JP6646503B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、１つの駆動源および１つの電動機を有し、駆動源および電動機がギヤ機構を介して接続された動力伝達装置に関する。

従来、エンジンおよびモータジェネレータを有し、エンジンおよびモータジェネレータがギヤ機構を介して接続されるハイブリッド自動車では、モータジェネレータが非駆動状態になると、モータジェネレータからの動力が伝達されなくなるため、ギヤ機構に回転変位（ガタつき）が生じ、歯打ち音（騒音）が発生してしまうといった問題があった。そこで、モータジェネレータの出力トルクを０Ｎｍ近傍とならないように制御することで、ギヤ機構の回転変位（ガタつき）を抑制し、騒音が発生してしまうことを防止するようになされたハイブリッド自動車が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−２６２５８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド自動車では、騒音が発生しないようにモータジェネレータおよびエンジンを制御するため、騒音の発生を抑制することと引き換えに、燃費が悪化してしまうといった問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑み、騒音の発生を抑制しつつ、燃費の悪化も抑制することが可能な動力伝達装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の動力伝達装置は、駆動源から出力されるトルクが入力されるシャフトと、複数のギヤが噛み合わされており、前記シャフト、および、電力によって駆動する電動機を、該複数のギヤを介して接続させる第１動力伝達機構と、前記駆動源から出力されるトルクを、前記第１動力伝達機構を介さずに前記電動機の回転軸に入力する第２動力伝達機構と、前記第２動力伝達機構に設けられ、前記駆動源から出力されるトルクが前記電動機の回転軸に入力される接続状態、および、前記駆動源から出力されるトルクが前記電動機の回転軸に入力されない切断状態が切り替え可能なクラッチと、
前記電動機から出力されるトルクが所定のトルク閾値以下である場合に、前記クラッチを接続状態にし、該電動機から出力されるトルクが該トルク閾値より大きい場合に、該クラッチを切断状態にする制御部と、を備える。

また、前記クラッチは、前記駆動源から出力されるトルクが入力される第１摩擦板と、前記電動機の回転軸に接続された第２摩擦板と、前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とが接触するように付勢する付勢部材とを備えるとよい。

本発明によれば、騒音の発生を抑制しつつ、燃費の悪化も抑制することができる。

第１実施形態における車両の動力伝達装置の構成を示す図である。 自動車の電気系および制御系の構成を示す図である。 第２モータジェネレータのトルクが０Ｎｍの場合の第１動力伝達機構で発生するガタつきを比較する図である。 第２実施形態における車両の動力伝達装置の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

<第１実施形態>
図１は、第１実施形態における車両１の動力伝達装置２の構成を示す図である。図１に示すように、車両１は、所謂ハイブリッド自動車であり、動力伝達装置２を備えている。動力伝達装置２は、エンジン１０、第１モータジェネレータ１２、第２モータジェネレータ１４が設けられる。

エンジン１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンが適用され、不図示の燃料タンクから供給される燃料（ガソリン、ディーゼル等）を燃焼させることで動力を得、得られたトルク（動力）を、クランクシャフト１０ａに接続されたダンパ１６に出力する。

第１モータジェネレータ１２は、主に発電機として機能し、発電することにより得られた電力をバッテリ７４（図２参照）に供給することで、バッテリ７４を充電する。また、第１モータジェネレータ１２は、モータとしても機能する場合があり、この場合にはバッテリ７４から供給される電力によって駆動する。

第２モータジェネレータ１４は、主に電動機として機能し、バッテリ７４から供給される電力により駆動する。また、第２モータジェネレータ１４は、発電機としても機能する場合があり、この場合には発電することにより得られた電力をバッテリ７４に供給することで、バッテリ７４を充電する。

ダンパ１６は、エンジン１０から伝達されたトルクの変動を抑制し、変動を抑制したトルクを回転軸１６ａ、ギヤ機構１８および入力軸２０を介して動力分割機構２２に伝達する。ギヤ機構１８は、第１ギヤ１８ａおよび第２ギヤ１８ｂにより構成されている。第１ギヤ１８ａは、ダンパ１６の回転軸１６ａに嵌合されており、回転軸１６ａと一体的に回転する。第２ギヤ１８ｂは、入力軸２０に嵌合されるとともに第１ギヤ１８ａに噛み合わされており、第１ギヤ１８ａの回転に伴って入力軸２０と一体的に回転する。

動力分割機構２２は、サンギヤ２２ａ、プラネタリギヤ２２ｂ、リングギヤ２２ｃ、キャリア２２ｄにより構成される遊星歯車である。サンギヤ２２ａは、第１モータジェネレータ１２の回転軸１２ａに嵌合されており、回転軸１２ａと一体的に回転する。プラネタリギヤ２２ｂは、サンギヤ２２ａとリングギヤ２２ｃとの間に複数配置されており、サンギヤ２２ａおよびリングギヤ２２ｃとそれぞれ噛み合わされている。リングギヤ２２ｃは、サンギヤ２２ａと同軸上で、かつ、サンギヤ２２ａの径方向外側に配置され、インプットリダクションシャフト２４に嵌合されており、インプットリダクションシャフト２４と一体的に回転する。キャリア２２ｄは、サンギヤ２２ａと同軸上に回転自在に支持されており、プラネタリギヤ２２ｂを回転自在に支持する。したがって、プラネタリギヤ２２ｂは、プラネタリギヤ２２ｂの中心軸周りに自転可能であるとともに、キャリア２２ｄの中心軸線周りに公転可能である。

動力分割機構２２は、エンジン１０から出力された動力が、ダンパ１６を介して動力分割機構２２のキャリア２２ｄに伝達される。そして、第１モータジェネレータ１２が発電機として機能する場合、動力分割機構２２では、キャリア２２ｄが回転することで公転するプラネタリギヤ２２ｂの回転によって、サンギヤ２２ａおよびリングギヤ２２ｃがトルクを伝達しつつ独立した回転数で回転する。これにより、動力分割機構２２は、エンジン１０から伝達されたトルクを分割し、サンギヤ２２ａを介して第１モータジェネレータ１２に伝達するとともに、リングギヤ２２ｃを介してインプットリダクションシャフト２４に伝達する。

また、第１モータジェネレータ１２が電動機として機能する場合、エンジン１０から出力された動力が、ダンパ１６を介して動力分割機構２２のキャリア２２ｄに入力されるとともに、第１モータジェネレータ１２から出力された動力が動力分割機構２２のサンギヤ２２ａに入力される。そうすると、動力分割機構２２では、サンギヤ２２ａおよびプラネタリギヤ２２ｂの回転によってリングギヤ２２ｃが回転する。これにより、動力分割機構２２は、エンジン１０から入力されるトルク、および、第１モータジェネレータ１２から入力されるトルクを、リングギヤ２２ｃを介してインプットリダクションシャフト２４に伝達する。

インプットリダクションシャフト２４は、ギヤ機構２６を介してトルクをトランスファードライブギヤ２８に伝達する。ギヤ機構２６は、第１ギヤ２６ａおよび第２ギヤ２６ｂにより構成されている。第１ギヤ２６ａは、インプットリダクションシャフト２４に嵌合されており、インプットリダクションシャフト２４と一体的に回転する。第２ギヤ２６ｂは、トランスファードライブギヤ２８に嵌合されるとともに第１ギヤ２６ａに噛み合わされており、第１ギヤ２６ａの回転に伴ってトランスファードライブギヤ２８と一体的に回転する。

トランスファードライブギヤ２８は、フロントディファレンシャルギヤ３０およびフロントドライブシャフト３２を介してトルクを前輪３４に伝達する。

また、トランスファードライブギヤ２８には、第１動力伝達機構３６を介して第２モータジェネレータ１４が接続されている。第１動力伝達機構３６は、サンギヤ３６ａ、プラネタリギヤ３６ｂ、リングギヤ３６ｃ、キャリア３６ｄにより構成される遊星歯車である。サンギヤ３６ａは、第２モータジェネレータ１４の回転軸１４ａに嵌合されており、回転軸１４ａと一体的に回転する。プラネタリギヤ３６ｂは、サンギヤ３６ａとリングギヤ３６ｃとの間に複数配置されており、サンギヤ３６ａおよびリングギヤ３６ｃとそれぞれ噛み合わされている。リングギヤ３６ｃは、サンギヤ３６ａと同軸上で、かつ、サンギヤ３６ａの径方向外側に配置され、ケーシングに固定されている。キャリア３６ｄは、トランスファードライブギヤ２８に嵌合されるとともにサンギヤ３６ａと同軸上に回転自在に支持されており、プラネタリギヤ３６ｂを回転自在に支持する。したがって、プラネタリギヤ３６ｂは、プラネタリギヤ３６ｂの中心軸周りに自転可能であるとともに、キャリア３６ｄの中心軸線周りに公転可能である。

したがって、第１動力伝達機構３６は、第２モータジェネレータ１４が電動機として機能する場合には、第２モータジェネレータ１４から入力されたトルクを、サンギヤ３６ａ、プラネタリギヤ３６ｂおよびキャリア３６ｄを順に介してトランスファードライブギヤ２８に伝達する。

また、第１動力伝達機構３６は、第２モータジェネレータ１４が発電機として機能する場合には、トランスファードライブギヤ２８から入力されたトルクを、キャリア３６ｄ、プラネタリギヤ３６ｂおよびサンギヤ３６ａを順に介して第２モータジェネレータ１４に伝達する。

また、トランスファードライブギヤ２８には、スプライン３８を介してリダクションシャフト４０が接続される。リダクションシャフト４０には、トランスファークラッチ４２、プロペラシャフト４４、不図示のリヤディファレンシャルギヤおよびリヤドライブシャフトを介して後輪４６が接続される。リダクションシャフト４０は、トランスファークラッチ４２が接続状態にある場合、トランスファークラッチ４２、プロペラシャフト４４、リヤディファレンシャルギヤおよびリヤドライブシャフトを介して後輪４６にトルクを伝達する。

また、動力伝達装置２には、ギヤ機構５２およびクラッチ５４を含んで構成され、エンジン１０および第１モータジェネレータ１２から出力されたトルクを第１動力伝達機構３６を介さずに第２モータジェネレータ１４の回転軸１４ａに伝達する第２動力伝達機構５０が設けられている。ギヤ機構５２は、ドライブギヤ５２ａおよびドライブギヤ５２ｂにより構成されている。ドライブギヤ５２ａは、インプットリダクションシャフト２４に嵌合され、インプットリダクションシャフト２４と一体的に回転する。ドライブギヤ５２ｂは、第２モータジェネレータ１４の回転軸１４ａに相対回転自在に支持されているとともに、ドライブギヤ５２ａに噛み合わされている。

クラッチ５４は、例えば油圧式の多段クラッチであり、第１摩擦板５４ａおよび第２摩擦板５４ｂが対向して配置されている。第１摩擦板５４ａは、ドライブギヤ５２ｂに接続されており、ドライブギヤ５２ｂと一体的に回転する。第２摩擦板５４ｂは、第２モータジェネレータ１４の回転軸１４ａに嵌合されており、回転軸１４ａと一体的に回転する。

また、クラッチ５４は、ＴＣＵ６８の制御による油圧によって、第１摩擦板５４ａおよび第２摩擦板５４ｂが離隔した切断状態、および、第１摩擦板５４ａおよび第２摩擦板５４ｂが接触した接続状態を切り替え可能である。

クラッチ５４は、接続状態において、ドライブギヤ５２ｂから伝達されるトルクを回転軸１４ａに伝達し、切断状態において、ドライブギヤ５２ｂから伝達されるトルクを回転軸１４ａに伝達しないよう遮断する。

図２は、車両１の制御系の構成を説明する図である。図２に示すように、車両１は、制御部６０として、ＨＥＶＣＵ（Hybrid and Electric Vehicles Control Units）６２、ＥＣＵ（Engine Control Unit）６４、ＭＣＵ（Motor Control Unit）６６、および、ＴＣＵ（Transmission Control Unit）６８が設けられる。また、車両１は、インバータ７０、７２およびバッテリ７４が設けられ、インバータ７０が第１モータジェネレータ１２およびバッテリ７４と接続され、インバータ７２が第２モータジェネレータ１４およびバッテリ７４と接続される。

ＨＥＶＣＵ６２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を含むマイクロコンピュータでなり、車両１の各部を統括制御する。

ＨＥＶＣＵ６２は、アクセルペダルの踏込み量、ブレーキペダルの踏み込み量、シフトレバーのシフト位置、車速センサから入力される車速等に基づいて、エンジン１０、第１モータジェネレータ１２、第２モータジェネレータ１４の駆動をＥＣＵ６４およびＭＣＵ６６を介して適宜制御する。

ＥＣＵ６４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータでなり、ＨＥＶＣＵ６２の制御に基づいて、エンジン１０を駆動させる。ＭＣＵ６６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータでなり、ＨＥＶＣＵ６２の制御に基づいて、インバータ７０、７２を介して、第１モータジェネレータ１２および第２モータジェネレータ１４を制御する。

ＨＥＶＣＵ６２は、第２モータジェネレータ１４の運転状態を制御し、第２モータジェネレータ１４に入力されるトルクを、インバータ７２を介して調整することによって、動力分割機構２２のキャリア２２ｄとリングギヤ２２ｃとの差動状態を制御する。例えば、車両１の速度が一定である場合に、第２モータジェネレータ１４の回転速度を増減させることによりエンジン１０の回転速度を連続的に（無段階に）変化させる。すなわち、ＨＥＶＣＵ６２は、例えば燃費が最もよい高効率運転状態のエンジン１０の回転速度に設定することを、第２モータジェネレータ１４を制御することによって実行する。

ＴＣＵ６８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータでなり、クラッチ５４の接続状態および切断状態を切り替える。

ここで、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクが０Ｎｍ、または、０Ｎｍと略同一とみなされる場合、第１動力伝達機構３６では、トランスファードライブギヤ２８からトルクがキャリア３６ｄおよびプラネタリギヤ３６ｂに入力される一方で、第２モータジェネレータ１４からサンギヤ３６ａにトルクが伝達されない、または、ほとんど伝達されない。このような場合に、トランスファードライブギヤ２８に回転数変動が生じると、プラネタリギヤ３６ｂの回転数変動が生じることになる。そして、プラネタリギヤ３６ｂとサンギヤ３６ａとの間でガタつきが生じ、騒音（歯打ち音）が発生するとともに、トランスファードライブギヤ２８の回転数変動が増加することになる。

そこで、ＴＣＵ６８は、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクがトルク閾値以下である場合に、クラッチ５４を接続状態に切り替える。また、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクがトルク閾値より大きい場合に、クラッチ５４を切断状態に切り替える。なお、トルク閾値は、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクが、０Ｎｍ、または、０Ｎｍと略同一とみなされる値（例えば、０．５Ｎｍ）に設定される。

そして、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクがトルク閾値以下である場合に、ＴＣＵ６８によってクラッチ５４が接続状態にされると、動力伝達装置２では、ドライブギヤ５２ａ、ドライブギヤ５２ｂおよびクラッチ５４を介して、インプットリダクションシャフト２４から回転軸１４ａにトルクが伝達されることになる。これにより、動力伝達装置２は、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクが０Ｎｍまたは０Ｎｍとみなされる場合であっても回転軸１４ａが強制的に回転させられることになる。

したがって、動力伝達装置２は、回転軸１４ａが強制的に回転させられることによって、トランスファードライブギヤ２８に回転数変動が生じても、プラネタリギヤ３６ｂとサンギヤ３６ａとの間でガタつき、つまり、相対変位が抑制され、騒音の発生を抑制（防止）することができる。また、動力伝達装置２は、エンジン１０の駆動状態を変更することなく、トランスファードライブギヤ２８の回転数変動も抑制することができ、燃費の悪化を抑制することができる。

図３は、第２モータジェネレータ１４のトルクが０Ｎｍの場合の第１動力伝達機構３６で発生するガタつきを比較する図である。図３（ａ）は、ギヤ機構５２およびクラッチ５４が設けられていない動力伝達装置での第１動力伝達機構におけるプラネタリギヤ３６ｂとサンギヤ３６ａとの間でのガタつきを説明する図であり、図３（ｂ）は、動力伝達装置２での第１動力伝達機構３６におけるプラネタリギヤ３６ｂとサンギヤ３６ａとの間でのガタつきを説明する図である。

また、図３（ａ）および図３（ｂ）では、エンジン１０から出力されるトルク（エンジン出力トルク）を所定幅で変動させ、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルク（第２ＭＧトルク）を０Ｎｍとした場合における、トランスファードライブギヤ２８の回転数（フロントＰ／Ｓ回転数）、および、プラネタリギヤ３６ｂとサンギヤ３６ａとの間でガタつき（相対変位）を示す。

図３（ａ）に示すように、ギヤ機構５２およびクラッチ５４が設けられていない動力伝達装置では、エンジン１０から出力されるトルクが変動すると、トランスファードライブギヤ２８の回転数変動が増加するとともに、プラネタリギヤ３６ｂとサンギヤ３６ａとの間でガタつき（相対変位）が増加する。

一方、図３（ｂ）に示すように、動力伝達装置２では、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクが０Ｎｍとなりクラッチ５４が接続状態となると、第２モータジェネレータ１４の回転軸１４ａが、インプットリダクションシャフト２４、ギヤ機構５２およびクラッチ５４を介して強制的に回転させられることになる。

これにより、トランスファードライブギヤ２８の回転数変動が抑制されるとともに、プラネタリギヤ３６ｂとサンギヤ３６ａとの間でガタつき（相対変位）が抑制される。

このように、動力伝達装置２は、ギヤ機構５２およびクラッチ５４が設けられ、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクがトルク閾値以下になると、クラッチ５４を接続状態にし、インプットリダクションシャフト２４からのトルクをギヤ機構５２およびクラッチ５４を介して回転軸１４ａに伝達するようにした。

これにより、動力伝達装置２は、第１動力伝達機構３６においてガタつきを防止し、騒音を抑制しつつ、エンジン１０の駆動状態を変更せずに、燃費の悪化を抑制することができる。

<第２実施形態>
図４は、第２実施形態における動力伝達装置１００の構成を示す図である。図４に示すように、動力伝達装置１００は、第１実施形態における動力伝達装置２（第２動力伝達機構５０）のクラッチ５４に代えて、クラッチ１１２（第２動力伝達機構１１０）が設けられている点で異なり、他の構成は第１実施形態における動力伝達装置２と同一である。なお、第１実施形態における動力伝達装置２と同一である構成には同一の符号を付すとともに、それらの説明は省略する。

クラッチ１１２は、例えば多段クラッチであり、第１摩擦板１１２ａおよび第２摩擦板１１２ｂが対向して配置されている。第１摩擦板１１２ａは、ドライブギヤ５２ａに接続され、ドライブギヤ５２ｂと一体的に回転する。第２摩擦板１１２ｂは、回転軸１４ａに接続され、回転軸１４ａと一体的に回転する。

また、クラッチ１１２には、バネ等でなる付勢部材１１２ｃが設けられる。付勢部材１１２ｃは、例えば、第１摩擦板１１２ａを第２摩擦板１１２ｂに対して常時付勢している。したがって、クラッチ１１２では、第１摩擦板１１２ａと第２摩擦板１１２ｂとが常時接触して、一定の摩擦力が第１摩擦板１１２ａと第２摩擦板１１２ｂとの間で発生している。

これにより、クラッチ１１２は、インプットリダクションシャフト２４から伝達されるトルクを、常時、回転軸１４ａに伝達することが可能となる。したがって、動力伝達装置１００では、第２モータジェネレータ１４から出力されるトルクが０Ｎｍ、または、０Ｎｍとみなされるトルク閾値以下になる場合であっても、インプットリダクションシャフト２４からのトルクをギヤ機構５２およびクラッチ１１２を介して回転軸１４ａに伝達することができる。

これにより、動力伝達装置１００は、回転軸１４ａが強制的に回転させられるので、トランスファードライブギヤ２８に回転数変動が生じても、第１動力伝達機構３６との間でガタつき、つまり、相対変位が抑制され、騒音の発生を防止することができる。また、トランスファードライブギヤ２８の回転数変動も抑制することができ、燃費の悪化を抑制することができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

上記実施形態では、所謂ハイブリッド自動車を例に挙げて説明したが、これに限らず、少なくとも１つの駆動源および１つの電動機が設けられ、１つの駆動源および１つの電動機のトルクがギヤ機構を介して出力されるものに適用することができる。

また、上記実施形態では、第１動力伝達機構３６として遊星歯車を例に挙げて説明したが、これに限らず、複数のギヤを介して第２モータジェネレータ１４からトルクが伝達されるようなギヤ機構を適用することができる。

また、上記実施形態では、ギヤ機構５２およびクラッチ５４を含んで構成される第２動力伝達機構５０、１１０により、エンジン１０から出力されたトルクを第２モータジェネレータ１４の回転軸１４ａに、第１動力伝達機構３６を介さずに伝達するようにした。しかしながら、これに限らず、第２動力伝達機構５０、１１０は、エンジン１０から出力されたトルクを第２モータジェネレータ１４の回転軸１４ａに、第１動力伝達機構３６を介さずに伝達することができれば、他の構成であってもよい。

本発明は、１つの駆動源および１つの電動機を有し、駆動源および電動機がギヤ機構を介して接続された動力伝達装置に利用できる。

２、１００ 動力伝達装置
１０ エンジン（駆動源）
１２ 第１モータジェネレータ（駆動源）
１４ 第２モータジェネレータ（電動機）
２４ インプットリダクションシャフト（シャフト）
３６ 第１動力伝達機構
５０、１１０ 第２動力伝達機構
５４、１１２ クラッチ
６８ ＴＣＵ（制御部）
５４ａ、１１２ａ 第１摩擦板
５４ｂ、１１２ｂ 第２摩擦板
１１２ｃ 付勢部材

Claims (2)

1. 駆動源から出力されるトルクが入力されるシャフトと、
   複数のギヤが噛み合わされており、前記シャフト、および、電力によって駆動する電動機を、該複数のギヤを介して接続させる第１動力伝達機構と、
   前記駆動源から出力されるトルクを、前記第１動力伝達機構を介さずに前記電動機の回転軸に入力する第２動力伝達機構と、
   前記第２動力伝達機構に設けられ、前記駆動源から出力されるトルクが前記電動機の回転軸に入力される接続状態、および、前記駆動源から出力されるトルクが前記電動機の回転軸に入力されない切断状態が切り替え可能なクラッチと、
   前記電動機から出力されるトルクが所定のトルク閾値以下である場合に、前記クラッチを接続状態にし、該電動機から出力されるトルクが該トルク閾値より大きい場合に、該クラッチを切断状態にする制御部と、
   を備えることを特徴とする動力伝達装置。
2. 前記クラッチは、
   前記駆動源から出力されるトルクが入力される第１摩擦板と、
   前記電動機の回転軸に接続された第２摩擦板と、
   前記第１摩擦板と前記第２摩擦板とが接触するように付勢する付勢部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。

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