners bereitgestellt, unter Berücksichtigung der auftretenden exothermen Wirkung, wenn der eingespritzte Kraftstoff vom Brenner den katalytischen Filter oder den Pro-Katalysator passiert, wobei die Abgasemission ohne Minderung der Lebensdauer wirkungsvoll verringert wird.
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Weiterhin betreibt die vorliegende Erfindung den Brenner in geeigneter Weise gemäß einem Zustand des Fahrzeugs und einem fahrdynamischen Zustand und verhindert die Probleme, die durch nicht umgesetzten von dem Brenner eingespritzten Kraftstoff auftreten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehenden und anderen Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen angegeben sind, dabei sind:
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1 und 2 sind Darstellungen einer Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist ein Diagramm der durch Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge in die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung geänderten Temperatur.
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4 ist ein Diagramm, das die Änderung der Temperatur in einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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[Ausführliche Beschreibung der Hauptelemente]
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- 10: Motor 20: Entlüftungsrohr
30: Brenner 31: Bauteil zur Kraftstoffeinspritzung
32: Zündungsmittel 40: katalytischer Filter
50: Steuerungselement 60: Pro-Katalysator
100: Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgas
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 und 2 sind Darstellungen einer Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen 100 gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen 100 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Brenner 30, der an einem Entlüftungsrohr 20 angeordnet ist, einen katalytischen Filter 40, einen Temperatursensor 70 und ein Steuerungselement 50.
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Die Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen 100 der vorliegenden Erfindung ist an dem Entlüftungsrohr 20 angeordnet, durch das das von dem Dieselmotor 10 erzeugte Abgas strömt.
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Der Brenner 30 umfasst ein Bauteil zur Kraftstoffeinspritzung 31 und Zündungsmittel 32 zum Erwärmen des Abgases. Die Zeichnung zeigt ein Beispiel, in dem der Brenner 30 senkrecht zum Entlüftungsrohr 20 angeordnet ist. Der Brenner 30 kann auch parallel zur Strömungsrichtung des Abgases oder auf andere Art angeordnet sein.
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Der katalytische Filter 40 wird an der Rückseite des Brenners 30 in Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt, um organisches Material oder Partikel (PM) zu verbrennen. Der katalytische Filter 40 hat den Zweck, das durch den Brenner 30 erwärmte Abgas zu verbrennen und somit die Schadstoffe im Abgas zu reduzieren.
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Das Steuerungselement 50 ist ein Mittel zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge des Bauteils zur Kraftstoffeinspritzung 31 unter Verwendung eines Hubraums, der durch eine von einem Temperatursensor 70 gemessenen Temperatur geschätzt wird. Das Steuerungselement 50 steuert den gesamten Betrieb der Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen 100 der vorliegenden Erfindung.
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Die Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen 100 der vorliegenden Erfindung ist ein Hauptelement zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge des Steuerungselements 50, sie verwendet die durch den Temperatursensor 70 gemessene Temperatur und kann den Hubraum schätzen, indem sie ferner die Information bezüglich der Drehzahl des Dieselmotors 10 verwendet.
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Falls wiederum der Brenner 30 und der katalytische Filter 40 am Entlüftungsrohr 20 in Strömungsrichtung des Abgases bereitgestellt werden, wie in 1 gezeigt ist, wird der Temperatursensor 70 an der Rückseite des katalytischen Filters 40 bereitgestellt und das Steuerungselement 50 analysiert die von dem Temperatursensor 70 gemessene Information bezüglich der Temperatur, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge des Brenners 30 in Bezug auf die Zunahme der Temperatur durch die exotherme Wirkung des katalytischen Filters gesteuert wird.
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Indes kann die Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen 100 der vorliegenden Erfindung weiterhin einen Pro-Katalysator 60 zwischen dem Brenner 30 und dem katalytischen Filter 40 umfassen. Der Pro-Katalysator 60 hat den Zweck das im Abgas enthaltene organische Material zu verbrennen und die Temperatur des Abgases zu erhöhen. Zum Beispiel kann als Pro-Katalysator 60 ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) verwendet werden.
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Dabei kann der Temperatursensor 70 zwischen dem Pro-Katalysator 60 und dem katalytischen Filter 40 in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet werden, wie in 2 gezeigt ist, oder an der Rückseite des katalytischen Filters 40 angeordnet werden, wie in 1 gezeigt ist, oder zwischen dem Pro-Katalysator 60 und dem katalytischen Filter 40 und ebenfalls an der Rückseite des katalytischen Filters 40 angeordnet werden.
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Durch das Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge des Brenners 30 unter Verwendung des Temperatursensors 70 verhindert die Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen 100 der vorliegenden Erfindung eine übermäßige Zunahme der Temperatur an einer bestimmten Stelle und verringert so gleichbleibend Schadstoffe und verbessert die Lebensdauer.
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In der Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgas 100 der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine übermäßige Kraftstoffzufuhr zu verhindern, indem die Kraftstoffeinspritzmenge des Brenners 30 genau gesteuert wird, und es ist ebenfalls möglich, die Lebensdauer zu erhöhen.
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Das Steuerungselement 50 vergleicht die von dem Temperatursensor 70 gemessene Temperatur und steuert die Kraftstoffeinspritzmenge, wobei der Kraftstoff so genau eingespritzt wird, dass das Abgas auf eine Solltemperatur erwärmt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kraftstoffeinspritzmenge so gesteuert, dass die Menge an Kohlenwasserstoffverbindung an der Rückseite des Brenners 30 in Strömungsrichtung des Abgases 1~3000 ppm beträgt.
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Das heißt, dass Steuerungselement 50 vergleicht die durch den Temperatursensor 70 gemessene Temperatur und stellt fest, ob Kraftstoff eingespritzt werden muss, wobei die genaue Kraftstoffeinspritzmenge in Bezug auf die gemessene Temperatur und Solltemperatur festgestellt wird.
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Weiterhin kann das Steuerungselement 50 die Kraftstoffeinspritzmenge feststellen und ob der Kraftstoff durch zusätzliche Verwendung der Information bezüglich der Drehzahl des Dieselmotors 10 eingespritzt werden soll, die eine Voraussetzung für die Feststellung eines Zustands oder den Fahrbetrieb eines Fahrzeugs ist.
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Das Steuerungselement 50 berechnet vorzugsweise eine Abgasemissionsrate und regelt die Kraftstoffeinspritzmenge auf Werte von 0,001~0,02 g pro 1 L der Abgasemissionsrate für 1 Minute.
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Die Abgasemissionsrate wird nach Gleichung 1 berechnet. Die Abgasemissionsrate ist proportional zum Hubraum und der Drehzahl eines Fahrzeugs, und eine Konstante (a) eines Belastungsfaktors kann gemäß dem Zustand des Fahrzeugs variieren. Und die Abgasemissionsrate kann durch wiederholte Kraftstoffeinspritzvorgänge berechnet werden. Abgasemissionsrate (E) = a·Hubraum·RPM [Gleichung 1] (a = Konstante des Belastungsfaktors)
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Die durch den Hubraum und die Drehzahl erhaltene Abgasemissionsrate wird als ein wesentlicher Faktor für die Feststellung der Kraftstoffeinspritzmenge verwendet. Gibt es keinen Unterschied zwischen der von dem Temperatursensor 70 gemessenen Temperatur und der Solltemperatur, ist der Brenner 30 nicht in Betrieb, und gibt es einen großen Unterschied dazwischen, wird eine große Menge an Kraftstoff eingespritzt, die innerhalb eines durch Gleichung 1 berechneten Bereichs für die Kraftstoffeinspritzung liegt.
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Das heißt, dass in dem Verfahren zur Steuerung der Einspritzmenge an Kraftstoff in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen es möglich ist, den Kraftstoffeinspritzbereich in Bezug auf den Zustand des Fahrzeugs festzustellen, und es ist ebenfalls möglich, die genaue Kraftstoffeinspritzmenge festzustellen und ob Kraftstoff eingespritzt werden soll, wobei Schadstoffe im Abgas wirksam verringert werden.
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3 ist ein Diagramm der Temperatur, die durch Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge in die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen 100 geändert wird.
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4 ist ein Diagramm, das die Änderung der Temperatur in einem Vergleichsbeispiel zeigt, wobei ein Lastkraftwagen mit einem Hubraum von 6800 cm3 mit dem Brenner 30, dem mit Platin beschichteten Pro-Katalysator 60 und dem katalytischen Cordieritfilter 40 versehen ist, wie in 2 gezeigt ist, und die Diagramme zeigen jeweils die Temperatur am vorderen Ende des Pro-Katalysators 60, am hinteren Ende des Pro-Katalysators 60 und am hinteren Ende des Filters in einem Zustand mit einer Solltemperatur von 480°C.
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In den 3 und 4 sind alle Bedingungen gleich. In 3 steuert das Steuerungselement 50 die Kraftstoffeinspritzmenge des Brenners 30 unter Verwendung der von dem Temperatursensor 70 gemessenen Temperatur, der zwischen dem Pro-Katalysator 60 und dem katalytischen Filter 40 angeordnet ist, und in 4 steuert das Steuerungselement 50 die Kraftstoffeinspritzmenge durch Vergleich der von dem Temperatursensor 70 gemessenen Temperatur, der am vorderen Ende des Pro-Katalysators angeordnet ist.
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Wie in 3 gezeigt ist, beträgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzmenge des Brenners und der Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgas die maximale Temperatur 530°C oder weniger und die Temperaturverteilung ist relativ gleichmäßig im Vergleich zu 4.
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Da in dem Vergleichsbeispiel von 4 die maximale Temperatur auf 720°C zunimmt wird jedoch befürchtet, dass sich die Lebensdauer verschlechtert.
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Der in der vorliegenden Anmeldung enthaltene Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf die
koreanische Patentanmeldung Nr. 10-2009-0069951 , angemeldet am 30. Juli 2009 im koreanischen Patentamt, auf deren Offenbarungsgehalt hierin vollumfänglich Bezug genommen wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Wesentlichen und Rahmen der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzmenge des Brenners und der Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgas, wie vorstehend beschrieben ist, ist es durch Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge des Brenners in Bezug auf die Zunahme der Temperatur des Abgases aufgrund des Pro-Katalysators 60 oder des katalytischen Filters 40 möglich, die Vorrichtung gleichbleibend zu betreiben, wobei Schadstoffe im Abgas wirksam reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2009-0069951 [0056]