JP4470773B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）と吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関に要求される負荷が変更された場合に、吸気ポートの内壁面に付着した燃料量を補正する技術に関する。

機関吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、機関燃焼室内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを具備し、機関回転数と機関負荷とに基づいて吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの燃料噴射比率を決定する内燃機関が公知である。この内燃機関では両燃料噴射弁から噴射される燃料の合計である全噴射量が機関負荷の関数として予め定められており、この全噴射量は機関負荷が高くなるほど増大せしめられる。

このような内燃機関では機関負荷が設定負荷よりも高くなって吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射が開始されたときには、吸気通路噴射用インジェクタからの噴射燃料の一部が吸気通路内壁面に付着し、その結果、吸気通路から機関燃焼室内に供給される燃料量は吸気通路噴射用インジェクタからの噴射燃料量も少なくなる。したがって、内燃機関の負荷の関数として予め定められた噴射量に基づいて各燃料噴射弁から燃料噴射を行なうと吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射が開始されたときに、実際に機関燃焼室内に供給される燃料量が要求燃料量よりも少なくなってしまい（リーンな状態）、そのため機関の出力トルクが一時的に低下してしまうという問題を生じる。

また、このような内燃機関では機関負荷が設定負荷よりも低くなって、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射が停止されたときには、吸気通路内壁面に付着している燃料が機関燃焼室内に供給され続ける。その結果、内燃機関の負荷の関数として予め定められた噴射量に基づいて各燃料噴射弁から燃料噴射を行なうと吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射が停止されたときに、実際に機関燃焼室内に供給される燃料量が要求燃料量よりも多くなってしまい（リッチな状態）、そのため機関の出力トルクが一時的に高くなってしまうという問題を生じる。

特開平５−２３１２２１号公報（特許文献１）は、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタとを備えた内燃機関において、ポート噴射の開始時および停止時に機関出力トルクが変動するのを阻止する燃料噴射式内燃機関を開示する。この燃料噴射式内燃機関は、機関吸気通路内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射弁（吸気通路噴射用インジェクタ）と、機関燃焼室内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射弁（筒内噴射用インジェクタ）とを具備し、機関の運転状態が予め定められた運転領域内にあるときには第１燃料噴射弁からの燃料噴射を停止するとともに機関の運転状態が上記予め定められた運転領域外となったときには第１燃料噴射弁から燃料を噴射するようにした内燃機関であって、第１燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されたときに吸気通路内壁面に付着する付着燃料量を推定しかつ第１燃料噴射弁からの燃料噴射が停止されたときに機関燃焼室内に流入する付着燃料の流入量を推定する手段と、第１燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されたときに第２燃料噴射弁からの噴射燃料量を上記付着燃料量だけ増量補正するとともに、第１燃料噴射弁からの燃料噴射が停止されたときに第２燃料噴射弁からの噴射燃料量を上記流入量だけ減量補正する手段とを含む。

この燃料噴射式内燃機関によると、第１燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されたときに第２燃料噴射弁からの噴射燃料量を付着燃料量だけ増量補正することによって実際に機関燃焼室内に供給される燃料量が要求燃料量となり、第１燃料噴射弁からの燃料噴射が停止されたときに第２燃料噴射弁からの噴射燃料量を流入量だけ減量補正することによって実際に機関燃焼室内に供給される燃料量が要求燃料量となる。その結果、第１燃料噴射弁からの燃料供給の開始時および停止時のいずれの場合においても、機関燃焼室内に供給される燃料量は要求燃料量となるので、機関出力トルクが変動するのを阻止することができる。
特開平５−２３１２２１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された燃料噴射式内燃機関においては、第１燃料噴射弁（吸気通路噴射用インジェクタ）からの燃料噴射が行なわれていない状態から開始されたとき、または、第１燃料噴射弁（吸気通路噴射用インジェクタ）からの燃料噴射が行なわれている状態から停止されたときのみを対象として、第２燃料噴射弁（筒内噴射用インジェクタ）の燃料噴射量を補正しているに過ぎない。すなわち、ＤＩ比率ｒ（全燃料噴射量に対する筒内噴射用インジェクタの燃料噴射量の比率）が１（筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射しか行なわれていない状態）から変化したとき（吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射が開始された状態）、または、ＤＩ比率ｒが０（吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射しか行なわれていない状態）から変化したとき（筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射が開始された状態）を対象としたものであって、吸気通路噴射用インジェクタのＯＮ／ＯＦＦに伴う壁面付着燃料の補正を筒内噴射用インジェクタで行なっている。このように、壁面付着燃料の補正を、その発生要因となった吸気通路噴射用インジェクタではなく、筒内噴射用インジェクタで行なうので、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量が補正量（増量補正、減量補正）の影響を受け、ＤＩ比率が内燃機関の運転条件で算出された比率から、より大きく乖離することになる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、燃料噴射量の分担比率を大きく変更することなく、壁面付着燃料を適正に補正することができる、内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、内燃機関に要求される条件に基づいて、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、吸気通路の壁面付着燃料を推定するための推定手段とを含む。この制御手段は、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで燃料噴射量が分担されている領域において、第２の燃料噴射手段を用いて壁面付着燃料を補正するように、燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第１の発明によると、第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射インジェクタ）と第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）とで分担して燃料を噴射しているときに（０＜ＤＩ比率ｒ＜１）、内燃機関に対する負荷を上昇させる要求が発生すると（アクセルペダルが踏込まれると）、筒内噴射用インジェクタの燃料噴射量も吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射量も増加する。このとき、吸気通路（吸気ポート）に所定分の燃料が付着するまで燃焼室（筒内）に吸入される燃料が減少する。このままでは空燃比がリーンになるので、壁面付着燃料の補正を行なう。すなわち、燃料噴射量を増加させるように補正する。このとき、吸気通路噴射用インジェクタを用いて補正する。筒内噴射インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで分担して燃料を噴射しているときに（０＜ＤＩ比率ｒ＜１）、（内燃機関に対する負荷が同じ状態で）ＤＩ比率ｒがステップ状に低下（０＜ｒ）すると、吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射量がステップ状に増加する。このとき、吸気ポートに所定分の燃料が付着するまで燃焼室に吸入される燃料が減少する。このままでは空燃比がリーンになるので、壁面付着燃料の補正を行なう。すなわち、燃料噴射量を増加させるように補正する。このとき、吸気通路噴射用インジェクタを用いて補正する。このように、筒内噴射用インジェクタを用いるのではなく吸気通路噴射用インジェクタを用いて壁面付着燃料の補正を行なうのは、以下の理由による。元来吸気通路の壁面付着燃料については、吸気通路噴射用インジェクタから噴射された燃料により形成されるものであって筒内噴射用インジェクタに起因するものではない。吸気通路噴射用インジェクタから噴射された燃料による壁面付着が発生することにより、筒内に吸入される燃料量が少なくなったり多くなったりする。そこで、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射量を補正することにより、筒内に吸入される燃料量を壁面付着なしと想定した場合と略同一とすることができ、真の分担率が変更されてしまうことを回避できる。その結果、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、燃料噴射量の分担比率を大きく変更することなく、壁面付着燃料を適正に補正することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明の構成に加えて、内燃機関の温度を検知するための検知手段をさらに含む。制御手段は、温度が予め定められた条件を満足する場合には、第２の燃料噴射手段を用いて壁面付着燃料を補正するように、燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第２の発明によると、筒内噴射インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで分担して燃料を噴射しているときに（０＜ＤＩ比率ｒ＜１）、内燃機関に対する負荷を上昇させる要求が発生すると、筒内噴射用インジェクタの燃料噴射量も吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射量も増加する。このとき、吸気通路（吸気ポート）に所定分の燃料が付着するまで燃焼室（筒内）に吸入される燃料が減少する。このままでは空燃比がリーンになるので、壁面付着燃料の補正を行なう。このとき、たとえば、内燃機関の温度が高いという条件を満足しているときには吸気通路噴射用インジェクタを用いて補正する。また、筒内噴射インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで分担して燃料を噴射しているときに（０＜ＤＩ比率ｒ＜１）、（内燃機関に対する負荷が同じ状態で）ＤＩ比率ｒがステップ状に低下（０＜ｒ）すると、吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射量がステップ状に増加する。このとき、吸気ポートに所定分の燃料が付着するまで燃焼室に吸入される燃料が減少する。このままでは空燃比がリーンになるので、壁面付着燃料の補正を行なう。このとき、たとえば、内燃機関の温度が高いという条件を満足しているときには吸気通路噴射用インジェクタを用いて補正する。このような温度条件が満足される場合には、吸気通路の温度も高く吸気通路の壁面付着燃料が少ないとともに、燃料性状の違いが大きく影響しないので、筒内噴射用インジェクタを用いるのではなく吸気通路噴射用インジェクタを用いて壁面付着燃料の補正を行なう。吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射量を補正することにより、筒内に吸入される燃料量を壁面付着なしと想定した場合と略同一とすることができ、真の分担率が変更されてしまうことを回避できる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、制御手段は、内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高いという条件を満足する場合には、第２の燃料噴射手段を用いて壁面付着燃料を補正するように、燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第３の発明によると、内燃機関の温度が高いときには、吸気通路の温度も高く吸気通路の壁面付着燃料が少ないとともに、燃料性状（特に沸点）の違いが大きく影響しない（気化しやすい）。このような場合には、吸気通路噴射用インジェクタを用いて壁面付着燃料を補正しても、筒内に吸入される燃料量を速やかに増量できるので、車両発進時のもたつき感やヘジテーションによるドライバビリティの悪化を回避でき、かつ燃料噴射量の分担比率を大きく変更することを回避できる。このため、このような場合には、吸気通路噴射用インジェクタを用いて壁面付着燃料を補正することとしている。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、制御手段は、内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高いという条件を満足しない場合には、第１の燃料噴射手段を用いて壁面付着燃料を補正するように、燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第４の発明によると、内燃機関の温度が高くないときには、吸気通路の温度も低く吸気通路の壁面付着燃料が多くなるとともに、燃料性状の違いが大きく影響する。このような場合に、吸気通路噴射用インジェクタを用いて壁面付着燃料を補正すると、筒内に吸入される燃料量を速やかに増量できないので、車両発進時のもたつき感やヘジテーションによるドライバビリティの悪化を速やかに解消できない。このため、このような場合には、吸気通路噴射用インジェクタではなく、筒内噴射用インジェクタを用いて壁面付着燃料を補正することとしている。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２〜４のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、内燃機関の冷却水の温度を検知するための手段を含む。

第５の発明によると、内燃機関（エンジン）の冷却水の水温を検知することにより、エンジンの温度を検知することができるので、容易にエンジンの温度に基づく、壁面付着燃料の補正を吸気通路噴射用インジェクタを用いて行なうか筒内噴射用インジェクタを用いて行なうかを的確に決定できる。

第６の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである。

第６の発明によると、第１の燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと第２の燃料噴射手段である吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関において、燃料噴射量の分担比率を大きく変更することなく、吸気通路の壁面付着燃料を適正に補正することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。

図１に示すように、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。

図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。

より詳しくは、カムシャフトに取り付けられたカムによりポンププランジャーが上下することにより燃料を加圧する高圧燃料ポンプ１５０における、ポンプ吸入側に設けられた電磁スピル弁１５２を、加圧行程中に閉じるタイミングを、燃料分配管１３０に設けられた燃料圧センサ４００を用いて、エンジンＥＣＵ３００でフィードバック制御することにより、燃料分配管１３０内の燃料圧力（燃圧）が制御される。すなわち、エンジンＥＣＵ３００により電磁スピル弁１５２を制御することにより、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への供給される燃料量および燃料圧力が制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。

本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。

図２を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このフローチャートは、予め定められた計算時間サイクルや、予め定められたエンジン１０のクランク角度の時に実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、壁面付着による補正量fmw、筒内噴射用インジェクタ１１０のＤＩ基本噴射量taudb、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＰＦＩ基本噴射量taupb、を算出する。
このとき、筒内噴射用インジェクタ１１０のＤＩ基本噴射量taudbは、
taudb＝r×EQMAX×klfwd×fafd×kgd×kpr …（１）
により算出される。
また、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＰＦＩ基本噴射量taupbは、
taupb＝k×（１−r）×EQMAX×klfwd×fafp×kgp …（２）
として算出される。上記した（１）式および（２）式において、rは噴き分け率（ＤＩ比率）であって、EQMAXは最大噴射量であって、klfwdは負荷率であって、fafdおよびfafpはストイキ状態のフィードバック係数であって、kgdは筒内噴射用インジェクタ１１０の学習値であって、kprは燃圧に応じた変換係数であって、kgpは吸気通路噴射用インジェクタ１２０の学習値である。

さらに、壁面付着による補正量fmwについて、以下に説明する。図３に示すようにインテークマニホールド２０の吸気通路には吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料がその燃焼性状に応じて（たとえば沸点が高いほど多く）付着する。吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料の一部は矢示Ａで示すように直接的に筒内に吸入される。吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料の一部の残りは矢示Ｂで示すように吸気通路の壁面に新たに付着する。壁面に付着している燃料の中で、吸気通路の熱により蒸発した燃料が（壁面付着していた燃料が）吸気通路噴射用インジェクタ１２０の噴射や吸気ポートが開いたときの吸気の気流により矢示Ｃで示すように間接的に筒内に吸入される。

図４に、エンジン１０の負荷率ＫＬに対する、エンジン１０の定常状態におけるポート壁面付着燃料量QMWの状態を示す。なお、ポート壁面付着燃料量QMWは、負荷率ＫＬのみならず、エンジン１０の回転数ＮＥ、可変バルブタイミングＶＶＴ（Variable Valve Timing）、ＤＩ比率ｒにも依存するが、図４においては、簡略化のために、エンジン１０の負荷率ＫＬに依存する状態を示す。図４に示すように、負荷率ＫＬが上昇すると、ポート壁面付着燃料量QMWがΔQMWだけ増加する。このとき、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００は、ポート壁面付着燃料の増加分であるΔQMWを壁面付着による補正量fmwとして算出するのではなく、上述したように、直接的に筒内に入る燃料量（矢示Ａの燃料分）と間接的に筒内に入る燃料量（矢示Ｃの燃料分）とを、負荷率の上昇に伴う補正量fmwとして算出する。補正量fmwは、
fmw＝KMW(1)×ΔQMW＋KMW(2)×QTRN(K-1) …（３）
により算出される。上記した（３）式において、KMW(1)は直接的に筒内に吸入される燃料の比率を（０＜KMW(1)＜１）、KMW(2)は間接的に筒内に吸入される燃料の比率を（０＜KMW(2)＜１）、QTRN(K-1)は現在における（厳密的には計算時間の１サイクル前に計算した時点における）壁面付着燃料量を示す。そして、壁面付着燃料量QTRN(K)は計算時間のサイクル毎に繰り返し計算される。このため、次の計算時間における壁面付着燃料量QTRN(K)は１サイクル前の壁面付着燃料量QTRN(K-1)を用いて、
QTRN(K)＝（1-KMW(1)）×ΔQMW＋（1-KMW(2)）×QTRN(K-1) …（４）
により算出される。（４）式の第１項である（1-KMW(1)）×ΔQMWは、直接的に筒内に吸入されないで新たに壁面に付着した燃料量であって、（４）式の第２項である（1-KMW(2)）×QTRN(K-1)は、間接的に筒内に吸入されないで吸気通路に残された燃料量である。

このように、（３）式および（４）式を用いて、補正量fmwが算出される。以下におけるフローチャートの説明では、このように負荷率ＫＬが上昇した場合を想定して説明する。

S２００にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン冷却水温ＴＨＷを検知する。このとき、水温センサ３８０からエンジンＥＣＵ３００に入力された信号に基づいて、エンジン冷却水温ＴＨＷを検知される。

Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン冷却水温ＴＨＷはＴＨＷしきい値よりも高いか否かを判断する。このＴＨＷしきい値は、たとえば、６０℃程度に設定される。エンジン冷却水温ＴＨＷはＴＨＷしきい値よりも高いと（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ５００へ移される。

Ｓ４００にて、エンジンＥＣＵ３００は、ＤＩ比率ｒ＝１００％であるか否かを判断する。ＤＩ比率ｒ＝１００％であると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ５００へ移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ６００へ移される。

Ｓ５００にて、エンジンＥＣＵ３００は、筒内噴射用インジェクタ１１０から、吸気通路の壁面付着燃料の補正量fmwを増量するようにして燃料を噴射して、壁面付着燃料を筒内噴射用インジェクタ１１０で補正する。

Ｓ６００にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から、吸気通路の壁面付着燃料の補正量fmwを増量するようにして燃料を噴射して、壁面付着燃料を筒内噴射用インジェクタ１２０で補正する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００により制御されるエンジン１０の動作について、図５のタイミングチャートを参照して説明する。

図５は、吸気通路噴射用インジェクタ１１０を用いて壁面付着燃料を補正した場合と、筒内噴射用インジェクタ１２０を用いて壁面付着燃料を補正した場合とにおいて、ポート噴射量、筒内噴射量、ポート付着補正量、ポート付着量、真の分担率の時間変化を示している。

筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射を分担している場合においては（Ｓ３００にてＹＥＳ、Ｓ４００にてＮＯ）、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を用いて壁面付着の補正を行なう。このため、図５の真の分担率に示すように、目標分担率から大きく乖離することがなくなり適切なエンジン１０の制御を行なうことができる。

これは、元来、吸気通路の壁面付着燃料については、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料により形成されるものであって筒内噴射用インジェクタ１１０に起因するものではない。吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料による壁面付着が発生することにより、筒内に吸入される燃料量が少なくなる。そこで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量を補正することにより、筒内に吸入される燃料量を壁面付着なしと想定した場合と略同一とすることができ、真の分担率が変更されてしまうことを回避できる。

また、図６に、ＤＩ比率ｒ＝１００％からＤＩ比率ｒ＝０％にステップ状に変化した場合の、分担率指示値、吸気通路噴射用インジェクタ１２０によるポート噴射量、筒内噴射用インジェクタ１１０による筒内噴射量、真の分担率の時間変化を示す。壁面付着分を吸気通路噴射用インジェクタ１１０を用いて補正した場合を実線で、壁面付着分を筒内噴射用インジェクタ１２０を用いて補正した場合を点線で、それぞれ示す。

この図６に示す場合には、吸気通路噴射用インジェクタ１２０が燃料を噴射していないで筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射している状態から、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料の噴射が停止されて吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみで燃料を噴射している状態に切り換わる場合である。このため、吸気管路には、壁面付着燃料量が０の状態から壁面付着燃料量が飽和状態になるまでの燃料量は、筒内に吸入されないで壁面に付着することになる。このため、この分を壁面付着燃料として補正する。

実線で示すように筒内噴射用インジェクタ１１０を用いて補正する場合には、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射量（筒内噴射量）をステップ状に低下させるのではなく、少量の燃料を噴射した状態を所定の時間だけ漸減させながら継続させて補正する（図６において実線で示される筒内噴射量）。

一方、点線で示すように吸気通路噴射用インジェクタ１２０を用いて補正する場合には、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射量（ポート噴射量）をステップ状に上昇させるのではなく、補正分だけ加えた燃料を噴射した状態を所定の時間だけ漸減させながら継続させて補正する（図６において点線で示されるポート噴射量）。

このように、ＤＩ比率ｒ＝１００％からＤＩ比率ｒ＝０％にステップ状に変化した場合において、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を用いて壁面付着燃料を補正すると、真の分担率が分担室指示値に合致する。一方、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いて壁面付着燃料を補正すると、真の分担率が分担室指示値に合致しない（真の分担率におけるなまされた部分が発生する）。

なお、エンジン冷却水温ＴＨＷがＴＨＷしきい値以下の場合（冷間時）には（Ｓ３００にてＮＯ）、吸気通路の温度も低く吸気通路の壁面付着燃料が多くなるとともに、燃料性状の違いが大きく影響する。このような場合に、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を用いて壁面付着燃料を補正すると、筒内に吸入される燃料量を速やかに増量できないので、車両発進時のもたつき感やヘジテーションによるドライバビリティの悪化を速やかに解消できない。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０ではなく、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いて壁面付着燃料を補正することとしている。

以上のようにして、燃料を筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで分担している場合において、冷間時でない場合においては、吸気管路の壁面付着燃料の補正を吸気通路噴射用インジェクタを用いて行なうことにより、所望の分担率を実現することができる。一方、冷間時の場合においては、吸気管路の壁面付着燃料の補正を筒内噴射用インジェクタを用いて行なうことにより、速やかに壁面付着補正を行なうことができる。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）について説明する。

図７および図８を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図７は、エンジン１０の温間用マップであって、図８は、エンジン１０の冷間用マップである。

図７および図８に示すように、これらのマップは、エンジン１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。

図７および図８に示すように、エンジン１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。

さらに、これらの図７および図８に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図７の温間時のマップを選択して、そうではないと図８に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。

図７および図８に設定されるエンジン１０の回転数と負荷率について説明する。図７のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図８のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図７のＮＥ（２）や、図８のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。

図７および図８を比較すると、図７に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図８に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。

図７および図８を比較すると、エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

図７に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１０のみが用いられる。これは、エンジン１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１０を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。

図７および図８を比較すると、図８の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、エンジン１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。

また、通常運転時以外の場合、エンジン１０がアイドル時の触媒暖気時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１０が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）について説明する。なお、以下のエンジン（その２）の説明において、エンジン（その１）と同じ説明については、ここでは繰り返さない。

図９および図１０を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図９は、エンジン１０の温間用マップであって、図１０は、エンジン１０の冷間用マップである。

図９および図１０を比較すると、以下の点で図７および図８と異なる。エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用される領域が多いことを示す。しかしながら、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させるようにしている。これらのＤＩ比率ｒの変化を図９および図１０に十字の矢印で示す。このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域（図９および図１０で十字の矢印が記載された領域）以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射している領域（高回転側、低負荷側）においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

なお、図７〜図１０を用いて説明したこのエンジン１０においては、均質燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程とすることにより、成層燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることにより実現できる。すなわち、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることで、点火プラグ周りにリッチ混合気が偏在させることにより燃焼室全体としてはリーンな混合気に着火する成層燃焼を実現することができる。また、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程としても点火プラグ周りにリッチ混合気を偏在させることができれば、吸気行程噴射であっても成層燃焼を実現できる。

また、ここでいう成層燃焼には、成層燃焼と以下に示す弱成層燃焼の双方を含むものである。弱成層燃焼とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程で燃料噴射して燃焼室全体にリーンで均質な混合気を生成して、さらに筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程で燃料噴射して点火プラグ周りにリッチな混合気を生成して、燃焼状態の向上を図るものである。このような弱成層燃焼は触媒暖気時に好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、触媒暖気時には高温の燃焼ガスを触媒に到達させるために点火時期を大幅に遅角させ、かつ良好な燃焼状態（アイドル状態）を維持する必要がある。また、ある程度の燃料量を供給する必要がある。これを成層燃焼で行なおうとしても燃料量が少ないという問題があり、これを均質燃焼で行なおうとしても良好な燃焼を維持するために遅角量が成層燃焼に比べて小さいという問題がある。このような観点から、上述した弱成層燃焼を触媒暖気時に用いることが好ましいが、成層燃焼および弱成層燃焼のいずれであっても構わない。

また、図７〜図１０を用いて説明したエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、以下のような理由により、圧縮行程で行なうことが好ましい。ただし、上述したエンジン１０は、基本的な大部分の領域には（触媒暖気時にのみに行なわれる、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程噴射させ、筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程噴射させる弱成層燃焼領域以外を基本的な領域という）、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、吸気行程である。しかしながら、以下に示す理由があるので、燃焼安定化を目的として一時的に筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程噴射とするようにしてもよい。

筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすることで、筒内温度がより高い時期において、燃料噴射により混合気が冷却される。冷却効果が高まるので、対ノック性を改善することができる。さらに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いことから噴霧による気流の強化を実現でき、燃焼速度を上昇させることができる。これらの対ノック性の向上と燃焼速度の上昇とから、燃焼変動を回避して、燃焼安定性を向上させることができる。

さらに、温間時および冷間時のいずれの場合であっても、図７または図９に示すマップを用いて、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみで燃料を噴射する領域（ＤＩ比率ｒ＝０％）の領域がないものであってもよい。すなわち、筒内噴射用インジェクタ１１０が噴射していない領域が存在しないことを示す。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 壁面付着状態を示す図である。 負荷の変動に伴い変化する壁面付着燃料の補正量を説明するための図である。 各種状態量の変化を示すタイミングチャート（その１）である。 各種状態量の変化を示すタイミングチャート（その２）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。

符号の説明

１０ エンジン、２０ インテークマニホールド、３０ サージタンク、４０ 吸気ダクト、４２ エアフローメータ、５０ エアクリーナ、６０ 電動モータ、７０ スロットルバルブ、８０ エキゾーストマニホールド、９０ 三元触媒コンバータ、１００ アクセルペダル、１１０ 筒内噴射用インジェクタ、１１２ 気筒、１２０ 吸気通路噴射用インジェクタ、１３０ 燃料分配管、１４０ 逆止弁、１５０ 高圧燃料ポンプ、１５２ 電磁スピル弁、１６０ 燃料分配管（低圧側）、１７０ 燃料圧レギュレータ、１８０ 低圧燃料ポンプ、１９０ 燃料フィルタ、２００ 燃料タンク、３００ エンジンＥＣＵ、３１０ 双方向性バス、３２０ ＲＯＭ、３３０ ＲＡＭ、３４０ ＣＰＵ、３５０ 入力ポート、３６０ 出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０ Ａ／Ｄ変換器、３８０ 水温センサ、４００ 燃料圧センサ、４２０ 空燃比センサ、４４０ アクセル開度センサ、４６０ 回転数センサ。

Claims (2)

1. 筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関に要求される条件に基づいて、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
   前記吸気通路の壁面付着燃料を推定するための推定手段と、
   前記内燃機関の温度を検知するための検知手段とを含み、
   前記制御手段は、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで燃料噴射量が分担されている領域において、前記内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高いという条件を満足する場合には、前記第２の燃料噴射手段を用いて前記壁面付着燃料を補正するように、燃料噴射手段を制御し、前記内燃機関の温度が前記予め定められた温度よりも高いという条件を満足しない場合には、前記第１の燃料噴射手段を用いて前記壁面付着燃料を補正するように、燃料噴射手段を制御するための手段を含み、
   前記第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
   前記第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである、内燃機関の制御装置。
2. 前記検知手段は、前記内燃機関の冷却水の温度を検知するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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