JP5115439B2 - 車両の運転制御装置 - Google Patents

Description

本発明は車両の運転制御装置に関する。

内燃機関による車両の走行と電気モータによる車両の走行とが可能なハイブリッド車両において、内燃機関の排気通路内に配置された触媒の温度が活性化温度以下に低下しそうなときには触媒の温度を活性化温度以上に維持するために電気モータによる車両の走行、或いは電気モータと内燃機関による車両の走行を行うべきときであっても内燃機関のみによって車両の走行を行うようにした車両が公知である（特許文献１を参照）。一方、従来より吸着したアンモニアによって排気ガス中のＮＯ_Xを選択的に還元可能なＮＯ_X選択還元触媒が公知であり、触媒としてこのようなＮＯ_X選択還元触媒を用いた場合でも触媒の温度は活性化温度以上に維持する必要がある。
特開２００１−１１５８６９号公報

しかしながらこのＮＯ_X選択還元触媒を用いた場合には触媒の温度が活性化温度以上に維持されていたとしてもＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が少なくなると排気ガス中のＮＯ_Xを良好に還元できなくなり、斯くしてＮＯ_X浄化率が低下するという問題を生ずる。

上記問題を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に配置されたＮＯ_X選択還元触媒と、ＮＯ_X選択還元触媒にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段とを具備しており、ＮＯ_X選択還元触媒に吸着されたアンモニアによって排気ガス中のＮＯ_Xを還元するようにした車両において、ＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときには、ＮＯ _X 選択還元触媒へのアンモニアの供給を停止することなくＮＯ_X選択還元触媒に単位時間当り流入するＮＯ_X量を低下させるようにしている。

ＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したとしてもＮＯ_X選択還元触媒に単位時間当り流入するＮＯ_X量が低下せしめられるのでＮＯ_Xを良好に浄化することができる。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は酸化触媒１２の入口に連結される。酸化触媒１２の下流には酸化触媒１２に隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１３が配置され、このパティキュレートフィルタ１３の出口は排気管１４を介してＮＯ_X選択還元触媒１５の入口に連結される。このＮＯ_X選択還元触媒１５は例えばＦｅゼオライトからなる。

また、ＮＯ_X選択還元触媒１５にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段が設けられており、図１に示される実施例ではこのアンモニア供給手段はＮＯ_X選択還元触媒１５上流の機関排気通路内に尿素水を供給するための尿素水供給装置１６からなる。この尿素水供給装置１６は排気管１４内に配置された尿素水供給弁１７を具備しており、この尿素水供給弁１７から排気管１４内に尿素水が供給される。

尿素水供給弁１７から供給された尿素水からはアンモニアＮＨ₃が発生し（（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂）、このアンモニアＮＨ₃はＮＯ_X選択還元触媒１５に吸着される。排気ガス中に含まれるＮＯ_XはＮＯ_X選択還元触媒１５に吸着されているアンモニアによって還元され、それによって排気ガス中のＮＯ_Xが浄化される。
なお、図１に示されるようにＮＯ_X選択還元触媒１５にはＮＯ_X選択還元触媒１５の温度を検出するための温度センサ１８が配置されており、またＮＯ_X選択還元触媒１５の入口および出口には夫々排気ガス中のＮＯ_X 濃度を検出するためのＮＯ_Xセンサ１９，２０が配置されている。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２１内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。また、ＥＧＲ通路２１周りにはＥＧＲ通路２１内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２３が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２３内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２４を介してコモンレール２５に連結され、このコモンレール２５内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２６から燃料が供給される。コモンレール２５内に供給された燃料は各燃料供給管２４を介して燃料噴射弁３に供給される。

一方、機関本体１には、機関による車両駆動力とは別個に車両駆動力を発生可能でかつ機関により発電可能な電動装置３０が取付けられる。この電動装置３０は電気モータからなり、図１に示される実施例では機関の出力軸が電動クラッチ３１を介して電気モータ３０のモータ軸３２に連結される。このモータ軸３２は変速機３３を介して駆動輪に連結される。電気モータ３０はモータ軸３２上に取付けられかつ外周面に複数個の永久磁石を取付けたロータ３４と、回転磁界を形成する励磁コイルを巻設したステータ３５とを具備した交流同期電動機からなる。ステータ３５の励磁コイルはモータ駆動制御回路３６に接続され、このモータ駆動制御回路３６は、電動装置３０に車両駆動用電力を供給しかつ電動装置３０による発電電力により充電されるバッテリ３７に接続される。

電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。温度センサ１８、ＮＯ_Xセンサ１９，２０および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５には変速機３３の変速段を表わす信号が入力される。

一方、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、尿素水供給弁１７、ＥＧＲ制御弁２２、燃料ポンプ２６、変速機３３およびモータ駆動制御回路３６に接続される。

電気モータ３０による駆動力を発生させる必要がないときには電気モータ３０のステータ３５の励磁コイルへの電力の供給が停止せしめられ、このときロータ３４は機関と共に回転している。一方、電気モータ３０を駆動せしめるときにはバッテリ３７の発生する直流高電圧がモータ駆動制御回路３６において周波数がｆｍで電流値がＩｍの三相交流に変換され、この三相交流がステータ３５の励磁コイルに供給される。この周波数ｆｍは励磁コイルにより発生する回転磁界をロータ３４の回転に同期して回転させるのに必要な周波数であり、この周波数ｆｍはＣＰＵ４４で算出される。モータ駆動制御回路３６ではこの周波数ｆｍが三相交流の周波数とされる。

一方、電気モータ３０の出力トルクは三相交流の電流値Ｉｍにほぼ比例する。この電流値Ｉｍは電気モータ３０の要求出力トルクに基づきＣＰＵ４４において算出され、モータ駆動制御回路３６ではこの電流値Ｉｍが三相交流の電流値とされる。

また、外力により電気モータ３０を駆動する状態にすると電気モータ３０は発電機として作動し、このとき発生した電力がバッテリ３７に回生される。外力により電気モータ３０を駆動すべきか否かはＣＰＵ４４において判断され、外力により電気モータ３０を駆動すべきであると判別されたときにはモータ制御回路３６により電気モータ３０に発生した電力がバッテリ３７に回生されるように制御される。

図１に示される実施例では概略的に言うと車速が予め定められた速度以下のときには車両は電気モータ３０によって駆動される。このときには機関は停止されており、クラッチ３１はオフにされている。これに対し、車速が予め定められた速度以上のときにはクラッチ３１はオンとされ、車両は機関のみによって、或いは機関と電気モータ３０の双方によって駆動される。

さて、排気ガス中のＮＯ_Xを良好に還元するためには常時十分な量のアンモニアＮＨ₃をＮＯ_X選択還元触媒１５に吸着させておく必要がある。しかしながら排気ガス温や排気ガス量が変化するとそれに伴なってＮＯ_X選択還元触媒１５に吸着されるアンモニア量が大きく変化するので実際にはどのようなタイミングで尿素水を供給したとしても十分な量のアンモニアを常時ＮＯ_X選択還元触媒１５に吸着させておくのは困難である。従って実際にはＮＯ_X選択還元触媒１５への吸着アンモニア量がかなり低下することもあり、この場合機関から多量のＮＯ_Xが排出されるとＮＯ_Xを良好に還元しえなくなるという問題を生ずる。

この場合、機関から最も多くのＮＯ_Xが排出されたときでもＮＯ_Xを十分に還元することのできるアンモニア吸着量の最小値を許容限界量と称すると、アンモニア吸着量が許容限界量よりも少なくなった場合には機関から排出されるＮＯ_X量によっては機関から排出される全ＮＯ_Xを良好に還元できない場合が生ずる。このようにアンモニア吸着量が許容限界量よりも少なくなった場合でも機関から排出されるＮＯ_Xを良好に還元するには機関からのＮＯ_Xの排出量を低下させればよいことになる。

そこで本発明では、ＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときにはＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り流入するＮＯ_X量を低下させるようにしている。このようにＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り流入するＮＯ_X量を低下させるとアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したとしてもＮＯ_X選択還元触媒１５に流入する全てのＮＯ_Xを良好に還元することができる。

なお、機関から単位時間当り排出されるＮＯ_X量は機関の出力が増大するほど多くなり、従って機関の出力を低下させれば機関から単位時間当り排出されるＮＯ_X量を低下させることができる。従って本発明による実施例では、ＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときには機関の出力を要求出力よりも低下させることによってＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り流入するＮＯ_X量を低下させるようにしている。

一方、このように機関の出力を要求出力よりも低下させると車両の運転性が悪化する。そこで本発明による実施例では、ＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下することにより機関の出力が要求出力よりも低下せしめられたときには機関出力の低下分を電動装置、即ち電気モータ３０による車両駆動力によって補填するようにしている。

次にこのことについて図２および図３を参照しつつ説明する。図２には尿素水の供給作用と、ＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＱの変化と、機関による駆動トルクＴｅの変化と、電気モータ３０による駆動トルクＴｍの変化とが示されている。また、図３には車両が機関によって駆動されているときの機関の要求トルクＴｒと、機関回転数Ｎと、アクセルペダル５０の踏込み量（０％，２５％，５０％，７５％，１００％はアクセルペダル５０の等踏込み量曲線を示す）との関係が示されている。

図２は車両が機関によって駆動されている場合を示しており、このとき図２に示される例では尿素水が尿素水供給弁１７から間欠的に供給されている。次いで例えば機関運転中に機関から多量のＮＯ_Xが排出されると図２に示されるようにアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＸまで低下する。このときこの実施例では図２に示されるように機関の駆動トルクＴｅはΔＴｅだけ減少せしめられ、一方電気モータ３０が駆動せしめられて電気モータ３０の駆動トルクＴｍがΔＴｅだけ増大せしめられる。

このことを図３上で表わすと図に示す如くなる。即ち、図３において黒丸は機関の駆動トルクＴｅが減少せしめられる前の要求トルクＴｒを表しており、機関の駆動トルクＴｅがΔＴｅだけ減少せしめられたときには電気モータ３０の駆動トルクＴｍがΔＴｅだけ増大せしめられる。即ち、機関の駆動トルクＴｅと電気モータ３０の駆動トルクＴｍとの和は黒丸で示される要求トルクＴｒとなる。

図４に、この実施例を実行するためのアンモニア吸着量の算出ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図４を参照するとまず初めにステップ６０においてＮＯ_Xセンサ１９，２０の出力信号からＮＯ_X選択還元触媒１５の入口および出口における排気ガス中のＮＯ_X濃度が検出される。次いでステップ６１では排気ガス量を代表する吸入空気量Ｇａが算出される。次いでステップ６２ではＮＯ_Xセンサ１９，２０の出力信号および吸入空気量ＧａからＮＯ_X選択還元触媒１５でのアンモニア消費量Ｑｎが算出される。

即ち、ＮＯ_X選択還元触媒１５の入口と出口におけるＮＯ_X濃度の差に排気ガス量、即ち吸入空気量Ｇａを乗算すると単位時間当りＮＯ_X選択還元触媒１５において還元されたＮＯ_X量が算出でき、ＮＯ_X選択還元触媒１５において単位時間当り還元されたＮＯ_X量が算出できるとＮＯ_X選択還元触媒１５においてＮＯ_Xを還元するために単位時間当り消費されたアンモニア量Ｑｎを算出することができる。従ってＮＯ_Xセンサ１９，２０の出力信号および吸入空気量Ｇａからアンモニア消費量Ｑｎを算出できることになる。

次いでステップ６３では尿素水供給弁１７から供給される尿素水の量からＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り供給されるアンモニア供給量Ｑｓが算出される。次いでステップ６４ではΣＱにアンモニア供給量Ｑｓを加算しかつΣＱからアンモニア消費量Ｑｎを減算することによってＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＱが算出される。次いでステップ６５ではアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＸよりも低下したか否かが判別される。ΣＱ≧ＱＸのときにはステップ６７に進んでＮＯ_X処理限界フラグがリセットされ、ΣＱ＜ＱＸになるとステップ６６に進んでＮＯ_X処理限界フラグがセットされる。

図５に車両の駆動制御ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図５を参照すると、まず初めにステップ７０において図３に示される関係に基づいて機関回転数Ｎとアクセルペダル５０の踏込み量から機関の要求トルクＴｒが算出される。次いでステップ７１ではＮＯ_X処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_X処理限界フラグがセットされていないときにはステップ７２に進んで機関の駆動トルクＴｅが要求トルクＴｒとされ、次いでステップ７３において要求トルクＴｒを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁３から噴射される。次いでステップ８４では電気モータ３０の駆動トルクＴｍが零とされる。

一方、ステップ７１においてＮＯ_X処理限界フラグがセットされていると判別されたときにはステップ７５に進んで機関の駆動トルクＴｅが予め定められた低いトルクＴｄとされ、次いでステップ７６ではトルクＴｄを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁３から噴射される。次いでステップ７７では機関の要求トルクＴｒと機関の出力トルクＴｅとの差（Ｔｒ−Ｔｅ）が電気モータ３０の駆動トルクＴｍとされ、ステップ７８では電気モータ３０がこのトルクＴｍを発生するように駆動される。

図６および図７に変形例を示す。なお、これら図６および図７は夫々図２および図３と同様な図を示している。
図６および図７に示される実施例ではＮＯ_X選択還元触媒１３へのアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＸまで低下したときには機関が停止され、電動装置、即ち電気モータ３０によって車両が駆動される。このとき電気モータ３０の駆動トルクＴｍは要求トルクＴｒとされる。

ところでこの実施例では機関が停止されて電気モータ３０による車両の駆動が開始されるとバッテリ３７の充電量が十分である限り、電気モータ３０による車両の駆動が継続され、バッテリ３７の充電量が低下してくると電気モータ３０による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられる。このときアンモニア吸着量ΣＱは少ない状態に維持されている少くとも尿素水の供給が開始されるまでは機関から単位時間当り排出されるＮＯ_X量を低下させることが好ましい。

そこで本発明による実施例では、電動装置３０によって車両が駆動されているときにバッテリ３７の充電量が予め定められた下限値まで低下して電動装置３０による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられたときには機関から排出されるＮＯ_X量が低下するように機関の運転制御パラメータを制御するようにしている。このときＮＯ_X量を低下させることのできる運転制御パラメータは数多く存在するが、一例としてＥＧＲ制御弁２２の開度を制御するようにした場合について図８を参照しつつ説明する。

排気ガス中に含まれるＮＯ_X量が一定であればＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り流入するＮＯ_X量は排気ガス量、即ち吸入空気量Ｇａが増大するほど多くなる。従ってＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り流入するＮＯ_X量を吸入空気量Ｇａにかかわらずに許容量以下に抑えるには図８（Ａ）に示されるように機関から排出されるＮＯ_X量を吸入空気量Ｇａの増大に伴ない減少させる必要がある。

一方、ＥＧＲ率を高くするとＮＯ_Xの生成量が減少し、従ってＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り流入するＮＯ_X量を吸入空気量Ｇａにかかわらずに許容量以下に抑えるには図８（Ｂ）の示されるように吸入空気量Ｇａの増大に伴ないＥＧＲ率を高くする必要がある。本発明による実施例では図８（Ｂ）に示されるＥＧＲ率を得るのに必要なＥＧＲ制御弁２２の開度Ｅθが機関回転数Ｎおよび要求トルクＴＱの関数として図８（Ｃ）に示されるアップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。

図９（Ａ）はバッテリ３７の発生する電圧Ｖと充電量ＳＯＣとの関係を示しており、図９（Ｂ）は一定時間毎に実行される充電量ＳＯＣの算出ルーチンを示している。図９（Ｂ）に示される例ではＳＯＣに充電電流Ｉを加算することによって充電量ＳＯＣが算出される。バッテリ３７から電流が放電される場合にはこのＩはマイナスとなる。図９（Ａ）においてＳＸは充電量ＳＯＣの下限値を示しており、この実施例では充電量ＳＯＣが下限値ＳＸよりも低下すると電気モータ３０による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられる。

図１０に、図６から図９を参照しつつ説明した実施例を実行するための車両の駆動制御ルーチンを示す。なお、このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。また、この実施例においても図４に示されるルーチンを用いてアンモニア吸着量が算出される。

図１０を参照すると、まず初めにステップ８０において図７に示される関係に基づいて機関回転数Ｎとアクセルペダル５０の踏込み量から機関の要求トルクＴｒが算出される。次いでステップ８１ではＮＯ_X処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_X処理限界フラグがセットされていないときにはステップ８２に進んで機関の駆動トルクＴｅが要求トルクＴｒとされ、次いでステップ８３において要求トルクＴｒを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁３から噴射される。次いでステップ８４では電気モータ３０の駆動トルクＴｍが零とされる。

一方、ステップ８１においてＮＯ_X処理限界フラグがセットされていると判別されたときにはステップ８５に進んでバッテリ３７の充電量ＳＯＣが下限値ＳＸよりも大きいか否かが判別される。ＳＯＣ＞ＳＸのときにはステップ８６に進んで機関が停止される。次いでステップ８７では要求トルクＴｒが電気モータ３０の駆動トルクＴｍとされ、電気モータ３０が要求トルクＴｒを発生するように駆動される。

これに対し、ステップ８５においてＳＯＣ≦ＳＸになったと判断されたときにはステップ８９に進んで機関の駆動トルクＴｅが要求トルクＴｒとされ、次いでステップ９０では要求トルクＴｒを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁３から噴射される。次いでステップ９１では電気モータ３０の駆動が停止される。次いでステップ９２では図８（Ｃ）に示すマップからＥＧＲ制御弁２２の目標開度Ｅθが算出されＥＧＲ制御弁２２の開度がこの目標開度Ｅθとされる。

ところで、ＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＸまで低下したときには尿素水供給弁１７から尿素水を供給してアンモニア吸着量ΣＱを増大させることが好ましい。しかしながらこの場合、排気ガスの流速が速いときに尿素水を供給すると尿素水および尿素水から生成されたアンモニアがＮＯ_X選択還元触媒１５をすり抜けてしまい、斯くしてアンモニア吸着量Ｑを適切に増大させることができない。

この場合、アンモニア吸着量Ｑを適切に増大させるためには、供給されたアンモニアがＮＯ_X選択還元触媒１５をすり抜けないように排気ガスの流速が遅いときにアンモニアを供給する必要がある。そこで本発明による別の実施例では、ＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＸまで低下することにより機関の出力が要求出力よりも低下せしめられたときには機関出力の低下中又は機関出力の低下後にＮＯ_X選択還元触媒１５にアンモニアを供給するようにしている。図２には機関出力の低下後にアンモニアを供給するようにした場合の一例が示されている。

一方、機関出力の低下中にアンモニアを供給するようにした場合の一例が図１１に示されている。なお、この図１１は図２或いは図６と同様な図を示している。図１１に示されるようにこの例では、ＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＸまで低下したときには機関が停止されると共に機関が停止するまでの機関出力の低下時に尿素水を供給することによってＮＯ_X選択還元触媒１５にアンモニアが供給され、機関が停止されたときには電動装置、即ち電気モータ３０によって車両が駆動される。

具体的に言うと、機関を停止するために燃料噴射弁３からの燃料噴射停止命令が発せられた後、吸入空気量Ｇａが予め定められた量ＧＸ以下になったときに尿素水の供給が開始され、吸入空気量Ｇａが零になったとき、又は零になるまでに尿素水の供給が停止される。このように尿素水を供給することによって供給された全アンモニアをＮＯ_X選択還元触媒１５に吸着させることができる。

図１２に、図１１に示す例を実行するためのアンモニア吸着量の算出ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図１２を参照するとまず初めにステップ１００においてＮＯ_Xセンサ１９，２０の出力信号からＮＯ_X選択還元触媒１５の入口および出口における排気ガス中のＮＯ_X濃度が検出される。次いでステップ１０１では排気ガス量を代表する吸入空気量Ｇａが算出される。次いでステップ１０２ではＮＯ_Xセンサ１９，２０の出力信号および吸入空気量ＧａからＮＯ_X選択還元触媒１５でのアンモニア消費量Ｑｎが算出される。

次いでステップ１０３では尿素水供給弁１７から供給される尿素水の量からＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り供給されるアンモニア供給量Ｑｓが算出される。次いでステップ１０４ではΣＱにアンモニア供給量Ｑｓを加算しかつΣＱからアンモニア消費量Ｑｎを減算することによってＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＱが算出される。次いでステップ１０５ではアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＸよりも低下したか否かが判別される。ΣＱ≧ＱＸのときには処理サイクルを完了し、ΣＱ＜ＱＸになるとステップ１０６に進んでＮＯ_X処理限界フラグがセットされる。

図１３に車両の駆動制御ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図１３を参照すると、まず初めにステップ１１０において図７に示される関係に基づいて機関回転数Ｎとアクセルペダル５０の踏込み量から機関の要求トルクＴｒが算出される。次いでステップ１１１ではＮＯ_X処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_X処理限界フラグがセットされていないときにはステップ１１２に進んで機関の駆動トルクＴｅが要求トルクＴｒとされ、次いでステップ１１３において要求トルクＴｒを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁３から噴射される。次いでステップ１１４では電気モータ３０の駆動トルクＴｍが零とされる。

一方、ステップ１１１においてＮＯ_X処理限界フラグがセットされていると判別されたときにはステップ１１５に進んで機関の駆動トルクＴｅが零とされ、次いでステップ１１６に進んで燃料噴射弁３からの燃料噴射の停止命令、即ち機関の停止命令が出される。次いでステップ１１７では電気モータ３０の駆動トルクＴｍが要求トルクＴｒとされ、次いでステップ１１８では機関の駆動トルクＴｅの低下に伴い電気モータ３０の駆動トルクＴｍが要求トルクＴｒまで上昇せしめられる。

次いでステップ１１９では吸入空気量Ｇａが零であるか否か、即ち機関が完全に停止したか否かが判別される。吸入空気量Ｇが零でないときにはステップ１２０に進んで吸入空気量Ｇａが予め定められた量ＧＸよりも低下したか否かが判別される。Ｇａ＜ＧＸになるとステップ１２１に進んで供給すべき尿素水の量が算出され、次いでステップ１２２において尿素水が供給される。なおＮＯ_X選択還元触媒１５が吸着しうるアンモニア量はＮＯ_X選択還元触媒１５の温度が高くなるほど減少する。従ってこのとき供給される尿素水の量は温度センサ１８により検出されたＮＯ_X選択還元触媒１５の温度を考慮に入れて決定される。

一方、ステップ１１９において吸入空気量Ｇａが零であると判別されたときには、即ち機関が完全に停止したときにはステップ１２３に進む。このとき依然として尿素水の供給作用が行われているときには尿素水の供給作用が停止される。ステップ１２３では吸入空気量Ｇａが零になった後、予め定められているΔｔ時間が経過したか否かが判別され、Δｔ時間経過したときにはステップ１２４に進んでＮＯ_X処理限界フラグがリセットされる。ＮＯ_X処理限界フラグがリセットされると電気モータ３０による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられる。

図１４に更に別の実施例を示す。この実施例では、図１１から図１３に示される実施例において機関の停止命令の発生時に供給される尿素水を加熱するために、ＮＯ_X選択還元触媒１５上流の機関排気通路内にバッテリ３７からの供給電力により発熱せしめられるヒータ５３が配置されている。このヒータ５３上には例えば白金ＰｔやパラジウムＰｄからなる加水分解触媒が担持されている。

この実施例ではＮＯ_X処理限界フラグがセットされたとき、即ち機関の停止命令が出されるときにバッテリ３７の充電量ＳＯＣが十分であればヒータ５３が加熱される。ヒータ５３が加熱されると供給された尿素水はヒータ５３により加熱されてアンモニアガスにされ、それによりアンモニアがＮＯ_X選択還元触媒１５の全体に吸着される。

図１５にヒータの制御ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図１５を参照すると、まず初めにステップ２００においてＮＯ_X処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_X処理限界フラグがセットされていないときにはステップ２０４に進んでヒータ５３がオフとされる。これに対し、ＮＯ_X処理限界フラグがセットされているときにはステップ２０１に進んでバッテリ３７の充電量ＳＯＣが下限値ＳＸよりも大きいか否かが判別される。ＳＯＣ≦ＳＸのときにはステップ２０４に進み、ＳＯＣ＞ＳＸのときにはステップ２０２に進む。

ステップ２０２では吸入空気量Ｇａが正であるか否か、即ち機関が完全に停止していないか否かが判別される。Ｇａ＞０のときにはステップ２０３に進んでヒータ５３がオンとされる。即ち、ヒータ５３がオンとされるのは、ＮＯ_X処理限界フラグがセットされ、即ち機関の停止命令が出され、充電量ＳＯＣが下限値ＳＸ以上でかつ機関が完全に停止していないときである。機関が完全に停止するとステップ２０２からステップ２０４に進んでヒータ５３がオフとされる。

図１６に更に別の実施例を示す。この実施例ではＮＯ_X選択還元触媒１５の上流にパティキュレートフィルタ１３（図１および図１４）に代えてＮＯ_X吸蔵触媒５４が配置されている。このＮＯ_X吸蔵触媒５４の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図１７はこの触媒担体５５の表面部分の断面を図解的に示している。図１７に示されるように触媒担体５５の表面上には貴金属触媒５６が分散して担持されており、更に触媒担体５５の表面上にはＮＯ_X吸収剤５７の層が形成されている。

図１６に示される実施例では貴金属触媒５６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_X吸収剤５７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。

機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯ_X吸蔵触媒５４上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯ_X吸収剤５７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Xを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_Xの吸放出作用を行う。

即ち、ＮＯ_X吸収剤５７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図１７に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_X吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ₃と結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯ_X吸収剤５７内に拡散する。このようにしてＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤５７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ５６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_X吸収剤５７のＮＯ_X吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_X吸収剤５７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、ＮＯ_X吸蔵触媒５４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くしてＮＯ_X吸収剤５７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_X吸収剤５７から放出される。次いで放出されたＮＯ_Xは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。このとき放出された一部のＮＯ₂は未燃ＨＣと反応してアンモニアＮＨ₃を生成する。

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤５７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯ_X吸収剤５７のＮＯ_X吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_X吸収剤５７によりＮＯ_Xを吸収できなくなってしまう。そこでこの実施例ではＮＯ_X吸収剤５７の吸収能力が飽和する前にＮＯ_X吸蔵触媒５４に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_X吸収剤５７からＮＯ_Xを放出させるようにしている。このとき上述したようにアンモニアが生成され、生成されたアンモニアはＮＯ_X選択還元触媒１５に吸着される。

従ってこの実施例では、ＮＯ_X選択還元触媒１５にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段がＮＯ_X吸蔵触媒５４と、ＮＯ_X吸蔵触媒５４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする空燃比制御手段とにより構成される。

この実施例では排気ガス中のＮＯ_Xは主にＮＯ_X吸蔵触媒５４で浄化され、ＮＯ_X吸蔵触媒５４で浄化しきれなかったＮＯ_XがＮＯ_X選択還元触媒１５において浄化される。この場合でもＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量が少くなるとＮＯ_X選択還元触媒１５に流入するＮＯ_Xを十分に還元できなくなる。従ってこの実施例でもＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量が許容限界量ＱＹまで低下したときにはＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り流入するＮＯ_X量を低下させるようにしている。

図１８はＮＯ_X吸蔵触媒５４に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆと、ＮＯ_X吸蔵触媒５４に吸蔵されている吸蔵ＮＯ_X量Ｍｉと、ＮＯ_X吸蔵触媒５４において生成されるアンモニア量Ｑｔとの関係を示している。ここで吸蔵ＮＯ_X量ＭｉはＭ₃＞Ｍ₂＞Ｍ₁の関係がある。従ってＮＯ_X吸蔵触媒５４に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされたときに生成されるアンモニア量Ｑｔはリッチの度合が高くなるほど多くなり、吸蔵ＮＯ_X量Ｍｉが多いほど多くなることがわかる。

吸蔵ＮＯ_X量Ｍｉは、機関から単位時間当り排出されるＮＯ_X量を積算することによって算出することができる。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出されるＮＯ_X量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１９に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。

この実施例でもアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＹまで低下したときには、生成されたアンモニアがＮＯ_X選択還元触媒１５をすり抜けないように機関の出力が低下したときにＮＯ_X吸蔵触媒５４に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。具体的には機関を停止すべく機関の出力が低下せしめられるときに燃焼室２内における空燃比をリッチにすることによりＮＯ_X吸蔵触媒１４に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。

図２０にＮＯ_Xの放出を制御するためのルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図２０を参照すると、まず初めにステップ３００において図１９に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯ_X量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ３０１ではこの排出ＮＯ_X量ＮＯＸＡをＭｉに加算することによって吸蔵ＮＯ_X量Ｍｉが算出される。次いでステップ３０２では吸蔵ＮＯ_X量Ｍｉが予め定められた許容量ＭＸを越えたか否かが判別される。Ｍｉ＞ＭＸになったときにはステップ３０３に進む。

ステップ３０３では例えば膨張行程の初期に燃料噴射弁３から燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって燃焼室２内における空燃比がリッチにされる。次いでステップ３０４ではリッチの度合および吸蔵ＮＯ_X量Ｍｉから図１８に基づいて単位時間当りのアンモニア生成量Ｑｔが算出され、このアンモニア生成量Ｑｔにリッチ時間Δｔｓを乗算することによってアンモニア生成量Ｑｄが算出される。次いでステップ３０５において吸蔵ＮＯ_X量Ｍｉがクリアされる。

図２１にアンモニア吸着量の算出ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図２１を参照するとまず初めにステップ３１０においてＮＯ_Xセンサ１９，２０の出力信号からＮＯ_X選択還元触媒１５の入口および出口における排気ガス中のＮＯ_X濃度が検出される。次いでステップ３１１では排気ガス量を代表する吸入空気量Ｇａが算出される。次いでステップ３１２ではＮＯ_Xセンサ１９，２０の出力信号および吸入空気量ＧａからＮＯ_X選択還元触媒１５でのアンモニア消費量Ｑｎが算出される。

次いでステップ３１３では算出されているアンモニア生成量Ｑｄが取込まれる。次いでステップ３１４ではΣＱにアンモニア生成量Ｑｄを加算しかつΣＱからアンモニア消費量Ｑｎを減算することによってＮＯ_X選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＱが算出される。次いでステップ３１５ではアンモニア吸着量ΣＱが許容限界量ＱＹよりも低下したか否かが判別される。ΣＱ≧ＱＹのときには処理サイクルを完了し、ΣＱ＜ＱＹになるとステップ３１６に進んでＮＯ_X処理限界フラグがセットされる。

図２２に車両の駆動制御ルーチンを示す。このルーチンはステップ３３１および３３２を除いて図１３に示す駆動制御ルーチンと全く同じである。
即ち、図２２を参照すると、まず初めにステップ３２０において図７に示される関係に基づいて機関回転数Ｎとアクセルペダル５０の踏込み量から機関の要求トルクＴｒが算出される。次いでステップ３２１ではＮＯ_X処理限界フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_X処理限界フラグがセットされていないときにはステップ３２２に進んで機関の駆動トルクＴｅが要求トルクＴｒとされ、次いでステップ３２３において要求トルクＴｒを発生するのに必要な量の燃料が燃料噴射弁３から噴射される。次いでステップ３２４では電気モータ３０の駆動トルクＴｍが零とされる。

一方、ステップ３２１においてＮＯ_X処理限界フラグがセットされていると判別されたときにはステップ３２５に進んで機関の駆動トルクＴｅが零とされ、次いでステップ３２６に進んで燃料噴射弁３からの燃料噴射の停止命令、即ち機関の停止命令が出される。次いでステップ３２７では電気モータ３０の駆動トルクＴｍが要求トルクＴｒとされ、次いでステップ３２８では機関の駆動トルクＴｅの低下に伴い電気モータ３０の駆動トルクＴｍが要求トルクＴｒまで上昇せしめられる。

次いでステップ３２９では吸入空気量Ｇａが零であるか否か、即ち機関が完全に停止したか否かが判別される。吸入空気量Ｇが零でないときにはステップ３３０に進んで吸入空気量Ｇａが予め定められた量ＧＸよりも低下したか否かが判別される。Ｇａ＜ＧＸになるとステップ３３１に進んで例えば膨張行程の初期に燃料噴射弁３から燃焼室２内に追加の燃料を供給することによって燃焼室２内における空燃比がリッチにされる。

次いでステップ３３２ではリッチの度合および吸蔵ＮＯ_X量Ｍｉから図１８に基づいて単位時間当りのアンモニア生成量Ｑｔが算出され、このアンモニア生成量Ｑｔにリッチ時間Δｔｓを乗算することによってアンモニア生成量Ｑｄが算出される。一方、ステップ３２９において吸入空気量Ｇａが零であると判別されたときには、即ち機関が完全に停止したときにはステップ３３３に進む。このとき依然として尿素水の供給作用が行われているときには尿素水の供給作用が停止される。

ステップ３３３では吸入空気量Ｇａが零になった後、予め定められているΔｔ時間が経過したか否かが判別され、Δｔ時間経過したときにはステップ３３４に進んでＮＯ_X処理限界フラグがリセットされる。ＮＯ_X処理限界フラグがリセットされると電気モータ３０による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられる。

次に図２３を参照しつつ電動装置に別の実施例について説明する。
図２３を参照するとこの実施例では電動装置が、電気モータおよび発電機として作動する一対のモータジェネレータ４００，４０１と遊星歯車機構４０２とにより構成される。この遊星歯車機構４０２はサンギア４０３と、リングギア４０４と、サンギア４０３とリングギア４０４間に配置されたプラネタリギア４０５と、プラネタリギア４０５を担持するプラネタリキャリア４０６とを具備する。サンギア４０３はモータジェネレータ４０１の回転軸４０７に連結され、プラネタリキャリア４０６は内燃機関１の出力軸４１１に連結される。また、リングギア４０４は一方ではモータジェネレータ４００の回転軸４０８に連結され、他方では駆動輪に連結された出力軸４１０にベルト４０９を介して連結される。従ってリングギア４０４が回転するとそれに伴なって出力軸４１０が回転せしめられることがわかる。

この電動装置の詳細な作動については説明を省略するが概略的に言うと、モータジェネレータ４００は主に電動モータとして作動し、モータジェネレータ４０１は主に発電機として作動し、内燃機関１の運転を停止してモータジェネレータ４００による車両の駆動が可能である。

例えば内燃機関１の運転を停止し、モータジェネレータ４００のみによって車両を駆動する場合にはプラネタリキャリア４０６の回転が停止される。このときモータジェネレータ４００が回転せしめられるとリングギア４０４が回転せしめられ、リングギア４０４の回転力はベルト４０９を介して出力軸４１０に伝達され、それによって車両が駆動せしめられる。一方、このときプラネタリキャリア４０６は回転しないのでリングギア４０４が回転するとサンギア４０３が回転せしめられ、このときモータジェネレータ４０１は空転する。

一方、内燃機関１による駆動力およびモータジェネレータ４００の駆動力によって車両を駆動する場合にはリングギア４０４の回転力にプラネタリキャリア４０６の回転力が重疊される。一方、このときモータジェネレータ４０１は発電作用をなす。なお、このとき実際には出力軸４１０に要求トルクが加わるように内燃機関１の出力が制御され、モータジェネレータ４０１により発電された電力によってモータジェネレータ４００が駆動されるよう制御されるがこのときの制御のやり方についての説明はここでは省略する。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 機関駆動トルクＴｅとモータ駆動トルクＴｍの変化を示す図である。 機関駆動トルクＴｅとモータ駆動トルクＴｍを示す図である。 アンモニア吸着量を算出するためのフローチャートである。 車両の駆動を制御するためのフローチャートである。 機関駆動トルクＴｅとモータ駆動トルクＴｍの変化を示す図である。 機関駆動トルクＴｅとモータ駆動トルクＴｍを示す図である。 ＥＧＲ制御弁の開度θＥのマップ等を示す図である。 バッテリの充電量ＳＯＣを説明するための図である。 車両の駆動を制御するためのフローチャートである。 機関駆動トルクＴｅとモータ駆動トルクＴｍの変化を示す図である。 アンモニア吸着量を算出するためのフローチャートである。 車両の駆動を制御するためのフローチャートである。 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。 ヒータを制御するためのフローチャートである。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。 ＮＯ_Xの吸放出作用を説明するための図である。 アンモニア生成量Ｑｔを示す図である。 機関から排出されるＮＯ_X量ＮＯＸＡのマップを示す図である。 ＮＯ_X放出制御を行うためのフローチャートである。 アンモニア吸着量を算出するためのフローチャートである。 車両の駆動を制御するためのフローチャートである。 電動装置の別の実施例を示す図である。

符号の説明

４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１２ 酸化触媒
１３ パティキュレートフィルタ
１５ ＮＯ_X選択還元触媒
１７ 尿素水供給弁
３０ 電動装置

Claims (10)

1. 機関排気通路内に配置されたＮＯ_X選択還元触媒と、該ＮＯ_X選択還元触媒にアンモニアを供給するためのアンモニア供給手段とを具備しており、該ＮＯ_X選択還元触媒に吸着されたアンモニアによって排気ガス中のＮＯ_Xを還元するようにした車両において、上記ＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときには、該ＮＯ _X 選択還元触媒へのアンモニアの供給を停止することなく該ＮＯ_X選択還元触媒に単位時間当り流入するＮＯ_X量を低下させるようにした車両の運転制御装置。
2. 上記ＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときには機関の出力を要求出力よりも低下させることによって該ＮＯ_X選択還元触媒に単位時間当り流入するＮＯ_X量を低下させるようにした請求項１に記載の車両の運転制御装置。
3. 機関による車両駆動力とは別個に車両駆動力を発生可能でかつ機関により発電可能な電動装置と、電動装置に車両駆動用電力を供給しかつ電動装置による発電電力により充電されるバッテリとを具備しており、上記ＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下することにより機関の出力が要求出力よりも低下せしめられたときには機関出力の低下分を電動装置による車両駆動力によって補填するようにした請求項２に記載の車両の運転制御装置。
4. 上記ＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときには機関が停止され、電動装置によって車両が駆動される請求項３に記載の車両の運転制御装置。
5. 電動装置によって車両が駆動されているときにバッテリの充電量が予め定められた下限値まで低下して電動装置による車両の駆動から機関による車両の駆動に切換えられたときには機関から排出されるＮＯ_X量が低下するように機関の運転制御パラメータが制御される請求項４に記載の車両の運転制御装置。
6. 上記ＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下することにより機関の出力が要求出力よりも低下せしめられたときには機関出力の低下中又は機関出力の低下後に上記アンモニア供給手段からＮＯ_X選択還元触媒にアンモニアを供給するようにした請求項３に記載の車両の運転制御装置。
7. 上記ＮＯ_X選択還元触媒へのアンモニア吸着量が許容限界量まで低下したときには機関の停止命令が出てから機関が停止するまでの機関出力の低下時に上記アンモニア供給手段からＮＯ_X選択還元触媒にアンモニアが供給され、機関が停止されたときには電動装置によって車両が駆動される請求項６に記載の車両の運転制御装置。
8. 上記アンモニア供給手段がＮＯ_X選択還元触媒上流の機関排気通路内に尿素水を供給するための尿素水供給装置からなる請求項６に記載の車両の運転制御装置。
9. ＮＯ_X選択還元触媒上流の機関排気通路内に上記バッテリからの供給電力により発熱せしめられるヒータを配置して上記尿素水供給装置から供給された尿素水を該ヒータにより加熱するようにした請求項８に記載の車両の運転制御装置。
10. 上記ＮＯ_X選択還元触媒上流の機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵触媒が配置されており、該ＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると該ＮＯ_X吸蔵触媒から放出されたＮＯ_Xによりアンモニアが生成され、上記アンモニア供給手段が該ＮＯ_X吸蔵触媒と、該ＮＯ_X吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする空燃比制御手段とにより構成される請求項６に記載の車両の運転制御装置。

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