JP2013199930A - 排ガス戻し案内部におけるエラーを監視する方法及び装置 - Google Patents
排ガス戻し案内部におけるエラーを監視する方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】排ガスフィルタの詰まり又は排ガス戻し案内部の低圧分岐内の横断面積の減少を診断する方法を提供する。
【解決手段】低圧排ガス戻し案内部(40)がエラーを含まなければ、新鮮空気絞り(34)又は排ガスフラップ(24)が開放される内燃機関の運転点において、新鮮空気絞り(34)又は排ガスフラップ(24)が少なくとも部分的に閉鎖されると、低圧排ガス戻し案内部(40)におけるエラーを推定するようにした。
【選択図】図1
【解決手段】低圧排ガス戻し案内部(40)がエラーを含まなければ、新鮮空気絞り(34)又は排ガスフラップ(24)が開放される内燃機関の運転点において、新鮮空気絞り(34)又は排ガスフラップ(24)が少なくとも部分的に閉鎖されると、低圧排ガス戻し案内部(40)におけるエラーを推定するようにした。
【選択図】図1
Description
本発明は、ターボチャージャの圧縮機を有する空気供給部を介して新鮮空気を内燃機関に供給し、内燃機関の排ガスをターボチャージャの排ガスタービンを有する排ガス案内部を介して導出し、排ガスの部分流を、排ガス案内部の、ターボチャージャの排ガスタービン下流の排ガス低圧領域から、低圧排ガス戻し案内部を介して、空気供給部の、ターボチャージャの圧縮機上流の供給空気低圧領域に供給し、低圧排ガス戻し案内部における排ガスの部分流の排ガス質量流量を低圧排ガス戻し案内弁を介して調節し、新鮮空気質量流量を、空気供給部に設けられた新鮮空気絞りにより調節するか、又は排ガス質量流量を、排ガス案内部に設けられた排ガスフラップを介して調節する、内燃機関の低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを監視する方法に関する。
さらに本発明は、内燃機関に新鮮空気を供給する、ターボチャージャの圧縮機を有する空気供給部と、内燃機関の排ガスを導出する、ターボチャージャの排ガスタービンを有する排ガス案内部と、排ガス案内部の、ターボチャージャの排ガスタービン下流の排ガス低圧領域から排ガスの部分流を取り出し、空気供給部の、ターボチャージャの圧縮機上流の供給空気低圧領域に排ガスの部分流を供給する低圧排ガス戻し案内部と、を備え、低圧排ガス戻し案内部に、排ガスの部分流の排ガス質量流量を調節する低圧排ガス戻し案内弁が設けられており、空気供給部に、新鮮空気質量流量を調節する新鮮空気絞りが設けられているか、又は排ガス案内部に、排ガス質量流量を調節する排ガスフラップが設けられている、内燃機関の低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを監視する装置に関する。
内燃機関の排ガス成分についての規制を遵守するために、排ガスの一部を、いわゆる排ガス戻し案内部あるいは排ガス再循環部を介して内燃機関の供給空気に混合することは、公知である。排ガス戻し案内において、排ガスを内燃機関の近傍において取り出して供給する高圧システムと、排ガスを排ガスタービン及び酸化触媒及び/又はパティキュレートフィルタの通流後に取り出し、圧縮機上流の供給空気分岐に供給して混合する低圧排ガス戻し案内システムとが公知である。
下記特許文献1には、内燃機関が、内燃機関に空気混合物を供給する供給ラインを有し、供給ラインが供給方向で相前後して、比較的低い圧力を有する第1の区分と、供給された空気混合物を圧縮する圧縮機と、比較的高い圧力を有する第2の区分とを有している一方、内燃機関が、内燃機関から排ガスを導出する排ガスラインを有し、排ガスラインが排ガスの比較的低い圧力を有する区分を有しているとともに、内燃機関が、排ガスラインの比較的低い圧力を有する区分を通流する排ガスの少なくとも一部を、空気供給部の第1の区分に戻し案内する排ガス戻し案内部を有し、この排ガスの戻し案内された部分と、供給された新鮮空気とが、供給ラインを通流する空気混合物を形成する、内燃機関を運転する方法が記載されている。
低圧排ガス戻し案内部には、後続の構成部材、特に圧縮機を微粒子から保護するために、排ガスフィルタ(「非常フィルタ(Emergency−Filter)」)が必要である。このような微粒子は、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタが破損したり、新品の状態であっても微粒子が表面からはく離したりした場合に発生する可能性がある。フィルタは、フリース又は目の細かい格子からなっていてよい。このようなフィルタが運転中に詰まると、戻し案内される排ガスの質量流量が低下し、限界値を超えてしまう場合がある。それゆえ、フィルタの詰まりを診断する義務が生じる(例えばCARB参照)。
それゆえ本発明の課題は、排ガスフィルタの詰まり又は排ガス戻し案内部の低圧分岐内の横断面積の減少を診断する方法を提供することである。
さらに本発明の課題は、上記方法を実施する装置を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを監視する方法では、低圧排ガス戻し案内部がエラーを含まなければ、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが開放される内燃機関の運転点において、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが少なくとも部分的に閉鎖されると、低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを推定するようにした。
好ましい態様において、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが少なくとも部分的に閉鎖されるか否か評価するために、新鮮空気絞り又は排ガスフラップを介した圧力差若しくは圧力比を評価するか、又は新鮮空気絞り又は排ガスフラップのフラップ位置を評価する。
好ましい態様において、空気供給部又は排ガス案内部の流動方向で測定される圧力差若しくは流動方向で測定される圧力比が、所定の閾値より大きいとき、低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを推定するか、又は空気供給部又は排ガス案内部の流動方向とは反対方向で測定される圧力差若しくは流動方向とは反対方向で測定される圧力比が、所定の閾値より小さいときか、若しくは新鮮空気絞り又は排ガスフラップのフラップ位置が、所定の閾値よりもさらに作動方向に閉鎖されているとき、低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを推定する。
好ましい態様において、閾値を内燃機関の運転条件に基づいて設定する。
好ましい態様において、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが開放される内燃機関の運転条件が少なくとも1つの所定の開放時間の間存在するかつ/又は閾値条件が所定の最低持続時間の間充足されると初めて、エラー条件の検査を開始する。
好ましい態様において、複数のそれぞれ値の異なる設定可能な閾値との比較により、低圧排ガス戻し案内部内の不十分な排ガス質量流量又は制限された排ガス質量流量のためのエラー条件を導き出す。
また、上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを監視する装置では、エラーを監視するために、低圧排ガス戻し案内部がエラーを含まなければ、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが開放されている内燃機関の運転点において、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが少なくとも部分的に閉鎖されていると、エラー表示を出力する、エラー表示形成ユニットを有する制御装置を備えるようにした。
好ましい態様において、低圧排ガス戻し案内部に、微粒子を除去して排ガスの部分流を清浄化する排ガスフィルタが設けられており、かつ低圧排ガス戻し案内部を通る排ガスの部分流が許容できないほど低減していることを表示するためにエラー監視手段が設けられている。
上述のように、本発明の方法に関する課題は、低圧排ガス戻し案内部がエラーを含まなければ、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが開放される内燃機関の運転点において、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが少なくとも部分的に閉鎖されると、低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを推定することによって解決される。内燃機関が、すべての構成部材が正常な状態であるとき、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが開放される運転状態、例えば部分負荷運転状態にあるとき、低圧排ガス戻し案内部における質量流量の減少は、低圧排ガス戻し案内弁を介した差圧の減少に至る。対応する制御部は、この質量流量の減少を認識し、質量流量を増加させて、新鮮空気に混合される排ガス量を増加させるために、低圧排ガス戻し案内弁を開放する。これにより、内燃機関のエミッションの規定された限界値は遵守される。低圧排ガス戻し案内部における質量流量の減少は、そこに配置された排ガスフィルタが閉塞したり、異なる理由で低圧排ガス戻し案内部の横断面積が減少したりしたときに発生する場合がある。低圧排ガス戻し案内弁が完全に開放されると、制御部を介して、装置全体の構造に応じて、供給空気を減少させるか、又は排ガス圧を高めて、供給空気中の新鮮空気と戻し案内された排ガスとの間の混合比を所定の値にするために、新鮮空気絞り又は排ガスフラップを閉鎖する。両事例において、新鮮空気絞り又は排ガスフラップの閉鎖は、低圧排ガス戻し案内部のエラーを伴った状態の徴候であり、本発明において認識され、報知される。
本発明の一態様において、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが少なくとも部分的に閉鎖されるか否か評価するために、新鮮空気絞り又は排ガスフラップを介した圧力差若しくは圧力比を評価するか、又は新鮮空気絞り又は排ガスフラップのフラップ位置を評価する。新鮮空気絞りの上流かつ下流の圧力値から、その差又は圧力比が求められ、評価され得る。排ガスフラップ上流の圧力は、外部の圧力との比で表され得るか、又は排ガスフラップの位置の評価のために、両圧力の差が求められる。
別の好ましい態様において、空気供給部又は排ガス案内部の流動方向で測定される圧力差若しくは流動方向で測定される圧力比が、所定の閾値より大きいとき、低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを推定するか、又は空気供給部又は排ガス案内部の流動方向とは反対方向で測定される圧力差若しくは流動方向とは反対方向で測定される圧力比が、所定の閾値より小さいときか、若しくは新鮮空気絞り又は排ガスフラップのフラップ位置が、所定の閾値よりもさらに作動方向に閉鎖されているとき、低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを推定する。
閾値を内燃機関の運転条件に基づいて設定すると、正常な排ガス戻し案内と、エラー状態に基づいて減じられた質量流量との間の特に明確な識別が可能である。
新鮮空気絞り又は排ガスフラップが開放される内燃機関の運転条件が少なくとも1つの所定の開放時間の間存在するかつ/又は閾値条件が所定の最低持続時間の間充足されると初めて、エラー条件の検査を開始するようになっていると、デバウンスストラテジ(Entprellstrategie)の枠内で短期的に存在する許容可能な状態は、開放時間を介して、かつ差圧又は新鮮空気絞り若しくは排ガスプラップの位置の平均値形成を介して認識され、誤謬を伴ったエラー表示は低減され得る。
排ガスフィルタの目詰まりが増したことの識別は、複数のそれぞれ値の異なる設定可能な閾値との比較により、低圧排ガス戻し案内部内の不十分な排ガス質量流量又は制限された排ガス質量流量のためのエラー条件を導き出すことにより達成され得る。これにより、必要なとき、エラー状態となる前に、早期に傾向を認識することができる。
本発明の、装置に関する課題は、エラーを監視するために、低圧排ガス戻し案内部がエラーを含まなければ、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが開放されている内燃機関の運転点において、新鮮空気絞り又は排ガスフラップが少なくとも部分的に閉鎖されていると、エラー表示を出力する、エラー表示形成ユニットを有する制御装置が設けられていることにより解決される。本発明に係る装置により、低圧排ガス戻し案内部における質量流量の減少を高信頼性に認識し、CARB等の排ガス規制に対応してエラーとして報知することができる。
低圧排ガス戻し案内部に、微粒子を除去して排ガスの部分流を清浄化する排ガスフィルタが設けられており、かつ低圧排ガス戻し案内部を通る排ガスの部分流が許容できないほど減少していることを表示するためにエラー監視手段が設けられていると、例えば詰まった排ガスフィルタにより減少した排ガス戻し案内は、認識可能である。
上述の構成により、排ガスフィルタの詰まり又は排ガス戻し案内部の低圧分岐内の横断面積の減少を診断することができる。
以下に、本発明について、図示の一実施の形態を参照しながら詳説する。
図1は、空気供給部30と排ガス案内部20とを有する内燃機関10の概略図である。図示してあるのは、発明の説明にとって重要な部分に限られている。空気供給部30の供給空気通路36に沿って新鮮空気31が、ホットフィルム式エアマスセンサ32、新鮮空気絞り34及びターボチャージャ11の圧縮機12を介して内燃機関10に供給される。空気供給部30は、流動方向で見て圧縮機12の上流の供給空気低圧領域14と、圧縮機12の下流の供給空気高圧領域15とに区分されている。
内燃機関10の排ガス26は、排ガス案内部20を介して内燃機関10から排ガス通路21に沿って、ターボチャージャ11の排ガスタービン13、パティキュレートフィルタ22、排ガスフラップ24及び消音器25を介して周囲に放出される。排ガス案内部20は、排ガス高圧領域17と排ガス低圧領域16とに区分されている。排ガス低圧領域16は、流動方向で見て排ガスタービン13の下流から端を発している。
低圧排ガス戻し案内部あるいは低圧排ガス再循環部40は、パティキュレートフィルタ22の下流の排ガス低圧領域16を新鮮空気絞り34の下流の供給空気低圧領域14に接続している。低圧排ガス戻し案内部40は、排ガスフィルタ41と、第1の排ガス戻し案内冷却器42と、差圧センサ44を有する低圧排ガス戻し案内弁43とを有している。排ガスフラップ24の上流の排ガス26の圧力は、第1の圧力センサ23によって測定される。新鮮空気絞り34の上流の新鮮空気31の圧力は、第2の圧力センサ33によって測定され、新鮮空気絞り34の下流の新鮮空気31の圧力は、第3の圧力センサ35によって測定される。第2及び第3の圧力センサ33,35は、別の実施の形態において差圧センサとして形成されていてもよい。
高圧排ガス戻し案内部あるいは高圧排ガス再循環部45は、排ガスタービン13の上流の排ガス高圧領域17を、第2の排ガス戻し案内冷却器46及び高圧排ガス戻し案内弁47を介して、圧縮機12の下流の供給空気高圧領域15に接続している。
運転中、内燃機関10に供給される新鮮空気31の質量は、ホットフィルム式エアマスセンサ32によって測定される。低圧排ガス戻し案内部40を介して、新鮮空気31には排ガス26の部分流が混合される。こうして生じた空気混合物は、ターボチャージャ11の圧縮機12によって圧縮され、内燃機関10に供給される。発生した排ガス26は、排ガスタービン13を介してターボチャージャ11を駆動し、その際、より低圧の圧力レベルに膨張される。次に、パティキュレートフィルタ22によって、微粒子が排ガス26から除去される。
低圧排ガス戻し案内部40によって、排ガス26の、低圧排ガス戻し案内弁43により制御可能な一部が、新鮮空気31に混合される。高圧排ガス戻し案内部45によって、排ガス26の、高圧排ガス戻し案内弁47により制御可能な一部が、新鮮空気31に混合される。この構成は、内燃機関10のエミッションを低減するために役立つ。排ガスフィルタ41は、場合によってはパティキュレートフィルタ22からのはく離によって存在する微粒子、例えば生産中に残されたセラミック粒子を、低圧排ガス戻し案内部40内にとどめ、後続のコンポーネント、例えば圧縮機12を保護するために役立つ。排ガスフィルタ41は、「非常フィルタ」としての機能も有し、パティキュレートフィルタ22の損傷時に微粒子を捕集するためにも役立つ。排ガスフィルタ41が目詰まりすると、低圧排ガス戻し案内部40を通る質量流量は、場合によっては、内燃機関10の許容可能なエミッションに関する規制を遵守することができないほど強く低下する。この状況は、法規(例えばCARB)に基づいて、認識され、エラーとして表示されなければならない。
排ガスフィルタ41の目詰まりの程度が低い当初は、差圧センサ44が質量流量の減少を確認し、内燃機関10の対応する制御部を介して低圧排ガス戻し案内弁43を若干開放する。この手段が、排ガスフィルタ41のより強い目詰まりに際し、もはや十分ではなくなると、制御部は、装置全体の構造次第で新鮮空気絞り34又は排ガスフラップ24を、運転条件にしたがえば開放されていることが望ましいにもかかわらず、閉鎖する。このことは、本発明では、低圧排ガス戻し案内部40内の質量流量の減少についてのエラー条件として認識される。新鮮空気絞り34の閉鎖は、新鮮空気絞り34の絞りフラップの位置、第2の圧力センサ33と第3の圧力センサ35との間の圧力差又は第2の圧力センサ33が示す圧力と第3の圧力センサ35が示す圧力との比を介して確認可能である。排ガスフラップ24の閉鎖は、排ガスフラップ24の機械的な位置、第1の圧力センサ23が示す圧力と外部の圧力との差又は第1の圧力センサ23が示す圧力と外部の圧力との比を介して確認可能である。
図2は、圧力軸53及び頻度軸51を有する圧力チャート50である。頻度軸51には、内燃機関10の運転中、図1に示した排ガスフィルタ41の目詰まりの度合いが様々である場合に、第2の圧力センサ33が示す圧力と第3の圧力センサ35が示す圧力との間の、圧力軸53に記載される差圧が、どの程度の頻度で発生するかが記載されている。新品の排ガスフィルタ41の場合、圧力差の第1の頻度分布52が確認される。低圧排ガス戻し案内部40内の、例えば直径10mmの開口を通る質量流量が減じられると、第2の頻度分布55が確認される。強く目詰まりした排ガスフィルタ41の場合、圧力差の第3の頻度分布57が確認される。第1の閾値54を設定すると、エンジン制御部において質量流量の減少を確認することができる。より高い第2の閾値56を設定すると、質量流量の強い減少を確認し、エラーを表示することができる。
10 内燃機関、 11 ターボチャージャ、 12 圧縮機、 13 排ガスタービン、 14 供給空気低圧領域、 15 供給空気高圧領域、 16 排ガス低圧領域、 17 排ガス高圧領域、 20 排ガス案内部、 21 排ガス通路、 22 パティキュレートフィルタ、 23 第1の圧力センサ、 24 排ガスフラップ、 25 消音器、 26 排ガス、 30 空気供給部、 31 新鮮空気、 32 ホットフィルム式エアマスセンサ、 33 第2の圧力センサ、 34 新鮮空気絞り、 35 第3の圧力センサ、 36 供給空気通路、 40 低圧排ガス戻し案内部、 41 排ガスフィルタ、 42 第1の排ガス戻し案内冷却器、 43 低圧排ガス戻し案内弁、 44 差圧センサ、 45 高圧排ガス戻し案内部、 46 第2の排ガス戻し案内冷却器、 47 高圧排ガス戻し案内弁、 50 圧力チャート、 51 頻度軸、 52 第1の頻度分布、 53 圧力軸、 54 第1の閾値、 55 第2の頻度分布、 56 第2の閾値、 57 第3の頻度分布
Claims (8)
- ターボチャージャ(11)の圧縮機(12)を有する空気供給部(30)を介して新鮮空気(31)を内燃機関(10)に供給し、該内燃機関(10)の排ガス(26)を前記ターボチャージャ(11)の排ガスタービン(13)を有する排ガス案内部(20)を介して導出し、排ガス(26)の部分流を、前記排ガス案内部(20)の、前記ターボチャージャ(11)の排ガスタービン(13)下流の排ガス低圧領域(16)から、低圧排ガス戻し案内部(40)を介して、前記空気供給部(30)の、前記ターボチャージャ(11)の圧縮機(12)上流の供給空気低圧領域(14)に供給し、前記低圧排ガス戻し案内部(40)における排ガス(26)の部分流の排ガス質量流量を低圧排ガス戻し案内弁(43)を介して調節し、新鮮空気質量流量を、前記空気供給部(30)に設けられた新鮮空気絞り(34)により調節するか、又は排ガス質量流量を、前記排ガス案内部(20)に設けられた排ガスフラップ(24)を介して調節する、内燃機関(10)の低圧排ガス戻し案内部(40)におけるエラーを監視する方法であって、
前記低圧排ガス戻し案内部(40)がエラーを含まなければ、前記新鮮空気絞り(34)又は前記排ガスフラップ(24)が開放される内燃機関の運転点において、該新鮮空気絞り(34)又は該排ガスフラップ(24)が少なくとも部分的に閉鎖されると、前記低圧排ガス戻し案内部(40)におけるエラーを推定することを特徴とする、内燃機関の低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを監視する方法。 - 前記新鮮空気絞り(34)又は前記排ガスフラップ(24)が少なくとも部分的に閉鎖されるか否か評価するために、該新鮮空気絞り(34)又は該排ガスフラップ(24)を介した圧力差若しくは圧力比を評価するか、又は該新鮮空気絞り(34)又は該排ガスフラップ(24)のフラップ位置を評価する、請求項1記載の方法。
- 前記空気供給部(30)又は前記排ガス案内部(20)の流動方向で測定される圧力差若しくは流動方向で測定される圧力比が、所定の閾値より大きいとき、前記低圧排ガス戻し案内部(40)におけるエラーを推定するか、又は前記空気供給部(30)又は前記排ガス案内部(20)の流動方向とは反対方向で測定される圧力差若しくは流動方向とは反対方向で測定される圧力比が、所定の閾値より小さいときか、若しくは前記新鮮空気絞り(34)又は前記排ガスフラップ(24)のフラップ位置が、所定の閾値よりもさらに作動方向に閉鎖されているとき、前記低圧排ガス戻し案内部(40)におけるエラーを推定する、請求項1又は2記載の方法。
- 前記閾値を前記内燃機関(10)の運転条件に基づいて設定する、請求項3記載の方法。
- 前記新鮮空気絞り(34)又は前記排ガスフラップ(24)が開放される内燃機関の運転条件が少なくとも1つの所定の開放時間の間存在するかつ/又は閾値条件が所定の最低持続時間の間充足されると初めて、エラー条件の検査を開始する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 複数のそれぞれ値の異なる設定可能な閾値との比較により、低圧排ガス戻し案内部(40)内の不十分な排ガス質量流量又は制限された排ガス質量流量のためのエラー条件を導き出す、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 内燃機関(10)に新鮮空気(31)を供給する、ターボチャージャ(11)の圧縮機(12)を有する空気供給部(30)と、
内燃機関(10)の排ガス(26)を導出する、ターボチャージャ(11)の排ガスタービン(13)を有する排ガス案内部(20)と、
前記排ガス案内部(20)の、前記ターボチャージャ(11)の排ガスタービン(13)下流の排ガス低圧領域(16)から排ガス(26)の部分流を取り出し、前記空気供給部(30)の、前記ターボチャージャ(11)の圧縮機(12)上流の供給空気低圧領域(14)に排ガス(26)の部分流を供給する低圧排ガス戻し案内部(40)と、
を備え、前記低圧排ガス戻し案内部(40)に、排ガス(26)の部分流の排ガス質量流量を調節する低圧排ガス戻し案内弁(43)が設けられており、前記空気供給部(30)に、新鮮空気質量流量を調節する新鮮空気絞り(34)が設けられているか、又は前記排ガス案内部(20)に、排ガス質量流量を調節する排ガスフラップ(24)が設けられている、内燃機関(10)の低圧排ガス戻し案内部(40)におけるエラーを監視する装置であって、
エラーを監視するために、前記低圧排ガス戻し案内部(40)がエラーを含まなければ、前記新鮮空気絞り(34)又は前記排ガスフラップ(24)が開放されている内燃機関の運転点において、該新鮮空気絞り(34)又は該排ガスフラップ(24)が少なくとも部分的に閉鎖されていると、エラー表示を出力する、エラー表示形成ユニットを有する制御装置を備えることを特徴とする、内燃機関の低圧排ガス戻し案内部におけるエラーを監視する装置。 - 前記低圧排ガス戻し案内部(40)に、微粒子を除去して排ガス(26)の部分流を清浄化する排ガスフィルタ(41)が設けられており、かつ前記低圧排ガス戻し案内部(40)を通る排ガス(26)の部分流が許容できないほど減少していることを表示するためにエラー監視手段が設けられている、請求項7記載の装置。
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