JP6686858B2 - Solenoid valve drive - Google Patents
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Description
本発明は、電磁弁駆動装置に関する。 The present invention relates to a solenoid valve drive device.
電磁弁駆動装置においては、電磁弁のコイルに直流通電して開弁の駆動制御を行い、通電を停止することで閉弁する。この場合、電磁弁の開弁の応答性を向上させるために、昇圧回路を設けて開弁駆動時に昇圧回路で昇圧した電圧を印加するものもある。 In a solenoid valve drive device, a coil of the solenoid valve is energized with direct current to drive and control the valve opening, and the energization is stopped to close the valve. In this case, in order to improve the responsiveness of the opening of the solenoid valve, there is also one in which a booster circuit is provided and a voltage boosted by the booster circuit is applied at the time of valve opening drive.
しかしながら、このような電磁弁駆動装置においては、電磁弁駆動後に通電を停止した状態で、電磁弁に発生する残留磁束の問題がある。電磁弁の残留磁束は、一定時間が経過すると解消されるが、この時間を待たずに駆動しようとすると、残留磁束の影響で駆動時の電流波形が乱れ、電磁弁駆動精度が低下することがある。 However, in such a solenoid valve drive device, there is a problem of residual magnetic flux generated in the solenoid valve in a state where energization is stopped after the solenoid valve is driven. The residual magnetic flux of the solenoid valve is eliminated after a certain period of time, but if you try to drive without waiting for this time, the current waveform at the time of driving may be disturbed due to the influence of the residual magnetic flux, and the solenoid valve drive accuracy may decrease. is there.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、電磁弁駆動後の残留磁束を迅速に消磁させることができるようにした電磁弁駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an electromagnetic valve drive device capable of quickly demagnetizing the residual magnetic flux after driving the electromagnetic valve.
請求項1に記載の電磁弁駆動装置は、電磁弁正極端子および負極端子に対してそれぞれ第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を介して直流電源から正方向に通電することで駆動制御する制御回路を備えた電磁弁駆動装置であって、ダイオードが逆並列接続され前記電磁弁の正極端子を負側に接続する第3スイッチング素子と、ダイオードが逆並列接続され前記電磁弁の負極端子を正側に接続する第4スイッチング素子と、前記電磁弁に流れる電流を検出する電流検出用の抵抗とを備え、前記第3スイッチング素子および前記第4スイッチング素子は、前記制御回路により、前記第1および第2スイッチング素子のオフ状態で駆動され、前記制御回路は、前記第1および第2スイッチング素子を駆動して前記電磁弁を駆動した後、前記電磁弁の電流がなくなった時点で前記第3および第4スイッチング素子を駆動して前記電磁弁の残留磁束がゼロとなるように前記電磁弁に逆方向に通電される。
The solenoid valve drive device according to
上記構成を採用することにより、電磁弁の駆動時には、制御回路により、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を駆動して電磁弁の正極端子および負極端子の間に正方向に通電する。これにより、電磁弁のコイルに正方向に通電され、電磁弁を駆動させることができる。このとき、電磁弁のコイルには通電終了後に残留磁束が発生する。これに対して、制御回路により、第3スイッチング素子および第4スイッチング素子を駆動して電磁弁に逆方向に通電をすることで、残留磁束をゼロにすることができる。この結果、電磁弁への正方向への通電終了後にコイルの残留磁束が消失するまでの時間を待機することなく、迅速に消磁をして再度電磁弁を精度良く駆動制御することができるようになる。 By adopting the above configuration, when the solenoid valve is driven, the control circuit drives the first switching element and the second switching element to energize the solenoid valve in the positive direction between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. As a result, the coil of the solenoid valve can be energized in the positive direction to drive the solenoid valve. At this time, a residual magnetic flux is generated in the coil of the solenoid valve after the completion of energization. On the other hand, the control circuit drives the third switching element and the fourth switching element to energize the solenoid valve in the opposite direction, whereby the residual magnetic flux can be reduced to zero. As a result, it is possible to quickly demagnetize and accurately control the drive of the solenoid valve again without waiting for the time until the residual magnetic flux of the coil disappears after the completion of energization of the solenoid valve in the positive direction. Become.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
電磁弁1はコイル1aに直流通電することで開弁駆動されるもので、正極端子Aと負極端子Bを備える。電磁弁1は電磁弁駆動装置2により通電制御される。電磁弁駆動装置2は、例えば12Vの車載バッテリを直流電源VBとして電磁弁1に通電する。また、電磁弁駆動装置2には、電磁弁1の開弁の応答性を向上させるために直流電源VBの電圧よりも高い電圧を供給する昇圧回路3が設けられている。
(First embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
昇圧回路3は、昇圧コイル4およびNチャンネル型のMOSFET5の直列回路が直流電源VBとグランドとの間に接続されている。MOSFET5には逆並列にダイオード5aが接続されている。ダイオード5aは、MOSFET5に内蔵されるものでも良いし、外付けで設けるものでも良い。昇圧コイル4とMOSFET5との共通接続点は、ダイオード6を順方向に介してコンデンサ7の一端に接続されている。コンデンサ7の一端は出力端子Cとされ、他端はグランドに接続されている。
In the
昇圧回路3の出力端子Cは、Nチャンネル型のMOSFET8を介して電磁弁1の正極端子Aに接続される。MOSFET8には逆並列にダイオード8aが接続されている。電磁弁1の負極端子Bは第2スイッチング素子としてのNチャンネル型のMOSFET9および電流検出用の抵抗10を介してグランドに接続されている。MOSFET9には逆並列にダイオード9aが接続されている。また、電磁弁1の正極端子Aには、直流電源VBが第1スイッチング素子としてのNチャンネル型のMOSFET11およびダイオード12を介して接続されている。MOSFET11には逆並列にダイオード11aが接続されている。
The output terminal C of the
また、電磁弁1の正極端子Aは第3スイッチング素子としてのNチャンネル型のMOSFET13を介してグランドに接続されている。MOSFET13には逆並列にダイオード13aが接続されている。昇圧回路3の出力端子Cは、第4スイッチング素子としてのNチャンネル型のMOSFET14を介して電磁弁1の負極端子Bに接続される。MOSFET14は逆並列にダイオード14aが接続されている。なお、ダイオード8a、9a、11a、13a、14aは、それぞれMOSFET8、9、11、13、14に内蔵されるものでも良いし、外付けで設けることもできるものである。
Further, the positive electrode terminal A of the
制御回路20は、昇圧回路3の駆動制御および電磁弁1への通電制御を行うものである。制御回路20は、昇圧回路3のMOSFET5に駆動信号Saを与える。制御回路20は、MOSFET8、9、11、13、14のそれぞれに、駆動信号S1、S2、S3、S4、S5を与えることで、後述するようにして電磁弁1のコイル1aに通電して電磁弁1を動作させると共に、電磁弁1の残留磁束の消磁を行う。
The
次に、上記構成の作用について、図2から図4も参照して説明する。
まず、制御回路20により電磁弁1への正方向への通電の動作について簡単に説明する。制御回路20は、昇圧回路3のMOSFET5に駆動信号Saを与えて昇圧動作を行わせる。図示はしていないが、所定電圧となるように駆動信号Saが制御回路20から出力されている。
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
First, the operation of energizing the
MOSFET5のオンにより昇圧コイル4に通電され、MOSFET5がオフすると、昇圧コイル4の起電力によりダイオード6を介してコンデンサ7に直流電源VBよりも高い電圧で充電される。これを繰り返し実行することでコンデンサ7に昇圧した電圧を供給することができる。
When the
上記のように昇圧回路3により昇圧電源を生成した状態で、制御回路20は、電磁弁1に通電して駆動制御する。図2(b)、(c)に示すように、制御回路20は、まず時刻t1で、駆動信号S3およびS1を出力してMOSFET9および8をオンさせる。これにより、昇圧回路3の出力端子Cから、MOSFET8、コイル1a、MOSFET9および抵抗10を介してグランドに至る通電経路が形成される。コイル1aには、昇圧回路3から昇圧された電圧が正極端子Aから印加され、図2(a)に示すように、時刻t1から急上昇する電磁弁電流Iaが正方向に通電され、電磁弁1が開弁動作される。
With the boosting power source generated by the
制御回路20は、コイル1aへの通電期間が終了するまで駆動信号S3をハイレベル状態に保持する。また、制御回路20は、時刻t1から所定時間が経過した時刻t2で駆動信号S1をローレベルに切り換える。これにより、MOSFET8がオフ状態に変化するので、電磁弁電流Iaはピーク値から急激に低下していく。
The
この後、制御回路20は、電磁弁電流Iaが所定レベルにある時刻t3で駆動信号S2を出力してMOSFET11を所定期間オンさせる。これにより、直流電源VBからダイオード12を介してコイル1aに正方向に通電され、図2(a)に示すように、時刻t3から直流電源VBに応じた電磁弁電流Iaが所定期間通電される。制御回路20は、所定期間が経過すると駆動信号S2をローレベルに切り換えてMOSFET11を所定期間オフさせる。これにより、電磁弁電流Iaも低下する。
Thereafter, the
制御回路20は、直流電源VBによる上記の通電制御を所定回数繰り返すことで、電磁弁1への通電状態を維持し、これによって電磁弁1は開弁状態が保持されている。そして、制御回路20は、時刻t5になると駆動信号S2とともに駆動信号S3もローレベルに切り換える。これにより、MOSFET11およびMOSFET9が共にオフとなり、電磁弁電流Iaは時間の経過とともに低下し、電磁弁1が閉弁する。
The
このようにして電磁弁1のコイル1aに時刻t1からt5までの期間、電磁弁電流Iaが通電されることで電磁弁1が開弁駆動され、所定の動作を行うようにしている。そして、時刻t6で電磁弁電流Iaがゼロになって電磁弁1が閉弁すると、制御回路20は、続いて消磁動作を行う。
In this way, the
制御回路20は、消磁動作においては、電磁弁1のコイル1aに逆方向通電を行う。この場合、制御回路20は、駆動信号S4および駆動信号S5を一定時間Tonだけ出力する。これにより、MOSFET13およびMOSFET14がオンされる。これによって、図3に破線の矢印x1からx8で順次示すように、昇圧回路3の出力端子CからMOSFET14、コイル1a、MOSFET13からグランドに至る通電経路が形成される。この結果、電磁弁1のコイル1aに負側端子Bから正側端子Aに向けて昇圧回路3から逆方向通電されるようになる。
In the degaussing operation, the
このとき、逆方向通電を行う時間Tonは、電磁弁電流Iaが電磁弁1のコイル1aに逆方向通電されることで、残留磁束がゼロとなるように予め設定されている。これによって、時間Tonの短期間でコイル1aの残留磁束がゼロとなるように消磁される。したがって、時間Ton経過後には、コイル1aに再び正方向通電する場合でも、電磁弁1に残留磁束がない状態で通電制御することができ、電磁弁電流Iaに応じて正確に駆動制御することができるようになる。
At this time, the time Ton for performing the reverse direction energization is set in advance such that the residual magnetic flux becomes zero when the solenoid valve current Ia is applied to the coil 1a of the
次に、図4を参照して、上記した逆方向通電によるコイル1aの消磁動作について説明する。また、併せて電磁弁電流Iaの通電時間Tonの設定についても説明する。図4(a)は、図2(a)で示した電磁弁電流Iaを示している。また、図4(b)は、この時の電磁弁1の電磁弁磁束Φの変化を示している。
Next, with reference to FIG. 4, the degaussing operation of the coil 1a by the above-described reverse energization will be described. In addition, the setting of the energization time Ton of the solenoid valve current Ia will also be described. FIG. 4A shows the solenoid valve current Ia shown in FIG. Further, FIG. 4B shows a change in the electromagnetic valve magnetic flux Φ of the
図4(a)に示すように、電磁弁1のコイル1aに昇圧回路3から電磁弁電流Iaが流れると、通電初期には電流が急激に上昇することで電磁弁磁束Φも急激に増加して所定レベルに達する。この後、直流電源VBから所定間隔で直接給電される期間は、電磁弁電流Iaが一定レベルの前後で保持されるので、電磁弁磁束Φも電磁弁電流Iaに追従しながら所定レベルに保持される。そして、電磁弁電流Iaがゼロに低下する期間では、電磁弁磁束Φも徐々に低下するが、時刻t6で逆方向に電磁弁電流Iaを流すことで、電磁弁磁束Φが急速に低下し、時刻t7までの短時間でほぼゼロの状態に消磁することができる。
As shown in FIG. 4 (a), when the solenoid valve current Ia flows from the
この場合、図4(a)中に破線で示すように、逆方向電流を流さない従来の方式では、図4(b)中に破線で示すように、残留磁束が時刻t8までかかってゆっくりと消磁する。図示のとおり、本実施形態では、時刻t6からt7までの期間T1で消磁が完了するのに対して、従来方式のものでは、時刻t6からt8までの期間T2で消磁が完了する。このため、次に電磁弁1に正方向通電をするタイミングを時刻t9よりも早くすることができず、自然に消磁する期間T2が経過する前に正方向通電を行うと、電磁弁電流Iaが正確に制御することができず、電磁弁1の動作を精度良く駆動制御することができない。
In this case, as shown by the broken line in FIG. 4A, in the conventional method in which no reverse current flows, as shown by the broken line in FIG. 4B, the residual magnetic flux slowly increases until time t8. Degauss. As shown in the figure, in the present embodiment, the demagnetization is completed in the period T1 from time t6 to t7, whereas in the conventional method, the demagnetization is completed in the period T2 from time t6 to t8. Therefore, the timing at which the
この点、本実施形態の逆方向通電を実施することで、期間T1の短期間で電磁弁1の消磁をすることができるので、電磁弁1を短い時間間隔でも電磁弁電流Iaに対応して正確に駆動制御することができるようになる。
In this respect, by performing the reverse energization of the present embodiment, it is possible to demagnetize the
なお、このように電磁弁1の残留磁束を消磁するために、この実施形態では、逆方向通電の電流を期間Tonだけ通電することで制御している。この通電期間Tonは、短いと残留磁束を完全に消磁できないことになり、逆に長いと逆方向の残留磁束が発生してしまう。この実施形態においては、逆方向通電によって完全に残留磁束を消磁できる時間を予め測定しておくことで期間Tonを設定している。
In order to demagnetize the residual magnetic flux of the
このような第1実施形態によれば、電磁弁1のコイル1aに対して、正方向通電の後に、昇圧回路3から逆方向通電を行えるように、MOSFET13および14を設けて通電経路を形成することができるようにした。これにより、制御回路20により、正方向通電後に、逆方向通電を所定時間Tonだけ実施することで電磁弁1の残留磁束を短時間で消磁することができる。この結果、電磁弁1を繰り返し通電制御する際に、短期間で精度良く電磁弁1の制御を実施することができるようになる。
According to the first embodiment as described above, the
(第2実施形態)
図5および図6は第2実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、電磁弁駆動装置20において、昇圧回路3に代わる昇圧回路21を設ける構成としている。また、この実施形態では、制御回路20により電磁弁1のコイル1aに逆方向通電を行う場合の制御を通電時間Tonではなく、電流値で制御する構成としている。
(Second embodiment)
FIG. 5 and FIG. 6 show the second embodiment, and the portions different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, the solenoid
図5に示すように、昇圧回路21においては、コンデンサ7は、一端が出力端子Cに接続され、他端が電流検出抵抗22を介してグランドに接続されている。また、電流検出抵抗22の両端子の電圧は電流検出回路23により検出してコンデンサ7による放電電流を検出する構成としている。電流検出回路23は、検出した電流値のデータを制御回路20に出力する。
As shown in FIG. 5, in the
次に、上記構成の作用について、第1実施形態と異なる部分について説明する。
この実施形態では、電磁弁1への正方向通電の後に残留磁束を消磁するための逆方向通電において、通電時間Tonを設定するのではなく、電磁弁電流Iaのレベルを検出してオフするようにしている。
Next, with respect to the operation of the above-described configuration, a part different from that of the first embodiment will be described.
In this embodiment, the energization time Ton is not set in the reverse energization for demagnetizing the residual magnetic flux after the forward energization to the
具体的には、図6に示すように、制御回路20は、時刻t6でハイレベルの駆動信号S4およびS5を出力してMOSFET13および14をオンさせた後、電磁弁1の逆方向への電磁弁電流Iaを、電流検出抵抗22を図中矢印x0方向に流れる電流として電流検出回路23により検出する。
Specifically, as shown in FIG. 6, the
制御回路20は、電磁弁電流Iaが閾値電流Ithに達する時刻t7aになると、駆動信号S4およびS5をローレベルに反転させてMOSFET13および14をオフさせる。このとき、閾値電流Ithは、予め電磁弁1の残留磁束を消磁可能な電流値として計測等により求めた値が設定されている。この結果、電磁弁1の残留磁束は短期間で消磁することができるようになる。
したがって、このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
At time t7a when the solenoid valve current Ia reaches the threshold current Ith, the
Therefore, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
(第3実施形態)
図7は第3実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、電磁弁駆動装置30として、逆方向通電用のMOSFET14のドレインを直流電源VBに接続する構成である。
(Third Embodiment)
FIG. 7 shows the third embodiment, and hereinafter, portions different from the first embodiment will be described. In this embodiment, the solenoid
上記構成により、制御回路20は、時刻t6でハイレベルの駆動信号S4およびS5を出力してMOSFET13および14をオンさせると、図中破線矢印y1からy7で示すように、直流電源VBからMOSFET14、コイル1a、MOSFET13を介して電磁弁1の逆方向への電磁弁電流Iaが流れる。
With the above configuration, when the
この電磁弁電流Iaは、制御回路20により一定時間流れるように制御される。このとき、電磁弁1のコイル1aに流れる逆方向の電磁弁電流Iaの通電時間は、予め測定などで残留磁束が消磁できるように設定されている。
The solenoid valve current Ia is controlled by the
したがって、このような第3実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を得ることができ、さらに、逆方向の電磁弁電流Iaを直流電源VBから通電するので、昇圧回路3のコンデンサ7の充電電荷を用いないことで、消磁期間中に充電電圧が変動するのを抑制することができ、次回の順方向への電磁弁電流Iaを昇圧回路3から通電する際に影響を与えることなく精度良く制御をすることができる。
Therefore, according to the third embodiment as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the solenoid valve current Ia in the reverse direction is supplied from the DC power supply VB, so that the capacitor of the
なお、第3実施形態で用いた構成は、第2実施形態のように逆方向の電磁弁電流Iaを検出して駆動信号S4およびS5をローレベルに変化させる制御においても適用することもできる。 The configuration used in the third embodiment can also be applied to the control for detecting the electromagnetic valve current Ia in the reverse direction and changing the drive signals S4 and S5 to the low level as in the second embodiment.
(他の実施形態)
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof, and can be modified or expanded as follows, for example.
上記各実施形態では、第3および第4スイッチング素子としてMOSFET13および14を用いる構成としているが、IGBTあるいはバイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子を用いることもできる。
In each of the above embodiments, the
上記各実施形態では、電磁弁1のコイル1aへの通電初期に、昇圧回路3あるいは21から昇圧した電圧を供給するように第1スイッチング素子としてMOSFET8を設ける場合の構成例で示したが、昇圧回路3や21を用いず、通電初期に直流電源VBからMOSFET11を介して直接給電する構成とすることもできる。
In each of the above embodiments, the configuration example in which the
上記各実施形態では、直流電源VBとして車載バッテリを用いる場合を例示したが、直流電源であれば車載バッテリに限定されるものではない。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
In each of the above-described embodiments, the case where the vehicle-mounted battery is used as the DC power source VB is illustrated, but the vehicle power source is not limited to the vehicle-mounted battery as long as it is a DC power source.
Although the present disclosure has been described with reference to examples, it is understood that the present disclosure is not limited to such examples and structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within an equivalent range. In addition, various combinations and forms, and other combinations and forms including only one element, more, or less than them are also within the scope and spirit of the present disclosure.
図面中、1は電磁弁、1aはコイル、2、20、30は電磁弁駆動装置、3、21は昇圧回路、4は昇圧コイル、8はMOSFET(第1スイッチング素子)、9はMOSFET(第2スイッチング素子)、11はMOSFET(第1スイッチング素子)、13はMOSFET(第3スイッチング素子)、14はMOSFET(第4スイッチング素子)、20は制御回路、22は電流検出抵抗、23は電流検出回路である。 In the drawings, 1 is a solenoid valve, 1a is a coil, 2, 20 and 30 are solenoid valve drive devices, 3 and 21 are boost circuits, 4 are boost coils, 8 is a MOSFET (first switching element), and 9 is a MOSFET (first switching element). 2 switching elements), 11 MOSFET (first switching element), 13 MOSFET (third switching element), 14 MOSFET (fourth switching element), 20 control circuit, 22 current detection resistor, 23 current detection Circuit.
Claims (6)
ダイオード(13a)が逆並列接続され前記電磁弁の正極端子を負側に接続する第3スイッチング素子(13)と、
ダイオード(14a)が逆並列接続され前記電磁弁の負極端子を正側に接続する第4スイッチング素子(14)と、
前記電磁弁に流れる電流を検出する電流検出用の抵抗(10)とを備え、
前記第3スイッチング素子および前記第4スイッチング素子は、前記制御回路により、前記第1および第2スイッチング素子のオフ状態で駆動され、
前記制御回路は、前記第1および第2スイッチング素子を駆動して前記電磁弁を駆動した後、前記電磁弁の電流がなくなった時点で前記第3および第4スイッチング素子を駆動して前記電磁弁の残留磁束がゼロとなるように前記電磁弁に逆方向に通電する電磁弁駆動装置。 A control circuit (20) for controlling the drive by energizing the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the solenoid valve (1) from the DC power source in the positive direction through the first switching element (11) and the second switching element (9), respectively. ) Is a solenoid valve drive device,
A third switching element (13) in which a diode (13a) is connected in anti-parallel and the positive terminal of the solenoid valve is connected to the negative side;
A fourth switching element (14) in which the diode (14a) is connected in anti-parallel and the negative terminal of the solenoid valve is connected to the positive side ;
A resistance (10) for current detection for detecting a current flowing through the solenoid valve ,
The third switching element and the fourth switching element are driven by the control circuit in an off state of the first and second switching elements,
The control circuit drives the first and second switching elements to drive the solenoid valve, and then drives the third and fourth switching elements to drive the solenoid valve when the current of the solenoid valve is exhausted. A solenoid valve drive device for energizing the solenoid valve in the opposite direction so that the residual magnetic flux of the is zero .
前記第4スイッチング素子は、前記電磁弁の逆方向への通電を前記昇圧回路の電圧を印加するように設けられる請求項1から3のいずれか一項記載の電磁弁駆動装置。 A step-up circuit (3) for stepping up the direct current power source to drive the solenoid valve at a voltage higher than the voltage of the direct current power source,
The fourth switching element, the electromagnetic valve driving apparatus according to any one claim of 3 energization in the reverse direction of the solenoid valve from claim 1 is provided to apply a voltage of the booster circuit.
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