JP2009013859A - 内燃機関の過給機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボモード切り替え時に、エアコンの作動に伴って発生するトルク段差などを抑制する。
【解決手段】内燃機関の過給機制御装置では、内燃機関の吸気通路及び排気通路に並列に配置された第１の過給機及び第２の過給機と、エアコンと、エアコンの出力を制御するエアコン出力制御手段とを備える。エアコン出力制御手段は、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替え時に、エアコンが作動中の場合にエアコンの出力を制限する。これにより、エアコンの作動による、内燃機関の動力（トルク）の負荷を軽減することができる。そのため、ターボモード切替時にトルクの減衰量（トルク段差）が大きくなること、トルクの減衰速度が速くなることを抑制できる。その結果、ターボモード切替時に急峻な減速感（急減速感）が助長され、またターボモード切替時のもたつき感が助長されることを抑制でき、車両の挙動が悪化してしまうことを抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸気通路及び排気通路に並列に配置された２つの過給機を制御する装置に関する。

従来から、吸気系及び排気系に２つの過給機を並列に配置し、これらの過給機の作動個数を適宜切り替える技術が提案されている。具体的には、プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機とを並列に配置した内燃機関において、セカンダリターボ過給機はプライマリターボ過給機よりも大容量に構成される。そして、エンジン運転領域が低速域のときにはプライマリターボ過給機のみを動作させ（シングルターボモード）、高速域のときには２つの過給機を同時に動作させる（ツインターボモード）。これにより、低速域から高速域にわたって出力性能を向上させる。

このような過給システムでは、シングルターボモードからツインターボモードへのモード移行時に、セカンダリターボ過給機の過給圧が直ぐに上昇せず、一時的にトルクが落ち込むという問題がある。これによりトルク段差が発生し、運転者が違和感を覚えることがある。

このような課題に対して、特許文献１乃至３には、複数のターボ過給機の過給モード切換途上におけるトルクショックを軽減して、運転者に違和感を与えることなく良好なドライバービリティを得ることのできる過給機付エンジンの吸気制御装置の例が記載されている。なお、車両の加速時にエアコンをカットする手法が特許文献４に記載されている。

特開平１１−５０８６７号公報 特開平７−２１７４７６号公報 特開平７−１４５７３４号公報 特開２００１−１９９２３３号公報

上記のような過給システムでは、シングルターボモードからツインターボモードへのターボモード切り替え時にエアコンが作動状態にある場合、ターボモード切り替え時にエアコンが停止状態にある場合と比較して、トルクの減衰量（トルク段差）が大きくなり、又はトルクの減衰速度が速くなる。これは、エアコンを機能させるためのコンプレッサがエンジンの動力の一部を用いて作動され、これに伴ってエンジンの動力の負荷が増えるためである。これにより、ターボモード切り替え時にエアコンが作動状態にある場合は、急峻な減速感（急減速感）又はターボモード切替時のもたつき感が助長され、車両の挙動が悪化してしまうといった課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ターボモード切り替え時に、エアコンの作動に伴って発生するトルク段差などを抑制することを目的とする。

本発明の１つの観点では、内燃機関の過給機制御装置は、吸気通路及び排気通路に並列に配置された、第１の過給機及び第２の過給機と、エアコンと、前記エアコンの出力を制御するエアコン出力制御手段と、を備え、前記エアコン出力制御手段は、前記第１の過給機のみを動作させる１個ターボモードから、前記第１及び第２の過給機を動作させる２個ターボモードへの切り替え時に、前記エアコンが作動中の場合に、前記エアコンの出力を制限する。

上記の内燃機関の過給機制御装置は、内燃機関の吸気通路及び排気通路に並列に２つの第１の過給機及び第２の過給機と、内燃機関の動力の一部を用いて作動するエアコン（冷暖房装置）と、エアコンの出力を制御するエアコン出力制御手段と、を備える。そして、エアコン出力制御手段は、第１の過給機のみを動作させる１個ターボモードから、第１及び第２の過給機を動作させる２個ターボモードへの切り替え時に、エアコンが作動中の場合に、エアコンの出力を制限する。ここで、エアコンの出力を制限することには、冷房時におけるエアコンの出力量（例えば、冷却速度）を所定の出力量に下げること、また、エアコンの出力（作動）を停止すること、などが含まれる。好適な例では、前記エアコン出力制御手段は、前記ターボモード切替条件の成立時に、前記エアコンが作動中の場合に、前記エアコンの出力を停止する。

これにより、エアコンの作動による、内燃機関の動力（トルク）の負荷を軽減することができる。そのため、ターボモード切替時に、トルクの減衰量（トルク段差）が大きくなること、又はトルクの減衰速度が速くなることを抑制できる。その結果、ターボモード切替時に、急峻な減速感（急減速感）が助長され、又はターボモード切替時のもたつき感が助長されることを抑制でき、車両の挙動が悪化してしまうことを抑制できる。

上記の内燃機関の過給機制御装置の好適な例では、前記１個ターボモードから前記２個ターボモードへの切り替えは、前記エアコン出力制御手段によって前記エアコンの出力が制限又は停止された後に行われる。

上記の内燃機関の過給機制御装置の一態様では、前記エアコン出力制御手段は、前記１個ターボモードから前記２個ターボモードへの切り替えが終了した後に、前記２個ターボモードへの切り替え時における前記エアコンの出力状態となるように前記エアコンの出力を制御する。ここで、エアコンの出力を制御することには、冷房時におけるエアコンの出力量（例えば、冷却速度）を前記切り替え時におけるエアコンの出力量に戻す制御が含まれる。これにより、ターボモード切替後に、搭乗者にエアコンを再作動させて温度調整等の操作をさせるといった手間を強いることを回避することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
まず、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置が適用されたシステムの全体構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。なお、図１においては、１個ターボモードに設定した場合のガスの流れを示している。

車両は、主に、エアクリーナ２と、吸気通路３と、ターボ過給機４、５と、吸気切替弁６と、リード弁７と、内燃機関８と、過給圧センサ９と、排気通路１０と、ＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲ弁１４と、排気切替弁１５と、排気バイパス弁１６と、エアコン１７と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、を備える。

エアクリーナ２は、外部から取得された空気（吸気）を浄化して、吸気通路３に供給する。吸気通路３は途中で吸気通路３ａ、３ｂに分岐されており、吸気通路３ａにはターボ過給機４のコンプレッサ４ａが配設されており、吸気通路３ｂにはターボ過給機５のコンプレッサ５ａが配設されている。コンプレッサ４ａ、５ａは、それぞれ、吸気通路３ａ、３ｂを通過する吸気を圧縮する。

吸気通路３ｂ中には、吸気切替弁６、及びリード弁７が設けられている。吸気切替弁６は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ６によって開閉が制御され、吸気通路３ｂを通過する吸気の流量を調整可能に構成されている。例えば、吸気切替弁６を開閉させることにより、吸気通路３ｂにおける吸気の流通／遮断を切り替えることができる。リード弁７は、通路中の圧力が所定以上となった際に開弁するように構成されている。更に、コンプレッサ４ａ、４ｂの下流側の吸気通路３には、過給圧センサ９が設けられている。過給圧センサ９は、過給された吸気の圧力（以下、「実過給圧」とも呼ぶ。）を検出し、この実過給圧に対応する検出信号Ｓ９をＥＣＵ５０に供給する。

内燃機関８は、左右のバンク（気筒群）８Ｌ、８Ｒにそれぞれ４つずつの気筒（シリンダ）８Ｌａ、８Ｒａが設けられたＶ型８気筒のエンジンとして構成されている。内燃機関８は、吸気通路３より供給される吸気と燃料との混合気を燃焼することによって、動力を発生する装置である。内燃機関８は、例えばガソリンエンジンやデーゼルエンジンなどによって構成される。そして、内燃機関８内における燃焼により発生した排気ガスは、排気通路１０に排出される。

排気通路１０中には、ＥＧＲ通路１１が接続されている。ＥＧＲ通路１１は、一端が排気通路１０に接続されており、他端が吸気通路３に接続されている。ＥＧＲ通路１１は、排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気系に還流するための通路である。具体的には、ＥＧＲ通路１１には、ＥＧＲクーラ１２と、ＥＧＲ弁１４と、バイパス通路１１ａと、バイパス弁１３とが設けられている。ＥＧＲクーラ１２はＥＧＲガスを冷却する装置であり、ＥＧＲ弁１４はＥＧＲ通路１１を通過するＥＧＲガスの流量を調節する弁、言い換えると吸気系に還流させるＥＧＲガスの量を調節する弁である。ＥＧＲ弁１４は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１４によって開度が制御される。また、バイパス通路１１ａは、ＥＧＲクーラ１２をバイパスする通路であり、通路上にはバイパス弁１３が設けられている。このバイパス弁１３によって、バイパス通路１１ａを通過するＥＧＲガスの流量が調節される。

排気通路１０は途中で排気通路１０ａ、１０ｂに分岐されている。排気通路１０ａにはターボ過給機４のタービン４ｂが配設されており、排気通路１０ｂにはターボ過給機５のタービン５ｂが配設されている。タービン４ｂ、５ｂは、それぞれ、排気通路１０ａ、１０ｂを通過する排気ガスによって回転される。このようなタービン４ｂ、５ｂの回転トルクが、ターボ過給機４内のコンプレッサ４ａ及びターボ過給機５内のコンプレッサ５ａに伝達されて回転することによって、吸気が圧縮される（即ち過給される）。なお、ターボ過給機４は、低中速域で過給能力の大きい小容量の低速型の過給機として構成され、ターボ過給機５は、中高速域で過給能力の大きい大容量の高速型の過給機として構成されている。

排気通路１０ｂには、排気切替弁１５が設けられていると共に、排気バイパス通路１０ｂａが接続されている。排気切替弁１５は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１５によって開閉が制御され、排気通路１０ｂを通過する排気ガスの流量を調整可能に構成されている。排気切替弁１５を開閉させることにより、排気通路１０ｂにおける排気ガスの流通／遮断を切り替えることができる。また、排気バイパス通路１０ｂａは、排気切替弁１５が設けられた排気通路１０ｂをバイパスする通路として構成されている。具体的には、排気バイパス通路１０ｂａは、排気切替弁１５が設けられた排気通路１０ｂよりも、通路の径が小さく構成されている。また、排気バイパス通路１０ｂａ中には排気バイパス弁１６が設けられており、この排気バイパス弁１６によって、排気バイパス通路１０ｂａを通過する排気ガスの流量が調節される。

吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６が全て閉である場合には、ターボ過給機４にのみ吸気及び排気ガスが供給され、ターボ過給機５には吸気及び排気ガスが供給されない。そのため、ターボ過給機４のみが作動し、ターボ過給機５は作動しない。一方、吸気切替弁６が開であり、排気切替弁１５及び排気バイパス弁１６のいずれかが開である場合には、ターボ過給機４、５の両方に吸気及び排気ガスが供給される。そのため、ターボ過給機４、５の両方が作動する。

エアコン１７は、内燃機関８の動力の一部を用いて、図示しないコンプレッサを作動させることにより作動する冷暖房装置である。エアコン１７の作動、作動後の温度設定等又は停止は、搭乗者が車室内に設けられたエアコン操作スイッチを操作することにより行われる。エアコン１７の作動状態、作動後の温度設定等の状態、又は停止状態は、エアコン１７からの出力信号Ｓ１７としてＥＣＵ５０へ出力される。これにより、ＥＣＵ５０は、エアコン１７の作動又は停止等の出力状態を常時把握することができる。また、本発明では、エアコン１７は、後述するＥＣＵ５０のエアコン出力制御手段から供給される制御信号Ｓ１８に基づき、自動的に作動又は停止等の出力状態が制御される。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力等に基づいて、車両内の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、過給圧センサ９から実過給圧を取得し、この実過給圧などに基づいて、吸気切替弁６、ＥＧＲ弁１４、及び排気切替弁１５、並びに排気バイパス弁１６などに対する制御を行う。

上記の構成において、ターボ過給機４は本発明における第１の過給機として機能し、ターボ過給機５は本発明における第２の過給機として機能する。ＥＣＵ５０は本発明におけるエアコン出力制御手段として機能する。

本実施形態では、ＥＣＵ５０は、主に、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を制御することによって、ターボ過給機４のみを作動させるモード（「１個ターボモード」と呼ぶ。）と、ターボ過給機４、５の両方を作動させるモード（「２個ターボモード」と呼ぶ。）とを切り替える制御を行う。詳しくは、ＥＣＵ５０は、運転状態等、例えばエンジン回転数及び要求トルクに基づいて、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替え、及び２個ターボモードから１個ターボモードへの切り替えを実行する。

ここで、１個ターボモードと２個ターボモードとを切り替える際に実行される基本的な制御について、簡単に説明する。前述したように、ターボモードの切り替えは、ＥＣＵ５０が、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を制御することによって行う。具体的には、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える場合には、ＥＣＵ５０は、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を閉から開に制御する。この場合、ＥＣＵ５０は、基本的には、排気バイパス弁１６、排気切替弁１５、吸気切替弁６の順に弁を開にすることによって、切り替えを実行する。より詳しくは、まず排気バイパス弁１６を少しずつ開いていき、この状態において所定の条件が満たされたときに排気切替弁１５を開いていき、その後に吸気切替弁６を開く。この場合、最初に排気バイパス弁１６を少し開くのは、比較的小流量の排気ガス（排気バイパス通路１０ｂａの径が小さいため）をターボ過給機５に供給することで、ターボ過給機５を徐々に作動（即ち、助走）させるためである。言い換えると、最初に排気切替弁１５を開くことによって、比較的大流量の排気ガスがターボ過給機５に一気に流れて、トルクショックなどが生じてしまうことを防止するためである。一方、２個ターボモードから１個ターボモードへ切り替える場合には、ＥＣＵ５０は、上記と同様にして、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を開から閉に制御する。

［ターボモード切り替え時におけるエアコンの出力制御］
次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係るターボモード切り替え時におけるエアコンの出力制御の概要について説明する。

図２は、ターボモード切り替え時における要求トルク（燃料噴射量）の挙動を示すグラフである。図２のグラフにおいて、横軸はエンジン回転数を示し、縦軸は要求トルクを示す。図２において、実線７１は、ターボモード切り替え時にエアコン１７が停止状態にある場合のエンジン回転数と要求トルクとの関係を示し、破線７２は、ターボモード切り替え時にエアコン１７が作動状態にある場合のエンジン回転数と要求トルクとの関係を示す。

ここで、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え時のエンジン回転数をＮとしたとき、実線７１及び破線７２において、エンジン回転数がＮより低い場合には１個ターボモードで動作する一方、エンジン回転数がＮより高い場合には２個ターボモードで動作する。１個ターボモード及び２個ターボモードで動作しているときは、エンジン回転数と要求トルクの関係は比例関係にあり、いわゆるトルク段差は生じない。 しかしながら、実線７１及び破線７２において、エンジン回転数がＮのとき、つまり１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え時には、ターボ過給機５の助走を行うが、ターボ過給機５の回転は直ぐには上昇しないため、一時的にトルクが低下して、トルク段差が生じる。

特に、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え時において、エアコン１７が作動状態にある場合には、破線７２と実線７１を対比して分かるように、エアコン１７が停止状態にある場合と比べてトルクの減衰量（トルク段差）が大きくなり、又はトルクの減衰速度が速くなる。これは、エアコン１７を作動させるための図示しないコンプレッサが内燃機関８の動力（トルク）の一部を用いて作動され、これに伴って内燃機関８の動力の負荷が増えるためである。これによって、ターボモード切り替え時にエアコン１７が作動状態にある場合には、エアコン１７が停止状態にある場合と比較して、破線７２の二点鎖線領域Ａ１において急峻な減速感（急減速感）が助長され、また、トルクの落ち込み量が最も大きい、破線７２の一点鎖線領域Ａ２ではターボモード切り替えの際のもたつき感が助長されて、その結果、車両の挙動が悪化してしまうといった課題がある。

そこで、本発明の実施形態では、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替え時にエアコン１７が作動状態にある場合には、ＥＣＵ５０のエアコン出力制御手段から供給される制御信号Ｓ１８に基づき、エアコン１７の出力を制限又は抑制する、言い換えれば、エアコン１７を機能させることにより内燃機関８の動力（トルク）の負荷を弱める。これにより、ターボモード切り替え時に、トルクの減衰量（トルク段差）が大きくなること又はトルクの減衰速度が速くなることを夫々抑制して、車両の挙動が悪化することを抑制する。

以下、本発明の実施形態に係るターボモード切り替え時におけるエアコン１７の出力制御について図３を参照して説明する。図３は、本発明に係るターボモード切り替え時におけるエアコンの出力制御のフローチャートである。この処理は、基本的にＥＣＵ５０が各要素との間で検出信号及び制御信号を入出力することにより行われる。

まず、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、ＥＣＵ５０は、所定のエンジン回転数及び所定の要求トルクになった場合には、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え条件が成立したものと判定する（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）。ターボモード切り替え条件が成立した場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、エアコン１７が作動しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。この判定は、ＥＣＵ５０がエアコン１７から出力されるエアコン１７の作動又は停止等の状態に対応する出力信号Ｓ１７に基づいて行う。

エアコン１７が作動状態にある場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、エアコン１７の出力を制限する（ステップＳ１０３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、制御信号Ｓ１８をエアコン１７に出力して、エアコン１７の出力を制限又は抑制する。ここで、エアコン１７の出力を制限又は抑制することには、冷房時における出力量（例えば冷房速度）を所定の出力量に下げること、また、エアコン１７の出力（作動）を停止することが含まれる。一方、エアコン１７が停止状態にある場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は、エアコン１７の出力の制限又は抑制は行わない。

次に、ＥＣＵ５０は、エアコン１７の出力を制限又は抑制した場合（ステップＳ１０３）、又はエアコン１７が停止状態にある場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え制御を開始する（ステップＳ１０４）。具体的には、ＥＣＵ５０は、排気バイパス弁１６、排気切替弁１５、吸気切替弁６などを制御して２個ターボモードへの移行を開始する。

次に、ＥＣＵ５０は、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え制御が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。この処理では、ＥＣＵ５０は、例えば、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６が閉から開に制御されたことを示す検出信号又は制御信号をトリガーとして、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え制御が終了したものと判定する（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）。ターボモード切り替え制御が終了した場合には（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０３においてエアコン１７の出力が制限又は抑制されたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０３においてエアコン１７の出力が制限又は抑制された場合には（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は、制御信号Ｓ１８をエアコン１７に出力して、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え時におけるエアコン１７の出力状態となるようにエアコン１７の出力を制御する（ステップＳ１０７）。ここでは、ＥＣＵ５０は、例えばターボモード切り替え時におけるエアコン１７の出力状態となるようにエアコン１７の出力を制御する。ここで、エアコン１７の出力を制御することには、冷房時におけるエアコン１７の出力量（例えば、冷却速度）をターボモード切り替え時におけるエアコン１７の出力量に戻す制御が含まれる。これにより、ターボモード切り替え後に、搭乗者にエアコン１７を再作動させて温度調整等の操作をさせるといった手間を強いることを回避することができる。一方、ステップＳ１０３においてエアコン１７の出力が制限又は抑制されていない場合には、エアコン１７の出力の制御は行わない。

以上のように、本実施形態では、１個ターボモードから２個ターボモードへのターボモード切り替え時に、エアコン１７が作動中の場合には、ＥＣＵ５０は、制御信号Ｓ１８をエアコン１７に出力して、エアコン１７の出力を制限又は抑制する。これにより、エアコン１７の作動による、内燃機関８の動力（トルク）の負荷を軽減することができる。そのため、ターボモード切り替え時に、トルクの減衰量（トルク段差）が大きくなること、又はトルクの減衰速度が速くなることを抑制できる。その結果、ターボモード切替時に急峻な減速感（急減速感）が助長され、又はターボモード切り替え時のもたつき感が助長されることを抑制でき、車両の挙動が悪化してしまうことを抑制できる。

本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置が適用された車両の概略構成を示す図である。 本実施形態に係るターボモード切替時における要求トルクの挙動を示すグラフである。 本実施形態によるターボ切替時におけるエアコンの出力制御のフローチャートである。

符号の説明

４、５ ターボ過給機
６ 吸気切替弁
８ 内燃機関
１５ 排気切替弁
１６ 排気バイパス弁
１７ エアコン
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 吸気通路及び排気通路に並列に配置された、第１の過給機及び第２の過給機と、
   エアコンと、
   前記エアコンの出力を制御するエアコン出力制御手段と、を備え、
   前記エアコン出力制御手段は、前記第１の過給機のみを動作させる１個ターボモードから、前記第１及び第２の過給機を動作させる２個ターボモードへの切り替え時に、前記エアコンが作動中の場合に、前記エアコンの出力を制限することを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
2. 前記エアコン出力制御手段は、前記１個ターボモードから前記２個ターボモードへの切り替え時に、前記エアコンが作動中の場合に、前記エアコンの出力を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給機制御装置。
3. 前記１個ターボモードから前記２個ターボモードへの切り替えは、前記エアコン出力制御手段によって前記エアコンの出力が制限又は停止された後に行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の過給機制御装置。
4. 前記エアコン出力制御手段は、前記１個ターボモードから前記２個ターボモードへの切り替えが終了した後に、前記２個ターボモードへの切り替え時における前記エアコンの出力状態となるように前記エアコンの出力を制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の過給機制御装置。

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