JP4281192B2 - 電磁駆動弁を有する内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などに搭載される内燃機関の動弁機構に関し、特に電磁力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動する電磁駆動式の動弁機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載される内燃機関では、吸排気弁の開閉駆動に起因した機械損失の防止、吸気のポンピング損失の防止、正味熱効率の向上等を目的として、電磁力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動する電磁駆動式の動弁機構の開発が進められている。
【０００３】
このような電磁駆動式動弁機構としては、例えば、磁性体からなり吸気排気弁と連動して進退動作するアーマチャと、励磁電流が印加されたときにアーマチャを閉弁方向へ変位させる電磁力を発生する閉弁用電磁石と、励磁電流が印加されたときにアーマチャを開弁方向へ変位させる電磁力を発生する開弁用電磁石と、前記アーマチャを閉弁方向へ付勢する閉弁側戻しばねと、前記アーマチャを開弁方向へ付勢する開弁側戻しばねとを備えたものが知られている。
【０００４】
このような電磁駆動式動弁機構では、従来の動弁機構のように機関出力軸（クランクシャフト）の回転力を利用して吸排気弁を開閉駆動させる必要がないため、吸排気弁の駆動に起因した機械損失が防止される。
【０００５】
更に、上記したような電磁駆動式動弁機構によれば、機関出力軸の回転動作と独立して吸排気弁を開閉駆動させることが可能となるため、吸排気弁の開閉時期や開度を制御する場合の自由度が高い等、種々の利点がある。
【０００６】
ところで、上記したような電磁駆動式動弁機構では、開弁用電磁石や閉弁用電磁石へ駆動電流を印加するための電気系に不具合が生じた場合や、吸排気弁やアーマチャの摺動摩擦の変化、もしくは気筒内の圧力の変化等が生じた場合に、吸気弁又は排気弁が正常に動作しないことがある。
【０００７】
このような問題に対し、従来では、特開平１０−４７０２８号公報に記載された電磁弁型エンジンの制御装置が知られている。この公報に記載された電磁弁型エンジンの制御装置は、電磁力を利用して吸排気弁を開閉駆動する動弁機構を備えたエンジンにおいて、吸気弁およびまたは排気弁に異常が発生した場合、特に吸気弁およびまたは排気弁の電気系統に異常が発生した場合に、その吸気弁または排気弁を含む気筒の全ての吸排気弁を閉弁状態に保持し、吸気系から排気系への空気の吹き抜け、排気系から吸気系への排気の逆流、気筒内の既燃ガスや未燃混合気の吸気系への逆流、気筒内の未燃混合気の排気系への吹き抜け等の不具合を防止しようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電磁力を利用して吸気弁およびまたは排気弁を開閉駆動する電磁駆動式動弁機構を備えた内燃機関において、吸気弁又は排気弁が正常に動作しない場合に失火や排気エミッションの悪化等を防止することができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関は、
内燃機関の吸気ポートへ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
内燃機関の吸気弁及び排気弁を電磁力によって開閉駆動する電磁駆動機構と、
前記吸気弁又は前記排気弁の何れか一方に開弁動作不良が発生した場合に、開弁動作不良を発生した弁を含む気筒について、前記吸気弁又は前記排気弁の他方の開弁動作を次のサイクルまで禁止するとともに次のサイクルの燃料噴射量を減量させる制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
吸気弁及び排気弁が電磁駆動機構により開閉駆動される内燃機関において、吸気弁が開弁動作不良に陥った場合は、該吸気弁を含む気筒内に十分な量のガスが吸入されない。このため、吸気弁が開弁動作不良に陥った気筒の排気行程時に排気弁が開弁されても、該気筒内から排出されるガスが殆どないばかりか、該気筒のピストンの上昇動作に起因したポンプ作用により他の気筒から排出される排気の流れ（排気脈動）に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１２】
さらに、吸気弁が開弁動作不良に陥った気筒については、燃料噴射弁から噴射された燃料が該気筒内に吸入されずに次の吸気行程まで吸気ポート内に残留する。このため、次のサイクルにおいて燃料噴射弁から通常量の燃料が噴射されると、混合気が過剰なリッチ空燃比となり、失火や排気エミッションの悪化を招く虞がある。
【００１３】
一方、吸気弁及び排気弁が電磁駆動機構により開閉駆動される内燃機関において、排気弁が開弁動作不良に陥った場合は、該排気弁を含む気筒内で燃焼された混合気（既燃ガス）が排出されずに残留する。このため、その後の吸気行程時に吸気弁が開弁されると、前記した既燃ガスが内燃機関の吸気系へ逆流する虞がある。
【００１４】
さらに、吸気ポートへ燃料を噴射するタイプの内燃機関では、一般に、排気行程中に燃料噴射が行われる。このため、排気弁が開弁動作不良に陥った時点（排気行程時）では既に燃料噴射弁から燃料が噴射されていることになるが、その燃料は吸気行程時に気筒内に吸入されずに吸気ポートに残留する。よって、次のサイクルにおいて燃料噴射弁から通常量の燃料が噴射されると、吸気ポートに残留していた燃料と燃料噴射弁から新たに噴射された燃料とが気筒内に供給され、該気筒内が過剰なリッチ雰囲気となる。その結果、失火や排気エミッションの悪化等を招く虞がある。
【００１５】
これに対し、本発明によれば、吸気弁又は排気弁の何れか一方が開弁動作不良に陥った気筒について、吸気弁又は排気弁の他方の開弁動作が次サイクルまで禁止されるとともに、次サイクルの燃料噴射量が減量されるため、上記した種々の不具合の発生を回避することができる。
【００１６】
尚、本発明にかかる制御手段は、吸気弁又は排気弁の何れか一方に閉弁動作不良が発生した場合は、閉弁動作不良が発生した弁を含む気筒の全ての弁を閉弁状態に保持するとともに、該気筒に対する燃料噴射を禁止するようにしてもよい。
【００１７】
吸気弁が閉弁動作不良に陥ると、吸気行程時に気筒内に供給された混合気が圧縮行程において吸気系へ逆流してしまい、そのような状況で点火栓が作動すると、気筒内から吸気系にかけて混合気が燃焼する可能性がある。また、排気弁が閉弁動作不良に陥ると、吸気行程時に気筒内に供給された混合気がそのまま排気系へ流出したり、排気行程時に排気系から吸気系へ排気が逆流する等の不具合を生じる。
【００１８】
これに対し、吸気弁又は排気弁が閉弁動作不良に陥った場合に、その吸気弁又は排気弁を含む気筒の全ての弁が閉弁状態にされるとともに燃料噴射が禁止されると、上記したような不具合の発生を回避することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関の概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２１を備えた４サイクルのガソリンエンジンである。
【００２１】
前記内燃機関１は、４つの気筒２１及び冷却水路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａとを備えている。
【００２２】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸であるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２と連結されている。
【００２３】
前記ピストン２２の上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００２４】
前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート２６の開口端と２つの排気ポート２７の開口端とが燃焼室２４に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が燃焼室２４に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００２５】
前記シリンダヘッド１ａには、前記吸気ポート２６の各開口端を開閉する吸気弁２８が進退自在に設けられている。各吸気弁２８には、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁２８を進退駆動する電磁駆動機構３０（以下、吸気側電磁駆動機構３０と記す）が取り付けられている。各吸気側電磁駆動機構３０には、該吸気側電磁駆動３０に励磁電流を印加するための駆動回路３０ａ（以下、吸気側駆動回路３０ａと記す）が電気的に接続されている。
【００２６】
前記シリンダヘッド１ａには、前記排気ポート２７の各開口端を開閉する排気弁２９が進退自在に設けられている。各排気弁２９には、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁２９を進退駆動する電磁駆動機構３１（以下、排気側電磁駆動機構３１と記す）が取り付けられている。前記排気側電磁駆動機構３１には、該排気側電磁駆動機構３１に駆動電力を供給する駆動回路３１ａ（以下、排気側駆動回路３１ａと記す）が電気的に接続されている。
【００２７】
ここで、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１の具体的な構成について述べる。尚、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機構３０のみを例に挙げて説明する。
【００２８】
吸気側電磁駆動機構３０は、図２に示すように、円筒状に形成された非磁性体からなる筐体３００を備えている。前記筐体３００には、該筐体３００の内径と略同一の外径を有する環状の軟磁性体からなる第１コア３０１と第２コア３０２とが所定の間隙を介して直列に配置されている。
【００２９】
前記第１コア３０１において前記所定の間隙に臨む部位には、第１の電磁コイル３０３が把持されており、前記第２コア３０２において前記第１の電磁コイル３０３と対向する部位には第２の電磁コイル３０４が把持されている。これら第１及び第２の電磁コイル３０３、３０４は、前述した吸気側駆動回路３０ａと電気的に接続されるものとする。
【００３０】
前記した所定の間隙には、前記筐体３００の内径と略同一の外径を有する円板状の軟磁性体からなるアーマチャ３０５が設けられている。このアーマチャ３０５は、前記第１コア３０１の中空部に保持された第１スプリング３０６と、前記第２コア３０２の中空部に保持された第２スプリング３０７とによって軸方向へ進退自在に支持されている。
【００３１】
尚、前記第１スプリング３０６と前記第２スプリング３０７の付勢力は、前記アーマチャ３０５が前記所定の間隙において前記第１コア３０１と前記第２コア３０２との中間の位置にあるときに釣り合うよう設定されるものとする。
【００３２】
一方、吸気弁２８は、燃焼室２４における吸気ポート２６の開口端に設けられた弁座２００に着座もしくは離座することによって前記吸気ポート２６を開閉する弁体２８ａと、その先端部が前記弁体２８ａに固定された円柱状の弁軸２８ｂとから形成されている。
【００３３】
前記弁軸２８ｂは、前記シリンダヘッド１ａに設けられた筒状のバルブガイド２０１によって進退自在に支持されている。前記弁軸２８ｂの基端は、前記吸気側電磁駆動機構３０の筐体３００内に延出し、前記第２コア３０２の中空部を経て前記アーマチャ３０５に固定されている。
【００３４】
尚、前記弁軸２８ｂの軸方向の長さは、前記アーマチャ３０５が前記所定の間隙において前記第１コア３０１と前記第２コア３０２との中間位置に保持されているとき、すなわち前記アーマチャ３０５が中立状態にあるときに、前記弁体２８ａが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置（以下、中開位置と称する）に保持されるよう設定されるものとする。
【００３５】
このように構成された吸気側電磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル３０３及び第２の電磁コイル３０４へ励磁電流が印加されていない場合は、前記アーマチャ３０５が中立状態となり、それに伴って弁体２８ａが中開位置に保持される。
【００３６】
吸気側電磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａから第１の電磁コイル３０３に励磁電流が印加されると、第１コア３０１と第１の電磁コイル３０３とアーマチャ３０５との間には、前記アーマチャ３０５を第１コア３０１側へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【００３７】
吸気側電磁駆動機構３０では、吸気側駆動回路３０ａから第２の電磁コイル３０４に励磁電流が印加されると、第２コア３０２と第２の電磁コイル３０４とアーマチャ３０５との間には、前記アーマチャ３０５を前記第２コア３０２側へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【００３８】
従って、吸気側電磁駆動機構３０では、第１の電磁コイル３０３と第２の電磁コイル３０４とに交互に励磁電流が印加されることにより、アーマチャ３０５が進退し、以て弁体２８ａが開閉駆動されることになる。その際、第１の電磁コイル３０３及び第２の電磁コイル３０４に対する励磁電流の印加タイミングと励磁電流の大きさを変更することにより、吸気弁２８の開閉タイミングを制御することが可能となる。
【００３９】
上記した吸気側電磁駆動機構３０には、吸気弁２８の変位位置を検出するバルブリフトセンサ３１０が取り付けられている。このバルブリフトセンサ３１０は、筐体３００の上部に取り付けられたセンサカバー３０７と、一端が前記筐体３００内のアーマチャ３０５に連結されるとともに他端が前記センサカバー３０７内に延出したロッド３０８と、前記ロッド３０８において前記センサカバー３０７内に延出した部分の先端に取り付けられた円板状のターゲット３０９と、前記ターゲット３０９と対向するよう前記センサカバー３０７に取り付けられたギャップセンサ３１０とから構成されている。
【００４０】
このように構成されたバルブリフトセンサ３１１では、前記ターゲット３０９が前記吸気側電磁駆動機構３０のアーマチャ３０５と一体的に変位するとともに、前記ギャップセンサ３１０が該ギャップセンサ３１０から前記ターゲット３０９までの距離に対応した電気信号を出力することにより、吸気弁２８の変位位置を検出することが可能となっている。
【００４１】
ここで、図１に戻り、前記内燃機関１の各吸気ポート２６は、該内燃機関１のシリンダヘッド１ａに取り付けられた吸気枝管３３の各枝管と連通している。前記吸気枝管３３の各枝管３２には、その噴孔が前記吸気ポート２６に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００４２】
前記吸気枝管３３は、吸気の脈動を抑制するためのサージタンク３４に接続されている。前記サージタンク３４には、吸気管３５が接続され、吸気管３５は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス３６と接続されている。
【００４３】
前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる空気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。前記吸気管３５において前記エアフローメータ４４より下流の部位には、該吸気管３５内を流れる吸気の流量を調整するスロットル弁３９が設けられている。
【００４４】
前記スロットル弁３９には、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０と、前記スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ４１と、アクセルペダル４２に機械的に接続され該アクセルペダル４２の操作量に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３とが取り付けられている。
【００４５】
前記サージタンク３４には、該サージタンク３４の圧力に対応した電気信号を出力するバキュームセンサ５０が取り付けられている。
【００４６】
一方、前記内燃機関１の各排気ポート２７は、前記シリンダヘッド１ａに取り付けられた排気枝管４５の各枝管と連通している。前記排気枝管４５は、排気浄化触媒４６を介して排気管４７に接続され、排気管４７は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００４７】
前記排気枝管４５には、該排気枝管４５内を流れる排気の空燃比、言い換えれば排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられている。
【００４８】
前記排気浄化触媒４６は、例えば、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する三元触媒、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、流入排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ還元・浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を還元・浄化する選択還元型ＮＯx触媒、もしくは上記した各種の触媒を適宜組み合わせてなる触媒である。
【００４９】
前記した排気浄化触媒４６には、該排気浄化触媒４６の床温に対応した電気信号を出力する触媒温度センサ４９が取り付けられている。
また、内燃機関１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備えている。
【００５０】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ、以下ＥＣＵと称する）２０が併設されている。
【００５１】
前記ＥＣＵ２０には、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、触媒温度センサ４９、バキュームセンサ５０、クランクポジションセンサ５１、水温センサ５２、バルブリフトセンサ３１１等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００５２】
前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２を制御することが可能になっている。
【００５３】
ここで、ＥＣＵ２０は、図３に示すように、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰＵ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６とを備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４０７を備えている。
【００５４】
前記Ａ／Ｄ４０７は、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、触媒温度センサ４９、バキュームセンサ５０、水温センサ５２、バルブリフトセンサ３１１等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されている。前記Ａ／Ｄ４０７は、前記した各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に前記入力ポート４０５へ送信する。
【００５５】
前記入力ポート４０５は、前記Ａ／Ｄ４０７と接続されるとともに、クランクポジションセンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサと接続されている。前記入力ポート４０５は、前記Ａ／Ｄ４０７から送信された信号、及び前記クランクポジションセンサ５１の出力信号を入力し、それらの信号をＣＰＵ４０１やＲＡＭ４０３へ送信する。
【００５６】
前記出力ポート４０６は、イグナイタ２５ａ、吸気側駆動回路３０ａ、排気側駆動回路３１ａ、燃料噴射弁３２、スロットル用アクチュエータ４０等と電気配線を介して接続されている。前記出力ポート４０６は、ＣＰＵ４０１から出力される制御信号をイグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、燃料噴射弁３２へ送信する。
【００５７】
前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁２８を所望の目標開弁タイミング及び目標閉弁タイミングに従って開閉させるための吸気弁開閉制御ルーチン、排気弁２９を所望の目標開弁タイミング及び目標閉弁タイミングに従って開閉させるための排気弁開閉制御ルーチン、各気筒２１の点火栓２５の点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁３９の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケーションプログラムに加え、吸気弁２８および排気弁２９の挙動を監視するための弁挙動監視制御ルーチンを記憶している。
【００５８】
前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気弁２８の目標開閉タイミングとの関係を示す吸気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２９の目標開閉タイミングとの関係を示す排気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１に印加すべき励磁電流量との関係を示す励磁電流量制御マップ、内燃機関１の運転状態と各点火栓２５の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁３９の開度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。
【００５９】
前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。
【００６０】
前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値等を記憶する。本実施の形態では、バックアップＲＡＭ４５は、異常を発生した吸気弁２８又は排気弁２９を特定するデータを記憶するものとする。
【００６１】
前記ＣＰＵ４０１は、前記ＲＯＭ４０２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、点火制御等に加え、本実施の形態の要旨となる弁挙動監視制御を実行する。
【００６２】
以下、本実施の形態に係る弁挙動監視制御について述べる。
本実施の形態に係る弁挙動監視制御では、ＣＰＵ４０１は、図４に示すような弁挙動監視制御ルーチンを実行することになる。この弁挙動監視制御ルーチンは、予めＲＯＭ４０２に記憶されたルーチンであり、内燃機関１の運転状態が、スロットル弁３９を実質的に全開となる開度に保持しつつ、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを制御することによって内燃機関１の吸入空気量を調節する、いわゆるノンスロットル運転状態にある場合に、ＣＰＵ４０１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００６３】
弁挙動監視制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ４０１において、各吸気弁２８及び各排気弁２９の異常判定処理を実行する。異常判定処理では、ＣＰＵ４０１は、例えば図５に示すような異常判定制御ルーチンを実行する。
【００６４】
異常判定制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０１において、開閉動作不良の吸気弁２８又は排気弁２９が有るか否かを判別する。ここでいう開閉動作不良とは、例えば、弁が目標開弁タイミングで開弁動作しない、弁が全開位置まで変位しない、弁が全開位置に保持されない、弁が目標閉弁タイミングで閉弁動作しない、弁が全閉位置まで変位しない、弁が全閉位置に保持されない現象をいう。 上記したような開閉動作不良を判別する方法としては、各吸気弁２８及び各排気弁２９に取り付けられたバルブリフトセンサ３１１の出力信号に基づいて、各弁が所望の時期に開閉動作したか否か、各弁が全開位置まで変位したか否か、各弁が全閉位置まで変位したか否か、各弁が所望の時期に全開状態にあるか否か、及び、各弁が所望の時期に全閉状態にあるか否かを判別する方法を例示することができる。
【００６５】
前記Ｓ５０１において開閉動作不良の弁が存在しないと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を終了する。
前記Ｓ５０１において開閉動作不良の弁が存在すると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０２へ進み、前記Ｓ５０１において開閉動作不良と判定された事由が開弁動作不良であるか否かを判別する。
【００６６】
前記Ｓ５０２において開閉動作不良の事由が開弁動作不良であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０３へ進み、前記開閉動作不良の弁が吸気弁２８であるか否かを判別する。
【００６７】
前記Ｓ５０３において開閉動作不良の弁が吸気弁２８であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０４へ進み、該吸気弁２８を含む気筒２１について、排気弁２９の開弁動作及び点火栓２５の作動を次の吸気行程まで禁止するとともに、次回の燃料噴射量を減量もしくは次回の燃料噴射を禁止する。
【００６８】
ここで、吸気弁２８が開弁動作不良となった気筒２１では、該気筒２１内に十分な量の混合気が吸入されないことになるため、点火栓２５を作動させても所望の燃焼が行われず、点火栓２５の作動に係る電力が不要に消費されることになる。
【００６９】
また、吸気弁２８が開弁動作不良となった気筒２１では、該気筒２１内に十分な量の混合気（筒内噴射式の内燃機関の場合は空気のみ）が吸入されないため、該気筒２１の排気行程時に排気弁２９を開弁させても該気筒２１内から排出されるガスが存在しないばかりか、該気筒２１内のピストン２２の上昇動作に起因したポンプ作用により他の気筒２１から排出される排気の流れ（排気脈動）に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００７０】
また、内燃機関１のように吸気ポート２６へ燃料を噴射するタイプの内燃機関では、吸気弁２８が開弁動作不良となった気筒２１については、吸気ポート２６に噴射された燃料が気筒２１内に吸入されずに次の吸気行程まで吸気ポート２６内に残留することになるため、次回の燃料噴射時期に通常量の燃料を噴射すると混合気が過剰なリッチ空燃比となり、失火や排気エミッションの悪化を招く虞がある。
【００７１】
従って、本実施の形態では、吸気弁２８が開弁動作不良となった気筒２１については、排気弁２９の開弁動作及び点火栓２５の作動を次の吸気行程まで禁止するとともに、次回の燃料噴射量を減量もしくは次回の燃料噴射を禁止することにより、点火栓２５の不要な作動に係る電力消費、排気脈動の急変、排気エミッションの悪化等を防止するようにした。
【００７２】
前記したＳ５０４の処理を実行し終えたＣＰＵ４０１は、Ｓ５０５へ進み、予めＲＡＭ４０３に設定された発生回数カウンタ記憶領域へアクセスし、該記憶領域に記憶されているカウンタ値：Ｎを一つインクリメントする。
【００７３】
前記発生回数カウンタ記憶領域は、各吸気弁２８及び各排気弁２９毎に設定される記憶領域であり、各吸気弁２８及び各排気弁２９が挙動不良となった回数：Ｎを記憶する領域である。
【００７４】
Ｓ５０６では、ＣＰＵ４０１は、ＲＡＭ４０３に設定された発生回数カウンタ記憶領域へアクセスし、所定回数以上の発生回数を記憶する発生回数カウンタ記憶領域が存在するか否か、言い換えれば、挙動不良の発生回数が所定回数以上に達した吸気弁２８又は排気弁２９が存在するか否かを判別する。
【００７５】
前記Ｓ５０６において所定回数以上の発生回数：Ｎを記憶する発生カウンタ記憶領域が存在しないと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を終了する。
【００７６】
前記Ｓ５０６において所定回数以上の発生回数：Ｎを記憶する発生カウンタ記憶領域が存在すると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０７へ進み、前記発生カウンタ記憶領域に対応した吸気弁２８又は排気弁２９が異常であるとみなし、その吸気弁２８又は排気弁２９を特定する識別情報をバックアップＲＡＭ４０４に記憶させる。ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ５０７の処理を実行し終えると、本ルーチンの実行を終了する。
【００７７】
ここで、動作不良の発生回数に応じて異常判定を行うのは、外乱の影響によって吸気弁２８又は排気弁２９が一時的に動作不良となった場合のように正常動作に容易に復帰することが可能な動作不良と、吸気弁２８又は排気弁２９の固着や電気系統の断線等のように正常動作に復帰不可能な動作不良とを区別するためである。
【００７８】
一方、前記したＳ５０３において開弁動作不良の弁が吸気弁２８ではないと判定した場合、すなわち開弁動作不良の弁が排気弁２９であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０８へ進み、該排気弁２９を含む気筒２１について、吸気弁２８の開弁動作及び点火栓２５の作動を次の排気行程まで禁止するとともに、次回の燃料噴射量を減量もしくは次回の燃料噴射を禁止する。
【００７９】
ここで、排気弁２９が開弁動作不良となった気筒２１では、該気筒２１内で燃焼された混合気（既燃ガス）が排出されずに残留することになるため、吸気行程時に吸気弁２８が開弁されると、前記した既燃ガスが内燃機関１の吸気系へ逆流する虞がある。
【００８０】
そこで、本実施の形態では、排気弁２９が開弁動作不良となった気筒２１については、吸気弁２８の開弁動作を次回の排気行程まで禁止するようにした。これに対応して、点火栓２５の作動も次回の排気行程まで禁止するようにした。
【００８１】
また、内燃機関１のように吸気ポート２６へ燃料を噴射するタイプの内燃機関では、一般に、排気行程中に燃料噴射が行われるため、排気弁２９が開弁動作不良を発生した時点（排気行程時）では既に燃料噴射弁３２から燃料が噴射されていることになるが、その燃料は吸気行程時に気筒２１内に吸入されずに吸気ポート２６に残留することになる。そのような状況下で、次回の燃料噴射時期に通常量の燃料が噴射されると、吸気ポート２６に残留していた燃料と燃料噴射弁３２から新たに噴射された燃料とが気筒２１内に供給され、気筒２１内が過剰なリッチ雰囲気となり、その結果、失火や排気エミッションの悪化等を招く虞がある。
【００８２】
そこで、本実施の形態では、排気弁２９が開弁動作不良となった気筒２１については、次回の燃料噴射量を減量もしくは次回の燃料噴射を禁止するようにした。
【００８３】
上記したようなＳ５０８の処理を実行し終えたＣＰＵ４０１は、前述したＳ５０５以降の処理を実行することになる。
また、前記Ｓ５０２において開閉動作不良の事由が開弁動作不良ではないと判定した場合、すなわち開閉動作不良の時由が閉弁動作不良であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０９へ進み、閉弁動作不良の弁を含む気筒２１の全ての弁を全閉状態に保持し、点火栓２５の作動及び燃料噴射弁３２の作動を禁止する。
【００８４】
次いで、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５１０へ進み、閉弁動作不良の吸気弁２８又は排気弁２９を直ちに異常であるとみなし、その吸気弁２８又は排気弁２９を特定する識別情報をバックアップＲＡＭ４０４に記憶させる。ＣＰＵ４０１は、Ｓ５１０の処理を実行し終えると、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８５】
ここで、閉弁動作不良の吸気弁２８又は排気弁２９を直ちに異常とみなすのは、開弁動作不良の場合に比して、内燃機関１の運転状態や車両の走行状態に与える影響が大きいためである。
【００８６】
すなわち、吸気弁２８が閉弁動作不良に陥ると、吸気行程時に燃焼室２４内に供給された混合気が圧縮行程において吸気系へ逆流してしまい、そのような状況で点火栓２５が作動すると、燃焼室２４から吸気系にかけて混合気が燃焼する虞がある。
【００８７】
また、排気弁２９が閉弁動作不良に陥ると、吸気行程時に燃焼室２４内に供給された混合気がそのまま排気系へ流出したり、排気行程時に排気系から吸気系へ排気が逆流する等の不具合を生じる。
【００８８】
従って、本実施の形態では、吸気弁２８又は排気弁２９が閉弁不良に陥った場合には、その吸気弁２８又は排気弁２９を直ちに異常と判定するとともに、その吸気弁２８又は排気弁２９を含む気筒２１を直ちに休止させるようにしている。
【００８９】
ここで図４の弁挙動監視制御ルーチンに戻り、ＣＰＵ４０１は、前述したような異常判定処理を実行し終えると、Ｓ４０２へ進み、バックアップＲＡＭ４０４へアクセスし、異常を発生した弁の識別情報が記憶されているか否か、言い換えれば、異常を発生した弁が存在するか否かを判別する。
【００９０】
前記Ｓ４０２において異常を発生した弁が存在しないと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ４０９へ進み、スロットル弁３９の開度を実質的に全開となる開度に保持しつつ、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを変更することで各気筒２１の吸入空気量を調節する、いわゆるノンスロットル制御を続行する。
【００９１】
一方、前記Ｓ４０２において異常を発生した弁が存在すると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ４０３へ進み、異常を発生した弁が完全に作動不能であるか否かを判別する。
【００９２】
前記Ｓ４０３において異常発生した弁が完全に作動不能であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ４０４へ進み、異常発生弁を含む気筒２１以外の気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを変更可能であるか否か、言い換えれば、残りの気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを調整して内燃機関１のトルクを制御可能であるか否かを判別する。
【００９３】
前記Ｓ４０４において異常発生弁を含む気筒２１以外の気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを変更可能であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ４０５へ進み、第１の退避走行制御を実行する。
【００９４】
前記した第１の退避走行制御は、異常を発生した弁の固着、異常を発生した弁に対応した電磁駆動機構の故障、異常を発生した弁に対応した駆動回路の故障、ＥＣＵ２０と駆動回路と電磁駆動機構とを接続する電気配線の断線などによって、異常を発生した弁が全く動作しなくなった場合を想定した制御である。
【００９５】
前記第１の退避走行制御では、ＣＰＵ４０１は、図６に示すような第１の退避走行制御ルーチンを実行する。
第１の走行制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ６０１において、異常が発生する直前のアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして、内燃機関１に対する要求トルク：Ｔ1を算出する。
【００９６】
Ｓ６０２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ６０１で算出された要求トルク：Ｔ1を内燃機関１が発生するために必要となる吸入空気量を算出し、次いで前記吸入空気量を内燃機関１へ吸入させるのに適したスロットル開度：Ｔaを算出する。
【００９７】
Ｓ６０３では、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の実際の開度を前記Ｓ６０２で算出されたスロットル開度：Ｔaと一致させるべくスロットル用アクチュエータ４０を制御する。
【００９８】
続いて、ＣＰＵ４０１は、Ｓ６０４へ進み、内燃機関１の運転状態を第１の退避走行モードへ移行させる。具体的には、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の開度を前記スロットル開度：Ｔaからアクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）に比例した開度へ徐々に移行させ、異常を発生した弁を含む気筒２１の全ての吸気弁２８及び排気弁２９を全閉状態に保持すべく吸気側駆動回路３０ａ及び排気側駆動回路３１ａを制御して該気筒２１を休止させ、更に他の気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを内燃機関１の負荷に応じたタイミングとすべく吸気側駆動回路３０ａ及び排気側駆動回路３１ａを制御する。
【００９９】
Ｓ６０５では、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の開度の上限ガード処理を実行し、内燃機関１の発生トルクを制限する。すなわち、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１が正常時と同等以上のトルクを発生しないようスロットル弁３９の開度を制御する。
【０１００】
上記したような第１の退避走行制御によれば、内燃機関１の吸気弁２８又は排気弁２９が作動不能に陥った場合であっても、スロットル弁３９の開度と、異常を発生した弁を含む気筒２１以外の気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングとを制御することにより、内燃機関１の吸入空気量を所望の量とすることが可能となる。
【０１０１】
この結果、内燃機関１が退避走行運転される上で必要となる吸入空気量を正確に確保することが可能となる。
更に、本実施の形態に係る第１の退避走行制御では、内燃機関１の運転状態を第１の退避走行モードへ移行させる場合に、スロットル弁３９の開度を、一旦、異常が発生する直前の内燃機関１の吸入空気量と同等の吸入空気量を得られる開度とした後に、第１の退避走行モードへ移行されることになるため、内燃機関１の運転状態を第１の退避走行モードへ移行する際のトルク変動の発生が防止されることになる。
【０１０２】
ここで図４の弁挙動監視制御ルーチンへ戻り、ＣＰＵ４０１は、前記したＳ４０４において異常を発生した弁を含む気筒２１以外の気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを変更不可能であると判定した場合、例えば、ＥＣＵ２０の不良等により、吸気弁２８及び排気弁２９を特定の開閉タイミング以外で開閉駆動することができなくなった場合には、Ｓ４０６へ進み、第２の退避走行制御を実行する。
【０１０３】
ここでいう特定の開閉タイミングとは、例えば、ＥＣＵ２０や、吸排気側駆動回路３０ａ、３１ａに予めデフォルト値として設定されたタイミングであってもよい。
【０１０４】
第２の退避走行制御では、ＣＰＵ４０１は、図７に示すような第２の退避走行制御ルーチンを実行する。第２の退避走行制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ずＳ７０１において、異常が発生する直前のアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして、内燃機関１に対する要求トルク：Ｔ1を算出する。
【０１０５】
Ｓ７０２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ７０１で算出された要求トルク：Ｔ1を内燃機関１が発生するために必要となる吸入空気量を算出し、次いで前記吸入空気量を内燃機関１へ吸入させるのに適したスロットル開度：Ｔaを算出する。
【０１０６】
Ｓ７０３では、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の実際の開度を前記Ｓ７０２で算出されたスロットル開度：Ｔaと一致させるべくスロットル用アクチュエータ４０を制御する。
【０１０７】
続いて、ＣＰＵ４０１は、Ｓ７０４へ進み、内燃機関１の運転状態を第２の退避走行モードへ移行させる。具体的には、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の開度を前記スロットル開度：Ｔaからアクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）に比例した開度へ徐々に移行させ、異常を発生した弁を含む気筒２１の全ての吸気弁２８及び排気弁２９を全閉状態に保持すべく吸気側駆動回路３０ａ及び排気側駆動回路３１ａを制御して該気筒２１を休止させ、更に他の気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９を特定の開閉タイミングで動作させるべく吸気側駆動回路３０ａ及び排気側駆動回路３１ａを制御する。
【０１０８】
Ｓ７０５では、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の開度の上限ガード処理を実行する。
上記したような第２の退避走行制御によれば、内燃機関１の吸気弁２８又は排気弁２９が作動不能に陥り、且つ、その他の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを変更不能に陥った場合であっても、スロットル弁３９の開度を制御することによって、内燃機関１の吸入空気量を所望の量とすることが可能となる。
【０１０９】
この結果、内燃機関１が退避走行運転される上で必要となる吸入空気量を正確に確保することが可能となる。
更に、本実施の形態に係る第２の退避走行制御においても、前述した第１の退避走行制御と同様に、内燃機関１の運転状態を第２の退避走行モードへ移行させる場合に、スロットル弁３９の開度を、一旦、異常が発生する直前の内燃機関１の吸入空気量と同等の吸入空気量を得られる開度とした後に、第２の退避走行モードへ移行されることになるため、内燃機関１の運転状態を第２の退避走行モードへ移行する際のトルク変動の発生が防止されることになる。
【０１１０】
ここで図４の弁挙動監視制御ルーチンに戻り、ＣＰＵ４０１は、前記したＳ４０３において異常を発生した弁が完全に作動不能ではないと判定した場合は、Ｓ４０７へ進み、内燃機関１の全ての気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを変更可能であるか否かを判別する。
【０１１１】
前記Ｓ４０７において内燃機関１の全ての気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを変更不可能であると判定した場合、つまり、全ての気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９が特定の開閉タイミングでのみ開閉駆動可能であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ４０８へ進み、第３の退避走行制御を実行する。
【０１１２】
第３の退避走行制御では、ＣＰＵ４０１は、図８に示すような第３の退避走行制御ルーチンを実行する。この第３の退避走行制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ず、Ｓ８０１において、異常が発生する直前のアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして、内燃機関１に対する要求トルク：Ｔ1を算出する。
【０１１３】
Ｓ８０２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ８０１で算出された要求トルク：Ｔ1を内燃機関１が発生するために必要となる吸入空気量を算出し、次いで前記吸入空気量を内燃機関１へ吸入させるのに適したスロットル開度：Ｔaを算出する。
【０１１４】
Ｓ８０３では、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の実際の開度を前記Ｓ８０２で算出されたスロットル開度：Ｔaと一致させるべくスロットル用アクチュエータ４０を制御する。
【０１１５】
続いて、ＣＰＵ４０１は、Ｓ８０４へ進み、内燃機関１の運転状態を第３の退避走行モードへ移行させる。具体的には、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の開度を前記スロットル開度：Ｔaからアクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）に比例した開度へ徐々に移行させるとともに、全ての気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９を特定の開閉タイミングで動作させるべく吸気側駆動回路３０ａ及び排気側駆動回路３１ａを制御する。
【０１１６】
Ｓ８０５では、ＣＰＵ４０１は、スロットル弁３９の開度の上限ガード処理を実行する。
上記したような第３の退避走行制御によれば、内燃機関１の吸気弁２８及び排気弁２９が特定の開閉タイミング以外では作動不能に陥った場合であっても、スロットル弁３９の開度を制御することによって内燃機関１の吸入空気量を所望の量とすることが可能となる。
【０１１７】
この結果、内燃機関１が退避走行運転される上で必要となる吸入空気量を正確に確保することが可能となる。
更に、本実施の形態に係る第３の退避走行制御においても、前述した第１、第２の退避走行制御と同様に、内燃機関１の運転状態を第３の退避走行モードへ移行させる場合に、スロットル弁３９の開度を、一旦、異常が発生する直前の内燃機関１の吸入空気量と同等の吸入空気量を得られる開度とした後に、第３の退避走行モードへ移行されることになるため、内燃機関１の運転状態を第３の退避走行モードへ移行する際のトルク変動の発生が防止されることになる。
【０１１９】
従って、本実施の形態に係る電磁駆動弁を有する内燃機関によれば、内燃機関１の運転状態がノンスロットル運転状態にあるときに、吸気弁２８又は排気弁２９に異常が発生した場合は、スロットル弁３９の開度を制御することにより内燃機関１の吸入空気量を所望の量とすることが可能となる。
【０１２０】
この結果、吸気弁２８又は排気弁２９の異常によって、異常弁を含む気筒２１の運転を休止させることになっても、内燃機関１の吸入空気量が急激に変化するようなことがなく、トルク変動の発生を抑制することが可能となる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関によれば、吸気弁又は排気弁が正常に動作しない場合に、失火や排気エミッションの悪化等を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる電磁駆動弁を有する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】 吸気側電磁駆動機構の構成を示す図
【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図４】 弁挙動監視制御ルーチンを示すフローチャート図
【図５】 異常判定制御ルーチンを示すフローチャート図
【図６】 第１の退避走行制御ルーチンを示すフローチャート図
【図７】 第２の退避走行制御ルーチンを示すフローチャート図
【図８】 第３の退避走行制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
２６・・・吸気ポート
２７・・・排気ポート
２８・・・吸気弁
２９・・・排気弁
３０・・・吸気側電磁駆動機構
３１・・・排気側電磁駆動機構
３３・・・吸気枝管
３４・・・サージタンク
３５・・・吸気管
３６・・・エアクリーナボックス
３９・・・スロットル弁
４０・・・スロットル用アクチュエータ
４１・・・スロットルポジションセンサ
４２・・・アクセルペダル
４３・・・アクセルポジションセンサ
４９・・・触媒温度センサ
３１１・・バルブリフトセンサ

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気ポートへ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   内燃機関の吸気弁及び排気弁を電磁力によって開閉駆動する電磁駆動機構と、
   前記吸気弁又は前記排気弁の何れか一方に開弁動作不良が発生した場合に、開弁動作不良を発生した弁を含む気筒について、当該弁の開弁動作不良が解消されるまで又は当該弁の開弁動作不良の発生回数が所定回数に達するまでは、前記吸気弁又は前記排気弁の他方の開弁動作を禁止するとともに該気筒に対する燃料噴射を禁止する制御手段と、
   を備えることを特徴とする電磁駆動弁を有する内燃機関。
2. 前記制御手段は、前記吸気弁又は前記排気弁の何れか一方に閉弁動作不良が発生した場合に、閉弁動作不良が発生した弁を含む気筒の全ての弁が閉弁状態に保持されるように前記電磁駆動機構を制御するとともに、該気筒に対する燃料噴射を禁止することを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動弁を有する内燃機関。

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