JP4650478B2 - ディーゼル機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、機関運転状態に基づいて燃料の噴射態様を制御する基本噴射制御と、燃料のセタン価の推定に関連して燃料の噴射態様を制御する補助噴射制御とを行うディーゼル機関の制御装置に関する。
ディーゼル機関では、インジェクタによって燃焼室に噴射される燃料は、噴射されてから所定の時間、いわゆる着火遅れが経過した後に圧縮着火される。ディーゼル機関の機関出力やエミッションの向上を図るために、こうした着火遅れを考慮した上で、機関運転状態に基づいて燃料噴射の噴射時期や噴射量等を制御する制御装置が広く採用されている(例えば特許文献1参照)。
特開2001−152948号公報
ところで、ディーゼル機関に使用される燃料は、セタン価が低いときほどその着火遅れが長くなる。したがって、例えばディーゼル機関の出荷時に、所定の標準セタン価を基準として燃料噴射の最適な噴射時期や噴射量を設定しても、冬期燃料等、セタン価が相対的に低い燃料が燃料タンクに補給された場合には、燃料の着火時期が遅くなるとともにその燃焼状態が悪化し、最悪の場合は失火が発生する。ここで、こうした不都合が生じることを抑制するためには、燃料のセタン価に基づいて燃料噴射の噴射時期や噴射量等を補正することが望ましい。なお、こうした補正を好適に行うためには、燃料のセタン価を正確に推定することが必要である。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料のセタン価を正確に推定することのできるディーゼル機関の制御装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、機関運転状態に基づいて燃料の噴射態様を制御する基本噴射制御と、燃料のセタン価を推定するために燃料の噴射態様を制御する補助噴射制御と、推定された燃料のセタン価に基づいて前記基本噴射制御の噴射態様を補正する補正制御とを行うディーゼル機関の制御装置において、前記補助噴射制御は、燃料カットが行われているときに補助噴射として1機関サイクルに1回の燃料噴射を行う処理と、前記補助噴射を実行したときの機関サイクルにおける機関回転速度とその直前の機関サイクルの機関回転速度との差である速度差WRを算出する処理と、前記補助噴射を実行したときの機関サイクルにおいて前記補助噴射を実行しないと仮定したときの機関回転速度とその直前の機関サイクルの機関回転速度との差である速度差WFを算出する処理と、前記速度差WRと前記速度差WFとの差に基づいて1回の補助噴射による機関出力軸のトルクの増加量を算出する処理とを備えるものであり、かつ前記補助噴射を複数回にわたり行うとともに一の補助噴射の実行に基づいて前記トルクの増加量を算出した後に次の補助噴射を行うものであり、かつ前記補助噴射毎に噴射時期を直前の補助噴射の噴射時期よりも遅角し、複数回の前記補助噴射の噴射時期の遅角に対する前記トルクの増加量の変化傾向に基づいて、失火し始める噴射時期である失火噴射時期を推定し、この失火噴射時期の値そのものから燃料のセタン価を推定するものであり、当該ディーゼル機関の制御装置は、前記補助噴射制御を行う制御手段を備えることをその要旨とする。
補助噴射制御による噴射時期の変更にともない失火し始めたときには、燃料の燃焼による機関出力軸のトルクの増加量が大きく低下する傾向を示す。従って、上記構成によれば、補助噴射制御による複数回の補助噴射の噴射時期の一方向における変化に対するトルクの増加量の変化傾向に基づいて失火し始める噴射時期を正確に推定することができる。そして、燃料のセタン価が低いときほど、失火し始める噴射時期が進角側に変化するため、上記推定した噴射時期に基づいて燃料のセタン価を正確に推定することができる。
なお、トルクの増加量の変化傾向は、前記複数回の補助噴射の噴射時期が進角側から遅角側に向けて変化する条件のもとにおける前記噴射時期の変化に対する前記トルクの増加量の変化傾向である、といった構成を採用することにより、失火し始める噴射時期を正確、且つ容易に推定することができるようになる。
請求項に記載の発明は、請求項に記載のディーゼル機関の制御装置において、前記制御手段は、前記算出したトルクの増加量の変化傾向において同トルクの増加量の急変するときの噴射時期を前記失火し始める噴射時期とすることをその要旨とする。
補助噴射制御による噴射時期の変更にともない失火が発生した場合には、燃焼が正常に行われる場合と比較して同補助噴射制御の補助噴射による機関出力軸のトルクの増加量が急激に低下する傾向を示す。
そのため、上記構成によれば、算出したトルクの増加量の変化傾向において同トルクの増加量の急変するときの噴射時期を前記失火し始める噴射時期とすることにより、失火し始める噴射時期を正確に推定することができる。
請求項3に記載の発明は、機関運転状態に基づいて燃料の噴射態様を制御する基本噴射制御と、燃料のセタン価を推定するために燃料の噴射態様を制御する補助噴射制御と、推定された燃料のセタン価に基づいて前記基本噴射制御の噴射態様を補正する補正制御とを行うディーゼル機関の制御装置において、前記補助噴射制御は、燃料カットが行われているときに補助噴射として1機関サイクルに1回の燃料噴射を行う処理と、前記補助噴射を実行したときの機関サイクルにおける機関回転速度とその直前の機関サイクルの機関回転速度との差である速度差WRを算出する処理と、前記補助噴射を実行したときの機関サイクルにおいて前記補助噴射を実行しないと仮定したときの機関回転速度とその直前の機関サイクルの機関回転速度との差である速度差WFを算出する処理と、前記速度差WRと前記速度差WFとの差に基づいて1回の補助噴射による機関回転速度の増加量を算出する処理とを備えるものであり、かつ前記補助噴射を複数回にわたり行うとともに一の補助噴射の事項に基づいて前記機関回転速度の増加量を算出した後に次の補助噴射を行うものであり、かつ前記補助噴射毎に噴射時期を直前の補助噴射の噴射時期よりも遅角し、複数回の前記補助噴射の噴射時期の遅角に対する前記機関回転速度の増加量の変化傾向に基づいて失火し始める噴射時期である失火噴射時期を推定し、この失火噴射時期の値そのものから燃料のセタン価を推定するものであり、当該ディーゼル機関の制御装置は、前記補助噴射制御を行う制御手段を備えることをその要旨とする。
同構成によれば、補助噴射制御による複数回の補助噴射の噴射時期の一方向における変化に対する回転速度の増加量の変化傾向に基づいて失火し始める噴射時期を正確に推定することができる。そして、燃料のセタン価が低いときほど、失火し始める噴射時期が進角側に変化するため、上記推定した噴射時期に基づいて燃料のセタン価を正確に推定することができる。
なお、回転速度の増加量の変化傾向は、前記複数回の補助噴射の噴射時期が進角側から遅角側に向けて変化する条件のもとにおける前記噴射時期の変化に対する前記回転速度の増加量の変化傾向である、といった構成を採用することにより、失火し始める噴射時期を正確、且つ容易に推定することができるようになる。
請求項に記載の発明は、請求項に記載のディーゼル機関の制御装置において、前記制御手段は、前記算出した回転速度の増加量の変化傾向において回転速度の急変するときの噴射時期を前記失火し始める噴射時期とすることをその要旨とする。
補助噴射制御による噴射時期の変更により失火が発生した場合には、燃焼が正常に行われる場合と比較して同補助噴射制御の補助噴射による機関出力軸の回転速度の増加量が急激に低下する傾向を示す。
そのため、上記構成によれば、算出した回転速度の増加量の変化傾向において回転速度の急変するときの噴射時期を上記失火し始める噴射時期とすることにより、同噴射時期を正確に推定することができる。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、前記制御手段は、前記基本噴射制御の実行条件が成立していないことに基づいて前記補助噴射制御を開始することをその要旨とする。
同構成によれば、基本噴射制御の実行条件が成立していないことに基づいて補助噴射制御を実行するようにしているため、補助噴射制御の実行中において基本燃料噴射による機関出力軸のトルク又は回転速度の変化はない。そのため、補助噴射制御の補助噴射による機関出力軸のトルク又は回転速度増量をより正確、かつ簡単に検出することができるようになる。
なお、車両に搭載されるディーゼル機関では、車両の減速運転において燃料カットが実行されるときに基本噴射制御が停止するため、請求項に記載されるように、車両の減速運転において燃料カットが行われていることに基づいて前記補助噴射制御を開始する、といった構成を採用することができる。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、前記制御手段は、前回の補助噴射制御の実行後に燃料タンクへの燃料の補給が行われたか否かを判定し、この判定により燃料の補給が行われた旨の結果が得られたことを条件に次回の補助噴射制御を実行することをその要旨とする。
同構成によれば、燃料の補給が行われたとき、換言すれば燃料タンクの燃料のセタン価が変化した可能性があるときに、補助噴射制御を確実に実行することができ、燃料のセタン価の変化を好適に把握することができるようになる。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、前記通常燃料噴射は、メイン噴射と該メイン噴射に先立ち行われるパイロット噴射とを含み、前記制御手段により推定されたセタン価が低いときほど、前記メイン噴射により噴射される燃料の着火時期を進角させるように前記メイン噴射及び前記パイロット噴射の少なくとも一方の噴射態様を補正することをその要旨とする。
燃料のセタン価が低いときほど、噴射される燃料の着火遅れが長くなる。上記構成ではこの点に鑑み、燃料のセタン価が低いときほど、メイン噴射による燃料の着火時期を進角させるようにメイン噴射及びパイロット噴射の少なくとも一方の噴射態様を補正するようにしているため、セタン価の低下による燃料着火時期の遅延を抑制し、この燃料着火の遅延に起因する燃料燃焼状態の悪化を抑制することができる。
請求項に記載の発明は、請求項に記載のディーゼル機関の制御装置において、前記推定されたセタン価が低いときほど、前記メイン噴射の噴射時期が進角するようにこれを補正することをその要旨とする。
同構成によれば、燃料のセタン価が低いときほど、メイン噴射の噴射時期を進角側に補正するようにしているため、セタン価の低下により燃料の着火遅れが長くなった場合であっても、燃料着火時期の遅延を抑制することができる。
請求項10に記載の発明は、請求項又はに記載のディーゼル機関の制御装置において、前記推定されたセタン価が低いときほど、前記メイン噴射の噴射圧力が高くなるようにこれを補正することをその要旨とする。
メイン噴射の噴射圧力が高くなるほど、メイン噴射による燃料が好適に拡散するとともに燃料と空気との混合が促進されるため、燃料の着火遅れが短縮するようになる。上記構成ではこの点に鑑み、燃料のセタン価が低いときほど、メイン噴射の噴射圧力を高圧側に補正するようにしているため、セタン価の低下による燃料着火時期の遅延を抑制することができる。
請求項11に記載の発明は、請求項10のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、前記推定されたセタン価が低いときほど、前記パイロット噴射の噴射量が大きくなるようにこれを補正することをその要旨とする。
パイロット噴射の噴射量が大きいほど、パイロット噴射によるメイン噴射の燃料を活発化させる効果が向上するため、燃料の着火遅れが短縮するようになる。上記構成ではこの点に鑑み、燃料のセタン価が低いときほど、パイロット噴射の噴射量を増大側に補正するようにしているため、セタン価の低下による燃料着火時期の遅延を抑制することができる。
請求項12に記載の発明は、請求項11のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、前記推定されたセタン価が低いときほど、前記パイロット噴射と前記メイン噴射との間隔が大きくなるようにこれを補正することをその要旨とする。
パイロット噴射とメイン噴射との間隔が大きいほど、パイロット噴射によるメイン噴射燃料を活発化させる効果が向上し、燃料の着火遅れが短縮するようになる。上記構成ではこの点に鑑み、燃料のセタン価が低いときほど、パイロット噴射の噴射時期を進角側に補正するようにしているため、セタン価の低下による燃料着火時期の遅延を抑制することができる。
本発明を車両用のディーゼル機関の制御装置に適用した一実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。
図1に、車輌に搭載されるディーゼル機関及びその制御装置についてその概要を模式的に示す。同図1に示されるように、ディーゼル機関1のシリンダブロック10には、その内部に複数のシリンダ11(図1にはその1つを示す)が形成されるとともに、各シリンダ11の内部には同シリンダ11内で往復動するピストン12が設けられている。ピストン12は、コネクティングロッド13を介してクランクシャフト14に連結されている。車両の走行中には、クランクシャフト14の回転力が駆動力伝達機構15を通じて駆動輪16に伝達される。なお、この駆動力伝達機構15は、変速機、ディファレンシャルギヤユニット、及びアクセルシャフトなどによって構成される。
クランクシャフト14の近傍には、同クランクシャフト14の回転速度(以下、単に「機関回転速度NE」と称する)を検出するためのクランクセンサ111が設けられている。また、駆動輪16の近傍には、同駆動輪16の回転速度すなわち車両の走行速度(以下、「車速V」と称する)を検出するための車速センサ112が設けられている。さらに、車両のアクセルペダル17の近傍には、同ペダル17の踏込量Accpを検出するためのアクセルセンサ113が設けられている。これらクランクセンサ111、車速センサ112及びアクセルセンサ113の検出信号は、マイクロコンピュータを備えてディーゼル機関1の制御を統括的に実行する電子制御装置100に取り込まれる。電子制御装置100の中枢となるマイクロコンピュータは、各種制御にかかる制御プログラムによって数値計算や情報処理等を行う中央演算処理装置100a、及びそれら制御プログラムやその実行に必要となる各種関数マップ、及び同制御プラグラムの実行結果等を記憶するメモリ100bを備えている。
シリンダブロック10の上部にはシリンダヘッド20が組み付けられている。そして、シリンダブロック10、シリンダヘッド20及びピストン12によって燃焼室18が区画されている。また、シリンダヘッド20には、この燃焼室18に接続される吸気ポート21及び排気ポート22が形成されている。また、これらポート21,22と燃焼室18との連通状態及び遮断状態を切り替える吸気バルブ23と排気バルブ24とがそれぞれ設けられている。機関の吸気行程においては、吸気バルブ23が開弁することにより、吸気ポート21を通じて空気が燃焼室18に吸入される一方、機関の排気行程においては、排気バルブ24が開弁することにより、燃焼室18内の既燃焼ガスが排気ポート22を通じて排出される。
シリンダヘッド20には、筒内噴射式のインジェクタ27が設けられており、燃料供給装置50によって供給される燃料が同インジェクタ27から燃焼室18に直接噴射されて圧縮着火される。
燃料供給装置50は、インジェクタ27に接続されるコモンレール51、クランクシャフト14によって駆動されるサプライポンプ52及び燃料を貯留する燃料タンク53を含めて構成されている。サプライポンプ52には、供給管61を介してコモンレール51に接続される吐出ポート52aと、吸入管62を介して燃料タンク53に接続される吸入ポート52bとが形成されている。供給管61には、燃料がコモンレール51側から吐出ポート52a側に流動することを規制するチェックバルブ54が設けられている。吸入管62には、燃料を濾過するフィルタ55が設けられている。
サプライポンプ52は、クランクシャフト14の回転に同期して往復駆動するプランジャを備えており、このプランジャの往復駆動により、燃料タンク53の燃料を吸入管62を通じて吸入した後に、同燃料を加圧してコモンレール51に圧送する。ここで、このサプライポンプ52による燃料の供給量は、吐出ポート52aの近傍に設けられたプレッシャコントロールバルブ56の開閉動作に基づいて調節される。
コモンレール51には、その内圧(以下、「レール圧PR」と称する)を検出するためのレール圧センサ114が設けられている。また燃料タンク53には、同タンク53内の燃料の量を検出する燃料量センサ115が設けられている。これらレール圧センサ114及び燃料量センサ115の検出信号も、電子制御装置100に取り込まれる。電子制御装置100は、上述の各センサによる検出信号、換言すれば機関の運転状態に基づいてプレッシャコントロールバルブ56及びインジェクタ27を制御することにより、インジェクタ27による燃料噴射の噴射圧力及び噴射時期を目標値に維持するようにしている。
ところで、インジェクタ27によって燃焼室18に噴射された燃料は、噴射されてから所定の時間が経過した後に、すなわち噴射されてからいわゆる着火遅れが経過した後に圧縮着火される。こうした着火遅れが相対的に長くなると、燃焼室18に噴射された燃料があるタイミングで一気に着火し、燃料の燃焼圧力及び燃料温度が急激に高くなる。その結果、燃焼騒音が増大するとともに、NOx(窒素酸化物)の生成量の増加をまねくようになる。
そこで、電子制御装置100では、機関出力を得るためのメイン噴射に先立ち微量の燃料噴射いわゆるパイロット噴射を行うべくインジェクタ27を制御することにより、メイン噴射により噴射される燃料の着火遅れを短縮するようにしている。なお、以降ではメイン噴射とパイロット噴射とをまとめて基本噴射と称する。
図2に示す「基本噴射制御処理」のフローチャートを参照して、基本噴射の制御の処理手順について説明する。
本処理ではまず、アクセルペダル17の踏込量Accp及び機関回転速度NE等に基づいてメイン噴射の燃料噴射量(以下、「メイン噴射量Qfin」と称する)を算出する(ステップS10)。そして、このメイン噴射量Qfinに基づいてレール圧PRの目標値を設定するとともに、レール圧センサ114によって検出されるレール圧PRの実際値がその目標値になるようにプレッシャコントロールバルブ56をフィードバック制御する(ステップS20)。
次に、メイン噴射量Qfinやレール圧PRに基づいてメイン噴射の噴射時期Tmain及び噴射期間INTmainを設定し(ステップS30)、パイロット噴射の噴射量(以下、「パイロット噴射量Qpi」と称する)及びこのパイロット噴射量Qpiに対応する噴射期間INTpiを設定する(ステップS40)。そして、メイン噴射量Qfin等に基づいてパイロット噴射とメイン噴射との間隔、いわゆるパイロットインターバルINTPを設定し(ステップS50)、パイロット噴射とメイン噴射とを順次に実行する(ステップS60)。
ここで、上記レール圧PRの目標値、メイン噴射量Qfin、噴射時期Tmain、噴射期間INTmain、パイロット噴射量Qpi、噴射期間INTpi、パイロットインターバルINTPは、これらにそれぞれ対応する複数の演算用マップに基づいて各別に算出される。これら演算用マップは、実験結果等により求められて予めメモリ100bに記憶されている。
このようにメイン噴射に先立ちパイロット噴射を行うことにより、燃料の着火遅れを短縮することができ、その着火遅れによる燃焼騒音の増大やNOxの生成量の増加を抑制することができるようになる。
ただし、前述のように、ディーゼル機関1に使用される燃料は、セタン価CENが低いときほどその着火遅れが長くなる。したがって、例えば所定の標準セタン価CEN0を基準として上記各パラメータの演算用マップを予めメモリ100bに記憶し、上述のように基本噴射を実行しても、例えば冬期燃料のようにセタン価CENがその標準セタン価CEN0よりも低い燃料が燃料タンク53に補給された場合には、燃料の着火時期が遅くなり、燃焼騒音の増大やNOxの生成量の増加をまねくようになる。また、セタン価CENの極めて低い燃料が補給され、燃料の着火時期が上死点よりも大きく遅角した時期に変化した場合には、失火が発生するおそれもある。
そこで、本実施形態にかかる電子制御装置100では、基本噴射制御とは別に補助噴射制御を実行し、この補助噴射制御を通じて燃料のセタン価CENを推定し、基本噴射制御において算出されるメイン噴射の噴射時期Tmainを推定したセタン価CENに基づいて補正することにより、上記不都合の発生を抑制するようにしている。
図3を参照して、補助噴射制御の概要について説明する。
補助噴射制御では、ディーゼル機関1の燃料カット中において噴射時期を進角側から遅角側へ向けて変更しつつ燃料噴射(補助噴射)を複数回にわたり行い、この複数回の補助噴射のそれぞれによるトルクの増加量を算出し、噴射時期の進角側から遅角側への変化に対するトルクの増加量の変化傾向に基づいて、失火し始める噴射時期(以下、「失火点」と称する)を推定し、この推定した噴射時期に基づいて燃料のセタン価を推定する。
ここで、トルクの増加量の算出及び失火点の推定は次の態様をもって行われる。すなわち、補助噴射制御においては、各シリンダ11による燃焼が一巡する期間を1つの機関サイクルとし、この機関サイクルにおける機関回転速度NEの平均値を平均回転速度NESとする。そして、補助噴射を実行したときの機関サイクル(以下「噴射サイクルCX」)とこの機関サイクルの直前の機関サイクル(以下「直前サイクルCY」)との間における平均回転速度NESの差(以下「速度差WR」)を算出し、これに併せて補助噴射を実行しなかったと仮定したときの噴射サイクルCXと直前サイクルCYとの間における平均回転速度NESの差(以下「速度差WF」)を算出し、速度差WRと速度差Wとの差(以下「速度変動量ΔW」)に基づいて、1回の補助噴射により増加したトルクの大きさ(以下「増加量ΔTor」)を算出する。また、このトルクの増加量ΔTorが得られたことを受けて、次回の補助噴射を開始する。ちなみに、補助噴射を実行しなかったと仮定したときの噴射サイクルCXにおいては、図3において破線にて示されるように、補助噴射を実行した噴射サイクルCXの平均回転速度NESに対して補助噴射による燃料量に応じた分だけ小さな値を示す。また、増加量ΔTorの算出にかかる上記各演算処理は、補助噴射の実行とともに開始されるが、開始されてから最終的に増加量ΔTorが得られるまでには所定の演算期間を要し、通常はこの演算期間が複数の機関サイクルにまたがるものとなるため、先の補助噴射が実行されてから次の補助噴射が実行されるまでには自ずと複数の機関サイクルが経過するようになる。
そして、複数回の補助噴射のそれぞれについての増加量ΔTorに基づいて、補助噴射の噴射時期の進角側から遅角側への変化に対する増加量ΔTorの変化傾向を把握し、この変化傾向において増加量ΔTorが急激に低下する噴射時期を失火点として特定し、予め把握されている失火点とセタン価との関係にこの特定した失火点を照らしあわせて実際のセタン価を推定する。
その後、標準セタン価CEN0を基準として算出される基本噴射制御のメイン噴射の噴射時期Tmainについて、これを上記推定したセタン価に基づいて補正し、そのときどきの燃料のセタン価に見合ったメイン噴射の態様を維持することにより、標準セタン価CEN0と実際のセタン価CENとのずれに起因する燃焼騒音の増大等の発生を抑制するようにしている。
図4及び図5に示す「補助噴射制御処理」のフローチャートを参照して、上記補助噴射制御の詳細な処理手順について説明する。この補助噴射制御処理は電子制御装置100の起動にともないステップS110の処理から開始され、ステップS210の処理の実行後に終了される。そして、その後は本制御処理の実行が保留され、電子制御装置100の次回の起動がなされることにともない、再度ステップS110の処理から開始される。なお、ステップS210の処理の実行後、すぐにまたは所定の時間の経過に基づいて本制御処理を再開することもできる。
この処理ではまず、燃料補給フラグFが「オン」であるか否かを判定する(ステップS110)。なお、この燃料補給フラグFは、前回の補助噴射制御の実行後に燃料タンク53への燃料の補給が行われたか否かを示すフラグであり、燃料量センサ115により燃料タンク53の燃料量の増加が検出されたときに「オン」に設定される一方、セタン価CENの推定(ステップS200)が実行された後に「オフ」に設定される。
燃料補給フラグFが「オフ」である旨判定した場合には(ステップS110:NO)、予め設定された第1の待機時間(例えば「1時間」)が経過するまではステップS110の判定処理の実行を保留し、この待機時間が経過したときにステップS110の判定処理を再び行う。なお、燃料タンク53への燃料の補給が実際に行われてから上記判定処理により燃料補給フラグFが「オン」である旨の結果が得られるまでの期間について、これを極力短くする要求があるときには上記第1の待機時間をこの要求に応じて短く設定することが望ましい。
一方、燃料補給フラグFが「オン」である旨判定した場合には(ステップS110:YES)、車両の減速運転中の燃料カットが実行されているか否かを判定する(ステップS120)。具体的には、車速センサ112による車速Vが低下中、且つアクセルセンサ113によるアクセルペダル17の踏込量Accpが「0」のときに、燃料カットが実行されていると判定し、車速センサ112による車速Vが低下していない(加速時やアイドル時)とき、又はアクセルセンサ113による踏込量Accpが「0」よりも大きいときには、燃料カットが実行されていない旨判定する。
燃料カットが実行されていない旨判定した場合には(ステップS120:NO)、予め設定された第2の待機時間(例えば「10sec」)が経過するまではステップS120の判定処理の実行を保留し、この待機時間が経過したときにステップS120の判定処理を再び行う。なお、燃料カットが実際に開始されてから上記判定処理により燃料カットの実行中である旨の結果が得られるまでの期間について、これを極力短くする要求があるときには上記第2の待機時間をこの要求に応じて短く設定することが望ましい。
一方、燃料カットが実行されている旨判定した場合には(ステップS120:YES)、補助噴射の噴射時期Tinsを初期値Tins0に設定するとともに、同補助噴射の噴射量Qinsを微量噴射量Qins0に設定する(ステップS130)。なお、初期値Tins0は、燃料噴射量が微量噴射量Qins0である条件のもとに、燃料のセタン価CENが標準セタン価CEN0より低い場合であっても失火が発生しないように設定されるとともに予めメモリ100bに記憶されている。
そして、上記設定した噴射時期Tins及び噴射量Qinsにより補助噴射を実行し、これに併せてクランクセンサ111の出力信号に基づいて、噴射サイクルCXの平均回転速度NESと直前サイクルCYの平均回転速度NESとの差である速度差WRを算出する(ステップS140)。また、補助噴射を実行しなかったと仮定した場合の噴射サイクルCXの平均回転速度NESと直前サイクルCYの平均回転速度NESとの差である速度差WFを推定する(ステップS150)。ここで、補助噴射を実行しない場合には、燃料カット中であることにより機関回転速度NEが単調に減少するため、速度差WFは、噴射サイクルの前における各サイクルの平均回転速度NESの変化態様に基づいて容易に推定することができる。
次に、上記算出した速度差WRと速度差Wとの差である速度変動量ΔWを下記演算式(1)により算出するとともに、この算出した変動量ΔWに基づいて、補助噴射によるクランクシャフト14のトルクの増加量ΔTorを演算用マップから算出し、メモリ100bに記憶する(ステップS160)。

ΔW ← WR−WF …(1)

なお、上記演算用マップは、予めメモリ100bに記憶されており、変動量ΔWが与えられることにより、それに対応して予め適合されたトルクの増加量ΔTorの値が読み出されるようになっている。
そして、今回の補助噴射制御が開始した後に、すなわちステップS110及びS120の条件の成立を受けてステップS130以降の処理を開始した後に、上記補助噴射を実行した回数を示すカウンタEに対して「1」を加算する(ステップS170)。なお、このカウンタEは、補助噴射制御の開始時に初期値「0」に設定されてメモリ100bに記憶される。
次に、カウンタEが判定値ENよりも大きいか否か、すなわち今回の補助噴射制御による補助噴射の実行回数が規定の総回数に達したか否かを判断する(ステップS180)。なお、この判定値ENは、今回の補助噴射制御において実行される補助噴射の総回数を示す値であり、予め所定の値に設定されてメモリ100bに記憶されている。ここで、カウンタEが判定値EN以下である旨判定した場合には(ステップS180:NO)、補助噴射の噴射時期Tinsを変化量ΔTinsだけ遅角側に変更した後に(ステップS181)、先のステップS140に戻り、この変更後の噴射時期Tinsによる補助噴射を実行する。
このように、カウンタEが判定値ENよりも大きくなるまでは、噴射時期Tinsが変化量ΔTinsずつ遅角側に変更されるとともに、補助噴射が繰り返して実行され、複数回の補助噴射によるトルクの増加量ΔTorがメモリ100bにそれぞれ記憶される(ステップS140〜ステップS160)。また、ステップS140〜S160の処理を完了するまでにかかる期間がトルクの増加量ΔTorの算出に要する所定の演算期間(図3参照)に相当する。
一方、カウンタEが判定値ENよりも大きい旨判定した場合には(ステップS180:YES)、補助噴射の実行毎にステップS140〜S160の処理を通じて算出したトルクの増加量ΔTor及び補助噴射の噴射時期Tinsの変化に基づいて、噴射時期Tinsの進角側から遅角側に向けての変化にともなうトルクの増加量ΔTorの変化傾向を算出し(図9参照)、この変化傾向に基づいて失火しはじめる噴射時期(失火点Tmf)を推定する(ステップS190)。具体的には、補助噴射の噴射時期Tinsが進角側から遅角側に向けて変化する過程においてトルクの増加量ΔTorの変化傾向が最も大きいときの噴射時期、すなわちトルクの増加量ΔTorの傾きが最も大きくなるときの噴射時期を失火点Tmfとする。
次に、推定した失火点Tmfに基づいて燃料のセタン価CENを演算用マップから算出する(ステップS200)。ここで、この演算用マップは、予めメモリ100bに記憶されており、失火点Tmfが与えられることにより、それに対応して予め適合されたセタン価CENの値が読み出されるようになっている。なお、この演算用マップにおいては、失火点Tmfが進角側の時期となるにつれてセタン価CENが低くなる態様でこれらパラメータの関係が適合されている。
そして、推定したセタン価CENに基づいて、基本噴射制御のメイン噴射の噴射時期Tmainに対する補正量ΔTmainを演算用マップから算出し、下記の演算式(2)を通じて噴射時期Tmainを補正する(ステップS210)。

Tmain ← Tmain−ΔTmain …(2)

ここで、上記演算用マップは、予めメモリ100bに記憶されており、セタン価CENが与えられることにより、それに対応して予め適合された補正量ΔTmainが読み出されるようになっている。また、この演算用マップにおいては、セタン価CENが低くなるにつれて補正量ΔTmainが大きくなる態様でこれらパラメータの関係が適合されている。その結果、基本噴射制御において算出される噴射時期Tmainは、セタン価CENが低いときほど、標準セタン価CEN0を基準とした噴射時期Tmainに対して進角側のものとなる。
図6〜図9を参照し、上記補助噴射制御処理の一例について説明する。なお、図6は、補助噴射制御処理の実行中における平均回転速度NESの変化態様の一例を示すグラフであり、図7は、補助噴射制御処理の実行中における機関回転速度NE及び噴射サイクルの平均回転速度NESと直前サイクルの平均回転速度NESとの差の時間に対する推移態様を示すグラフである。また、図8は、噴射時期Tinsの変化に対するトルクの増加量ΔTorの変化傾向を示すグラフであり、図9は、補正量ΔTmainを設定するための演算用マップの一部を示す表である。
この具体例では、前回の補助噴射制御の実行後に燃料の補給が行われた旨(ステップS110:YES)、且つ燃料カットが実行されている旨判定したときに(ステップS120:YES)、補助噴射の噴射時期Tinsをメモリ100bに記憶されている初期値Tins0(「−8°CA」)に設定して補助噴射を実行する(ステップS130)。
そして図6に示すように、噴射サイクルである第4機関サイクルと直前サイクルである第3機関サイクルとの平均回転速度NESの差WR1を算出した後(ステップS140)、補助噴射を実行しなかったと仮定した場合(図中の破線に示す)の第4機関サイクルと第3機関サイクルとの平均回転速度NESの差WF1を推定する(ステップS150)。
次に、この補助噴射によるクランクシャフト14の回転速度の変動量である速度変動量ΔW1(ΔW1=WR1−WF1)を算出し、この変動量ΔW1に基づいて、補助噴射によるクランクシャフト14のトルクの増加量ΔTor1を算出して、これをメモリ100bに記憶する(ステップS160)。次に、カウンタEをその初期値「0」から「1」に更新し(ステップS170)、この時点ではカウンタE(「1」)が判定値EN(本例では「28」)以下であるため(ステップS180:NO)、噴射時期Tinsを変化量ΔTins(本例では「0.5°CA」)だけ遅角側に変更し(ステップS181)、この変更後の噴射時期Tinsにより補助噴射を実行する(ステップS140)。
これにより、図7に示すように、カウンタEが判定値EN(「28」)よりも大きくなるまでは、噴射時期Tinsが変化量ΔTins(「0.5°CA」)ずつ遅角側に変更されるとともに、補助噴射が繰り返して実行される。すなわち、機関回転速度NE(図中破線)の低下に伴い、噴射時期Tinsが「−8°CA」から「6°CA」にかけて段階的に変更されるとともに、合計29回の補助噴射による速度変動量ΔW1,ΔW2,…ΔW29がそれぞれ算出される。
図8に示すように、これら速度変動量ΔW1,2,…ΔW29に基づいて補助噴射の実行毎にトルクの増加量ΔTor1,ΔTor2,…ΔTor29を算出してメモリ100bにそれぞれ記憶する。さらに、噴射時期Tinsの進角側から遅角側に向けての変化にともなうトルクの増加量ΔTorの変化傾向を算出し、この変化傾向が最も大きいときの噴射時期(本例では「−2°CA」)を失火点Tmfとする(ステップS190)。
そして、この推定した失火点Tmf(「−2°CA」)に基づいて、図9(a)に示す演算用マップから現在の燃料のセタン価CENが「48」である旨推定する(ステップS200)。
その後、推定したセタン価CENに基づいて、基本噴射制御において標準セタン価CEN0(本例では「50」)を基準として設定されたメイン噴射の噴射時期Tmainに対する補正量ΔTmainを図9(b)に示す演算用マップを参照して「1」に設定し、その噴射時期Tmainを補正する(Tmain←Tmain−「1」)。
ここで、上記演算用マップにおいては、セタン価CENが標準セタン価CEN0(「50」)よりも低い場合には、セタン価CENが低くなるに連れて補正量ΔTmainが大きくなる。一方、セタン価CENが標準セタン価CEN0(「50」)以上の場合には、標準セタン価CEN0の燃料が用いられる場合よりも燃料の着火遅れが長くなることはないため、補正量ΔTmainは標準セタン価CEN0と同じ「0」に設定される。
以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)本実施形態では、複数回の補助噴射の噴射時期Tinsが進角側から遅角側に向けて変化することともなうトルクの増加量ΔTorの変化傾向が最も大きいときの噴射時期を失火点Tmfとし、この失火点Tmfに基づいて燃料のセタン価CENを推定している。ここで、補助噴射制御において失火がしはじめたときには、燃料の燃焼によるトルクの増加量ΔTorが急激に低下するため、上記構成により、失火点Tmfを正確に推定することができる。そして、燃料のセタン価CENが低いときほど失火点Tmfは進角側に変化するため、推定された失火点Tmfに基づいて燃料のセタン価CENを正確に推定することができる。
(2)本実施形態では、推定したセタン価CENが低いときほど、基本噴射制御において算出されたメイン噴射の噴射時期Tmainを進角側に補正している。これにより、セタン価CENの低下により燃料の着火遅れが長くなった場合であっても、メイン噴射により噴射される燃料の着火時期の遅延を抑制することができる。
(3)本実施形態では、車両の減速中において燃料カットが実行されていること、すなわち基本噴射制御の実行条件が成立していないことを補助噴射制御の実行条件に含めている。これにより、基本燃料噴射によるクランクシャフト14のトルクの変化がない状況のもとで補助噴射によるトルクの増加量ΔTorの算出が行われるため、同増加量ΔTorをより正確且つ簡単に検出することができるようになる。
(4)本実施形態では、前回の補助噴射制御の実行後に燃料タンク53への燃料の補給が行われたか否かを判定し、この判定により燃料の補給が行われた旨の結果が得られたことを条件に今回の補助噴射制御の実行を許可している。これより、燃料の補給が行われたとき、換言すれば燃料タンク53の燃料のセタン価CENが変化する可能性があるときに、補助噴射制御が確実に実行されるため、燃料のセタン価CENの変化を的確に把握することができるようになる。また、一回の燃料補給が行われてから次回の燃料補給が行われるまでの間に、2回以上のセタン価の推定が行われることを回避することができるこれにより、燃料のセタン価CENを好適に監視しつつも、そのセタン価CENを推定する制御の構成の簡素化を図ることができるようになる。
(変形例)
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、推定したセタン価CENが標準セタン価CEN0以上である場合には、補正量ΔTmainを「0」に設定しているが、推定したセタン価CENに対する補正量ΔTmainの設定態様はこれに限られるものではない。例えば、セタン価CENの変化によるクランクシャフト14のトルクの変動をより好適に抑制するために、推定されたセタン価CENが標準セタン価CEN0以上である場合に、セタン価CENが高いときほど、補正量ΔTmainを小さく設定する構成を採用することもできる。なおこの場合、補正量ΔTmainとしては負の値が設定され、これによって基本噴射制御のメイン噴射の噴射時期Tmainは遅角側に補正される。
・上記実施形態では、推定したセタン価CENに基づいて基本噴射制御のメイン噴射の噴射時期Tmainを補正しているが、セタン価に基づくメイン噴射の補正態様はこれに限られるものではない。例えば、推定したセタン価CENに基づいて基本噴射制御において設定されるレール圧PR、すなわちメイン噴射の噴射圧を補正するようにしてもよい。具体的には、推定したセタン価CENが低いときほど、基本噴射制御において設定されるレール圧PRが高くなるようにこれを補正する構成を採用することができる。ここで、レール圧PRが高くなるほど、メイン噴射による噴射燃料が好適に拡散するとともに燃料と空気との混合が促進されるため、燃料の着火遅れが短くなる。したがって、こうした構成を採用することにより、セタン価の低下による燃料着火時期の遅延をより的確に抑制することができる。
・また、推定したセタン価CENに基づいて、基本噴射制御において設定されるパイロット噴射量Qpiを補正するようにしてもよい。具体的には、推定したセタン価CENが低いときほど、基本噴射制御において設定されるパイロット噴射量Qpiが大きくなるようにこれを補正する構成を採用することができる。ここで、パイロット噴射量Qpiが大きいほど、パイロット噴射によるメイン噴射の燃料を活発化させる効果が向上するため、燃料の着火遅れが短くなる。したがって、こうした構成を採用することにより、セタン価の低下による燃料着火時期の遅延をより的確に抑制することができる。
・またさらに、推定したセタン価CENに基づいて、基本噴射制御において設定されるパイロットインターバルINTPが大きくなるようにこれを補正するようにしてもよい。具体的には、推定したセタン価CENが低いときほど、基本噴射制御において設定されるパイロットインターバルINTPが大きくなるようにこれを補正する構成を採用することができる。ここで、パイロットインターバルINTPが大きいほど、パイロット噴射によるメイン噴射燃料を活発化させる効果が向上し、燃料の着火遅れが短くなる。したがって、こうした構成を採用することにより、セタン価の低下による燃料着火時期の遅延をより的確に抑制することができる。
・上記メイン噴射の補正態様にかかる各変形例の2つ以上を組み合わせて実施することもできる。すなわち、推定したセタン価CENに基づいて、噴射時期Tmain、レール圧PR、パイロット噴射量Qpi及びパイロットインターバルINTPの少なくとも2つを補正する構成を採用することもできる。
・上記実施形態では、前回の補助噴射制御の実行後に燃料タンク53への燃料の補給が行われたか否かを判定し、この判定により燃料の補給が行われた旨の結果が得られたことを条件に今回の補助噴射制御の実行を許可するようにしている。これに限らず、例えば機関始動の度に補助噴射制御を実行する構成を採用することもできる。
・上記実施形態では、車両の減速中において燃料カットが実行されているときに補助噴射制御を実行するようにしているが、これに限らず、例えばクランクシャフト14と駆動輪16との接続態様を切り替えるクラッチの解放時など、基本噴射制御の実行条件が成立していないことを示すその他の条件の成立に基づいて、補助噴射制御を実行することもできる。また、車両のアイドル運転時など、基本噴射制御の実行条件が成立している時期において補助噴射制御を実行することもできる。なお、この場合には、基本噴射によるクランクシャフト14のトルクの変化が無視できる領域において補助噴射を実行することが望ましい。
・上記実施形態では、速度変動量ΔWに基づいて補助噴射によるトルクの増加量ΔTorを算出し、この増加量ΔTorの変化傾向に基づいて失火点Tmfを推定しているが、失火点Tmfの推定態様はこれに限られるものではない。例えば、燃焼室18の燃焼圧等、燃焼状態に関連する他のパラメータに基づいて補助噴射によるトルクの増加量ΔTorを算出することもできる。また、トルクの増加量ΔTorを算出することなく、速度変動量ΔWに基づいて失火点Tmfを推定することもできる。
・上記実施形態では、車両に搭載されるディーゼル機関に本発明の制御装置を適用する場合について例示したが、船舶に搭載されるディーゼル機関等、他のディーゼル機関であっても上記実施形態と同様の態様をもって本発明を適用することができる。
本発明にかかる車載ディーゼル機関の制御装置の一実施形態についてその概要を示す構成図。 同実施形態の制御装置による基本噴射制御についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の制御装置による補助噴射制御においての補助噴射による平均回転速度の変化態様を示すグラフ。 同実施形態の制御装置による補助噴射制御についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の制御装置による補助噴射制御についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の制御装置による補助噴射制御の一具体例においての補助噴射による平均速度の変化を示すグラフ。 同具体例においての回転速度及び噴射サイクルの平均回転速度と直前サイクルの平均回転速度との差の時間に対する推移態様を示すグラフ。 同具体例においての噴射時期の変化に対するトルクの増加量の変化傾向を示すグラフ。 (a)同具体例において失火点に応じたセタン価を算出するための演算用マップの一部を示す表。(b)同具体例においてセタン価に応じた補正量を設定するための演算用マップの一部を示す表。
符号の説明
1…ディーゼル機関、10…シリンダブロック、11…シリンダ、12…ピストン、13…コネクティングロッド、14…クランクシャフト、15…駆動力伝達機構、16…駆動輪、17…アクセルペダル、18…燃焼室、20…シリンダヘッド、21…吸気ポート、22…排気ポート、23…吸気バルブ、24…排気バルブ、27…インジェクタ、50…燃料供給装置、51…コモンレール、52…サプライポンプ、52a…吐出ポート、52b…吸入ポート、53…燃料タンク、54…チェックバルブ、55…フィルタ、56…プレッシャコントロールバルブ、61…供給管、62…吸入管、100…電子制御装置、100a…中央演算処理装置、100b…メモリ、111…クランクセンサ、112…車速センサ、113…アクセルセンサ、114…レール圧センサ、115…燃料量センサ。

Claims (12)

  1. 機関運転状態に基づいて燃料の噴射態様を制御する基本噴射制御と、燃料のセタン価を推定するために燃料の噴射態様を制御する補助噴射制御と、推定された燃料のセタン価に基づいて前記基本噴射制御の噴射態様を補正する補助制御とを行うディーゼル機関の制御装置において、
    前記補助噴射制御は、燃料カットが行われているときに補助噴射として1機関サイクルに1回の燃料噴射を行う処理と、前記補助噴射を実行したときの機関サイクルにおける機関回転速度とその直前の機関サイクルの機関回転速度との差である速度差WRを算出する処理と、前記補助噴射を実行したときの機関サイクルにおいて前記補助噴射を実行しないと仮定したときの機関回転速度とその直前の機関サイクルの機関回転速度との差である速度差WFを算出する処理と、前記速度差WRと前記速度差WFとの差に基づいて1回の補助噴射による機関出力軸のトルクの増加量を算出する処理とを備えるものであり、
    かつ前記補助噴射を複数回にわたり行うとともに一の補助噴射の実行に基づいて前記トルクの増加量を算出した後に次の補助噴射を行うものであり、
    かつ前記補助噴射毎に噴射時期を直前の補助噴射の噴射時期よりも遅角し、複数回の前記補助噴射の噴射時期の遅角に対する前記トルクの増加量の変化傾向に基づいて、失火し始める噴射時期である失火噴射時期を推定し、この失火噴射時期の値そのものから燃料のセタン価を推定するものであり、
    当該ディーゼル機関の制御装置は、前記補助噴射制御を行う制御手段を備える
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  2. 請求項1に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記制御手段は、前記算出したトルクの増加量の変化傾向において同トルクの増加量の急変するときの噴射時期を前記失火し始める噴射時期とする
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  3. 機関運転状態に基づいて燃料の噴射態様を制御する基本噴射制御と、燃料のセタン価を推定するために燃料の噴射態様を制御する補助噴射制御と、推定された燃料のセタン価に基づいて前記基本噴射制御の噴射態様を補正する補正制御とを行うディーゼル機関の制御装置において、
    前記補助噴射制御は、燃料カットが行われているときに補助噴射として1機関サイクルに1回の燃料噴射を行う処理と、前記補助噴射を実行したときの機関サイクルにおける機関回転速度とその直前の機関サイクルの機関回転速度との差である速度差WRを算出する処理と、前記補助噴射を実行したときの機関サイクルにおいて前記補助噴射を実行しないと仮定したときの機関回転速度とその直前の機関サイクルの機関回転速度との差である速度差WFを算出する処理と、前記速度差WRと前記速度差WFとの差に基づいて1回の補助噴射による機関回転速度の増加量を算出する処理とを備えるものであり、
    かつ前記補助噴射を複数回にわたり行うとともに一の補助噴射の実行に基づいて前記機関回転速度の増加量を算出した後に次の補助噴射を行うものであり、
    かつ前記補助噴射毎に噴射時期を直前の補助噴射の噴射時期よりも遅角し、複数回の前記補助噴射の噴射時期の遅角に対する前記機関回転速度の増加量の変化傾向に基づいて失火し始める噴射時期である失火噴射時期を推定し、この失火噴射時期の値そのものから燃料のセタン価を推定するものであり、
    当該ディーゼル機関の制御装置は、前記補助噴射制御を行う制御手段を備える
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  4. 請求項3に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記制御手段は、前記算出した回転速度の増加量の変化傾向において回転速度の急変するときの噴射時期を前記失火し始める噴射時期とする
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記制御手段は、前記基本噴射制御の実行条件が成立していないことに基づいて前記補助噴射制御を開始する
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記ディーゼル機関は車両に搭載される機関であり、前記制御手段は、車両の減速運転において燃料カットが行われていることに基づいて前記補助噴射制御を開始するものである
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記制御手段は、前回の補助噴射制御の実行後に燃料タンクへの燃料の補給が行われたか否かを判定し、この判定により燃料の補給が行われた旨の結果が得られたことを条件に次回の補助噴射制御を実行する
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記通常燃料噴射は、メイン噴射と該メイン噴射に先立ち行われるパイロット噴射とを含み、前記制御手段により推定されたセタン価が低いときほど、前記メイン噴射により噴射される燃料の着火時期を進角させるように前記メイン噴射及び前記パイロット噴射の少なくとも一方の噴射態様を補正する
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  9. 請求項8に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記推定されたセタン価が低いときほど、前記メイン噴射の噴射時期が進角するようにこれを補正する
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  10. 請求項8又は9に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記推定されたセタン価が低いときほど、前記メイン噴射の噴射圧力が高くなるようにこれを補正する
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  11. 請求項8〜10のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記推定されたセタン価が低いときほど、前記パイロット噴射の噴射量が大きくなるようにこれを補正する
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
  12. 請求項8〜11のいずれか一項に記載のディーゼル機関の制御装置において、
    前記推定されたセタン価が低いときほど、前記パイロット噴射と前記メイン噴射との間隔が大きくなるようにこれを補正する
    ことを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
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