JPWO2014174679A1 - 始動制御装置 - Google Patents
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Abstract
始動制御装置(100)は、内燃機関(10)と、該内燃機関の出力軸(101)と同期して回転可能な回転軸を有するモータ(11)と、を備える車両(1)に搭載される。該始動制御装置は、出力軸に設けられ、該出力軸の回転に伴い信号を出力するクランク角センサ(31)と、回転軸に設けられ、該回転軸の角度位置であるロータ角を検出するレゾルバ(32)と、モータにより出力軸を回転して内燃機関を始動させる際に、内燃機関の始動開始時から出力軸の角度位置であるクランク角が確定されるまで、内燃機関の前回停止時に検出されたロータ角に基づく角度である停止角度に、出力された信号に応じた値を加算することにより算出される推定値である仮クランク角に基づいて内燃機関に係る始動制御を実行する制御手段(21、22)と、を備える。
Description
本発明は、内燃機関及びモータを備える、例えば自動車等の車両において該内燃機関を始動する始動制御装置に関し、特に、内燃機関に設けられたクランク角センサの出力及びモータに設けられたレゾルバの出力を用いる始動制御装置の技術分野に関する。
この種の装置として、例えば、内燃機関とモータ・ジェネレータと、該内燃機関及びモータ・ジェネレータ間に配置されたクラッチと、を備える車両において、クラッチが一旦解放された後再び係合された場合に内燃機関の出力軸とモータ・ジェネレータの出力軸との角度差を算出し、内燃機関の始動時にクラッチが係合されていれば、モータ・ジェネレータの出力軸の角度位置を検出するレゾルバの出力と、算出された角度差とに基づいて内燃機関を制御する装置が提案されている(特許文献1参照)。
尚、内燃機関及びモータの少なくとも一方に係る角度を検出する方法として、例えば特許文献2には、同一軸上に連結された内燃機関及びモータを備える車両において、第1レゾルバにより検出された内燃機関に係るクランク角と、第2レゾルバにより検出されたモータに係るロータ角との間の初期位相変位と、第2レゾルバにより検出されたロータ角とからクランク角を求める方法が記載されている。
或いは、特許文献3には、モータ・ジェネレータの回転数が、例えば100rpm(Revolutions per minute)未満の低回転では、レゾルバにより検出された回転数によりモータ・ジェネレータを制御し、高回転では、ノースマーカにより検出された回転数によりモータ・ジェネレータを制御する方法が記載されている。ここでは特に、レゾルバにより検出された回転数とノースマーカにより検出された回転数との切り換え範囲において、回転数の変化勾配が所定値以上である場合には切り換えを禁止することが記載されている。
また、検出されたクランク角に基づく内燃機関の制御方法として、例えば特許文献4には、クランク角センサを構成する、欠歯部及び複数の歯部を有するシグナルロータの該欠歯部に起因して、欠歯部又は歯部の実際の検出開始又は終了時点よりもセンサからの信号の出力が遅れる分だけ、燃料噴射に係る噴射待機期間が短くなるように補正する方法が記載されている。
ここで、内燃機関の出力軸であるクランク軸のクランク角が、クランク角センサを用いて検出される場合、該クランク角センサによりクランク角の基準位置が検出されるまでは、クランク角が確定されない。このため、内燃機関の始動時において、クランク角が確定されるまでは、例えば燃料噴射制御や点火制御を行うことが困難となる。すると、内燃機関の始動時におけるクランキング期間の短縮が困難になり、例えばエネルギー効率の向上を図ることが困難になる等の技術的問題点がある。
特許文献1に記載の技術は、内燃機関の出力軸とモータの出力軸とが直結されていない装置には適用が困難である。具体的には例えば内燃機関及びモータ間にギヤが介在する場合、該ギヤのギヤがたに起因して、内燃機関に係るクランク角と、モータの出力軸の角度位置を示すレゾルバの値との間に誤差が生じる可能性があり、内燃機関に係る始動制御の精度が低下する可能性がある。
特許文献2に記載の技術は、同一軸上に連結された内燃機関及びモータを備える車両において、検出されるクランク角とロータ角とが一致するように、第1レゾルバ及び第2レゾルバ各々の組み付け角度を調整することに代えて、検出されたクランク角とロータ角との位相変位を学習する技術である(特許文献2[0021]〜[0023]参照)。このため特許文献2に記載の技術では、上記技術的問題点を解決することは極めて困難である。
特許文献3に記載の技術は、上述の如く、モータ・ジェネレータの回転数に応じて、該回転数の検出手段を切り換えるものであり。このため特許文献3に記載の技術では、上記技術的問題点を解決することは極めて困難である。特許文献4に記載の技術は、クランク角センサによりクランク角が確定された後において、燃料の噴射開始タイミングの精度を向上する技術である。このため特許文献4に記載の技術では、上記技術的問題点を解決することは極めて困難である。
このように、上述した特許文献1乃至4では、上記技術的問題点を解決することが困難であるという技術的問題点がある。
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関及びモータを備える車両において、内燃機関を比較的早く始動することができる始動制御装置を提供することを課題とする。
本発明の始動制御装置は、上記課題を解決するために、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と同期して回転可能な回転軸を有するモータと、を備える車両に搭載され、前記出力軸に設けられ、前記出力軸の回転に伴い信号を出力するクランク角センサと、前記回転軸に設けられ、前記回転軸の角度位置であるロータ角を検出するレゾルバと、前記モータにより前記出力軸を回転して前記内燃機関を始動させる際に、前記内燃機関の始動開始時から前記出力軸の角度位置であるクランク角が確定されるまで、前記内燃機関の前回停止時に検出されたロータ角に基づく角度である停止角度に、前記出力された信号に応じた値を加算することにより算出される推定値である仮クランク角に基づいて前記内燃機関に係る始動制御を実行する制御手段と、を備える。
本発明の始動制御装置によれば、当該始動制御装置は、例えばエンジンである内燃機関と、該内燃機関の出力軸と同期して回転可能な回転軸を有するモータと、を備える車両に搭載されている。ここで、「同期して回転可能」は、車両の走行期間のうち少なくとも一部の期間において内燃機関の出力軸とモータの回転軸とが同時に回転又は停止していればよく、内燃機関の出力軸とモータの回転軸とが常に同期していることに限られない。
また、内燃機関の出力軸の回転数とモータの回転軸の回転数とは同一でなくてよく、例えばギヤ比等の既知の比例定数を用いて、内燃機関の出力軸及びモータの回転軸の一方の回転数から、他方の回転数を算出可能であればよい。
クランク角センサは、内燃機関の出力軸に設けられ、該出力軸の回転に伴い信号を出力する。レゾルバは、モータの回転軸に設けられ、該回転軸の角度位置であるロータ角を検出する。尚、クランク角センサには、公知の各種態様を適用可能である。また、レゾルバにも、公知の各種態様を適用可能である。
例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御手段は、モータにより内燃機関の出力軸を回転して(即ち、クランキングして)内燃機関を始動させる際に、内燃機関の始動開始時から、該内燃機関の出力軸の角度位置であるクランク角が確定されるまで、仮クランク角に基づいて内燃機関に係る始動制御を実行する。本発明に係る「仮クランク角」とは、内燃機関の前回停止時に、レゾルバにより検出されたロータ角に基づく角度である停止角度に、内燃機関の今回始動時において、クランク角センサから出力された信号に応じた値を加算することにより算出された推定値である。
「内燃機関の始動開始時」とは、内燃機関の出力軸が回転され始める時点に限らず、該出力軸が回転され始める時点よりも、所定時間だけ遡った時点又は所定時間だけ経過した時点を含んでよい。「クランク角が確定」とは、クランク角センサから出力される信号に基づいて、クランク角が特定されることを意味する。
クランク角センサから出力される信号によりクランク角が特定されるまでには、上述の如く、ある程度の時間が必要である。他方で、クランク角がわからなければ、例えば燃料噴射や点火等の制御を適切に実行することが困難である。従って、車両全体のエネルギー効率の観点からは、内燃機関の始動に費やされる時間をいかに短くするかということが、エネルギー効率の向上に繋がる。また、所謂エコラン車では、内燃機関の始動に費やされる時間を短くすることが、レスポンスの向上に繋がる。
特に、動力源としての内燃機関及びモータを備えるハイブリッド車両では、例えば低速走行時、低負荷時等の内燃機関の効率が比較的低い運転領域では、内燃機関を停止してモータのみで走行することが多い。このため、ハイブリッド車両では、内燃機関の停止及び再始動の回数が比較的多くなる。すると、内燃機関の始動時において、クランク角が特定されるまでにモータにより消費されるエネルギーの、全エネルギー効率に対する寄与が比較的大きくなる。
尚、クランク角が確定される前に燃料噴射処理を行おうとすると、内燃機関の気筒ナンバーやクランク角がわからないため、例えば固定噴射処理や固定点火処理しかできず、エミッションが悪化したり、燃焼トルクを制御できないことに起因してパワートレーンの振動が増大したりする。
そこで本発明では、上述の如く、制御手段により、仮クランク角が算出され、該算出された仮クランク角に基づいて、クランク角が確定される前であっても、内燃機関に係る始動制御が実行される。特に、クランク角センサの信号は、内燃機関の出力軸が回転されれば出力されるので、仮クランク角を用いることで、内燃機関のクランキング開始直後から内燃機関に係る始動制御を行うことができる。
以上の結果、本発明の始動制御装置によれば、内燃機関及びモータを備える車両において、内燃機関を比較的早く始動することができる。
尚、内燃機関の出力軸とモータの回転軸との間に、例えばダンパ、ギヤ、ベルト等が存在すると、内燃機関の前回停止時における停止角度と、実際のクランク角との間にずれが生じる可能性がある。このため、本発明では、内燃機関の始動開始時からクランク角が確定されるまでの期間に限って、仮クランク角を用いて内燃機関に係る始動制御が実行される。そして、クランク角が確定した後は、クランク角を用いて内燃機関に係る始動制御が実行される。このように構成すれば、内燃機関に係る始動制御の精度の低下を防止しつつ、内燃機関を比較的早く始動することができる。
尚、内燃機関の停止直前には、該内燃機関のコンプレッショントルクによるトルク反力により、内燃機関が逆回転してしまう。このため、一般的なクランク角センサのみにより、内燃機関に係る停止角度を検出することは困難である。他方で、本発明に係る「仮クランク角」を用いることに代えて、逆回転検知機能付きのセンサによりクランク角を検出することも考えられるが、逆回転検知機能付きのセンサは比較的高価であるので、例えば製造コストが増大する等の問題点がある。
本発明の始動制御装置の一態様では、前記内燃機関の前回停止時から前記内燃機関の今回始動開始時までの間に前記出力軸が回転した場合、前記制御手段は、前記レゾルバにより再検出されたロータ角に基づいて前記停止角度を更新し、前記内燃機関の今回始動時に、前記更新された停止角度を用いて前記仮クランク角を算出する。
レゾルバは、モータの回転軸が順方向へ回転する時だけでなく、逆方向へ回転する時もロータ角を検出することができる。このため、内燃機関の出力軸の回転に伴いモータの回転軸がつれ回された場合であっても、モータの回転軸の回転方向にかかわらずロータ角を検出することができる。
従って、内燃機関の前回停止時から今回始動開始時までの間に、例えば走行時の振動等の外乱により内燃機関の出力軸が回転した場合であっても、内燃機関の今回始動開始時における出力軸の停止角度がわかるので、比較的信頼性の高い仮クランク角を算出することができ、実用上非常に有利である。
本発明の始動制御装置の他の態様では、前記出力軸と前記回転軸との間に介在する動力伝達機構に起因して、前記回転軸が回転し始める時点と前記出力軸が回転し始める時点とが異なる場合、前記制御手段は、前記レゾルバにより再検出されたロータ角に基づいて前記停止角度を更新し、前記出力軸が回転し始める時点における停止角度に、前記出力された信号に応じた値を加算することにより前記仮クランク角を算出する。
この態様によれば、例えば動力伝達機構におけるギヤがた詰め等により、回転軸が回転し始める時点と出力軸が回転し始める時点とが異なる場合であっても、比較的信頼性の高い仮クランク角を算出することができ、実用上非常に有利である。
この態様では特に、内燃機関の始動要求がありモータの回転軸が回転し始めた後であっても、内燃機関の出力軸が回転し始めるまでは、停止角度が更新される。
この態様では、前記出力軸と前記回転軸との間に介在する動力伝達機構に起因して、前記回転軸が回転し始める時点と前記出力軸が回転し始める時点とが異なる場合、とは、前記車両が備える、パーキングレンジを含む複数のレンジ間で切り替え操作可能なシフト操作手段により前記パーキングレンジが選択されている場合であってよい。
このように構成すれば、例えばギヤがた詰めに係る制御等が発生し易いパーキングレンジが選択されている場合に、仮クランク角を適切に算出して、内燃機関を始動させることができる。
本発明の始動制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記出力軸が回転し始めてから、前記クランク角センサから1回目の信号が出力されるまでの期間に基づいて、前記出力された1回目の信号に応じた値を補正する。
内燃機関の出力軸には、複数の歯部(及び複数のスリット)を有するロータが設けられている。該ロータには、出力軸の基準位置を検出するためのマーカとして、例えば隣接する歯部同士の間隔を1か所だけ広くした欠歯部が設けられている。クランク角センサは、該クランク角センサとロータとの間のギヤップに応じた信号を出力する。
内燃機関の前回停止時にロータの欠歯部がクランク角センサと対向していると、内燃機関の今回始動時にクランク角センサから1回目の信号が出力されるまでの期間が比較的長くなる。欠歯部を考慮せずに仮クランク角を算出してしまうと、算出された仮クランク角と実際のクランク角との差が比較的大きくなる可能性がある。
しかるに本態様では、上述の如く、制御手段により、内燃機関の出力軸が回転し始めてから、クランク角センサから1回目の信号が出力されるまでの期間に基づいて、出力された1回目の信号に応じた値が補正される。このため、算出された仮クランク角と実際のクランク角との乖離を抑制することができ、実用上非常に有利である。
本発明の始動制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記クランク角が確定された後、前記仮クランク角に代えて前記クランク角に基づいて前記始動制御を実行し、前記クランク角が確定された際、前記クランク角が前記仮クランク角よりも進んでいる場合、前記仮クランク角と前記クランク角との間に、前記始動制御に含まれる燃料噴射制御を実行すべき噴射角度、又は前記始動制御に含まれる点火制御を実行すべき点火角度が含まれることを条件に、前記制御手段は、前記燃料噴射制御又は前記点火制御を実行する。
この態様によれば、仮クランク角からクランク角への切り換えに起因して、処理抜けが発生することを防止することができ、実用上非常に有利である。
尚、仮クランク角とクランク角との間に、噴射角度又は点火角度が含まれていた場合、制御手段は、典型的には、仮クランク角からクランク角への切り換え直後に、燃料噴射制御又は点火制御を実行する。
或いは、本発明の始動制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記クランク角が確定された後、前記仮クランク角に代えて前記クランク角に基づいて前記始動制御を実行し、前記クランク角が確定された際、前記クランク角が前記仮クランク角よりも遅れている場合、前記制御手段は、前記クランク角が、前記クランク角が確定された際の仮クランク角に相当する角度に達するまでは、前記始動制御に含まれる燃料噴射制御及び点火制御の実行を禁止する。
この態様によれば、仮クランク角からクランク角への切り換えに起因して、二重に処理が実行されることを防止することができ、実用上非常に有利である。
尚、「前記クランク角が、前記クランク角が確定された際の仮クランク角に相当する角度に達するまでは、前記始動制御に含まれる燃料噴射制御及び点火制御の実行を禁止する」とは、クランク角が確定された際の、クランク角と仮クランク角との間に、噴射角度及び点火角度の少なくとも一方が含まれていたとしても、燃料噴射制御及び点火制御の実行を禁止するという意味である。
制御手段は、クランク角が、該クランク角が確定された際の仮クランク角に相当する角度に達した後、クランク角が噴射角度又は点火角度に該当した場合に、燃料噴射制御又は点火制御を実行する。
本発明の始動制御装置の他の態様では、前記内燃機関を始動させる際にエミッション低減要求がある場合、前記制御手段は、前記仮クランク角は用いずに、前記クランク角が確定された後に、前記クランク角に基づいて前記始動制御を実行する。
この態様によれば、例えば間欠運転時間が長い、触媒温度が比較的低い、車両運転開始時等、内燃機関を早期に始動させてしまうと、エミッションが悪化する可能性がある場合に、クランク角が確定された後に内燃機関に係る始動制御が実行されるので、エミッションの悪化を抑制することができる。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
以下、本発明の始動制御装置に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。
<第1実施形態>
本発明の始動制御装置に係る第1実施形態について、図1乃至図7を参照して説明する。
本発明の始動制御装置に係る第1実施形態について、図1乃至図7を参照して説明する。
先ず、本実施形態に係る始動制御装置が搭載される車両について、図1を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る始動制御装置が搭載される車両の構成を示すブロック図である。尚、図1では、説明の煩雑化を回避するために、本発明に直接関連しない構成要素については適宜図示を省略している。
図1において、ハイブリッド車両1は、エンジン10、第1モータ・ジェネレータ(MG1)11、第2モータ・ジェネレータ(MG2)12、遊星歯車機構を有する動力分配機構13、エンジンECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)21、及びハイブリッドECU22を備えて構成されている。
エンジン10のクランクシャフト101は、動力分配機構13の複数の遊星ギヤ133のキャリアである遊星キャリア134の回転軸としてのインプットシャフト131に接続されている。
尚、本実施形態に係るエンジン10は、4つの気筒を有する4気筒エンジンであるが、該4気筒エンジンに限らず、例えば6気筒、8気筒、12気筒、16気筒等の各種エンジンであってよい。
動力分配機構13のサンギヤ132の回転軸は、第1モータ・ジェネレータ11に接続されている。動力分配機構13のリングギヤ135の回転軸は、第2モータ・ジェネレータ12に接続されている。動力分配機構13の動力出力ギヤ136は、チェーンベルト137を介して、動力伝達ギヤ(図示せず)に動力を伝達する。動力伝達ギヤに伝達された動力は、駆動軸及びデファレンシャルギヤ(図示せず)を介して、ハイブリッド車両1の駆動輪(図示せず)に伝達される。
ハイブリッド車両1は、更に、クランク角センサ31、並びに、レゾルバ31及び32を備えて構成されている。
ここで、エンジン10のクランクシャフト101には、該クランクシャフト101と共に回転し、周縁部に突起部(切欠部)が設けられたクランクロータ102が設けられている。クランク角センサ31は、クランクロータ102の突起部が通過するときにパルス信号を生じるピックアップを有している。
ここで、クランク角センサ31について、図2及び図3を参照して説明を加える。図2は、第1実施形態に係るクランク角センサの構成を概略的に示した構成図であり、図3は、クランク角センサ信号の一例である。
図2において、クランクシャフト101には、図中の矢印方向に回転されるクランクロータ102が取り付けられている。クランクロータ102の外周には、クランク角検出用として、例えば10度CA(Crank Angle)毎の等しい角度間隔で形成された歯部102aと、2歯分連続して欠歯された欠歯部102bとが設けられている。
クランク角センサ31は、各歯部102aに対向し、該歯部102aによりクランクシャフト101の回転角度を検出する。クランク角センサ31から出力されるクランク角センサ信号は、クランクシャフト101の回転位置が予め設定された特定位置でないときには、所定のクランク角(例えば10度CA)回転する期間を1周期としたパルス信号となり、クランクシャフト101が特定位置に来たときには、クランクシャフト101が、例えば30度CA回転する期間を1周期とした欠歯信号となる。該欠歯信号は、クランクシャフト101が1回転する毎(即ち、360度CA毎)に発生する。
図3に示すように、欠歯部102bは、クランクロータ102(即ち、クランクシャフト101)が1回転する毎に1回検出されるが、クランクシャフト101の2回転で、1サイクルとなる4ストロークエンジンでは、吸気TDC(Top Dead Center)か燃焼TDCかを判定するために、クランク角センサ信号に加えて、例えば1サイクル1回転である動弁系のカム軸上に設けられたカムセンサ(図示せず)から出力されるカム信号により、クランクシャフト101の絶対角度が特定される(図4参照)。
図4は、クランク角の絶対値の特定方法の一例を示す概念図である。尚、図4において、最上段がクランク角センサ信号に対応する。また、クランク角の絶対値の特定方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、説明の煩雑化を回避するために、その詳細についての説明は割愛する。
再び図1に戻り、エンジンECU21とハイブリッドECU22とは、例えばCAN(Controller Area Network)通信により互いに通信している。
ここで、エンジン10に係る燃料噴射制御及び点火制御は、クランク角に応じて実行される。しかしながら、エンジン10の始動時の、クランクシャフト101の回り始めからクランク角が確定(特定)されるまでの期間は、クランク角が確定された後の期間と同様の精度で燃料噴射制御や点火制御を実行することは困難である。
このため、エンジン10の始動時にクランク角が確定されてから、燃料噴射制御や点火制御が実行されるような構成では、エンジン10が始動するまでにかかる時間が増大する。すると、所謂エコラン車ではレスポンスが悪化したり、ハイブリッド車両では、エンジン10をクランキングするための消費電力量が増大したりする可能性がある。
他方、クランク角が確定される前に、燃料噴射制御や点火制御が実行される場合、気筒ナンバーやクランク角がわからないため、固定噴射処理や固定点火処理となり、エミッションが悪化したり、燃焼トルクを制御できずにパワートレーンの振動が増大したりする可能性がある。
クランク角が確定される前に、燃料噴射制御や点火制御を比較的精度良く実行する方法として、以下の2つの方法が考えられる。
第1に、エンジン10の今回始動開始時にクランク角を確定するために、エンジン10の前回停止時のクランク角を正しく検出する。しかしながら、エンジン10の停止直前は、コンプレッショントルクによるトルク反力により、エンジン10のクランクシャフト101が逆回転してしまう。このため、逆回転検知機能付きのセンサが必要となる。該逆回転検知機能付きセンサは比較的高価であるため、この方法では、例えば製造コストの増加等の技術的問題点がある。
第2に、モータ・ジェネレータに設けられている逆回転検知機能付きのセンサ(例えば、レゾルバ)の情報を、クランク角として代用する。しかしながら、モータ・ジェネレータの回転軸の角度と、クランクシャフト101の角度とが必ずしも一致しない場合がある。具体的には例えば、クランクシャフト101に、例えばダンパ、ギヤ、ベルト等で連結されているモータ・ジェネレータを有するハイブリッド車両(図1参照)や所謂エコラン車では、ダンパ等に起因して、モータ・ジェネレータの回転軸の角度とクランク角とがずれる可能性がある。従って、モータ・ジェネレータの回転軸の角度情報のみでは、燃料噴射制御や点火制御を精度良く実行することが困難であるという技術的問題点がある。
また、クランクシャフト101とモータ・ジェネレータの回転軸とが直結されている場合であっても、本実施形態に係る車両1のように、エンジン10を制御するエンジンECU21と、モータ・ジェネレータを制御するハイブリッドECU22とが別々に設けられている場合には、ECU間の通信ディレイに起因して、モータ・ジェネレータの回転軸の角度とクランク角とがずれ、制御精度が低下する。
そこで、本実施形態に係る始動制御装置100では、エンジン10の始動時には、エンジン10の始動開始時からクランク角が確定されるまで、仮クランク角に基づいてエンジン10に係る始動制御が実行される。ここで、仮クランク角は、エンジン10の前回停止時に、レゾルバ32により検出された第1モータ・ジェネレータ11に係るロータ角に基づく角度である停止角度に、クランク角センサ31から出力されたクランク角センサ信号に応じた値が加算されることにより算出される推定値である。尚、「クランク角センサ信号に応じた値」は、本実施形態では、基本的には10度(図2参照)である。
このように構成すれば、クランク角が確定される前であっても仮クランク角に基づいて、燃料噴射制御や点火制御を実行することができる。加えて、クランク角センサ31が逆回転検知機能を備えている必要はないので、例えば製造コストの増大を抑制することができる。
次に、本実施形態に係る始動制御装置100の具体的な動作について、図5a、図5b及び図5cを参照して説明を加える。図5aは、エンジンの運転時における始動制御装置の動作を示す概念図である。図5bは、エンジン停止時における始動制御装置の動作を示す概念図である。図5cは、エンジン始動時且つクランク角確定前における始動制御装置の動作を示す概念図である。
図5aにおいて、始動制御装置100は、エンジンECU21、ハイブリッドECU22、クランク角センサ31及びレゾルバ32を備えて構成されている。
エンジン10の運転時には、クランク角が確定されているので、エンジンECU21におけるスイッチSW2は、“N”側に接続される。このため、クランク角センサ31からのクランク角センサ信号に基づいて、クランク角が計測され(“クランク角計測値”参照)、該計測されたクランク角に基づいて、気筒が特定され、燃料噴射制御や点火制御が実行される。また、エンジンECU21は、ハイブリッドECU22に対して、クランク角又はTDC信号を、CAN通信により(或いは直接)送信する。
ハイブリッドECU22では、レゾルバ32により検出された第1モータ・ジェネレータ11に係るロータ角に基づいて、積算角度が算出される(“レゾルバ積算角度算出”参照)。ハイブリッドECU22では、更に、算出された積算角度に基づいてクランク角が算出される。この時、エンジンECU21から送信されたクランク角又はTDC信号に基づいて、算出されたクランク角が補正やリセット等される。
ハイブリッドECU22は、エンジン10が停止すると、その時の算出されたクランク角を停止角度として記憶する。尚、エンジン10の停止直前に、ハイブリッドECU22は、エンジンECU21から送信されたクランク角に基づいて、算出されたクランク角を補正してよい。
次に、エンジン10の停止中では、エンジン10のクランクシャフト101は止まっているので、エンジンECU21におけるスイッチSW1は、“N”側に接続される。エンジン10の始動要求があった場合には、第1モータ・ジェネレータ11によりエンジン10のクランクシャフト101が回転される前に、ハイブリッドECU22が、エンジンECU21に対して停止角度として記憶されたクランク角を、CAN通信により送信する。エンジンECU21は、送信されたクランク角を仮クランク角の初期値とする。
次に、エンジン10の始動時且つクランク角確定前では、エンジン10のクランクシャフト101が回転しているので、エンジンECU21におけるスイッチSW1は“Y”側に接続される。このため、クランク角センサ31からのクランク角センサ信号に基づいて、仮クランク角が更新される(“T10CAカウンタ”、“仮クランク角算出”等参照)。
また、クランク角が確定していないので、エンジンECU21におけるスイッチSW2は“Y”側に接続される。このため、仮クランク角に基づいて、気筒が特定され、燃料噴射制御や点火制御が実行される。
次に、本実施形態の効果について、図6を参照して説明する。図6は、第1実施形態に係る始動制御を、従来例に係る始動制御と比較して示す概念図である。
図6において、従来例では、クランク角が確定されるまでは(図6中“確定”参照)、燃料噴射制御や点火制御を実行することができなかった。これに対して、本実施形態(図6中“本発明”参照)では、仮クランク角を用いることにより、エンジン10の始動開始直後から、燃料噴射制御や点火制御を実行することができる。この結果、エンジン10を比較的早く(図6では、従来例よりも3TDC早く)始動することができる。
加えて、クランキング期間も短縮することができるので(図6の下から2段目の破線参照)、クランキングに係る消費電力量を低減することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。
以上のように構成された始動制御装置100を搭載するハイブリッド車両1の主に走行時に実施される始動制御処理について、図7のフローチャートを参照して説明する。
図7において、エンジン10の前回運転中に、ハイブリッドECU22は、レゾルバ32から出力された信号を検出する(ステップS101)。ステップS101の処理と並行して、ハイブリッドECU22は、エンジン同期信号を検出する(ステップS102)。
ここで、エンジン同期信号は、例えばクランク角センサ31から出力される30度CA信号等である。尚、エンジン同期信号には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。
次に、ハイブリッドECU22は、レゾルバ32から出力された信号に基づいてクランク角を算出する(ステップS103)。尚、ステップS101及びS103は、図5aにおける「レゾルバ積算角度算出」及び「クランク角算出」に相当する。
次に、ハイブリッドECU22は、エンジン10が停止したか否かを判定する(ステップS104)。エンジン10が停止していないと判定された場合(ステップS104:No)、ハイブリッドECU22は、ステップS101の処理を実施する。他方、エンジン10が停止したと判定された場合(ステップS104:Yes)、ハイブリッドECU22は、算出されたクランク角を、停止角度として記憶する。
次に、ハイブリッドECU22は、エンジン10の始動要求があるか否かを判定する(ステップS105)。始動要求がないと判定された場合(ステップS105:No)、ハイブリッドECU22は、ステップS105の処理を実施する(即ち、始動要求があるまで待機状態となる)。
他方、始動要求があると判定された場合(ステップS105:Yes)、ハイブリッドECU22は、エンジン始動フラグを、エンジンECU21に対して送信する(ステップS106)。該エンジン始動フラグを受信したエンジンECU21は、エンジン10の始動時における燃料噴射制御を実行すべき噴射角度及び点火制御を実行すべき点火角度の初期値を設定する(ステップS111)。
また、ハイブリッドECU22は、停止角度として記憶されたクランク角を、エンジンECU21に対して送信する(ステップS107)。エンジンECU21は、受信したクランク角(停止角度)をラッチする(ステップS112)。続いて、エンジンECU21は、クランク角センサ信号が検出されたか否かを判定する(ステップS113)。
クランク角センサ信号が検出されないと判定された場合(ステップS113:No)、エンジンECU21は、ステップS113の処理を実施する(即ち、クランク角センサ信号が検出されるまで待機状態となる)。他方、クランク角センサ信号が検出されたと判定された場合(ステップS113:Yes)、エンジンECU21は、ラッチされた停止角度及びクランク角センサ信号に応じた値から仮クランク角を算出する(ステップS114)。
続いて、エンジンECU21は、クランク角が確定したか否かを判定する(ステップS115)。クランク角が確定されていないと判定された場合(ステップS115:No)、エンジンECU21は、仮クランク角に基づいて、該仮クランク角が噴射角度又は点火角度に該当することを条件に、燃料噴射制御又は点火制御を実行し(ステップS116)、再びステップS113の処理を実施する。
他方、クランク角が確定されたと判定された場合(ステップS115:Yes)、エンジンECU21は、仮クランク角に代えてクランク角に基づいて、該クランク角が噴射角度又は点火角度に該当することを条件に、燃料噴射制御又は点火制御を実行する(ステップS117)。
本実施形態に係る「エンジンECU21」及び「ハイブリッドECU22」は、本発明に係る「制御手段」の一例である。つまり、本実施形態に係る始動制御装置100では、ハイブリッド車両1の各種電子制御用のエンジンECU21及びハイブリッドECU22の機能の一部を、始動制御装置100の一部として用いている。
尚、ステップS112の処理において、停止角度がラッチされる前に、クランクシャフト101が回転され始めた場合、エンジンECU21は、例えばクランク角センサ信号に基づいてクランクシャフト101の回転量を記憶しておき、停止角度がラッチされた時点で、該記録された回転量とラッチされた停止角度とから仮クランク角を算出する。
<第2実施形態>
本発明の始動制御装置に係る第2実施形態について、図8を参照して説明する。尚、第2実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる部分のみ、図8を参照して説明する。
本発明の始動制御装置に係る第2実施形態について、図8を参照して説明する。尚、第2実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる部分のみ、図8を参照して説明する。
ハイブリッド車両1の走行中では、エンジン10が停止していたとしても、ハイブリッド車両1の車輪(図示せず)を介して伝わる振動等の外乱により、クランクシャフト101が回転される場合がある。
しかしながら、クランク角センサ31では、クランクシャフト101が順方向及び逆方向のどちらに回転したのかを判定することはできない。また、クランクシャフト101の回転の仕方によっては、出力されたクランク角センサ信号から、欠歯部102b(図2参照)でないにもかかわらず、欠歯部102bと誤認識される可能性がある。
そこで本実施形態では、エンジン10の停止中にクランクシャフト101が回転された場合、クランク角センサ31は用いずに、レゾルバ32により検出されたロータ角に基づいて、ハイブリッドECU22に、停止角度として記憶されたクランク角が更新される。
このように構成すれば、エンジン10の停止中に外乱によりクランクシャフト101が回転されたとしても、エンジン10の始動時における仮クランク角の信頼性を向上させることができ、実用上非常に有利である。
以上のように構成された始動制御装置100が実施する始動制御処理について、図8のフローチャートを参照して説明する。
図7に示したステップS104の処理で“Yes”と判定された後(即ち、エンジン10が停止したと判定され、停止角度が記憶された後)、ハイブリッドECU22は、レゾルバ32によりロータ角が再検出された(即ち、クランクシャフト101が回転され、該クランクシャフト101の回転に起因して第1モータ・ジェネレータ11の回転軸がつれ回された)ことを条件に、記憶された停止角度を更新する(ステップS201)。
次に、ハイブリッドECU22は、図7に示したステップS105の処理を実施する。尚、ステップS105の処理で“No”と判定された場合、ハイブリッドECU22は、ステップS201の処理を実施する。
<第3実施形態>
本発明の始動制御装置に係る第3実施形態について、図9及び図10を参照して説明する。尚、第3実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる部分のみ、図9及び図10を参照して説明する。
本発明の始動制御装置に係る第3実施形態について、図9及び図10を参照して説明する。尚、第3実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる部分のみ、図9及び図10を参照して説明する。
本発明に係る「シフト操作手段」の一例としての、シフトレバー(又はセレクター)(図示せず)により、パーキングレンジが選択されている場合、例えばギヤがた詰め等の制御に起因して、第1モータ・ジェネレータ11の回転軸が回転し始める時点と、クランクシャフト101が回転し始める時点とが異なる。この場合に、何らの対策も採らなければ、ギヤがた詰め等の際にクランクシャフト101が回転することにより、意図しないタイミングで燃料が噴射されたり、燃料噴射から点火までの期間が変化したことにより混合気形成に差が生じ燃焼が悪化したりする可能性がある。
具体的には例えば、図9(a)に示すように、始動フラグをエンジンECU21が受信した時点で直ちに燃料噴射制御が実行されるように構成されていると、燃料噴射から点火までの期間が比較的長くなり燃焼が悪化する。
他方で、シフトレバーによりドライブレンジが選択されている場合は、ギヤがた詰め等の制御が必要ないので、図9(b)に示すように、始動フラグをエンジンECU21が受信してから、クランクシャフト101が回転し始めるまでの期間が比較的短い。このため、パーキングレンジが選択されている場合のような問題は生じない。
そこで本実施形態では、クランクシャフト101と、第1モータ・ジェネレータ11の回転軸との間に介在する動力伝達機構(本実施形態では“動力分配機構13”)に起因して、第1モータ・ジェネレータ11の回転軸が回転し始める時点と、クランクシャフト101が回転し始める時点とが異なる場合、エンジン10の始動要求があった後、レゾルバ32により検出されたロータ角に基づいて、ハイブリッドECU22に、停止角度として記憶されたクランク角が更新される。そして、エンジンECU21は、クランクシャフト101が回転し始める時点における停止角度に、クランク角センサ信号に応じた値を加算することにより仮クランク角を算出する。
このように構成すれば、パーキングレンジが選択されている場合等、第1モータ・ジェネレータ11の回転軸とクランクシャフト101との間に介在する要素の影響がある場合にも、エンジン10の始動時における仮クランク角の信頼性を向上させることができ、実用上非常に有利である。
以上のように構成された始動制御装置100が実施する始動制御処理について、図10のフローチャートを参照して説明する。
図7に示したステップS106の処理の後、ハイブリッドECU22は、エンジン10のクランキングを開始したか否かを判定する(ステップS301)。エンジン10のクランキングが開始されていないと判定された場合(ステップS301:No)、ハイブリッドECU22は、レゾルバ32によりロータ角が再検出されたことを条件に、記憶された停止角度を更新して(ステップS302)、ステップS301の処理を再び実施する。他方、エンジン10のクランキングが開始されたと判定された場合(S301:Yes)、ハイブリッドECU22は、図7に示したステップS107の処理を実施する。
<第4実施形態>
本発明の始動制御装置に係る第4実施形態について、図11及び図12を参照して説明する。尚、第4実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる部分のみ、図11及び図12を参照して説明する。
本発明の始動制御装置に係る第4実施形態について、図11及び図12を参照して説明する。尚、第4実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる部分のみ、図11及び図12を参照して説明する。
クランクシャフト101に設けられたクランクロータ102には、10度毎に歯部102aが形成されている(図2参照)。このため、単純には、クランク角センサ信号が検出される度に、10度ずつ仮クランク角を増加すればよい。
しかしながら、エンジン10の前回停止時に、クランクロータ102の欠歯部102bがクランク角センサ31に対向した場合、図11に示すように、エンジン10の今回始動時に1回目のクランク角センサ信号が検出されたときには、クランクシャフト101は10度以上回転されている可能性がある。すると、実際のクランク角(図11下段における破線参照)と仮クランク角(図11下段におけるステップ状の実線参照)とが乖離する可能性がある。
そこで本実施形態では、クランクシャフト101が回転し始めてから、1回目のクランク角センサ信号が検出されるまでの期間に基づいて、クランク角センサ信号に応じた値が補正される。具体的には例えば、クランクシャフト101が回転し始めてから1回目のクランク角センサ信号が検出されるまでの期間に基づいて、10度に所定の補正量(例えば、0、10、20)が加えられる。この結果、実際のクランク角と仮クランク角との乖離を抑制することができ、実用上非常に有利である。
以上のように構成された始動制御装置100が実施する始動制御処理について、図12のフローチャートを参照して説明する。
図7に示したステップS113の処理において“Yes”と判定された後、エンジンECU21は、ステップS112の処理(図7参照)においてラッチされた停止角度が欠歯部102bに相当する角度でないか否かを判定する(ステップS411)。ラッチされた停止角度が欠歯部102bに相当する角度でないと判定された場合(ステップS411:Yes)、エンジンECU21は、図7に示したステップS114の処理を実施する。
他方、ラッチされた停止角度が欠歯部102bに相当する角度であると判定された場合(ステップS411:No)、エンジンECU21は、クランクシャフト101が回転し始めてから、1回目のクランク角センサ信号が検出されるまでの期間に基づいて、クランク角センサ信号に応じた値を補正して仮クランク角を算出し(ステップS412)、図7に示したステップS115の処理を実施する。
尚、ステップS411の処理は、ステップS113の処理の前に実施されてもよい、或いは、ステップS113の処理と並行して実施されてよい。
<第5実施形態>
本発明の始動制御装置に係る第5実施形態について、図13及び図14を参照して説明する。尚、第5実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる部分のみ、図13及び図14を参照して説明する。
本発明の始動制御装置に係る第5実施形態について、図13及び図14を参照して説明する。尚、第5実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略すると共に、図面上における同一箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる部分のみ、図13及び図14を参照して説明する。
図7のフローチャートに示したように、クランク角が確定された場合、エンジンECU21は、仮クランク角に代えてクランク角に基づいて、エンジン10に係る始動制御を実行する。ここで、仮クランク角とクランク角との間に誤差が生じている場合、仮クランク角とクランク角との切り換えに起因して、例えば処理抜けや二重処理が発生する可能性がある。
そこで本実施形態では、仮クランク角がクランク角よりも遅れている場合(図13(a)参照)には、仮クランク角とクランク角との間に、燃料噴射制御を実行すべき噴射角度又は点火制御を実行すべき点火角度が含まれていることを条件に、エンジンECU21が、仮クランク角からクランク角への切り換え直後に、燃料噴射制御又は点火制御を実行する。
他方、仮クランク角がクランク角よりも進んでいる場合(図13(b)参照)には、仮クランク角からクランク角への切り換え前に、仮クランク角に基づいて燃料噴射制御や点火制御が実行されている可能性がある。この場合には、エンジンECU21は、クランク角が、該クランク角が確定された際の仮クランク角に相当する角度に達するまでは、クランク角に基づく燃料噴射制御及び点火制御の実行を禁止する。
このように構成すれば、仮クランク角とクランク角との切り換えに起因する処理抜けや、二重処理を防止することができ、実用上非常に有利である。
以上のように構成された始動制御装置100が実施する始動制御処理について、図14のフローチャートを参照して説明する。
図7に示したステップS115の処理において“Yes”と判定された後、エンジンECU21は、仮クランク角とクランク角との間に誤差があるか否かを判定する(ステップS511)。仮クランク角とクランク角との間に誤差がない(或いは、誤差が許容範囲内である)と判定された場合(ステップS511:No)、エンジンECU21は、図7に示したステップS117の処理を実行する。
他方、仮クランク角とクランク角との間に誤差があると判定された場合(ステップS511:No)、エンジンECU21は、仮クランク角がクランク角よりも遅れているか否かを判定する(ステップS512)。仮クランク角がクランク角よりも遅れていると判定された場合(ステップS512:Yes)、エンジンECU21は、処理抜け防止処理を実施する(ステップS513)。具体的には、エンジンECU21は、仮クランク角とクランク角との間に、噴射角度又点火角度が含まれていることを条件に、仮クランク角からクランク角への切り換え直後に燃料噴射制御又は点火制御を実行する。
他方、仮クランク角がクランク角よりも進んでいると判定された場合(ステップS512:No)、エンジンECU21は、二重処理の防止処理を実施する(ステップS514)。具体的には、エンジンECU21は、クランク角が、該クランク角が確定された際の仮クランク角に相当する角度に達するまでは、クランク角に基づく燃料噴射制御及び点火制御の実行を禁止する。
<第6実施形態>
本発明の始動制御装置に係る第6実施形態について説明する。尚、第6実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略し、基本的に異なる部分のみ説明する。
本発明の始動制御装置に係る第6実施形態について説明する。尚、第6実施形態は、始動制御処理の一部が異なる以外は、第1実施形態の構成と同様である。従って、第1実施形態と重複する部分の説明を適宜省略し、基本的に異なる部分のみ説明する。
例えば、エンジン10の気筒内の圧力を負圧化、又はエンジン10の回転数を高回転化させてから燃料噴射及び点火を行いたい場合、具体的には例えば、ハイブリッド車両1に係る間欠運転の期間が比較的長い場合、エンジン10の排気管に設けられている触媒温度が比較的低い場合、或いは、ハイブリッド車両1の運転開始時、等のエミッションの低減要求がある場合、エンジンECU21は、仮クランク角を用いずに、クランク角が確定された後に、該クランク角に基づいて前記始動制御を実行する。
例えば、Ready−ON直後、12Vバッテリ(図示せず)のクリア時、ハイブリッドECU22に問題が生じた場合、エンジンECU21及びハイブリッドECU22間の通信に問題が生じた場合、等の仮クランク角が算出できない場合、エンジンECU21は、仮クランク角を用いずに、クランク角が確定された後に、該クランク角に基づいて前記始動制御を実行する。
尚、上述した第1実施形態乃至第6実施形態は、適宜組み合わされてよい。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う始動制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1…車両、10…エンジン、11…第1モータ・ジェネレータ、12…第2モータ・ジェネレータ、13…動力分配機構、21…エンジンECU、22…ハイブリッドECU、31…クランク角センサ、32、33…レゾルバ、100…始動制御装置
Claims (8)
- 内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と同期して回転可能な回転軸を有するモータと、を備える車両に搭載され、
前記出力軸に設けられ、前記出力軸の回転に伴い信号を出力するクランク角センサと、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸の角度位置であるロータ角を検出するレゾルバと、
前記モータにより前記出力軸を回転して前記内燃機関を始動させる際に、前記内燃機関の始動開始時から前記出力軸の角度位置であるクランク角が確定されるまで、前記内燃機関の前回停止時に検出されたロータ角に基づく角度である停止角度に、前記出力された信号に応じた値を加算することにより算出される推定値である仮クランク角に基づいて前記内燃機関に係る始動制御を実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする始動制御装置。 - 前記内燃機関の前回停止時から前記内燃機関の今回始動開始時までの間に前記出力軸が回転した場合、前記制御手段は、前記レゾルバにより再検出されたロータ角に基づいて前記停止角度を更新し、前記内燃機関の今回始動時に、前記更新された停止角度を用いて前記仮クランク角を算出することを特徴とする請求項1に記載の始動制御装置。
- 前記出力軸と前記回転軸との間に介在する動力伝達機構に起因して、前記回転軸が回転し始める時点と前記出力軸が回転し始める時点とが異なる場合、前記制御手段は、前記レゾルバにより再検出されたロータ角に基づいて前記停止角度を更新し、前記出力軸が回転し始める時点における停止角度に、前記出力された信号に応じた値を加算することにより前記仮クランク角を算出することを特徴とする請求項1に記載の始動制御装置。
- 前記出力軸と前記回転軸との間に介在する動力伝達機構に起因して、前記回転軸が回転し始める時点と前記出力軸が回転し始める時点とが異なる場合、とは、前記車両が備える、パーキングレンジを含む複数のレンジ間で切り替え操作可能なシフト操作手段により前記パーキングレンジが選択されている場合であることを特徴とする請求項3に記載の始動制御装置。
- 前記制御手段は、前記出力軸が回転し始めてから、前記クランク角センサから1回目の信号が出力されるまでの期間に基づいて、前記出力された1回目の信号に応じた値を補正することを特徴とする請求項1に記載の始動制御装置。
- 前記制御手段は、前記クランク角が確定された後、前記仮クランク角に代えて前記クランク角に基づいて前記始動制御を実行し、
前記クランク角が確定された際、前記クランク角が前記仮クランク角よりも進んでいる場合、前記仮クランク角と前記クランク角との間に、前記始動制御に含まれる燃料噴射制御を実行すべき噴射角度、又は前記始動制御に含まれる点火制御を実行すべき点火角度が含まれることを条件に、前記制御手段は、前記燃料噴射制御又は前記点火制御を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の始動制御装置。 - 前記制御手段は、前記クランク角が確定された後、前記仮クランク角に代えて前記クランク角に基づいて前記始動制御を実行し、
前記クランク角が確定された際、前記クランク角が前記仮クランク角よりも遅れている場合、前記制御手段は、前記クランク角が、前記クランク角が確定された際の仮クランク角に相当する角度に達するまでは、前記始動制御に含まれる燃料噴射制御及び点火制御の実行を禁止する
ことを特徴とする請求項1に記載の始動制御装置。 - 前記内燃機関を始動させる際にエミッション低減要求がある場合、前記制御手段は、前記仮クランク角は用いずに、前記クランク角が確定された後に、前記クランク角に基づいて前記始動制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の始動制御装置。
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