JP5423817B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ウェイストゲートバルブを備えるターボ過給機付き内燃機関を制御するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
従来、例えば特許文献1には、排気過熱防止のための空燃比制御を行う内燃機関の制御装置が開示されている。具体的には、この従来の制御装置では、内燃機関の運転状態に応じた燃料供給量または吸気圧力に基づいて排気温度を推定している。そして、内燃機関の負荷が所定値を越えて増大した時に、推定排気温度が所定温度に達した後に燃料の増量補正を行うようにしている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。
日本特開平7−180591号公報 日本特開2010−133259号公報 日本特開2003−65111号公報
ところで、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを有するターボ過給機付き内燃機関では、ウェイストゲートバルブが開状態であるか閉状態であるかに応じて、排気ガスの通過経路が異なるものとなる。その結果、ウェイストゲートバルブの開閉状態に応じて、タービンの下流側に存在する触媒などの排気系部品に排気ガスが到達するまでに要する時間が変化する。
また、タービンを通過する際に、排気ガスの熱エネルギーがタービンによって奪われる。このため、タービンを通過する排気ガスと、排気バイパス通路を通過する排気ガスとの間には、タービンの下流側に存在する上記排気系部品に到達した際の熱量に差が生ずることとなる。
上記のターボ過給機付き内燃機関に対して上述した従来技術を適用した場合、ウェイストゲートバルブの開度変化(閉状態と開状態とを択一的に切り替える場合も含む)が上記排気系部品の温度に与える影響が考慮されないことになる。このため、上記従来技術において算出される推定排気温度を用いる手法では、上記排気系部品の実際の温度状態を正確に把握できない場合が生ずる。その結果、燃料増量が適切なタイミングで行われない場合が生じる。このため、燃料増量を行うタイミングが遅れた場合であれば、上記排気系部品が過熱状態になってしまうことが考えられる。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ウェイストゲートバルブを有するターボ過給機付き内燃機関において、ウェイストゲートバルブの開度にかかわらず、タービンの下流側に存在する排気系部品が過熱するのを良好に抑制し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、内燃機関の制御装置であって、
排気エネルギーにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンよりも下流側の部位において前記排気通路と合流する排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路の開閉を担うウェイストゲートバルブと、
前記ウェイストゲートバルブの開度を取得するWGV開度取得手段と、
前記下流側の部位よりも更に下流側に存在する排気系部品と、
前記排気系部品が過熱状態にあるか否かを、前記ウェイストゲートバルブの開度を除く前記内燃機関の運転状態を示すパラメータもしくは当該パラメータに基づく推定値に基づいて判断する過熱判断手段と、
前記過熱判断手段の判定が成立する場合に、前記排気系部品の過熱を抑制する過熱抑制制御を実行する過熱抑制制御実行手段と、
前記ウェイストゲートバルブの開度に応じて、前記過熱抑制制御の実施に関係する制御量または基準値を変更する過熱抑制制御変更手段と、
を備え
前記過熱抑制制御変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度に応じて、前記過熱抑制制御の実行時期を変更する過熱抑制制御時期変更手段であることを特徴とする。
また、第の発明は、第の発明において、
前記過熱抑制制御は、前記内燃機関に供給する燃料の噴射量を増量する燃料増量制御であることを特徴とする。
また、第の発明は、第または第の発明において、
前記過熱抑制制御時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記過熱抑制制御の開始時期を早める開始時期変更手段を含むことを特徴とする。
また、第の発明は、第乃至第の発明の何れかにおいて、
前記過熱抑制制御は、前記内燃機関に供給する燃料の噴射量を増量する燃料増量制御であり、
前記過熱抑制制御時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記燃料増量制御の終了時期を早める終了時期変更手段を含むことを特徴とする。
また、第の発明は、第乃至第の発明の何れかにおいて、
前記過熱判断手段は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を含み、
前記過熱判断手段は、前記排気系部品の前記推定温度が過熱判定値よりも高い場合に、前記排気系部品が過熱状態にあると判断する手段であって、
前記過熱抑制制御時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度に応じて、前記排気系温度推定手段により算出される前記排気系部品の前記推定温度を異ならせる推定温度変更手段を含むことを特徴とする。
また、第の発明は、第の発明において、
前記過熱判断手段は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を含み、
前記過熱判断手段は、前記排気系部品の前記推定温度が過熱判定値よりも高い場合に、前記排気系部品が過熱状態にあると判断する手段であって、
前記開始時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、当該ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記過熱判定値を低くする判定値変更手段であることを特徴とする。
また、第の発明は、第の発明において、
前記過熱判断手段は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を含み、
前記過熱判断手段は、前記排気系部品の前記推定温度が過熱判定値よりも高い場合に、前記排気系部品が過熱状態にあると判断する手段であって、
前記開始時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、当該ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記排気系温度推定手段において前記排気系部品の前記推定温度の算出に用いる温度時定数を小さくする温度時定数変更手段を含むことを特徴とする。
また、第の発明は、第の発明において、
前記内燃機関の制御装置は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を更に備え、
前記過熱抑制制御実行手段は、前記燃料増量制御の実行中において、前記排気系部品の前記推定温度が終了時期判定値よりも低くなった場合に、前記燃料増量制御を終了させる終了時期設定手段を含み、
前記終了時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、当該ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記終了時期判定値を高くする判定値変更手段であることを特徴とする。
また、第の発明は、第の発明において、
前記内燃機関の制御装置は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を更に備え、
前記過熱抑制制御実行手段は、前記燃料増量制御の実行中において、前記排気系部品の前記推定温度が終了時期判定値よりも低くなった場合に、前記燃料増量制御を終了させる終了時期設定手段を含み、
前記終了時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、当該ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記排気系温度推定手段において前記排気系部品の前記推定温度の算出に用いる温度時定数を小さくする温度時定数変更手段を含むことを特徴とする。
第1の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開度に応じて、過熱抑制制御の実施に関係する制御量または基準値が変更されるので、ウェイストゲートバルブの開度変化を考慮した過熱抑制制御を行えるようになる。このため、本発明によれば、ウェイストゲートバルブの開度にかかわらず、タービンの下流側に存在する排気系部品が過熱するのを良好に抑制することが可能となる。より具体的には、本発明によれば、ウェイストゲートバルブの開度に応じて、過熱抑制制御の実行時期が変更されるので、ウェイストゲートバルブの開度変化を考慮した過熱抑制制御を行えるようになる。このため、本発明によれば、ウェイストゲートバルブの開度にかかわらず、タービンの下流側に存在する排気系部品が過熱するのを良好に抑制することが可能となる。
の発明によれば、上記過熱抑制制御として燃料増量制御を行う場合において、ウェイストゲートバルブの開度にかかわらず、タービンの下流側に存在する排気系部品が過熱するのを良好に抑制することが可能となる。
の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して排気系部品の過渡的な温度変化が相対的に急となる条件であるウェイストゲートバルブの開度が大きい場合において、過熱抑制制御を開始する時期が遅れないようにすることができる。このため、ウェイストゲートバルブの開度にかかわらず、排気系部品の過熱を良好に抑制することができる。また、過熱抑制制御として上記燃料増量制御を用いる場合であれば、本発明によって燃料増量制御の開始時期をウェイストゲートバルブの開度に応じて適切に設定できることによって、排気系部品の過熱抑制を行う際に無駄な燃料増量の実施によって燃費や排気エミッションが悪化するのを防止することができる。
の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、燃料増量制御の終了時期が遅らされることになる。ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合には、上記排気系部品に向けて流れる排気ガスのうち、当該排気系部品への到達が遅くかつ温度の高いタービン通過ガスの割合が高くなる。このため、この場合には、燃料増量制御の実行中に排気系部品の温度を下げるのに時間を要することになる。本発明によれば、このような温度低下特性を踏まえて、ウェイストゲートバルブの開度が相対的に小さい場合の燃料増量制御の終了時期が早過ぎないようにすることができる。このため、ウェイストゲートバルブの開度にかかわらず、排気系部品の過熱を良好に抑制することができる。また、言い換えれば、本発明によれば、上記温度低下特性を踏まえて、ウェイストゲートバルブの開度が相対的に大きい場合の燃料増量制御の終了時期が遅過ぎないようにすることができる。このため、ウェイストゲートバルブの開度にかかわらず、排気系部品の過熱抑制を行う際に無駄な燃料増量の実施によって燃費や排気エミッションが悪化するのを防止することができる。
の発明によれば、ウェイストゲートバルブの開度に応じて、上記排気系温度推定手段により算出される排気系部品の前記推定温度を異ならせることにより、ウェイストゲートバルブの開度変化を考慮して、過熱抑制制御の実行時期を変更できるようになる。
または第の発明の手法によれば、ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、過熱抑制制御の開始時期を早められるようになる。
または第の発明の手法によれば、ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、過熱抑制制御の終了時期を早められるようになる。
本発明の実施の形態1の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。 WGVの開閉状態に応じたタービンの下流側の温度環境の変化を説明するための図である。 内燃機関の運転領域が高負荷側の領域に移行した際の排気系部品(ここでは触媒)の温度変化をWGVの開状態と閉状態とに分けて表した図である。 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。 図2中のA点(触媒の入口)における排気ガス温度とWGV通過ガス割合との関係を示す図である。 本発明の実施の形態1の変形例における過熱判定値の設定を表した図である。 本発明の実施の形態2において排気系部品の過渡的な温度変化の推定に用いる温度時定数A、Bの設定を説明するための図である。 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態3において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態4において実行されるルーチンのフローチャートである。
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関10のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)10を備えている。内燃機関10の各気筒には、吸気通路12および排気通路14が連通している。
吸気通路12の入口近傍には、エアクリーナ16が取り付けられている。エアクリーナ16の下流近傍には、吸気通路12に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ18が設けられている。エアフローメータ18の下流には、ターボ過給機20のコンプレッサ20aが設置されている。コンプレッサ20aは、排気通路14に配置されたタービン20bと連結軸を介して一体的に連結されている。
コンプレッサ20aの下流には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ22が設けられている。インタークーラ22の下流には、電子制御式のスロットルバルブ24が設けられている。また、内燃機関10の各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁26が設けられている。更に、内燃機関10の各気筒には、混合気に点火するための点火プラグ28が設けられている。
また、排気通路14には、タービン20bよりも上流側の部位において排気通路14から分岐し、タービン20bよりも下流側の部位において排気通路14と合流するように構成された排気バイパス通路30が接続されている。排気バイパス通路30の途中には、排気バイパス通路30の開閉を担うウェイストゲートバルブ(WGV)32が設けられている。WGV32は、ここでは、調圧式もしくは電動式のアクチュエータ(図示省略)によって任意の開度に調整可能に構成されているものとする。尚、WGV32の開度は、調圧式のアクチュエータを用いる場合であれば、例えば、以下のような手法によって取得することができる。すなわち、アクチュエータに作用する圧力(ダイアフラム圧力)を調整する電磁弁(図示省略)の駆動デューティ比に基づいてダイアフラム圧力を推定したうえで、推定されたダイアフラム圧力に基づいてWGV開度を算出することができる。尚、WGV開度を単に開状態と閉状態との間で切り替えるシステムの場合であれば、WGV開度の取得は、WGV32の開状態と閉状態を判別できるものであればよい。
また、タービン20bよりも下流側における排気バイパス通路30との接続部位よりも更に下流側の排気通路14には、排気ガスを浄化するための触媒34が配置されている。また、クランクシャフト36の近傍には、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ38が設けられている。
更に、図1に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40の入力部には、上述したエアフローメータ18およびクランク角センサ38に加え、車両に搭載されたアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検知するためのアクセル開度センサ42等の内燃機関10の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ECU40の出力部には、上述したスロットルバルブ24、燃料噴射弁26、点火プラグ28およびWGV32等の内燃機関10の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。
[実施の形態1の制御について]
(燃料増量制御による排気系部品の過熱抑制制御)
以上のように構成された本実施形態のシステムでは、内燃機関10の運転領域が高負荷側の領域に移行した時に、触媒34等の排気系部品の過熱を抑制するために燃料噴射量を増量する燃料増量制御を行うことがある。
具体的には、触媒34やタービン20bの下流側の排気通路14を構成する排気管等の排気系部品毎に推定温度が算出されるようになっている。より詳細に説明すると、各排気系部品の推定温度は、内燃機関10の負荷(吸入空気量または吸気圧力)とエンジン回転数との関係(例えば、マップ)に基づいて算出する定常安定温度を基準として、排気系部品毎に異なる時間遅れを伴って変化するような値として算出される。
そして、排気系部品の当該推定温度が当該排気系部品毎に設定されている所定の過熱判定値よりも高くなった時(複数の排気系部品のうちの何れかの推定温度が最初に上記過熱判定値よりも高くなった時)に、排気系部品が過熱状態にあると判断し、燃料増量制御を行うようにしている。
図2は、WGV32の開閉状態に応じたタービン20bの下流側の温度環境の変化を説明するための図である。
図2に示すように、WGV32が開状態である場合には、閉状態である場合とは異なり、タービン20b側だけでなく、WGV32を介して排気バイパス通路30側にも排気ガスが流れるようになる。つまり、WGV32が開状態であるか閉状態であるかに応じて、排気ガスの通過経路(経路面積)が異なるものとなる。その結果、WGV32の開閉状態に応じて、タービン20bの下流側に配置される触媒34に排気ガスが到達するまでに要する時間が変化する。具体的には、タービン20bを通過する排気ガス(タービン通過ガス)よりも、WGV32および排気バイパス通路30を通過する排気ガス(WGV通過ガス)の方が、触媒34への到達に要する時間が短くなる。
また、内燃機関10の運転領域が高負荷側の領域に移行するのに伴って筒内から排出される排気ガスの温度が高くなると、過渡的には(タービン通過ガスの温度とタービン20bの温度とに差が生じている状態では)タービン通過ガスの熱エネルギーがタービン20bによって奪われることになる。このため、タービン通過ガスとWGV通過ガスとでは、触媒34に到達した際の熱量に過渡的な差が生ずることとなる。具体的には、タービン通過ガスよりもWGV通過ガスの方が、排気ガスの温度が過渡的に高くなり、また、排気ガスの熱量が過渡的に高くなる。
図3は、内燃機関10の運転領域が高負荷側の領域に移行した際の排気系部品(ここでは触媒34)の温度変化をWGV32の開状態と閉状態とに分けて表した図である。尚、図3中に示す「定常値」は、内燃機関10の運転領域が高負荷側の領域に移行し終えた後における触媒34の定常安定温度である。
内燃機関10の運転領域が高負荷側の領域に移行するのに伴って筒内から排出される排気ガスの温度が高くなった場合には、触媒34の温度が、図3に示すように、遅れを伴って上昇することになる。また、WGV32の開閉状態によって、タービン20bの下流側の温度環境が前述のように過渡的に変化する。その結果、図3に示すように、WGV32が開状態とされた場合には、WGV32が閉状態である場合と比べ、触媒34の温度上昇速度が早くなる。
更に、排気ガスがタービン20bを通過する際、タービン20bでの仕事量に応じた分だけ排気ガスの熱量が減少することになる。このため、厳密には、この熱量分に応じて、触媒34の定常安定温度についても、WGV32の開閉状態に応じて異なるものとなる。
(実施の形態1における特徴的な制御)
高負荷側への内燃機関10の運転領域の移行に伴う触媒34の温度変化は、上記図3に示すように、WGV32の開閉状態に応じて異なる特性を示す。従って、高負荷時に燃料増量制御を利用して触媒34の過熱抑制を行う場合には、WGV32の開閉状態に応じた触媒34の上記温度変化特性を考慮していないと、燃料増量が適切なタイミングで行われない場合が生じ得る。その結果、燃料増量を行うタイミングが遅れた場合であれば、触媒34が過熱状態になってしまうことが考えられる。
そこで、本実施形態では、WGV32の開閉状態に応じて、触媒34の過熱抑制のための燃料増量制御の実行時期を変更するようにした。具体的には、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合と比べ、上記燃料増量制御の開始時期を早めるようにした。そのために、本実施形態では、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合と比べ、触媒34が過熱状態であるか否かを判断するための触媒34の推定温度の過熱判定値を低くするようにした。
図4は、上記の機能を実現するために、本実施の形態1においてECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関10の負荷が所定値よりも高負荷領域に移行した時に起動し、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。また、本ルーチンでは、タービン20bの下流側に存在する排気系部品として、触媒34を対象として説明を行うものとする。
図4に示すルーチンでは、先ず、WGV32が開状態であるか閉状態であるかが判定される(ステップ100)。その結果、WGV32が閉状態であると判定された場合には、この場合に用いる過熱判定値として、過熱判定値Bが設定される(ステップ102)。
次に、触媒34の推定温度が過熱判定値Bよりも高いか否かが判定される(ステップ104)。その結果、上記ステップ104における判定が成立した場合には、触媒34の過熱抑制のための燃料増量制御が開始される(ステップ106)。
一方、上記ステップ100においてWGV32が開状態であると判定された場合には、この場合に用いる過熱判定値として、上記過熱判定値Bよりも低い過熱判定値Aが設定される(ステップ108)。次に、触媒34の推定温度が過熱判定値Aよりも高いか否かが判定される(ステップ110)。その結果、このステップ110における判定が成立した場合には、上記燃料増量制御が開始される(ステップ106)。
以上説明した図4に示すルーチンによれば、WGV32が開状態である場合に用いる過熱判定値Aが、WGV32が開状態である場合に用いる過熱判定値Bよりも低い値に設定されているので、WGV32が開状態である場合の方が、WGV32が閉状態である場合よりも触媒34の推定温度が低い状況下で上記燃料増量制御が開始されることになる。
つまり、上記ルーチンの処理によれば、WGV32が開状態である場合の方が、WGV32が閉状態である場合よりも上記燃料増量制御の開始時期が早められるようになる。これにより、上記図3に示すように触媒34(排気系部品)の過渡的な温度変化が相対的に急となる条件であるWGV32の開弁時において、燃料増量制御を開始する時期が遅れないようにすることができる。このため、WGV32の開閉状態にかかわらず、排気系部品の過熱を良好に抑制することができる。
また、言い換えれば、上記ルーチンの処理によれば、WGV32が閉状態である場合の方が、WGV32が開状態である場合よりも燃料増量制御の開始時期が遅らされるようになる。これにより、上記図3に示すように触媒34(排気系部品)の過渡的な温度変化が相対的に緩やかとなる条件であるWGV32の閉弁時において、燃料増量制御を実行する時期が早過ぎないようにすることができる。このため、WGV32の開閉状態にかかわらず、排気系部品の過熱抑制を行う際に無駄な燃料増量の実施によって燃費や排気エミッションが悪化するのを防止することができる。
ところで、上述した実施の形態1においては、WGV開度に応じて(WGV32が開状態であるか閉状態であるかに応じて)、過熱抑制のための燃料増量制御の開始時期を変更するようにしている。しかしながら、本発明における過熱抑制制御時期変更手段がWGV開度に応じて過熱抑制制御の実施時期を変更するための具体的な実施態様は、上記のものに限定されるものではない。すなわち、例えば、WGV32の開度が大きい場合には、WGV32の開度が小さい場合(実施の形態1では、閉(開度ゼロ)状態が相当)に比して、過熱抑制制御の開始時期を早めるものであってもよい。また、例えば、次のようなものであってもよい。
図5は、図2中のA点(触媒34の入口)における排気ガス温度とWGV通過ガス割合との関係を示す図である。
内燃機関10の運転領域が高負荷側の領域に移行した直後においては、図2を参照して既述したように、WGV32が開かれている場合の方が、そうでない場合と比べ、温度の高いWGV通過ガスの存在によって、図2中のA点(触媒34の入口)における排気ガス温度が高くなる。このA点における排気ガス温度は、より具体的には、図5に示すように、WGV通過ガス割合が高いほど(つまり、WGV32の開度が大きいほど)、過渡的に高くなる。
図6は、本発明の実施の形態1の変形例における過熱判定値の設定を表した図である。
そこで、図6に示すように、WGV開度が高いほど、過熱判定値がより低くなるように設定してもよい。このような設定によれば、WGV開度が高いほど、過熱抑制のための燃料増量制御がより早いタイミングで開始されるようになる。これにより、WGV開度の変化にかかわらず、排気系部品の過熱を良好に抑制することが可能となる。
尚、上述した実施の形態1においては、触媒34が前記第1の発明における「排気系部品」に、触媒34(排気系部品)の推定温度が前記第1の発明における「内燃機関の運転状態を示すパラメータに基づく推定値」に、燃料増量制御の開始時期が前記第1の発明における「過熱抑制制御の実施に関係する制御量」に、それぞれ相当している。また、ECU40が、図示省略する上記電磁弁の駆動デューティ比に基づくダイアフラム圧力に基づいてWGV開度を算出することにより前記第1の発明における「WGV開度取得手段」が、上記ステップ104または110の処理を実行することにより前記第1の発明における「過熱判断手段」が、上記ステップ104または110の処理が成立した場合に上記ステップ106の処理を実行することにより前記第1の発明における「過熱抑制制御実行手段」が、上記ステップ100の判定結果に応じて上記ステップ102または108の処理を選択して実行することにより前記第1の発明における「過熱抑制制御変更手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態1においては、ECU40が上記ステップ100の判定結果に応じて上記ステップ102または108の処理を選択して実行することにより、前記第の発明における「過熱抑制制御時期変更手段」、前記第の発明における「開始時期変更手段」、および前記第の発明における「判定値変更手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態1においては、ECU40が内燃機関10の負荷とエンジン回転数との関係(例えば、マップ)に基づいて排気系部品の推定温度を算出することにより、前記第の発明における「排気系温度推定手段」が実現されている。
実施の形態2.
次に、図7および図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図4に示すルーチンに代えて後述の図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
図7は、本発明の実施の形態2において排気系部品の過渡的な温度変化の推定に用いる温度時定数A、Bの設定を説明するための図である。
本実施形態においても、上述した実施の形態1と同様に、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合と比べ、排気系部品の過熱抑制のための燃料増量制御の開始時期を早めるようにしている。本実施形態のシステムは、それを実現するための具体的手法において、実施の形態1と相違している。すなわち、本実施形態では、触媒34などの排気系部品の過渡的な温度変化の推定に用いる温度時定数を、WGV32の開閉状態に応じて変更するようにした。
具体的には、本実施形態では、図7に示すように、WGV32が開状態である場合に用いる温度時定数Aを、WGV32が閉状態である場合に用いる温度時定数Bよりも小さく設定している。
図8は、上記の機能を実現するために、本実施の形態2においてECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図8において、実施の形態1における図4に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図8に示すルーチンでは、ステップ100においてWGV32が閉状態であると判定された場合には、この場合に用いる温度時定数として、温度時定数Bが設定される(ステップ200)。一方、上記ステップ100においてWGV32が開状態であると判定された場合には、この場合に用いる温度時定数として、上記温度時定数Bよりも小さな温度時定数Aが設定される(ステップ202)。
次に、現在のエンジン回転数と負荷(例えば吸入空気量)において定常的に安定した場合の触媒34の推定温度(定常安定温度)Xが算出される(ステップ204)。より具体的には、当該定常安定温度Xは、エンジン回転数と負荷との関係で当該定常安定温度Xを定めたマップ(図示省略)に従って算出される値である。尚、当該定常安定温度Xは、対象とする排気系部品が複数である場合には、排気系部品毎にそれぞれ算出されるものである。
次に、触媒34の推定温度の今回値Yが算出される(ステップ206)。より具体的には、当該今回値Yは、触媒34の推定温度の前回値Yに、上記ステップ204において算出された定常安定温度Xと前回値Yとの差に温度時定数係数Zを乗じて得た値を足し合わせた値として算出される。ここで、この温度時定数係数Zは、上記温度時定数A、Bの設定に対応して、WGV32が閉状態である時の値よりもWGV32が開状態である時の値の方が大きくなるように設定されている。
次に、上記ステップ206において算出された触媒34の推定温度の今回値Yによって、前回値Yが更新される(ステップ208)。次に、上記ステップ206において算出された触媒34の推定温度の今回値Yが、所定の過熱判定値よりも高いか否かが判定される(ステップ210)。尚、本ステップ210における過熱判定値は、上記図4に示すルーチンのものとは異なり、WGV32の開閉状態によらず固定された値である。
上記ステップ210における判定が成立した場合には、触媒34の過熱抑制のための燃料増量制御が開始される(ステップ106)。
以上説明した図8に示すルーチンによれば、定常安定温度Xと前回値Yとの差が認められる過渡的な状況下では、WGV32が閉状態である場合よりもWGV32が開状態である場合の方が、前回値Yからの変化がより大きな値として今回値Yが算出されることになる。これにより、WGV32の開閉状態に応じて異なる触媒34の推定温度Yの過渡的な変化特性(図3参照)に合致する値として、触媒34の推定温度Yを算出することが可能となる。
そして、上記のようにして得られた触媒34の推定温度Yと所定の過熱判定値との比較結果に基づいて過熱抑制のための燃料増量制御を行うようにすることで、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合と比べ、触媒34の過熱抑制のための燃料増量制御の開始時期を早められるようになる。これにより、上述した実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
ところで、上述した実施の形態2においては、WGV32が開状態であるか閉状態であるかに応じて、排気系部品の過渡的な温度変化の推定に用いる温度時定数を変更するようにしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、例えば、WGV32の開度が大きい場合には、WGV32の開度が小さい場合(実施の形態2では、閉(開度ゼロ)状態が相当)に比して、温度時定数を小さく設定するものであってもよい。また、例えば、WGV開度が大きいほど、温度時定数をより小さく設定するものであってもよい。
また、上述した実施の形態2においては、定常安定温度Xを、エンジン回転数と負荷との関係で当該定常安定温度Xを定めたマップ(図示省略)に従って算出するようにしている。既述したように、排気ガスがタービン20bを通過する際、タービン20bでの仕事量に応じた分だけ排気ガスの熱量が減少することになる。このため、定常安定温度Xは、厳密にはWGV32の開閉状態に応じて異なるものとなる。そこで、定常安定温度Xをより正確に推定するために、WGV32が開状態であるか閉状態であるかに応じて、定常安定温度Xを算出するための上記マップを分けて備えるようにしてもよい。更には、そのようなマップをWGV開度に応じて、任意の数だけ備えるようにしてもよい。
また、上記図8に示すルーチンの処理は、WGV32の開閉状態に応じて、触媒34(排気系部品)の推定温度を異ならせているということができる。更に付け加えると、上記ルーチンの処理は、WGV32が閉状態である場合の排気系部品の推定温度を基準とすると、WGV32が開状態である場合の排気系部品の推定温度を補正しているということもできる。そこで、例えば、WGV32が開状態である場合の排気系部品の推定温度を、WGV32が閉状態である場合の排気系部品の推定温度を基準値として補正することによって取得するようにしてもよい。
尚、上述した実施の形態2においては、温度時定数A、Bが前記第1の発明における「過熱抑制制御の実施に関係する基準値」に相当している。
また、上述した実施の形態2においては、ECU40が、上記ステップ204および206の処理を実行することにより前記第の発明における「排気系温度推定手段」が、上記ステップ100の判定結果に応じて上記ステップ200または202の処理を選択して実行することにより、前記第の発明における「温度時定数変更手段」が、それぞれ実現されている。
実施の形態3.
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図4に示すルーチンに代えて後述の図9に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
上述した実施の形態1および2のシステムは、WGV32の開閉状態に応じて、過熱抑制のための燃料増量制御の開始時期を変更するようにしている。これに対し、本実施形態のシステムは、WGV32の開度(ここでは、開状態であるか閉状態であるか)に応じて、上記燃料増量制御の終了時期を変更する点に特徴を有している。
図2を参照して既述したように、タービン通過ガスよりもWGV通過ガスの方が、タービン20bの下流側の触媒34等の排気系部品に早く到達する。従って、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合と比べて、上記燃料増量制御の実行中に、当該燃料増量制御によって温度が下げられた低温の排気ガスが上記排気系部品に早く到達することになる。
また、上記燃料増量制御の実行中のタービン通過ガスは、WGV通過ガスに比べて上記排気系部品への到達が遅いことに加え、ヒートマスの大きなタービン20b等によって受熱する。これらの要因により、タービン通過ガスが上記排気系部品に流れた場合には、WGV通過ガスがそれに流れた場合と比べ、当該排気系部品の温度の低下に時間を要することになる。
そこで、本実施形態では、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合よりも、上記燃料増量制御の終了時期を早めるようにした。そのために、本実施形態では、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合と比べ、上記燃料増量制御の終了時期を判断するための排気系部品の推定温度の判定値(以下、「終了時期判定値」と称する)を高くするようにした。
図9は、上記の機能を実現するために、本実施の形態3においてECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図9において、実施の形態1における図4に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、本ルーチンは、触媒34の過熱抑制のための燃料増量制御の実行中に起動されるものとする。
図9に示すルーチンでは、ステップ100においてWGV32が閉状態であると判定された場合には、この場合に用いる終了時期判定値として、終了時期判定値Bが設定される(ステップ300)。次に、触媒34の推定温度が終了時期判定値Bよりも低いか否かが判定される(ステップ302)。その結果、本ステップ302における判定が成立した場合には、触媒34の過熱抑制のための燃料増量制御が終了される(ステップ304)。
一方、上記ステップ100においてWGV32が開状態であると判定された場合には、この場合に用いる終了時期判定値として、上記終了時期判定値Bよりも高い終了時期判定値Aが設定される(ステップ306)。次に、触媒34の推定温度が終了時期判定値Aよりも低いか否かが判定される(ステップ308)。その結果、このステップ308における判定が成立した場合には、上記燃料増量制御が終了される(ステップ304)。
以上説明した図9に示すルーチンによれば、WGV32が開状態である場合に用いる終了時期判定値Aが、WGV32が開状態である場合に用いる終了時期判定値Bよりも高い値に設定されているので、WGV32が開状態である場合の方が、WGV32が閉状態である場合よりも触媒34の推定温度が高い状況下で上記燃料増量制御が終了されることになる。
つまり、上記ルーチンの処理によれば、WGV32が開状態である場合の方が、WGV32が閉状態である場合よりも上記燃料増量制御の終了時期が早められるようになる。WGV32が開状態である場合には、タービン20bの下流側の触媒34への到達が早くかつ温度の低いWGV通過ガスの存在によって、上記燃料増量制御の実行中に触媒34の温度をより早く下げることができる。上記ルーチンの処理によれば、WGV32の開閉状態によって異なる燃料増量制御の実行中の触媒34の温度低下特性を踏まえて、WGV32が開状態である場合の燃料増量制御の終了時期が遅過ぎないようにすることができる。このため、WGV32の開閉状態にかかわらず、排気系部品の過熱抑制を行う際に無駄な燃料増量の実施によって燃費や排気エミッションが悪化するのを防止することができる。
また、言い換えれば、上記ルーチンの処理によれば、WGV32が閉状態である場合の方が、WGV32が開状態である場合よりも燃料増量制御の終了時期が遅らされるようになる。WGV32が閉状態である場合には、触媒34への到達が遅くかつ温度の高いタービン通過ガスのみが触媒34に流れるため、既述したように、上記燃料増量制御の実行中に触媒34の温度を下げるのに時間を要することになる。上記ルーチンの処理によれば、このような温度低下特性を踏まえて、WGV32が閉状態である場合の燃料増量制御の終了時期が早過ぎないようにすることができる。このため、WGV32の開閉状態にかかわらず、排気系部品の過熱を良好に抑制することができる。
ところで、上述した実施の形態3においては、WGV開度に応じて(WGV32が開状態であるか閉状態であるかに応じて)、過熱抑制のための燃料増量制御の終了時期を変更するようにしている。しかしながら、本発明における過熱抑制制御時期変更手段がWGV開度に応じて過熱抑制制御の実施時期を変更するための具体的な実施態様は、上記のものに限定されるものではない。すなわち、例えば、WGV32の開度が大きい場合には、WGV32の開度が小さい場合(実施の形態3では、閉(開度ゼロ)状態が相当)に比して、過熱抑制制御の終了時期を早めるものであってもよい。また、例えば、以下のようなものであってもよい。
すなわち、過熱抑制制御(例えば、燃料増量制御)の実行中においては、既述したように、WGV32が開かれている場合の方が、そうでない場合と比べ、温度の低いWGV通過ガスの存在によって、タービン20bの下流側の排気系部品の温度をより早く低下させることができる。このような傾向は、WGV通過ガス割合が高いほど(つまり、WGV32の開度が大きいほど)、顕著となる。そこで、WGV開度が高いほど、上記終了時期判定値がより高くなるように設定してもよい。このような設定によれば、WGV開度が高いほど、過熱抑制のための燃料増量制御がより早いタイミングで終了されるようになる。これにより、WGV開度の変化にかかわらず、排気系部品の過熱抑制を行う際に無駄な燃料増量によって燃費や排気エミッションが悪化するのを防止しながら、排気系部品の過熱を良好に抑制することが可能となる。
尚、上述した実施の形態3においては、燃料増量制御の終了時期が前記第1の発明における「過熱抑制制御の実施に関係する制御量」に相当している。
また、上述した実施の形態3においては、ECU40が、上記ステップ100の判定結果に応じて上記ステップ300または306の処理を選択して実行することにより、前記第の発明における「終了時期変更手段」、および前記第の発明における「判定値変更手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態3においては、ECU40が、上述した実施の形態1と同様の手法を用いて排気系部品の推定温度を算出することにより、前記第および前記第の発明における「排気系温度推定手段」が、上記ステップ100〜206の一連の処理を実行することにより前記第の発明における「推定温度変更手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態3においては、ECU40が上記ステップ302または306の処理を実行することにより前記第の発明における「終了時期設定手段」が実現されている。
実施の形態4.
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に図4に示すルーチンに代えて後述の図10に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
本実施形態においても、上述した実施の形態3と同様に、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合と比べ、排気系部品の過熱抑制のための燃料増量制御の終了時期を早めるようにしている。本実施形態のシステムは、それを実現するための具体的手法において、実施の形態3と相違している。すなわち、本実施形態では、触媒34などの排気系部品の過渡的な温度変化の推定に用いる温度時定数を、WGV32の開閉状態に応じて変更するようにした。
具体的には、本実施形態では、WGV32が開状態である場合に用いる温度時定数Cを、WGV32が閉状態である場合に用いる温度時定数Dよりも小さく設定している。
図10は、上記の機能を実現するために、本実施の形態4においてECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図10において、実施の形態3における図9に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図10に示すルーチンでは、ステップ100においてWGV32が閉状態であると判定された場合には、この場合に用いる温度時定数として、温度時定数Dが設定される(ステップ400)。一方、上記ステップ100においてWGV32が開状態であると判定された場合には、この場合に用いる温度時定数として、上記温度時定数Dよりも小さな温度時定数Cが設定される(ステップ402)。
次に、上記ステップ204と同様の処理によって、現在のエンジン回転数と負荷(例えば吸入空気量)において定常的に安定した場合の触媒34の推定温度(定常安定温度)Xが算出される(ステップ404)。
次に、上記ステップ206と同様の処理によって、触媒34の推定温度の今回値Yが算出される(ステップ406)。ただし、本ステップ406では、温度時定数係数Z’は、上記温度時定数C、Dの設定に対応して、WGV32が閉状態である時の値よりもWGV32が開状態である時の値の方が大きくなるように設定されている。
次に、上記ステップ406において算出された触媒34の推定温度の今回値Yによって、前回値Yが更新される(ステップ408)。次に、上記ステップ406において算出された触媒34の推定温度の今回値Yが、所定の終了時期判定値よりも低いか否かが判定される(ステップ410)。尚、本ステップ410における終了時期判定値は、上記図9に示すルーチンのものとは異なり、WGV32の開閉状態によらず固定された値である。
上記ステップ410における判定が成立した場合には、排気系部品の過熱抑制のための燃料増量制御が終了される(ステップ304)。
以上説明した図10に示すルーチンによれば、定常安定温度Xと前回値Yとの差が認められる過渡的な状況下では、WGV32が閉状態である場合よりもWGV32が開状態である場合の方が、前回値Yからの変化がより大きな値として今回値Yが算出されることになる。これにより、WGV32の開閉状態に応じて異なる触媒34の推定温度Yの過渡的な変化特性(実施の形態3において既述した温度低下特性)に合致する値として、触媒34の推定温度Yを算出することが可能となる。
そして、上記のようにして得られた触媒34の推定温度Yと所定の終了時期判定値との比較結果に基づいて過熱抑制のための燃料増量制御を終了させるようにすることで、WGV32が開状態である場合には、WGV32が閉状態である場合と比べ、触媒34の過熱抑制のための燃料増量制御の終了時期を早められるようになる。これにより、上述した実施の形態3と同様の効果を奏することができる。
ところで、上述した実施の形態4においては、WGV32が開状態であるか閉状態であるかに応じて、排気系部品の過渡的な温度変化の推定に用いる温度時定数を変更するようにしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、WGV32の開度が大きい場合には、WGV32の開度が小さい場合(実施の形態4では、閉(開度ゼロ)状態が相当)に比して、温度時定数を小さく設定するものであってもよい。また、例えば、WGV開度が大きいほど、温度時定数をより小さく設定してもよい。
尚、上述した実施の形態4においては、温度時定数C、Dが前記第1の発明における「過熱抑制制御の実施に関係する基準値」に、それぞれ相当している。
また、上述した実施の形態2においては、ECU40が、上記ステップ404および406の処理を実行することにより前記第の発明における「排気系温度推定手段」が、上記ステップ100の判定結果に応じて上記ステップ400または402の処理を選択して実行することにより、前記第の発明における「温度時定数変更手段」が、それぞれ実現されている。
ところで、上述した実施の形態1乃至4においては、排気系部品(触媒34)の過熱抑制制御として、燃料噴射量を増量する燃料増量制御を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における過熱抑制制御は、燃料増量制御に限定されるものではない。すなわち、タービンの下流側に存在する排気系部品として例えばタービンの下流側の排気通路を構成する排気管を対象とした場合であれば、過熱抑制制御実行手段は、例えば内燃機関を冷却するための冷却水によって上記排気管を冷却する手段であってもよい。
また、上述した実施の形態1乃至4においては、排気系部品の推定温度と過熱判定値との比較結果に基づいて、排気系部品が過熱状態であるか否かを判断するようにしている。しかしながら、本発明における過熱判断手段は、必ずしも排気系部品の推定温度を算出したうえで過熱判定値と比較した結果に基づいて判断されるものに限定されない。すなわち排気系部品が過熱状態(または過熱懸念状態)であるか否かは、例えば、内燃機関の運転状態を示すパラメータ(例えば、負荷(吸入空気量など)、アクセル開度など)自体を直接的に所定の過熱判定値と比較した結果に基づいて判断されるものであってもよい。
10 内燃機関
12 吸気通路
14 排気通路
18 エアフローメータ
20 ターボ過給機
20a コンプレッサ
20b タービン
24 スロットルバルブ
26 燃料噴射弁
28 点火プラグ
30 排気バイパス通路
32 ウェイストゲートバルブ(WGV)
34 触媒
38 クランク角センサ
40 ECU(Electronic Control Unit)
42 アクセル開度センサ

Claims (9)

  1. 排気エネルギーにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
    前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンよりも下流側の部位において前記排気通路と合流する排気バイパス通路と、
    前記排気バイパス通路の開閉を担うウェイストゲートバルブと、
    前記ウェイストゲートバルブの開度を取得するWGV開度取得手段と、
    前記下流側の部位よりも更に下流側に存在する排気系部品と、
    前記排気系部品が過熱状態にあるか否かを、前記ウェイストゲートバルブの開度を除く前記内燃機関の運転状態を示すパラメータもしくは当該パラメータに基づく推定値に基づいて判断する過熱判断手段と、
    前記過熱判断手段の判定が成立する場合に、前記排気系部品の過熱を抑制する過熱抑制制御を実行する過熱抑制制御実行手段と、
    前記ウェイストゲートバルブの開度に応じて、前記過熱抑制制御の実施に関係する制御量または基準値を変更する過熱抑制制御変更手段と、
    を備え
    前記過熱抑制制御変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度に応じて、前記過熱抑制制御の実行時期を変更する過熱抑制制御時期変更手段であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記過熱抑制制御は、前記内燃機関に供給する燃料の噴射量を増量する燃料増量制御であることを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記過熱抑制制御時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記過熱抑制制御の開始時期を早める開始時期変更手段を含むことを特徴とする請求項またはに記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記過熱抑制制御は、前記内燃機関に供給する燃料の噴射量を増量する燃料増量制御であり、
    前記過熱抑制制御時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、前記ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記燃料増量制御の終了時期を早める終了時期変更手段を含むことを特徴とする請求項乃至の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記過熱判断手段は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を含み、
    前記過熱判断手段は、前記排気系部品の前記推定温度が過熱判定値よりも高い場合に、前記排気系部品が過熱状態にあると判断する手段であって、
    前記過熱抑制制御時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度に応じて、前記排気系温度推定手段により算出される前記排気系部品の前記推定温度を異ならせる推定温度変更手段を含むことを特徴とする請求項乃至の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記過熱判断手段は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を含み、
    前記過熱判断手段は、前記排気系部品の前記推定温度が過熱判定値よりも高い場合に、前記排気系部品が過熱状態にあると判断する手段であって、
    前記開始時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、当該ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記過熱判定値を低くする判定値変更手段であることを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記過熱判断手段は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を含み、
    前記過熱判断手段は、前記排気系部品の前記推定温度が過熱判定値よりも高い場合に、前記排気系部品が過熱状態にあると判断する手段であって、
    前記開始時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、当該ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記排気系温度推定手段において前記排気系部品の前記推定温度の算出に用いる温度時定数を小さくする温度時定数変更手段を含むことを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  8. 前記内燃機関の制御装置は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を更に備え、
    前記過熱抑制制御実行手段は、前記燃料増量制御の実行中において、前記排気系部品の前記推定温度が終了時期判定値よりも低くなった場合に、前記燃料増量制御を終了させる終了時期設定手段を含み、
    前記終了時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、当該ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記終了時期判定値を高くする判定値変更手段であることを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
  9. 前記内燃機関の制御装置は、前記排気系部品の推定温度を算出する排気系温度推定手段を更に備え、
    前記過熱抑制制御実行手段は、前記燃料増量制御の実行中において、前記排気系部品の前記推定温度が終了時期判定値よりも低くなった場合に、前記燃料増量制御を終了させる終了時期設定手段を含み、
    前記終了時期変更手段は、前記ウェイストゲートバルブの開度が大きい場合には、当該ウェイストゲートバルブの開度が小さい場合に比して、前記排気系温度推定手段において前記排気系部品の前記推定温度の算出に用いる温度時定数を小さくする温度時定数変更手段を含むことを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。
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