JP2010209870A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シングルターボモードとツインターボモードとの切替時に発生する過給圧の落ち込みを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】
上記の内燃機関の制御装置は、第１の過給機と、第２の過給機と、排気通路と、吸気通路と、排気切替弁と、吸気切替弁と、制御手段と、を備える。制御手段は、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時に、吸気切替弁の開弁を開始するタイミングを排気切替弁の開弁を開始するタイミングよりも遅らせ、排気切替弁の開度が所定開度まで増加したとき吸気切替弁の開弁を開始する。
【選択図】図３

Description

本発明は、過給機を備える内燃機関の制御装置に関する。

従来から、吸気系及び排気系に２つの過給機、即ち、プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機を配置し、これらの過給機の作動個数を適宜切り替えるツインターボシステムが知られている。なお、以下では、プライマリターボ過給機のみを作動させるモードを「シングルターボモード」と呼び、プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機との両方を作動させるモードを「ツインターボモード」と呼ぶ。

例えば、特許文献１には、ツインターボシステムにおいて、シングルターボモードからツインターボモードへの移行時に排気制御弁を開制御してセカンダリターボを予回転させておくことで、モード切替時のトルク変動を抑制する技術が開示されている。また、特許文献２には、パラレルツインターボシステムにおいて、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時に吸気切替弁が排気切替弁よりも遅れて開弁するように制御域を設定した制御方法が開示されている。

実開平５−７８９３４号公報 特開平１−３１５６１５号公報

一般に、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時には、プライマリターボ過給機のみに流れていた排気ガスを、排気切替弁を開くことによりプライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機とに分配し、セカンダリターボ過給機の過給能力が高くなったところで吸気切替弁を開くことによりツインターボモードにする。逆に、ツインターボモードからシングルターボモードへの切替時には、プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機とに分配されていた排気ガスをプライマリターボ過給機に集中させてシングルターボモードにする。このため、パラレルツインターボシステムでは、モード切替での排気切替弁と吸気切替弁の駆動時に過給の連続性が失われ、過給圧の落ち込みが発生する。その結果、エミッション悪化やトルク変動が発生する。

一方、特許文献２では、吸気切替弁を排気切替弁よりも遅れて開弁するように制御することで上述の影響を低減させている。しかし、この場合であっても、モード切替時での排気切替弁と吸気切替弁との相対開度によっては、過給圧が低い領域を通過する可能性がある。従って、この手法ではモード切替時の過給圧の落ち込みを最小限に抑制することができない。

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、シングルターボモードとツインターボモードとの切替時に発生する過給圧の落ち込みを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、第１の過給機と第２の過給機とを具備する内燃機関の制御装置であって、前記第１の過給機のタービンと前記第２の過給機のタービンとに連通する排気通路と、前記第１の過給機のコンプレッサと前記第２の過給機のコンプレッサとに連通する吸気通路と、前記排気通路上に設けられ、前記第１の過給機のみに排気が流れる状態と、前記第１及び第２の過給機の両方に排気が流れる状態とを切り替える排気切替弁と、前記吸気通路上に設けられ、前記第１の過給機のみから吸気が供給される状態と、前記第１及び第２の過給機の両方から吸気が供給される状態とを切り替える吸気切替弁と、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時に、前記吸気切替弁の開弁を開始するタイミングを前記排気切替弁の開弁を開始するタイミングよりも遅らせ、前記排気切替弁の開度が所定開度まで増加したとき前記吸気切替弁の開弁を開始する制御手段と、を備える。

上記の内燃機関の制御装置は、例えばディーゼル車両などに搭載され、第１の過給機と、第２の過給機と、排気通路と、吸気通路と、排気切替弁と、吸気切替弁と、制御手段と、を備える。第１の過給機は、いわゆるプライマリターボ過給機である。第２の過給機は、いわゆるセカンダリターボ過給機である。制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時に、吸気切替弁の開弁を開始するタイミングを排気切替弁の開弁を開始するタイミングよりも遅らせ、排気切替弁の開度が所定開度まで増加したとき吸気切替弁の開弁を開始する。ここで、「所定開度」とは、例えば、排気切替弁の開度と吸気切替弁の開度とにより定まる過給圧分布に基づき、排気切替弁及び吸気切替弁の開弁制御時に過給圧が低い領域を通過しないように設定される。過給圧分布は、例えば実験等により適切に求められる。このようにすることで、内燃機関の制御装置は、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時に発生する過給圧の落ち込みを抑制し、エミッション悪化やトルク変動の発生を防ぐことができる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記排気切替弁の開弁を開始するタイミングから前記吸気切替弁の開弁を開始するタイミングの間では、前記排気切替弁の開弁速度を所定値以下にする。「所定値」は、例えば、排気切替弁の開度に対する過給機回転数の上昇の遅れが生じない範囲の開弁速度に設定される。一般に、排気切替弁の開弁速度が速い場合には、排気切替弁の開度に対する過給機回転数の上昇の遅れが生じてしまい、上述の過給圧分布の一部では低過給圧の領域が拡大する。従って、この態様では、内燃機関の制御装置は、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時に発生する過給圧の落ち込みをより確実に抑制することができる。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記排気切替弁を所定の初期開弁速度で開弁し、前記初期開弁速度に基づき定めた開度に前記排気切替弁の開度が達した場合、所定時間幅だけ前記排気切替弁の当該開度を保持した後、前記排気切替弁の開弁を再開始すると共に前記吸気切替弁の開弁を開始する。「初期開弁速度」は、例えば、通常使用される開弁速度より速い開弁速度に設定される。「所定時間幅」は、例えば、車両の加速度等に基づき排気切替弁の開度を保持可能な時間幅に設定される。排気切替弁の開弁速度が速い場合、過給圧分布の一部では低過給圧の領域が拡大する一方、排気切替弁のみを開弁させる領域では高過給圧の領域が拡大する。従って、内燃機関の制御装置は、所定開度までは排気切替弁を初期開弁速度で開弁させる。そして、内燃機関の制御装置は、所定時間幅だけ排気切替弁の当該開度を保持することで、過給圧分布を通常の開弁速度の場合と同様になるように戻す。このようにすることで、内燃機関の制御装置は、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時に発生する過給圧の落ち込みをさらに抑制することができる。

上記の内燃機関の制御装置の他の観点では、第１の過給機と第２の過給機とを具備する内燃機関の制御装置であって、前記第１の過給機のタービンと前記第２の過給機のタービンとに連通する排気通路と、前記第１の過給機のコンプレッサと前記第２の過給機のコンプレッサとに連通する吸気通路と、前記排気通路上に設けられ、前記第１の過給機のみに排気が流れる状態と、前記第１及び第２の過給機の両方に排気が流れる状態とを切り替える排気切替弁と、前記吸気通路上に設けられ、前記第１の過給機のみから吸気が供給される状態と、前記第１及び第２の過給機の両方から吸気が供給される状態とを切り替える吸気切替弁と、ツインターボモードからシングルターボモードへの切替時に、前記吸気切替弁の閉弁を開始するタイミングを前記排気切替弁の閉弁を開始するタイミングよりも遅らせ、前記排気切替弁の開度が所定開度まで減少したとき前記吸気切替弁の閉弁を開始する制御手段と、を備える。

上記の内燃機関の制御装置は、例えばディーゼル車両などに搭載され、第１の過給機と、第２の過給機と、排気通路と、吸気通路と、排気切替弁と、吸気切替弁と、制御手段と、を備える。第１の過給機は、いわゆるプライマリターボ過給機である。第２の過給機は、いわゆるセカンダリターボ過給機である。制御手段は、例えばＥＣＵであり、ツインターボモードからシングルターボモードへの切替時に、吸気切替弁の閉弁を開始するタイミングを排気切替弁の閉弁を開始するタイミングよりも遅らせ、排気切替弁の開度が所定開度まで減少したとき吸気切替弁の閉弁を開始する。ここで、「所定開度」とは、例えば、排気切替弁の開度と吸気切替弁の開度とにより定まる過給圧分布に基づき、排気切替弁及び吸気切替弁の閉弁制御時に過給圧が低い領域を通過しないように設定される。このようにすることで、内燃機関の制御装置は、ツインターボモードからシングルターボモードへの切替時に発生する過給圧の落ち込みを抑制し、エミッション悪化やトルク変動の発生を防ぐことができる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記排気切替弁の閉弁を開始するタイミングから前記吸気切替弁の閉弁を開始するタイミングの間では、前記排気切替弁の閉弁速度を所定値以下にする。「所定値」は、例えば、上述の過給圧分布で低過給圧の領域が拡大しない範囲の閉弁速度に設定される。従って、この態様では、内燃機関の制御装置は、ツインターボモードからシングルターボモードへの切替時に発生する過給圧の落ち込みをより確実に抑制することができる。

本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す図である。 シングルターボモードからツインターボモードへの切替時での排気切替弁開度と吸気切替弁開度とに対する過給圧分布を示す。 シングルターボモードからツインターボモードへの切替時での排気切替弁と吸気切替弁との開度の変化を示すグラフである。 ツインターボモードからシングルターボモードへの切替時での排気切替弁開度と吸気切替弁開度とに対する過給圧分布を示す。 ツインターボモードからシングルターボモードへの切替時での排気切替弁と吸気切替弁との開度の変化を示すグラフである。 排気切替弁開度と吸気切替弁開度とを固定した場合での排気切替弁開度と吸気切替弁開度とに対する過給圧分布を示す。 第１実施形態の処理手順を示すフローチャートの一例である。 排気切替弁の開弁速度が速い場合における排気切替弁開度と吸気切替弁開度とに対する過給圧分布を示す。 第２実施形態での排気切替弁開度と吸気切替弁開度との変化を表すグラフである。 開度Ｋ１ｂと初期開弁速度Ｖｂとの関係を示すグラフである。 時間幅Ｔ１と車両の加速度との関係を示すグラフである。 第２実施形態の所定手順を示すフローチャートの一例である。

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。

［装置構成］
まず、本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成について説明する。

図１は、本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置１００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。

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、吸気バイパス弁７と、内燃機関８と、排気通路１０と、ＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲ弁１４と、排気切替弁１５と、ＥＣＵ２２と、吸気バイパス通路３１と、を有する。

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。即ち、吸気通路３は、コンプレッサ４ａ、５ａと連通している。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。

また、吸気通路３ｂ中には、吸気切替弁６が設けられている。吸気切替弁６は、例えば、ＶＳＶを使ったアクチュエータ制御、または、ＤＣモータによる駆動制御が可能な弁である。吸気切替弁６は、ＥＣＵ２２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、ＥＣＵ２２は、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。

吸気バイパス通路３１は、一端がコンプレッサ５ａと吸気切替弁６との間で吸気通路３ｂに接続されているとともに、他端がエアクリーナ２とコンプレッサ４ａとの間で吸気通路３に接続されている。即ち、吸気バイパス通路３１は、コンプレッサ５ａの下流側とコンプレッサ４ａの上流側とをバイパスする。

また、吸気バイパス通路３１中には、吸気バイパス弁７が設けられている。吸気バイパス弁７は、ＥＣＵ２２から供給される制御信号Ｓ７によって開閉が制御され、開弁することで、コンプレッサ５ａの下流を通過する吸気をコンプレッサ４ａの上流へバイパスさせる。

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４気筒を有するガソリンエンジンやディ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内の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（即ちＥＧＲ率を調節する）弁である。この場合、ＥＧＲ弁１４は、ＥＣＵ２２から供給される制御信号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。なお、図１においては、ＥＧＲ弁１４が閉に設定されているため、ＥＧＲガスは還流されない。

排気通路１０は途中で排気通路１０ａ、１０ｂに分岐されており、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。即ち、排気通路は、タービン４ｂ、５ｂに連通している。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）こととなる。なお、ターボ過給機４は、本発明の第１の過給機に相当し、低中速域で過給能力の大きい小容量の低速型の過給機（プライマリターボ過給機）として構成される。ターボ過給機５は、本発明の第２の過給機に相当し、中高速域で過給能力の大きい大容量の高速型の過給機（セカンダリターボ過給機）として構成されている。

また、ターボ過給機４、５は、それぞれ可変過給機構としての可変ノズル（ＶＮ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ）４ｃ、５ｃを備えている。可変ノズル４ｃ、５ｃは、ＥＣＵ２２から供給される制御信号Ｓ４、Ｓ５により開度が調整される。可変ノズルを閉じることによりターボ過給機の過給圧（以後、「過給圧Ｐ」と呼ぶ。）は上昇し、可変ノズルを開くことにより過給圧Ｐは減少する。

更に、排気通路１０ｂには、排気切替弁１５が設けられている。排気切替弁１５は、例えば、ＶＲＶを使ったアクチュエータ制御、または、ＤＣモータによる駆動制御が可能な弁である。排気切替弁１５は、ＥＣＵ２２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。例えば、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。

なお、前述した吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び吸気バイパス弁７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、この場合、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。これを「シングルターボモード」と呼ぶ。一方、例えば吸気切替弁６及び吸気バイパス弁７のいずれかが開であり、排気切替弁１５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、この場合、ターボ過給機４、５の両方が作動する。これを「ツインターボモード」と呼ぶ。以後の説明では、特に言及がない限り、吸気バイパス弁７は、全閉状態にあるものとする。

ＥＣＵ２２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。ＥＣＵ２２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。例えば、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６、排気切替弁１５を制御することで、シングルターボモードとツインターボモードとを切り替える。このように、ＥＣＵ２２は、本発明における制御手段の一例である。

以下の第１実施形態及び第２実施形態では、ＥＣＵ２２が実行する制御について説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態においてＥＣＵ２２が実行する制御について説明する。ＥＣＵ２２は、シングルターボモードとツインターボモードとの切替（以後、単に「モード切替」と呼ぶ。）での排気切替弁１５の開度の遷移と吸気切替弁６の開度の遷移とを後述する過給圧分布に基づき適切に調整する。このようにすることで、ＥＣＵ２２は、モード切替に起因した過給圧Ｐの落ち込みを最小限に抑制する。以下では、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切替制御について説明した後、ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替制御について説明する。

（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切替制御）
まず、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切替制御について図２及び図３を用いて具体的に説明する。

図２は、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時での吸気切替弁６の開度及び排気切替弁１５の開度に対応する過給圧Ｐのマップ（以後、単に「過給圧分布」と呼ぶ。）の一例である。図２では、領域「Ｔｐ１」乃至領域「Ｔｐ５」は、過給圧Ｐの高低に基づき分類された領域を示す。ここでは、領域Ｔｐ１から領域Ｔｐ５へ向かう順に、過給圧Ｐが大きい領域を示す。また、図２中の矢印７１は、第１実施形態でＥＣＵ２２がシングルターボモードからツインターボモードへモード切替制御を実行する際の排気切替弁１５の開度と吸気切替弁６の開度との推移（以後、単に「過給圧分布内の通過ルート」と呼ぶ。）を表す。

図２に示すように、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切替制御では、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の開度を０％（即ち全閉）に保ちつつ、排気切替弁１５の開度を０％から所定の開弁速度で徐々に大きくする。これにより、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐを比較的高い状態に維持しつつ、排気切替弁１５の開度を変更することができる。以後、上述の制御を、特に「初期段階の制御」と呼ぶ。

そして、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が所定開度「Ｋ１」以上になるまで、初期段階の制御を継続する。開度Ｋ１は、例えば、後述する次の遷移状態を考慮しつつ、不要な過給圧Ｐの落ち込みが発生しない範囲に設定される。図２では、開度Ｋ１は、領域Ｔｐ４と領域Ｔｐ３との境界近傍に設定されている。このようにすることで、ＥＣＵ２２は、初期段階の制御で、過給圧分布内の通過ルートを過給圧Ｐの高い領域（ここでは、領域Ｔｐ４）へ可能な限り通過するように設定することができる。

そして、排気切替弁１５が開度Ｋ１になった場合、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度を引き続き所定の速度で変更すると共に、吸気切替弁６の開度を０から所定の速度で徐々に大きくする。以後、この制御を、特に「遷移段階の制御」と呼ぶ。このとき、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐを比較的高い領域（領域Ｔｐ３）に維持すると共に、過給圧Ｐがより高くなる領域（領域Ｔｐ４、領域Ｔｐ５）に到達するように、吸気切替弁６及び排気切替弁１５の開度を変更している。言い換えると、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐが相対的に低い領域（領域Ｔｐ２）を通過せず、かつ、過給圧Ｐが高い領域Ｔｐ４、５に早期に到達する過給圧分布内の通過ルートを設定している。これにより、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐの不要な落ち込みを防ぎつつ、吸気切替弁６及び排気切替弁１５の開度を適切に変更することができる。

そして、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が１００％（即ち全開）になった場合には、吸気切替弁６の開度制御を引き続き継続し、吸気切替弁６の開度を１００％にする。以後、この制御を、特に「終了段階の制御」と呼ぶ。

次に、図３を用いて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切替での排気切替弁１５及び吸気切替弁６の開弁制御についてさらに詳しく説明する。

図３は、図２の矢印７１に従いＥＣＵ２２が排気切替弁１５と吸気切替弁６を制御した場合の各弁の開度変化を示すグラフである。具体的には、図３（ａ）は、排気切替弁１５の開度の変化を示し、図３（ｂ）は、吸気切替弁６の開度の変化を示す。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ＥＣＵ２２は、所定時刻「ｔ１」以後、初期段階の制御を開始する。具体的には、図３（ａ）に示すように、ＥＣＵ２２は、時刻ｔ１で排気切替弁１５の開度を０％から所定の開弁速度により大きくする。このとき、図３（ｂ）に示すように、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度を０％に維持する。

そして、ＥＣＵ２２は、所定時刻「ｔ２」で初期段階の制御から遷移段階の制御へ切り替える。即ち、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から所定時間幅「Ｔｗ１」経過後の時刻ｔ２では、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の開弁制御を開始する。ここで、時間幅Ｔｗ１は、時刻ｔ１後排気切替弁１５が開度Ｋ１になる時間幅に設定される。

次に、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が１００％になる時刻「ｔ３」後から吸気切替弁６の開度が１００％になる時刻「ｔ４」までは、吸気切替弁６のみ開弁制御を実行する。即ち、ＥＣＵ２２は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間で終了段階の制御を実行する。

以上のように、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の開弁を開始する排気切替弁１５の開度Ｋ１またはこれに対応する時間幅Ｔｗ１を、図２に示すような実験等に基づき求められた過給圧分布に基づき適切に設定することで、過給圧Ｐの落ち込みに起因したエミッションの悪化やトルク変動によるショックの発生を抑制することができる。

（ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替制御）
次に、ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替制御について図４及び図５を用いて具体的に説明する。

図４は、ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替時での過給圧分布の一例である。図４中の矢印７２は、ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替時での過給圧分布内の通過ルートを示す。

図４に示すように、ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替制御では、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の開度を１００％（即ち全開）に保ちつつ、排気切替弁１５の開度を１００％から所定の閉弁速度で徐々に小さくする。以後、上述の排気切替弁１５のみに対する制御を、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時と同様に、初期段階の制御と呼ぶ。この初期段階の制御により、ＥＣＵ２２は、矢印７２に示すように、以後の過給圧分布内の通過ルートを調整する。

そして、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が所定開度「Ｋ２」以下になるまで、初期段階の制御を継続する。開度Ｋ２は、後述するように、モード切替の終了段階において過給圧Ｐが高い領域を通過するように、実験等に基づき適切に定められる。

そして、排気切替弁１５が開度Ｋ２になった場合、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度を引き続き所定の閉弁速度で変更すると共に、吸気切替弁６の開度を１００％から所定の閉弁速度で徐々に小さくする。以後、上述の排気切替弁１５と吸気切替弁６との両方に対する制御を、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時と同様に、遷移段階の制御と呼ぶ。

次に、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５が全閉状態となった場合には、吸気切替弁６の開度のみを制御する。このとき、矢印７２は、前述したように排気切替弁１５が開度Ｋ２になるまで吸気切替弁６の閉弁開始を遅らせたことに起因して、周辺の領域に比べ過給圧Ｐが比較的高い領域Ｔｐ４を通過している。このように、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の閉弁開始のタイミングを調整することで、可能な限り過給圧Ｐが高い状態を保つことができる。以後、上述の吸気切替弁６のみに対する制御を、シングルターボモードからツインターボモードへの切替時と同様に、終了段階の制御と呼ぶ。

次に、図５を用いてツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替での排気切替弁１５及び吸気切替弁６の閉弁制御についてさらに詳しく説明する。

図５は、矢印７２に従いＥＣＵ２２が排気切替弁１５と吸気切替弁６を制御した場合の各弁の開度変化を示すグラフである。具体的には、図５（ａ）は、排気切替弁１５の開度の変化を示し、図５（ｂ）は、吸気切替弁６の開度の変化を示す。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ＥＣＵ２２は、所定時刻「ｔ１α」以後、初期段階の制御を開始する。即ち、図５（ａ）に示すように、ＥＣＵ２２は、時刻ｔ１αで排気切替弁１５の閉弁を開始する。即ち、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度を１００％から所定の閉弁速度で小さくする。このとき、図５（ｂ）に示すように、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度を１００％、即ち全開状態に維持する。

そして、ＥＣＵ２２は、所定時刻「ｔ２α」で初期段階の制御から遷移段階の制御へ切り替える。即ち、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ１αから所定時間幅「Ｔｗ２」経過後の時刻ｔ２αでは、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の閉弁を開始する。即ち、吸気切替弁６の開度を１００％から所定の閉弁速度で小さくする。ここで、時間幅Ｔｗ２は、時刻ｔ２α後排気切替弁１５が開度Ｋ２になる時間幅に設定される。

次に、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が０％になる時刻「ｔ３α」後から吸気切替弁６の開度が０％になる時刻「ｔ４α」までは、吸気切替弁６のみ閉弁制御を実行する。即ち、ＥＣＵ２２は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間で終了段階の制御を実行する。

以上のように、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の閉弁を開始する排気切替弁１５の開度Ｋ２またはこれに対応する時間幅Ｔｗ２を、図４に示すような実験等に基づき求められた過給圧分布に基づき適切に設定することで、過給圧Ｐの落ち込みに起因したエミッションの悪化やトルク変動によるショックの発生を抑制することができる。

（効果等）
次に、図６を参照しつつ、第１実施形態の制御及びその効果についてさらに補足説明する。

図６は、吸気切替弁６の開度及び排気切替弁１５の開度を固定した場合における過給圧分布の一例である。矢印７５は、ツインターボモードとシングルターボモードとのモード切替時でＥＣＵ２２が設定する過給圧分布内の通過ルートの一例である。

図６に示すように、遷移段階の制御では、ＥＣＵ２２は、破線枠Ｃ内に示す過給圧Ｐが比較的低い領域を通過せざるを得ず、この領域で過給圧Ｐの落ち込みが発生する。一方、吸気切替弁６及び排気切替弁１５の開度が比較的大きい破線枠Ａ内の領域、及び、吸気切替弁６が全閉かつ排気切替弁１５の開度が所定値（図６では、約２０％）以下の部分を含む破線枠Ｂ内の領域では、過給圧Ｐが比較的高い。従って、破線枠Ａ内の領域及び破線枠Ｂ内の領域では、過給圧Ｐの落ち込みは発生しない。また、破線枠Ｃ内の領域であっても、過給圧Ｐが比較的低い領域Ｔｐ２や過給圧Ｐが比較的大きい領域Ｔｐ４などの領域が混在する。

以上を考慮し、ＥＣＵ２２は、矢印７５に示すように、破線枠Ａ内及び破線枠Ｂ内の領域を可能な限り通過するように過給圧分布内の通過ルートを設定する。これに加え、ＥＣＵ２２は、破線枠Ｃ内の領域を通過する場合には過給圧Ｐの落ち込み量が大きくならないように過給圧分布内の通過ルートを設定する。このようにすることで、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐの落ち込みを最小限に抑制することができる。

（処理フロー）
次に、第１実施形態における処理の手順について説明する。図７は、本実施形態においてＥＣＵ２２が実行する処理の手順を表すフローチャートの一例である。ＥＣＵ２２は、図７に示すフローチャートの処理を、例えば所定の周期に従い繰り返し実行する。

まず、ＥＣＵ２２は、モード切替をすべきか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。そして、モード切替をすべきと判断した場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２２はステップＳ１０２へ処理を進める。一方、モード切替をすべきでないと判断した場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、ＥＣＵ２２は引き続きモード切替をすべきか否かについて判定する。

そして、ＥＣＵ２２は、現在シングルターボモードであるか否か判定する（ステップＳ１０２）。即ち、ＥＣＵ２２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切替制御を実行すべきか、ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替制御を実行すべきか判断する。

そして、ＥＣＵ２２は、現在シングルターボモードであると判断した場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ツインターボモードへ切り替えるためにステップＳ１０３乃至ステップＳ１０５の処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開弁を開始する（ステップＳ１０３）。そして、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が開度Ｋ１まで増加したか否か判定する（ステップＳ１０４）。そして、排気切替弁１５の開度が開度Ｋ１まで増加した場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の開弁制御を開始する（ステップＳ１０５）。これにより、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐの落ち込みを発生させるのを抑制しつつ、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切替を実行することができる。

一方、現在シングルターボモードではないと判断した場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、ＥＣＵ２２は、ツインターボモードからシングルターボモードへ切り替えるためにステップＳ１０６乃至ステップＳ１０８の処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の閉弁を開始する（ステップＳ１０６）。そして、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が開度Ｋ２まで減少したか否か判定する（ステップＳ１０７）。そして、排気切替弁１５の開度が開度Ｋ２まで減少した場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の閉弁制御を開始する（ステップＳ１０８）。これにより、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐの落ち込みを発生させるのを抑制しつつ、ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替を実行することができる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、ＥＣＵ２２は、過給圧分布に基づき吸気切替弁６の開弁または閉弁を排気切替弁１５の開弁または閉弁よりも遅らせることで、モード切替制御に起因した過給圧Ｐの落ち込みを抑制した。一方、排気切替弁１５の開弁速度に起因して図２、図４、図６に示す過給圧分布は変化する。以上を考慮し、第２実施形態では、ＥＣＵ２２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切替時において、第１実施形態の制御に加え、より過給圧Ｐが高い領域を通過するように排気切替弁１５の開弁速度及び開度を制御する。このようにすることで、ＥＣＵ２２は、さらに過給圧Ｐの落ち込みを抑制する。

以下、第２実施形態の制御について図８乃至図１１を用いて具体的に説明する。まず、図８を用いて、排気切替弁１５の開弁速度と過給圧分布との関係について説明した後、図９乃至図１１を用いて第２実施形態でＥＣＵ２２が実行する制御について説明する。

図８は、排気切替弁１５の開弁速度が通常より速い場合における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切替時での過給圧分布の一例を示す。なお、図８の領域「Ｔｐ２ａ」と「Ｔｐ２ｂ」とは、領域Ｔｐ２をさらに過給圧Ｐの高低に基づき分類された領域を指す。

図８に示すように、排気切替弁１５の開弁速度が速い場合、図２に示す通常の開弁速度の場合と比較して、過給圧Ｐの低い領域Ｔｐ１等が拡大している。これは、排気切替弁１５の開弁速度が速くなることに伴い、排気切替弁１５の開度に対するターボ過給機５の回転数の上昇遅れが生じることに起因する。一方、初期段階の制御で通過する破線枠Ｂａ内の領域では、過給圧Ｐの高い領域Ｔｐ５、Ｔｐ４等が図２と比較して拡大している。

以上を考慮し、ＥＣＵ２２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切替制御では、より過給圧Ｐが高い領域を通過するように排気切替弁１５の開弁速度及び開度を制御する。これについて、具体的に説明する。

図９は、排気切替弁１５及び吸気切替弁６の時系列での制御を示す。具体的には、図９（ａ）は、排気切替弁１５の開度の変化を示すグラフであり、図９（ｂ）は、吸気切替弁６の開度の変化を示すグラフである。

まず、ＥＣＵ２２は、所定時刻「ｔ１１」から、初期段階の制御では、排気切替弁１５の開弁速度を通常の開弁速度よりも大きい所定速度（以後、「初期開弁速度Ｖｂ」と呼ぶ。）に設定する。初期開弁速度Ｖｂは、例えば、排気切替弁１５の性能等を考慮し、実験等に基づき適切な値に設定される。このとき、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の開度は０％に維持する。

次に、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が所定開度（以後、「開度Ｋ１ｂ」と呼ぶ。）となる所定時刻「ｔ１２」から、排気切替弁１５の開度を開度Ｋ１ｂのまま維持する。開度Ｋ１ｂは、初期開弁速度Ｖｂに基づき定められる。これについて、図１０を用いて開度Ｋ１ｂの設定方法の一例について説明する。

図１０は、初期開弁速度Ｖｂと開度Ｋ１ｂとの関係を示すグラフ（マップ）の一例である。図１０に示すマップは、例えば実験等に基づき適切に定められ、ＥＣＵ２２のメモリ等に保持される。ＥＣＵ２２は、図１０のマップに基づき、初期開弁速度Ｖｂから開度Ｋ１ｂを適切に設定する。

上述したように、初期開弁速度Ｖｂが速いほど、図８の破線枠Ｂａ内の過給圧Ｐが大きい領域が横軸方向に広がる。従って、ＥＣＵ２２は、図１０に示すように、初期開弁速度Ｖｂが大きいほど、開度Ｋ１ｂを大きく設定することで、モード切替制御の特に初期段階の制御における過給圧Ｐの落ち込みを抑制することができる。

そして、時刻ｔ１２から所定時刻「ｔ１３」までの所定時間幅（以後、「時間幅Ｔ１」と呼ぶ。）の間、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度を開度Ｋ１ｂに維持すると共に、吸気切替弁６の開弁制御をまだ実行しない。即ち、ＥＣＵ２２は、初期段階の制御終了後から遷移段階の制御を開始するまでの間に、各弁の開度を保持する時間幅Ｔ１を設ける。なお、時間幅Ｔ１の設定方法については後述する。

これにより、ＥＣＵ２２は、過給圧分布での過給圧Ｐが高い領域を拡大させることができる。即ち、ＥＣＵ２２は、過給圧分布を、図８に示す状態から図２に示す状態に変化させることができる。言い換えると、ＥＣＵ２２は、遷移段階の制御の後半及び終了段階の制御で通過する領域であって吸気切替弁６の開度及び排気切替弁１５の開度が所定開度（例えば、４０％〜７０％）以上の領域が過給圧Ｐの低い領域で占められている状態から、当該領域が過給圧Ｐの高い領域で占められている状態に変化させることができる。

次に、時間幅Ｔ１の設定方法の一例について図１１を用いて説明する。図１１は、時間幅Ｔ１と内燃機関の制御装置１００が搭載される車両の加速度（以後、単に「加速度」と呼ぶ。）との関係を示すマップの一例である。図１１に示すマップは、例えば実験等により予め作成し、ＥＣＵ２２のメモリ等に保持される。

図１１に示すように、ＥＣＵ２２は、各種センサから取得した加速度に基づき時間幅Ｔ１を設定する。即ち、エンジン回転数の上昇レートが大きい場合、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５を途中の開度に維持する時間が取れない。従って、図１１に示すように、時間幅Ｔ１は、加速度と負の相関を有するように設定される。

そして、時刻ｔ１３から、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開弁を再開すると共に、吸気切替弁６の開弁を開始する。即ち、ＥＣＵ２２は、遷移段階の制御を開始する。このとき、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開弁速度を初期開弁速度Ｖｂより小さい通常の速度に設定する。

そして、排気切替弁１５の開度が１００％になる所定時刻「ｔ１４」から、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の開弁制御のみを継続する。即ち、ＥＣＵ２２は、遷移段階の制御から終了段階の制御へと移行する。

そして、吸気切替弁６の開度が１００％になる所定時刻「ｔ１５」において、ＥＣＵ２２は、モード切替制御を終了する。

以上のように、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の初期開弁速度Ｖｂと、時間幅Ｔ１とを適切に設定することで、モード切替時での過給圧Ｐの落ち込みをさらに抑制し、トルク変動によるショックやエミッションの悪化を抑制することができる。

（処理フロー）
次に、第２実施形態における処理の手順について説明する。図１２は、本実施形態においてＥＣＵ２２が実行する処理の手順を表すフローチャートの一例である。ＥＣＵ２２は、図１２に示すフローチャートの処理を、例えば所定の周期に従い繰り返し実行する。

まず、ＥＣＵ２２は、車両の加速度を取得する（ステップＳ２０１）。ＥＣＵ２２は、例えば図示しない加速度センサから上述の加速度を取得する。そして、ＥＣＵ２２は、モード切替をすべきか否かについて判定する（ステップＳ２０２）。ＥＣＵ２２は、例えば、ステップＳ２０１により取得した加速度に基づき、これを判定する。

そして、モード切替をすべきと判断した場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０３へ処理を進め、モード切替制御を実行する。一方、モード切替をすべきでないと判断した場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、ＥＣＵ２２は、処理をステップＳ２０１へ戻す。

次に、ＥＣＵ２２は、初期開弁速度Ｖｂにより排気切替弁１５を開弁する（ステップＳ２０３）。このとき、過給圧分布は、例えば図８に示すように、初期段階の制御で使用する過給圧Ｐの高い領域が拡大している。従って、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐを低下させることなく排気切替弁１５の開度を変更させることができる。

そして、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度が開度Ｋ１ｂに到達したか否かについて判定する（ステップＳ２０４）。なお、ＥＣＵ２２は、開度Ｋ１ｂを、例えば図１０に示すマップを参照し、初期開弁速度Ｖｂに基づき適切な値に設定する。そして、排気切替弁１５の開度が開度Ｋ１ｂに到達した場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２２は、処理をステップＳ２０５へ進める。一方、排気切替弁１５の開度が開度Ｋ１ｂに達していない場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、ＥＣＵ２２は、引き続き、ステップＳ２０４で上述の判定を実行する。

次に、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度を開度Ｋ１ｂに保持する（ステップＳ２０５）。即ち、ＥＣＵ２２は、遷移段階の制御以後で通過する領域が過給圧Ｐが高い領域に拡大するまで待機する。

そして、ＥＣＵ２２は、時間幅Ｔ１が経過したか否か判定する（ステップＳ２０６）。即ち、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開度を開度Ｋ１ｂに保持後、時間幅Ｔ１が経過したか否か判定する。これにより、ＥＣＵ２２は、過給圧分布が図８に示す状態から図２に示す状態に変化したか否か判定する。

そして、ＥＣＵ２２は、時間幅Ｔ１が経過したと判断した場合（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、ステップＳ２０７へ処理を進める。一方、時間幅Ｔ１が経過していないと判断した場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、ＥＣＵ２２は、時間幅Ｔ１が経過するか否か引き続き監視する。

次に、時間幅Ｔ１経過後、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開弁制御を再開すると共に、吸気切替弁の開弁制御を開始する（ステップＳ２０７）。このとき、過給圧分布は、図２に示すように、遷移段階の制御及び終了段階の制御で使用される部分での過給圧Ｐが大きくなる。従って、ＥＣＵ２２は、過給圧Ｐの落ち込みを発生させることなく、モード切替制御を実行することができる。

（変形例）
上述の説明では、ＥＣＵ２２は、初期開弁速度Ｖｂを通常よりも高速度に設定することで、初期段階の制御で使用される部分の過給圧Ｐが高い領域を拡大させ、その後、排気切替弁１５の開度をＫ１ｂに保持することで過給圧分布を変更させた。一方、これに代えて、ＥＣＵ２２は、吸気切替弁６の全閉時での排気切替弁１５の開弁速度を所定速度以下に制限してもよい。

具体的には、ＥＣＵ２２は、第１実施形態と同様に、排気切替弁１５を開弁し、排気切替弁１５の開度が開度Ｋ１に達した場合には、吸気切替弁６の開弁を開始する。このとき、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の開弁開始のタイミングから吸気切替弁６の開弁開始のタイミングの間では、排気切替弁１５の開弁速度を所定速度以下に制限する。このとき、所定速度は、例えば過給圧分布での過給圧Ｐが小さい領域が拡大しない開弁速度の範囲に実験等に基づき設定される。

これにより、ＥＣＵ２２は、第２実施形態と比較してモード切替制御を簡便化することができると共に、開弁速度が高速であることに起因した過給圧分布での過給圧Ｐの小さい領域の拡大を防ぐことができる。また、例えば、ＥＣＵ２２は、加速度との関係により時間幅Ｔ１が確保できない場合にもこの変形例を適用することができる。

なお、この変形例は、ツインターボモードからシングルターボモードへのモード切替制御にも適用することができる。即ち、この場合であっても、ＥＣＵ２２は、排気切替弁１５の閉弁開始のタイミングから吸気切替弁６の閉弁開始のタイミングの間では、排気切替弁１５の閉弁速度を所定値以下に設定する。このようにすることで、ＥＣＵ２２は、過給圧分布での過給圧Ｐが小さい領域の拡大を防ぐことができ、モード切替時での過給圧Ｐの落ち込みを抑制することができる。

２ エアクリーナ
３ 吸気通路
４、５ ターボ過給機
４ａ、５ａ コンプレッサ
４ｂ、５ｂ タービン
４ｃ、５ｃ 可変ノズル
６ 吸気切替弁
７ 吸気バイパス弁
８ 内燃機関
１０ 排気通路
１１ ＥＧＲ通路
１４ ＥＧＲ弁
１５ 排気切替弁
２２ ＥＣＵ
３１ 吸気バイパス通路
１００ 内燃機関の制御装置

Claims (5)

1. 第１の過給機と第２の過給機とを具備する内燃機関の制御装置であって、
   前記第１の過給機のタービンと前記第２の過給機のタービンとに連通する排気通路と、
   前記第１の過給機のコンプレッサと前記第２の過給機のコンプレッサとに連通する吸気通路と、
   前記排気通路上に設けられ、前記第１の過給機のみに排気が流れる状態と、前記第１及び第２の過給機の両方に排気が流れる状態とを切り替える排気切替弁と、
   前記吸気通路上に設けられ、前記第１の過給機のみから吸気が供給される状態と、前記第１及び第２の過給機の両方から吸気が供給される状態とを切り替える吸気切替弁と、
   シングルターボモードからツインターボモードへの切替時に、前記吸気切替弁の開弁を開始するタイミングを前記排気切替弁の開弁を開始するタイミングよりも遅らせ、前記排気切替弁の開度が所定開度まで増加したとき前記吸気切替弁の開弁を開始する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記排気切替弁の開弁を開始するタイミングから前記吸気切替弁の開弁を開始するタイミングの間では、前記排気切替弁の開弁速度を所定値以下にする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記排気切替弁を所定の初期開弁速度で開弁し、前記初期開弁速度に基づき定めた開度に前記排気切替弁の開度が達した場合、所定時間幅だけ前記排気切替弁の当該開度を保持した後、前記排気切替弁の開弁を再開始すると共に前記吸気切替弁の開弁を開始する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 第１の過給機と第２の過給機とを具備する内燃機関の制御装置であって、
   前記第１の過給機のタービンと前記第２の過給機のタービンとに連通する排気通路と、
   前記第１の過給機のコンプレッサと前記第２の過給機のコンプレッサとに連通する吸気通路と、
   前記排気通路上に設けられ、前記第１の過給機のみに排気が流れる状態と、前記第１及び第２の過給機の両方に排気が流れる状態とを切り替える排気切替弁と、
   前記吸気通路上に設けられ、前記第１の過給機のみから吸気が供給される状態と、前記第１及び第２の過給機の両方から吸気が供給される状態とを切り替える吸気切替弁と、
   ツインターボモードからシングルターボモードへの切替時に、前記吸気切替弁の閉弁を開始するタイミングを前記排気切替弁の閉弁を開始するタイミングよりも遅らせ、前記排気切替弁の開度が所定開度まで減少したとき前記吸気切替弁の閉弁を開始する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記排気切替弁の閉弁を開始するタイミングから前記吸気切替弁の閉弁を開始するタイミングの間では、前記排気切替弁の閉弁速度を所定値以下にする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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