JP4144562B2 - 電動過給機を備えたパワートレインの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動過給機を備えたパワートレインの制御装置、より詳しくは、エンジンの出力増大を図るための電動過給機と、車両の動力源として機能する走行用モータとを併せて備え、これらの駆動をエンジンの運転状態に応じて切り換えるように構成されたパワートレインの制御装置の技術分野に属する。

従来より、エンジンの出力増大を図る手段としてスーパーチャージャやターボチャージャが周知であるが、いずれも過給能力がエンジン回転数の影響を大きく受ける結果、低回転領域で過給圧が不足するという問題がある。これに対し、モータでコンプレッサを駆動する電動過給機は、エンジン回転数の影響を受けることなくコンプレッサの回転数を制御できるので、低回転領域でも十分な過給圧を発生し得るという利点を有する。

一方、近年、エンジンの他に、車両の動力源として機能する電動モータを搭載した低公害型車両・環境対応型車両が知られつつあり、例えば特許文献１には、このようなモータと上記電動過給機とを併せて有するパワートレインが開示されている。そして、このように、エンジンの出力増大を図る電動過給機と、エンジンをトルクアシストする走行用モータとを併せて備えた車両においては、例えば、エンジン回転数や車速等の回転関連値と、アクセル開度や吸入空気量等で代表されるエンジン負荷等のトルク関連値とをパラメータとするエンジンの運転状態に応じて、上記電動過給機及び電動モータの駆動状態を示す各領域がマップに設定され、このマップに実際のエンジン回転数やエンジン負荷等を当てはめて、その結果に応じて上記電動過給機及び電動モータの駆動を切り換えるエンジンないしパワートレインの基本的な出力制御が実行される。

この点、上記特許文献１によれば、その段落００１４〜００１６、段落００２１、図２、及び図９に開示があるように、目標トルクが所定値以下であるときは（第１の状態）、車両をエンジンの自然吸気による出力のみで走行させ（非過給領域）、目標トルクが上記所定値より大きいが該所定値より大きな第２の所定値以下であるときは（第２の状態）、電動過給機のみを作動状態としてトルク増大を図り（過給領域）、目標トルクが上記第２の所定値より大きいときは（第３の状態）、電動過給機に加えてモータも作動状態として該モータによるトルクアシストを行う（トルクアシスト領域）ようになっている。すなわち、電動過給機によるトルク増大を主たるトルク高揚手段として用い、モータによるトルクアシストを従たるトルク高揚手段として用いているのである。

特開平１１−３３２０１５号公報

しかし、電動過給機は、一般に、電力を供給してから吸気通路に配設したタービンの回転数が上昇して過給圧が目標圧に到達するまでに比較的長い時間がかかり、その結果、加速応答性に劣るという問題がある。また、吸気流量の少ない低回転領域において、タービンの吐出圧及び吐出流量が周期的に変動するサージング（脈動）の問題もあり、その結果、目標過給圧ないし目標トルクが達成されないばかりでなく、電動過給機及び吸気通路の損傷等も懸念される。

本発明は、電動過給機を備えたパワートレインにおける上記のような不具合に対処するもので、電動過給機及びモータの駆動をエンジンの運転状態に応じて制御する場合に、上記のような電動過給機の加速応答性の問題及びサージングの問題等を抑制することを課題とする。以下、その他の課題を含め、本発明を詳しく説明する。

すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、エンジンから駆動輪に至る動力伝達経路にアシストトルクを導入するモータと、エンジンの吸気通路に備えられて吸気を過給する電動過給機と、これらのモータ及び電動過給機に電力を供給する電池と、エンジン負荷に関するパラメータを検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回転数に関するパラメータを検出するエンジン回転数検出手段と、上記両検出手段の検出結果に応じて上記モータと上記電動過給機とを制御する制御手段とを有する電動過給機を備えたパワートレインの制御装置であって、上記エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と上記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数とに基いて目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、上記モータの駆動力に関するパラメータを検出するモータ駆動力検出手段と、運転状態が上記電動過給機の過給不可領域にあるか否かを判定する判定手段とが設けられ、上記制御手段は、上記目標トルク設定手段で設定された目標トルクが第１の所定値以下である第１状態では上記モータ及び上記電動過給機をともに非作動状態とし、上記目標トルクが上記第１の所定値より大きく該第１の所定値より大きな第２の所定値以下である第２状態では上記モータのみを作動状態とし、上記目標トルクが上記第２の所定値より大きな第３状態では上記モータ及び上記電動過給機をともに作動状態とするように構成されていると共に、上記第２状態において上記モータ駆動力検出手段で検出されたモータ駆動力が所定値以下に低下した場合に、上記判定手段で過給不可領域にないと判定されたときは電動過給機を作動状態とし、該判定手段で過給不可領域にあると判定されたときは電動過給機を作動状態とせず、変速機をシフトダウンするように構成されていることを特徴とする。

次に、請求項２に記載の発明は、エンジンから駆動輪に至る動力伝達経路にアシストトルクを導入するモータと、エンジンの吸気通路に備えられて吸気を過給する電動過給機と、これらのモータ及び電動過給機に電力を供給する電池と、エンジン負荷に関するパラメータを検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回転数に関するパラメータを検出するエンジン回転数検出手段と、上記両検出手段の検出結果に応じて上記モータと上記電動過給機とを制御する制御手段とを有する電動過給機を備えたパワートレインの制御装置であって、上記エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と上記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数とに基いて目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、上記電池の蓄電量に関するパラメータを検出する電池蓄電量検出手段と、運転状態が上記電動過給機の過給不可領域にあるか否かを判定する判定手段とが設けられ、上記制御手段は、上記目標トルク設定手段で設定された目標トルクが第１の所定値以下である第１状態では上記モータ及び上記電動過給機をともに非作動状態とし、上記目標トルクが上記第１の所定値より大きく該第１の所定値より大きな第２の所定値以下である第２状態では上記モータのみを作動状態とし、上記目標トルクが上記第２の所定値より大きな第３状態では上記モータ及び上記電動過給機をともに作動状態とするように構成されていると共に、上記第２状態において上記電池蓄電量検出手段で検出された電池蓄電量が所定値以下に低下した場合に、上記判定手段で過給不可領域にないと判定されたときは電動過給機を作動状態とし、該判定手段で過給不可領域にあると判定されたときは電動過給機を作動状態とせず、変速機をシフトダウンするように構成されていることを特徴とする。

次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明において、第１状態において電動過給機を予回転させておく過給機予回転手段が設けられていることを特徴とする。

次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、過給機予回転手段は、第１状態において電池蓄電量検出手段で検出された電池蓄電量に応じて予回転量を設定することを特徴とする。

まず、請求項１，２に記載の発明によれば、電動過給機を備えたパワートレインにおいて、電動過給機及びモータの駆動をエンジンの運転状態に応じて制御する場合に、目標トルクが第１の所定値以下である第１状態では、上記モータ及び上記電動過給機ともに非作動状態として、車両をエンジンの自然吸気による出力のみで走行させ、目標トルクが上記第１の所定値より大きく該第１所定値より大きな第２の所定値以下である第２状態では、上記モータのみを作動状態として、該モータによるトルクアシストを行い、目標トルクが上記第２の所定値より大きな第３状態では、上記モータ及び上記電動過給機ともに作動状態として、該電動過給機によるトルク増大も図るようにしたから、すなわち、モータによるトルクアシストを主たるトルク高揚手段として用い、電動過給機によるトルク増大を従たるトルク高揚手段として用いるようにしたから、従来のように、逆に、電動過給機によるトルク増大を主たるトルク高揚手段として用い、モータによるトルクアシストを従たるトルク高揚手段として用いる場合に比べて、電動過給機の使用頻度が減り、その結果、電動過給機の加速応答性の問題やサージングの問題等が抑制される。

特に、請求項１に記載の発明によれば、モータのみを作動状態とする第２状態において、モータの駆動力、つまりモータのアシスト力が所定値以下に低下した場合に運転状態が電動過給機の過給不可領域にないと判定されたときは、電動過給機を作動状態とするようにしたから、例えば、第２状態で長時間に亘ってモータを連続駆動したことにより電池温度やモータ温度が過度に上昇してモータの駆動力が低減しているような場合であっても、トルクが確保されて、第１状態から第２状態への移行時の加速応答性が十分確保される。しかも、電動過給機の過給不可領域にない場合に限って電動過給機を作動状態とするようにしたから、電動過給機にサージング（脈動）の問題が発生したり、エンジンにノッキング（異常燃焼）の問題が発生するのを回避できる。

なお、この場合、電動過給機を作動状態としたときには、モータの駆動を弱めてもよいし、あるいはモータの駆動を停止してもよい。

そして、上記モータの駆動力に関するパラメータとしては、例えば、電池の温度（高いほどモータ駆動力が低下する）、モータの温度（同）、電池やモータの使用時間（長いほどモータ駆動力が低下する）、等が好ましく用いられる。

一方、請求項２に記載の発明によれば、同じく、モータのみを作動状態とする第２状態において、電池の蓄電量が所定値以下に低下した場合に運転状態が電動過給機の過給不可領域にないと判定されたときは、やはり、電動過給機を作動状態とするようにしたから、例えば、第２状態で長時間に亘ってモータを連続駆動したことにより電池の蓄電量が過度に消費されてモータの駆動力が低減しているような場合であっても、トルクが確保されて、第１状態から第２状態への移行時の加速応答性が十分確保される。しかも、電動過給機の過給不可領域にない場合に限って電動過給機を作動状態とするようにしたから、電動過給機にサージング（脈動）の問題が発生したり、エンジンにノッキング（異常燃焼）の問題が発生するのを回避できる。

なお、この場合も、電動過給機を作動状態としたときには、モータの駆動を弱めてもよいし、あるいはモータの駆動を停止してもよい。そして、その結果、電池蓄電量の消費が減少し又はゼロになって、電池蓄電量がそれ以上に過度に低下すること（いわゆるバッテリ上がり）が回避される。

ただし、この場合、電動過給機を作動状態することによる電池消費が懸念されるが、一般に、電動過給機の消費電力はアシストモータのそれに比べてかなり小さい（例えば５分の１程度である）から、上記のバッテリ上がりの問題も十分回避される。ここで、上記電池の蓄電量に関するパラメータとしては、例えば、電池の電圧値（高いほど蓄電量が高い）、電池の電流値（同）、等が好ましく用いられる。

そして、上記請求項１に記載の発明及び請求項２に記載の発明のいずれにおいても、上記判定手段で過給不可領域にあると判定されたときは、電動過給機を作動状態とせず、変速機をシフトダウンするようにしたことにより、本来は電動過給機が分担すべきトルクの増分を変速機のギヤ比を大きくする（減速する）ことで補填することができ、結果的に目標トルクに相当する駆動力が達成される。

次に、請求項３に記載の発明によれば、上記請求項２に記載の発明の構成に加えて、モータも電動過給機もともに非作動状態とする第１状態において、電動過給機を予回転させておくようにしたから、第１状態から第２状態への移行時には、電動過給機が速やかに応答し、該電動過給機によるトルク増大が良好に立ち上ることとなる。

その結果、例えば、第２状態へ移行する前の第１状態の段階で電池の蓄電量が過度に少なくなり、第２状態へ移行したときのモータのアシスト力不足が予測され、第２状態への移行時には電動過給機を作動状態とするような場合であっても、トルク確保が十分に図れて、第１状態から第２状態への移行時の加速応答性の確保が十分に行われる。

次に、請求項４に記載の発明によれば、上記請求項３に記載の発明の構成に加えて、第１状態の段階で検出された電池蓄電量に応じて、換言すれば、第２状態へ移行したときに予測されるモータのアシスト力に応じて、予回転量を設定するようにしたから、第１状態から第２状態への移行時における電動過給機のトルク増大がモータのアシスト力に応じて適正に立ち上ることとなる。以下、発明を実施するための最良の形態を通して、本発明をさらに詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るパワートレイン１は、駆動源としてエンジン１０と駆動モータ１６とを併用するハイブリッド車両に搭載されている。パワートレイン１は、車両走行用の駆動力を発生するエンジン１０と、該エンジン１０の出力回転を無段階に変速することが可能な無段変速機１１とを含む。無段変速機１１は、特に種類は限定されないが、好ましくは、例えばインプットディスクとアウトプットディスクとの間にパワーローラを傾転自在に介在させたトロイダル型無段変速機、特に、トルクコンバータの採用を不要としたギヤードニュートラル方式の無段変速機等である。エンジン１０の出力トルクは、上記無段変速機１１で所定のギヤ比に変速された後、デファレンシャル装置１２等を経て左右の駆動輪１３，１３に伝達される。

エンジン１０と駆動輪１３，１３との間の動力伝達経路１４上に、例えばクラッチ等を用いた断接機構１５が配設され、この断接機構１５を介して、駆動モータ（アシストモータ）１６が上記動力伝達経路１４に連結されている。駆動モータ１６は、インバータ１７による電流制御により、電池１８からの電力の供給を受けて、車両を走行させるに足る回転駆動力を発生し、発生した駆動力は、上記断接機構１５を介して、動力伝達経路１４に導入される。駆動モータ１６は、減速回生時には、動力伝達経路１４上の回転駆動力を利用して電力を発電する発電機として機能することが可能であり、発電した電力は、電池１８に蓄えられる。

なお、本実施形態では、このように、アシストモータ１６は、動力伝達経路１４上で、変速機１１よりもあと（駆動輪１３，１３側）にあるので、エンジン１０の出力に対し、変速機１１のギヤ比で換算された出力を動力伝達経路１４に導入することとなる。

エンジン１０の出力軸に、ベルトやチェーン等を介して、交流発電機であるオルタネータ１９が連結されている。オルタネータ１９は、エンジン１０の出力回転で直接に駆動されて電力を発電し、発電した電力は、電池１８に蓄えられる。

エンジン１０の吸気通路２０に、吸気を過給してエンジン１０の出力増大を図る電動過給機２１が備えられている。電動過給機２１は、過給機モータ２２で、吸気通路２０上のタービン２３を回転駆動し、エンジン１０の自然吸気以上の量の吸気を燃焼室に圧送（過給）する。電動過給機２１は、上記駆動モータ１６と同様、電池１８からの電力の供給を受けて駆動する。

吸気通路２０において、電動過給機２１の下流に、インタークーラ２４とスロットル弁２５とがこの順に配設されている。スロットル弁２５は、専用のアクチュエータ２６で開閉駆動される電動式のものである。また、電動過給機２１の上流とインタークーラ２４の下流とに亘ってバイパス通路（リリーフ通路あるいは再循環通路ともいう）２７が設けられている。この通路２７は、例えば低回転領域で電動過給機２１のタービン２３を通過する吸気流量が少ないときに、電動過給機２１の過給能力を確保するために、いったんインタークーラ２４を出た吸気を再び電動過給機２１の上流に戻して、タービン２３を通過する吸気流量を確保するためのものである。バイパス通路２７には、該通路２７の開度（すなわちタービン２３を通過する吸気の循環量）を調整するリリーフ弁２８が設けられている。

このように、このパワートレイン１の電気システムは、駆動モータ１６、オルタネータ１９、及び電動過給機２１のモータ２２がそれぞれ電池１８と電気的に接続された構成である。そして、駆動モータ１６の駆動時及び過給機モータ２２の駆動時には、上記電池１８からそれぞれに電力が供給される一方、駆動モータ１６が減速回生時に発電機として機能するとき、及びオルタネータ１９がエンジン１０の出力回転により発電を行うときには、その発電電力が上記電池１８に供給されて、該電池１８の充電に充てられる。

このパワートレイン１のコントロールユニット４０は、電動過給機２１のモータ２２の温度を検出する過給機モータ温度センサ２９からの信号、吸気通路２０におけるインタークーラ２４を出た直後の吸気温度を検出する吸気温度センサ３０からの信号、吸気通路２０におけるスロットル弁２５の直上流の吸気圧を検出する吸気圧センサ３１からの信号、運転者によるアクセルペダル３２の踏込量を検出するアクセル開度センサ３３からの信号、エンジン１０の冷却水温度を検出する水温センサ３４からの信号、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ３５からの信号、駆動モータ１６、インバータ１７及び電池１８の各温度を検出する温度センサ３６，３７，３８からの信号、及び電池１８の蓄電量に関する状態量（例えば電圧値や電流値等）を検出する蓄電量センサ３９からの信号等を入力し、そして、それらの入力結果に基いて、バイパス通路２７上のリリーフ弁２８、電動過給機２１のモータ２２、スロットル弁２５を開閉駆動するスロットルアクチュエータ２６、無段変速機（より詳しくは、例えば変速制御用の油圧制御回路に配設された各種ソレノイドや調圧弁等）１１、及び駆動モータ１６への印加電流制御用のインバータ１７等に各種の制御信号を出力して、エンジン１０の出力制御や、モータ１６のトルクアシスト制御、あるいは電動過給機２１のトルク増大制御等を実行する。

次に、このパワートレイン１の特徴を図２以下を参照して説明する。まず、図２は、上記エンジン１０の制御領域を示すマップである。このマップにおいては、エンジン回転数とトルクとをパラメータとして３つの領域Ｘ，Ｙ，Ｚが設定されている。最も低トルク側の領域Ｘは、自然吸気領域、すなわち非過給領域である。この領域Ｘでは、モータ１６も電動過給機２１も駆動されず、エンジン１０の自然吸気による出力のみが得られる。この自然吸気領域Ｘに隣接して高トルク側の領域Ｙは、モータアシスト領域である。この領域Ｙでは、モータ１６のみが駆動され、モータ１６によるトルクアシストが行われる。このモータアシスト領域Ｙに隣接して最も高トルク側の領域Ｚは、電動過給領域である。この領域Ｚでは、モータ１６に加えて電動過給機２１も駆動され、該電動過給機２１によるトルク増大が図られる。

ここで、後述するように、目標トルクは、車速又はエンジン回転数と、アクセル開度（エンジン負荷）とに基いて設定される。したがって、運転者が加速を要求してアクセルペダル３２を踏み込むと、例えば目標トルクが図中のＡ→Ｂに示すように増大し、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行が起こる。その結果、エンジン１０はフルスロットルで運転され、かつモータ１６が目標トルクを達成するように駆動制御される。あるいは、運転者がより大きな加速を要求してアクセルペダル３２をより大きく踏み込むと、例えば目標トルクが図中のＡ→Ｃに示すように増大し、自然吸気領域Ｘから電動過給領域Ｚへの移行が起こる。その結果、エンジン１０はフルスロットルで運転され、かつモータ１６が最大トルクで駆動されると共に、さらに電動過給機２１が目標トルクを達成するように駆動制御される。

図中に示した領域Ｘ，Ｙを区分するラインＴｗｏｔは、本実施形態においては、エンジン１０の自然吸気による最大トルクラインであり、図中に示した領域Ｙ，Ｚを区分するラインＴｙは、本実施形態においては、モータ１６の最大トルクラインである。

このように、本実施形態においては、目標トルクが第１の所定値Ｔｗｏｔ以下である自然吸気領域Ｘ（第１状態）では、モータ１６及び電動過給機２１ともに非作動状態として、車両をエンジン１０の自然吸気による出力のみで走行させ、次に、目標トルクが上記第１の所定値Ｔｗｏｔより大きく該第１所定値Ｔｗｏｔより大きな第２の所定値Ｔｙ以下であるモータアシスト領域Ｙ（第２状態）では、モータ１６のみを作動状態として、該モータ１６によるトルクアシストを行い、次に、目標トルクが上記第２の所定値Ｔｙより大きな電動過給領域Ｚ（第３状態）では、モータ１６及び電動過給機２１ともに作動状態として、該電動過給機２１によるトルク増大も図るようにしている。すなわち、モータ１６によるトルクアシストを主たるトルク高揚手段として用い、電動過給機２１によるトルク増大を従たるトルク高揚手段として用いるようにしている。したがって、従来のように、逆に、電動過給機２１によるトルク増大を主たるトルク高揚手段として用い、モータ１６によるトルクアシストを従たるトルク高揚手段として用いる場合に比べて、電動過給機２１の使用頻度が減り、その結果、電動過給機２１が加速応答性に劣るという問題や、電動過給機２１が低回転領域でサージング（脈動）を発生するという問題等が有効に抑制されることとなる。

例えば、図３は、本実施形態における自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時（加速時）のタイムチャートである。本実施形態では、アシスト領域Ｙでモータ１６を駆動する結果、符号アで示したように、移行制御の開始時刻ｔａからさほど応答遅れが生じることなく、実トルクが目標トルクＴｏによく追随して速やかに立ち上がる。

これに対し、図４は、従来における自然吸気領域Ｘから領域Ｙ、つまり電動過給領域Ｙへの移行時のタイムチャートである。従来は、領域Ｙで電動過給機２１を駆動する結果、符号イで示したように、移行制御の開始時刻ｔａから大きく応答遅れが生じて、実トルクが目標トルクＴｏから大きく遅れて緩慢に立ち上がってしまう。これは、電動過給機２１に電力を供給してから（時刻ｔａ）、吸気通路２１に配設したタービン２３の回転数が目標回転数Ｎｂｏまで上昇して（時刻ｔｂ）、さらにそののち過給圧が目標圧に達するまでに比較的長い時間がかかることに起因する。

また、図５は、本実施形態における自然吸気領域Ｘから電動過給領域Ｚへの移行時のタイムチャートである。本実施形態では、電動過給領域Ｚでモータ１６と電動過給機２１とをともに駆動し、かつモータ１６によるトルク増分を主、電動過給機２１によるトルク増分を従とする結果、符号ウで示したように、電動過給機２１は駆動するけれどもその影響は少なくなり、移行制御の開始時刻ｔａからさほど応答遅れが生じることなく、実トルクが目標トルクＴｏによく追随して速やかに立ち上がる（時刻ｔｂ）。

これに対し、図６は、従来における自然吸気領域Ｘから領域Ｚ、つまりモータアシスト領域Ｚへの移行時のタイムチャートである。従来は、領域Ｚで電動過給機２１とモータ１６とをともに駆動し、かつ電動過給機２１によるトルク増分を主、モータ１６によるトルク増分を従とする結果、符号エで示したように、モータ１６は駆動するけれどもその影響は少なくなり、移行制御の開始時刻ｔａから大きく応答遅れが生じて、実トルクが目標トルクＴｏから大きく遅れて緩慢に立ち上がってしまう。これもまた、電動過給機２１に電力を供給してから（時刻ｔａ）、吸気通路２１に配設したタービン２３の回転数が目標回転数Ｎｂｏまで上昇して（時刻ｔｂ）、さらにそののち過給圧が目標圧に達するまでに比較的長い時間がかかることに起因する。

一方、図７は、図３の場合と同様、本実施形態における自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時のタイムチャートである。このタイムチャートは、モータアシスト領域Ｙへ移行した後に、例えばモータ１６を長時間に亘って連続駆動したことにより、電池１８の温度が所定値Ａ以上に上昇して（時刻ｔｃ）、符号オで示したように、モータ１６の駆動力が低減するおそれのあるときは、モータ１６の駆動を停止し、代わりに電動過給機２１の駆動を開始することを示している。これにより、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時におけるトルクの確保、ひいては加速応答性の確保が十全に行われる。

次に、図８もまた、図３の場合と同様、本実施形態における自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時のタイムチャートである。このタイムチャートは、モータアシスト領域Ｙへ移行した後に、例えばモータ１６を長時間に亘って連続駆動したことにより、電池１８の蓄電量が所定値Ｂ以下に低下して（時刻ｔｃ）、符号カで示したように、モータ１６の駆動力が低減するおそれのあるときは、モータ１６の駆動を停止し、代わりに電動過給機２１の駆動を開始することを示している。これにより、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時におけるトルクの確保、ひいては加速応答性の確保が十全に行われる。

なお、電動過給機２１の消費電力がモータ１６の消費電力の例えば５分の１程度と小さいから、モータ１６から電動過給機２１への切換時刻ｔｃ以降の電池蓄電量の低下速度は著しく小さくなっている。これにより、電池１８に関してバッテリ上がりの問題が回避される。

そして、図９もまた、図３の場合と同様、本実施形態における自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時のタイムチャートである。このタイムチャートは、モータアシスト領域Ｙへ移行する前から、電動過給機２１を所定の目標値Ｎｐｒｅで予回転させておくことを示している。これにより、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時には、電動過給機２１が速やかに応答し、符号キで示したように、電動過給機２１によるトルク増大が良好に立ち上ることとなる（時刻ｔｂ）。その結果、例えば、モータアシスト領域Ｙへ移行する前の自然吸気領域Ｘの段階で電池１８の蓄電量が過度に少なくなって、モータアシスト領域Ｙへ移行したときのモータ１６のアシスト力不足が予測され、モータアシスト領域Ｙへの移行時には電動過給機２１を作動状態とすることが予測されるような場合に、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時におけるトルクの確保、ひいては加速応答性の確保が十全なものとなる。

以下、フローチャートに従ってさらに詳しく説明する。なお、前述したように、本実施形態では、モータ１６は変速機１１のあとに配置されているので、モータ１６に関する駆動制御は、エンジン１０に対し、変速機１１のギヤ比換算をした駆動制御を行っている。

図１０は、エンジン１０の制御動作の第１例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１で、各種信号を入力した後、ステップＳ２で、アクセル開度αとエンジン回転数Ｎｅとから目標トルクＴｏを算出する。次いで、ステップＳ３で、目標トルクＴｏが第１の所定値Ｔｗｏｔ以下か否かを判定し、その結果、ＹＥＳのとき、つまり第１状態（自然吸気領域Ｘ）であるときは、モータ１６及び電動過給機２１をともに非作動状態する、例えばアクセル開度αやエンジン回転数Ｎｅ等に基く周知のパワートレイン制御を行う。ただし、図示したように、この第１状態では、ステップＳ４で、電動過給機２１の予回転制御のサブルーティン（後述する）を実行する。

一方、上記ステップＳ３でＮＯのときは、ステップＳ５で、スロットル開度ＴＶＯを１００％とした後、ステップＳ６で、目標トルクＴｏが第２の所定値Ｔｙ以上か否かを判定する。その結果、ＮＯのとき、つまり第２状態（モータアシスト領域Ｙ）であるときは、モータ１６を作動状態とするのであるが、その前に、ステップＳ７で、電池１８の温度が所定温度Ａ（図７参照）以下か否かを判定する。つまり、例えばモータアシスト領域Ｙでモータ１６が長時間に亘って連続駆動された結果、電池１８の温度が過度に上昇してモータ１６の駆動力が低減するおそれの有無を判定するのである。その意味で、このステップＳ７の判定は、電池１８の温度に代えて、モータ１６の温度やインバータ１７の温度、あるいはモータアシスト領域Ｙへ移行後の経過時間等で判定してもよい。

そして、その結果、ＹＥＳのとき、つまり電池１８の温度が所定温度以下で、モータ１６の駆動力低減の心配がないときは、ステップＳ８に進んで、さらに、電池１８の蓄電量が所定蓄電量Ｂ（図８参照）以上か否かを判定する。つまり、例えばモータアシスト領域Ｙでモータ１６が長時間に亘って連続駆動された結果、電池１８の蓄電量が過度に消費・低減されてモータ１６の駆動力が低減するおそれの有無を判定するのである。その結果、ＹＥＳのとき、つまり電池１８の蓄電量も十分で、この点からもモータ１６の駆動力低減の心配がないときは、ステップＳ９に進んで、目標トルクＴｏが実現するようにモータ１６を制御する（ただし、前述したように、変速機１１のギヤ比換算を行っている。以下、モータ１６の駆動制御に関しては、これに準じて同様）。以上で図３の制御（領域Ｘから領域Ｙへの移行時制御）が実現する。

これに対し、上記ステップＳ７でＮＯのとき、つまり電池１８の温度が所定温度Ａより高く、モータ１６の駆動力低減のおそれがあるとき、又は上記ステップＳ８でＮＯのとき、つまり電池１８の蓄電量が所定蓄電量Ｂより低く、不足気味で、この点からもモータ１６の駆動力低減の心配があるときは、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、運転状態が過給不可領域にあるか否か、より具体的には、エンジン回転数Ｎｅがサージング領域、又は目標トルクＴｏがノッキング領域にあるか否かを判定する。ここで、図１１に例示するように、エンジン回転数Ｎｅが相対的に低い領域がサージング領域とされている。このサージング領域で電動過給機２１を駆動すると、高い可能性で電動過給機２１にサージング（脈動）の問題が発生する。また、目標トルクＴｏが相対的に高い領域がノッキング領域とされている。このノッキング領域で電動過給機２１を駆動すると、高い可能性でエンジン１０にノッキング（異常燃焼）の問題が発生する。

ただし、図示したように、エンジン水温が低いほどノッキング領域は縮小される。これは、エンジン水温が低いほどノッキングの問題が起こり難くなるからであり、これによって、エンジン水温が低いときは目標トルクＴｏが高くても電動過給機２１の駆動が許可されることとなる。

図１０に戻り、上記ステップＳ１０でＮＯのとき、つまり電動過給機２１を駆動しても問題のないときは、ステップＳ１１で、目標トルクＴｏに基いて、目標トルクＴｏを実現する電動過給機２１によるトルクの増分（必要過給トルク）Ｔｂｏを演算する。次いで、ステップＳ１２で、上記必要過給トルクＴｂｏを達成する電動過給機２１のタービン２３の回転数（目標過給回転数）Ｎｂｏを設定する。そして、ステップＳ１３で、上記目標過給回転数Ｎｂｏが実現するように電動過給機２１をフィードバック制御する。以上で図７又は図８の制御（領域Ｙにおけるモータ１６から電動過給機２１への切換制御）が実現する。

一方、上記ステップＳ６でＹＥＳのとき、つまり第３状態（電動過給領域Ｚ）であるときは、まずステップＳ１４で、モータトルクＴｍが最大（すなわち最大トルクＴｙ）となるようにモータ１６を駆動したうえで（ただし、電池１８の温度や電池１８の蓄電量等を考慮する）、ステップＳ１５で、前述のステップＳ１０と同様、運転状態が過給不可領域にあるか否かを判定し、その結果、ＮＯのとき、つまり電動過給機２１を駆動しても問題のないときは、ステップＳ１６で、目標トルクＴｏとモータトルクＴｍ（この場合は最大トルクＴｙ）とに基いて、目標トルクＴｏを実現する電動過給機２１によるトルクの増分（必要過給トルク）Ｔｂｏを演算する。

次いで、ステップＳ１７で、前述のステップＳ１２と同様、上記必要過給トルクＴｂｏを達成する電動過給機２１のタービン２３の回転数（目標過給回転数）Ｎｂｏを設定する。そして、ステップＳ１８で、前述のステップＳ１３と同様、上記目標過給回転数Ｎｂｏが実現するように電動過給機２１をフィードバック制御する。以上で図５の制御（領域Ｘから領域Ｚへの移行時制御）が実現する。

なお、上記ステップＳ１０又はステップＳ１５でＹＥＳのとき、つまりサージングやノッキングの問題が発生するから電動過給機２１の駆動が許可されないときは、ステップＳ１９で、無段変速機１１をシフトダウンする。これにより、本来は電動過給機２１が分担すべきトルクの増分を、無段変速機１１のギヤ比を大きくする（減速する）ことで補填することができ、結果的に目標トルクＴｏに相当する駆動力が達成される。この意味で、無段変速機１１は、狙いのギヤ比を実現できるから（狙いのトルク増分を補填できるから）、ギヤ比が固定の通常の自動変速機に比べて、この場合、好ましいことになる。

次に、上記ステップＳ４における電動過給機２１の予回転制御を図１２のフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ２１で、電池１８の蓄電量から第１の寄与値Ｎｐｒｅ１を計算し、ステップＳ２２で、電池１８の温度から第２の寄与値Ｎｐｒｅ２を計算し、ステップＳ２３で、モータ１６の温度から第３の寄与値Ｎｐｒｅ３を計算し、ステップＳ２４で、インバータ１７の温度から第４の寄与値Ｎｐｒｅ４を計算し、そして、ステップＳ２５で、加速頻度（例えば、運転者が所定期間内に所定加速度以上の加速要求をした回数、つまり運転者が所定期間内にアクセルペダル３２を所定踏込量以上踏み込んだ回数）から第５の寄与値Ｎｐｒｅ５を計算する。

ここで、図１３に例示するように、第１寄与値Ｎｐｒｅ１は、電池１８の蓄電量が少ないほど大きくされる（ただし蓄電量が５０％以上ではゼロとされる）。また、図１４に例示するように、第２寄与値Ｎｐｒｅ２は、電池１８の温度が適正温度（図例では０°〜５０°）から外れるほど大きくされる（適正温度内ではゼロとされる）。また、図１５に例示するように、第３寄与値Ｎｐｒｅ３は、モータ１６の温度が高いほど大きくされる（ただしモータ温度が１００℃以下ではゼロとされる）。また、図１６に例示するように、第４寄与値Ｎｐｒｅ４は、インバータ１７の温度が高いほど大きくされる（ただしインバータ温度が６０℃以下ではゼロとされる）。そして、図１７に例示するように、第５寄与値Ｎｐｒｅ５は、加速頻度が大きいほど大きくされる（ただし加速頻度が所定頻度Ｃ以下ではゼロとされる）。

次いで、ステップＳ２６で、上記５つの寄与値Ｎｐｒｅ１〜Ｎｐｒｅ５を全て足し合わせることにより、目標予回転数Ｎｐｒｅを設定する。そして、ステップＳ２７で、上記目標予回転数Ｎｐｒｅが実現するように電動過給機２１をフィードバック制御する。以上で図９の制御（領域Ｘにおける電動過給機２１の予回転制御）が実現する。

このように、本実施形態においては、図２を参照して前述したように、モータ１６によるトルクアシストを主たるトルク高揚手段として用い、電動過給機２１によるトルク増大を従たるトルク高揚手段として用いるようにしたから、電動過給機２１の使用頻度が可及的に減少し、その結果、電動過給機２１の加速応答性の問題やサージングの問題が抑制される。

その場合に、モータ１６のみを作動状態とするモータアシスト領域Ｙにおいて、モータ１６の駆動力、つまりモータ１６のアシスト力が所定値以下に低下したとき（電池１８の温度が所定温度Ａを超えたとき：図１０のステップＳ７でＮＯのとき）は、電動過給機２１を作動状態とするようにしたから（同、ステップＳ１１〜Ｓ１３）、例えば、モータアシスト領域Ｙで長時間に亘ってモータ１６を連続駆動したことによりモータ１６の温度や電池１８の温度が過度に上昇してモータ１６の駆動力が低減しているような場合であっても、トルクが確保されて、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時の加速応答性が十分確保される（図７の切換制御）。

また、同じく、モータ１６のみを作動状態とするモータアシスト領域Ｙにおいて、電池１８の蓄電量が所定値以下に低下したとき（電池１８の蓄電量が所定蓄電量Ｂより低くなったとき：図１０のステップＳ８でＮＯのとき）も、やはり、電動過給機２１を作動状態とするようにしたから（同、ステップＳ１１〜Ｓ１３）、例えば、モータアシスト領域Ｙで長時間に亘ってモータ１６を連続駆動したことにより電池１８の蓄電量が過度に消費されてモータ１６の駆動力が低減しているような場合であっても、トルクが確保されて、自然吸気領域領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時の加速応答性が十分確保される（図８の切換制御）。

そして、この図８の切換制御の場合、電動過給機２１を作動状態とするときに、モータ１６の駆動を弱めたり、あるいは停止することによって、電池１８の蓄電量の消費が減少したり、あるいはゼロになるから、電池１８の蓄電量がそれ以上に過度に低下すること（いわゆるバッテリ上がり）が回避される、という特徴的で有利な効果も得られる。

さらに、図９（領域Ｘにおける電動過給機２１の予回転制御）を参照して前述したように、モータ１６も電動過給機２１もともに非作動状態とする自然吸気領域Ｘにおいて、電動過給機２１を予回転させるようにしたから（図１０のステップＳ４）、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時には、電動過給機２１が速やかに応答し、該電動過給機２１によるトルク増大が良好に立ち上ることとなる。その結果、例えば、アシスト領域Ｙへ移行する前の自然吸気領域Ｘの段階で電池１８の蓄電量が過度に少なくなり、アシスト領域Ｙへ移行したときのモータ１６のアシスト力不足が予測され、アシスト領域Ｙへの移行時には電動過給機２１を作動状態とすることが予測されるような場合に、トルク確保が十分に図れて、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時の加速応答性の確保が十分に行われる。

そして、その場合に、自然吸気領域Ｘの段階で検出された電池１８の蓄電量に応じて、換言すれば、アシスト領域Ｙへ移行したときに予測されるモータ１６のアシスト力に応じて、予回転量Ｎｐｒｅを設定するようにしたから（図１２のステップＳ２１）、自然吸気領域Ｘからモータアシスト領域Ｙへの移行時における電動過給機２１のトルク増大がモータ１６のアシスト力に応じて適正に立ち上ることとなる。

もちろん、図１２のステップＳ２２の電池１８の温度、ステップＳ２３のモータ１６の温度、ステップＳ２４のインバータ１７の温度も、それぞれ、アシスト領域Ｙへ移行したときに予測されるモータ１６のアシスト力に関するパラメータであることはいうまでもない。ただし、ステップＳ２５の加速頻度は、運転者による加速要求が近い将来にあることを予測するためのパラメータである。

以上説明した実施形態は、本発明を実施するための最良の形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、なお種々の変更が可能なことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、無段変速機１１を用いたが、これに代えて、通常の自動変速機を用いても構わない。また、上記実施形態では、図１０において、領域Ｙで電動過給機２１を作動状態とするときは、モータ１６の駆動を完全に停止したが（ステップＳ１１〜Ｓ１３で電動過給機２１のみ駆動している）、これに代えて、モータ１６を低電力で弱く駆動するようにしてもよい。

最後に、図１８のフローチャートを参照して、エンジン１０の制御動作の第２例を説明する。ただし、ステップＳ３１〜Ｓ３５は、前述の図１０のステップＳ１〜Ｓ５に同じであるから説明は省略し、ステップＳ３６以下に説明を加える。このステップＳ３６に進んだときは、目標トルクＴｏが第１の所定値Ｔｗｏｔよりも大きい場合であって、スロットル開度ＴＶＯを１００％とし、エンジン１０をフルスロットル運転している。

この制御第２例が、図１０の制御第１例と相違する点は、制御第１例では、目標トルクＴｏを第１所定値Ｔｗｏｔ及び第２所定値Ｔｙと大小比較して、領域判定Ｘ，Ｙ，Ｚをしていたのに対し、この制御第２例では、目標トルクＴｏを第１所定値Ｔｗｏｔとのみ大小比較して、自然吸気領域Ｘと、それ以上のトルクが要求される領域Ｙ，Ｚとの判別のみ行い、後者領域の場合に、モータを優先使用しつつ、該モータだけでは要求トルクが実現できないときに限って、電動過給機を駆動するようにしている点である。これによっても、結果的に、モータだけで要求トルクが実現できるときは、領域Ｙ（第２状態）にいると判断し、それができないときは、領域Ｚ（第３状態）にいると判断していることになる。

すなわち、まずステップＳ３６で、図中の数式に表したように、目標トルクＴｏに基いて、要求されているアシスト量（目標アシスト量）Ｐａｓｔを算出する（出力、つまりパワーに換算する）。ここで、ηａｓｔは、トランスミッション効率である。

次いで、ステップＳ３７で、電池１８の温度と、電池１８の蓄電量とから、電池１８の最大出力Ｐｂａｔを計算する。ここで、図１９に示すように、電池最大出力Ｐｂａｔは、電池温度が低いほど大きな値に計算され、また電池蓄電量が大きいほど大きな値に計算される。

次いで、ステップＳ３８で、モータ１６の温度と、インバータ１７の温度とから、モータ１６の最大出力Ｐｍｏｔを計算する。ここで、図２０に示すように、モータ最大出力Ｐｍｏｔは、モータ温度が低いほど大きな値に計算され、またインバータ温度が低いほど大きな値に計算される。

次いで、ステップＳ３９で、モータ最大出力Ｐｍｏｔをモータ・インバータ効率ηｍｏｔで補正したうえで、ステップＳ４０で、上記２種の最大出力ＰｂａｔとＰｍｏｔのうち値が小さいほうをモータ１６が出力可能な最大アシスト量Ｐａに採用する。

そして、ステップＳ４１で、上記最大アシスト量Ｐａが要求アシスト量Ｐａｓｔ以上か否かを判定し、ＹＥＳのとき、つまりモータ１６の駆動だけで要求アシスト量Ｐａｓｔが実現できるときは、ステップＳ４２で、出力が要求アシスト量Ｐａｓｔとなるようにモータ１６を駆動して、パワートレイン制御（エンジン１０及び変速機１１の制御）に移る。

これに対し、ステップＳ４１で、ＮＯのとき、つまりモータ１６の駆動だけでは要求アシスト量Ｐａｓｔが実現できないときは、ステップＳ４３で、出力が最大アシスト量Ｐａとなるようにモータ１６を駆動したうえで、ステップＳ４４で、図中の数式に表したように、要求アシスト量Ｐａｓｔに基いて、要求アシスト量Ｐａｓｔを実現する電動過給機２１によるトルクの増分（必要過給トルク）Ｔｂｏを演算する。そして、ステップＳ４５で、上記必要過給トルクＴｂｏが実現するように電動過給機２１を制御して、パワートレイン制御に移る。

以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明によれば、電動過給機を備えたパワートレインにおいて、電動過給機及びモータの駆動をエンジンの運転状態に応じて制御する場合に、電動過給機の加速応答性の問題及びサージングの問題等を抑制することができる。本発明は、エンジンの出力増大を図るための電動過給機と、車両の動力源として機能する走行用モータとを併せて備え、これらの駆動をエンジンの運転状態に応じて切り換えるように構成されたパワートレインの技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。

本発明の最良の実施形態に係るパワートレインの制御システム図である。 上記パワートレインのエンジンの制御領域を示すマップである。 上記実施形態における領域Ｘから領域Ｙへの移行時のタイムチャートである。 従来における領域Ｘから領域Ｙへの移行時のタイムチャートである。 上記実施形態における領域Ｘから領域Ｚへの移行時のタイムチャートである。 従来における領域Ｘから領域Ｚへの移行時のタイムチャートである。 上記実施形態における領域Ｘから領域Ｙへの移行時のタイムチャートの別の例である。 上記実施形態における領域Ｘから領域Ｙへの移行時のタイムチャートのさらに別の例である。 上記実施形態における領域Ｘから領域Ｙへの移行時のタイムチャートのさらに別の例である。 上記エンジンの制御動作の第１例を示すフローチャートである。 図１０の制御で用いられる特性図である。 上記エンジンの電動過給機予回転制御動作を示すフローチャートである。 図１２の制御で用いられる特性図である。 図１２の制御で用いられる特性図である。 図１２の制御で用いられる特性図である。 図１２の制御で用いられる特性図である。 図１２の制御で用いられる特性図である。 上記エンジンの制御動作の第２例を示すフローチャートである。 図１８の制御で用いられる特性図である。 図１８の制御で用いられる特性図である。

符号の説明

１ パワートレイン
１０ エンジン
１１ 無段変速機
１３ 駆動輪
１４ 動力伝達経路
１６ 駆動モータ
１７ インバータ
１８ 電池
２０ 吸気通路
２１ 電動過給機
２３ 過給機タービン
２５ スロットル弁
３２ アクセルペダル
３３ アクセル開度センサ
３４ 水温センサ
３５ エンジン回転数センサ
３６ 駆動モータ温度センサ
３７ インバータ温度センサ
３８ 電池温度センサ
３９ 電池蓄電量センサ
４０ コントロールユニット
Ｘ 自然吸気領域（第１状態）
Ｙ モータアシスト領域（第２状態）
Ｚ 電動過給領域（第３状態）

Claims (4)

1. エンジンから駆動輪に至る動力伝達経路にアシストトルクを導入するモータと、エンジンの吸気通路に備えられて吸気を過給する電動過給機と、これらのモータ及び電動過給機に電力を供給する電池と、エンジン負荷に関するパラメータを検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回転数に関するパラメータを検出するエンジン回転数検出手段と、上記両検出手段の検出結果に応じて上記モータと上記電動過給機とを制御する制御手段とを有する電動過給機を備えたパワートレインの制御装置であって、
   上記エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と上記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数とに基いて目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   上記モータの駆動力に関するパラメータを検出するモータ駆動力検出手段と、
   運転状態が上記電動過給機の過給不可領域にあるか否かを判定する判定手段とが設けられ、
   上記制御手段は、
   上記目標トルク設定手段で設定された目標トルクが第１の所定値以下である第１状態では上記モータ及び上記電動過給機をともに非作動状態とし、
   上記目標トルクが上記第１の所定値より大きく該第１の所定値より大きな第２の所定値以下である第２状態では上記モータのみを作動状態とし、
   上記目標トルクが上記第２の所定値より大きな第３状態では上記モータ及び上記電動過給機をともに作動状態とするように構成されていると共に、
   上記第２状態において上記モータ駆動力検出手段で検出されたモータ駆動力が所定値以下に低下した場合に、上記判定手段で過給不可領域にないと判定されたときは電動過給機を作動状態とし、該判定手段で過給不可領域にあると判定されたときは電動過給機を作動状態とせず、変速機をシフトダウンするように構成されていることを特徴とする電動過給機を備えたパワートレインの制御装置。
2. エンジンから駆動輪に至る動力伝達経路にアシストトルクを導入するモータと、エンジンの吸気通路に備えられて吸気を過給する電動過給機と、これらのモータ及び電動過給機に電力を供給する電池と、エンジン負荷に関するパラメータを検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回転数に関するパラメータを検出するエンジン回転数検出手段と、上記両検出手段の検出結果に応じて上記モータと上記電動過給機とを制御する制御手段とを有する電動過給機を備えたパワートレインの制御装置であって、
   上記エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と上記エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数とに基いて目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   上記電池の蓄電量に関するパラメータを検出する電池蓄電量検出手段と、
   運転状態が上記電動過給機の過給不可領域にあるか否かを判定する判定手段とが設けられ、
   上記制御手段は、
   上記目標トルク設定手段で設定された目標トルクが第１の所定値以下である第１状態では上記モータ及び上記電動過給機をともに非作動状態とし、
   上記目標トルクが上記第１の所定値より大きく該第１の所定値より大きな第２の所定値以下である第２状態では上記モータのみを作動状態とし、
   上記目標トルクが上記第２の所定値より大きな第３状態では上記モータ及び上記電動過給機をともに作動状態とするように構成されていると共に、
   上記第２状態において上記電池蓄電量検出手段で検出された電池蓄電量が所定値以下に低下した場合に、上記判定手段で過給不可領域にないと判定されたときは電動過給機を作動状態とし、該判定手段で過給不可領域にあると判定されたときは電動過給機を作動状態とせず、変速機をシフトダウンするように構成されていることを特徴とする電動過給機を備えたパワートレインの制御装置。
3. 第１状態において電動過給機を予回転させておく過給機予回転手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置。
4. 過給機予回転手段は、第１状態において電池蓄電量検出手段で検出された電池蓄電量に応じて予回転量を設定することを特徴とする請求項３に記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置。

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